JPH0791574B2

JPH0791574B2 - 溶融精錬炉の原料投入方法および装置

Info

Publication number: JPH0791574B2
Application number: JP4260152A
Authority: JP
Inventors: 健一矢島; 慶吉村上; 充晴岸本; 秀青山
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1992-09-29
Filing date: 1992-09-29
Publication date: 1995-10-04
Anticipated expiration: 2010-10-04
Also published as: JPH06108133A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、操業中の溶融精錬炉に
原料を投入する方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からの溶融精錬炉への原料投入方法
を図６に示す。転炉あるいは溶融還元炉などの溶融精錬
炉には、操業中に、原料である鉱石や、熱発生源でかつ
還元材としても作用する石炭や、フラックスとしての石
灰などを投入する必要がある。図６（１）は、炉体１の
上方から重力によって原料を溶湯上に投入する方法を示
す。図６（２）は、炉体１の上方から気流輸送によって
原料を溶湯上に吹込み投入する方法を示す。図６（３）
は、炉体１の底部から気流輸送によって原料を溶湯上に
吹込む方法を示す。図６（４）は、炉体１の上方より溶
湯中へ吹込管を浸漬し、気流輸送によって原料を溶湯中
に吹込む方法を示す。

【０００３】図６において、炉体１の下方には溶融状態
の溶湯Ｙが貯留される。溶湯Ｙは溶融金属２と上部のよ
り比重の小さなスラグ３の層で形成される。溶融金属２
およびスラグ３の表面は、図示しない吹錬用ランスから
の酸素ガスジェットによって、中央部が押下げられてい
る。炉体１の上方には炉口ヘッド４を介してダクト５が
接続されている。精錬の過程で発生するガスなどは、炉
口ヘッド４およびダクト５を介して排出される。

【０００４】図６（１）では、原料を投入するための投
入タンク６が炉体１の上方に設けられる。投入タンク６
からの原料は、投入管７を経て溶湯Ｙ上に投入される。
投入された原料８は溶湯Ｙに向かって重力により落下す
る。この落下の期間に、ほとんどの揮発成分は矢符９で
示すように加熱されガスとなって排出される。図６
（２）では、炉体１の上方から吹込タンク１０内の原料
を、吹込みランス１１を介して気流輸送によって溶湯Ｙ
上に吹込み投入する。吹込みランス１１から溶湯Ｙに向
かって原料を円滑に投入するためには、粉状原料１２を
用いる必要がある。図６（３）は、炉体１の炉底側に吹
込ノズル１３を設け、吹込タンク１０から気流輸送によ
って原料を溶湯Ｙ中に吹込む。

【０００５】図６（４）は、炉体１の上方から吹込タン
ク内の原料を溶湯Ｙ中に浸漬させた浸漬ランス１４を介
して気流輸送により吹込む。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来からの図６（１）
に示すような重力による投入方法では、微粉粒状の原料
は炉体１内から発生するガスによって大半が飛散し、炉
外へ排出されてしまう。このため、原料の歩留りが悪
く、また歩留りを改善するためには微粉粒状の原料を予
め除去しておくか、バインダなどの添加によって造塊し
てしまう必要がある。またたとえば石炭を原料として投
入するときには、石炭中の揮発分としての硫黄（Ｓ）
は、ほとんどがガス化し排ガスとなってしまう。

【０００７】図６（２）、（３）および（４）に示す方
法では、原料はある程度小さな粉状である必要があり、
大塊状の原料は扱えない。また気流輸送用の搬送気体で
ある窒素ガス等のキャリアガスが多量でかつ高圧力に必
要である。このため炉体１内の熱が搬送気体によって奪
われてしまい、溶湯Ｙなどの温度が低下し、健全な精錬
反応の障害になったり、溶湯Ｙ内を搬送気体が吹抜けて
しまうおそれがある。また、搬送能力上、管内は高流速
となり、曲がり管部を含めた管路に対し、耐摩耗対策を
講じる必要がある。

