JPS58113307A - 銑鉄の製造方法 - Google Patents

銑鉄の製造方法

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JPS58113307A
JPS58113307A JP20985181A JP20985181A JPS58113307A JP S58113307 A JPS58113307 A JP S58113307A JP 20985181 A JP20985181 A JP 20985181A JP 20985181 A JP20985181 A JP 20985181A JP S58113307 A JPS58113307 A JP S58113307A
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coke
gas
reduced iron
semi
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JP20985181A
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Hideyuki Yamaoka
山岡 秀行
Michiharu Hatano
羽田野 道春
Tomio Miyazaki
宮崎 富夫
Teruhisa Shimoda
下田 輝久
Koji Oki
沖 宏治
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0006Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state
    • C21B13/0013Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state introduction of iron oxide into a bath of molten iron containing a carbon reductant
    • C21B13/002Reduction of iron ores by passing through a heated column of carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/14Multi-stage processes processes carried out in different vessels or furnaces

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は酸素と、炭素及び水素を主成分とする燃料を用
いて半還元鉄を効率よく溶解し銑鉄を製造すると同時に
一酸化炭素及び水素を主成分とする還元性のガスを生産
する方法に関する。
従来このような方法に関連する技術として、以下のよう
なものがある。
L キューポラ:熱[(Air)によりコークスを燃焼
して、高温ガスを生成し、このガスをコークス充填層を
通して、上方に流し、コークス充填層に保持された鉄を
溶解する。ここで副生ずるガスはN、、CO,を多量に
含む低カロリーガスである。
2、  西独、ユルフシュタールアクチェンゲゼル/ヤ
フトの方法(特開昭55−94408)石炭、並びに炭
化水素系の燃料を酸素と水蒸気でガス化し、その高温ガ
スを石炭チャー流動層を通して上方に流し、石炭チャー
流動層上の半還元鉄を溶解した後回収する。
a スウェーデン、シュティフテルゼン曝フェール・メ
タルルギスクーフォルスクニンクスの方法(特開昭49
−110519) コークス又は炭素系還元剤充填層内に酸素と炭化水素系
燃料と、半還元鉄を吹き込み、酸素と炭化水素系燃料の
燃焼で生成する高温ガスで、そこに同時に吹込む半還元
鉄を溶解する。又、生成する高温ガスの顕熱を利用して
、水蒸気と炭素によるガス変成を行う。
これらの方法には、下記の通りの欠点がある。
前記キューボラでは副生ガスがN2.CO2を多量に含
む低カロリーガスであり、還元ガス或いは燃料ガス等と
して利用できない。
第2の前記ユルフシュタールの方法は、半還元鉄を溶解
するために、石炭チャーの流動層を形成し、その上に保
持した半還元鉄を上昇する高温ガスで加熱溶解する方式
をとっている。
しかるに1石炭チャーの流動層は不安定であり、半還元
鉄の保持能力が低い二このため、半還元鉄・:5 が石炭チャーの流動層上に長時間保持されることが期待
できないので、できるだけ短時間に、半還元鉄を溶解す
