JPH11158519A

JPH11158519A - 竪型炉の操業方法

Info

Publication number: JPH11158519A
Application number: JP33825297A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Naito; 誠章内藤; Yukinobu Matsumoto; 幸信松本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-11-25
Filing date: 1997-11-25
Publication date: 1999-06-15
Anticipated expiration: 2017-11-25
Also published as: JP4005682B2

Abstract

(57)【要約】【課題】難還元性の酸化物の還元溶解処理が高コーク
ス比で行われていた。【目的】細粒の固体燃料を使用した低燃料比操業にお
いて、難還元性の鉱石を還元溶解処理する。【解決手段】炉体７の側壁高さ方向に多段羽口９ａ，
９ｂを有する竪型炉１の炉上部から鉄源と固体燃料とを
炉内に装入し、羽口９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、上段羽口９ｂのみにレースウェイ部１０を形成さ
せ、炉周辺部１２に細粒の固体燃料と混合して難還元性
の酸化物を装入する。

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
で難還元性の酸化物を還元溶解処理しながら銑鉄を連続
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】ところで、従来の溶鉱
炉操業において、例えばＭｎ鉱石のような難還元性の鉱
石を還元溶解処理するプロセスがあるが、燃料比が高く
なるという問題があった。

【０００８】本発明は、上記課題に鑑み、細粒の固体燃
料を使用した低燃料比操業において、難還元性の酸化物
を還元溶解処理することができる竪型炉の操業方法を提
供することを目的とする。

【０００９】

【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、炉体の側壁高さ方向
に多段羽口を有する竪型炉の炉上部から鉄源と固体燃料
とを炉内に装入し、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、最下段を除く上段の羽口のみにレースウェイ部を形
成させ、炉周辺部に細粒の固体燃料と混合して難還元性
の酸化物を装入するようにしたものである。

【００１０】また、前記竪型炉において、炉周辺部に金
属化率が低い鉄源と細粒の固体燃料とを混合して装入す
るとともに、炉中心部に金属化率の高い鉄源を装入する
ものである。

【００１１】さらに、前記上段羽口のみに熱風送風を行
うようにしたものである。一方、前記竪型炉の最下段の
羽口の突き出し位置を調整して燃焼効率を制御するよう
にしたものである。

【００１２】本発明は、低燃料比の操業により難還元性
の酸化物を還元溶解処理するプロセスを開発したもので
ある。すなわち、炉体の側壁高さ方向に多段羽口を有す
る竪型炉において、最下段を除く上段の羽口のみにレー
スウェイ部を形成させ、炉周辺部に細粒の固体燃料と混
合して難還元性の酸化物を装入する。一方、下段の羽口
は、低燃料比での操業を指向するため、レースウェイ部
を形成させずに燃焼率を高くして、高ηCO条件とする。
また、竪型炉の半径方向において、原料および燃料の区
分け装入を実施し、炉周辺部に積極的に細粒の固体燃料
と難還元性の酸化物を装入することにより、炉周辺部の
み低ηCO条件として、難還元性の酸化物の還元溶融処理
を指向する。さらに、難還元性の酸化物の還元溶融処を
行うだけでなく、鉄源の溶融処理を併用することによ
り、炉頂温度を２００℃以下に抑えて、効率の良い操業
を指向する。そして、熱量が不足する条件下において
は、上段の羽口のみに熱風送風を考慮して熱補償するも
のである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
添付図面に基づき詳細に説明する。まず、本発明の操業
方法に用いる竪型炉について説明する。図１（ａ）〜
（ｃ）は、本発明の操業方法に用いる竪型炉の一例を示
す説明図であり、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。図示するよ
うに、この竪型炉１の炉頂には装入装置２が設けられて
おり、装入装置２は、バケット３、ベル４、可動アーマ
ー５および装入ガイド６を有しており、原料および固体
燃料を半径方向に区分けして装入することが可能な装置
として構成されている。

【００１４】竪型炉１の炉体７の上部には、炉内の向流
ガスを排気するための排ガス管８が設けられており、下
部には炉内下部に送風するための羽口９が設けられてい
る。羽口９は、炉体７の側壁高さ方向に多段に設けられ
ており、本実施形態では、１次送風を行う下段羽口（１
次羽口）９ａと、２次送風を行う上段羽口（２次羽口）
９ｂとの２段羽口として形成されている。また、これら
の羽口９ａ，９ｂは、炉体７の周方向に適宜間隔で複数
配置されている。送風条件は常温送風または６００℃以
下の熱風送風であり、１次羽口９ａはレースウェイ部を
形成しないような羽口径（例えば、４０〜６０ｍｍφ）
に設定されているが、２次羽口９ｂはレースウェイ部１
０を形成するような羽口径（例えば、約２０ｍｍφ）に
設定されている。また、１次羽口９ａは、装入原料によ
って炉内突き出し位置を変更しうるように構成されてい
る。なお、本実施形態では、炉体７の側壁高さ方向に設
けられた多段羽口９が、１次送風を行う１次羽口９ａ
と、２次送風を行う２次羽口９ｂとの２段羽口として形
成されているが、最下段を除く上段の羽口のみにレース
ウェイ部１０が形成されれば、３段以上の羽口を設けて
もよい。３段以上の場合には、中段に位置する羽口にレ
ースウェイ部を形成することが好ましい。この場合、上
段（中段）の羽口はレースウェイ部を形成させて、炉周
辺部の細粒コークス内に難還元性の酸化物を装入するた
めの補助的なものであり、主な送風は最下段や、これよ
り上段の羽口で行って燃焼効率を維持するものである。

