JPH01195222A - 溶銑樋式溶融還元製鉄装置 - 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、銑鉄製造装置から溶銑樋を通して流出される
溶銑を熱源とし、且つ該溶銑中の炭素を還元剤として活
用し、更に炭材を添加することによって鉄鉱石、予備還
元鉄鉱石、スクラップ等の製鉄原料を溶融還元して製鉄
を行なう為の改良された装置に関するものである。

［従来の技術］ 製鉄手段は、高炉法に代表される間接製鉄法と溶融還元
法に代表される直接製鉄法に大別され、現在は連続操業
が可能で大量生産に適した高炉法が主流となっている。

ところが高炉法は、厖大な建設費と維持管理費を要する
という問題に加えて、竪型移動床反応を利用する方法で
あるから、操業効率や操業安定性を高めるためには、還
元剤として作用するコークス及び鉄源たる鉄鉱石を適当
な大きさと圧潰強度を持ったものに調整しなければなら
ず、装入原料の調整に多大な手数と費用がかかる。

これに対し溶融還元製鉄法では高炉はど大きな設備が必
要とされず、また鉄鉱石等の製鉄原料を溶融状態で還元
する方法であるから、比較的低品位の石炭でも、また粉
状の鉄鉱石等でも支障なく使用することができ、更には
固体−気体間の還元反応を主体とする高炉法に比べて反
応速度および反応効率が高いといった利点を有している
ところから、最近各社で検討されている。

［発明が解決しようとする課題］ 溶融還元製鉄法は、使用する炉の形式によって分類され
、代表的なものとしては、回転炉を用いる方法、転炉型
鉄浴炉を用いる方法およびコークス充填型竪型炉を用い
る方法の３種が挙げられるが、これらの方法における共
通の問題は、出湯・出滓の連続化ができず生産性が低い
ということである。即ちこれらの方法はいずれもバッチ
式で溶融還元を行ない、出銑・出滓はたとえば１〜２時
間周期で間欠的に行なわれるので、高炉を用いる連続法
に比べると出銑・出滓作業やそれらの後処理作業が面倒
であるばかりでなく、後処理炉はその都度冷却されるの
で熱効率も低く、また生産性を高めるにはある程度の量
の溶銑および溶滓を炉内に貯留しておかなければならな
いので、高炉設備はどではないにしてもかなり大型の設
備が必要となる。

本発明者らはこの様な状況のもとで、設備費および運転
経費のいずれの面からしても経済的であり、しかも連続
化が可能で生産性の高い製鉄法の開発を期して研究を行
なっているが、その成果の１つとして、高炉やキュポラ
或は溶融還元製鉄装置等の銑鉄製造装置（以下単に銑鉄
製造装置という）に招ける溶銑樋を流れる溶銑を熱源と
し、且つ該溶銑中の炭素を還元剤として製鉄原料の溶融
還元を行なう方法を開発し、先に特許出願を済ませた（
特願昭６２−１８６４００号：未公開）。

即ちこの方法は、溶銑樋を流れる溶銑中に製鉄原料を吹
込み、溶銑の保有熱を熱源として利用するを共に溶銑中
に含まれる炭素を主たる還元剤として活用し、更に熱源
及び還元剤の不足を補うために炭材と燃焼用酸素を供給
しつつ、溶銑中に製鉄原料を吹込んで溶融還元を行なう
方法であって、従来の溶融還元製鉄法に比べると、■連
続操業が可能で生産性が高い、 ■設備を著しく小規模化できる、 ■溶銑中に含まれる珪素やマンガンも還元剤として活用
されるので還元剤の消費量が少なく、且つ溶銑の保有熱
も有効に活用されるから熱効率が高い、 ■溶融還元により生成した溶銑および副生ずる溶滓は下
流側で効率良く分離・排出されるので、後処理性が良い
、 といった多くの特徴を有している。

この溶融還元製鉄法における還元歩留りを高めようとす
れば、溶銑中に吹込まれる酸化鉄成分と溶銑中の炭素を
いかに効率良く接触させるか、ということが重要な課題
となり、その為の手段としてはたとえば （ａ）吹込まれる製鉄原料の微粒化、 （ｂ）攪拌・混合状態の強化、 （Ｃ）溶銑流内における原料滞留時間の延長、等が考え
られ、夫々ある程度の効果があることを確認している。

ところが運転経費や設備規模の適正化等を含めて総合的
に考えた場合、上記の改善法を採用したとしても還元歩
留りの向上には自ずと限界があり、一部の酸化鉄成分は
未還元のままでスラグ中へ８行しスラグと共に排出され
て鉄分ロスとなる。

