JPH01208410A - 酸化鉄原料の溶融還元方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、鉄鉱石等の酸化鉄原料を炭素質物質、酸素含
有物質および造滓剤とともに溶融還元炉に供給して溶銑
を製造する方法に関し、詳細には炭素質物質として例え
ば天然ガス（以下ＬＮＧという）の様なガス状炭素質物
質を使用することによって造滓剤使用量やスラグ生成量
を大幅に低減することに成功した酸化鉄原料の溶融還元
方法に関するものである。

［従来の技術］ 高炉性以外の銑鉄製造技術として、いわゆる溶融還元製
鉄法が脚光を浴びつつあり、これまでＣ０ＲＥＸ法、Ｘ
Ｒ法、ＳＣ法、Ｃ０ＩＮ法等、多くのプロセスが開発さ
れてきた。

溶融還元製鉄法の１般的プロセスは、溶融還元炉で発生
したＣｏ主体の高温ガスを熱源および還元剤として予備
還元炉に供給し鉄鉱石の一部または必要によりその大部
分を還元して予備還元鉄を製造する一方、溶融還元炉に
は炭素質物質および酸素含有ガスを吹と込んで熱源およ
び還元ガスの供給を行ないつつ、前記予備還元炉から導
入されてくる予備還元鉄の溶融並びに最終還元を実施し
て銑鉄を製造するものである。

この様な溶融還元製鉄法の公知技術としては、例えば、
（１）予備還元炉で得られた予備還元鉄を溶融還元炉へ
装入し、該溶融還元炉に形成された鉄浴に石炭および酸
素を吹込み、発生ガスの一部を浴上で燃焼（ポストコン
パッション）させつつ鉄鉱石を溶融還元し、ここから導
出されるガスを改質して予備還元炉に導入する方法（特
開昭５９−２２２５０８号）、（２）鉄鉱石を予熱し、
さらに予備還元炉で予備還元した後、炭素質物質、酸素
、造滓剤とともに溶融還元炉に供給してさらに一部を二
次燃焼させ、溶融還元炉にて生成した鉄浴を加熱すると
ともに同時に生成した還元ガスを熱回収並びに脱炭酸す
ることによって酸化度を調整し、予備還元炉に導入して
予備還元率を制御する方法（特開昭６０−１４５３０７
号）、さらには上記２つの公知技術とは若干原理が異な
るが、（３）予備還元炉を有しない転炉（鉄浴式溶融還
元炉）内に鉄鉱石および炭素源から成る団鉱および生石
灰を加えつつ酸素吹錬を行なって銑鉄を得る方法（特公
昭５７−４０８８３号）等を挙げることができる。

［発明が解決しようとする課題］ この様な鉄浴式溶融還元炉操業においては、炭素質物質
（特にこれらの方法においては経済性を重視することか
らエネルギーの乏しい低品位石炭等の安価な燃料が使用
される）によって持ち込まれる大量の硫黄分の除去、ス
ラグフォーミングの抑制及び炉体耐火物の保護等を目的
として石灰石や生石灰等からなる造滓剤を多量に添加し
なければならない。即ちこれら造滓剤は脱硫剤並びにス
ラグフォーミング防止の為の冷却剤として機能するもの
であり、さらに耐火物の保護という観点からすればスラ
グを塩基性に富んだものとすることが要求されるので、
前記造滓剤は塩基度調整剤としての側面も重視される。

しかるに鉄鉱石等の酸化鉄原料中に含まれる３〜１５％
の脈石分、及び炭素質物質中に含まれる５〜１５％の灰
分は、銘柄によって若干相違するもののその殆んどが酸
性成分である珪石分で構成されており、塩基性成分は掻
く僅かである。その為、スラグは酸性側に偏る傾向にあ
り、こうした傾向を相殺して塩基性スラグを形成する為
には大量の塩基性造滓剤の没入が必要となり、その結果
スラグ量も増加して溶融還元炉操業に対する負荷を著し
く増大させる結果となっている。

