JPH01129914A - 溶融還元および精錬の方法 - 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） この発明は、金属酸化物を含有する鉱石を溶融還元し、
さらに、これによって得られる溶融金属を精錬する方法
に関し、詳しくは、これらの２工程を共通の付帯設備を
利用して能率的に行う方法に関するものである。

（従来の技術） 溶融還元法は、鉄鉱石（酸化鉄）などの金属酸化物を含
有する鉱石を、溶融状態で還元して鉄やフェロアロイを
製造する方法であり、将来の原料およびエネルギー事情
に適応するとして最近注目されるようになり、実用化の
ための研究開発が進められている技術である。この方法
に期待される特長はつぎの点にある。すなわち、製鉄法
としては、高炉法と比べて、安価な原料の使用、粉鉱の
塊成化などの事前処理工程の省略、設備の小型化などを
実現できること、またフェロアロイの製造法としては、
電力に依存しないプロセスの実用化が可能であることな
どである。

溶融還元法には種々のプロセスが提案されており、還元
炉の形式も多様であるが、代表的な形式として金属浴炉
式の溶融還元炉があげられる。これは、たとえば製鉄用
のものでは、鉄浴（溶鉄）内へ石炭、酸素および石灰な
どとともに鉄鉱石を装入し、これを還元して溶鉄（溶銑
）を得る還元炉であるが、反応が速く（固体状態で還元
するものに比べて１００倍以上の速度で還元することが
できる）、設備形式がシンプルであるなどの理由で多く
のプロセスに採用されている。溶融還元炉における鉱石
の還元にともなって、ＧＯなどの還元成分を含むガスが
発生するので、このガスを用い、予備還元炉において鉱
石を固体状態で予備還元しておくプロセスもある。

溶融還元によって得られる溶融金属には、Ｃ（炭素）を
はじめ、Ｓｉ％Ｍｎ、　Ｐ、　Ｓなどの不純物が多く含
まれるので、溶融金属を精錬することによりこれらを除
去する必要がある。精錬は、転炉や電気炉のような金属
浴炉において、不純物を酸素吹錬によって燃焼させたり
、スラグとして分離したりすることによって行う。

以上に述べた溶融還元および精錬は、従来、っぎのａ）
またはｂ）の方法によって実施されていた。

ａ）それぞれ独立して別々に設置された溶融還元炉と精
錬炉とを用い、溶融還元炉で還元した溶融金属を精錬炉
に移して精錬する方法。たとえば多くの製鉄所では、溶
融還元炉にて得た溶鉄（溶銑）を転炉で精錬することに
より溶鋼に転換するが、転炉はもともと高炉によって生
成した溶銑を処理するための精錬炉であるため、溶融還
元炉とは別個に設置されているのが普通である。このよ
うな精錬炉は、付帯設備である原料の供給設備や排ガス
処理設備などが完備した、独立したシステムとして構成
されているため、溶融還元炉もこれと独立した付帯設備
をもつものとして構成されている。

ｂ）１基の溶融還元・精錬兼用炉を用いて、溶融還元お
よび精錬を行う方法。前記したように、金属浴炉式の溶
融還元炉には金属浴中に酸素や石灰などを装入するので
、設備と操業方法の一部を変更することによって精錬兼
用炉として使用することができる。この方法では、この
Ｉ基の炉にて溶融還元が終了したのち、同一の炉におい
てその溶融金属を精錬している。

（発明が解決しようとする問題点） 上記した従来の方法ａ）およびｂ）については、それぞ
れ下記のような問題点があった。

ａ）それぞれ独立した溶融還元炉と精錬炉とを用いる方
法では、これらの炉が共通して、酸素や石灰などを装入
されＣＯを主成分とする高温ガスを発生するものである
にもかかわらず、原料の供給設備や排ガス処理設備を別
々Ｊこ設けなければならないた吟、無駄な設備費と余分
な運転費が必要となる。とくに排ガス処理設備は、溶融
還元炉本体以上の設備費を要するため、深刻な問題にな
っている。また、溶融還元炉から精錬炉までの、溶融金
属の運搬手段としてレードルなどの容器やクレーンが必
要であること、運搬中に溶融金属が温度降下したり再酸
化したりすることなどの点でも問題がある。