【０００８】本発明の目的は、粒度管理を必要としない
安価な原料を歩留りよく投入することができる溶融精錬
炉への原料投入方法および装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、溶融精錬炉炉
内へ原料を重力落下にて供給する原料投入方法におい
て、原料供給系内を気密とした投入管の開放下端を炉内
溶湯中に浸漬させ、系内圧力を加減することによって投
入管内の溶湯レベルを設定し、供給する原料の投入管内
の堆積層高を任意に調整し、該層圧力と落下荷重によっ
て原料を逐次溶湯中へ到らしめることを特徴とする溶融
精錬炉への原料投入方法である。

【００１０】また本発明は、溶融精錬炉炉内へ原料を重
力落下にて供給する原料投入装置において、炉内の溶湯
中へ開放下端を浸漬せしめた投入管と、投入管内にガス
を供給し、ガス圧力を、溶融精錬炉の炉内操業圧力に、
炉内溶湯レベルに対する投入管内の溶湯レベルのレベル
差に対応する圧力差を加えた値に調整するためのガス圧
力調整手段と、投入管内に原料を気密下で供給し、投入
管内での原料の堆積層高を調整可能な原料供給手段とを
含むことを特徴とする溶融精錬炉の原料投入装置であ
る。

【００１１】また本発明は、前記投入管は４重管構造を
有し、最内方の第１の管の下端は開口し、最外方の第４
の管と第１の管との間は下端で閉鎖され、第１の管と第
２の管との間の第１間隙および第３の管と第４の管との
間の第３間隙は、下端付近で連通し、第２の管と第３の
管との間の第２間隙は、下端付近で閉鎖され、第１間隙
を貫通し、内方側で下方寄りとなるように傾斜する複数
のノズル孔を有し、前記ガス圧力調整手段は、第１の管
内および第２間隙内にガスを供給し、前記原料供給手段
は、第１の管内に原料を供給し、第１間隙に冷却水を供
給して第３間隙から排水する水冷手段を備えることを特
徴とする。

【００１２】

【作用】本発明に従えば、精錬操業中の炉内に原料を投
入するために、投入管の下端を溶湯中に浸漬させ、投入
管内のガス圧力を加減することで投入管内の溶湯レベル
を設定し、投入管内の原料堆積層高を調整し、層圧力と
落下荷重によって原料は溶湯中に押込まれる。原料が溶
湯中に排ガスに晒されずに押込まれるので、溶湯中へ達
するまでに飛散したり加熱による粉化を生じたりしない
ので、歩留りも向上する。また、原料が石炭の場合は硫
黄（Ｓ）分の大半はスラグ内に捕捉され排ガス中の性状
も良好となる、さらに、投入管内の原料層高を高くする
と、下方へ移動する間に溶湯からの熱を受け、原料の細
粒化が促進され、このことは溶湯中到達後の反応に有利
となる。

【００１３】また本発明に従えば、溶融精錬炉の原料投
入装置は、投入管と、原料供給手段と、ガス圧力調整手
段とを含む。炉内で投入管の下端を炉内の溶湯中任意の
高さに浸漬させ、ガス圧力調整手段により系内のガス圧
力を加減することによって、投入管内の溶湯レベルを設
定し、投入管内の原料堆積層高を調整し、層圧力と落下
荷重によって原料供給手段から投入管に供給される原料
を投入管の下端から押出す。これによって精錬操業中の
炉内溶湯中に原料を歩留りよく投入することができる。
さらに本発明に従えば、投入管を４重管構造とし、水冷
するとともに、内方側で下方寄りに傾斜する内向きの傾
斜ノズル孔からガスを投入管内に噴出させ、原料の落下
を促進させることができる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明の一実施例による原料投入方
法および装置の概略的な構成を示す。溶融精錬炉の炉体
２１は、耐火物で内張りされ、その下方には溶湯Ｙが貯
留され、下部に溶融金属２２、上部にスラグ２３の層が
形成される。炉体２１の上方には炉口ヘッド２４が気密
に取付けられ、炉体２１内から発生した排ガスが集めら
れる。この排ガスはダクト２５から排出される。

