JPH03111505A - 銑鉄の製造方法 - 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） この発明は羽目を有する比較的簡単な構造の筒型炉を使
用し、スクラップと鉄鉱石を鉄源として銑鉄を製造する
方法に関し、特にその際に二次羽口の吹き込み方法を改
善することにより、熱効率よく銑鉄を連続的に溶製し、
生産性、経済性を高めることを特徴とする銑鉄の製造方
法に関する。

（従来の技術） 現在、銑鉄はその大部分が高炉によって製造されている
。高炉製銑法そのものは、永年にわたる改良が積み重ね
られて銑鉄の大量生産技術としては極めて優れたものと
なっている。しかし、高炉製銑法は、鉄源としては焼結
鉱を、燃料（還元材）としては高品位のコークスを使用
するものであり、利用できる原燃料の制約がある。また
、近年の高炉は巨大化し、しかも−旦火入れした後は停
止、再起動が節単にはできないため、鋼材需要の変動に
応じる柔軟性に乏しい。

上記のような従来の高炉製銑法の問題点を解消すべく、
本出願人は製鋼用の転炉に類似する筒型炉を使用し、鉱
石とスクランプとを鉄源として用いる新しい製銑方法を
発明し、特開昭６３−１２２２９２号として提案した。

上記の銑鉄製造方法では第１回に示すような転炉型式の
筒型炉１を用いる。この筒型炉１は図示のように、炉上
部に炉内ガスの排出と原料装入用の開口部２、炉壁下部
に支燃性ガスと必要に応じて燃料を吹き込む一次羽口３
、その上部炉壁に支燃性ガスを吹き込む二次羽口４、炉
底に出銑口５とスラグを排出する排滓口１０を備えてい
る。更に脱硫剤等を吹き込むための炉底羽口６を設けて
もよい。この炉は、製鋼用転炉のように、傾動できるも
のであるのが望ましい。

上記筒型炉ｌを用いて溶銑を製造するには、まず炉内下
部にコークス充填層７を、その上にスクラップと鉄鉱石
の充填層８を形成させる。そして下部のコークス層７に
一次羽０３から支燃性ガス（酸素含有ガス）を吹き込ん
で下記（１）弐の反応を往じさセ、その反応熱によって
コークス層７を高温に保つ。

Ｃ＋１／２０ｚ−＋ＣＯ＋２９．４００ｋｃａｌ／ｋｍ
ｏｌ　＋　Ｃ＝ｉｌ）上記（１）式で発生したＣＯは、
スクラップと鉄鉱石の充填層８で二次羽口４から吹きこ
まれる支燃性ガスと下記（２）式の反応（２次燃焼）を
起こす、その反応熱はスクラップと鉄鉱石の加熱および
溶融に利用される。

Ｃｏ　＋　１／２０！　→Ｃｏｔ　＋６７．５９０ｋｃ
ａｌ／ｋｍｏｌ　・ＣＯ”１２）この反応で熔融した鉄
鉱石（？８融酸化鉄）は下部のコークス層７に滴下して
高温のコークスと下記（３）式により反応してすみやか
に還元される。

ＦｅｔＯｚ　＋　３　Ｃ→２　Ｆｅ　＋　３　Ｃ０１０
８，０９０ｋｃａｌ／ｋｎｏｔ−Ｆｅ、Ｏｚ　　−（３
）上記（３）式の反応のとき、近くにＣＯｌが存在しな
いからＣＯ！で（３）式の反応が阻害されることはない
。

そして（１）式および（３）式で発生したＣＯはスクラ
ップと鉄鉱石の充填Ｎ８内で２次燃焼するために、それ
らの加熱と溶融に有効に利用されて高い燃料効率が達成
される。

この方法で銑鉄を連続的に生産する場合には、スクラッ
プと鉄鉱石の充填層８が軟化半溶融状態になった時点で
、その半溶融層の上部に次回溶解用のコークス充填層を
、さらにその上部にスクランプおよび鉄鉱石を主体とす
る充填層を交互に形成し、排滓、出銑するという操作を
繰り返して行う。　なお、上記の方法において、炉の上
部開口部から装入する鉱石は、通常の鉄鉱石の外にＭｎ
、ＣｒＸＭｏ、　Ｎｉなどを多く含む鉱石またはこれら
の酸化物を使用することができる。また、これらの鉱石
類およびコークスとともに、珪石、石灰石、蛇紋岩、蛍
石などの副原料を装入することができる。

