JPH01195218A - 溶融還元炉の操業法 - Google Patents

溶融還元炉の操業法

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JPH01195218A
JPH01195218A JP63019260A JP1926088A JPH01195218A JP H01195218 A JPH01195218 A JP H01195218A JP 63019260 A JP63019260 A JP 63019260A JP 1926088 A JP1926088 A JP 1926088A JP H01195218 A JPH01195218 A JP H01195218A
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heat
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JP63019260A
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Tetsuji Ibaraki
哲治 茨城
Masao Yamauchi
雅夫 山内
Katsuhiko Sakamoto
阪本 克彦
Shigeru Kinoshita
茂 木下
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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    • G02F1/134309Electrodes characterised by their geometrical arrangement
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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、溶融還元に際して二次燃焼率および熱収支の
正確な把握により効率的かつ安定して操業する操業法に
関する。
(従来の技術) 溶融還元炉においては、炉内に投入された鉄磁石、石炭
、石灰等に酸素ガスを吹込み、石炭を燃焼させ、さらに
炉内を攪拌させながら還元反応させて溶銑を得るもので
ある。
これらの溶融還元反応を効率的かつ安定して操業するた
めには、炉内の状態、特に二次燃焼の状態を正確に把握
し、これを適正に制御することがとりわけ熱収支の見地
から重要である。
このような二次燃焼による熱を有効に利用してこれを効
率的に還元反応に利用する技術として、例えば特開昭6
1−213310号公報の鉄系合金溶湯の製造方法があ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで溶融還元においては、金属浴で還元反応を促進
するために多量の反応熱を供給する必要があり、このた
めに炉内で発生する一酸化炭素および水素ガスを、さら
に二酸化炭素および水にまで燃焼させる二次燃焼比率を
高めることが一般的であるが、この二次燃焼率を算定す
るためのガス成分の採取は、従来法では通常排気ダクト
中のガス冷却装置内から採取する。しかしながらガス冷
却装置内は、各部のシールガス、パージ用ガスまたは空
気の混入により炉内のガス成分とは若干具なっているこ
と、また炉内の二次燃焼空間は高温であるために解離反
応が生じることから、分析時のガス成分と炉内のガス成
分には差があるために、二次燃焼率の測定結果が正確に
把握できない。
また前述のごとく二次燃焼率が正確に把握できないこと
から、発生熱量を正確に求められず、かつ、二次燃焼熱
のうち、有効に反応熱に寄与する熱量を正確に把握でき
ず、鉄浴温度の推移を正確に推定することが出来ない。
このために制御の対応が遅れてしまい、場合によっては
浴温度が低下して反応速度が低下する。また時には浴温
度が上昇して無駄な炭材−酸素を消費し、耐火物を損傷
させるという問題点がある。
またガス採取をおこなう場合の設備上の問題として二次
燃焼により炉内ガスは高温になっており、この炉内から
直接にガスを採取するには外管を還元剤として用いるの
で、分析が必要なガス成分のうちには水素ガスが燃焼し
て生成する水蒸気も多量に含まれている。そのために通
常の冷水冷却方法では管内に水蒸気が露結して正確な水
分の分析ができない。
本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、二次燃焼率
および熱収支の正確な把握により、効率的かつ安定した
溶融還元炉の操業法を提供する。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、溶融金属の溶融還元において、発生ガスの二
次燃焼をおこなう炉内の上部空間から直接発生ガスを採
取分析するとともに燃焼ガスの温度を測定し、この分析
値および測定値から二次燃焼率を算出して炉内の二次燃
焼熱および排ガスへの抜熱を求めることを特徴とする溶
融還元炉の操業法であり、また算出された二次燃焼率か
ら溶融金属およびスラグに伝達された熱を求め、還元反
応に必要な熱量および放散される熱量との熱収支から溶
融金属温度を制御し、また炉内の発生ガスを採取するに