【００１５】炉体２１には投入タンク２６から投入管２
７を介して原料２８が供給される。投入管２７内に供給
される原料は、原料落下方向２９として示すように、重
力によって落下する。投入管２７は、上部がフレキシブ
ルホース３０に接続され、投入管昇降手段３１によって
昇降移動可能である。昇降移動する投入管２７が炉口ヘ
ッド２４と貫通する部分には、シール手段３２が設けら
れており、排ガスなどが漏れないように気密に封止す
る。

【００１６】投入管２７内は、ガス供給弁３３から供給
されるガスによって加圧またはガス排気弁３６の排気に
よって減圧される。この加減圧の制御は、ガス圧力調整
手段３４によって行われる。ガス圧力調整手段３４に
は、圧力検出器３５、圧力制御手段３７および制御弁３
８が含まれる。原料としては、鉱石や石炭などの主原料
ばかりではなく、消石灰などの副原料も投入可能であ
る。

【００１７】フレキシブルホース３０は、開閉弁３９を
介して、投入タンク２６の切出部４０に接続される。投
入量は、投入タンク２６内の原料２８の重量を検出する
ロードセル４２からの信号によって、投入量制御手段４
３が制御する。投入タンク２６内には、開閉弁４４を介
して原料２８が供給される。切出部４０と投入タンク２
６の上部との間は、均圧管４５によって接続され、圧力
差が生じて、不所望に原料２８が投入管２７に供給され
ないようにしている。投入管２７の上部には連結部４６
が設けられ、投入管２７から分岐して、冷却水戻りホー
ス４７、冷却水送りホース４８および先端ガス供給ホー
ス４９が接続される。先端ガス供給ホース４９には、付
着・固着防止を目的とした撹拌用の不活性ガスをまたは
燃焼促進を目的とした酸素ガスを供給する。

【００１８】溶湯Ｙは、酸素吹錬用のランス５０からの
酸素ガスのジェット圧力によって、中央部が押下げられ
る。投入管２７の下端は、投入管昇降手段３１によって
溶湯Ｙ内に浸漬される。投入管２７下端付近で参照符Ａ
で示す部分については、さらに図２で詳細に示す。な
お、図２では管内圧力を後述の如く、溶湯Ｙが管内に流
入しないよう調整している。

【００１９】図２において、投入管２７は、第１直円筒
管５１、第２直円筒管５２、第３直円筒管５３および第
４直円筒管５４による４重管構造を有する。投入管２７
の下端で、第２直円筒管５２と第３直円筒管５３とは第
１連結部５５によって連結され、第１直円筒管５１と第
４直円筒管５４とは第２連結部５６によって連結され
る。これによって、４重管構造の投入管２７には、３層
の管路が形成され、しかも外側および内側の管路は、投
入管２７の下端で連通する。このようにして形成され
た、第１直円筒管５１および第２直円筒管５２の間に形
成される内側の管路に冷却水を供給し、第３直円筒管５
３および第４直円筒管５４の間に形成される外側の管路
から冷却水を取出し、中央の第２直円筒管５２および第
３直円筒管５３の間に形成される管路にガスを供給す
る。

【００２０】投入管２７の下端付近には複数のノズル筒
５７が形成されている。ノズル筒５７は、投入管２７の
半径方向内方になるにつれて下方に傾斜した軸線を有
し、内向きの傾斜ノズル孔を構成する。ノズル筒５７
は、第２直円筒管５２および第３直円筒管５３間に形成
される管路からのガスを噴出させるためのノズル孔５８
を第１直円筒管５１に有する。ノズル筒５７は、投入管
２７の半径方向に対して、周方向に傾斜した軸線を有し
ていてもよい。このように半径方向に対して傾斜してい
るときは、噴出されるガスを投入管２７内で旋回させる
ことができる。ノズル孔５８から、ガスを先端ガス５９
として吹込みながら、原料６０を原料落下方向２９とし
て示すように落下させて投入する。投入された原料６０
は、溶湯中に溶けていく。この過程で発生する気泡は、
投入管２７内の圧力によって押出され、ガス気泡６１と
して投入管２７外へ排出される。すなわち、投入管２７
では、最内方の第１の管の下端は開口し、最外方の第４
の管と第１の管との間は下端で閉鎖され、第１の管と第
２の管との間の第１間隙および第３の管と第４の管との
間の第３間隙は、下端付近で連通し、第２の管と第３の
管との間の第２間隙は、下端付近で閉鎖され、第１間隙
を貫通し、内方側で下方寄りとなるように傾斜する複数
のノズル孔を有する。

