JPS63176407A - 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〕 本発明は、鉄屑、鋼屑等の鉄原料を溶解して、溶銑を製
造する方法に関するものであり、さらに詳しくは内部に
コークス充填層を有する炉を使用し、羽口から吹込まれ
る空気がコークスと反応して生成する高温ガスの顕熱に
より上記鉄原料を溶解して効率的に溶銑を製造する方法
に関する。

〔従来の技術〕

上記鉄原料から溶銑を製造する従来技術としては次のも
のがある。

（１）キューポラ法 コークスとしてキューボラ用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
温ガスを生成し、このガスを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、鋼屑等の鉄原料
を溶解する方法である。

（２）高炉法 高炉用原料として一般に使用されている鉄鉱石、焼結鉱
、ペレット等酸化鉄の代りに原料として鉄屑、鋼屑を１
００％使用する方法である。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ＣＯ□／　（Ｃ
ｏ　＋　Ｃｏり　、　ＨｚＯ／　（８ｇ　＋　ＨｚＯ）
はほぼＯ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１００％使用が可能であり、
脱硫作用も強く、炉外脱硫の必要がない等の利点がある
。

（３）固定床炉法 固定床炉を使用し、層内２次燃焼は実施しない。

羽目から吹込まれた酸素がコークス、石炭と反応して生
成するガスのＣｏｔ／　（ＣＯ＋Ｃ０ｚ）。

ＨｚＯ／　（Ｈ２＋　Ｈ２Ｏ）はほぼＯで炉内が強還元
性となるので、高炉法と同様、加炭、加珪、脱硫作用が
強く、高炉並みの溶銑が得られる。

（４）筒型炉法 筒型炉の炉上部より鉄原料、コークスを装入し、羽口か
ら吹込む空気によりコークスを燃焼してＣＯ，。

ＨｚＯを殆んど含まない高温ガスを生成し、このガスを
コークス充填層を通じて上方へ流し、炉上部から装入さ
れた鉄原料を溶解する方法である。さらに、この方法で
は、送風羽口の上方から層頂間の炉側壁部に設けられた
空気吹込み口より炉内へ吹込まれる支燃性ガスにより、
炉内のＣｏ、　Ｈ，を燃焼し、その燃焼熱を鉄原料、コ
ークス等の加熱に利用している。

この方法では、空気吹込み口より下部では高炉並みの強
還元性雰囲気であるので、加炭、加珪、脱硫作用は強く
、かつ層内２次燃焼によりコークス比をキューボラ法益
みに低減できる利点を有する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上記従来法（１１〜（４）には次の欠点が
ある。

＋１１　　キューポラ法は炉内のｃｏｔ／　（ＣＯ＋Ｃ
０ｔ）。

ＨｚＯ／　（Ｉｈ　＋　ＨｚＯ）が高く、加炭、加珪作
用が弱いため、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していた。また炉内脱硫作用
が弱いため、用途によっては炉外脱硫を行う必要があっ
た。この対策として、２段羽口、０□富化、熱風送風、
防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図る試みがなされている。

（２）高炉法は、コークス比が１２００℃送風で２２０
ｋｇ　／　ｔとキューポラ法（約１５０ｋｇ／ｌ）に比
較して高い。

（３）固定床炉法では、燃焼比がキューポラ法と比較す
ると高くなる。

（４）筒型炉法では、炉内にコークスが多量に存在する
ので、２次燃焼量を増加すると、炉内の高温化および酸
素分圧の上昇によりコークスのガス化反応が進行し、コ
ークス比の増加を招くので、層内２次燃焼量を大幅に増
加できないという欠点があった。

そこで本発明は上記キューポラ法の欠点である低加炭、
低加珪、低脱硫作用を改善する一方、高炉法、固定床炉
法の欠点である高燃料比も同時に改善し、かつ筒型法に
おける層内２次燃焼量増加時のコークスのガス化をも同
時に抑制できる効率的な溶銑製造方法の確立を目的とす
るものである。

