JPH059528A

JPH059528A - 溶銑の製造装置および製造方法

Info

Publication number: JPH059528A
Application number: JP3030274A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Ishida; 博章石田; Takaiku Yamamoto; 高郁山本; Masaru Ujisawa; 優宇治澤; Hiroyuki Ikemiya; 洋行池宮; Toshihiro Mori; 俊博森
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-02-25
Filing date: 1991-02-25
Publication date: 1993-01-19
Anticipated expiration: 2014-11-10
Also published as: JP2976543B2

Abstract

(57)【要約】【目的】筒型炉でスクラップと鉄鉱石から溶銑を製造す
る際に、炉内生成スラグを操業中に炉を傾動せずに連続
排滓することにより安定して連続製銑を行う。【構成】筒型炉１の炉底から炉内に突出させて排滓口７
を設ける。そしてスクラップと鉄鉱石10から生成した溶
銑11の炉底蓄銑レベルを検出し、蓄銑レベルが排滓口７
の上部端面レベルに到達したことを検知すると排滓口７
を開孔する。この時スラグ12は比重差で分離されて蓄銑
レベル上部に存在するので炉を傾動せずとも連続排滓が
行える。排滓完了後に出銑口６を開口して出銑する。【効果】筒型炉１の安定した連続製銑を可能にし、生産
性の向上、燃料および酸素使用量の低減、炉壁寿命の延
長を図ることができる。また、連続操業中、炉内スラグ
量を一定少量に維持できるので安定した操業ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、鉄鉱石とスクラップ
を鉄源として溶銑を製造する筒型形状の炉であって、炉
内で生成した溶銑とスラグを容易に分離することができ
る装置、およびその装置を使用して溶銑を製造する方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉄源としてのスクラップは転炉製
鋼時の冷材として一部使用されているが、大部分は電気
炉において溶解精錬されてきた。しかし電気料金の高い
我が国では、その使用量の増加に伴い消費電力が著しく
増大し、スクラップを使用する利点が失われつつある。

【０００３】このようなことから、溶解熱源を電力より
安いコークス或いは石炭などの炭材に求め、転炉でスク
ラップを溶解しようとする、下記のような転炉スクラッ
プ溶解法が提案されている。

【０００４】製鋼時の熱勘定改善方法 (特公昭56−80
85号公報) 、リアクター製鉄方法および装置 (特開昭
57−198506号公報) 、スクラップの溶解精錬方法 (特
開昭62−47417 号公報) 、溶銑製造方法(特願昭62−2
3548 号公報) 。

【０００５】これらの方法は、スクラップ配合率を増加
し、或いはスクラップを 100％使用する転炉製鋼法であ
る。しかしスクラップの需給バランスは極めて不安定な
ものであり、需要が多くなればスクラップの価格が上が
り、これを使用する製鉄法及び製鋼法はコスト的に不利
になる。

【０００６】そこで、本出願人はスクラップと鉄鉱石を
鉄源として使用でき、しかも燃料利用効率が高い筒型炉
による溶銑の製造方法を提案した (特開平１−290711
号) 。

【０００７】この特開平１−290711号の方法では、図６
に示すような転炉型式の筒型炉１を用いる。この炉は、
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、炉底に溶鉄とスラグを排出する排出口14を備えてい
る。

【０００８】上記の筒型炉１により溶銑を製造するに
は、まず炉内下部にコークス充填層９を、その上にスク
ラップと鉄鉱石の充填層10を形成させる。そして下部の
コークス充填層９に一次羽口３から支燃性ガスと燃料を
吹き込んで下記 (1)式の反応を起こさせ、その反応熱に
よりコークス層充填９を高温に保つ。

【０００９】Ｃ＋1/2O₂ →CO＋29,400 kcal/Kmol・C ・・・(1) 上記 (1)式で発生したCOは、スクラップ10-1と鉄鉱石10
-2からなる上部の充填層10で、二次羽口４から吹き込ま
れる支燃性ガスと下記 (2)式の反応 (二次燃焼) を起こ
す。その反応熱はスクラップ10-1と鉄鉱石10-2の加熱お
よび溶融に利用される。

【００１０】 CO＋1/2O₂ → CO₂＋67,590 kcal/Kmol・CO ・・・(2) 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９に滴下し高温のコークスと下記 (3)式によっ
て反応し速やかに還元される。

