JP2735774B2 - 冶金反応容器での反応を強化する方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、冶金反応容器に収容し
た溶湯浴中にその浴面の下方および上方から反応剤を供
給し、溶湯上方のガス空間内では、溶湯から噴出するガ
スを該ガス空間に吹き込んだ酸化性ガスにより後燃焼さ
せ、これにより発生した熱を溶湯浴に伝達する、冶金反
応容器での反応を強化する方法に関する。
た溶湯浴中にその浴面の下方および上方から反応剤を供
給し、溶湯上方のガス空間内では、溶湯から噴出するガ
スを該ガス空間に吹き込んだ酸化性ガスにより後燃焼さ
せ、これにより発生した熱を溶湯浴に伝達する、冶金反
応容器での反応を強化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の新しい冶金プロセスの開発は、生
産性の向上と、供給した燃料のエネルギーをより良く活
用することを目的としている。"New concepts and meth
ods for iron- and steelmaking"（「製鉄および製鋼の
ための新しい考え方と方法」）と題されたHowe Memoria
l Lecture (1987)では、製鉄分野で初めて、エネルギー
伝達密度という考え方と、プロセスガスの後燃焼および
それにより発生した熱の再伝達の重要性について論じた
ものである。そこには、スクラップ１ｔを溶製するため
の石炭消費量を後燃焼度の関数として表した数値や、在
来の製銑および製鋼法についてのエネルギー伝達密度
（ＭＷ／ｍ3 ）の数値が開示されている。
産性の向上と、供給した燃料のエネルギーをより良く活
用することを目的としている。"New concepts and meth
ods for iron- and steelmaking"（「製鉄および製鋼の
ための新しい考え方と方法」）と題されたHowe Memoria
l Lecture (1987)では、製鉄分野で初めて、エネルギー
伝達密度という考え方と、プロセスガスの後燃焼および
それにより発生した熱の再伝達の重要性について論じた
ものである。そこには、スクラップ１ｔを溶製するため
の石炭消費量を後燃焼度の関数として表した数値や、在
来の製銑および製鋼法についてのエネルギー伝達密度
（ＭＷ／ｍ3 ）の数値が開示されている。
【０００３】反応ガスの後燃焼、特にＣＯからＣＯ2 へ
後燃焼させ、それによる燃焼熱を利用してスクラップ溶
製容量を増加させる試みは、鋼精錬分野では割合知られ
ているし、特許文献にも記載されている。例えば、
（東）ドイツ特許第０１０１９１６号は電弧炉および製
鋼用転炉でのＣＯの後燃焼に関する。この発明の本質的
（不可欠）な事項として、後燃焼羽口にはほぼ水平な適
合位置があり、これら羽口への酸素供給量は底部羽口か
ら溶湯中に流入する酸素量と関係付けて調整することで
ある、と述べられている。しかし１９７１年から発効し
ているこの特許が教示している事項は、実施されたこと
がない。
後燃焼させ、それによる燃焼熱を利用してスクラップ溶
製容量を増加させる試みは、鋼精錬分野では割合知られ
ているし、特許文献にも記載されている。例えば、
（東）ドイツ特許第０１０１９１６号は電弧炉および製
鋼用転炉でのＣＯの後燃焼に関する。この発明の本質的
（不可欠）な事項として、後燃焼羽口にはほぼ水平な適
合位置があり、これら羽口への酸素供給量は底部羽口か
ら溶湯中に流入する酸素量と関係付けて調整することで
ある、と述べられている。しかし１９７１年から発効し
ているこの特許が教示している事項は、実施されたこと
がない。
【０００４】唯一、ドイツ特許第２７５５１６５号にお
いて、工業規模で、平均にして約２０％のＣＯを後燃焼
させ、発生した熱の溶湯への再伝達量として約８０〜９
０％という高い効率係数が得ることができた。これによ
って、複合吹込み型転炉での製鋼時のスクラップ率が明
らかに増加した。この方法の本質的な特徴は、精錬プロ
セスに要する全酸素量の約２０〜８０％を、浴表面上へ
向けてガス空間内へ自由ジェットとして吹き込まれてい
るガスによって、上方から供給することである。ドイツ
特許第２８３８９８３号に記載されているように、溶湯
に炭素質燃料を供給することによって製鋼時のスクラッ
プ率を更に高めることができるし、これら燃料の熱効率
もやはり反応ガスの後燃焼によって向上する。
いて、工業規模で、平均にして約２０％のＣＯを後燃焼
させ、発生した熱の溶湯への再伝達量として約８０〜９
０％という高い効率係数が得ることができた。これによ
って、複合吹込み型転炉での製鋼時のスクラップ率が明
らかに増加した。この方法の本質的な特徴は、精錬プロ
セスに要する全酸素量の約２０〜８０％を、浴表面上へ
向けてガス空間内へ自由ジェットとして吹き込まれてい
るガスによって、上方から供給することである。ドイツ
特許第２８３８９８３号に記載されているように、溶湯
に炭素質燃料を供給することによって製鋼時のスクラッ
プ率を更に高めることができるし、これら燃料の熱効率
もやはり反応ガスの後燃焼によって向上する。
【０００５】非鉄金属の製造、例えば鉛や銅の製造の場
合、反応ガスの後燃焼による熱を利用した同様の方法が
採用されている。鉄浴内での石炭のガス化の場合にも、
ガス化プロセスへのエネルギー供給量を生成した石炭ガ
スの部分燃焼により高めることができる。揮発成分の多
い種類の石炭は、揮発成分によって鉄浴が冷やされる
の、そのような石炭のガス化にはこの方法が特に重要で
ある。また、鉄浴反応装置内で発生した石炭ガスの部分
的後燃焼によるエネルギーを、例えば鉄鉱石の還元に利
用することもできる。イギリス特許第２０８２６２４号
にこのような方法が記載されている。
合、反応ガスの後燃焼による熱を利用した同様の方法が
採用されている。鉄浴内での石炭のガス化の場合にも、
ガス化プロセスへのエネルギー供給量を生成した石炭ガ
スの部分燃焼により高めることができる。揮発成分の多
い種類の石炭は、揮発成分によって鉄浴が冷やされる
の、そのような石炭のガス化にはこの方法が特に重要で
ある。また、鉄浴反応装置内で発生した石炭ガスの部分
的後燃焼によるエネルギーを、例えば鉄鉱石の還元に利
用することもできる。イギリス特許第２０８２６２４号
にこのような方法が記載されている。
【０００６】近年世界的に発展している鉄鉱石の溶融還
元法では、溶け落ち反応炉と予備還元設備とを組み合わ
せることによっても、あるいは後燃焼率を増加させるこ
とによっても、プロセスの生産性を向上させることがで
きる。これら二つの方向で特に有利な態様がドイツ特許
出願第４２０６８２８号（未公開）およびアメリカ合衆
国特許第５，０５１，１２７号に記載されている。上記
特許出願による鉄鉱石の溶融還元のための複合プロセス
における生産性の改善は、この複合プロセスが少なくと
も三つのプロセス単位から成り、溶け落ち反応炉が一つ
のプロセス単位を構成し、金属鉱石の部分還元が他の少
なくとも二つのプロセス単位で行われ、これら三つのプ
ロセス単位でそれぞれ異種の廃ガスが発生する、という
特徴がある。アメリカ合衆国特許による後燃焼の改善は
特に、酸化性ガスのジェットを一つあるいは複数、一つ
あるいはそれ以上の羽口から螺旋状にして反応容器内の
浴表面上に吹き付けることによって達成される。
元法では、溶け落ち反応炉と予備還元設備とを組み合わ
せることによっても、あるいは後燃焼率を増加させるこ
とによっても、プロセスの生産性を向上させることがで
きる。これら二つの方向で特に有利な態様がドイツ特許
出願第４２０６８２８号（未公開）およびアメリカ合衆
国特許第５，０５１，１２７号に記載されている。上記
特許出願による鉄鉱石の溶融還元のための複合プロセス
における生産性の改善は、この複合プロセスが少なくと
も三つのプロセス単位から成り、溶け落ち反応炉が一つ
