JPH05271736A - 粉状金属酸化物の溶融製錬方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】炉内に炭素系固体還元剤の充填層を形成すると
ともに胴壁下部の上下２段の羽口２、３から反応性ガス
の吹込みを行い、上段羽口２から粉粒状金属酸化物を吹
込み、金属酸化物を溶融還元する竪型炉１において、金
属酸化物の溶解、還元を効率よく行い、生産性を向上
し、大幅な省エネルギー化を可能にする。 【構成】上段羽口２と下段羽口３の間の炉壁に上下方向
に複数個の温度計１３を配設して温度を測定し、この温
度に基づいて、制御器１５は上下段羽口２、３での反応
性ガス管路の調整弁１０と１１を調整し上、下段羽口へ
供給するガス量の分配を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭素系固体還元剤の充
填層を用いる竪型炉における粉状金属酸化物の溶融製錬
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、金属酸化物を含有する鉱石資源は
塊状のものが減少し、粉粒状のものが増加する傾向にあ
る。このような粉粒状鉱石は、多くの場合、塊成化して
通常の塊状鉱石と同様に溶解炉で製錬されている。これ
らの溶解炉として電気炉、転炉あるいはその他の溶解炉
が使用されている。さらにまた前記塊成化された鉱石を
予備還元した後に上記各種の溶解炉で溶融還元して、電
力消費ならびにエネルギーコストの低減を図る場合もあ
る。しかしながら、電気炉以外の転炉、その他の溶解炉
を用いて難溶解性、難還元性の鉱石、例えばクロム鉱石
の予備還元鉱を溶融還元することは操業が非常に困難で
あるという欠点があり、一方、塊成鉱を予備還元した
後、電気炉で溶融還元する方法は製造方法としてはもっ
とも安定した操業方法であり、従来、例えばクロム粉状
鉱石をペレットとなし、ロータリーキルン中で予備還元
した予備還元ペレットをサブマージアーク式電気炉中で
溶融還元してフェロクロムの生産が行われている。

【０００３】しかしながら、粉粒状鉱石、製鉄ダスト
（転炉ダスト、スラジ、圧延スラジ等）の粉粒状金属酸
化物を塊成化処理するにはその処理コストが多大であ
り、また塊成化金属酸化物を予備還元したとしても、電
気炉中において溶融還元するための電力エネルギーはな
お多大であり、塊成化処理コストならびに電力消費コス
ト上から経済性が圧迫されるという欠点があった。

【０００４】また、製造コストの低減、中でも電力エネ
ルギー使用を脱却することを目的として、粉状金属酸化
物を直接使用して各種溶融金属を製造する方法が開発さ
れ、予備還元炉と炭素系固体還元剤充填層が形成された
溶融還元炉とを使用する溶融還元方法が特公昭５９−１
８４５２号公報に提案されている。また上段羽口から粉
粒状金属酸化物を吹込んだ場合、炉内での反応メカニズ
ムは図２に示すようになっている。図２は竪型炉１の上
段羽口２、下段羽口３の近傍の炉内の状況を説明する炉
の模式的部分断面図である。炉内は〇印で描かれたコー
クスの充填層となっている。上段羽口２に粉粒体供給ラ
ンス６から粉粒体金属酸化物が供給され、羽口１から吹
込まれる還元用熱風と共に炉内に吹込まれる。△印は未
だ固体のＦｅ₂ Ｏ₃ を示し、□印は熱解離を起こしてい
るＦｅ₃ Ｏ₄を示している。これらは羽口前の高温のレ
ースウェイ中に吹込まれ、溶融して×印の溶融ＦｅＯと
なっており、さらに還元されて●印で示されるＦｅ（溶
融状態）となり、コークス層間を滴下している。

【０００５】２段羽口方式の溶融還元は、レースウエイ
横断面を端面とする上下羽口間の円柱領域で行われる。
羽口から吹込まれた粉粒体金属酸化物粒子は、飛翔中に
溶解し、コークス表面に付着する。レースウエイ近傍の
コークスは融体を保持しながら旋回しており、吹込まれ
た粉粒体金属酸化物を融体に同化していく。上段羽口の
レースウエイから融体がコークス表面と接触しながら滴
下するにつれて還元が進む。この間、融体とコークスの
温度は低下し、ホールドアップ気味になるが、下段羽口
レースウエイ領域に近付くと共に下段羽口でのコークス
燃焼による熱により再び融体の温度は上昇し、溶融還元
が完了し炉床に滴下する。

