JPH11117010A - 竪型炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小粒固体燃料の多量に使用した場合、燃料効
率が低下し、安定操業が困難であり、また５ｍｍ以下の
安価な細粒還元鉄は利用されていなかった。 【解決手段】 ダスト塊成鉱、自己還元性塊成鉱（含Ｃ
塊成鉱）、金属化率の低い還元鉄（還元鉄粉を含む）等
の還元が必要な鉄源と、ＨＢＩ（ホットブリケット還元
鉄）、ＤＲＩ（直接還元鉄）、鉄屑、型銑、戻り屑、金
属化率の高い還元鉄（還元鉄粉を含む）等のうち少なく
とも一種を含む溶解のみが必要な鉄源と、固体燃料を竪
型炉に装入し、竪型炉の壁面に設けた羽口７から常温ま
たは６００℃以下の酸素含有ガスを送風して還元・溶解
する操業方法であって、炉中心部９にコークス層を装入
してコークスベッド１０の炉中心部の高さを増加させた
後、５ｍｍ以下の細粒の還元鉄粉を最大６０重量％混入
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄を含有するダス
トおよび／または鉄屑類および／または還元鉄（還元鉄
粉を含む）等を鉄源とし、固体燃料の性状によらず、熱
効率よく、低燃料比で銑鉄を連続的に溶製可能とする竪
型炉の操業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】未還元鉱石から銑鉄を製造する方法とし
ては、これまでに種々開発されてきたが、今日でも高炉
法がその主流となっている。この高炉法では、炉頂から
装入された原料は降下していく間に、下から上に向かっ
て流れる高温ガスによって十分に予熱されるとともに、
酸化鉄は一酸化炭素（ＣＯ）により、６０％以上の比率
で間接還元される。高炉法では、このような間接還元率
を確保するために、羽口前にレースウエイ空間を設け、
ここで、ηCO（＝ＣＯ₂ ／（ＣＯ＋ＣＯ₂ ））＝０の還
元ガスを製造するようにしている。また、上記の高温ガ
スとなる燃焼ガスの温度を高めるために、送風温度は１
０００℃以上としている。

【０００３】しかしながら、鉄を含有するダストおよび
／または鉄屑等の鉄源を主原料とする溶解炉では、羽口
部で還元ガスを製造する必要性が薄れ、したがって、羽
口前でのコークスの燃焼は、原燃料の昇熱あるいは溶解
のための熱源を確保する手段として活用することが効率
的とされている。例えば、鉄屑、鋳物屑、銑鉄等の鉄源
を溶解することが主目的で、還元機能を必要としないキ
ュポラ法では、通常、原燃料を混合して装入し、ηCO＝
４０〜５０％の条件下で、鉄源の溶解を実施している。
このようなガス組成とするために、キュポラ法では、粒
度１００〜１５０ｍｍの鋳物用大径コークスを使用して
おり、これによって、コークス燃焼後のソルーションロ
ス反応を抑制している。しかし、鋳物用大径コークスは
高価なことから、燃料コストの削減のため、小粒度のコ
ークスを使用することが有効と考えられる。ところがこ
の場合には、吸熱反応であるソルーションロス反応速度
が大きくなり、コークスの燃焼効率ηCOが低下する結
果、溶融熱量が低下して安定した操業は困難になる。一
方、自己還元性鉱塊、鉄屑を主原料として、溶解まで行
う還元機能を必要とする竪型炉の操業例は少ない。この
ような竪型炉では、高炉とは異なって、レースウエイを
設けることはせず、送風温度を６００℃以下と低くして
操業を行っている。

【０００４】Gokselら（Transactions of the American
Foundrymen's Society Vol 85 AFSDes Plaines. III.
(1977). p.327-332）によれば、送風温度を４５０℃と
した熱風キュポラで、含Ｃペレットを５重量％用いて行
った試験の報告はあるが、常温送風キュポラあるいは含
炭ペレットの多量配合時の操業についての従来例は見当
たらない。

【０００５】特表平１−５０１４０１号公報には、２次
羽口を有する高炉と、高炉の直径より大きな直径を備
え、かつ１次羽口が存在する炉床とからなる溶銑製造装
置が開示されている。この炉では、炉頂部から鉄源のみ
を装入し、燃料は高炉と炉床の結合部に存在する燃料ベ
ッド上に直接添加する構造となっている。したがって、
高炉内部は燃料の存在しない鉱石層となっていることか
ら、固体燃料によるソルーションロス反応は進行せず、
排ガス組成はＣＯ₂ ／（ＣＯ＋ＣＯ₂ ）の値が高い、効
率の良い操業が期待できる。この炉においては、主原料
となる自己還元性鉄塊が、炉床部において、コークスベ
ッド内のコークスと接触反応し、吸熱反応である溶融還
元を生じる。しかし、２次羽口部では、下記（２）式の
ような発熱反応を生じるため、この熱が鉱石の予熱、加
熱、あるいは溶解に向けられて溶銑が得られると考えら
れている。 ＣＯ＋1/2 Ｏ₂ → ＣＯ₂ ＋67590kcal ／kmolt ・ＣＯ ・・・ （２） しかしながら、この場合には、高炉炉頂部から燃料は装
入せずに鉱石のみを装入するため、長時間にわたって連
続操業を行う場合、操業時間の経過とともに、コークス
ベッド内のコークスが溶銑に対する浸炭に消費されるよ
うになり、好ましくない。また、Ｆｅ−Ｃ−Ｏ平衡状態
図から明らかなように、ηCO≧３０％の酸化度の高いガ
ス組成で、かつ温度１０００℃以上の環境下では、Ｃを
内装する自己還元性鉱塊であっても、ＦｅＯからＦｅへ
のガス還元は進行し難く、そのため炉下部において溶融
還元が不可避となり、コークスベッド内のコークス消費
の量増大、炉熱の低下、あるいは融液量増大による通気
不良を招来する可能性がある。さらに、鉱石は、高温帯
で溶着・溶融する際に炉壁と接触して付着物となり、棚
吊りの原因となる。

【０００６】これらの問題に加え、炉の形状が複雑とな
るため、スケールアップの際には、炉体冷却の面で問題
があり、大型化は難しいと考えられる。一方、高炉と炉
床の結合部から燃料を添加する際の添加位置と１次羽口
との相互関係については、前記特表平１−５０１４０１
号公報に、具体的に明記されていない。しかし、同公報
の図２から判断すると、隣り合う燃料添加位置の中間に
１次羽口が設置されている。炉床平均径Ｄ≧１．００ｍ
の炉においては、このように隣り合う燃料添加位置の中
間に１次羽口が存在する場合、１次羽口部で燃焼したコ
ークスの補充は、直上にある装入物で行われる。したが
って、この場合には、炉上方から降下してきた鉱石が燃
焼したコークスと置き代わる状況にあり、添加した燃料
がスムーズに降下するとは考えられず、操業不能に陥る
可能性が大きい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】鉄源に対する従来の溶
解炉操業では、高価な大径コークスの使用を余儀なくさ
れてきた。それに対して、特表平１−５０１４０１号公
報では、複雑な炉体構造を有する溶解炉を案出し、小粒
コークスの使用、並びに自己還元性鉱塊の多量使用下
で、高い燃焼効率ηCOによる操業を目指し、燃料比低減
を指向した技術を考案した。しかしながら、炉内で棚吊
りが発生しやすいという問題や、炉内下部のコークスベ
ッドの消耗の問題など、長期安定操業に支障となる問題
が残されている。また、スケールアップにおける設備的
な問題もある。このように、自己還元性鉱塊や鉄屑等を
溶解する従来の技術では、小粒固体燃料の多量使用を前
提とした場合、低燃料比を指向する長期安定操業は困難
と考えられてきた。また、５ｍｍ以下の細粒の還元鉄粉
は比較的安価に輸入でき、鉄屑等よりも安いにもかかわ
らず、製銑原料としては有効利用されていなかった。本
発明の目的は、上記課題に鑑みて、鋳物コークスよりも
小粒度の固体燃料を使用する場合でも、固体燃料の燃焼
効率ηCOを低下させることなく、また棚吊りを回避し
て、効率の良い操業を可能とし、さらに５ｍｍ以下の還
元鉄を利用して溶銑品質を向上させることができる竪型
炉の操業方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明に係る竪型炉の操業方法は、ダスト塊成鉱、自己
還元性塊成鉱（含Ｃ塊成鉱）、金属化率の低い還元鉄
（還元鉄粉を含む）等の還元が必要な鉄源と、ＨＢＩ
（ホットブリケット還元鉄）、ＤＲＩ（直接還元鉄）、
鉄屑、型銑、戻り屑、金属化率の高い還元鉄（還元鉄粉
を含む）等のうち少なくとも一種を含む溶解のみが必要
な鉄源と、固体燃料を竪型炉に装入し、竪型炉の壁面に
設けた羽口から常温または６００℃以下の酸素含有ガス
を送風して還元・溶解する操業方法において、炉中心部
にコークス層を装入してコークスベッドの炉中心部の高
さを増加させた後、５ｍｍ以下の細粒の還元鉄粉を最大
で６０重量％混入した鉄源を装入するものである。

