JPH02107709A - 溶融還元炉 - 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】 ［産業上の利用分軒〕 この発明は、鉄鉱石などを溶融状態で還元するための溶
融還元炉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
得る方法であり、高炉法などに代わる金属製造法として
近年、注目を集める技術である。

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いわゆる
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、溶湯（スラグ浴を含む鉄浴）内に
石炭、石灰および酸素とともに鉄鉱石（または予備還元
鉄などの鉱石）を装入し、これを還元して溶融銑鉄を得
る還元炉であるが、反応が速く、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。

金属浴炉式の溶融還元炉は、溶融金属を保持する点で、
溶鋼の精錬炉である転炉と共通することから、従来は転
炉と同様の炉体形状をもつものが大半であった。特開昭
６０−２６１２号や同昭６２−６０８０５号に示される
溶融還元炉も例外ではなく、鉛直軸まわりにほぼ対称な
有底の筒形状に形成されている。そして炉体上方にはや
はり転炉の場合と同（ｐ、軸心位置に開口（炉口）部を
有し、これにフードやダクトが接続されて炉内の発生ガ
スを排出するようになっている。

溶融還元炉に装入する固体原料、つまり鉱石、石炭およ
び石灰などは、金属浴の上方から炉体に投入され重力落
下によって浴中に装入される。

粒度のとくに細かい原料に限っては、キャリアガスとと
乙に直接に金属浴内へ吹き込まれる場合らあるが、吹込
み管の摩耗や目詰まりなどの問題があるのでこの場合に
もほとんどの原料は上記のように浴面の上方から投入さ
れる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記した従来の溶融還元炉についてはつぎのような課題
が存在する。すなわち、 ■浴内の反応にともなって金属浴からはｃｏ（−酸化炭
：＋：）を含む高温のガスが多情に発生ずるが、このガ
スが上方の炉口部へ向けて上昇するので、浴面の上方か
ら投入される固体原料の一部はこのガスによって飛散し
、浴中に入ることなくガスとともに前記フードやダクト
へ押し流される。すなわち原料の一部が無駄になってし
まう。

■金属浴炉式の溶融還元炉はエネルギー利用率が低いと
いう側面があるので、エネルギーをできるだけ逃散させ
ないことが望ましいか、上記した高温ガスは浴面上に発
生ずるとすぐに炉［１部へ向けて上昇するので、ガスが
保有するエネルギー（顕熱）のほとんどがガスとともに
排出されてしまう。またエネルギー利用率を高めろため
に、上記ガス中に酸素を吹き込んでガスの一部を燃焼（
二次燃焼）させ、その燃焼熱を金属浴中に回収しようと
いう方法が適用されることらあるが、この場合にも従来
の炉体形状をもつ溶融還元炉では、輻射熱を受ける浴面
の面積が小さく、また燃焼炎か浴面がら遠ざかるために
打効な方法とはなり得ない。

［発明の目的］ この発明は上述の課題を解消ずろノこめになされたしの
で、金属浴へ役人する固体原料が飛散仕ず確実に金属浴
中に入り、また炉内で発生するガスがもつエネルギーの
多くを金属浴中に回収できる溶融還元炉を提供しようと
Ｊ−るムのである。

［課題を解決するための手段］ 」二足の目的を達成４′るためのこの発明の溶融還元炉
は、金属浴が式の溶融還元炉であって、炉体を水平に長
い袋状に形成し、長平方向にその一側から順に （ａ）浴面の上方に固体原料の投入口を備えるととらに
、スラグ浴を強制循環させるガスの吹込み口を浴面下に
備える原料投入域、 （ｌ］）浴中および浴面上方の少なくとら一方に酸素吹
込み口を備えろ反応域、 （ｃ）浴面」二を広く天板が覆うとともに、ガス排１１
［１を備える熱吸収域、 を設けたものである。

また上記ｈＩ／を成において、原料投入域の底面を、反
応域および熱吸収域の底面よりも高くしたらのである。

［作用］ この発明の溶融還元炉では、浴内反応にとらなうガスは
主として、浴中および浴面上方の少なくとも一方に酸素
を吹き込む反応域にて発生し、熱吸収域を経てガス排出
口へ流れる。したがって、原料投入域における浴面の上
方を流れるガス量は非常に少ないため、投入口から投入
される固体原料は重力落下し、はとんどガス流に流され
ることなく浴中に装入される。投入域で浴中に装入され
た固体原料は、ここで前記吹込み口より吹き込まれる浴
循環用のガスによりスラグ浴とともに循環させられて反
応域に至る。

