JPH09316510A

JPH09316510A - 炉壁保護方法

Info

Publication number: JPH09316510A
Application number: JP12841896A
Authority: JP
Inventors: Masaru Ujisawa; 優宇治澤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-05-23
Filing date: 1996-05-23
Publication date: 1997-12-09

Abstract

(57)【要約】【構成】炉上部に開口部１ａを、下部側壁に一次羽口
１ｂを、その上部側壁に二次羽口１ｃを、炉底及び／又
は炉底近傍の下部側壁に溶銑及び／又は溶滓の排出口１
ｄを設けた筒型炉１を用い、炉底から一次羽口１ｂを含
むレベルまでコークスの充填層２を形成させ、その上層
として二次羽口１ｃを含むレベルまで鉄原料の充填層３
を形成させた後、一次羽口１ｂからは支燃性ガスと燃料
を、二次羽口１ｃからは支燃性ガスを吹き込んで溶銑を
製造する方法において、前記二次羽口１ｃの回りにおけ
る同心円状の位置に複数個の羽口５を設け、溶銑の製造
時、これら羽口５から不活性ガスを吹き込み、二次羽口
１ｃ近傍の炉壁耐火物の熱負荷を軽減する。【効果】炉体寿命の向上が図れ、炉材原単位の低減を
達成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筒型炉を使用し、
鉄スクラップや鉄鉱石を鉄源として溶銑を製造するに際
し、筒型炉における二次羽口近傍の炉壁耐火物を保護す
る方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から銑鉄はその大部分が鉄鉱石を鉄
源として高炉によって製造されてきた。高炉製銑法その
ものは、長年にわたる改良が積み重ねられて銑鉄の大量
生産技術として極めて優れたものとなっている。しか
し、高炉製銑法は鉄源として高品位の焼結鉱やペレット
を使用し、また燃料及び還元剤として高品位のコークス
を使用するものであるから、利用できる原材料に制約が
ある。また、近年の高炉は巨大化し、しかも一旦火入れ
した後は、吹き止め，再火入れが簡単にできないので、
鋼材需要の変動に応じる柔軟性に乏しい。さらに、高炉
を建設する設備費は年々高騰する状況にある。

【０００３】そこで、最近では、高炉によらない溶銑製
造方法、あるいは金属溶解法が種々提案されている。本
出願人も製鋼用転炉に類似した筒型炉を使用し、鉱石と
スクラップを鉄源として用いる溶銑の製造方法を特開平
１−２９０７１１号で提案した。

【０００４】本出願人が特開平１−２９０７１１号で提
案した方法は、図２に示すような、炉上部に炉内ガスの
排出と原料装入用の開口部１ａを、また炉壁下部には一
次羽口１ｂを、またその上部炉壁には二次羽口１ｃを、
さらに炉底又は炉底近傍の下部側壁には出銑口１ｄを備
えた筒型炉１を使用し、以下の〜の製造工程で溶銑
を製造するものである。

【０００５】操業開始に当たって装入するか、また
は前回の操作から引き継いだコークス充填層２の上部
に、二次羽口１ｃを含むレベルまで鉱石とスクラップの
充填層３を形成させる装入工程〔図２（ａ）参照〕。一次羽口１ｂから支燃性ガスと、必要に応じて炭化
水素系燃料を吹き込み、二次羽口１ｃから支燃性ガスを
吹き込んで鉱石とスクラップを加熱，溶融させ、溶融酸
化物を直接還元して溶銑を製造する溶解・還元工程。こ
の溶解・還元工程で生じた炉内上部空間には、次回の操
作で消費が予測される所定量のコークスと所要の副原料
を装入して、鉱石とスクラップの充填層３の上部にコー
クス充填層２’を形成させる〔図２（ｂ）参照〕。

【０００６】一次羽口１ｂを含む所定のレベルに前
記の溶解・還元工程で装入したコークス充填層２’の
層高が到達した時点においての溶解・還元工程におけ
る操作を終了し、コークスを含む固形の内容物を炉内に
残存させ、生成した溶銑とスラグ４だけを出銑口１ｄか
ら排出する排出工程〔図２（ｃ）参照〕。

【０００７】本出願人が特開平１−２９０７１１号で提
案した方法において、との操作を行うのは次のよう
な作用効果を狙うためである。すなわち、一次羽口１ｂ
から下部のコークス充填層２内に支燃性ガスと必要に応
じて炭化水素系燃料を吹き込んで下記の化学式１に示す
部分酸化燃焼を生じさせ、その燃焼発熱によってコーク
ス充填層２を高温に保持する。

【０００８】

【化１】C ＋(1/2)O₂ → CO ＋29400kcal/kmol・C

【０００９】この化学式１に示す反応によって発生した
COは、鉱石とスクラップの充填層３内で二次羽口１ｃか
ら吹き込まれる支燃性ガスによって下記化学式２に示す
二次燃焼を起こす。

