JPH0480313A - 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） この発明は筒型炉を用い、メクラ１．プと鉄鉱石を鉄源
として銑鉄を製造する方法において、送風停止時期およ
び次回装入コークス量を制御して温度および成分の安定
した溶銑を経済的に、かつ安定して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
応しる柔軟性に乏しい。

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て用いる新しい製銑方法を
発明し先に特許出願を行った（特開平１−２９０７１１
号）。

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
底に溶銑とスラグ８を排出する出銑口５を備えている。

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＋１／２０ｚ→ＣＯ＋２９．４００ｋｃａｌ／ｋｍｏ
ｌ−Ｃ＝ｉ＋）上記（１）式で発生した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溶融に
利用される。

ＣＯ＋１／２０！→ＣＯ＊＋６７．５９０ｋｃａｌ／に
＋ｍｏｌ−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）弐により反応してすみやかに還元さ
れる。

ＦｅｚＯ３＋　３　Ｃ→２　Ｆｅ　＋　３　Ｃ０１０８
，０９０ｋｃａｌ／ｋｍｏｌ−Ｆｅｒｎｓ　　−（３１
上記（３）弐の反応のとき、近くに００２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）弐および（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料効率が達成
される。

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
ら熱効率よく溶銑を製造することができる。通常、この
溶銑製造方法の操業では、送風停止時期あるいは次回装
入コークス量の制御を測深器による炉内充填層高の測定
によって行う。

そのため、溶解完了の判定が遅れたり適正量のコークス
が装入されないような事態が時として発生する。

実際の操業に際してはスクラップと鉄鉱石の鉄換算装入
量の比率（以下、ＳＲ比率という）、溶解中あるいは各
チャージ毎の吹き込み支燃性ガス量および燃料量、ある
いは装入コークス量等の操業条件を変更する場合もあり
、溶解過程における炉内生成溶銑量（溶銑生産量）およ
び炉内ヘッドコークス消費量の時系列変化を適確に把握
して溶解完了と同時に送風を停止すると共に、炉内ヘッ
ドコークス高さおよび炉熱を予知して炉況および溶銑温
度、成分の安定化を図るため、次チャージで装入するコ
ークス量を制御することが重要な課匙となっている。

特開平１−１９５２３２号公報には、含鉄冷材の溶解完
了時期検知方法が開示されている。この方法では、転炉
の炉体振動の低周波成分振動力と全周波成分振動力を測
定し、これらの両振動力の比を演算し、その比が予め設
定した値となった時点をもって溶解が完了したと判定す
る。この方法の実施には、測定センサを焼付帯設備に直
接設置するのが必要であるが、炉本体および炉内のセン
シティブ振動数、周波数を正確に測定できる測定センサ
設定位置を選択するのは容品でないと思われる。

また、この方法では種湯の存在する転炉内に装入した含
鉄冷材の溶解前後における炉内溶融鉄液面の全体の揺れ
が判定法のキーポイントになっている。しかしながら、
本出願人らが先に提案した溶銑の製造方法では、炉底に
ヘッドコークス充填層が存在し、その充填層に連続して
蓄銑されるので充填層のない炉内溶銑の液面全体の揺れ
にもとづく判定法の適用は困難である。

また、従来の高炉法における炉熱低下予測方法の一例と
して、特開昭６３−２９７５１７号公報に開示されてい
る方法がある。この方法では、高炉の炉内壁温度差の測
定、炉頂ガスの分析によるソリューションロス炭素量お
よびＮ濃度の測定値を併用し、それぞれを時々刻々変化
する設定値と比較することにより高炉炉温低下を正確に
測定して高炉の炉熱低下を予測している。この特開昭６
３−２９７５１７号公報の炉熱低下予測方法は、炉熱低
の判定基準が複雑な点を除けば炉熱低下の防止法として
は有用であるが、炉内消費コークス全量（ソリューショ
ンロス量、燃焼消費コークス量、浸炭コークス量を加算
したもの）を直接求めるものではないので、コークス使
用量を制御して、その低減を図るところまでは至ってい
ない。