反応域では、上記のように多量のガスを発生しながら還
元反応が進行する。このガスは高温度なうえＣＯを多量
に含むため、反応域で吹き込まれる酸素と反応して一部
が二次燃焼する。これによってガスは輝炎となりさらに
熱吸収域の浴面上を通るが、この間に輝炎からは輻射熱
および伝導熱が、直接または天板を介して浴中に伝播さ
れる。

なお、原料投入域の底面を反応域および熱吸収域の底面
よりも高くすると、原料投入域にはスラグ浴のみが存在
してここでのガス発生量がほぼ完全に抑えられた状態に
保てるので、投入される原料がより確実に浴中に装入さ
れる。

［実施例］ 第１図はこの発明の実施例に関する製鉄用溶融還元炉の
側断面図、第２図はその平面図である。溶融還元炉ｌは
、内部に溶湯（溶融金属浴）として銑＃：ｍおよびスラ
グｎを保持し、この中に石炭、石灰などとともに鉄鉱石
を装入したうえ酸素を吹き込むことにより、鉄鉱石を溶
融状態で還元して銑鉄ｍに変えるというプロセスをなず
。銑鉄ｍ、スラグｎおよび発生ガスがいずれら高温であ
るために、還元炉１は鉄皮の内側全面に耐火物が内張す
されている。

図のようにこの溶融還元炉ｌは、溶湯を保持する部分（
炉底１ａ、　ｌｂおよび側壁１ｃ）の上方に一体的に天
板１ｄを設けたもので、その形状は、深さ（高さ）に比
べて水平方向、とくに図の左右の寸法が大きい袋状とし
ている。

この還元炉！は、それぞれ異なる機能を果たす＜Ａ＞、
くＢ〉、〈Ｃ〉の３つの部分から構成したものである。

第１図に基づいてこれらを構造的に説明すると、まず左
側の＜Ａ＞は、上方の天板１ｄの左端付近に固体原料（
鉄鉱石、石炭および石灰など）の投入口１１を設けると
ともに、左端の側壁１ｃと炉底１ａとの間に浴循環ガス
（窒素、アルゴンなど）の吹込みノズル１２を設けた部
分である。中央の＜Ｂ＞は、炉底１ｂに酸素吹込みノズ
ル１３および銑鉄ｍの撹拌用ガス（窒素、アルゴンなど
）の吹込みノズル１５．１６を設け、天板１ｄおよび側
壁１ｃ（いずれも溶湯面上）に酸素吹込みノズル１４を
設けた部分である。そして右側の＜Ｃ＞は、天板１ｄが
広く溶湯面を覆うとともに、右端に排ガスの排出口１７
をもつ部分であ、る。図示を省略したが、ガス排出口１
７に続く排ガス管１７ａの先にはガス処理（冷却、除塵
および未燃焼成分の回収）用の設備などを接続している
。

また、外気圧以上のガス圧となる還元炉ｌ内に原料を没
入するので、投入口１１の上方には、ガス圧を遮断しな
がら原料を供給する切り出し弁（図示仕す。たとえばロ
ークリバルブ）など、公知の子役を配備している。

本プロセスの反応は主として、酸素を吹き込む＜ｎ＞の
部分で起こるため、＜ｎ＞を反応域と呼び、固体原料を
投入する＜Ａ＞の部分を原料投入域と呼ぶ。

還元炉！内で発生ずるガスのかなりの部分は上記のよう
に反応域＜ｎ＞で発生し、排出口！７の方へ流れるため
、原料投入域＜Ａ＞で反応域＜ｎ＞と雌れた箇所にある
投入口Ｕから投入される固体原料は、このガスによって
飛ばされることなく重力落下して溶湯内に装入される。

ただし、鉱石中の酸素量が多く、かつ鉱石の粒度が大き
い場合は、スラグｎおよび投入原料と銑鉄ｍとの反応に
よってら浴中からガスが発生ずることがあるので、この
実施例では、原料投入域＜Ａ＞の炉底１ａを浅くして溶
湯のうちスラグｎのみがこの部分に存在するようにした
。こうすることにより、投入域＜Ａ＞におけるガスの発
生はほぼ完全に抑えられ、投入原料の全量が投入口１１
の真下のスラグｎ中に確実に落下する。前記した浴循環
ガスの吹込みノズル１２は、第２図のように炉体軸線に
対しやや斜めに向けており、これより吹き込まれる浴循
環ガスがスラグｎを水平に強制循環させるので、上記の
ように投入された原料はスラグｎとともに反応域＜Ｂ＞
に運ばれる。