本発明はこの様な鉄分ロスを抑制し、製鉄原料の還元歩
留りを最大限に高めることのできる様な溶銑樋式溶融還
元製鉄装置を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決することのできた本発明の構成は、銑鉄
製造装置から溶銑樋を通して流わる溶銑に、製鉄原料、
炭材および酸素を別々に若しくは任意の組合せで混合し
て供給する１組の供給設備を、溶銑の流れ方向に沿って
２組以上配設し、前記製鉄原料中の酸化鉄成分を溶融還
元せしめるものであるところに要旨を有するものである
。

［作用及び実施例］ 本発明の特徴は、前述の如き銑鉄製造設備における溶銑
樋を流れる溶銑に、製鉄原料、炭材および酸素を供給す
るための１組の供給設備を、溶銑の流れ方向に２組以上
配設し、２以上の位置で溶融還元反応を進める様にした
ところにあり、それによって還元歩留りを大幅に高める
ことに成功したものである。

即ち溶銑樋を流れる溶銑に製鉄原料を吹込んで溶融還元
を行なう場合の還元反応は、後で詳述する如く、吹込ま
れた酸化鉄成分が高炭素濃度の溶銑内に分散している間
に進行する高速度の還元反応（トランジトリ−反応）（
ＦｅＯ＋溶銑中旦＝Ｆｅ＋ＣＯ１反応速度＝　１０−２
．１′〜１０−３．１ａモル・Ｆｅ７ｃｍ２秒）が主体
であり、これを補足するものとして、添加炭材あるいは
該炭材の燃焼によって生じる一酸化炭素によるスラグ−
メタル界面及びスラグ層内での還元反応が挙げられる。

そして上記トランジトリ−反応による還元は総還元反応
量の７５〜８５％程度を占めるものであり、該トランジ
トリ−反応を如何に効率良く進めるかということが還元
歩留りを高めるうえで最も重要なポイントとなる。また
溶銑流内における溶融還元反応速度は、吹込まれる酸化
鉄成分を溶銑中立と如何に効率良く接触させるかによっ
て決まり、酸化鉄成分の溶銑流内における混合状態の良
否が総還元反応量に大きく影響してくる。ここで同一粒
度構成のものについて比較した場合、溶銑中へ吹込まれ
る酸化鉄成分の量を少なくするほど溶銑中のＣ量が相対
的に多くなるため酸化鉄成分の反応率は向上し、逆に該
酸化鉄成分の吹込み量を増加すると、溶銑中の９量が相
対的に少なくなるため反応率は低下してくる。即ち資源
ロスを少なくするという観点から見れば、酸化鉄成分の
還元反応効率（還元歩留り）を高めることが必要であり
、その為には溶銑中への酸化鉄成分の吹込み量を少なめ
に抑えなければならない。しかしながら当然の結果とし
て、溶融還元による還元鉄の生成絶対量が少なくなりて
生産性は低くなる。

この様なところから、前記先願発明では還元反応効率を
ある程度犠牲にしても最低限の生産性を確保するという
観点から酸化鉄成分の吹込み量を定めており、その結果
かなりの鉄分ロスを生じていた。

本発明はこの様な難点を克服するための手段として、製
鉄原料、炭材および酸素を供給するために必要な１組の
供給設備を、溶銑の流れ方向に沿って２組以上配設し、
高レベルの還元反応効率を維持しつつ十分な生産性が得
られる様にしたものである。

たとえば第１図は本発明を高炉溶銑樋に適用した実施例
を示す概略平面説明図、第２図は第１図の製鉄装置部分
に相当する概略縦断面説明図であり、図中１は高炉、２
は溶銑樋、３は該溶銑樋２の途中に設けられた溶融還元
製鉄装置、４ａ。

４ｂは排滓樋、５ａ、５ｂはスラグピット、６は溶銑鍋
、Ｍは溶銑、Ｓはスラグを示す。

高炉１から排出される溶銑および溶滓のうち比重の小さ
い溶滓は、溶融還元製鉄装置３に至るまでの上流側適所
で、排滓樋４ａからスラグピット５ａ方向へ分離除去さ
れる。そしてその下流側適所の溶銑樋にやや深めの滞留
部を設けて、図示する様な溶融還元製鉄装置３を形成す
る。製鉄装置３には、放熱防止用として上方を覆う様に
蓋体７が設けられると共に、製鉄原料吹込み管８と炭材
・酸素吹込み管９を１組とする供給装置が溶銑Ｍの流れ
方向に沿って２組以上（図示例では４組）配設され、且
つ上方適所に排ガスダクト１０が取付けられる。そして
各製鉄原料吹込み管８．８・・・からは、原料ホッパー
１１から吹込み装置１２を通して鉄鉱石、予備還元鉱石
、スクラップ等の鉄分含有原料と生石灰等の副原料を適
当な比率で溶銑Ｍの深部へ吹込むと共に、各炭材・酸素
吹込み管９からは、炭材ホッパー１３から炭材供給装置
１４を通して送られてくる炭材と圧搾空気管路１５から
送られてくる空気を混合状態で吹込む。

