JPH01162712A

JPH01162712A - 溶融還元法及び装置

Info

Publication number: JPH01162712A
Application number: JP62322328A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Iwasaki; 克博岩崎; Kenji Takahashi; 謙治高橋; Shigeru Inoue; 茂井上; Haruyoshi Tanabe; 治良田辺; Masahiro Kawakami; 川上　正弘; Osamu Terada; 修寺田
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1987-12-18
Filing date: 1987-12-18
Publication date: 1989-06-27
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: JP2600229B2

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］この発明は炭材を燃料及び還元材として用い、鉱石を転
炉型製錬炉内において溶融状態で還元する溶融還元する
溶融還元法及び装置に関する。

［従来の技術］溶融還元法は、高炉製銑法に変わるものであり、高炉製
銑法においては高炉の建設費が高く、広大な敷地が必要
であるという高炉製銑法の欠点を解消し、また鉄の他、
クロム、マンガン、ニッケルの鉱石を直接還元すること
ができるものとして近年に至り開発されたものである。

この還元法においては、鉱石を予熱予備還元炉において
製錬炉からの排出ガスで予備還元して炭材、造滓材とと
もに製錬炉内に装入し、また酸素ガスまたは撹拌用ガス
が前記製錬炉内に吹き込まれる。

そうすると炭材が予め装入されである溶銑に溶解すると
ともに、炭材及び溶湯中のＣが酸素ガスによって酸化さ
れる。このときの酸化熱によって鉱石が溶融されるとと
もに、鉱石が炭材及び溶湯中のＣによって還元される。

溶銑から発生するＣＯガスは過剰に吹き込まれる酸素ガ
スにより２次燃焼されてＣＯ２ガスになる。このＣＯ２
ガスの顕熱は、溶銑上を覆っているスラグ及びスラグに
懸濁された粒鉄に伝達され、次いで溶銑に伝達される。

こうして鉱石が還元されて溶融金属が製造されるが、製
錬炉における鉄鉱石の還元工程を軽減するため、製錬炉
に装入される前の鉄鉱石の予備還元率を６０乃至７５％
とし、従って製錬炉の排出ガスは還元性の高い低酸化度
のガスを多量に使用している。（例えば特公昭６ｌ−４
３４０６）［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、予備還元率を３０％以上にする場合には
、製錬炉の排出ガスの酸化度（以下これを単にＯＤとい
う）を下げる必要がある。こうすると前記排出ガス量は
は必然的に増加することになり、前記製錬炉の発生エネ
ルギーは適正と考えられる１、０乃至１．５Ｇｃａｌ／
Ｔ（溶、銑）を大きく超えることになり、製造所内のエ
ネルギーバランス上、発生エネルギーが過剰となる。こ
のことは当然製造コストの増大につながる。

また、高い予備還元率を得るためには上記の通りＯＤの
低い前記排出ガスを必要とし、かつ鉄鉱石の予備還元炉
内の滞留時間を長くすることになって、予備還元された
鉄鉱石の製錬炉内への装入と製造される溶銑の出湯サイ
クルとのバランスを取ることが難しい。このことは必然
的に製錬炉の操業の自由度を大きく制限する。

さらに、従来の方法においては予熱予備還元炉もしくは
予熱装置において発生した粉状鉱石は炉外に排出されて
鉱石の歩留り低下の大きな要因となっている。またこれ
を回収して製錬炉の羽口もしくは酸素ランスから吹き込
む場合において粗粒が混入されて前記羽目もしくは酸素
ノズルの閉塞等のトラブルが発生する虞があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
のであって、前記製錬炉からの発生エネルギーを抑えプ
ロセス全体のエネルギー効率を向上させ、鉱石の歩留り
がよくまた操業性の優れた溶融還元法及び装置を提供し
ようとするものである。

