JPS6050143A - 合金鉄の製造法 - Google Patents

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】 この発明は、鉄浴石炭ガス化法を利用して金属鉱石、金
属酸化物あるいは半還元被レット等を溶融還元して合金
鉄を製造する方法に関する。

鉄浴石炭ガス化法を利用して合金鉄を製造する方法は、
高温の溶融鉄浴中に石炭、コークス、ピッチ、重質油等
の炭素質物質を酸素と共に吹込んでガス化すると同時に
、クロム鉱石、鉄鉱石等の金属鉱石または金属酸化物、
あるいは半還元ペレット等全投入し溶融還元する方法で
ある。

この溶融還元法を採用して合金鉄を製造する方法として
は、例えば同一ランスがら炭素質物質、金属鉱石あるい
は金属酸化物等と酸素等ガス化剤を吹込むことができる
非浸漬上吹多孔ランスを用いて行なう方法がある。この
方法は、ランスの中心孔から炭素質物質と、金属鉱石あ
るいは金属酸化物等を吹込み、中心孔の外側に位置する
ノズルから酸素等ガス化剤を吹込んで、ガス化〜溶融還
元を行なうのが一般的である。

しかし、このような方法でｄ：、炭素質物質の組成によ
りほぼガス組成が決定され、溶融還元のための余剰熱も
決定されるため、ガス組成を変化させることによりガス
化の際の余剰熱をコントロールすることが困難である。

従って、金属鉱石や金属酸化物等を溶融還元するために
は、大量の炭素質物質を用いて多量の中カロリーガスを
発生させる必要があり、精錬に長大な時間を要したり、
カスバランスの関係で中カロリーガスが余剰と逐った場
合は、不必要なガスを多量に発生させねばならなかった
。

また、単位炭素質物質層りの溶融還元能を向上させるた
めに、炉外で金属鉱石あるいは金属酸化物を８００〜９
００°Ｃに予熱しながら炉内に投入する方法をとること
も可能であるが、この場合予熱のための熱好率は高々４
０　％程度であり、経済的に不利である。

この発明は、従来の前記問題点を解決するためになされ
たものである。

この発明の要旨は、溶融鉄浴中に石炭、コークス等の炭
素質物質を酸素等ガス化剤と共に吹込んでガス化すると
同時知、クロム鉱石、鉄鉱石等の金属鉱石または金属酸
化物、半還元ペレット等を前記鉄浴中に投入し溶融還元
する方法において、ランス中心部に粉粒体吹込み用ノズ
ルを有し、該ノズルの周囲に酸素環ガス止剤吹込み用ノ
ズルを備え、該ガス北側吹込み用ノズルの同一円周上も
しくは外側にノズル中心線がランス軸に対して外側に２
０〜６（）°傾斜した２次燃焼用１旨化剤吹込み用ノズ
ルを有する非浸（ａ上吹多孔ランス金柑い、炭素刊物質
を酸素等ガス化剤と共に吹込んでガス化すると同時に、
同ランスの２次燃焼用ノズルから酸素等酸化剤を吹込ん
で生成ガスの２次燃焼を行なわせつつ、炭素質物質と共
に金属鉱石、金属酸化物、半還元ベレット等を吹込むこ
とを特徴とし、また、ガス北側吹込み用ノズルの出１」
近傍で合流し、中心部のノズルとは別個に設けた粉）’
、’、１体吹込み用ノズルを有するランスを用い、金属
鉱石、金属酸化物等をガス化剤にランス出口部で混入せ
しめて吹込むことを特徴とするものである。

すなわち、この発明は、同一ランスから炭素質物質、ガ
ス化剤、金属鉱石等を吹込んでガス化し溶融還元を行な
う際、同じランスにカス北側吹込み用ノズルとは別個に
設けたノズルから酸素等酸化剤を吹込んで生成ガスを２
次燃焼させて金属鉱石、金属酸化物あるいは半還元ベレ
ットの溶融還元能を増大させる方法である。つまり、炭
素質物質のガス化によって生成したガスの２次燃焼によ
って炉内発生顕熱を増大せしめることにより、少量の炭
素質物質で多量の金属鉱石、金属酸化物、あるいは半還
元ベレットの溶融還元を可能となしたものである。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

