JPS61221322A

JPS61221322A - 金属原料溶解精錬方法

Info

Publication number: JPS61221322A
Application number: JP60064738A
Authority: JP
Inventors: Takuya Maeda; 卓也前田; Mitsuharu Kishimoto; 岸本　充晴; Keikichi Murakami; 村上　慶吉; Kenichi Yajima; 健一矢島; Kosaku Higuchi; 樋口　公作
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1985-03-27
Filing date: 1985-03-27
Publication date: 1986-10-01
Also published as: JPH0368082B2

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】（産業上の利用分野）この発明は、酸化金属の溶融還元金属製造プロセス、還
元金属およびスクラップの溶解プロセス等に適用される
金属原料溶解精錬方法に関する。

（従来技術）鉄鋼生産方法としてかっては、多量のスクラップを溶解
できる平炉法が主流を占めていたが、生産性が低いため
に衰退し、代わって現在では純酸素上吹き、または底吹
き方式の転炉法が主流となっている。

ところが、これらの転炉法ではスクラップ比（スクラッ
プ混入割合）は平炉法はど高くなく、せいぜい２０％で
ある。従って粗鋼原料の約４０％を占めるスクラップ処
理方法に関し、転炉性以外の方法が非常に重要となって
いる。

そして今日、原料としてのスクラップは高炉−転炉法に
よる一貫製鉄所においてはむしろ電気炉で多（消費され
ている。

電気炉法は設備費が安（従って小規模工場でも十分経済
的に成立ち、更には近年注目されている直接還元製鉄プ
ラントにより生産された還元鉄を溶解精錬するのに適し
ていること等から今後とも重要な位置を占めるものと考
えられている。

しかし、電気炉法では高価な電力を熱源としてスクラッ
プを溶解精錬するため、経済性の面において極めて厳し
い状況に置かれており、従って電力に頼らずに安価な石
炭を熱源とする操業費の安価なスクラップ溶解精錬法に
対するニーズが高くなっている。

このような背景の下、製鉄業界においては新溶解精錬法
の開発が重要課題となっており、その中で最も注目され
ているのが、金属浴内に石炭と酸素ガスを吹き込み、金
属浴内で部分酸化反応を行わしめ、それに伴って発生す
る熱によりスクラップを溶解するいわゆる金属浴式プロ
セスである。

下記は鉄系原料に適用したプロセスの例である。然して
、このプロセスに於ける鉄浴内生反応は次式で示される
。

（石炭中）（吹込みガス中等”）　（１４００℃溶出ガ
ス）−・・・・・１５６５Ｋｃａｌ／Ｃ−Ｋｇ（発熱）更に石炭中に含まれている水素もＨ２ガスとなって溶出
ガスとして鉄浴より排出される。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、基本的鉄浴式プロセスの最も大きい欠点は、
炉内に加えた熱の内、炉出ガスの持ち去る熱量が極めて
大きく、従って石炭消費量が極めて大きいことである。

この原因は、鉄浴から出てくるガスの殆どがＣＯガスと
、Ｈｔガスであり、これらのガスが厖大な量の化学熱（
燃焼の潜熱）を保有していることによる。

即ち、炉内に加えた熱量（石炭の燃焼熱）の内８０〜９
０％が浴出ガスとして鉄浴から出ていき、炉内に吸収さ
れる熱量は僅か１０〜２０％にしかならない。（この値
は石炭の種類等によって異なる）この欠点を補うべ（従来の方法では、次の２つの対策を
行っている。

ａ、２次燃焼法炉内上部ガス層部に酸素を吹き込み、浴出ガスの一部を
炉内にて燃焼させ、その時発生した熱を輻射伝熱方法等
により鉄浴中に伝える。

ｂ、スクラップ予熱方法炉より出てきた可燃性ガス中に酸素、または空気を吹き
込み、ガスの一部を燃焼させてガスの温度を上げ、これ
をスクラップに接触させてスクラップを予熱する方法。

