JPH0689383B2

JPH0689383B2 - 鉄系合金溶湯の製造装置

Info

Publication number: JPH0689383B2
Application number: JP61022895A
Authority: JP
Inventors: 裕之片山; 英毅石川; 充高松尾; 浩平田; 正和中村; 直樹徳光
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-02-06
Filing date: 1986-02-06
Publication date: 1994-11-09
Anticipated expiration: 2009-11-09
Also published as: JPS62182214A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、鉄鉱石などの酸化物系原料を溶融還元して、
鉄系合金溶湯を製造するための装置に関する。

（従来の技術）従来、溶鉱炉法により製造されてきた溶銑などの鉄系合
金溶湯を、よりコンパクトな設備で、使用原料の制約な
く、安価に製造しようとする、所謂、溶融還元法には、
これまで数多くのプロセスが提案され、かつ試験が行わ
れてきた。しかし、未だ実用化の段階に達しているもの
はない状態である。

その理由は、現在の高炉法のもつ大量生産の機能を、溶
融還元法の狙いであるコンパクトな設備を用い、原料の
制約なしに実現するには炉形式に問題が残されているか
らである。

溶融還元諸方法の中でも最も研究が進んでいる方式の一
つであるKR法は第２図に示すような堅型の装置を用い
る。即ち、予備還元鉱石投入口31、石炭投入口32、排ガ
ス口33、酸素吹込羽口37、溶融金属、スラグ排出口38を
有する堅型炉であって、投入された石炭はコークス化さ
れ、炉内でコークス層34を、スラグ層35の上に形成す
る。溶融合金36は、溶融金属、スラグ排出口38から取出
される。このKR法は石炭を直接投入できることなど種々
の長所をもっているが、その欠点としては次の諸点があ
げられる。

（ｉ）酸素ガスはメタル浴中には吹き込まれていないの
で、メタル、スラグの攪拌が弱い。したがって、反応の
進行は炉内温度の影響を受けやすく、炉内温度が低下す
ると、酸化物還元や脱硫などの反応が阻害される。

（ii）炉内でのガスの二次燃焼率（CO₂+H₂O/CO+H₂+CO₂+H₂O×100％）を高めることがむつ
かしい。これも、メタル、スラグ浴の攪拌が弱く、炭材
のうち、溶融物層中に捲き込まれて存在するものが少な
いことに起因する。

一方、底吹可能な転炉を用いる諸方法（例えば第３図）
では、メタル浴を底吹により強攪拌できるので適正条件
下で操業を行うとKR法の欠点である（ｉ），（ii）を解
決できる。そのかわり次のような欠点を伴っている。

（イ）排ガスを鉱石の与熱や予備還元あるいは発電用熱
源等に利用しようとすると、転炉型容器では出湯時など
に排ガスの供給がとまることなど、一定したガス供給を
行えないことが問題である。

（ロ）炉体を傾動させる必要から、とりうる炉の上部空
間の大きさには制約がある。鉄溶融還元では生産性を上
げようとするとスラグがフォーミングしやすい。したが
って炉の上部空間が限られると、生産性が制約を受け
る。

（ハ）炉内での二次燃焼率を高めようとすると、上部空
間の内張耐火物の熱的負荷が増大する。この問題を解消
しようとすると、炉上部の水冷強化などの方策をとるこ
とが考えられるが、出湯、排滓を炉傾動によって行う転
炉型容器では、安全性の点から、水冷可能な範囲が限定
され、耐火物問題を十分に解決することがむつかしい。

（ニ）ダスト生成量が多い。

第３図において、42は転炉、43は底吹羽口、44は上吹酸
素ランス、45はフード、46は炭材投入装置、47は溶融合
金、48はスラグ、50は炭材、51は気泡、52−１は原料投
入装置、52−２はフラックス投入装置、53は気泡であ
る。

検討されているもう一つの炉形式は横型炉（例えば第４
図）である。この方法は、攪拌槽と鎮静槽を横になら
べ、攪拌槽の溶融還元反応を進め、メタル−スラグの混
合物を鎮静槽に送り込んで二槽分離し、任意の時点で出
湯、出滓を行うことを特徴としている。この方法の問題
点は次の諸点にある。

