JPH04136111A - 溶融還元製鉄法 - 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１石炭を原燃料および還元剤として粉粒状の鉄
鉱石を溶融還元する製鉄法に関する。

（従来の技術］ 溶銑を収容した製錬炉内に固形の炭材（石炭）と鉄鉱石
フラックスを供給すると共に酸化性ガスを供給して鉄鉱
石を溶融還元する溶融還元法が周知であるが、かような
溶融還元炉への炭材の供給方式としては９例えば特開昭
６２−２０５２０６号公報や特開昭６１−６４８０７号
公報に提案されているように炉の上部から投入する方式
と１例えば特開昭６２−６０８０６号公報や特開昭５９
−２２２５０８号公報に提案されているように炉底から
吹き込む方式が知られている。

前者の炉上部から石炭を投入する方式では投入設備は簡
略なものにすることができる反面９石炭が炉内を落下す
る過程で熱分解するので２次燃焼率を高くすることがで
きず、その結果として石炭の原単位を低減できないとい
った問題があった。

このため９例えば特開昭６１−６４８０７号公報では予
め石炭と鉄鉱石を予ｆｌｊＭ元炉に装入し、この予備還
元炉で石炭を熱分解してチャーを得ると共に予備還元鉱
石を得、これらに更に石炭を混合してブリケットとし、
これを溶融還元炉に投入する方法が提案されている。

一方、後者の石炭を炉底から吹き込む方法では２次燃焼
率を向上でき、しかも石炭中の全炭素量を有効に還元や
浸炭に供することができるので石炭原単位を低減できる
という有利な面がある。しかしながら、鉄鉱石を溶融還
元する場合の石炭原単位は６００〜１０００ｋｇ／Ｔと
もなるので、その全量を炉底から吹き込もうとすると配
管や吹き込み羽口の摩耗が避けられず、長期間の操業を
安定して行うには難点も多い。したがって、前者の炭材
を炉上より投入する方式の方がより実用的である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

炭材を炉上より投入する方式において、前記の特開昭６
１−６４８０７号公報のように一部の石炭をチャー化す
ればその分だけ２次燃焼率は向上できるが。

原料石灰中の全炭素を還元や浸炭に利用することができ
ないという問題がある。すなわち、予備還元炉内で石炭
を熱分解する時に揮発分が放出されると、その揮発分中
の炭素はｃｏ、ｃｏ、となって炉外へ排出されるので原
料石炭中の全炭素量を有効に還元や浸炭に供することは
できず、使用する石炭の揮発分が多いほど石炭原単位を
増大しなければならないという問題が残されている。

この問題の一層の改善を目的として、先に同一発明者お
よび出願人による特願平２−１３０１６８号において１
石炭を溶融還元炉に供給する前に熱分解して、チャー、
タールおよびガスを回収し、それらの実質上全てを経路
を分けて溶融還元炉に供給すること、並びにこの熱分解
用の熱源には、炉廃ガスを用いて加熱された鉄鉱石やフ
ラックスの顕熱を利用すること、を要旨とする発明を提
案した。

これによれば炉廃ガスからの熱回収を図りながら原料石
炭中の全炭素を還元や浸炭に利用できる。

本発明は、この特願平２−１３０１６８号に提案の溶融
還元製鉄法を応用したうえで、さらに製錬炉耐火物保護
を図ることを目的としたものである。すなわち、特願平
２−１３０１６８号の方法を含めて溶融還元法は一般に
２ＣＯ＋Ｏ！→２ＣＯ１の２次燃焼率が高くなるので、
燃料原単位を低減できる利点があるがその反面、２次燃
焼碩域（スラグ浴面の直上の領域）はきわめて高温にな
るために同領域付近での炉内耐火物の熔…が著しく、こ
のために耐火物コストが高くなり、この点で溶融還元製
鉄法のコスト競争力は高炉法に比べて必ずしも有利とは
ならないという問題があった。

〔問題点を解決する手段〕

本発明によれば、溶銑を収容した製錬炉内に炉上より鉄
鉱石とフラックスおよび石炭を投入すると共に炉内に酸
化性ガスを供給して該鉄鉱石を溶融還元する溶融還元製
鉄法において、この溶融還元処理中に発生する高温廃ガ
スと鉄鉱石（場合によってはさらにはフラックス）とを
製錬炉外で接触させて鉄鉱石を加熱し、この高温の鉄鉱
石（さらにはフラックス）を炉外容器に装入すると共に
この炉外容器に石炭も装入し、この炉外容器内において
該鉄鉱石（更にはフラックス）の顕熱を利用して石炭を
熱分解し、熱分解後の固形物全体を該製錬炉に炉上より
投入し、他方、熱分解で生成したガスの一部または全部
を、該製錬炉の側壁に設けた複数本のノズルから、スラ
グ浴レベル若しくはスラグ浴面上部の高温領域に吹き込
むことを特徴とする溶融還元製鉄法を提供する。

