JP5466619B2

JP5466619B2 - 溶融金属鉄の製造装置

Info

Publication number: JP5466619B2
Application number: JP2010236559A
Authority: JP
Inventors: 修津下; 耕司徳田; 勲小林; 逸雄宮原; 晶一菊池
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2030-10-21
Also published as: WO2012053291A1; JP2012088006A

Description

本発明は、少なくとも炭素質還元剤と酸化鉄含有物質を含む原料混合物を回転炉床炉に供給して溶融金属鉄を製造する溶融金属鉄の製造装置に関するものである。

従来、炭素質還元材と酸化鉄含有物質からなる成形原料を回転炉床炉に装入し、高温で加熱して還元、溶融することにより、炉床上でスラグと分離した溶融金属鉄を、冷却、固化することなく溶融状態のまま回転炉床炉外に排出し回収する溶融金属鉄の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図７は上記溶融金属鉄の製造方法に用いられる回転炉床炉の炉床構造を示したものであり、図７(ａ)は平面図、同図(ｂ)は図７(ａ)のＦ−Ｆ矢視縦断面図、図７(ｃ)は排出口の拡大縦断面図である。

これらの図において、Ｍａは原料供給装置５０から炉床５１に供給される原料を示している。

炉床５１の炉床幅のほぼ中心線上には一定間隔を空けて溶融金属鉄を排出するための排出口５２が配設されており、それらの排出口５２に向けて先下がりに傾斜する傾斜面５３が形成されている。

排出口５２の下方には溶融金属鉄Ｍｅを排出するためのスライドバルブ５４が設けられている。

排出された溶融金属鉄Ｍｅは、排出口５２の真下に配置された鍋（図示しない）で直接受けるか、または樋（図示しない）を介して回転炉床炉の近くに配置した鍋に集めるなどして回収される。

また、図８(ａ)および(ｂ)に示す別の炉床構造では、原料供給装置５０から原料Ｍａを供給する点は同じであるが、回転炉の中心部に向けて炉床６０の床面６０ａを先下がりに傾斜させるとともに、床面６０ａの内周側縁部に沿わせて溶融金属鉄が溢れ出さない高さの固定堰６１が設けられている。

この固定堰６１は、排出エリアにおいてその一部が切り欠かれている。この炉床構造では回転炉の中心に設けられた排出口６０ｂに向けて、すり鉢状の傾斜面６０ａが形成され、特定の位置（切欠き部６１ａ）から溶融金属鉄を排出するようになっている。

特開２００１−２８８５０４号公報

上記した従来の炉床構造では、溶融金属鉄と溶融スラグが同時に排出されるため、次工程の転炉や電気炉などに溶融金属鉄を供給する際には、スラグを除去する必要がある。

しかしながら、回転炉床炉と別に用意された鍋に回収され溶融金属鉄の温度が低下してしまうと、溶融金属鉄とスラグの分離が進行しないため、さらに別の工程を介してスラグを分離する必要が生じ、回転炉床炉から連続的に製造される溶融金属鉄を、次工程で直接、使用することができないという問題があった。

本発明は以上のような従来の炉床構造における課題を考慮してなされたものであり、別工程を経ることなく回転炉床炉から排出される溶融スラグと溶融金属鉄とを分離させ、溶融金属鉄のみを回収することができる溶融金属鉄の製造装置を提供するものである。

本発明は、炉中心部に向けて先下がりに傾斜する傾斜面からなる回転炉床と、上記炉中心部に設けられた排出口とを有し、少なくとも炭素質還元剤と酸化鉄含有物質からなる原料混合物を上記回転炉床上に装入し、装入した上記原料混合物を還元することにより金属鉄およびスラグ成分を溶融する回転炉床炉と、
上記排出口の下方に設けられ、上記傾斜面を伝って流下する上記金属鉄およびスラグを貯溜する溶融物容器と、
上記溶融物容器に付設された加熱手段とから構成される溶融金属鉄の製造装置である。

本発明において、上記傾斜面の傾斜角は３〜３０°の範囲内に設定することが好ましい。

本発明において、上記加熱手段として誘導加熱装置を有することができ、また、上記加熱手段として助燃バーナーを有することができ、また、これらを組み合わせて備えることもできる。

