JP5831219B2 - 溶鉄の昇熱方法 - Google Patents

Description

本発明は、転炉型製錬炉内に保持された溶鉄の昇熱方法に関し、詳しくは、転炉型製錬炉内の溶鉄の上方にバーナーを設置すると共に、粉粒状の炭材を、バーナー火炎内に吹込み通過させることで加熱した後、炉内に添加することで、効率良く溶鉄を昇温する方法に関するものである。

転炉型製錬炉におけるクロム鉱石などの溶融還元吹錬においては、１回の吹錬工程中大きく分けて、所定の溶鉄温度まで昇熱する、いわゆる昇熱期と、鉱石を溶融還元するいわゆる溶融還元期との２つの工程がある。
ここに、昇熱工程を短縮させることができれば、溶融還元工程を延長させることができるので、クロム源であるクロム鉱石の原単位が増加し、製造コストの削減に大きく寄与することになる。また、転炉型製錬炉に保持された溶鉄を、迅速かつ効率的に昇熱することは、製錬の効率化のみならず製造コストの削減にも大きく寄与する。

上底吹き転炉に収容した溶銑等の鉄浴中に、クロム鉱石等と、熱源および還元剤として役立つ炭素源とを共に添加し、酸素ジェットの上底吹きにより炭素（Ｃ）を燃焼させ、その熱を利用してクロム鉱石等を溶融還元する手法は、例えば特許文献１に開示された手法が知られている。

従来、転炉型製錬炉に保持された溶鉄を昇熱させるための熱源としては、炉内に上吹き酸素ガスまたは上底吹き酸素ガスを供給し、この供給した酸素を用いて、溶鉄中の炭素を燃焼(一次燃焼)させて得られる熱エネルギーと、一次燃焼によって発生する一酸化炭素(COガス)をさらに燃焼(二次燃焼)させて二酸化炭素(CO₂ガス)を生成することによって得られる熱エネルギーとが一般的に利用されている。

しかしながら、かかる方法を用いて、一次燃焼を促進し、発熱量を増加するためには、大量の酸素ガスを必要とする。ところが、大部分の酸素ガスは、上吹きランスから酸化性ガスとして炉内に供給されるので、酸素ガスの供給量を増加する、すなわち上吹きする酸化性ガスの供給量を増加させた場合は、ダストの発生量が増加してしまう。そして、このダストには粉粒状の鉱石が多く含まれている。そのため、上記したようにダストの発生量が増加すると、炉内に装入された鉱石が炉外に放出され、有価金属の製造の歩留りを下げてしまう。

ここに、一般的に知られた、半還元クロムペレットを用いた溶融還元製錬におけるCrバランスによれば、Crロスのうち約32％はダストとして系外に逃げていると言われている。なお、ダストは、上吹きランスから供給された酸化性ガスが溶鉄と衝突する際の衝突エネルギーによって発生するものである。

従って、安易に、酸素ガスの供給量を増加すると、鉱石から回収される有価金属の歩留りが低下し、しかも環境汚染の防止や上述したダスト処理に多大な費用を要することになってしまう。また、酸素ガスの供給量を増加するためには、酸化性ガスの流速を増速しなければならないので、二次燃焼熱の溶鉄への着熱効率が低下し、熱エネルギーの大幅な増加は期待できない。

一方、二次燃焼は一次燃焼よりも発熱量が大きいが、二次燃焼は主に、炉内の上部空間において生じるので、溶鉄の内部や溶鉄の表面近傍で生じる一次燃焼熱と比べ、溶鉄への着熱効率(＝着熱量/総発熱量)が低いという問題がある。

また、二次燃焼を促進するためには、上吹きランスの先端位置と溶鉄湯面との距離(以下「ランス高さ」という)を拡大させる、或いは上吹きランスの先端部から噴射される酸化性ガスの流速を低下させる等の方法が知られているが、二次燃焼の燃料となる一酸化炭素は比較的燃焼しにくいので、これらの方法を採用したとしても、二次燃焼の大幅な増加は期待できない。
さらに、過度の二次燃焼の促進は、溶鉄への着熱効率が低いことから、溶鉄ではなく耐火物に吸収される熱量が増大し、耐火物の溶損が助長されるという問題もある。

上記問題を解決するための手段として、特許文献２には、酸化性ガスを上吹きする上吹きランスの先端部または上吹きランスとは別に設置したランスの先端部に、燃料および助燃ガスを噴出させる噴射孔からなるバーナーを設けておき、吹錬中にバーナーにより形成される火炎の中を通過するように、製錬用粉粒状物質や粉粒状の鉱石を転炉型製錬炉内に装入する方法が提案されている。

