JPH11504707A - シャフト炉内で金属質原料を製錬する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明はシャフト炉内で金属質原料を製錬する方法に関する。この製錬工程の間に、コークスを予熱空気と略々清浄な酸素により燃焼し、煙道ガスが金属質装入物を向流で加熱する。金属をコークス床内で過熱し与炭し、酸素の固定した部分の吹込流をコークス床内に極めて高速で且つできる限り注入してコークス床を通るガスの通過を改善し、第二の可変し得る量の酸素吹込流を吹込風パイプ中に注入する。

Description

【発明の詳細な説明】 シャフト炉内で金属質原料を製錬する方法技術分野 本発明はコークスを予熱空気と大量の純粋酸素により燃焼し、煙道ガスが金属 質装入物を向流で加熱し、融成物をコークス床内で過熱し与炭するシャフト炉内 で、金属質原料を製錬する方法に関するものである。発明の背景 金属質原料と非金属質原料、例えば鉄と非鉄金属、玄武岩及び緑岩は、電気的 及び焔加熱の製錬方法の発展にも拘わらず、依然としてコークス加熱シャフト炉 内で製錬されている。かくて、今日全鉄原料の約６０％が依然としてキューポラ 炉内で製造されている。 キューポラ炉がこのように高い市場シェアを占める理由は絶えざる連続的発達 にあり、多数の工程改善の中でも熱風吹込みキューポラ炉の発達と、酸素の使用 が重要である。 かくて例えば、冷風吹込みキューポラ炉のプロセス工学上の欠点と冶金学的な 欠点、例えば、 鉄の低い温度 珪素の高温燃焼除去 少ない与炭（ｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ） コークスの高い消費量 硫黄の高い吸収 耐火物の高い消耗 が、熱風吹込みキューポラ炉の発達により大いに補償されてきた。 同様な改善が酸素の使用により達成された。この場合、酸素はキューポラ炉内 吹込量を最大２５％迄高めるか、又は亜音速で直接注入することにより、キュー ポラ炉内に吹き込まれる。然し、操作コストが高いので、酸素は単に非連続的に 使用されるに過ぎず、例えば低温の炉の迅速な操業開始又は鉄温度を限定時間中 高める為に使用されるに過ぎない。生産量増大の可能性、即ち酸素の連続的使用 は、単に例外的な場合にのみ開発されている。技術的課題 これ等の工程改善の導入にも拘わらず、依然として、 製錬の生産量 鉄の温度 コークスの装入 は、最適操作点で極めて狭い範囲内でのみ変更できるに過ぎない。 製錬の生産量と吹込量並びに酸素の付加量との関係は、既知のユングブルス式 に記述されている。この式は質量とエネルギー発生とに由来するもので、コーク ス装入と燃焼比は各キューポラ炉について経験的に定めなければならない。 肯定的なパラメーター、即ち吹込量、コークス装入量及び燃焼比を目的とする パラメーターに結合することは、第１図に示す製錬生産量のダイアグラム中で、 等しいコークス装入量と等しい吹込流量の曲線を生ずる。 ユングブルスダイアグラムとして知られるこの製錬の生産量ダイアグラムは、 各キューポラ炉について経験的に定めなければならない。コークスの塊状性、コ ークスの反応性、装入物組成、吹込速度、炉内圧力、温度等の条件が変化した場 合、操業挙動が直ちに変化するので、他のキューポラ炉への移送は不可能である 。 最大温度時に熱損失は最小である。不当に高い吹込流量、即ち大きな流速では 、炉に過大の風量ガ吹込まれる。不当に少ない空気流量、即ち不当に小さな流速 では、炉に過小の風量ガ吹込まれる。何れの場合にも燃焼温度は低下する。