第８図はある鉄浴式溶融還元炉における二次燃焼率と石
炭原単位、石灰原単位およびスラグ量の関係を示したグ
ラフであり、後工程の溶銑脱硫及び精錬における負荷軽
減を考慮して溶銑中［５］濃度を０，１５％以下に保持
し得るように塩基度を調整した場合の値である。同図か
ら明らかなように、二次燃焼率の増加と共に石炭原単位
は低下し、これに伴ってインプットＳおよび灰分も減少
するので石灰原単位及びスラグ量も低下する。しかし例
えば同図中の＊印（スラグ、ｆ、＝７０）で示す曲線に
見られる如く、予備還元鉄の金属化率７０％、二次燃焼
率２５％という溶融還元炉操業としては比較的負荷の低
い条件下においてもスラグ量は２００　ｋｇ／Ｔにも達
しており、通常の転炉操業に比較して著しく高いスラグ
量となっている。

また、上述した溶融還元炉の多くの例では、大量の石炭
粉を鉄浴中にインジェクションしているが、その為には
塊状石炭の乾燥、破砕１粒度調整の各工程が不可欠であ
り、又底吹き羽口、配管、羽口周辺耐火物等の底吹き関
連設備のメンテナンス負荷も極めて大きいものとなって
いる。

他方、前記熔融還元炉操業は、予備還元工程と組み合せ
て行なうものが殆んどであり、もし予備還元工程を省略
することができれば、設備コストひいては生産コストを
低減する上で有利であるが、溶融還元炉単独プロセスの
提案はみられなかった。その理由は、溶融還元炉単独で
酸化鉄原料を溶融し、且つ十分に還元しようとすれば、
溶融炉に過大な負荷がかかり、特に還元力を顕著に高め
る手段が開発されていないからといえる。そこで−数的
には予備還元炉において酸化鉄原料をある程度還元し且
つ予熱した後溶融還元炉に導入する方式が採用されてい
る。尚こうした溶融還元炉における還元能力の不足は使
用される炭素質物質の特性に由来するところが大きいと
考えることができる。

本発明はこうした事情に着目してなされたものであって
、溶融還元炉操業における造滓剤原単位並びにスラグ生
成量を大幅に減少させて操業コストを低減すると共に、
溶融還元炉における還元能力を強化して予備還元なしで
も酸化鉄原料を一気に溶融還元し得る様な方法を確立す
ることによフて溶銑を経済的に製造しようとするもので
ある。

［課題を解決するための手段］ しかして上記目的を達成した本発明方法は、鉄鉱石等の
酸化鉄原料をガス状炭素質物質及び酸素含有物質と共に
溶融還元炉に供給し、且つ該ガス状炭素質物質の一部は
溶湯内へ吹込むことにより酸化鉄原料を還元すると共に
、ガス状炭素質物質あるいはその熱分解物等の燃焼熱を
溶湯に着熱して銑鉄を製造する点に要旨を有するもので
ある。

［作用］ 第１図は、溶鉄中のＣ濃度とスラグ中のＦｅＯ濃度の関
係を示すグラフであり、スラグ中のＦｅＯ濃度は溶鉄中
のＣ濃度の低下と共に上昇しＣが２％以下になるとＦｅ
Ｏ濃度は急激に増大する。溶鉄中のＦｅＯ濃度は鉄歩留
りの向上やスラグフォーミング防止の観点からは低い方
が望ましく、一方溶融還元炉において高い還元効率並び
に二次燃焼率を得る為には溶鉄中のＣ濃度が高い方が望
ましい。ただし耐火物保護の観点からは比較的低い操業
温度が望まれるので溶鉄中のＣｍ度を高め過ぎることは
好ましいことではない。こうした要請を満たす為には溶
鉄中のＣ濃度をおよそ２〜５％に制御することが望まれ
る訳であるが、従来使用されていた粉末状炭素質物質の
場合、溶鉄中への浸炭速度が小さく、たとえインジェク
ション法を採用しても溶銑中のＣｔａ度を上記レベルに
制御することは難しかった。

これに対し本発明では、炭素質物質としてＬＮＧの様な
ガス状物質を採用し、且つガス状物質の一部（好ましく
は１０％以上で１００％でもよい）は溶湯内へ直接吹込
むという構成を採用している。即ちＬＮＧの様なガス状
炭素質物質は、溶湯中へ吹込まれると直ちに熱分解し、
生成したＣが溶湯中に速やかに浸炭する為に溶鉄中のＣ
濃度を迅速に制御することができ、その結果スラグ中の
ＦｅＯ濃度を低い値に抑えることができる。