特開昭54-158320号公報 特開2010-209436号公報 特開2008-179876号公報

しかしながら、クロム鉱石の溶融還元プロセスにおいては、安価な主原料として大量のスクラップを使用する。それ故、昇熱負荷が、普通鋼(炭素鋼)精錬時と比較して大きく、昇熱吹錬時間も40分〜１時間程度を要する。
また、上掲特許文献２に記載された方法では、前記バーナーの燃焼熱を高効率で着熱させるために、伝熱媒体である粉粒体が必須となるものの、溶融還元吹錬での昇熱工程全般に亘って供給するには、石灰等の造滓材のみでは吹錬に本来必要な量よりも過剰に投入することとなってしまい、スラグボリュームの増加と造滓材の顕熱増加による昇熱負荷の増加という別の問題が発生してしまう。

本発明は、上記した現状に鑑み開発されたもので、溶融還元吹錬における昇熱工程全般に亘って伝熱媒体を供給して、昇熱工程を効果的に短縮し、溶融還元工程に振り分ける時間を延長させることで、クロム源であるクロム鉱石の原単位を増加させて製造コストを削減することができる溶鉄昇温方法を提供することを目的とする。

発明者らは、上記した問題を解決するために、鋭意研究を重ね、昇熱工程全般に亘って供給する粉体として、昇熱工程で投入する熱源および還元剤として役立つ炭材を伝熱媒体とし、その一部または全部を、バーナーにより形成される火炎の中を通過するように吹込むことが有効であることを見出した。

また、通常の転炉スケールでは、燃料の流量が20Nm³/min程度であれば、バーナー火炎長さは５ｍ程度となり、ちょうどランス高さと同等になること、およびバーナーの燃焼熱を高効率で伝熱させるためには、火炎長さ、すなわち高温場領域をランス高さと同等に維持することもまた重要であることを見出した。
なお、クロム鉱石の溶融還元プロセスにおいては、前述したように、昇熱吹錬時間は40分〜１時間程度を要する。すなわち、昇熱吹錬中に30〜50ｔといった大量の粉粒体供給が必要である。

ここに、前記粉粒体状物質としては、特許文献２にも記載されたように、石灰や珪石といった造滓材か、炭材等の昇熱材を使用することが望ましいが、造滓材の吹錬１chあたりの必要量は、20ｔ程度であり、造滓材のみの場合、昇熱期の通期に亘って粉粒体を供給することは、前述したように、造滓材の顕熱増加による昇熱負荷の増加という問題が生じる。
そのため、上記の問題を回避しようとすると、全昇熱時間中でのバーナーへの粉体吹込み時間の比率は半分以下になってしまい、バーナーによる着熱効率増加メリットが少なくなる。

また、昇熱材である炭材は、昇熱期間中、およそ50ｔ程度供給するので、昇熱材としては十分な量がある。しかしながら、炭材を、粉粒体状物質として用いると、バーナー火炎中で加熱する昇熱材として使用するためには、以下の問題が生じることを発明者らは突き止めた。
すなわち、プロパンのような炭化水素系燃料の燃焼により発生したC0₂やH₂0は、バーナー火炎に供給した炭材と、以下(1)式および(2)式のように反応する。
C0₂＋C＝2CO ・・・ （吸熱量：17.1MJ/mol） ・・・(1)
H₂0＋C＝CO＋H₂・・・ （吸熱量：13.4MJ/mol） ・・・(2)

ここで、問題なのは、(1)式および(2)式は、右向きに吸熱反応であって、雰囲気温度が800℃を超えると、右向きの反応が進行してしまうことである。すなわち、バーナーの見かけ発熱量が低下してしまうのである。加えて、炭材の反応率が増えると、炉内メタルに到達する炭材量が減少する、すなわち伝熱媒体の重量が減少することを意味するので、着熱効率が減少してしまうという問題もある。

そこで、発明者らは、バーナーのパイロット設備を用い、炭材の吹込み試験を実施した。なお、バーナー火炎中の炭材温度は、火炎脇に、火炎から１ｍ離してセットした複数点の放射温度計にて測定し、その平均値とした。
バーナー燃焼用プロパンを0.5Nm³/minの供給速度とし、バーナー燃焼用酸素を2.5Nm³/minの供給速度として、粒度：100μm〜１mmに篩分けを行った炭材を、供給速度：25kg/minでバーナー火炎中に供給した場合には、バーナー火炎中の炭材温度は約1500℃となり、排ガス中のCOガスおよびH₂ガス濃度が高位となった。
一方、炭材の供給速度を50kg/minとした場合には、バーナー火炎中の炭材温度はおよそ800℃となり、排ガス中のガスは大部分がC0₂およびH₂0となった。
以上の結果から、炭材の供給速度を増加させていくことで、バーナー燃焼場の温度を低下させることが可能となり、炭材の反応を抑制することが可能になることが分かった。

