JPS63192810A - 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、内部にコークス充填層を有する炉を用い、
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、銑屑、鋼屑等の鉄原料を溶解し
て効率的に溶銑を製造する方法に関する。

従来技術 銑屑、鋼屑を溶解して溶銑を製造する方法としては、■
キューボラ法、■高炉法がある。■キューボラ法は大塊
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
装入された銑屑、鋼屑を溶解する方法である。この方法
では、炉内のＣＯ２／　（ＣＯ２＋ＣＯ）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
要があった。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、銑屑使
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銑屑、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＞、Ｈ２Ｏ／　（Ｈ２Ｏ＋
Ｈ２）はほぼゼロでおり、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２２０ｋＣ
ｉ／１）−ｔとキューポラ法（約１５０　ｋｇ／ｐ−ｔ
）に比べ高くなる。

上記の方法以外に、■固定床炉による石炭のガス化法（
コークス充填層法）がある。この方法は、内部にコーク
ス充填層を有する炉を使用するが、層内２次燃焼は実施
しない方法であり、羽口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高温ガスのＣＯ２／　（ＣＯ
＋ＣＯ２）　、Ｈ２Ｏ／　（）＋２＋Ｈ２０）はほぼ零
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、高炉並の溶銑が得られるが、燃料
比はキューボラ法と比較すると高くなる。

また、他のコークス充填層法として、■内部にコークス
充填層を有する筒型炉の上部から鉄原料、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Ｃ
Ｏ２、Ｈ２Ｏをほと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がある。この方法は
、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、　Ｈ２を燃焼し、その燃焼熱を鉄原料、コー
クス等の加熱に利用する方法であり、空気吹込み口より
下部では高炉並の強還元性雰囲気となるので、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
比をキューボラ並に低減できる特徴を有するが、炉内に
はコークスが多く存在するため、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る。

発明が解決しようとする問題点 この発明は上記■キューポラ法における炉内の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、また■高炉法のコークス比が高い
という欠点、■コークス充填層法の高燃料比、■コーク
ス充填層法の層内２次燃焼量を大幅に増加できないとい
う欠点を解消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、炉体側壁部に送風用羽口を、該羽口上方に
コークス、石炭および石灰石等の造滓剤投入口を、炉体
上部に銑屑２ｗＡ屑等の鉄原料装入口とコークス装入口
およびガス回収口を、炉下部湯溜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それぞ
れ形成し、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前記溶融した鉄とともに炉床部
に設けた湯溜り部に回収し、出銑滓口より抽出する溶銑
製造方法において、送風羽口より吹込まれる空気がコー
クスと反応して生成するガスのＣＯ２／　（ＣＯ２＋Ｃ
Ｏ）　、Ｈ２Ｏ／（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、かつ鉄原料充填層側壁部に天然ガス
、重油、微粉炭等の補助燃料燃焼室を設け、前記補助燃
料を空気、酸素等の支燃性ガスを用いて燃焼させて得ら
れる高温燃焼ガスを鉄原料充填層中に導入し該鉄原料の
加熱・溶解に利用することを特徴とするものである。

すなわち、この発明は羽口から吹込まれた送風中の０２
によりコークス、および石炭を燃焼ガス化してガスのＣ
Ｏ２／　（ＣＯ２＋ＣＯ）、　）１２０　／　（Ｈ２０
十Ｈ２）を高炉ボッシュガス並とすることにより炉内を
強還元性雰囲気に維持し、加炭、加珪、脱硫作用を改善
するとともに、羽口上方部にコークス・石炭装入口を設
け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、該鉄原料充填層下部に開口する補助燃料燃焼室
内で補助燃料を燃焼して得られる高温ガスを炉内へ導入
することにより、コークスのガス化反応を最小限にとど
め、コークス比の低減をはかる方法である。

