JP2015227733A

JP2015227733A - 溶融金属鉄の製造設備

Info

Publication number: JP2015227733A
Application number: JP2014112467A
Authority: JP
Inventors: 俊孝中山; Toshitaka Nakayama; 櫻井　雄一; Yuichi Sakurai; 雄一櫻井
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2015-12-17

Abstract

【課題】サブマージドアーク炉の耐火物の損耗を抑え、エネルギー効率の向上を図り、電極の電流のショートパスを防止する。
【解決手段】酸化鉄と炭素系還元材とから製造された還元鉄３をサブマージドアーク炉２０で還元・溶解することにより溶融金属鉄を製造する溶融金属鉄の製造設備１において、サブマージドアーク炉２０の炉壁２１ａの内側に円筒状の仕切り壁２４を設置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、鉄鉱石等の酸化鉄とコークス等の炭素系還元材とから製造された還元鉄をサブマージドアーク炉で還元・溶解することにより溶融金属鉄を製造する溶融金属鉄の製造設備に関する。

鉄鉱石等の酸化鉄とコークス等の炭素系還元材とを混合してペレット状やブリケット状に成型した成型物から回転炉床式還元炉等で還元鉄を製造し、その還元鉄をサブマージドアーク炉で還元・溶解することにより溶融金属鉄を製造する方法としては、既に多くの提案がなされている。

例えば、特許文献１には、酸化鉄紛体と炭素質紛体とを混合して製造した原料ペレットを回転炉床式還元炉で還元し、回転炉床式還元炉で製造された還元鉄をサブマージドアーク炉に連続的に装入し、サブマージドアーク炉に装入された還元鉄を電極による通電加熱により順次サブマージドアーク炉で溶解すると共に、サブマージドアーク炉で副生されたＣＯガスを主体とする還元性ガスを、回転炉床式還元炉の還元鉄ペレット排出部近傍に流入させることを特徴とする溶融金属鉄の製造方法が提案されている。

しかしながら、この特許文献１の溶融金属鉄の製造方法では、図４に示すように、例えば還元鉄１０２を原料装入シュート１２６からサブマージドアーク炉１２０内に少量ずつ連続的に装入すると、サブマージドアーク炉１２０内にスラグ１０３と溶銑１０４とを充填させた状態で電極１２３による通電加熱を実施するため、炉内の耐火物が高温のスラグ１０３にさらされやすい。したがって、スラグ１０３がオーバーヒートした際には、耐火物の損耗が速くなる危険性が高い。その一方で、図５に示すように、炉内に還元鉄１０２を充填させる溶融金属鉄の製造方法では、耐火物を高温スラグ１０３から保護する観点から有利であり、熱効率の面でも優れている。しかしながら、還元鉄１０２の電気伝導率が高いため、サブマージドアーク炉１２０では、電極１２３間に充填された還元鉄１０２を通じて電流がショートパスし、十分なエネルギーをスラグ１０３及び溶銑１０４に伝えることができなくなってしまう虞がある。

特許第３４０３０９３号公報

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、鉄鉱石等の酸化鉄とコークス等の炭素系還元材とから製造された還元鉄をサブマージドアーク炉で還元・溶解することにより溶融金属鉄を製造する溶融金属鉄の製造設備において、サブマージドアーク炉の耐火物の損耗を抑えつつ、エネルギー効率の高い溶融金属鉄の製造設備を提供することを目的とする。

更に、本発明は、サブマージドアーク炉に装入された還元鉄が電極間に流入されて充填されることを抑制して電流のショートパスを防止することが可能な溶融金属鉄の製造設備を提供することを目的とする。

本発明に係る溶融金属鉄の製造設備は、酸化鉄と炭素系還元材とから製造された還元鉄をサブマージドアーク炉で還元・溶解することにより溶融金属鉄を製造する溶融金属鉄の製造設備において、該サブマージドアーク炉の炉壁の内側に円筒状の仕切り壁が設置されることを特徴とする。

本発明によれば、酸化鉄と炭素系還元材とから製造された還元鉄をサブマージドアーク炉で還元・溶解することにより溶融金属鉄を製造する溶融金属鉄の製造設備において、サブマージドアーク炉の炉壁の内側に円筒状の仕切り壁が設置されている。したがって、本発明によれば、仕切り壁と炉壁との間の空間部にスラグ等と比べて比較的温度の低い還元鉄を充填することができるので、炉壁の耐火物を高温スラグから保護することができ、寿命を延長させることができる。更に、本発明によれば、空間部に還元鉄を充填することで、溶解前に還元鉄を予熱することができ、エネルギー効率を高めることができる。よって、本発明によれば、還元鉄を還元・溶解するサブマージドアーク炉において、サブマージドアーク炉の耐火物の損耗を抑えつつ、エネルギー効率の向上を図ることができる。