【０００６】上記方式によると、粉粒体金属酸化物を上
段羽口レースウェイで溶解及び一部還元するための上段
羽口ガスの最低必要入熱量と上下段羽口間でメタルが完
全に還元し、再加熱されて流動性がよくなるための下段
羽口からの最低必要入熱量のバランスがある。従って、
設備上可能な送風量（反応性ガスの吹込量）を上下段羽
口に適切な分配を行うことにより最大限の生産量が得ら
れる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来粉粒体金
属酸化物の特性（金属酸化物中の被還元酸素量）によっ
てどのような上下段羽口での反応性ガス量の分配が適切
か判明しておらず、設備能力を最大限に利用することが
できず生産性に関連する損失を招いていた。また、上記
問題点における解決技術については、未だに抜本的解決
策のないのが実情である。

【０００８】本発明はこのような問題を解決することを
目的とするもので、金属酸化物の溶融還元に必要な反応
性ガス量の上下段羽口への分配に着目し、これが最も適
切になるように調整しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、炭素系固体還
元剤の充填層を竪型炉内で不断に形成する一方、該竪型
炉の胴壁下部で上下２段に亘り配設したそれぞれ複数の
羽口群を通して加熱下の反応性ガスの吹込みを行い、上
段羽口を通して粉粒状金属酸化物を吹込み、ガス気流に
帯同させて炉内に導入し、金属酸化物を溶解還元する方
法において、上下段羽口間の炉壁に温度計を配設して温
度を測定し、もしくは上下段羽口間の炉壁冷却装置の排
水温度を測定し、その測定された温度に対応して各羽口
に設置してある反応性ガス調整弁を調整し、上段羽口と
下段羽口の反応性ガス量の分配を調整することにより、
前記問題を一挙に解決したものである。

【００１０】

【作用】通常、金属酸化物及び予備還元された金属酸化
物は多種類の形で酸素と結合している。したがって供給
する反応性ガスに対し、金属酸化物中の被還元酸素の量
で製錬できる金属酸化物の量が異なってくる。つまり、
被還元酸素量が少ない方が製錬できる量は多い。被還元
酸素量が少ないと上段羽口での還元に吸収される熱量が
少なく、滴下していく未還元融体温度は高くなる。すな
わち、上下段羽口間の未還元融体温度と被還元酸素量の
関係は逆比例している。また、未還元融体の炭素による
還元速度はある雰囲気温度以下になると大きく低下し、
還元がほぼ停滞状態に至る。そのことから、被還元酸素
量が少ないほど未還元融体の還元が上下段羽口間で還元
停滞する傾向が少なくなるため、下段羽口からの最低必
要入熱量を低下することができる。そのことから、被還
元酸素量が少ない金属酸化物を使用する程、上限羽口へ
の送風量の割合を増加することができ、金属酸化物の吹
込量も上下段羽口管での未還元融体温度の余裕分と上下
羽口の送風量を増加量に比例して増やすことができ、生
産量を増加することができる。

【００１１】上下段羽口間での未還元融体温度は上下段
羽口間の炉壁温度または、上下段羽口間の炉壁冷却装置
の排水温度から推定することができ、反応性ガス量の適
切な分配を求めることができ、従って、最大可能金属酸
化物吹込み量の領域で操業をすることができる。

【００１２】

【実施例】

実施例−１ 図１は本発明方法の実施に用いる装置の構成を示したも
のである。コークス等の炭素系固体還元剤を充填した竪
型溶融還元炉１は上段羽口２、下段羽口３を備え、反応
性ガスとしての熱風及び粉粒体金属酸化物と塩基度調整
用のフラックスを炉内に吹込み、羽口前のレースウェイ
で溶融、還元し、炉底の出銑口８から出銑する。排ガス
は炉上部の排ガス排出口から排出される。

【００１３】粉粒体金属酸化物ホッパ４からロータリー
フィーダ５によって抜出された粉粒体金属酸化物（フラ
ックスも含む）は、粉粒体金属酸化物吹込ランス６によ
って炉内に吹込まれる。一方、反応性ガスの送風は送風
機１６で行われ上段羽口２と下段羽口３経由で炉内に吹
込まれる。そこで、上下段羽口間に上下方向に複数個配
設されている温度計１３による炉内温度を演算器１４に
入力し、事前にセットされている炉内温度と送風分配及
び最大可能粉体吹込量の関係から、上段バタフライバル
ブ１０、下段バタフライバルブ１１の開度及び粉体吹込
量を推定し、制御器１５を介してバタフライバルブ１
０、１１の開度及びロータリーフィーダ５の回転数の調
整を行う。これにより上下段羽口２、３での反応性ガス
量の分配を調整し、粉粒金属酸化物の溶解・還元をより
効率よく行うことができる。