従来のこれらの方法には次のような欠点がある。

（ａ）２次燃焼法の欠点（１）単純に２次燃焼を行った場合、２次燃焼率がある
程度大きくなければ、２次燃焼発生熱の鉄浴内吸収率は
急速に低下し、２次燃焼による発生熱の大部分が単に炉
出ガスの温度を高めるだけで終わり、熱損失となって炉
外へ出ていく。

従って、この方法では、２次燃焼率は１０〜２０％が限
度であると言われている。

この欠点を補うべく、特開昭５７−７４３９０号の発明
に見られるように、ガス噴流を炉内上部ガス層を通して
浴面へ吹き付け、ガス層を通過する際にガス噴、流が炉
内ガスを燃焼させ、このガスの燃焼によって発生した熱
が鉄浴へ伝達されるようにしたものも提案されているが
、この方式を採用しても２次燃焼率に限度（約２０〜３
０％）がある。

この理由として、この方式は、２次吹き込み（酸素）ジ
ェット流により、炉内でガスを２次燃焼させ、かつそれ
らの２次燃焼で発生した高温の燃焼ガスをインジェクタ
ー効果により巻き込みながら、鉄浴中に侵入させて伝熱
を行うと云う機構であるため、金属浴中に侵入する高温
のガスの中には２次燃焼により６たに発生したＣＯ２ガ
スやＨ２Ｏガスの一部が鉄浴中に溶解している炭素に接
触し、下記反応（１４００℃の場合）により、再びＣＯ
ガスやＨ２ガスに戻る。（この時の反応は吸熱反応であ
る）ＣＯｚ　　＋　　Ｃ−＝　　２ＣＯ・・３１７６Ｋｃａ
ｌ／ｋｇＣ（吸熱）Ｈ，Ｏ＋　Ｃ−＊　　Ｈ２＋　ＣＯ・・２５８３Ｋｃａ
ｌ／ｋｇｃ（吸熱）この結果として２次燃焼の効果は著しく弱められる。

（２）ガス吹き込みノズル数を極めて多くしなければな
らず、炉構造が複雑になる。

（′ｂ）スクラップ予熱方法の欠点スクラップ予熱設備を必要とするところから、膨大な設
備費を必要とするだけでなく、操業が複雑になる。また
ガスが高温となり、かつスクラップとの機械的摩擦等に
より耐火材等の摩耗が激しく、従って運転費が高くつき
、かつ修理のために操業度も低下する。

この発明は上記の点に鑑みなされたものであって、従来
冶金上必要とされるよりも多くのスラグを意図的に余分
に金属浴上に保持し、これを金属浴からの溶出ガスの燃
焼媒体、およびその発生熱の熱伝達媒体に有効利用し、
熱効率を格段に向上した金属原料溶解精錬方法を提供す
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段）上記の目的を達成するため、この発明の要旨とするとこ
ろは、金属浴内に炭素含有燃料と酸素含有ガスを導入し
、燃料を部分燃焼させて熱を発生させると共に、可燃性
ガスを発生させ、そのガスまたはそのガス中の一部が燃
焼した炉出ガスを燃焼させて熱を発生させ、それらの熱
により金属原料を溶解精錬する方法において、冶金上必
要とするよりも十分に多量のスラグを意図的に金属浴上
に保持し、炉内で発生する可燃性ガスの一部を酸素含有
ガスにより燃焼させ、その結果発生した高温の燃焼ガス
を金属浴に接触させることな（スラグに接触させ、燃焼
発生熱をスラグに伝え、更にスラグ浴をガスで攪拌する
ことによりスラグ保有熱が効率よく金属浴、もしくは金
属原料に伝わることを特徴とする金属原料溶解精錬方法
にある。