スクラップとしても、ステンレス鋼スクラップのような
高合金スクラップを使用してその中の有用元素を再利用
することが可能である。

鉄鉱石は、炉の上部開口部からだけでなく、粉状鉱石を
一次羽口および／または二次羽口から吹き込むこともで
きる。

一次羽口および二次羽口から吹き込む支燃性ガスは、前
記のとおりＯｔ含有ガスであるが、−次羽口からは支燃
性ガスとともに、微粉炭や重油、天然ガスなどの気体ま
たは液体の燃料を吹き込むのが望ましい。また、ＣａＯ
などの脱硫剤を炉底羽口６から吹き込んで低硫黄銑を製
造することもできる。

以上のように本出願人が先に提案した上記溶銑の製造方
法によれば、転炉型式の筒型炉でスクラップと鉄鉱石か
ら熱効率よく連続的に溶銑を製造することができる。

しかしながら、これらの方法では次のような問題点が残
っていた。すなわち、炉下部で前記（１）弐により生成
したＣＯガスは炉内を上昇し、二次羽口から吹き込まれ
た支燃性ガスと二次燃焼を起こし、前記（２）式に示す
高温のＣＯ□Ｏｚを生成する。生成したＣＯ□ガス顕熱
によりスクラップ、鉄鉱石充填層の加熱、溶融が進むと
ともにその上部に装入されたコークス充填層も加熱され
る。

コークス温度が７００°Ｃ以」−になると二次燃焼で生
成したＣＯ□ガスはコークスと反応して下記（４）式に
示すいわゆるカーボンソリューション反応によりＣＯを
生成し始める。

ｃ＋ｃｏｚ→２ＣＯ−３８，２００ｋｃａｌ／ｋｍｏｌ
・Ｃ−（４）ここで、生成したＣＯガスは未燃のまま炉
外にｔＪｉ：気されるため、無駄にコークスを消費する
ことになり、さらに前記（１）、（２）式の燃焼反応が
発熱反応であるのに対し、（４）式はかなり大きい吸熱
反応であり、コークスはもとよりスクラップ、鉄鉱石の
加熱、溶融を阻害する。スクランプ、鉱石が溶融する時
間ではその上部のコークス充填層の温度は７００〜１０
００°Ｃに達しているから、カーボンソリューション反
応が活発に起こり、熱効率、生産性が低下し、燃料原単
位が増加する。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、上記筒型炉を用いて溶銑を連続的に製
造する方法において、二次羽口レベル面より上方に装入
された次回溶解用のコークスの過熱にともなうカーボン
ソリューション反応を抑制して熱効率を高め、燃料消費
を少なくし、しかも生産性を高くできる新たな銑鉄製造
方法を提供することにある。

（課題を解決するだめの手段） 本発明は前記先願発明の筒型炉による溶銑製造法を基礎
として、二次羽口を炉の高さ方向に複数段に分割し、そ
れぞれの分割段二次羽口レベル面にコークス充填層が存
在するときは、二次羽口から支燃性ガスに代えて、不活
性のキャリヤーガスを用いて粉状の石灰石および／また
は鉄鉱石を吹き込むことにより、コークスの過熱を防ぎ
、カーボンソリューション反応を抑制して熱効率を高め
、燃料消費を低減し、併せて生産性を高める銑鉄の製造
方法を要旨とするものである。

第２図は本発明方法の実施に用いる上、下段次羽目を設
けた筒型炉と炉内装入物状態、二次羽口吹き込み法を示
す概略断面図である。同図において、炉１の構造は第１
図に示した先願発明の装置と基本的に同じである。ただ
し、二次羽口は複数段、この例では上、下２段に分割さ
れている。

第２図（ａ）はスクラップ、鉱石充填層８−１、コーク
ス充填層７−２がそれぞれ下段二次羽口４−１、上段二
次羽口４−２の羽目レベル面に存在する装入状態を示す
。この装入状態はサウンジングロッドにより１分間隔で
層高計測を実施し、装入物重量、炉内充填密度から炉内
充填容積を計算して予測することができる。