溶銑Ｍ内へ吹込まれた製鉄原料は溶銑Ｍの保有熱および
炭材の燃焼熱によって溶融し、且つ製鉄原料中の酸化鉄
成分は、溶銑Ｍ内を浮上する過程で該溶銑Ｍ中に多量含
まれている旦との反応（トランジトリ−反応）して大部
分が還元され、また空気と共に吹込まれる炭材および炭
素の燃焼により生成した一酸化炭素も還元剤として作用
するので溶銑内、スラグ−メタル界面およびスラグ層Ｓ
内でも還元反応が進行する。この場合、単一の供給装置
からすべての製鉄原料を吹込む方法を採用すると、前述
の如く製鉄原料の吹込み量が増加するにつれて還元反応
効率は低下するが、図示例の様に製鉄原料等の供給装置
を複数組に設け、酸化鉄成分を複数位置で溶融還元する
方式であれば、第３．４図を参照して以下述べる様に全
体としては多量の酸化鉄成分を溶融還元することができ
、高レベルの還元反応効率と生産性が同時に達成される
ことになる。

第３図は、酸化鉄成分として鉄鉱石（ヘマタイト鉱）ま
たは予備還元鉄（還元率３０％）を使用し、これを炭材
および空気と共に１箇所だけに吹込んで溶融還元を行な
った場合における、酸化鉄成分の原単位（高炉溶銑１ト
ン当たりの酸化鉄成分の吹込み量：　ｋｇ／溶銑トン）
と還元歩留りの関係を調べた結果を示したものであり、
鉄鉱石では５０ｋｇ／溶銑トンまで、また予備還元鉄の
場合は７０ｋｇ／溶銑トンまでであれば、吹込み量を増
加してもこれらを溶銑内へ十分に混合・分散させること
ができ、還元歩留りは高位で安定値を示すが、原料吹込
み量が上記値を超えると溶銑内への混合・分散が不十分
となり、還元歩留りは反比例的に低下してくる。また第
４図は、上記と同様にして一箇所供給を行なった場合に
おける酸化鉄成分の原単位と溶融還元で消費された溶銑
中Ｃ量の関係を示したグラフであり、この場合も鉄鉱石
の原単位が約５０ｋｇ／溶銑トンを超え、また予備還元
鉄原単位の場合は約７０ｋｇ／溶銑トンを超えると、溶
銑中介の減少量はほぼ一定値を示すことが分かる。

これら第３．４図の実験データから明らかにされること
は、酸化鉄成分の種類によってその値は異なるが、原単
位即ち高炉溶銑内への製鉄原料吹込み量がある限界値に
達するまでは一定の還元反応効率が保証されるが、限界
値を超えると還元反応効率が急激に低下するという事実
であり、そうなると還元されないで残った酸化鉄成分は
スラグと共に排滓されてしまうので、直ちに還元歩留り
の低下となって表われてくる。従って高レベルの還元歩
留りを確保するためには原料吹込み量を上記限界値以下
に抑えなければならず、生産性は低いものとならざるを
得ない。

本発明はこうした１段供給方式の問題点を多段供給方式
とすることによって解消するものであり、前記第１．２
図にも示した様に製鉄原料を複数段に設けた供給装置か
ら供給するものとし、各供給装置からは酸化鉄成分の供
給量が上記限界値を超えることのない様に制御すること
によって優れた還元反応効率を確保し、生産性について
はこれらの還元反応を複数位置で広範囲に行なうことに
よって目標レベルを確保できる様にしている。

即ち本発明によれば、製鉄原料供給装置の取付は段数に
比例して生産量を高めることができ、生産量の調整も極
めて簡単に行なえる。

ところで本発明において溶融還元反応の主体となるトラ
ンジトリ−反応は、たとえば第５図に略伝する如く溶銑
Ｍ内へ吹込まれる粉粒状酸化鉄成分がジェット流状を呈
して溶銑Ｍ中の旦と反応しつつ浮上する間に大半が進行
し、その後はスラグ−メタル界面およびスラグ層内で生
ずる還元反応がこれを補充する形で還元が行なわれるの
で、本発明の特徴をうまく活用するためには、各供給装
置から吹込まれる製鉄原料と溶銑とのトランジトリ−反
応が、夫々の供給位置で効率良く進行し得る様、各供給
装置の設置間隔を調整することが望まれる。