際し、水分比率を測定するためにガス採取器を熱水冷却
とするものである。
〔作 業〕
以下本発明を作用とともに詳述する。
本発明は、溶融還元炉内の二次燃焼率を正確に測定する
ために、炉内から直接発生ガスを採取して、この成分値
と燃焼ガス温度の測定値から炉内で燃焼したCOとH2
の比率即ち二次燃焼率を正確に求める。この方法で求め
た二次燃焼率を一定に制御するとともに、二次燃焼熱量
と排ガスへの抜熱、炉体からの放熱等の測定値または推
定値から反応に有効に働いた熱量を求めて炉内の熱収支
を正確に把握する。
また上記夫々の計測値に基づき、溶融金属の浴温度を連
続的に推定して、所定の温度に保つように酸素供給状態
、炭材原単位、二次燃焼率等を制御する。
また炉内から直接に発生ガスを採取して炉内ガスの水分
比率を測定するに際して、水分がその露点以下に過冷却
されず正確にその分析が可能なように、ガス採取プロー
ブを熱水冷却として、ガス導入管内の温度を採取ガスの
露点以上に保つ。
第1図は本発明を実施するための溶融還元制御の一例を
示すブロック接続図である。1は炉体、2は送酸用ラン
スであり、基部には流量計28が取付けられる。3は底
吹羽口であり、それぞれ計量器4a、5aを介して底吹
き用の予備還元鉱(鉱石)供給装置4、石炭供給装置5
と、送酸用の流量計16が接続されている。炉上に取付
けられた排気ダクトは、発生ガス冷却器6、集塵器7を
経て誘引ファン13に接続され、そのダクトの途中には
発生ガス流量計11が取付けられる。8は炉内上部空間
の発生ガス採取装置用プローブであり、その構造は第2
図の断面図に示すごとく、熱水冷却管17内を縦通ずる
ガス採取管18と測温州プローブ19が併設されており
、ガス採取管18は発生ガス成分分析器9に、測温用プ
ローブ19はガス温度測定装置10にそれぞれ接続され
ている。なお14は溶鉄、15は溶融スラグである。
ここで流量計2a、16により供給酸素流量、計量器4
a、5aにて予備還元鉱供給速度、石炭供給速度、発生
ガス冷却器6からの冷却水温度流量、発生ガス成分分析
器9にて炉内発生ガス成分、ガス温度測定装置10にて
燃焼ガス温度、発生ガス流量計11にて排ガス量が夫々
計測されてプロセスコンピューター12に入力される。
プロセスコンピューター12では下記の演算がおこなわ
れる。
先ず炉内でのH2O,H2,CO2,COの組成比率を
ガス分析値と炉内ガス温度から求める。炉内の二次燃焼
率の計算について、炉内の熱力学的平衡値とC,H,O
の物質バランスから次の連立方程式が得られる。
(() Co燃焼率は下記(1)〜(3)の連立方程式
の解として得られる。
に=Pco2/Pco”Poz”2(=eXP、(−E
at/RT))  ・−(1)PCO2◆+1/2・P
co”=Pco2+ 1/2・Pco +PO2・・・
(2)PCO2申 +PCO◆= PCO2+ PCO
・・・−(3)ここでPCO2・PCO・PO2:炉内
での各ガスの分圧PCO211PCO”  :分析(室
温)時の各ガスの分圧(測定値) T ;炉内ガス温度(’ K) (測定値)El、;活
性化エネルギー(定数) R:ガス定数(定数) (0) H2燃焼率は下記 (4)〜(6)の連立方程
式の解として得られる。
K = PH20/PH2”PO2”2(= exP、
 (−Ea2/RT))  ”” (4)1/2・PH
2゜*子1/2・PH2゜+PO2・・・・・・(5)
PH2゜◆+P0傘=P□2゜+PH2・・・・・・(
6)ここでPH2゜+PH2+PO2:炉内での各ガス
の分圧PH20申+PH2申 ;分析(室温)時の各ガ
スの分圧(測定値) T ;炉内ガス温度(’ K) (測定値)E、2;活
性化エネルギー(定数) これらより炉内の二次燃焼率は、(1)〜(6)式の解
として求められた各々のガスの炉内分圧から、下記(7
)式で求められる。
二次燃焼率” (PCO2+PH20)/(PCO2+
PCO+ PH2゜+P□2)     ・・・・・・
(7)また二次燃焼の着熱量は、’CO+PCO2+P
H20+P142の計算値、炉内ガス温度の実測値、ガ
ス冷却器の熱負荷測定値および発生ガス流量値に基づき
次の計算式で示される。
着熱量−(Go、H2燃焼に伴う熱量)−(ガス顕熱)
   ・・・・・・(8)ここでガス顕熱即ち排ガスへ
の抜熱の値は、次の測定値および定数からの計算により
求められる。
ガス顕熱=(Σ((ガス成分比率)×(ガス比熱)))
X(発生ガス流量)×(炉内ガス温度)・・・・・・(
9) 前記(8)式に基づく計算より求めた着熱量は、二次燃
焼による発生熱のうち炉内へ伝達された熱量である。ま
た反応に寄与する溶融金属およびスラグへ伝達された熱
は、前記着熱量から炉体放散熱等を差引いた熱量である
なお炉体放散熱等は、設備および操業に大きな変化がな
ければほぼ一定の値であることから、予め求めておけば
よい。
以上の演算結果に基づき、まず第1に二次燃焼率に変化
が生じ、二次燃焼率が目標の範囲から外れた場合は、プ
ロセスコンピューター11からの比率および石炭供給装
置4の計量器4aを調整して炉内炭材量の単独もしくは
複数をそれぞれ制御し、二次燃焼率が目標の範囲内にと
どまるように操業する。
第2には同様に二次燃焼で生じた熱が反応熱に寄与して
