JPH11209810A

JPH11209810A - 竪型炉の操業方法

Info

Publication number: JPH11209810A
Application number: JP2632598A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Naito; 誠章内藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-01-26
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 1999-08-03

Abstract

(57)【要約】【課題】亜鉛が炉壁部に付着して、装入物の荷下がり
に悪影響を及ぼしていた。【目的】装入物の荷下がりに悪影響を及ぼすことな
く、高濃度の亜鉛を含有するダスト類を竪型炉で揮発処
理する。【解決手段】還元が必要な鉄源と、溶解のみが必要な
鉄源と、固体燃料とを竪型炉に装入し、炉壁面に設けた
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
高濃度の亜鉛を含有するダスト類を限定混入する。

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
型炉の操業方法に係り、特に炉中心部に高濃度の亜鉛を
含有するダスト類を混入して揮発処理する竪型炉の操業
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、羽口前にレースウェイ空間を設け、
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、レースウェイを
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、製鉄所内で
発生するダスト類のうち、特に亜鉛関係のダストスラッ
ジについては、所内利用や外販を行っても全量を処理す
るこはできず、所内に埋立て処分されている。一方、例
えば高炉二次灰等は亜鉛を除くと、鉄分，Ｃを含有する
ため、資源として利用することが可能である。特に、近
年多用されている自動車用防錆鋼板は亜鉛めっきを施し
たものであり、外鋼板をプレス加工する過程で発生する
プレス屑あるいは排車から回収される鋼屑は亜鉛を随伴
している。これらプレス屑、鋼屑等をスクラップとして
使用すると、回収される製鋼ダスト中に亜鉛（Ｚｎ）が
介在することになる。亜鉛含有製鋼ダストは、従来、亜
鉛含有量が少ない場合は焼結鉱原料として使用されてい
たが、亜鉛含有量の増加に伴って炉壁面部に付着物を生
成するなどの悪影響が無視できなくなり、製銑工程では
使用困難になっていた。

【０００８】また、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。さらに、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。

【０００９】本発明は、上記課題に鑑み、高濃度の亜鉛
を含有するダスト類を揮発処理して炉壁部への付着物の
生成を防止し、ダスト中の鉄分を資源として利用するこ
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。

【００１０】

【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、竪型炉の
半径方向における炉中心部に高濃度の亜鉛を含有するダ
スト類と金属化率が高い鉄源とを固体燃料と混合して装
入するとともに、炉周辺部に金属化率が低い鉄源と５ｍ
ｍ以下の細粒の還元鉄粉とを固体燃料と混合して装入す
るものである。

【００１１】或いは、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、竪型炉の半径方向における
炉中心部に高濃度の亜鉛を含有するダスト類と、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とを固体燃料
と混合して装入するとともに、炉周辺部に５ｍｍ以下の
細粒の還元鉄粉等の鉄源を固体燃料と混合して装入する
ものである。

【００１２】前記高濃度の亜鉛を含有するダスト類は、
原料の全装入量のT.Feに対して亜鉛濃度２ｗｔ％を上限
として混入される。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
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
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％≦２
０％ 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

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】本発明は、例えば亜鉛含有製鋼ダストのよ
うに、高濃度の亜鉛を含有するダスト類を竪型炉で揮発
処理するプロセスを開発したものである。すなわち、竪
型炉の半径方向における炉中心部のみに高濃度の亜鉛を
含有するダスト類を限定装入することにより、Ｚｎが炉
壁方向に飛散することなく、炉中心部を蒸発して炉頂か
ら排出される。したがって、炉壁部への亜鉛の付着が防
止され、装入物の荷下がりに悪影響を及ぼすことはな
い。また、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、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することにより、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。

【００１６】

【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、羽口先でレースウェ
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。

【００１７】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、本実施形態では、特に高濃度の亜鉛を含有するダス
ト類をこれらの鉄源に混合して装入する。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。

【００１８】図２（ａ）は、中心部を鉄屑類および亜鉛
ダスト類とし、周辺部をコークス＋ダスト類（還元鉄粉
を含む）とした装入を示す。図２（ｂ）は、中心部をコ
ークス、鉄屑、亜鉛ダスト類とし、周辺部をコークス＋
ダスト類（還元鉄粉を含む）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，酸
素濃度変化および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。