又溶鉄中に十分な量のＣが確保されるので溶融還元炉内
で酸化鉄原料を十分に還元することができ、ＣＯを生成
すると共に反応熱が発生する。尚溶融還元炉内に同時に
純酸素や空気等の酸素含有物質を吹込むと、溶鉄中のＣ
が酸素含有物質中の酸素と反応してｃｏとなり、このと
きの反応熱はほぼ１００％溶湯に着熱するので溶湯温度
を高めるのに極めて有効である。モして溶湯から発生し
たＣＯおよびＨ２は溶湯面上に別途吹込まれた酸素や予
熱空気により二次燃焼し、この反応熱は高い効率で溶湯
に吸収される。従ってこれらの燃焼熱に見合うだけの酸
化鉄原料を連続あるいは半連続的に没入すると、これら
を速やかに溶融することができ、且つ前述の如く溶鉄中
のＣ濃度を十分に高めることによって溶鉄を還元するこ
とができる。

他方上述の如く機能するガス状炭素質物質は、従来の固
体状炭素質物質と異なり３分並びに灰分の含有量が少な
いので、脱硫剤及び塩基性調整剤としでも機能させるべ
き炭酸カルシウムや生石灰等の造滓剤の使用量が少なく
て済み、スラグ生成量も低減することができる。

即ち前記ガス状炭素質物質および酸素含有物質の供給と
同時に、耐火物保護、スラグフォーミングの防止、排滓
性等を考慮した最適スラグ性状の保持等を目的として、
且つスラグ塩基度を０．８〜２に保持することを目的と
して適量の造滓剤を添加することによってＳ含有量等の
低い高品質の溶銑を経済的に得ることができる。

ちなみに天然ガスのようなガス状の炭素質物質を使用す
ることによるきわめて大きい利点の１つとして銑鉄品質
の向上が挙げられる。即ち石炭を使用した場合、１００
ｋｇ／Ｔ以上の石灰原単位の操業においても溶銑Ｓは０
．１５％以上であるが、本発明方法では８ｉ端な例とし
てＣａＯ原単位が０でも０．１５％未満の溶ａＳを達成
することが可能である。但し炉体耐火物の保護や適切な
スラグ性状の保持も重要であるので、現実の問題として
は、塩基度調整用にＣａＯを添加することは避けること
ができない。例えばスラグ塩基度を１．４　とした後述
の実施例１では石灰原単位４２ｋｇ／Ｔ、スラグ量９６
ｋｇ／Ｔの操業で溶銑Ｓは僅か０．０１６％であり、且
つＰ濃度も０．０３６％と極めて高純度の銑鉄が得られ
ている。更に塩基度１．８の操業ではＳをＱ、０１２％
以下、Ｐを０，０２％以下にすることも可能であり、高
Ｐ鉱石においては有力な製造法となる。この様に高純度
の銑鉄が得られる為、溶銑予備Ｆ！錬を行なうことなく
、同一容器内で且つ排滓することなくそのまま脱Ｃ精錬
に移行し、鋼を製造することも可能である。

本発明の基本構成は上記の通りであり、予備還元工程な
しに溶融還元炉のみで酸化鉄原料の溶融還元が達成され
、且つこのときの造滓剤使用量や操業負荷を低減できる
ものであるが、本発明は予熱炉や予備還元炉の併用を排
除する訳ではなく、あくまでも溶融還元炉において優れ
た溶融・還元性能を確保することができることを主旨と
するものである。従って予熱炉や予備還元炉と組合せる
ことによって一層効率の良い溶融還元システムを構成す
ることは本発明を何ら逸脱するものではない。事実溶融
還元炉からは高温の排ガスが放出されるのでこれを有効
利用することは省エネルギーの観点から当然なことであ
り、該排ガスの一部をホットストーブあるいはそれに類
するものに導入して空気等を予熱し、さらにレキュペレ
ータ−に導入してＬＮＧ等の予熱に使用すること等がで
きることは言う迄もない。又別途予熱炉を設けて酸化鉄
原料の予熱に利用したり、あるいは該排ガスにＬＮＧ等
のガス状炭素質物質を作用させて冷却及び改質し、これ
を予備還元炉に導入して酸化鉄原料の予熱並びに予備還
元に利用することも可能である。