のプロセス単位を構成し、金属鉱石の部分還元が他の少
なくとも二つのプロセス単位で行われ、これら三つのプ
ロセス単位でそれぞれ異種の廃ガスが発生する、という
特徴がある。アメリカ合衆国特許による後燃焼の改善は
特に、酸化性ガスのジェットを一つあるいは複数、一つ
あるいはそれ以上の羽口から螺旋状にして反応容器内の
浴表面上に吹き付けることによって達成される。
【０００７】ヨーロッパ特許出願第９０１１６８７９．
９号（公開番号第０４１８６２７号）に記載された溶融
還元容器の操業方法は、浴表面を基準にして少なくとも
２０００ｋｇ／ｍ2 のスラグを存在させる点に特徴があ
る。このプロセスは酸素上吹きランスと、攪拌ガスを溶
湯浴中に注入する浴下羽口とを用いて操業する。反応ガ
スの後燃焼は鉄浴上にある発泡スラグ中で行われる。こ
の特許出願に記載されている攪拌電力の計算式によれ
ば、その値は特許請求の範囲第１項に記載されているよ
うに１〜６ｋＷ／ｔとすべきである。浴下羽口から溶湯
中に注入される攪拌ガスの流量は７０〜４５０Ｎｍ3 ／
ｈｒである。記載されている装入量７０〜１１０ｔで浴
下羽口４個の場合には、特定の値としてが０．０５〜
０．３Ｎｍ3／ｔ・ｍｉｎとなる。浴面下に導入される
攪拌ガスが記載されている流量より多くなると、このプ
ロセスにおける上吹き酸素と鉄溶湯との接触が増加す
る。その結果、浴の酸化が起き、後燃焼が減る。
９号（公開番号第０４１８６２７号）に記載された溶融
還元容器の操業方法は、浴表面を基準にして少なくとも
２０００ｋｇ／ｍ2 のスラグを存在させる点に特徴があ
る。このプロセスは酸素上吹きランスと、攪拌ガスを溶
湯浴中に注入する浴下羽口とを用いて操業する。反応ガ
スの後燃焼は鉄浴上にある発泡スラグ中で行われる。こ
の特許出願に記載されている攪拌電力の計算式によれ
ば、その値は特許請求の範囲第１項に記載されているよ
うに１〜６ｋＷ／ｔとすべきである。浴下羽口から溶湯
中に注入される攪拌ガスの流量は７０〜４５０Ｎｍ3 ／
ｈｒである。記載されている装入量７０〜１１０ｔで浴
下羽口４個の場合には、特定の値としてが０．０５〜
０．３Ｎｍ3／ｔ・ｍｉｎとなる。浴面下に導入される
攪拌ガスが記載されている流量より多くなると、このプ
ロセスにおける上吹き酸素と鉄溶湯との接触が増加す
る。その結果、浴の酸化が起き、後燃焼が減る。
【０００８】またヨーロッパ特許出願公開第０３０８９
２５号は鉄鉱石の溶融および還元のための方法および装
置に関する。この方法の特徴は、脱炭および後燃焼のた
めの酸素は羽口付の上吹きランスから、また攪拌ガスは
側面羽口および底部羽口から、溶融還元炉内に吹込むこ
とである。溶湯１ｔ当たりの攪拌用不活性ガスの吹込み
量は底部羽口が０．５〜３Ｎｍ3 ／ｍｉｎ、側面羽口が
０．３〜２Ｎｍ3 ／ｍｉｎであった。スラグおよびスラ
グ形成剤（造滓材）もプロセスの開始時点から３０〜１
００ｋｇ／金属ｔの割合で溶湯浴に供給する。
２５号は鉄鉱石の溶融および還元のための方法および装
置に関する。この方法の特徴は、脱炭および後燃焼のた
めの酸素は羽口付の上吹きランスから、また攪拌ガスは
側面羽口および底部羽口から、溶融還元炉内に吹込むこ
とである。溶湯１ｔ当たりの攪拌用不活性ガスの吹込み
量は底部羽口が０．５〜３Ｎｍ3 ／ｍｉｎ、側面羽口が
０．３〜２Ｎｍ3 ／ｍｉｎであった。スラグおよびスラ
グ形成剤（造滓材）もプロセスの開始時点から３０〜１
００ｋｇ／金属ｔの割合で溶湯浴に供給する。
【０００９】上記従来の製鋼法、鉄浴内での石炭ガス化
法、および鉄鉱石の溶融還元法に共通することは、実際
の生産には僅かしか利用されていないこと、実際に安定
して得られる後燃焼率は予期したよりも低くて３０％以
下であり、同時に得られる熱伝達率は例外的な場合で７
０％程度であることである。また、後燃焼の度合を高く
すると反応容器のガス空間では耐火物ライニングの損耗
が多くなる。酸素上吹きランスと反応媒体として鉄浴上
の発泡スラグ層とを用いる溶融還元法は、発泡スラグ層
の形成・維持に悪影響を及ぼさずに反応剤の吹込み速度
を増加させることができないので、反応の度合いに限界
がある。
法、および鉄鉱石の溶融還元法に共通することは、実際
の生産には僅かしか利用されていないこと、実際に安定
して得られる後燃焼率は予期したよりも低くて３０％以
下であり、同時に得られる熱伝達率は例外的な場合で７
０％程度であることである。また、後燃焼の度合を高く
すると反応容器のガス空間では耐火物ライニングの損耗
が多くなる。酸素上吹きランスと反応媒体として鉄浴上
の発泡スラグ層とを用いる溶融還元法は、発泡スラグ層
の形成・維持に悪影響を及ぼさずに反応剤の吹込み速度
を増加させることができないので、反応の度合いに限界
がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、溶湯
内の濃度バランスを良好に維持しながら冶金反応容器で
の反応を強化することであり、そのために、３０％を超
える高い後燃焼度と同時に、その結果発生した熱の溶湯
浴への伝達について７０％を超える高い効率係数とを得
るようにした、製鋼、鉄浴内での石炭ガス化および金属
鉱石の溶融還元のための、発泡スラグ層を用いずに冶金
反応容器での反応を強化する方法を提供することであ
る。すなわち本発明の目的は、公知の既設冶金反応容器
に応用して生産性を高める方法を提供することである。
内の濃度バランスを良好に維持しながら冶金反応容器で
の反応を強化することであり、そのために、３０％を超
える高い後燃焼度と同時に、その結果発生した熱の溶湯
浴への伝達について７０％を超える高い効率係数とを得
るようにした、製鋼、鉄浴内での石炭ガス化および金属
鉱石の溶融還元のための、発泡スラグ層を用いずに冶金
反応容器での反応を強化する方法を提供することであ
る。すなわち本発明の目的は、公知の既設冶金反応容器
に応用して生産性を高める方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明に
よれば、冶金反応容器に収容した溶湯浴中にその浴面の
下方および上方から反応剤を供給し、溶湯上方のガス空
間内では、溶湯から噴出するガスを該ガス空間に吹き込
んだ酸化性ガスにより後燃焼させ、これにより発生した
熱を溶湯浴に伝達する、冶金反応容器での反応を強化す
る方法において、底部羽口から送り込んだガスで溶湯を
液滴、飛沫および大粒子の形の断片として噴き上げさ
せ、該冶金反応容器のガス空間内で弾道運動をさせるこ
とにより金属液滴分散相を形成させ、該分散相内で該金
属液滴が得たエネルギーを該溶湯浴へ伝達させることを
特徴とする冶金反応容器での反応を強化する方法によっ
て達成される。更に望ましい特徴および実施態様は従属
請求項２〜８に記載されている。
よれば、冶金反応容器に収容した溶湯浴中にその浴面の
下方および上方から反応剤を供給し、溶湯上方のガス空
間内では、溶湯から噴出するガスを該ガス空間に吹き込
んだ酸化性ガスにより後燃焼させ、これにより発生した
熱を溶湯浴に伝達する、冶金反応容器での反応を強化す
る方法において、底部羽口から送り込んだガスで溶湯を
液滴、飛沫および大粒子の形の断片として噴き上げさ
せ、該冶金反応容器のガス空間内で弾道運動をさせるこ
とにより金属液滴分散相を形成させ、該分散相内で該金
属液滴が得たエネルギーを該溶湯浴へ伝達させることを
特徴とする冶金反応容器での反応を強化する方法によっ
て達成される。更に望ましい特徴および実施態様は従属
請求項２〜８に記載されている。
【００１２】本発明の冶金反応容器での反応を強化する
方法は、容器に収容した溶湯浴に反応剤を浴面の下方お
よび上方から注入し、溶湯浴から放出される反応ガスの
ほとんどを、溶湯の上方にあるガス空間内でそこに注入
された酸化性ガスにより後燃焼させ、このガス空間には
