JPH01127613A - 溶融金属の精錬方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】 本発明は溶融金属の精錬方法及びその装置に関し、更に
詳しくは、酸素を含有する気体を上吹きランスより吹込
むとともに攪拌用ガスを底吹き羽口より吹込むことが可
能な冶金炉を用い、この容器中の溶鉄に酸素、炭材及び
金属酸化物を供給し、金属酸化物の溶融還元を高効率で
経済的に行う方法およびその装置に関する。 【従来の技術１ 近年上底吹き転炉でステンレス鋼を溶製する際に、高価
なフェロクロムを用いずに、安価な一部エネルギー、例
えばコークスを還元エネルギーとして転炉内でクロム鉱
石あるいは半還元鉱石を溶融還元し、ステンレス鋼、あ
るいはステンレス鋼の母溶湯を製造する技術が進められ
ている。 クロム鉱石もしくはその予備還元ペレットを上底吹き転
炉で精錬する技術は１例えば特開昭６０−９８１４号公
報に開示されている。 同様に転炉で鉄鉱石の溶融還元を行い、溶銑を製造する
技術も、例えば、特開昭５２−２８８２１号公報に開示
されている。 これらのプロセスではクロム鉱石または鉄鉱石等の鉱石
を溶融還元する際に使用する還元エネルギーとしてコー
クスあるいはその他の炭材を用いることから、還元エネ
ルギー原単位を低下させて経済的に溶融還元を行わせる
ためにはコークスと酸素の燃焼熱を最大限に有効に使用
する必要がある。すなわち、下記（１）式で表わされる
一次燃焼だけではなく、下記（２）式で表わされる二次
燃焼まで炉内で最大限反応を促進させることが重要とな
る。 Ｃ十　坏０２　→ＣＯ−・・−（１） ＣＯ＋　　３４０２　　→Ｃ０２・・・−（２）しかし
ながら（２）式によって生じるＣＯ２は鋼浴に直接接触
した場合は、下記（３）式の解離反応を生じるために転
炉内で高二次燃焼率を達成することは困難であった。 ｃｏ２＋Ω（鋼浴中Ｃ）→２ＣＯ・−−−−−（３）ま
た、もう一つの問題は、高二次燃焼を冶金炉内で達成す
ると冶金炉内における燃焼によって炉内耐火物が２００
０℃を越える高温となり、溶損することである。 耐火物の寿命はもち”ろんスラグ中のＦｅＯ濃度にも依
存するが、こうした高温の燃焼ガスが接触する部分（主
にスラグが存在する部分）より上部の耐火物は著しく溶
損されることになる。 従って、冶金炉内の耐火物原単位を低下させ、炉の寿命
を伸ばしてプロセスの経済性を改菩することが重要であ
る。 【発明が解決しようとする問題点１ 本発明は、上記問題点を解決した溶融金属の精錬方法及
びその装置を提供することを目的とする。 本発明は、ａ！素を含有する気体を吹込むことが可能な
上吹きランスを備えると共に、ガス吹き込み可能な底吹
き羽口な有する冶金炉を用い、この冶金炉中に溶鉄を収
納し、さらに炭材、酸素及び金属酸化物を供給して、金
属酸化物の溶融還元を行う方法において、高二次燃焼率
を達成し、かつ高二次燃焼の下での冶金炉の炉壁の損傷
を防止するための手段を得ることを技術的課題とする。 ｆ問題点を解決するための手段］ 上述の本発明における技術的課題は、次の特徴的な手段
によって達成される。 すなわち、上底吹き冶金炉に溶銑を装入し、底吹き羽口
から撹拌ガスを供給するとともに上吹きランスかも酸化
性ガスを含む精錬ガスを供給し、炭材と金属酸化物を供
給して溶融還元を行う方法において、 （１）　　その上底吹き冶金炉の溶融金属より上部の炉
壁の少なくとも一部が水冷金属製パネルを用いる。 （２）　溶融金属を溶製する。 （３）　連続的あるいは断続的に炉腹または炉底部に備
