JP5907431B2

JP5907431B2 - 溶解炉の操業方法

Info

Publication number: JP5907431B2
Application number: JP2013020361A
Authority: JP
Inventors: 博史大川; 茂樹脇本; 康博宮川
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2016-04-26
Anticipated expiration: 2033-02-05
Also published as: JP2014152340A

Description

この発明は、キュポラや高炉等の溶解炉の操業方法に関するものである。

鉄スクラップや銑鉄などの鉄源を溶解するために、例えば、図１に示すような、キュポラ（溶解炉）１が用いられる。

キュポラ１では、炉底から一定の高さまでコークスを詰めてベッドコークス層１０を形成する。そのベッドコークス層１０の部位に対向する炉壁の下部に羽口４を設け、羽口４から吹き込まれる熱風（通常の空気の他に酸素富化したものも含む。以下、まとめて「熱風」という。）によりコークスを燃焼させる。この燃焼熱で、ベッドコークス層１０上部に装入した鉄スクラップ、銑鉄などの鉄源Ｓを溶解して、炉底に設けた出湯口３から溶銑（溶湯）を取り出している。なお、図中の符号５は、冷却装置である（例えば、特許文献１参照）。

溶銑は、ベッドコークス層１０内のコークスの間隙を滴下する際に、そのコークスから炭素が供給されている。また、そのベッドコークス層１０は燃焼により徐々に消耗していくため、これを補う目的で、追込コークス１１としての鋳物用コークスと、新たな鉄源Ｓとをキュポラ１内に装入する。このとき、通常、追込コークス１１と追加の鉄源Ｓとは、所定の比率で交互に層状に重ねられる。

なお、原材料である追加の鉄源Ｓが、所定の時間毎にキュポラ１に装入されることを、一般にチャージという。また、原材料の装入の際、追込コークス１１と追加の鉄源Ｓとの装入比率をコークス比という。

特開２００２−９００６５号公報

この種のキュポラ１において、操業は断続的に行われる場合が多い。例えば、昼間に連続して操業して（出銑して）、その日の最終の出銑が終わった後は、夜間に火を一定以下に落とす（出銑しない）等である。

従来は、図３に示すように、連続する１回の操業中に、所定の時間毎に行われるチャージＡ（・・・Ａ_２，Ａ_１，Ａ_０）のうち、操業を終える前の最終の原材料チャージＡ_０として、その最終の原材料チャージＡ_０で、追加の鉄源Ｓを所定のコークス比に基づいてキュポラ１内に装入した後は、少なくとも出銑が終了するまで、追込コークス１１の装入は行っていない。なお、図３では、連続する１回の操業期間中を「出銑あり期間」とし、最終の出銑Ｄを終えた後、次なる操業開始までを「出銑なし期間」としている。

ここで、連続する１回の操業が終了した後、すなわち、最終の出銑Ｄが終了した後の「出銑なし期間」において、ベッドコークス層１０の減少に応じて、補充に必要な量のコークス２２のみを追加で装入している。この追加装入Ｂは、次回の操業（例えば、翌日の操業）に備え、炉内の温度を一定以上に維持するためのものである（以下、「追加装入コークス２２」と称する。）。

この方法では、最終の原材料チャージＡ_０後、すなわち、出銑終了前の最終の原材料を装入した後、キュポラ１への送風停止まで、炉内の温度が上昇する。これは、最終の原材料チャージＡ_０後は、キュポラ１内の原材料の減少に伴い、溶解に使用されていた炉内の熱エネルギーが、炉内雰囲気温度の上昇に使用されるからである。なお、キュポラ１への送風停止の時期は、通常は、出湯停止後２〜３分以内とされている。

また、通常の操業時には、ベッドコークス層１０のコークスと、酸素との反応で生じたＣＯ_２（Ｃ＋Ｏ_２→ＣＯ_２）が、炉内を上昇する過程で追込コークス１１と反応してＣＯを発生し（ＣＯ_２＋Ｃ→２ＣＯ）、さらに、ＣＯが反応してＣＯ_２になるが、最終の原材料チャージＡ_０後は、キュポラ１内のコークスの減少に伴い、ＣＯの発生が減少するとともに炉内の温度が上昇する。このため、空気中の酸素は窒素と反応し、ＮＯｘ（窒素酸化物）が発生する。