【００１５】また、原料および固体燃料は、炉中心部１
１と炉周辺部１２とに区分して装入可能であり、上述し
たように、炉頂部には半径方向に区分け装入が可能な装
入装置２を有している（図１（ｂ）、（ｃ））。なお、
炉内下部に形成されるコークスベッド１３は、操業条件
に応じて高さ調整して形成される。

【００１６】次に、上記の竪型炉１を用いて実施する本
発明の竪型炉の操業方法を説明する。炉頂から装入する
原料は、鉄屑、銑鉄（型銑）、鋳物屑（戻り屑）、ＨＢ
Ｉ（ホットブリケット還元鉄）、ＤＲＩ（直接還元鉄）
等の金属化率の高い鉄源と、ダスト塊成鉱、自己還元性
鉱塊（含Ｃ塊成鉱）、還元鉄のよう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。新装入方法は、
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.Fe ）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。具
体的には、図２に示すように、炉中心部に鉄屑類のよう
な金属化率の高い鉄源を溶解のみを目的として装入し、
炉周辺部にダスト類のような金属化率の低い鉄源と細粒
の固体燃料（細粒コークス）を装入する。また、本実施
形態では、例えば合金添加元素として、炉周辺部にＭｎ
鉱石等の難還元性の酸化物を混合装入する。このように
竪型炉の半径方向において、原料および燃料の区分け装
入を実施し、炉周辺部に積極的に小粒度の固体燃料と難
還元性の酸化物を装入することにより、炉周辺部のみ低
ηCO条件として、難還元性の酸化物の還元溶融処理を指
向することができる。さらに、難還元性の酸化物の還元
溶融処理を行うだけでなく、M.Feを含有する鉄源の溶融
処理をも併用することにより、炉頂温度を２００℃以下
に抑えて、効率の良い操業を指向することができるもの
である。

【００１７】また、本発明の操業方法は、２次羽口９ｂ
のみに衝風してレースウェイ部１０を形成させる。この
２次羽口９ｂにレースウェイ部１０を形成するのは、炉
周辺部に空間部を形成して、この空間部でＣ＋Ｏ₂＝Ｃ
Ｏ₂、Ｃ＋ＣＯ₂＝２ＣＯの反応を促進させ、周辺部の
み低ηCO条件として、難還元性鉱石を還元するためのガ
ス条件を作り出すことにある。一方、１次羽口９ａはレ
ースウェイ部を形成させず、炉中心部に装入した金属化
率の高い鉄源の溶解に使用する。すなわち、この１次羽
口９ａは、低燃料比での操業を指向するため、レースウ
ェイ部を形成させずに燃焼率を高くして、高ηCO条件と
する。炉周辺部に装入する難還元性の酸化物としては、
例えば低気孔率、塊鉄鉱石、Ｍｎ鉱石、Ｃｒ鉱石等が挙
げられる。さらに、Ｍｎ鉱石のように、還元に必要なガ
ス組成が低ηCO条件で高温度が必要な条件下において
は、上段の羽口のみに熱風送風を行うことを考慮して熱
補償するものである。これにより、周辺に装入されたコ
ークスが後述の（４）式のソルーションロス反応により
消費され、周辺部を低ηCO条件としつつ、吸熱量を熱補
償するので、難還元鉱石の固体還元を促進するという効
果が得られるものである。

【００１８】竪型炉の操業は、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、１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。

【００１９】上述した半径方向の区分け装入について
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、１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１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、１次羽口９ａを有効利用し、１次送風により
１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、１次羽口９ａ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。

【００２０】つぎに、１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。

【００２１】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。

【００２２】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なお、周辺部に難還元鉱石を装入する場合は、周辺部の
ηCOは低ηCOが望ましいため、（１）式に従う必要はな
い。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】つぎに、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η
COとの関係を図５に整理した。

【００２７】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。

【００２８】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５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。