これ は一方では補足的Ｎ₂吹込量をも加熱しなければならない為であり、他方ではＣ Ｏの補足的生成により熱が除去される為である。さらに、過大風量吹込中に鉄に 付随する元素が一そう完全に酸化される。 吹込風量中に例えば２４容積％以下の酸素を使用することにより、正味の曲線 は頂部右側、即ち高温度及び高い鉄生産量の側に移動する。最大温度は平坦化し 、炉は過小風量吹込又は過大風量吹込に非感受性となる。 鉄の生産量が定常的な場合におけるコークス装入量の減少は、酸素を連続的に 付加する場合にさえも不可能である。これは鉄の温度が低下し、例えば、 与炭の低下 Ｓｉ燃焼除去の増大 スラグ中のＦｅＯ分の増大 吹込速度の減少による炉内の壁チャンネリング 等の補足的な冶金学的及びプロセス工学的な難問題が生ずる為である。キューポ ラ炉は鋳造できない鉄を製造する。 燃焼技術の観点からすると、コークスが大過剰に存在する場合、融解鉄の製造 コストは再融解コストと粗原料コストにより本質的に影響されるので、定常的な 製錬生産量のときのコークス量の減少は経済的理由から多大の利点がある。 さらに、特に枠直径の大きなキューポラ炉の場合、吹込風の酸素富化及び／又 は亜音速の酸素の直接注入にも拘わらず、所謂「役立たず（ｄｅａｄ ｍａｎ） 」が炉の中心に立ったまま残ることになる。吹込んだ酸素と炭素との反応は、吹 込ノズル近辺の制約され領域内でのみ起り、炉は壁チャンネリングを伴なって操 業する。 炉の中心部に存在するコークスは、燃焼空気が運動量が小さいので正面に位置 する床を貫通できない為、酸素と炭素との反応には寄与しない。反応圏は吹込ノ ズルの直近に位置する（第２ａ図参照）。既知の酸素を用いる炉吹込の富化又は 亜音速の酸素の吹込によっては、貫通の深さは殆んど増大しない。酸素の入手性 が一段と高いので、反応圏は圧力状態に基づいて上方に拡大する（第２ｂ図参照 ）。 燃焼コークス量の所要の減少の為の予備条件として、炉断面に亙る均一な燃焼 、即ち入手できる酸素の均一な分散を、目標としなければならない。この目的の 下に、運動量、即ち空気又は酸素ジェットの速度を、従来の技術状態として記述 されている目標値を超えて増加しなければならない。 英国特許出願第２，０１８，２９５号に記載された装置は、耐火物製裏張の消 耗を最小とする目的の下に、吹込ノズル内に中心に導入されたラバルノズルによ り、即ち超音速で酸素を吹込む。コークス装入量を減らすことは不可能であった 。解決手段 対照的に、吹込ノズル内に導入された超音速ノズルを用いる試みは、同時に比 炉吹込流量を５００〜６００ｍ³（ｉ．Ｄ．）／１トンＦｅから４００〜４８０ ｍ³（ｉ．Ｎ．）／１トンＦｅに減少すると共に炉直径の函数として補足的酸素 を吹き込んだ場合（第３図参照）は、驚くべきことに炉の操業と鉄の冶金に悪影 響を及ぼすことなく、燃焼コークスを２０〜３０ｋｇ／１トンＦｅも減少し得る ことを示した。比酸素要求量は第３図に従って変更する必要がある。５００〜６ ００℃の熱風吹込温度で炉直径が１ｍの熱風吹込キューポラ炉の場合、鉄１トン 当り約１５〜２２ｍ³（ｉ．Ｎ．）の酸素が必要であり、炉直径が４ｍになると 鉄１トン当り４０〜６１ｍ³（ｉ．Ｎ．）の酸素が必要であった。マッハ数がノ ズル出口で１．１＜Ｍ＜３の酸素ジェットを、炉直径の函数として設定する必要 がある。従来既知のキューポラ炉理論とは異なり、同時に出湯温度を３０℃以下 増加した。その結果、珪素燃焼除去は１０％減少し、与炭は０．２％改善された 。酸素流量の固定した部分をキューポラ炉内に超音速注入により導入した場合、 キューポラ炉の断面に亙り一段と均一な酸素分散が適用されるので、コークス使 用量に関する最良の結果が得られる。