（実施例）以下、この発明の実施例をスクラップ溶解炉に適用した
場合について図面を参照しながら説明する。

図において、１は内面に耐火レンガ２を張設してなるス
クラップ溶融炉で、炉内の鉄浴３に対応しては炉底部に
燃料吹き込みノズル４と酸素吹き込みノズル５を設け、
また同じく炉内金属浴３に対応しては炉側壁には出銑口
６を設けている。炉内鉄浴上のスラグ浴７に対応しては
炉側壁に２次燃焼用酸素吹き込みノズル８と排滓口９を
設け、炉頂部開口に排ガスダクト１０を連接し、この排
ガスダクト１０部位に炉内に対してスクラップＡ、およ
び副燃料を装入するシュート１１が設けである。

（作　　用）上記構成において、次に作用を説明する。

（ａｌ　　鉄浴内作用炉底の燃料吹き込みノズル４より吹き込まれた石炭（微
粉炭）中の炭素Ｃは、鉄浴３内に溶解する。

またここで吹き込まれた石炭中の水素Ｈは水素ガスとな
って鉄浴３よりスラグ浴７中へ出てくる。

一方、鉄浴３内に溶解している炭素は炉底の酸素吹き込
みノズル５より吹き込まれた酸素と反応し、ＣＯガスと
なって水素ガスと共に鉄浴３よりスラグ浴７中へ出る。

一方、炉上方のシュート１１を通じて炉内に投入された
スクラップＡは、上記反応により、発生した熱を受けて
溶融していく。スクラップＡが溶融して出来た溶銑は、
炉下部にある出銑口６から順次取り出される。

（ｂｌ　　スラグ浴内作用上記のようにして鉄浴３からスラグ浴７内に出てくるガ
ス（ＣｏとＨ２が主成分）はスラグ浴７中に気泡状にな
って混入しながら上昇するが、これはその上昇過程にお
いて炉側壁の２次燃焼用酸素吹き込みノズル８からスラ
グ浴７内に吹き込まれた２次燃焼用酸素と接触して一部
が燃焼して発熱する。またスラグ浴７は２次燃焼用酸素
の吹き込みにより激しく攪拌、あるいは環流されており
、スラグ浴７内で発生した上述の熱は、スラグ浴７と鉄
浴３間の境界面を通じて鉄浴３と鉄系原料に伝えられる
。

こうしてスラグ浴７内において２次燃焼後のガスはスラ
グ浴７を出て炉内空間を上昇し、排ガスとなって排ガス
ダクト１０を経て炉外に排出される。

また上記の過程において、スラグ浴７に対応して炉側壁
に設けた排滓口９からは、炉内のスラグ量を規定量に保
べく適宜スラグの排出がなされ、炉上部のシュート１１
からは、スタラップＡ、および石灰等の副原料が適宜装
入される。

然して、この発明ではスラグ中に酸素含有ガスを吹き込
み、これによって鉄浴から出てくるガスを燃焼させるも
のであるが、この酸素含有ガスの吹き込みは、上記のよ
うにスラグ浴に対応しスラグ浴に接触する炉側壁を通し
ての吹き込みに限らず、スラグ浴面上の炉内空間部を囲
む炉側壁を通して吹き込み、また炉上部より炉に挿入さ
れたランスによって吹き込むことも出来る。

また可燃性の炉出ガスを燃料とするバーナを炉に付属し
、バーナによる燃焼ガスをスラグ浴内に吹き付けるよう
にしてもよく、このバーナによる燃料の吹き込み口は、
スラグ浴上面より下の位置に限らず、スラグ浴上面より
上の位置にあってバーナの燃焼ガスがスラグ浴上面部の
炉内ガス空間部を通してスラグ浴内に吹き込まれるよう
にしてもよい。

