JPH06172839A - 転炉型溶融還元炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 中心孔のない上吹きランスを使用し、次式で
示される溶融メタル浴表面での上吹き酸素ジェットの鉛
直方向の流速Ｖ_Z を30〜70m/s となるように上吹き酸素
流量等を調整する転炉型溶融還元炉によるクロム鉱石の
溶融還元法。 Ｖ_Z ＝（１１．８８Ｑ／ｎｄＨ）・ｃｏｓ² （θ×π／
１８０）（ｍ／ｓ） ただし、ｎ：上吹きランスのノズル数、ｄ：上吹きラン
スのノズル径（ｍ）、Ｈ：上吹きランス高さ（ｍ）、
Ｑ：上吹き酸素流量（Ｎｍ³ ／ｓ）、θ：上吹きランス
の中心線に対するノズル傾角（ｒａｄ）。 【効果】 転炉耐火物の溶損を抑制しつつ、高生産性、
高クロム歩留りでクロム鉱石の溶融還元操業を実施する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、上底吹き機能を有する
転炉型溶融還元炉（以下転炉と略す）によるクロム鉱石
あるいは鉄鉱石等の含クロム、含鉄原料の溶融還元にお
ける操業方法の改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】転炉内にクロム鉱石あるいは鉄鉱石等の
鉱石原料とコ−クス等の炭材を添加し、該鉱石の還元に
よって鉱石中の有価金属を回収する工程においては、通
常大量のエネルギ−を必要とする。さらに、転炉の操業
では、生産性向上の観点から鉱石を高速で、しかも大量
に転炉内に供給するため、これに対応してさらに大量の
エネルギ−が必要となる。このエネルギ−源としては、
コ−クスや石炭等の炭材の使用が一般的であり、これら
の炭材の酸化反応熱によって必要とするエネルギ−をえ
る方法がＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ ｖｏｌ．７（１９８８）
−１３６，１３７に示されている。しかしながら、石炭
やコ−クスの１次燃焼、すなわち Ｃ＋（１／２）Ｏ₂ →ＣＯ なる反応だけでは、非常に大量の炭材の使用が必要とな
るので経済的に不利となる。

【０００３】このため、炭材の１次燃焼により生成する
ＣＯガスをさらにＣＯ₂ まで燃焼させる方法、すなわち
２次燃焼技術の開発が重要となっている。この方法によ
れば、１次燃焼反応と比較して、炭材の使用量を増加さ
せることなしに数倍のエネルギ−をえることができるた
め、最近では生産性の向上を目的とした２次燃焼促進技
術の開発が進み、高い２次燃焼率がえられている。さら
に、２次燃焼の促進による副次的な効果として、ダスト
発生速度が減少することが知られている。従来、２次燃
焼率を向上させるには、次のような技術が知られてい
る。 上吹きランス高さ（以下ランス高さと略す）の上昇 上吹きランスあるいは炉壁羽口からの２次燃焼用酸素
の供給 上記およびについては、特開平１−２１９１１６号
公報に開示されているようにランス高さを３ｍ以上にす
るとともに、副孔のノズル傾角および主孔との流量分配
比の適正化により高２次燃焼率をえる方法や、特開昭６
４−３９３１１号公報に開示されているように、炉壁横
吹き羽口からの酸素吹込みによる２次燃焼率の向上方法
等が知られている。

