JPS63206418A - 溶融還元方法 - 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、炉内の溶鉄の浴中に鉱石と炭材を吹き込み
、酸素ガスを吹き込んで鉱石の溶融還元を行い、鉱石か
ら直接溶鉄を製造する鉱石の溶融還元方法、特に着熱効
率の向上を図るものに関する。

［従来の技術］ 第１図は従来の溶融還元方法に用いられ、水平吹きラン
スを有する底吹きの溶融炉を示す線図、第２図は同炉壁
からの横吹きと底吹き併用の溶融炉を示す線図、第３図
は同水平吹きランスを有し、炉壁からの横吹きと底吹き
併用の溶融炉を示す線図である。

図において、（１）は溶融炉、（２）は水平吹きランス
、（３）は溶鉄、（４）はスラグである。

従来の溶融還元方法は、第１図乃至第３図の溶融炉（１
）ではいずれも炉底の羽口から粉末状の鉄鉱石、石炭及
び石灰が炉内に供給され、第１図では水平吹きランス（
２）から酸素ガス０２がスラグ（４）に吹き付けられ、
第２図では炉側壁に設けられた羽口から酸素ガスがスラ
グ（４）に吹き付けられ、第３図では水平吹きランス（
２）と炉側壁に設けられた羽口から酸素ガス０２がスラ
グ（４）に吹き付けられる。そうすると、石炭が溶鉄中
に溶解するとともに、石炭の炭素が酸素ガスによって酸
化される。そして、この酸化熱によって鉱石が溶融する
とともに、鉱石が石炭中の炭素によって還元される。溶
鉄から発生するＣＯガスはランス（２）、炉側壁の羽目
から吹き付けられる酸素ガスにより２次燃焼されてＣＯ
２ガスになる。このＣＯ２ガスの顕熱は溶鉄上を覆って
いるフォーミング状のスラグ（４）に伝達され、次いで
溶鉄に戻される。このように、炉内で鉱石の溶融還元を
行い、鉱石から直接溶鉄を得ることができる。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のような従来の溶融還元方法においては、高い２次
燃焼効率の時には着熱効率が低下するという問題点があ
った。これは、炉内のガス温度が２次燃焼の発熱量に比
例して上昇すれば問題は生じない（着熱効率は一定であ
る）が、２次燃焼の発熱量が増大するとガス中で００２
が解離するため、２次燃焼の熱量に比例してガス温度が
上昇しないために燃焼ガスが失う熱量自体が少なくなる
からである。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
で、高い２次燃焼効率の時にも着熱効率を低下させずに
高い着熱効率を維持するように制御できる溶融還元を得
ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る溶融還元方法は炉内の溶鉄中にその炉下
部に設けた羽口から鉱石、石炭及び石灰と共に或いは別
々に酸素を吹き込むか、又は炉頂より鉱石、石炭及び石
灰を落下させるか、又は炉壁に設けた羽目から鉱石、石
炭及び石灰を吹き込んで鉱石の溶融還元を行い、炉頂よ
り垂下するランス或いは／及び炉側壁に設けられた羽口
より溶鉄上のスラグに酸素を吹き込んでスラグを撹拌す
ると共にスラグ層中を浮上するＣＯガスを２次燃焼させ
る溶融還元方法において、スラグ層の高さと排ガスの空
塔速度の比を予め実験式で得られた２次燃焼率と対応関
係にある所定値以上に保つように制御するように構成し
たものである。

［作用］ この発明においては、スラグ層の高さと排ガスの空塔速
度の比を予め実験式で得られた２次燃焼率と対応関係に
ある所定値以上に保つように制御すると、着熱効率が２
次燃焼率と、スラグ層の高さと排ガスの空塔速度との比
と相関関係にあるという知見から、２次燃焼率が高くて
も着熱効率は低下しない。