（ａ）スラグ、メタルを制御された状態で流すことがむ
つかしい。

（ｂ）転炉型に比べると攪拌強さが小さいので反応速度
及び熱伝達速度が小さい。

（ｃ）ダスト生成量が多い。

第４図において、61は酸素供給ランス、62はガス排出
口、63は鉱石或は予備還元物装入口、64は混合槽、65は
鎮静槽、66は合金溶湯・スラグ排出口である。

溶融還元法を実用化するためには、これらの欠点を解決
できるような新しい炉形式が必要である。

（発明が解決しようとする問題点）本発明はさきに述べた諸欠点を解決できる新しい炉形式
に関するものであり（１）溶融物の強攪拌ができる。

（２）炉内での二次燃焼率を高めることができる。

（３）高温ガスをほぼ連続的に生成供給できる。

（４）炉上部の耐火物保護対策がとりやすい。

（５）フォーミング状スラグに対応できる。

（６）タスト生成量を大幅に減少できる。

などの特徴をもつものである。

（問題点を解決するための手段）第１図に示すように、本発明による炉形式は、固定式の
縦型炉部１と、それと脱着可能な、溶融物（特にメタ
ル）を収納する容器部２の組合せからなる。容器部２は
底吹羽口11による浴中へのガスの吹込みが可能で、か
つ、任意の時間にメタル、スラグなどの溶融物を炉外に
排出できるタップホール12、あるいはスラィデングゲー
トが備えつけられている。容器部２を、該容器部２の上
部と当該縦型炉部１の下部で、フランジ部７により、縦
型炉部１から脱着可能にした理由は、底吹ガスを吹き込
んで強攪拌を行うために内張耐火物の張りかえ、補修を
数十日に１回は行う必要があるが、その場合に、短時間
で、別に耐火物内張りを行った容器におきかえることが
できるようにするためである。それを行うために、例え
ば、この容器全体が台車３にのせられ、台車は水平方向
に移動できるとともに、所定の位置で油圧、電動機など
の動力によって上下方向に移動できるようになってお
り、縦型炉の部分に密着させられる。

一方、固定式の縦型炉部１は、垂直円筒状、あるいは一
部分の径を大にしたもので、下部は前述の容器２と密
着、脱着が可能で、上部はガスを利用する系へ送るため
のダクトにつながっている。この縦型炉部は通常転炉の
ダクト部とは異なり、フォーミングしたスラグの一部に
浸される。炉殻部は水によって冷却されている。なお、
内張耐火物があってもよいが、フォーミングしたスラグ
が付着してセルフライニングする方式であってもよい。

この縦型炉部には垂直上方、斜上方あるいは、横方向か
ら１本あるいは２本以上のランス４、５が挿入できるよ
うになっており、酸素ガスなどのガスまたは／および鉱
石、石炭などの粉体が吹込めるようになっている。

また、塊状物（鉱石あるいはその成型物、塊状炭材）を
投入するため装置６が設けられている。

第１図において、８は溶融合金、９はスラグ、10は気泡
である。

（作用）この装置を用いて鉄系合金溶湯を製造する方法の１例と
して、鉄鉱石粉、石炭粉を原料として、溶銑を製造する
方法について述べる。

反応容器２を取りはずした状態で耐火物内張りを行い、
底吹羽口およびスライディングケートを取付けた後、容
器内に型銑とコークスを装入する。そして、全体を縦型
炉１の下方に移動し、例えば油圧によって上方に押し上
げ、フランジ部７によって密着させる。

底吹羽口から酸素を含むガス及び燃料（プロパンなどの
ガスあるいは微粉炭など）を吹き込んで燃焼させ、同時
に上方からのランスにより酸素を含むガスを吹き込んで
燃焼を助長し、これによって、型銑の溶解を行う。この
際、上方からコークスなどの炭材、および石炭などの副
材料を投入して、コークスの追加と造滓を進行させる。
これはいずれも生成した溶銑の、底吹ガスによる飛散を
抑制するためである。溶銑量が深さ約25mm以上となり底
吹ガス吹込が安定した状態になると、上吹ランスを通し
て粉鉄鉱石の投入、底吹ノズルを通して粉石炭の投入、
上方の投入口から塊鉄鉱石および／あるいは塊石炭と石
灰などのフラックスの投入を行う。

この過程で、鉄鉱石中の酸化鉄分の還元、溶融、加炭が
おこり、また脈石分の滓化がおこる。そして還元反応熱
は炭材あるいは発生したCOあるいはH₂ガスの燃焼によっ
て供給される。

フラックスは、生成するスラグ量が、溶湯量に対して25
0kg/t−メタル以上となるように添加する。これは生成
したスラグが攪拌されるメタルを十分に被覆してスプラ
ッシュの生成を抑制するために望ましい条件である。こ
の際スラグは諸操業条件によって、静止状態のスラグの
２〜７倍にフォーミング（泡立つ）しているが、このフ
ォーミングしたスラグが、メタル飛沫がとび出すことを
抑制するとともにダスト量を少なくするのに役立つ。

このような過程をつづけることにより、生成するメタル
量及びスラグ量が徐々に増加してくるが、生成したメタ
ル量が容器部２の約40％まで達すると、スラィデイング
ゲートをあけて、スラグとメタルの混合物の出湯を行
う。ゲートの炎の位置は、炉底から25cmあるいはそれ以
上の位置として、安定して底吹が行えるソタル量が確保
できるようにする。

なお、炉内の二次燃料率は吹酸条件と炭材投入量の組合
せによって制御できる。

出湯直前の状態ではフォーミングしたスラグは縦型炉部
１に侵入しているが、冷却された炉壁によって冷却され
て、炉壁にセルフライニング層を形成する。

以上の作用により、本発明の課題は次のように解決され
る。

（１）底吹羽口からのガス、あるいは炭材の吹込みによ
って溶融物の強攪拌ができる。

（２）強攪拌によって、炉内に存在する炭材が、所謂コ
ークスベッドを作らず、スラグ中に懸濁存在しているこ
とから、酸化物の還元と並行して、吹酸量との組合によ
り炉内二次燃焼率を高めることができる。

