JPH03219005A

JPH03219005A - 溶融還元製鉄法

Info

Publication number: JPH03219005A
Application number: JP1318490A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Katayama; 裕之片山; Mitsutaka Matsuo; 充高松尾; Tsutomu Saito; 力斎藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-01-23
Filing date: 1990-01-23
Publication date: 1991-09-26

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、鉄鉱石と石炭から、溶銑のような溶融鉄合金
を製造する、所謂、溶融還元製鉄法において、発生する
排ガスをエネルギー源として効率的に利用するだめの方
法に関する。

（従来の技術）従来、量産溶融鉄合金（溶銑）は焼結鉱あるいはペレッ
トのような塊成鉱と、石炭を高温で乾溜して製造された
強度の高いコークスを高炉に装入する、所謂、高炉法で
製造されてきた。

これに対して、溶融還元法は鉄鉱石を塊成化せず、また
、石炭をコークス化せずに溶融鉄合金の製造を可能にす
ることを狙っている。

この際、溶融還元炉の操業成績（石炭、酸素ガス、耐火
物などの原単位、歩留りなど）を改善するには、鉱石は
極力予備還元を進め、かつ、溶融還元炉に供給される石
炭のＶＭ（揮発分）含有量を低くすることが望ましい。

このような目的に合った鉱石、石炭の予備処理を同時に
行なえる設備としてロータリーキルンがある。

しかし、このロータリーキルンによる予備処理法では、
ＣＯガスを含む未燃ガスを回収することが難しい。それ
は可動部があるために完全なシールが困難であることに
起因し、従って、この方法ではガスをキルン内で完全燃
焼させ、排ガスのエネルギーは熱として回収するのが普
通である。ただし、この場合、使用する石炭の揮発分含
有量が多いとキルン排ガス温度が高くなり過ぎるという
問題がある。一方、製鉄所において他の工程で使用する
燃料ガスが不足することがあり、それを補うために、未
燃ガス回収が必要となる場合も生じている。

それゆえに、ロータリーキルンと溶融還元炉との組み合
わせからなる工程において、溶融鉄合金を製造するため
の石炭、酸素ガスの原単位を小さくするとともに、排出
エネルギーとして未燃ガスと熱とを適度の組み合わせで
得ることのできるプロセスの開発が望まれている。しか
しながら、それを可能にする方法はこれまでに実現され
ていなかった。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、従来法では困難であった、溶融鉄合金製造の
ための石炭、酸素ガスの原単位を低減するとともに、ｉ
Ｉ！ｉ量の燃料ガスを副生物として得ることを可能なら
しめる操業方法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）本発明の要旨とするところは、原料の予備処理炉と転炉
型溶融還元炉の組み合わせからなる設備を用い、鉄鉱石
から溶融鉄合金を製造するに際して、溶融還元炉は２基
並列とし、一方は、２次燃焼率（（％Ｃ０ｚ）＋（％ＨｚＯ）ｌ］　Ｘ１００％（％Ｃ
ｏ２）＋（％ＣＯ）　＋　（％Ｈ２）　＋　（％Ｈ２Ｏ
）４０〜６８％の範囲で操業してその排出ガスを予備処
理炉に供給したのち、該炉内で完全燃焼させてその熱を
利用し、他方は、該２次燃焼率５〜３５％の範囲で操業
してその排出ガスを未燃状態で回収することを特徴とす
る溶融還元製鉄法にある。

（作　用）第１図は本発明を実施するのに用いる設備の一例を示す
。１および２は、予備処理された鉱石などの原料を投入
しつつ、溶融物層を底吹きガスにより撹拌して、また、
酸素ガスを主として上吹きランス５から吹きつけて、溶
融、還元を行なう炉（溶融還元炉）であって、並列して
操業される。

これら２基の溶融還元炉は、例えば次のようにサイクル
操業を行なう。

■溶融還元期・・・・・・鉄酸化物を含む鉄原料を供給
しつつ、酸素上吹き及び底吹きガス撹拌を行ない、同時
に消耗量に相当する石炭と、石灰などのフラックスを供
給して、溶融並びに還元を行なう。

■仕上げ還元期・・・・・・酸化鉄を含む鉄原料の供給
を止めて、その他は■の溶融還元期とほぼ同じ操業を行
なう。

■出湯、出滓期・・・・・・■の仕上げ還元によってス
ラグ中の酸化鉄含有量を１％以下まで低下させ、同時に
メタル中のＳをスラグに移行させて、（Ｓ）／（Ｓ）を
２Ｏ以上（ただし、（Ｓ）はメタル中のＳ濃度、（Ｓ）
はスラグ中のＳ濃度を示す）にした後、吹酸を止めて、
炉を傾けて出湯、出滓を行なう。なお、炉を傾けると底
吹きガス羽目が溶融物の上に出て撹拌がストップするの
で、撹拌時にスラグの中に巻き込まれていた炭材がスラ
グ層の上に浮き、また、スラグ内に懸濁していた粒鉄が
溶融鉄合金中に沈降して、炭材、スラグ、溶融鉄合金の
３層に分離するため、炉傾動時に炭材を炉に残し、また
、スラグ中の粒鉄を少なくして出滓できる。

