JP2817245B2

JP2817245B2 - 銑鉄の製造方法

Info

Publication number: JP2817245B2
Application number: JP21692589A
Authority: JP
Inventors: 高郁山本; 博章石田; 洋行池宮
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-08-23
Filing date: 1989-08-23
Publication date: 1998-10-30
Anticipated expiration: 2013-10-30
Also published as: JPH0379708A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、羽口を有する比較的簡単な構造の筒型炉
を使用し、スクラップと鉄鉱石を併用して銑鉄を製造す
る方法に関し、特にその際に一般的に利用価値の乏しい
粉状の石炭、粉状のコークスを活用し、しかもその燃焼
効率を高めて経済的に銑鉄を製造する方法に関する。

（従来の技術）現在、銑鉄はその大部分が高炉によって製造されてい
る。高炉製銑法そのものは、永年にわたる改良が積み重
ねられて銑鉄の大量生産技術としては極めて優れたもの
となっている。しかし、高炉製銑法は、鉄源としては焼
結鉱を、燃料（還元材）としては高品位のコークスを使
用するものであり、利用できる原燃料の制約がある。ま
た、近年の高炉は巨大化し、しかも一旦火入れした後は
停止、再起動が簡単にはできないため、鋼材需要の変動
に応じる柔軟性に乏しい。

上記のような従来の高炉製銑法の問題点を解消すべ
く、本出願人は製鋼用の転炉に類似する筒型炉を使用
し、鉱石とスクラップとを鉄源として用いる新しい製銑
方法を開発し、特願昭63−122292号として提案した。

上記の銑鉄製造方法では第１図に示すような転炉型式
の筒型炉１を用いる。この筒型炉１は図示のように、炉
上部に炉内ガスの排出と原料装入用の開口部２、炉壁下
部に支燃性ガスと燃料を吹き込む一次羽口３、その上部
炉壁に支燃性ガスを吹き込む二次羽口４、炉底に溶銑と
スラグを排出する出銑口５を備えている。

上記筒型炉１を用いて溶銑を製造するには、まず炉内
下部にコークス充填層７を、その上にスクラップと鉄鉱
石の充填層８を形成させる。そして下部のコークス層７
に一次羽口３から支燃性ガスと必要に応じて燃料を吹き
込んで下記（１）式の反応を生じさせ、その反応熱によ
ってコークス層７を高温に保つ。

Ｃ＋1/20₂→CO＋29,400kcal/kmol・Ｃ …（１）上記（１）式で発生したCOは、スクラップと鉄鉱石の
充填層８で二次羽口４から吹きこまれる支燃性ガスと下
記（２）式の反応（２次燃焼）を起こす。その反応熱は
スクラップと鉄鉱石の加熱および溶融に利用される。

CO＋1/20₂→CO₂＋67,590kcal/kmol・CO …（２）この反応で溶融した鉄鉱石（溶融酸化鉄）は下部のコ
ークス層７に滴下した高温のコークスと下記（３）式に
より反応してすみやかに還元される。

Fe₂O₃＋3C→2Fe＋3CO−108,090kcal/kmol・Fe₂O₃ …
（３）上記（３）式の反応のとき、近くにCO₂が存在しない
からCO₂で（３）式の反応が阻害されることはない。そ
して（１）式および（３）式で発生したCOはスクラップ
と鉄鉱石の充填層８内で２次燃焼するために、それらの
加熱と溶融に有効に利用されて高い燃料効率が達成され
る。

以上のように本出願人が先に提案した上記溶銑の製造
方法によれば、転炉型式の筒型炉でスクラップと鉄鉱石
から熱効率よく溶銑を製造することができる。

上記溶銑の製造方法において、コークス消費量の低
減、ひいては炉内鉄源装入負荷の増加を図るため、一次
羽口から支燃性ガスとともに固体粉状或いは気体、液体
の各種の燃料を吹き込むことができる。これらの燃料の
中、固体粉状燃料としては、粉状石炭と粉コークスが代
表的である。

粉コークスは、コークス製造過程で副産物としてでき
るものであるが、揮発分が失われているために燃焼性が
悪い。一方、粉状石炭は、品種によって揮発分の含有量
が相違するから一概には言えないが、大まかに言って20
0メッシュ以下の微粉末にしないと燃焼性が悪く、この
ような微粉末にするには高価な微粉砕装置が必要であ
る。コークスや揮発分の乏しい無煙炭では、200メッシ
ュ以下の微粉末でも完全燃焼は難しい。これらの固体燃
料を吹き込んだ場合、羽口前燃焼空間でそれらが完全に
燃焼しないとコークス充填層の通気性を阻害し、操業が
不安定になる。しかし、粉状コークスや粉状石炭を活用
することは、資源の有効利用という観点からだけでな
く、製銑のコスト低減のためにも必要なことである。

