JPS6038443B2 - 鉄鉱石の還元処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高炉において、最少量のコークス消費をも
って鉄鉱石を還元処理する方法の改良にかんする。

なお、この明細書の記載において「保存区帯」というの
は当業技術者が英語表示において“ｒｅｓｅｒｖｅｚｏ
ｎｅ’’として慣用的に使用する区帯のことを意味する
。この保存区間は高炉中における鉄鉱石とコークスから
なるスタック（堆積体）の下部の部分を呼称する。この
区帯中においては鉄鉱石とコークスの温度ならびにガス
の温度が大体において一定の温度レベルに保持せられた
ものであり、しかもそれら双方の温度は大体において定
値に維持されるもので、その値はおよそ１０００００で
ある。この区帯においては物質交換は行なわれず、鉄鉱
石もコークスも装入状態のままの固態状を呈し、その状
態で下方の湯溜り部の方に向って下降してゆくものであ
る。つまり、「保存」は温度についてのみ言うものであ
る。高炉における酸化鉄の還元は主に直接還元（Ｆｅ○
十Ｃ＝Ｆｅ＋ＣＯ）あるいは間接還元（ＦｅＸ０ｙ＋ｙ
ＣＯ＝ｘＦｅ＋ｙＣ０２）によって行なわれる。

普通の形式の高炉ではコークスは次のような複式の機能
を賞なむものであることが知られている。

【ａ｝ 送風空気は、主羽口のノズルによって送入され
て式Ｃ＋夕２：Ｃｏｌこ従っ俳制こすみ物にコークスと
反応する。

羽口のノズルのところにおいて発生する高温ガスは、熱
需要を満たすとともに、精錬工程における還元需要をも
満たすような態様において用いられる。このようにして
燃焼するコ−クスの量は、コークス袋入量の６０〜７０
％のオーダの割合である。｛ｂ）上昇する高温ガスの量
は、装入物中の酸化物を完全に還元するには不十分であ
る。

そのため酸化物の一部はコークスすなわち炭素によって
直接に還元される。このような余分の量のコークスは在
来の精錬工程において必要とされたものであって当業者
のあいだでは「直接還元コ−クス」と言われている。｛
ｃ）安定した炭化物を形成する鉄の場合には、装入コー
クスの少量が溶融金属すなわち鉄の炭化のために使われ
る。

このような炭化に消費されるコークスの量は、コークス
袋入量の１０％程度のものである。一般に高炉における
コークスの全消費量は、上述の３つの作用に基づく部分
消費の総和として表わされる。

コークスは、その他にも、当業者によって「コークスの
グレート」もしくは「コークス・グレート」あるいは「
コークス格子」と呼ばれている固体支持床を形成して、
ガスと液状組成物（スラグおよび湯）とを向流状態で移
動させるという重要な機械的な作用をするが、しかし、
そのために格別にコークスがとくに消費されるというこ
とはない。

コークスの消費量を少なくするためにコークス以外の加
熱還元剤例えば液状あるいはガス状の炭化水素を主羽口
から、普通には該羽口を経て吹送することは従来から提
案されているところである。

このように吹送を行なうと、コークスの所要量が５〜２
０％節減される。しかしながら吹送される加熱還元剤の
量を多くしようとすると、羽□のノズル近くのところの
火焔の温度が著しく低下したり、あるいは未燃焼ガスの
量が過度に増したりする欠点のあることが知られている
。そのため送風空気の温度を高くしたり、送風空気中の
酸素量を増したりすることが普通には行なわれている。
このような方法によると、コークスの所要量が２５％程
度節減される。コークスの消費量をさらに少なくするた
めに当業者によって「保存」区帯と呼ばれている炉中領
域の下部のところに高温度の還元ガスを供給するととも
に、送風羽口のところから還元剤を供給することも提案
されている。

この方法によると、羽口のノズルのところで燃焼するコ
ークスと直接還九コークスとの量が少なくなり、しかも
高炉における熱需要および鉄鉱石の還元という冶金学的
な必要条件が完全に満たされる。この場合のコークスの
節減量は３０〜４５％のオーダである。本発明では上記
最後に述べた複式吹入れ方式の場合において、羽□のラ
ンスのところで燃焼するコークスと、直接還元コークス
との量を実質的になくし、装入原料中のコークス量を溶
融金属すなわち湯の炭化と「コークス・グレート」の形
成に必要とされる量に限定することを目的としている。
本発明の方法は大体において、高炉中のシャフト内で下
方領域へと移行する装入物を最大限度まで還元するのに
必要な熱的および化学的要求の限度において、８００ｏ
〜１２００００の温度範囲の高温還元ガスを炉の湯溜
り部、好適には「保存区帯」の下方レベルに吹入れると
ともに、溶湯およびスラグの溶解および過熱ならびにケ
イ素、マンガン、リンおよび金属酸化物中に少量含まれ
ている他の成分の還元反応のような各種の反応に必要な
熱的要求の限度内において、１７００ｏ 〜２５０００
０の温度範囲の不活性ガスを湯溜り部の上方から、精錬
処理中の装入物に向って吹き入れる。

湯溜り部の上方から吹入れられるガスの加熱は、火焔ト
ーチや雷弧トーチ、好適にはプラズマトーチなどの適宜
の手段によって行なわれる。

湯溜り部から吹送されるガスとしては、例えば窒素ガス
のような不活性ガスが用いられる。これは合金元素以外
の化学的に活性の物質を含まない工業的に生産されたガ
スを意味する。高炉に吹入れられる高温の還元ガスは、
主にＣＯと日２から成り、例えば水蒸気の存在下で炭化
水素を部分酸化するか、あるいは接触分解するか、また
は熱分解して得た改質ガスを使用するのが有利である。