る必要上、多量の高温ガスが半還元従って、溶解の熱効
率が低い。
第8のシュティフテルゼンの方法では、半還元鉄を酸素
と炭化水素燃料と同時に羽目から炭素系還元剤を充填層
内に吹きこみ、酸素と炭化水素が燃焼して生成する高温
ガスの顕熱で半還元鉄を溶解する方式をとっているため
、半還元鉄を溶解した後のガスは、半還元鉄の融点以上
の高温ガスであり、酸素と炭化水素の燃焼熱を効率的に
半還元鉄の溶解に利用していない。
本発明は、上述の如き従来技術では達成できない、銑鉄
の効率のよい製造と共に利用可能な還元性副生ガスを回
収することにより、全体としてエネルギー消費の少い銑
鉄の製造方法を提供することを目的とする。
前述の従来法に対し、本発明では酸素で炭素と水素を主
成分とする燃料を燃焼ガス化してCOと1・・l□1 N2を主成分とする高温ガスとしその顕熱を利用シテコ
ークスの充填層を介してこの高温ガスにより半還元鉄及
び/又は還元鉄の溶融、溶銑化を行うものである。
即ち、本発明による溶銑の製造方法は、内部にカスと浴
銑及び溶滓とが向流で通過できる空隙を備え、その上部
に未溶融の半還元鉄又は還元鉄を保持するコークス充填
層の下部において酸素と必要により水蒸気により炭素及
び水素を主成分とする燃料を燃焼ガス化して、−酸化炭
素及び水素を主成分とする高温ガスを生成させ、該高温
ガスを前記コークス充填層内を上昇せしめて半還元鉄等
を溶解させた後回収すると共に、半還元鉄等が溶解して
生成する溶鉄と、鉄酸化物を含む滓とを上昇高温ガスと
向流で前記コークス充填層内を滴下させて、溶銑とする
方法である。
以下「半還元鉄」の語は還元鉄をも包含する。
以下本発明について詳述する。
上記滴下の過程で、溶滓中の鉄酸化物その他の金属酸化
物をコークスにより還元し、コークス中の炭素を溶鉄中
に溶解させて溶銑となし、生成した溶銑及び滓をコーク
ス充填層下部に収集して抽出する。
コークス充填層は、半還元鉄をその上部に保持し、上昇
高温ガスにより溶解するが、該高温ガスの顕熱を効果的
に利用するのに有用である。このコークス充填層は、ま
た、半還元鉄が溶解して生成する溶融鉄と、鉄酸化物を
含む溶融スラグとを高温ガスと向流でコークス充填層内
を滴下させることにより、鉄酸化物を還元すると共に溶
鉄の浸炭を行わせ、鉄歩留りを高く保ち、かつ、良好な
溶銑を製造することに有用である。
本発明では、酸素と、必要により水蒸気とにより炭素と
水素を主成分とする燃料をCOとN2を主成分とする燃
焼ガスにガス化する。その主な理由は次の通りである。
1)生成するガスとしてCOとN2を主成分とする高カ
ロリーの高温還元性ガスを得ることができ、空気を使用
すると生成ガス中のN2%が高くなるので好ましくない
この高温生成還元性ガスの回収利用により全体としての
エネルギー消費を向上できる。
2)酸素を用いれば常温吹込みにより生成するガスとし
て半還元鉄を溶解することのできる高温が得られるが、
空気を利用する場合、約500′C以上予熱が必要であ
る。
3)水蒸気は必要により生成ガスの温度制御を行い、ま
た、石炭、コークス等の炭素分の多い燃料を用いる際生
成ガス中の水素の富化に資する。
燃料として用いる炭素及び水素を主成分とする燃料とは
、石炭、コークス等の固体燃料、重油、タール等の液体
燃料、天然ガス、コークス炉ガス等の気体燃料を指す。
燃料として石炭、コークス(%に微粉炭、コークス粉)
等を有利に用いることができる。
燃焼室で生成する。−酸化炭素及び水素を主成分とする
高温ガスは1石炭を燃料とした場合大路次の組成になる
CO:60〜75%、H2:25〜35%、CO2+N
2:約5% 但し、燃料及び水蒸気吹込量等により高温ガス組成は多
少変動する。燃焼室の最高温度は凡そ2000〜250
0 ’C通例約2800 ’Cである。この場合におい
て、半還元鉄を溶解させた後回収されるガスは、前記高
温ガス(燃焼室で発生)よりもCOがや\増大した組成
となり、例えばCo 65〜80%、CO□十N2−5
%、H220〜30%であり、温度は、装入物装入温度
、操業条件等に依存するが、通例900〜1000 ’
C好ましくは約950′Cとする。この高力Q IJ−
高温回収ガスは後続のプロセスに還元ガス、燃料ガスと
して、或いは化学原料ガス等として有利に利用できる。
生成する溶鉄は、通例コークス充填層を(加熱部として
機能)を1500〜1600’Cで滴下し、成分は凡そ
、C4,5%+ Siα2 %+ M n Q 2%。
2012%、5008%(燃料として微粉炭、装入原料
として半還元鉄を用いた場合)となり、滴下途中におい
