JPH01127614A - 金属溶湯の加熱方法 - 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、金属溶湯の加熱方法に関し、とくに該溶湯
中の炭素およびスラグ中に添加した塊状コークスの酸化
反応熱を有効に利用することによって、金属溶湯の効果
的な加熱を図ろうとするものである。

（従来の技術） 製鋼炉たとえば転炉において屑鉄を大量に溶解したり、
あるいは鉄鉱石、マンガン鉱石およびクロム鉱石の如き
鉱石原料を転炉内に添加し、該鉱石の還元によって鉱石
原料中の金属を回収する場合には、大量のエネルギーを
必要とする。かかるエネルギー源としては、炭素含有物
質とくに石炭やコークスを使用し、その酸化反応熱によ
って不足熱を補う方法が一般的である。例えば特公昭５
６−８０８５号公報には、屑鉄装入量を高める方法とし
て、純酸素底吹転炉でかつ浴面よりも高い位置に酸素上
吹装置を備えた転炉を用い、エネルギー源として特に粉
コークスを炭化水素で保護される底吹羽口から溶鉄中に
導入する方法が開示されている。この方法では、コーク
スが粉状であることおよび浴面下から導入されることか
らコークス中の炭素分の大部分が比較的瞬時に溶鉄中へ
溶解し、Ｃ＝　Ｃ−１１０００（ｃａｌ／ｇ−ｍｏｌ　
）　　　　　　　−（１）なる吸熱反応が生じ、これに
加えスラグ中に懸濁される粉コークスの割合も小さいた
めに該底吹羽口から供給される酸素ガスと溶鉄中の炭素
との反応 Ｃ＋−Ｔ　Ｏ□＝　　ＣＯ＋３２７４０　　（ｃａｌ／
ｇ−ｍｏｌ）　　　　（２）によって生成するＣＯガス
による溶鉄とスラグの強撹拌により、該懸濁粉コークス
の一部も溶鉄中へ溶解される。

また、前記（２）式の反応で生成したＣＯガスは、浴面
上に設置された上吹酸素装置から供給される酸素ガスと
浴面上方で ＣＯ＋　　Ｏｘ　＝ｃｏｚ＋６１７５０　（ｃａｌ／ｇ
−ｍｏｌ）　　　（３）なる発熱反応が進行する。さら
に該懸濁コークスの残分は、浴上方から吹き込まれる酸
素ガスとの直接反応 Ｃ＋Ｏｚ　＝ＣＯ！　＋９４０５２　（ｃａｌ／ｇ−ｍ
ｏｌ）　　　　−（４）に費やされる。ここで、上記（
３）　、　（４）式の反応により発生するＣＯ□Ｏｘの
多くは、浴上方から浴への上吹酸素気流に同伴されて鉄
浴に衝突し、ＣＯ１＋Ｃ→２ＣＯ−２９０１０（ｃａｌ
／ｇ−ｎ＋ｏｌ）　　　　（５）なる吸熱反応を引きお
こす。

屑鉄を加熱・溶解するためエネルギーは（１）〜（５）
式の反応の総和で与えられるわけであるが、ここでの問
題点は、発熱量が高くしがも着熱量も多い（４）式の反
応が占める割合が、スラグ中の懸濁粉コークスが少量で
あるために全体としては小さく、加えて（３）　、　（
４）式の反応で生成するＣＯ□Ｏｘが上吹き酸素気流の
流れが上から下であるために（５）式の吸熱反応を引き
起こす可能性が大きいため、粉コークスの持つエネルギ
ーを有効に溶鉄の加熱に活用できないことである。

また鉄と鋼７１（１９８５）　５９２８には、クロム鉱
石の溶融還元を行うに当り、上底吹転炉を用いて、窒素
ガスを炉底羽口あるいは炉腹に取り付けた横吹羽口を介
して溶融金属中あるいはスラグ中に導入すると共に、ス
ラグ上に浮遊させた塊コークスを上吹ランスから供給さ
れる酸素ガスによって酸化し、この酸化反応熱をクロム
酸化物の還元の際生ずる吸熱に充当する方法が開示され
ている。