えた開孔部より出湯及びまたは排滓する。 ことを特徴とする。 上記本発明方法を実値するための好適な装置は、攪拌ガ
スを供給する底吹き羽口と酸化性ガスを供給する上吹き
ランスとを備えた冶金炉であって、この冶金炉の上部炉
壁の少なくとも一部は水冷金属製パネルから成り、炉腹
または炉底にストッパを備えた出湯口および排滓口を配
設したことを特徴とする溶融金属の精錬装置である。 ［作用］ 発明者は、先ず、酸素を含有する気体を上吹きすること
が可能なランスと底吹き羽口とを有する上底吹き転炉を
用いて、この中の溶製に炭材、酸素および金属酸化物を
添加して金属酸化物の溶融還元を行うプロセスについて
試験を行い、高二次燃焼率を達成するための研究を行っ
た。その結果法のことが明らかになった。 すなわち、本発明が対象とするプロセスでの精錬過程で
は第２図に示す状態で反応が進行してぃる。 すなわち、上吹きランスｌから吹き込む０２ジエツトは ■　鋼浴７中のＣとの燃焼。 ■　スラグ８中のコークス９との燃焼、によって消費さ
れるとともに。 ■　ＣＯとの二次燃焼にも消費される。 高二次燃焼を達成するためには上記■のＣＯと０２との
燃焼を高める必要があるわけであるが、−万、既に述べ
たように上記■の鋼浴中のＣとの燃焼によって生じたＣ
Ｏを０２ジエツトによってと次燃焼させる場合、その結
果生じるＣＯ２が再び鋼浴に接触してしまうと上記（３
）式により再びＣＯに解離してしまう、そこで０２ジエ
ツトはこうした溶融還元を行う際は鋼浴に直接接触する
ことなく、スラグ８及びスラグ８中の炭材９にのみ吹込
むことが必要となる。具体的にはランス自体を製鋼炉で
よ（知られるソフトブローが可能な大径のノズル径を有
するランスまたは多孔ランスにすることは当然であるが
、それに加えて適宜必要なランス高さを設定し、０２ジ
エツトが溶湯に接触しないように制御することである。 しかしながら、鉱石、炭材、及び酸素を添加して溶融還
元を行う場合には、操業が進行するにつれてスラグ、溶
鉄が増加することになる。その結果、ランス高さの制御
も通常の製鋼炉と異なり、それとともに段階的に上界し
てゆ（必要があるが、溶融還元時のスラグボリュームは
時として４００　（ｋｇ／ｌ）以上にもなるため、スラ
グ上面が高くなりすぎてランスの高さを一定以上の高さ
に保つことが困難になる。 その場合、操業を中断して炉を傾動させて排滓したり、
溶鉄を排出することも可能であるが、生産性が低下する
だけでなく、中断による温度降下などのエネルギーロス
も生じるため好ましくなし）。 さらにこうした問題とは別に、高二次燃焼率を達成でき
たとしても既に述べたように、炉内雰囲気が高温になっ
たことにより、高温の燃焼ガスが接触するスラグライン
より上部の耐火物の溶損が大きくなるという問題があっ
た。さらに上述のように溶融還元操業では溶鉄およびス
ラグ湯面高さが操業中に変化していくから、単に一部分
を保護するだけでは実際冶金炉の炉壁の保護する手段と
して適当でない。 こうした知見に基づき、発明者らは溶融還元時に安定し
た高二次燃焼率を達成すると同時に、高二次燃焼時の冶
金炉の炉壁の溶損の防止を図るべく、第１図に示すよう
に炉を傾動することなく、溶銑の排出とスラグの排出が
可能な開孔部を有し、かつ溶融金属が接触する部分より
上部の炉壁の少なくとも一部を水冷金属製パネルにした
冶金炉により溶融還元製錬を行う方法を開発した。 すなわち、溶融還元吹錬中に吹錬を停止することなく、
溶鉄を排出可能な溶鉄排出孔６を設けるとともに、別途
、スラグの排出用に排滓口４を設けることにより、操業
中に適宜溶鉄、スラグを排出することを可能とし、その
