JPS62247013A - 鉄系溶融金属の製造装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鉱石、予備還元鉱等の金属酸化物を含む原料
を固体炭素質により溶融還元して、鉄系金属又は合金の
溶湯を製造するための装置に関する。

〔従来の技術〕

クロム鉱石等の金属酸化物を溶融、還元するための炉と
して、特開昭５４−１５８３２０号公報に記載されてい
るような上底吹き転炉型反応容器、特開昭５７−１９８
２０５号公報に開示されているようなシャフト炉型の炉
が知られている。

特開昭５４−１５８３２０号公報記載の上底吹き転炉型
反応容器においては、底吹き及び上吹きの両方を行うこ
とにより強撹拌を行い、多量のスラグが存在する系にお
ける反応を促進させている。

他方、特開昭５７−１９８２０５号公報記載のシャフト
炉型の炉においては、上下２段に設けた羽口の少なくと
も上段の羽口から、予備還元鉱を高温空気と共に固体炭
素系還元材が充填されている炉内に吹き込むことにより
、溶融還元を行っている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

特開昭５４−１５８３２０号公報記載の上底吹き転炉型
反応容器及び特開昭５７−１９８２０５号公報記載のシ
ャフト炉型は、クロム鉱石又はその予備還元鉱を溶融還
元するための炉、或いは小規模生産用の設備としては適
している。しかし、鉄鉱石１その予備還元鉱等の酸化鉄
を含む原料を溶融１還元する際には、生産規模がクロム
の場合に比較して格段に大きく、しかも鉄系合金溶湯に
おける特有の現象としてスラグのフォーミングが大きい
といった問題がある。このため、これらの炉を、多量生
産を目的とした鉄系合金溶湯の製造にそのまま適用する
ことはできない。

そこで、上記の問題を解決するための手段として、固体
炭素質を熱源及び還元材として使用し、鉄酸化物を溶融
還元して鉄系合金溶湯を得ようとする場合、横断面形状
を円又は方形とし、内径を拡大した炉を使用することが
考えられる。

しかしながら、このような炉を採用した場合においても
、次のような問題がある。すなわち、炉の横断面直径が
ある程度以上の値になると、炉の築造が困難になる。ま
た、炉内の溶融物を均等に撹拌するためには、その広い
炉底に多数の底吹羽目を満遍無く配設することが要求さ
れる。このため、装置が複雑となって実際的ではなく、
羽口不良の判定やその補修が困難になる。

また、炉の横断面寸法を大きくすると、底吹ガスの局所
的な吹抜けを生じる一方で、反応に寄与しないデッドゾ
ーンとよばれる場所が炉壁側に生じる。このように、炉
内の浴面が全面的には反応に利用されないという欠点が
生じる。更に、上吹ランスから供給される酸素について
みると、浴全面にわたり均等な吹酸を行うように上吹き
ランスを配置することが必要となるが、このような配置
は実際上困難なものである。

更に、製錬後にスラグを排出するに際しても、炉の横断
面寸法が大きくなるほど、迅速なスラグの排出が困難に
なる。

この発明は、このような従来技術における問題に鑑み、
固体炭素質の二次燃焼率を高め、且つ炉内全域にわたり
反応性を向上させた鉄系溶融金属製造装置を提供するこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の鉄系溶融金属の製造装置は、その目的を達成す
るために、酸素又は酸素含有ガスの吹付けによりスラグ
浴中に懸濁させた固体炭素質を燃焼させると共に、浴面
下からのガス吹込みにより浴を撹拌しつつ鉄系金属酸化
物を溶融還元する炉において、炉体が矩形横断面形状を
もち、且つ上吹きランス及び底吹き羽口からなる組を炉
の長さ方向に沿って所定の間隔をもって炉体の縦断面形
状に関して相似的に配置していることを特徴とする。