【００１９】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 ）の高い原料および亜鉛ダスト類を中心側に、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
源および亜鉛ダスト類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。

【００２０】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。

【００２１】高濃度の亜鉛を含有するダスト類として
は、例えば亜鉛含有製鋼ダスト，亜鉛粉ダスト，亜鉛
屑，高炉２次灰等が挙げられる。高濃度の亜鉛を含有す
るダスト類は、反応装置の炉中心部における通気性を良
好に維持するため、非焼結ペレット化や含Ｃ塊成化等に
より塊成化を施して装入することが好ましく、本実施形
態では高亜鉛濃度のダスト塊成鉱を採用する。塊成化し
た高濃度の亜鉛を含有するダスト類の粒径は、炉中心部
の通気性が阻害されないような粒径、例えば１０〜２０
ｍｍ程度とする。例えば、非焼結ペレットの製造工程
は、亜鉛屑等をロッドミルやボールミル等で粉砕する粉
砕工程と、粉砕した原料をペレタイザーに装入して生ペ
レットを製造する造粒工程とからなっている。

【００２２】また、高濃度の亜鉛を含有するダスト類の
装入量は、亜鉛濃度により異なるが、例えば亜鉛濃度１
０％を含有するダストを装入する場合、原料装入量を１
ｔに対し約２００ｋｇ／t程度であり、原料の全装入量
のT.Feに対して亜鉛濃度２ｗｔ％を上限として混合装入
する。高濃度の亜鉛を含有するダスト類の装入量を原料
の全装入量T.Feに対し、亜鉛濃度２ｗｔ％を上限とした
のは、竪型炉の炉頂排出ダスト中亜鉛濃度を６０ｗｔ％
以下に抑制するためである。亜鉛濃度が６０ｗｔ％以上
となると、配管内での亜鉛付着等が支障となる可能性が
ある。原料の全装入量T.Feに対し、亜鉛濃度２ｗｔ％と
いうのは、操業中に竪型炉の炉頂から排出する亜鉛を除
くダスト量が通常に１２ｋｇ／ｔ程度であり、また装入
亜鉛は、ほぼ全量炉頂排出ダストに付着して排出される
ことを考慮すると、排出ダスト中亜鉛濃度が６０ｗｔ％
に相当する。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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％≦２
０％ 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

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。以下に該技術に関し、
順を追って説明する。まず最初に、鉄源と固体燃料から
なる装入物の竪型炉内の装入高さ（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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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ηCO
＝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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】つぎに、炉頂から装入する鉄源として、亜
鉛ダスト類、ダスト塊成鉱、自己還元性鉱塊、塊還元鉄
（ＨＢＩ、ＤＲＩ）、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、亜鉛ダスト類、およ
び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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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〜
０．０４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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】つぎに、竪型炉内に亜鉛（Ｚｎ）を装入し
た場合の炉内での挙動を説明する。竪型炉内にＺｎを装
入すると、ＺｎはＣＯガスによって酸化される。一方、
速度論的に酸化されずに残ったＺｎは、１０００℃近傍
で揮発する。ＺｎがＣＯガスによって酸化されるとＺｎ
Ｏとなり、ＺｎＯは１１００℃近傍の還元雰囲気におい
てＺｎガスとなり、その上昇過程で酸化されてＺｎＯの
微粉として炉外に排出されるか、もしくは装入物に付着
して濃縮循環するか、または炉壁部に付着する。一方、
酸化されずに残ったＺｎは、加熱されＺｎ蒸気として炉
外に排出される。したがって、竪型炉の中心部のみにＺ
ｎを装入すれば、ＺｎＯが炉壁方向に飛散することな
く、炉中心部をＺｎＯまたはＺｎが蒸発上昇して炉頂か
ら排出されることになる。これにより、ＺｎＯの炉壁部
への付着が防止され、装入物の荷下がりに悪影響を及ぼ
すのを回避することができる。よって、高濃度の亜鉛を
含有するダスト類を竪型炉の中心部へ装入した場合、炉
壁部への付着物の生成を防止することができるだけでな
く、ダスト中の鉄分を資源として有効利用することがで
きるものである。なお、炉頂から排出されるＺｎＯおよ
びＺｎ蒸気は、竪型炉の上部に設けた排ガス管を通過
し、この排ガス管介設された集塵器によって回収され
る。

