JP3823361B2

JP3823361B2 - 溶融還元炉による低燐銑の製造方法

Info

Publication number: JP3823361B2
Application number: JP04337596A
Authority: JP
Inventors: 太郎日下部; 義明原; 望西村; 泰長田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1995-03-02
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2016-02-29
Also published as: JPH08295913A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融還元炉による低燐銑の製造方法に関し、詳しくは、炭素系還元剤の充填層に酸素含有熱風と共に酸化鉄を含有する粉粒状鉱石及び／又はダストからなる酸化鉄原料を羽口から吹き込み銑鉄を製造するに際しての脱燐技術に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、銑鉄を多量に製造するには、塊状の原料を必要とする高炉が用いられることが多い。しかしながら、最近の原料事情により、酸化鉄または各種の金属酸化物を含有する酸化鉄原料は、塊状のものが減少し、粉状もしくは小粒状のものが多くなっており、その傾向は益々増大すると考えられる。このため、通常、粉粒状の鉄鉱石をＤＬ式焼結機によって塊状の焼結鉱にした後、高炉に装入している。しかし、粉粒状の鉄鉱石を焼結する焼結機には莫大な設備投資を行う必要があるばかりでなく、焼結機の操業を維持、管理していくためにも多大な費用が掛かり、高炉で製造する銑鉄のコストアップを余儀なくしている。
【０００３】
近年、低燐銑又は低燐鋼を製造するには、高炉による溶銑製造時の低燐コークス利用、転炉の吹練負荷を軽減するために行う溶銑の予備処理による脱燐あるいは製鋼工程内における脱燐処理等が一般に行われている。それらプロセスのうち溶銑予備処理での脱燐には、新たに予備処理設備が必要となると共に、高炉出銑樋やトピードカーの耐火物寿命を縮める等の問題点を伴う。また、溶銑の予備処理や製鋼工程内における脱燐処理は、次工程である転炉吹練や炉外脱硫処理に種々の負担をかけるので、製銑又は製鋼のトータルプロセスとしてみれば不経済となる。
【０００４】
さらに、高価な低燐コークスを使用する方法も、経済的見地から不利なものである。たとえば、低燐コークスの製造方法としては特開昭52-105920 号公報に記載の従来技術があるが、この方法で製造したコークスは価格が高い。また低燐鋼を狙うためには、電解法という製鉄技術もあるが、エネルギーコストが莫大なものとなり、大量生産には適さない。
【０００５】
そこで近年、低燐コークス等の高価な炭材を用いることなく、燐含有量が0.01重量％以下の低燐銑を安価に大量生産する方法として、特開昭57-198205 号、特開昭58-77548号公報等の多くの公報に、炭材充填層型の溶融還元炉を用いて溶銑を製造する方法が提案されている。それは、図１に示すように炭材充填層型の溶融還元炉１内に塊状コークス等の炭材を装入して形成した炭材充填層19に複数の羽口を、例えば炉腹部に上下２段に設け、上段羽口４から酸素含有熱風として例えば高温空気を吹き込むことで形成されるレースウェイ18の空間に、同じ上段羽口４から酸化鉄を含有する粉粒状鉱石及び／又はダストを酸化鉄原料として炉内に吹き込み、製錬するものである。
【０００６】
このプロセスをさらに詳しく述べると、まず、炭材充填層型の溶融還元炉１は、上段羽口４と下段羽口５を備え、炉上方の炭材供給装置６からコークス等の炭素系固体還元材（炭材）が供給され、炉内に炭材充填層19を形成している。そして高温送風装置２から高温空気が供給され、高温送風分配装置３によってこの高温空気を上下２段の羽口４、５に分配する。粉粒状鉱石類供給装置７に貯蔵されている酸化鉄原料（粉粒状鉱石類）及びフラックス供給装置８に貯蔵されているフラックスは、粉粒体吹き込み装置９により粉粒体輸送管10を経て、上段羽口４の前方に形成されるレースウェイ18の空間で溶融する。この溶融物が下段羽口５まで滴下する間に還元され、炉床に溶銑とスラグとして滞留し、溶銑は出銑口12から、スラグは出滓口11から排出される。その際、溶融還元炉１の炉頂から排出したガスは、排ガス処理装置13で処理される。