【０００９】すなわち、炉頂部から鉄源と固体燃料を装
入するにあたり、金属化率が高い鉄源を固体燃料と混合
して竪型炉の炉中心部に装入するとともに、金属化率が
低い鉄源および５ｍｍ以下の細粒の還元鉄粉を固体燃料
と混合して竪型炉の炉周辺部に装入するものである。或
いは、ダスト塊成鉱、自己還元性塊成鉱（含Ｃ塊成
鉱）、還元鉄塊、ＨＢＩ（ホットブリケット還元鉄）、
ＤＲＩ（直接還元鉄）、鉄屑、型銑、戻り屑等の還元ま
たは溶解が必要な鉄源のうち少なくとも一種を含む鉄源
を固体燃料と混合して炉中心部に装入するとともに、５
ｍｍ以下の細粒の還元鉄粉を固体燃料と混合して竪型炉
の炉周辺部に装入するものである。

【００１０】また、炉内の反応・熱効率、即ちガス利用
率ηCOを制御する方法として、前記鉄源の平均金属化率
（平均 Metallic Fe / Total Fe ）に基づいて還元・溶
解の最適ηCO（ガス利用率）を求め、鉄源と固体燃料か
らなる装入物の竪型炉内の装入高さを調節するものであ
る。好ましくは、前記鉄源の平均金属化率（平均 Metal
lic Fe / Total Fe ）に基づいて還元・溶解の最適ηCO
（ガス利用率）を求め、鉄源中に含有するＣ重量％を変
数として下記（１）式で求め、鉄源と固体燃料からなる
装入物の竪型炉内の装入高さを調節する鉄源と固体燃料
からなる装入物の竪型炉内の装入高さを調節するもので
ある。 １．５×Ｃ％≦ηCO−０．７×（平均M.Fe/T.Fe ）≦３．０×Ｃ％ ・・・（１） 但し、 Ｃ ： 鉄源中に含まれるＣ％であって、０％≦Ｃ％≦
２０％ ηCO ： ガス利用率（％） （平均M.Fe/T.Fe） ： 平均金属化率（％） 金属化率 ： 鉄源中の金属鉄（M.Fe)／鉄源中のトー
タル鉄（T.Fe） 平均金属化率 ： 数種の鉄源を加重平均した金属化率

【００１１】さらに、前記鉄源の平均金属化率（平均 M
etallic Fe / Total Fe ）に基づいて還元・溶解の最適
ηCO（ガス利用率）を求め、コークスベッドの高さ、羽
口径、羽口突出し位置のうち、いずれかを調整するもの
である。或いは、前記固体燃料の粒度に応じて、羽口
が、炉高さ方向に少なくとも二段の位置に設けられ、固
体燃料の粒度および鉄源の平均金属化率（平均 Metalli
cFe / Total Fe ）に応じて、コークスベッドの高さ、
羽口径、羽口突出し位置のうち、いずれかを調整するも
のである。

【００１２】そして、前記鉄源と固体燃料を混合し竪型
炉の炉周辺部に装入するに際し、前記固体燃料の粒度を
６０ｍｍ以下とするものである。

【００１３】本発明は、鋳物コークスよりも小粒度の固
体燃料を使用する場合でも、連続操業が可能で、しかも
燃焼効率ηCOを向上させることができ、また棚吊りを回
避して、効率の良い操業を可能とする。さらに、安価な
小粒固体燃料を使用するだけでなく、比較的安価に輸入
でき、鉄屑等よりも安い５ｍｍ以下の細粒の還元鉄を鉄
源として積極的に使用しているので、生産性が高く、燃
料比の低い操業が可能であり、経済的に溶銑品質を向上
させることができるものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】最初に、本発明に用いる装置およ
び操業方法について説明する。本発明に用いる反応装置
を図１（ａ）〜（ｃ）に示す。なお、図１（ｂ）と図１
（ｃ）は、図１（ａ）の上部装入装置を示したものであ
る。本発明に用いる反応装置は、図１（ａ）〜（ｃ）に
示すように、装入装置としてバケット１、ベル２、可動
アーマー３および装入ガイド４を有し、炉体５には、上
部に排ガス管６、下部に羽口７が設けられている。装入
物は、中心部９と周辺部８に区分けされて装入可能であ
る。なお、コークスベッド１０は、炉体下部に高さ調整
して形成される。また、反応装置は高さ方向に２段以上
の羽口７を形成し、炉頂部には半径方向に区分け装入が
可能な装入装置を有する（図１（ｂ）、（ｃ））。送風
条件は常温送風または６００℃以下の熱風送風で、酸素
富化を考慮し、羽口径については、羽口先でレースウエ
イを作らないように羽口径を設定する。また、２次羽口
は、装入原料によって炉内突き出し位置を変更する。

【００１５】原料は、鉄屑、銑鉄（型銑）、鋳物屑（戻
り屑）、ＨＢＩ（ホットブリケット還元鉄）、ＤＲＩ
（直接還元鉄）、金属化率の高い還元鉄（還元鉄粉を含
む）のような溶解のみが必要な鉄源と、ダスト塊成鉱、
自己還元性鉱塊（含Ｃ塊成鉱）、酸化した還元鉄塊・粉
等のような還元が必要な金属化率の低い鉄源を主体と
し、燃料は、コークスや無煙炭等の固体燃料を主体とす
る。装入方法は、コークスベッド層を形成するためにコ
ークスを装入した後、原燃料を完全混合または層状装入
する通常の装入方法と、原燃料を半径方向で区分け装入
する新装入方法を採用した。

【００１６】図２（ａ）は、中心部を鉄屑類のみとし、
周辺部をコークス＋ダスト類（還元鉄粉を含む）とし、
コークスベッド１０の高さは中心部で１３ａ、周辺部で
１４ａとした装入を示す。図２（ｂ）は、中心部をコー
クス、鉄屑、ダストとし、周辺部をコークス＋ダスト類
（還元鉄粉を含む）とし、コークスベッド１０の高さは
中心部で１３ｂ、周辺部で１４ｂとした装入を示す。こ
れらの図で、１次羽口および２次羽口から酸素等のガス
が供給され、炉内ガス流を形成して還元・溶解する。図
２（ｃ）は、図２（ａ）における炉内ガス利用率ηCO及
び酸素濃度変化と１次羽口からの距離との関係を、中心
部と周辺部について示したものである。

【００１７】新装入方法は、反応効率の良い操業を狙う
方法と、細粒鉄源の多量使用を狙う方法に大別される。
前者については、図２（ａ）（ｂ）に示すように、装入
原料の各金属化率を加重平均した平均金属化率（平均M.
Fe/T.Fe ）で場合分けし、平均金属化率（平均M.Fe/T.F
e ）の高い原料を中心側に、平均金属化率（平均M.Fe/
T.Fe ）の低い原料を細粒コークスと混合して周辺側に
装入することで、反応効率の高い操業を指向する。後者
については、図２（ａ）（ｂ）において、周辺部に細粒
鉄源（５ｍｍ以下の細粒の還元鉄粉）と細粒固体燃料を
混合装入し、中心部に粒度の大きな鉄源を装入すること
により、ガス流れを安定させた条件で、細粒鉄源の多量
使用を指向する。