金属および／またはスラグから成る液滴および飛沫が存
在し、後燃焼による熱を高い効率で溶湯浴へ再伝達す
る。本発明は、製鋼、フェロアロイの製造、鉄浴内での
石炭のガス化、および金属鉱石の溶融還元に用いられ
る。
方法は、容器に収容した溶湯浴に反応剤を浴面の下方お
よび上方から注入し、溶湯浴から放出される反応ガスの
ほとんどを、溶湯の上方にあるガス空間内でそこに注入
された酸化性ガスにより後燃焼させ、このガス空間には
金属および／またはスラグから成る液滴および飛沫が存
在し、後燃焼による熱を高い効率で溶湯浴へ再伝達す
る。本発明は、製鋼、フェロアロイの製造、鉄浴内での
石炭のガス化、および金属鉱石の溶融還元に用いられ
る。
【００１３】
【作用】本発明は、反応容器内の溶湯に浴面下から多量
のガスを注入することにより、反応が促進されるという
発見に基づく。本発明はまた、浴下羽口から導入した多
量のガスにより溶湯の断片が浴から噴水状に噴出し、こ
の溶湯断片がガス空間内で液滴、飛沫および大きな粒子
として弾道軌道上を運動し、容器の壁や溶湯同士で突き
当たるかあるいは溶湯の他の部分と衝突した場合にの
み、停止させられるかあるいは溶湯上に自由ジェットと
して吹き付けられる酸化性ガスに引き込まれるようにす
ることにより、冶金反応容器内の反応が促進される、と
いう発見に基づく。
のガスを注入することにより、反応が促進されるという
発見に基づく。本発明はまた、浴下羽口から導入した多
量のガスにより溶湯の断片が浴から噴水状に噴出し、こ
の溶湯断片がガス空間内で液滴、飛沫および大きな粒子
として弾道軌道上を運動し、容器の壁や溶湯同士で突き
当たるかあるいは溶湯の他の部分と衝突した場合にの
み、停止させられるかあるいは溶湯上に自由ジェットと
して吹き付けられる酸化性ガスに引き込まれるようにす
ることにより、冶金反応容器内の反応が促進される、と
いう発見に基づく。
【００１４】本発明の方法は、予期し得なかった仕方
で、冶金反応容器での反応を著しく強化し、３０％を超
える高い後燃焼率と、７０％を超える効率係数で行われ
る溶湯浴への優れた熱伝達とを同時に達成する。本発明
の方法は、浴下羽口上方の浴深さの最少値を約０．５ｍ
として、溶湯１ｔ当たり０．２Ｎｍ3 ／ｍｉｎから３０
Ｎｍ3 ／ｍｉｎまでの量のガスを導入することができ、
これにより溶湯を液滴、飛沫および大きい粒子の形の断
片として噴水状に、発泡スラグの無い反応容器内のガス
空間内に噴出させる。このガス空間内では、溶湯の断片
が弾道運動を行い、その表面積が大きいことによってガ
ス空間から溶湯への熱の伝達を増加させる。この増加し
たエネルギー伝達は本発明の重要な特徴であって、浴面
上方および下方でガスおよび固体を多量に導入し、冶金
反応容器内での反応を強化するための前提になる。
で、冶金反応容器での反応を著しく強化し、３０％を超
える高い後燃焼率と、７０％を超える効率係数で行われ
る溶湯浴への優れた熱伝達とを同時に達成する。本発明
の方法は、浴下羽口上方の浴深さの最少値を約０．５ｍ
として、溶湯１ｔ当たり０．２Ｎｍ3 ／ｍｉｎから３０
Ｎｍ3 ／ｍｉｎまでの量のガスを導入することができ、
これにより溶湯を液滴、飛沫および大きい粒子の形の断
片として噴水状に、発泡スラグの無い反応容器内のガス
空間内に噴出させる。このガス空間内では、溶湯の断片
が弾道運動を行い、その表面積が大きいことによってガ
ス空間から溶湯への熱の伝達を増加させる。この増加し
たエネルギー伝達は本発明の重要な特徴であって、浴面
上方および下方でガスおよび固体を多量に導入し、冶金
反応容器内での反応を強化するための前提になる。
【００１５】以下に、本発明の方法が冶金容器内でどの
ように作用するかについて、現状の知見に基づいて説明
する。浴面下に注入されまたは発生したガスは、金属お
よびスラグの溶湯断片を、溶湯または遷移領域から上向
きの速度を持たせて噴水状に容器のガス空間内へ噴出さ
せる。液滴等の状態になった溶湯はニュートンの原理に
従い弾道軌道をとって運動する。この溶湯断片は他の液
滴に突き当たって爆裂あるいは溶解してその軌道を変更
した後、最終的には容器のガス空間内の耐火物ライニン
グあるいは溶湯のランドに突き当たる。この高温のガス
空間では、液滴には打ち勝つべき実質的な流動抵抗が無
いし、周囲に発泡スラグ等の障害物も存在しないので、
液滴の運動は主としてその噴出速度と重力の影響とによ
って決定される。ただ、高速で上吹きされている後燃焼
ガスのある領域内においては、ガスの速度が５０ｍ／ｓ
ｅｃを超えると、液滴はその寸法に応じてガス流に取り
込まれたり軌道に影響がでたりする。液滴は砕けて小さ
くなることもあり、それによって比表面積が増大する
と、熱と物質の輸送量も増大する。
ように作用するかについて、現状の知見に基づいて説明
する。浴面下に注入されまたは発生したガスは、金属お
よびスラグの溶湯断片を、溶湯または遷移領域から上向
きの速度を持たせて噴水状に容器のガス空間内へ噴出さ
せる。液滴等の状態になった溶湯はニュートンの原理に
従い弾道軌道をとって運動する。この溶湯断片は他の液
滴に突き当たって爆裂あるいは溶解してその軌道を変更
した後、最終的には容器のガス空間内の耐火物ライニン
グあるいは溶湯のランドに突き当たる。この高温のガス
空間では、液滴には打ち勝つべき実質的な流動抵抗が無
いし、周囲に発泡スラグ等の障害物も存在しないので、
液滴の運動は主としてその噴出速度と重力の影響とによ
って決定される。ただ、高速で上吹きされている後燃焼
ガスのある領域内においては、ガスの速度が５０ｍ／ｓ
ｅｃを超えると、液滴はその寸法に応じてガス流に取り
込まれたり軌道に影響がでたりする。液滴は砕けて小さ
くなることもあり、それによって比表面積が増大する
と、熱と物質の輸送量も増大する。
【００１６】反応剤が浴面下から導入されることで、溶
湯は液滴および飛沫となって噴水状に連続的にガス空間
に噴出し、一種の金属液滴分散相を形成する。この金属
液滴分散相は極めて大きな表面積を持つので、後燃焼の
熱を金属浴へより多く直接伝達する作用がある。このよ
うにガス空間内に多数の液滴が存在することで表面積が
増大することは、ガス空間と溶湯との間の熱交換が促進
され、またその結果、浴面の上方および下方から多量の
注入ができるようになるので、本発明によって反応を強
化するために望ましい。ガス空間内に存在する金属液滴
の凡その量を見積もってみると、液滴の直径を約０．１
〜約２５ｍｍとして溶湯トン当たり少なくとも１０ｋｇ
という参考値が得られる。当然のことながら、このよう
な見積りは操業条件に左右される種々の要因によって変
動し得る。
湯は液滴および飛沫となって噴水状に連続的にガス空間
に噴出し、一種の金属液滴分散相を形成する。この金属
液滴分散相は極めて大きな表面積を持つので、後燃焼の
熱を金属浴へより多く直接伝達する作用がある。このよ
うにガス空間内に多数の液滴が存在することで表面積が
増大することは、ガス空間と溶湯との間の熱交換が促進
され、またその結果、浴面の上方および下方から多量の
注入ができるようになるので、本発明によって反応を強
化するために望ましい。ガス空間内に存在する金属液滴
の凡その量を見積もってみると、液滴の直径を約０．１
〜約２５ｍｍとして溶湯トン当たり少なくとも１０ｋｇ
という参考値が得られる。当然のことながら、このよう
な見積りは操業条件に左右される種々の要因によって変
動し得る。
【００１７】このように浴面下から比較的多量のガスを
注入して得られる溶湯中の流動パターンの利点は、各底
部羽口のガス注入流の上方では浴面にスラグがほとんど
無いため、金属液滴の大部分がガス空間に吹き込まれる
ことである。また、ほとんどスラグが存在しない帯域で
は、反応ガスの後燃焼による熱が金属浴に良く伝達され
る。このことは、本発明の方法がスラグ量の影響を余り