〔作用〕

鉄鉱石等の鉄酸化物或いはその予備還元物を溶融還元す
るとき、次のような要求を満足させる必要がある。

（１）生産性が大きいこと。

このためには、炉内の浴全面を反応に利用すること、及
び反応を効果的に推移させるために溶融物を強撹拌する
こと。

（２）固体炭素質からの入熱が大きいこと。

このためには、二次燃焼率を高くし得ることが必要であ
る。二次燃焼率を高くするには、上吹きで浴全面に対し
て酸素をゆるやかに吹き付けることが効果的である。そ
のための手段としては、複数の上吹きランスを分割配置
することが必要とな（３）　　スラグのフォーミングを
効果的に制御することが可能な炉であること。

このためには、ある程度のフォーミングがあっても、ス
ラグ高さが急激に変化しないように、浴面積を広くして
おくことが必要となる。

このように、鉄系金属酸化物或いはその予備還元物を効
果的に溶融、還元するに際しては、反応に必要な熱を十
分供給し得るだけの熱発生速度、及び高い生産性を維持
するに足りる反応速度を確保することが基本的な条件で
ある。

そこで、本発明においては、反応容器内のスラグ浴中に
固体炭素質を懸濁させ、この固体炭素質に上吹ランスか
ら酸素又は酸素含有ガスを吹き付けることにより、固体
炭素質の燃焼により発生した熱を浴へ供給するようにし
ている。

この反応系における反応速度を高くするためには、反応
界面を拡大することが必要である。そこで、本発明にお
いては、反応容器内の底吹き羽口から浴中にガスを吹き
込むことにより、浴を強撹拌し、反応を促進させている
。この底吹き羽口は炉の単位の長さ当たり一個又は複数
個設けられており、該底吹き羽口を介して溶融物の浴面
下から酸素含有ガス、Ａｒ、Ｎ、等の不活性ガス又はこ
れらの混合ガスが吹き込まれる。

他方、炉の上部には上吹きランスが配置されており、咳
上吹きランスを介して酸素又は酸素含有ガスをスラグ浴
に吹き付けることにより、スラグ浴中に懸濁しているコ
ークス粉粒体等の固体炭素質を燃焼させている。

そして、底吹き羽口及び上吹きランスを組として、咳組
を反応容器の縦断面に関して相似的に、且つ長さ方向に
関し数個所に配置している。すなわち、長さ方向に対し
て直角な面における断面図として反応容器の内部を表し
た場合、反応容器本体の断面に対する底吹き羽口及び上
吹きランスの位置に関する比率は、長さ方向に沿った各
位置で一定である。これにより、炉内全域にわたり、均
一な溶解、還元反応を行うことができる。

また、上に掲げた＋１１〜（３）の要件を満たす炉（反
応容器）として、発明者等の研究の結果、横断面が矩形
状の樋型炉が好適であることが判明した。

この炉における長さ対幅の比は、１．５以上であること
が好ましい。

〔実施例〕

第１図は本実施例の鉄系溶融金属製造装置の横断面図で
あり、第２図はその縦断面図である。

炉体１は、浴面上の炉壁部分１ａ及び炉下部壁面１ｂか
らなる。炉壁部分１ａは、耐火物の損傷を抑えるために
、水冷構造を備えている。他方、炉下部壁面１ｂは、下
方に向けて炉幅が縮小するテーパ状の断面を持つ、この
テーパ状の断面により、浴深を大きくすることができ、
底吹き羽口２から吹込まれるガスが浴を吹き抜けること
を効果的に抑止する。

本例における底吹き羽口２は、炉体１の幅方向中央線に
関して複数個が対称的に、且つ斜めに配置されている。

酸素含有ガス、該底吹き羽口２を介して、Ａｒ等の不活
性ガス又はこれらの混合ガスを浴面下から吹き込むこと
により、炉内のメタル・スラグ浴を強撹拌する。

このとき、底吹き羽口２が対称的で且つ斜めに配置され
ていることが、炉下部壁面１ｂの絞り構造と相俟って、
底吹きガスが吹き抜けることを確実に防止し、メタル・
スラグ浴の撹拌をより強度なものとする。