酸素流量の残余の部分は、制御した様式で 吹込リング中の吹込風と混合する（第４図）。このやり方は一定の分析的な制御 を可能とする。吹込炉ガス中のＣＯ、ＣＯ₂及びＯ₂成分を介して、吹込風中の酸 素富化を制御し、調節する。超音速注入の結果キューポラ炉の中心の前に舌状に 存在する反応圏（第２ｃ図参照）は、超音速ジェットの吸引力によりＯ₂富化燃 焼空気が炉の中心内に補足的に輸送される（第２ｄ図参照）ので、上方に向かっ て拡がり一段と均一になる。 炉への吹込風の減少により炉圧力は減少し、吹込炉ガスの流量は２０％減少す る。炉内の流れ速度は低いので、ダスト量は吹込炉ガスの流量に比例して補足的 に減少する。吹込流量の減少により復熱装置の関与が少なくなるので、熱風吹込 み温度は３０℃以下増加する。 次に記す原理は、吹込リングとノズルへの夫々の場合における酸素付加の分割 に適用される。 基本的な種々な量はＯＣＩ１．ＸＬ５ダイアグラムから選定し得る。酸素付加 の絶対流量は所要の鉄の温度から定める。コークス床の温度が増加すると、鉄の 温度は増加する。酸素に随伴する窒素の冷却効果が無い場合、コークス床の温度 は増加する。 吹込ランスから超音速的に付加する酸素の量は、炉の寸法とともに増大する。 吹込ランスから付加する酸素の流量Ｏ１と吹込風の富化用に付加する酸素の流量 Ｏ２との最適比は、開始時に鉄温度を測定することにより求められ、次いで制御 器に予め設定される。 吹込炉ガス中のＣＯの容積部分とＣＯ₂の容積部分との最適比は、生ずる操業 コストの合計から決定する。ＣＯ分の多い一段と強力な還元性雰囲気は、珪素を 節約し、コークスのコストを高くする。従って、最適な設定は、粗原料の特別な 市場価格によっても左右される。一段と酸化性の操作処理が経済的な時期と地域 が存在する。従って、最も有利なＣＯ／ＣＯ₂比を時々検討し、適当な酸素流量 を設定する必要がある。 意図する最適なＣＯ／ＣＯ₂設定値は、装入した炭素／鉄量のバラツキにより 、変動する。これ等の短時間のバラツキは、酸素の付加を適合させることにより 補償し得る。酸素の付加時にコークス床の温度は極めて迅速に上昇するので、ブ ードアール反応は迅速である。従って、Ｏ１及びＯ２に対する酸素の全流量の供 給は、ＣＯ／ＣＯ₂比が最も経済的な値に維持されるように制御する。従って、 この操作処理方法を用いると、分析における最小の変動も達成される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．コークスを予熱空気と大量の純粋酸素により燃焼し、煙道ガスが金属質装入 物を向流で加熱し、融成物をコークス床内で過熱し与炭するシャフト炉内で、シ ャフト炉内で金属質原料を製錬する方法において、コークス床中のガスの貫通を 改善する為、酸素の固定した部分の流量を極めて高速で且つできる限りコークス 床内に注入し、第二の可変の酸素流量を吹込リング中に注入することを特徴とす るシャフト炉内で金属質原料を製錬する方法。 ２．請求の範囲１記載のシャフト炉内で金属質原料を製錬する方法において、酸 素の固定した部分の流量をできる限り最大の鉄温度が達成されるように選定する 方法。 ３．請求の範囲１記載のシャフト炉内で金属質原料を製錬する方法において、吹 込炉ガス中のＣＯ／ＣＯ₂含量比を炉の損失が最適になるように調節し得る方法 。 ４．請求の範囲１又は２記載のシャフト炉内で金属質原料を製錬する方法におい て、最適な鉄温度を制御ループにより一定に維持する方法。 ５．請求の範囲１又は３記載のシャフト炉内で金属質粗原料を製錬する方法にお いて、最適な炉雰囲気を制御ループにより一定に維持し得る方法。