〔問題点を解決するめための手段〕

上記従来技術の欠点を克服し本発明の目的を達成するた
めの手段を、第１図にしたがい説明する。

炉体側壁部１に送風用羽口２を、羽口上方部にコークス
・石炭・造滓剤投入口３を、炉体上部に鉄原料装入口４
、コークス装入口５およびガス回収口６を、炉下部湯留
り側壁部に出銑滓ロアを有する炉を用い、前記羽口２前
に形成される燃焼室８にコークス、石炭の充填層を、前
記燃焼室８前方にコークス充填層９を、前記コークス充
填層９上方に鉄原料充填層１０を形成し、燃焼室８内で
生成した燃焼ガスをコークス充填層および鉄原料充填層
を通じて炉上方へ流し、燃焼ガス顕熱で鉄原料を溶解さ
せてガス回収口６より回収し、燃焼室８で生成した溶融
灰分は溶融した鉄と共に、炉床部に設けた湯留り１５に
回収し、前記出銑滓ロアより取り出す製銑法において、
送風羽口２から吹込まれる空気１１がコークス・石炭と
反応して生成するガスのＣＯ□／（ＣＯ＋Ｃ０ｚ）、　
ｏｚｏ／（ｏｚ＋ｏｚＯ）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および／または酸素濃度を調整し
て送風し、かつ前記鉄原料充填層側壁部に空気吹込み口
１３を設け、空気および／または酸素等の支燃性ガス１
４を吹込み送風羽口２からガス回収口６へ流れるガス中
のＣＯ，Ｈ２を燃焼させ、発生する熱を鉄原料の加熱に
利用することを特徴とするものである。

〔作　用〕

従来のキューボラ法では、送風羽目から吹込まれる空気
がコークスと反応して生成する燃焼ガス中に、高炉ボッ
シェガスと比較するとＣＯ□を高濃度で含むのに対し、
本発明では、燃焼生成ガスのＣ（ｈ／（ＣＯ＋ＣＯ□）
、　ｕｚＯ／（ｏｘ十ｕｚＯ）を高炉ボッシュガス並み
（−〇）とすることにより、炉内を強還元性雰囲気にで
きる。したがって容易に炉内の加炭、加珪、脱硫作用を
向上させ鉄原料として全量、鉄屑使用が可能となった。

〔発明の具体的構成〕

以下、本発明を具体的に詳説する。

まず、本発明完成に至る過程を説明する。

一般に、羽口前燃焼部における０□とコークス中のＣと
の反応は、まず下記＋１１式の反応が進行し、生成した
ＣＯ□が（２）式によりコークス中のＣと反応してＣＯ
になると考えられる。

Ｃ＋０！→ＣＯ２ΔＨ＝　　９７０００　ｋｃａｌ／ｋ
ｍｏｌ　　　・・（ｌ）Ｃ＋ＣＯ！→２ＣＯΔＨ＝３８
１８０　ｋｃａｌ／ｋｍｏｌ　　　　−（２）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（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。

ｐ 従ってキューポラ法の如く、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て、キ
ューボラ用コークスは高炉用またはキューボラ以外の一
般冶金用コークスに比較して反応性が低く、かつキュー
ポラ法は高炉に比較して（送風量／炉床面積）が大きく
、送風温度が低いことから、（２）式の反応が抑制され
、燃焼生成ガス中のＣＯ２／　（ＣＯ＋ＣＯ□）が高く
なるものと考えられる。換言すれば、燃焼生成ガス中の
Ｃ（ｈ／（Ｃ０＋Ｃ（ｈ）を低くするためには、コーク
ス粒子径の減少と反応性の増大を図ればよい。このため
には、大塊のキューボラコークスからキューポラ以外の
一般冶金用コークスに変更することが必要である。

