JP3033263B2 - 溶銑製造炉および溶銑製造方法 - Google Patents

溶銑製造炉および溶銑製造方法

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高郁 山本
博章 石田
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  • Manufacture Of Iron (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、鉄鉱石とスクラップ
を鉄源として溶銑を製造するための炉、およびその炉を
使用して溶銑を製造する方法であって、目標とする溶銑
の温度、成分、生産量に合わせて精度よく出銑し、後続
の溶銑処理工程に支障を生じさせない溶銑製造炉および
溶銑製造方法に関する。
【0002】
【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)としては高品質の
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。
【0003】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
い製銑方法および製造装置を提案した(特開平1−2907
11号、特願平1−286735号)。その銑鉄製造方法では図
1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(炉口)2、炉壁下部に支燃性ガスと必要
に応じて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、炉底に出銑口5とスラ
グを排出する排滓口10を備えている。この炉は、図2に
示すように、傾動でき、出銑量調整のために湯溜部13を
有する構造のものが望ましい。
【0004】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(酸素含有ガ
ス)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。
【0005】 C+1/2O2→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。
【0006】 CO+1/2O2→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に滴下して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。
【0007】 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CO
2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。
【0008】なお、上記の方法において、炉の上部開口
部から装入する鉱石は、通常の鉄鉱石の外にMn、Cr、M
o、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。
【0009】一次羽口および二次羽口から吹き込む支燃
性ガスは、前記のとおりO2含有ガスであるが、一次羽口
からは支燃性ガスとともに、微粉炭や重油、天然ガスな
どの気体または液体の燃料を吹き込むのが望ましい。ま
た、CaOなどの脱硫剤を炉底に設けた羽口(図示せず)
から吹き込んで低硫黄銑を製造することもできる。
【0010】排滓および出銑は、炉内で溶銑と自然分離
したスラグが排滓口より上のレベルにあり、溶銑が排滓
口より下のレベルにある時、炉体を傾動してスラグを排
滓口から排出し、この後溶銑を出銑口から排出して行わ
れる。
【0011】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。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】前述のような炉で生産
された溶銑は、引き続いて転炉等による製鋼工程に贈ら
れるのであるが、生産量(出銑量)の変動、溶製成分や溶
銑温度の変動は、これらの後続工程に大きな影響を及ぼ
す。
【0013】本発明者らが先に提案した筒型炉では、図
2に示すように、定量出銑するため炉容積の一部をバッ
ファーとしているのであるが、その場合、同一炉でも実
製練用容積が小さくなり、生産量が減少するという問題
がある。炉内で製造され炉底に蓄積された溶銑量が正確
に把握できれば、出銑目標量になるまで操業を行えばよ
いのであるから上記のようなバッファーは不必要とな
る。即ち、炉の操業中に随時溶銑の湯面が測定できれ
ば、上記の障害はなくなる。また、炉内の溶銑の温度計
測や溶銑のサンプリングができれば、様々な操業管理が
容易かつ正確に行え、溶銑温度や成分を目標値に合わせ
ることも容易になる。
【0014】本発明は、上記のような筒型炉の操業管理
を精度よく行うことを課題としてなされたものであり、
筒型炉の特徴である充填層方式を維持しつつ溶銑の温
度、成分、生産量などを正確に調整することのできる装
置および操業方法を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記(1)の装
置と(2)の方法を要旨とする。
【0016】(1)上部にガスの排出と原料装入用の炉
