JPH0480312A - 溶銑の製造方法 - 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、製鋼用転炉に頻する比較的簡単な筒型炉を
用い、スクラップと鉄鉱石を鉄源としコークスを主な燃
料源として銑鉄を製造する方法であって、燃焼効率を高
めエネルギー消費を少なくし、しかも安定した炉熱で溶
銑を製造する方法に関する。

（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、再起動が簡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
石とスクラップとを鉄源とし安価なコークスを燃料源と
して用いる新しい製銑方法を発明した（特開平１−２９
０７１１号公報参照）。

上記の銑鉄製造方法では第１図に示すような転炉型式の
筒型炉１を用いる。この筒型炉ｌは開示のように、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
底に溶銑とスラグを排出する出銑口５を備えている。

上記筒型炉１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６−１と
鉄鉱石６−２の充填層６を形成させる。

そして下部のコークス層７に一次羽口３から支燃性ガス
と必要に応じて燃料を吹き込んで下記（１）式の反応を
生じさせ、その反応熱によってコークス層７を高温に保
つ。

Ｃ＋１／２０．−５ＣＯ＋２９，４００ｋｃａｌ／ｋｍ
ｏｌ・ｃ　　　−（１）上記（１）弐で発生したＣＯは
、スクラップと鉄鉱石の充填層６で二次羽口４から吹き
こまれる支燃性ガスと下記（２）弐の反応（二次燃焼）
を起こす、その反応熱はスクラップと鉄鉱石の加熱およ
び熔融に利用される。

Ｃ＋１／２０ｚ−ＣＯｚ＋６７．５９０ｋｃａｌ／ｋｍ
ｏｌ−Ｃｏ・・・（２１この反応で溶融した鉄鉱石（溶
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。

ＦｅｚＯ５＋　３　Ｃ→２Ｆｅ＋　３ＣＯ−１０８，０
９０ｋｃａｌ／ｋｍｏｌ−Ｐｅ！ｏｓ　　−（３）上記
（３）式の反応のとき、近くにＣＯ□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層６内で二次燃焼するために、それ
らの加熱と溶融に有効に利用されて高い燃焼効率が達成
される。

上記製造方法においては、通常の鉄鉱石の外に、ＭｎＸ
Ｃｒ、Ｎｏ、　Ｎ＋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酸素
（０８）含有ガスである。一次羽口からは支燃性ガスと
ともに粉体燃料および／あるいは炭化水素系の助燃用燃
料を吹き込むこともできる。

一次羽口は、炉底または炉壁の最下部にある場合には、
後述する脱硫剤の吹き込みにも兼用することができるが
、炉底に脱硫剤吹き込み用の羽目を別途設けてもよい。

脱硫剤はＣａＯを主成分とする粉体である。ＣａＯの外
に、ＣａＣＯ５、ＣａＦ、、或いはさらに金属Ａｌを混
合した粉体であってもよい。

脱硫剤は不活性ガス、例えば、窒素、アルゴン等をキャ
リアーガスとして溶銑中に吹き込む。

操業形態は、バッチ方式でも実施できるが、次回以降の
原料を順次装入し、所定量の溶銑が炉内に蓄銑した後、
バッチ方式で出銑を行う半連続操業とするのが望ましい
９半連続的に銑鉄を製造する場合は、第２図に示すよう
に、最初に装入、加熱されて軟化、半溶融状態になった
スクラップおよび鉄鉱石の充填層６の上方に、次回以降
の溶解用のコークス充填Ｊｉ７’とスクラップおよび鉄
鉱石を主体とする充填層６°とを交互に形成させて操業
を行えばよい。