この発明法を実施するための装置としては、基本的には
第１図に示すごとく、溶融鉄（１１）を貯える溶解炉（
１）、石炭、コークス、ピッチ、重質油等の炭素質物質
（力と酸素等のガス化剤（８）、金属鉱石や金属酸化物
等合金源（９）、２次燃焼用酸化剤（１０）を吹込む非
浸漬上吹多孔ランス（２）、ガス回収用スカート（３）
およびフード（４）、副原料投入口（５）、Ａｒ＋　Ｎ
２１０２Ｉ　ＣＯ９等の攪拌ガスを吹込むための底吹き
ノズル（６）とから構成されている。

この発明における上吹ランスは例えば第１図および第２
図に示すものを用いる。第１図に示すものは、ランス本
体（２−１）の中心部に粉粒状の炭素質物質、金属鉱石
、金属酸化物等を吹込むことができる粉粒体吹込み用ノ
ズル（ａｌ）を有し、このノズル（ａｌ）の周囲に酸素
等ガス化剤吹込み用ノズル（ａ２）を具備し、さらにガ
ス化剤吹込み用ノズル（ａ２）と同一円周上または外側
に生成ガスの炉内２次燃焼を主たる目的とする酸素等酸
化剤吹込みノズル（ａ３）を有し。

このノズル（ａ３）のランス軸に対する傾斜角度θ、を
２０〜６０”に設定したものである。（Ｗ）は冷却水通
路である。

２次燃焼用の酸素等吹込みノズル（ａ３）の傾斜角度θ
２を２０〜６０°に設定したのは、以下の理由による。

この発明者らの実験によれば、ノズル（ａ］）から微粉
炭を吹込まずに通常の転炉精錬を行なった場合、ノズル
（ａ３）の傾斜角度θ２とスクラップ比増大量へＳｃ　
（％）　＝　（（その条件でのスクラップ比）−（ペー
スのスクラップ比））との間には、その他の条件を同一
とすれば次の関係が成立する。

すなわち、θ２が加°以下では、２次燃焼用酸素ジェッ
トはそのほとんどが脱炭反応に寄与し、２次燃焼効果は
小さくなり、θ２が６０’以上では２次燃焼は起こるが
、フレームが浴に到達しないために浴への着熱効果が小
さく、さらに炉壁の多大な損耗をきたす。かかる理由に
より、２次燃焼用ノズル（ａ５）のランス軸に対する傾
斜角度θ２を２０〜６１１’　ｆＣ設定した。

なお、酸素等ガス化剤吹込み用ノズル（ａ２）のランス
軸に対する傾斜角度θ１は、通常１σ位である。

すなわち、上記構造のランス（Ｌｌ）は、ノズル（ａ□
）から石炭、コークス、石油残漬等の粉粒状炭素質物質
と、クロム鉱石、鉄鉱石、酸化ニッケル等の粉粒状鉱石
、あるいは金属酸化物、もしくは粉粒状の生石灰等媒溶
剤を吹込み、ノズル（ａ２）よりガス化剤としての酸素
等を吹込み、さらにノズル（ａ！Ｉ）から生成ガスを２
次燃焼させるだめの酸素等を吹込む方式である。

また、第２図に示すものは、ランス本体（２−２）の中
心部に設けた粉粒体吹込み用ノズル（ａｌ）、該ノズル
の周囲に設けたガス化剤吹込み用ノズル（ａ２）、該ノ
ズルの同一円周上もしくは外側にランス軸に対する傾斜
角度θ２をか〜６０°に設定した２次燃焼用ノズル（ａ
３）に加えて、ガス化剤吹込み用ノズル（ａ２）の出口
近傍で合流し、中心部の粉粒体吹込み用ノズル（ａｌ）
とは別設の粉粒体吹込み用ノズル（ｂｌ）を有している
。