（発明が解決しようとする課題） この発明は筒型炉を用い、スクラップおよび鉄鉱石を鉄
源として溶銑を製造する方法における前記の問題を解決
することを目的としてなされたものであり、送風停止時
期および次回装入コークス量を制御することにより温度
および成分が安定した溶銑を良好な炉況下で経済的に製
造する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） 本発明者らは上述した筒型炉の実操業において、（ａ）
装入鉄源の溶解完了と同時に送風を停止すると無駄な送
風を防止できるので支燃性ガス、燃料およびコークスの
消費蓋を低減できること、（ｂ）溶解開始時の炉内へン
ドコークス量がチャージ毎に一定となるようにコークス
装入量を制御すると炉熱の低下を防止できるので炉況と
溶銑温度および成分が安定化し、コークスの消費量を低
減できることを知った。そこで、上記の送風停止の時期
およびコークス装入量を最も適切に決定するための具体
的な方法を検討し、下記の本発明を完成した。

本発明の要旨は「前述の筒型炉を用いる溶銑の製造方法
において、■操業中、所定タイミング毎に炉内の物質精
算と熱精算を行って時系列に炉内溶銑生産量および炉内
ベットコークス消費量を算出すること、■その算出値か
ら溶解完了時期および炉内ヘッドコークスの過不足量を
予測すること、およびその予測に基づいて送風停止時期
および次回装入コークス量を制御することを特徴とする
溶銑の製造方法」にある。

なお、本発明方法において、使用する鉱石は通常の鉄鉱
−石のほかに、ｎｎ、Ｃｒ、　Ｍｏ、　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綱スクラップの
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０□
含有ガスである。一次羽口からは支燃性ガスとともに粉
炭燃料および／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。

（作用） 第２図は、本発明方法の要点を示すブロック図、第３回
は、本発明方法の実施に用いる筒型炉溶解装置およびそ
れに付帯する各種計測機器の一例を示す概略図である。

以下、これらの図を用いて本発明方法を具体的に説明す
る。

本発明方法では、物質精算と熱精算を行うのであるが、
そのためにには、第２図に示すように、装入物情報、送
風情報、廃ガス情報および炉体放熱情報を求める必要が
ある。これらの情報は、第３図に示す各種の付帯設備を
使用して集められる。

■装入物情報： 装入物情報としては、鉱石、コークスおよび副原料の装
入量は秤量ビン１８で、スクラップ量は秤量器１９でそ
れぞれ計測され、装入の都度データサンプリングされる
。鉱石、コークスおよび副原料は装入へルトコンヘヤ−
１Ｏを経て原料装入口９から炉内に装入され、スクラッ
プはフード１２を開放してシュー目１を用いて炉内に装
入される。

■送風情報： 送風情報は、一次羽口３では一次支燃性ガス流量計と圧
力計２０および固体燃料秤量ビン２２で、二次羽口４で
は二次支燃性ガス流量計と圧力計２１で計測されてデー
タサンプリングされる。

■廃ガス情報： 筒型炉１の開口部２はツー１′１２によって大気と遮断
され、操業中の廃ガスは廃ガス上昇管１３、廃ガス下降
管１４、一次集塵器１５、二次集塵器１６および排風機
１７を経て大気中に排風される。廃ガス情報は、廃ガス
温度計２３、廃ガス圧力計２４、廃ガス流量計２５およ
び廃ガス分析計２６で計測され、データサンプリングさ
れる。廃ガス成分はＣ０１ＣＯ□、０２．１１□および
Ｎ２が分析される。

■炉体放熱情報 炉体成敗熱情報は、筒型炉１の炉体耐火物中に分散埋設
した耐火物温度計２７を用いて、炉体耐火物の各位置の
耐火物温度を測定して求める。

上記の■〜■の情報は、操業中、通常約ｌＯ間隔で操業
開始から終了まで連続して収集する。

溶銑秤量器２８および溶銑温度計２９は、出銑量および
溶銑温度を実測する場合に使用され、例えば、試験のた
めに計算予測値と実測値とを対比する場合などに、溶銑
成分とともに出銑の都度データサンプリングされる。

測深器３０は、装入物充填層高さを計測するもので、本
発明方法を実施しない場合は操業中に層高を計測するこ
とにより、原料装入量の制御を行うのであるが、本発明
方法では補助的使用にとどまる。