他方、炉体１の上部には上吹きランス３が設けられてい
る。咳上吹きランス３から酸素又は酸素含有ガスをメタ
ル浴４の上部にあるスラグ浴５に吹き付けることにより
、スラグ浴５中に懸濁しているコークス粒粉状物等の固
体炭素質を燃焼させる。この燃焼により発生した熱は、
スラグ浴５に伝えられ、溶融、還元反応が促進される。

なお、符番６は炉蓋を示す。

ここで、上吹きランス３及び底吹き羽口２からなる組は
、第１図に示すように、炉体１の長さ方向に沿って所定
間隔で相似的に配設される。

本発明者等の研究によれば、第２図に示す縦断面構造を
もつ炉の場合、炉幅に対する炉長方向の単位間隔の比を
０．５〜１．５に保って、底吹き羽口２と上吹きランス
３との組を設けることにより、熱発生速度及び反応速度
の両面からの条件を満足する酸素供給量及び浴撹拌強度
が得られることが判明した。

このような構造の炉において生産規模を拡大するときは
、炉長及び断面積を単純に大きくするのではなく、第１
図に破線で示す反応ユニットともいえる上吹きランス３
及び底吹き羽口２の組数を多くする。これにより、満足
すべき反応速度（撹拌強度）及び熱発生速度を確保しな
がら、スケールアップが図られる。

また、鉄系金属酸化物、その予備還元物等の原料の装入
口は、上吹きランス３及び底吹き羽口２の組単位毎に設
けることが、均一で迅速な反応を進行させる上で好まし
い。このとき、塊状の原料は、浴の上部からシュート等
を介して、反応系に投入される。他方、粒粉状の原料は
、多重管とした上吹きランス３或いは底吹き羽口２を用
い、酸素とは独立して供給されるＡｒ等の不活性ガスを
キャリアとして浴面に吹つけるか或いは浴中に吹込むこ
とにより装入される。

メタルやスラグを反応容器外に取り出す場合、上吹きラ
ンス３及び底吹き羽口２の組単位毎に排出口を設けても
よい。或いは、炉全体で１個または数個の排出口を設け
ることにより、設備を簡潔にすることもできる。

第３図は、他の実施例における鉄系溶融金属の製造装置
を示す。

本例においても、炉体１は、浴面上の炉壁部分１ａ及び
炉下部壁面１ｂからなる。そして、炉壁部分Ｉａは、耐
火物の損傷を少な（するため、水冷構造となっている。

また、炉下部壁面１ｂは、下方に向けて炉幅が縮小する
テーパ状の断面形状をもっている。該炉下部壁面１ｂの
断面形状により、第２図の例と同様に、底吹き羽口２か
ら吹込まれるガスが浴を吹抜けることを効果的に抑止し
ている。

該底吹ぎ羽口２を介して、メタル浴４の浴面下から酸素
含有ガス、Ａｒ等の不活性ガス又はこれらの混合ガスを
吹き込むことにより、メタル・スラグ浴を強撹拌する。

本例における底吹き羽口２は、上吹きランス３及び底吹
き羽口２の組単位当たり、炉体１の幅方向中央に一個設
けられる。

上吹きランス３を介して酸素又は酸素含有ガスをスラグ
浴５に吹き付けることにより、スラグ浴５に懸濁してい
るコークス粒粉状物等の固体炭素質を燃焼させる。この
燃焼により発生した熱は、スラグ浴５及びメタル浴４に
伝えられる。

本例における上吹きランス３は、底吹き羽口２及び上吹
きランス３の組単位当り２本設けられている。このよう
に複数の上吹きランス３を設けることにより、火点の面
積が拡大され、熱発生速度の向上が図られる。

