JPS63130707A - 溶銑製造方法 - 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】 産業上の利用分野 この発明は鉄屑、鋼屑の鉄原料を溶解して溶銑を製造す
る方法に係り、より詳しくはキューポラ用以外の高炉用
を含む一般冶金用コークスを使用し、内部にコークス充
填層を有する筒型炉により溶解して効率的に溶銑を製造
する方法に関する。

従来技術 鉄屑、鋼屑を溶解して溶銑を製造する方法としては、■
キューポラ法、■高炉法がある。■キューポラ法は大塊
コークスを使用し、送風羽口から吹込まれる空気により
コークスを燃焼して、高炉ボッシュガス組成より高濃度
のＣＯ２を含有する高温ガスを生成し、この生成ガスを
内部のコークス充填層を通して上方に流し、炉上部より
装入された鉄屑、鋼屑を溶解する方法である。この方法
では、炉内のＣＯ２／　（ＣＯ２＋（０）が高く、加炭
、加珪作用が低いため、鋳物銑を製造するには溶銑中Ｃ
源として型銑の原料配合を必要とするとともに、炉内脱
硫作用が低いため用途によっては炉外脱硫を実施する必
要がめった。かかる対策としては、２段羽口、０２富化
、熱風送風、脱湿送風等により加炭を促進させ、鉄屑使
用量の削減、コークス比の低下をはかる試みがなされて
いる。

■高炉法は高炉用鉄原料として一般に使用されている鉄
鉱石、焼結鉱、ペレット等酸化鉄に替えて鉄屑、鋼屑を
１００％使用する方法である。高炉法の場合は送風羽口
から吹込まれた空気がコークスと反応して生成するガス
のＣＯ２／　（ＣＯ２＋ＣＯ＞、Ｈ２（）　／　（Ｈ２
Ｏ＋）＋２）はほぼゼロであり、炉内は強還元性雰囲気
となるので加炭、加珪作用が強く、鋼屑を１００％使用
可能であり、また脱硫作用も強いので炉外脱硫を必要と
しない。ただし、コークス比は１２００℃送風で約２２
０ｋｉ／ｐ−ｔとキューポラ法（約１５０　ｋ嘗／Ｉ）
−ｔ）に比べ高（なる。

発明が解決しようとする問題点 ■キューボラ法は前記した通り炉内のＣＯ２／（ＣＯ２
＋ＣＯ）が高く加炭、加珪作用および脱硫作用が低いと
いう欠点があり、また■高炉法はコークス比が高いとい
う欠点がある。この発明はこれらの欠点を改善する効率
的な溶鉄製造方法を提案せんとするものである。

問題点を解決するための手段 この発明は筒型炉の炉上部から鉄原料とコークス、造滓
剤等を装入し、羽口から吹込む空気によりコークスを燃
焼させて高温ガスを発生させ、そのカスの顕熱で鉄原料
を溶解し、溶銑および溶滓を炉下部出銑滓口より抽出す
る一方、炉上部から生成ガスを回収する製銑法において
、羽口から吹込まれた送風中の酸素によりコークスを燃
焼ガス化してガスのＣＤ２　／　（ＣＯ２＋ＣＤ＞　、
Ｈ２Ｏ／　（）＋２０十Ｈ２）を高炉ボッシュガス並み
（約ゼロ）とすることにより、炉内を強還元性雰囲気に
維持し加炭、加珪、脱硫作用を改善するとともに、層内
２次燃焼法の導入によりコークス比の増加を抑制する方
法を提案するものである。

すなわち、この発明の要旨は、コークスの燃焼により生
成するガスのＣＯ２／（ＣＯ２＋ＣＯ）、Ｈ２０／　（
Ｈ２Ｏ＋Ｈ２）がいずれもゼロ（高炉ボッシュガス並み
）になると仮定した場合の生成ガス温度が２０００℃以
上となるように送風温度、酸素濃度を調整して送風し、
かつ羽口の上方炉側壁部から空気、酸素等の支燃性ガス
を吹込み炉内ガス中のＣ０１Ｈ２を燃焼させ、その際生
成する顕熱にて鉄原料、コークス、造滓剤等を加熱する
ことを特徴とするものである。

一般に、羽口前燃焼部におけるＯ２とコークス中Ｃとの
反応は、まず下記（１）式の反応が進行し、生成したＣ
Ｏ２が下記（２）式で示されるごとく、コークス中のＣ
と反応してＣＯとなると考えられている。

ｃ　＋ｏ２→ｃｏ２△Ｈ＝　−９７０００Ｋｃａｌ／Ｋ
ｍｏｌ・（１］式％式％ ・・・（２）式 一方、反応に関与するコークス充填層単位体積当りのコ
ークス表面積Ｓは下記（３）式で示され、粒子径と表面
積は反比例することがわかる。