さらに、粉石灰：10kg/minを炭材と合わせて供給する試験を実施した。その際の炭材吹込み速度は25kg/min、37kg/min、50kg/minとし、前記と同様に、放射温度計でバーナー火炎中の粉粒体温度を測定したところ、それぞれ、1200℃、800℃、600℃となった。

炭材の反応を抑制した結果、バーナーに供給した燃料ガスをほぼ完全燃焼させることが可能となり、かつ炭材が伝熱媒体として転炉炉内の溶鋼に到達し、高着熱効率が期待できることが分かった。また、従来と比較して、昇熱期に過剰な量の炭材を供給することになっても、溶融還元期における炭材投入量を減ずることで、吹錬通期での炭材投入量は一定に保つことが可能であることが分かった。

以上の知見より、炭材の反応を効率良く抑制するためには、炭材を粉粒状とし、かつ炭材の温度を800℃以下にコントロールする必要があることが極めて有効であることを突止めた。
この発明は上記の知見に立脚するものである。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．転炉型製錬炉内に保持された溶鉄に、上吹きまたは上底吹き吹錬を行うに当たり、酸化性ガスを上吹きする上吹きランスの先端部または上吹きランスとは別に設置したランスの先端部に、燃料および助燃ガスを噴出させる噴射孔を有するバーナーを設け、該バーナーにより形成される火炎の中を通過するように、下記に示す粉粒体を吹込むものとし、その際、
上記粉粒体の吹込み速度を調整して、バーナー火炎中での上記粉粒体中の炭材の温度を800℃以下とすることを特徴とする溶鉄の昇熱方法。
記
ここに、粉粒体は、（ア）粉粒状の炭材、もしくは（イ）粉粒状の炭材と炭材以外の粉粒状物質からなるものとする。

２．前記燃料の単位時間当たりの発熱量：Ａ（MJ/min）と、前記粉粒体の比熱（MJ/kg・K）と吹込速度(kg/min)との積：Ｂ（MJ/min・K）との比（Ｂ／Ａ）が0.0009（（J/min）/(J/K/min)）以上の範囲を満足することを特徴とする前記１に記載の溶鉄の昇熱方法。
３．前記比（Ｂ／Ａ）が0.00101（（J/min）/(J/K/min)）以上の範囲であることを特徴とする前記２に記載の溶鉄の昇熱方法。

４．前記粉粒体が粉粒状の炭材と炭材以外の粉粒状物質からなる場合において、予め粉粒状の炭材と炭材以外の粉粒状物質を混合して混合物とし、該混合物をバーナー火炎中に吹込むことを特徴とする前記１〜３のいずれかに記載の溶鉄の昇熱方法。

５．前記粉粒体が粉粒状の炭材と炭材以外の粉粒状物質からなる場合において、粉粒状の炭材と炭材以外の粉粒状物質を別々の供給系統から供給して、バーナー火炎中に、同時に吹込むことを特徴とする前記１〜３のいずれかに記載の溶鉄の昇熱方法。

６．前記炭材以外の粉粒状物質として、石灰または珪石を使用することを特徴とする前記１〜５のいずれかに記載の溶鉄の昇熱方法。

本発明によれば、二次燃焼や燃料燃焼による転炉炉壁耐火物の溶損を助長させることなく、バーナーによる火炎の燃焼熱を効率良く溶鉄に着熱させることができ、短時間で溶鉄を昇温することが可能となる。

以下、本発明について具体的に説明する。
前述したように、転炉型製錬炉内に保持された溶鉄の吹錬において、二次燃焼は、炉内の空間で生じるので、溶鉄内や溶鉄湯面近傍で生じる一次燃焼と比べて、溶鉄への着熱効率が低いことが知られている。

さらに言えば、溶鉄の昇熱のために二次燃焼率を増加させた場合、炉内の総発熱量が増加するので、一見、二次燃焼率の増加も、溶鉄の昇熱に有効であると考えられるが、二次燃焼率を増加させる手段である、ランス高さを上昇させる、或いは上吹きランスから噴射される酸化性ガスの流速を低下させるなどの方法では、何れも十分な効果は得られず、現状ではその効果は頭打ちの状態となっている。
それ故、二次燃焼率の増加により総発熱量が増加し過ぎると、総発熱量に対する溶鉄への着熱効率は低下して耐火物の受熱量が増大し、耐火物の溶損が助長される。