ｂ）　１基の溶融還元・精錬兼用炉を用いる方法では、
この炉において溶融金属を精錬している間は、溶融還元
のための原料である鉱石や石炭の炉内装入を停止する必
要があるため、これらの装入が間欠的（バッチ式）にな
らざるを得ない。したがって、溶、融還元の能率を上げ
るためには、これらの原料を大量に貯蔵しておいて短時
間内に炉内に装入しなければならないので、大容量の貯
蔵タンクと装入手段が必要になる。

とくに、前記した予備還元炉をもつプロセスでは、予備
還元された鉱石が予備還元炉から連続的に高温で供給さ
れるにもかかわらず、貯蔵タンク内で冷えてしまい、プ
ロセスにおける熱効率を低下させることにもなる。

（発明の目的） 本発明は、上記の問題点を解消することを目的としてな
されたもので、溶融還元および精錬に付帯する設備の無
駄をなくし、これらの２工程を共通の付帯設備を利用し
て能率的に行うことができる、溶融還元および精錬の方
法を提供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 上記した目的を達成するためのこの発明の要旨とすると
ころは、複数の金属浴炉を用い、うちいずれかの金属浴
炉において鉱石の溶融還元を行うとともに、他の金属浴
炉において溶融金属の精錬などを行い、これら複数の金
属浴炉から発生するガスを共通の処理設備にて処理する
ことである。

（作用） この発明の、溶融還元および精錬の方法によれば、複数
の金属浴炉のうちいずれかの金属浴炉で絶えず溶融還元
を行うので、溶融還元のための原料はほぼ連続的に装入
されて溶融還元される一方、他の金属浴炉では還元が終
了した溶融金属の精錬などが行われるが、これら複数の
金属浴炉から発生するガスは共通の処理設備にて処理さ
れる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明の第１実施例に関する製鉄用の溶融
還元および精錬の系統図である。本図では、溶融還元炉
ＩＳおよび精錬炉１ｒを各Ｉ基併設し、これらを使用し
て溶融還元および精錬を行う一方、両方の炉１ｓ、１ｒ
から発生するガスを、合わせて予備還元炉４１に導入し
て鉄鉱石の予備還元に使用したのち、共通のガス処理設
備５１にて処理する方式を示している。溶融還元炉１ｓ
から精錬炉１ｒまでの溶銑の運搬手段としては、両炉を
導管１１で連絡したうえ、これに電磁ポンプ１２を介装
している。また、精錬炉１ｒは、上吹き転炉と同様にラ
ンス３８によって酸素吹錬するものとし、出鋼口１３を
エアドリルなどで開口することにより溶鋼を排出する形
式をとっている。

さらにこの実施例では、溶融還元炉１９および精錬炉１
ｒへの石灰などの副原料の装入を、共通の供給源（図示
せず）から共通の投入管３９を用いて行うようにしてい
る。

溶融還元炉１ｓの鉄浴１０ｓ中には、予備還元された鉄
鉱石（予備還元鉄）が移送管４６よりキャリア・ガスに
よって吹き込まれるほか、吹き込み管３３より酸素、投
入シュート３７より石炭、投入管３９より分岐した投入
シュート３９ｓより石灰などの副原料が、それぞれ装入
される。鉄鉱石は溶融状態でこれらと反応することによ
り還元され、連続的に銑鉄が製造されて、炉下部に溶銑
として滞留する。

こうして溶融還元炉ｉｓで製造された溶銑は間欠的に、
電磁ポンプ１２によって、導管ｌｌ内を経て精錬炉１ｒ
側へ移送される。精錬炉１ｒの鉄浴１０ｒ中に移された
溶銑は、ランス３８より吹き込まれる酸素と、投入管３
９より分岐した投入シュート３９ｒより装入される石灰
などの副原料の作用によって精錬され、やがてＣ１Ｓｉ
、　Ｍｎ、　ＰＳＳなどの不純物が少ない溶鋼となる。