【０００４】しかしながらランス高さを増大した場合、
溶融メタル浴と２次燃焼帯との距離の増加に起因して着
熱効率の低下を招き、その結果として排ガス温度の上昇
により耐火物溶損量が増大してしまい、安定操業を阻害
する結果となる。４また、炉壁横吹き羽口の使用は、前
記のような問題は生じないものの、羽口設置に伴い、設
備費の負担が増加することと、羽口近傍の炉壁耐火物の
溶損量が増大するといった問題がある。このような問題
を解決する方法として、溶融還元炉の操業特性上、多量
の溶融スラグが生成することに着目して、溶融スラグを
熱媒体として着熱効率の向上を図る方法がある。例え
ば、特開平１−２５５６１３号公報に開示されているよ
うに、上吹きランスを溶融スラグ層内に浸漬することに
より着熱効率を改善する方法がある。この方法における
問題点としては、溶融メタル浴表面とランス先端との距
離が特に操業初期において短くなり、高２次燃焼率がえ
られないばかりか、ダスト発生速度の上昇を招く。ま
た、ランスを溶融スラグ層内に浸漬させるためにランス
先端部の溶損の危険が増大する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は溶融還元
炉の操業時のダスト発生速度の抑制の観点から、ランス
チップの形状と操業方法について検討を進めた。その結
果、従来上吹きランスからの酸素ジェットのソフトブロ
−による２次燃焼率の向上の観点から、ランスチップに
設けてある中心孔がダスト発生速度を増大する方向に影
響していることを見出した。さらに溶融メタル浴表面で
の上吹き酸素ジェットの鉛直方向の流速Ｖ_Z の減少がダ
スト発生速度の抑制に有効であることを見出した。ま
た、前述の上吹きランスの中心孔の排除と溶融メタル浴
表面での上吹き酸素ジェットの鉛直方向の流速Ｖ_Z の適
正化の組み合わせによって、ダスト発生速度の抑制、２
次燃焼率および高着熱効率の向上とを同時に達成できる
ことを発見し、本発明を完成するに至った。すなわち、
本発明は、前述のような問題を生ずることなしに、ラン
スチップ形状の改善と操業条件の適正化との組み合わせ
によって、高２次燃焼率と高着熱効率とを両立させる方
法を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上底吹き機能
を有する転炉型溶融還元炉において、炉内に装入された
含鉄原料に、炉上から含クロム原料と炭材を供給して溶
融還元するにあたり、周辺部のみにノズルを有し、中心
孔のない上吹きランスを使用し、次式で示される溶融メ
タル浴表面での上吹き酸素ジェットの鉛直方向の流速Ｖ
_Z を３０ｍ／ｓ以上、７０ｍ／ｓ以下となるように上吹
き酸素流量、上吹きランス高さを調整しつつ操業するこ
とを特徴とする転炉型溶融還元炉の操業方法である。 Ｖ_Z ＝（１１．８８Ｑ／ｎｄＨ）・ｃｏｓ² （θ×１８０／π）（ｍ／ｓ） ただし、 ｎ：上吹きランスのノズル数 ｄ：上吹きランスのノズル径（ｍ） Ｈ：ランス高さ（ｍ）、すなわち静止溶融メタル浴表面
から上吹きランス先端までの距離 Ｑ：上吹き酸素流量（Ｎｍ³ ／ｓ） θ：上吹きランスの中心線に対するノズル傾角（ｒａ
ｄ）

【０００７】

【作用】鉱石原料等を溶融還元して有価金属を溶融メタ
ル中に回収する工程において、上底吹き機能を有する転
炉の使用は、上底吹きの両方から大量の酸素ガスを供給
して高生産性で溶融還元を可能とするのみならず、底吹
きガスによる強力な攪拌によってスラグ中の有価金属酸
化物の還元反応速度を高め、効率的に溶融メタル浴中に
回収するという意味で有効である。本発明の骨子となる
技術は、中心孔のない上吹きランスを使用し、溶融還元
操業中に刻々と変化する溶融メタル浴面の高さに応じ
て、溶融メタル浴面上での上吹き酸素ジェットの鉛直方
向のガス流速を適正範囲内にコントロ−ルするため、上
吹き酸素流量、ランス高さを調節して２次燃焼率の向上
と高着熱効率を併せて達成するとともに、ダスト発生速
度の抑制をも実現する溶融還元炉の操業法を提供するも
のである。中心孔のない上吹きランスの使用は、中心孔
有りのランスと比較して同一ランス高さで溶融メタル浴
面上での上吹き酸素ジェットの鉛直方向のガス流速を低
下できる。すなわち、上吹き酸素ジェットをソフトブロ
−化できるという意味で重要である。同一ランス高さで
の上吹き酸素ジェットのソフトブロ−化は２次燃焼率の
向上に加えて着熱効率の低下を防止できるのみならず、
ダスト発生速度の抑制にも有効に作用する。