〔作用〕

石炭を熱分解して得た炭化水素類含有ガスは。

炉内の高温領域に吹き込まれると吸熱作用を奏する。す
なわち、このガスを高温領域に吹き込むと炭・化水素類
が熱分解し、さらにこの分解によって生じたＣと燃焼ガ
ス中のＣＯｌが反応してＣＯを生成するが、これは１熱
反応である。本発明はこの吸熱作用を利用して高温領域
の炉壁耐大物の表面温度を低下させる点に特徴がある。

この吸熱反応を高温領域の炉壁近傍で有利に進行させる
には石炭の該熱分解ガスを製錬炉の側壁に設けた多数の
ノズルからスラグ浴レベル若しくはスラグ浴面上部の高
温領域に吹き込むことが有利となる。

なお、先の特願平２−１３０１６８号の方法では３石炭
の熱分解ガス中に含まれる炭素源を鉄鉱石の還元に有効
利用するものであり、このためには該分解ガスをメタル
浴に吹き込むことが有利となる０本発明法では石炭の熱
分解ガス中の炭素源を鉄鉱石の還元に利用するよりは、
耐火物の溶損防止に利用した方がむしろ経済効果が高く
なるという新たな観点に立脚したものである。

［発明の詳述］ 第１図は１本発明法を実施するに好適なプロセスフロー
を示したものである。同図に基づき本発明法の内容を詳
述する。

１は溶融還元炉であり、製錬中の炉内には溶銑２と溶融
スラグ３が存在している。４と５は側壁のノズル、６は
酸化性ガス（酸素ガス）供給用のランスである。炉上の
投入ロアからは固形の鉄鉱石、炭材およびフラックスが
投入され、製錬廃ガスは排気ダクト８を経て排出される
。装入原料である鉄鉱石、フラックス（石灰石のほか、
ドロマイト等の副原料）および石炭はそれぞれ鉄鉱石ホ
ッパー９．フラックスホッパー１０および石炭ホンパー
１１から所定量切り出される。

かような溶融還元設備において９本発明では鉱石予熱段
ＵｔＪ　１２ａ、　１２ｂ、　１２ｃに鉄鉱石を供給す
る。鉄鉱石だけをこの予熱設備１２に供給してもよいが
。

フラックスも併せて供給することができる。以下この例
で説明する。予熱設備１２はサスペンションプレヒータ
１３を使用しており、製錬炉の廃ガスをこのサスペンシ
ョンプレヒータ１３に供給しながらこれに粉粒状の鉄鉱
石とフラックスを投入することにより、廃ガスで粉粒状
物が加熱される。図示の例では３段のカスケード方式を
採用しており下段はど高温の廃ガスと接触することにな
る。この予熱設備は粉粒体を高温ガスと固気接触させる
ものであれば１本例のものに限らず１例えば流動層方式
や噴流層タイプのものも使用できる。このような予熱設
備を通過した鉄鉱石とフラックスは所定の配合のまま高
温を維持した状態で、耐火断熱材を内張すした鉱石用高
温ホッパー１４に−たん蓄えられる。高温ホッパー１４
に蓄えられる材料は５００　’Ｃ以上の温度となるよう
に管理する。しかし１２００°Ｃを越える温度では鉱石
が焼結してハンドリングができなくなるので５００〜１
２００°Ｃの範囲とするのがよい。

一方１石炭ホッパー１１の原料石炭は１石炭乾燥設（Ｒ
１’５を経て耐火断熱材を内張すした二次石炭ホッパー
１６に−たん蓄えられる。石炭乾燥設備１５は石炭を１
００〜３５０°Ｃに予熱するものであり。

この予熱の熱源には前記の鉱石予熱設備１２を通過した
後の廃ガスを利用することができるが、直接的に廃ガス
と石炭とを接触させると１石炭の一部が高温に加熱され
て石炭から揮発分が放出されることもあるので、この加
熱には間接加熱を用いるのがよい。具体的には、熱媒体
を廃ガス通路と石炭乾燥設備１５との間にｖ８環させる
方式が便宜である。熱媒体としては窒素ガスや水蒸気を
用いることができる。この石炭の予熱の熱源として鉱石
予熱段（１１１２を通過した後の廃ガスでは熱量が不足
する場合には、溶融還元炉ｌを出たままの高温の廃ガス
の熱の一部を利用することもできる。し）ずれにしても
この石炭乾燥膜０ｉ１５では１００〜３５０°Ｃの温度
範囲に石炭を予熱するように制御することが肝要である
。１００°Ｃ未満では石炭に付着する水分が十分に除去
できないし、３５０°Ｃを越える温度になると石炭から
揮発分が放出されるからである。

