JPH0480311A - 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】 ［産業上の利用分野］ 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、例えば
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としては、例えば、実公平１−
３６９（１３号公報に記載されているように傾動可能な
転炉型炉が一般的である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、転炉型の溶融還元炉については下記のよ
うな問題点があった。すなわち、（ａ）炉を傾動する際
、炉口と煙道を接続する炉口ヘッドを上昇させられるよ
うに、炉口ヘッドを遠隔操作で昇降可能な構造（例えば
、特開平ｌ−２５２８９１号）にする必要がある。この
ため、炉口ヘッドの構造が複雑になり、設備費が膨大な
うえに、故障しやすく、メンテナンスに手間がかかる。

（ｂ）溶融還元時に炉内では高温で還元力を有するＣｏ
（−酸化炭素）ガスが多量に発生するので、このガスが
炉の連結箇所から漏れ出すおそれがある。

とくに前記ガスは可燃成分を含み、空気中の酸素と接触
すると急激に燃焼するため、作業の安全性を欠く。

また溶融還元炉に共通の問題としては、（イ）高温のス
ラグにより、炉内壁の耐火レンガが極めて短い期間で消
耗するため、炉の寿命が短い。

（ロ）偶発的なスラグフォーミング、スロツピングガ発
生することがあり、その際に煙道等が塞がれる。

（ハ）投入原料の飛散とガス流による原料流出により、
煙道を含めた後流機器におけるダストの堆積や詰まりが
生じる。

この発明は上述の問題点を解決するためになされたもの
で、炉をソヤフト型にすることにより、その構造を簡素
化し、設備費の大幅な低減を図り、また炉内を大気圧以
上にして溶融還元反応を促進し、生産性を向上する溶融
還元炉を提供することを目的としている。

併せて、耐火物の損耗の低減化、溶融還元反応のスムー
ズな進行、炉内からのダスト流出の防止、フォーミング
スラグによるガス流路の詰まりの防止等、溶融還元プロ
セスの実用化における重要な課題を解決することができ
る、溶融還元炉として最適なプロフィルと構造も提供す
るものである。

［課題を解決するための手段］ 上記した目的を達成するために本発明の溶融還元炉は、
ａ）炉をシャフト型炉に形成し、ｂ）その炉頂の軸心部
に酸素吹き込み用ランスを気密状態で嵌挿するゝととも
に、Ｃ）炉頂周辺部に、炉内発生ガス出口および前記原
料の投入口をそれぞれ開設し、ｄ）炉底部に開閉可能な
出湯孔を設けている。

また請求項２記載のように、ｅ）前記炉のスラグライン
部に相当する内壁を、水冷ブロックで上向きに拡径した
コーン状に形成することが望ましい。

［作用］ 上記の構成を有する本発明の溶融還元炉によれば、炉頂
中心部から気密に嵌挿されるランスから高圧の酸素が吹
き込まれることにより、炉内の空間が、例えば煙道下流
に設けた圧力調整弁を調節することによって、大気圧以
上の高圧に保たれて溶融金属の還元が行われる。そして
、ランス先端部の酸素吹き込み口を、金属浴上方のスラ
グ浴内に保ち、ランス先端から金属浴面に向けて酸素を
吹き込むとともに、ランス先端近傍からスラブ浴中に酸
素を吹き込むことにより、鉱石の溶融還元反応とともに
、金属浴中の石炭のガス化などの反応が進行する。この
間、−酸化炭素（ＣＯ）を大量に含む高温ガスが金属浴
およびスラブ中から発生するが、このガスはスラグ浴中
に気泡状になって混入し、ランスからの酸素と接触して
スラグ浴中で所定の比率まで二次燃焼する。この燃焼ガ
スのバブリング作用により、スラグ浴中で循環流が生じ
、そこで熱交換および還元反応が推進されるとともに、
スラグ浴と金属浴の境界面を通じて熱交換および溶融還
元作用が進行する。このため、二次燃焼熱の大部分がス
ラグ内においてスラグ自体に直接輻射伝達されることに
なり、炉の内壁面へはガスの燃焼熱の一部しか伝わらず
、内壁面の溶損、侵食が抑えられる。

また、請求項２記載のように、炉のスラグライン部に相
当する内壁を水冷ブロックで上向きに拡径したコーン状
に形成することにより、そこでのスラグセルフライニン
グ作用とその固着安定性が保たれる。加えて、原料をそ
のコーン状のスラグライン部位に投入することにより、
その炉壁が原料によって保護されることになる。またコ
ーン状のスラグライン部により、溶銑量およびスラグ量
の変化に伴うスラグ高さの変動を小さくすることができ
、万一、スラグがフォーミングした場合にはスラグ面が
上昇するが、本プロフィルでは、上昇とともにスラグの
自由表面が広くなることから、上昇高さが抑えられ、炉
内からのスラグの濡出、スロッピング等がなくなる。

さらにスラグ面を広く取るとともにスラグ面上のフリー
ボードを広く且つ高く取ること、ならびに複数のガス排
出口を炉頂周辺に円周方向に等間隔に設けることにより
、炉内での発生ガスの流れが平均流速の低い且つ偏流の
ないガス流れとなり、ダストの飛散や流出が抑えられる
。

