JPH0723502B2 - 溶銑製造方法 - Google Patents

溶銑製造方法

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JPH0723502B2
JPH0723502B2 JP539187A JP539187A JPH0723502B2 JP H0723502 B2 JPH0723502 B2 JP H0723502B2 JP 539187 A JP539187 A JP 539187A JP 539187 A JP539187 A JP 539187A JP H0723502 B2 JPH0723502 B2 JP H0723502B2
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0006Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state
    • C21B13/0013Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state introduction of iron oxide into a bath of molten iron containing a carbon reductant
    • C21B13/002Reduction of iron ores by passing through a heated column of carbon

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、銑屑、鋼屑等の鉄原料を溶解して、溶銑を製
造する方法に関するものであり、さらに詳しくは内部に
コークス充填層を有する炉を使用し、羽口から吹込まれ
る空気がコークスと反応して生成する高温ガスの顕熱に
より上記鉄原料を溶解して効率的に溶銑を製造する方法
に関する。
〔従来の技術〕
上記鉄原料から溶銑を製造する従来技術としては次のも
のがある。
(1)キューポラ法、 コークスとしてキューポラ用大塊コークスを使用し、送
風羽口から吹込まれる空気によりコークスを燃焼して高
温ガスを生成し、このガスをコークス充填層を通して上
方に流し、炉上部より装入された銑屑、鋼屑等の鉄原料
を溶解する方法である。
(2)高炉法 高炉用鉄原料として一般に使用されている鉄鉱石、燃結
鉱、ペレット等酸化鉄の代りに原料として銑屑、鋼屑を
100%使用する方法である。送風羽口から吹込まれた空
気がコークスと反応して生成するガスのCO2/(CO+CO2),H
2O/(H2+H2O)はほぼ0であり、炉内は強還元性雰囲気と
なるので加炭、加珪作用が強く、鋼屑100%使用が可能
であり、また脱硫作用も強く、炉外脱硫の必要がない等
の利点がある。
(3)固定床炉法 固定床炉を使用し、層内2次燃焼は実施しない。羽口か
ら吹込まれた酸素がコークス、石炭と反応して生成する
ガスのCO2/(CO+CO2),H2O/(H2+H2O)はほぼ0で炉内が強
還元性となるので、高炉法と同様、加炭、加珪、脱硫作
用が強く、高炉並みの溶銑が得られる。
(4)筒型炉法 筒型炉の炉上部より鉄原料、コークスを装入し、羽口か
ら吹込む空気によりコークスを燃焼してCO2,H2Oを殆ん
ど含まない高温ガスを生成し、このガスをコークス充填
層を通じて上方へ流し、炉上部から装入された鉄原料を
溶解する方法である。さらに、この方法では、送風羽口
の上方から層頂間の炉側壁部に設けられた空気吹込み口
より炉内へ吹込まれる支燃性ガスにより、炉内のCO,H2
を燃焼し、その燃焼熱を鉄原料、コークス等の加熱に利
用している。
この方法では、空気吹込み口より下部では高炉並みの強
還元性雰囲気であるので、加炭、加珪、脱硫作用は強
く、かつ層内で2次燃焼によりコークス比をキューポラ
法並みに低減できる利点を有する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら上記従来法(1)〜(4)には次の欠点が
ある。
(1)キューポラ法は炉内のCO2/(CO+CO2),H2O/(H2+H
2O)が高く、加炭、加珪作用が弱いため、鋳物銑を製造
するには、溶銑中C源として型銑の原料配合を必要とし
ていた。また炉内脱硫作用が弱いため、用途によっては
炉外脱硫を行う必要があった。この対策として、2段羽
口、O2富化、熱風送風、防湿送風等により加炭を促進さ
せ、銑屑使用量の削減、コークス比の低下を図る試みが
なされている。
(2)高炉法は、コークス比が1200℃送風で220kg/tと
キューポラ法(約150kg/t)に比較して高い。
(3)固定床炉法では、燃焼比がキューポラ法と比較す
ると高くなる。