反応域＜Ｂ＞では、鉱石の溶融還元とともに、ノズル１
３から銑鉄ｍ中に吹き込まれた酸素による石炭のガス化
（部分酸化）などの反応が進行する。このとき、上記の
原料は吹き込まれる酸素によって銑鉄ｍ内で撹拌される
が、撹拌の強さは、ノズル１５および１６から吹き込ま
れる撹拌用ガスによっても調節される。なおここでの反
応において、石炭は熱の発生源および還元剤、酸素は石
炭のガス化（部分酸化）剤となり、石灰はスラグｎを作
って銑鉄ｍの塩基度を整える役目を果たす。

反応域＜Ｂ＞ではさらに、溶湯面の上方（またはスラグ
ｎ中）にノズル１４から酸素が吹き込まれるが、この酸
素は溶湯から発生ずるガスを二次燃焼させるためのらの
である。溶湯から上記の還元反応にともなって発生ずる
ガスは高温度（１４００℃以上）なうえＣＯを多量に含
むため、ガス中に酸素を吹き込むノ！けで燃焼し、ＣＯ
の一部がＣＯ２に転化する。この二次燃焼によって、ガ
スは輝炎を放ち、さらにその温度が上昇する。

輝炎を放って燃焼するガスは、反応域＜Ｂ＞から＜Ｃ＞
の部分を通ってガス排出口１７へ向かう。

＜Ｃ＞の部分は、反応域＜Ｂ＞から排出口１７までの間
にかなりの水平距離をもち天板１ｄの面積も大きいので
、上記の排ガスは反応域＜Ｂ＞から燃焼を始め排出口１
７より排出されるまでに、相当の時間をかけて天板１ｄ
と溶湯面との空間を水平に移動することになる。この間
に、排ガスがもつ顕然エネルギーは、ガス・溶湯間の接
触による伝導熱および輝炎からの輻射熱として多くが溶
湯中に伝播される。天板１ｄを水冷管壁で形成した場合
はガスからの熱量の一部がその冷却水に吸収されるが、
この実施例のように＜Ｃ＞の部分の天板１ｄにも耐火物
を施せば、天板１ｄに伝わる熱量も、多くはこの耐火物
で反射されて溶湯中に回収される。ガスのエネルギーが
こうして溶湯中に吸収されることから、＜Ｃ＞の部分を
熱吸収域と呼ぶ。この実施例では、排出口１７をこの熱
吸収域＜Ｃ＞の右端でしかも側壁１ｃの上部に開設し、
第１図のように排ガス管１７ａの基端部をも水平にした
ので、熱吸収域＜Ｃ＞の全域において上記の熱吸収がな
される。なお、還元炉ｌの容量が大きく、原料投入域＜
Ａ＞や反応域〈１３〉へ吹き込むガスだけでは浴の撹拌
が不十分な場合は、図示したようにノズル２０および２
１を熱吸収域＜Ｃンに設け、それらを通じて撹拌用ガス
を吹き込むとよい。

溶融還元して得られる銑鉄ｍは、比重差のためスラグｎ
の下で炉底１ｂ上に溜まるｈ（、前記したノズル１３．
１６より吹き込まれる酸素お上び撹拌用ガスなどによっ
て上下に撹拌されるとともに、炉底ＩＩ）の−側に水平
近い向きに設けた吹込みノズル１５から吹き込まれる撹
拌用ガスによって水平方向にも循環させられる。こうし
て均一な銑鉄ｒｎｈ＜適当量だけ作られた時点で、排滓
口１９よりスラグｎを、出銑口１８より銑鉄ｍをそれぞ
れ出湯する。排滓口１９および出銑口１８は、旧来の高
炉出銑口と同様に閉塞材（マッド）にて閉塞したもので
、エアドリルなどで開口することにより出出できる。な
お、ひき続き溶融還元を行うために銑鉄ｍおよびスラグ
ｎは適当量を残しておくことが必要であるが、原料装入
量および反応速度を出湯用に対して平衡させれば、常時
出湯しながら連続操業することも可能である。