すなわち、従来の操業方法では、最終の原材料チャージＡ_０後、キュポラ排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）濃度が上昇するという問題がある。この原因として、炉内の温度上昇とコークスの減少が挙げられる。

そこで、この発明は、最終の原材料チャージ後におけるキュポラ排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）濃度の上昇を抑えることを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明は、最終の原材料チャージ後、出銑が終了するまでの間に、さらに、追込コークスを装入する手法を採用した。

この最終の原材料チャージ後、出銑終了までの間の追込コークス（以下、「対策用追込コークス」と称する。）の装入によって、炉内にはＣＯが発生するので、酸素は、より反応しやすいＣＯと反応することとなる。このため、酸素が消費され、酸素と窒素との反応によるＮＯｘの発生を抑えることができる。

なお、対策用追込コークスは、落下後、ベッドコークス層を形成する。このため、新たに、対策用追込コークスの装入を行うこと自体が、大きなコストアップにつながることはないと考えられる。

すなわち、この発明の対策用追込コークスと、夜間等における追加装入コークス（出銑終了後に、次回の操業に備えて炉内の温度を維持するために装入されるコークス）との合計を、従来の操業方法での夜間等における追加装入コークスの合計と比較すると、両者のコークス量に量的な差がほとんど生じないことが実験で確認できた。
また、対策用追込コークスとして、粒径が大きく損耗が遅い鋳物コークスを採用すれば、ベッドコークス層の高さを維持しやすいので、コークス量の増加はさらに生じにくい。

この発明は、最終の原材料チャージ後、出銑が終了するまでの間に、さらに、追込コークスを装入する手法を採用したので、炉内にＣＯが発生し、空気中の酸素はそのＣＯと反応する。このため、酸素と窒素との反応によるＮＯｘの発生を抑えることができる。

キュポラの全体図この発明の溶解炉の操業方法を示す説明図従来の溶解炉の操業方法を示す説明図

この発明の実施形態を説明する。この実施形態は、溶解炉１における連続する１回の操業において、所定の時間毎に行う複数回の原材料のチャージＡ（・・・Ａ_２，Ａ_１，Ａ_０）のうち、最終の原材料チャージＡ_０後、次回の操業開始までの間におけるキュポラ排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）濃度の上昇を抑えることを目的とするものである。

なお、この実施形態では、溶解炉１として、図１に示すキュポラ１を想定しているが、高炉においても採用することができる。

図２に示すように、各チャージＡにおける追込コークス１１と主原料（原材料）１２である鉄源Ｓの構成、及び、そのチャージＡの時期、回数等については、従来例である図３と変わりなく、これらは、溶銑の仕様、供給量等に応じて適宜決定されるので説明を省略する。また、追加装入コークス２２の追加装入Ｂについても同様である。

この実施形態では、連続する１回の操業（１日の操業）で、１回の原材料のチャージＡ毎に、原材料としてのスクラップ等の鉄源Ｓを２〜３ｔ装入している。また、これに対して、追込コークス１１を、コークス比１１．７〜１２．６％となる配合で、その原材料とともに装入している。

このキュポラ１において、連続する１回の操業で複数回行う出銑のうち、最終の出銑Ｄを終了する直前の原材料チャージＡ_０、すなわち、出銑を終了する前の最終の原材料チャージＡ_０後、最終の出銑Ｄまでの間に、原材料である鉄源Ｓを投入することなくコークス２１のみを装入している。このコークス２１を対策用追込コークス２１と称し、図２では、対策用追込コークス２１の装入時期を対策用装入Ｃで示している。

この実施形態では、図２に示すように、対策用装入Ｃの時期を最終の出銑Ｄよりも前としているが、この対策用装入Ｃと最終の出銑Ｄの時期を同時とすることもできる。また、この実施形態では、原材料のチャージＡの時期が一定の間隔であり、且つ、最終のチャージＡ_０から対策用装入Ｃまでの間隔も、そのチャージＡ同士の間隔と同じとしているが、これらのＡ−Ａ間の間隔、及び、Ａ_０−Ｃ間の間隔は、溶銑の状況に応じて適宜設定できる。