すなわち、上記構造のランス（Ｌ２）は、中心部のノズ
ル（ａｌ）から石炭等炭素質物質を、ノズル（ｂｌ）か
ら金属鉱δ１たは金属酸化物、あるいは媒溶剤の１種ま
たは２科以−ヒの混合物を吹込み、このノズル（ｂｌ）
から吹込まれる粉粒体をノズル（ａ２）から吹込まれる
酸素に出口部で混入せしめて吹込む方式である。無論こ
のランスの場合も、ノズル（ａ３）から生成ガスを２次
燃焼させるだめの酸素等酸化剤を吹込む。

なお、炭素質物質や金属鉱石等は微粉砕して”ｒ　ｌＪ
ｐ＋＋　０２１　ＣＯ２ガスや空気をキャリアガスとし
て炉内に吹込まれる。

前記の装置によシ第１図に示すランス（Ｌｌ）を用いて
合金鉄を製造する場合は、溶解炉（１）内に貯えられた
相当量の溶融鉄浴（温度約１３００’Ｃ）＋１υ中に、
ランス中心部のノズル（ａ□）から石炭等炭素質物質を
、ノズル（ａ２）から酸素をそれぞれ吹込んでガス化を
行なう。このとき、炉内では鉄浴中で炭素質物質の分解
が起とシ、Ｈ２，ＣＯガス等が生成するとともに、この
ガス化反応による熱によシ炉内の鉄浴温度が上昇する。

続いて、同ランス（Ｌ□）のノズル（ａ、）よシ酸素を
吹込んで積極的に生成ガスの２次燃焼を行なわせつつ、
ノズル（ａ、）より炭素質物質と共に金属鉱石、金属酸
化物等合金源を吹込む。このとき炉内の鉄浴温度は、生
成ガスの２次燃焼により発生するガス化余剰熱によりさ
らに上昇するので、炉内に吹込丑れた金属鉱石、金属酸
化物等の合金源は、高温の鉄浴中で急速に受熱され溶解
すると同時に、鉄浴中に溶解している多量の炭素と反応
し、還元反応が進行する。すなわち、金属鉱石、金属酸
化物等は、炭素質物情のガス化によって発生する鉄を製
造する場合は、中心部のノズル（ａ□）より炭素質物質
を吹込み、ノズル（ａ２）より酸素を吹込みつつガス化
を行ない、さらにノズル（ａ２）よシ酸素を吹込んで生
成ガスの２次燃焼を行なわせつつ、ノこの場合も、前記
と同様、炭素質物質のガス化によって発生する顕熱によ
る溶解効果と、２次燃焼によって発生する余剰熱による
顕熱と、生成ガスの２次燃焼によって発生する余剰熱に
ょシ溶融還元される。従って、この発明の場合は、少量
の炭素質物質で多量の金属鉱石、金属酸化物を溶融還元
することができる。αりは生成スラグである。

また、第２図に示すランス（Ｌ２）を用いて合金鉄を製
造する場合は、中心部のノズル（ａｌ）より炭素質物質
を吹込み、ノズル（ａ２）より酸素を吹込みつつガス化
を行ない、さらにノズル（ａ２）よυ酸素を吹込んで生
成ガスの２次燃焼を行なわせつつ、ノズル（ｂよ）よシ
金属鉱石’４０合金源を吹込む。この場合も、前記と同
様、炭素質物質のガス化によって発生する顕熱による溶
解効果と、２次燃焼によって発生する余剰熱による溶解
効果によシ、少量の炭素質物質で多量の金属鉱石、金属
酸化物あるいは半還元生成物を溶融還元することができ
るだけでなく、ノズル（ｂ□）から吹込まれる金属鉱石
等は、ノズル（ａ２）の出口部で該ノズル（ａ２）から
吹込まれる酸素環ガス止剤ジェットに混入し、かつ分散
されて、ガス他剤ジェットによシ形成される高温火点に
適確に添加され、高温火点て急速に受熱、溶解され、還
元反応がよりすみやかに進行するという利点がある。さ
らに、ノズル（ｂよ）から粉粒状の生石灰等造滓剤を吹
込み、これをランスの出口でノズル（ａ２）より吹込ま
れる酸素ジェットに混合して火点に供給することによシ
、ランスノズルを損耗させることなく吹錬の制御性を１
呆ったままで、しかも高価な高圧の粉体供給装置を設置
すること表く、スラグの滓化促進、スロツ２ングの低減
等の効果を得ることができる。