一般に、羽口前燃焼部における０２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＋０２ｎＣＤ２△）ｌ　＝　−９７０００Ｋｃａｌ／
Ｋｍｏｌ・（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
２／　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（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燃焼生成ガス中の　Ｃ
Ｏ２／　（ＣＤ２＋　ＣＤ　）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ＣＤ２　／　（ＣＯ２＋ＣＤ＞　、Ｈａ
Ｏ／　（）１２０　＋Ｈ２）がゼロになると仮定して求
めた燃焼生成ガス温度が２０００℃以上となるように送
風温度および送風中Ｏｅ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＜Ｏ＋Ｈ２△）Ｉ　＝２８３９１Ｋｃａｌ　
／Ｋｍｏｌ・・・（４）式 前記（２）式で示されるＣとＣＤ、　ＣＯ２との平衡お
よび（４）式で示されるＣと８２０　、　）＋２、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、ＨａＯ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
Ｄ２　／　（ＣＤ２　＋ＣＤ＞　、ＨａＯ／　（ＨａＯ
＋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、）（２０量
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、＃
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、Ｈ２０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ＣＤ２　／　（Ｃ
Ｏ２＋ＣＤ＞　、　ＨａＯ／　（）＋２０　＋Ｈａ）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１１０００１ｒ１φの炉を使用し、
コークス粒子径２０〜１００ｍｍ、送ｆｆｌ温度常温〜
１２００℃１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Ｃｏ２／　（
ＣＯ２＋ｃｏ＞　、）１２０　／　（＋２０　＋Ｈ２）
がほぼゼロとなる条件は、燃焼生成ガス中のＣＤ２　／
（ＣＤ２　＋ＣＤ）　、＋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別算式を下記（５）式に示す
。

・・・（５）式 ％式％） Ｔｆ＝燃焼生成ガス温度（”Ｃ） ＦＢ：送風量（Ｎｍ’　／ｍｉｎ　） Ｆ）ｌ＝送風中湿分（ｇ／Ｎｍ３　） ０、＝酸素富化量（Ｎｍ’　／ｍ１ｎ）ＴＢ＝送風温度
（℃） 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、送風羽口から層頂までの間の炉側壁部に
開口する補助燃料燃焼室を設け、この燃焼室で天然ガス
、重油、微粉炭等の補助燃料を支燃性ガスで燃焼させて
得られる高温燃焼ガスを炉内に導入し１．鉄原料、コー
クス、造滓剤等の加熱に利用することである。この方法
によれば、補助燃料燃焼室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。

ざらに、前記従来技術の■では、コークスが全量炉頂部
から装入されるため、空気吹込み口から吹込まれる支燃
性ガスが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
）式および（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が、この発明におい
ては羽口上方にコークス・石炭および石灰石等の造滓剤
装入口を設けて、羽口前で消費されるＣを前記コークス
、石炭および石灰石等の造滓剤装入口から装入されるコ
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量を大幅に削減でき
、その結果、ＣＤ２　、　）＋２０を含む高温の補助燃
料燃焼ガスを鉄原料充填層中へ吹込んでも（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。また、補助燃料燃焼室で補助燃料
を燃焼してから炉内へ燃焼ガスを導入するので、鉄原料
の酸化を緩和できるという効果が得られるとともに、外
部から導入する補助燃料を燃焼させるので燃焼量を大幅
に増加できる結果、コークス比をさらに低下できること
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
ＣＯ２／　（ＣＯ２＋ＣＯ）　、＋２０　／　（＋２０
　＋Ｈ２）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炉の構造を示す
概略図であり、炉側壁部（１）に送風用羽口（２）を該
羽口上方部にコークス、石炭および石灰石等の造滓剤投
入口（３）を、炉体上部に鉄原料装入口（４）とコーク
ス装入口（５）およびガス回収口（６）を、炉下部湯溜
り部（７）に出銑滓口（８）をそれぞれ有し、羽口前に
形成される燃焼室（９）にコークス、石炭の充填層（１
０と、前記燃焼室前方にコークス充填層（１１）と、こ
のコークス充填層の上方に鉄原料充填層（１２）をそれ
ぞれ形成し、前記鉄原料充填層部の炉側壁に補助燃料燃
焼室（１３）および補助燃料燃焼用バーナ（１４）を有
している。

すなわち、炉頂部の鉄原料装入口（４）から銑屑。

銅屑等の鉄原料（２０）とコークス装入口（５）からコ
ークス（１５）を装入し、送風用羽口（２）から空気（
１６）と酸素（１７）を吹込み燃焼室（９）でコークス
および石炭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となし、燃焼室（９）で
生成した溶融灰分とともに湯溜り（７）に回収し、出銑
滓口（８はり抽出する一方、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（６）より回収する製銑法
において、 前記送風用羽口（２）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／（ＣＯＺ十ｃ
ｏ）　、Ｈ２Ｏ／　（Ｈ２Ｏ＋Ｈ２）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２０
００℃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、かつ鉄原料充填層（１２）側壁部に開口す
る補助燃料燃焼室（１３）で天然ガス、重油、微粉炭等
の補助燃料（１８）を空気または酸素等の支燃性ガス（
１９）を用いバーナ（１４〉にて燃焼させ、生成する高
温燃焼ガスを炉内の鉄原料充填層中に導入し鉄原料の加
熱・溶解に利用する。