この方法において金属溶湯の加熱は、スラグ上の塊コー
クスにソフトブローされた上吹酸素が衝突し、ここでの
酸化反応熱により加熱された塊コークスとスラグが横吹
きまたは底吹きの窒素ガスによりスラグ中に混合され、
さらには溶融金属との接触により行われる。

ここにクロム鉱石の溶融還元を能率的に行うためには、
上記の熱供給能力を高めることに加え、還元反応速度を
高める必要があり、その具体的な手段としては、溶融金
属の温度と〔％Ｃ〕をそれぞれ１６００°Ｃ以上、３％
以上と高く維持した上でスラグとメタルを撹拌・混合さ
せることが有効であることは周知の事項である。

ここでの問題点は、クロム鉱石の還元を効率的に行うた
めに横吹あるいは底吹羽口から供給されるガスが窒素ガ
ス（横吹羽口から酸素ガスを吹き込むこともある）であ
ることである。すなわちより強力なスラグとメタルの撹
拌・混合を行い、クロム鉱石中の酸化クロムの還元回収
率さらには還元速度を向上させるためにはガス量の増加
が望まれるわけであるが、窒素ガス量を増加することは
窒素ガスによるスラグとメタルの冷却により熱的さらに
は還元に不利に作用し、その結果クロム鉱石の還元速度
の大幅な向上は期待できないのである。

この点発明者らは先に、特開昭６１−８４３１１号公報
において以下に述べるような溶鉄の加熱方法を提案した
。

すなわち転炉炉底にへ設した羽口から供給される酸素ガ
スが溶鉄中を浮上する際に旦との反応により生成したＣ
Ｏガスによってフォーミング（泡立ち）したスラグに対
して、鋼浴と接触しないように２次燃焼（ＣＯガスをＣ
Ｏ□Ｏｘまで酸化）用酸素羽口からスラグ中に酸素を吹
込むことにより、溶鉄中で発生したＣＯをＣＯ□まで酸
化し、その反応熱をスラグに蓄える。この蓄熱分は底吹
羽口から供給される酸素ガスによるスラグ・メタルの強
撹拌の下に溶鉄側へ伝えられる。この方法では、大量の
熱がスラグを媒体として溶鉄へ移行するので、発生した
ＣＯ２が前記（５）式に従って再びＣＯになるような吸
熱反応を生ぜず、効率よく溶鉄加熱ができるようになっ
た。

（発明が解決しようとする問題点） この発明は、上記の加熱方法の改良に係り、スラグ中に
塊状のコークスを添加し、この添加したコークスの持つ
エネルギーを効率良く活用することによって溶融金属を
有利に加熱し、ひいては転炉内における屑鉄の大量使用
及び特に鉱石原料の高効率下での溶融還元を達成する技
術を提案することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） すなわちこの発明は、反応容器内に収納された浮遊スラ
グをそなえる金属溶湯に対し、該反応容器の上方および
下方から酸素を上、底吹きすると共に、浮遊スラグに塊
コークスを添加し、該反応容器の炉腹に設けた羽口から
該スラグ中に直接、酸素を供給することからなる金属溶
湯の加熱方法である。

この発明において反応容器としては、純酸素底吹き転炉
または純酸素を底吹きできる上底吹転炉がとりわけ有利
に適合する。

反応容器として上記の如き転炉を使用することは、横吹
き羽口から供給される酸素によって加熱されたコークス
とスラグの熱を溶融金属に強力な底吹きガス撹拌により
伝えるという意味で、さらには底吹きガスが酸素である
ため溶融金属中の炭素分との反応により生成するＣＯガ
スが横吹羽口から供給される酸素ガスとのさらなる反応
による発熱を利用できるという意味で有効である。