【０００７】
本出願人は、この炉頂から装入された全ての炭材が1700℃以上の高温領域を通過するので、この炉に装入されたコークス等の炭材中にたとえば燐酸カルシウムCa₃P₂O₃として存在する燐は、下記に示す(1) 、(2) 及び(3) 式により説明する化学反応により脱燐されると考えていた。
（Ａ）コークス中の燐は、高温のレースウェイ部分で次の反応により還元される。
【０００８】
Ｃａ₃Ｐ₃Ｏ₈＋５Ｃ→３ＣａＯ＋２Ｐ＋５ＣＯ・・・（１）
また、ＳｉＯ₂が存在すると、燐酸カルシウムからの固体還元剤Ｃ及びガスＣＯによる還元が容易になる。それは、前記コークス中の燐の還元が、ＳｉＯ₂濃度が高い領域で行われると、次の化学反応が起こり、脱燐が促進されるからである。
【０００９】

そこで、上段羽口から酸化鉄を含有する粉粒状の鉱石類及び／又はダストからなる酸化鉄原料を装入するに際し、酸化鉄原料中のSiO₂濃度を大きくすることで、上段羽口前のSiO₂濃度を大きくし、前記(2) 、(3) の反応をさせることにより、脱燐反応はより促進される。そして、還元された燐は、炉内ガスと共に炉内を上昇するが、温度の低下にともない一部はダスト等に付着し、また一部はPN、PS、PO、PO₂等の化合物になって炉頂から排ガスと共に抜け出し、レースウェイ下部のコークス中の燐濃度は低下する。
（Ｂ）酸化鉄原料（鉱石類）中に含まれている燐は、前記炉の羽口先に形成されるレースウェイ近傍において下記の(4) に示す化学反応式により還元されるため、レースウェイ下部でコークス中の燐濃度は低下することになる。
【００１０】
２Ｆｅ₃（ＰＯ₄）₂＋１６ＣＯ→３Ｆｅ₂Ｐ＋Ｐ＋１６ＣＯ₂・・・（４）
つまり、羽口から吹き込んだ酸化鉄原料は、レースウェイ部分で溶融し、前記(4) 式の反応により一部の燐は炉内を上昇し、溶融物はコークス間を滴下しながら炉下部に移動し、還元されて銑鉄となる。その際、前記(1) 式の反応によってコークス中の燐濃度は低下しているので、滴下する間に溶融物がコークス中の燐を吸収する量が少なく、溶銑中の燐濃度は低くなる。炉頂から装入された全ての炭材が炭材充填層における1700℃以上の領域を通過する場合、燐と酸化鉄が共存するレースウェイ部分では温度が十分高温なので、気体の燐は速やかに炉内を上昇し、溶融物は粘度が小さくすぐに滴下するので、溶銑中への燐のトラップはほとんど起きないのである。
【００１１】
なお、吹き込む酸化鉄の粒径が細かければ細かいほど、個々の粒子の中心までの伝熱が速いため、短時間で昇温し易く前記(4) 式の反応はよりスムーズに行われる。また、高温であるほど粘度が小さくなるので、燐と溶銑との共存時間が短くなるため、溶銑中の燐濃度が低下する。さらに、レースウェイに吹き込まれた酸化鉄は、溶融し、吸熱反応で還元されるため、コークス温度を低下させる方向に作用する。そこで、吹き込む酸化鉄として不純物の少ないものを用い、不純物昇温のための無駄な熱量を小さくしたり、吸熱量の小さい酸化鉄を用いたりすることにより、溶銑中の燐濃度の低下を促進することも可能である。前記（Ｂ）で説明した酸化鉄原料（鉱石類）から脱燐した燐も、温度の低下にともない一部はダスト等に付着し、また、一部はP 、N 、PS、PO、PO₂等の化合物になり炉頂から抜け出し、除去されることになる
しかしながら、炭材充填層型の溶融還元炉における製錬領域は、レースウェイ空間とその下部の溶融物が滴下する部分が主体で、しかもこの製錬領域での反応の大半は吸熱反応である。この熱を補償するため、下段羽口で炭材を燃焼させ、送風熱量で補償する必要があった。また、この炉で生産量を増やそうとして大量の酸化鉄原料粉を羽口から吹き込んだ場合、レースウェイ部で大きな吸熱反応が起こり、レースウェイ周辺の温度が1700℃以下になってしまい、溶銑中の燐濃度が上昇する。そのため、多量の炭材を燃焼させて熱補償する必要があった。
【００１２】
さらに、下段羽口で多量の炭材コークスを燃焼させると、上下羽口間の炭材の降下速度が速くなり、融体の上下羽口間の滞留時間が短くなるので、未還元のまま融体が滴下する。上下羽口間の滞留時間を確保して還元を進めるためには、上下羽口間の距離を十分長くする必要があり、設備的に炉高を高くする必要があった。つまり、この炭材充填層型の溶融還元炉でコークス中の燐を十分気化させるためには、設備費が嵩む炉高の高い炉とし、かつ高価な炭材を多量に使用しなければならないという問題点があった。
【００１３】
