JPH05302129A - 粉状金属酸化物の溶融製錬方法 - Google Patents

粉状金属酸化物の溶融製錬方法

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JPH05302129A
JPH05302129A JP10690892A JP10690892A JPH05302129A JP H05302129 A JPH05302129 A JP H05302129A JP 10690892 A JP10690892 A JP 10690892A JP 10690892 A JP10690892 A JP 10690892A JP H05302129 A JPH05302129 A JP H05302129A
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JP
Japan
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furnace
oxygen
tuyeres
temperature
metal oxide
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Withdrawn
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JP10690892A
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English (en)
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Sei Komamura
聖 駒村
Toshiyuki Matsumoto
敏行 松本
Kiyosuke Niko
精祐 児子
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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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から加熱下の反
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溶融還元炉1に
おいて、金属酸化物の溶解・還元への必要酸素添加量を
最小限にする。 【構成】上下段羽口間2、3の炉内温度分布を温度計1
3で測定し、この測定値に基づき反応性ガスへの酸素1
2の添加量を調整する。

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。このような粉粒状金属酸化物は、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
した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。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59−18452号公報に
提案されている。
【0004】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に粉粒体金属酸化物吹込ランス6から
粉粒体金属酸化物が供給され、羽口2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F
23 を示し、□印は熱解離を起こしているFe3
4 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、粉粒状金属酸化物の吹
込量の増加あるいは原料の溶融、還元性の低下等によ
り、炉内の熱が不足し、上下段羽口間での未還元融体の
還元が停滞してしまう。従って、炉内熱が律速となり製
錬能力の上限が決定される。そのようなことから、製錬
能力のコントロールを目的とする場合は、通常の炉内へ
の熱供給方法よりも、熱を供給するために、上段羽口の
反応性ガスに酸素を添加し上段羽口のレースウェイ内の
温度を上昇する手段が好ましい。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来、粉粒状金属酸化
物の特性(金属酸化物中の被還元酸素量)及び吹込量に
よって定まる最低限の必要酸素の添加量が判明しておら
ず、必要以上に酸素を添加し損失を招いていた。また、
酸素添加量を最低限に制御することができる技術につい
ては、いまだに抜本的解決策がないのが実情である。本
発明はこのような問題を解決した金属酸化物の溶融還元
に必要な酸素添加量を最低限に調整することを目的とす
るものである。
【0008】
【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竪
型炉において、上下段羽口間の炉壁に温度計を配設して
温度を測定し、酸素添加量の増減を行い、常に最低必要
量の酸素を添加することにより、前記問題を一挙に解決
したものである。また、本発明は、上記酸素添加量増減
の指標として上下段羽口間の冷却装置の排水の温度を測
定し、その測定された温度に対応して酸素添加量の増減
を行い、常に最低必要量の酸素を添加する方法を提供す
るものである。
【0009】
【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。従って供給する
反応性ガスに対し、金属酸化物中の被還元酸素の量によ
って製錬できる金属酸化物量が異なってくる。すなわ
ち、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
量との関係は逆比例している。また、未還元融体の炭素
(C)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程未還元融体の還元が上下段羽口
間で還元停滞してしまわないため、羽口からの入熱量を
低下することができる。すなわち、上段羽口への酸素添
加量を低下することができる。
【0010】本発明によると、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から推定することが
でき、金属酸化物の溶融・還元に必要な酸素量を調整す
るので、酸素添加量を常に最低限に保持することがで
き、エネルギーロスの低減、コストの削減を図ることが
できる。また上記炉壁温度の測定に代わり、炉壁冷却水
の温度変化を指標としても同様の作用を得ることができ
る。
【0011】
【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、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。