また、ランス（Ｌｌ）の場合も、ノズル（ａＸ）を炭素
質物質と合金源のみならず、生石灰等造滓剤の吹込みに
利用することにより、ランス（Ｌ２）の場合と同様の粉
体造滓剤効果を得ることができる。

なお、金属鉱石、金属酸化物等の還元反応をよシ促進す
るため、適当な時期に炭素質物質、酸素、合金源の吹込
みを中断し、炉底ノズル（６）から吹込んでいる攪拌用
ガスの景を増して溶融鉄浴を強攪拌する。スラグ塩基度
は副原料投入口（５）から媒溶剤を適宜添加して調整す
る。

次釦、この発明の実施例について説明する。

〔実施例１〕 第１図に示す構造の１．０　）ン溶解炉Ｋ、第１表に示
す組成を有する温度１２５５℃の脱珪、脱燐処理を施し
た溶銑１０　）ンを貯え、第２図に示す非浸漬上吹多孔
ランス（Ｌ□）を用い、ノズル（ａｌ）（孔径１６關ψ
）よりパージ用ガス１２ＯＮｍ７Ｈｒを吹き、ノズル（
ａ、）（スロート部径１４田ψ）（的）（ス）　Ｌ／−
）ノズル径８．９ｍ−）より酸素ｔそれぞれ２０００　
Ｎｍ７Ｈｒ　、　７００　Ｎｍ”／Ｈｒ吹込んだ。続い
て、Ｃｒ銑を製造するため、鉄浴温度が１５２０”Ｃに
達したところで、ノズル（ａ」）より第２表に示す組成
を有する炭素質物質粉を２５００ｋｇ／Ｈｒ、ノズル（
ａ２）よυ吹込む酸素を１４８０　Ｎｍ”／Ｈｒ　、ノ
ズル（ａ３）より吹込む酸素を６８０　Ｎｍ５／Ｈｒに
設定し、吹込みを開始した。これと同時に、ノズル（ａ
□）より上記と同じ炭素質物質粉と混合した状態で第３
表に示す組成を有する微粉砕したクロム鉱石の吹込みを
開始した。クロム鉱石の吹込み量は、鉄浴温度の変化を
見ながら増減させたが、平均的には約３３００１ｇ　／
　Ｈｒであった。

なお、媒溶剤はスラグ塩基度が０．５〜２の範囲になる
ように適宜添加した。

クロム鉱石の吹込み開始後約２．１時間経過した時点で
酸素、炭素質物質、クロム鉱石の吹込みを中止し、注銑
〜ガス化までの間炉底に設けた底吹ノズルよシ吹込んで
いたＮ２ガス４ＯＮｍ３／ＨｒヲＡｒガス１００　Ｎｒ
ｎ７Ｈｒに切換えて、浴を強攪拌した。この強攪拌を約
８分間継続した後、操業を終了した。

本実施例における溶銑の成分と温度推移を第４表に示す
。また、クロム鉱石溶融還元中の生成ガス組成、第２表
に示す組成の炭素質物質１トンａｌ）の溶融還元能力お
よび５ＵＳ４３０用粗合金鉄製造のためのクロム鉱石溶
融還元に要する時間等を第５表に示す。

