JPH02179806A - 鉄鉱石の溶融還元方法 - 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、鉄浴式溶融還元炉による鉄鉱石の溶融還元
方法に関するものである。

〔従来の技術〕

鉄浴が収容された転炉型の溶融還元炉内に、鉄鉱石およ
び炭材を供給し、ランスを通して酸素を吹き込むことに
より鉄鉱石を熔融還元する、鉄浴式溶融還元炉による鉄
鉱石の溶融還元方法が知られている。

第７図は、鉄浴式溶融還元炉の概略縦断面図である。第
７図に示すように、溶融還元炉は、転炉型の炉体１と、
炉体１の炉口１ａを通して炉内に垂直に挿入されるラン
ス２と、炉体ｌの底および／または側壁に設けられた攪
拌用ガス吹込口３と、炉口１ａを覆うフード４に設けら
れた鉄鉱石供給用シュート５および石炭等の炭材供給用
シュート６とからなっている。

炉内に所定量の溶鉄を収容し、シュート５を通して鉄鉱
石を、そして、シュート６を通して石炭等の炭材および
フラックスを炉内に供給する。炉口１ａから炉体ｌ内に
垂直に挿入されたランス２を通して、炉内のスラグ８上
に酸素ガスを吹き込み、そして、撹拌用ガス吹込口３を
通して、炉内の鉄浴７中に窒素等のｍ拌用ガスを吹き込
む。

その結果、溶銑中の炭素および供給された炭材中の炭素
とランス２を通して吹き込まれた酸素ガスとが下記（］
）式のように反応してＣＯガスが生成する。

■ Ｃ＋−〇□＝　ＣＯ−・−・−・−・−・−（＋）上記
により生成したＣＯガスは、ランス２を通して吹き込ま
れた酸素ガスと下記（２）式のように反応してＣＯ２ガ
スとなり、このときに高い熱量を有する燃焼熱が発生す
る。

ＣＯ＋−〇□＝ＣＯ□−−−−−−−−−−−−−−−
（２）このＣＯ２ガスの熱は、スラグ８を介して鉄浴７
に伝達される。従って、鉄浴７中の鉄鉱石は溶融しそし
て炭材中の炭素により還元されて溶銑となる。第７図に
おいて、９はフード４にその一端が接続された排ガス排
出用のダクト、１０はダクト９の途中に設けられた乾式
集塵機である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の溶融還元方法において重要なことは、還元炉内に
おいて発生するガスの酸化度即ち２次燃焼率（ＣＯ２＋
　Ｈ２０／Ｃｏ　＋　Ｃｏ□＋Ｈ，十〇、Ｏ）　　（以
下、ｒＯＤ比」という）、および、２次燃焼によって発
生した熱の鉄浴への着熱効率（以下、「着熱効率」とい
う）の向上である。

高着熱効率を維持しつつＯＤ比を向上させる方法は従来
から種々研究されているが、極めて難しいことが知られ
ている。

従って、この発明の目的は、高いＯＤ比および着熱効率
によって溶融還元を行なうことができる、鉄浴式溶融還
元炉による鉄鉱石の溶融還元方法を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者等は、上述した観点から、高いＯＤ比および着
熱効率によって鉄鉱石の溶融還元を行ない得る方法を開
発すべく、鋭意研究を重ねた。その結果、次の知見を得
た。

（１）　　還元炉における生成ガスの空塔速度（還元炉
のある横断面を通る生成ガスの流速）が、６ｍ／ｓｅｃ
を超えると、炉内に供給された炭材の飛散率が急激に増
加する。この結果、スラグ中の炭素量が減少し、前述の
（１）式の反応によるＣＯガスおよび（２）式の反応に
よるＣＯ□ガスが十分に生成せず、従って、ＯＤ比が低
下する。

（２）　　炉内におけるスラグ層の厚さが０．５ｍ未満
になると、スラグ層による伝熱が不十分になり、着熱効
率が低下する。

この発明は、上述の知見に基いてなされたもので、鉄浴
式溶融還元炉内に鉄鉱石および炭材を供給し、炉内に挿
入されたランスを通して酸素を吹き込み、そして、炉の
底および／または側壁に設けられたガス吹込み口を通し
て攪拌用ガスを吹き込むことにより、前記鉄鉱石を溶融
還元する方法において、 前記還元炉における生成ガスの空塔速度を、０．１〜６
．０ｍ／ｓｅａの範囲内に維持し、または、空塔速度を
前記範囲内に維持すると共に、炉内におけるスラグ層の
厚さを０，５ｍ以上に維持して操業することに特徴を有
するものである。