【００１１】 Fe₂O₃＋３Ｃ→２Fe＋３CO−108,090kcal/Kmol・Fe₂O₃・・・(3) 上記 (3)式の反応のとき、近傍に CO₂が存在しないた
め、これによって (3)式の反応が阻害されることはな
い。また (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10内で二次燃焼するのでそれらの加
熱と溶融に有効に利用され、高い燃料利用効率が達成で
きる。

【００１２】以上のように前記溶銑の製造方法は、筒型
炉内の反応帯をコークス充填層と、スクラップ及び鉄鉱
石の充填層の２つに分け、コークス充填層内を高温の強
還元性雰囲気に保たせて溶融酸化鉄の還元を速やかに進
行させると同時に可燃性ガスを発生させ、上部のスクラ
ップと鉄鉱石の充填層内で燃焼させてスクラップと鉄鉱
石の加熱および溶融を行わせるようにしたものである。
この方法によって初めて転炉形式の小型炉でスクラップ
と鉄鉱石から溶銑を製造することが可能になった。し
かしながら、上記の溶銑製造方法では、溶銑とスラグを
炉体底部に設けた出銑口から同時に排出するので、炉外
でそれらを分離する必要がある。

【００１３】溶銑とスラグの分離は、それらを樋に流し
て重力分離し、スラグをスキンマーで除去する方法、或
いは溶銑とスラグを一旦トーピードカーや取鍋などの受
銑滓容器に受けた後、スラグドラッカーまたは真空スラ
グ吸引除去装置等により除滓する方法等によって行うこ
とができる。しかし、このような方法では、余分の時間
が必要である、別に分離手段がいる、作業性が悪い、溶
銑の温度が低下する、などの多くの問題がある。

【００１４】これらの問題点に対処するため上記筒型炉
による溶銑製造時の溶銑とスラグの分離改善法として、
本出願人は先に傾動装置を備えた装置とこれを使用して
溶銑を製造する方法を提案した（特開平２−200713号公
報)。その装置では、筒型炉の炉底または炉壁下部に出
銑口を、その出銑口より上の炉壁に排滓口を設け、炉内
で溶銑と自然分離したスラグが排滓口より上のレベルに
あり、かつ溶銑が排滓口より下のレベルにある時、炉体
を傾動してスラグを排滓口から排出し、そのあと溶銑を
出銑口から排出して溶銑とスラグを分離するようにして
いる。しかし、この装置では排滓口を炉腹に設けたため
次のような問題点が生じる。

【００１５】炉腹排滓口からスラグを排出するには炉
を傾動する必要があり、操業を中断せざるをえないた
め、連続安定操業に支障を来す。

【００１６】炉腹側壁部は炉内部より低温域になるた
め排滓途中でスラグが固化し、所定量のスラグを排出で
きない場合がある。

【００１７】スラグは溶銑より流動性が悪くかつ炉内
はコークスやスクラップ等の固形物が充填されているの
で炉を傾動してもスラグの排出が円滑にできず、逆に流
動性のよい溶銑が優先的に排出される場合がある。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、筒型
炉内で鉄鉱石とスクラップから生成した溶銑とスラグを
分離し、溶解途中において炉を傾動せずに連続的に排滓
することを可能にし、安定して連続操業が行える溶銑の
製造装置および溶銑の製造方法を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記先願発明
(特開平１−209711号) の筒型炉による溶銑製造法を基
礎としており、その要旨はつぎのとおりである。

【００２０】第１発明は、上部にガスの排出と原料装入
用の炉口を、炉壁下部に一次羽口を、その上部炉壁に二
次羽口を、炉底または炉壁下部に出銑口を有する筒型炉
であって、前記出銑口とは別に炉底部から炉内に突き出
し、その上部端面が一次羽口レベル面近傍またはそれよ
り下にある排滓口を備える溶銑の製造装置である。

【００２１】第２発明は、上記第１発明の溶銑製造装置
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、その上部に少なくとも二次羽口
を含むレベルまでスクラップと鉄鉱石を主体とする充填
層を形成させた後、一次羽口から支燃性ガスと燃料を、
二次羽口から支燃性ガスを吹き込んでスクラップと鉄鉱
石を加熱し、その軟化半溶融層の上部に次回溶解用のコ
ークス充填層とスクラップと鉄鉱石を主体とする充填層
とを交互に形成させて連続的に溶銑を製造する方法であ
って、溶解途中において炉底蓄銑レベルを検知して排滓
口の開孔タイミングを判断し、排滓口を開孔して排滓し
た後、出銑口を開孔して出銑することを特徴とする溶銑
の製造方法である。