〔比較例〕

実施例１と同じ１０トン溶解炉に、実施例１とほぼ同じ
組成、温度の溶銑１０トンを貯え、中心孔とその周囲に
３個の多孔を配しただけの従来の非浸漬上吹多孔ランス
を用い、中心孔よりパージ用ガス１２０　Ｎｍ７Ｈｒ　
を吹き、多孔より酸素を２５００　Ｎｍ′／Ｈｒ吹込ん
だ。その後、鉄浴温度が１５２５℃に達したところで中
心孔より実施例１と同じ第２表に示す組成を有する炭素
質物質粉を２５００　ｋ！９／　Ｈｒ　、多孔よシ吹込
む酸素の量を１８６ＯＮｍ７Ｈｒに設定し、吹込みを開
始した。これと同時に、中心孔より上記と同じ炭素質物
質粉と混合した状態で実施例１と同じ第３表に示す組成
を有するクロム鉱石の吹込みを開始した。クロム鉱石の
吹込み量は鉄浴温度の変化を見ながら増減させたが、平
均的には約１５００　ｋｇ　／　Ｈｒであった。なお、
媒溶剤はスラグ塩基度が０．５〜２．０の範囲になるよ
うに適宜添加した。クロム鉱石の吹込み開始後約４．５
時間経過した時点で酸素、炭素質物質、クロム鉱石の吹
込みを中止し、注銑〜ガス化までの間底吹ノズルよシ吹
込んでい九Ｎ、ガス４０　Ｎｍ５／　ＨｒをＡｒガス１
００　Ｎｍ３／　Ｈｒに切換えて、浴を強攪拌し象。こ
の強攪拌を約１０分間継続した後、操業を終了した。そ
の時の、クロム鉱石溶融還元中の生成ガス組成、炭素質
物質１トン当りの溶融還元能力およびＳＵＢ　４３０用
粗合金鉄製造のためのり四ム鉱石溶融還元に要する時間
等は第５表に併せて示した。

第５表よシ、この発明法によシ、鉱石の溶融還元に要す
る時間、炭素質物質、酸素等使用量、耐火物費用等が大
巾に節減され、生成ガスバランスからみて、それほど中
カロリーガスの必要のないところでは多大な効果を奏す
ることがわかる。

９１ 〔実施例２〕 実施例１と同じ１０トン溶解炉に、実施例１とほぼ同じ
組成、温度の溶銑１０　）ンを貯え、第３図に示すラン
ス（Ｌ工）を用い、ノズル（ａｌ）よりパージ用ガス１
２０　Ｎｍ３／Ｈｒを吹き、ノズル（ａ２）（ａ、、）
よシ酸素をそれぞれ２００ＯＮｍンＨｒ、７０ＯＮｍ３
／Ｈｒ　吹込んだ。続いて、鉄浴温度が１５１５℃に達
したところで、ノズル（ａｌ）よシ前記第２表に示す組
成を有する炭素質物質粉を２５００ｋｌ？／Ｈｒ、ノズ
ル（ａ２）よシ吹込む酸素を１４８０　Ｎｍ′／Ｉ（ｒ
、ノズル（ａｌりより吹込む酸素を６８０　Ｎｍ３／Ｈ
ｒに設定し、吹込みを開始した。これと同時に、ノズル
（ｂよ）より前記第３表に示す組成を有するクロム鉱石
の吹込みを開始した。クロム鉱石の吹込み量は、鉄浴温
度の変化を見ながら増減させたが、平均的には約３３０
０ｋ１７／Ｈｒであった。なお、媒溶剤はスラグ塩基度
が０．５〜２．０の範囲になるように適宜添加した。

クロム鉱石の吹込み開始後約２．０時間経過した時点で
酸素、炭素質物質、クロム鉱石の吹込みを中止し、底吹
ノズルよシ吹込んでいたＮ２ガス４Ｑ　Ｎｍ”／Ｈｒを
Ａｒガス１００　Ｎｍ３／Ｈｒに切換えて、浴を強攪拌
した。この強攪拌を約８分間継続した後、操業を終了し
た。

本実施例における溶銑の成分と温度推移を第６表に示す
。また、クロム鉱石溶融還元中の生成ガス組成、第２表
に示す炭素質物質１トン当シの溶融還元能力およびＳＵ
Ｂ　４３０用粗合金鉄製造のだめのクロム鉱石の溶融逮
元に要する時間等を第７表に示す。

