JP3516793B2 - 竪型炉へのダスト塊成鉱、自己還元性鉱塊、鉄屑、固体燃料等の原燃料装入方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダスト塊成鉱、自
己還元性鉱塊、還元鉄、鉄屑等を鉄源とし、固体燃料の
性状によらず、熱効率良く、低燃料比で銑鉄を連続的に
溶製可能とする原燃料装入方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】未還元鉱石から銑鉄を製造する方法とし
ては、これまでに種々開発されてきたが、今日でも高炉
法がその主流となっている。この高炉法では、炉頂から
装入された原料は降下していく間に、下から上に向かっ
て流れる高温ガスによって十分に予熱されるとともに、
酸化鉄は一酸化炭素（ＣＯ）により、６０％以上の比率
で間接還元される。高炉法では、このような間接還元率
を確保するために、羽口前にレースウエイ空間を設け、
ここで、η_CO（＝ＣＯ₂ ／（ＣＯ＋ＣＯ₂ ））＝０の還
元ガスを製造するようにしている。また、上記の高温ガ
スとなる燃料ガスの温度を高めるために、送風温度は１
０００℃以上としている。

【０００３】しかしながら、ダスト塊成鉱、還元鉄、鉄
屑等の鉄源を主原料とする溶解炉では、羽口部で還元ガ
スを製造する必要性が薄れ、したがって、羽口前でのコ
ークスの燃焼は、原燃料の昇熱或いは溶解のための熱源
を確保する手段として活用することが効率的とされる。
例えば、鉄屑、鋳物屑、銑鉄等の鉄源を溶解することが
主目的で、還元機能を必要とキュポラ法では、通常、原
料を混合して装入し、η_CO＝４０〜５０％の条件下で、
鉄源の溶解を実施している。このようなガス組成とする
ために、キュポラ法では、粒度１００〜１５０ｍｍの鋳
物用大径コークスを使用しており、これによって、コー
クス燃焼後のソルーションロス反応を抑制している。し
かし、鋳物用大径コークスは高価なことから、燃料コス
トの削減のために小粒度のコークスを使用することが有
効と考えられる。ところがこの場合には、吸熱反応であ
るソルーションロス反応速度が大きくなり、コークスの
燃料効率η_COが低下する結果、溶融熱量が低下して安定
した操業は困難になる。

【０００４】一方、自己還元性鉱塊や鉄屑を主原料とし
て、溶解まで行う、還元機能を必要とする竪型炉の操業
例は少ない。このような竪型炉では、高炉とは異なっ
て、レースウエイを設けることはせず、送風温度を６０
０℃以下と低くして操業を行っている。Gokselら（Tran
sactions of the American Foundryme's Society Vol 8
5 AFSDes Plaines，111,（1977）,p327-332）によれ
ば、送風温度を４５０℃とした熱風キュポラで、含Ｃペ
レットを５重量％用いて行った試験の報告はあるが、常
温送風キュポラ或いは大量配合時の操業についての実施
例は見あたらない。

【０００５】特表平１−５０１４０１号公報には、２次
羽口を有する高炉と、高炉の直径より大きな直径を備
え、かつ１次羽口が存在する炉床とからなる溶銑製造装
置が開示されている。この炉では、炉頂部から鉄源のみ
を装入し、燃料は高炉と炉床の結合部に存在する燃料ベ
ッド上に直接添加する構造となっている。従って、高炉
内部は燃料の存在しない鉱石層となっていることから、
固体燃料によるソルーションロス反応は進行せず、排ガ
ス組成はＣＯ₂ ／(ＣＯ＋ＣＯ₂ )の値が高い、効率の良
い操業が期待できる。この炉においては、主原料となる
自己還元性鉱塊が炉床部においてベッドコークスと接触
反応し、吸熱反応である溶融還元を生じる。しかし、２
次羽口部では、下記（１）式のような発熱反応を生じる
ため、この熱が鉱石の予熱、加熱、あるいは溶解に向け
られて溶銑が得られると考えられている。 ＣＯ＋（１／２）Ｏ₂ →ＣＯ₂ ＋６７５９０kcal／kmolt・ＣＯ・・・（１）