【００２１】本実施例において、投入管２７の下端の溶
融金属２２の表面からの深さＨ_M は５００ｍｍであり、
スラグ２３の深さＨ_S は２８００ｍｍである。

【００２２】投入管２７内の圧力ｐ_Cは次の数１によっ
て表される。

【００２３】

【数１】ｐ_C＝ｐ_F＋γ_S×Ｈ_S＋γ_M×Ｈ_M ここでｐ_Fは炉内操業圧力であり、たとえば１．９ｋｇ
／ｃｍ²Ｇである。γ_Sはスラグ２３の比重であり、たと
えば１．０である。Ｈ_Sはスラグ２３の層の厚さであ
り、たとえば２８００ｍｍである。γ_Mは溶融金属２２
の比重であり、たとえば７．０である。Ｈ_Mは、溶融金
属２３内にある投入管２７の下端までの深さであり、た
とえば５００ｍｍである。以上のような条件下で必要な
投入管内圧力ｐ_Cは、２．５３ｋｇ／ｃｍ²Ｇとなる。

【００２４】投入管２７の下端付近は、銅材料で形成さ
れ、冷却水による冷却効果を高めている。ノズル孔５８
から噴出されるガスは、原料６０をかき混ぜたり、溶湯
Ｙが投入管２７の内面に付着するのを防止したり、さら
には燃焼を促進する。

【００２５】本実施例によれば、原料投入系を気密構造
とし、投入管２７の下端の出口先端開放部を溶湯Ｙ内へ
浸漬させ、投入管２７内の圧力を、溶湯Ｙ内に投入管２
７を浸漬させた深さ相当の圧力と炉内操業圧力との和以
上に確保することによって、溶湯Ｙの下端部内への流入
を防ぎ、上方から重力落下する原料６０を直接溶湯２２
内へ供給することができる。

【００２６】図３は、本発明の他の実施例による原料投
入装置の投入管下端付近の拡大図である。本実施例は図
１および図２図示の実施例に類似し、対応する部分には
同一の参照符を付す。注目すべきは、投入管が３重管構
造であり、投入管内の圧力を調整することによって、投
入管内の溶湯のレベルを調整することである。すなわ
ち、直円筒状の内管６２、仕切管６３および外管６４に
よる３重管構造として投入管６５を構成する。投入管６
５の下端は、厚さＨ_Sのスラグ２３の層を貫通して溶融
金属２２中に深さＨ_Mまで浸漬される。投入管６５に
は、仕切管６３と内管６２との間に冷却水が送込まれ、
外管６４と仕切管６３との間から戻され、ガスの吹込み
は行わず、冷却のみを行う。投入管６５内には、溶湯Ｙ
のレベルがＬ１となるように圧力が設定される。投入管
６５内に投入された原料６０が投入管６５の下端からＬ
２の原料層レベルまで積層すると、この層レベルの高さ
によって溶湯Ｙ内への押出し力６６が生ずる。溶湯Ｙ内
に押出された原料６０は、溶湯の熱によって細粒化し、
溶解していく。

【００２７】本実施例によれば、原料投入系を気密構造
とし、投入管６５の下端である出口先端開放部を溶湯Ｙ
内へ浸漬させて、投入管６５内の圧力を加圧または減圧
することによって、投入管６５内の溶湯レベルＬ１を任
意の高さに調整することができる。原料の層レベルＬ２
を所望の位置に保持することによって、上方から重力落
下する原料６０を直接溶湯内へ供給することができる。