【００１４】炉内容積３０ｍ³ の炉で、従来方法（操業
者による判断）と本発明法の比較を行った。その結果、
本発明法では従来法に対し約１０％増産できた。 ａ）粉粒状酸化物成分（ｗｔ％） ──────────────────────────────────── Ｔ．Ｆｅ メタリックＦｅ ＦｅＯ ６０．０〜６８．５ ０．０〜１０．５ ７．３０〜２５．０ ──────────────────────────────────── ＳｉＯ₂ Ａｌ₂ Ｏ₃ ４．０〜４．６０ ０．１５〜０．１９ ──────────────────────────────────── ｂ）送風条件 送風量：１８８０Ｎｍ³ ／ｈ 富化Ｏ₂ ：１００Ｎｍ³ ／ｈ 送風温度：７００℃ ｃ）炉壁温度下限値 炉壁の熱伝達条件等から、今回使用した炉の上下段羽口
間の炉壁温度と炉内での上下段羽口間における温度の関
係を図３に示す。図４に示す溶融還元の反応速度依存性
から、良好な製錬をするためには炉内での上下段羽口間
での温度が最低１５５０℃必要であることを求めた。そ
のことから、配設した温度計の最小温度に対し、図３の
関係より炉壁温度の下限値を９５０℃、上限値を９７０
℃と設定し、炉壁の最小温度が設定値の上限値に達した
とき及び下限値に達したとき、上下段羽口の風量分配比
及び粉粒体吹込量を変更するようにセッティングした。
操業変更として、炉壁温度±２０℃の変動に対し、 上段羽口の風量分配比を±０．０５変更 粉体吹込量を±５０ｇ／Ｎｃｍ³ 変更 するようにした。その操業例を図５に示す。また、結果
として図６に示すように、本発明法では従来法に対して
出銑量（生産量）が約１０％増加した。図７に同期間の
炉壁の最小温度の分布を示すが、本発明の曲線の方が従
来法に対してシャープでかつ温度が低いところにある。
これは、従来法よりも本発明法の方がきめ細かい操業変
更と製錬能力をよりよく利用して操業していることを示
している。

【００１５】表１に示すように本発明によれば、炭素系
固体還元剤の充填層を形成した竪型炉の胴壁下部に上下
２段に羽口を配設し、粉粒状金属酸化物を溶解還元する
竪型炉において、上下段羽口間の炉壁温度により、上下
段羽口における反応性ガス量の分配を調整することによ
って同一総風量で生産性を向上することができる。した
がって、大幅な省エネルギー化が可能である。

【００１６】

【表１】 実施例−２ 図８は本発明方法の実施に用いる別の装置の構成を示し
たものである。コークス等の炭素系固体還元剤を充填し
た竪型溶融還元炉１は上段羽口２、下段羽口３を備え、
熱風及び粉粒体金属酸化物を炉内に吹込み、羽口前のレ
ースウェイで溶融、還元し、炉底の出銑口８から出銑す
る。排ガスは炉上部の排ガス排出口９から排出される。

【００１７】粉粒体金属酸化物ホッパ４からロータリー
フィーダ５によって抜出された粉粒体金属酸化物は、粉
粒体金属酸化物吹込ランス６によって炉内に吹込まれ
る。一方、反応性ガスの送風は送風機１６で行われ、上
段羽口２と下段羽口３を経由して炉内に吹込まれる。そ
こで上下段羽口間の冷却装置１７の排水管１８に設置さ
れている温度計１３による冷却水排水温度を演算器１４
に入力し、事前にセットされている排水温度、炉内温
度、反応性ガス量分配及び最大可能粉体吹込量の関係か
ら、上下段風量調節弁１０、１１の調整及び粉粒体吹込
量を推定し、制御器１５を介して弁１０、１１の調整及
びロータリフィーダ５の回転数の調節を行う。これによ
り上下段羽口での反応性ガス量の分配を調整し、粉粒状
金属酸化物の溶解・還元を効率よく行うことができる。