２基の溶融還元炉の操業サイクルは必ずしも一定の関係
に合せる必要はない。要は、それぞれの溶融還元炉で操
業条件を炉内の２次燃焼率、すなわち、（％Ｃ０２）　＋　（％ＣＯ）　＋　Ｃ％Ｈ２）　＋（
％Ｈ２Ｏ）の値がそれぞれ次のように異なる範囲の値に
設定されていることである。

溶融還元炉１では４０〜６８％溶融還元炉２では５〜３５％各炉の２次燃焼率は、ガス分析の結果に基づいて炉内の
平均ガス組成から算出し、その値に応じて、酸素ガスの
供給条件と炭材供給条件を調整して所定の値に合せるこ
とができる。すなわち、吹酸速度を大にする、上吹きラ
ンス５の高さを上げる、炭材供給速度を小さくする、炭
材の成分については揮発分含有量の低いものを選んで用
いるなどの方法によって２次燃焼率を高めることができ
、一方、その逆の操作によって２次燃焼率を低くするこ
とができる。

溶融還元炉２からの排出ガスは未燃のまま吸引されて、
除塵された後、ガスホルダー３に溜められ、必要に応じ
て燃料ガスとして利用される。

該炉２の２次燃焼率を５〜３５％の範囲とした理由は、
５％未満では排出ガス中にタール分が含まれるため長時
間の安定した操業が阻害されること、一方、３５％を越
えると燃料ガスとしての利用価値が低下するためである
。

一方、溶融還元炉１からの排出ガスは、高温のまま予備
処理炉４に供給される。

ここで、溶融還元炉１の２次燃焼率を４０〜６８％の範
囲とする理由は、４０％未満だと、この排出ガスを完全
燃焼させてその際の熱を利用しようとする原料予備処理
炉４において発生熱量が多くなり過ぎ、一方、６８％を
越えると溶融還元炉１の炉内温度が高くなり過ぎて耐火
物の損耗が急激に増加するので好ましくないからである
。

次に、原料予備処理炉４としては例えばロータリーキル
ンが用いられる。ロータリーキルンには鉄鉱石と一部の
石炭が添加され、そこに溶融還元炉１から供給される高
温ガスと、ロータリーキルン内で発生する還元性ガス（
石炭から発生する揮発分および鉄鉱石還元によって発生
するＣＯガスなど）とを完全燃焼させるための空気が供
給される。

ロータリーキルンのような原料予備処理炉４内で加熱さ
れた石炭と鉄鉱石の混合物は、先ず水分の除去が起こり
、ついで、石炭の乾留、並びにその時に発生した揮発分
と加熱された鉄鉱石との反応による酸化鉄の予備還元が
進行する。これらの反応はいずれも吸熱反応であるが、
その必要熱量は、溶融還元炉１から供給される排出ガス
の顕熱および未燃分の完全燃焼による発生熱、それにロ
ータリーキルン内で発生したガスの完全燃焼による発生
熱で補われる。このロータリーキルン内発生ガスからの
発生熱量は、使用する石炭の銘柄、特に揮発分含有量に
依存する。揮発分含有量が多く、もし、ロータリーキル
ン内での発生熱量が多くなり過ぎる場合には、予備処理
工程で使用する石炭を熱的に必要な量だけにして、残り
は溶融還元炉１に直接添加すればよい。

なお、予備処理炉４から排出されるガスの顕熱は、原料
の乾燥、予熱に用いられたり、あるいは熱回収されたり
して有効に使用可能である。

また、予備処理炉４から出てくる原料は予備還元された
鉱石と乾留された石炭の混合物であるが、これは２つの
溶融還元炉１及び２に供給される。

各熔融還元炉においては、前述の２次燃焼率の条件を満
足するように、まだ乾留していない石炭の添加条件並び
に吹酸条件を選定、調整することになる。

（実施例）第１図に示すような方式の設備、すなわち、内径４ｍ、
長さ１０５ｍのロータリーキルン１基と、内容積がそれ
ぞれ６０ｒｒｌの転炉型の熔融還元炉ゼ基を用いて以下
のような操業を行なった。。