【０００６】しかしながら、この場合には、高炉炉頂部
から燃料は装入せずに鉱石のみを装入するため、長時間
にわたって連続操業を行う場合、操業時間の経過ととも
に、ベッドコークスが溶銑に対する浸炭に消費されるよ
うになり、好ましくない。また、Ｆｅ−Ｃ−Ｏ平衡状態
図から明らかなように、η_CO≧３０％の酸化度の高いガ
ス組成でかつ温度１０００℃以上の環境下では、自己還
元性鉱塊であっても、ＦｅＯからＦｅへのガス還元は進
行し難く、そのため、炉下部において溶融還元が不可避
となり、ベッドコークスの消費量増大、炉熱の低下、あ
るいは融液量増大による通気不良を招来する可能性があ
る。さらに、鉱石は、高温帯で、融着・溶融する祭に炉
壁と接触して付着物となり、棚吊りの原因となる。これ
らの問題に加え、炉の形状が複雑となるため、スケール
アップの祭には、炉体冷却の面で問題があり、大型化は
難しいと考えられる。

【０００７】一方、高炉と炉床の結合部から燃料を添加
する際の添加位置と１次羽口との相互関係については、
特表平１−５０１４０１号公報に具体的に明記されてい
ない。しかし、同公報の図２から判断すると、隣り合う
燃料添加位置の中間に１次羽口が設置されている。炉床
平均径Ｄ≧１．００ｍの炉においては、このように隣り
合う燃料添加位置の中間に１次羽口が存在する場合、１
次羽口部で燃焼したコークスの補充は、直上にある装入
物で行われる。したがって、この場合には、炉上方から
降下してきた鉱石が燃焼したコークスと置き代わる状況
にあり、添加した燃料がスムーズに降下するとは考えら
れず、操業不能に陥る可能性が大きい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】鉄源に対する従来の溶
解炉操業では、高価な大径コークスの使用を余儀なくさ
れてきた。それに対して、特表平１−５０１４０１号公
報では、複雑な炉体構造を有する溶解炉を案出し、小粒
コークスの使用並びに自己還元性鉱塊の多量使用下で、
高い燃焼効率η_COによる燃料比低減を指向した技術を考
案した。しかしながら、棚吊りが発生しやすいという問
題や、ベッドコークスの消耗の問題など、長期安定操業
に支障となる問題が残されている。また、スケールアッ
プにおける設備的な問題もある。このように、自己還元
性鉱塊や鉄屑等を溶解する従来の技術では、小粒固体燃
料の多量使用を前提とした場合、低燃料比を指向する長
期安定操業は困難と考えられてきた。本発明において解
決すべき課題は、鋳物コークスよりも小粒度の固体燃料
を使用する場合でも、固体燃料の燃焼効率ηCOを低下さ
せることなく、また、棚吊りを回避して、効率の良い操
業を可能とすることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の自己還元性鉱
塊、ダスト塊成鉱、鉄屑等の鉄源と、小粒固体燃料に関
する原燃料装入方法は、設備的な制約がなく、スケール
アップが容易と考えられる通常の竪型炉に対して考慮さ
れたものであり、原燃料装入時に、鉄源／固体燃料の重
量比等を、装入チャージ毎に変更するとともに、炉半径
方向、すなわち、炉周辺部と炉中心部とに区分して装入
することを特徴とする。

【００１０】具体的には、例えば、棚吊りを回避するた
めに、炉周辺部に装入するダスト塊成鉱や自己還元性鉱
塊は固体燃料と混合して装入すること、小粒の固体燃料
は炉周辺部に装入し、その積極的使用を図ること、周辺
部には、中心部に対比して固体燃料を多く装入するこ
と、また、コークスベッドを維持するために、炉中心部
のコークス消費量を少なくすることが重要である。そこ
で、本発明では、炉中心部には、還元率の高い鉄源、例
えば、鉄屑、鋳物屑、銑鉄を装入するとともに、少なく
とも浸炭部の固体燃料は補給するように取り計らい、さ
らには、中心部に装入する固体燃料は、大径コークスと
するよう配慮している。