本発明において、上記回転炉床炉は床敷材を装入する床敷材装入装置を有し、上記回転炉床炉の回転方向における上記床敷材装入装置の上流側に、未排出の溶融金属鉄およびスラグの少なくともいずれか一方を強制的に上記排出口に案内する強制排出装置を備えることができる。

本発明において、回転する上記回転炉床と、固定された上記溶融物容器とをシールするための水シール装置を設けることが好ましい。

本発明において、上記溶融物容器に、溶融金属鉄とスラグを分離して回収する回収装置を設けることが好ましい。

本発明における炭素質還元剤と酸化鉄含有物質を含む原料混合物とは、炭素質還元剤と酸化鉄含有物質の直接混合粉体、もしくはプレス機などによって塊状に成形された原料成形体であり、この原料成形体の形状は特に限定されず、塊状、粒状、ブリケット状、ペレット状、棒状などの様々な形状が含まれる。

本発明において、助燃バーナーとは、溶融物容器内に貯溜された溶融金属鉄およびスラグの流動が促進される温度に維持することを目的に補助的に加熱するバーナーを意味する。

本発明の溶融金属鉄の製造装置によれば、別工程を経ることなく回転炉床炉から排出される溶融スラグと溶融金属鉄とを分離させ、溶融金属鉄のみを回収することができるという長所を有する。

本発明に係る回転炉床炉の概略構成を示す縦断面図である。図１のＡ−Ａ矢視横断面図である。 (ａ)は図１に示す強制排出装置の拡大平面図、(ｂ)は円周方向から見た側面図である。本発明の溶融物容器に助燃バーナーを付設した構成を示す説明図である。本発明の回収装置の構成を示す説明図である。図５に示す回収装置の平面図である。 (ａ)は従来の回転炉床炉の炉床構造を示す平面図、(ｂ)は図７(ａ)のＦ−Ｆ矢視縦断面図、(ｃ)は排出口の拡大縦断面図である。 (ａ)は従来の別の炉床構造を示す平面図、(ｂ)はその縦断面図である。

以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る溶融金属鉄の製造装置を構成する回転炉床炉１の概略構成を示した縦断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ矢視横断面図である。

両図において、回転炉床炉１は垂直軸Ｚまわりに回転する炉床（回転炉床）２を有している。

粉粒状の炭素質物質からなる炭材Ｃｆが床敷材供給機３から上記炉床２上に敷き詰められ、さらにその上に、原料成形体供給機４から原料混合物としての原料成形体Ｍｆが連続的に供給されるようになっている。

上記床敷材供給機３および原料成形体供給機４はそれぞれ振動フィーダーを備えており、炉床２上に炭材Ｃｆを均一に敷くことができるとともに、原料成形体Ｍｆをほぼ一層にして敷くことができるようになっている。

原料成形体Ｍｆを供給する前に炭材Ｃｆを炉床２上に敷き詰めると、炉床面を保護することができ、鉄の浸炭を促進してより低温で操業することが可能になり、さらに、炭材Ｃｆの一部を後述する溶融物容器５に流下させると、その溶融物容器５内でも浸炭を促進させることができるという利点がある。

上記炉床２は反時計方向（矢印Ｂ方向）に回転しており、操業条件によって異なるが、約１０〜２０分程度で一周し、その間に、炉壁および天板に設けられたバーナー（図示しない）の燃焼熱あるいはその輻射熱を受けて原料成形体Ｍｆ中に含まれる酸化鉄が還元されるようになっている。

上記炉床２は、炉中心部に向けてすり鉢状に傾斜する先下がりの傾斜面２ａを有し、流動状態になった溶融物Ｍｘ（溶融酸化鉄、溶融スラグ）を排出するための排出口２ｂを炉中心部に備えている。

傾斜面２ａの傾斜角は３〜３０°の範囲内に設定されており、より好ましい傾斜角は１０〜２５°である。

傾斜角が３°を下回ると溶融金属鉄とスラグが溶融しても自然流下せず、また、傾斜角が３０°を上回ると原料成形体Ｍｆを炉床２上に供給した時点で炉床２上に留まらず炉中心部に向けて転がり落ちてしまうからである。