更に、本発明によれば、還元鉄を還元・溶解するサブマージドアーク炉の炉壁の内側に円筒状の仕切り壁が設置され、この仕切り壁と炉壁との間の空間部に還元鉄が充填されるので、還元鉄が電極間に流入されて充填されることを抑制して電流のショートパスを防止することができる。

回転炉床式還元炉とサブマージドアーク炉とを示した正面断面図である。サブマージドアーク炉を示した正面断面図である。サブマージドアーク炉の一部を示した正面拡大断面図である。還元鉄を少量ずつ装入させて溶融金属鉄を製造する従来のサブマージドアーク炉を示した正面断面図である。還元鉄を充填させて溶融金属鉄を製造する従来のサブマージドアーク炉を示した正面断面図である。

以下、本発明を適用した溶融金属鉄の製造設備について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更可能である。

図１に示すように、本発明を適用した溶融金属鉄の製造設備１は、鉄鉱石等の酸化鉄とコークス等の炭素系還元材とから還元鉄２を製造する円環型の回転炉床式還元炉１０と、回転炉床式還元炉１０で製造された還元鉄２を還元・溶解して溶融金属鉄を製造するサブマージドアーク炉２０とで構成されている。なお、図１では、円環型の回転炉床式還元炉１０を平面状に展開して図示している。

回転炉床式還元炉１０は、図１に示すように、粉状に粉砕された鉄鉱石等の酸化鉄及びコークス等の炭素系還元材が混合されてペレットやブリケットに成型された後に、その成型物が装入部１１ａから炉本体１１の内部に装入される。すると、回転炉床式還元炉１０は、内部に装入された成型物を、回転炉床１２により移動させつつ、炉本体１１の側壁等に設けられたバーナー１３により発生された高温の雰囲気で加熱して、成型物内の酸化鉄と炭素とを還元反応を起こさせる。そして、回転炉床式還元炉１０は、成型物を、金属鉄が多く含まれる還元鉄２として、装出部１１ｂからサブマージドアーク炉２０に排出する。回転炉床式還元炉１０により製造された還元鉄２は、例えば、耐熱コンベア又は耐熱容器等の搬送部によりサブマージドアーク炉２０に搬送される。

サブマージドアーク炉２０は、図２に示すように、上面に上面開口部を有する有底筒状の炉本体２１と、炉本体２１の上面開口部を閉塞する炉蓋２２とを有している。炉本体２１及び炉蓋２２は、共に耐熱鋼や耐火鋼で形成されている。更に、炉本体２１及び炉蓋２２は、炉内側等に耐火物等が配設され、耐熱処理や耐火処理が施されている。更に、炉本体２１及び炉蓋２２は、例えば、直径が５ｍ〜１５ｍ程度の大きさで設けられ、内部が還元鉄２が充填される充填部となっている。なお、炉本体２１及び炉蓋２２は、共に内部水冷構造等を有するようにしても良い。

また、炉蓋２２の中心付近には、図２に示すように、通電加熱により炉内に充填された還元鉄２を溶解して、スラグ３と溶銑４とを形成する電極２３が設置されている。この電極２３は、先端が炉内に配置された状態で、例えば等間隔に３本設置されている。なお、スラグ３は、炉壁２１ａに形成された出滓口２８から炉外に排出される。溶銑４は、炉壁２１ａに形成された出銑口２９から炉外に排出されて、図１に示すように、取鍋３０等に収容される。

また、炉壁２１ａの内側には、図２に示すように、円筒状の仕切り壁２４が設けられている。この仕切り壁２４は、耐熱鋼や耐火鋼等で形成され、電極２３よりも炉壁２１ａ付近に配置されて、例えば炉蓋２２に取り付けられている。なお、仕切り壁２４は、内部水冷構造等を有するようにしても良い。更に、仕切り壁２４と炉壁２１ａとの間には、空間部２５が形成され、この空間部２５には還元鉄２が充填される。この際、図３に示すように、電極２３と仕切り壁２４との隙間Ｘと、仕切り壁２４の下端と溶銑４の上面との隙間Ｙと、空間部２５に充填された還元鉄２の安息角αとが、Ｙ／Ｘ＜ｔａｎαの関係にあることが望ましい。この関係を満たすと、仕切り壁２４により還元鉄２が電極２３間に流入されて充填されることを抑制することができ、電流のショートパスを防止することができる。更に、仕切り壁２４は、隙間Ｘを上記関係を満たす最小値となるように設置されることが好ましい。これにより、空間部２５には、より多くの還元鉄２を充填することができる。