上記のようにして収集された情報から、物質精算と熱精
算を実施し、送風停止時期および次回装入コークス量を
制御する方法を説明する。

上述の操業計測データは所定タイミング毎にデータサン
プリングされ、データ処理後、時系列データファイルが
作成される０作成された時系列データファイルを電子計
算機に内蔵された物質収支モデルにインプットし、逐次
物質精算を行い、支燃性ガスによる燃焼で消費されるコ
ークス量と燃料量および排ガス成分別流量から筒型炉内
における各種反応、すなわち、前述の（１）、（２）、
（３）残反応および下記（４）式に示すソリューション
ロス反応などの反応量を逐次正確に定量化する。

Ｃ十ＣＯ，→２ＣＯ−３８２００ｋｃａｌ／ｋＩＩｏｔ
　・Ｃ＝・（４）炉内各種反応の反応量に基づく反応熱
、炉耐火物の放散熱および廃ガス持ち去り顕熱等の筒型
炉の入熱と出熱を熱収支モデルを用いて計算し、入熱と
出熱の差から溶銑生成熱量が逐次算出されるので炉内生
成溶銑量および溶鉄中への滲炭で消費されるコークス量
を時系列に算出することができモデルにより計算された
炉内溶銑生産量は、逐次所定タイミング毎にＣＲＴ画面
に実測出銑量と共に表示される。このように操業中オン
ラインで時系列に炉内生成溶銑量が算出表示されるので
、ＳＲ比率、溶解中、あるいは各チャージ毎の吹き込み
ガス量および燃料量、装入コークス量等の操業条件が変
化しても正確に炉内溶銑生産量を予測することができる
。また、溶解完了時期が予測されるので送風停止時期を
制御できる。その結果、溶解末期に無駄な送風を回避で
きるので支燃性ガス燃料およびコークスの使用量を低減
することができる。

また、モデルにより計算された燃焼、ソリューソヨンロ
スおよび溶鉄への滲炭に消費された炉内消費コークス全
量をチャージ毎に求め、現チャージ装入コークス量との
差分から、炉内ヘッドコークスの過不足量を予測し、次
回装入コークス量を制御して炉熱コントロールを行う。

これらの予測値および制御値は順次ＣＲＴ画面に実測出
銑温度等と共に表示される。このように操業中、オンラ
インでヘッドコークスの過不足量を正確に予測し、次回
装入コークス量を制御するとチャージ毎の炉内へンドコ
ークス量が一定に保持されるので炉熱の低下を未然に防
止でき、炉況および溶銑温度、成分が安定しコークス消
費量の低減を図ることができる。

つぎに、本発明方法による炉内生成溶銑量の予測精度に
ついて説明する。

第４図は、本発明方法で算出されるチャージ毎の最終の
溶銑生産量と、実測出銑量を対比して示す図である。

図に示すように本発明方法による計算値と実測値はよく
一致しており、その誤差は平均で３％と小さい。この結
果から、本発明方法によれば溶解判定が十分可能である
ことが明らかである。

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１．２） 使用した装置は前述の第３図に示すような装置であり、
筒型炉の短寸法は直径１．５ｍ、炉底から炉口までの高
さ３．６ｍ、内容積６ｍ’である。これに一次羽口は炉
底から０．８ｍの高さに、二次羽口は炉底から１．２ｍ
の高さにそれぞれ側壁に９０１ｉ間隔で４本づつ、計８
本設置した。炉壁下部には出銑口が設けられている。

原料には、−辺がほぼ０．４５ｍの角棒で嵩比重３゜ト
、／ｍ３のスクラップ（鉄純度９９％）と第１表に示す
化学組成を有する鉄鉱石を使用し、燃料には第２表番こ
示すコークスと微わ）炭を用いた。

第１表　　（重量％） 第 表 （重量％） 操業条件としては、一次羽口を含むレベルまでコークス
を装入し、その上に１回当たりの溶銑量が８ト、となる
ようにスクラップ及び鉄鉱石（ＳＲ比率１００％あるい
は７５％）を装入した。そして一次羽口から１１００Ｏ
Ｎ’ノｈの酸素と１，４００ｋｇ／ｈの微粉炭を吹き込
み、二次羽口からそれぞれ酸素を６０ＯＮｍ３／ｈを吹
き込んだ。