なお、不活性ガスを底吹きする方法では、浴を強力に撹
拌するに足りる量を吹込むと、不活性ガスの費用がかさ
むのみならず不活性ガスによる冷却効果で熱的な損失が
生じる。すなわち酸素を吹き込む方法と同等の撹拌効果
を得るには、次式に示すとおり酸素の２倍め体積の不活
性ガスを吹き込まなければならない。

ｏ！＋２Ｃ−→２Ｃ０ ２Ｎ２→２Ｎｔ さらに浴内でＣＯガスが発生することもないので、横吹
羽口による２次燃焼効果も劣ることとなる。

さらに、底吹きガスの流量に関しては、溶鋼１トン当り
０．５　Ｎｍ”／ｓｉｎ以上の流量とすると、浴の撹拌
効果に優れることは無論、横吹羽口からの酸素ガスによ
る優れた２次燃焼効果の得られることが明らかとなった
。

（実施例） 実施例１ 第１図に示した炉容５トンの上底吹転炉を用いて行った
この発明の実施例を以下に示す。図中番号１は転炉炉体
、２は底吹羽口、３は溶鉄、４はスラグ、５は塊コーク
ス、６は上吹ランス、７はクロム鉱石、コークス等の副
原料を投入するために炉上シュータ−であり、８はスラ
グ中の塊コークス５と底吹羽口２から供給される酸素ガ
スによって生成するＣＯガスとをスラグ中で燃焼させる
ための酸素ガス導入用羽口である。

ここにスラグ４中へ浸漬されている横吹羽口８は、溶鉄
装入時や溶鋼出鋼時に炉体１を傾動しても溶融金属面下
に浸漬しない位置にて、２本１組で対向する炉壁に設置
し、酸素気流の中心軸が転炉炉体１の空間で衝突するよ
うに方向を決定する。

この設置要領を採用しないとスラグ４中のコークスの燃
焼が十分に行われず、また横吹羽口８がスラグ中に浸漬
されないとスラグの加熱と撹拌が不十分で溶融金属の加
熱能力が低下するばかりでなく、酸素気流が対向する炉
壁に直接衝突して炉壁耐火物を著しく溶損するおそれが
大きい。

一方、横吹羽口８の設置高さは、転炉が直立状態でかつ
吹諌進行中、上吹ランス６の下端より下方でしかも鉄浴
表面より上方になければならない。

しかし、転炉炉体１の形状や耐火レンガの内容積、ラン
ス高さの下限等によっても変化するので、−般的には決
定できず各転炉毎に決定するを要する。

また、横吹羽口８はいわゆる２重管羽口としその内管９
より酸素または酸素含有ガスを、内管と外管との隙間１
０から羽口保護用の冷却ガスを各々噴出するようにする
ことが望ましい。

さて、以下の手順で操業を行った。

まず、転炉１内をコークス炉ガスにて十分に予熱した後
、５ｔの溶銑を装入した。溶銑温度は１２６４°Ｃであ
った。次に炉を直立させてから、４本の炉底羽口と４本
の横吹き羽口の内管からの各々５．０　Ｎｍ’／ｌ１ｉ
ｎの酸素ガスを、また外管からは羽口保護用のプロパン
ガスを各々０．３　Ｎｍ３７ｍ１ｎ供給した。同時に炉
の上方より上吹ランス６を下降し、静止場面とランス先
端との距離が０．７ｍとなる位置で固定し、酸素ガスを
１２．５　Ｎｍ”／ｗｉｎの速度で供給した。最初、炉
底羽口２からＣａＯ粉を１５０　ｋｇ、炉上シュータ−
から塊コークスを５００　ｋｇ添加し溶鉄温度が１５５
０°Ｃになるまで約７分間吹錬を行った。

溶鉄温度の確認は炉上からサブランスを用いて行った。

この時の温度と成分を第１表に示す。

続いて、炉上のシュータ−から塊コークスを２８ｋｇ／
…ｉｎの割合で添加しつつ、塊成化したクロム鉱石を溶
鉄温度が一定となるように投入した。また、底吹羽口か
らはＣａＯ粉をスラグ塩基度が１．５となるように吹き
込んだ。使用した塊コークスおよびクロム鉱石の組成を
第２．３表に示す。