［問題点を解決するための手段及び方法］第１の発明に
よる溶融還元法は鉱石を流動層型の予熱予備還元炉で予
熱、予備還元して炭材、造滓材とともに製錬炉に装入し
、脱炭用及び２次燃焼用の酸素ノズルを有する上吹き酸
素ランスから酸素を吹き込むとともに、製錬炉の側壁及
び炉底に設けられた羽目から撹拌用ガスを吹き込んで鉱
石を溶融還元する方法であって、前記製錬炉から予熱予
備還元炉に導入されるガスの温度を３００乃至１１００
℃、前記製錬炉で生成するガスの酸化度［（Ｈ２Ｏ＋Ｃ
Ｏ２）／（Ｈ２＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ＋ＣＯ□）］を０．４乃
至０．８、予熱予備還元炉での予備還元率を３０％以下
として、前記予熱予備還元炉からキャリーオーバーする
鉱石の微粒子を排ガスと分離し、分離された前記微粒子
の一部または全部を前記予熱予備還元炉に戻し、その残
余があるときはこれを単味または粉炭材と混合して前記
羽口または酸素ランスから製錬炉内に吹き込むことを特
徴とする。　　・第２の発明の溶融還元装置は鉱石を流
動層型の予熱予備還元炉で予熱、予備還元して炭材、造
滓材とともに製錬炉に装入し、脱炭用及び２次燃焼用の
酸素ノズルを有する上吹き酸素ランスから酸素を吹き込
むとともに、製錬炉の側壁及び炉底に設けられた羽口か
ら撹拌用ガスを吹き込んで鉱石を溶融還元する装置であ
って、粉体吹込用のノズルを有する前記酸素ランスと、
前記製錬炉の排ガスから粉体を分離する第１の分離装置
と、前記予熱予備還元炉の排ガスから粉体を分離する第
２の分離装置と、前記第２の分離装置の排ガスと原料供
給装置から導入される鉱石を予熱する予熱装置と、前記
予熱装置４０の排ガスから微粒の鉱石を分離する第３の
分離装置と、を具備することを特徴とする。

［実施例］本発明の実施例を添付の図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の溶融還元法に用いられる溶融還元装置
の説明図である。製錬炉１０内には鉄浴１１及びスラグ
層１２が形成され、また酸素を吹き込む酸素ランス２１
が炉内に鉛直に挿入されている。前記ランスには脱炭用
酸素及び２次燃焼用酸素を噴出するノズル２２．２３が
夫々設けられ、更にランス先端の中心には主に炭材また
は石灰等の副原料を吹き込むノズル２４が設けられてい
る。

また製錬炉１０の上部には原料である鉄鉱石、副原料で
ある炭材および造滓材等が良く知られた通常゛の原料供
給装置（特に図示せず）もしくは後に説明する予熱予備
還元炉から自然落下により製錬炉に装入される原料用シ
ュート１４及び製錬炉からの排ガスが排出される排ガス
用導管１５が設けられている。前記導管１５から排出さ
れた排ガス中に含まれるダストを除去する第１の分離装
置１６と、前記排ガス及び鉱石が導入されてこれを予熱
、予備還元する流動層型の予熱予備還元炉３０と、前記
予熱予備還元炉３０からの排ガスを受けてこれに含まれ
る鉄鉱石の微粒を除去する第２の分離装置３５と、前記
第２の分離装置３５からの排ガスと前記原料供給装置か
ら鉄鉱石が導入されて前記鉱石を予熱する予熱装置４０
と、前記予熱装置４０からの排ガスから鉄鉱石の細粒を
除去する第３の分離装置４５と、が設けられている。

前記第１乃至第３の分離装置から分離された鉄鉱石の細
粒または粉体がＡｒ、Ｎ２等のキャリアーガスとともに
混合され、かつ加圧されて製錬炉の側壁及び炉底に夫々
設けられた羽口２５．２６に圧送される加圧装置２７．
２８が設けられである。

以上のように構成された溶融還元装置を用いた本発明の
作用について説明する。原料である鉄鉱石は上記原料供
給装置から予熱装置４０に入りここで予熱された後予熱
予備還元炉に装入され、ここで予熱、予備予還元された
鉄鉱石は予熱予備還元炉の出口３１から原料用シュート
１４を経て製錬炉１０に装入される。上記原料供給装置
から供給される塊状もしくは粗粒の副原料は原料用シュ
ート１４から自然落下により製錬炉１０に装入され、細
粒もしくは粉状の副原料は酸素ランスのノズル２４もし
くは羽口２５．２６からキャリアーガスとともに製錬炉
内に吹き込まれる。

また製錬炉１０で発生した排ガスはガス用導管１５を通
って第１の分離装置１６でダストが除去された後、流動
層型の予熱予備還元炉３０に導入されて流動ガスとして
働き、前述の通り予熱予備還元炉３０に装入される鉄鉱
石が予熱、予備還元される。予熱予備還元炉からの排ガ
スは第２の分離装置３５に入りここで細粒もしくは粉状
の鉱石が分離されて予熱装置４０に導入される。予熱装
置４０からの排ガスは第３の分離装置４５で細粒もしく
は粉状の鉱石が分離された後通常の排ガス処理装置を経
て排出されるかもしくは羽口２５．２６野粉体吹込のキ
ャリアーガスとして用いられる。さらにこの排ガスは製
錬炉からの排ガスに混合されて冷却用として使うことも
できる。

