JPH01247517A - 溶融還元の操業方法 - 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］ 本発明は、鉄浴式溶融還元における操業方法に関する。

［従来の技術］ 鉄浴式溶融還元法は、炉内に投入された鉄鉱石、石炭、
石灰等の原料に酸素ガスを吹込み、石炭を燃焼させ、炉
底に設置された羽目から攪拌用のガスを吹込み、前記燃
焼熱を効率よくスラグおよび溶融金属浴中に伝達させる
ことにより、鉄鉱石を還元させて溶銑を得るものであり
、近年積極的に採用されている。

この鉄浴溶融還元において、投入された鉄鉱石を効果的
に還元するためには、還元に必要な熱を補償する必要が
あり、石炭の燃焼によって発生するＣｏ、Ｈ，などの可
燃性ガスを酸素によって炉内上部空間で燃焼させる、い
わゆる二次燃焼によってこの熱補償が行われている。こ
の場合、上吹き酸素と溶銑の接触による脱炭反応と、還
元された鉄分の再酸化を防止するために、転炉製鋼法に
比ベスラグを多量に生成させ、上吹き酸素と溶銑を遮蔽
する操業形態がとられているのが一般的である。

通常の転炉製鋼法においても、二次燃焼による熱補償技
術は、冷鉄源の使用量増大を目的として従来から行われ
ている。たとえば、特開昭６０−１６９５０８号公報に
は、上吹き転炉での予備処理溶銑の精錬において、上吹
きランスからの吹込み酸素圧を調整して溶湯の表面に形
成される凹み深さを８０〜４００柵の範囲に制御するこ
とによって二次燃焼率を増大させる方法が開示されてい
る。また特開昭６０−２３４９１２号公報には、上底吹
き転炉での予備処理溶銑の精錬において、上吹酸素流量
を底吹酸素流量の６０％以下とし、上吹き酸素により溶
湯の表面に形成される凹み深さを２０〜２００ｍ１１１
の範囲に制御することによって二次燃焼率を増大させる
方法が開示されている。

しかしこれらの技術は、あくまでも予備処理溶銑の転炉
製鋼法に関するものである。すなわち、溶湯中にはスラ
グ量が３０ｋｇ／Ｔ、Ｓ程度しか含まれておらず、上吹
き酸素は溶鉄の脱炭が主目的のため、溶湯の表面に形成
される凹み深さも溶鉄を対象として示されたものである
。一般に酸素ガスと溶鉄中の炭素との反応（いわゆる脱
炭反応）によって生成されるガスは、下記（１）式によ
って示されるようにＣＯが主体であるために、転炉製鋼
においては、下記（２）式によって示される脱炭により
生成したＣＯガスを炉内上部空間でさらにＣＯ□まで燃
焼させ、この燃焼熱を溶鉄に着熱させることにより冷鉄
源を多量に使用する技術が必要であり、前述のような操
業形態がとられていた。

Ｃ（１）　＋　ｙ２０ｚ　−ＣＯ＋　２４００Ｋｃａｌ
／ｋｇ−Ｃ−（１）ＣＯ＋　ηｏｚ　−ＣＯｚ　４５７
００Ｋｃａｌ／ｋｇ−Ｃ−（２）〔発明が解決しようと
する課題〕 一方鉄浴式溶融還元では、上吹き酸素は鉄鉱石還元用の
熱を得るための炭材の燃焼が主目的であり、転炉製鋼法
とは上吹き酸素の役割が自ずと異なっている。すなわち
、鉱石の溶融還元反応は下記（３）、　（４）式で示さ
れるように吸熱反応であり、この反応を進行させるため
の熱源の供給が上吹き酸素の役割である。

ＦｅｚＯｚ　＋３　Ｃ→２　Ｐｅ＋３　Ｃ０−１７５０
ｋｃａｌ／ｋｇ−Ｆｅ　（３）ＰｅＯ４−Ｃ−＋　　Ｆ
ｅ＋　　Ｃ０−１１５０ｋｃａｌ／ｋｇ−Ｆｅ　（４）
ここで、もし転炉製鋼法と同様に上吹き酸素の役割を前
記（２）式に基づく熱源供給法を採用し、上吹き酸素を
スラグを通過させて溶鉄中炭素との反応により生成した
ＣＯガスの燃焼を考えると、下記（５）式で示される溶
鉄と酸素による再酸化反応が生じ、生産性が低下する要
因となる。

Ｆｅ　　＋　　’Ａ　Ｏｚ　　　→ＦｅＯ−−−−−−
−−−−−−−−−−−（５）そこで一般に鉄浴式溶融
還元では、上吹き酸素と溶銑の接触による脱炭反応と、
還元された鉄分の再酸化を防止するために転炉製鋼法に
比ベスラグを多量に生成させ、上吹き酸素と溶銑を遮蔽
する操業形態がとられている。また、スラグ表面に浮遊
もしくはスラグ中に懸濁している固体状の炭材と酸素と
の反応は、前記（１）式で示された溶鉄中の反応とは異
なり、下記（６）式で示されるようにＣＯ２まで燃焼さ
れる比率が高くなることが知られている。したがって従
来方法の考え方を鉄浴式溶融還元に直接適用することは
できず、高二次燃焼操業のための方法をあらたに開発す
る必要があった。