上記排出口２ｂと連通する状態でその下方には溶融物容器５が設けられている。

上記溶融物容器５は有底筒状に構成されており、貯溜物を熱補償する目的で胴部外壁に沿って誘導加熱装置６または助燃バーナー７（図４参照）の少なくともいずれか一方が付設されている。

上記誘導加熱装置６、助燃バーナー７は、溶融物容器５に付設される加熱手段として機能する。

運転中の回転炉床炉１において、原料成形体Ｍｆは溶融流動化した時点で傾斜面２ａに沿って流れ、炉中心部に設けられている排出口２ｂに集められ、溶融物容器５内に落下する。

溶融物容器５内では、溶融金属鉄とスラグとが相互に作用することによって溶融金属鉄の脱硫が進行する。

また、誘導加熱装置６により加熱されていることによって溶融物容器５内での溶融物Ｍｘの流動が促進されるため、溶融金属鉄とスラグとの分離が進行し、溶融金属鉄の表面にスラグが浮き出て層が形成される。

なお、図１において符号Ｍｉは溶融金属鉄を、符号Ｓはスラグをそれぞれ示している。また、図２において符号８は強制排出装置（後述する）を、符号１ａは回転炉床炉の天板から垂下されている仕切壁を、符号１ｂは炉壁をそれぞれ示している。

なお、固定されている炉壁１ｂの下部と、回転する炉床２の外周部との間には、水シール装置９が介設されシールされている。

また、回転する炉床２の内周部外壁と、固定されている溶融物容器５の上部との間にも別の水シール装置９′が介設されシールされている（図５参照）。

図３(ａ)は強制排出装置８を拡大して示した平面図であり、図３(ｂ)は炉床円周方向からその強制排出装置８を見た側面図である。

両図において、強制排出装置８は短冊状をなす耐火物製の帯板８ａ〜８ｄからなり、これらの帯板８ａ〜８ｄは回転炉床炉１の天板１ｃから垂下され、自由端となる下端と炉床表面との間には所定の間隔Ｌｖが設けられている。

上記所定の間隔Ｌｖは、排出しようとする溶融物Ｍｘの量が炉床２の中心側ほど高くなることを考慮し、炉中心部に向けて段階的に広くすることが好ましい。

また、図３(ａ)において、各帯板８ａ〜８ｄは、炉外周側から炉内周側に向けて順次、後退するように階段状に配置されており、図３(ｂ)に示すように、隣接する帯板８ａ〜８ｄ間には重なり代Ｌｈが確保されている。

上記構成を有する強制排出装置８を設けると、未排出の溶融金属鉄、溶融スラグ、床敷き材のうちのいずれかまたは複数を強制的に排出口２ｂに案内させることができ、強制排出装置８よりも下流側の炉床表面を平滑にすることができる。

なお、帯板８ａ〜８ｄの下部は徐々に摩耗していくため、各帯板８ａ〜８ｄは油圧シリンダ等の昇降装置８ｅを設けることによって上記所定の間隔Ｌｖを維持したり、または、帯板を継ぎ足すことにより上記所定の間隔Ｌｖを維持できるようにすることが好ましい。

上記強制排出装置８は必要に応じて、または溶融物Ｍｘを排出できない場合の安全装置として設けられるものであり、溶融物Ｍｘがスムーズに排出口２ｂに流れる場合は省略することができる。

図４は、助燃バーナー７のみを加熱手段として溶融物容器５に付設する構成を示した説明図である。

なお、以下の説明において、図１と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。

図４において、助燃バーナー７は、火炎が溶融物容器５の略中心に向けられるように溶融物容器５の上部に略水平方向に設けられている。

この場合、溶融物容器５において助燃バーナー７の取付け位置よりも低い位置にスラグを排出するためのスラグ排出口５ａを設け、そのスラグ排出口５ａよりもさらに低い位置に溶融金属鉄排出口５ｂを設ける。

図５は、溶融金属鉄ＭｉとスラグＳを回収する回収装置１０の構成を示した説明図であり、図６はその平面図である。

両図において、回収装置１０は、溶融物容器５の上部から水平方向に延設された受銑樋１１を有し、この受銑樋１１の先端下面に溶融金属鉄Ｍｉを排出する溶融金属鉄取出口１１ａが設けられている。