前記第２の分離装置で分離された細粒もしくは粉状の鉄
鉱石は一部は予熱予備還元炉に戻されその残余は単味も
しくは粉炭材と混合されて加圧装置２７．２８に送られ
ここでキャリアーガスと混合、加圧されて羽口２５．２
６に送られ、製錬炉の側壁または炉底の羽口から装入さ
れる。第２の分離装置で分離回収された微粒の鉄鉱石は
必要に応じて、塊状もしくは粗粒の鉄鉱石と混合されて
製錬炉１０に投入される。こうすると前記微粒の鉄鉱石
は製錬炉内で飛散されることなく装することが出来る。

また、前記第３の分離装置４５で分離された細粒もしく
は粉状の鉄鉱石は予熱装置で発生したもので予熱予備還
元炉を経ていないので全て予熱予備還元炉に戻される。

上記のように製錬炉に装入された原料及び副原料は製錬
炉の側壁及び炉底に設けられた羽口２５．２６から撹拌
用ガスと共に吹き出され、既に炉内に形成されている鉄
浴およびスラグ層とともに十分攪拌される。この撹拌用
ガスは前記予熱予備還元炉からの排ガスまたはＡｒ５Ｎ
　　等の不活性ガスが用いられる。一方前記酸素ランス
２１の脱炭用及び２次燃焼用ノズル２２．２３から供給
される酸素は前記炭材またはＣＯガスを酸化させて原料
である鉄鉱石を還元するのに十分な熱源を供給する。

本発明の特徴は上記製錬炉の排ガスの酸化度ＯＤを０．
４乃至０．８、その温度を８００℃乃至１１００℃、第
１図の溶融還元装置における鉄鉱石の予備還元率を３０
％以下とすることを特徴とするものであるが、以下にそ
の理由を説明する。

第２図は前記酸化度ＯＤと第１図の溶融還元装置から発
生する余剰エネルギーとの関係を示したグラフ図である
。第２図の図中、斜線で示した範囲が製鉄所全体のエネ
ルギーバランスを考えたときの適正な余剰エネルギーの
範囲で、実線は揮発分の低い炭材、破線は前記揮発分の
高い炭材に関するものである。夫々の綿に付された数字
は対応する予備還元率である。この図は前記溶融還元装
置について検討した結果得られたもので、これによれば
ＯＤが０．４より小さい場合は余剰エネルギーは多過ぎ
て無駄なエネルギーが発生することにするになり、ＯＤ
が０．８より大きい場合は余剰エネルギーは少な過ぎて
製鉄所のエネルギーは不足する。ただし、炭材の揮発分
が４０％以上で発熱量が７０００ｋｃａｌ／　　’ｋｇ
未満である場合、または鉄鉱石中の脈石分が５％以上の
場合には炭材原単位を増加させることになるので、ＯＤ
比は０．８乃至１．０であるでが望ましい場合も考えら
れる。このことは第２図に示されているように前記予備
還元率を３０％以下としたときに達成されるのであって
、これを８０％より多くすることは前述の通り鉄鉱石の
予熱予備還元炉の滞留時間が長くなり、溶融還元装置の
操業の自由度が大きく制限されることになる。

また排ガス温度が３００℃未満では鉄鉱石の還元反応が
進行せず、かつ熱効率も低いレベルとなる。また１１０
０℃以上では鉄鉱石の粒子が互に凝縮し、また予熱予備
還元炉に固着して操業上のトラブルが発生する虞があり
、さらに耐火物の損耗が倣しくなる。

上記に加えて本発明の特徴は予熱予備還元炉３０または
予熱装置４０の排ガスから細粒もしくは粉状の鉱石を分
離して回収し、これを製錬炉に戻して鉄鉱石の歩留りを
向上させている。これによる効果を第３図及び第４図に
より説明する。第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は横軸に
ＯＤをとり縦軸に炭材原単位、余剰エネルギーおよび製
錬炉１０の発生ガスである副生ガス量をとって夫々示し
たグラフ図である。これにより本発明による細粒もしく
は粉状の鉱石を分離回収する効果は従来例と比較してＯ
Ｄが０．５の場合、炭材原単位、余剰エネルギー及び副
生ガス発生量は夫々溶銑トン当り２Ｏ０ｋｇ／ＴＨＭ、
２Ｇｃａｌ／ＴＨＭ、２Ｏ０ＯＮｍ　　／ＴＨＭの低下
となって示されている。第４図（ａ）、（ｂ）は夫々縦
軸に発生頻度指数、横軸に製錬炉１０の熱効率、粗大粒
鉱石の混入による操業トラブルの頻度をとって示したグ
ラフ図である。これにより上記分離回収の効果は熱効率
で約１０％向上し、粗粒の混入によるノズル２４または
羽口２５．２６の閉塞等による操業トラブルは殆ど皆無
となった。