【００１１】すなわち、本発明の竪型炉へのダスト塊成
鉱、自己還元性鉱塊、鉄屑、固体燃料等の原燃料装入方
法は、以下の点を要旨とする。シャフト部の壁面に、炉
高さ方向１段もしくは２段以上の羽口を有する竪型炉を
用い、常温送風もしくは温度６００℃以下の送風条件下
で、炉上部から、ダスト塊成鉱、自己還元性鉱塊、還元
鉄、鉄屑、鋳物屑、銑鉄のうちのいずれか１種又は２種
以上を８０重量％以上含む鉄源と固体燃料とを炉内に装
入するに当たり、２チャージ以上を１サイクルとし、各
サイクルの中では炉周辺部に比べ、炉中心部の鉄源／固
体燃料の重量比が大きくなるように装入するとともに、
炉周辺部には還元機能を必要とする鉄源と粒度が６０ｍ
ｍ以下の固体燃料とを混合して装入し、炉中心部には還
元機能を必要としない鉄源と粒度が６０ｍｍ以上の固体
燃料とを装入し、サイクル単位で同一の装入を繰り返
す。

【００１２】その際に、炉周辺部には還元機能を必要と
する鉄源、具体的には、ダスト塊成鉱、自己還元性鉱
塊、還元鉄のうちいずれか１種または２種以上と固体燃
料とを混合して装入し、炉中心部には還元機能を必要と
しない鉄源、具体的には、鉄屑、鋳物屑、銑鉄のうちの
いずれか１種または２種以上と固体燃料とを装入する。
また、炉中心部に鉄屑を装入する場合には、炉中心部に
装入する固体燃料／鉄屑の重量比を０．０３以上とする
ことが好ましい。

【補正対象書類】 明細書

【補正対象項目名】 表１

【補正方法】 変更

【補正の内容】

【表１】

【００１３】

【発明の実施の形態】まず、ダスト塊成鉱、自己還元性
鉱塊、還元鉄、鉄屑、鋳物屑、銑鉄等の鉄源について、
鉄源／固体燃料の重量比を、連続する装入チャージ間で
変更し、鉄源及び固体燃料を炉周辺部と炉中心部とに区
分して装入する装入法が、棚吊り回避に有効なことを説
明する。一般にダスト塊成鉱を多量に使用する場合に
は、炉壁に付着物が生成しやすい。例えば、還元反応が
遅くなり、その結果、ＦｅＯを多量に含有するスラグが
生成し、このスラグが、吸熱反応である溶融還元により
冷却されて炉壁に付着するケース、多量のＦｅＯ含有ス
ラグが、炉下部でフラッデング状態となり、このスラグ
が吹き上げられて炉壁に付着するケース、あるいは上昇
する高温ガスにより、未還元のＦｅＯが炉上部で溶融
し、隣接する鉄源と結合ないし融合して炉壁に付着する
ケース等がある。いずれのケースも、炉壁近傍で、多量
のスラグ融液が発生し、あるいは、隣接する鉄源と結合
ないしは融合して液状化し、これが炉壁に付着して付着
物となり、棚吊りの原因となる。

【００１４】そこで、この棚吊りを回避するために、炉
周辺部の融液生成量を減らし、さらに、隣接する鉄源同
士が極力、接触しないようにすることが必要である。そ
のために、炉周辺部に装入する鉄源は、固体燃料と混合
して装入することが有効である。このときの固体燃料の
粒度については、小粒の方が望ましい。これは、同じ重
量のコークスを装入するならば、小粒の固体燃料の方
が、装入個数が多く、鉄源同士の接触を十分に回避する
ことが可能であるためである。なお、ここでいう小粒の
固体燃料としては、例えば、粒度が６０ｍｍ以下の高炉
溶コークス、あるいは粒度が３０ｍｍ程度の高炉用小塊
コークスが挙げられる。

【００１５】また、周辺部に装入する固体燃料を炉中心
部より多くする。すなわち、鉄源／固体燃料の重量比
を、炉中心部と炉周辺部とで分け、そのうちの炉周辺部
の固体燃料比率を大きくする。このような方法は、棚吊
り回避に効果がある。炉周辺部に装入する固体燃料比率
は、ダスト塊成鉱、自己還元性鉱塊、還元鉄等装入する
鉄源の予備還元率によって多少異なる。例えば、装入鉄
源として、自己還元性鉱塊７５％、還元鉄１５％、鉄屑
１０％を使用したケースでは、還元を必要としない鉄屑
を除いた鉄源と固体燃料との比率が、（自己還元性鉱塊
＋還元鉄）／固体燃料≦５の条件において、棚吊りが回
避できることを操業によって確認している。このケース
では、自己還元性鉱塊は、Ｃを１２％内装しており、ま
た含有するＭ.ＦｅおよびＦｅＯから計算した予備還元
率は、ヘマタイト基準に換算して、６０％であった。

