JPH01205017A

JPH01205017A - 溶融還元法

Info

Publication number: JPH01205017A
Application number: JP63028584A
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: 1988-02-09
Filing date: 1988-02-09
Publication date: 1989-08-17

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および還元材として用い、鉄鉱石
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
法に関する。

［従来の技術］溶融還元法は、高炉製銑法に代わ、るものであリ、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
要であるという欠点を解消すべく、近年に至り開発され
たものである。従来の溶融還元法においては、鉄鉱石は
製錬炉からの排ガスで予備還元され、炭材、造滓剤とと
もに製錬炉内に装入され、また酸素ガスまたは攪拌用ガ
スが前記製錬炉内に吹き込まれる！こうして炭材が、予
め装入されである溶銑に溶解されるとともに、炭材の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、鉄鉱石が炭材中の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
スラグまたはフォーミンク状の粒鉄に伝達され、次いで
溶銑に伝達される。こうして、鉄鉱石が還元されて溶銑
が製造されるが、製錬炉における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６１−４３４０６　）［発明が解決しようとする
課題］しかしながら、製錬炉における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３０％
以上にする場合には、製錬炉の排出ガスの酸化度［（Ｈ
２０＋Ｃ０２）／（Ｈ２＋Ｈ２０＋ＣＯ＋Ｃ０２）以下
、これを単にＯＤと略記するコを下げる必要がある。こ
うすると前記排ガス量は必然的に増加することになり（
例えば特公昭６ｌ−４３４０６）　、これは当然製造コ
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の低い排出ガスを必要とし、がつ
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とることが難しい
。このことは必然的に製錬炉の自由度を大きく制限する
。また、鉄鉱石のスラグ中での溶解速度を上げ鉄鉱石の
還元処理速度を向上させるため、炉内のＣｏガスを２次
燃焼させ、その熱を利用するという方法が考えられ、従
来でも炉上部壁がら２次燃焼用ｏ２ガスを吹き込む方法
がとられている。しかし従来では２次燃焼比をあげると
排ガス温度は上昇するものの、排ガス型態を溶湯へ伝達
する技術がなく、この結果、着熱効率が低下し、高温排
ガスを排出せざるをえない、そしてこのような高温排ガ
スは炉内壁耐火物を激しく損耗させるという大きな問題
があり、このため排ガスの酸化度はあまり上げられない
というのが一般的な考え方であった。

本発明により、後に詳記するように、製錬炉内の鉄鉱石
の還元反応及び２次燃焼を促進することにより排ガスの
酸化度を上げることに成功したが、一方、酸化度が高く
なった排ガスは、予熱予備還元炉に導入された場合、実
用的に十分高い還元率で鉄鉱石を還元することが出来な
い虞がある。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、
溶銑またはスラグへの着熱効率を高めて、かつ、高い予
熱予備還元率の得られる、操業性の良好な溶融還元法を
提供しようするものである。

［課題を解決するための手段及び作用］製錬炉内の着熱
効率を高め、鉄鉱石の還元反応を促進させるという上記
の問題について、本発明者等は溶融還元のメカニスム及
びこれに対応した具体的な手段について検討を重ねたも
のであり、この結果、次のような事実を見出した。

■上述したように、従来では着熱効率向上に対る技術的
限界や耐火物の損耗の面で２次燃焼比を大きく上げられ
ないというのが基本的な考え方であるが、２次燃焼を主
にスラグ中で生じさせるように酸素を吹き込み、かつス
ラグを強攪拌することにより、高２次燃焼を確保しつつ
着熱効率を効果的に高めることが出来る。このような高
２次燃焼、高着熱効率により、スラグ及びスラグ中の鉄
鉱石の温度が高くなり、Ｆ　ｅ２ｏ、　＋　３Ｃ→２　Ｆ　ｅ　＋３ＣＯで表さ
れるＣ（溶湯中のＣ）による鉄鉱石の還元速度を効果的
に高めることが出来る。

■従来法では、還元処理の一時期または全期間、酸素の
底吹きを行っている例があるが、このような酸素の底吹
きは２次燃焼に有害である。即ち、酸素を底吹きすると
溶湯中で大量のＣＯガスを生じさせて溶湯を強攪拌し、
この結果、溶湯スプラッシュが２次燃焼域に達し、この
溶湯スプラッシュに含まれるＣが酸素と反応することに
より２次燃焼が阻害される。したがって還元期間の一部
または全部を問わず、酸素を底吹きすることは避ける必
要がある。

