JPH01205018A - 溶融還元法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 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１、高炉製銑法に代わるものであり、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
スラグまな（ｉフォーミング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６
０％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′５：３
０％以上にする場合には、製錬炉の排出ガスの酸化度［
（ＨｚＯ＋ＣＯ＋）／（Ｈｚ＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ＋Ｃ（ｈ＞
以下、これを単にＯＤと略記する］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、
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
、従来でも炉上部壁から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、排ガス顕熱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
の還元反応を促進することにより、製造される溶銑ｔｏ
ｎ当たりのエネルギー、炭材および酸素の原単位を下げ
ることに成功したが、一方、排ガスの酸化度は高くなり
、低カロリーガス（ｌ００ＣＩ−１５００ｋｃａｌ／Ｎ
ｍ３）が大量に生成され、コークス炉ガス（４００Ｃ１
〜５０００ｋｃａ　ｌ／Ｎｍ３）を期待出来ない製鉄所
にあってはエネルギーバランス上問題が生じる虞がある
。また、積極的に高カロリーガスを生成させ、余剰エネ
ルギーを創生することはエネルギー事情によっては望ま
しいことであると考えられる。

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、予備還元工程
を省略し、かつ、高カロリーのカスが得られる、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ズム及
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、 Ｆｅ２　０３　　＋３Ｃ−＝　　　２Ｆｅ＋３ＣＯで表
される９−（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すき、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積極的に拡散
させ、溶湯中のＣによる鉄鉱石の還元作用を促進させる
６ （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羽
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
て高カロリーガスとして製鉄所内外に供給することが出
来る。

また、前記予熱装置に代えて予熱予備還元炉を設けて、
酸化度を低下させた前記排出ガスを高温のまま除塵した
後、これに導入して鉄鉱石を予熱、予備還元還元するこ
とも出来る。これによりさらに−層、溶融還元による溶
銑の製造効率を高めることが出来る。なお予熱装置また
は予熱予備還元炉に導入される前記排ガスの温度は３０
０℃乃至１３００℃とされるが、前記温度が３００℃未
満では予熱の効果を期待することが出来ず、また、１３
００℃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、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 ［＝　（Ｈ２Ｏ＋ＣＯ□）／（Ｈ２＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ＋Ｃ
Ｏ２）］を帆５乃至１．０とし く４）前記製錬炉の上部に設けられた排ガス導管の上部
から塊状または粒状の炭材を重力落下させて、炉内の発
生ガスを改質して炉外に排出する、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（ＤＣＯ□）、２次燃焼用
（ＰＣＯ２）の酸素をそれぞれ噴出するノズル２２．２
３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
説明する予熱装置３０か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塊状または粒状の炭材を
投入する装入口２９が設けられている。また、前記排ガ
スが導入されて鉄鉱石を予熱する予熱装置３０と、前記
予熱装置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、Ａ　ｒ　、　Ｎ　２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１
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
から予熱装置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１！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
熱装置３０に向かうが、前記排ガス用導管１５の上部に
設けられた投入口２９から製錬炉に向けて自然落下によ
り投入される塊状または粒状の炭材と向流されて、前記
排ガスが改質される。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、高カロリーのガスとなって予熱装置３
０に導入される。予熱装置３０で鉄鉱石を予熱した後、
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口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で分離され
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
れて羽口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。羽口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１
２の鉄鉱石の還元は、大部分溶湯中の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か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、−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る。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
によるや 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ど耐火物の温度が上が
り過ぎるため冷却ガス（Ｃ３Ｈ８）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０□吹き込み
を行った比較例について、設定したＯＤ［ＰＣＯ□／（
ＤＣ０２＋鉱石中０２＋炭材中０２＋原料付着水＋炭材
中８２（１／２））　］に対する実際のＯＤ（実測〉を
調べた結果を示すもので、酸素底吹きにより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すぎると良好
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図は横吹きガス量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量５０
ｔ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がら、溶
湯中のＰの低減を図ることがで淋る。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前述の通り排ガス導管
１５の上部に設けられた投入口２９から粉状の炭材をカ
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、
高カロリーのガスを得ることができる。こうすることに
より、従来のように溶融還元装置の建設費に大きな比重
を占める予熱予備還元炉を設ける必要がなく、また製錬
炉の操業は予熱予備還元炉に対する低酸化度の排ガス供
給を考えることなく、自由な操業を行うことが出来る。

次に本実施例にもとづく具体的数値を第１表に挙げる。

この表は前記第５．６図を得たときと同様の操業条件で
得られたもので、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ＯＤ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°
Ｃ乃至１３００℃とし、さらに炉頂部付近から塊状また
は粒状の炭材を装入するので、溶融還元装置の着熱効率
を向上させ、かつ、高カロリーの排ガスを得ることが出
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
のガス流れを示す模式図、第３図は横吹き羽口と底吹き
羽口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
熱装置、３５・・・分離装置、４１・・・切り替え弁、
４２・・・閉止弁。 第２図 Ｑ２　　０．３　　　０，４　　０，５　　０．６　　
０．７１１４図 １図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）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）前記製錬炉の上部に設けられた排ガス導管の上部
   から塊状または粒状の炭材を重力落下させて、炉内の発
   生ガスを改質して炉外に排出する、ことを特徴とする溶
   融還元法。 ２）前記製錬炉の炉外に排出された排ガス温度を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。