又本発明では溶融還元炉における還元が終了すると、通
常は炉を傾動させて出銑並びに出滓を行なうが、これら
の操作を行なわずに、溶融還元炉内へ吹込むガスをガス
状炭素質物質から酸素に切り換えて引続き脱Ｃ精錬を実
施することにより溶鋼を製造することもできる。この場
合は炉体の予熱が省略でき、且つ待機中の放熱も避けら
れるので熱経済的にも有利である。

その他、本発明の実施に際して溶融還元炉底部から溶湯
内にＬＮＧ等を吹込むと、ＬＮＧの熱分解反応が吸熱反
応である為に吹込みノズル先端にマツシュルームが生成
するが、マツシュルームの形成状態如何によっては通気
孔が閉塞して吹込みが阻害されることもあり得る。こう
した不都合を回避する為に、中心部に耐火材製芯体を配
したリング状ガス吹込みノズルを使用することが推奨さ
れ、これによって長時間に亘りガス状炭素質物質の吹込
みを安定して実施することができる。

［実施例］ 本発明の実施例を以下に図面を参照しながら説明する。

本実施例で使用した鉄鉱石の組成は第１表に示した通り
である。また実施例および比較例フローシート内の各主
要地点におけるガス組成およびガス温度を第２表にまと
めて示す。

第　　２　　表 注）ＳＲＶ：溶融還元炉、　ＤＲＦ：予備還元炉実施例
１ 第２図は、実施例のフローシートを示す。溶融還元炉に
は天然ガス（５２３ｋｇ／Ｔ）、高温（１２００℃）予
熱空気（２８９Ｎｍ３／　Ｔ）、石灰（４２ｋｇ／Ｔ）
が装入されて銑鉄が製造される。その時の生成スラグ量
は９８ｋｇ／Ｔである。

溶融還元炉排ガスは冷却後予熱炉に導かれ、該排ガスで
予熱された鉄鉱石（１５９６ｋｇ／Ｔ、７００℃）は溶
融還元炉に装入される。尚天然ガスは全量を底吹きとし
た。

実施例２ 第３図は、他の実施例を示すフローシートである。溶融
還元炉には天然ガス（５１９ｋｇ／Ｔ）、酸素（６１１
Ｎｍ’／Ｔ）　、石灰（４２ｋｇ／Ｔ）を装入して銑鉄
を製造する。その時の生成スラグ量は９６ｋｇ／Ｔであ
る。溶融還元炉排ガスは冷却後予熱炉に導かれ、該排ガ
スで予熱された鉄鉱石（１５５９ｋｇ／Ｔ、　７００℃
）は溶融還元炉に装入される。尚天然ガスは全量を底吹
きとした。

実施例３ 第４図はワンスル一方式の実施例を示すフローシートで
ある。溶融還元炉には天然ガス（７１７ｋｇ／　Ｔ　）
　、高温（１２００℃）の予熱空気（３４９３Ｎｍ３／
Ｔ）　、石灰（４３ｋｇ／Ｔ）を装入して銑鉄を製造す
る。その時の生成スラグ量は１０４ｋｇ／Ｔである。溶
融還元炉排ガスは天然ガスの予熱に使用してそれ自身は
予備還元に適した温度まで冷却された後、予備還元炉に
導かれ、該排ガスで一部還元された還元鉄［ｆ、（予備
還元率）　＝０．５０５　、１３０３ｋｇ／Ｔ、　７０
０℃］は溶融還元炉に装入される。予備還元炉により排
出された排ガスの一部（２１６０Ｎｍ３／Ｔ）はホット
ストーブに導かれ空気の予熱に使用される。尚天然ガス
は全量を底吹きとした。

第５図は石炭を使用した比較例のフローシートを示す。

溶融還元炉には石炭（９９４ｋｇ／Ｔ）、石灰（１８０
ｋｇ／Ｔ）、高温予熱空気（３０５２Ｎｍ３／Ｔ）を吹
込み、Ｉ　Ｔｏｎの銑鉄を製造する。

この時のスラグ量は３３４ｋｇ／Ｔにものぼる。溶融還
元炉排ガスは実施例３と同様、冷却後予備還元炉に導か
れ、該還元ガスで一部還元された還元鉄（ｆＩ１１＝０
．２４１．１３７６ｋｇ／Ｔ、　７００℃）は溶融還元
炉に装入される。