結果、スラグと溶鉄の湯面を高二次燃焼率達成可能なよ
うにコント。 ロールすることが可能となる。 さらにはスラブが過剰に冶金炉の炉壁の特定部分より上
部に上がらないようコントロールし、溶融金属が接触す
る部分より上部で通常のスラグレベルより上部の炉壁な
水冷金属製パネル２にし冶金炉の炉壁の溶損をほとんど
なくすることができる。水冷パネル２の部分はスラグ自
体で覆われる（スラブコーティング）のため、従来の耐
火物の炉壁と異なり、高二次燃焼による高温雰囲気でも
溶損はほとんどない。 溶鉄排出口６は第１図（ａ）および第３図（ａ）に示す
ように炉底部へ直接出銑可能なように炉体の一部を拡張
しその部分の底より出銑可能としたものでもよいし、第
３図（ｂ）に示すように炉底に出銑孔を取り付けてもよ
いし、また第１図（ｂ）、第３図（ｃ）に示すように出
銑樋６ａを取り付けてもよい、なお、溶銑排出法は連続
的に排出してもよいし、一定間間毎に溶銑を排出しても
よい。また必要があれば、溶融還元操業を中断停止して
、出銑および排滓を行うことも可能であり、当然本発明
の範ちゅうに属する。 排滓口４は、スラグの湯面コントロールを可能とするた
めであり、全てのスラブを排出する必要はないので他の
装置の取り合いを考えて、スラグが存在する部分に取り
付ければよい。 また溶銑排出口６及び排滓口４はそれぞれ当然複数箇所
取り付けることも可能である。 水冷パネル２は操業の目的に従い取り付ける部分を決定
すればよく、通常のスラグレベルより上部全面に取り付
けてもよいし、スラブレベルより一定距離の部分のみ取
りつけてもよい、水冷パネル２は鉄板または銅板による
水冷パネル構造、鉄パイプまたは銅パイプを曲げたパイ
プによるものでもよく、鉄ブロックまたは銅ブロツク内
に冷却水通路を設けたブロック式などが適する。 溶融還元操業を開始する際には、冶金炉を傾動する必要
のないように、第１図に示す溶銑装入樋３を設けるのが
好適である。また操業中には溶鉄、スラブは適量ずつ排
出すれば連続操業が可能で操業の効率、熱効率の面で有
利である。 なお、高二次燃焼操業における冶金炉の耐火物の溶損を
防止する同種の試みとして先に既に特開昭６１−６７７
０８に示されるように、上吹ランスから冷媒を噴射した
り、あるいは耐火物壁に多孔質耐火物を埋込みガスなど
を噴射する試みが提案されているが、上吹ランスは上述
の二次燃焼のコントロールのためにはランス高さを変化
させる必要があるので、同時に耐火物の望んだ部分を冷
却することが難しいことに加えて、炭材や水を噴射する
ことは二次燃焼に悪影響を及ぼす。 一方耐火物に多孔質耐火物を埋込みガスなどを吹込む試
みも、さらに、スラブ高さが変動した場合でも全てのス
ラグレベル上部を保護することは困難である。 本発明は高二次燃焼をコントロールし、かつ、その際の
冶金炉の溶損を防止しようとするもので、上記発明とは
思想が異なるものである。 また、耐火物を使用することから、冷却を行った場合に
スポーリングなどによる損傷が大きく、操業上不利なこ
とが多い、いずれにせよ耐火物を使用するかぎりは溶損
を抑制することは難しい。 【実施例Ｊ 第１図に示す上底吹冶金炉に４トンの溶銑を溶銑装入樋
３を経由して装入した。底吹きからＮ２を単管羽口５を
通して０．５　Ｎｒｎ’／ｍ　ｉ　ｎ吹込むと共に上吹
ランスより３０　Ｎｒｄ／ｍ　ｉ　ｎで酸素を吹込み溶
融還元操業を行なった。 その際に造滓量（昇温期）はコークスと石灰を投入し、
ランス高さのコントロールにより二次燃焼は２０％程度
に抑制した。 次に溶湯温度が１５５０℃となった時点でコークス、鉄