【００５６】

【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５．５ｍの炉頂開放
型の移動層型竪型炉を用いた。本装置は多段羽口構造と
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／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（１３％）内装の
自己還元性鉱塊（粒度４０ｍｍ×２０ｍｍ×３０ｍｍ
で、３ｍｍ以下の還元鉄粉に、高炉２次灰、コークス粉
を混合した塊成鉱）と、高炉２次灰を主体にＺｎダスト
を混合して塊成化した高濃度Ｚｎダスト塊成鉱（Ｚｎ濃
度１０％）及びスクラップ、３ｍｍ以上の還元鉄粉であ
る。表１に検討状況の詳細を示す。

【００５７】

【表１】

【００５８】装入割合は、実施例１、比較例１の場合、
自己還元性鉱塊：高濃度Ｚｎ含有ダスト塊成鉱：還元鉄
粉＝５０：２０：３０の割合とし、実施例２、比較例２
の場合、高濃度Ｚｎ含有ダスト塊成鉱：スクラップ：還
元鉄粉＝２０：５０：３０の割合とした。実施例１にお
いては、自己還元性鉱塊、高濃度Ｚｎ含有ダスト塊成
鉱、固体燃料を中心側に、還元鉄粉＋固体燃料を周辺側
に装入し、実施例２においては、高濃度Ｚｎ含有ダスト
塊成鉱、スクラップ、固体燃料を中心側に、還元鉄粉＋
固体燃料を周辺部側に装入した。固体燃料は、実施例、
比較例とも、周辺部に約３０ｍｍの高炉用小塊コークス
を使用し、中心部には約４５ｍｍの高炉用コークスを使
用した。比較例１，２は、高濃度Ｚｎ含有ダスト塊成鉱
を周辺部に装入した場合で、その他の原燃料は実施例と
同様に装入したケースである。送風条件は、比較例、実
施例とも、常温送風とし、酸素布化率３％とした。実施
例１、２は、比較例１、２に比べ、原燃料の降下挙動に
悪影響は生じず、安定操業が継続された。また、両実施
例とも、炉頂から排出されたダスト中に高濃度のＺｎが
捕集できていることを確認している。

【００５９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る竪型炉
の操業方法によれば、竪型炉の炉中心部に高濃度の亜鉛
を含有するダスト類を限定装入するようにしたので、高
濃度の亜鉛を含有するダスト類を揮発処理して炉壁部へ
の付着物の生成を防止し、ダスト中の鉄分を資源として
利用することができる。また、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、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、中心部に亜鉛ダスト類および鉄
屑類とし、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、中心部に亜鉛ダスト、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、および酸素濃度分布と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。

【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

Claims

【特許請求の範囲】

【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、竪型炉の半径方向における炉中心
部に高濃度の亜鉛を含有するダスト類と金属化率が高い
鉄源とを固体燃料と混合して装入するとともに、炉周辺
部に金属化率が低い鉄源と５ｍｍ以下の細粒の還元鉄粉
とを固体燃料と混合して装入することを特徴とする竪型
炉の操業方法。
【請求項２】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、竪型炉の半径方向における炉中心
部に高濃度の亜鉛を含有するダスト類と、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、Ｈ
ＢＩ（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とを固体燃料と混
合して装入するとともに、炉周辺部に５ｍｍ以下の細粒
の還元鉄粉等の鉄源を固体燃料と混合して装入すること
を特徴とする竪型炉の操業方法。
【請求項３】前記高濃度の亜鉛を含有するダスト類が、
原料の全装入量のT.Fe（Total Fe）に対して亜鉛濃度２
ｗｔ％を上限として混入される請求項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。
【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
【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。
【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。
【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。