【００１８】反応炉の操業は、コークスベッド高さ、ス
トックレベル位置の調節と原燃料品種に応じた装入区分
け法、２次羽口突き出し位置等で制御する。コークスベ
ッドの最適高さは、鉄源の溶解が主か、鉄源の還元が主
かによって異なり、目標ηCOに対応する位置にコークス
ベッド上端位置を設定する。なお、コークスベッド内で
は、コークスの燃焼反応と、燃焼後のソルーションロス
反応が進行するが、両反応の反応速度を、固体燃料粒
度、ガス流速、送風温度により調整する。また、ストッ
クレベル位置については、原燃料の昇温速度と関係し、
特に、固体燃料のソルーションロス反応速度に影響する
ため、反応効率を低下させないための制御手段として使
用する。半径方向の区分け装入方法については、金属化
率の高い部分と金属化率の低い部分を区分けして、前者
については溶解重視の操業を指向し、２次燃焼率ηCOの
上限を狙い、後者については還元重視で、原料の平均金
属化率や含Ｃ量に応じて、還元に必要な２次燃料率を制
御することにより、全体として最も効率の良い操業を指
向することができる。金属化率の高い溶解重視部分は、
２次羽口を有効利用し、２次送風により２次燃焼率の上
限を狙う。半径方向区分け装入で、溶解重視部分を中心
側に設定する場合、２次羽口の突き出し位置は、炉の中
心と周辺の境界位置に設定すると最も効果がある。

【００１９】つぎに、２次燃料率ηCOを制御する方法を
説明する。本発明のηCO制御法の一例は下記の通りであ
る。本発明の炉内ηCOの制御フローの概要について説明
する。本発明の制御は次の〜のようにまとめられ
る。

【００２０】竪型炉への装入鉄源の成分および配合量
（使用量）から、平均金属化率（平均M.Fe/T.Fe ）を求
める。より効率の良い操業を指向する場合に、半径方向
区分け装入を実施するが、この装入法を適用する場合、
中心部、周辺部に装入する鉄源に対し、それぞれ平均金
属化率を求める。

【００２１】この装入鉄源の平均金属化率（平均M.Fe
/T.Fe ）と、鉄源中の含Ｃ量とから下記（１）式（図３
参照）をもとに、操業に適したηCOレベル範囲を特定す
る。半径方向区分け装入法を適用する場合、中心部、周
辺部それぞれに適正ηCOを特定する。 １．５×Ｃ％≦ηCO−０．７×（平均M.Fe/T.Fe ）≦３．０×Ｃ％ ・・・（１） 但し、 Ｃ ： 鉄源中に含まれるＣ％であって、０％≦Ｃ％≦
２０％ ηCO ： ガス利用率（％） （平均M.Fe/T.Fe） ： 平均金属化率（％） 金属化率 ： 鉄源中の金属鉄（M.Fe）／鉄源中のトー
タル鉄（T.Fe） 平均金属化率 ： 数種の鉄源を加重平均した金属化率

【００２２】溶解炉の操業条件（出銑量の目安）によ
り、炉内平均ガス流速（Ｎｍ／ｓ）が決まるため、使用
する固体燃料粒度により、図４のデータから１次羽口か
らのコークスベッド高さを設定する。

【００２３】ストックレベルについては、下記（３）
式（図５参照）をもとに、目標ηCOに対応したストック
レベル（１次羽口からの装入面高さ）Ｈ（ｍ）を特定
し、設定する。（３）式は、最小自乗法による近似線
で、鉄源種類、金属化率によって、多少異なると思われ
るが、目標ηCOをもとに、ストックレベルＨ（ｍ）を設
定する。 Ｈ＝−０．０２７７５ηCO＋４．７７５ ・・・（３） 半径区分け装入法を採用する場合、中心部、周辺部にそ
れぞれ別々に、ストックレベルを設定するのが好まし
い。

【００２４】燃料比については、炉の特性である炉体
放散熱（ｋｃａｌ／ｈ）と、目標出銑量（ｔ／ｄ）なら
びに鉄源種類、品質等を含む操業条件に加え、上記に示
す目標ηCOが決まれば、熱・物質バランスから燃料比
（ｋｇ／ｔ）レベルが求まることから、最終的には、２
次送風量の微調整、ストックレベルの微調整を実施し
て、目標ηCOレベルを維持するようにして操業する。半
径区分け装入法を採用する場合、中心部、周辺部それぞ
れ別々に、燃料比を設定して装入する。

【００２５】以下に、本発明についてさらに詳述する。
前記鉄源を還元・溶解する際に、鉄源に含まれる鉄の平
均金属化率（M.Fe/T.Fe ）に応じて、炉内ηCOを調節制
御する必要がある理由を説明する。鉄屑、銑鉄、鋳物
屑、ＨＢＩ、ＤＲＩ、還元鉄のように金属化率が、例え
ば９０％以上と高い鉄源を溶解する操業では、還元機能
を必要としないため、ηCOの高い条件が低燃料比操業を
指向する上で好ましく、ηCO＞８０％の操業が目標とな
る。一方、ダスト塊成鉱や自己還元性鉱塊あるいは一部
酸化した還元鉄、還元鉄粉等、金属化率の低い鉄源を還
元・溶解するケースでは、固気反応で還元を進行させ
て、固体鉄を多く製造して、その後溶解させるのが操業
の安定性、溶銑品質面において好ましく、そのために
は、純粋ウスタイト（ＦｅＯ）を鉄に還元するための熱
力学的（平衡論的）条件として、例えば１０００℃以上
の温度領域では、ηCO＜約３０％のガス条件が必要であ
る。この条件が必要な鉄源は、金属化率０％のウスタイ
ト（ＦｅＯ）や、高炉装入物である焼結鉱、ペレット、
塊鉱石等である。

【００２６】一方、Ｃを内装した塊成鉱、例えば本発明
で使用するＣを内装する自己還元性鉱塊やＣを含むダス
ト塊成鉱等では、塊成鉱外部のガス雰囲気はηCO＞約３
０％で、平衡論的にはＦｅＯから鉄への還元が進まない
条件でも、塊成鉱内部に存在するＣの存在によって、塊
成鉱内部においてηCO＜約３０％の条件が形成され、還
元鉄への還元が進行することが確認されている。例え
ば、Ｃ＝１２％を内装する自己還元性鉱塊を５０％配合
し、鉄屑を５０％配合した操業では、炉頂ηCO＝５０％
程度のガス条件でも、操業は良好に推移しており、炉内
では適度に還元が進行していることを示唆する。このよ
うに、鉄源の還元プロセスが重視される金属化率の低い
ダスト類の多量使用条件では、高ηCOは望めないが、鉄
源の溶解がメインである鉄屑類の溶解操業や、金属化率
の高い鉄源の多量使用操業、あるいは金属化率の低いダ
ストの少量使用条件では、高ηCO操業が指向できる。つ
まり、鉄源の種類、M.Fe/T.Fe の割合に応じて、還元反
応に支障のない範囲で、ηCOレベルを管理し、制御する
ことが望ましい。

【００２７】つぎに、ηCOを制御する方法について述べ
る。ηCOを制御する方法として、本発明では、装入物
の装入高さ位置（ストックレベル）の制御、コークス
ベッド高さ等の制御、多段羽口の使用、装入物の半
径方向区分け装入法を提案した。以下に核技術に関し、
順を追って説明する。まず最初に、鉄源と固体燃料から
なる装入物の縦型炉内の装入高さ（ストックレベル）を
変更することが、ηCO制御に有効なことを説明する。ス
トックレベルについては、例えば、大径の鋳物用コーク
スを使用し、鉄屑、鋳物屑を溶解処理するキュポラ操業
では、通常、下段羽口からストックレベルまでの高さ
（Ｈ）／炉径（Ｄ）＝４〜５に設定されているが、高炉
用コークスなどの細粒コークスを使用し、かつダスト還
元などの還元機能を必要とする竪型炉に関しては、スト
ックレベルに関する検討結果が見当たらない。そこで、
鉄屑多量使用条件下で、ストックレベル変更試験を実施
し、排ガスηCOとの関係を図５に整理した。

【００２８】炉床径Ｄ＝１．４ｍの竪型炉を用いた試験
結果によると、Ｈ／Ｄ＝２．０と小さく設定すること
で、排ガスηCO＞７０％と高く維持できること、ストッ
クレベルを上昇することで、排ガスηCOを低下させるこ
とが可能なことが判明した。これは、ストックレベルを
高くすると、ガスから原燃料への伝熱が良好となり、固
体燃料の予熱、昇温がより上部から進行する結果、下記
（４）式のソルーションロス反応領域が炉上部に拡がる
ためで、この結果、Ｃの消費量が多くなり、ηCOが低下
することを示唆している。 Ｃ＋ＣＯ₂ ＝２ＣＯ ・・・（４） このように、ストックレベルの変更は、炉内の原燃料の
昇温速度を制御する役割があり、排ガスηCOの制御手段
となる。