【００１０】

【化２】CO ＋(1/2)O₂ → CO₂＋67590kcal/kmol・CO

【００１１】このようにすれば、二次燃焼の発熱によっ
て上部で鉱石とスクラップが加熱溶融されて溶鉄ととも
に溶融酸化鉄（主に Fe₂O₃）が生成され、重力で下部の
コークス充填層２に滴下する。下部のコークス充填層２
は上記化学式１の部分酸化反応によって高温に保持され
ているので、滴下してきた溶融酸化鉄は下記の化学式３
によって直接還元され、溶鉄が生成される。

【００１２】

【化３】 Fe₂O₃ ＋ 3C → 2Fe＋3CO − 108090kcal/kmol・Fe₂O₃

【００１３】さらに、生成した溶鉄を高温のコークスに
より浸炭させて溶銑とすることができる。そして、生成
した溶銑とスラグ４は、前記したの操作により炉底部
に設けた出銑口１ｄから炉外に排出する。以上の溶解操
作を繰り返し続けることで溶銑を製造する特開平１−２
９０７１１号で提案した方法は、燃料利用効率（熱効
率）が高く、経済性、生産性に優れた方法である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来法によって更に経
済性を向上しようとするならば、炉体寿命の延命は設備
コスト削減の観点から非常に重要である。従来法は充填
方式であるので、鉄浴式に比べて炉体寿命は遙に長い
が、さらなる延命は望まれるところである。特に、上記
化学式２の反応よって二次羽口近傍の熱負荷は他の部位
と比較して大きくなる傾向にあるので、二次羽口近傍の
炉壁耐火物の熱負荷軽減を図ることは炉体寿命の延命に
効果を奏する。

【００１５】本発明は、上記した従来の課題に鑑みてな
されたものであり、本出願人が特開平１−２９０７１１
号で提案した高い燃料利用効率で溶銑を製造する方法に
おいて、炉体の延命を可能とする炉壁保護方法を提供す
ることを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明の炉壁保護方法は、炉上部に開口部を、
下部側壁に一次羽口を、その上部側壁に二次羽口を、炉
底及び／又は炉底近傍の下部側壁に溶銑及び／又は溶滓
の排出口を設けた筒型炉を用い、炉底から一次羽口を含
むレベルまでコークスの充填層を形成させ、その上層と
して二次羽口を含むレベルまで鉄原料の充填層を形成さ
せた後、一次羽口からは支燃性ガスと燃料を、二次羽口
からは支燃性ガスを吹き込んで溶銑を製造する方法にお
いて、前記二次羽口の回りにおける同心円状の位置に複
数個の羽口を設け、溶銑の製造時、これら羽口から不活
性ガスを吹き込み、二次羽口近傍の炉壁耐火物の熱負荷
を軽減することとしているのである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的に説明する。本発明者は、本出願人が特開平１−２９
０７１１号で提案した溶銑の製造方法における炉内現象
を解明するために、特にの溶解・還元工程における前
記化学式２に示す二次燃焼が二次羽口及びこの二次羽口
近傍の炉壁耐火物に与える影響を実験室における再現実
験により調査した結果、以下の1)〜5)に示す知見を得、
上記した本発明方法を成立させた。

【００１８】1) 二次羽口近傍は、前記化学式２に示す
二次燃焼反応によって高温酸化性雰囲気となる。 2) 二次燃焼反応は、O₂ガスとCOガスによる気相同士の
速やかな反応であるが、二次羽口から吹き込まれた常温
のO₂ガスが、前記化学式１で示す反応によって発生した
COガスと十分に混合するまでに僅かではあるが時間を要
するので、二次羽口前にはO₂濃度の高い、比較的温度の
低い領域が発生する。

【００１９】3) そのため、二次羽口本体への熱負荷は
小さく、また二次羽口から吹き込むO₂の濃度を不活性ガ
スで調整することで、さらに熱負荷を軽減することが可
能である。 4) 寧ろ二次羽口近傍の炉壁耐火物が二次燃焼反応後の
高温酸化性ガスに曝されるので、この炉壁耐火物におけ
る稼働面の熱負荷は他の部位に比して大きくなる傾向に
あり、この部位の熱負荷抑制、耐損耗対策が望まれる。