【００１６】予備還元率の低い鉄源を使用する場合に
は、周辺部に装入する固体燃料をさらに多くする必要が
ある。逆に、予備還元率の高い鉄源を使用する場合に
は、周辺部に装入する固体燃料を低減できる。炉頂から
鉄源として、ダスト塊成鉱、自己還元性鉱塊、還元鉄、
鉄屑、鋳物屑、銑鉄（型銑）、鉱石、ペレットを装入す
るケースについて、本発明の装入方法の代表例を図１に
示す。

【００１７】この中で（ａ）と（ｂ）は、還元を必要と
しない銑鉄、屑鉄およびコークスベッド補給用かつ浸炭
用の大粒コークスを炉中心部に装入し、還元が必要な鉄
源（ダスト塊成鉱、自己還元性鉱塊、還元鉄、ペレッ
ト）を小粒コークスと混合して炉周辺部に装入する装入
方法であり、燃焼効率の高い操業を可能とし、低燃料比
可能とし、低燃料比を指向する上で、最も効率的であ
る。

【００１８】なお、還元鉄については、図１（ｃ）にも
あるように、炉中心部に装入することも可能である。こ
れは、炉中心部に装入する鉄源は、還元を必要としない
ものであるため、炉中心部に存在するコークスベッドの
消費は抑制されるとともに、炉中心部には最小限の固体
燃料を装入すればよく、２次送風によって、高η_COとす
ることが可能となるからである。一方、炉周辺部に装入
する鉄源は、還元反応を必要とする。

【００１９】しかしながら、小粒コークスと混合して装
入するためソルーションロス反応が局部的に進行するも
のの、鉄源のシャフト部でのガス還元が促進される結
果、溶融還元は抑制される。特表平１−５０１４０１号
公報では、シャフト部に、自己還元性鉱塊のみを装入す
ることになっている。このように、コークスを混合しな
いで装入した場合に比べると、コークスを混合して装入
する本発明では、溶融開始時点における鉄源の還元率
を、少なくとも２０％以上改善できることを、図２に示
すようなオフラインシュミレーターの検討結果で確認し
ている。さらに、このことは、鉄源とコークスとを混合
することにより、溶融時のスラグ融液量を低減すること
ができることも示唆しており、棚吊り回避にも寄与する
ことは明らかである。

【００２０】また、炉周辺部の還元を促進し、溶融前の
鉄源の還元率を高くするには、自己還元性鉱塊あるいは
ダスト塊成鉱における内装Ｃ添加量を増量することが有
効である。しかし、強度制約上、内装Ｃ量の上限は２０
％程度とされており、従って、自己還元性鉱塊等の鉄源
品質の改善のみで、還元を担保すること、及びベッドコ
ークスの維持を行うことは難しく、コークスとの混合は
不可避である。なお、固体燃料としては、一般に、コー
クスを使用するが、無煙炭のような炭材なども使用でき
る。

【００２１】装入方法については、例えば、ベル式装入
装置で、アーマーを使用し、鉄源／固体燃料の重量比を
装入チャージ毎に変更するようにして、１チャージ目を
炉中心部に、２チャージ目を炉周辺部に装入することに
より、所定の装入が可能となることを確認している。ま
た、キュポラなどの溶融炉に多く見られる炉頂開放型の
装入装置を使用場合には、本発明者が発明した特開平７
−７０６２５号公報の炉周辺部に対する装入方法を活用
して、炉中心部と炉周辺部とを区分して装入する方法が
有効である。