以上、第１図および第２図に従い本発明の溶融還元炉に
関する一実施例を紹介したが、この発明に基づいてっぎ
のように実施することらできろ。

イ）還元炉を一体的に形成せずに、天板を含む浴面」二
の部分を、炉本体とは分離・密若が可能なフードとして
構成してもよい。この場合にも本発明に沿って炉内形状
を形成し、フードに原料投入口（原料投入域）、酸素吹
込み口（反応域）、天板およびガス排出口（熱吸収域）
を設ければ、上記と同じ作用を期待できる。なおこうし
た場合、フードを分離した状態で炉本体を傾動できるよ
うにすれば、本体上方の一側よりバッチ式の出湯を行や
こともできる。

ｕ）反応域における浴面上方の酸素吹込み口は必ずしも
設けなくてよい。この場合は炉内発生ガスが二次燃焼し
ないので、輻射熱によるエネルギー回収量は少なくなる
が、熱吸収域でのガスからの伝導熱により相当のエネル
ギーが浴中に回収される。したがって溶融還元炉自体で
のエネルギー利用率は上記実施例より低くなるが、他に
ガスの用途があるときには有効である。

八）溶融還元炉の排出ガスはなおもＣＯを含有して還元
力を有するので、これを利用して鉄鉱石を固体状態で予
備還元したうえ、この予備還元鉄を原料として溶融還元
炉に装入することもできる。つまり、排出口１７の先に
予備還元炉を接続するのである。この場合は、ガスのエ
ネルギーを鉄鉱石の予備還元にも用いるので、還元プロ
セス全体のエネルギー利用率がさらに向上する。

二）製鉄用の溶融還元に限らず、クロム鉱石からフェロ
クロムを得るなど、他の金属の溶融還元にも同様の溶融
還元炉を使用できる。

ネ）反応域への酸素の吹き込みは、上部より吹込みラン
スを挿入し、これを通じて行うことも可能である。

［発明の効果］ この発明の溶融還元炉によれば以下の効果がもたらされ
る。

（１）装入する固体原料が飛散せず確実に金属浴中に入
るので、原料の利用率（歩留り）が向上する。なお、請
求項２にしたがえば、この効果はさらに顕著になる。

（２）炉内発生ガスがもつエネルギーの多くを金属洛中
に回収できるので、エネルギー利用率が向上する。

（３）従来の溶融還元炉において発生ガスを二次燃焼さ
せることによりエネルギー利用率を高める場合に比較す
ると、同じエネルギー利用率を保つための二次燃焼率を
低（できる。このため、酸素使用量が減少してランニン
グコストが下がり、また、酸素吹込み口付近の耐火物寿
命が延びる。

（４）上記（３）のように二次燃焼率が低下することに
伴い、排出ガス中のＣＯなど還・元成分の含有率が上が
るので、このガスを用いて効率的な予備還元を行うこと
が可能である。このとき、予備還元用ガス中にＣＯを増
やすための、溶融還元炉への石炭の過剰装入は必要がな
くなるので、石炭の使用量も減少する。

（５）同じく二次燃焼率の低下に伴い、予備還元炉の有
無にかかわらず、排ガスの燃料用ガスとしての価値が高
まる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に関する製鉄用溶融還元炉の
側断面図、第２図はその平面図である。 ｌ・・・溶融還元炉、ｌ！・・・原料投入口、１２．１
５．１６゜２０．２１・・・吹込ミノズル、１３．１４
・・・酸素吹込みノズル、１７・・・ガス排出口、＜Ａ
＞・・・原料投入域、（ｎ＞・・・反応域、＜Ｃ＞・・
・熱吸収域、ｍ・・・銑鉄、ｎ用スラグ。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炉内の金属浴およびスラグ浴中に鉱石、石炭、石灰
   および酸素などを装入して、その金属を溶融状態で還元
   する溶融還元炉であって、炉体を水平に長い袋状に形成
   し、長手方向にその一側から順に （ａ）浴面の上方に固体原料の投入口を備えるとともに
   、スラグ浴を強制循環させるガスの吹込み口を浴面下に
   備える原料投入域、 （ｂ）浴中および浴面上方の少なくとも一方に酸素吹込
   み口を備える反応域、 （ｃ）浴面上を広く天板が覆うとともに、ガス排出口を
   備える熱吸収域、 を設けたことを特徴とする溶融還元炉。 ２、前記原料投入域の底面を、前記反応域および熱吸収
   域の底面よりも高くした請求項１に記載の溶融還元炉。