この発明において、空塔速度を上述の範囲に限定した理
由について、以下に述べる。

炉内容積が７ボの鉄浴式溶融還元炉を使用し、空塔速度
を変化させ、下記第１表に示す条件により溶融還元を行
なったときの炭材飛散率を調べた。

第　　１　　表 れば空塔速度は低下する）することにより変化させた。

第１図から明らかなように、空塔速度を６１１１／Ｓｅ
Ｃ以下で操業した場合には、炭材飛散率が２０％以下に
なり、ＯＤ比が向上する。

従って、この発明においては、空塔速度の上限を６ｍ／
ｓｅｃに定めた。

上述の空塔速度（Ｖｇ）は、下記（３）式によって算出
される値である。

Ｖｇ＝Ｑ’ｇＸ− 第１図にその結果をグラフで示す。なお空塔速度は、排
ガス排出用ダクト９の途中に設けられたダンパ１１（ま
たはオリフィス）で炉内圧力をＯ〜６　ｋｇ　／　ｃｉ
　Ｇの範囲内で調整（炉内圧力を高め但し、Ｑ’　ｇ　
：　ガス温度及び炉内圧力による、炉内ガスＩ　（Ｎｍ
　３／　Ｈｒ） Ｑｇ：炉内ガスｌ　（Ｎｍ３／　Ｈｒ）Ｔｇ：ガス温度
（Ｋ） Ｐ　：炉内圧力（ａｔｍ） 従って、この発明においては、空塔速度（Ｖｇ）が下記
（３′）式を満足していることを必要とする。

空塔速度は、上述のように炉内圧力を高めることによっ
て低減させることができるが、このほかに、還元炉の内
径を大にすることによっても、低減させることができる
。第２図は、異なる内径の還元炉を使用し、炉内発生ガ
ス量を６００ＯＮｎ＋’／Ｉｌｒ、ガス温度を１９７３
　Ｋとなし、炉内圧力をｌａｔｍ、２ａ　ｔｍ、４ａｔ
ｍおよび８ａ　Ｌｍとなしたときの空塔速度を示すグラ
フである。

第２図から明らかなように、炉内圧力がｌａｔｍの場合
には炉内径を約１．６ｎ＋以上、炉内圧力が２ａｔ１１
の場合には炉内径を約１．２ｍ以上、炉内圧力が４ａ　
ｔｍの場合には炉内径を約０．８畑以上、炉内圧力が８
ａ　ｔｍの場合には炉内径を約０．６ｍ以上にしないと
、空塔速度を６１１Ｉ７ｓｅｃ以下にすることができな
い。

前述のように、空塔速度は、炉内圧力を高めることによ
って低下させることができるが、これには限度がある。

即ち、炉内圧力を６．０ｋｇ／ｃｉｉＧにすると空塔速
度は１．０ｍ／ｓｅｃになるが、これ以上炉内圧力を高
めても空塔速度はあまり低下しない。

従って、空塔速度を１．ｏｎ／ｓｅｅよりも更に低下さ
せるためには、炉内径を大にしなければならない。

しかしながら、炉内径を著しく大にすることは、設備コ
ストの増大を招く。よって、この点より、空塔速度の下
限を０．１ｍ／ｓｅｃに定めた。

次に、着熱効率について考察するに、下記（４）式によ
って算出される着熱効率（η）は、８５％以上であるこ
とが必要とされている。

即ち、着熱効率が８５％未満では、鉄鉱石の溶融還元効
率が悪く、且つ、炉内におけるガスの温度が上昇して、
炉壁煉瓦の損耗が著しくなり、操業が困難になる。

この着熱効率は、炉内におけるスラグ層の厚さに大きく
影響される。第３図は、ランス高さを１．２＋、空塔速
度を１ｍ／ｓｅｃで操業したときの、スラグ層の厚さと
着熱効率の関係を示すグラフ、第４図は、このときのス
ラグ層の厚さと炉内におけるガスの温度との関係を示す
グラフである。なお、ガス温度は、炉口に設けた放射温
度計で測定した。

第３図および第４図から明らかなように、スラグ層の厚
さが０．５ｍ未満になると、着熱効率は８５％以下に低
下し、炉内におけるガスの温度は１８００°Ｃ以上に上
昇する。従って、スラグ層の厚さは０．５ｍ以上である
ことが必要である。