（発明が解決しようとする課題）本発明の目的は、上記筒型炉による溶銑製造法におい
て粉状の石炭および／またはコークスを活用すること、
その際に、燃焼性の点から微粉砕した高揮発分の石炭以
外は使用できないという制約を無くし、比較的粗粒の石
炭や揮発分を殆ど含まない粉コークスをも利用できる技
術を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明者らは、上記筒型炉による溶銑製造法について
試験を繰り返し、一次羽口から吹き込む固体燃料、具体
的には粉状石炭および／または粉コークスの燃焼性を高
める方法を開発した。

本発明の要旨は、下記の銑鉄の製造方法にある。

炉上部に原料装入とガス排出用の開口部を、炉底部お
よび／または下部炉壁に一次羽口と排滓口および出銑口
を、上部炉壁に二次羽口をそれぞれ有する筒型炉を用
い、その炉底から一次羽口を含むレベルまでコークスの
充填層を形成させ、その上部に二次羽口を含むレベルま
でスクラップおよび鉄鉱石を主体とする充填層を形成さ
せた後、一次羽口から燃料と支燃性ガスを、二次羽口か
ら支燃性ガスを吹き込んで溶銑を製造する方法であっ
て、上記の一次羽口から固体燃料として粉状の石炭およ
び／またはコークスを吹き込むに当たり、これらの粉状
石炭および／またはコークスの粒度と揮発分含有量に応
じて決定される量の助燃用の炭化水素系燃料を同時に炉
内の燃焼空間に吹き込むことを特徴とする銑鉄の製造方
法。

上記のとおり、本発明方法は、助燃用の炭化水素系燃
料を使用すること、およびその吹き込み量を、粉状石炭
および／またはコークス（以下、これらをまとめて言う
場合「粉体燃料」という）の粒度および揮発分含有量に
応じて定めること、を特徴とする。この吹き込み量の決
定は、下記（４）式によって行うのが望ましい。

但し、Ｑは粉状石炭および／または粉状コークスの1kg
当たりの炭化水素系燃料の吹き込み量（Nm³）、VMはド
ライベースの石炭およびコークスの揮発分含有率（重量
％）、ｄは石炭およびコークスの粒径（mm）である。ま
た、Ｑの単位であるNm³は炭化水素系燃料が全て気化し
た場合の体積を意味する。

本発明方法において、使用する鉱石は、通常の鉄鉱石
の外にMn、Cr、Mo、Niなどを多く含む鉱石またはこれら
の酸化物を使用することができる。また、これらの鉱石
類およびコークスとともに、珪石、石灰石、蛇紋岩、蛍
石などの副原料を装入することができる。スクラップと
しても、ステンレス鋼スクラップのような高合金スクラ
ップを使用してその中の有用元素を再利用することが可
能である。

鉄鉱石は、炉の上部開口部から塊鉱石を装入するだけ
でなく、粉状鉱石を一次羽口および／または二次羽口か
ら吹き込むこともできる。

一次羽口および二次羽口から吹き込む支燃性ガスは、
O₂含有ガスである。一次羽口からは支燃性ガスとともに
前記のとおり、粉体燃料と炭化水素系の助燃用燃料を吹
き込む。この炭化水素系の燃料として実用的なのは、C₄
H₁₀とC₃H₈がほぼ1:1の液化石油ガス（以下LPGと記す）
であるが、その外に、コークス炉ガス（COG）やC₂H₄、C
₂H₂、C₅H₁₂、C₃H₈、C₄H₁₀等の単独あるいは混合燃料も
使用できる。

炭化水素系の燃料は、羽口手前の供給ラインで粉体燃
料と混合して支燃性ガスとともに吹き込んでもよく、ま
た、粉体燃料とは別の供給ラインから、炉内の燃焼空間
（一次羽口の前）に吹き込んでもよい。例えば、二重管
羽口を使用して、その中心管から支燃性ガスとしてのO₂
を、外管から粉状燃料と炭化水素系燃料を吹き込むとい
った方法、あるいは、三重管羽口で、中心管から粉体燃
料と搬送ガス（例えばN₂）を、中間の管からO₂を、外管
から炭化水素系燃料とN₂を吹き込むといった方法が採用
できる。