て、適度(塩基度1.0〜1.5程度)に塩基度調節さ
れた溶滓により脱硫されて、下部の湯溜シに収集される
・。
装入原料は、半還元鉄及び/又は還元鉄を用い、コーク
ス充填層の消耗の補給としてコークス、さらに滓の流動
性、塩基度調節のため合方灰石等の造滓材を装入する。
本発明に用いることができる半還元鉄は金属化率(M、
 Fe4”、 Fe )約75%以上のものであり、鉱
石と還元鉄の混合物をも用いることができる。
酸素は、純酸素(99%以上)が好ましいが96〜97
%の工業用酸素、その他コスト等を考慮し、02約90
%以上のものも用いられる。
コークス充填層の空隙は、下方から高温ガスが上昇する
とともに、これと向流にて半還元鉄が溶解して生成する
溶鉄と、鉄酸化物を含む滓とが滴下できるに十分なもの
とする。コークスは凡そ径30閣以上のものを用いるが
、炉のサイズ、操業条件等により可変である。このコー
クス充填層の高さは、溶銑の浸炭、滓中の酸化物の還元
等を考慮して定められるが、2000 t/日の炉で凡
そ羽口レベルからの高さ4〜5mとなる。
コークス充填層は、その上部に半還元鉄、コークス、石
灰等の装入物を保持するに十分な強度を備えるものとし
炉中において主体部を成す。但し半乾溜コークスも用い
ることができる。
コークス充填層の下部には、燃料を燃焼ガス化させるだ
めの燃焼室が適宜羽目の前方に形成される。羽目は好ま
しくはコークス充填層下部周縁部に放射状に形成される
。羽口からの水蒸気吹込みにより、燃焼室(燃焼ガス)
温度は所定値にコントロールされる。
コークス充填層の断面形状は、炉の断面によって定まる
が通例円形ないし多角形となり、各燃焼室の外方に羽口
が開口しており、羽目から燃料、酸素、必要により水蒸
気、さらに所望により石灰石粉等の造滓剤を吹込む。
コークス充填層の下部中心部は上層部からの荷重を支え
、ガス及び滴下流の通過を確保するよう適当な径をもっ
て保持され、その下部には溶銑及びスラグがその空隙に
貯溜される。
コークス充填層は、その下部の燃焼室の壁部を構成し燃
料の燃焼ガス化に伴い消耗されるので、一般に炉頂装入
口よシ半還元鉄と共に装入補給する。
なお必要に応じ炉頂装入口から石灰石等の造滓剤を装入
し滓の塩基度、流動性、脱硫効果等を調節する。
なお、コークス充填層の温度は下で凡そ1800〜20
00’C1上部で凡そ1600〜1650″Cとなる。
半還元鉄はコーク〉羞合又は交互に炉頂から装入されコ
ークス充填層の上部に半還元鉄(又はコークスとの混合
)充填層を形成して、下方からの上昇高温ガスにより加
熱され、逐次溶解される。通気性保持と飛散防止の観点
から半還元鉄を選定するが、好ましくは5■以上のもの
を用いる。
以上の基本構成において1本発明の方法における基本諸
元は、−例として、実施例に示す通りである(純酸素、
燃料微粉炭、装入物半還元鉄及びコークス)。
なお、操業時の炉内圧力は、回収ガスの利用のための圧
力を無視した場合は低くてよ< I Kt/cWI以上
でも可能であるが1回収ガスの利用目的に従い8〜5 
K4/dとする。
かくて、本発明によれば、石炭1重油等の炭素及び水素
を主体とする燃料を酸素及び必要により水蒸気によシ燃
焼ガス化し、コークス充填ノーを介してその上部の半還
元鉄及び/又は還元鉄を溶解滴下せしめて溶銑とすると
共に、−酸化炭素及び水素を主成分とする高温ガスを回
収することができる。本発明によれば単に半還元鉄等の
溶解が効率的であるばかりでなく、石炭等の燃料を直接
に燃焼ガス化して用いることができ、さらに回収ガスを
他の関連する工程に有利に用いることができる。
本発明によれば多量の微粉炭、又はタール、重油等の燃
料を純酸素によりガス化し、半還元鉄又は還元鉄を溶解
する点で、高炉とは異った特長を有する。
本発明のその他の利点は次の通りである。
(1)全燃料の約6割以上をコークス以外の燃料とする
ことができる。
(2)羽口から微粉炭;その他の燃料の多量吹込みがで
きる。
(3)還元鉄又は半還元鉄を溶解するため、コークスの
反応劣化がない。従って低強度コークスが使用できる。
(4)半乾溜コークスも使用でき、その場合、還元鉄と
混合状態の、還元鉄製造工程からの直接産出物を、その
ま\用いることもできる。
(5)炉の構造は簡単かつ小型化できる。
(6)溶銑中のSは、石灰石等の造滓剤による滓の成分
コントロールにより00396以下に保つことができる
(7)  コークス充填層を介して向流で溶鉄及び溶滓
と高温燃焼ガスとが熱交換でき熱効率がよい。
以下本発明の実施例を示す。
実施例り 第1図は、炉の上部に半還元鉄とコークスの装入口2)