そこで、特許文献２に記載の技術の如く、燃料とともに助燃ガスである酸素ガスを吹込むバーナーを設置すれば、バーナー火炎中に粉粒体を供給することができ、バーナー火炎内で加熱された粉粒体は伝熱媒体となって、炉内のメタルに高効率で着熱することができる。なお、本発明では、上記バーナーを、上吹きランスの先端部または上吹きランスとは別に設置したランスの先端部のいずれかに設けることとする。そして、このバーナーにより形成される火炎に、（ア）粉粒状の炭材、もしくは（イ）粉粒状の炭材と炭材以外の粉粒状物質からなる粉粒体を吹込むのである。

前述したように、バーナーの燃焼熱を、溶鋼に対して効率的に伝熱させるには、バーナー火炎長さ、すなわち高温場領域を、ランス先端から転炉炉内溶鋼までの高さと同程度とすることが望ましい。
さらに、炭材をバーナー火炎中で加熱する場合には、前掲(1)式および(2)式の反応を抑制する必要がある。

なお、クロム鉱石の溶融還元吹錬においては、昇熱期を含めた吹錬通期において、炭材が約1000kg/minで供給されている。昇熱と溶融還元は連続して実施されるので、溶融還元期に供給すべき炭材を昇熱期に供給しても問題はなく、炉内に残留した炭材は、溶融還元期において昇熱材および還元材として用いることができる。

本発明では、炭材の形状を、粉粒状とする必要がある。それはバーナー配管内にて安定して圧送を行うことを前提としているので、配管詰まりなどを防止するためである。
また、炭材以外の物質を伝熱媒体として併用する場合にも、そのような物質を粉粒状として使用する。これも上記と同様に、バーナー配管内にて安定して圧送を行うことを前提としているので、配管詰まりなどを防止するためである。
また、前掲(1)式および(2)式の反応を抑制するため、炭材の吹込み速度を調整して、バーナー火炎中での上記炭材の温度を800℃以下とすることが必須である。
なお、炭材以外の粉粒状物質を併用する場合においては、この炭材以外の粉粒状物質の温度については特に規定するものではない。火炎中の粉粒状物質への火炎からの伝熱は主に輻射伝熱と対流伝熱によるものと考えられるが、輻射伝熱は粉粒状物質の輻射率に依存するので、物質が異なれば、輻射率も当然異なることとなり、同じ条件下で火炎中に吹き込んでも、炭材と同一温度になるとは限らない。本発明では、炭材中のＣが前掲(1)式および(2)式の反応によって火炎温度を低下するのを抑制するために、バーナー火炎中での上記炭材の温度を800℃以下とするので、この反応に関与しない炭材以外の粉粒状物質の温度まで規定する必要はない。

吹込んだ粉体から、炉内のメタルへの着熱を確保するには、供給された燃料の単位時間当たりの発熱量（燃焼熱）：Ａ（MJ/min）、および吹込む粉体の比熱（MJ/kg・K）と吹込速度(kg/min)との積：Ｂ（MJ/min・K）との比（Ｂ／Ａ）が0.0009（1/Kまたは(MJ/K/min)/(MJ/min)）以上を満足することが好ましい。なお、Ｂ／Ａの上限は、特に限定されないが、供給設備が大規模になり初期投資が巨額になるという問題があるので、0.0015（1/K）以下が好ましい。
なお、燃料ガス種として、特に限定はないが、プロパンやメタン等の、上吹き吹錬等に、一般に用いられる燃料ガスを用いることができる。また、上記吹込む粉体の比熱（J/kg・K）と吹込速度(kg/min)との積：Ｂは、粉粒体として炭材と炭材以外の粉粒状物質を併用して吹き込む場合には、炭材だけでなく、炭材以外の粉粒状物質も含めて計算するものとする。

なお、本発明では、粉粒体が粉粒状の炭材と炭材以外の粉粒状物質からなる場合において、予め粉粒状の炭材と、炭材以外の粉粒状物質を混合して混合物とし、その混合物をバーナー火炎中に吹込むことができる。また、粉粒状の炭材と炭材以外の粉粒状物質を別々の供給系統から供給して、バーナー火炎中に同時に吹込むこともできる。
その際、炭材と炭材以外の粉粒状物質の比率は特に規定されず、吹錬時の添加量を考慮して任意の比率に設定することができる。

