JPH0730376B2 - 溶融還元炉の操業方法 - Google Patents

溶融還元炉の操業方法

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JPH0730376B2
JPH0730376B2 JP18775687A JP18775687A JPH0730376B2 JP H0730376 B2 JPH0730376 B2 JP H0730376B2 JP 18775687 A JP18775687 A JP 18775687A JP 18775687 A JP18775687 A JP 18775687A JP H0730376 B2 JPH0730376 B2 JP H0730376B2
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勝利 井川
忍 竹内
和彦 佐藤
崇 牛島
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川崎製鉄株式会社
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    • 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
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、竪型溶融還元炉の操業方法に関し、金属酸化
物を含有する粉状鉱石を溶融還元して溶融金属を製造す
る炉の操業方法に関する。
〔従来の技術〕
地下資源としての鉄鉱石などの金属酸化物の形態として
は、塊状のものより粉状のものが大半であり、将来さら
に粉状鉱石が増大すると予想される。このような鉱石を
粉状のままで直接使用することが省エネルギー、製造コ
ストなどの面で有利となる。
従来、粉鉱石の溶融還元法として予備還元鉱を電気炉、
転炉などの溶解炉で溶融還元する方法がとられていた。
その場合、予備還元鉱にバインダーを添加して塊成化
し、その塊成物を溶解炉で溶融還元する方式が多い。し
かし、このような方式では塊成化のための設備、処理鉱
費、処理エネルギーなどを必要とするばかりでなく、塊
成化したのち焼成する場合には、その際に焼成炉から排
出されるガス中のNOx、SOxならびにダストを処理するた
めの費用が多大である。
そこで特公昭59-18452において粉鉱石を溶融還元する方
法として竪型炉タイプの溶融還元炉を提案した。
それによると、炉下部に設置された高温空気を吹込む上
下2段の羽口のうち、少なくとも上段の羽口から粉状鉱
石を高温空気とともに竪型炉内に吹込み、炉内に充填し
た炭材を燃焼させて溶融還元することを特徴としてい
る。上段および下段羽口を有する竪型溶融還元炉では上
下段羽口間に充填層を形成している炭材が燃焼して高温
が発生する。従って、上段羽口から吹込まれる粉鉱石は
加熱されて溶融し、充填層を滴下する間に固体炭材によ
り直接還元されて溶融状態のメタルおよびスラグを生成
し、炉底部に溜まる。
上記の方法では、上段羽口から供給される粉鉱石が羽口
先で速やかに溶融しないと、炉の下部領域に滴下するこ
とができず、操業トラブルの原因となるので、下段羽口
からも高温空気や酸素富化空気を吹込むことによってト
ラブルを防止している。
従って上記方式による竪型溶融還元炉の操業においては
送風条件、鉱石吹込条件、2段羽口間隔及びコークス粒
径等の諸条件に関してそのバランスを適正に保つことが
極めて重要である。バランスが崩れた場合、羽口から吹
込まれた鉱石の溶融状況が著しく変化し、その結果吹込
過大となった場合は吹込まれた粉体が羽口先レースウェ
イ内で十分に溶融することができず、融体が羽口付近に
滞留し羽口破損を招く恐れが生ずる。
吹込過小となった場合は熱供給過大となりメタル中[S
i]の異常上昇を招き、結果としてスラグ成分が著しく
変動し、排滓性が悪化して操業不能に至る恐れがある。
また、炉頂ガス温度の著しい上昇もおこり、エネルギー
的にも損失が大となるなどの問題が生ずる。
とりわけ、生産計画や下工程からの要請などにより、メ
タルの生産量を変動させねばならない場合においては、
上記諸条件のバランスが崩れ易く、その際、適正な操業
条件を選択するための制御指標がなく、試行錯誤で操業
条件の選択に当っていたため、安定操業に至るまでに長