一方、スラグ層の厚さは、還元炉の内径に大きく影響さ
れる。第５図は、炉内の溶鉄の量を４〜３Ｔｏｎ　ｓス
ラグの見かけ比重を０．６６となし、スラグ量を０．８
Ｔｏｎ、　１．５Ｔｏｎ、　２．５Ｔｏｎ、４．０Ｔｏ
ｎおよび１０Ｔｏｎとなしたときの炉の内径とスラグ層
の厚さとの関係を示すグラフである。

第５図から明らかなように、スラグ量が０．８Ｔｏｎの
場合には炉内径を約１．７−以下、スラグ量が１．５Ｔ
ｏｎの場合には炉内径を約２．４ｍ以下、スラグ量が２
．５Ｔｏｎの場合には炉内径を約３（至）以下、そして
、スラグ量が４．０ｔｏｎの場合には炉内径を約３．５
ｍ以下にしないと、スラグ層の厚さを０．５鋼以上にす
ることができない。

スラグ１（ＷｓＩ！、ａｇ）は、下記（５）式によって
算出することができる。

Ｗｓ　ｌ　ａｇ　−Ｓ　Ｘ　Ｉ　Ｘ　ｐ　ｓ　ｌ　ａｇ
−−−−−−−（５）但し、Ｓ：炉の横断面積（ポ） ｆ！、ニスラグ層の厚さ（ｍ） ｐｓｆ２ａｇニスラグ密度（Ｔｏｎ／ｒｄ）なお、スラ
グの真比重は２〜３Ｔ／ｒｒｒであるが、メタル静止浴
面からスラグレヘルまででみたスラグ見かけ比重は、通
常０．３〜１．５程度である。

従って、この発明においては、スラグ層の厚さ（ｊ２）
が、下記（６）式を満足していることを必要とする。

上述のように、還元炉の内径を大にすれば、空塔速度が
６．０ｍ／ｓｅｅ以下になり、これによってＯＤ比を高
めることができるが、一方、還元炉の内径を大にし過ぎ
ると、スラグ層の厚さが０．５ｍ未満になって、着熱効
率が低下する。

従って、還元炉の横断面積は、炭材飛散率を２０％以下
にするために空塔速度を６．０ｍ／ｓｅｃ以下となし、
そして、着熱効率を８５％以上にするためにスラグ層の
厚さを０．５ｍ以上になし得る範囲内に設定することが
必要である。

上述の範囲は、下記（９）式によって表わすことができ
る。即ち、空塔速度（Ｖｇ）は、前述のように下記（３
’　）５ｊ；を満足する必要がある。

そこで、Ｓを不等式の右辺に移項すると、従って となる。

一方、スラグ層の厚さ（１）は、前述のように下記（６
）を満足する必要がある。

従って、上記（７）式および（８）式より、還元炉の横
断面積（Ｓ）は、下記（９）式を満足していることが必
要となる。

但し、 Ｓ　　：　炉の横断面積（ポ） Ｑｇ　　：　炉内発生ガス量（Ｎｍ’／ｌｒ）Ｔｇ　　
：　ガス温度（Ｋ） Ｐ　　：　炉内圧力（山） Ｗｓ　ｌ　ａｇ　：　　スラグＩ（Ｔｏｎ）ｐ　ｓ　ｌ
　ａｇ：　　スラグ密度（Ｔｏｎ／ｒ＋（）〔実施例〕 次に、この発明を実施例により説明する。第７図に示し
た、炉内容積が７Ｍの鉄浴式溶融還元炉を使用し、下記
条件により溶融還元を行なった。

（１）？容鉄量　　　　　　　　　　：　　　　　４　
〜８Ｔｏｎ（２）　　鉄鉱石供給量　：　　４０〜７０
　ｋｇ　／　ｍ　ｉ　ｎ（３）　　炭材供給量　　：　
コークス、門Ｖｃｏｏｆｆｉ（揮発分中位の石炭）及び ＨＶ　ｃｏｏｌ　（揮発分が高い 石炭） ３０〜５０ｋｇ／ｗｉｎ （４）　　フラックス供給Ｗｋ　：　４〜５　ｋｇ／ｗ
ｉｎ（５）　　炉内圧力　　　　：　Ｏ〜３　ｌｃｇ／
ｃｄＧ（６）酸素ガス吹込量　：　７５０〜２０００　
Ｎｏ＋’／Ｈｒ（７）　　攪拌用ガス吹込１　：　３５
０〜６００　Ｎｍ”／Ｈｒ（８）炉内径　　　　　２１
〜５ｍ （９）空塔速度　　　　：　０．１〜ＩＯＩ＋１／５ｅ
ｃ００）　　炉内発生ガス量　：　２．０００〜６，０
００８ｍ’／Ｈｒ（Ｉｔ）　　炉内発生ガス温度：　１
，４００〜１，６００°Ｃ０２）　　スラグ比重　　　
：０．３〜０゜９第２表に、使用した鉄鉱石、コースタ
、ＭＶｃｏａ　ｌ、およびＨＶｃｏａｊ！の組成および
粒度を示す。