ここで、本発明では、上記炭材以外の粉粒状物質として、石灰や珪石のような造滓材を炭材と混合して使用することができる。バーナー加熱時に、造滓材を混合等して添加することで、さらにバーナー燃焼場温度を下げることが可能となり、炭材の反応をさらに抑制することが可能となるので好ましい。

なお、上記説明では、主にクロム鉱石の溶融還元吹錬の場合について説明したが、本発明は、その他の転炉型製錬炉における溶鋼の昇温手段として用いることができる。また、上記において特に定めたもの以外、石灰等の原料や使用設備、その運転条件等は、転炉吹錬の常法に従えば良い。

〔実施例１〕
スクラップ：50ｔと十分に予備処理をされた溶銑：80ｔとを、転炉に装入し、クロム鉱石の溶融還元吹錬を実施した。
上吹きランスからは送酸速度：450〜550Nm³/minで、底吹き羽口から120Nm³/minで酸素を供給した。吹錬開始後、各水準とも昇熱用の炭材および造滓のための石灰を投入したが、これらは、以下に示す方法で投入した。

水準１として、昇熱期から通期に亘り、塊状の炭材を1000kg/minで連続投入した。造滓のため、塊状の石灰を２ｔずつバッチ投入し、合計20ｔ投入した。上吹きランスからの送酸速度は550Nm³/minとした。

水準２として、昇熱期から通期に亘り、塊状の炭材を1000kg/minで連続投入した。また、昇熱期に、造滓のため、塊状の石灰を２ｔずつバッチ投入し、合計20t投入した。上吹きランスからの送酸速度は450Nm³/minとし、上吹きランスとは別に、粉粒体供給用ランスから、粉粒体は供給せず、プロパン：20Nm³/minおよび酸素：100Nm³/minを供給し、バーナーで転炉炉内のメタルを加熱した。

水準３〜４として、昇熱期から通期に亘り、造滓のため、塊状の石灰を２ｔずつバッチ投入した。上吹きランスからの送酸速度は450Nm³/minとし、上吹きランスとは別に、粉粒体供給用ランスから、プロパン：20Nm³/minおよび酸素：100Nm³/minを供給してバーナー火炎を形成し、その火炎中で加熱されるように粉粒状の炭材を1OOO〜2000kg/minまで変化させて供給した。必要量よりも過剰に供給した炭材量は、昇熱期に引き続いて実施される溶融還元期において、供給する炭材の吹込み速度を減じることにより、吹錬通期での炭材投入量が一定となるように調整した。

水準５〜７として、昇熱期に上吹きランスからの送酸速度を450Nm³/minとし、上吹きランスとは別に、粉粒体供給用ランスから、プロパン：20Nm³/minおよび酸素：100Nm³/minを供給してバーナー火炎を形成し、その火炎中で加熱されるように粉粒状の炭材を1OOO〜2000kg/minまで変化させて供給した。また、造滓のための粉石灰を同時に供給した。なお、粉石灰の吹込み速度は、400kg/minとした。

昇熱吹錬期における石灰供給量が合計20ｔとなるように、適宜、炉上からの塊石灰投入を併用した。必要量よりも過剰に供給した炭材量は、上述したように昇熱期に引き続いて実施される溶融還元期に供給する炭材吹込み速度を減じることで、吹錬通期での炭材投入量が一定となるよう調整した。

また、全ての水準について昇熱期に引き続いて、炉内の溶銑温度が1550℃に到達したタイミングより、クロム鉱石を約1000kg/minで供給し、ク口ム鉱石の還元を行う溶融還元期を実施した。上述したように、昇熱期に必要量以上の炭材を供給した水準については、溶融還元期における炭材投入速度を調整し吹錬通期での炭材投入量が一定となるようにした。

吹錬開始前の溶銑温度および1550℃に到達するまでに要した時間から、炉内メタルおよびスラグへの着熱効率指数および昇熱に要した時間を評価した。着熱量は、溶銑温度上昇分の顕熱、スクラップ溶解熱、造滓材の顕熱、および酸素と反応せずに炉内に存在している炭材(以下、残留炭材という)の顕熱の総和とした。また、吹錬中に転炉から排出される排ガスの連続分析を実施した。

バーナー火炎中の炭材の温度は、前記パイロット試験結果を用いて次のように推定した。
バーナー燃料の発熱量と、粉粒体の質量の比が一定、すなわちプロパン流量と粉粒体吹込み速度の比が一定であればバーナー火炎中の炭材温度は同じになるとした。また、伝熱計算により、上記推測温度と計算による粉粒体温度の誤差が５％以内であることが確認できた。
各条件における粉粒体熱容量とガス熱量の比（粉粒体熱容量／ガス熱量）(MJ/(K・min))/(MJ/min)の値と、炉内への着熱効率指数等の試験結果を、表１にそれぞれ示す。