またガスを窒素ガスのような不活性ガスに還元ガスを混
和した混合物とすることもできる。

さらに湯溜り部のところから非酸化性ガスを少量の熱風
とともに吹入れて、姿入物中の少量の残留コークスを燃
焼させて温度を上昇させるようにすれば高炉に吹入れる
還元ガスの量を少なくすることができる。以下に図面を
参照して、この発明の実施態様を詳細に説明する。

図面は高炉の略図的な縦断面図であり、Ａ′はそのシャ
フト（炉体）である。

シャフトＡ′に対してはその炉頂より通例どおり、鉱石
とコークスとを供給する。さらに、これに対して融剤と
しての石灰石を加えることが多い。これらの装入物は層
状をなして供給される。この供給材料の層状体をスタッ
ク（ｓねｃｋ）（堆積層）と称し、図には符号１でこれ
を示している。ただし、操業時においては、順次下部よ
りコークスが燃焼してスタック１には空間が出来るので
、鉱石は次第に降下していくので、スタツク１の下限の
位置は一定ではなく、かなり変動する。Ｂ′はシャフト
Ａ′の下側の炉室構造部であり、２はその内部に設けら
れた炉室（ｈｅａｎｈ）、５は炉室２に溜る鉄から成る
溶湯、６は溶湯５の表面を被う層状のスラグである。

３は上部吹込口であってスタック１の下部のレベル位置
に設けられ、これよりスタック１の下部に向けて温度が
８００００なし、し１２００００である高温度の還元ガ
スが連続的に吹送される。

このための還元ガスとして好適なのは、たとえば、いわ
ゆる改質ガスであってＣＯと日２とが主量をなすもので
ある。これは水蒸気の存在下において炭化水素を部分酸
化もしくは接触的にクラッキング（熱分解）して得られ
る。この吹送により、鉄鉱石は還元されてＦｅ０となる
。４は下部吹込口であって、これにより炉室２の頂部の
ところへ、ふつうなれば主羽口が置かれるレベル位置に
設けてあり、これより温度が１７００ｏｏなし・し２５
００００の、高温度の中性ガスが連続的に吹送される。

これは鉄分を加熱し溶解する主作用を営むとともに、シ
リコン、マンガン、リン、残留する少量の金属酸化物を
還元するという副作用を営む。この中性ガスとしてはチ
ッ素ガスがもっとも高通であり、吹送前に上記所要の温
度まで加熱しておく。この加熱のためには、たとえばバ
ーナとか、亀弧トーチとかプラズマ・アーク・トーチと
かを使用し、吹送の直前に高温化するがよい。少量なら
ば化学的には活性の不純物を含有していてもよい。従来
の方法と本発明方法とによって精錬操作を行なったとこ
ろ、次表のような結果が得られた。

表（鞘 Ａ・・・・・・炉底部への還元ガス吹入れを湯
溜り部上方からの非酸化性ガスの吹送とを行なわずに高
温送風のみ行なった 従来の精錬方法 Ｂ・・・・・・湯溜り郡上方からの非酸化性ガスの吹送
を行なわずに高温送風と炉底部への還元ガス吹入れとを
行なった精 錬方法 Ｃ・・・・・・炉底部への還元ガス吹入れと湯溜り部上
方からの非酸化性ガスの吹送（２００び○）とを行ない
高温送風は行 なわない精錬方法 Ｄ・・・・・・Ｃの方法において非酸化性ガスの温度を
２４００００とした精錬方法上表からわかるように湯ｌ
ｔ当りのコークス量はＡ方法の場合の４７０ｋ９から２
７６ｋ９（Ｂ方法）１４２ｋ９（Ｃ方法）１３９ｋｇ（
Ｄ方法）とそれぞれ減少している。

なお還元ガスの温度範囲を８００℃〜１２００００とす
るのは次のような理由によるものである。

還元ガスの吹入れは、装入物が溶解すると還元ガスによ
る鉱石の還元速度が低下することから、装入物が熔解し
ないような温度で行なう必要がある。

鉄鉱石は溶解が開始される１０００００〜１３００００
の温度範囲の炉中区帯において部分的に還元を受けるこ
とが知られている。そのため還元ガスはその温度よりも
低い８００００〜１２００ｏ○の温度で吹入れることが
精錬操作上とくに好適である。また湯溜り部の上方から
吹送される非酸化性ガスは金属とスラグを溶解させるた
めの熱を供給するためのものである。

鉄とスラグは少なくとも約１３００００の温度で溶解す
ることが知られているが、非酸化性ガスを１３００００
の温度で吹送した場合には鉄とスラグを溶解させるのに
かなり多量のガスを吹送する必要があり、このことは精
錬効率上不利であるため、ガス量を少なくして温度を１
７００ｏｏ〜２５００００の範囲とする。実際には１８
００ｑ○以上の上記範囲の温度で非酸化性ガスを吹送す
る必要のあることが確められている。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による方法を実施するための製鉄用高炉を
示した略図的垂直線断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 融剤としての石灰石を加えるか、あるいは加えるこ
   となく、鉄鉱石とコークスをシヤフトの炉頂から連続的
   に供給してスタツクを形成させ、高炉の操業につれて該
   スタツクが次第にシヤフト内を下方に下降し、同時に溶
   融せられ還元された鉄とスラグとがシヤフトの下方の湯
   溜り室内に連続的に溜まるようにし、該溶融鉄とスラグ
   とは連続的に湯溜り室から抽出する方法において、通常
   の熱風吹送は行うことなく該スタツクの下方部分へ温度
   ８００〜１２００℃の高温還元ガスを吹送し、かつ、１
   ７００〜２５００℃の温度範囲の不活性ガス、好適には
   チツ素ガスを湯溜り部内へ吹送することを特徴とする鉄
   鉱石の還元処理方法。