【００２２】また、鉄源の予備還元率に関係なく、棚吊
りを回避する方法としては、図１（ｄ）にもあるように
多少装入方法が複雑になるが、炉周辺部の装入に際し
て、壁際に固体燃料のみを装入し、その内側に鉄源と固
体燃料とを混合して装入する方法が挙げられる。具体的
には、１サイクル３チャージ装入とし、１チャージ目
は、炉周辺部の壁際に固体燃料のみを装入し、２チャー
ジ目に炉中心部へ装入、３チャージ目に炉周辺部へ鉄源
と固体燃料とを混合して装入することにより、所定の装
入が可能となる。

【００２３】次に、本発明の装入方法を指向することに
より、小粒の固体燃料を使用しても、竪型炉の燃焼効率
を低下させずに操業できることを説明する。すなわち、
燃焼効率を維持した操業を実現するためには、竪型炉の
シャフト部壁面に、炉高さ方向に複数段から成る多段羽
口を設置する。また、炉周辺部に比べ、炉中心部の鉄源
／固体燃料の重量比が大きくなるように装入し、あるい
は炉中心部に還元機能を必要としない鉄屑等を装入す
る。多段羽口のうち、２次羽口については、羽口先端が
炉壁よりも炉内部に突き出た構造とし、基本的には、２
次羽口の先端位置を炉中心部と炉周辺部の境界に設ける
と効果が大きい。

【００２４】１次羽口では、下記（２）式で示される反
応によって固体燃料が燃焼し、その後に（３）式で示さ
れるソルーションロス反応により、ＣＯガスを生成す
る。一方、１次羽口より上に位置する２次羽口部では、
下方から上昇してくるＣＯガスを（４）式で示される反
応によって燃焼させ、この発熱反応を利用して、鉄源の
予熱を行い、高η_COを実現して燃料比の低減を図る。た
だし、２次羽口部でも（３）式で示されるソルーション
ロス反応は生じており、このソルーションロス反応の比
率を少しでも小さくすることが、効率の良い操業を達成
するのに必要である。本発明の装入方法では、通常の装
入方法に比べて、炉中心部の鉄源／固体燃料の重量比を
大きく、つまり固体燃料の割合を少なくすることによっ
て、２次羽口からの送風によるソルーションロス反応の
比率を低減することができ、燃焼効率の低下を抑制でき
る。

【００２５】Ｃ ＋ Ｏ₂ → ＣＯ₂ ・・・（２） Ｃ ＋ＣＯ₂ ＝２ＣＯ ・・・（３） Ｏ₂ ＋２ＣＯ ＝２ＣＯ₂ ・・・（４）

【００２６】特に、還元機能を必要としない銑鉄（型
銑）、鉄屑、鋳物屑を炉中心部に装入し、還元機能が必
要な鉄源（ダスト塊成鉱、自己還元性鉱塊、還元鉄、ペ
レット）を炉周辺部に装入する場合、大部分の固体燃料
は炉周辺部に装入されることとなり、炉中心部には、浸
炭に必要な固体燃料のみを装入すれば良い。このときガ
ス流れを中心流とすることにより、２次羽口からの送風
によるソルーションロス反応はほぼ抑制でき、燃焼効率
の高い操業が可能となる。

【００２７】また、ガス流を中心流とするためには、炉
周辺部に小粒の固体燃料を、炉中心部に大粒の固体燃料
を装入すると良い。このように、炉中心部に大粒の固体
燃料を使用することで、上記（３）式で示されるソルー
ションロス反応は、更に抑制され、最大の燃焼効率を達
成することができる。一方、多段羽口としては、通常３
段までが有効と考えており、１段目の１次羽口部では、
固体燃料と空気あるいは酸素とによる燃焼反応によっ
て、前記（２）式の発熱反応が生じ、引き続き（３）式
の吸熱反応が進行する。それに対して、２段目及び３段
目の、２次羽口及び３次羽口では、１次羽口部で生成し
たＣＯガスを（４）式の発熱反応によって、完全燃焼さ
せる。本発明は、このときの発熱を有効に利用して、シ
ャフト上部から装入された鉄源の予熱、加熱、溶解を行
うものである。

【００２８】ここで、コークスベッドを維持するための
制御方法について述べる。コークスベッドの制御が難し
いのは、これが炉の中心炉下部にあり、未還元のＦｅＯ
分が炉下部で溶融還元し、コークスベッドを消費するこ
とによって、コークスベッドの異常消耗が引き起こされ
るためである。特に、炉の中心炉下部でこのようなコー
クスの異常消耗が生じると、鉄源の溶解に支障となる
上、スラグの固化等により、操業不能に陥る可能性もあ
り、問題となる。