炉内への着熱効率については、比較例１に示したバーナー非使用時の着熱効率を1.0として、他条件の着熱効率を比較した。
比較例２、すなわち必要な炭材分および石灰分について塊状の炭材および石灰を炉上投入し、粉粒体なしで炉内メタルをバーナー加熱した場合、着熱効率は比較例１の場合とほぼ同じであった。バーナー使用により炉内二次燃焼率は増加しているが、粉粒体を供給しない場合、着熱効率は低位である。
比較例３、すなわち粉状の炭材を、供給速度：1000kg/minでバーナー加熱添加し、塊状の石灰を炉上から供給した場合も、比較例１および比較例２と比較して着熱効率はほぼ同等であった。ここで、特筆すべきは、炉内二次燃焼率が比較例１と比較して低位、すなわちC0₂発生量が少なく、CO発生量が多いという点である。これは、パイロット試験結果から推測されるバーナー火炎中の炭材温度が1500℃であったため、前掲(1)式での反応が発生し、バーナーの見かけ発熱量が低下し、炉内への着熱効率が低下したからと考えられる。

炭材吹込み速度を、比較例３に比べて２倍の供給速度としてバーナー加熱し、塊状の石灰を炉上から投入した発明例１の場合は、着熱効率が大幅に向上する結果となった。なお、パイロット試験結果から推測される炭材温度は800℃であり、炉内二次燃焼率も高位となった。さらに、1550℃までの昇熱に要した時間も短縮され、優位な結果となった。
炭材温度が低位となったことで、前掲(1)式の反応が抑制され、プロパンが完全燃焼し、かつ、伝熱媒体である炭材への着熱により、炉内への着熱効率が向上したものと考えられる。なお、比較例１〜３と比較して、昇熱期における炭材投入量は過多であるが、過剰分の炭材量に相当する量だけ、昇熱期に引き続き実施される溶融還元期において炭材吹込み速度を減じている。

発明例２，３および比較例４（水準５）においては、造滓用に添加している石灰を粉状のものを用い、粉状の炭材とともに炉内にバーナー添加した。
比較例４、すなわち炭材吹込み速度が低位の場合、バーナー火炎中の粉粒体温度が高位であり、かつ炉内二次燃焼率が低位となったため、先に述べた理由により、着熱効率は比較例１とほぼ同等となった。

また、バーナー加熱添加する粉状の炭材量を増加させた発明例２および３については、バーナー火炎中での粉粒体温度が、いずれも、放射温度計の値から800℃以下になったため、炉内への着熱効率は大幅に向上している。すなわち、塊石灰を炉上添加した場合よりも、低い炭材投入速度で着熱効率の向上が可能となり、昇熱に必要な時間も短縮され、優位な結果となっている。これは、粉状の石灰を混合して、バーナー加熱添加することで、炭材の過度の温度上昇を抑制できるからと考えられる。この効果によって、大きな吹込み速度を確保しなくても、着熱効率の向上が可能となり、吹込み設備の低廉化が可能となることが分かる。

なお、上記の実施例では、発明例として、石灰を混合した例を示しているが、例えば、珪石のような造滓材を混入しても、また、炭材と同時に、製錬用造滓剤をバーナー火炎中に供給したとしても、その他の本発明における各条件を満足すれば、上述したような本発明の作用効果が得られることを確認している。

〔実施例２〕
参考のため、バーナー火炎中で反応をしない粉体（石灰等）を用いた場合の炉内への着熱挙動を比較した例を示す。
スクラップ：50ｔと十分に予備処理をされた溶銑：80ｔとを、転炉に装入し、クロム鉱石の溶融還元吹錬を実施した。
上吹きランスからは送酸速度：450Nm³/minで、底吹き羽口から120Nm³/minで酸素を供給した。上吹きランスとは別に、粉粒体供給ランスからプロパン20Nm³/minおよび酸素100Nm³/minを供給し、バーナー火炎を形成した。吹錬開始後、各水準とも昇熱用の炭材および造滓のための石灰を投入したが、これらは、以下に示す方法で投入した。

水準８として、昇熱期から通期に亘り、塊状の炭材を1000kg/minで連続投入した。造滓のための石灰としては、粉粒状のものを用い、前記粉粒体供給ランスに形成されたバーナー火炎中に400kg/minで供給した。