溶融金属取出口１１ａの下方には旋回可能な樋１３が設けられ、この樋１３が旋回する範囲の一方側には第一の溶融金属鉄鍋１４が配置さ、他方側に第二の溶融金属鉄鍋１５が配置される。

それにより、連続的に排出される溶融金属鉄Ｍｉを第一および第二の溶融金属鉄鍋１４，１５に交互に振り分けるようになっている。

また、誘導加熱装置６を付設した溶融物容器５は誘導加熱炉１６として機能し、回転炉床炉１の運転休止や誘導加熱炉１６の炉修理を行う場合は、受銑樋１１内の溶融金属鉄Ｍｉを抜き取った後、誘導加熱炉１６を接続部分Ｃから切り離して降下させ、次いで傾斜させることにより、誘導加熱炉１６内の溶融金属鉄Ｍｉをすべて第三の溶融金属鉄鍋１７に排出する。

なお、受銑樋１１については、接続部分Ｄから切り離し、水平方向（図６の矢印Ｅ方向参照）に移動させることができるようになっている。

また、上記受銑樋１１の途中にはスラグストッパー１１ｂが設けられている。

このスラグストッパー１１ｂは昇降可能に構成されており、稼働開始時には受銑樋１１の底面まで降下し、湯溜まりができると図５に示すスラグ分離位置まで上昇するように構成されている。それにより、スラグＳはスラグ排出口１１ｂ（図６参照）から排出され、スラグポット１２に回収される。

１回転炉床炉
１ａ仕切壁
１ｂ炉壁
１ｃ天板
２炉床（回転炉床）
２ａ傾斜面
２ｂ排出口
３床敷材供給機
４原料成形体供給機
５溶融物容器
５ａスラグ排出口
５ｂ溶融金属鉄排出口
６誘導加熱装置
７助燃バーナー
８強制排出装置
８ａ〜８ｄ帯板
８ｅ昇降装置
９水シール装置
１０回収装置
１１受銑樋
１１ａ溶融金属鉄取出口
１１ｂスラグストッパー
１２スラグポット
１３樋
１４第一の溶融金属鉄鍋
１５第二の溶融金属鉄鍋
１６誘導加熱炉
１７第三の溶融金属鉄鍋
Ｃｆ炭材
Ｍｆ原料成形体
Ｍｘ溶融物
Ｍｉ溶融金属鉄
Ｓスラグ

Claims

炉中心部に向けて先下がりに傾斜する傾斜面からなる回転炉床と、上記炉中心部に設けられた排出口とを有し、少なくとも炭素質還元剤と酸化鉄含有物質からなる原料混合物を上記回転炉床上に装入し、装入した上記原料混合物を還元することにより金属鉄およびスラグ成分を溶融する回転炉床炉と、
上記排出口の下方に設けられ、上記傾斜面を伝って流下する上記金属鉄およびスラグを貯溜する溶融物容器と、
上記溶融物容器に付設された加熱手段とから構成されることを特徴とする溶融金属鉄の製造装置。
上記傾斜面の傾斜角が３〜３０°の範囲内に設定されている請求項１記載の溶融金属鉄の製造装置。
上記加熱手段として誘導加熱装置を有する請求項１または２記載の溶融金属鉄の製造装置。
上記加熱手段として助燃バーナーを有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶融金属鉄の製造装置。
上記回転炉床炉は床敷材を装入する床敷材装入装置を有し、上記回転炉床炉の回転方向における上記床敷材装入装置の上流側に、未排出の溶融金属鉄およびスラグの少なくともいずれか一方を強制的に上記排出口に案内する強制排出装置が備えられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶融金属鉄の製造装置。
回転する上記回転炉床と、固定された上記溶融物容器とをシールするための水シール装置が設けられている請求項１〜５のいずれか１項に記載の溶融金属鉄の製造装置。
上記溶融物容器に、溶融金属鉄とスラグを分離して回収する回収装置が設けられている請求項１〜６のいずれか１項に記載の溶融金属鉄の製造装置。