【００２９】つぎに、竪型炉内下部のコークスベッド高
さを変更すること、さらには、送風量、羽口径、羽口突
き出し位置の変更が、ηCO制御に有効なことを説明す
る。図４は、コークス粒度および送風量（ガス流速）を
変化させて、羽口からのコークスベッド高さと、その部
位のηCOの推移を調査したオフラインシミュレータによ
る実験結果である。図４によると、羽口から送風された
空気中の酸素並びに富化酸素は、下記（５）式の反応
で、コークスと燃焼してＣＯ₂ を生成し、Ｏ₂が消失し
た部位で完全燃焼に至る。この部位が、最もガス温度が
高く、これより上部では、吸熱反応である（４）式のソ
ルーション反応が進行して、ηCOが低下し、ガス温度も
低下する。 Ｃ＋Ｏ₂ →ＣＯ₂ ・・・（５） コークス粒度が小さくなると、（５）式の燃焼速度が速
くなるため、最高ガス温度（Ｏ₂ ＝０％でηCO＝１００
％）の部位は、羽口に近くなる。また、送風量を増量
し、ガス流速を上げた場合、羽口から吹き込まれた酸素
の炉内流速が上昇し、羽口近傍のＣとの接触時間が短く
なるため、（５）式の燃焼反応は炉上部に拡がる。その
ため、同じコークス粒度で、流速を上げると、図４に見
られるように、炉内におけるηCOは流速の低い場合に比
べて、全体的に高くなる。１次羽口を炉内に突き出すこ
と、あるいは羽口径を絞り、羽口風速を上げることは、
送風酸素とＣとの接触時間を短縮することに相当し、炉
内流速を上げるのと同様の効果がある。このように、竪
型炉内下部のコークスベッド高さを変更すること、さら
には、送風量、羽口径、羽口突き出し位置を変更するこ
とは、炉内ηCO制御に有効な手段となる。

【００３０】つぎに、装入物の半径方向区分け装入方法
が、小粒の固体燃料使用時にも、竪型炉の燃焼効率を低
下させず、ηCO制御に有効な手段となること、竪型炉の
シャフト部壁面に、炉高さ方向に複数からなる多段羽口
を設置することが、ηCO制御により有効となることを説
明する。１次羽口では、（５）式で表示される反応によ
って固体燃料が燃焼し、その後に（４）式で示されるソ
ルーションロス反応により、ＣＯガスを生成する。一
方、１次羽口より上に位置する２次羽口部では、下方か
ら上昇してくるＣＯガスを（２）式で示される反応によ
って燃焼させ、この発熱反応を利用して、鉄源の予熱を
行い、高ηCOを実現して、燃料比の低減を図る。実験に
よると、２次送風量／１次送風量＝１／４の条件下で、
ηCOは１５％以上向上できることを確認しており、多段
羽口使用による上段送風は、炉内ηCOを制御する手段と
なりうる。

【００３１】ただし、２次羽口部でも（４）式で示され
るソルーションロス反応は生じており、このソルーショ
ンロス反応の比率を少しでも小さくすること、ならびに
小粒の固体燃料を使用しても、竪型炉の燃焼効率低下さ
せずに操業できることを狙った手段が、装入物の半径方
向区分け装入法である。この装入方法は、炉中心側と炉
周辺側の鉄源と固体燃料の装入量を異なるように装入す
る方法である。例えば、炉中心部の鉄源／固体燃料の重
量比を大きく、つまり固体燃料の割合を少なくし、炉周
辺側の鉄源／固体燃料の重量比を小さく、かつ細粒固体
燃料を周辺側に多量に装入する方法を例にとると、炉周
辺部に通気抵抗の大なる細粒コークスを使用することに
より、ガスの中心流化が指向できること、ガス流量の少
なくなる炉周辺部は、炉体散水冷却の影響も含め、炉中
心部に比べ温度が低下しており、炉周辺部コークスのソ
ルーションロス反応量が抑制できる。また、炉中心部は
ガス量は多いが、装入コークス量が少ないため、通常の
混合装入法あるいは層状装入法に比べ、（４）式のソル
ーションロス反応量を抑制できる。このように、装入物
の半径方向区分け装入方法が、小粒の固体燃料使用時に
も、縦型炉の燃焼効率を低下させずに、ηco制御に有効
な手段となる。

【００３２】つぎに、半径方向の区分け装入法を採用し
た鉄源の還元溶解法が、操業の安定性、低燃料比操業に
有効で、鉄源の種類、粒度によらず、効率の良い操業が
指向できること、また、鉄源、固体燃料の性状に応じ
て、効率の良い操業を指向するための操業方法につい
て、説明する。半径方向の区分け装入法については、鉄
源の種類によって、適正な装入法がある。一つは、炉内
のηCOを高くして、効率の良い操業を指向する例で、鉄
源のM.Fe/T.Fe による分別法であり、一方は鉄源の粒度
に応じた分別法である。

【００３３】まず、最初に、鉄源の金属化率（M.Fe/T.F
e）による分別法が、操業安定化に寄与し、効率の良い
操業が指向できることを説明する。還元溶解に使用する
鉄源が、数種類に及び、M.Fe/T.Feの大小で分別できる
場合、好ましくは、金属化率の高い鉄源、例えば銑鉄
（型銑）、鉄屑、鋳物屑、還元鉄、ＨＢＩ 、ＤＲＩ等
は炉中心部に装入し、金属化率の低い鉄源（ダスト塊成
鉱、自己還元性鉱塊、一部酸化した還元鉄、ペレット
類）を炉周辺部に装入する。これは、炉中心部は溶解機
能、炉周辺部は還元機能を持たせる装入方法であり、炉
周辺部に金属化率の低い鉄源を装入し、炉中心部に金属
化率の高い鉄源を装入する理由は、炉中心部のコークス
ベッドの高さ制御を容易にすること、中心ガス流を確保
すること、低燃料比操業を指向することにある。

【００３４】この操業を指向する場合、２次羽口は、羽
口先端が炉壁よりも炉内部に突き出した構造とし、基本
的には、２次羽口の先端位置を、炉中心部と炉周辺部の
境界に設けるのが理想的である。また、ガス流を中心流
とし、炉周辺部に装入する鉄源の還元機能を重視する
と、周辺部の固体燃料は細粒が好ましく、中心部の固体
燃料は大粒が好ましい。２次羽口を炉の中心部と周辺部
の境界に設定する理由は、２次送風を周辺部に存在する
固体燃料の燃焼に使用させないためで、２次送風は
（２）式のＣＯガス燃焼用に作用させるためである。炉
中心部は溶解機能を主体とするため、２次送風により、
炉中心部のηCO＞９０％の操業を指向すれば最も効率的
であり、炉中心部の固体燃料は最低燃料比である浸炭分
程度とすることができる。そのため、急激なコークスベ
ッド高さの変化を抑制できる上、粒径を維持したコーク
スがコークスベッドとなるため、通気・通液性を確保し
た低燃料比操業が可能となる。

【００３５】この操業においては、コークスベッド高さ
により、適正２次送風量が決まる。コークスベッド高さ
は、前記したように、コークス粒度や炉内ガス流速等に
よって異なるが、最適位置にコークスベッド上端をセッ
トした場合（ηCO＞９０％）には、２次送風は不要とな
る。コークスベッド上端位置のηCOが９０％以下の場合
には、２次送風により、ηCO＞９０％に設定可能であ
り、炉中心部に関しては理想的な操業が可能となる。ま
た、炉中心部のコークスに関し、細粒コークスを使用す
る操業でも、図４に示すように大粒コークス使用時に比
べ、コークスベッド高さを低く設定することにより、も
しくは、送風量の調節により、ηCOを変化せずに、効率
の良い操業を理論的には指向できる。

【００３６】コークスベッド上端位置については、この
部位で鉄源が溶解するため、鉄屑類の溶解操業では、コ
ークスベッド高さの最適位置は、最もガス温度が高い部
位、すなわち、０２ ＝０％でηCO＝１００％近傍とす
ることが望ましい。２次送風量／１次送風量＝１／４で
多段送風を行った縦型炉の試験操業において、上段送風
によって、ηCOは１５％以上向上できており、これを参
照すると、ηCO＞８０％の操業を指向する場合、コーク
スベッド上端位置ではηCO＞６５％となるコークスベッ
ド高さに設定すればよい。一方、平均金属化率の低い鉄
源を装入した周辺部位では、コークスベッド上端部より
上部位置で、還元を進める必要があり、Ｏ2 ＝０％でη
CO＝１００％の部位を下限位置として、鉄源の種類やM.
Fe/T.Fe 等に応じてコークスベッド高さを高く設定し
て、コークスベッド上端部のηCOを制御する必要があ
る。