また上記の酸素含有ガス吹き込みノズルまたはガスバー
ナは複数個を設け、その一部は水平より上向きに、他は
下向きにしてスラグ浴内にガスを吹き込むようにし、更
にこれらの酸素含有ガス吹き込みノズルまたはガスバー
ナからのガス吹き込み方向は炉中心に向けずに偏心させ
ることによってスラグ浴の攪拌効果を向上させるとか、
スラグの定常的環流浴を形成させることが出来る。また
上記スラグ浴中に不活性ガスを吹き込み、スラグ浴を攪
拌してもよい。

上記実施例ではスクラップを原料としてこの溶解につい
て説明したが、炉内に還元鉄またはスクラップを装入し
ての溶融精錬、炉内に酸化鉄または半還元鉄を装入して
の溶融還元精錬、また炉出ガスにより酸化鉄を予熱、あ
るいは予熱および予備還元し、それによって製造された
半還元鉄を炉内に装入しての溶解精錬も可能である。更
に炉出ガスによってスクラップを予熱することも可能で
ある。

また燃料としては石炭の代わりに重油等の液体燃料も使
用できる。

以上が鉄系原料に適用した場合を示したが、その他の金
属、例えばＣｒ、Ｎｉ、Ｍｎ等にも適用できることは勿
論である。

またこの発明のバリエーションは次の通りである。

（１）吹き込み酸素含有ガスが空気である場合。

（２）吹き込み酸素含有ガスを予熱する場合。

（３）小粒径の還元金属または半還元金属または酸化金
属、または副原料を炉上部より装入する代わりに炉底よ
り供給する場合。

（４）金属原料を炉内に装入する前に予熱する場（効　
　果）上記説明よりしてこの発明の効果は次のようなものであ
る。

（１）　　２次燃焼が主としてスラグ浴中で行われるた
め、２次燃焼により発生した熱の大部分がスラグ浴内に
吸収され、この熱がスラグ浴と接する金属原料、もしく
は金属浴の境界面を通じて金属浴内に伝えられる。従っ
て炉出ガスの保有化学熱が少なくなり、炉内熱吸収効率
が高（、燃料消費量が少ない。

試算例によれば、鉄スクラツプ１屯（１０００ｋｇ）を
溶融するのに必要とする石炭量の比較において、従来の
方法では２００　ｋｇを必要としたのに対し、本発明の
場合は１６０　ｋｇであった。

また酸化鉄１屯（１０００ｋｇ　）を溶融還元するのに
必要とする石炭量の比較において、従来の方法では１１
００ｋｇを必要としたのに対し、本発明の方法では８６
０　ｋ＋ｒであった。

（２）スラグ浴が物理的、化学的なバッファーとなるた
め、２次燃焼プロセスが極めて安定したものとなり、操
業方法の変更による影響を受けにくい。従って操業性が
向上する。

例えば前述の特開５７−７４３９０号の発明の場合、炉
の上部に設けた２次燃焼用空気吹き込みノズルにスラグ
が付着したり、耐火レンガが消耗することによって吹き
込み方向が変化し、吹き込みガス量の変化、金属浴面の
位置変化等により大きい影響を受け、安定した操業が出
来ない場合が度々生ずると考えられるが、この発明によ
る方法ではこのようなことは起こらない。