［実施例］ 以下、この発明の実施例について説明する。

この発明方法は、例えば水平ランスを有する底吹き溶融
炉の炉内の溶鉄中にその炉下部に設けた羽口から鉱石、
石炭及び石灰と共に酸素を吹き込んで鉱石の溶融還元を
行い、炉頂より垂下するランスより溶鉄上のスラグに酸
素ガスを吹き込んでスラグを撹拌すると共にスラグ層を
浮上するＣＯガスを２次燃焼させるときに、スラグ層の
高さと排ガスの空塔速度の比を予め実験式で得られた２
次燃焼率と対応関係にある所定値以上に保つように制御
する。かかる制御は通常、排ガスの空塔速度に対するス
ラグ量をできるだけ多くして、スラグ層の高さと排ガス
の空塔速度の比を所定値以上に設定して行われる。具体
的には炉底の羽目から炉内に供給される鉱石、石灰及び
石炭の量を増大させて調整する。

かかる方法は、炉壁からの横吹きと底吹き併用の溶融炉
及び水平吹きランスを有し、炉壁からの横吹きと底吹き
を併用の溶融炉にも適用されることは勿論である。

次に、スラグ層の高さと排ガスの空塔速度の比を所定値
以上に保つように制御することが、着熱効率を低下させ
ずに高い着熱効率を維持できる理由について説明する。

まず、着熱効率ηが伝熱基礎式から２火燃焼率ＯＤとス
タンド数Ｓｔの関数であることが導かれることを知見し
た。

そこで、２火燃焼率ＯＤを独立変数と取り扱うことによ
り、着熱効率ηは２火燃焼率ＯＤと不確定の操業因子群
の関数Ｐとみなされる。従って、着熱効率η、２次燃焼
率ＯＤ、操業因子群の関数Ｐとは次式で示される相関関
係にあることになる。

η−ｆ　（ＯＤ・Ｐ）　・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（１）式（１）において、Ｐは次式（２
）で示すことができる。

即ち、式（２）のＰはスタンド数Ｓｔ＝α・Ａ・Ｌ／Ｃ
ｐ　・ρ・Ｖｇの内、Ｃｐ　・ρをＯＤの関数としてＳ
ｔからＯＤに無関係な因子だけを残したものとなってい
る。

上記式（２）において、α・Ａは炉においてほぼ一定で
あるから、Ｐは次式（３）として示すことができる。

なお、αＡは炉容によって異なることはいうまでもない
。

上記式（１）、　（２）　、　（３）より、着熱効率は
次式（４）で示すことができる。

η−ｆ　（ＯＤ嗜Ｐ）−ｆ　（ＯＤ・−・・・（４）Ｖ
ｇ 従って、一定の２次燃焼率ＯＤで着熱効率ηを上げるに
はＰをあげる即ちスラグ内燃焼伝熱容積（実質的にはＬ
）を上げ、空塔速度を下げることが有効であるとの知見
が得られた 次に、この知見は式（４）に対応するものを後述する第
４図に示す実験結果から求めた次に示すηとＯＤの実験
式（６）に対応し、上記式（４）の成立が立証できる。

即ち、本実験結果より式（４）に対応する実験式はＰを
パラメータとすると次式（５）で示され、これを展開す
ると式（６）となる。

１−η−ａ　　（ＯＤ）　　　・ｐｃ　　　・・・・・
・・・・（５）η−１−ａ　　（ＯＤ）　　　・Ｐｏ　
　−・−−−−−＜８）ａ、ｂ、ｃは定数 この実験式（８）は２次燃焼率ＯＤが上昇すると、着熱
効率ηが下がり、且つ２次燃焼率ＯＤが０に近づくとη
は１に近づくという実験結果と、η−ｆ　（ＯＤ−Ｐ）
という知見から、式（６）なる関係式が想定されたもの
である。そして、式（６）より一定ＯＤでは となり、ｋとに′は定数なる関係でηとＶｇ−Ｌの間の
関係が対応していることがわかる。