なお、仕切り壁２４は、炉蓋２２に取り付けることに限定されるものではなく、炉壁２１ａの内側に配置されていれば如何なる箇所に取り付けても良く、例えば、ブラケット等の支持部材を介して炉壁２１ａに取り付けるようにしても良い。この際、仕切り壁２４は、仕切り壁２４の上端と炉蓋２２との間に隙間無く取り付けることが好ましいが、隙間をあけて取り付けるようにしても良い。

また、炉蓋２２には、図２に示すように、炉内の空間部２５に還元鉄２を装入する筒状の原料装入シュート２６が設けられている。この原料装入シュート２６は、先端が炉内に配置された状態で、空間部２５の上方の炉蓋２２に例えば等間隔に４個設置されている。そして、原料装入シュート２６は、還元鉄２を溶解する際には空間部２５に予め大量の還元鉄２を充填する。

なお、原料装入シュート２６は、炉蓋２２に４本設置されることに限定されるものではなく、少なくとも１つ設置されていれば良く、設置数はサブマージドアーク炉２０のサイズや還元鉄２の性状や充填量等に応じて適宜変更可能である。更に、原料装入シュート２６は、空間部２５に均一に充填するために等間隔に設置することが好ましいが、不等間隔に設置するようにしても良い。

また、炉蓋２２には、図２に示すように、炉内で発生した排ガスを炉外に排気する筒状の排気部２７が設けられている。この排気部２７は、空間部２５の上方の炉蓋２２に例えば等間隔に４個形成されている。これにより、排気部２７は、炉内で発生した還元性の高い高温排ガスを空間部２５に充填された還元鉄２に接触させた後に炉外に排気させる。したがって、空間部２５に充填された還元鉄２は、予熱されて高温に保持されると共に、金属化が更に促進されて、溶解性が高まる。更に、排気部２７は、原料装入シュート２６の近傍に形成するようにする。これにより、原料装入シュート２６の近傍に一般的に還元鉄２が山積みされて大量に配置されているので、確実且つ効率良く高温排ガスを還元鉄２に接触させることができ、加熱効率を高めることができる。

なお、排気部２７は、炉蓋２２に４本設置されることに限定されるものではなく、少なくとも１つ設置されていれば良く、設置数はサブマージドアーク炉２０のサイズや還元鉄２の性状や充填量等に応じて適宜変更可能である。更に、排気部２７は、高温排ガスを還元鉄２に均一に接触させるために等間隔に設置することが好ましいが、不等間隔に設置するようにしても良い。更に、排気部２７は、原料装入シュート２６の近傍に設置することが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。

以上のような構成を有する溶融金属鉄の製造設備１は、以下のようにして溶融金属鉄を製造する。

先ず、回転炉床式還元炉１０において、鉄鉱石等の酸化鉄とコークス等の炭素系還元材とから還元鉄２を製造する。

具体的に、回転炉床式還元炉１０には、図１に示すように、粉状に粉砕された鉄鉱石等の酸化鉄及びコークス等の炭素系還元材が混合されてペレットやブリケットに成型された後に、その成型物が装入部１１ａから炉本体１１の内部に装入される。すると、回転炉床式還元炉１０は、内部に装入された成型物を、回転炉床１２により移動させつつ、炉本体１１の側壁等に設けられたバーナー１３により発生された高温の雰囲気で加熱して、成型物内の酸化鉄と炭素とを還元反応を起こさせる。そして、回転炉床式還元炉１０は、成型物を、金属鉄が多く含まれる還元鉄２として、装出部１１ｂから直接的に又は搬送部を介してサブマージドアーク炉２０に排出する。

次いで、サブマージドアーク炉２０において、回転炉床式還元炉１０で製造された還元鉄２を還元・溶解して溶融金属鉄を製造する。

具体的に、サブマージドアーク炉２０には、原料装入シュート２６を介して回転炉床式還元炉１０から炉内に還元鉄２が装入される。そして、サブマージドアーク炉２０は、電極２３の通電加熱により空間部２５内に充填された還元鉄２を溶解してスラグ３と溶銑４とを形成する。