クロム鉱石の添加量がｌｏｏｏｋｇになった時点で吹錬
を終了した。このときの操業結果を第４表に示す。

第４表 同表より明らかなように、供給したクロム鉱石中のクロ
ム分は９５％がメタル中に回収された。なお残りのクロ
ム分のうち１．０％はスラグ中に残留し、４％はダスト
やスピッティングによる炉外への逸散量である。

実施例２ 実施例１と同一の設備と操業方法に従うが、この例では
粉状のクロム鉱石を使用するため、第２図に示すような
特殊上吹きランスを用い、上吹きランスの中心からはク
ロム鉱石粉を窒素ガスを搬送ガスとして炉内へ導入し、
またその外管からは酸素ガスを１２．５　Ｎｍ’／ｍｉ
ｎの割合いで吹付けて操業を行った。このときの操業結
果を第５表に示す。

第５表 この方法によれば、クロム鉱石粉が高温の酸素気流中を
通過することにより、予熱されて溶鉄中に侵入すること
から、さらに操業時間、各種原単位を削減可能である。

また、クロム鉱石粉の添加歩留りが向上することによっ
て還元回収率も９６％と一段と増加した。

比較例 実施例２と全く同一の設備と操業方法に従うが、底吹き
羽口からは窒素ガスを１．０　Ｎｍ３／ｍｉｎの割合で
、また横吹き羽口からは酸素ガスを５．０　Ｎｍ３７ｍ
１ｎ、上吹きランスからは酸素ガスを１７．５Ｎｍ３／
ｍｉｎとクロム鉱石粉とを供給して操業を行った。この
ときの操業結果を第６表に示す。

第６表 第５表と第６表の操業結果を比較すれば明らかなように
、１０００ｋｇのクロム鉱石粉を溶融還元するのに、従
来法では底吹ガスが窒素であるためコークスの持つエネ
ルギーを十分に有効活用できず、その結果操業時間の延
長、すなわち諸原単位の増加を招き経済的とは言えない
。また、従来法では還元回収率は底吹ガス撹拌が不足し
ていることもあって９１％と低い値であった。

これに対しこの発明法では、コークスの持つエネルギー
を有効に使用することができ、操業時間の短縮、さらに
は諸原単位の低減と高クロム還元回収率を得ることがで
きる。

（発明の効果） カ＜シてこの発明によれば、コークスの持つエネルギー
の有効利用の下に金属溶湯を効果的に加熱することがで
き、ひいてはコークス、精錬ガスの原単位を大幅に削減
できるだけでなく、クロム鉱石中のクロム分をメタル中
に高歩留りで還元回収することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施に用いて好適な反応容器の模
式図、 第２図は、粉状鉱石の吹込み機能をそなえる特殊上吹ラ
ンスのランス先端のノズル構造を示した図である。 １・・・転炉炉体　　　　　２・・・底吹羽口３・・・
溶鉄　　　　　　　４・・・スラグ５・・・塊コークス
　　　　６・・・上吹ランス７・・・炉上シュータ−８
・・・横吹羽口９・・・横吹羽口の酸素供給ノズル １０・・・横吹羽口のクーラントガス入口１１・・・粉
体の流路　　　　１２・・・酸素ガスの流路１３・・・
ノズル　　　　　　１４・・・冷却水流路特許出願人　
　川崎製鉄株式会社 第１図 第２図 Ａｎ、工、」Ａ・ Ａ−Ａ’４見

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、反応容器内に収納された浮遊スラグをそなえる金属
   溶湯に対し、該反応容器の上方および下方から酸素を上
   、底吹きすると共に、浮遊スラグに塊コークスを添加し
   、該反応容器の炉腹に設けた羽口から該スラグ中に直接
   、酸素を供給することを特徴とする金属溶湯の加熱方法
   。