【００２９】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。

【００３０】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、ＨＢＩ、ＤＲＩ等は炉中心部
に装入し、金属化率の低い鉄源、例えばダスト塊成鉱、
自己還元性鉱塊、一部酸化した還元鉄、ペレット類等を
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。

【００３１】この操業を指向する場合、１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、１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。１次羽口を炉の中心部と周辺部
の境界に設定する理由は、１次送風を１次羽口〜２次羽
口間の周辺部に存在する固体燃料の燃焼に使用させない
ためである。炉中心部は溶解機能を主体とするため、コ
ークスベッドを制御して、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。

【００３２】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、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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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、１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、１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、１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、１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。１次羽口部での
観察は、少なくとも、鉄源の溶融部位が、１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、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、１２００℃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。なお、本実施形態では、炉周辺部１２において、
難還元性の酸化物の還元溶融処を行うだけでなく、鉄源
の溶融処理をも併用しているので、炉頂温度は２００℃
以下に抑えられ、効率の良い操業が可能となる。

【００３７】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（ｋｇ／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（ｋｇ／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。

【００３８】

【実施例】以下、実施例により本発明の特徴を具体的に
説明する。炉床径１．５ｍ、１次羽口数６本、２次羽口
数６本、１次羽口部からの有効高さ４．２ｍの炉頂開放
型の移動層型竪型炉を用いた。本装置は２段羽口構造と
なっている。また、装入装置については、炉半径方向で
装入物の区分けが行える図１に示す装入装置を使用し
た。炉頂排ガス組成は、 ηCO^(TOP)＝（ＣＯ₂ ^(TOP)／（ＣＯ^(TOP)＋ＣＯ₂
^(TOP)））で定義した。また、操業諸元のうち、送風湿分は大気湿
分１５ｇ／Ｎ³、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
源割合は、実施例１、比較例１の場合、鉄屑：低気孔率
難還元性塊鉄鉱石＝７０：３０の割合とし、実施例２、
比較例２の場合、鉄屑：Ｍｎ鉱石＝８０：２０の割合で
ある。実施例においては、固体燃料として、周辺部に約
３０ｍｍの高炉用小塊コークスを使用し、中心部の浸炭
補給用には、約６０ｍｍの大塊コークスを使用した。表
１に検討状況の詳細を示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】実施例１、比較例１は、周辺部に難還元性
塊鉄鉱石と小粒コークスを混合装入し、中心部に鉄屑、
＋浸炭用大塊コークスを装入した条件である。実施例
２、比較例２は、周辺部にＭｎ鉱石と小粒コークスを混
合装入し、中心部に鉄屑、＋浸炭用大塊コークスを装入
した条件である。また、実施例１、２は上段羽口径を縮
小して、レースウェイ部を形成させたのに対し、比較例
１、２は、上段羽口部にはレースウェイを作らない条件
での操業である。実施例１、２の操業は、比較例１、２
に比べ、低コークスで操業が実施できており、難還元性
鉱石である気孔率の低い塊鉄鉱石及びＭｎ鉱石の処理が
効率よく行えることを確認した。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、炉体の
側壁高さ方向に多段羽口を有する竪型炉を用い、炉上部
から鉄源と固体燃料とを炉内に装入し、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
する操業を行う場合に、上段の羽口のみにレースウェイ
部を形成させ、炉周辺部に細粒の固体燃料と混合して難
還元性の酸化物を装入することにより、細粒の固体燃料
を使用した低燃料比操業において、難還元性の鉱石を還
元溶解処理しながら所望の品質を有する溶銑を連続的に
製造す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】竪型炉の中心部に鉄屑類のみとし、周辺部に細
粒コークス＋ダスト類＋難還元性の酸化物とした装入を
示す説明図である。

【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。

【符号の説明】

１竪型炉２装入装置３バケット４ベル５可動アーマー６装入ガイド７炉体８排ガス管９羽口９ａ下部羽口（１次羽口）９ｂ上部羽口（２次羽口）１０レースウェイ部１１炉中心部１２炉周辺部１３コークスベッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉体の側壁高さ方向に多段羽口を有する竪
型炉の炉上部から鉄源と固体燃料とを炉内に装入し、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、最下段を除く上段
の羽口のみにレースウェイ部を形成させ、炉周辺部に細
粒の固体燃料と混合して難還元性の酸化物を装入するよ
うにしたことを特徴とする竪型炉の操業方法。
【請求項２】前記竪型炉の炉周辺部に金属化率が低い鉄
源と細粒の固体燃料とを混合して装入するとともに、炉
中心部に金属化率の高い鉄源を装入することを特徴とす
る請求項１に記載の竪型炉の操業方法。
【請求項３】前記上段羽口のみに熱風送風を行うように
したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
竪型炉の操業方法。
【請求項４】前記竪型炉の最下段の羽口の突き出し位置
を調整して燃焼効率を制御するようにしたことを特徴と
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。