本発明は、このような知見にもとづき、次のような条件
を規定し、これにより高い処理速度での還元処理を可能
ならしめたものである。

（イ）攪拌ガスの底吹きと横吹きの組み合わせにより、
溶湯をスラグ中の鉄鉱石の存在する領域に′ｖＸｆｉ的
に拡散させ、溶湯中のＣによる鉄鉱石の還元作用を促進
させる。

（ロ）所定レベル以上の酸化度が得られるよう、脱炭用
酸素とは別に２次燃焼用酸素のの吹き込みを行う、そし
て、この２次燃焼用酸素を上吹きランスからスラグ中に
吹き込んで２次燃焼領域をスラグ中に形成させ、且つ横
吹きガスによりスラグを強攪拌し、２次燃焼により生じ
た熱を鉄鉱石に着熱させる。

（ハ）溶湯中Ｃによる還元作用及び上吹き酸素による２
次燃焼が阻害されないようにするため、横吹きガス及び
底吹きガスはｃｏまたは不活性ガスとし、酸素は使わな
い。

これに加えて本発明によ溶融還元法は前記製錬炉の炉口
付近の炉内壁または排ガス用のガス導管に設けられた投
入口から粉状の炭材または水蒸気を吹き込み、炉内の発
生ガスを改質して、製錬炉の排出ガスの酸化度を低下さ
せて高温のまま除塵した後、予熱予備還元炉に導入し、
高い予備還元率を得ることが出来る。なお予熱予備還元
炉に導入される前記排ガスの温度は３００℃乃至１３０
０°Ｃとされるが、前記温度が３００°Ｃ未満では予熱
の効果を期待することが出来ず、かつ、ガス改質中にタ
ールトラブルが発生する虞がある。また、１３００℃を
超えると設備の耐火性の問題が生じる。

すなわち、この発明による溶融還元法は、予熱予備還元
炉により予熱、予備還元された鉱石を炭材および造滓剤
とともに、製錬炉に装入し、底吹き羽口及び横吹き羽目
から不活性ガス、ＣＯまたはプロセスガスを吹き込む溶
融還元法であって、（１）先端がスラグ層の上面付近乃
至下面付近のレベルにある上吹き酸素ランスより脱炭用
酸素および二次燃焼用酸素を吹き込み、り２）前記横吹き羽口からのガス流れの少なくとも一部
が前記底吹き羽目から吹き込まれたガスにより盛上がっ
た溶湯部分に当なるようにし、（３）前記製錬炉内ガス
の酸化度［−（Ｈ２０＋Ｃ０２）／（Ｈｚ＋Ｈ２０＋ＣＯ＋ＣＯ
□）］を０．５乃至１．０としく４）前記製錬炉の炉口付近の炉内壁またはガス導管に
設けられた装入口から粉状の炭材または水蒸気を吹き込
み、炉内の発生ガスを改質して製錬炉の排出ガスの前記
酸化度を帆５未満とする、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プロセスの説
明図である。製錬炉１０内には鉄浴１１及びスラグ層１
２が形成され、副原料である炭材及び造滓剤が装入され
る第１のシュート１３が前記製錬炉の上部に設けられて
おり、上吹き酸素ランス２１が炉内に鉛直に挿入される
。