また、これにより（４）式の反応も促進され、炉内をよ
り強還元性雰囲気に近づけることができる。

Ｃ＋　ＨｚＯ→ＣＯ＋　Ｈｌ　　ΔＨ＝２Ｂ３９１　ｋ
ｃａｌ／ｋｍｏｌ　　＝・（４）一方、（２）式、（４
）式の反応でＣと平衡するＣＯ□、Ｈ２Ｏの平衡分圧と
温度との関係は熱力学的に求められ、全圧をｌａｔｍと
した場合を第２図に示す。同図より、ＣＯｚ、ＨｚＯ分
圧（濃度）は温度の上昇に伴ない低下し、１１００℃以
上の高温下では、平衡論的には極めて低い値となること
がわかる。

さらに、燃焼生成ガス温度の計算において、生成ガスの
ＣＯ□／　（Ｃｏ　＋　ＣＯ□）、　ＨｚＯ／　（Ｈ２
＋　ＨｚＯ）がゼロになると仮定することは、（２）、
　（４１式の吸熱反応により、ＣＯ□、Ｈ２Ｏが全量Ｃ
ｏ、　Ｈ２に変換することを意味することから、ｃｏｔ
、　Ｈ，ｏが残留する場合の燃焼生成ガス温度より低い
温度として計算されることになる。従って、前記仮定に
基づいて計算して得られた燃焼生成ガス温度を使用すれ
ば、ＣＯ□、１１２０生成防止に対し、安全サイドで燃
焼条件を設置することができ、かつ該燃焼生成ガス温度
が２０００℃以上であれば第２図より燃焼生成ガスのＣ
（ｈ／（ＣＯ＋ＣＯり、　ｏｚＯ／（Ｈ２＋ｔ＋ｔＯ）
は平衡論的にはほぼゼロに近くなることがわかる。以下
に燃焼生成ガス温度の計算式（（５）〜（２）式）を示
す。

ＶＢ＝ＦＢ　・（１−１，２４４Ｘ　１０−’　・ＦＭ
）　　　　　　・（５）ＡＡ＝　（０，２１・ＶＢ　＋
Ｏｚ）　／　（ＶＢ　＋Ｏｚ）　　　　　　・（６）Ａ
Ｍ−１０−’　・ＦＭ　・ＦＢ／　（ＶＢ　＋０２）　
　　　　　　−（７）旧＝０．３４・ＴＢ＋０．４１６
・＾門・ＴＢ　＋　２６２５・ＡＡ　　・・・（８）Ａ
　　＝０．３（１，０７１４・ＡＡ＋０．６６６７・Ａ
Ｍ）　　　　　　　・・・（９）Ｈ３＝１６００・ＡＭ
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・α
ωＢ　　＝　１　　＋ＡＡ＋２．４８８９・ＡＭ　　　
　　　　　　　　　　　・・・αＤ２Ｘ１０−’−Ｂ ・・・（２） ＦＢ：送風量（Ｎｍ’／ｍ１ｎ）、　ＦＭ　：送風中湿
分（ｇ／Ｎｍ’）０□：酸素富化量（Ｎｍ’／ｎ＋ｉｎ
）、　ＴＯ：送風温度（”Ｃ）Ｔｆ：燃焼生成ガス温度
（’Ｃ） 但し、実際の操業においては、反応速度が関与するため
、必ら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、第１図に示す炉を使用し、コークス粒
子径＝２０〜１００ｕ＋、送風温度：常温〜１２００℃
、送風中の酸素濃度：２１〜６０％で燃焼試験を実施し
、燃焼生成ガス温度に及ぼす影響を調査した結果、上記
のいずれの条件でも燃焼生成ガスのＣＯｚ／　（ＣＯ＋
Ｃ（ｈ）、　ＨｚＯ／　（Ｈｚ＋Ｉ（Ｊ）がほぼゼロに
なる条件は、燃焼生成ガスのＣＯｚ　／　（ＣＯ＋　Ｃ
ｏ□）、　ｕｚＯ／（ｕｘ＋ｕｚＯ）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２
０００℃以上にすればよいことが判明した。