受けずに作用することの理由にもなるであろう。本発明
の方法はまた、浴面上にスラグを配さなくとも大きな問
題無く実行できる。
注入して得られる溶湯中の流動パターンの利点は、各底
部羽口のガス注入流の上方では浴面にスラグがほとんど
無いため、金属液滴の大部分がガス空間に吹き込まれる
ことである。また、ほとんどスラグが存在しない帯域で
は、反応ガスの後燃焼による熱が金属浴に良く伝達され
る。このことは、本発明の方法がスラグ量の影響を余り
受けずに作用することの理由にもなるであろう。本発明
の方法はまた、浴面上にスラグを配さなくとも大きな問
題無く実行できる。
【００１８】本発明の特に重要な特徴は、反応容器のガ
ス空間内に金属液滴が分散分布していることである。こ
のことによって、浴面の下方および上方から多量の注入
を行うことによるエネルギーおよび物質の輸送を強化す
るのに必要な金属浴面を著しく増大させることができる
からである。
ス空間内に金属液滴が分散分布していることである。こ
のことによって、浴面の下方および上方から多量の注入
を行うことによるエネルギーおよび物質の輸送を強化す
るのに必要な金属浴面を著しく増大させることができる
からである。
【００１９】このように浴面下から多量のガスを注入す
る本発明の方法の利点と比較すると、金属浴上に発泡ス
ラグを配して浴面下から多量の攪拌ガスを供給する従来
公知の方法（いわゆるディープスラグ法）は、本発明の
方法にとっては逆効果になる。すなわち後者では、金属
浴で発生した反応ガスの後燃焼が発泡スラグ層の中で起
きるので、後燃焼によるエネルギーを発泡スラグから金
属浴へ伝達するにはスラグと金属浴とを緊密に混ぜ合わ
せる必要がある。そうしないと発泡スラグが著しいオー
バーヒート状態になり、スラグの再酸化が起こって、特
に転炉ライニングの損耗が増大する。
る本発明の方法の利点と比較すると、金属浴上に発泡ス
ラグを配して浴面下から多量の攪拌ガスを供給する従来
公知の方法（いわゆるディープスラグ法）は、本発明の
方法にとっては逆効果になる。すなわち後者では、金属
浴で発生した反応ガスの後燃焼が発泡スラグ層の中で起
きるので、後燃焼によるエネルギーを発泡スラグから金
属浴へ伝達するにはスラグと金属浴とを緊密に混ぜ合わ
せる必要がある。そうしないと発泡スラグが著しいオー
バーヒート状態になり、スラグの再酸化が起こって、特
に転炉ライニングの損耗が増大する。
【００２０】発泡スラグ内での金属液滴の運動と、それ
による反応および熱交換とは、乱流の速度とスラグの密
度および粘性によって限定される。したがって、反応ガ
スの後燃焼と金属浴への良好な熱伝達とを行う本発明の
反応強化方法の教示は、このような従来公知のディープ
スラグ法に適用することはできない。
による反応および熱交換とは、乱流の速度とスラグの密
度および粘性によって限定される。したがって、反応ガ
スの後燃焼と金属浴への良好な熱伝達とを行う本発明の
反応強化方法の教示は、このような従来公知のディープ
スラグ法に適用することはできない。
【００２１】本発明において、用語「反応ガス」は、反
応容器内で起きるガス相互の反応、溶融金属と溶融スラ
グとの反応、および固体相互の反応に参画する全てのガ
ス、使用している浴温度で固体から放出されるガス、お
よびこれらのガスから形成される分解生成物を指す。し
たがって、固体搬送を主目的とする窒素やアルゴン等の
不活性に行動するガスあるいは不活性ガス以外は、供給
されるガスは全てこの用語に含まれる。反応ガスの群に
含まれるガスとしては、例えば、酸素、空気、酸素富化
空気、二酸化炭素、およびメタン、天然ガス、プロパ
ン、ブタン等の炭化水素がある。これらのガスは適宜混
合物として浴下羽口から溶湯中へ供給することもできる
し、在来の生成ガスや本発明の方法または他の冶金プロ
セスにより発生した清浄化した廃ガスを用いることもで
きる。
応容器内で起きるガス相互の反応、溶融金属と溶融スラ
グとの反応、および固体相互の反応に参画する全てのガ
ス、使用している浴温度で固体から放出されるガス、お
よびこれらのガスから形成される分解生成物を指す。し
たがって、固体搬送を主目的とする窒素やアルゴン等の
不活性に行動するガスあるいは不活性ガス以外は、供給
されるガスは全てこの用語に含まれる。反応ガスの群に
含まれるガスとしては、例えば、酸素、空気、酸素富化
空気、二酸化炭素、およびメタン、天然ガス、プロパ
ン、ブタン等の炭化水素がある。これらのガスは適宜混
合物として浴下羽口から溶湯中へ供給することもできる
し、在来の生成ガスや本発明の方法または他の冶金プロ
セスにより発生した清浄化した廃ガスを用いることもで
きる。
【００２２】上記説明中の浴下羽口上方の浴面高さ（浴
面レベル）は、理論的に仮定した静止浴表面を基準とし
たものである。本発明の方法を実際に実行している際に
は、浴面は当然のことながら一つの平面としては存在し
ない。溶融金属と溶融スラグとガス気泡あるいは大きな
ガス流とが混ざり合った遷移領域が存在しており、この
領域内では溶融金属と溶融スラグが実質的に分解して液
滴や飛沫や爆発的に噴き上げる溶湯の断片となってい
る。溶湯は波打つと共に跳ね上がる運動が重なり合って
起きることがある。この混ざり合い領域あるいは遷移領
域は、浴下羽口上方の金属／スラグ界面と、この混ざり
合い領域の上方にある実質的なガス空間との間の遷移層
として出現する。
面レベル）は、理論的に仮定した静止浴表面を基準とし
たものである。本発明の方法を実際に実行している際に
は、浴面は当然のことながら一つの平面としては存在し
ない。溶融金属と溶融スラグとガス気泡あるいは大きな
ガス流とが混ざり合った遷移領域が存在しており、この
領域内では溶融金属と溶融スラグが実質的に分解して液
滴や飛沫や爆発的に噴き上げる溶湯の断片となってい
る。溶湯は波打つと共に跳ね上がる運動が重なり合って
起きることがある。この混ざり合い領域あるいは遷移領
域は、浴下羽口上方の金属／スラグ界面と、この混ざり
合い領域の上方にある実質的なガス空間との間の遷移層
として出現する。
【００２３】本発明の本質的な特徴は、溶湯が回転しな
がら噴水状にガス空間に入り、一部は更に反応容器のラ
イニング面にまで達するような値にまで、浴下羽口から
のガス流量を高めることである。本発明のこのような溶
湯内、混ざり合い領域内およびその上のガス空間内にお
ける運動の状態は、浴下羽口から溶湯中に導入される多
量のガスによって達成される。金属浴トン当たり０．２
Ｎｍ3 ／ｍｉｎから３０Ｎｍ3 ／ｍｉｎまでの流量が好
適であることが分かった。ただし、特に鉄の溶湯の場合
は０．５〜１０Ｎｍ3 ／ｍｉｎ・溶湯浴ｔの範囲が本発
明に特に適している。反応ガス流量の下限値は、高密度
でエネルギー伝達を行う本発明の強力な反応が行われな
い不十分な溶湯運動になることを根拠とした。
がら噴水状にガス空間に入り、一部は更に反応容器のラ
イニング面にまで達するような値にまで、浴下羽口から
のガス流量を高めることである。本発明のこのような溶
湯内、混ざり合い領域内およびその上のガス空間内にお
ける運動の状態は、浴下羽口から溶湯中に導入される多
量のガスによって達成される。金属浴トン当たり０．２
Ｎｍ3 ／ｍｉｎから３０Ｎｍ3 ／ｍｉｎまでの流量が好
適であることが分かった。ただし、特に鉄の溶湯の場合
は０．５〜１０Ｎｍ3 ／ｍｉｎ・溶湯浴ｔの範囲が本発
明に特に適している。反応ガス流量の下限値は、高密度
でエネルギー伝達を行う本発明の強力な反応が行われな
い不十分な溶湯運動になることを根拠とした。
【００２４】反応ガス流量の上限値は、ブロースルー(b
low-through)の発生を防止するということで実質的に規
定される。「ブロースルー」とは、底部羽口から溶湯に
供給されたガスおよび／または固体が完全に反応しない
まま浴外へ出ていってしまう操業状態を言う。ブロース