その後、スラグ３は、炉壁２１ａの出滓口２８から炉外に排出される。溶銑４は、炉壁２１ａの出銑口２９から炉外に排出されて取鍋３０等に収容される。

以上のようにして、溶融金属鉄の製造設備１は、溶融金属鉄（溶銑４）を製造する。

以上のように、溶融金属鉄の製造設備１は、還元鉄２を還元・溶解するサブマージドアーク炉２０の炉壁２１ａの内側に円筒状の仕切り壁２４が設置されているので、仕切り壁２４と炉壁２１ａとで構成される空間部２５に比較的温度の低い還元鉄２を充填することができ、耐壁２１ａの耐火物を高温スラグ３から保護することができ、寿命を延長させることができる。更に、溶融金属鉄の製造設備１は、空間部２５に還元鉄２を充填することで、還元鉄２を予熱して高温に保持すると共に、還元鉄２の金属化を更に促進させて、還元鉄２の溶解性を高めることができ、エネルギー効率を高めることができる。よって、溶融金属鉄の製造設備１は、還元鉄２を還元・溶解するサブマージドアーク炉２０において、サブマージドアーク炉２０の耐火物の損耗を抑えつつ、エネルギー効率の向上を図ることができる。

更に、溶融金属鉄の製造設備１は、還元鉄２を還元・溶解するサブマージドアーク炉２０の炉壁２１ａの内側に円筒状の仕切り壁２４が設置され、この仕切り壁２４と炉壁２１ａとで構成される空間部２５に還元鉄２が充填されるので、電極２３間に還元鉄２が流入されて充填されることを抑制して電流のショートパスを防止することができる。

また、溶融金属鉄の製造設備１は、電極２３と仕切り壁２４との隙間Ｘと、仕切り壁２４の下端と溶銑４の上面との隙間Ｙと、空間部２５に充填された還元鉄２の安息角αとが、Ｙ／Ｘ＜ｔａｎαの関係にあるので、電極２３間に還元鉄２が流入されて充填されることを確実に抑制でき、より確実に電流のショートパスを防止することができる。

また、溶融金属鉄の製造設備１は、仕切り壁２４と炉壁２１ａとで構成される空間部２５の上方の炉蓋２２に排気部２７が形成されているので、炉内で発生した還元性の高い高温排ガスを空間部２５に充填された還元鉄２に接触させることができる。したがって、溶融金属鉄の製造設備１は、還元鉄２を高温に保持すると共に、還元鉄２の金属化を更に促進させて、還元鉄２の溶解性をより高めることができる。よって、溶融金属鉄の製造設備１は、エネルギー効率の向上をより一層図ることができる。

なお、溶融金属鉄の製造設備１は、鉄鉱石等の酸化鉄とコークス等の炭素系還元材とから還元鉄２を回転炉床式還元炉１０で製造することに限定されるものではなく、回転炉床式還元炉１０の代わりに、ロータリーキルン炉やシャフト炉で製造するようにしても良い。更に、鉄鉱石等の酸化鉄とコークス等の炭素系還元材とから還元鉄２を製造することができれば、如何なる炉であっても良い。

１溶融金属鉄の製造設備、２還元鉄、３スラグ、４溶銑、１０回転炉床式還元炉、１１炉本体、１１ａ装入部、１１ｂ装出部、１２回転炉床、１３バーナー、２０サブマージドアーク炉、２１炉本体、２１ａ炉壁、２２炉蓋、２３電極、２４仕切り壁、２５空間部、２６原料装入シュート、２７排気部、２８出滓口、２９出銑口、３０取鍋

Claims

酸化鉄と炭素系還元材とから製造された還元鉄をサブマージドアーク炉で還元・溶解することにより溶融金属鉄を製造する溶融金属鉄の製造設備において、該サブマージドアーク炉の炉壁の内側に円筒状の仕切り壁が設置されることを特徴とする溶融金属鉄の製造設備。
電極と上記仕切り壁との隙間Ｘと、該仕切り壁の下端と溶銑の上面との隙間Ｙと、該仕切り壁と上記炉壁との間の空間部に充填される還元鉄の安息角αとの関係が下記（１）式で示されることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属鉄の製造設備。
Ｙ／Ｘ＜ｔａｎα ・・・（１）
上記サブマージドアーク炉の排気部は、上記仕切り壁と上記炉壁との間の空間部の上方に設置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融金属鉄の製造設備。