ス）により行なった。

上記条件による原料の供給から出湯までの操業の経過を
第６図に示す。第６図から明らかなように、炭材飛散率
は約５％以下で、ＯＤ比は約６０％であり、しかもスラ
グ層の厚さは約１．５ｍ以下となって着熱効率を約９０
％以上にすることができた。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明の方法によれば、鉄浴式溶
融還元炉内に鉄鉱石および炭材を供給し、炉内に上方か
ら垂直に挿入されたランスを通して吹き込まれる酸素に
より鉄鉱石を溶融還元するに際し、ＯＤ比および着熱効
率を向上させ高位に安定させることができる工業上有用
な効果がもたらされる。

なお、炉内圧力の制御は、排ガス排出用ダクト９の途中
に設けられたダンパ１１　（またはオリフイ

【図面の簡単な説明】

第１図は空塔速度と炭材飛散率との関係を示すグラフ、
第２図は還元炉の内径と空塔速度との関係を示すグラフ
、第３図はスラグ層の厚さと着熱動量との関係を示すグ
ラフ、第４図はスラグ層の厚さと炉内のガス温度との関
係を示すグラフ、第５図は還元炉の内径とスラグ層の厚
さとの関係を示すグラフ、第６図はこの発明の方法によ
る操業経過の一例を示す図、第７図は鉄浴式溶融還元炉
の概略垂直断面図である０図面において、１・・・炉体
、　　　　　　　２・・・ランス、３・・・攪拌用ガス
吹込口、４・・・フード、５．６・・・シュート、　　
７・・・鉄浴、８・・・スラグ、　　　　　　９・・・
ダクト、１０・・・乾式集塵機、　　　１１・・・ダン
パ。 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　鉄浴式溶融還元炉内に鉄鉱石および炭材を供給し、
   炉内に挿入されたランスを通して酸素を吹き込み、そし
   て、炉の底および／または側壁に設けられたガス吹込み
   口を通して攪拌用ガスを吹き込むことにより、前記鉄鉱
   石を溶融還元する方法において、 前記還元炉における生成ガスの空塔速度を、０．１〜６
   ．０ｍ／ｓｅｃの範囲内に維持して操業することを特徴
   とする、鉄鉱石の溶融還元方法。 ２　前記還元炉の炉内圧力を制御することによって、前
   記空塔速度を前記範囲内に維持する、請求項１記載の鉄
   鉱石の溶融還元方法。 ３　鉄浴式溶融還元炉内に鉄鉱石および炭材を供給し、
   炉内に挿入されたランスを通して酸素を吹き込み、そし
   て、炉の底および／または側壁に設けられたガス吹込み
   口を通して攪拌用ガスを吹き込むことにより、前記鉄鉱
   石を溶融還元する方法において、 前記還元炉における生成ガスの空塔速度を、０．１〜６
   ．０ｍ／ｓｅｃの範囲内に維持し、そして炉内における
   スラグ層の厚さを０．５ｍ以上に維持して操業すること
   を特徴とする、鉄鉱石の溶融還元方法。 ４　横断面積が下記式の範囲内の還元炉を使用して操業
   する、請求項３記載の鉄鉱石の溶融還元方法。 １．７×１０＾−＾７［（Ｑｇ・Ｔｇ）／Ｐ］≦Ｓ≦２
   Ｗｓｌａｇ／ρｓｌａｇ 但し、 Ｓ：炉の横断面積（ｍ＾２） Ｑｇ：炉内発生ガス量（Ｎｍ＾３／Ｈｒ） Ｔｇ：ガス温度（Ｋ） Ｐ：炉内圧力（ａｔｍ） Ｗｓｌａｇ：スラグ量（Ｔｏｎ） ρｓｌａｇ：スラグ密度（Ｔｏｎ／ｍ＾２）