(4)筒型炉法では、炉内にコークスが多量に存在する
ので、2次燃焼量を増加すると、炉内の高温化および酸
素分圧の上昇によりコークスのガス化反応が進行し、コ
ークス比の増加を招くので、層内2次燃焼量を大幅に増
加できないという欠点があった。
そこで本発明は上記キューポラ法の欠点である低加炭、
低加珪、低脱硫作用を改善する一方、高炉法、固定床炉
法の欠点である高燃料比も同時に改善し、かつ筒型法に
おける層内2次燃焼量増加時のコークスのガス化をも同
時に抑制できる効率的な溶銑製造方法の確立を目的とす
るものである。
〔問題点を解決するための手段〕
上記従来技術の欠点を克服し本発明の目的を達成するた
めの手段を、第1図にしたがい説明する。
炉体側壁部1に送風用羽口2を、羽口上方部にコークス
・石炭・造滓剤投入口3を、炉体上部に鉄原料装入口
4、コークス装入口5およびガス回収口6を、炉下部湯
留り側壁部に出銑滓口7を有する炉を用い、前記羽口2
前に形成される燃焼室8にコークス、石炭の充填層を、
前記燃焼室8前方にコークス充填層9を、前記コークス
充填層9上方に鉄原料充填層10を形成し、燃焼室8内で
生成した燃焼ガスをコークス充填層および鉄原料充填層
を通じて炉上方へ流し、燃焼ガス顕熱で鉄原料を溶解さ
せてガス回収口6より回収し、燃焼室8で生成した溶融
灰分は溶融した鉄と共に、炉床部に設けた湯留り15に回
収し、前記出銑滓口7より取り出す製銑法において、送
風羽口2口から吹込まれる空気11がコークス・石炭と反
応して生成するガスのCO2/(CO+CO2),H2O/(H2+H2O)のい
ずれもがゼロとなると仮定して計算して得られる生成ガ
ス温度が2000℃以上になるように送風温度および/また
は酸素濃度を調整して送風し、かつ前記鉄原料充填層側
壁部に空気吹込み口13を設け、空気および/または酸素
等の支燃性ガス14を吹込み送風羽口2からガス回収口6
へ流れるガス中のCO,H2を燃焼させ、発生する熱を鉄原
料の加熱に利用することを特徴とするものである。
〔作用〕
従来のキューポラ法では、送風羽口から吹込まれる空気
がコークスと反応して生成する燃焼ガス中に、高炉ボッ
シュガスと比較するとCO2を高濃度で含むのに対し、本
発明では、燃焼生成ガスのCO2/(CO+CO2),H2O/(H2+H2O)
を高炉ボッシュガス並み(≒0)とすることにより、炉
内を強還元性雰囲気にできる。したがって容易に炉内の
加炭、加珪、脱硫作用を向上させ鉄原料として全量、銑
屑使用が可能となった。
〔発明の具体的構成〕
以下、本発明を具体的に詳説する。
まず、本発明完成に至る過程を説明する。
一般に、羽口前燃焼部におけるO2とコークス中のCとの
反応は、まず下記(1)式の反応が進行し、生成したCO
2が(2)式によりコークス中のCと反応してCOとなる
と考えられる。
C+O2→CO2 ΔH=−97000kcal/kmol …(1) C+CO2→2CO ΔH=38180kcal/kmol …(2) 一方、反応に関与するコークス充填層単位体積当りのコ
ークス表面積Sは(3)式で示され、粒子径と表面積は
反比例することがわかる。
従って、キューポラ法の如く、大粒子径のコークスを使
用する場合、コークス表面積Sが小さいことに加えて、
キューポラ用コークスは高炉用またはキューポラ以外の
一般冶金用コークスに比較して反応性が低く、かつキュ
ーポラ法は高炉に比較して(送風量/炉床面積)が大き
く、送風温度が低いことから、(2)式の反応が抑制さ
れ、燃焼生成ガス中のCO2/(CO+CO2)が高くなるものと考
えられる。換言すれば、燃焼生成ガス中のCO2/(CO+CO2)
を低くするためには、コークス粒子径の減少と反応性の
増大を図ればよい。このためには、大塊のキューポラコ
ークスからキューポラ以外の一般冶金用コークスに変更
することが必要である。また、これにより(4)式の反
応も促進され、炉内をより強還元性雰囲気に近づけるこ
とができる。
C+H2O→CO+H2 ΔH=28391kcal/kmol …(4) 前記(2)式,(4)式の反応でCと平衡するCO2,H2O
の平衡分圧と温度との関係は熱力学的に求められ、全圧
を1atmとした場合を第2図に示す。同図より、CO2,H2O
分圧(濃度)は温度の上昇に伴ない低下し、1100℃以上
の高温下では、平衡論的には極めて低い値となることが
わかる。
さらに、燃焼生成ガス温度の計算において、生成ガスの
CO2/(CO+CO2),H2O/(H2+H2O)がゼロになると仮定するこ
とは、(2),(4)式の吸熱反応により、CO2,H2Oが
全量CO,H2に変換することを意味することから、CO2,H2O
が残留する場合の燃焼生成ガス温度より低い温度として
計算されることになる。従って、前記仮定に基づいて計