前記ランスには脱炭用酸素（ＤＣＯ２）、２次燃焼用（
ＰＣＯ２）の酸素をそれぞれ噴出するノズル２２．２３
が設けられ、また、製錬炉の側壁または炉底にはそれぞ
れ不活性ガス、ｃｏまたはプロセスガスを攪拌用ガスと
して吹き込む横吹き羽口２５、底吹き羽口２６が設けら
れている。製錬炉１０の上方には原料である鉄鉱石、副
原料である炭材及び造滓剤等がよく知られた通常の原料
供給装置（簡明のため特に図示せず）もしくは後に説明
する予熱予備還元炉３０からら自然落下により製錬炉に
装入される第２のシュート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の上部には排ガス改質用の水蒸気または粉状の
炭材をキャリアーガスとともに吹き込む装入口２９が設
けられている。また、前記排ガスが導入されてこれを高
温のまま除塵する除塵器３１と、この除塵器からの排ガ
スが導入されて鉄鉱石を予熱する予熱予備還元炉３０と
、この排ガスを受けてこれに含まれる鉄鉱石の微粒を除
去する分離装置３５と、が設けられている。前記分離装
置３５から分離された鉄鉱石の細粒または粉体を、Ａｒ
、Ｎ２等のキャリアガスとともに混合し、かつ加圧して
横吹き羽口２５、底吹き羽口２６から吹き込むため、混
合、圧送の手段として加圧装置２７が設けられている。

以上、のように構成された溶融還元装置を用いる溶融還
元法について説明する。原料である鉄鉱石は上記供給装
置から予熱予備還元炉３０に入り、ここで予熱された後
、第２のシュート１４から重力落下により製錬炉１０に
装入される。炭材及び造滓剤は第１のシュート１３から
重力落下により製錬炉１０に装入される。製錬炉１０内
では溶湯による鉄浴１１とスラグ層１２が形成され、こ
こで発生したガスは後に詳述する炉内反応によりその酸
化度は高くされる。このガスは排ガス用導管１５を上昇
して予熱予備還元炉３０に向かうが、前記排ガス用導管
１５の上部に設けられた装入口２９から製錬炉に向けて
吹き込まれる水蒸気または粉状の炭材と向流されて、前
記排カスが改質される。すなわち、上記のように炉内反
応により酸化度の高くなった炉内ガスは前記改質により
酸化度は低下されて予熱予備還元炉３０に導入される。

ここで予熱、予備還元された鉄鉱石は第２のシュート１
４から製錬炉に導入され、一方、排ガスは分離装置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、もしくはプ
ロセスガスとして羽目２５．２６から吹き込まれる攪拌
用ガスとして、または粉体吹き込み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ガス導管１５に導
入されて製錬炉からの排ガスに混合され、予熱装置３０
に導入されるガスの温度調節に使用することも可能であ
る。前記分離装置３５ズ′分離された細粒もしくは粉状
の鉄鉱石は一部は予熱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に送られ、ここでキ
ャリアガスと混合された後、加圧されて羽目２５．２６
から製錬炉に吹き込まれる。次いで、製錬炉内へのガス
吹き込みと炉内反応との関係について、第２図乃至第６
図を参照しながら詳しく説明する。第２図は第１図にお
ける吹き込みガスの挙動を模式的に示したものである。

