JPH01205019A

JPH01205019A - 溶融還元法

Info

Publication number: JPH01205019A
Application number: JP63028586A
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
Anticipated expiration: 2012-10-27
Also published as: JP2668913B2

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傳拌用ガス
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。溶銑がら発生する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Ｃ０２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＋ＣＯ２）／（Ｈ２＋Ｈ２０＋ＣＯ＋ＣＯ２）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ｇＡ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、鉄鉱石の還元処理速度を向上させ、装入炭材
の単位重量当たりの鉄鉱石還元量を増大させるため、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０２
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、操業性の良好な生産性の高い
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３ｆＦ、、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、Ｆｅ２０３　＋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９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３１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債権的に拡散
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る溶融還元法は前記予熱予備還
元炉内に設けられた羽口からガス改質材として粉状の炭
材または水蒸気を吹き込み、炉内の発生ガスを改質して
、高い予備還元率を得ることが出来、同時に顕然の大き
なガスを回収することが出来る。なお、製錬炉内のガス
温度は４００°Ｃ乃至１３００°Ｃとされるが、前記温
度が４００℃未満では、排ガスが予熱予備還元炉に導入
されるまでの温度降下を考えると予熱の効果を期待する
ことが出来ないばかりでなく、後述のタールトラブルが
発生する虞があり、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［＝　（Ｈ２０＋ＣＯｚ）／（Ｈ２＋Ｈ２０＋ＣＯ＋Ｃ
Ｏ２）］を０．５乃至１．０その温度を４００℃乃至１
２００℃とし、（４）前記予熱予備還元炉にガス改質材
を装入して、予熱予備還元炉に導入された前記ガスを改
質して、その酸化度を０．５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
酸素（Ｐ　ＣＯ２）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ｌＯ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（ＷＪ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。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Ｗ
３５と、が設けられている。前記予熱予備還元炉３０の
上部には、ここに導入された排ガスを改質する改質材の
装入口２９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２
５、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から除塵器３１を経
て予熱予備還元炉３０に入るが、予熱予備還元炉３０の
上部に設けられた装入口２９から装入される改質材と混
合されて改質される。この場合、改質材が炭材で、これ
が塊状または粒状であるときは重力落下により装入され
る。また、これが粉状であるときはキャリアーガスとと
もに装入する方法が、粉状の炭材がよく分散されて、予
熱予備還元炉内のガスの酸化度ＯＤを下げるために効果
的である。改質材に水蒸気を使用する場合は重味または
粉状の炭材とともに装入される。また、装入炭材による
タールトラブルを避けるため、炭材装入口２９付近の温
度は３００°Ｃ以上であることが必要で、炭材銘柄によ
っては５００　’Ｃ以上必要な場合がある。　１２００
℃を超えると予熱予備還元炉の耐熱性による問題が生じ
る。上記タールトラブルを避けるため、石炭を乾溜して
揮発分をなくしたチャーを使用することも考えられるが
、この方法は炭材原単位及び発生ガス量の増大、チャー
製造のための設備費増、または回収ガス顕熱の過剰を招
き、望ましい方法ではない、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予熱予
備還元炉内で酸化度は０．５未満に低下され、鉄鉱石は
ここで効率よく予熱、予備還元される。この鉄鉱石は第
２のシュート１４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鉄鉱石
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、除塵装置３１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または羽口２６から製錬
炉に吹き込まれる０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１２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Ｎ（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、一方鉄鉱石の嵩比重は１〜３
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（Ｎ
２　、Ａｒ等）、ＣＯまたはプロセスガスに限定され、
０２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Ｃ
Ｏ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（
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ｏ２吹き込みを行った比較例について
、設定したＯＤ［＝ＰＣＯ□／（ＤＣＯ２＋鉱石中０２
＋炭材中０２＋原料付着水十炭材中０２＋（１／２）炭
材中水素）］に対する実際に実測したＯＤを調べたた結果を示すもの
で、０２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（）オー
ミンクレベル）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
な着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、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０
本発明では高着熱効率が得られるなめ、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
材の原単位の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予熱予備還元炉３０の
上部に設けられた羽口２９から炭材を装入して、予熱予
備還元炉内のガスを改質して、このガスのＯＤを０．５
未満とし、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づく具体的数値を第１表に挙げる。

この表は前記第５図、第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ものである。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４００℃
乃至１３００℃とし、さらに予熱予備還元炉に水蒸気ま
たは炭材を装入するので、溶融還元装置の着熱効率、鉄
生産性を向上させ、かつ、高い予備還元率を得ることが
出来、また予熱予備還元炉へ供給されるガスの酸化度は
製錬炉の操業状況とは独立に調整可能となるので、製錬
炉の操業の自由度は大幅に向上する。

【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・・・ノズル、２５．２６・・・羽口、２７・
・・加圧装置、２９・・・装入口、３０・・・予熱子ａ
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その温度を４００
℃乃至１３００℃とし、（４）前記予熱予備還元炉にガ
ス改質材を装入して、予熱予備還元炉に導入された前記
ガスを改質して、その酸化度を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装入するガス改質材が塊状ま
たは粒状の炭材であることを特徴とする請求項１に記載
の溶融還元法。３）前記予熱予備還元炉に装入するガス改質材が粉状の
炭材であることを特徴とする請求項１または２に記載の
溶融還元法。４）前記予熱予備還元炉に装入するガス改質材が炭材で
あり、予熱予備還元炉に設けられた炭材装入口付近の温
度を３００℃乃至１２００℃とすることを特徴とする請
求項１乃至３のいずれかに記載の溶融還元法。５）前記炭材装入口またはその付近に設けられたノズル
から酸素含有ガス、不活性ガスまたはプロセスガスを前
記炭材の供給時に吹き込むことを特徴とする請求項１乃
至４のいずれかに記載の溶融還元法。