そこで本出願人は、炭材充填層型溶融還元炉の特性を生かして、燐含有量が0.05％以下の低燐銑を安価に大量生産可能な方法として、特開平5-9527号公報及び特開平5-247549号公報等に開示されている方法を提案した。それは、炭材充填層型の溶融還元炉が高炉と異なり、炉内に所謂軟化融着体が形成されず燐の炉内循環が起きないので、低燐銑の製造に好ましいからである。つまり、前記公報で明らかにしたように、炉内温度を高温に調整することで気化脱燐が可能になるのである。このように、本出願人が提案した炭材充填層型の溶融還元炉は、将来のエネルギー源の枯渇問題を解決するばかりでなく、燐含有量の低い銑鉄の製造にも好適である。
【００１４】
しかしながら、これまでに提案された炭材充填層型の溶融還元炉を用いる製錬方法は、低燐銑製造の観点からは未だに問題点を残している。すなわち、特開平5-9527号公報に開示された従来技術においては、上段羽口吹き込む酸化鉄原料として、FeO を20％以上含むものを必要とし、また特開平5-247549号公報に開示された従来技術においてはやはり、羽口から吹き込む酸化鉄原料として、気化した燐が凝集した金属酸化物を必要とする。このような酸化鉄原料は、金属酸化物鉱石として一般的なものでなく、したがって、これらの溶融還元処理プロセスは、酸化鉄原料の選択範囲が狭く、限られた場合にしか使用できないという弱点があった。
【００１５】
前記のような特定の酸化鉄原料を使用できない場合、従来の溶融還元炉に設けた羽口から吹き込んだ酸化鉄原料中の燐は、高温のレースウェイ内で気化されるが、酸化鉄原料粉が十分に分散しない状態で溶融するため、レースウェイ内部で溶融還元が進行してしまう。このため、生成したメタルに燐ガスが吸収され、結果として所望の低燐銑を製造するのが困難である。このように、これまで提案された炭材充填層型の溶融還元炉を用いる製錬方法は、低燐銑製造の観点からは未だ問題点を残している。
【００１６】
ところで、可燃性固体廃棄物としてプラスチックをゴミ焼却場で焼却しようとした場合、燃焼時の発熱量が約7200kcal/kg と高く、焼却炉の耐火物を傷めるため焼却処理できずに、埋め立て処理していた。近年、プラスチックの埋め立て用地が無くなってきているという事情から、プラスチックを高炉吹き込み用補助燃料として使用する高炉の操業方法が提案され、例えば、特公昭51-33493号公報に開示されている。この従来技術は、プラスチックの粉砕物を重油と混合してスラリー状にするか、もしくはプラスチック粉砕物を気体輸送することにより、高炉の羽口から補助燃料として吹き込むものである。
【００１７】
しかしながら、当該公報に開示された高炉にプラスチック粉砕物を補助燃料として使用する方法は、産業廃棄物を処理することにのみ着目したものであり、低燐銑の製造に関して何らの記載もない。また、高炉の融着帯において、プラスチック中の不純物が、融体にほとんど吸収されてしまい、溶銑の品質を落としたり、炉頂温度が200 ℃程度であるため、炉頂部で気化物が凝固してしまい、炉外に排出しないという問題点もあり、実用するに至っていない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
炭材充填層型の溶融還元炉は、酸化鉄原料として鉄鉱石類の他に転炉吹練の際に発生するダスト等、製鉄所から生じる各種ダストを利用でき、さらに高価な電力あるいは強粘結炭を使用することなく、比較的安価な弱粘結炭あるいは非粘結炭を使用するので、益々エネルギーコストの上昇が危惧される今後の溶銑の製造炉として期待できる。本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、低燐コークス等の高価な炭材を用いることなく、燐含有量が0.05重量％以下の低燐銑を原料鉱石の品位によることなく安価に大量生産することができる製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するため、鋭意研究を行い、本来脱燐に有利な炭材充填層型の溶融還元炉が有する特性を活用するため、燐含有量の少ない可燃性固体廃棄物である廃棄物プラスチックを粉砕して補助燃料として使用することを端緒にして、種々実験を重ねた結果なされたものであり、補助燃料として炭化水素系物質を羽口から炉内に吹き込むことを基本とするものである。すなわち、炭素系固体還元材の充填層を形成した溶融還元炉に羽口から直接吹き込む炭化水素系物質補助燃料として前記粉砕した廃棄物プラスチックの他、粉粒状の石炭材、又は廃油並びに重油等の各種液体燃料を使用し、これらを単独に、あるいは適宜に組み合わせることによって炉内での気化脱燐を促進させることに成功し、本発明を完成させるに至った。