（３）出湯作業が炉を傾動せずに行えることから、高温
ガスはほぼ連続的に生成する。

（４）炉が傾動しないことから、浴湯（特にメタル）が
接触する炉壁部は限定され、それ以外の部分は水冷など
の炉壁冷却を安全に行うことができる。したがって耐火
物保護対策がとりやすい。

（５）縦型炉部２はフォーミングしてきたスラグを収容
する空間として有効に作用する。

（６）所定量以上の生成スラグを制御されたフォーミン
グ状態に保つことにより、排ガス中のダストが減少す
る。

なお、生成した高温排ガスは、必要によりダスト除去を
行った後、鉱石の与熱や予備還元などの系内で用いるほ
か、立地条件によっては、発電あるいはガスとして系外
で利用することができる。

（実施例）第１図に示す鉄系合金溶湯の製造装置において次のよう
なデメンジョンとした。

反応容器部の垂直部の内径250cm、高さ335cm、上方に開
いた部分の高さ145cm、角度（垂直線に対して45）、内
張耐火物：クロマグレンガ（厚さ350mm）、底吹羽口：
二重管（内管内径18mmφ、外管内径24mm、内管からは
O₂、外管からはプロパンガスを吹込む）を４ケ設置し
た。縦型炉部１は水冷パネルを挿入し、当初はマグネシ
アレンガを内張りしたが、以後、レンガを張りかえるこ
となく付着したスラグでセルフライニングした。

縦型炉部の内径は540cm、高さ（塊状物投入口まで）は8
40cmである。壁を通して挿入したランスは四本（90°間
隔）で角度は垂直線に対して60°、ノズルは１孔（30m
m）でO₂と鉄鉱石粉（2mm未満）を吹込んだ。上方から垂
直に挿入したランス４は１本で、ノズルは7mmφ×６
で、中心部の１孔からは石炭粉（2mmφ未満）をN₂をキ
ャリアガスとして吹込み、残り５孔からは酸素ガスを吹
込んだ。塊状物を装入するための装置６は密閉スクリュ
ーフィーダー方式で、石炭（2mm以上）、鉱石（2mm以
上）、石灰石（5mm以上）を添加するのに用いた。

この装置を用いて、吹酸量30000Ncm³/hr（上吹:1500Ncm
³/hr、斜横吹14000Ncm³/hr、底吹1000Ncm³/hr）を吹い
て、鉄鉱石（T.Fe68.1％）、石炭（Ｃ分73％）を用い
て、溶銑（C:4.2％,Si:0.1％,P:0.08％,S:0.025％，温
度1480℃）、スラグ（CaO:45％，SiO₂:35％，Al₂O₃:12
％:MaO:3％,T.Fe:2％,S:0.35％）、排ガスCO32％，CO₂3
8％，H₂O17％，H₂10％）を製造した。溶融物の出湯は約
二時間おきにタップホールをあけて行った。なお、出湯
前のスラグ高さは炉底より630〜890mmであった。

排ガス中のダスト量は8g/Nm³である。これはボイラーで
完全燃焼して蒸気を生成して発電に供した。

21日間連続操業を行った後、容器部２をすでに築炉ずみ
のものと取替え（所要時間1.5時間）、操業を繰り返し
た。

（発明の効果）本発明によれば下記の効果を奏しうる鉄系合金溶湯の製
造装置を提供することが出来るので、産業上裨益すると
ころが大である。

（１）溶融物の強攪拌ができる。

（２）炉内での二次燃焼率を高めることができる。

（３）高温ガスをほぼ連続的に生成供給できる。

（４）炉上部の耐火物保護対策がとりやすい。

（５）フオーミング状スラグに対応できる。

（６）ダスト生成量を大幅に減少できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による鉄系合金溶湯の製造装置の一例を
示す図、第２図は従来研究されている溶融還元法の一で
ある堅型炉の一例であるKR法の装置を示す図、第３図は
同様の目的に用いられている転炉状容器の一例を示す
図、第４図は攪拌槽と鎮静槽の組合せからなる横型炉の
一例を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平田浩福岡県北九州市八幡東区枝光１−１−１新日本製鐵株式會社第３技術研究所内 (72)発明者中村正和福岡県北九州市八幡東区枝光１−１−１新日本製鐵株式會社第３技術研究所内 (72)発明者徳光直樹福岡県北九州市八幡東区枝光１−１−１新日本製鐵株式會社第３技術研究所内 (56)参考文献特開昭61−104012（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融鉄系合金及びスラグを収納する容器部
（２）と、その上方に設置された縦型炉部（１）が、該
容器部（２）の上部と該縦型炉部（１）の下部で、フラ
ンジ部（７）により、密着かつ脱着される構造を持ち、
該容器部（２）は溶融合金中にガスを吹込める羽口（1
1）と、溶融物を排出するための開閉可能な孔（12）を
持ち、該縦型炉部（１）は上部の排ガスダクトに連結
し、下方はスラグに浸漬可能としたことを特徴とする鉄
系合金溶湯を製造するための装置。