以上のようにして、鉱石用高温ホ・ンパー１４には５０
０〜１２００°Ｃの粉粒状鉄鉱石と、場合によってはさ
らにフラックスが、また二次石炭水・ンノザー１６には
１００〜３５０°Ｃの石炭が−たん蓄えらる。そして９
両ホッパー１４と１６から、溶融還元炉ｌへの配合割合
に見合う配分で両材料をその温度を維持したまま切出し
て炉外容器！７に装入し、ここで所定の時間保持する。

この炉外容器１７は、耐火断熱材寧４で内張すされた閉
鎖容器であり、ここで両材料が所定の時間保持される間
に１石炭は高温の粉粒状鉄鉱石・フラックスの顕熱によ
って４００°Ｃ以上に加熱され熱分解が進行する。この
石炭の熱分解によって力゛ス状物が発生し、固形物は揮
発分の少な（、ｓチャーに変性する０発生するガス状物
はＣＨａ　、Ｈを等のガス分とタール分を含んでおり、
これらは、炉外容器１７のガス取出口１８からダクト１
９を経てタール除去装置２０およびガス精製設備２１に
送られる。この石炭の熱分解が実質上完了したら、炉外
容器１７内の固形物すなわち鉄鉱石・フラ・ンクス・チ
ャーの混合物は溶融還元炉ｌに連続的あるいは間歇的に
投入される。

一方、炉外容器１７から排出するガス状物はタール除去
装置２０内で冷却され、ガスとタールが分離される。そ
のさいガス中の石炭中の結晶水に由来する水蒸気も凝集
して安水２２を生成するが、この安水２２とタール２３
を分動採取し、タール２３だけを溶融還元炉１に供給す
る。このタールは溶融還元プロセスや他のプロセスで発
生したダスト等の微粉とタールを混練したうえ、その混
練物を投入ロアから炉内に投入することができる。

タール分と安水を分離したあとのガス分は、ガス精製設
備２１でＨ，Ｓ等の有害物質が除去された後、溶融還元
炉の側壁に設けたノズル４および／または５からスラグ
浴レベル若しくはスラグ浴面上部の高４に領域に吹き込
まれる。ノズル４はスラグ４の浴レベルに設けられ、ノ
ズル５はスラグ浴面より僅かに高い位置に設けられてい
る。いずれも炉の周壁を巡るように多数本がほぼ等間隔
で配置されている。

第２図と第３回は、炉壁耐人物付近の現象を対照例と本
発明例とを比較して示したものである。

溶融還元炉内では、スラグ浴内で生成したＣＯガスが酸
素と反応して２次燃焼反応が進行するがその反応により
生成するガスの温度はきわめて高くなる。この高温ガス
の顕熱は主にスラグ浴へ移動して、溶融還元反応に必要
な熱量を賄うが。

部は耐火物へ与えられる。このため、第２図に図解的に
示すように耐火物の表面温度が上昇し、耐火物の溶損が
進行する。一方９本発明法に従って石炭の熱分解ガスを
炉壁から吹き込むと、第３図に図解的に示したように、
該ガス中の炭化水素等が熱分解し、さらに、その分解に
より生じたＣと燃焼ガス中のＣＯ□が高温傾城の炉壁近
傍で反応する。この反応は吸熱反応であるから炉壁付近
のガス温度は第２図に比べて低い値となる。その結果、
耐火物の表面温度は低減でき、ｔ８ｔＭを抑制できる。

なお、天然ガスや石油ガスを同様に炉壁から吹き込んで
も同様な効果が期待できるが、この場合には同ガスの価
格が高いため溶銑の製造コストは高いものとなる。微粉
炭を同様に吹き込んでも耐火物の溶を員は軽減できるが
、この場合には未反応のチャーが炉外へ排出されるため
石炭の歩留りは低下し石炭原単位は増大する。

〔実施例〕

第１図に示したものと実質的に同しフローのプロセスを
用いて石炭を熱分解しながら鉄鉱石を溶融還元した。第
１表に使用した石炭の工業分析値を示した。溶融還元炉
は７Ｔ試験転炉を改造した鉄浴炉である。同炉の耐火物
はマグクロレンガであり、その初期厚さは５００■であ
った。炉内高さは５ｍであるが、炉底から１．２ｍの位
置に石炭の熱分解ガス吹き込み用ノズルを合計１６本設
けた。