【００３７】コークスベッド高さは、所定の位置に操業
開始時点で設定する。操業中は、炉内でのコークス消費
量に見合うコークスを炉上部から装入することにより、
コークスベッド高さの維持が可能である。８０ｍｍの大
径コークスを使用する場合、炉内ガス流速１Ｎｍ／Ｓの
操業時において、コークスベッド上端部でηCO＞６５％
を狙う操業を指向する場合、図４より、コークスベッド
高さは、下段羽口から６０ｃｍ〜９０ｃｍの位置が適当
である。また、コークスベッド上端部でηCO＜３０％を
狙う操業を指向する場合、８０ｍｍの大径コークス使用
時には、１次羽口から１３０ｃｍ以上に、３０ｍｍの高
炉小塊コークスを使用する場合、１次羽口から１２０ｃ
ｍ以上に設定する。

【００３８】つぎに、金属化率の低い鉄源を炉周辺部に
装入する場合に固体燃料と混合する装入法が効率的であ
ることを説明する。ηCOの高い操業を指向できれば、低
燃料比の操業が可能となるが、還元機能を必要とする金
属化率の低い鉄源をηCO＞３０％の条件で還元させる実
験を実施したところ、コークスと混合しない条件では、
鉄源中のウスタイトから鉄への還元反応は進行せず、高
温部で操業に悪影響を及ぼす溶融還元を引き起こす。そ
れに対し、金属化率の低い鉄源でも、コークスと混合し
て装入すると、コークスと混合しない場合に比べ、少な
くとも２０％以上の還元率改善効果があることが、図６
（ｂ）に示すようなオフラインシミュレータの検討結果
で明かとなった。このことは、金属化率の低い鉄源を装
入する操業では、固体燃料（コークス）と混合する装入
法が、固体燃料（コークス）と混合しない操業に比べる
と、鉄源の還元性改善に効果があり、その結果、溶融時
のスラグ融液量を低減することができ、棚吊り回避にも
寄与する。

【００３９】炉周辺部に装入する金属化率の低い鉄源の
還元を促進し、溶融前の鉄源の還元率を高くする方法と
して、鉄を含有するダスト中にＣを内装すること、内装
Ｃ量を多くすることが有効である。内装Ｃ量の上限は、
強度制約上２０％程度である。図３は、鉄源の平均金属
化率と鉄源の還元・溶解が支障なく行えるηCOレベルを
検討した一例であり、鉄を含有するダストに内装するＣ
量によって多少ηCOレベルは異なるが、装入鉄源の金属
化率から、操業可能なηCOレベルを判定できる。固体燃
料としては、一般的に、コークスを使用するが、無煙炭
のような炭材なども使用できる。

【００４０】つぎに、炉頂から装入する鉄源として、ダ
スト塊成鉱、自己還元性鉱塊、塊還元鉄（ＨＢＩ 、Ｄ
ＲＩ）、鉄屑、鋳物屑、銑鉄（型銑）、鉱石、ペレット
あるいは還元鉄等を装入するケースについて、装入方法
の代表例を図７（ａ）〜（ｄ）に示す。この中で図７
（ａ）と図７（ｂ）は、金属化率の高い鉄源、すなわち
銑鉄、鉄屑、塊還元鉄とコークスベッド補給用かつ浸炭
用の大粒コークスを炉中心部に装入し、金属化率の低い
鉄源（ダスト塊成鉱、自己還元性鉱塊、一部酸化した還
元鉄、ペレット）を小粒コークスと混合して炉周辺部に
装入する装入方法であり、燃焼効率の高い操業を可能と
し、低燃料比を指向する上で、最も効率的である。な
お、一部酸化した塊還元鉄については、図７（ｃ）にも
あるように、炉中心部に装入することも可能である。ま
た、例えば５ｍｍ以下の細粒の還元鉄粉を炉頂から多量
に装入する場合には、炉内の反応効率を多少犠牲にして
も、出銑比を高める操業を指向し、例えば還元鉄粉と細
粒固体燃料を混合して炉周辺部に装入し、炉中心部に
は、粒度の大きいダスト塊成鉱や自己還元性鉱塊等、金
属化率の低い鉄源類の装入も考えられる。この場合、還
元に必要な固体燃料比を炉中心部に装入する必要があ
り、炉内反応効率的には劣るが、安価な細粒鉄源の多量
使用を行えるという利点がある。このように、半径方向
の区分け装入法の採用により、鉄源の種類、性状に応じ
て多機能な操業が可能となった。

【００４１】つぎに、竪型炉の半径方向に装入する原燃
料の装入部位に応じて、ストックラインを変更すること
が有効なことについて説明する。例えば、還元が必要で
ない鉄屑、銑鉄、鋳物屑等を炉中心部に装入する場合に
おいては、ηCOは極力高い方が望ましく、ηCO＞７０％
以上を目標とすると、ストックレベルは（１次羽口から
の装入高さＨ）／（炉床径Ｄ）＜２．０が適当である。
また、還元が必要なダスト塊成鉱、自己還元性鉱塊、還
元鉄を還元・溶解する場合、ηCOを低下させることが必
要で、この場合、例えばηCO＝５０％を目標とすると、
ストックレベルは、Ｈ／Ｄ＝約２．４に設定すればよ
い。このように、装入する鉄源の種類に応じて、半径方
向でストックレベルの適正値が存在する。半径方向で、
ストックレベルを制御する方法としては、専用の装入装
置が必要である。例えば、図１に示す装入装置が挙げら
れる。これは、炉頂半径方向において、装入物の装入位
置を、炉中心部と炉周辺部に区分できるもので、この装
置に装入ガイドを設け、装入ガイド内で、各装入物のス
トックレベルを管理する方法である。これにより、還元
の必要のない鉄源の装入部位では、コークスベッドより
上の部位でのコークスのソルーションロス反応を抑制で
きることになり、より効率の良い操業が可能となる。

【００４２】つぎに、コークスベッド高さを維持するた
めの制御方法について述べる。コークスベッド高さの制
御が難しいのは、これが炉の中心下部にあり、コークス
比が適当でなければ、未還元のＦｅＯ分が炉下部で溶融
還元し、コークスベッドを消費することによって、コー
クスベッドの異常消耗が引き起こされるためである。特
に、炉の中心下部で、このようなコークスの異常消耗が
生じると、鉄源の溶解に支障となる上、スラグの固化等
により、操業不能に陥る可能性もあり、問題となる。そ
こで、前記したように、炉中心部には、主として金属化
率の高い鉄源、すなわち型銑、鉄屑、鋳物屑類を装入す
ることにより、炉中心部で溶融還元の生じ難い操業と
し、炉中心部のコークスベッドの異常消耗を抑制する。
また、コークスのソルーションロス反応を極力抑制する
ために、炉中心部に装入する固体燃料を、炉周辺部に装
入する固体燃料と区別し、大径コークスを使用する。こ
れによって、炉中心部のコークスベッドの異常損耗を抑
制でき、さらに、炉下部の燃焼効率ηCOを高めた操業が
可能となる。

【００４３】上段羽口の設置位置は、コークス粒度、送
風量等の操業諸元によって、適正位置が存在するが、基
本的には、２次羽口部でのηCOレベルが、６５％＜ηCO
＜９０数％程度が目安となる。また、コークスベッド上
端位置は、装入する鉄源の種類によって異なり、還元機
能の不必要な鉄源の装入部位については、２次羽口より
下の位置に制御して、極力コークス燃焼を抑制するのが
好ましい。一方、還元機能が必要な鉄源の装入部位で
は、コークスベッド上端位置は、２次羽口より上部とす
ることが好ましい。これは、鉄源のM.Fe/T.Fe の割合に
より、コークスベッド上端位置でのηCOをコントロール
することが必要なためである。コークスベッド高さを制
御または監視する簡易法として、２次羽口部での肉眼観
察、炉内圧損値による判定などがある。２次羽口部での
観察は、少なくとも、鉄源の溶融部位が、２次羽口上部
か下部のいずれかに存在することを判定できる。また、
１次羽口と２次羽口の圧損差を検知することにより、コ
ークスベッド上端位置の確認が可能である。操業例によ
ると、コークスベッド上端部が２次羽口より下にある場
合、１次羽口と２次羽口の圧損差が大きく検知される。
これは、溶融部位の存在が圧損値を大きくするためであ
る。また、コークスベッド高さを、精度良く測定する方
法としては、炉上部から装入した垂直ゾンデもしくは鉄
線類の降下挙動を測定することによって、判定可能であ
る。垂直ゾンデの場合、炉内温度が急に上昇し、１２０
０℃以上となる部位に相当し、鉄線類を用いた場合、降
下速度がストップした地点が、コークスベッドの上端部
に相当する。