【００２０】5) その対策として、図３に示す従来型の
二次羽口部位の構造を、図１に示すように、二次羽口１
ｃの回りにおける同心円状の位置に複数個の羽口（以
下、「炉壁保護用羽口」という）５を設けた構造とし、
溶銑の製造時、これら炉壁保護用羽口５から不活性ガス
を吹き込むことで、二次羽口１ｃ近傍における炉壁耐火
物１ｅの稼働面１ｅ’の熱負荷軽減、耐損耗性の向上が
図れる。なお、図１，３中の１ｆは鉄皮を示す。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の炉壁保護方法の効果を確認す
るために行った実施結果に基づいて説明する。実施例で
は、図２に示した基本構造で、内径が１．５ｍ、炉底か
ら炉口までの高さが３．６ｍ、内容積が６ｍ³の筒型炉
１を使用した。一次羽口１ｂは炉底から１．４ｍの高さ
位置の、また二次羽口１ｃは炉底から２．０ｍの高さ位
置の炉側壁にそれぞれ周方向に９０°の間隔で４本づつ
設置し、各羽口とも図１に示したように、二次羽口１ｃ
の回りにおける同心円状の位置にそれぞれ６本の炉壁保
護用羽口５を設置した。なお、出銑口１ｄは炉底の近傍
側壁に１口設けた。

【００２２】鉄源としては、最大寸法が０．４ｍ、嵩密
度が３５００kg/m³の鉄スクラップ（鉄純度：９９重量
％）、及び下記表１に示す組成の塊鉱石を使用した。ま
た、燃料としては、下記表２に示す組成のコークスと微
粉炭を使用した。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】操業の基本条件としては、一次羽口から吹
き込む支燃性ガスとして酸素を使用し、送酸量は１００
０Nm³/時間とした。同時に微粉炭を８００ kg/時間で吹
き込んだ。また、二次羽口から吹き込む支燃性ガスとし
ても酸素を使用し、流量は６００Nm³/時間とした。ま
た、炉壁保護用羽口から吹き込む不活性ガスとして常温
の窒素ガスが使用し、送酸量は炉壁保護用羽口１本当た
り、１０Nm³/時間で合計２４０Nm³/時間を吹き込んだ。
鉄源として鉄スクラップとともに使用する鉱石の使用比
率は、Fe換算で５０％に設定した。

【００２６】操作手順としては、先ず炉底から一次羽口
を含むレベルまでコークス充填層を形成させ、十分に予
熱した後溶銑８トン相当の鉄源（スクラップ充填層と鉱
石充填層）をコークス充填層上に装入し、所定の送風を
開始して出銑量が安定した時点から８トンごとに溶銑を
受銑する操業を１０チャージ行った。

【００２７】比較例として、二次羽口部位の構造を図３
に示す従来型の構造で操業した。炉の基本寸法、装入条
件及び一次羽口の送風条件は実施例と同じとし、比較例
１は二次羽口から酸素を６００Nm³/時間吹き込んだ場
合、比較例２は二次羽口から酸素を６００Nm³/時間と、
実施例と同様に窒素ガスを２４０Nm³/時間を混合して吹
き込んだ場合である。

【００２８】各比較例ともに実施例と同様に１チャージ
８トンの生産を１０チャージ行った。実施例と比較例
１，２の操業結果（１０チャージの平均値）を表３にま
とめて示す。

【００２９】表３に示す通り、実施例の操業成績は比較
例のそれと同等で、二次羽口近傍部位の耐火物損耗速度
は比較例のそれに対して約３０％低減され、炉の平均耐
火物損耗速度でみても比較例のそれに対して約６％の低
減効果があり、炉体寿命の向上、炉材原単位の低減を達
成することができた。

【００３０】

【表３】

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の炉壁保護
方法によれば、本出願人が特開平１−２９０７１１号で
提案した高い燃料利用効率で溶銑を製造する方法におい
て、炉体寿命の向上が図れ、炉材原単位の低減を達成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の炉壁保護方法に適用する二次羽口部位
の構造を示す図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の炉壁保護方法に適用
する本出願人が特開平１−２９０７１１号で提案した溶
銑の製造方法を模式的に順を追って説明する図である。

【図３】本出願人が特開平１−２９０７１１号で提案し
た溶銑の製造方法に適用する従来の二次羽口部位の構造
を示す図である。

【符号の説明】

１筒型炉１ａ開口部１ｂ一次羽口１ｃ二次羽口１ｄ出銑口２コークス充填層２’ コークス充填層３鉱石とスクラップの充填層５炉壁保護用羽口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉上部に開口部を、下部側壁に一次羽口
を、その上部側壁に二次羽口を、炉底及び／又は炉底近
傍の下部側壁に溶銑及び／又は溶滓の排出口を設けた筒
型炉を用い、炉底から一次羽口を含むレベルまでコーク
スの充填層を形成させ、その上層として二次羽口を含む
レベルまで鉄原料の充填層を形成させた後、一次羽口か
らは支燃性ガスと燃料を、二次羽口からは支燃性ガスを
吹き込んで溶銑を製造する方法において、前記二次羽口
の回りにおける同心円状の位置に複数個の羽口を設け、
溶銑の製造時、これら羽口から不活性ガスを吹き込み、
二次羽口近傍の炉壁耐火物の熱負荷を軽減することを特
徴とする炉壁保護方法。