【００２８】図４は、本発明のさらに他の実施例による
原料投入方法および装置を示す。図１図示の実施例と対
応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきは原料
投入シュート６７が、炉体２１の側面に形成されてお
り、その開口部が直接溶湯Ｙの部分に設けられているこ
とである。なお、この開口部付近で溶湯Ｙまたは原料６
０が固着した場合として、シリンダ６８によって棒６９
を突出させて投入シュート６７内を掃除できる装置を設
けている。また先端部を図２の如き構造とし、供給する
ガスを酸素（Ｏ₂）ガスとして固着形成を溶融除去して
もよい。

【００２９】図５は、本発明による原料投入方法および
装置のさらに他の実施例を示す。図１図示の実施例に対
応する部分には同一の参照符を付す。図５（１）におい
ては、炉体７１内に仕切壁７２を設け、炉体７１内の仕
切られた領域中に原料投入シュート７３から原料を投入
する。仕切壁７２によって仕切られた炉体７１内の他方
の領域には、炉口７４が設けられ、溶融精錬のための反
応が生ずる。原料投入シュート７３から投入された原料
６０を撹拌するため、炉体７１の側壁から撹拌用ガス７
５が吹込まれる。この撹拌用ガスは燃焼を促す酸素ガス
であることが好ましい。このようにして供給された原料
６０は、移動方向７６に導かれる。炉口７４からは、ラ
ンス７７が投入され、酸素ガスを吹込む。精錬過程で発
生する排ガスは炉頂ガスとして炉口７４から排出され
る。図５（２）は、撹拌用ガス７５を吹込まないときの
状態を示す。原料投入シュート７３の系内圧力の加減に
よって、原料６０が浮かんでいる溶湯Ｙのレベルの高低
を設定する。本実施例によれば、原料６０を排ガスに晒
すことなく直接溶湯Ｙ中に投入することができ、歩留り
のよい原料投入を実現することができる。

【００３０】以上の各実施例によれば、投入管先端が溶
湯内に没しているため、原料が炉内発生ガスによって飛
散することがない。また発生ガスによって原料が加熱さ
れないので、たとえば石炭中の揮発分としての硫黄など
もスラグ中に捕捉させることができる。排ガス中の硫黄
の量が少なくなり、その除去のための負担が軽減され
る。また原料は塊状でも粉状でも同様に取扱うことがで
きる。また、投入管内の溶湯レベルを確保するためのガ
スの圧力は、投入管を溶湯中に浸漬させた高さ相当の圧
力だけ炉内操業圧力よりも高くすればよく、流量は少量
でよいので、ガスの消費量および必要圧力は小さくても
よい。

【００３１】また原料として石炭などを供給するときに
は、溶湯からの加熱によって石炭からもガスが発生し、
そのガスを適宜利用することができるので、ガスの消費
量をさらに削減することができる。また細粒化した石炭
を溶湯内へ安定供給することができるので、迅速でかつ
均一に反応させることができる。

【００３２】また原料の粒度は広い範囲にわたって使用
可能であるので、分級や粉砕、さらには造塊を行うため
の前処理設備が不要となり、設備費を低減することがで
きる。またガス圧が少なく流量も小さいので、窒素ガス
などの消費量が少なく、原料の飛散が少ないので歩留り
がよい。このため運転費を低減することができる。さら
に原料の飛散が少ないので、排ガス系などへの付着も少
なく、排ガス系への負担が少なくなる。さらに、石炭な
どを直接原料として投入するとき、石炭中の硫黄成分は
揮発しないで、大部分がスラグ中に捕捉される。これに
よって、排ガス中の硫黄の量が低減し、硫黄分除去のた
めの設備の負担も小さくなる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明による原料投入方法
によれば、下端を溶湯中に浸漬させた投入管から排ガス
に晒されずに原料を押込むことができる。これによっ
て、溶湯中へ達するまでに飛散したり加熱による粉化を
生じたりしないので、歩留りも向上する。また、原料が
石炭の場合は硫黄（Ｓ）分の大半はスラグ内に捕捉され
排ガス中の性状も良好となる、さらに、投入管内の原料
層高を高くすると、下方へ移動する間に溶湯からの熱を
受け、原料の細粒化が促進され、このことは溶湯中到達
後の反応に有利となる。