【００１８】炉内容積３０ｍ³ の炉で、操業者による判
断に依存する従来方法と本発明の比較を以下の条件で行
った。使用した粉粒状酸化物成分（ｗｔ％）及び送風条
件は実施例１と同様である。冷却条件と炉壁の熱伝達条
件等から、今回使用した炉の上下段羽口間の冷却装置の
排水温度と炉内での上下段羽口間における最低温度の関
係を図９に示す。また、図４に示す溶融還元の反応速度
依存性から、良好な製錬をするためには炉内での上下段
羽口間での温度が最低１５５０℃必要であることを求め
た。そのことから、図９の関係より排水温度下限値を４
３℃上限値を４５℃と設定し、冷却装置の排水温度が設
定値の上限値に達したとき及び下限値に達したとき、上
下段羽口の風量分配比及び粉粒体吹込み量を変更するよ
うセッティングした。操業変更として、排水温度±２℃
の変動に対し、 上段羽口の風量分配比を±０．０５変更 粉体吹込量を±５０ｇ／Ｎｃｍ³ 変更 するようにした。その操業例を図１０に示す。また、結
果として図１１に示すように、本発明法では従来例に対
して出銑量（生産量）が約１０％増加した。図１２に同
期間の冷却装置の排水温度の分布を示すが、本発明法の
曲線の方が従来法に対してシャープでかつ温度が低いと
ころにある。これは、従来法よりも本発明法の方がきめ
細かい操業変更と製錬能力をよりよく利用して操業して
いることを示している。

【００１９】表２に示すように本発明によれば、炭素系
固体還元剤の充填層を形成した竪型炉の胴壁下部に上下
２段に羽口を配設し粉粒状金属酸化物を溶解還元する竪
型炉において、上下段羽口間の炉壁冷却装置の排水温度
により、上下段羽口における反応性ガス量の分配を調整
することによって生産性を向上することができる。した
がって、大幅な省エネルギー化が可能である。

【００２０】

【表２】

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、炭素系固体還元剤の充
填層を形成した竪型炉の胴壁下部に上下２段に羽口を配
設し粉粒状金属酸化物を溶解還元する竪型炉において、
上下段羽口間の炉壁の温度又は炉壁冷却装置の排水温度
を制御因子とし、上下段羽口における反応性ガス量の分
配を調整することによって生産性を向上することができ
る。したがって、大幅な省エネルギー化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に用いる装置の構成を示すフロー
シートである。

【図２】粉粒体金属酸化物の溶融還元メカニズムの説明
図である。

【図３】炉壁温度と上下段羽口間での温度の関係図であ
る。

【図４】溶融酸化鉄の還元速度と反応温度の関係であ
る。

【図５】本発明の制御例である。

【図６】本発明の実施例についての操業データに関する
推移図である。

【図７】炉壁の最小温度の分布図である。

【図８】本発明の実施に用いる装置の構成を示すフロー
シートである。

【図９】冷却装置排水温度と上下段羽口間での最低温度
の関係図である。

【図１０】本発明の制御例である。

【図１１】本発明の実施例についての操業データに関す
る推移図である。

【図１２】冷却装置の排水温度分布図である。

【符号の説明】

１ 溶融還元炉 ２ 上段羽口 ３ 下段羽口 ４ 粉粒体金属酸化物ホッパ ５ ロータリーフィーダ ６ 粉状体金属酸化物吹込みランス ８ 出銑孔 ９ 排ガス排出口 １０ 上段羽口バタフライバルブ １１ 下段羽口バタフライバルブ １３ 温度計 １４ 演算器 １５ 制御器 １６ 送風機 １７ 冷却装置 １８ 排水管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉内に炭素系固体還元剤の充填層を形成
   するとともに胴壁下部の上下２段の羽口から反応性ガス
   の吹込みを行い、上段羽口から粉粒状金属酸化物を吹込
   み、金属酸化物を溶融還元するに当り、上下段羽口間の
   炉壁に温度計を配設して温度を測定し、その測定された
   温度に対応して上下段羽口の反応性ガス量の分配を調整
   し、金属酸化物の溶解、還元を効率よく行うことを特徴
   とする粉状金属酸化物の溶融製錬方法。
2. 【請求項２】 前記炉壁に温度計を配設して温度を測定
   する手段に代え、上下段羽口間の炉壁冷却装置の排水温
   度を測定し、該測定値に基づいて上下段羽口の反応性ガ
   ス量の分配を調整することを特徴とする請求項１記載の
   粉状金属酸化物の溶融製錬方法。