時間を要し、その間にメタル生産量、メタル中[Si]、
炉頂排ガス温度等が大きく変動する重大な問題を有する
ものであった。
本発明は従来技術における前述する諸問題を有利に解決
し、安定した操業を可能ならしめる竪型溶融還元炉の操
業方法を提供するものである。
〔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に高温空気を吹込
む上下少なくとも2段に設けられた複数の羽口を有する
竪型炉を用いて金属酸化物を含有する鉱石を少なくとも
上段羽口から高温空気と共に吹込み溶融金属を製造する
方法において、 となるように送風条件および鉱石供給条件を制御するこ
とを特徴とする溶融還元炉の操業方法を提案するもので
ある。
ただし、上式において、 L:融体生成量(m3/h) G:発生ガス量(Nm3/h) SRCT=n・SR・aT・H AT:炉床断面積(m2) であり、L、G、SRCTは次の各式の通りである。
L=CA+S+YM+YS ただし、 CA:燃焼コークスからの灰分量(m3/h) S:造滓材量(m3/h) YM:吹込鉱石中メタル量(m3/h) YS:吹込鉱石中脈石分(m3/h) である。さらに、 G=0.79Va+2(0.21Va+Vo)+22.4X ただし、 Va:送風空気量(Nm3/h) Vo:送風富化O2量(Nm3/h) X:吹込鉱石中酸素モル数(kmol/h) ただし、 n:2段羽口ペア数 SR=0.0589DR 2 U:羽口流速(m/sec) DP:コークス平均径(m) DH:羽口径(m) ε:コークス充填率 φ:コークス形状係数(0.7) H:上下段羽口間隔(m) なお、コークス充填率εは通常0.5程度の値である。
〔作用〕
上段および下段羽口を有する竪型の溶融還元炉であっ
て、粉鉱石などの金属酸化物を少なくとも上段の羽口か
ら吹込む竪型溶融還元炉は、上下段羽口間に充填層を形
成する炭材が800〜1000℃に加熱された空気により燃焼
して高温が発生する。上段羽口から吹込まれる粉鉱石は
加熱され、溶融し、充填層を滴下する間に、固体炭材に
より直接還元されて溶融状態のメタルおよびスラグが生
成する。
その場合、上段羽口から供給される粉鉱石が羽口先で速
やかに溶融するように、下段羽口からも高温空気や酸素
富化空気を吹込んで溶融還元を促進している。上記の竪
型溶融還元炉の生産性は風量から定まるレースウェイの
大きさ、上段および下段羽口のレースウェイ有効界面積
から定まる還元反応速度が影響する。
そしてレースウェイ有効界面積は、ある生産量を確保す
るに必要な送風量から定まるレースウェイの大きさが一
定の場合、炭材粒径から求まる充填層容積当りのコーク
ス表面積や上下段羽口間の距離で決まる。
粉体を羽口に吹込むに当っては吹込まれた粉体が羽口先
のレースウェイ内で十分に溶融することが必要であり、
そのためには過剰な量を吹込まず常に最も適切な量を安
定して吹き込むことが重要である。もし、過剰量が吹込
まれるとレースウェイ内で溶融しにくくなり、充填層の
閉塞原因となり、この結果、下段羽口からの高温ガスの
流れが不均一となり、炉頂ガス温度の上昇やメタル中
[Si]の上昇を招き、最悪の場合は羽口周辺に滞留した
融体による羽口破損につながり、炉操業が困難となる。
また、吹込量が少なくても、下段羽口からの高温ガスの
熱が有効に生かされず、炉頂ガス温度の上昇やメタル中
[Si]の上昇を招き、スラグ中のSiO2がSiOの形で気化
するためスラグ成分が著しく変化して高融点化し排滓性
も低下、最悪の場合は炉操業が困難となる恐れがある。
従って、炉操業を安定させ、かつエネルギー効率よく、
保つためには送風/吹込条件が2段羽口仕様や使用コー
クス径などと十分に整合性がとれていることが肝要であ
る。そこで本発明者らは鋭意検討し、実験した結果、 となるように送風/吹込条件をマッチングさせれば炉操
業は極めて安定し、安定状況の目安となるメタル中[S
i]や炉頂ガス温度はメタル[Si]が1〜5重量%、炉
頂温度が500〜900℃で安定することが判明した。
上式中L/Gは固・気比を示すものでコークス比に類似し
た値で操業条件へのファクターであり、SRCT/ATはレー
スウェイ生成条件で示される操業ファクターと、2段羽
口間隔、羽口径、炉床径などで示される設備ファクター
との両者で構成されている。
第1図に とメタル中[Si]、スラグ[Si]、スラグCaO/SiO2及び