ルーは浴レベルを最少に設定しノズル径を小さくするこ
とで回避できる。
low-through)の発生を防止するということで実質的に規
定される。「ブロースルー」とは、底部羽口から溶湯に
供給されたガスおよび／または固体が完全に反応しない
まま浴外へ出ていってしまう操業状態を言う。ブロース
ルーは浴レベルを最少に設定しノズル径を小さくするこ
とで回避できる。
【００２５】本発明によれば、浴下羽口上方の浴深さを
浴下羽口内径（もちろん浴深さと内径とは同じ尺度、例
えばｍで表示）で割り算した値が２０以上になれば十分
であることが分かった。この関係から、浴レベルが同じ
ならば、羽口の口径を大きくして少数配設するよりも羽
口の口径は小さくして多数配設する方が、ブロースルー
が起き難くなる。本発明によれば、既に規定した多量の
ガス注入下で、混ざり合い領域があってそこから一部が
噴水状に冶金反応容器内で噴き上げているという既に説
明した本発明の溶湯状態に調整するために、浴下羽口の
吹き出し口の上方の浴面レベルは最小の約０．５ｍにす
ることが有利である。
浴下羽口内径（もちろん浴深さと内径とは同じ尺度、例
えばｍで表示）で割り算した値が２０以上になれば十分
であることが分かった。この関係から、浴レベルが同じ
ならば、羽口の口径を大きくして少数配設するよりも羽
口の口径は小さくして多数配設する方が、ブロースルー
が起き難くなる。本発明によれば、既に規定した多量の
ガス注入下で、混ざり合い領域があってそこから一部が
噴水状に冶金反応容器内で噴き上げているという既に説
明した本発明の溶湯状態に調整するために、浴下羽口の
吹き出し口の上方の浴面レベルは最小の約０．５ｍにす
ることが有利である。
【００２６】本発明によれば、浴面下から溶湯浴へ供給
される反応ガスの総量を調整するにあたっては、固体中
に化学結合していて溶湯温度で放出されるガスの分も考
慮に入れる必要がある。浴面下から注入される固体によ
ってガスの量は非常に異なる。一例として、用いた石炭
の品位による差異をガスフレーム炭(gas flame coal)と
無煙炭の分析値について下記に示す。 浴面下から供給される鉱石の酸素含有量もまた反応ガス
の量に含めなければならない。
される反応ガスの総量を調整するにあたっては、固体中
に化学結合していて溶湯温度で放出されるガスの分も考
慮に入れる必要がある。浴面下から注入される固体によ
ってガスの量は非常に異なる。一例として、用いた石炭
の品位による差異をガスフレーム炭(gas flame coal)と
無煙炭の分析値について下記に示す。 浴面下から供給される鉱石の酸素含有量もまた反応ガス
の量に含めなければならない。
【００２７】本発明の方法のもう一つの有利な特徴は、
従来公知技術に比べて攪拌力が強いことである。この攪
拌力は反応ガス流量によってほぼ決まる。混合力あるい
は攪拌力が大きいことも、本発明の方法で反応を強化す
るための前提の一つである。混合力Ｅ（単位Ｗ）はヨー
ロッパ特許出願第０４１８６２７号に記載されているこ
とに基づいて開発した下記の式で計算される。 Ｅ＝Ｑ・Ｒ・Ｔ1 （（ρ1 ・ｇ・ｈb ）／Ｐ2 ） Ｑ＝ガス流量 〔Ｎｍ3 ／Ｓ〕 Ｒ＝ガス定数 Ｔ1 ＝浴温度 〔℃〕 ρ1 ＝溶湯の密度 〔ｋｇ／Ｎｍ3 〕 ｇ＝重力の加速度 〔ｍ〕 ｈb ＝浴面にかかる圧力 〔Ｐａ〕 この式で算出した攪拌力は本発明の方法では溶湯浴トン
当たり６ｋＷ／ｔを超えるはずである。本発明の方法に
おける攪拌力は全て６ｋＷ／ｔから４０ｋＷ／ｔまでの
範囲にあり、望ましい範囲は約１０ｋＷ／ｔから２５ｋ
Ｗ／ｔである。
従来公知技術に比べて攪拌力が強いことである。この攪
拌力は反応ガス流量によってほぼ決まる。混合力あるい
は攪拌力が大きいことも、本発明の方法で反応を強化す
るための前提の一つである。混合力Ｅ（単位Ｗ）はヨー
ロッパ特許出願第０４１８６２７号に記載されているこ
とに基づいて開発した下記の式で計算される。 Ｅ＝Ｑ・Ｒ・Ｔ1 （（ρ1 ・ｇ・ｈb ）／Ｐ2 ） Ｑ＝ガス流量 〔Ｎｍ3 ／Ｓ〕 Ｒ＝ガス定数 Ｔ1 ＝浴温度 〔℃〕 ρ1 ＝溶湯の密度 〔ｋｇ／Ｎｍ3 〕 ｇ＝重力の加速度 〔ｍ〕 ｈb ＝浴面にかかる圧力 〔Ｐａ〕 この式で算出した攪拌力は本発明の方法では溶湯浴トン
当たり６ｋＷ／ｔを超えるはずである。本発明の方法に
おける攪拌力は全て６ｋＷ／ｔから４０ｋＷ／ｔまでの
範囲にあり、望ましい範囲は約１０ｋＷ／ｔから２５ｋ
Ｗ／ｔである。
【００２８】底部酸素供給羽口と酸素上吹き手段とを備
え底部羽口からは固体を供給できる製鋼用転炉等の近代
的な冶金反応容器に本発明を適用すれば、従来公知の方
法に比べて反応が明瞭に強化される。反応ガス流量は１
〜８Ｎｍ3 ／銑鉄ｔの範囲である。底部羽口から転炉内
の溶鉄に供給されるのは主として、反応ガスとしての酸
素と、羽口保護媒体としての天然ガスと、導入された無
煙炭中に化学結合しているガス（特にＯ2 およびＨ2 ）
である。溶湯から遷移領域を経て放出されるガスは主と
してＣＯおよびＨ2 であり、これらは転炉のガス空間内
で上吹き酸素によって後燃焼されてＣＯ2 およびＨ2 Ｏ
になる。後燃焼率は約３２％であり、これは従来公知の
鋼精錬法で得られた約２０％よりも著しく高い。後燃焼
で発生した熱が溶湯に再伝達される効率係数は８５％で
あり、これは著しい乱流状態にある遷移領域と、この遷
移領域から噴水状に噴出する飛沫および種々の寸法の溶
湯の断片とによって向上している。本発明の方法は、浴
を波立て泡立たせる従来公知の方法とは異なり、溶湯の
断片が噴水状に噴出しており乱流状態で飛沫が発生する
混ざり合いおよび遷移領域の形成を意図している。もし
も製鋼用転炉内に発泡スラグが形成される兆候が見えた
ら、微粒状の炭素質固体燃料および／または造滓材、例
えば石炭とＣａＯを底部羽口から添加することにより、
この望ましくない発泡スラグを直ちに消滅させることが
できる。
え底部羽口からは固体を供給できる製鋼用転炉等の近代
的な冶金反応容器に本発明を適用すれば、従来公知の方
法に比べて反応が明瞭に強化される。反応ガス流量は１
〜８Ｎｍ3 ／銑鉄ｔの範囲である。底部羽口から転炉内
の溶鉄に供給されるのは主として、反応ガスとしての酸
素と、羽口保護媒体としての天然ガスと、導入された無
煙炭中に化学結合しているガス（特にＯ2 およびＨ2 ）
である。溶湯から遷移領域を経て放出されるガスは主と
してＣＯおよびＨ2 であり、これらは転炉のガス空間内
で上吹き酸素によって後燃焼されてＣＯ2 およびＨ2 Ｏ
になる。後燃焼率は約３２％であり、これは従来公知の
鋼精錬法で得られた約２０％よりも著しく高い。後燃焼
で発生した熱が溶湯に再伝達される効率係数は８５％で
あり、これは著しい乱流状態にある遷移領域と、この遷
移領域から噴水状に噴出する飛沫および種々の寸法の溶
湯の断片とによって向上している。本発明の方法は、浴
を波立て泡立たせる従来公知の方法とは異なり、溶湯の
断片が噴水状に噴出しており乱流状態で飛沫が発生する
混ざり合いおよび遷移領域の形成を意図している。もし
も製鋼用転炉内に発泡スラグが形成される兆候が見えた
ら、微粒状の炭素質固体燃料および／または造滓材、例
えば石炭とＣａＯを底部羽口から添加することにより、
この望ましくない発泡スラグを直ちに消滅させることが
できる。
【００２９】製鋼およびフェロアロイ製造のために本発
明の方法を更に有利に適用した例では、温度約１３００
℃の高温空気を用いて転炉ガス空間内で反応ガスを後燃
焼させた。約５０％という高い後燃焼率が得られ、ドイ
ツ特許第３９０３７０５号の実施例に記載されているよ
うに特別に開発した上吹き羽口を用いた場合には６０％
以上になった。この高レベルの後燃焼は確実に再現性良
く調整することができ、金属浴への熱の再伝達が８０％
以上という高い値であることにより、鋼およびフェロア
ロイを経済的に製造する新たな可能性が開けた。例え