精錬炉１ｒにおいては、溶銑の精錬に付随して、測温・
サンプリング、成分添加などの調整を行うが、こののち
、前記のように出鋼口１３が開かれて出鋼する。

溶融還元炉ｉｓでは、石炭の酸化（および鉄鉱石の還元
）にともなって、ＣＯおよびＨ２を多壷に（４０〜８０
％）含む高温ガスが発生し、一方の精錬炉１ｒにおいて
も、酸素による溶銑中のＣ成分の燃焼によって同様（Ｃ
ｏが９０％以上）のガスが発生する。本実施例では、こ
れらのガスがもつ還元能力を利用して鉄鉱石を予備還元
するために、両者のガスを合わせて予備還元用ガスとし
、予備還元炉４１へ導入している。すなわち、溶融還元
炉ｌｓ側の発生ガスはフード１５ｓよりガス管１６ｓへ
送るとともに、一方の精錬炉ｌｒ側の発生ガスはフード
１５ｒよりガス管１６ｒへ送り、両者をガス管１７に合
流させ、除塵器１８で除塵したのち、ガス管１９より予
備還元炉４１へ導入する。

予備還元炉４１は流動層式の還元炉であり、鉱石装入管
４２より装入される粉粒状の鉄鉱石は、上記のようにし
てガス管１９より炉内に導入される予備還元用ガスによ
って、分散板（整流板）４３上で流動層４０ｆを形成し
、この状態で還元ガスと接触・反応して予備還元される
。予備還元鉄は、排出管４４より排出され、バルブ４５
を経て移送管４６内を前記のように移送されて、溶融還
元炉ｉｓに連続的に装入される。

予備還元炉４１で予備還元に用いた前記のガスは、排ガ
ス管４９を経てガス処理設備５１へ送られて処理される
。このガスは、予備還元の過程でＣＯが消費されてやや
減少しているが、まだ燃焼成分を多く含んでいるので、
ガス処理設備５１としては、このガスを除塵したのち燃
料用として回収する方式のものが望ましい。なお操業条
件によっては、ガス管１９に至るガスの一部は、予備還
元炉４１を通らずバイパス管（図示せず）を経て、直接
ガス処理設備５１へ送られる。

本実施例によれば、各種原料が連続的に溶融還元炉１ｓ
に装入されて溶融還元がなされるので、原料の装入設備
（４６，３３，３７，３９８およびこれらの供給源）か
小容量（単位時間あたりの最大装入量が小さい）のもの
であっても、高能率で溶融還元を行うことができる。さ
らに、ガス処理設備５１や石灰の供給源が１基で済むこ
と、溶銑を溶融還元炉ＩＳから精錬炉１ｒへ移す際の溶
銑の温度降下や再酸化の恐れがないことに加え、精錬時
に発生するガスは、溶融還元時に発生するガスよりもＣ
Ｏが多く還元能力が高いので、両者を合わせて予備還元
に用いることにより、従昧の予備還元方式よりも高い還
元効率を得るこ。

とができるなどのメリットがある。

なお、この実施例に関する各構成部分は、上記に限るも
のではない。たとえば、溶融還元炉ｉｓおよび精錬炉１
ｒは各１基でなくともそれ以上であればよく、炉１ｓ１
１ｒ間の溶銑の移送手段は電磁ポンプ１２でなく、導管
１１を傾斜させスライディング・ゲートなどの機械的開
閉機を用いるものでもよい。また、精錬炉１ｒの酸素吹
錬はランス３８を用いずに底吹き式で行う、出鋼は精錬
炉１ｒの傾動による、予備還元炉４１は流動層式でなく
移動層式や固定層式とする、ガス処理設備５１はガス回
収式でなく燃焼（ボイラにより蒸気として回収）式とす
る、などの構成でも実施可能である。