炉頂ガス温度との関係を示すが、 が0.25以下では熱供給過剰の形となり、メタル中[Si]
が5%以上と高く、スラグ中のSiO2が著しく気化し、Ca
O/SiO2が上昇してスラグの融点上昇を招き、排滓性が低
下し炉内へ残留する恐れが多分にあり、操業が不安定と
なる。0.6以上では粉体吹込過大の形となり、レースウ
ェイでの融体の滞留が顕著となり、炉操業が不安定とな
り、最悪の場合は羽口周辺に滞留した融体による羽口破
損を生じる恐れがある。
なお、L、GおよびSRCTの計算は下式を使えばよい。
L=CA+S+YM+YS G=0.79Va+2(0.21Va+Vo)+22.4X SRCT=n・SR・aT・H ただし、 CA:燃焼コークスからのAsh量(m3/h) S:造滓材量(m3/h) YM:吹込鉱石中メタル量(m3/h) YS:吹込鉱石中脈石分(m3/h) Va:送風空気量(Nm3/h) Vo:送風富化O2量(Nm3/h) X:吹込鉱石中酸素モル数(kmol/h) n:2段羽口ペア数 SR=0.0589DR 2 H:上下段羽口間隔(m) U:羽口流速(m/sec) DP:コークス平均径(m) DH:羽口径(m) ε:コークス充填率 φ:コークス形状係数(0.7) なお、コークス充填率εは通常0.5程度の値である。
〔実施例〕
第2図に溶融還元炉のプロセスフローを基に実施例を示
す。
粉状の金属酸化物と溶剤は所定の混合割合でホッパ1に
入っており、鉱石供給量調節フィーダ3で適量切り出さ
れ、吹込用パイプ4を経て、上段の羽口6より溶融還元
炉5内に吹込まれる。コークスはコークス用ホッパ2に
貯蔵され適量溶融還元炉5内に装入される。
次に送風空気は送風ブロワ7より熱交換器9に送られる
過程で適量な酸素が酸素流量調節器8を介して添加さ
れ、熱交換器9に送られ1000〜1100℃に加熱され、送風
管10を通して熱風として上段羽口6および下段羽口11か
らそれぞれ溶融還元炉5内に送風される。そして溶融還
元炉5内において酸化物は送風空気中の酸素とコークス
中のカーボンが反応する際に発生する燃焼熱と還元ガス
ならびに酸化物とカーボンの接触により溶融還元されて
流下し、溶融メタルは出銑口12、スラグは出滓口13より
排出される。
実施例としては炉内径1.2mの溶融還元炉に上下段羽口各
3本を取り付け、上下段羽口間隔1.0mとした溶融還元炉
を用い、 コークス粒径15mm、 送風量1600Nm3/hr、 送風温度900℃、 送風圧力0.35〜0.45kg/cm2、 送風羽口径45〜55φmm、 富化酸素量100〜200Nm3/hr とした。
鉱石は第2表に示すメタル分と脈石分を有するA、B2銘
柄の混合割合を変えたもの、吹込量600〜800kg/hrの範
囲で、フラックスは石灰石と珪砂を使用し珪砂1に対し
石灰石2の割合で混合したものを300〜500kg/hr吹込ん
だ。なお、使用したコークス中の灰分と固定炭素分は第
3表に示す含有率である。
結果は第1図に示すように でメタル中[Si]は1〜5%と低位安定し、スラグCaO/
SiO2は1.0〜1.2となり、排滓性は良好で炉内でのスラグ
残留も認められず、炉頂ガス温度も500〜900℃と低いレ
ベルを確保できた。
の場合はメタル中[Si]が急激に上昇するためスラグの
CaO/SiO2も急上昇して融点が急上昇し、スラグの排滓性
が悪化、炉内にスラグが残留し始めたことが出銑滓バラ
ンスから判明した。またダスト発生量も多大となり、炉
内での棚つりも併発、炉操業が極めて不安定な状態とな
った。
の場合はメタル中[Si]は1%以下、スラグCaO/SiO2
1.0で問題はないが、羽口から炉内を観察すると炉内羽
口周辺に融体が滞留し始め、明らかに吹込過大な状態と
なり、融体による羽口破損を生じる恐れが発生し、操業
上極めて危険な状態となった。
第1表にこれらの操業結果をまとめて示す。
すなわち実施例No.1は、鉱石として(B)銘柄のものの
みを用い、鉱石とフラックスの吹込み量を第1表に示す
範囲で調整して、 を0.30〜0.32の範囲に制御して操業した例であり、実施
例No.2は、鉱石として(A)と(B)両方の銘柄のもの
を用い鉱石とフラックスの吹込量を第1表に示す範囲で
調整して、 を0.45〜0.47に制御して操業した例であり、実施例No.3
は、鉱石として(A)と(B)両方の銘柄のものを用い