【００２０】
すなわち、請求項１記載の本発明は、炭素系固体還元剤の充填層に少なくとも上下２段に配設された複数の羽口より酸素含有熱風を吹き込むと共に、前記複数の羽口のうち最上段に位置する羽口又は最上段羽口を含む選択した羽口より酸化鉄を含有する粉粒状鉱石類及び／又はダストを酸化鉄原料として前記充填層内に吹き込み、前記酸化鉄原料中の酸化鉄を溶融還元して銑鉄を製造する方法において、前記複数の羽口のうち選択した羽口より酸素含有熱風と共に、炭化水素系物質からなる補助燃料を吹き込むことを特徴とする溶融還元炉による低燐銑の製造方法である。
【００２１】
請求項２記載の本発明は、複数の羽口のうち選択した羽口から酸素含有熱風と共に炭化水素物質からなる補助燃料を、酸化鉄原料より上方位置になるように炉内に吹き込むことを特徴とする請求項１記載の溶融還元炉による低燐銑の製造方法である。
請求項３記載の本発明は、炭化水素系物質からなる補助燃料が、粉粒状のプラスチック及び／又は石炭材からなる固体燃料であることを特徴とする請求項１又は２記載の溶融還元炉による低燐銑の製造方法である。
【００２２】
請求項４記載の本発明は、粉粒状のプラスチック及び／又は石炭材からなる固体燃料の粒度を３ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項３記載の溶融還元炉による低燐銑の製造方法である。
請求項５記載の本発明は、炭化水素質物質からなる補助燃料が液体燃料であることを特徴とする請求項１又は２記載の溶融還元炉による低燐銑の製造方法である。
【００２３】
請求項６記載の本発明は、液体燃料が廃油であることを特徴とする請求項５記載の溶融還元炉による低燐銑の製造方法である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
従来は、炭素系固体還元材の充填層が形成され、炉腹下部に高温の酸素含有熱風（空気又は酸素富化空気）を吹き込む少なくとも上下２段に設けた複数の羽口を有する炭材充填層型の溶融還元炉を用いて、羽口より酸素含有熱風と共に、酸化鉄を含有する粉粒状の鉱石類及び／又はダストを酸化鉄原料として充填層内に吹き込み、酸化鉄原料中の酸化鉄を溶融還元して銑鉄を製造していた。しかし、前述のように従来の操業では、羽口から吹き込んだ酸化鉄原料中の燐が高温のレースウェイ内で気化されるが、レースウェイ内部で溶融還元により生成したメタルが存在するため、気化した燐の大部分がメタルに溶解し、溶銑の脱燐を不十分なものにしていた。
【００２５】
これに対して本発明によれば、少なくとも上下２段に設けた羽口から酸素含有熱風と共に酸化鉄を含有する粉粒状の鉱石類及び／又はダストと同時に補助燃料として炭化水素系物質を吹き込むので、原料粉中の燐が高温のレースウェイ内で気化している状態で、酸化鉄原料粉と混合した炭化水素系物質が燃焼し、ガス容積が増加する。その結果、ガス中に気化状態で存在する燐はレースウェイ内から押し出され、炉内を速やかに上昇するので、燐とメタルとの接触時間が短くなる。さらに、炭化水素系物質が燃焼して急激にガス容積が増えることは、ガス相中の燐分圧の低下をもたらすので、ガス相と溶融メタルが接触している場合でも、ガス相中から燐が溶融メタルに移行するのを抑制する。
【００２６】
特に、炭化水素系物質が酸化鉄原料粉に混合し易いように吹き込むことにより、炭化水素系物質が酸化鉄原料粉と混合した状態で燃焼するため、酸化鉄原料粉が従来より高温になり、酸化鉄原料粉中の燐が気化し易く、ガス容積の増大と相まって燐ガスと溶融メタルとの分離がより効果的に行われ、従来のように溶融メタルが気化した燐を吸収することなく炉内を降下し、溶銑中の燐濃度の低減が達成できる。
【００２７】
なお、少なくとも上下２段に配設された複数の羽口のうち、最上段に位置する羽口に酸化鉄原料粉を吹き込むのが有利である。これは、最上段に位置する羽口から酸素含有熱風と一緒に吹き込まれた酸化鉄原料粉が、炉内で炭化水素系物質の燃焼による発熱により高温下のレースウェイ部で溶融還元され、気化した燐が速やかに炉の上方に上昇するので復燐することなく炉外に排出されるからである。そして、残りの酸化鉄原料粉は、炉内を降下する間に下段側に配設された羽口から吹き込まれる酸素含有熱風あるいは炭化水素物質により溶融還元が促進される。複数の羽口から酸化鉄原料粉や炭化水素系物質を吹き込むかどうかは、炉高、羽口数（３段以上も可能）、酸化鉄原料粉等の操業上の諸条件を考慮して定める。