本発明ではこの状態においては、第２図（ａ）に示すよ
うに、下段二次羽口４−１からば支燃性ガス１１を、上
段二次羽口４−２からは支燃性ガスに代えて不活性のキ
ャリヤーガス、例えばＮ２を用いて粉状の石灰石および
／または鉄鉱石１２をそれぞれ吹込む。−次羽口３から
吹き込まれた支燃性ガスによって、炉下部で前記（１）
式により生成したＣＯガスがスクランプ、鉱石充填層８
−１に上昇し、下段二次羽口４−１から吹き込まれた支
燃性ガス１１と反応して前記（２）式の反応により高温
のＣＯ□ガスを生成し、スクランプ、鉱石充填層８−１
を加熱し、溶融するとともにその上方のコークス充填層
７−２が加熱される。この際のコークス温度は耐火物に
埋め込んだ熱電対によって検出できる。ここでコークス
充填層７−２の過熱を防止し、カーボンソリューション
反応を抑制するため、粉状石灰石および／または鉄鉱石
１２を上段二次羽口４−２からコークス充填層７−２内
へ吹き込んでコークス充填層７−２を冷却目標温度７０
０°Ｃまで冷却する。冷却材の吹き込み量は次に示す（
５）式で決定される。

１８　　　　６．５　　　　１に こで、 へＴ：コークス充填層過熱温度（°Ｃ）（冷却材吹き込
み的コークス温度−７００’Ｃ）Ａ：粉体キャリヤー用
Ｎ２ガス（Ｎｍ’／溶銑ト溶銑トコ粉状石灰石　　　　
　　　（ｋｇ／溶銑ト、）Ｃ：粉状鉄鉱石　　　　　　
　（ｋｇ／溶銑ト、）（５）式に従って冷却材の吹き込
み■を決定するに当たってはＮ２ガス量Ａは粉体輸送に
必要な最低量、粉状石灰石ｉＢは生成スラグの塩基度で
許容される限定量とし、残りを粉状鉄鉱石■Ｃで冷却す
るという方ン去で行う。

このような、吹き込み方法を決定した理由は次のとおり
である。すなわち、過熱コークスを冷却してカーボンソ
リューションを抑制する方法には、Ｎ２ガスを吹き込む
方法、粉状石灰石、鉄鉱石を吹き込む方法が考えられる
。

Ｎ２ガスを吹き込む方法では大量のＮ２ガスが必要とな
り、このため炉内発生ＣＯガス濃度が低下し、低発熱量
の排ガスしか回収されないことになる。

これに反し、粉状の石灰石、鉄鉱石を吹き込む方法では
、もともと炉内に装入ずべき塊状の石灰石、鉄鉱石の一
部を粉状で使用するのでＮ２ガスの大量吹き込みのよう
な問題はない。特に石灰石は分解吸熱反応をともなうの
で少量の吹き込みで大きい冷却効果が得られる。このた
め石灰石はスラグの塩基度で許容される限度量までは鉄
鉱石に優先して使用するのがよい。スラグの粘性増加を
避けるため、粉状石灰石に粉状の塩基度器１４整剤、媒
）容剤を添加して吹き込みに用いてもよい。

第２図（ｂ）はスクラップ、鉱石充填層８−１の溶解が
進行し、上方の装入物が荷下りしてコークス充填Ｎ７−
２、スクラップ鉱石充＠層８−２がそれぞれ下段二次羽
口４−１、上段二次羽口４−２の羽ロレヘル面に存在す
る装入状態を示す。この装入状態においては、本発明方
法では第２図（ｂ）に示すように、下段二次羽目４−１
からは支燃性ガスに代えて、不活性キャリヤーガス、例
えばＮ２を用いて粉状の石灰石および／または鉄鉱石１
２を、上段二次羽口４２からは支燃性ガスｌ】を、それ
ぞれ吹き込む。

炉下部で前記（１）式により生成したＣＯガスは小債の
未溶解残留スクラップ、鉱石充填層８〜１を通過して上
昇し、コークス充填層７−２を加熱する。コークス充填
Ｎ７−２を通過するガスはＣＯリンチガスであるため、
ここではカーボンソリューション反応は起こらない。従
って、コークスの過熱を防止し、カーボンソリューショ
ン反応を抑制する必要のあるのはその上部に装入されて
いるコークス充ｔｔ！　Ｎ？−３である。コークス充填
層７−２に下段二次羽口４−１から粉状石灰石および／
あるいは鉄鉱石１２を吹き込んで、コークス充填層７−
２を冷却し、その上部のスクラップ、鉱石充填層８〜２
へ上昇するＣＯリッチガスを冷却する。スクラップ、鉱
石充填層８−２内でこの冷却されたＣＯリンチガスと上
段二次羽口４−２から吹き込まれた支燃性ガス１１とが
前記（２）式に示す二次燃焼を起こし、生成したＣ０２
ガスによるコークス充填層７−３の過熱が（印判される
。下段二次羽口４−１からの冷却剤の吹き込み鼠はコー
クス充填層７−３の過熱温度にもとづいて前記（５）式
に従って決定する。