この場合、トランジトリ−反応の進行する領域は、供給
ノズルの口径や浸漬深さ、キャリヤガス流量、溶銑の流
速等によって変わってくるので一律に規定することは必
ずしも適当でないが、予備実験の結果では、ある原料供
給装置から吹込まれた酸化鉄成分がほぼ完全に還元され
るのは、第５図に示す如く吹込み位置よりも下流側の約
７５０１１１ｍまでの領域であるので、各供給装置の好
ましい設置間隔は８００〜１０００＋ａｍ程度と考えら
れる。ちなみに該設置間隔が上記範囲未満である場合は
、隣り合った位置で進行するトランジトリ−反応領域が
部分的に交錯することになって、当該交錯部が９不足と
なって還元反応効率が低下し、一方この間隔をいたずら
に拡大することは装置全体の占有面積を広げるだけであ
り、何れも得策とは言えないからである。上記の様に構
成される本発明の製鉄装置を、たとえば日産９０００ト
ンの高炉の溶銑樋部分に配設し、鉄分含量的７０％の鉄
鉱石を用いて溶銑の増産を図ろうとする場合、高炉から
の１分間当たりの出銑量は９０００を３０％増産しよう
とすると、高炉溶銑内へ１分間当たり約６．３ｘ　Ｏ，
３÷０．７＝約２．７トンの鉄鉱石を吹込めばよく、こ
れを１ｍ間隔で配設した９本のインジェクションランス
から分割して吹込むものとすれば、各ランスから鉄鉱石
を３００　ｋｇ／分の速度で吹込むことによって目標増
産量を確保することができる。また１０％増産しようと
する場合はそのうちの３本のランスを稼動させ、２０％
増産を図る場合は６本のランスを稼動させることによっ
て、夫々目標通りの増産が可能となる。

本発明は以上の様に構成されるが、要は溶融還元反応が
溶銑の流れ方向に沿って複数箇所で行なわれる様にし、
溶融還元反応効率を下げることなく生産性を高め得る様
に構成したところに特徴を有するものであるから、こう
した特徴を有効に発揮し得る限度であれば装置の具体的
な構成は色々変更することができる。たとえば溶銑樋の
本装置配設部位を広幅で且つ深めに構成して溶融還元の
ための滞留時間を長くしたり、あるいは各供給装置を夫
々昇降可能に構成し目標増産量に応じて供給装置の稼動
数を変更するといったことも勿論可能である。また図示
例では製鉄原料と炭材および空気を夫々２本のランスに
分けて吹込む例を示したが、３者を別々に３木のランス
から吹込む構成としたり、あるいはこれらのすべてを混
合状態で一緒に吹込む様に設計してもよい。更に炭材は
溶銑内へ吹込むのが最善であるが、場合によっては溶銑
の上部へ散布し、溶銑流の乱れを利用して溶銑内あるい
はスラグ層内へ混入させることもできる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、溶融還元反応を複
数段に分けて形成した原料供給位置で夫々効率良く進行
させる様に構成されているので、高位の還元歩留りを確
保しつつ生産性も十分に高めることができる。しかも原
料供給装置を多めに設定しておき、目標生産量に応じて
当該供給装置の稼動数を調整できる様にすれば、生産計
画の自由度も拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明の実施例を示す概略平面図および要
部縦断面略図、第３．４図は製鉄原料を１か所から供給
した場合における溶融還元反応の進行状態を説明するた
めの実験グラフ、第５図は溶銑内へ吹込まれた製鉄原料
（鉄鉱石）の浮上状況と還元進行の程度を対比して示す
説明図である。 １・・・高炉　　　　　　２・・・溶銑樋３　溶融還元
製鉄装置 ４ａ、４ｂ・・・排滓樋　　　５ａ、５ｂ・・・スラグ
ビット６・・・溶銑鍋　　　　　７・・・蓋体８・・・
製鉄原料吹込み管 ９・・・炭材・空気吹込み管 ｌＯ・・・排ガスダクト　　Ｓ・・・スラグＭ・・・溶
銑 第３図 ０　　　　　２５　　　　　５０　　　　　７５’　　
　　　　１００鵡すｌ／′り丈Ｊ〜多トラづ一≠イ茎ｒ
バ）／クイミオ乏ＥンＪ第４図 Ｍだ＃４匙会ｆ４ａｏル／ＡＩＬンＪ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）銑鉄製造装置から溶銑樋を通して流れる溶銑に、
   製鉄原料、炭材および酸素を別々に若しくは任意の組合
   せで混合して供給する１組の供給設備を、溶銑の流れ方
   向に沿って２組以上配設し、前記製鉄原料中の酸化鉄成
   分を溶融還元せしめるものであることを特徴とする溶銑
   樋式溶融還元製鉄装置。