Ｓ：コークス充填層単位体積当りのコークス表面積（ｍ
？／ｍ３） ε：空隙率（−） ｄｐ：コークス径（ｍｍ） 従って、キューポラのごとく大粒子径のコークスを使用
する場合、コークス表面積Ｓが小さいことに加え、キュ
ーポラ用コークスは高炉用またはキューポラ以外の一般
冶金用コークスと比較して反応性が低く、高炉に比較し
て高く送風量／炉床面積）、低送風温度であることから
、前記（２）式の反応が抑制されＣＯ２／　（ＣＯ２＋
ＣＯ）が高くなるものと考えられる。　一方、ＣＯ２の
生成を防止して高炉並みのボッシュガス組成とし、炉内
を強還元性雰囲気とするには、該燃焼生成ガスのＣＯ２
／（ＣＯ２＋ＣＯ）　、Ｈ２Ｏ／　（Ｈ２Ｏ＋Ｈ２）が
ゼロになると仮定して求めた燃焼生成ガス温度が２００
０℃以上となるように送風温度および送風中Ｏ２濃度を
調整すればよい。さらに、使用コークスをキューポラ用
コークスからキューポラ以外の高炉用を含む一般冶金用
コークスに変更することにより、燃焼生成ガス組成を容
易に高炉ボッシュガス組成並にすることができる。。ま
た、上記方法により、空気中湿分も同様の理由により下
記（４）式にしたがってＨ２となり炉内を強還元性雰囲
気に維持できることになる。

Ｃ＋Ｈ２０→Ｃ○＋Ｈ２ΔＨ＝２８３９１Ｋｃａｌ　／
Ｋｍｏｌ・・・（４）式 前記（２）式で示されるＣとＣ０１ＣＯ２との平衡およ
び（４）式で示されるＣと＋２０　、Ｈ２、ＣＯとの平
衡は熱力学的に求めることができ、全圧１ａｔｍの場合
の平衡ＣＯ２分圧、８２０分圧を第２図に示す。この図
から明らかなごとく、ＣＯ２、＋２０は温度の上昇に伴
って低下し、１１００℃以上の高温下では平衡論的には
極めて低い濃度となることがわかる。

一方、燃焼生成ガス温度の計算において、生成ガスのＣ
Ｏ２／　（ＣＯ２＋ＣＯ）　、＋２０　／　（＋２０　
＋Ｈ２）がゼロになると仮定して計算することは前記（
２）式、（４）式の吸熱反応によりＣＯ２，８２０Ｉｎ
が全量ＣＯ、　Ｈ２に変換することを意味することから
、前記仮定に基づいて得られた燃焼生成ガス温度はＣＯ
２が残留する場合の燃焼温度より低くなる。従って、前
記仮定に基づき計算して得られた燃焼生成ガス温度を使
用すれば、ＣＯ２、＋２０生成防止に対し安全サイドで
燃焼条件を設定することができ、かつ該燃焼生成ガス温
度が２０００℃以上あれば第２図よりＣＯ２／　（ＣＯ
２＋ＣＤ＞　、＋２０　／　（＋２０　＋Ｈ２）は平衡
論的にはゼロに近くなることがわかる。

ただし、実際の操業においては反応速度が関与するため
、必ずしもこの平衡ガス組成とはならないのが実状であ
る。このため、内径１００ｍｍφの炉を使用し、コーク
ス粒子径２０〜１００ｍｍ、送風温度常温〜１２００℃
，送風中０２濃度２１〜６０％で燃焼試験を実施し、燃
焼生成ガス温度におよぼす影響を調査した結果、上記い
ずれの条件でも燃焼生成ガス中ＣＤ２　／　（ＣＯ２＋
ＣＯ）　、＋２０　／　（＋２０　＋）＋２＞がほぼゼ
ロとなる条件は、燃焼生成ガス中のＣＯ２／（ＣＤ２　
＋Ｃ○）　、＋２０　／　（＋２０　＋Ｈ２）がいずれ
もゼロになると仮定して計算して得られる燃焼生成ガス
温度を２０００℃以上にすればよいことが判明した。

なお、燃焼生成ガス温度の計算式を下記（５）式に示す
。

・・・（５）式 ％式％） 丁ｆ＝燃焼生成ガス温度（℃） ＦＢ：送風＠　（Ｎｍ３／ｍｉｎ　） ＦＨ−送風中湿分（（ＩＩ　／Ｎｍ３　）Ｃ２−酸素富
化量（Ｎｍ３　／ｍ１ｎ）ＴＢ＝送風温度（°Ｃ） ところで、前記（２）式および（４）式の反応は吸熱反
応でかつコークス中Ｃを消費するため、そのままではコ
ークス比は必然的に高くなる。