ば、品質も凹凸状態も不揃いのスクラップや、金属化率
が３０％程度と低かったりあるいは９０〜１００％と高
い値であったりする予備還元鉱石や、組成が一定しない
固体銑鉄を、例えば炭素質燃料のような外部エネルギー
を余り用いずに安価に精錬することができる。用いる石
炭の品質によっては、装入トン当たり１００ｋｇ未満程
度の消費量にすることができる。装入材料の転炉への導
入は通常行われているように分割して行ってもよいし、
あるいは浴面の下方および／または上方から溶湯浴に連
続的に供給してもよい。例えば、粒状の固体銑鉄を浴面
の下方から連続的に注入することもできるし、適当な寸
法のスクラップ（例えばシュレッダー裁断したスクラッ
プ）を上方から適当な供給手段で転炉内の溶湯に連続的
に供給することもできる。
明の方法を更に有利に適用した例では、温度約１３００
℃の高温空気を用いて転炉ガス空間内で反応ガスを後燃
焼させた。約５０％という高い後燃焼率が得られ、ドイ
ツ特許第３９０３７０５号の実施例に記載されているよ
うに特別に開発した上吹き羽口を用いた場合には６０％
以上になった。この高レベルの後燃焼は確実に再現性良
く調整することができ、金属浴への熱の再伝達が８０％
以上という高い値であることにより、鋼およびフェロア
ロイを経済的に製造する新たな可能性が開けた。例え
ば、品質も凹凸状態も不揃いのスクラップや、金属化率
が３０％程度と低かったりあるいは９０〜１００％と高
い値であったりする予備還元鉱石や、組成が一定しない
固体銑鉄を、例えば炭素質燃料のような外部エネルギー
を余り用いずに安価に精錬することができる。用いる石
炭の品質によっては、装入トン当たり１００ｋｇ未満程
度の消費量にすることができる。装入材料の転炉への導
入は通常行われているように分割して行ってもよいし、
あるいは浴面の下方および／または上方から溶湯浴に連
続的に供給してもよい。例えば、粒状の固体銑鉄を浴面
の下方から連続的に注入することもできるし、適当な寸
法のスクラップ（例えばシュレッダー裁断したスクラッ
プ）を上方から適当な供給手段で転炉内の溶湯に連続的
に供給することもできる。
【００３０】本発明の方法の特に有利な用途は、銑鉄お
よびフェロアロイを製造するための金属鉱石特に鉄鉱石
および鉄含有鉱石の溶融還元である。水平式円筒型反応
容器は例えばこの用途に有利であることが分かった。こ
の形式の容器を用いると、本発明の方法の重要な特徴の
幾つかが非常に良く実現できる。羽口の吹き出し口上方
の自由注入ジェットにより形成される多数の注入流によ
って、遷移および混ざり合い領域での望ましい強い乱流
と、噴水状に噴出してガス空間内で弾道運動をする飛沫
および溶湯断片とを得ることができる。この操業状態
は、多数の小径羽口を用い、この羽口上方の浴深さを比
較的浅く但し０．５ｍよりは深くすることで得られる。
この溶融還元容器において容器高さを約１．５ｍにする
ことも、本発明の方法に好適な望ましい容器形状とする
上で有用である。この反応容器において１〜１０Ｎｍ3
／ｍｉｎ・溶湯浴ｔの反応ガス流量は何ら問題無く調整
された。主として、反応ガスとしての酸素と、羽口保護
媒体としてのメタンと、鉄鉱石および供給された高揮発
分石炭の中に化学結合しているガスを溶湯浴の中に導入
した。金属浴上にスラグ層の無い状態で溶融還元プロセ
スが開始する。このプロセスの進行に伴い、底部羽口か
らの石灰の添加によりこの場合塩基度約１．４の溶融ス
ラグが形成される。
よびフェロアロイを製造するための金属鉱石特に鉄鉱石
および鉄含有鉱石の溶融還元である。水平式円筒型反応
容器は例えばこの用途に有利であることが分かった。こ
の形式の容器を用いると、本発明の方法の重要な特徴の
幾つかが非常に良く実現できる。羽口の吹き出し口上方
の自由注入ジェットにより形成される多数の注入流によ
って、遷移および混ざり合い領域での望ましい強い乱流
と、噴水状に噴出してガス空間内で弾道運動をする飛沫
および溶湯断片とを得ることができる。この操業状態
は、多数の小径羽口を用い、この羽口上方の浴深さを比
較的浅く但し０．５ｍよりは深くすることで得られる。
この溶融還元容器において容器高さを約１．５ｍにする
ことも、本発明の方法に好適な望ましい容器形状とする
上で有用である。この反応容器において１〜１０Ｎｍ3
／ｍｉｎ・溶湯浴ｔの反応ガス流量は何ら問題無く調整
された。主として、反応ガスとしての酸素と、羽口保護
媒体としてのメタンと、鉄鉱石および供給された高揮発
分石炭の中に化学結合しているガスを溶湯浴の中に導入
した。金属浴上にスラグ層の無い状態で溶融還元プロセ
スが開始する。このプロセスの進行に伴い、底部羽口か
らの石灰の添加によりこの場合塩基度約１．４の溶融ス
ラグが形成される。
【００３１】本発明の方法は、最近出願され未だ公開さ
れていないＤＥ４２０６８２８で開発されたプロセスの
溶融還元容器に、またドイツ特許第３６０７７７４号お
よび第３６０７７７６号に記載されている同じ分野の方
法に適用すれば好結果が得られる。これらの溶融還元法
において、本発明の方法で反応を更に強化すること、そ
して金属浴面の下方および上方からの注入量を増加させ
ることができ、その結果これらの方法の生産性を更に高
めることができる。勿論、これら有利な効果はここで記
載しないがガス空間内に発泡スラグを無くして行う同様
な溶融還元プロセスにも当てはまることであり、本発明
の教示を従来公知の方法を改善するために利用し必要に
応じて適合させることも本発明の範囲内にある。特に注
目すべきことの一つは、溶融還元に用いる金属鉱石が、
完全に金属化した状態すなわちスポンジ鉄や鉄ペレット
までの予備還元のどの段階のものであっても、本発明の
方法を適用して好結果を得ることができることである。
例えば、予備還元無しの金属鉱石あるいはほとんど施さ
れていない金属鉱石（鉄鉱石ならヴスタイト程度までの
予備還元状態のもの）を用いることもできるし、また金
属化度を例えば３０〜５０％以上にまで上げたもの、更
に９０〜１００％の高い金属化度のものを用いることも
できる。
れていないＤＥ４２０６８２８で開発されたプロセスの
溶融還元容器に、またドイツ特許第３６０７７７４号お
よび第３６０７７７６号に記載されている同じ分野の方
法に適用すれば好結果が得られる。これらの溶融還元法
において、本発明の方法で反応を更に強化すること、そ
して金属浴面の下方および上方からの注入量を増加させ
ることができ、その結果これらの方法の生産性を更に高
めることができる。勿論、これら有利な効果はここで記
載しないがガス空間内に発泡スラグを無くして行う同様
な溶融還元プロセスにも当てはまることであり、本発明
の教示を従来公知の方法を改善するために利用し必要に
応じて適合させることも本発明の範囲内にある。特に注
目すべきことの一つは、溶融還元に用いる金属鉱石が、
完全に金属化した状態すなわちスポンジ鉄や鉄ペレット
までの予備還元のどの段階のものであっても、本発明の
方法を適用して好結果を得ることができることである。
例えば、予備還元無しの金属鉱石あるいはほとんど施さ
れていない金属鉱石（鉄鉱石ならヴスタイト程度までの
予備還元状態のもの）を用いることもできるし、また金
属化度を例えば３０〜５０％以上にまで上げたもの、更
に９０〜１００％の高い金属化度のものを用いることも
できる。
【００３２】以下に、添付図面を参照して、実施例によ
り本発明を更に詳細に説明する。
り本発明を更に詳細に説明する。
【００３３】
【実施例】図１に、銑鉄やフェロアロイの製造用の鉄鉱
石や鉄含有鉱石を溶融還元するためのドラム型反応容器
の長手方向断面を示す。この円筒状反応容器は、金属製
ジャケット１に耐火物ライニング２を内張りしたもので
ある。この耐火物ライニング２には、反応容器にフラン
ジ４で接続された交換可能な底部分３がある。底部分３