但し、（２）式および（４）式の反応は吸熱反応であり
、かつコークス、石炭中のＣを消費するため燃料比が高
くなる。そこで本発明のもう１つの特徴は、この燃料比
の上昇を抑制するため、前記鉄原料充填層側壁部に設置
された空気吹込み口１３より吹込まれる支燃性ガス１４
により、前記送風用羽口２からガス回収口６へ流れるガ
ス中のＣｏ、　Ｈ，を燃焼させ、生成する顕熱を主とし
て鉄原料の加熱に利用することである。これにより、空
気吹込み口より下方の強還元性雰囲気をそこなうことな
く、前記燃焼熱のうち、原料の予熱に利用された分、燃
料比を低下することができる。

ところで、筒型炉法では、コークスが全景炉頂部から装
入されるため、空気吹込み口１３から吹込まれる支燃性
ガス１４がＣｏ、　Ｈ２を燃焼して生成するガスの温度
が９００〜１０００℃を上回らないようにしないと、（
２）式と（４）式の反応が急速に進行し、コークス消費
量の増加、燃焼発熱量の低下を招くため、層内２次燃焼
量が制限される欠点を有していた。この点本発明では、
羽口上方にコークス、石炭および石灰石等の造滓剤装入
口３を設けて、羽口２前で消費されるＣを前記装入口３
から装入されるコークス、石炭でまかない、炉頂からは
浸炭等により消費される炭素分に相当する量だけコーク
スを装入すればよいので鉄原料充填層中のコークスを大
幅に削減できる結果、層内２次燃焼量を増加し、空気吹
込み付近が高温となっても（２）式および（４）式の反
応量増加は少なくてすみ、コークス消費量の増加を招か
ないことが特徴である。したがって本発明では、筒型法
より層内２次燃焼量を増加することができ、燃料比をさ
らに節減できることになる。

また、操業の形態としては、送風羽口前燃焼生成ガスの
ＣＯ□／　（ＣＯ＋　ＣＯり　、ＨｔＯ／　（Ｈｚ　＋
　ｆｈＯ）がゼロになると仮定して計算して燃焼ガス温
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層内２次燃
焼熱の原料予熱効果を高めるとともに、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。

〔実施例〕

以下実施例により、従来法と比較しつつ本発明の効果を
明らかにする。

まず、第３図に示される実験炉で、炉ロ径７５０顛、炉
床径９００鶴、送風用羽口上層高５０００ｍｍ、送風用
羽口から１５００ｍｍ上方に空気吹込み口が設置された
炉を使用し、次のＣａ５ｅ　１〜３の操業を行った。

Ｃａ５ｅ　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結果であり、Ｃ
ａ５ｅ　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％配合するが、層内２次燃焼は実施せ
ず、Ｃａ５ｅ　１と同一生産速度となる条件で操業した
場合、Ｃａ５ｅ　３はＣａ５ｅ　２と同じ原料を使用し
、かつＣａ５ｅ　２と同一燃焼温度、同一生産速度とな
るように操業し、かつ炉内に空気吹込み口から空気を吹
込んだ場合である。

Ｃａ５ｅ　１は、炉頂ガス中にＣｏ□が１１．７％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ＣＯ□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、銑中（Ｃ）＝
２．８％、（Ｓｉ）　＝　０．２％と低く、　（Ｓ）は
０．１１％と高いことが特徴である。

一方、Ｃａ５ｅ　２では、炉頂ガス中にＣＯ□は殆んど
含まれず、送風羽目レベル炉心部にてサンプリングした
ガス中のＣＯ□は、０．１％以下であった。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
たにもかかわらず、銑中〔Ｃ〕。

（Ｓｉ）の上昇、〔Ｓ〕の低下が見られ、加炭、加珪、
脱硫能の向上が認められる。但し、コークス比はＣａ５
ｅ　１に比較して大幅に上昇している。

また、Ｃａ５ｅ　３は、筒型炉法に相当するものであり
、層内２次燃焼を実施する結果、炉頂ガス中ＣＯ２濃度
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。層内２次燃焼が原料の予熱に有効利用された結
果、コークス比はＣａ５ｅ　１と同程度となっているが
、これ以上、２次空気量を増加すると、コークスのガス
化が進行し、好ましい結果は得られなかった。