そして、本発明の溶融還元炉（請求項２を含む）によれ
ば、鉱石や石炭などの装入量および反応速度を出湯量に
対して平衡させ、断続的に出湯しながら、連続的に操業
することができる。

［実施例］ 以下、本発明の溶融還元炉の実施例を図面に基づいて説
明する。

第１図は溶融還元炉の実施例を示す断面図である。同図
に示すように、溶融還元炉ｌはシャフト型炉で形成され
ている。炉ｌの頂部の軸心位置にランス嵌挿口２が穿設
され、この嵌挿口２よりランス３が気密状態を保って炉
Ｉ内に挿入されている。なお、ランス３は、その先端（
酸素吹き込み口３ｂ）が炉ｌのほぼ中間位置（スラグ浴
）に保たれる。ランス３の軸心位置には、第２図のよう
に石炭の投入路３ａが設けられ、その周囲に酸素（鵠）
の吹き込み路３ｃが形成されている。これに対応してラ
ーンス３の先端面の細心位置に石炭投入口３ｂが、その
周囲に一次燃焼用酸素の吹き込み口３ｄが、この吹き込
み口３ｄのやや上方に二次燃焼用の酸素吹き込み口３ｅ
がそれぞれ設けられている。さらに前記石炭投入路３ａ
および酸素吹き込み路３ｃの周囲にそれぞれ水冷ジャラ
ケット３ｊが設けられ、ランス３全体が水冷構造になっ
ている。

炉１の頂端面の周囲には、炉！内での発生ガスのガス出
口４が複数個はど円周方向に等間隔に開設され、煙道５
が各ガス出口４に接続されている。

さらに炉ｌの頂端面の周囲には、原料投入口６が複数個
はど前記ガス出口４と重ならないように円周方向に等間
隔に開設され、原料投入用シュート７が各投入口６に接
続されている。

炉ｌの壁は、外側が鉄皮１ａで、鉄皮１ａの内側には、
そのスラブライン部を除いて耐火物１ｂがライニングさ
れている。また耐火物１ｂの補修のために、炉底部１ｃ
が炉本体から分離され、取り外せるようになっている。

炉底部１ｃには、金属浴Ａの撹拌用窒素ガス吹き込みの
ための羽口８が穿設されている。炉１の壁のスラグライ
ン部の内側には、第３図のように冷却ジャラケット９ａ
を内装した銅製の水冷ブロック９が、上向きに広がった
コーン状に配設されている。とくに、そのコーン状の傾
斜角度を凝固スラグの安息角以上に形成すること、なら
びに水冷ブロック９の内面を断面波状の凹凸面９ｂに形
成してスラグＢを付着し易くし、冷却・固化したスラグ
Ｂを凹凸面９ｂに常時付着させるようにすることで、実
質的に耐火壁が形成され、消耗のない炉内壁が達成され
る。

炉ｌの底部付近には出湯孔１０が穿設されている。

この出湯孔１０は、通常（出湯時以外）、旧来の高炉出
銑口と同様にマッドガンにより閉塞材（マッド）で閉塞
され、ホールオープナ−で開口することにより出湯でき
るようになっている。

第４図は、上記実施例に示した溶融還元炉ｌを備えた製
鉄用の溶融還元系統図である。同図に示す方式は、溶融
還元炉ｌと予備還元炉２０を用いて鉄鉱石を還元するも
のである。

溶融還元炉ｌは、上記したように鉄鉱石を溶融状態で還
元して銑鉄とするもので、後述の予備還元鉄がシュート
７および投入口６から炉ｌ内に装入される。なお、石炭
などの副原料はランス３の投入路３ａおよび投入口３ｂ
から炉ｌ内に装入することもできる。さらにランス３の
酸素吹き込み路３ｃおよび吹き込み口３ｄ、　３ｅより
、炉ｌ内のスラグ浴Ｂに高圧の酸素が吹き込まれること
、および可変ベンチュリー型スロート弁２６によりガス
流量を制御することにより、炉ｌ内の空間か大気圧以上
の高圧に保たれて鉄鉱石の溶融還元が行われる。そして
、還元反応に伴って鉄浴Ａおよびスラグ浴Ｂから発生す
る高温のガスは一酸化炭素を大量に含んでおり、［作用
］の項で記述したように、このガスがスラグ浴Ｂ中に気
泡状になって混入し、ランス３からの酸素と接触してス
ラグ浴Ｂ中で二次燃焼する。二次燃焼によるガスのバブ
リング作用により、スラグ浴Ｂ中で循環流が生じ、その
燃焼熱がスラグ浴Ｂと鉄浴Ａの境界面を通じて鉄浴Ａお
よび鉄浴Ａ中の石炭などに効果的に伝達され、溶融還元
に供される。一方、還元力を有するガスが二次燃焼後の
ガスと共に煙道５を通って予備還元炉２０の下方へ導入
される。　予備還元炉２０も溶融還元炉ｌと同様にシャ
フト型炉からなる。溶融還元炉１が上記したとおり溶融
状態で鉄鉱石を還元するのに対し、予備還元炉２０は鉄
鉱石を固体状態で予備還元して予備還元鉄を得るもので
ある。