水準９として、昇熱期から通期に亘り、塊状の炭材を1000kg/minで連続投入した。また、造滓のための石灰としては、粉粒状のものを用い、前記粉粒体供給ランスに形成されたバーナー火炎中に400kg/minで供給した。加えて、昇熱期において粉状のクロム鉱石を前記バーナーを介して600kg/minで供給した。なお、通常は昇熱期にはクロム鉱石は投入しない。それは、浴面上に供給されたクロム鉱石は還元反応を起こし、莫大な吸熱となり、昇熱時間が著しく延長してしまうためである。

各条件における粉粒体熱容量とガス熱量の比（粉粒体熱容量／ガス熱量）(MJ/(K・min))/(MJ/min)の値と、炉内への着熱効率指数および昇熱に要した時間の評価結果を、表２にそれぞれ示す。

炉内への着熱効率については、前記比較例１に示したバーナー非使用時の着熱効率を1.0として、他条件の着熱効率を比較した。

比較例５、すなわち昇熱期において、必要な炭材として、塊状のものを炉上から1000kg/minで連続投入し、造滓材として必要な石灰として、粉粒状のものを前記バーナー火炎を介して400kg/min供給した場合は、バーナー加熱添加している粉粒体供給速度が低位であり、（粉粒体熱容量/ガス熱量）が低位であることから着熱効率が低位となる結果となった。

比較例６、すなわち昇熱期において、必要な炭材として、塊状のものを炉上から1000kg/minで連続投入し、造滓材として必要な石灰として、粉粒状のものを前記バーナー火炎を介して400kg/min供給し、かつ、粉粒状のクロム鉱石を600kg/minの供給速度で、同様にバーナー火炎内に供給した場合は、炉内への着熱効率指数が増加した。なお、炉内に供給されたクロム鉱石は還元反応を起こすため、上記着熱効率指数を求めるに当たり、クロム鉱石の還元熱に相当する分も炉内への着熱量として考慮した。

比較例６においては、（粉粒体熱容量/ガス熱量）=0.00046((MJ/K/min)/(MJ/min))であり、バーナー火炎中での粉体温度は約1500℃になると予想される。従って、高着熱効率が確保されてはいるものの、昇熱工程に要した時間は、70分となり、発明例に比べると1.5倍程度要している。

また、前記した比較例３のように、炭材のみをバーナー加熱添加した場合には、（粉粒体熱容量/ガス熱量）およびバーナー火炎中の予想粉体温度は、比較例６と同等であるが、着熱効率は低位となる。これは、炉内二次燃焼率が低位であることから、バーナー燃焼によって生じたCO₂と炭材が反応したためであると考えられる。

さらに、前記した比較例４では、粉粒状の炭材および粉粒状の石灰をバーナー加熱添加をしているものの、（粉粒体熱容量/ガス熱量）=0.00069((MJ/K/min)/(MJ/min))であり、バーナー火炎中での粉体温度が約1200℃になると予想され、炉内への着熱効率も低位である。

これに対して、前記した発明例２においては、（粉粒体熱容量/ガス熱量）=0.00094((MJ/K/min)/(MJ/min))であり、バーナー火炎中での粉体温度が約800℃になると予想され、炉内への着熱効率が高位となっている。これは、炉内二次燃焼率が高位であることから、炭材の反応が抑制されているものと考えられる。

〔実施例３〕
前記実施例１および２は、バーナー燃料としてプロパンを用いた場合であるが、単位流量あたりの発熱量が異なるガスとして、メタンを用いた場合の実施例を示す。
スクラップ：50ｔと十分に予備処理をされた溶銑：80ｔとを、転炉に装入し、クロム鉱石の溶融還元吹錬を実施した。
上吹きランスからは送酸速度：450Nm³/minで、底吹き羽口から120Nm³/minで酸素を供給した。吹錬開始後、各水準とも昇熱用の炭材および造滓のための石灰を投入したが、これらは、以下に示す方法で投入した。

水準１０〜１１として、昇熱期から通期に亘り、造滓のため、塊状の石灰を２ｔずつバッチ投入した。上吹きランスからの送酸速度は450Nm³/minとし、上吹きランスとは別に、粉粒体供給用ランスから、メタン：50Nm³/minおよび酸素：100Nm³/minを供給してバーナー火炎を形成し、その火炎中で加熱されるように粉粒状の炭材を1OOO〜2000kg/minまで変化させて供給した。必要量よりも過剰に供給した炭材量は、昇熱期に引き続いて実施される、溶融還元期に供給する炭材吹込み速度を減じることで、吹錬通期での炭材投入量が一定となるように調整した。