鉱石及び石灰を投入し、溶融還元操業を行うと共に二次
燃焼が６０〜７０％となるようにランス高さをコントロ
ールした。一方溶鉄の温度が１５５０〜１５８０℃にな
るよう４０〜６０ｋｇ／ｍｉｎの割合で鉄鉱石を投入し
た。 一方、溶融金属が接触する部分より上部で通常のスラグ
レベルより上部の炉壁を全て銅製の水冷パネルとして操
業した。 溶／Ｊ！（溶鉄７）は約２トン、スラグは約１トン毎に
それぞれ排滓孔４と炉底の溶鉄排出口６から排出して操
業を行った。 連続操業を約ｌＯ日間行った結果のスラグレベルより上
部の炉壁は、全く損傷は観察されなかった。また操業の
間二次燃焼は６０〜７０％で安定していた。 （比較例） 第１図と全く同じ規模で第２図に示す通常の上底吹転炉
で実施例と同じ条件で操業を行った。スラグが１．５ト
ン、溶湯が２トン増加した時点でスラグ湯面の上昇によ
り、二次燃焼がランス高さのコントロールで制御できな
くなったので、操業を中断して溶湯、スラグを排出した
。その後操業を繰り返したが、操業の中断時期に溶湯の
温度が５０〜７０℃低下し、再び昇温する必要が生じエ
ネルギー原単位生産性の面で不利であった。 上記の半連続操業を７０時間行った時点で、スラブレベ
ルより上部の炉壁の耐火物の一部の溶損が大きくなり操
業を中断した。 以上では鉄鉱石の溶融還元を例として述べたが、当然ク
ロム鉱石、マンガン鉱石などの溶融還元に対して本発明
を適用することができる。 〔発明の効果〕 本発明は、以上述べたように酸素含有気体を吹込み可能
な上吹ランスと攪拌用ガスを吹込み可能な底吹羽口を有
する冶金炉中に、溶鉄に炭材、酸素及び金属酸化物を供
給し、金属酸化物の溶融還元を行うプロセスにおいて高
二次燃焼を安定に達成することによりエネルギー原単位
の削減を可能とすると共に高二次燃焼の操業時の間であ
る冶金炉の炉体溶損を防止し、冶金炉補修頻度の低下に
よる設備生産性の向上、そして生産物単位当たり設備コ
ストの低下を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施の態様を示す説明図、第２図は従
来の上底吹き転炉による溶融還元技術を示す説明図、第
３図は本発明の溶湯の排出孔の実施例を示す冶金炉の部
分断面図である。 ｌ・・・上吹ランス ２・・・水冷パネル ３・・・溶銑装入樋 ４・・・排滓口 ５・・・底吹羽口 ６・・・溶銑排出口 ア・・・溶鉄 ８−・・スラグ ９・・−コークス ！０−・・耐火物炉壁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　上底吹き冶金炉に溶銑を装入し、底吹き羽口から撹
   拌ガスを供給するとともに上吹きランスから酸化性ガス
   を含む精錬ガスを供給し、炭材と金属酸化物を供給して
   溶融還元を行う方法において、該冶金炉の溶銑が接触す
   る部分より上部の炉壁の少なくとも一部に水冷金属製パ
   ネルを用い、溶融金属を溶製し連続的あるいは断続的に
   炉腹または炉底部に備えた開孔部より出湯及びまたは排
   滓することを特徴とする溶融金属の精錬方法。 ２　撹拌ガスを供給する底吹き羽口と酸化性ガスを供給
   する上吹きランスとを備えた冶金炉であって、該冶金炉
   の上部炉壁の少なくとも一部は水冷金属製パネルから成
   り、炉腹または炉底にストッパを備えた出湯口および排
   滓口を配設したことを特徴とする溶融金属の精錬装置。 ３　反応容器の上記排滓孔より上部に溶鉄を装入可能な
   開孔部を有することを特徴とした特許請求の範囲第２項
   記載の溶融金属の精錬装置。