製造された溶銑とスラグ８は、炉底部の出銑口５から間
歇的に取り出す。出銑口とは別に、排滓口を出銑口より
上部に設けてもよい。

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
ら熱効率よく溶銑を製造することができるのであるが、
実際の操業に際しては二次羽目前に次回以降溶解用のコ
ークス充填層と、スクラップと鉄鉱石の充填層とが交互
に降下してくるので、さらに熱効率を高めるには、原料
種別に応じて二次支燃性ガスの吹き込みを制御すること
が重要である。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の課題は、筒型炉を用いてスクラップと鉄鉱石か
ら溶銑を製造する前記の方法において、充填層内二次燃
焼率を向上させるとともにカーボンソリューションロス
反応を抑制することにより炉熱を低下させることなく、
燃料および支燃性ガスの原単位を低減して高い熱効率で
銑鉄を製造することにあり、その具体的な目的は、二次
羽口から吹き込まれる支燃性ガスの流量と、必要に応じ
てその酸素濃度を二次羽口前の原料層の種別に応じて制
御しながら、支燃性ガスを吹き込んで溶銑を製造する方
法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは上述した筒型炉の操業を詳細に調査し、前
記課題の解決策を検討した。その結果、（ａ）　　筒型
炉の操業中、二次羽口前にスクラップと鉄鉱石の充填層
が存在するときは、二次羽口から吹き込まれる支燃性ガ
ス流量を設定値まで増加することにより、二次燃焼率を
高めることができる。

（ｂ）　　二次羽口前にコークス充填層が存在するとき
は、二次火炎温度が１０００〜１４００℃の範囲内とな
るよう、支燃性ガス流量を設定値より減少させるととも
に必要に応じて支燃性ガスの酸素濃度を調整して火炎温
度を調節することによりソリューションロス反応を起こ
させずにコークスを予熱することができる。

（Ｃ）その結果、低い燃料および支燃性ガス原単位で炉
熱を安定化し、高い生産性で溶銑を製造できる。

等の知見が得られた。

本発明は上記の知見に基づいてなされたものであり、そ
の要旨は「筒型炉を用いて、スクラップと鉄鉱石から溶
銑を製造する前述の方法であって、操業中に二次羽口前
の充填層の原料種別を判別し、二次羽口前の充填層がス
クラップと鉄鉱石のときは二次羽口から吹き込む支燃性
ガス流量を設定値まで増加させ、コークスのときは二次
羽口から吹き込む支燃性ガス流量を設定値以下とし、必
要に応して支燃性ガスの酸素濃度を調節することにより
二次燃焼火炎温度を１０００℃−１４００’ｃの温度範
囲内に制御することを特徴とする溶銑の製造方法」にあ
る。

本発明方法の実施の際は、電子計算機によるオンライン
制御で二次支燃性ガス流量およびその酸素濃度を調節す
るのが望ましい。

二次支燃性ガス流量の設定値は、一次支燃性ガス流量お
よびスクラップと鉄鉱石の配合比によって異なる。そこ
で予めバッチ操業を実施して物質精算、熱精算を行い、
排ガス熱損失および炉体放散熱損失が少なく、しかも生
産性が高く、燃料比が低くなる二次支燃性ガスの適正流
量を求めて設定値とすればよい０例えば、鉄損Ｋｍ石配
合率２５％、一次支燃性ガス流量１，００ＯＮｍ３／ｈ
の場合、前述した第１図の筒型炉の操業では二次支燃性
ガス流量の適正値は６０ＯＮ＋ａ”／ｈであるから、こ
れを設定値とすればよい。

（作用） 以下、本発明方法について詳しく説明する。

まず、本発明の操業中における二次羽口前の充填層の原
料種別を判別する方法について説明する。

前述した第１図の炉内装入状態では一次羽口支燃性ガス
による燃焼、鉄鉱石の還元反応および溶鉄中への滲炭に
よってコークスが消費されることによるコークス充填層
７の体積減少およびスクラップと鉄鉱石が溶解すること
によるスクラップ、鉄鉱石充填層６の体積減少を補填す
るようにして炉内装入物の荷下りが進行する。

操業開始を背後の炉底からのスクラップ、鉄鉱石充填Ｎ
６の層頂レベルｈｔは、例えば、サランデインブロンド
のような測高器によって実測することができる。また、
層頂レベルの荷下り速度は操業開始後２分間隔で層頂レ
ベルを測高し、２分間の層頂レベルの変化量から算出す
ることができる。荷下り速度は時間経過とともに変化す
るのでｔ分後の実測値から算出された荷下り速度Ｖｔを
用いて、下記（４）式によりスクラップ、鉄鉱石充填層
６の層頂レベルが二次羽口前に到達する時刻（Ｌ＋Δ１
＋）分を予測することができる。