（３）２次燃焼後のガスが金属浴に接触しないため、燃
焼ガス中に含まれているＣｏ２ガスやＨ２０ガスが再び
ＣＯガスやＨ２ガスに変化することが少なく、従って高
い２次燃焼効率を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示すスクラップ溶解炉の断面
図である。ｌ・・・スクラップ溶融炉、２・・・耐火レンガ、３・
・・金属浴、４・・・燃料吹き込みノズル、５・・・酸
素吹き込みノズル、６・・・出銑口、７・・・スラグ浴
、８・・・２次燃焼用酸素吹き込みノズル、９・・・排
滓口、１０・・・排ガスダクト、１１・・・シュート。ゴ中宍ラエ切区東用崎町３丁目１番１号　川崎重工業株式会内手続補正書（自発）昭和６１年６月１４日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属浴内に炭素含有燃料と酸素含有ガスを導入し
、燃料を部分燃焼させて熱を発生させると共に、可燃性
ガスを発生させ、そのガスまたはそのガス中の一部が燃
焼した炉出ガスを燃焼させて熱を発生させ、それらの熱
により金属原料を溶解精錬する方法において、冶金上必
要とするよりも十分に多量のスラグを意図的に金属浴上
に保持し、炉内で発生する可燃性ガスの一部を酸素含有
ガスにより燃焼させ、その結果発生した高温の燃焼ガス
を金属浴に接触させることなくスラグに接触させ、燃焼
発生熱をまづスラグに伝え、更にスラグ浴をガスで攪拌
、または環流することによりスラグ保有熱が効率よく金
属浴、もしくは金属原料に伝わることを特徴とする金属
原料溶解精錬方法。
（２）上記スラグ中に酸素含有ガスを吹き込み、これに
よって金属浴から出てくるガスを燃焼させることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の金属原料溶解精錬方
法。
（３）上記酸素含有ガスが、スラグ浴に接触する炉側壁
を通して吹き込まれることを特徴とする特許請求の範囲
第１項または第２項記載の金属原料溶解精錬方法。
（４）上記酸素含有ガスが、スラグ浴面上の炉内空間部
を囲む炉側壁を通して吹き込まれることを特徴とする特
許請求の範囲第１項または第２項記載の金属原料溶解精
錬方法。
（５）上記酸素含有ガスが、炉上部より炉内に挿入され
たランスにより吹き込まれることを特徴とする特許請求
の範囲第１項または第２項記載の金属原料溶解精錬方法
。
（６）可燃性の炉出ガスを燃料とするバーナを炉に付属
し、バーナによる燃焼ガスをスラグ浴に吹き付けること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の金属原料溶解
精錬方法。
（７）上記バーナによる燃料の吹き込み口がスラグ浴上
面より下に位置することを特徴とする特許請求の範囲第
１項または第６項記載の金属原料溶解精錬方法。
（８）上記バーナがスラグ浴上面より上の位置に設けら
れ、バーナの燃焼ガスがスラグ浴上面部の炉内ガス空間
部を通してスラグ浴内に吹き込まれることを特徴とする
特許請求の範囲第１項または第６項記載の金属原料溶解
精錬方法。
（９）上記酸素含有ガス吹き込みノズルまたはガスバー
ナを複数個設け、その一部は水平より上向き、他は下向
きにしてスラグ浴内にガスを吹き込むようにしたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項または第
６項記載の金属原料溶解精錬方法。
（１０）上記酸素含有ガス吹き込みノズルまたはガスバ
ーナを複数個設け、それらのガス吹き込み方向が炉中心
に向いておらず偏心していることを特徴とする特許請求
の範囲第１項または第２項または第６項記載の金属原料
溶解精錬方法。
（１１）上記スラグ浴中、あるいはスラグ浴中と金属浴
に不活性ガスを吹き込み、スラグ浴、あるいはスラグ浴
と金属浴を攪拌、あるいは環流させることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の金属原料溶解精錬方法。
（１２）上記炉内に還元金属またはスクラップを装入し
、溶融精錬することを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の金属原料溶解精錬方法。
（１３）上記炉内に装入される還元金属またはスクラッ
プを炉出ガスにより予熱した後、炉内に装入することを
特徴とする特許請求の範囲第１２項記載の金属原料溶解
精錬方法。
（１４）炉内に酸化金属または半還元金属を装入し、溶
融還元精錬することを特徴とする特許請求の範囲第１項
または第１２項記載の金属原料溶解精錬方法。
（１５）炉出ガスにより酸化金属を予備還元し、それに
よって製造された半還元金属を炉内に装入することを特
徴とする特許請求の範囲第１項または第１２項記載の金
属原料溶解精錬方法。