本発明の方法を上、下二段に分割した二次羽口を用いる
場合について説明したが、三段以上の多段に分割した二
次羽口を用いてもよいのは当然である。多段分割二次羽
口を用いると、二次羽口吹き込み装置、吹き込み操作が
複雑になるという問題はあるが、炉内の装入状態に対し
てより的確に支燃性ガスあるいは冷却材吹き込みの操作
が行われ、過熱コークスの均一な冷却が可能となる。

（作用） 本発明の方法の効果を確認するため、第２図の上下二段
に分割した二次羽口を設Ｕた筒型炉にコークス、スクラ
ップの充填層を形成し、分割二次羽口レベル面にコーク
ス充填層が存在するときはその羽口から支燃性ガスに代
えてＮ２ガスをキャリヤーとして石灰石を前記（５）式
にもとづいて吹き込んで、銑鉄を製造し、二次燃焼率を
ＳＪ！１査した。二次燃焼率は排ガス組成分析値から次
に示す（６）式で求められる。

一次燃焼率（％） Ｃ（ｈ体積％十ＣＯ体積％ コークス充填層内で前記（４）式のカーボンソリューシ
ョン反応が起こるとＣＯ□がＣＯに変化するので（６）
式に示す二次燃焼率の低下はカーボンソリューション反
応が起こっていることを意味する。

第３図（ａ）は、二次羽口を」１下二段とした本発明法
の例であり、炉内装入物の層構造の操業中の推移と石灰
石の吹き込み時期および二次燃焼率の変化を示す、第３
図（ｂ）は支燃性ガス吹き込みを一次羽目と単段の二次
羽口から行い、石灰石の吹き込みを実施しない場合（比
較法）の結果を示す。

第３図（ｂ）に示すように、二次羽口から支燃性ガスの
吹き込みを継続すると、二次羽ロレヘル面にスクランプ
充填層が存在している装入物層構造の場合には、このス
クラップ充填層の上方のコークス充填層が過熱され、カ
ーボンソリューション反応が進行し、二次燃焼率が低下
する。これに対し、第３図（ａ）に示すように石灰石粉
を本発明の方法に従って上、下段二次羽口から吹き込ん
で前記第２図（ａ）、（ｂ）で述べたようにコークス充
填層を冷却して過熱を防ぐとカーボンソリューション反
応は認められず、第３図（ｂ）のような二次燃焼率の低
下が起こらない。

石灰石粉の代わりに鉄鉱石粉を吹き込む場合、石灰石粉
と同等の冷却効果は鉄鉱石粉を石灰石粉の１６／６．５
＝２．４６倍量の吹き込みで得られることが確かめられ
ている。また、鉄源として塊状の鉄鉱石を併用した場合
も本発明の方法により、オールスクラップの場合と同等
の効果が得られている。

以上の結果から本発明の方法は、コークス充填層の過熱
を防止してカーボンソリニージョン反応を抑制する効果
を有することは明らかである。

以下に本発明の方法により銑鉄を連続的に製造した実施
例と比較例を対比して示す。

（実施例） 使用した炉は直径１．５ｍ、炉底から炉口までの高さ３
．６ｍ、内容積６．０ｍ′の前記第２図に示す筒型炉で
ある０羽口は、炉底から０．８１＋＋上部の炉壁に一次
羽口を、１．４ｍと２．０ｍ上部の炉壁にそれぞれ下段
二次羽口と上段二次羽口を設けた。すべての羽目は９０
°間隔の４木の羽目で構成されている。上、下段二次羽
口は支燃性ガス吹き込みとＮ２ガスをキャリヤーとする
石灰石および／または鉄鉱石吹き込みとの切替えができ
るようにしである。炉底中央部には出銑口が設けられて
いる。

鉄源としては、最大寸法４００ｍｍ角、嵩比重３．５ト
：／　／７ｍ　’のスクラップ（鉄純度９９％）と第１
表に示す成分を有する粒度約１０１１１Ｉ１１の塊状鉄
鉱石を用いた。