ｈ’ｔ　　　ｈｚ ｔ十Δ１＋　＝１＋　　　　　　　　　・・・（４）ｔ ただし、ｈ、は炉底からの二次羽口レベル高さを示す。

前記第２図に示すように（を十△１＋）背後以降、二次
羽口前にはコークス充填層が存在することになる。

コークス充填層７゛の上方に装入されたスクラップ、鉄
鉱石充填層６°は、第２図に示した装入状態では予熱の
みで溶解することはないので充填層高さがほぼ一定で降
下する。このため、スクランプと鉄鉱石充填層レベルの
測高値から算出される荷下り速度Ｖ、はコークス充填層
７”の層頂レベルの荷下り速度と一敗している。装入時
の炉底がらのコークス層頂レベル高さをり、とすると、
下記（５）式によりコークス充填層７゛の層頂レベルが
二次羽口前に到達する時刻（ｔ＋△ｔ１＋△１１）分を
予測することが可能となり、この時刻以降は二次羽目前
にはスクラップ、 鉄鉱石充填層が存在すること になる。

を十△ｔ１＋Δ１．＝ Ｖ。

上述のごとく、各原料の充填層レベル位置、荷下り速度
を測高器を用いて計測することにより、二次羽口前の充
填層の原料種別を判別することができる。

なお、本発明を実施する場合の層頂レベルの計測は、操
業中、炉内の装入物が炉の円周方向、半径方向で不均一
な荷下りを生ずることもあるので、炉体を左右交互に反
復傾動する等の方法で層頂を平坦にした後、実施するの
が望ましい。

次に、本発明方法の二次羽口前原料種別に応した二次支
燃性ガス流量および酸素濃度の制御方法について説明す
る。第３図は、この制御方法を要約して示す図である。

■、二次羽口前の充填層がスクラップと鉄鉱石の場合： 本発明の溶銑製造法の基本原理に基づき、一次羽口から
吹き込まれる支燃性ガスでコークスが燃焼し前記（１）
式に従って生成するＣＯと、装入鉱石がコークスで還元
され前記（３）式に従って生成するＣＯとを二次羽口か
ら支燃性ガスを適正量吹き込んで前記（２）式により効
率よく二次燃焼させればよい。

第４図に一次羽ロ０２流量１，００ＯＮｍｆｆ／ｈ、鉱
石使用比率（鉄換算）２５％のバッチ操業における二次
羽口０．流量と、溶解所要時間および燃料原単位との関
係を示す０図示のとおり、溶解所要時間は二次羽口０□
流量の増加と共に短くなるが、約６０ＯＮｍ”／ｈ以上
では排ガス持ち去り顕熱、炉体放散熱等の熱損失が急増
し、熔解時間短縮の程度は低下する。

一方、燃料原単位は二次羽口０□流量約６０ＯＮｍ３／
ｈで最小値を示す、この結果から、上記の操業条件では
二次羽口０２流量の適正値は６００８ｍ３／ｈとなる。

前述したように、二次羽口前にスクラップと鉱石が存在
するときの二次羽口支燃性ガス流量の適正値は一次羽ロ
支燃性ガス流量および鉱石使用比率（鉄換算）によって
異なるので予めバッチ操業を行ってその物質精算、熱精
算からこの適正値を求めておくのがよい。

従って、二次羽口前の充填層がスクラップと鉄鉱石の場
合は、上述の適正値を設定値として二次支燃性ガス流量
を設定価まで増加する制御を行えばよい。

■、二次羽ロ前の充填層がコークスの場合：コークス充
填層が二次羽口前に降下した直後は、熔解中のスクラン
プと鉄鉱石が二次羽口レベル直下に残存しているので、
前述した設定値以下の流量の支燃性ガスを二次羽口から
吹き込むことにより残存スクラップと鉄鉱石の溶解とコ
ークスの予熱を促進することができる。二次羽口前に降
下したコークス充填層の温度は、二次羽口レベルの上方
に取り付けた熱電対で測定し、その温度の高低に応じて
支燃性ガス流量を制御し、コークス充填層を１０００℃
程度まで予熱する。