次に第１図に示す形式の実験炉で、炉ロ径７５０ｎ１炉
床径１６００ｍｍ、鉄原料充填層層高４５００−■の炉
を使用し、Ｃａ５ｅ　１と同程度の生産連層で次のＣａ
５ｅ４．５の操業を行った。

Ｃａ５ｅ　４は、層内２次燃焼を実施しない場合で、従
来法の固定床炉法に相当する。Ｃａ５ｅ　２と同様、加
炭、加珪、脱硫作用は向上しているが、コークス比は高
いものとなっている。

Ｃａ５ｅ　５は、本発明によるもので、鉄原料充填層下
部側壁部より炉内に０２を吹込み、層内２次燃焼を実施
した場合である。炉内が高温となっても、コークスのガ
ス化は微増にとどまるので、層内２次燃焼用支燃性ガス
として空気の他、０□も使用でき、かつ２次燃焼量をＣ
ａ５ｅ　３に比較して増加できる結果、コークス比をさ
らに低減できた。なお、空気吹込み口より下方では、強
還元性雰囲気に維持されているため、加炭、加珪、脱硫
作用は強く、銑中（Ｃ）　、　　（Ｓｔ）は高く、〔Ｓ
〕は低いものとなっており、良質の溶銑が得られた。

以上のＣａ５ｅ　ｌ〜５の操業条件、結果をまとめて第
１表に示す。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、炉内が強還元性雰囲気に
維持できるため、加炭、加珪、脱硫作用が改善される。

また、羽口上方部にコークス、石炭装入口を設置するこ
とにより、炉体上部から装入するコークス量を大幅に削
減し、はとんどコークスを含まない鉄原料層を形成せし
め、その中で２次燃焼を実施することにより、２次燃焼
層を増大してもコークスのガス化反応を最小限にとどめ
ることができる結果、コークス比の一層の低減をはかる
ことが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための装置図、第２図はＣＯ
２，Ｉ＋２０の平衡分圧と温度との関係図、第３図は比
較試験用の実験炉を示す図である。 １：炉側壁、２：送風用羽口、３：コークス装入口、４
：鉄原料装入口、５：コークス装入口、６：ガス回収口
、７：出銑滓口、８：燃焼室、９：コークス充填層、１
０：鉄原料充填層、１１：空気、１２：Ｏ□、１３：空
気吹込み口、１４：支燃性ガス、１５：湯留り。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）炉体側壁部に送風用羽口を、羽口上方部にコーク
   ス・石炭・造滓剤投入口を、炉体上部に鉄原料装入口、
   コークス装入口およびガス回収口を、炉下部湯留り側壁
   部に出銑滓口を有する炉を用い、前記羽口前に形成され
   る燃焼室にコークス、石炭の充填層を、前記燃焼室前方
   にコークス充填層を、前記コークス充填層上方に鉄原料
   充填層を形成し、燃焼室内で生成した燃焼ガスをコーク
   ス充填層および鉄原料充填層を通じて炉上方へ流し、燃
   焼ガス顕熱で鉄原料を溶解させてガス回収口より回収し
   、燃焼室で生成した溶融灰分は溶融した鉄と共に、炉床
   部に設けた湯留りに回収し、前記出銑滓口より取り出す
   製銑法において、送風羽口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ＣＯ＿２／（ＣＯ＋ＣＯ＿
   ２）、Ｈ＿２Ｏ／（Ｈ＿２＋Ｈ＿２Ｏ）のいずれもがゼ
   ロとなると仮定して計算して得られる生成ガス温度が２
   ０００℃以上になるように送風温度および／または酸素
   濃度を調整して送風し、かつ前記鉄原料充填層側壁部に
   空気吹込み口を設け、空気および／または酸素等の支燃
   性ガスを吹込み送風羽口からガス回収口へ流れるガス中
   のＣＯ、Ｈ＿２を燃焼させ、発生する熱を鉄原料の加熱
   に利用することを特徴とする溶銑製造方法。