【0012】粉粒体金属酸化物ホッパ4(フラックスも
含む)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、酸素は酸素タンク12か
ら酸素ポンプ11を経由して酸素ランス10により反応
ガスに添加される。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によって測定した炉内
温度を演算器14に入力し、事前にセットされている炉
内温度と未還元融体の還元を停滞させないための必要レ
ースウェイ内熱の関係から必要酸素添加量を推定し、制
御器15を介して酸素ポンプ11のコントロールを行
い、炉内への酸素の添加量を調整する。これにより、必
要最小限の酸素の添加ができる。
【0013】炉内容積30m3 の竪型炉で、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。 a)粉状酸化物成分 TFe:60〜68.5重量% メタリックFe:0.0〜10.5重量% FeO:7.30〜25.0重量% SiO2 :4.0〜4.60重量% Al23 :0.15〜0.19重量% b)送風条件 送風量: 1800Nm3 /h(空気のみ) 上段羽口送風量割合:57.5% 下段羽口送風量割合:42.5% O2 添加量:操業に応じて変更(上段羽口のみ) 送風温度:800℃ c)炉壁温度下限値 炉壁の熱伝達条件から、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、今回良好な製錬をするためには炉内での上下段羽口
間における温度が最低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に達
した時及び下限値に達したとき、上段羽口の酸素添加量
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、上段羽口の酸素濃度を
±0.5%変更するようにした。
【0014】その操業例を図5に示す。また、図6と表
1に示すように、本発明では従来例に対して、酸素添加
量が約10%低下し、コークス比が50kg/t−p低
減した。表1に炉壁の最小温度の最大と最小値を示す
が、本発明法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】
【0016】実施例−2 実施例1と同一の装置を用い、同一の粉粒状酸化物を用
い、同一操業の条件で、図7に示すように、冷却装置1
7の排水管16の冷却水温度を測定し、冷却装置冷却水
温度と、上段羽口からの吹込ガスの酸素、濃度との関係
を求めて操業した。
【0017】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17の排水管16
の排水温度と炉内での上下段羽口間における温度の関係
を図8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
の結果、図8の関係より排水温度の下限値を43℃、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、上段羽口
の酸素添加量を変更するように設定した。操業変更とし
て、冷却水温度±2℃の変動に対し、上段羽口の酸素濃
度を±0.5%変更するようにした。
【0018】操業例を図9に示す。図10と表2に示す
ように、本発明法では従来法に対して酸素添加量が約1
0%低下しコークス比が40kg/t−p低減した。表
2に冷却装置の排水の温度の最大値と最小を示すが、本
発明法では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】
【0020】
【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、
上下段羽口間の炉内温度分布により、酸素の添加量を制
御し、粉粒状金属酸化物の溶融還元に必要な最低限の酸
素の添加量を調整することができる。従って、従来の酸
素添加方法と比較した場合、大幅な酸素添加量を削減し
つつ、最も効率のよい溶融還元を行うことができる。
【0021】本発明によれば上下段羽口間の炉壁冷却装
置の排水温度の測定により粉状金属酸化物の溶解・還元
への酸素添加量を最小限に制限することができる。した
がって、従来の酸素添加方法と比較した場合、大幅な酸
素の節減と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における温度との関係
を示すグラフである。
【図4】溶融酸化鉄の還元測度と反応温度との関係を示
すグラフである。
【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】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8】冷却装置排水温度と上下段羽口間での最低温度
の関係を示すグラフである。
【図9】本発明の制御例である。
【図10】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。
【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
酸化物吹込ランス 8 出銑口 9 排ガス排出
口 10 酸素ランス 11 酸素ポンプ 12 酸素タンク 13 温度計 14 演算器 15 制御器 16 排水管 17 冷却装置

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段の羽口から加熱下の反
    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竪型炉におい
    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、この測定値に基づき反応性ガスへの酸素添加量を制
    御し、金属酸化物の溶解・還元への必要酸素添加量を最
    小限にする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】 請求項1記載の竪型炉において、上下段
    羽口間の炉壁冷却装置の排水温度を測定し、該温度に基
    づいて反応性ガスへの酸素添加量を調整することを特徴
    とする粉状金属酸化物の溶融製錬方法。
JP10690892A 1992-04-24 1992-04-24 粉状金属酸化物の溶融製錬方法 Withdrawn JPH05302129A (ja)

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Effective date: 19990706