【００２２】第３発明は、上記第１発明の溶銑製造装置
を用い、上記第２発明の方法で溶銑を製造し、その際、
炉底部または炉壁下部に設けた羽口から不活性ガスおよ
び／または支燃性ガスを吹き込んで、排滓を促進する溶
銑の製造方法である。

【００２３】

【作用】以下、図面を用いて本発明の装置および方法を
説明する。

【００２４】図１〜図５は、本発明の装置の縦断面と連
続操業法の溶解操作とを模式的に示したものである。

【００２５】図示のように、この装置の筒型炉１はその
上部にガスの排出と原料装入用の開口部２、炉壁下部に
一次羽口３、その上部に二次羽口４、炉底または炉壁下
部に出銑口６、炉底部中央に突起状の排滓口７を備えて
いる。炉底部には底吹羽口５を設け、かつ炉壁外部に湯
面レベル検出装置13を設置するのが望ましい。

【００２６】出銑口６と排滓口７の内部には珪砂等の耐
熱性粉粒体である充填砂８が充填されている。そして、
図示していないが、粉粒体を輸送する機構、充填砂を塞
ぐ蓋の開閉駆動機構および出銑口６と排滓口７の詰まり
を開孔する機構から構成される閉塞、開孔装置を備えて
いる。この閉塞、開孔装置としては、本願出願人が特開
平２−277710号で提案した装置を使用することができ
る。

【００２７】本発明装置の最も大きな特徴は、突起状の
排滓口７にある。この排滓口は炉底耐火物と同等以上の
耐熱性、耐スポーリング性、耐溶損性を有する耐火物、
例えば,アグネシア系やマグクロ系の耐火物で保護され
ている。排滓口は、溶銑とスラグを分離できる程度に炉
底中央部で炉内に突出させて設ける必要がある。しか
し、所定の溶銑量を得るのには一次羽口以下の炉内容積
があれば充分であるから、突出した排滓口の上部端面は
一次羽口３のレベル面近傍またはそれより下のレベルに
なるようにする。

【００２８】排滓口の内径は排滓が円滑に行われ、しか
も排滓後の排滓口閉塞が容易に行えるように適宜選定す
ればよい。経験的には50〜20mmφが望ましい。

【００２９】本発明の溶銑の製造装置を用いて連続操業
を行う場合の溶解操作は下記のａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅ
の工程からなっている。

【００３０】ａ．開口部２からコークスを装入して炉底
から一次羽口３を含み二次羽口４の下までコークス充填
層９を形成し、その上にスクラップと鉄鉱石の充填層10
を形成する工程（図１）。

【００３１】ｂ．一次羽口３から支燃性ガスと燃料を吹
き込み、二次羽口４から支燃性ガスを吹き込んでクラッ
プと鉄鉱石を溶解すると共に、次回の操作で消費するコ
ークス9'を装入する工程を装入する工程（図２）ｃ．炉底蓄銑レベルを湯面レベル検出装置13を用いて検
知し、炉底蓄銑レベルが排滓口７の上部端面レベルに到
達していることを検知した場合、排滓口７を開孔して、
生成した溶銑11の上層に比重分離したスラグ12だけを排
滓口７から排出し、これと並行して下降したコークス9'
の上にスクラップと鉄鉱石10' を装入する工程（図
３）。

【００３２】このとき、底吹羽口５から不活性ガスおよ
び／または支燃性ガスを吹き込むと、スラグが攪拌され
て盛り上がり排滓が促進される。また、支燃性ガスはス
ラグ温度を上昇させるのでより効果的に排滓が促進され
る。

【００３３】ｄ．排滓が完了したら、充填砂８を気送し
て排滓口７を閉塞した後、出銑口６を開孔して溶銑11を
出銑口６から排出する工程（図４）。

【００３４】ｅ．出銑完了後に支燃性ガス吹き込みを一
時中断し、出銑口６に充填砂８を気送して出銑口６を蓋
で閉塞し、その後、支燃性ガス吹き込みを再開する工程
（図５）。