還元処理中は、その初期から終期に至るまで上吹きラン
ス２１、横吹き羽口２５及び底吹き羽口２６からガスの
吹き込みが行われる０羽目２５．２６からのガス吹き込
みは、両者の協働作用により溶湯をスラグ中に拡散させ
、還元速度を飛躍的に高める効果をもたらす、　前述し
たように、本発明者等はスラグ層１２の鉄鉱石の還元は
、大部分溶渦中のＣを還元物質として進行するという事
実を解明し、これに基づき溶湯を強攪拌してスラグ層（
鉄鉱石が浮遊する領域）中に積極的に拡散させて還元速
度を高めようというものである。このため本発明は、底
吹き羽口２６から攪拌ガスを供給して溶湯面に隆起部（
Ａ）を形成し、同時に、横吹き羽口２５がらガス流の少
なくとも一部が上記溶湯隆起部（Ａ）に当たるようにし
て攪拌ガスを供給するものであり、この横吹きガスによ
り溶湯隆起部（Ａ）の溶湯がスラグ中に飛散することに
なる。スラグの見掛は比重は通常０．１〜０．５であり
、一方鉄鉱石の嵩比重は１〜３前後であり、従ってスラ
グ中の鉄鉱石は、スラグ下部領域に集中して浮遊してい
る。上記のように溶湯隆起部を横吹きガスで飛散させる
と、この飛散溶湯は、鉄鉱石が存在するスラグ層１２の
下部領域に拡散し、この拡散溶湯中のＣが鉄鉱石を還元
し、高い還元速度が得られる。このような効果を得るた
めには横吹きガスが製錬炉の上下方向及び水平方向にお
いて成るべく正確に上記溶湯隆起部（Ａ）に当たるよう
にすることが好ましく、水平方向においては第３図（ａ
）、及び（ｂ）に示すような位置関係で羽口２５．２６
を設けることが好ましい、また、底吹き及び横吹きとも
比較的多量のガスを吹き込み、強攪拌を行う必要がある
ことは言うまでもないが、その吹き込みガス量は溶湯量
、溶湯深さ等に応じて決定されろ。横吹きガスは、上述
したような溶湯の拡散作用に加え、２次燃焼領域が形成
されるスラグの攪拌作用をも行うものであり、これにつ
いては後述する。本発明で使用される横吹きガス及び底
吹きガスは、不活性ガス（Ｎ２　、Ａｒ等）、Ｃｏまた
はプロセスガスに限定され、ｏ２は使用されない。これ
は次のような理由による。先ず、横吹きガスに酸素を用
いると、鉄鉱石還元のために飛散させた溶湯中のＣによ
る還元作用を阻害してしまうという基本的な問題がある
。加えて酸素を使用した場合、耐火物の温度が上昇し、
耐火物の損耗という問題を生じる。また、底吹きガスに
酸素を用いると、上述したように溶湯中で大量のＣＯガ
スを生じさせて溶湯を強攪拌し過ぎ、この結果、溶湯の
スプラッシュが２次燃焼領域（第２図参照）に達し、溶
湯中Ｃが後述する２次燃焼用酸素と反応して２次燃焼が
阻害されてしまう。加えて、酸素を使用すると底吹き羽
口なと耐火物の温度が上がり過ぎるため冷却ガス（Ｃ３
Ｈ８）を添加する必要があり、これも底吹きガス量を増
大させ、強攪拌→溶湯スプラッシュの発生を過大に助長
することになる。第４図はＮ２底吹きを行う本発明と、
Ｎ２に代え０２吹き込みを行った比較例について設定し
たＯＤ［ＰＣＯ□／（ＤＣＯ□＋鉱石中０２＋炭材中０□
＋原料付着水＋炭材中水素（１／２））］に対する実際
のＯＤ（実測）を調べた結果を示すもので、ｏ２底吹き
により２次燃焼が阻害されていることが示されている。

なお、攪拌ガスであるＣＯやＮ２．Ａｒ等の不活性ガス
は、単独または混合して使用することが出来る。

本発明では、２次燃焼領域を主としてスラグ内に形成さ
せつつ高２次燃焼を実現させるものであり、このように
２次燃焼領域をスラグ内に形成しかつ横吹きガスによっ
てスラグを強攪拌することにより、高２次燃焼を確保し
つつ高い着熱効率を得ることが出来る。したがって、上
記２次燃焼用酸素は、主としてスラグ内に２次燃焼領域
が形成されるようスラグ中に吹き込まれることが必要で
ある。具体的には上吹きランスの高さがスラグや溶湯レ
ベルに対し適度なレベルに設定されることが必要である
。すなわち、上吹きランス２１はそのノズル孔高さをス
ラグ面上方あるいはスラグ面下とすることができるが、
その高さが高過ぎると２次燃焼領域がスラグ内に形成さ
れなくなって、着熱効率が低下するという問題があり、
またランス高さが低過ぎると２次燃焼領域が適正に形成
されなくなる。第５図はランス先端のスラグ面（フォー
ミングレベル）からの高さと着熱効率との関係を示すも
ので、ランス高さがスラグ面にたいして高過ぎると良好
な熱効率が得られなくなることが示されている。また、
第６図は横吹きガス１と着熱効率との関係との関係を示
すもので、横吹きガスを大量に吹き込み、スラグ層を強
攪拌することにより良好な着熱効率が得られることが解
る。第５図及び第６図を得たときの操業条件は容ｊｆＬ
５０ｔの製錬炉で、溶銑の生成速度は２８ｔ／ｈｒであ
る。本発明では高着熱効率が得られるため、ＯＤを上記
のように高くすることにより高い還元速度が得られるが
、これに加え、ＯＤを上げることにより炭材（主として
コークス）の添加量を低く抑えることが出来、この結果
、炭材の原単位を低減を図ることができるとともに、溶
湯中のＰ成分の殆どが炭材により持ち込まれることから
、溶湯中のＰの低減を図ることができる。また、ＯＤが
高くなると、気化脱硫現象が活発になり、溶湯中のＳも
低下する。このような観点からも本発明ではＯＤは０．
５以上とする。ＯＤの上限は１．０であるが、ＯＤは大
きい程望ましい、上記のようにして、ＯＤが高くされた
、すなわち低カロリーとされたガスを排ガス導管１５の
上部に設けられた装入口２９から粉状の炭材をキャリア
ーガスとともに吹き込み、炉内の発生ガスを改質して、
製錬炉の排出ガスの前記酸化度を０．５未満とし、これ
を予熱予備還元炉に導入して、鉄鉱石を効率よく予備還
元することができる。