【００２８】
前述のように本発明では、羽口からの酸素含有熱風に加え、炭化水素系物質を吹き込むようにしたので、羽口の前方に形成されるレースウェイの内部で鉱石類やダスト等の酸化鉄原料粉と炭化水素系物質との混合と炭化水素系物質の燃焼により気化脱燐が円滑に行われるようになる。補助燃料となる炭化水素系物質は、廃棄物プラスチック、石炭等を粉砕して粉粒状にした固体燃料、あるいは廃油、重油等の液体燃料が使用できる。炭化水素系物質は配管輸送が可能で、レースウェイ内で燃焼できるものであれば固体燃料、液体燃料を問わず使用可能である。なお、プラスチック、石炭等の固体燃料はキャリアガスと共に配管輸送するため粉砕して３ｍｍ以下にするのが好ましい。石炭を使用する場合、非粘炭等の安価なものを利用できる。
【００２９】
以下、本発明を補助燃料となる炭化水素系物質として、まず固体燃料である粉砕した廃棄物プラスチックを使用する場合、次に液体燃料である廃油を使用する場合について溶銑の気化脱燐作用を説明し、脱燐効果が確実に達成できる理由について補足説明する。
図１は、炭材充填層型の溶融還元炉１を用いて溶銑を製造する方法を示しており、炉体の構成そのものは従来と同様である。すなわち、溶融還元炉１の炉腹下部に上段羽口４と下段羽口５を備え、炉上方の炭材供給装置６から炭素系固体還材として代表的な炭材として塊状のコークスが供給され、炉内に炭材充填層19を形成している。炭材充填層19を形成する炭材コークスは、図２に示す炉内コークスの降下方向16のように炉中心部に向くもの、炉内周辺部に向くものなど様々な状態で降下し、一様ではない。そして、高温送風装置２から酸素含有熱風として高温空気あるいは高温酸素富化空気が供給され、高温送風分配装置３から高温空気供給管21を介して、たとえば高温空気を上下２段の羽口４、５に分配し、羽口４、５からそれぞれ炉内に吹き込まれる。このようにして羽口４、５から炉内に引き込まれた高温空気は高温のレースウェイ18を形成する。
【００３０】
粉粒状鉱石類供給装置７に貯蔵されている粉粒状鉄鉱石類（酸化鉄原料）とフラックス供給装置８に貯蔵されている造滓材としてのフラックスは、粉粒体吹き込み装置９から粉粒体輸送管10を経て、上段羽口４から炉内に吹き込まれる。上段羽口より炉内に吹き込まれた酸化鉄原料及びフラックスは、上段羽口４の前方に形成される高温のレースウェイ18の空間で溶融する。
【００３１】
一方、３ｍｍ以下の粒度に粉砕処理されたプラスチック供給装置14内の粉粒状のプラスチックは、プラスチック吹き込み装置15の作動によりプラスチック吹き込み管20を介して上段羽口４と下段羽口５に供給され、高温空気供給管21から供給される高温空気と一緒に炉内に吹き込まれる。なお、吹き込みを行うプラスチックの粒度を３ｍｍ以下としたのは、実用している羽口４、５やプラスチック吹き込み管20の径、気送流量等との関係で詰まりが生じないで円滑な吹き込みを行うためである。
【００３２】
上段羽口４から高温空気及び酸化鉄原料と共に炉内に吹き込まれたプラスチックは、その発熱量が7200kcal/kg と大きく炉内で燃焼して強力に発熱し、その輻射熱で酸化鉄粉中の燐を気化させる。また、この熱量は、上段羽口４より下方へ降下する全ての炭材コークスを1700℃以上にする補助熱量として用いられる。このため、上段羽口４より下部へ降下する全ての炭材コークスを、従来のプラスチックを吹き込まなかった場合より高温に加熱するため、気化脱燐がいっそう促進するのである。
【００３３】
また、下段羽口５から高温空気と一緒に吹き込んだプラスチックは、燃焼して上段羽口４より下方へ降下する全てのコークスを、1700℃以上にするための熱補償に用いられる。そしてプラスチックが燃焼することにより炉下部での炭材の消費量が減り、上下段羽口４、５間の融体の降下速度が遅くなり、上下段羽口４、５間の距離が短くても酸化鉄が十分に還元されるため炉高を従来よりも低くすることができる。
【００３４】
さらに、図２において下段羽口５から吹き込まれた高温空気は、レースウェイを形成し、さらにガスの上昇方向17に示すように炉内を上昇するが、レースウェイ18から離れていて1700℃以上の領域を通過しない炉中心部からのコークスの降下量が減り、レースウェイ部を通るコークスが増え、酸化鉄の還元が促進される。コークスのみの使用では、コークス燃焼後に灰分が炉芯に溜まり操業上の支障となるが、プラスチックの燃焼は灰分を生じないので、その代替え分だけ、前記炉芯への灰分の堆積が緩和され、炉操業の安定化に寄与することになる。