【００３５】このとき閉塞作業時間は長くとも３分以内
に完了するため、連続操業に支障をきたすことはない。
以下、ｂ〜ｅの工程を繰り返して連続操業を実施する。

【００３６】上述のとおり、本発明の溶銑の製造装置お
よび製造方法によれば、炉を傾動せずにスラグを排出で
きる。しかも、溶解途中において排滓口を開孔すれば連
続的に排滓することができ炉内スラグ蓄積量を一定量に
保持できる。これによりスラグ量に起因するフラッディ
ング (スラグがガスにより吹き飛ばされる現象) やそれ
に起因する棚吊りも防止できる。

【００３７】また、排滓口の上端面は炉底部中心の炉内
部に近い高温域に位置しているので、スラグが固化せず
に容易に排出される。さらに底吹羽口からガス吹き込み
を行えばスラグレベルは盛り上がり、かつ攪拌されて排
出が促進される。なお、排滓口の上端面レベルは一次羽
口レベル面近傍またはそれより下としてあるので、炉底
にスクラップと鉄鉱石の一装入分から製造された溶銑を
炉底に蓄銑することができ、送風停止時にも一次羽口へ
溶銑が逆流する危険性はない。

【００３８】本発明の連続的排滓、連続的出銑を実施す
る際の排滓口、出銑口の開閉のタイミングを決定する炉
底蓄銑レベルの検知は、例えば本出願人が先に提案した
「筒型溶解炉における湯面レベル検出方法」（特開平２
−264825号)によって行えばよい。その方法とは、操業
中、ハンマーで筒型炉の炉壁を叩打してその音響をマイ
クロフォンで集音して、その信号を湯面レベル検出装置
で周波数解析し、炉内の溶銑の有無を調べる方法であ
る。このような方法で炉底蓄銑レベルが排滓口の上部端
面レベルに到達したことを検知し、排滓孔を開孔して連
続的にスラグを排滓し、排滓完了後に出銑口を開孔して
連続的に出銑するのである。

【００３９】本発明の溶銑製造法の操業中に排滓口、出
銑口を開孔、閉塞する手段としては、例えば本出願人が
先に提案した「炉底溶湯排出口の閉塞開孔方法及びこれ
らに使用する装置」（特開平２−277710号) が利用でき
る。すなわち排出口を閉塞する場合は、排出口内に充填
砂吐出ノズルを挿入し、気体輸送した耐熱性粉粒体を吐
出して排出口内に充填し、閉塞後吐出ノズル先端を炉内
に突出させ、操業中はノズル詰まりや溶損防止のため
N₂、 CO₂、Ar等の冷却ガスを流しておく。排出口を開孔
する場合は、吐出ノズルからO₂ガスを供給して吐出ノズ
ル近傍の焼結充填層を破壊して排出口を開孔する。

【００４０】

【実施例】使用した炉は直径1.5m、炉底から炉口までの
高さ3.6m、内容積 6.0m³の前記図１に示す筒型炉であ
る。羽口は、炉底から0.8m上部の炉壁に一次羽口を、炉
底から1.4m上部の炉壁に二次羽口を設けた。すべての羽
口は90°間隔の４本の羽口で構成されている。底吹羽口
は出銑口と対面位置の炉底に２本配置した。

【００４１】出銑口は炉底と側壁とのコーナー部に１個
配置し、排滓口は炉底中央部に設け、内径は 120mm、炉
底面からの高さは0.6mであり、マグネシア系の耐火物で
保護されている。出銑口、排滓口の充填砂には粒径0.5
〜 2.0mmの珪砂を使用した。

【００４２】鉄源としては、最大寸法0.4m角、嵩比重3.
5t/m³、鉄純度99％のスクラップと表１に示す成分を有
する粒度約10mmの塊状鉄鉱石を用いた。塊状コークスは
粒度20〜70mmのものを使用し、その組成は表２に示すと
おりである。

【００４３】一次羽口から支燃性ガスと同時に吹き込む
非塊状燃料としては、200メッシュ篩下が80重量％以上
の微粉炭を使用し、その組成を表２に併記した。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】送風条件としては、一次羽口からO₂ 1000N
m³/H、N₂ 400Nm³/H 、微粉炭 1400kg/H 、二次羽口から
O₂ 700Nm³/H 、N₂ 250Nm³/H を吹き込んだ。O₂は支燃性
ガス、N₂は羽口冷却用ガスである。排滓促進用の底吹羽
口からの吹き込みはO₂ 50Nm³/H、N₂ 100Nm³/H とした。