つぎに、この発明に関する第２の実施例を、　。

第２図に基づいて説明する。この実施例は、第１実施例
と同様の製鉄用溶融還元および精錬のプロセスを示すも
のであるが、はぼ同じ形状と容量をもつ金属浴炉を２基
備え、それぞれを溶融還元用および精錬用に交互に切り
替えて使用する点に特徴がある。すなわち、この実施例
では、溶融還元・精錬兼用炉１ａと同兼用炉１ｂとを併
設し、これらのうちいずれかの炉で鉄鉱石の溶融還元を
行うとともに、他方の炉で溶銑の精錬などを行い、両方
の炉１ａ、１ｂから発生するガスを、合わせて共通のガ
ス処理設備５１にて処理する。図示した兼用炉１ａ、　
ｌｂでは、鉄鉱石を上方から投入する以外は、すべての
原料を炉体下方から鉄浴１０ｓまたはｆｏｒ中に吹き込
み、兼用炉１ａＳｌｂはいずれも炉体支持軸（図示せず
）を中心にして傾動できるものとしている。また、兼用
炉１ａおよび１ｂへ装入する鉄鉱石、石炭、酸素および
石灰などの原料は、いずれも共通の供給源から供給する
ようにしている。なお図は、左側の兼用炉１ａにおいて
鉄鉱石の溶融還元を行い、右側の兼用炉１ｂにおいて溶
銑の精練を行っている状態を示している。

鉄鉱石は、供給タンク２１より供給管２２、これより分
岐した供給管２２ａおよびバルブ２３ａを経てあらかじ
め秤量タンク２４ａに貯留されており、図のように、既
にバルブ２３ａは閉じられた状態で、バルブ２５ａを経
て投入管２６ａより、溶融還元中の兼用炉１ａの鉄浴１
０ｓ中に投入される。兼用炉１ａにはこのほか、粉状の
石炭が供給管３１より分岐した吹き込み管３１ａを経て
鉄浴１０ｓ中に吹き込まれ、同、様に酸素と石灰などの
副原料がそれぞれ、供給管３３より分岐した吹き込み管
３３ａ、および供給管３５より分岐した吹き込み管３５
ａを経て鉄浴１０ｓ中に吹き込まれる。こうして鉄鉱石
は溶融状態で還元され、やがて溶銑（銑鉄）となる。炉
内の溶銑潰が規定値になったときには、前記の鉄鉱石お
よび石炭の装入を止め、バルブ３４ａ、３６ａで酸素お
よび石灰などの吹き込み量を調整し、同じ兼用炉１ａに
てこの溶銑の精錬を開始する。

溶銑の精錬は、図の右側の兼用炉１ｂが示すように行う
。すなわち、兼用炉１ｂではバルブ３２ｂを閉じて吹き
込み管３１ｂからの石炭の装入を止め、酸素と石灰など
の副原料をそれぞれ、供給管３３より分岐した吹き込み
管３３ｂ１および供給管３５より分岐した吹き込み管３
５ｂを経て鉄浴１０ｒ中に吹き込む。なお、吹き込み管
３１ｂは石炭の装入を止めても溶銑の逆流を防ぐために
、アルゴンや窒素などの不活性ガスを吹き込んで（図示
せず）いる。また、バルブ２５ｂを閉じて鉄鉱石の投入
を停止している間に、バルブ２３ｂを開いて供給管２２
ｂより秤量タンク２４ｂに鉄鉱石を蓄えておく。

こうして兼用炉１ｂの鉄浴１０ｒ中の溶銑が精錬され、
不純物の少ない溶鋼になると、兼用炉１ｂを傾動させ、
つぎの溶融還元に必要な最小限の溶鋼を除くほとんどの
溶鋼を、炉体中腹に設けた出鋼口１４ｂより出鋼する。

兼用炉１ａ、　ｌｂは出鋼時の傾動に支障がないよう、
フード１５ａ、１５ｂおよび投入管２６ａ、　２６ｂの
下端が昇降可能（図では投入管２６ｂの下端が上昇・退
避した状態である）になっており、さらに吹き込み管３
１ａ、　３３ａ、　３５ａおよび同３１ｂ、　３３ｂ、
　３５ｂは、それらの水平部分を傾動支点である前記支
持軸に沿って配管し、適所に回転継ぎ手（図示せず）を
介装しである。