さらに荷下りが進行し、二次燃焼がコークス充填層内だ
けで起こり、コークス温度が１０００℃以上になると、
二次燃焼で生成したＣＯｔがコークスと反応して下記（
６）式に示すソリューションロス反応（吸熱反応）が生
じ、その反応速度はコークス温度が１１．００℃以上で
急上昇する。

Ｃ＋ＣＯｚ→２　Ｃ０−３８，２００ｋｃａｌ／ｋｍｏ
ｌ　　　・・（６）従って、コークス温度が１０００〜
１１００℃以上になると二次燃焼率が低下して炉熱が低
下し、コークスを無駄に消費することになるので操業上
好ましくない。

一方、本発明者の試験結果によれば、二次羽口に取り付
けた輻射温度計で測定した二次火炎温度（以下、Ｔ、と
記す）を１４００’Ｃ＞　Ｔ　、　＞　１０００℃の範
囲内に調節すれば、コークス充填Ｎ温度を１０００〜１
１００″Ｃの範囲内に安定して保持でき、その結果、ソ
リューションロス反応を抑制して効率よくコークスを予
熱できる。

さらに、二次支燃性ガス流量および濃度を下記（７）式
に示す理論燃焼温度（以下、Ｔ、と記す）を用いて１６
００℃≧Ｔ、≧１２００℃となるように制御することに
より、１４００℃≧Ｔ２≧１０００℃とすることができ
た。なお、二次支燃性ガスの酸素濃度は不活性ガス、例
えば、Ｎ、を添加して調節するのであるが、不活性ガス
を多量に使用すると製造コストに影響するだけでなく、
排ガスを燃料として使用する場合、発熱量を低下させる
。このため、コークス温度の高低に応じて定められる１
４００−１０００℃範囲内の所定Ｔ、値が得られる二次
支燃性ガス流量を（７）式を用いて算出し、まず、流量
をその算出値まで低減させて操業し、実測二次火炎温度
Ｔつを所定Ｔｔ値に制御する比較的小さい温度制御量に
対しては、（７）式から算出される流量の不活性ガスを
添加して支燃性ガスの酸素濃度を調節して対応するのが
望ましい。

ただし、ＡＳＢ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、ＨおよびＰは、
送酸量（Ｎｍ３／ｈ）、不活性ガス量（Ｎｍ３／ｈ）、
初助燃料料（ｋｇ／ｈ）および各々の温度によって定ま
る定数であり、ｔｃはコークス温度（℃）である。

上述のごとく、二次羽口前の充填層がコークスの場合は
、二次支燃性ガス流量を設定値以下とし、必要に応じて
支燃性ガスの酸素濃度を調節して二次燃焼火炎温度を１
０００〜１４００℃の温度範囲内に制御することにより
、コークス温度は１０００〜１１００℃の温度範囲内に
安定化し、ソリューションロス反応を抑制して効率的に
コークスを予熱できる。

以下、実施例によって本発明の効果を具体的に説明する
。

（実施例） 使用した炉は、前記第１図に示した形式の筒型炉で、直
径１．５−１炉底から炉口までの高さが３．６＋ａ。

内容積６．０ｍ’であり、炉底から１．４ｍ＋上部の炉
壁に９０度間隔で４本の一次羽口と炉底から２．０ｍ上
部の炉壁に９０度間隔で４本の二次羽口を設けた。また
、炉底中央部に出銑口を設けた。

鉄源は、最大寸法４００ｍｍ、嵩比重３５００ｋｇ／ｍ
’のスクラップ（鉄純度９９％）と、第１表に示す組成
の粒径１０〜２５ｖａの塊鉱石を使用した。燃料は、第
２表に示す組成で粒径３０〜５０ｆｉ＋ｍのコークスお
よび粒度２００メツシユ以下の微粉炭を用いた。

第 表 （重量％） 第 表 （重量％） この実施例では上記の設備、鉄源および燃料を使用し、
連続的に１チヤージ８トンの溶銑を製造する操業を行っ
た。まず、前記第１図に示す原料装入を行って立上り操
業を行い、溶解が進行して各充填層が陸上したところで
次回溶解用のコークス層と鉱石およびスクラップ層を順
次装入して原料を予熱し、所定量を蓄銑した後出銑して
いく定常操業に入った。