【００３５】
以下、本発明の実施の態様を具体的に説明する。
図１及び図２に示すように炭材充填層型の溶融還元炉１を用いてクロムを含有した銑鉄の製造試験を実施した。
試験に供した溶融還元炉の仕様は、次の通りである。
炉内径：１．８ｍφ
炉高：４ｍ
羽口数：上段３本、下段３本（２段）
羽口径：３０ｍｍ
まず、前記の溶融還元炉に炉頂より、炭材供給装置６を介して３ｍの高さに平均粒径１５ｍｍのコークスを装入し、充填層を形成した。そして、上段羽口４より、原料として鉄鉱石粉（平均値Ｃ：4.7 重量％、T.Fe：62.4重量％、FeO :31.8 重量％、SiO₂:0.8重量％、T.Cr：6.2 重量％、MnO :4.0重量％、Al₂O₃:1.1 重量％、その他の酸化物20.6重量％）を1.2 t/hr、CaO 、SiO₂からなる造滓材（フラックス）を0.2 t/hr、粉砕したプラスチックを0.5t/hr の条件で吹き込んだ。
【００３６】
その際、使用した搬送気体は、高温送風装置２で製造した温度800 ℃の高温空気又は酸素富化空気で、高温送風分配装置３を経て吹き込まれた。プラスチックの粒度は最大３mm、平均２mmでさらに、下段羽口からは、前記プラスチックのみを、高温空気と共に0.5 t/hr吹き込んだ。その他の送風条件を表１に示す。なお、プラスチックの供給は、その供給装置14からプラスチック吹き込み装置15を介して行い、鉄鉱石粉やフラックスも、別途設けたそれらの供給装置７、８から供給された。操業は順調に行われ、表２に示す化学組成の銑鉄とスラグとを、出銑口12及び出滓口11から排出することができた。
【００３７】
【表１】

【００３８】
【表２】

【００３９】
次に、同一の設備で同じ酸化鉄原料を使い、プラスチック吹き込み量とコークス充填量とを変えた場合の試験操業を行い、その結果を表３に示す。なお、表３には、プラスチックを吹き込まない比較例も示し、それと本発明に係る低燐銑の製造方法を用いた実施例１〜４の場合とを比較した。なお、上段羽口４と下段羽口５とに吹き込むプラスチックの割合は、それぞれ等分の50％にした。
【００４０】
【表３】

【００４１】
表３から明らかなように、本発明例では、全て溶銑温度の上昇が見られ、前述したプラスチックの吹き込みによる局所的な充填層内温度の上昇があったことを示唆している。そして、溶銑中の燐濃度は、プラスチック吹き込み量の増加に伴い低下し、脱燐が円滑に行われた。また、コークス比も同様に低減し、燃料コークスの代替に一役かっていた。なお、下段羽口でのコークス消費を抑える意味で、プラスチック以外の微粉炭等の固体の粉粒状炭化水素系物質を単独又は組み合わせて使用してもよい。
【００４２】
次に、本発明を補助燃料となる炭化水素系物質として、各種生産工場で使用した廃油を液体燃料として使用する場合につき、溶銑の気化脱燐作用を説明し、脱燐効果が確実に達成できる理由について説明する。
図３は、炭材充填層型の溶融還元炉１を用いて溶銑を製造する方法を示しており、溶融還元炉１の構造は前記図１、図２に示したものと同じである。すなわち、溶融還元炉１の炉腹下部に上段羽口４と下段羽口５を備え、炉上方の炭材供給装置６から炭素系固体還元材（炭材）として塊状のコークスが供給され、炉内に炭材充填層19を形成しながら炭材コークスは、炉内を降下する。そして、高温送風装置２から酸素含有熱風として高温空気又は高温酸素富化空気が供給され、高温送風分配装置３によって分配される。分配された高温空気又は高温酸素富化空気は、高温空気供給管21を介して上下２段の羽口４、５に供給され、上下段羽口４、５からそれぞれ炉内に吹き込まれる。このようにして上下段羽口４、５から炉内に引き込まれた高温空気又は高温酸素富化空気は炉内にレースウェイ18を形成する。
【００４３】
粉粒状鉱石類供給装置７に貯蔵されている粉粒状鉄鉱石類及び／又はダスト（以下、酸化鉄原料という）とフラックス供給装置８に貯蔵されている造滓材としてのフラックスは、粉粒体吹き込み装置９により粉粒体輸送管10を経て、上段羽口４から炉内に吹き込まれる。上段羽口４から炉内に吹き込まれた酸化鉄及びフラックスは、上段羽口４の前方に形成される高温のレースウェイ18の空間で溶融する。
【００４４】