【００２９】本発明では、炉中心部の鉄源／固体燃料の
割合を大きくすることから、コークスベッドの制御は重
要である。そこで、溶融還元の生じうる鉄源は、極力炉
周辺部に装入するようにし、炉中心部には、主に還元を
必要としない型銑、鉄屑、鋳物屑等を装入することにし
て、溶融還元が生じる可能性を少しでも抑制している。
その結果、炉中心部のコークスベッドの異常消耗を抑制
するものである。本発明では、炉中心部に装入する固体
燃料を、炉周辺部に装入する固体燃料と区別し、大径コ
ークスを使用する。これによって、炉下部の燃焼効率η
_COを高めることができるため、操業は改善される。

【００３０】そこで、炉周辺部に小粒の固体燃料、還元
鉄、自己還元性鉱塊、ダスト塊成鉱等、還元機能を必要
とする鉄源と固体燃料とを装入し、炉中心部に鉄屑、鋳
物屑、型銑等、還元機能を必要としない鉄源と固体燃料
とを装入するケースにおいて、炉中心部に装入する固体
燃料の重量割合を、固体燃料／鉄屑≧０．０３に設定す
ること、好ましくは固体燃料／鉄屑＝０．０３〜０．０
５に設定することが有効なことを説明する。

【００３１】炉中心部に装入する鉄源が、鉄屑、鋳物
屑、銑鉄の場合、鉄屑以外はＣを含有しているため、基
本的には、鉄屑のみ、浸炭に要するＣ分を補給し、それ
に加えて一部コークスベッドの燃焼で消費される分の固
体燃料を補充すればよい。炉内での鉄屑に対する浸炭量
は、鉄屑の２〜４重量％であることから、浸炭によって
消費される固体燃料は、固体燃料／鉄屑＝０．０２〜
０．０４程度である。 試験により炉中心部のコークス
ベッド消費量を試算したところ、約１０ｋｇ／ｔ（割合
としては０．０１程度に相当）となった。従って、炉中
心部に装入する固体燃料の割合は、固体燃料／鉄屑≧
０．０３は必要である。さらに、炉中心部に装入する固
体燃料が多すぎると、η_COを低下させる可能性があるた
め、好ましくは、固体燃料／鉄屑＝０．０３〜０．０５
が適当となる。

【００３２】本発明でいう炉中心部と炉周辺部の境界の
位置は、鉄源の予備還元率やコークス粒度、さらには、
自己還元性鉱塊、ダスト塊成鉱の使用割合によって、多
少は炉半径方向で移動する。この炉中心部と炉周辺部の
境界位置ｒｉは、各部に装入する鉄源と固体燃料の量が
決まれば、式（５）によって求められる。

【００３３】 ｒｉ² ＝（Ｗｍ^(c)/ρｍ^(c)+Ｗｃ^(c)/ρｃ^(c)）÷｛（Ｗｍ^(c)/ρｍ^(c)+Ｗｃ ^(c) /ρｃ^(c)）＋（Ｗｍ^(p)/ρｍ^(p)+Ｗｃ^(p)/ρｃ^(p)）｝・・・（５） ただし、 ｒｉ ： 中心部と炉周辺部との無次元境界半径（−） Ｗｍ^(c) ： 中心部に装入する鉄源重量（ｋｇ／チャージ） Ｗｃ^(c) ： 中心部に装入する固体燃料重量（ｋｇ／チャージ） Ｗｍ^(p) ： 周辺部に装入する鉄源重量（ｋｇ／チャージ） Ｗｃ^(p) ： 周辺部に装入する固体燃料重量（ｋｇ／チャージ） ρｍ^(c) ： 中心部に装入する鉄源の嵩密度（ｋｇ／ｍ³ ） ρｃ^(c) ： 中心部に装入する固体燃料の嵩密度（ｋｇ／ｍ³ ） ρｍ^(p) ： 周辺部の装入する鉄源の嵩密度（ｋｇ／ｍ³ ） ρｃ^(p) ： 周辺部に装入する固体燃料の嵩密度（ｋｇ／ｍ³ ）