この対策用装入Ｃにおける対策用追込コークス２１の装入によって、炉内にはＣＯが発生するので、酸素は、より反応しやすいＣＯと反応することとなる。このため、酸素と窒素との反応によるＮＯｘの発生を抑えることができる。

なお、対策用追込コークス２１は、落下後、ベッドコークス層１０を形成する。このため、この発明において、新たに、対策用追込コークス２１の装入を行うこと自体が、大きなコストアップにつながることはないと考えられる。

すなわち、図３に示す従来の操業方法において、夜間等「出銑なし期間」における追加装入コークス２２は、図１に示す或るキュポラ１では、概ね１回当たり８００ｋｇを装入しており、翌朝の次回操業開始までの装入合計量は、４〜５ｔとなっていた。なお、操業中、所定の原材料を装入するチャージＡ時の追込コークス１１の装入量は、概ね１回のチャージＡ当たり２７０ｋｇとしていた。

これに対し、図２に示すこの実施形態では、同じキュポラ１、同じ原材料において、チャージＡ時の追込コークス１１の装入量を、同じく概ね１回のチャージＡ当たり２７０ｋｇとし、対策用追込コークス２１として５００ｋｇのコークスを装入している。また、夜間等「出銑なし期間」における追加装入コークス２２は、同じく、概ね１回当たり８００ｋｇを装入している。

そして、対策用追込コークス２１と追加装入コークスの装入合計量は、４〜５ｔとなっており、これは、従来の操業方法での夜間等における追加装入コークス２２の合計量とほとんど変わりない。すなわち、対策用追込コークス２１の導入が、キュポラ１の操業における大きなコスト増につながらないことが実験で確認できている。

また、対策用追込コークス２１として、粒径が大きく損耗が遅い鋳物コークスを採用すれば、ベッドコークス層の高さを維持しやすいので、コークス量の増加はさらに生じにくくなる。

なお、対策用装入Ｃ時における対策用追込コークス２１の装入量は、各原材料チャージＡ（・・・Ａ_２，Ａ_１，Ａ_０）の際における追込コークス１１の装入量よりも大きく設定されていることが望ましく、特に、対策用追込コークス２１の装入量を、チャージ時の追込コークスの装入量の１．５倍〜２倍の範囲とすることが望ましい。

１キュポラ
２投入口
３出湯口
４羽口
５冷却装置
１０ベッドコークス層
１１追込コークス
１２主原料（原材料）
２１対策用追込コークス
２２追加装入コークス
Ａチャージ
Ｂ追加装入
Ｃ対策用装入
Ｄ最終の出銑
Ｓ鉄源

Claims

溶解炉における炉底から一定の高さまでコークスを詰めてベッドコークス層（１０）を形成し溶解炉内へ熱風を吹き込むことによりコークスを燃焼させ、前記ベッドコークス層（１０）上部に鉄源（Ｓ）を装入してその鉄源（Ｓ）をコークスの燃焼熱で溶解して溶銑を取り出す出銑を複数回連続して行った後に溶解炉内への熱風の吹き込みを停止して溶解炉内の温度を出銑に必要な温度以下に落とすまでの連続する１回の操業において行う複数回の原材料チャージ（Ａ；・・・Ａ_２，Ａ_１，Ａ_０）のうち最終の原材料チャージ（Ａ_０）後、最終の出銑（Ｄ）までの間に、対策用追込コークス（２１）を装入することにより、前記最終の原材料チャージ（Ａ_０）後、次回の操業開始までの間におけるキュポラ排ガス中の窒素酸化物濃度の上昇を抑えることを特徴とする溶解炉の操業方法。
前記対策用追込コークス（２１）の装入量は、前記各原材料チャージ（Ａ；・・・Ａ_２，Ａ_１，Ａ_０）の際における追込コークス（１１）の装入量よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の溶解炉の操業方法。