【００４４】つぎに、周辺部に装入する金属化率の低い
鉄源を固体燃料と混合して装入すること、また炉周辺部
に装入するコークスを小塊コークスとすること、さらに
は炉半径方向で鉄源／固体燃料の比を変えた装入法を指
向することが、棚吊り回避に有効なことを説明する。一
般に、鉄を含有するダストを多量に使用する場合には、
炉壁に付着物が生成しやすい。例えば、還元反応が遅く
なり、その結果、ＦｅＯを多量に含有するスラグが生成
し、このスラグが、吸熱反応である溶融還元により冷却
されて、炉壁に付着するケース、多量のＦｅＯ含有スラ
グが、炉下部でフラッディング状態となり、このスラグ
が吹き上げられて炉壁に付着するケース、あるいは、上
昇する高温ガスにより未還元のＦｅＯが炉上部で溶融
し、隣接する鉄源と結合ないしは融合して、炉壁に付着
するケース等がある。いずれのケースも、炉壁近傍で、
多量のスラグ融液が発生し、あるいは、隣接する鉄源と
結合ないしは融合して液状化し、これが炉壁に付着して
付着物となり、棚吊りの原因となる。

【００４５】そこで、この棚吊りを回避するために、炉
周辺部の融液生成量を減らし、さらに、隣接する鉄源同
士が極力、接触しないようにすることが必要である。炉
周辺部の融液量を減少させるためには、鉄源の還元率を
高める必要があり、そのためには、前記したように、炉
周辺部に装入する鉄源については固体燃料と混合して装
入することが有効である。このときの固体燃料の粒度に
ついては、小粒の方が望ましい。これは、同じ重量のコ
ークスを装入するならば、小粒の固体燃料の方が、装入
個数が多く、鉄源同士の接触を十分に回避することが可
能であるためである。尚、ここでいう小粒の固体燃料と
しては、例えば、高炉用コークス（粒度６０ｍｍ以
下）、あるいは粒度が３０ｍｍ程度の高炉用小塊コーク
スが好ましい。

【００４６】また、炉周辺部に装入する固体燃料重量を
炉中心部に装入する固体燃料重量より多くすることも有
効である。このためには、鉄源／固体燃料の重量比を、
炉中心部と炉周辺部とで分け、炉中心部には金属化率の
高い鉄源を装入して、中心部に装入するコークス重量を
減らし、極力周辺部に装入するコークス量を増大させ
る。炉周辺部に装入する固体変量比率は、ダスト塊成
鉱、自己還元性鉱塊、還元鉄等、装入する鉄源の金属化
率によって多少異なる。例えば装入鉄源として、Ｃを１
２％内装する自己還元性鉱塊７５％、還元鉄１５％、鉄
屑１０％を使用したケースでは、還元を必要としない鉄
屑を除いた鉄源と固体燃料との比率が、（自己還元性鉱
塊＋還元鉄）／（固体燃料）≦５の条件において、棚吊
りが回避できることを操業によって確認している。この
条件は、（装入鉄源中の金属M.Fe重量）／固体燃料＜
１．２４に相当する。金属化率の低い鉄源を使用する場
合には、炉周辺部に装入する固体燃料をさらに多くする
必要がある。逆に、金属化率の高い鉄源を使用する場合
には、炉周辺部に装入する固体燃料を低減できる。

【００４７】つぎに、炉周辺部に小粒の固体燃料、還元
鉄、自己還元性鉱塊、ダスト塊成鉱等、金属化率の低い
鉄源と固体燃料とを装入し、炉中心部に鉄屑、鋳物屑、
銑鉄等の金属化率の高い鉄源と固体燃料とを装入するケ
ースにおいて、炉中心部に装入する固体燃料に含まれる
Ｃと鉄源に含まれるFeの重量比を、０．０１≦Ｃ／Fe≦
０．０５に設定することが有効なことを説明する。炉中
心部に装入する鉄源が、鉄屑、鋳物屑、銑鉄の場合、鉄
屑以外はＣを含有しているため、基本的には、鉄屑の
み、浸炭に要するＣ分を補給し、それに加えて、一部コ
ークスベッドの燃焼で消費される分の固体燃料を補充す
ればよい。炉内での鉄屑に対する浸炭量は、鉄屑の２〜
４重量％である。また、炉中心部のコークスベッド消費
量は約１０kg/t（割合としては０．０１程度に相当）と
の試験結果を得た。中心部に装入する鉄源として、鉄屑
を用いる場合が、最も装入コークス量を多く必要とす
る。この場合、浸炭として、Ｃ／Fe＝０．０２〜０．０
４が必要となるため、コークスベッドの消費を加え合わ
せると、０．０３≦Ｃ／Fe≦０．０５となる。また、中
心部に装入する鉄源として、鋳物屑、銑鉄を装入し、鉄
屑を装入しない場合が、最も装入コークス量の少ないケ
ースであり、この場合には浸炭に必要なコークスは必要
ないため、炉中心部のコークスベッド消費量に相当する
Ｃ／Fe＝０．０１の割合で、固体燃料を装入すればよ
い。したがって、炉中心部に装入する固体燃料に含まれ
るＣと鉄源に含まれるFeの重量比を０．０１≦Ｃ／Fe≦
０．０５として、固体燃料と鉄源の装入割合を決めれば
よい。

【００４８】装入方法については、例えば、ベル式装入
装置で、アーマーを使用し、鉄源／固定燃料の重量比を
装入チャージ毎に変更するようにして、１チャージ目を
炉中心部に、２チャージ目を炉周辺部に装入することに
より、所定の装入が可能となることを確認している。ま
た、キュポラなどの溶融炉に多く見られる炉頂解放型の
装入装置を使用する場合には、図１（ａ）〜（ｃ）に示
す装入装置により、炉中心部と炉周辺部とを区分けして
装入する方法が有効である。図１（ｂ）および（ｃ）に
示す装入装置は、原料を輸送するバケット１と左右可動
式アーマーおよび装入ガイド４からなる。原燃料を輸送
するバケットは、上下に稼動するベル２により、原燃料
の輸送および排出が行える構造としている。バケット１
の上部からベル２を吊り上げることにより、原燃料はベ
ル２の上部に固定され、輸送が可能となる。また、バケ
ット１が着地し、ベル２の吊り上げをなくすと、原燃料
の自重によりベル２が降下し、原燃料が排出される構造
となっている。左右可動式アーマー３は、左右に開閉す
ることにより、原燃料輸送バケット１の着地地点を変更
させ、かつ、原燃料の降下位置を制御するために設計さ
れている。例えば、左右可動式アーマー３が閉じている
ときには、バケット１は竪型炉の上部に着地し、ベル２
の降下に伴って、原燃料が炉の周辺部に落下する。半径
方向での区分けを精度良く行う場合、装入ガイド４を設
置することが有効である。装入ガイド４の内径は、ベル
２と同等または小さくすることが望ましい。

【００４９】また、鉄源の金属化率に関係なく、棚吊り
を回避する方法としては、図７（ｄ）にもあるように、
多少装入方法が複雑になるが、炉周辺部の装入に際し
て、炉壁に固体燃料のみを装入し、その内側に鉄源と固
体燃料とを混合して装入する方法が挙げられる。具体的
には、１サイクルを３チャージ装入とし、１チャージ目
は炉周辺部の炉際に固体燃料のみを装入し、２チャージ
目に炉中心部へ装入し、３チャージ目に炉周辺部へ鉄源
と固体燃料とを混合して装入することにより、所定の装
入が可能となる。