実施例４ 第６図はワンスル一方式で、溶融還元炉における二次燃
焼率を５５％まで高め予備還元をウスタイト組成までに
ととめた場合の実施例フローシートを示す。溶融還元炉
には天然ガス（３６６ｋｇ／Ｔ）、高温（１２００℃）
予熱空気（２０３７Ｎｍ３／Ｔ）、石灰（ｚｋｇ／Ｔ）
を装入して銑鉄を製造する。尚天然ガスの８０％を底吹
きとした。その時の生成スラグ量は１００ｋｇ／Ｔであ
る。溶融還元炉排ガスは冷却、天然ガスの予熱の後、予
備還元炉に導かれ、該排ガスで極めてわずか還元された
還元鉄（ｆ、＝０．０．１３９７ｋｇ／Ｔ、７００℃）
は溶融還元炉に装入される。予備還元炉より排出された
排ガスの一部（２６７８８ｍ３／Ｔ）はホットストーブ
に導かれ空気の予熱に使用される。余剰ガスエネルギー
は０．１７４６ｃａｌ／Ｔと実施例１ど比較して極めて
低く自己完結型プロセスの１つの例である。

実施例５ 第７図は、ワンスルーリフオーマ一方式の実施例フロー
シートを示す。溶融還元炉には天然ガス（３６５ｋｇ／
Ｔ）　、高温（１２００℃）予熱空気（１８２８８ｍ’
／Ｔ）、石灰（３８ｋｇ／Ｔ）を装入して銑鉄を製造す
る。尚天然ガスの８０％を底吹きとした。その時の生成
スラグ量は９８ｋｇ／Ｔである。溶融還元炉排ガスはり
フォーマ−においてメタン（１４５Ｎｍ’／Ｔ）で冷却
（１６５９℃−１１００℃）、改質後（還元ガスの酸化
度量０．２５２−０．１１９　’）　、予備還元炉に導
かれ、該排ガスで一部還元された還元鉄（ｆ、＝０．９
０．１１２１ｋｇ／Ｔ、　７００℃）は溶融還元炉に装
入される。予備還元炉より排出された排ガスの一部（１
０２ＯＮｍ’／Ｔ）はホットストーブに導かれ空気の予
熱に使用される。−溶融還元炉排ガス顕然の有効利用に
より実施例３と比較して低い天然ガス原単位での操業が
可能となる。

［発明の効果コ 本発明は以上の様に構成されており、以下要約する効果
を得ることができる。

（１）固体状炭素質物質に比べて３分および灰分の少な
いガス状炭素質物質を使用することにより溶融還元炉に
装入する造滓剤原単位及び生成スラグ量を大幅に低減す
ることができ、溶融還元炉の操業負荷ならびにスラグ処
理の問題を著しく軽減することができる。

（２）溶湯中へのガス状炭素質物質の吹込みにより溶湯
中のＣ？！４度を効率良く速やかに増大させることがで
き、溶融還元炉内での還元性能を飛躍的に高めることが
できる。その結果予備還元工程を経ることなく酸化鉄原
料を溶融還元することができ、工程の簡素化によって生
産コストを大幅に下げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶鉄中ＣｔＩＡ度とスラグ中ＦｅＯ濃度の関係
を示すグラフ、第２〜７図は実施例を示すフロー図、第
８図は鉄浴式溶融還元炉における二次燃焼率と石炭原単
位１石灰原車位およびスラグ量の関係を示すグラフであ
る。 第１図 ０　　　／　　　２　　３　　　弘　　　ダシ登録すの
Ｃｊ處Ｘ　　　（％う 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鉄鉱石等の酸化鉄原料をガス状炭素質物質及び酸素含有
   物質と共に溶融還元炉に供給し、且つ該ガス状炭素質物
   質の一部は溶湯内へ吹込むことにより酸化鉄原料を還元
   すると共に、ガス状炭素質物質あるいはその熱分解物等
   の燃焼熱を溶湯に着熱して銑鉄を製造することを特徴と
   する酸化鉄原料の溶融還元方法。