には、個々に供給用継手６を持つ浴下羽口５がある。反
応容器内はスラグ層８を伴った溶湯浴７を収容する。羽
口５の先端の上方には注入ジェット９を示してある。羽
口の上方にある溶湯は、その上方にある遷移／混合ゾー
ン１０およびガス空間１１へ小滴および飛沫１３として
噴水状に飛び散っている。高温空気羽口１５には高温吹
込みパイプ１４から１１００〜１５００℃に予熱された
空気が供給され、後燃焼ジェット１６は溶湯から噴出す
るガスＣＯおよびＨ2 を燃焼してＣＯ2 およびＨ2 Ｏに
する。これによって発生した熱は、溶湯の噴水状噴き上
げ部と液滴および飛沫１３とを介して溶湯に再伝達され
る。後燃焼した後の廃ガスはダストを含んでおり、廃ガ
ス口１７から図中の矢印１８のように反応容器外へ排出
される。図中の容器開口部１９を通って、高温の予備還
元済鉱石が反応容器内に入る。タップ孔２０はこの溶融
還元容器から金属やスラグを排出するためのものであ
る。矢印２１は、耐火物壁の表面が溶湯に濡らされる様
子を示している。
石や鉄含有鉱石を溶融還元するためのドラム型反応容器
の長手方向断面を示す。この円筒状反応容器は、金属製
ジャケット１に耐火物ライニング２を内張りしたもので
ある。この耐火物ライニング２には、反応容器にフラン
ジ４で接続された交換可能な底部分３がある。底部分３
には、個々に供給用継手６を持つ浴下羽口５がある。反
応容器内はスラグ層８を伴った溶湯浴７を収容する。羽
口５の先端の上方には注入ジェット９を示してある。羽
口の上方にある溶湯は、その上方にある遷移／混合ゾー
ン１０およびガス空間１１へ小滴および飛沫１３として
噴水状に飛び散っている。高温空気羽口１５には高温吹
込みパイプ１４から１１００〜１５００℃に予熱された
空気が供給され、後燃焼ジェット１６は溶湯から噴出す
るガスＣＯおよびＨ2 を燃焼してＣＯ2 およびＨ2 Ｏに
する。これによって発生した熱は、溶湯の噴水状噴き上
げ部と液滴および飛沫１３とを介して溶湯に再伝達され
る。後燃焼した後の廃ガスはダストを含んでおり、廃ガ
ス口１７から図中の矢印１８のように反応容器外へ排出
される。図中の容器開口部１９を通って、高温の予備還
元済鉱石が反応容器内に入る。タップ孔２０はこの溶融
還元容器から金属やスラグを排出するためのものであ
る。矢印２１は、耐火物壁の表面が溶湯に濡らされる様
子を示している。
【００３４】非限定的な一例において、本発明の冶金反
応容器内での反応を強化する方法を、図１に示したもの
と同様な水平ドラム型転炉での鉄鉱石の溶融還元につい
て、以下に説明する。図１に対応した試験転炉に重量８
ｔ、炭素濃度３％の溶鉄を装入する。反応を強化した本
発明の方法においては、ハームズリー（Harmsley) 微粉
鉱石約９８ｋｇ／ｍｉｎ、褐炭コークス４６ｋｇ／ｍｉ
ｎ、および羽口保護用のメタン６０Ｎｍ3 ／ｈｒを浴下
羽口から溶湯中へ吹き込む。その結果、反応ガス注入速
度は約８Ｎｍ3 ／ｍｉｎ・溶湯浴ｔとなる。
応容器内での反応を強化する方法を、図１に示したもの
と同様な水平ドラム型転炉での鉄鉱石の溶融還元につい
て、以下に説明する。図１に対応した試験転炉に重量８
ｔ、炭素濃度３％の溶鉄を装入する。反応を強化した本
発明の方法においては、ハームズリー（Harmsley) 微粉
鉱石約９８ｋｇ／ｍｉｎ、褐炭コークス４６ｋｇ／ｍｉ
ｎ、および羽口保護用のメタン６０Ｎｍ3 ／ｈｒを浴下
羽口から溶湯中へ吹き込む。その結果、反応ガス注入速
度は約８Ｎｍ3 ／ｍｉｎ・溶湯浴ｔとなる。
【００３５】溶融還元開始時点には鉄浴上にスラグは無
い。石炭灰が酸性なので、石灰をやはり底部羽口から吹
込み速度約３．５ｋｇ／ｍｉｎで溶湯中へ供給してスラ
グの塩基度を改善し、スラグ塩基度を約１．４に調整す
る。羽口先端からの浴面高さｈb は静止時の浴表面にし
て０．４７ｍ、この同じ面から測った容器高さｈr は
１．４ｍである。浴下羽口は内径１２ｍｍであり、この
試験転炉の場合はこの羽口を５個配置してある。攪拌電
力は２３ｋＷ／溶湯ｔと算出される。底部羽口が配置さ
れた領域の上方にある上吹き羽口から、温度約１２００
℃の高温空気を渦巻き状にして６０００Ｎｍ3 ／ｈ＋富
化分１２００Ｎｍ3 ／ｈの量で溶湯上に吹き付け、溶湯
から放出された反応ガスを後燃焼させる。これによる後
燃焼率は５８％であり、溶湯浴への熱の再伝達は効率係
数８５％という高いものである。この溶融還元用試験プ
ラントを約２時間運転して、炭素濃度３％、温度１４５
０℃の銑鉄７．２ｔを出湯した。引き続いて排出された
スラグの量は１６００ｋｇであった。
い。石炭灰が酸性なので、石灰をやはり底部羽口から吹
込み速度約３．５ｋｇ／ｍｉｎで溶湯中へ供給してスラ
グの塩基度を改善し、スラグ塩基度を約１．４に調整す
る。羽口先端からの浴面高さｈb は静止時の浴表面にし
て０．４７ｍ、この同じ面から測った容器高さｈr は
１．４ｍである。浴下羽口は内径１２ｍｍであり、この
試験転炉の場合はこの羽口を５個配置してある。攪拌電
力は２３ｋＷ／溶湯ｔと算出される。底部羽口が配置さ
れた領域の上方にある上吹き羽口から、温度約１２００
℃の高温空気を渦巻き状にして６０００Ｎｍ3 ／ｈ＋富
化分１２００Ｎｍ3 ／ｈの量で溶湯上に吹き付け、溶湯
から放出された反応ガスを後燃焼させる。これによる後
燃焼率は５８％であり、溶湯浴への熱の再伝達は効率係
数８５％という高いものである。この溶融還元用試験プ
ラントを約２時間運転して、炭素濃度３％、温度１４５
０℃の銑鉄７．２ｔを出湯した。引き続いて排出された
スラグの量は１６００ｋｇであった。
【００３６】
【発明の効果】本発明の方法は、複合吹込み型酸素転炉
での製鋼およびフェロアロイ製造に、鉄浴内での石炭ガ
ス化に、鉄含有鉱石の溶融還元に、そして非鉄金属の製
造および精錬特に銅および鉛の製造において有用である
ことが分かった。
での製鋼およびフェロアロイ製造に、鉄浴内での石炭ガ
ス化に、鉄含有鉱石の溶融還元に、そして非鉄金属の製
造および精錬特に銅および鉛の製造において有用である
ことが分かった。
【図１】本発明にしたがって銑鉄やフェロアロイの製造
用の鉄鉱石や鉄含有鉱石を溶融還元するためのドラム型
反応容器の長手方向断面を示す。
用の鉄鉱石や鉄含有鉱石を溶融還元するためのドラム型
反応容器の長手方向断面を示す。
１…金属製ジャケット ２…耐火物ライニング ３…交換可能な底部分 ４…フランジ ５…浴下羽口 ６…供給用継手 ７…溶湯浴 ８…スラグ層 ９…注入ジェット １０…遷移／混合ゾーン １１…ガス空間 １３…小滴および飛沫 １４…高温吹込みパイプ １５…高温空気羽口 １６…後燃焼ジェット １７…廃ガス口 １９…容器開口部 ２０…タップ孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パウル−ゲルハルト マンテイ ドイツ連邦共和国，92237 ズルツバッ ハ−ローゼンベルク，アム カステンビ ュール 10 (72)発明者 マーク フィリップ シュワルツ オーストラリア国，ビクトリア 3169, ローズバンク エムディーシー クレイ トン，ボックス 312 (56)参考文献 特開 昭63−28811（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−280311（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−166213（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−63215（ＪＰ，Ａ)
Claims (8)
- 【請求項１】 冶金反応容器に収容した溶湯浴中にその
浴面の下方および上方から反応剤を供給し、溶湯上方の
ガス空間内では、溶湯から噴出するガスを該ガス空間に
吹き込んだ酸化性ガスにより後燃焼させ、これにより発