第７表よシ、本実施例においても実施例１と同様の効果
が得られることがわかる。

第７表　結　果 以上の実施例からも明らかなごとく、この発明法によれ
ば、炭素質物質のガス化によって生成したガスの２次燃
焼により大量のガス化余剰熱を発生させることができる
ので、金属鉱石、金属酸化物等の溶融還元能を著しく高
めることができ、少量の炭素質物質で多量の金属鉱石等
合金源を溶融還元することができ、工業的に極めて大な
る効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はとの発明の一実施例を示す概略図、第２図およ
び第３図は同上における非浸漬上吹多孔ランスの構造例
を示すもので、第２図（イ）は同図（ハ）のイーイ線上
の縦断面図、同図（ロ）は同図（ハ）のローロ線上の縦
断面図、同図（ハ）は同上ランスの底面図、第３図（イ
）は同図（ハ）のイーイ線上の縦断面図、同図（ロ）は
同図（イ）のローロ線上の横断面図、同図（ハ）は同上
ランスの底面図である。 】・・・溶解炉、２・・・ランス、３・・・スカート、
４・・・フード、５・・・副原料投入口、６・・・底吹
ノズル、７・・・炭素質物質、８・・・ガス化剤、９・
・・金属鉱石。 旧・・溶融鉄、１２・・・生成スラグ、２−１．２−２
・・・ランス本体、ａ□、ｂ□・・・粉粒体吹込み用ノ
ズル、ａ、・・・酸素等ガス止剤吹込み用ノズル、ａ３
・・・２次燃焼用酸化剤吹込み用ノズル、θ２・・・２
次燃焼用酸化剤吹込み用ノズルの傾斜角度。 出願人　住友金ｋｄＴ業株式会社 代理人　押　１）　良　久艷 第２図 （イ） （イ） （ハ） 第１頁の続き ＠発明者姉崎　正治 茨城県鹿島郡鹿島町大字光３番地　住友金属工業株式会
社鹿島製鉄所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶解炉に相当量の溶融鉄を貯え、該溶融鉄浴中に
   石炭、コークス、ピッチ、重質油等の炭素質物質を酸素
   と共に吹込んでガス化すると同時に、クロム鉱石、鉄鉱
   石等の金属鉱石または金属酸化物、半還元ベレット等を
   前記鉄浴中に投入し溶融還元する方法において、ランス
   中心部に粉粒体吹込み用ノズルを有し、該ノズルの周囲
   に酸素環ガス北側吹込み用ノズルを備え、該ガス化剤吹
   込み用ノズルの同一円周上もしくは外側にノズル中心線
   がランス軸に対して外側に加〜印°傾斜した２次燃焼用
   酸化剤吹込み用ノズルを有する非浸漬上吹多孔ランスを
   用い、中心部の粉粒体吹込み用ノズルから炭素質物質を
   、該ノズルの周囲に設けたノズルから酸素等ガス化剤を
   ２それぞれ吹込んでガス化を行ない、さらに２次燃焼用
   酸化剤吹込みノズルから酸素等を吹込んで生成ガスの２
   次燃焼を行なわせつつ、中心部のノズルから炭素質物質
   と共に金属鉱石、金属酸化物、半還元ペレット等を吹込
   むことを特徴とする合金鉄の製造法。
2. （２）溶解炉に相当量の溶融鉄を貯え、該溶融鉄浴中に
   石炭、コークス、ピッチ、重質油等の炭素質物質を酸素
   と共に吹込んでガス化すると同時に、クロム鉱石、鉄鉱
   石等の金属鉱石または金属酸化物、半還元ベレット等を
   前記鉄浴中に投入し溶解還元する方法において、ランス
   中心部に粉粒体吹込み用ノズルを有し、該ノズルの周囲
   に酸素環ガス北側吹込み用ノズルを備え、該ガス化剤吹
   込み用ノズルの出口近傍で合流し、前記中心部の粉粒体
   吹込み用ノズルとは別設の粉粒体吹込み用ノズルを有し
   、ガス化吹込み用ノズルの同一円周上もしくは外側にラ
   ンス中心線がランス軸に対して外側に２０〜６０°傾斜
   した２次燃焼用酸化剤吹込み用ノズルを有する非浸漬上
   吹多孔ランスを用い、中心部のノズルから炭素質物質を
   、該ノズルの周囲に設けたノズルから酸素等ガス化剤を
   それぞれ吹込んでガス化を行ないつつ、ガス北側吹込み
   用ノズルと出口近傍で合流するノズルから金属鉱石、金
   属酸化物、半還元被レット等を吹込むことを特徴とする
   合金鉄の製造法。