まず、使用した原料の条件を第１表に示す。

Ｆ、Ｃは固定炭素（Ｆｉｘｅｄ　Ｃａｒｂｏｎ）　、Ｖ
Ｍは揮発分（Ｖｏｌａｔｉｌｅ　Ｍａｔｔｅｒ）、Ｂａ
ｌ　はＢａ１ａｎｃｅを意味する。

次に、予備処理炉４すなわちロータリーキルン、溶融還
元炉１、並びに溶融還元炉２の操業条件及び結果を、そ
れぞれ第２表、第３表、並びに第４表に示す。

第表第４表以上のような条件で本発明のプロセスによる溶融還元を
実施した結果、トータルシステムでの原単位は以下の通
りである。

石炭Ａ　　　　４８７　　ｋｇ／ｌ−メタル石炭Ｂ　　
　　１１６ｋｇ／ｌ−メタル石炭Ｃ８９ｋｇ／ｌ−メタ
ル酸　素　　　３５４　Ｎボ／ｌ−メタル従って、本発明
により溶融還元炉１で処理したときの石炭原単位は５７
６ｋｇ／ｌ−メタル、溶融還元炉２で処理したときの石
炭原単位は６０３ｋｇ／ｌ−メタルとなる。生成メタル
量で加重平均すれば、５８２ｋｇ／ｌ−メタルとなる。

一方、比較例として、次の二つの事例を検討した。

（１）排出ガスを全て未燃ガス（すなわち、燃料ガス）
として回収する場合：これは前記実施例で溶融還元炉２のみを使用するケース
に相当する。まず、原料条件は実施例と同様に第１表の
通りとした。ロータリーキルンの操業条件及び結果につ
いては、高温ガスによる「熱供給」を行なわず、「原料
供給」における１石炭Ａ」の供給速度のみを変化させ、
その他の因子の目標値を第２表の値に設定して予備処理
を実施したところ、「石炭Ａ」の供給速度が平均５６、
Ｏｔ／ｈのときに３％以内の誤差でその他の因子の目標
値を達成できた。また、溶融還元炉２の操業条件及び結
果は実施例と同じとし、第４表に示した値を採用した。

このときのトータルシステムとしての原単位は以下の通
りである。

石炭Ａ　　　　６２２　　ｋｇ／ｌ、−メタル石炭Ｂ　
　　　１１６ｋｇ／ｌ−メタル酸　素　　　３５４　　
Ｎｒ＋（／ｌ−メタル従って、この場合の石炭原単位は
７３８ｋｇ／ｌメタルとなり、実施例に比べて増加する
。

（２）排出ガスのエネルギーを全て予備処理炉に供給す
る熱に変換する場合：これは前記実施例で溶融還元炉１のみを使用するケース
に相当する。まず、原料条件は実施例と同様に第１表の
通りとした。このとき、ロータリーキルン並びに溶融還
元炉１の操業条件及び結果も同じとし、それぞれ第２表
並びに第３表に示した値を採用した。

このときのトータルシステムとしての原単位は以下の通
りとなる。

石炭Ａ　　　　４８７ｋｇ／ｌ−メタル石炭ＣＢ９ｋｇ
／ｌ−メタル酸　素　　３５４　　Ｎｒｒｒ／ｌ−メタル従って、こ
の場合の石炭原単位は５７６ｋｇ／ｌメタルとなり、実
施例に比べてわずかに減少する。

（発明の効果）本発明による溶融還元法の特徴は次の通りである。

（１）排出ガスを全て燃料ガスとして回収する場合に比
べて、銑鉄製造に対する石炭、酸素ガスの原単位が低い
。

（２）排出ガスのエネルギーを全て熱あるいは電力に変
換する場合に比べて、銑鉄製造に対する石炭、酸素ガス
の原単位増加分はわずかであり、一方、排出されるエネ
ルギーの半分近くを燃料ガスとして回収できる。

（３）２つの溶融還元炉の吹酸量、石炭装入条件などを
調整することによって、排出されるエネルギーの形態を
変えることができ、その時点で最も利用価値の高いもの
を得ることができる。

以上のように、本発明による方法は、各時点で排出され
るエネルギーの利用形態まで考えた場合に最も適切な形
態を選ぶことができるという特徴がある。

したがって、本発明は製鉄法における発生エネルギーを
理想的な形態にできるという点で工業的、経済的効果が
大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するのに用いる設備の一例を示す
説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】原料の予備処理炉と転炉型溶融還元炉の組み合わせから
なる設備を用い、鉄鉱石から溶融鉄合金を製造するに際
して、溶融還元炉は２基並列とし、一方は、２次燃焼率〔（％ＣＯ＿２）＋（％Ｈ＿２Ｏ）〕×１００％（％Ｃ
Ｏ＿２）＋（％ＣＯ）＋（％Ｈ＿２）＋（％Ｈ＿２Ｏ）
４０〜６８％の範囲で操業してその排出ガスを予備処理
炉に供給したのち、該炉内で完全燃焼させてその熱を利
用し、他方は、該２次燃焼率５〜３５％の範囲で操業し
てその排出ガスを未燃状態で回収することを特徴とする
溶融還元製鉄法。