【００３４】なお、このｒｉは、無次元半径で表されて
おり、炉中心部と炉周辺部の装入物の降下速度を一定と
した場合の境界位置を示している。このｒｉで示される
境界位置を調節するための装入方法については、種々考
えられるが、特開平７−７０６２５号公報の図４に示す
ような装置の活用が好ましい。ベル式の装入装置を使用
する場合でも、アーマーを使用し、装入チャージ毎に中
心装入、周辺装入を交互に繰り返して装入することによ
り、一部混合層が生成するものの、所定の境界設定は可
能である。

【００３５】

【実施例】以下、実施例により本発明の特徴を更に具体
的に説明する。炉床径１．５ｍ、一次羽口数６本、２次
羽口数６本、一次羽口からの有効高さ４．２ｍの炉頂開
放型で移動層型２段羽口構造の竪型炉１を用いた。ま
た、装入装置２については、炉半径方向で装入位置の区
分けが行え、例えば装入ガイド３を設けた図３（ａ）
（ｂ）に示すような装入装置を使用した。なお、炉頂排
ガス組成は、 η_CO ^(TOP) ＝（ＣＯ₂ ^(TOP) ／（ＣＯ^(TOP) ＋ＣＯ₂
^(TOP)）） で定義した。更に、操業諸元のうち、送風湿分は大気湿
分である１５ｇ／Ｎｍ³ 、炉頂から装入する石灰石原単
位は、スラグ塩基度＝１．０を目標として設定した。装
入する鉄源は、Ｃ（１２％）内装の自己還元性鉱塊（大
きさが４０ｍｍ×２０ｍｍ×３０ｍｍで、粒度３ｍｍ以
下の還元鉄粉に、高炉２次灰及びコークス粉を混合して
製造した塊成鉱）、高炉２次灰を主体し、製鉄所内ダス
トを混合して塊成化したダスト塊成鉱、一般の市中屑で
あるカーシュレダー屑鉄、並びに粒度３ｍｍ〜５ｍｍの
還元鉄粉である。表１に検討状況の詳細を示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】実施例、比較例ともに、装入割合は、重量
比で自己還元性鉱塊：ダスト塊成鉱：カーシュレダー屑
鉄：還元鉄粉＝５０：１０：３０：１０の場合と、ダス
ト塊成鉱２０重量％、カーシュレダー屑鉄８０重量％の
場合の両方の溶解試験を実施した。

【００３８】一方、実施例では、固体燃料として、炉周
辺部に粒度約３０ｍｍの高炉用小粒コークスを使用し、
炉中心部の浸炭補給用には、約８０ｍｍの大塊コークス
を使用した。それに対して、比較例は、鉄源と固体燃料
を混合装入する通常の操業方法であり、従来の大塊コー
クスのみに比べて粒度約３０ｍｍの小粒コークスも積極
的に使用することを試みている。送風条件は、比例例も
実施例も、常温送風とし、２次羽口送風量／１次羽口送
風量＝１／４とした。まず、比較例１は、自己還元性鉱
塊、ダスト塊成鉱、カーシュレダー屑鉄、及び還元鉄粉
を使用したケース、比較例２は、ダスト塊成鉱２０重量
％、カーシュレダー屑鉄８０重量％を装入したケース
で、それぞれ実施例１、実施例２に対比される。

【００３９】一方、実施例１は、周辺部に自己還元性鉱
塊、ダスト塊成鉱、還元鉄粉、及び小粒コークスを混合
装入し、中心部にカーシュレダー屑鉄及び浸炭用大塊コ
ークスを装入した。また、実施例２は周辺部にダスト塊
成鉱と小粒コークスを混合装入し、中心部にカーシュレ
ダー屑鉄及び浸炭用大塊コークスを装入した。表１より
わかるように、実施例では、比較例に比べ、小粒コーク
スを大量に使用でき、かつ排ガスのη_CO ^(TOP) を高くす
ることが出来て、還元機能を必用とする炉の操業である
にもかかわらず、燃料比の低い操業が達成できている。
また棚吊りもなく操業は安定している。