なお、本発明の実施に際しては、第２図、第３図又はこ
れらの組合わせのほか、種々の上吹きランス及び底吹き
羽口の配役が可能である。

次に、この鉄系溶融金属の製造装置を使用した操業を説
明する。

まず、耐火物で内張された炉体ｌを予熱しておき、これ
に高炉溶銑又は電気炉で溶解された溶銑を炉の上部から
注入する。このとき、底吹き羽目２にガスを流しておき
、その底吹き羽口２が溶銑により閉塞することを防止す
る。

溶銑注入後ただちに、上吹きランス３を介して酸素を浴
面に吹き付けることにより、炭素を燃焼させ、その燃焼
で発生した熱により溶銑を加熱する。このとき、上部か
ら固体炭素質を必要に応じて添加する。溶銑が所定温度
に加熱されたところで、副材料を添加し、これを溶解さ
せる。このようにして、所定成分、所定量の溶融スラグ
を生成する。

この時点から、鉄鉱石及び石炭等の固体炭素質を連続的
に炉内に供給し、溶融状態で酸化鉄の還元を行う、鉄鉱
石としては、未還元のもの、一部固体状態で還元された
もののいずれも使用することができる。また、固体炭素
質としては、石炭。

コークスいずれも使用可能である。これら原料のうち、
塊状のものはそのまま添加する。他方、粉状のものは、
ペレット、ブリケットのように塊成化して投入するか、
キャリアガスを使用した吹込みによって投入する。なお
、粉状の鉄鉱石と石炭とを所定の割合で混合して塊成化
したものを、投入するのも有力な方法である。

炉の長手方向数ケ所に分割された位置で原料を投入する
ことが、炉内のスラグの組成を一定に維持する上で好ま
しい、投入された酸化鉄は、固体炭素質によって還元さ
れ溶融銑鉄となる。他方、投入された固体炭素の一部は
還元に消費され、残りは上吹きの酸素で燃焼発熱して酸
化鉄の還元に必要な熱を補給する。

メタル浴４の温度は、酸化鉄原料の供給速度により調節
される。生成したＣＯ及びＣｏｔを主成分とする排ガス
は、炉の天井部に設けられた一個又は数個の排気口を経
て排ガス処理、貯蔵設備に導かれる。

生成した溶銑及びスラグは、所定の時間間隔で炉底部に
設けたタップホールを開孔することによって排出される
。タップホールから流出した？８銑及びスラグは、分離
樋によって分離され、それぞれ所定の容器に貯えられる
。

溶銑とスラグの主な部分を排出したのち、一部の溶銑を
炉内に残したままタップホールを閉じ、再び上記の一連
の溶解、還元操作を繰返す。このようにして、酸化鉄原
料を溶融還元し、溶銑を製造する。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、炉体を矩形
横断面形状とし、且つ長さ方向に所定間隔で上吹ランス
及び底吹羽口の組を相似的に設けているので、鉄系金属
の酸化物又はその予備還元物を溶融還元し、高い生産性
及び二次燃焼率の下で溶銑を製造することができる。し
かも、熱源として電力を使用する必要がなく、炭材を高
い二次燃焼率で燃焼させることにより発生した多量の熱
を、溶融還元反応の遂行に必要な熱源として使用してい
るので、その溶銑製造が低コストなものとなる。また、
本発明の装置は、屑鉄、還元鉄等から能率よく溶融金属
を製造する際にも極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例における鉄系溶融金属の製造装置
の横断面図であり、第２図はその縦断面図である。また
、第３図は、他の実施例における鉄系溶融金属の製造装
置の縦断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、酸素又は酸素含有ガスの吹付けによりスラグ浴中に
   懸濁させた固体炭素質を燃焼させると共に、浴面下から
   のガス吹込みにより浴を撹拌しつつ鉄系金属酸化物を溶
   融還元する炉において、炉体が矩形横断面形状をもち、
   且つ上吹きランス及び底吹き羽口からなる組を炉の長さ
   方向に沿って所定の間隔をもって炉体の縦断面形状に関
   して相似的に配置していることを特徴とする鉄系溶融金
   属の製造装置。