【０００８】また、溶融還元炉の操業中は、鉱石原料や
コ−クス、石炭等の炭材を炉内に連続して投入するた
め、鉱石原料は溶融メタル浴中の炭素や投入したコ−ク
ス等の炭材によって還元され、溶融メタル浴中に回収さ
れるため、溶融メタル量が増加する。このため、溶融還
元中のランス高さを固定して操業した場合、操業の進行
に伴い実質的なランス高さは低下する。この結果、ラン
ス高さの低下によって上吹き条件はハ−ドブロ−となる
ため、高２次燃焼率の維持やダスト発生速度の抑制が困
難となる。したがって、溶融還元の進行に応じてランス
高さや上吹き酸素流量を調節してハ−ドブロ−化を防止
することが重要となるのである。

【０００９】高２次燃焼率と高着熱効率の両立に関し
て、上吹きランス形状、上吹き酸素流量、ランス高さ等
の上吹き条件の適正化について、図１に示す５ｔ容量の
転炉を用いて検討した。まず、上吹きランス形状につい
ては、図６に示す周辺部のみにノズルを備え、中心孔の
ない上吹きランスと、図７に示す周辺部にノズルを備
え、中心孔のある上吹きランスとを用いてクロム鉱石の
溶融還元操業を実施した。ただし、この場合各々の上吹
きランスのノズル数、ノズル径は同一とした。 この結
果、図２に示すように同一ランス高さにおいて、中心孔
のない上吹きランスを使用することによって、２次燃焼
率が向上することが確認された。しかも、図３に示すよ
うに同一２次燃焼率における２次燃焼熱の溶融メタル浴
や溶融スラグ層への着熱効率が向上することが判明し
た。また、図４に示すようにダスト発生速度も、中心孔
排除によるソフトブロ−化の効果によって同一ランス高
さで低下することがわかった。なお、図２〜４で、●は
中心孔なし、○は中心孔ありの場合を示す。次に、上吹
きランス形状と上吹き酸素流量、流速、ランス高さ等の
上吹き操業条件の適正化について、図６に示す中心孔の
ない上吹きランスを用いて検討した。

【００１０】この結果、図５に示すように、次式で計算
される溶融メタル浴面での上吹き酸素ジェットの鉛直方
向の流速Ｖ_Z 値を３０ｍ／ｓ以上、７０ｍ／ｓ以下とな
るように上吹き操業条件を調節することによって、高２
次燃焼率と高着熱効率とを併せて達成できることが判明
した。 Ｖ_Z ＝（１１．８８Ｑ／ｎｄＨ）・ｃｏｓ² （θ×１８０／π）（ｍ／ｓ） ここで、流速Ｖ_Z を表す式で、ｎは上吹きランスのノズ
ル数、ｄは上吹きランスのノズル径（ｍ）、Ｈはランス
高さ（ｍ）、すなわち、静止溶融メタル浴面からランス
先端までの距離、Ｑは上吹き酸素流量（Ｎｍ³ ／ｓ）、
θは上吹きランスの中心線に対するノズル傾角（ｒａ
ｄ）である。したがって、図５から溶融還元操業中のＶ
_Z 値を３０ｍ／ｓ以上、７０ｍ／ｓ以下となるように上
吹き操業条件を調節することによって、高２次燃焼率と
高着熱効率とを併せて達成することが可能となり、熱エ
ネルギ−的に有利な操業を実現できることがわかる。以
上の知見は、上吹きランスの中心孔の排除と操業中の溶
融メタル量の増加に伴う溶融メタル浴面の上昇に応じ
て、Ｖ_Z 値の計算値にもとづいてランス高さ等を調節す
ることで、上吹き条件を吹錬全般を通じてソフトブロ−
化できることを示すものであり、本発明において必要不
可欠の要件である。