水準１２〜１４として、昇熱期に上吹きランスからの送酸速度を450Nm³/minとし、上吹きランスとは別に、粉粒体供給用ランスから、メタン：50Nm³/minおよび酸素：100Nm³/minを供給してバーナー火炎を形成し、その火炎中で加熱されるように粉粒状の炭材を1OOO〜2000kg/minまで変化させて供給した。また、造滓のための粉石灰を同時に供給した。

昇熱吹錬期における石灰供給量が合計20ｔとなるように、適宜、炉上からの塊石灰投入を併用した。必要量よりも過剰に供給した炭材量は、昇熱期に引き続いて実施される溶融還元期に供給する炭材吹込み速度を減じることで、吹錬通期での炭材投入量が一定となるよう調整した。

また、全ての水準について昇熱期に引き続いて、炉内の溶銑温度が1550℃に到達したタイミングより、クロム鉱石を約1000kg/minで供給し、ク口ム鉱石の還元を行う溶融還元期を実施した。上述したように、昇熱期に必要量以上の炭材を供給した水準については、溶融還元期における炭材投入速度を調整し吹錬通期での炭材投入量が一定となるようにした。

吹錬開始前の溶銑温度および1550℃に到達するまでに要した時間から、炉内メタルおよびスラグへの着熱効率指数および昇熱に要した時間を評価した。着熱量は、溶銑温度上昇分の顕熱、スクラップ溶解熱、造滓材の顕熱、および残留炭材の顕熱の総和とした。また、吹錬中に転炉から排出される排ガスの連続分析を実施した。

各条件における粉粒体熱容量とガス熱量の比（粉粒体熱容量／ガス熱量）(MJ/K/min)/(MJ/min)の値と、炉内への着熱効率指数等の評価結果を、表３にそれぞれ示す。

バーナー燃料としてプロパンを用いた場合と同様に、（粉粒体熱容量/ガス熱量）が0.0009(MJ/K/min)/(MJ/min)に満たない条件（比較例７，８）では、炉内二次燃焼率が低位、すなわち、供給した炭材が反応している傾向が見られ、炉内への着熱効率の向上は観測されなかった。
一方、（粉粒体熱容量/ガス熱量）が0.0009(MJ/K/min)/(MJ/min)以上の条件（発明例５〜７）では、炉内二次燃焼率が高位、すなわちバーナー火炎中での炭材の反応が抑制されて、炉内への着熱効率が増加し、昇熱時間の短縮効果が認められた。

Claims (6)

1. 転炉型製錬炉内に保持された溶鉄に、上吹きまたは上底吹き吹錬を行うに当たり、酸化性ガスを上吹きする上吹きランスの先端部または上吹きランスとは別に設置したランスの先端部に、燃料および助燃ガスを噴出させる噴射孔を有するバーナーを設け、該バーナーにより形成される火炎の中を通過するように、下記に示す粉粒体を吹込むものとし、その際、
   上記粉粒体の吹込み速度を調整して、バーナー火炎中での上記粉粒体中の炭材の温度を800℃以下とすることを特徴とする溶鉄の昇熱方法。
   記
   ここに、粉粒体は、（ア）粉粒状の炭材、もしくは（イ）粉粒状の炭材と炭材以外の粉粒状物質からなるものとする。
2. 前記燃料の単位時間当たりの発熱量：Ａ（MJ/min）と、前記粉粒体の比熱（MJ/kg・K）と吹込速度(kg/min)との積：Ｂ（MJ/min・K）との比（Ｂ／Ａ）が0.0009（（J/min）/(J/K/min)）以上の範囲を満足することを特徴とする請求項１に記載の溶鉄の昇熱方法。
3. 前記比（Ｂ／Ａ）が0.00101（（J/min）/(J/K/min)）以上の範囲であることを特徴とする請求項２に記載の溶鉄の昇熱方法。
4. 前記粉粒体が粉粒状の炭材と炭材以外の粉粒状物質からなる場合において、予め粉粒状の炭材と炭材以外の粉粒状物質を混合して混合物とし、該混合物をバーナー火炎中に吹込むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶鉄の昇熱方法。
5. 前記粉粒体が粉粒状の炭材と炭材以外の粉粒状物質からなる場合において、粉粒状の炭材と炭材以外の粉粒状物質を別々の供給系統から供給して、バーナー火炎中に、同時に吹込むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶鉄の昇熱方法。
6. 前記炭材以外の粉粒状物質として、石灰または珪石を使用することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の溶鉄の昇熱方法。