一方、液体燃料としての廃油燃料は、液体燃料供給装置22から液体燃料吹き込み管23を介して上段羽口４に供給され炉内に吹き込まれる。上段羽口４から高温空気（又は高温酸素富化空気）及び酸化鉄原料と共に炉内に吹き込まれた廃油燃料は、レースウェイ18で燃焼して発熱し、その輻射熱で酸化鉄原料中の燐を気化させる。また、この熱量は、上段羽口４より下方へ降下する全ての炭材コークスを1700℃以上にする補助熱量として用いられる。このため、上段羽口４より下部へ降下する全ての炭材コークスを、従来の廃油燃料を吹き込まなかった場合より高温に加熱するため、気化脱燐がいっそう促進する。
【００４５】
さらに、高温送風装置２から高温送風分配装置３により、高温空気供給管21を介して下段羽口５に吹き込まれた高温空気又は高温酸素富化空気は、レースウェイ18を形成し、炉内を上昇するが、レースウェイ18から離れていて1700℃以上の領域を通過しない炉中心部からのコークスの降下量が減り、レースウェイ部を通るコークスが増え、酸化鉄の還元が促進される。コークスのみの使用では、コークス燃焼後に灰分が炉芯に溜まり操業上の支障となるが、廃油燃料の燃焼は灰分を生じないので、その代替分だけ、前記炉芯への灰分の堆積が緩和され、炉操業の安定化に寄与することになる。
【００４６】
以下、本発明を上下２段に配設した羽口のうち上段羽口４又は下段羽口５から液体燃料として炭化水素系物質である廃油燃料を吹き込む場合についての実施態様を具体的に説明する。
図３に示すように炭材充填層型の溶融還元炉１を用いてクロムを含有した銑鉄の製造試験を実施した。
【００４７】
試験に供した炭材充填粗型の溶融還元炉１の仕様は、次の通りである。
炉内径：1.8 ｍφ
炉高：４ｍ
羽口径：３０ｍｍ
羽口数：上段３本、下段３本、計６本（２段）
充填コークス粒子径：10〜30ｍｍ、平均１５ｍｍ
まず、前記の溶融還元炉１に炉頂より、炭材供給装置６を介して炉内に３ｍの高さに平均粒径１５ｍｍのコークスを装入し、炭材充填層19を形成した。そして、上段羽口４より、酸化鉄原料として鉄鉱石粉（T.Fe：54.1重量％、M.Fe:15.0 、FeO :28.9 重量％、SiO₂:3.1重量％、T.Cr：7.0 重量％、CaO :2.4重量％、Al₂O₃:1.2 重量％、MgO:0.8 重量％、Ｐ：0.03重量％）を1.2 t/hr、CaO 、SiO₂からなる造滓材（フラックス）を0.24又は0.22t/hr、廃油燃料を0.5 又は0.8t/hr の条件で吹き込んだ。廃油燃料の元素成分は、Ｃ：83.81 重量％、Ｈ：12.68 重量％、Ｐ：0.01重量％以下、Ｓ：0.70重量％、Ｆｅ：0.01％以下である。
【００４８】
その際、使用した搬送気体は、高温送風装置２で製造した温度800 ℃の高温酸素富化空気（Ｏ₂:30％）及び高温空気（Ｏ₂:24％）で、高温送風分配装置３を経て上段羽口４から前記高温酸素富化空気を吹き込み、下段羽口５から前記高温空気を吹き込んだ。その他の操業条件を表４に、溶融還元により製造した溶銑成分、スラグ成分を表５に示す。なお、上段羽口４に対する液体燃料供給装置22に貯蔵した廃油燃料の供給は、液体燃料供給装置22から液体燃料吹き込み管23を介して行い、鉄鉱石粉やフラックスも、別途設けたそれらの供給装置７、８から粉粒体輸送管10を介して供給された。操業は順調に行われ、表５に示す化学成分の銑鉄とスラグを、それぞれ出銑口12及び出滓口11から排出することができた。
【００４９】
【表４】

【００５０】
【表５】

【００５１】
前記表４に示す操業条件で、上段羽口４から酸化鉄原料粉と一緒に廃油燃料を吹き込んだときの廃油燃料吹き込み量（kg/t-pig）と溶銑中燐濃度（重量％）との関係を図４に示す。図４より明らかなように上段羽口４から炉内に吹き込む廃油燃料が増加するほど炉外に出銑中の燐濃度が低くなる。図５の（Ｂ）に、内径30mmを有する上段羽口４の内周面の両サイドに沿うように酸化鉄原料吹き込みランス24を臨ませ、また上段羽口４の中央部に液体燃料吹き込みランス25を臨ませる。
【００５２】
そして、廃油燃料吹き込み量を65kg/t-pigとして中央部に臨ませた液体燃料吹き込みランス25を、上段羽口４内で吹き込み位置を矢印で示すように上下方向に0 〜30mmの範囲で変更して廃油燃料を炉内に吹き込むと、溶銑脱燐にどのような影響を及ぼすかを実験した。その結果、図５の（Ａ）に廃油燃料吹き込み位置と溶銑中の燐濃度（重量％）との関係に示すように、上段羽口４内で液体燃料吹き込みランス25を下側から上側に位置が移動するに連れて溶銑中の燐濃度が低くなることが判明した。これは上段羽口４内から廃油燃料を吹き込む場合に液体燃料吹き込みランス25の吹き込み位置を上部にすれば気化脱燐が効率よく行われることを示している。