第１表　石炭の工業分析（ａ　（％） 第２表 溶融還元時の操業諸元 第２表に１本発明法を適用して溶融還元を行った場合の
操業諸元と操業結果を示した。同表には本発明法を利用
せず９石炭を直接溶融還元炉に投入して溶融還元した比
較例も併せて示した。いずれの操業も３日間連続で行い
、その後、耐火物の熔装置を調査した。

第２表の結果に示されるように１本発明法を実施した場
合には比較例に比べて２次燃焼率がやや高いにもかかわ
らず、耐火物のｔ８　ｔＭ速度は低い値に抑えることが
できた。また１本発明法では２次燃焼率がやや高いため
、その分２石炭原単位や酸素原単位は比較例のそれより
低減できた。

〔効果〕

本発明によれば１石炭を用いて鉄鉱石を溶融還元する製
鉄法において１石炭の熱分解ガスを利用して炉壁耐火物
の溶損速度を低い値に抑えることができる。そして、廃
ガスの高温の熱を鉄鉱石の加熱に利用したうえ、この鉄
鉱石が有する顕熱を石炭の熱分解に利用するので、熱分
解温度の制御が容易であり、操作も簡単である。したが
って石炭を用いる溶融還元製鉄法において２石炭の完全
利用と廃熱の回収を図りなから炉壁耐大物の溶損を防止
できるという実用上極めて優れた効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図は５本発明法を実施する設備の機器配置系統図、
第２図は石炭を直接炉内に投入する場合の炉内状況と温
度分布を図解的に示した図、第３図は本発明法に従う場
合の炉内状況と温度分布を図解的に示した図である。 １・・溶融還元炉、　　　　２・・メタル浴。 ３・・スラグ浴、４．５・・側壁ノズル。 ６・・ランス、　　　　　７ ８・・排気ダクト、　　　９・ １０・・フランクス　（石灰石。 ツバ−，１１・ ］２・・鉱石予熱設備、　　１４・ １５・・石炭乾燥設備、１６・ １７・・熱分解用の炉外容器 ２０・・タール分離装置、２１・ ・固形材料投入口 ・鉄鉱石ホッパー ドロマイト等）のホ ・石炭ホッパー ・鉱石用高温ホッパー ・石炭二次ホンパー ・ガス精製装置。 第２図 第３図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶銑を収容した製錬炉内に炉上より鉄鉱石とフラ
   ックスおよび石炭を投入すると共に炉内に酸化性ガスを
   供給して該鉄鉱石を溶融還元する溶融還元製鉄法におい
   て、この溶融還元処理中に発生する高温廃ガスと鉄鉱石
   とを製錬炉外で接触させて鉄鉱石を加熱し、この高温の
   鉄鉱石を炉外容器に装入すると共にこの炉外容器に石炭
   も装入し、この炉外容器内において該鉄鉱石の顕熱を利
   用して石炭を熱分解し、熱分解後の固形物全体を該製錬
   炉に炉上より投入し、他方、熱分解で生成したガスの一
   部または全部を、該製錬炉の側壁に設けた複数本のノズ
   ルから、スラグ浴レベル若しくはスラグ浴面上部の高温
   領域に吹き込むことを特徴とする溶融還元製鉄法。
2. （２）溶銑を収容した製錬炉内に炉上より鉄鉱石とフラ
   ックスおよび石炭を投入すると共に炉内に酸化性ガスを
   供給して該鉄鉱石を溶融還元する溶融還元製鉄法におい
   て、この溶融還元処理中に発生する高温廃ガスと鉄鉱石
   およびフラックスとを製錬炉外で接触させて鉄鉱石を加
   熱し、この高温の鉄鉱石およびフラックスを炉外容器に
   装入すると共にこの炉外容器に石炭も装入し、この炉外
   容器内において該鉄鉱石およびフラックスの顕熱を利用
   して石炭を熱分解し、熱分解後の固形物全体を該製錬炉
   に炉上より投入し、他方、熱分解で生成したガスの一部
   または全部を、該製錬炉の側壁に設けた複数本のノズル
   から、スラグ浴レベル若しくはスラグ浴面上部の高温領
   域に吹き込むことを特徴とする溶融還元製鉄法。
3. （３）該ノズルは、精錬炉の側壁にほぼ等間隔で８本以
   上配置される請求項１または２に記載の溶融還元製鉄法
   。
4. （４）熱分解で生成したガスは、タール分を除去したあ
   と融体中に吹き込まれる請求項１、２または３に記載の
   溶融還元製鉄法。
5. （５）石炭は、炉廃ガスの保有熱によって３５０℃以下
   の温度に予熱されてから該炉外容器に装入される請求項
   １、２、３または４に記載の溶融還元製鉄法。