予備還元炉２０は本実施例では流動層式で、分散板２（
ｌａ上に鉄鉱石が装入され、その下方より前記溶融還元
炉ｌからのガスが導入されることにより、鉄鉱石が流動
化してガスと接触し、予備還元される。予備還元鉄は予
備還元炉２０の下方から排出され、上記したようにシュ
ート７を介して溶融還元炉ｌ内に装入される。さらに予
備還元炉２０からのガスは、鉄鉱石の予備還元に用いら
れた後のもので、発生当初に比べてＣＯ比率および温度
が低下しているものの、かなりの顕熱および化学的エネ
ルギーを保有し、駆動源および燃料として再利用可能で
ある。そこで、煙道２１により集塵機２２へ導いてダス
トを除去した後、バルブ２４を介して発電用タービン２
３に導入してから、あるいは直接にガスホルダー２５に
貯留して排ガスを回収するようにしている。

上記溶融還元炉１においては、出湯孔ｌＯを適宜開口し
て断続的に出湯させ、且つ予備還元鉄や石炭などを装入
することにより、連続的に操業することができる。

ところで、本発明の溶融還元炉は上記した製鉄用の溶融
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。

［発明の効果］ 本発明の溶融還元炉によれば、次のような効果がもたら
される。

（１）シャフト型炉に形成したので、炉と煙道を接続す
る炉口ヘッドを省いたり、従来の転炉型炉に用いられて
いた炉口ヘッドに比べてその構造を簡素化でき、設備費
の大幅な低減が図れる。また例えば高圧酸素を吹き込ん
で炉内を高圧下雰囲気にすることにより、溶融還元反応
速度が増大するので生産性が向上し、また高圧下でガス
を移送することによりガスの容量を低減できるので、予
備還元炉を含む予備還元システム全体の小型化が図れる
。

（２）炉内への酸素の吹き込みをランスを用いて行うよ
うにしたので、金属浴面への一次燃焼用酸素の吹き付け
およびスラグ浴中への二次燃焼用酸素の吹き込みが確実
にできるようになる。このため金属浴からの発生ガスを
特にスラグ浴中で二次燃焼させることにより、ガスの二
次燃焼率か大巾にアップし且つ金属浴への伝熱効率も高
まり、溶融還元反応が一層促進される。またガスの二次
燃焼熱（特に輻射熱）が、スラグ浴を介在するため炉壁
には直接伝達されないので、炉壁（耐火物）の侵食が抑
制される。

（３）さらに実施例のように、複数個のガス出口を炉頂
の周辺に等間隔に設けることにより、炉内のガス偏流が
なくなり、またフリーボードを十分に広く且つ高く取る
ことにより、ガス流速が低く抑えられる。この結果、ス
ラグの飛散、フォーミングやスロッピングによる濡出な
らびに投入原料の飛散がなくなり、煙道を含む下流機器
のダスト詰まりやダスト固着といった問題を解消するこ
とができる。

（４）請求項２記載の溶融還元炉によれば、スラグライ
ン部の内面が上向きに広いコーン状の水冷ブロックで構
成され、冷却されたスラグが水冷ブロックに付着して内
壁面が形成されるので、耐火物壁に比べて寿命が長く、
またその水冷ブロック部位に低温の原料を投入すること
により、その効果をより一層倍増させ、炉全体の寿命を
大巾に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の溶融還元炉の実施例を示す断面図、第
２図は第１図におけるランスの先端部分を拡大した断面
斜視図、第３図は第１図における水冷ブロックの一部を
拡大した断面図、第４図は第４図は本発明の溶融還元炉
を備えた製鉄用の溶融還元系統図である。 ト・・溶融還元炉、２・・・ランス、３・・・ランス嵌
挿口、４・・・ガス出口、５・・・煙道、６・・・原料
投入口、７・・・原料投入用シュート、９・・・水冷ブ
ロック、１０・・・出湯孔、２０・・・予備還元炉、Ａ
・・・鉄浴（金属浴）、Ｂ・・・スラグ浴。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炉内の溶融金属浴上面又はその上のスラグ中に、主
   原料としての鉱石、還元剤としての石炭、コークスなど
   、造滓剤としての石灰などの原料を装入し、スラグ中に
   酸素を吹き込んで大気圧以上の圧力下で鉱石を還元させ
   るための溶融還元炉であって、 前記炉をシャフト型炉に形成し、 その炉頂の軸心部に酸素吹き込み用ランスを気密状態で
   嵌挿するとともに、 炉頂周辺部に、炉内発生ガス出口および前記原料の投入
   口をそれぞれ開設し、 炉底部に開閉可能な出湯孔を設けたことを特徴とする溶
   融還元炉。 ２、前記炉のスラグライン部に相当する内壁を、水冷ブ
   ロックで上向きに拡径したコーン状に形成した請求項１
   記載の溶融還元炉。