Ｃ（ｓ）　　＋　’Ａ　Ｏｚ　→ＣＯｚ　＋　８１００
ｋｃａｌ／ｋｇ−Ｃ−（６）〔課題を解決するための手
段〕 本発明は上記課題を解決するために成されたもので、炉
内に装入された鉱石もしくは予備還元鉱等の酸化鉄、炭
材等の原料に酸素ガスを吹き込んで炭材を燃焼させ、酸
化鉄を還元させる鉄浴式溶融還元において、炉内スラグ
層厚みＬ３゜と上吹き酸素により形成されるスラグの凹
み深さり、との比Ｌ　ｓ　／　Ｌ　ｓｏ　　を０．７以
下とすることによって高二次燃焼率を得ることを可能と
し、高還元反応速度を達成する溶融還元の操業方法であ
る。

〔作　用〕

本発明を図面を用いて詳述する。第１図は本発明の詳細
な説明する還元炉の略側面図である。■は溶融還元炉、
２は溶融金属浴、３は溶融金属浴２上のスラグ浴を示し
ている。炉底の羽ロアからは浴攪拌用のガスが吹き込ま
れ、炉上部の上吹きランス５からは酸素８が供給される
。炉内の溶湯は、上吹きされた酸素８によって前述した
転炉における製鋼時と同様に凹みが生じることになる。

しかし鉄浴式溶融還元法においては、溶融金属浴の再酸
化を防止し、スラグ中もしくはスラグ上に存在する固体
状の炭材の直接燃焼のためにスラグ浴を厚くし、下記（
７）、　（８）で求められるスラグ浴の凹み深さり、が
溶融金属浴に到達しないように設定されている。

Ｌｈｏ　　＝６３．（１（ｋ−Ｆｏ　／　（ｎ−ｄ　　
）　　”３−−−−　　（７）Ｌｓ　　＝Ｌｈｏ　　・
ｅｘｐ（０，７８・ｈ／Ｌｈｏ　）　　・（ρ、４／ρ
Ｓ）・−一−−−−−−・・−（８） ここでＦｏ：酸素流量　　　　　　　（Ｎｍ’／ｈ）ｎ
　：ランス孔数　　　　　　（個） ｄ　：ランス孔径　　　　　　（ｍｍ）ｋ　：ノズル形
状係数 ｈ　ニライス−スラグ面間隔　（ｍｏ＋）ρ、４　：溶
融金属密度　　　　　（ｋｇ／ボ）ρ、ニスラグ密度　
　　　　　（ｋｇ／イ）ＬｈＯ：ｈ＝ｏの場合の見かけ
の凹み深さ（圓）静止状態のスラグ浴厚みをＬｓｏとす
ると、Ｌ。

＜Ｌ、。とすることによって上述の条件を満足できるよ
うにも思えるが、溶融金属浴２とスラグ浴３との境界部
分には溶融金属とスラグの混合状態のエマルジョン層４
が存在しており、ただ単にこの条件だけでは不十分であ
ることを見出した。そこで本発明者は、スラグ厚みＬｓ
ｏとスラグ浴凹み深さり、の比Ｌｓ／Ｌｓ。と二次燃焼
率との関係を調査した結果、第２図に示す実験結果を得
た。

すなわちこの実験結果は、溶融還元操業中に上吹きラン
ス高さもしくは吹込み酸素流量を変化させて、各条件下
における二次燃焼率を調査したものであるが、Ｌｓ／Ｌ
ｓｏを０．７以下に保った場合には、二次燃焼率は７０
〜９０％と高位に安定して得られたが、Ｌｓ／Ｌｓ。が
０．Ｂ付近で二次燃焼率が急激に低下することが判明し
た。

本発明は、常にり、／Ｌ３゜を０．７以下に維持しつつ
操業することも含んでいる。以下に、この点について述
べる。

鉄浴式溶融還元法は、炉内に連続的に鉱石等の酸化鉄と
炭材を供給し、酸素により熱を供給することにより還元
するプロセスであることは前述した通りであるが、この
ため炉内の溶鉄量およびスラグ量は時間とともに増加す
ることになる。したがって炉内の操業条件を一定に維持
するためには、炉内の溶融物の量に対応した操作端の制
御が必要となる。