鉱石とフラックスの吹込量を第1表に示す範囲で調整し
て、 0.55〜0.60に制御して操業した例であり、いずれも、 を本発明における好適な範囲に制御して操業した例であ
る。
比較例No.1は、 を本発明の好適範囲より低い値に制御した操業例であ
り、比較例No.2は を本発明の好適範囲より大きい値に制御した操業例であ
る。
比較例No.3〜No.5は従来法における如く を制御することなく試行錯誤で操業した例である。
本発明方法に従って送風し、吹込条件を制御することに
よって生産量を変化させてもメタル中[Si]%およびメ
タルσ[Si]は試行錯誤で実施していた従来法、比較例N
o.3〜No.5と比べ、格段に低減することが可能であり、
また操業安定上重要なスラグ塩基度CaO/SiO2の変動も1/
10以下におさえることができ、残滓の問題も解消されて
いる。さらに融体の羽口のたぶりによる羽口損傷、熱供
給過剰によるスラグ中SiO2気化に伴なうダストにより炉
内コークス棚つりも全く生じていない。
また、本発明方法における好適な の範囲より低い値に を制御した操業例(比較例No.1)ではメタルの[Si]が
高くそのばらつきσ[Si]も、本発明例の10倍のオーダー
であり、スラグのσ(CaO/SiO2)も本発明例の10倍のオー
ダーであり、また炉頂ガス温度も970〜990℃と高かっ
た。さらに棚つり頻度も10回/dと高く安定した操業は不
可能であった。一方、本発明方法における好適な の範囲より大きい値に を制御した操業例(比較例No.2)では、メタル[Si]と
炉頂ガス温度は低位安定したが、羽口損傷が発生した。
以上の如く、本発明法によって操業パラメータ の範囲内で制御することにより炉操業を極めて安定に行
うことができることが明白である。
〔発明の効果〕
以上本発明によれば棚吊りや羽口の損傷等のトラブルの
ない炉の安定操業及び炉頂ガス温度の低減とメタル[S
i]の低位安定を達成することができ、炉操業のコスト
低減にも貢献する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の の適正範囲を示すグラフ、第2図は本発明方法の実施に
用いた溶融還元炉プロセスのフローシートである。 1……鉱石用ホッパ、2……コークス用ホッパ 3……鉱石供給量調節フィーダ 4……鉱石吹込用パイプ、5……溶融還元炉 6……上段羽口、7……送風ブロワ 8……酸素流量調節器、9……熱交換器 10……送風管、11……下段羽口 12……出銑口、13……出滓口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牛島 崇 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 浜田 尚夫 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (56)参考文献 特開 昭59−80703(JP,A) 特開 昭57−198205(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭素系固体還元剤の充填層に高温空気を吹
    込む上下少なくとも2段に設けられた複数の羽口を有す
    る竪型炉を用いて、金属酸化物を含有する鉱石を少なく
    とも上段羽口から高温空気と共に吹込み溶融金属を製造
    する方法ににおいて、 となるように送風条件および鉱石供給条件を制御するこ
    とを特徴とする溶融還元炉の操業方法。 ただし、 L:融体生成量(m3/h) =CA+S+YM+YS CA:燃焼コークスからの灰分量(m3/h) S:造滓材量(m3/h) YM:吹込鉱石中メタル量(m3/h) YS:吹込鉱石中脈石分(m3/h) G:発生ガス量(Nm3/h) =0.79Va+2(0.21Va+Vo)+22.4X Va:送風空気量(Nm3/h) Vo:送風富化O2量(Nm3/h) X:吹込鉱石中酸素モル数(kmol/h) SRCT=n・SR・aT・H n:2段羽口ペア数 SR=0.0589DR 2 U:羽口流速(m/sec) DP:コークス平均径(m) DH:羽口径(m) ε:コークス充填率 φ:コークス形状係数(0.7) H:上下段羽口間隔(m) AT:炉床断面積(m2)
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