口を、炉壁下部に一次羽口を、その上部炉壁に二次羽口
を、炉底または炉壁下部に出銑口と底吹羽口を有する筒
型炉であって、さらに上記一次羽口の下方炉壁に湯面計
測可能な測定孔を有し、その測定孔は、炉が傾斜してい
ないときに炉内開口部の下端が溶湯に浸されない高さに
あり、炉の外側に向かって斜め上方向に炉壁を貫いてい
ることを特徴とする溶銑製造炉。
【0017】(2)上記の溶銑製造炉を使用し、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、その上に二次羽口を含むレベルまで鉄鉱石とスクラ
ップの充填層を形成させた後、一次羽口から支燃性ガス
と燃料を、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、測定孔から湯面測定機器を挿入
して湯面を測定するとともに、温度測定機器、溶銑サン
プラーおよびスラグサンプラーの少なくとも一つを挿入
し、それによって得られた測定データに基づいて溶銑の
温度、成分、生産量の少なくとも一つを調整することを
特徴とする溶銑の製造方法。
【0018】本発明の溶銑製造炉の基本構造は、図1お
よび図2に示すものと同じであるから、測定孔の部分に
ついてのみ詳述する。
【0019】図2は、本発明炉の測定孔部分を示す要部
拡大断面図である。測定孔13は、一次羽口3の下方に、
炉の鉄皮14および内張り耐火物15を貫いて、炉外に向か
って上向きに傾斜して設けられる。測定孔の炉内側の端
部下面13−1は、炉を傾斜させずに静置したときの溶銑
のレベル(出銑までに蓄積できる溶銑の上端面)よりも上
にする。測定孔の炉内側端部13−1が湯面レベルよりも
低いと湯面が計測できない。また、種々の計測の際に測
定孔への溶銑侵入を防ぐためのガスによるパージを強化
しなければならず、炉内温度低下等により温度計測精度
も悪化する。
【0020】測定孔13の外側端部には、連結部16を介し
て炉内のガス等の噴出を防ぐための弁18および18’を取
りつけてある。測定を行わないときはこれらの弁を閉じ
ておく。測定を行う時には、測定器の端部19を管17に挿
入し、グランドパッキング型式の弁18’を‘開’にし、
さらに測定器端部19を押し進め、ガス等が漏れないよう
にグランドパッキンを締める。その後、弁18を‘開’に
して測定器端部19を炉内に入れる。
【0021】上記の測定器としては、湯面測定用機器
(例えば、溶鋼のレベル測定に使用されている液位計)、
温度測定機器(例えば、セラミックスの保護管にいれた
熱電対)、溶銑およびスラグのサンプラー(例えば溶鋼を
汲み取る紙管製のサンプラー等)が使用される。
【0022】以下、このような測定孔を有する本発明の
炉の作用を、これを使用して操業する本発明の溶銑製造
方法とともに説明する。
【0023】
【作用】炉は前記のとおり充填層方式であるが、充填物
は溶銑の上に浮いているので充填物を避ければ炉内に種
々の機器を挿入して温度計測、メタルサンプリング、湯
面計測等が実施でき、下記のようにそのデータを用いて
様々な制御を行うことができる。
【0024】溶銑温度の制御 測定孔から測温機器を挿入して、溶銑温度を測定し、そ
の温度が目標温度よりも低い場合は、底吹き酸素量を増
やして昇温することができる。本発明者の試験結果の一
例をみると、15Nm3/t(溶銑)の酸素で10℃の昇温が可能
である。また、炉口から装入するコークスを1.5kg/t(溶
銑)増すことによっても同じ昇温効果がある。
【0025】溶銑生産量の制御 湯面測定機器(湯面計)を挿入して湯面を測定しつつ操
業し、湯面が所定のレベルにくるまで原料の供給と羽口
からの送酸を続けることにより目標量の溶銑が得られ
る。こうして所定の溶銑が蓄積したのを確かめてから出
銑を行えば、目標量に対して過不足のない溶銑が次工程
に送られることになる。
【0026】溶銑成分の調整 随時溶銑のサンプリングを行って分析し、目標とする溶
銑の組成と対比して、例えば、溶銑中の炭素〔C〕や硫
黄〔S〕の調整ができる。なお、〔S〕の低減について
は、本発明者らが提案した特開平3−47906号公報の低
硫黄銑の製造方法が利用できる。
【0027】上記のように、湯面および温度の測定装
置、溶銑サンプラー、スラグサンプラー等の少なくとも
一つを用いて計測を行い、それによって得られた測定デ
ータに基づいて溶銑の温度、成分、生産量などを精度よ
く調整することができる。
【0028】
【実施例】図2に示す基本形状で図3の測定孔を有する
筒型炉を使用した。筒型炉の炉寸法は、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。この
炉には、炉底から0.75m上部の側壁に90度間隔で4本の
一次羽口、炉底から1.2m上の炉壁に90度間隔で4の二次
羽口、炉底から0.69m上に1個の排滓口が設けられてい
る。100mmφの測定孔を炉内側端部の下端が炉底から0.6
9mの位置になるように、斜め上向き30°の傾斜で設け
た。
【0029】測定器は、温度測定用、湯面測定用および
メタルサンプリング用のもので各々80mm径の円筒形であ
る。メタルサンプリング用には通常の紙管型のサンプラ
ーを使用した。湯面計は市販の溶鋼用液位計を、また、
温度計測には浸漬型熱電対あるいはセラミックス被覆の
連続温度計を使用した。測定中はスラグ等が測定孔内に
侵入しないように窒素ガスでパージを行った。