次に、目標ＯＤと目標ηに対して具体的な操業条件を定
める必要があるが、それは式（５）又は式（６）によっ
て求めることができる。しかし、その前に予めａ、ｂ、
ｃの定数を決定しなければ、目標ＯＤと目標ηを設定し
、その時のＰの値を設定することができない。かかるａ
、ｂ、ｃの定数は次のようにして決定される。

まず、ｂについてはＰが一定即ち操業パターンが同じの
データ群ではＰ　が一定になることから、η−１一定数
・　（ＯＤ）ｂとなり、実績ＯＤと実績ηを代入するこ
とにより、ｂの値、例えば０．８〜０．９が求まる。

次に、ａとＣであるが、これは２次燃焼用酸素のスラグ
層内での燃焼分布を実１ｉ２０Ｄと実ｉＬから計算する
ことにより、 ａとＣの値、例えばａ−０，７〜１．０．　ｃ　−−０
，９〜−１，４と求まる。これで式（６）のａ、ｂ、ｃ
が全て決定され、これに目標ＯＤと目標ηの値を入れれ
ば、それに対応するＰの値が定まる。即ち、後で説明す
る第４図のグラフに示すＰの値が求まることになる。そ
こで、目標ＯＤと目標ηを達成するためにはＰの値を第
４図のＰの値以上に設定することが必要となる。このよ
うにして所定値以上に設定されたＰの値は式（３）によ
ってＬ／Ｖｇの比として表わされるから、設定されたＰ
の値を下限値とし、これを一定にし、２次燃焼率ＯＤを
一定とした時にはスラグ高さしと排ガスの空塔速度Ｖｇ
の比を一定に保つように制御すれば、式（４）より着熱
効率ηを目標の高い状態で維持できることになる。なお
。スラグ高さしと排ガスの空塔速度Ｖｇの比を一定に保
つことは通常はスラグ量を調整することによって行われ
る。

更に、２次燃焼率ＯＤが上昇した時には第５図のグラフ
に示すように着熱効率ηを一定とした時にＰの値も上昇
するから、２次燃焼率ＯＤが０．５の時にはＰの値を２
．０以上とするように制御しなければならない。

前述した第４図のグラフは第１図乃至第３図に示される
溶融炉を使用して、下記の表に基づく条件の下で溶融還
元を実施して得られた着熱効率と２次燃焼率との関係を
示すものである。また、第４図のグラフ中のＰ値はかか
る実験結果から上述した式（６）によって求めたもので
ある。

即ち、着熱効率ηと２次燃焼率ＯＤの実験式をＰをパラ
メータとして、下記に示す式（６）の形で求めたところ
、 ｅ ｒ）−−ａ　（ＯＤ）　　Ｐ　　、ａ、ｂ、ｃは定数ａ
　−０，７〜Ｌ、０　、　　ｂ　−０，８〜０．９　、
　　ｃ　−−０，９〜１．４の値が得られ、第４図のグ
ラフに示すＰの値はａ　−０，９、ｂ−０，９、ｃ−−
１として各炉において計算した結果である。第４図及び
第５図のグラフに示すように、高２次燃焼下（ＯＤ＞０
．３）で着熱効率（η＞Ｏ’、８５）を得るには、Ｐの
値を０．５以上に制御すればよいことがわかる。

また、Ｐの値と空塔速度Ｖｇ及びスラグ高さとは式（３
） Ｐ　−ｋ　Ｘ　Ｌ　／　Ｖ　ｇに示すように相関関係に
あり、このときのｋは実験規模によってＰが１．５以上
のときに次の値としている。かかるｋの値は実験結果よ
り得たものである。

４００ｋｇ炉：に一５０〜１２００ ５ｔｏｎ炉：　ｋ　−３Ｏ−１０００ ２５０ｔｏｎ炉：　ｋ−１５０〜７００このような事実
から、４００　ｋｇ炉では、Ｐを１．５、ｋ’！−１２
００トｔルト、Ｌ　／　Ｖ　ｇ　＞　１．３　Ｘ　１’
０−”ｈｒ−’ニ制御するよう添加スラグ量、発生ガス
量、炉断面積をコントロールすることが重要であると考
えられる。