この発明のもう１つの特徴は、このコークス比の上昇を
抑制するため、層内２次燃焼法を導入したことにある。

すなわち、送風羽口の上方炉側壁部から吹込まれる支燃
性ガスにより、送風羽口がら炉上部のガス回収口へ流れ
るガス中のＣＯ、　Ｈ２を燃焼させ、その際生成する顕
熱を鉄原料、コークス、造滓剤等の加熱に利用する方法
である。この方法によれば、支燃性ガス吹込み口より下
方の強還元性雰囲気を損うことなく、前記燃焼熱のうち
原料の予熱に利用された分コークス比を低下させること
ができる。特に、この発明では支燃性ガス吹込み口より
吹込まれる支燃性ガスが燃焼して生成するガスの温度が
１０００℃を上回らないようにするのが望ましい。１ｏ
ｏｏ’ｃを上回ると（２）式および（４）式の反応が急
速に進行し、コークス消費量が上昇するからである。ま
た、操業の形態としては、送風羽口油燃焼生成ガスのＣ
Ｏ２／　（ＣＯ２＋ＣＯ）、＋２０　／　（）＋２０　
＋）＋２＞がゼロになると仮定して計算した燃焼ガス温
度を高目の値とし、燃焼生成ガス量を低下させ、強度の
頭寒足熱型の炉内温度分布を得るようにして、２次燃焼
熱の原料予熱効率を高めるとともにガス流速の低下、比
較的小塊のコークスの使用等を併用してガス顕熱の有効
利用率を高めることが望ましい。

発明の図面に基づく開示 第１図はこの発明方法を実施するための筒型炉の構造を
示す概略図であり、炉頂部に原料の装入口（１）および
ガス回収口（２）を、炉側壁部（３）に送風用羽口（４
）と空気、酸素等の支燃性ガス吹込み口（７）を、炉下
部に出銑口（５）および出滓口（６）をそれぞれ有して
いる。

すなわち、炉頂部の装入口（１）から鉄屑、銅屑等の鉄
原料（８）とコークス（９）および必要により石灰石。

珪石等の造滓剤（１０）を装入し、送風用羽口（４）か
ら空気（１１）を送風してコークスを燃焼させて高温ガ
スを発生させ、そのガスの顕熱で鉄原料を溶解して溶銑
（１２）となして出銑口（５）から抽出するとともに、
造滓剤およびコークス灰分が溶解して生成する溶滓（１
３）を出滓口（６）より抽出し、顕熱を利用した後の前
記生成ガスを炉上部のガス回収口（２）より回収する製
銑法において、前記送風用羽口（４）から吹込まれる空
気がコークスと反応して生成するガスの成分中のＣＯ２
／（ＣＯ２＋ＣＯ）　、）＋２０　／（Ｎ２０　＋８２
＞のいずれもがゼロになると仮定して計算して得られる
生成ガス温度が２０００℃以上になるように送風温度ま
たは酸素濃度を調整して送風し、かつ該送風用羽口（４
）上方からガス回収口（２）までの間の炉側壁部に設け
た空気吹込み口（７）より空気または酸素等の支燃性カ
ス（１４）を吹込み、前記送風用羽口（４）からガス回
収口（２）へ流れるガス中のＣＯ、　）＋２を燃焼させ
、生成する顕熱を鉄原料、コークス、造滓剤等の加熱に
利用する。

実施例 第１図に示す炉と同じ型式で、炉口径７５０ｍｍ。

炉床径９００ｍｎ＋、主羽ロ上層高５０００ｍｍ、主羽
口から１５００ｍｍ上方に支燃性ガス吹込み口が設置さ
れた実験炉を使用し、第１表に示す条件下で操業を実施
した。

第１表中、ケース１はキューポラ用大塊コークスを使用
し、従来のキューボラの操業条件で操業した場合、ケー
ス２は高炉用コークスを使用し、かつ鉄原料として鋼屑
を１００％配合とするが、層内２次燃焼は実施せずケー
ス１と同一生産速度となる条件で操業した場合、ケース
３は本発明例であり、ケース２と同じ原料を使用し、か
つケース２と同−羽口前燃焼温度、ケース１と同一生産
速度となるように操業するとともに、支燃性ガス吹込み
口より空気を炉内に吹込んだ場合である。

第１表より、ケース１は炉頂ガス中にＣＯガスが１１．
１％も含まれていることから、炉内の燃焼ガス中にも同
程度以上のＣＯ２が含まれているものと考えられる。ま
た、炉内が弱還元性雰囲気であるため、溶銑中のＣ濃度
は２，８％と低く、Ｓ濃度は０．１１％と高い。