【００４７】実施例１および実施例２の鉱石使用比率は
それぞれ25％、50％であり、炉内のスラグ生成量は実施
例２の方が実施例１より多い。

【００４８】

【比較例】傾動装置を備え、炉底から突起した排滓口を
持たない筒型炉を用い、炉体を傾動して炉底面から0.6m
上部の炉壁に水平方向に設けた排滓口からスラグを排出
した。なお、炉体傾動中は送風を停止した。上記以外は
実施例と同一条件である。

【００４９】比較例１および比較例２の鉄鉱石使用比率
はそれぞれ25％、50％である。

【００５０】表３に実施例と比較例の操業諸元を対比し
て示す。

【００５１】

【表３】

【００５２】表３に示すように、実施例では操業の連続
化によって比較例より熱ロスが減少し操業時間が短縮し
ている。その結果、実施例１および実施例２はそれぞれ
比較例１および比較例２に比べて燃料および酸素使用量
が削減され、生産性も向上した。また、耐火物の溶損も
減少した。特にスラグ生成量の多い実施例２で大きい効
果が得られた。

【００５３】さらに実施例では、溶解途中において連続
的に排滓を行うことによって、操業中スラグを少ない一
定量に維持できた結果、フラッディング及び棚吊発生頻
度が低下し、特にスラグ生成量の多い実施例２で大きい
操業安定効果が得られた。

【００５４】

【発明の効果】本発明の溶銑製造装置および方法によれ
ば、簡便な筒型炉を用いてスクラップと鉄鉱石から溶銑
を熱効率よく連続的に製造することができる。しかも溶
解途中において、炉体を傾動することなく連続的に排滓
が行えるので安定した連続操業を実現することができ、
生産性の向上、燃料および酸素使用量の低減および炉壁
寿命の延長により製造コストが削減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の溶銑製造装置の縦断面と操業の第１工
程の原料装入状態を示す模式図である。

【図２】本発明方法で連続操業を行う場合の第２工程を
示す図１と同様の図である。

【図３】本発明方法で連続操業を行う場合の第３工程を
示す図１と同様の図である。

【図４】本発明方法で連続操業を行う場合の第４工程を
示す図１と同様の図である。

【図５】本発明方法で連続操業を行う場合の第５工程を
示す図１と同様の図である。

【図６】本発明の基礎となる筒型炉溶銑製造装置の概略
縦断面図である。

【符号の説明】

１：筒型炉、２：開口部、３：一次羽口、４：二次羽
口、５：底吹羽口、６：出銑口、７：排滓口、８：充填
砂、９：コークス充填層、10：スクラップと鉄鉱石の
充填層、 11：溶銑、 12：スラグ、13：溶銑レベル検
出装置

フロントページの続き (72)発明者池宮洋行大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者森俊博大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上部にガスの排出と原料装入用の炉口を、
炉壁下部に一次羽口を、その上部炉壁に二次羽口を、炉
底または炉壁下部に出銑口を有する筒型炉であって、前
記出銑口とは別に炉底部から炉内に突き出し、その上部
端面が一次羽口レベル面近傍またはそれより下にある排
滓口を備えることを特徴とする溶銑の製造装置。
【請求項２】請求項１記載の溶銑製造装置を用い、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、その上部に少なくとも二次羽口を含むレベル
までスクラップと鉄鉱石を主体とする充填層を形成させ
た後、一次羽口から支燃性ガスと燃料を、二次羽口から
支燃性ガスを吹き込んでスクラップと鉄鉱石を加熱し、
その軟化半溶融層の上部に次回溶解用のコークス充填層
とスクラップと鉄鉱石を主体とする充填層とを交互に形
成させて連続的に溶銑を製造する方法であって、溶解途
中において炉底蓄銑レベルを検知して排滓口を開孔する
タイミングを判断し、排滓口を開孔して排滓した後、出
銑口を開孔して出銑することを特徴とする溶銑の製造方
法。
【請求項３】炉底部または炉壁下部に設けた羽口から不
活性ガスおよび／または支燃性ガスを吹き込んで、排滓
を促進することを特徴とする請求項２の溶銑の製造方
法。