【００３４】また本発明の原料投入装置によれば、投入
管の下端を炉内の溶湯中に所望の高さに浸漬させ、ガス
圧の調整手段により系内のガス圧力を加減することによ
って投入管内の溶湯レベルを設定し、投入管内の原料堆
積層高を調整し、層圧力と落下荷重によって原料供給手
段から投入管に供給される原料を投入管の下端から押出
す。これによって精錬操業中の炉内溶湯中に原料を歩留
りよく投入することができる。さらに、投入管を４重管
構造とし、水冷するとともに内向きの傾斜ノズル孔から
ガスを投入管内に噴出させ、原料の落下を促進させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による投入方法および装置を
示す概略的な断面図である。

【図２】図１図示の実施例によるＡ部付近の詳細を示す
断面図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【図４】本発明のさらに他の実施例による投入方法およ
び装置を示す概略的な断面図である。

【図５】本発明のさらに他の実施例による投入方法およ
び装置を示す概略的な断面図である。

【図６】従来からの原料投入方法を示す概略的な断面図
である。

【符号の説明】

２１，７１炉体２２溶融金属２３スラグ２４炉口ヘッド２６投入タンク２７，６５投入管２８，６０原料３１投入管昇降手段３４ガス圧力調整手段４０切出部４３投入量制御手段４７冷却水戻りホース４８冷却水送りホース４９先端ガス供給ホース５０ランス５７ノズル筒５８ノズル孔６１ガス気泡６７，７３原料投入シュート６８シリンダ６９棒７０供給管７５撹拌用ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青山秀兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号川崎重工業株式会社神戸工場内 (56)参考文献実開平２−66661（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融精錬炉炉内へ原料を重力落下にて供
給する原料投入方法において、原料供給系内を気密とした投入管の開放下端を炉内溶湯
中に浸漬させ、系内圧力を加減することによって投入管内の溶湯レベル
を設定し、供給する原料の投入管内の堆積層高を任意に
調整し、該層圧力と落下荷重によって原料を逐次溶湯中へ到らし
めることを特徴とする溶融精錬炉への原料投入方法。
【請求項２】溶融精錬炉炉内へ原料を重力落下にて供
給する原料投入装置において、炉内の溶湯中へ開放下端を浸漬せしめた投入管と、投入管内にガスを供給し、ガス圧力を、溶融精錬炉の炉
内操業圧力に、炉内溶湯レベルに対する投入管内の溶湯
レベルのレベル差に対応する圧力差を加えた値に調整す
るためのガス圧力調整手段と、投入管内に原料を気密下で供給し、投入管内での原料の
堆積層高を調整可能な原料供給手段とを含むことを特徴
とする溶融精錬炉の原料投入装置。
【請求項３】前記投入管は４重管構造を有し、最内方の第１の管の下端は開口し、最外方の第４の管と第１の管との間は下端で閉鎖され、第１の管と第２の管との間の第１間隙および第３の管と
第４の管との間の第３間隙は、下端付近で連通し、第２の管と第３の管との間の第２間隙は、下端付近で閉
鎖され、第１間隙を貫通し、内方側で下方寄りとなるよ
うに傾斜する複数のノズル孔を有し、前記ガス圧力調整手段は、第１の管内および第２間隙内
にガスを供給し、前記原料供給手段は、第１の管内に原料を供給し、第１間隙に冷却水を供給して第３間隙から排水する水冷
手段を備えることを特徴とする請求項２記載の溶融精錬
炉の原料投入装置。