第３表の実施例１および実施例２はＳＲ比率がそれぞれ
１００％および７５％の鉄源配合の場合の操業例で、炉
内生成溶銑量を時系列に予測して操業を行った。

第３表の比較例１および比較例２は溶解中、炉内充填層
高を測深器で測定し、その時系列推移から溶解判定を行
ったＳＲ比率がそれぞれ１００％および７５％の操業例
である。

操業の結果を第３表に示す。第３表から明らかなように
、燃料使用量（コークス使用量＋微粉炭使用量）は実施
例Ｉは比較例１に比べ３６ｋｇ／ｌ（ン容銑ｌ）、当た
り３６ｋｇ）、実施例２は比較例２に比べ２９ｋｇ八低
減へている。酸素使用量も実施例が比較例より１６〜２
６Ｎａ＋３／Ｌ少ない。溶解時間も】１〜１９％短縮さ
れているが出銑量の差はなく、本発明の溶解完了予測が
適正であったことは明らかである。

■ （泌下今台） （実施例３） 実施例３では、本発明方法を用いてベッドコークス過不
足量を予測して、次回装入コークス量を制御して操業を
行った。

実施例３の基本条件は、実施例１または２と同じである
。ヘッドコークス過不足量は初期ヘッドコークス高さ（
量）と下記の（５）八番こよって算出されるベッドコー
クスの増減量とを対比して行う。

ベッドコークスの増減量＝ 〔コークス装入ｉ１／チャージ〕−〔消費コークス量／
ｆｗ−ン〕　　　　　　　　　　・　・　・　・　・　
・　・　・　・　（５）ナオ、（５）式の〔消費コーク
ス量／チャージ〕には溶銑浸炭量を含む。

比較例３として、実施例３と同し基本条件で、溶解中、
炉内充填層高を測深器で測定し、その時系列推移に応じ
てあらがしめ設定されたコークス量／チャージに次回装
入コークス蓋を調整する操業も行った。

第５図はチャージ毎のコークス使用量、溶銑温度および
溶銑中ＣｆＡ度を実施例と比較例を対比して示す圓であ
る。

図に示すように、実施例３では溶銑温度が１４５０°Ｃ
近拐、溶銑中ＣＣ）濃度が平均値４．５重量％近傍にほ
ぼ一定に保たれ、比較例３に比べて溶銑温度および成分
が安定化した。また、チャージ毎のコークス使用量の平
均値も実施例３では１３６ｋｇ／ト＞と比較例３の１５
０ｋｇ／ト＞よりも１４ｋｇ／トＪ低減できた。

（発明の効果） 本発明の溶銑製造方法は、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
できる方法である。しかも操業条件の変更に対応して炉
内溶銑生産量を時系列に算出できるので、送風停止時期
を的確に予測でき、生産性の向上と支燃性ガス、燃ｔ４
およびコークス使用量を低下させ製造コストを削減する
ことができる。

また、炉内ヘッドコークス過不足量を予測することがで
きのるで、次回装入コークス量の制御が可能となり炉熱
低下の未然防止、炉況と溶銑温度、成分の安定化および
コークス使用量の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１回は、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図は、本発明の詳細
な説明するブロック回、第３図は、本発明方法の実施に
用いる筒型炉熔解装置およびこれに付帯する各種計測機
器の一例を示す概略断面図、 第４図は、本発明方法で算出されるチャージ毎の溶銑住
産量（計算値）と、実測出銑量を対比して示す図、 第５図は、チャージ毎のコークス使用量、溶銑温度およ
び溶銑中ＣｆＡ度を実施例と比較例を対比して示す図、
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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
   な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において、操業
   中、所定タイミング毎に炉内の物質精算と熱精算を行っ
   て時系列に溶銑生産量および炉内ベッドコークス消費量
   を算出し、その算出値から溶解完了時期および炉内ベッ
   ドコークスの過不足量を予測することにより送風停止時
   期および次回装入コークス量を制御することを特徴とす
   る溶銑の製造方法。