【００１１】

【実施例】

（実施例）図１に示す炉容量５ｔの上底吹き機能を備え
た転炉を用いて行った本発明の実施例を以下に記す。図
１で、１は転炉本体、２は底吹き羽口、３は溶融メタル
浴、４は溶融スラグ層、５は塊コ−クス、６は上吹きラ
ンス、７はクロム鉱石、コ−クス等の主、副原料を投入
するための炉上シュ−タ−である。なお、６の上吹きラ
ンスは図６に示す中心孔のないランスを使用した。操業
は、あらかじめ脱燐処理した表１に示す化学組成の溶銑
を転炉本体１に装入した後、底吹き羽口２および上吹き
ランス６によって純酸素を上底吹きしつつコ−クスを炉
内に投入し、溶融メタル浴温度が１５５０℃になるまで
約８分間吹錬を行った。引き続いて、炉上シュ−タ−７
によって塊コ−クスを２４ｋｇ／ｍｉｎ、塊成化したク
ロム鉱石を溶融メタル浴温度が１５５０±２０℃となる
ように２５〜６０ｋｇ／ｍｉｎの投入速度範囲内で添加
調節した。また、炉上シュ−タ−７によって塊状の生石
灰をスラグ塩基度が１．５となるように添加した。使用
した塊コ−クス、クロム鉱石の組成を表２および表３に
示す。

【００１２】

【表１】

【表２】

【表３】

【００１３】さらに、操業中のランス高さは溶融メタル
浴面から１．０ｍを維持するために、クロム鉱石の還元
により増加する溶融メタル量を考慮して徐々にランスを
上昇させた。ランス高さ１．０ｍを維持した場合、前述
のＶ_Z の値は約３６．４（ｍ／ｓ）となり、３０ｍ／ｓ
以上７０ｍ／ｓ以下の範囲内となる。操業中、溶融メタ
ル浴温度の測定はサブランスを用いて行い、この測定値
に基づいて前述のようにクロム鉱石の投入速度を調整
し、溶融メタル浴温度が１５５０±２０℃となるように
操業を行った。クロム鉱石の添加は約６０分間行い、こ
の後にクロム鉱石を添加せずにスラグ中に残留したクロ
ムを還元回収する仕上げ還元を、溶融メタル浴温度を１
５５０±２０℃として約１０分間実施した。この時の操
業結果を表４に示す。表４から明らかなように、投入し
たクロム鉱石中のクロムは９６．２％の高歩留りでメタ
ル浴中に回収され、残りの３．８％はスラグ、ダスト、
スピッティングメタル等による炉外への逸散によるもの
であった。さらに、操業の前後で転炉耐火物の溶損量を
測定したところ、炉底、炉腹の平均値で１．６ｍｍ、炉
上部で２．３ｍｍであった。

【００１４】（比較例）実施例と同様の設備で、同様の
操業方法であるが、使用した上吹きランスは図７に示す
ようにランスチップの中心にノズルを配置した型のもの
を使用した。この場合の操業結果も実施例と同様に表４
にまとめて示す。表４から明らかなように、上吹きラン
スの中心孔の有無でクロム鉱石の添加量、クロム歩留り
が異なる。すなわち、実施例のように上吹きランスの中
心孔を排除することによって、上吹き酸素ジェットがソ
フトブロ−化され、結果として溶融メタル浴温度を一定
とした操業を行った場合、炉内２次燃焼率の向上によ
り、単位時間当たりのクロム鉱石の投入量が増加するば
かりでなく、ダストやスピッティングによる炉外への逸
散量が減少し、クロム歩留り、製出鋼歩留りが向上する
ものと理解される。また、比較例での転炉耐火物の溶損
量は、炉底、炉腹の平均値で１．６ｍｍ、炉上部で２．
３ｍｍで実施例と同じであった。