（作用）第２図は、本発明の筒型炉において溶銑を製造するに
際し、一次羽口から吹き込んだ粉状石炭、粉コークスの
燃焼率と助燃用LPGの添加量との関係を調査した実験結
果である。粉体燃料の粒度、揮発分含有率で燃焼率が大
きく変化しているが、助燃用LPGの添加量を適切に選定
すれば、いずれの粉体燃料もほぼ完全に燃焼させること
ができる。なお、ここで言う「燃焼率」とは、次のよう
に定義されるものである。

但し、（C/Al₂O₃）pcは粉状燃料中の炭素分とAl₂O₃分
の比、（C/Al₂O₃）dtは燃焼ダスト中の炭素分とAl₂O₃分
の比である。

第３図は、一次羽口から粉体燃料のみを吹き込んだ場
合の、粉体燃料の粒度、揮発分含有率と燃焼率との関係
である。この場合、90％以上の燃焼率が得られるのは、
200メッシュ篩下の微粉細高揮発分瀝青炭のみである。
石炭の揮発分含有率の低下と共に燃焼率が低下するの
は、石炭の加熱分解時に生成する炭化水素ガス、水素等
の可燃性ガスが少なく、着火温度が高くなるため、また
粗粒（篩目5mmの篩下）の方が燃焼率が低いのは熱伝導
の関係で、粒子全体が着火温度に到達しなかったためと
考えられる。

このように、単独の吹き込みでは燃焼率の悪い粉体燃
料であっても、助燃用の炭化水素系燃料を添加してやれ
ば、第２図に示すように燃焼率は大きく向上する。すな
わち、石炭、コークスの揮発分含有率に応じて炭化水素
系燃料を添加して石炭、コークスの着火温度を低下さ
せ、また、炭化水素系燃料の燃焼により燃焼温度を上昇
して粒子全体を着火温度に早く到達させることにより、
一次羽口から吹き込んだ粉石炭、粉コークスの燃焼率を
高くすることができるのである。

第４図は、助燃用炭化水素系燃料としてLPGを用いた
場合、粉状石炭、粉コークスがほぼ完全に燃焼する（燃
焼率で95％以上）のに必要なLPGの下限値を示す図であ
る。例えば、200メッシュ以下の微細粉であれば、揮発
分が０％であっても粉体燃料の1kg当たり約0.06Nm³のLP
G添加で95％の燃焼率が達せられる。篩目5mmの篩下の粉
体燃料の場合は、揮発分が０％ならば、粉体燃料1kg当
たり0.11Nm³のLPGで95％の燃焼率になる。いずれの場合
も、揮発分の含有率が高くなる程、95％の燃焼率を得る
のに必要なLPGの量は減ってくる。例えば、200メッシュ
以下の粉体燃料であれば、その揮発分含有率が35％程度
以上になれば、もはやLPGの添加がなくても95％以上の
燃焼率が得られる。

本発明の主たる目的は、5mm篩目以下程度の粗粉砕石
炭、あるいは揮発分を実質的に含まないコークス粉を活
用することにあるから、これらの粉体燃料の1kg当た
り、0.11Nm³以上のLPGを添加すれば、確実に95％以上の
燃焼率が得られることになる。粉体燃料の粒度が小さく
なれば、あるいはその揮発分含有率が高くなれば、第４
図からわかるように、LPGの添加量はより少なくて済
む。即ち、この場合は、LPGの必要最小限の添加量は、
粉体燃料1kg当たり0.01〜0.11Nm³の範囲で粉体燃料の粒
度と揮発分含有率に応じて選定することになる。

固体燃料の種類と助燃用炭化水素系燃料の種類ごと
に、第４図のような図を作成しておき、これに基づい
て、必要最小限度の助燃用燃料を添加するようにすれ
ば、最も経済的な操業を行うことができる。

前記（４）式は、石炭やコークス等の粉体燃料を95％
以上燃焼させるための炭化水素系燃料の添加量を求める
実験式である。この式によれば、粉体燃料を95％以上の
燃焼率で燃焼させるのに必要なだけの炭化水素系燃料を
添加することができる。

以下に本発明の実施例と比較例を示す。

使用した筒型炉は第１図に示す形状のもので、炉寸法
は直径1.5m、炉底から炉口までの高さが3.8m、内容積6.
0m³である。炉底から0.8m上部の側壁に90゜間隔で４本
の一次羽口、炉底から1.2m上の炉壁に90゜間隔で４本の
二次羽口、炉底中央部に出銑口、炉底から0.73m上に１
個の排滓口が設けられている。鉄源としては、最大寸法
400mm、嵩比重3.5t/m³のスクラップ（鉄純度99％）と、
第１表に示す組成の鉄鉱石を使用した。スクラップ、塊
鉱石、石灰石、蛇紋岩、硅石の使用量はそれぞれ、72
0、363、73、13、2kg（いずれも銑鉄１トン当たり）で
あり、鉱石使用比率は鉄分換算で25％とした。一次羽口
から吹き込む燃料は第２表に示す組成の粉コークス、粉
石炭（これらの粒度および揮発分含有率は第４表中に記
載した）を用いた。