いる量、即ち溶融金属およびスラグへ伝達される熱量か
ら反応熱、ガス、溶融スラグ金属浴等の反応プロセス全
体の熱収支計算をおこない、浴温度および浴温度の変化
を検知して浴温度が一定となるように二次燃焼率、炭材
原単位を制御する。
〔実施例〕
以下本発明を鉄の溶融還元に通用した実施例を示し、下
記の条件にて操業をおこなった結果を第3図(実施例)
および第4図(比較例)に示す。
本発明の実施例においては、上吹酸素の供給状態により
二次燃焼率をほぼ一定にし、炉内の熱収支を炭材(石炭
)原単位で調整して溶銑温度を一定に保持した。また熱
収支を制御する方法としては、攪拌力を底吹ガスで調整
し、反応状態を変化させる等の手段としてもよい。
一方比較例においては、鉱石、石炭、酸素の供給速度を
一定に、かつ上吹ランスからの酸素の供給状態例えばラ
ンス高さ、主孔と副孔の酸素比率を一定に保持した操業
結果である。
(条 件) (イ)鉄の溶融還元−炉容100T生産性30T/H(
0)鉄浴温度 1500℃ (A)溶鉄成分C4,8* Si 0.02零Mn Q
、22零S O,09零P O,07!Ii (ニ)スラグ中成分塩基度1.35 Mg07零A l
 203,8零(ホ)二次燃焼率  6096 第3図および第4図から判るごとく本発明法を適用した
操業法によれば、二次燃焼率および溶銑温度を連続的に
検知することができるため、溶銑温度や二次燃焼率が変
動することはなく、終始安定した操業をおこなうことが
できた。一方比較例では、二次燃焼、溶銑温度を一定に
維持することはできなかった。また生産性や原料の原単
位についても、次の如き結果を得た。
(発明の効果) 以上説明したごとく本発明による操業法によれば、炉内
の反応による二次燃焼率および着熱量の変化を連続的に
とらえて、その変化に即応するように酸素供給速度、酸
素供給状態たとえば酸素ランスとスラグ面の距離および
炭材供給速度を制御して常に最適な二次燃焼率および着
熱量を維持しか向上するとともに、安定した操業をおこ
なうことができて生産性も向上する。また二次燃焼率の
低下による石炭原単位の増加もなくなり、浴温度が上昇
し過ぎる場合の石炭原単位の無駄や耐火物の損耗も無く
なり、炭材、耐火物などの副材料の原単位も小さくなり
、原価低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施例するための溶融還元制御の一例
を示すブロック接続図、第2図はガス採取管の詳細を示
す断面図、第3図および第4図は操業状況を示す実施例
および比較例のグラフである。 1・・・炉体、2・・・送酸用ランス、3・・・底吹羽
口、2a、16・・・流量計、4・・・予備還元鉱供給
装置、5・・・石炭供給装置、4a、5a・・・計量器
、6・・・発生ガス冷却器、11・・・発生ガス流量計
、8・・・発生ガス採取用プローブ、9・・・発生ガス
成分分析器、10・・・ガス温度測定装置、12・・・
プロセスコンピューター、17・・・熱水冷却管、1B
・・・ガス採取管、19・・・測温用プローブ 代理人 弁理士  秋 沢 政 光 他1名 片1図 7′i2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、溶融金属の溶融還元において、発生ガスの二次燃焼
    をおこなう炉内の上部空間から直接発生ガスを採取分析
    するとともに燃焼ガスの温度を測定し、この分析値およ
    び測定値から二次燃焼率を算出して炉内の二次燃焼熱お
    よび排ガスへの抜熱を求めることを特徴とする溶融還元
    炉の操業法。 2、算出された二次燃焼率から溶融金属およびスラグに
    伝達された熱を求め、還元反応に必要な熱量および放散
    される熱量との熱収支から溶融金属温度を制御する請求
    項1記載の溶融還元炉の操業法。 3、炉内の発生ガスを採取するに際し、水分比率を測定
    するためにガス採取器を熱水冷却とする請求項1記載の
    溶融還元炉の操業法。
JP63019260A 1988-01-29 1988-01-29 溶融還元炉の操業法 Pending JPH01195218A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1186675A1 (en) * 2000-09-07 2002-03-13 Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha Apparatus for controlling introduced air in metal oxide reducing furnace

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1186675A1 (en) * 2000-09-07 2002-03-13 Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha Apparatus for controlling introduced air in metal oxide reducing furnace

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