【0030】操業の基本条件は次のとおりである。 スクラップ使用量:716(kg/t-銑鉄) 鉱石使用量 :326(kg/t- 銑鉄) 鉱石使用比率 :鉄換算25% 石灰石使用量 :73(kg/t-銑鉄) 蛇紋岩使用量 :12(kg/t-溶銑) ケイ石使用量 :2(kg/t-溶銑) コークス使用量 :133(kg/t- 溶銑) 微粉炭使用量 :139(kg/t-溶銑) 燃料使用量合計 :272(kg/t- 溶銑) 目標溶銑生産量:8(t/チャージ) 鉄源は、最大寸法400mm、嵩比重3.5t/m3のスクラップ
(鉄純度99%)と、表1に示す組成の鉄鉱石を使用し
た。燃料は表2に示すコークスと微粉炭を用いた。
【0031】そして、一次羽口からコークス層に酸素と
微粉炭を1400kg/h 吹き込み、二次羽口から酸素を600Nm
3/hを吹き込んだ。底吹き酸素と一次羽口酸素の合計量
を1000Nm3/hとした。この実施例では、炉の上部への付
着等による溶銑量の不足に備え、初回だけ鉄源を0.1t
多目にチャージした。
【0032】
【表1】
【0033】
【表2】
【0034】温度は連続測温し、溶銑の目標温度を1500
℃とし、この目標温度になるように底吹き酸素量を調整
した。
【0035】所定量の80%が製造される予定時間にメタ
ルサンプリングを行い、成分分析を行った。所要時間は
すべて合わせて3分であった。〔C〕が高い場合、底吹
き酸素を増やし、低い場合は底吹き酸素量を減らして目
標〔C〕=4.0%に調整した。メタルサンプリング実施
後すぐに測温計と湯面計を挿入して温度コントロールを
行うと共に、所定湯面に達するまで送酸して溶銑を製造
した。その結果を表3に示す。なお、表3には、測定孔
を持たない炉で、従って、上記のような諸計測と制御を
行わないで操業した結果を参考値として掲げた。
【0036】表3に見られるとおり、溶銑温度は1500℃
の目標に対して僅かに±5℃の変動であり、溶銑〔C〕
も4±0.2%の範囲に収まっている。参考値として示し
た値と対比すれば本発明の効果が極めて大きいことが明
らかである。本発明方法によって、制御精度が向上した
結果、変動に備えるためのオーバーチャージが減少し、
操業基本条件より燃料が20kg/t減少した。また、出銑量
調整のために炉底に溶銑を溜めておく必要がなくなった
ので耐火物の損耗も減少している。
【0037】
【表3】
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、高炉に比較してはるか
に小型で簡便な筒型炉を使用し、かつ鉄源として鉱石と
ともにスクラップを使用して柔軟性に富んだ製銑を行う
ことができる。しかも、目標生産量に合わせて出銑する
ことにより、受銑量調整にともなう時間ロス、溶銑温度
降下ロス、などを回避することができる。また、溶銑の
温度および成分も精度良く調整でき、後続工程を乱すこ
とがない。さらに燃料原単位の低減、耐火物の損耗減少
等の効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】スクラップと鉄鉱石から銑鉄を製造する筒型炉
とその炉内装入物状態を示す概略断面図である。
【図2】図1の炉で炉体を傾動した状態を示す図であ
る。
【図3】本発明の炉の要部拡大断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 花崎 一治 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−221208(JP,A) 特開 昭55−6455(JP,A) 実開 平3−34051(JP,U) 実開 昭51−30586(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21B 11/00 - 13/14 F27D 21/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】上部にガスの排出と原料装入用の炉口を、
    炉壁下部に一次羽口を、その上部炉壁に二次羽口を、炉
    底または炉壁下部に出銑口と底吹羽口を有する筒型炉で
    あって、さらに上記一次羽口の下方炉壁に湯面計測可能
    測定孔を有し、その測定孔は、炉が傾斜していないと
    きに炉内開口部の下端が溶湯に浸されない高さにあり、
    炉の外側に向かって斜め上方向に炉壁を貫いていること
    を特徴とする溶銑製造炉。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の溶銑製造炉を使用し、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、その上に二次羽口を含むレベルまで鉄鉱石とス
    クラップの充填層を形成させた後、一次羽口から支燃性
    ガスと燃料を、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、測定孔から湯面測定機器を
    挿入して湯面を測定するとともに、温度測定機器、溶銑
    サンプラーおよびスラグサンプラーの少なくとも一つを
    挿入し、それによって得られた測定データに基づいて溶
    銑の温度、成分、生産量の少なくとも一つを調整するこ
    とを特徴とする溶銑の製造方法。
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