生した熱を溶湯浴に伝達する、冶金反応容器での反応を
強化する方法において、底部 羽口から送り込んだガスで溶湯を液滴、飛沫および
大粒子の形の断片として噴き上げさせ、該冶金反応容器
のガス空間内で弾道運動をさせることにより金属液滴分
散相を形成させ、該分散相内で該金属液滴が得たエネル
ギーを該溶湯浴へ伝達させることを特徴とする冶金反応
容器での反応を強化する方法。 - 【請求項２】 前記冶金反応容器のガス空間内での前記
溶湯断片の弾道運動は、この溶湯断片が容器壁にまたは
溶湯自体に突き当たり、または他の溶湯断片と衝突した
ときに変更あるいは停止させられ、前記浴上へ吹き付け
られている酸化性ガスに引き込まれることを特徴とする
請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記底部羽口から導入されるガスとし
て、注入される固体中に結合していて該浴の温度で放出
されるガスも含むことを特徴とする請求項１または２に
記載の方法。 - 【請求項４】 前記底部羽口から導入され反応容器内の
溶湯浴に供給されるガスの流量は、溶湯１ｔ当たりにし
て０．２Ｎｍ３／ｍｉｎから３０Ｎｍ３／ｍｉｎまでで
あることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１
項に記載の方法。 - 【請求項５】 前記ガスの流量は、溶湯１ｔ当たりにし
て０．５Ｎｍ ３ ／ｍｉｎから１０Ｎｍ ３ ／ｍｉｎまでで
あることを特徴とする請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 前記底部羽口から導入されるガスの流量
を、該羽口の上にある溶湯浴の深さと関係させて調整す
ることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項
に記載の方法。 - 【請求項７】 前記溶湯浴中へガスを注入する底部羽口
は、内径ｄが浴深さｈｂに対してｈｂ／ｄの値が２０よ
り大きくなるように設計されていることを特徴とする請
求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項８】 攪拌力Ｅ（ｋＷ／ｔ）を６ｋＷ／ｔから
４０ｋＷ／ｔまでの値に調整することを特徴とする請求
項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4234974A DE4234974C2 (de) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | Verfahren zur Verstärkung der Stoffumsätze in metallurgischen Reaktionsgefäßen |
| DE4234974:5 | 1992-10-16 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06212225A JPH06212225A (ja) | 1994-08-02 |
| JP2735774B2 true JP2735774B2 (ja) | 1998-04-02 |
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ID=6470669
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|---|---|---|---|
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| KR (1) | KR100248900B1 (ja) |
| CN (1) | CN1044386C (ja) |
| AU (1) | AU676203B2 (ja) |
| BR (1) | BR9304236A (ja) |
| DE (1) | DE4234974C2 (ja) |
| MX (1) | MX9306457A (ja) |
| RU (1) | RU2105069C1 (ja) |
| TW (1) | TW309542B (ja) |
| ZA (1) | ZA937047B (ja) |
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| DE19518343C2 (de) * | 1995-05-18 | 1997-08-21 | Tech Resources Pty Ltd | Schmelzreduktionsverfahren mit erhöhter Effektivität |
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| AUPO944697A0 (en) * | 1997-09-26 | 1997-10-16 | Technological Resources Pty Limited | A method of producing metals and metal alloys |
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| AUPP442698A0 (en) * | 1998-07-01 | 1998-07-23 | Technological Resources Pty Limited | A direct smelting process |
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| KR100862087B1 (ko) * | 2002-07-11 | 2008-10-09 | 주식회사 포스코 | 레이들에서 용강과 슬래그의 반응면적을 확장하기 위한 방법 |
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| AP2010005222A0 (en) | 2007-09-14 | 2010-04-30 | Barrick Gold Corp | Process for recovering platinum group metals usingreductants |
| CN102191386B (zh) * | 2011-04-27 | 2013-08-07 | 新乡市亚洲金属循环利用有限公司 | 有色金属回收的反应装置 |
| CN102787201A (zh) * | 2012-08-31 | 2012-11-21 | 首钢京唐钢铁联合有限责任公司 | 煤作为炼钢压渣剂的用途及其抑制钢渣泡的方法 |
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| CN112195296A (zh) * | 2020-10-09 | 2021-01-08 | 新兴铸管股份有限公司 | 一种含铅锌的铁矿石冶炼装置及冶炼方法 |
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| DE3008145C2 (de) * | 1980-03-04 | 1989-09-21 | Klöckner CRA Technologie GmbH, 4100 Duisburg | Stahlerzeugungsverfahren |
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| JPS62280311A (ja) * | 1986-05-29 | 1987-12-05 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | 溶融還元法 |
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