次に本実施例にもとすく具体的数値を挙げる。

炭材として石炭を１１２４ｋｇ／ＴＨＭ（製造される溶
銑トン当り、以下同じ）、酸素を７９８Ｎｍ／ＴＨＭ、
使用してＯＤが０．４、着熱効率は９０％であった。

［本発明の効果］本発明によれば酸素ランスに設けた２次燃焼用ノズルか
らの酸素によるＣＯガスの燃焼また製錬炉の炉壁及び炉
底に設けた羽口からの撹拌用ガスの吹き込みにより、製
錬炉の発生ガスの酸化度を０．４乃至０．８に調整して
前記ガスの湿度を３００乃至１１００℃、予備還元率を
３０％以下とすることができるので、製錬炉の熱効率を
向上させ同時に溶融還元装置の余剰エネルギーを製鉄所
全体のエネルギーバランスに見合った適正なものとする
ことが出来る。また予熱予備還元炉の排ガスから細粒も
しくは粉状の鉱石を分離して前記鉱石をキャリアーガス
とともに前記羽口もしくは酸素ランスの専用ノズルから
から吹き込むので熱効率が向上し粗大粒混入による操業
トラブルを解消することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の溶融還元法に用いられるプロセスの説
明図、第２図は本発明による排ガスの酸化度（ＯＤ）と
余剰エネルギーとの関係を示すグラフ図、第３図は本発
明と従来例とを比較したＯＤと炭材原単位、余剰エネル
ギー及び副生ガスとの関係な夫々示すグラフ図、第４図
は熱効率の良否、操業トラブルの大小と発生頻度との関
係を夫々示すグラフ図である。１０・・・製錬炉、１１・・・鉄浴、１２・・・スラグ
層、１４・・・原料用シュート、１５　・・・ガス導管
、１６・・・第１の分離装置、２１・・・酸素ランス、
２２．２３．２４・・・ノズル、２５．２６・・・羽口
、２７．２８・・・加圧装置、３０・・・予熱予備還元
炉、３５・・・第２の分離装置、４０・・・予熱装置、
４１・・・切り換え弁、４２・・・閉止弁、４５・・・
第３の分離装置。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鉱石を流動層型の予熱予備還元炉で予熱、予備還
元して炭材、造滓材とともに製錬炉に装入し、上吹き酸
素ランスから酸素を吹き込むとともに、製錬炉の側壁及
び炉底に設けられた羽口から撹拌用ガスを吹き込んで鉱
石を溶融還元する方法であつて、前記製錬炉から予熱予
備還元炉に導入されるガスの温度を３００乃至１１００
℃、前記製錬炉で生成するガスの酸化度、［（Ｈ＿２Ｏ＋ＣＯ＿２）／（Ｈ＿２＋Ｈ＿２Ｏ＋ＣＯ
＋ＣＯ＿２）］を０．４乃至０．８、予熱予備還元炉で
の予備還元率を３０％以下として、前記予熱予備還元炉
からキャリーオーバーする鉱石の微粒子を排ガスと分離
し、分離された前記微粒子の一部または全部を前記予熱
予備還元炉に戻し、その残余があるときはこれを予熱さ
れた高温状態のまま、単味または粉炭材と混合して前記
羽口または酸素ランスに設けた専用のノズルから製錬炉
内に吹き込むことを特徴とする溶融還元法。
（２）予備還元された粗粒及び微粒の鉱石を混合して上
方から製錬炉に重力落下により装入することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載の溶融還元法。
（３）粗粒または塊状の炭材を製錬炉に上方から重力落
下により装入することを特徴とする特許請求の範囲第１
項乃至第２項のいずれか１項に記載の溶融還元法。
（４）鉱石を流動層型の予熱予備還元炉で予熱、予備還
元して炭材、造滓材とともに製錬炉に装入し、脱炭用及
び２次燃焼用の酸素ノズルを有する上吹き酸素ランスか
ら酸素を吹き込むとともに、製錬炉の側壁及び炉底に設
けられた羽口から撹拌用ガスを吹き込んで鉱石を溶融還
元する装置あって、粉体吹込用のノズルを有する前記酸
素ランスと、前記製錬炉の排ガスから粉体を分離する第
１の分離装置と、前記予熱予備還元炉の排ガスから粉体
を分離する第２の分離装置と、前記第２の分離装置の排
ガスと原料供給装置から導入される鉱石を予熱する予熱
装置と、前記予熱装置４０の排ガスから微粒の鉱石を分
離する第３の分離装置と、を具備することを特徴とする
溶融還元装置。