算して得られた燃焼生成ガス温度を使用すれば、CO2,H2
O生成防止に対し、安全サイドで燃焼条件を設置するこ
とができ、かつ該燃焼生成ガス温度が2000℃以上あれば
第2図より燃焼生成ガスのCO2/(CO+CO2),H2O/(H2+H2O)
は平衡論的にはほぼゼロに近くなることがわかる。以下
に燃焼生成ガス温度の計算式((5)〜(12)式)を示
す。
VB=FB・(1−1.244×10-3・FM) …(5) AA=(0.21・VB+O2)/(VB+O2) …(6) AM=10-3・FM・FB/(VB+O2) …(7) H1=0.34・TB+0.416・AM・TB+2625・AA …(8) A=0.3・(1.0714・AA+0.6667・AM) …(9) H3=1600・AM …(10) B=1+AA+2.4889・AM …(11) FB:送風量(Nm3/min),FM:送風中湿分(g/Nm3) O2=酸素富化量(Nm3/min),TB:送風温度(℃) Tf:燃焼生成ガス温度(℃) 但し、実際の操業においては、反応速度が関与するた
め、必ずしもこの平衡ガス組成とはならないのが実状で
ある。このため、第1図に示す炉を使用し、コークス粒
子径:20〜100mm、送風温度:常温〜1200℃、送風中の酸
素濃度:21〜60%で燃焼試験を実施し、燃焼生成ガス温
度に及ばす影響を調査した結果、上記のいずれの条件で
も燃焼生成ガスのCO2/(CO+CO2),H2O/(H2+H2O)がほぼゼ
ロになる条件は、燃焼生成ガスのCO2/(CO+CO2),H2O/(H2
+H2O)がいずれもゼロになると仮定して計算して得られ
る燃焼生成ガス温度を2000℃以上にすればよいことが判
明した。
但し、(2)式および(4)式の反応は吸熱反応であ
り、かつコークス、石炭中のCを消費するため燃料比が
高くなる。そこで本発明のもう1つの特徴は、この燃料
比の上昇を抑制するため、前記鉄原料充填層側壁部に設
置された空気吹込み口13より吹込まれる支燃性ガス14に
より、前記送風用羽口2からガス回収口6へ流れるガス
中のCO,H2を燃焼させ、生成する顕熱を主として鉄原料
の加熱に利用することである。これにより、空気吹込み
口より下方の強還元性雰囲気をそこなうことなく、前記
燃焼熱のうち、原料の予熱に利用された分、燃料比を低
下することができる。
ところで、筒型炉法では、コークスが全量炉頂部から装
入されるため、空気吹込み口13から吹込まれる支燃性ガ
ス14がCO,H2を燃焼して生成するガスの温度が900〜1000
℃を上回らないようにしないと、(2)式と(4)式の
反応が急速に進行し、コークス消費量の増加、燃焼発熱
量の低下を招くため、層内2次燃焼量が制限される欠点
を有していた。この点本発明では、羽口上方にコーク
ス、石炭および石灰石等の造滓剤装入口3を設けて、羽
口2前で消費されるCを前記装入口3から装入されるコ
ークス、石炭でまかない、炉頂からは浸炭等により消費
れる炭素分に相当する量だけコークスを装入すればよい
ので鉄原料充填層中のコークスを大幅に削減できる結
果、層内2次燃焼量を増加し、空気吹込み付近が高温と
なっても(2)式および(4)式の反応量増加は少なく
てすみ、コークス消費量の増加を招かないことが特徴で
ある。したがって、本発明では、筒型法より層内2次燃
焼量を増加することができ、燃料比をさらに節減できる
ことになる。
また、操業の形態としては、送風羽口前燃焼生成ガスの
CO2/(CO+CO2),H2O/(H2+H2O)がゼロになると仮定して計
算して燃焼ガス温度を高目の値とし、燃焼生成ガス量を
低下させ、強度の頭寒足熱型の炉内温度分布を得るよう
にして層内2次燃焼熱の原料予熱効果を高めるととも
に、ガス流速の低下、比較的小塊のコークスの使用等を
併用してガス顕熱の有効利用率を高めることが望まし
い。
〔実施例〕
以下実施例により、従来法と比較しつつ本発明の効果を
明らかにする。
まず、第3図に示される実験炉で、炉口径750mm,炉床径
900mm,送風用羽口上層高5000mm、送風用羽口から1500mm
上方に空気吹込み口が設置された炉を使用し、次のCase
1〜3の操業を行った。
Case1は、キューポラ用大塊コークスを使用し、従来の
キューポラの操業条件で操業した結果であり、Case2
は、高炉用コークスを使用し、かつ鉄原料として鋼屑を
100%配合するが、層内2次燃焼は実施せず、Case1と同
一生産速度となる条件で操業した場合、Case3はCase2と
同じ原料を使用し、かつCase2と同一燃焼温度、同一生
産速度となるように操業し、かつ炉内に空気吹込み口か
ら空気を吹込んだ場合である。
Case1は、炉頂ガス中にCO2が11.7%も含まれていること
から、炉内の燃焼ガス中にも、同程度以上のCO2が含ま