二つの兼用炉１ａ、　ｌｂから発生するガスは、それぞ
れフードＬ５ａ、　１５ｂおよびガス管１６ａ１１６ｂ
を経てガス管１７に合流し、ガス処理設備５１に送られ
て処理される。ガス処理設備５１は第１実施例と同様の
ものを用いればよい。

本実施例でも、溶融還元を絶えず兼用炉１ａまたは１ｂ
のいずれかにおいて行うので、前記した従来の方法ｂ）
に比べて各種原料の装入設備が小容量のものであっても
、能率的に溶融還元ができる。また、二つの兼用炉１ａ
、　ｌｂから発生するガスを共通のガス処理設備５１で
処理するほか、鉄鉱石、石炭、酸素および石灰などの原
料のすべてを、二つの炉に共通の供給設備より供給する
ので、前記した従来の方法ａ）に比べて設備費およびこ
れらの運転費が大幅に削減されることになる。さらに、
一方の炉から他方の炉に溶銑を移す必要がないので、溶
銑の温度降下や再酸化の恐れが全くないうえ、溶融還元
および精錬の２工程を最小限の時間で行うことができる
。

なお、第１実施例と同じくこの実施例に関しても、各構
成部分はここに記載したものに限らない。たとえば、本
実施例では鉄鉱石を炉内に投入しているが、第１実施例
と同様に予備還元炉を付設し、鉄鉱石の代わりに予備還
元鉄を投入する方式も可能であり、あるいはまた、昇降
可能な投入管２６ａ、　２６ｂの代わりに固定シュート
を使用することもできる。

以上にのべた本発明の、溶融還元および精錬の方法は、
鉄鉱石を還元して鉄を得る場合に限らず、クロム鉱石を
還元してフェロクロムを得るなど、同様のプロセスによ
り他の金属を溶融還元および精錬する場合にも適用でき
る。

（発明の効果） 以上のように構成した本発明の、溶融還元および精錬の
方法によれば、下記の効果がもたらされる。

■）溶融還元および精錬に用いる複数の金属６炉に付帯
する、排ガス処理設備や原料の供給設備などが、すべて
の金属６炉の共用とすることができるので、設備費およ
び運転費の面で経済的である。

２）鉄鉱石、石炭、酸素および石灰などの原料をほぼ連
続的に装入して溶融還元することができるので、小容量
の装入設備によっても能率的に溶融還元を行える。とく
に、鉱石を事前に予備還元しておく場合には、予備還元
された鉱石がもつ顕熱を有効に利用して熱効率を高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す溶融還元・精錬系統
図、第２図は本発明の第２実施例を示す溶融還元・精錬
系統図である（なお、両図中、白塗りのバルブは開いた
状態、黒塗りのバルブは閉じた状態を示している）。 ｉｓ・・・溶融還元炉、１ｒ・・・精錬炉、１ａ、１ｂ
・・・溶融還元・精錬兼用炉、１１・・・導管、１２・
・・電磁ポンプ、Ｈ，１４ａ、　１４ｂ・・・出鋼口、
２１・・・供給タンク、３８・・・ランス、４１・・・
予備還元炉、５１・・・ガス処理設備。 ；巨　１　図 ５１：力ス処理設備 ゛＼

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の金属浴炉を用い、うちいずれかの金属浴炉
   において鉱石の溶融還元を行うとともに、他の金属浴炉
   において溶融金属の精錬などを行い、これら複数の金属
   浴炉から発生するガスを共通の処理設備にて処理するこ
   とを特徴とする溶融還元および精錬の方法。
2. （２）前記複数の金属浴炉を溶融還元用金属浴炉および
   精錬用金属浴炉としてそれぞれ専用に使用し、これらの
   間に設けた溶融金属の連絡経路を用いて、溶融還元用金
   属浴炉より精錬用金属浴炉へ溶融金属を移送する特許請
   求の範囲第１項に記載の溶融還元および精錬の方法。
3. （３）前記複数の金属浴炉のそれぞれを、溶融還元用お
   よび精錬用に交互に切り替えて使用する特許請求の範囲
   第１項に記載の溶融還元および精錬の方法。