この定常操業において、一次羽口から１０００８ｍ’／
ｈの酸素と１４００ｋｇ／ｈの微粉炭を吹き込み、二次
羽目から吹き込む酸素流量は二次羽口前がスクラップと
鉱石層の時は６０ＯＮｍ３／ｈの設定値、コークスの時
は１００〜６０ＯＮｍ３／ｈの範囲で本発明方法に従っ
て流量および酸素濃度を制御しながら操業を行った。

比較例は、二次羽口から６０ＯＮｍ”／ｈの酸素を流量
および酸素濃度を制御することなく吹き込んだ以外は実
施例と同じ条件で操業した例である。

第５図は、実施例の二次支燃性ガス制御０の状況を示す
図である０図示のように、二次羽口前の充填層がスクラ
ップと鉄鉱石の場合は、二次０．流量を設定値まで高め
ることにより、二次燃焼率は適正値まで高められる。二
次羽口前の充填層がコークスの場合は、二次Ｏ１流量お
よびｏｚｅ４度を調節することにより、二次燃焼火炎温
度は１０００〜１４００℃の範囲に制御され、その結果
、次回溶解用のコークス温度は１０００〜１１００℃の
範囲に制御されておりカーボンンリューシゴン反応を抑
制しながら効率よくコークスが予熱された。

第３表に実施例および比較例の操業成績を示す。

第３表から明らかなように、実施例のコークス使用量は
１０１０２（／ｌ−溶銑）と、比較例の１３３（ｋｇ／
ｌ・溶銑）に比べ３Ｈｋｇ／ｌ−溶銑）低減され、燃料
使用量合計でみると実施例が２３０（ｋｇ／ｌ−溶銑）
、比較例が２７２（ｋｇ／ｌ・溶銑）で４２（ｋｇ／ｌ
−溶銑）も低減された。

酸素使用量も実施例が比較例に比べて３０（Ｎ＋ｎ３／
ｌ・溶銑）も少なく、また二次燃焼率は実施例が４３％
と比較例の３５％に比べ８％も向上した。

溶銑温度も１５００”Ｃと、比較例の１４５０℃に対し
て５０℃も高く、炉熱の安定化も達成されている。

（以下、余白） 第 表 ９二次酸素濃度制御用 （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富んだ製銑を行うことがで
きる。しかも、二次羽口前の原料種別に応じて二次燃焼
率を極めて効率よく制御することができる。その結果、
炉熱の低下が抑制され、操業が安定し生産性も向上する
。さらに、燃料および支燃性ガスの使用量の低減により
大きい経済効果かえられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の溶銑製造方法に使用する筒型炉とそ
の原料装入状態を説明する図、第２図は、本発明の溶銑
製造方法において、連続溶解操業の場合の原料装入状態
を説明する図、第３図は、本発明方法の二次支燃性ガス
制御フローの概要を示す図、 第４図は、バッチ操業における二次羽口酸素流量と溶解
所要時間および燃料原単位との関係の一例を示す図、 第５図は、本発明方法の実施例における燃性ガス制御の
状況を示す図、である。 次支

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）上部に炉内ガスの排出と原料装入用の開口部を、
   炉底部および／または下部側壁に一次羽口、その上部側
   壁に二次羽口を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
   の上に二次羽口を含むレベルまでスクラップと鉄鉱石と
   から成る充填層を形成させた後、一次羽口および二次羽
   口から支燃性ガスを吹き込む溶銑の製造方法であって、
   操業中、二次羽口前の充填層の原料種別を判別し、二次
   羽口前の充填層がスクラップと鉄鉱石のときは二次羽口
   から吹き込む支燃性ガス流量を設定値まで増加させ、コ
   ークスのときは二次羽口から吹き込む支燃性ガス流量を
   設定値以下とすることにより二次燃焼火炎温度を１００
   ０℃〜１４００℃の温度範囲内に制御することを特徴と
   する溶銑の製造方法。
2. （２）二次羽口前の充填層がコークスのとき、二次羽口
   から吹き込む支燃性ガスの流量とともにその酸素濃度を
   調整することによって二次燃焼火炎温度を１０００℃〜
   １４００℃の温度範囲内に制御することを特徴とする請
   求項（１）の溶銑の製造方法。