前記（７）、　（８）式に示されるように、Ｌ、を変化
させる操業端としては、ランスルスラグ面間隔ｈ、酸素
流量Ｆｏ、スラグ密度ρ３等である。つまり第１の方法
としては、炉内溶融物が増加するに従い上吹きランス高
さを上昇させることによって、ランスルスラグ面間隔り
を一定に保ち、Ｌ、／Ｌ、。を維持する方法である。ま
た上吹き酸素流量の制御、添加物の投入によるスラグ性
状の変化（たとえばスラグ密度の変化）等によっても可
能である。しかし、操業時間の経過とともに上昇するス
ラグ面に対して、上吹き酸素流量を減少させることでり
、を一定値に維持する方法をとると、酸素量の減少によ
って炉内で発生する総熱量が減少するため還元反応速度
は低下することにな葛。

また添加物を投入してスラグ性状を変化させる方法では
、反応に必要な原料以外の添加物を炉内に投入するため
にコスト的に不利になる。従って本発明においては、上
吹きランス高さの制御によりＬ！／ＬＳ。を一定に維持
する方法が最も安価であり好ましい方法である。

〔実施例］ 第１表に示す操業条件で溶融還元操業を実施した。前述
したように、溶融還元操業では、連続的に炉内へ鉱石、
炭材、生石灰等を供給するため、時間とともに炉内のス
ラグ表面の高さが増加している。従って、本発明に基づ
〈実施例では、排気ダクトに設置したマイクロフォンに
よって炉内で発生する音を集音し、音響の解析結果から
操業中のスラグ高さを検知するいわゆるサウンドメータ
ーにより炉内スラグ高さを常時把握し、上吹きランス高
さを上昇させて、Ｌ　ｓ　／　Ｌ　ｓｏを常に０．５に
維持する操業を実施した。一方、従来法では、操業開始
時にＬ　＝　／　Ｌ　Ｓｏを０．５と設定したのち、上
吹きランス高さの変更は行わず、時間とともにスラグ面
〜ランス間隔が小さくなることにより、Ｌ。

／Ｌ３゜が最終的に１．１になる操業を行った例であり
、比較のために記載した。

第　　　　１　　　　表 本発明に基づ〈実施例による操業結果を第３図に、また
従来法による操業結果を第４図に示した。

操業結果は二次燃焼率の経時変化を調査したものであり
、操業中５分毎に炉内ガスをサンプリングして求めたも
のである。第３図では、Ｌｓ／Ｌｓ。

をつねに０．５に維持したため、二次燃焼率は平均７０
％と高位に安定している。しかし第４図に示す従来法の
場合には、操業初期のＬ　Ｓ　／　Ｌ　Ｓ。を０．５に
設定されている時期には二次燃焼率が７０％と高位の値
を示しているが、時間の経過にともなってスラグ面〜ラ
ンス間隔が小さくなるため二次燃焼率が低下しはじめ、
末期にはＬｓ／Ｌｍ。が１．１程度になるため二次燃焼
率は２０％まで低下している。

従来法においては操業中に二次燃焼率が低下したため、
供給した原料（鉱石）を還元するために必要な熱量が不
足し、炉内温度の低下が生じ、還元反応速度の低下に伴
うスラグ中（Ｔ・Ｆｅ）の増大とともにスラグフォーミ
ングが激しくなる現象が発生したたため、炉内発生熱量
に見合った量だけの原料供給量にするべく原料供給速度
を徐々に減少させなければならなかった。

このように本発明により、二次燃焼率が低下することに
よって生じるスラグフォーミング等の異常現象を防止で
きるだけでなく、還元反応速度の低下に伴う生産性の減
少をも防止できることが明らかになった。

〔発明の効果］ 以上説明したごとく本発明による操業方法によれば、ス
ラグ浴厚みＬ−ｓｏと上吹き酸素により形成されるスラ
グの凹み深さＬ３の比を０．７以下とすることにより、
二次燃焼率を高位に安定して維持することができ、溶融
金属の再酸化も防止できるなど高効率な溶融還元操業が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明する還元炉の略側面図、第
２図はスラグの凹み深さと二次燃焼率の関係を示す実験
結果のグラフ、第３図は本発明に基づいて実施された操
業方法の効果の一例を示すグラフ、第４図は本発明のこ
の効果を示すために実施された比較例のグラフである。 １・・・溶融還元炉、２・・・溶融金属、３・・・スラ
グ、４・・・エマルジョン層、５・・・上吹きランス、
６・・・上吹き酸素により形成されるスラグの凹み、７
・・・底吹き羽目、８・・・上吹き酸素噴流 代理人　弁理士　　秋　沢　政　光 信１名 左１図 二次だ誂素（°Ｚ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炉内に装入された鉱石もしくは予備還元鉱等の酸化鉄、
   炭材等の原料に酸素ガスを吹き込んで炭材を燃焼させ、
   酸化鉄を還元させる溶融還元において、炉内スラグ層厚
   みＬ＿ｓ＿ｏと上吹き酸素により形成されるスラグの凹
   み深さＬ＿ｓとの比Ｌ＿ｓ／Ｌ＿ｓ＿ｏを０．７以下と
   することを特徴とする溶融還元の操業方法。