次に本実施例にもとすく具体的数値を第１表に挙げる。

これは前記第５．６図を得た得たときの操業条件と同様
で、排ガスを改質した場合と、しない場合について比較
したちのでる。この表に示されているように、ガス改質
を実施した場合には、実施しない場合に比べて排ガスの
○Ｄは低くなり、その温度は低下していることがわかる
。

第　　１　　表［発明の効果］本発明によれば、上吹き酸素ランスの脱炭用、２次燃焼
用の酸素ノズルから、直接、スラグ層に酸素を吹きこみ
、また、製錬炉の炉壁及び炉底に設けた羽口からガス吹
き込みを行って強攪拌し、製錬炉の発生ガスの酸化度を
０．５乃至１．０に調整して前記ガスの温度を３００℃
乃至１３００℃とし、さらに炉頂部または排ガス導管か
ら水蒸気または粉状の炭材を吹き込むので、溶融還元装
置の着熱効率を向上させ、かつ、高い予備還元率を得る
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溶融還元装置
のプロセスの説明図、第２図は第１図における製錬炉内
のガス流れを示す摸弐図、第３図は横吹き羽口と底吹き
羽目との位置関係を示す説明図、第４図は設定ＯＤに対
する実測ＯＤを示すグラフ図、第５図はランス高さと着
熱効率の関係を示すグラフ図、第６図は横吹きガス量と
着熱効率との関係を示すグラフ図である。１０・・・製錬炉、１１・・・鉄浴、１２・・・スラグ
層、１３・・・第１のシュート、１４・・・第２のシュ
ート、１５・・・ガス導管、２１・・・酸素ランス、２
２．２３．２４・・・ノズル、２５．２６・・・羽口、
２７・・・加圧装置、２９・・・装入口、３０・・・予
熱予備還元炉、３１・・・除塵器、３５・・・分離装置
、４１・・・切り替え弁、４２・・・閉止弁。

Claims

【特許請求の範囲】１）予熱予備還元炉により予熱、予備還元された鉱石を
炭材および造滓剤とともに、製錬炉に装入し、底吹き羽
口及び横吹き羽口から不活性ガス、ＣＯまたはプロセス
ガスを吹き込む溶融還元法であって、（１）先端がスラグ層の上面付近乃至下面付近のレベル
にある上吹き酸素ランスより脱炭用酸素および二次燃焼
用酸素を吹き込み、（２）前記横吹き羽口からのガス流れの少なくとも一部
が前記底吹き羽口から吹き込まれたガスにより盛上がっ
た溶湯部分に当たるようにし、（３）前記製錬炉内ガス
の酸化度［＝（Ｈ＿２Ｏ＋ＣＯ＿２）／（Ｈ＿２＋Ｈ＿２Ｏ＋Ｃ
Ｏ＋ＣＯ＿２）］を０．５乃至１．０とし（４）前記製錬炉の炉口付近の炉内壁またはガス導管に
設けられた装入口から粉状の炭材または水蒸気を吹き込
み、炉内の発生ガスを改質して製錬炉の排出ガスの前記
酸化度を０．５未満とする、ことを特徴とする溶融還元
法。２）前記予熱予備還元炉に導入される前記排ガス温度を
３００℃乃至１３００℃と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）前記製錬炉の排出ガスを高温のまま除塵した後、予
熱予備還元炉に導入することを特徴とする特許請求の範
囲第１項もしくは第２項に記載の溶融還元法。