【００４０】更に、中心部のコークスベット高さを維持
することが出来た結果、炉下部でも高いη_COが確保でき
ており、安定操業を継続できた。それに対して、比較例
１では、当初、棚吊り回避条件を満足できる条件でもっ
て、実施例１と同様の装入条件で操業を開始した。しか
し、燃焼効率η_CO ^(TOP) が２０％程度と低迷し、通気も
悪化するとともに、熱バランス面でも、熱不足と判断さ
れた。そこで、装入コークス量を増大し、かつ小粒コー
クス減、大塊コークス増にて対処して、操業が安定する
操業条件を模索した。その結果が、表１の比較例１の操
業諸元であり、小粒コークスの大量使用は難しいと判断
される。更に、操業状態は、必ずしも良好とは言えず、
スラグ排出が難しくて長期間の安定操業は困難と判断さ
れた。また、比較例２の混合装入方法では、コークスの
ソルーションロス反応による消耗量が多く、かつη_COは
３０％程度と低くて、鉄屑の溶解が不順となり、操業は
不安定となった。一方本発明の実施例２では、燃焼効率
η_CO＝８０％以上の操業が達成できており、小粒コーク
ス使用下でも、効率の良い操業を達成できている。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、自己還
元性鉱塊、ダスト塊成鉱、還元鉄、鉄屑、鋳物屑等を主
原料とした銑鉄製造法に於ける新しい原燃料装入方法を
提示しており、その開発によって、連続操業が可能で、
しかも燃焼効率が良く、さらには安価な小粒固体燃料が
使用できることから、生産性が高く、燃料比の低い操業
が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による代表的な装入方法の例を示す説明
図。

【図２】自己還元性鉱塊のコークス混合有無による還元
状況の比較を示す図で、オフラインシュミレーターの実
験結果を表す説明図。

【図３】本発明を実施するための装入装置の一例を示す
説明図。

【符号の説明】

１ 竪型炉 ２ 装入装置 ３ 装入ガイド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小原 康司 岩手県北上市和賀町藤根18−14 岩手製 鉄株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−108132（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−278634（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−228909（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−228908（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F27B 1/20 C21B 11/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シャフト部の壁面に、炉高さ方向１段もし
   くは２段以上の羽口を有する竪型炉を用い、常温送風も
   しくは温度６００℃以下の送風条件下で、炉上部から、
   ダスト塊成鉱、自己還元性鉱塊、還元鉄、鉄屑、鋳物
   屑、銑鉄のうちのいずれか１種又は２種以上を含む鉄源
   と固体燃料とを炉内に装入するに当たり、２チャージ以
   上を１サイクルとし、各サイクルの中では炉周辺部に比
   べ、炉中心部の鉄源／固体燃料の重量比が大きくなるよ
   うに装入するとともに、炉周辺部には還元機能を必要と
   する鉄源と粒度が６０ｍｍ以下の固体燃料とを混合して
   装入し、炉中心部には還元機能を必要としない鉄源と粒
   度が６０ｍｍ以上の固体燃料とを装入し、サイクル単位
   で同一の装入を繰り返すことを特徴とする、竪型炉への
   ダスト塊成鉱、自己還元性鉱塊、鉄屑、固体燃料等の原
   燃料装入方法。
2. 【請求項２】還元機能を必要とする鉄源が、ダスト塊成
   鉱、自己還元性鉱塊、還元鉄のうちいずれか１種または
   ２種以上であることを特徴とする、請求項１記載の竪型
   炉へのダスト塊成鉱、自己還元性鉱塊、鉄屑、固体燃料
   等の原燃料装入方法。
3. 【請求項３】還元機能を必要としない鉄源が、鉄屑、鋳
   物屑、銑鉄のうちのいずれか１種又は２種以上であるこ
   とを特徴とする、請求項１又は２記載の竪型炉へのダス
   ト塊成鉱、自己還元性鉱塊、鉄屑、固体燃料等の原燃料
   装入方法。
4. 【請求項４】少なくとも炉中心部には鉄屑を装入する場
   合であって、炉中心部に装入する固体燃料／鉄源の重量
   比を０．０３以上とすることを特徴とする、請求項１〜
   ３のいずれかに記載の竪型炉へのダスト塊成鉱、自己還
   元性鉱塊、鉄屑、固体燃料等の原燃料装入方法。