一方、ケース２では炉頂ガス中にＣＯ２はほとんど含ま
れず、送風羽口レベル炉心部にてガスサンプリングした
ガス中のＣＯ２は０．１％以下であった。

また、コークス径が小さくなっていることから、ガス・
固体間の熱交換効率が向上し、炉頂ガス温度が低下して
いる。溶銑成分については、炉内が強還元性雰囲気であ
ることから、鋼屑配合率を１００％にしたにもかかわら
す溶銑中［Ｃ］、［Ｓｊ］の上昇、［Ｓ　］の低下が見
られ、加炭・加珪・脱硫作用の向上が認められる。ただ
し、コークス比はケース１に比べて大幅に上昇している
。

　１３一 本発明例のケース３は層内２次燃焼を実施する結果、炉
頂ガス中ＣＤ２８度の増加が見られ、炉内のＣＯガスが
燃焼していることがわかる。炉頂ガス分析値、送風条件
、装入コークス量等からみて、空気吹込み口から吹込ま
れた空気中の０２の大部分がＣＯガスの燃焼に消費され
、コークス中Ｃとの反応量は極めて少量であることが判
明した。また、炉漬ガス温度は２次燃焼なしのケース２
と比較して若干の上昇にとどまっていることから、層内
２次燃焼熱は大部分が原料に着熱し、有効に活用されて
いることがわかる。コークス比はこの層内２次燃焼の効
果によりケース２と比較して大幅に低下し、ケース１と
同程度となっている。さらに、層内２次燃焼を実施して
も生別目前燃焼生成ガスはケース２と同様ＣＯ、　　Ｎ
２　、　Ｎ２であるため、支燃性ガス吹込み口から下方
はケース２と同様強還元性雰囲気に保持される結果、溶
銑成分についてもケース２と同様の良質の溶銑が得られ
た。

発明の詳細 な説明したごとく、この発明方法によれば、送風羽口か
ら吹込まれる酸素によりコークスを燃焼ガス化して、生
成ガスのＣＯ２／　（ＣＯ２＋ＣＯ）、Ｈ２Ｏ／　（Ｈ
２Ｏ＋Ｈ２）を高炉ボッシュガス並とすることにより、
炉内を強還元性雰囲気とし加炭、加珪、脱硫作用を改善
することができるので、鋼屑の１００％使用が可能とな
り、かつ炉外脱硫を必要としない。また、層内２次燃焼
法の導入によりコークス比の増大を抑制することができ
、経済的に良質の溶銑を製造することができるという、
優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明方法を実施するための筒型炉の構造の
一例を示す概略図、第２図はこの発明における平衡ＣＯ
２分圧と平衡８２０分圧を示す図である。 １・・・原料装入口　　　　　２・・・ガス回収口３・
・・炉側壁部　　　　　　４・・・送風用羽口５・・・
出銑口　　　　　　　６・・・出滓口１・・・支燃性ガ
ス吹込み口　　８・・・鉄原料９・・・コークス　　　
　　　　１０・・・造滓剤１１・・・空気　　　　　　
　　　１２・・・溶銑１３・・・溶滓　　　　　　　　
　１４・・・支燃性ガス出願人　　住友金属工業株式会
社 第１図 第２図 温度（°Ｃ） 自発手続補正書 昭和６２年４月６日 １、事件の表示 昭和６１年　特許願　第２７８３８６号２、発明の名称 溶銑製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　　　　出願人 住所　大阪市東区北浜５丁目１５番地 名称　＜２１１）住友金属工業株式会社４、代理人 居所　東京都中央区銀座３−３−１２銀座ビル（５６１
−０２７４）明細書の発明の詳細な説明の欄 １、本願明細書第３頁１行「鉄屑使用量・・・・・・・
・・」を［鉄屑使用量−・・・・・・・」と補正する。 ２、同明細書第８頁の（５）式を下記のとおり補正する
。 ・・・・・・（５）式」 ３、同明細書第１１頁７行「銅屑等」を「鋼屑等」と補
正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 筒型炉の炉上部から鉄原料とコークス、造滓剤等を装入
   し、羽口から吹込む空気によりコークスを燃焼させて高
   温ガスを発生させ、そのガスの顕熱で鉄原料を溶解し、
   溶銑および溶滓を炉下部出銑滓口より抽出する一方、炉
   上部から生成ガスを回収する製銑法において、 コークスの燃焼により生成するガスのＣＯ＿２／（ＣＯ
   ＿２＋ＣＯ）、Ｈ＿２Ｏ／（Ｈ＿２Ｏ＋Ｈ＿２）がいず
   れもゼロになると仮定した場合の温度が２０００℃以上
   となるように送風温度、酸素濃度を調整して送風し、か
   つ羽口の上方炉側壁部から空気、酸素等の支燃性ガスを
   吹込み炉内ガス中のＣＯ、Ｈ＿２を燃焼させ、その際生
   成する顕熱にて鉄原料、コークス、造滓剤等を加熱する
   ことを特徴とする溶銑の製造方法。