【００５３】
次に、同一の設備で同じ原料を使い、廃油燃料吹き込み量とコークス充填量とを変えた場合の試験操業を行い、その結果を表６に示す。なお、表６には、廃油燃料を吹き込まない比較例も示し、それと本発明に係る低燐銑の製造方法を用いた実施例５〜８の場合とを比較した。
【００５４】
【表６】

【００５５】
表６から明らかなように、本発明例では、全て溶銑温度の上昇が見られ、前述した廃油燃料の吹き込みによる局所的な炭材充填層内の温度上昇があったことを示唆している。そして、溶銑中の燐濃度は、廃油燃料吹き込み量の増加に伴い低下し、脱燐が円滑に行われた。また、コークス比も同様に低減し、燃料コークスの代替に一役かっていた。なお、下段羽口での充填層のコークス消費を抑える意味で、廃油燃料以外の重油等の液体燃料さらには微粉炭等の固体燃料の粉粒状炭化水素系物質を単独又は組み合わせて使用してもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、炭材充填層型の溶融還元炉を用いて炉内での気化脱燐の促進により、低燐銑を安価で、かつ容易に大量生産することが可能になる。また、溶融還元時に十分な熱を与えることができるため、溶銑温度の上昇及びスラグ比の低下があり、出銑が容易に行えるようになった。さらに、従来より処理に困っていた可燃性固体廃棄物であるプラスチックあるいは廃油を有効に処理でき、社会環境上の効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラスチックを吹き込む炭材充填層型の溶融還元炉を付帯装置と共に示す説明図である。
【図２】本発明に係るプラスチックを吹き込む炭材充填層型の溶融還元炉における炉内コークスの降下領域を示す説明図である。
【図３】本発明に係る廃油燃料を吹き込む炭材充填層型の溶融還元炉を付帯装置と共に示す説明図である。
【図４】廃油燃料吹き込み量（kg/t-pig）と溶銑中の燐濃度（重量％）との関係を示すグラフである。
【図５】廃油燃料吹き込み位置と溶銑中の燐濃度（重量％）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１溶融還元炉
２高温送風装置
３高温送風分配装置
４上段羽口
５下段羽口
６炭材供給装置
７粉粒状鉱石類供給装置
８フラックス供給装置
９粉粒体吹き込み装置
10 粉粒体輸送管
11 出滓口
12 出銑口
13 排ガス処理装置
14 プラスチック供給装置
15 プラスチック吹き込み装置
16 炉内コークスの降下方向
17 ガスの上昇方向
18 レースウェイ
19 炭材充填層
20 プラスチック吹き込み管
21 高温空気供給管
22 液体燃料供給装置
23 液体燃料吹き込み管
24 酸化鉄原料吹き込みランス
25 液体燃料吹き込みランス

Claims

炭素系固体還元剤の充填層に少なくとも上下２段に配設された複数の羽口より酸素含有熱風を吹き込むと共に、前記複数の羽口のうち最上段に位置する羽口または最上段羽口を含む選択した羽口より酸化鉄を含有する粉粒状鉱石類及び／又はダストを酸化鉄原料として前記充填層内に吹き込み、前記酸化鉄原料中の酸化鉄を溶融還元して銑鉄を製造する方法において、前記複数の羽口のうち選択した羽口より酸素含有熱風と共に、炭化水素系物質からなる補助燃料を吹き込むことを特徴とする溶融還元炉による低燐銑の製造方法。
複数の羽口のうち選択した羽口から酸素含有熱風と共に炭化水素物質からなる補助燃料を、酸化鉄原料より上方位置になるように炉内に吹き込むことを特徴とする請求項１記載の溶融還元炉による低燐銑の製造方法。
炭化水素系物質からなる補助燃料が、粉粒状のプラスチック及び／又は石炭材からなる固体燃料であることを特徴とする請求項１又は２記載の溶融還元炉による低燐銑の製造方法。
粉粒状のプラスチック及び／又は石炭材からなる固体燃料の粒度を３ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項３記載の溶融還元炉による低燐銑の製造方法。
炭化水素質物質からなる補助燃料が液体燃料であることを特徴とする請求項１又は２記載の溶融還元炉による低燐銑の製造方法。
液体燃料が廃油であることを特徴とする請求項５記載の溶融還元炉による低燐銑の製造方法。