［溶融炉：　４００　（ 第４図のグラフでＡ−Ａ、Ｃ及びＣ２は表のＡタイプ、
Ｃタイプでそれぞれの操作条件を違えた場合を示してい
る。

［実施例］ 炉内径４００ｍｍの水平吹きランスを有する底吹き炉を
用い、溶鉄２００　ｋｇ、フラックスとして石灰３０贈
、ケイ砂２４ｋｇを炉内に装入し、底吹きガス０２を１
８ＯＮｊｉ　／ｍｉｎ、　Ａｒを１００ＮΩ／ｍ１ｎの
条件セ炉内に吹き込み、熱収支を検討した。

この時、炉内での２次燃焼率と着熱効率の関係は であった。この場合のスラグ量は６３ｋｇ１空塔速度は
２０ＯＮｉ／ｈで、Ｐの値は即ちＬ／　Ｖｇ　〜１．３
　ｘｌｏ−３１／ｈであり、Ｐの値が１．５に近いとき
には着熱効率も約０．８で着熱効率が高いことがわかる
。

これは第２図のグラフではＡ４のタイプを示す。

［比較例］ 実施例と同様の底吹き炉で、溶鉄、石灰、ケイ砂の装入
量を同じとし、底吹きガス０２を４５ＯＮＲ／ｒＡｉｎ
、　ＡΩを１００ＩＬＲ／　ｍｉｎの条件で熱収支をと
ると、２次燃焼率ＯＤと着熱効率ηの関係は０Ｄ−０，
２４，η−０，５９であった。この場合のスラグ量は６
０ｋｇ　、空塔速度は４９ＯＮ＋ｎ／ｈでＰの値はＬ／
　Ｖｇ　：０．７　Ｘｌ０−”　１／ｈ”？：’アリ、
ＰＣ）値１）＜０．７と低いときには着熱効率も０，５
９で着熱効率が低く、Ｐの値を所定値以上に維持できる
よう制御できれば、２次燃焼率が上昇しても着熱効率を
向上させることができることがわかる。これは第２図の
グラフではＡ２のタイプを示す。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、スラグ層の高さと排ガ
スの空塔速度の比を予め実験式から得られた２次燃焼率
と対応関係にある所定値以上に保つように制御すること
により、着熱効率が２次燃焼とスラグ高さと排ガスの空
塔速度との比と相関関係にあるという知見によって、２
次燃焼率が高くても着熱効率を高い状態に維持すること
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の溶融還元法に用いられ、水平吹きランス
を有する底吹きの溶融炉を示す線図、−第２図は同炉壁
からの横吹きと底吹き併用の溶融炉を示す線図、第３図
は同水平吹きランスを有し、炉壁からの横吹きと底吹き
併用の溶融炉を示す線図、第４図は各種の溶融炉に置け
る着熱効率と２次燃焼率との関係を示すグラフ、第５図
は着熱効率を一定にした時の２次燃焼率とＰの値との関
係を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炉内の溶鉄中にその炉下部に設けた羽口から鉱石、石炭
   及び石灰と共に或いは別々に酸素を吹き込むか、又は炉
   頂より鉱石、石炭及び石灰を落下させるか、又は炉壁に
   設けた羽口から鉱石、石炭及び石灰を吹き込んで鉱石の
   溶融還元を行い、炉頂より垂下するランス或いは／及び
   炉側壁に設けられた羽口より溶鉄上のスラグに酸素ガス
   を吹き込んでスラグを撹拌すると共にスラグ層中を浮上
   するＣＯガスを２次燃焼させる溶融還元方法において、
   スラグ層の高さと排ガスの空塔速度の比を予め実験式で
   得られた２次燃焼率と対応関係にある所定値以上に保つ
   ように制御することを特徴とする溶融還元方法。