実施例 第１図に示す炉と同じ型式で、炉口径７５０ｍｍ。

炉床径１６００ｍｍ、鉄原料充填層層高４５００ｍｍの
実験炉を使用し、第１表に示す条件下で操業を実施した
。

なあ、第１表中には従来法と比較のため、炉ロ径７５０
ｍｍ、炉床径９００ｍｍ、送風用羽口上層高５０００ｍ
ｍ、送風用羽口から１５００ｍｍ上方に空気吹込み口が
設けられた実験用の筒形炉を用い、ケース１〜３の操業
を実施した結果を併せて示す。ケース１はキューポラ用
大塊コークスを使用し、従来のキューポラの操業条件で
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Ｑた場合、ケース３はケース２と同じ原料を使用し、
かつケース２と同一燃焼温度、同一生産速度となるよう
に操業するとともに、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。また、ケース４は本発明と同じ
実験炉を使用し、補助燃料を用いないでケース１と同程
度の生産速度となるように操業した場合である。

ケース５は本発明例であり、補助燃料として重油８３ｋ
ｇ＋を空気過剰率１．０５で燃焼し生成した高温燃焼ガ
スを炉内の鉄原料充填層中に導入して操業した場合であ
る。

第１表より、ケース１は炉頂ガス中にＣＯ２ガスが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、Ｓｍ度は０．１１％と高くなって
いる。

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。

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ず溶銑
中［Ｃ］、［ＳＬ］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。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。

またケース３は層内２次燃焼を実施する結果、炉頂ガス
中のＣＯ２濃度の増加がみられ、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、コークス比はケース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。

ケース４はケース２と同様、加炭、加珪および脱硫作用
は向上しているが、コークス比は高いものとなっている
。

これらに対し、本発明例のケース５は、炉内が高温とな
ってもガス化は微増にとどまるので、コ−クス比および
燃料比ともにざらに低減でき、かつ補助燃料燃焼室から
下方では強還元性雰囲気に保持される結果、加炭、加珪
および脱硫作用は強く、良質の溶銑が得られた。

以下余白 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＋Ｎａ）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、補助燃料燃焼
による高温燃焼ガスの炉内導入によりコークスのガス化
反応の増加と鉄原料の酸化を緩和することができ、コー
クス比および燃料比を大幅に低減できるとともに良質の
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好適な炉の構造
の一例を示す概略図、第２図はこの発明における平衡Ｃ
０２分圧と平衡Ｈ２０分圧を示す図でおる。 １・・・炉側壁部　　　　　２・・・送風用羽口３・・
・投入口　　　　　　　４・・・鉄原料装入口５・・・
コークス装入口　　　６・・・ガス回収ロア・・・湯溜
り　　　　　　　　８・・・出銑滓口９・・・燃焼室　
　　　　　　１０・・・石炭充填層１１・・・コークス
充填層　　　１２・・・鉄原料充填層１３・・・補助燃
料燃焼室 第１図 温　度（℃）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 炉体側壁部に送風用羽口を、該羽口上方部にコークス、
   石炭および石灰石等の造滓剤投入口を、炉体上部に銑屑
   、鋼屑等の鉄原料装入口とコークス装入口およびガス回
   収口を、炉下部湯溜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それぞれ形成し、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
   溶融灰分は前記溶融した鉄とともに炉床部に設けた湯溜
   りに回収し、出銑滓口より抽出する溶銑製造方法におい
   て、 送風羽口より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＿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、かつ鉄原料充填層側壁部に天
   然ガス、重油、微粉炭等の補助燃料燃焼室を設け、前記
   補助燃料を支燃性ガスを用いて燃焼し得られる高温燃焼
   ガスを鉄原料充填層中に導入し該鉄原料の加熱・溶解に
   利用することを特徴とする溶銑の製造方法。