れているものと考えられる。また、炉内が弱還元性雰囲
気であるため、銑中〔C〕=2.8%、〔Si〕=0.2%と低
く、〔S〕は0.11%と高いことが特徴である。
一方、Case2では、炉頂ガス中にCO2は殆んど含まれず、
送風羽口レベル炉心部にてサンプリングしたガス中のCO
2は、0.1%以下であった。炉内が強還元性雰囲気である
ことから、鋼屑配合率を100%にしたにもかかわらず銑
中[C],[Si]の上昇、[S]の低下が見られ、加
炭、加珪、脱硫能の向上が認められる。但し、コークス
比はCase1に比較して大幅に上昇している。
また、Case3は、筒型炉法に相当するものであり、層内
2次燃焼を実施する結果、炉頂ガス中CO2濃度の増加が
見られ、炉内のCOガスが燃焼していることがわかる。層
内2次燃焼が原料の予熱に有効利用された結果、コーク
ス比はCase1と同程度となっているが、これ以上、2次
空気量を増加すると、コークスのガス化が進行し、好ま
しい結果は得られなかった。
次に第1図に示す形式の実験炉で、炉口径750mm、炉床
径1600mm、鉄原料充填層層高4500mmの炉を使用し、Case
1と同程度の生産速度で次のCase4,5の操業を行った。
Case4は、層内2次燃焼を実施しない場合で、従来法の
固定床炉法に相当する。Case2と同様、加炭、加珪、脱
硫作用は向上しているが、コークス比は高いものとなっ
ている。
Case5は、本発明によるもので、鉄原料充填層下部側壁
部より炉内にO2を吹込み、層内2次燃焼を実施した場合
である。炉内が高温となっても、コークスのガス化は微
増にとどまるので、層内2次燃焼用支燃性ガスとして空
気の他、O2も使用でき、かつ2次燃焼量をCase3に比較
して増加できる結果、コークス比をさらに低減できた。
なお、空気吹込み口より下方では、強還元性雰囲気に維
持されているため、加炭、加珪、脱硫作用は強く、銑中
〔C〕,〔Si〕は高く、〔S〕は低いものとなってお
り、良質の溶銑が得られた。
以上のCase1〜5の操業条件、結果をまとめて第1表に
示す。
〔発明の効果〕 以上の通り、本発明によれば、炉内が強還元性雰囲気に
維持できるため、加炭、加珪、脱硫作用が改善される。
また、羽口上方部にコークス、石炭装入口を設置するこ
とにより、炉体上部から装入するコークス量を大幅に削
減し、ほとんどコークスを含まない鉄原料層を形成せし
め、その中で2次燃焼を実施することにより、2次燃焼
層を増大してもコークスのガス化反応を最小限にとどめ
ることができる結果、コークス比の一層の低減をはかる
ことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施するための装置図、第2図はCO2,
H2Oの平衡分圧と温度との関係図、第3図は比較試験用
の実験炉を示す図である。 1:炉側壁、2:送風用羽口、3:コークス装入口、4:鉄原料
装入口、5:コークス装入口、6:ガス回収口、7:出銑滓
口、8:燃焼室、9:コークス充填層、10:鉄原料充填層、1
1:空気、12:O2、13:空気吹込み口、14:支燃性ガス、15:
湯留り。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炉体側壁部に送風用羽口を、羽口上方部に
    コークス・石炭・造滓剤投入口を、炉体上部に鉄原料装
    入口、コークス装入口およびガス回収口を、炉下部湯留
    り側壁部に出銑滓口を有する炉を用い、前記羽口前に形
    成される燃焼室にコークス、石炭の充填層を、前記燃焼
    室前方にコークス充填層を、前記コークス充填層上方に
    鉄原料充填層を形成し、燃焼室内で生成した燃焼ガスを
    コークス充填層および鉄原料充填層を通じて炉上方へ流
    し、燃焼ガス顕熱で鉄原料を溶解させてガス回収口より
    回収し、燃焼室で生成した溶融灰分は溶融した鉄と共
    に、炉床部に設けた湯留りに回収し、前記出銑滓口より
    取り出す製銑法において、送風羽口から吹込まれる空気
    がコークスと反応して生成するガスのCO2/(CO+CO2),H2O
    /(H2+H2O)のいずれもがゼロになると仮定して計算して
    得られる生成ガス温度が2000℃以上になるように送風温
    度および/または酸素濃度を調整して送風し、かつ前記
    鉄原料充填層側壁部に空気吹込み口を設け、空気および
    /または酸素等の支燃性ガスを吹込み送風羽口からガス
    回収口へ流れるガス中のCO,H2を燃焼させ、発生する熱
    を鉄原料の加熱に利用することを特徴とする溶銑製造方
    法。
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