【００１５】以上のように、実施例の場合、上吹きラン
スの中心孔を排除した結果、炉内２次燃焼率が向上して
も耐火物の溶損量が比較例と差がない理由としては、上
吹き酸素ジェットが比較的均一に分散されるため、２次
燃焼による発熱が効果的に溶融メタル浴や溶融スラグ層
に伝熱されるためである。なお、実施例および比較例に
おける底吹き羽口からの酸素の吹き込み流量は約０．０
８３Ｎｍ³ ／ｓと一定の条件とした。以上のことから、
上吹き酸素ガスジェットのソフトブロ−化の観点から中
心孔の排除が重要であり、中心孔の排除によって炉内２
次燃焼率が向上し、クロム鉱石の投入量が増大できるば
かりでなく、２次燃焼熱の着熱効率が向上するために耐
火物溶損量の抑制が可能となる。加えてダストやスピッ
ティングによる炉外への逸散量を低下できるため、高い
クロム歩留りで吹錬を実施することが可能となる。

【００１６】

【表４】

【００１７】

【発明の効果】本発明によると、中心孔のない上吹きラ
ンスの使用と、操業中刻々と変化する溶融メタル浴表面
レベルに応じてランス高さを調節することによって転炉
耐火物の溶損を抑制しつつ、高生産性、高クロム歩留り
でクロム鉱石の溶融還元操業を実施することが可能とな
る。なお、主としてクロム鉱石に関して説明したが、本
発明の技術は鉄鉱石、マンガン鉱石、ニッケル鉱石およ
びその他の炭素還元可能な鉱石、およびその塊成化鉱
石、予備還元鉱石等についても効果的に適用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例および比較例で使用した５ｔ転炉の模式
図である。

【図２】クロム鉱石の溶融還元操業において、上吹きラ
ンスの中心孔の有無が炉内２次燃焼率に与える影響を示
す特性図である。

【図３】クロム鉱石の溶融還元操業において、溶融還元
時の平均２次燃焼率と着熱効率の関係に与える上吹きラ
ンスの中心孔の有無の影響を示す特性図である。

【図４】クロム鉱石の溶融還元操業において、上吹きラ
ンスの中心孔の有無がダスト発生速度に与える影響を示
す特性図である。

【図５】クロム鉱石の溶融還元操業において、溶融還元
時の２次燃焼率、着熱効率におよぼす溶融メタル浴表面
における上吹き酸素ジェットの鉛直方向の流速Ｖ_Z の影
響を示す特性図である。

【図６】実施例で使用した周辺部のみにノズルを有し、
中心孔のない上吹きランスの模式的縦断および横断面図
である。

【図７】比較例で使用した中心孔のある上吹きランスの
模式的縦断および横断面図である。

【符号の説明】

１ 転炉本体 ２ 底吹き羽口 ３ 溶融メタル浴 ４ 溶融スラグ層 ５ 塊コ−クス ６ 上吹きランス ７ 炉上シュ−タ− θ 上吹きランスの中心線に対するノズル傾角（ｒａ
ｄ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上底吹き機能を有する転炉型溶融還元炉
   において、炉内に装入された含鉄原料に、炉上から含ク
   ロム原料と炭材を供給して溶融還元するにあたり、 周辺部のみにノズルを有し、中心孔のない上吹きランス
   を使用し、 次式で示される溶融メタル浴表面での上吹き酸素ジェッ
   トの鉛直方向の流速Ｖ_Z を３０ｍ／ｓ以上、７０ｍ／ｓ
   以下となるように上吹き酸素流量、上吹きランス高さを
   調整しつつ操業することを特徴とする転炉型溶融還元炉
   の操業方法。 Ｖ_Z ＝（１１．８８Ｑ／ｎｄＨ）・ｃｏｓ² （θ×１８０／π）（ｍ／ｓ） ただし、 ｎ：上吹きランスのノズル数 ｄ：上吹きランスのノズル径（ｍ） Ｈ：上吹きランス高さ（ｍ）、すなわち静止溶融メタル
   浴表面から上吹きランス先端までの距離 Ｑ：上吹き酸素流量（Ｎｍ³ ／ｓ） θ：上吹きランスの中心線に対するノズル傾角（ｒａ
   ｄ）