一次羽口からコークス層に酸素を1000Nm³/hr、粉コー
クスまたは粉石炭を1000kg/hr、更にLPGを吹き込んだ。
比較例ではこのLPG吹込みを行わなかった。二次羽口か
らは酸素を600Nm³/hr吹き込んだ。

以上のような装置、鉄源、燃料及び操業条件のもとで
本発明法と比較法を実施し、第３表に示す組成の溶銑８
トンを製造した。その結果を第４表に示す。

試験No.3、４に示すように、LPGの添加がない場合に
は燃焼率の極めて悪い石炭またはコークスでも、0.1Nm³
前後のLPG添加でその燃焼率が飛躍的に向上する（試験N
o.7、８）。

試験No.2では揮発分が33％の石炭Ａを用いているが、
粗粒であるために燃焼率は33％にすぎない。それでもLP
G0.05Nm³の添加によって、燃焼率は95％に向上する（試
験No.6）。試験No.1は揮発分含有率が高く、かつ微粉砕
の石炭を使用しているので、LPGの添加がなくても燃焼
率は93％と高い。しかしこの場合もわずか0.01Nm³のLPG
の添加で、燃焼率は95％に上昇する（試験No.5）。

上記のような燃焼効率の向上によって、溶解時間が短
縮され、銑鉄の生産速度も向上していることが第４表か
ら明らかである。

なお、COGおよびC₂H₄、C₂H₄、C₅H₁₂、C₃H₈、C₄H₁₀等
の単独あるいは混合燃料を助燃用として用いた実験で
も、上記と同様の効果が確認された。

（発明の効果）本発明方法によれば、粗粒、或いは揮発分含有率の低
い粉状石炭、粉コークスを銑鉄の製造に利用することが
可能である。即ち、粉体燃料の使用上の制約がなくな
り、未利用資源の有効活用が図られる。また、石炭、コ
ークスは粗粉砕のままでも燃焼できるので粉砕コストは
微粉砕する場合に比べ大幅に削減される。しかも、この
様な低価格固体燃料を一次羽口から吹き込むことによ
り、炉内充填コークス消費量は低下し、その分鉄源原料
の装入負荷を増加できるので、銑鉄の製造コストの低
減、生産量の増加が可能となる。さらに吹き込む粉体燃
料の未燃焼による炉内通気性の阻害もなくなり、操業が
安定するという大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の銑鉄製造方法に使用する筒型炉の一
例を示す図である。第２図は、粒度、揮発分含有率が異なる粉石炭、粉コー
クスを一次羽口から吹き込んだ場合、LPGの助燃の有無
が燃焼率に及ぼす影響を示す図である。第３図は、LPGの助燃を行わない従来法の粉石炭、粉コ
ークスの燃焼率と粒度、揮発分含有率との関係を示す図
である。第４図は、粒度および揮発分含有率の異なる石炭または
コークスを完全燃焼させるのに必要な助燃用LPGの最少
量を示す図、である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】炉上部に原料装入とガス排出用の開口部
を、炉底部および／または下部炉壁に一次羽口と排滓口
および出銑口を、上部炉壁に二次羽口をそれぞれ有する
筒型炉を用い、その炉底から一次羽口を含むレベルまで
コークスの充填層を形成させ、その上部に二次羽口を含
むレベルまでスクラップおよび鉄鉱石を主体とする充填
層を形成させた後、一次羽口から燃料と支燃性ガスを、
二次羽口から支燃性ガスを吹き込んで溶銑を製造する方
法であって、上記の一次羽口から固体燃料として粉状の
石炭および／またはコークスを吹き込むに当たり、これ
らの粉状石炭および／またはコークスの粒度と揮発分含
有量に応じて決定される量の助燃用の炭化水素系燃料を
同時に炉内の燃焼空間に吹き込むことを特徴とする銑鉄
の製造方法。
【請求項２】粉状石炭および／または粉状コークスの1k
g当たりの炭化水素系燃料の吹き込み量（Ｑ）を、下記
の式によって決定される量とする請求項（１）の銑鉄の
製造方法。但し、VMは、ドライベースの石炭およびコークスの揮発
分含有率（重量％）、ｄは、石炭およびコークスの粒径（mm）。