塊状コークスは粒度２０〜７０ＩＩＩ１１のものを使用
し、その組成は第２表に示すとおりである。

−次羽口から支燃性ガスと同時に吹き込む非塊状燃料と
しては２００メツシユ篩下が８０重量％以上の微粉炭を
使用し、その組成は第２表に併記した。

−次羽口および二次羽口から吹き込む支燃性ガスとして
はいずれも純酸素を使用した。二次羽口から吹き込む石
灰石粉は粒度３１以下のものを使用し、その組成は第３
表のとおりである。鉄鉱石粉は粒度２ｍ＋ｍ以下のもの
を使用し、その組成は第１表の塊状鉄鉱石と同じである
。粉体輸送のキャリヤーガスにはＮ２ガスを用いた。

まず、前記第２図に示したような層構造の原料装入を行
い、−次羽口から１０００８ｍ３／Ｉｌｒの酸素と、１
２００ｋｇ／ｌｌｒの微粉炭を吹き込み、二次羽口から
は上、下段合わせて５０ＯＮｍ’／Ｈｒの酸素を吹き込
んだ。

上、下段二次羽口からの石灰石粉あるいは鉄鉱石粉の吹
き込みのタイミングはサウンジングロ・ンドによる層高
計測を１分毎に実施して、層構造を８１算し、上、下段
二次羽口レベルの原料を予測して決定した。実施例１は
鉄源にスクラップと塊状鉄鉱石を用い、二次羽口からの
冷却材には↑５（状鉄鉱石を用いており、実施例２は鉄
源としてスクラップを、二次羽口からの冷却材として粉
状石灰石を使用した。

（比較例） 使用した筒型炉、操業方法は実施例と同様であるが、二
次羽口は単段で支燃性ガスの吹き込みだけを行った。

本発明の方法による実施例および比較例の操業諸元およ
び操業試験結果を第４表に示す。

第４表の結果から、鉄源にスクラップと鉄鉱石を用いて
本発明の方法で銑鉄を製造すると、比較例に比べて二次
燃焼率は７．５％の向上、燃料原単位、酸素原単位はそ
れぞれ１７ｋｇ／熔銑トい６　Ｎｍコ／溶銑ト、の低減
、銑鉄生産速度は０．４３ｔ／ｆｉｒの増加を示してい
る。鉄源にスクラップを用いた場合には、二次燃焼率は
４．７％の向上、燃料原単位、酸素原単位はそれぞれ１
３ｋｇ／溶銑ト２．１ＯＮｍｆｆ／溶銑トシの低減、銑
鉄生産速度は２．２２Ｌ／［！ｒの増加を示している。

（以下、余白） （発明の効果） 本発明方法によれば、高炉に比較してはるかに小型で簡
便な筒型炉を使用し、かつ鉄源として鉄鉱石とともにス
クラップを使用して柔軟性に冨んだ製銑を行うことがで
きる。しかも、二次羽口吹き込み方法の改善により熱効
率が向上し、生産量の増加と燃料、酸素消費量の低下に
より製造コストが削減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法の実施に用いる筒型炉とその炉内
装入物状態を示す概略断面図、第２図（ａ）および（ｂ
）は、本発明の実施態様を説明するための上、下段二次
羽口を設けた筒型炉と炉内装入物状態および二次羽口吹
き込み方法を示す概略断面図、 第３図は、本発明の二次羽口吹き込み法を実施した場合
（ａ）と、本発明方法を実施しない場合（ｂ）の二次燃
焼率の変化を対比して示した図、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炉上部に原料装入とガス排出用の開口部を、炉底部およ
   び／または下部炉壁に一次羽口と排滓口および出銑口を
   、上部炉壁に二次羽口をそれぞれ有する筒型炉を用い、
   その炉底から一次羽口を含むレベルまでコークスの充填
   層を形成させ、その上部に二次羽口を含むレベルまでス
   クラップおよび鉄鉱石を主体とする充填層を形成させた
   後、一次羽口から燃料と支燃性ガスを、二次羽口から支
   燃性ガスを吹き込んでスクラップおよび鉄鉱石の充填層
   を加熱し、その軟化、半溶融層の上方に次回以降溶解用
   のコークス充填層とスクラップおよび鉄鉱石を主体とす
   る充填層とを交互に形成させて銑鉄を連続的に製造する
   方法であって、二次羽口を炉の高さ方向に複数段に分割
   し、それぞれの分割二次羽口レベル面にコークス充填層
   が存在するときは不活性のキャリヤーガスを用いて粉状
   の石灰石および／または鉄鉱石を、スクラップおよび鉄
   鉱石を主体とする充填層が存在するときは支燃性ガスを
   それぞれ上記の分割二次羽口から吹き込むことを特徴と
   する銑鉄の製造方法。