、並びにガス取出口(3)を有し、炉の側壁部に酸素と
水蒸気、並びに微粉炭と4必要に応じて粉石灰石吹込み
用羽ロヰを有し、炉の下部に出銑滓出μを有してなる炉
1を示す。この炉1ilt、下部かや\径大となった略
円筒状の炉であり、炉頂に装入口2とガス取出口8、径
大部内上部の周壁に羽口4、その下方の径大部局壁に順
次上から出滓口6、出銑口5を備える。
この炉1の装入口2からコークスを装入し、炉内に予め
コークス充填層すをその内部に所定の空隙を備えて形成
し、コークス充填層すの上部に未溶解の半還元鉄充填層
aを形成し、コークス充填層すの下に滓層C1溶銑湯溜
りdを形成し、羽口4の前方(コークス充填層、下部周
縁部)に燃焼室eを形成する。
この形式の炉を次の諸元として用いる。即ち、内径19
0mの羽口とその前方に位置する燃焼室を4組設け、コ
ークス充填層小径部内径4m、下部の大径部内径6rr
L、半還元鉄充填層と羽口レベル間の高さ5mのシャフ
トとする。
この炉1を用い、第1表に示す諸元により、酸素9、微
粉炭10を羽口4から吹込み、装入口2から半還元鉄7
、コークス8(粒径40膿以上)を石灰石18と共に装
入しつつ、炉内圧力(燃焼室)5Kf/cdにて操業し
、生成ガス12をガス取出口8から回収し、1500℃
の溶銑を炉下部の出銑口5から抽出した。溶滓は出滓口
6から適宜排出した。
半還元鉄7は粒径5〜1’5TMIの金属化率(M、F
e/T、Fe  90%)のものであり、酸素は純酸素
(0299%)、コークスは固定炭素889%。
灰分1α6%のもの、微粉炭は炭素62.1 %、揮発
分80%、灰分1thO%、水分2.2%のものを用い
た。
第1表 (浴銑中のFe1ton当りの諸元) 一温度 950 ’C カロリー  2850 Kcat/Nrr?溶 銑  
 1048Kg   (出銑口5力・ら抽出)第  2
 表 成分 T、Fe FeOM、Fe  5in2CaO%
 776 10 6!18 706689実施例2 実施?lllと同様な炉1を用い半還元鉄CM、Fe/
T、Fe = 85 % )及び、半乾溝コークス(固
定C81,5%、揮発分8%、灰分lα5%)を主体と
して用い、羽口から水蒸気を付加的に吹込み操業を行っ
た例を第8表に示した。
第3表 酸  素  a 28NJl−Fe  生成溶銑  1
050微粉炭 393.5に4/1aFe  C4,5
%蒸    気     7.2KVt−Fe    
 S i    O,2%Mn  0.2% 半還元鉄 1849 Kv/iFe   P   O,
12%半乾溜コークス 205  Kg/1−Fe  
   S     O,08%温度1500℃ 生成ガx  1082Nrr?/l’Fe  スラグ量
887に9Co    67.6% 002   20%    半還元鉄 H280,O%      T、Fe  74.15%
N、     0.4%     M、Fe  63.
08%温度 950℃   FeO14,3%カロリー
   2818Kd/NIrl1    5to2  
6.8  %CaO10,2%
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に用いる炉の一例の断面図を示す。 1、炉 2装入口 &ガス収出口 屯羽口 氏出銑口 
仕出原註 a、半還元鉄充填層 b、コークス光*r*
  c、m滓 d、湯溜り e、燃焼室第1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 内部にガスと溶銑及び溶滓とが向流で通過できる空隙を
    備えその上部に未溶融の半還元鉄及び/又は還元鉄を保
    持するコークス充填層の下部において酸素と必要に応じ
    水蒸気とにより炭素及び水素を主成分とする燃料を燃焼
    ガス化して一酸化炭素及び水素を主成分とする高温ガス
    を生成させ、該高温ガスを前記コークス充填層内に上昇
    せしめて前記半還元鉄等を溶解させた後回収すると共に
    、半還元鉄等が溶解して生成する溶鉄と、鉄酸化物を含
    む滓とを上昇高温ガスと向流で前記コークス充填層内で
    滴下させ、滴下の過程で溶滓中の鉄酸化物その他金属酸
    化物をコークスにより還元し、コークス中の炭素を溶鉄
    中に溶解させて溶銑となし、生成しだ溶銑及び滓をコー
    クス充填層下部に収集して抽出することを特徴とする溶
    銑の製造方法。
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