【００５０】本発明でいう炉中心部と炉周辺部の境界位
置は、鉄源の金属化率やコークス粒度、さらには、鉄を
含有するダストの使用割合によって、多少は炉半径方向
で移動する。この炉中心部と炉周辺部の境界位置ｒｉ
は、各部に装入する鉄源と固体燃料の量が決まれば、下
記式（６）によって求められる。 ｒｉ² ＝（Ｗｍ^(c)/ρｍ^(c)+Ｗｃ^(c)/ρｃ^(c)）／｛（Ｗｍ^(c)/ρｍ^(c)+Ｗｃ^(c) /ρｃ^(c)）＋（Ｗｍ^(p)/ρｍ^(p)+Ｗｃ^(p)/ρｃ^(p)）｝ ・・・（６） ただし、 ｒｉ ： 中心部と炉周辺部との無次元境界半径
（−） Ｗｍ^(c) ： 中心部に装入する鉄源重量（ｋｇ／チャ
ージ） Ｗｃ^(c) ： 中心部に装入する固体燃料重量（ｋｇ／
チャージ） Ｗｍ^(p) ： 周辺部に装入する鉄源重量（ｋｇ／チャ
ージ） Ｗｃ^(p) ： 周辺部に装入する固体燃料重量（ｋｇ／
チャージ） ρｍ^(c) ： 中心部に装入する鉄源の嵩密度（ｋｇ／
ｍ³ ） ρｃ^(c) ： 中心部に装入する固体燃料の嵩密度（ｋ
ｇ／ｍ³ ） ρｍ^(p) ： 周辺部の装入する鉄源の嵩密度（ｋｇ／
ｍ³ ） ρｃ^(p) ： 周辺部に装入する固体燃料の嵩密度（ｋ
ｇ／ｍ³ ） なお、このｒｉは、無次元半径で表されており、炉中心
部と炉周辺部の装入物の降下速度を一定とした場合の境
界位置を示している。このｒｉで示される境界位置を調
節するための装入方法については、種々考えられるが、
ベル式の装入装置を使用する場合でも、アーマーを使用
し、装入チャージ毎に中心装入、周辺装入を交互に繰り
返して装入することにより、一部混合層が生成するもの
の、所定の境界設定は可能である。

【００５１】

【実施例】以下、実施例により本発明の特徴を更に具体
的に説明する。炉床径１．４ｍ、１次羽口数６本、２次
羽口数６本、ストックレベルの上限位置が、１次羽口
上、５．０ｍの炉頂解放型で移動層型２段羽口構造の竪
型炉を用いた。また、装入装置については、炉半径方向
で装入位置の区分けが行える装入装置を使用した。な
お、炉頂排ガス組成は、 ηCO^(TOP) ＝（ＣＯ₂ ^(TOP) ／（ＣＯ^(TOP) ＋ＣＯ₂
^(TOP)）） で定義した。さらに、操業諸元のうち、送風湿分は大気
湿分である１５ｇ／Ｎｍ³ 、炉頂から装入する石灰石原
単位は、スラグ塩基度＝１．０を目標として設定した。
装入する鉄源は、Ｃ（４〜２０％）内装の自己還元性鉱
塊（大きさが４０ｍｍ×２０ｍｍ×３０ｍｍで、粒度３
ｍｍ以下の還元鉄粉に、高炉２次灰及びコークス粉を混
合して製造した塊成鉱）、高炉２次灰を主体し、製鉄所
内ダストを混合して塊成化したダスト塊成鉱、一般の市
中屑であるカーシュレダー屑鉄、粒度５ｍｍ以下の細粒
の還元鉄粉である。固体燃料としては、粒度約３０ｍｍ
の高炉用小塊コークスと約最大粒度６０ｍｍの高炉用コ
ークスを使用した。表１および表２に検討状況の詳細を
示す。

【００５２】

【表１】

【００５３】

【表２】

【００５４】実施例１（ａ）および（ｂ）、比較例１
は，重量比で自己還元性鉱塊（T.Fe=59.5%,M.Fe/T.Fe=
0.19）：ダスト塊成鉱（T.Fe=50.81%,M.Fe/T.Fe=0.05
7）：カーシュレッダー屑鉄（T.Fe=90%,M.Fe/T.Fe=0.9
9）：還元鉄粉（T.Fe=87%,M.Fe/T.Fe=0.80）＝５０：１
０：３０：１０の場合の操業で、装入鉄源の平均金属化
率は５６％である。実施例１（ａ）および（ｂ）は、周
辺部に自己還元性鉱塊、ダスト塊成鉱、還元鉄粉および
小塊コークスを混合装入し、中心部には、カーシュレッ
ダー屑鉄および浸炭用高炉コークスを装入した。比較例
１は、上記鉄源と固体燃料を完全混合して装入したケー
スであるが、炉内燃焼効率はηCO＝２０％と低レベルで
溶銑温度が低迷し、スラグ排出が困難であるのに対し、
半径方向区分け装入法を採用した実施例１（ａ）および
（ｂ）では炉内燃焼効率ηCOは高くなり、溶銑温度も１
５００℃程度と上昇し、安定した操業が可能となった。
実施例１（ｂ）は実施例１（ａ）に対し、中心装入高炉
コークスを一部小塊コークスに置換した操業で、ベッド
コークスの高さレベルを、ガス燃焼温度が最高となる付
近の位置、すなわち、下段羽口から５０ｃｍの位置に変
更することにより、より効率の良い操業が可能となった
例である。

【００５５】実施例２、比較例２は、ダスト塊成鉱２０
重量％、カーシュレッダー屑鉄６０重量％、還元鉄粉２
０重量％の還元溶解試験例で、比較例２は原燃料を完全
混合して装入したケースであるのに対し、実施例２
（ａ）はストックレベルを調整した例である。また、実
施例２（ｂ）〜（ｄ）は周辺部にダスト塊成鉱２０重量
％、還元鉄粉２０重量％と小塊コークスを混合装入し、
中心部にカーシュレッダー鉄屑６０重量％と浸炭用高炉
コークスを装入した例で、実施例２（ｂ）に対し、大塊
コークスを小塊コークスに置換する課程において、実施
例２（ｃ）は下段羽口を炉内側に約２０ｃｍ突出し、羽
口径を５０ｍｍから４０ｍｍに変更したケースであり、
実施例２（ｄ）は炉内ガス流速を０．８ｍ／ｓに上昇さ
せるため、増風したケースである。実施例２は比較例２
に比べ、小塊コークスの多量使用が可能となり、また効
率の良い操業が実施できている。また、ストックレベ
ル、羽口構造変更、炉内ガス流速の適正化が有効で実施
例１より効率が良くなっている。

【００５６】実施例３、比較例３は自己還元性鉱塊（Ｃ
１２％）：ダスト塊成鉱（Ｃ４％）：カーシュレッダー
屑鉄：還元鉄粉（T.Fe=87%,M.Fe/T.Fe=0.80 ）＝５０：
１０：３０：１０の場合の操業で、周辺部に自己還元性
鉱塊、ダスト塊成鉱、還元鉄粉および小塊コークスを混
合装入し、中心部には、カーシュレッダー屑鉄および浸
炭用高炉コークスを装入した。装入鉄源の平均金属化率
は５６％であり、周辺部に装入した鉄源の金属化率は２
９．６％に相当する。比較例３は通常操業状態で適用し
ていたストックレベル、すなわち、１次羽口上４．２ｍ
にセットしたケースであるが、実施例３（ａ）は、式
（１）、図３を参考例とし、ηCO＝５５％を目標とし
て、ストックレベルを３．２ｍに設定した例であり、実
施例３（ｂ）は中心部、周辺部それぞれの金属化率か
ら、式（１）、図３を参考に、ストックレベルを変更し
た例であり、実施例３（ｃ）はさらに１次送風温度を２
００℃の熱風とし、酸素富化０％とした例であり、実施
例３（ｄ）は１段送風のみとし、送風温度を５５０℃の
熱風とした例であり、実施例３（ｅ）は自己還元性鉱塊
として内装Ｃ＝２０％の鉄源を使用し、送風条件を変更
した例であり、実施例３（ｆ）は装入鉄源の種類を変更
する時に、式（１）、図３によりηCOを変更した例であ
る。比較例３に比べ、実施例３は操業が良好であり、半
径方向の鉄源に応じたストックレベルの制御や送風温度
の変更などによる効率化等が明らかとなった。

【００５７】実施例４は、鉄屑類を使用せず、細粒の還
元鉄粉を多量に使用したケースである。すなわち実施例
４は、鉄源として、Ｃ＝７％を含有する含Ｃダスト塊成
鉱４０重量％と粒度３ｍｍ〜５ｍｍの細粒の還元鉄粉を
６０重量％装入したケースであり、炉内通気性を確保す
るため、図８（ａ）に示すように、炉中心部に含Ｃダス
ト塊成鉱を、炉周辺部に還元鉄粉をそれぞれ粒度３０ｍ
ｍの細粒コークスと混合して装入した。鉄源として使用
した含Ｃダスト塊成鉱、還元鉄粉の金属化率（M.Fe/T.F
e）は５７％であり、目標ηCO＝５０％での操業となる
ように、コークスベッド１０は１次羽口上１．０ｍに、
ストックレベルを１次羽口上３．０ｍに設定した。図８
（ｂ）に示すように、実施例４に先立ち、含Ｃダスト塊
成鉱と還元鉄粉を完全に混合し、コークスベッド、スト
ックレベルを管理せずに操業を行った比較例４では、送
風量５０Ｎｍ³ ／ｍｍにおいて炉内圧力が２５００ｍｍ
Aqをオーバーする操業となり、操業継続が難しい状況で
あったのに対し、実施例４では、送風量６０Ｎｍ³ ／ｍ
ｍにおいても炉内圧力は１８００ｍｍAq程度で推移で
き、当初目標としたηCO＝約５０％の操業を安定して継
続することができた。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、鉄を含
有するダスト、還元鉄粉および／または鉄屑類を主原料
とした銑鉄製造法における新しい原料装入方法を活用し
た操業において、より効率の良い操業を提示しており、
その開発によって、鋳物コークスよりも小粒度の固体燃
料を使用する場合でも、連続操業が可能で、しかも燃焼
効率ηCOを向上させることができ、また棚吊りを回避し
て、効率の良い操業を可能とする。さらに、安価な小粒
固体燃料および５ｍｍ以下の安価な細粒還元鉄を使用す
ることができるので、生産性が高く、燃料比の低い操業
が可能であり、経済的に溶銑品質を向上させることがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は反応装置および装入装置の一例を
示す説明図、図１（ｂ）は、中心装入時の上部装入装置
の説明図、図１（ｃ）は、周辺部装入時の上部装入装置
の説明図である。

【図２】図２（ａ）は、中心部に鉄屑類のみとし、周辺
部にコークス＋ダスト類とした装入を示す説明図、図２
（ｂ）は、中心部にコークス、鉄屑、ダストとし、周辺
部にコークス＋ダスト類とした装入を示す説明図、図２
（ｃ）は、図２（ａ）における炉内ガス利用率ηCO及び
酸素濃度分布と１次羽口からの距離との関係を、中心部
と周辺部について示した図である。

【図３】鉄源の平均金属化率と鉄源の還元・溶解が支障
なく行えるηCOレベルとの関係を示す説明図である。

【図４】図４（ａ）は、炉内ガス流速：０．３５Ｎｍ／
ｓで、コークス粒度が変化した時のコークスベッド高さ
とηCOの関係図、図４（ｂ）は、コークス粒度：３０ｍ
ｍで、炉内ガス流速が変化した時のコークスベッド高さ
とηCOの関係図、図４（ｃ）は、炉内ガス流速が変化し
た時のコークスベッド高さとηCOの関係図である。

【図５】ストックレベルとηCOの関係図である。

【図６】図６（ａ）は、鉄を含有するダスト（自己還元
性鉱塊）のコークス混合の時の炉内温度とηCOの関係
図、図６（ｂ）は、鉄を含有するダスト（自己還元性鉱
塊）のコークス混合有無での炉内温度と還元率との関係
図である。

【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ代表的な装入
方法の一例を示す説明図である。

【図８】図８（ａ）は、実施例４の細粒の還元鉄粉を多
量に使用した装入方法の説明図、図８（ｂ）は、炉内圧
力とηCOの関係図である。

【符号の説明】

１ バケット ２ ベル ３ 可動アーマー ４ 装入ガイド ５ 炉体 ６ 排ガス管 ７ 羽口 ８ 周辺部 ９ 中心部 １０ コークスベッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小原 直 岩手県北上市和賀町藤根18−14 岩手製鉄 株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ダスト塊成鉱、自己還元性塊成鉱（含Ｃ塊
   成鉱）、金属化率の低い還元鉄（還元鉄粉を含む）等の
   還元が必要な鉄源と、ＨＢＩ（ホットブリケット還元
   鉄）、ＤＲＩ（直接還元鉄）、鉄屑、型銑、戻り屑、金
   属化率の高い還元鉄（還元鉄粉を含む）等のうち少なく
   とも一種を含む溶解のみが必要な鉄源と、固体燃料を竪
   型炉に装入し、竪型炉の壁面に設けた羽口から常温また
   は６００℃以下の酸素含有ガスを送風して還元・溶解す
   る操業方法において、炉中心部にコークス層を装入して
   コークスベッドの炉中心部の高さを増加させた後、５ｍ
   ｍ以下の細粒の還元鉄粉を最大で６０重量％混入した鉄
   源を装入することを特徴とする竪型炉の操業方法。
2. 【請求項２】前記金属化率が高い鉄源を固体燃料と混合
   して竪型炉の炉中心部に装入するとともに、金属化率が
   低い鉄源および５ｍｍ以下の細粒の還元鉄粉を固体燃料
   と混合して竪型炉の炉周辺部に装入する請求項１に記載
   の竪型炉の操業方法。
3. 【請求項３】前記ダスト塊成鉱、自己還元性塊成鉱（含
   Ｃ塊成鉱）、還元鉄塊、ＨＢＩ（ホットブリケット還元
   鉄）、ＤＲＩ（直接還元鉄）、鉄屑、型銑、戻り屑等の
   還元または溶解が必要な鉄源のうち少なくとも一種を含
   む鉄源を固体燃料と混合して炉中心部に装入するととも
   に、５ｍｍ以下の細粒の還元鉄粉を固体燃料と混合して
   竪型炉の炉周辺部に装入する請求項１に記載の竪型炉の
   操業方法。
4. 【請求項４】前記鉄源の平均金属化率（平均 Metallic
   Fe / Total Fe ）に基づいて還元・溶解の最適ηCO（ガ
   ス利用率）を求め、鉄源と固体燃料からなる装入物の竪
   型炉内の装入高さを調節することによって、前記ηCOを
   制御する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の竪
   型炉の操業方法。
5. 【請求項５】前記鉄源の平均金属化率（平均 Metallic
   Fe / Total Fe ）に基づいて還元・溶解の最適ηCO（ガ
   ス利用率）を求め、鉄源中に含有するＣ重量％を変数と
   して下記（１）式で求め、鉄源と固体燃料からなる装入
   物の竪型炉内の装入高さを調節する鉄源と固体燃料から
   なる装入物の竪型炉内の装入高さを調節する請求項４に
   記載の竪型炉の操業方法。 １．５×Ｃ％≦ηCO−０．７×（平均M.Fe/T.Fe ）≦３．０×Ｃ％ ・・・（１） 但し、 Ｃ ： 鉄源中に含まれるＣ％であって、０％≦Ｃ％≦
   ２０％ ηCO ： ガス利用率（％） （平均M.Fe/T.Fe） ： 平均金属化率（％） 金属化率 ： 鉄源中の金属鉄（M.Fe)／鉄源中のトー
   タル鉄（T.Fe） 平均金属化率 ： 数種の鉄源を加重平均した金属化率
6. 【請求項６】前記鉄源の平均金属化率（平均 Metallic
   Fe / Total Fe ）に基づいて還元・溶解の最適ηCO（ガ
   ス利用率）を求め、コークスベッドの高さ、羽口径、羽
   口突出し位置のうち、いずれかを調整する請求項１ない
   し請求項５のいずれかに記載の竪型炉の操業方法。
7. 【請求項７】前記固体燃料の粒度に応じて、羽口が、炉
   高さ方向に少なくとも二段の位置に設けられ、固体燃料
   の粒度および鉄源の平均金属化率（平均 Metallic Fe /
   Total Fe ）に応じて、コークスベッドの高さ、羽口
   径、羽口突出し位置のうち、いずれかを調整する請求項
   １ないし請求項５のいずれかに記載の竪型炉の操業方
   法。
8. 【請求項８】前記鉄源と固体燃料を混合し竪型炉の炉周
   辺部に装入するに際し、前記固体燃料の粒度を６０ｍｍ
   以下とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の
   竪型炉の操業方法。