JPH01213A - 溶融還元炉の操業方法 - 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〕 本発明は、竪型溶融還元炉の操業方法に関し、金属酸化
物を含有する粉状鉱石を溶融還元して溶融金属を製造す
る炉の操業方法に関する。

〔従来の技術〕

地下資源としての鉄鉱石などの金属酸化物の形態として
は、塊状のものより粉状のものが大半であり、将来さら
に粉状鉱石が増大すると予想される。このような鉱石を
粉状のままで直接使用することが省エネルギー、製造コ
ストなどの面で有利となる。

従来、粉鉱石の溶融還元法として予備還元鉱を電気炉、
転炉などの溶解炉で溶融還元する方法がとられていた。

その場合、予＠還元鉱にバインダーを添加して塊成化し
、その塊成物を溶解炉で溶融還元する方式が多い、しか
し、このような方式では塊成化のための設備、処理鉱費
、処理エネルギーなどを必要とするばかりでなく、塊成
化したのち焼成する場合には、その際に焼成炉から排出
されるガス中のＮＯｘ、ＳＯｘならびにダストを処理す
るための費用が多大である。

そこで特公昭５９−１８４５２において粉鉱石を溶融還
元する方法として竪型炉タイプの溶融還元炉を提案した
。

それによると、炉下部に設置された高温空気を吹込む上
下２段の羽口のうち、少なくとも上段の羽口から粉状鉱
石を高温空気とともに竪型炉内に吹込み、炉内に充填し
た炭材を燃焼させて溶融還元することを特徴としている
。上段および下段羽口を有する竪型溶融還元炉では上下
段羽口間に充填層を形成している炭材が燃焼して高温が
発生する。従って、上段羽口から吹込まれる粉鉱石は加
熱されて溶融し、充填層を滴下する間に固体炭材により
直接還元されて溶融状態のメタルおよびスラグを生成し
、炉底部に溜まる。

上記の方法では、上段羽口から供給される粉鉱石が羽口
先で速やかに溶融しないと、炉の下部領域に滴下するこ
とができず、操業トラブルの原因となるので、下段羽口
からも高温空気や酸素富化空気を吹込むことによってト
ラブルを防止している。

従って上記方式による竪型溶融還元炉の操業においては
送風条件、鉱石吹込条件、２段羽口間隔及びコークス粒
径等の諸条件に関してそのバランスを適正に保つことが
極めて重要である。バランスが崩れた場合、羽口から吹
込まれた鉱石の溶融状況が著しく変化し、その結果吹込
過大となった場合は吹込まれた粉体が羽口先レースウェ
イ内で十分に溶融することができず、融体が羽口付近に
滞留し羽口破損を招く恐れが生ずる。

吹込過小となった場合は熱供給過大となりメタル中［Ｓ
ｉ］の異常上昇を招き、結果としてスラグ成分が著しく
変動し、排滓性が悪化して操業不能に至る恐れがある。

また、炉頂ガス温度の著しい上昇もおこり、エネルギー
的にも損失が大となるなどの問題が生ずる。

とりわけ、生産計画や下工程からの要請などにより、メ
タルの生産量を変動させねばならない場合においては、
上記諸条件のバランスが崩れ易く、その際、適正な操業
条件を選択するための制御指標がなく、試行錯誤で操業
条件の選択に当っていたため、安定操業に至るまでに長
時間を要し、その間にメタル生産量、メタル中［Ｓｉｌ
、炉頂排ガス温度等が大きく変動する重大な問題を有す
るものであった。

本発明は従来技術における前述する諸問題を有利に解決
し、安定した操業を可使ならしめる竪型溶融還元炉の操
業方法を提供するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、炭素系固体還元剤の充填層に高温空気を吹込
む上下少なくとも２段に設けられた複数の羽口を有する
竪型炉を用いて金属酸化物を含有する鉱石を少なくとも
上段羽口から高温空気と共に吹込み溶融金属を製造する
方法において、となるように送風条件および鉱石供給条
件を制御することを特徴とする溶融還元炉の操業方法を
提案するものである。

ただし、上式において、 Ｌ：融体生成量（ｒｒＩ′／ｈ） Ｇ：発生ガスｒＩＬ（Ｎｒｒｆ／ｈ） ＳＲＣＴ＝ｎＩＩＳＲＩＩａＴＩＬＨ ＡＴ：炉床断面積（ｒｎ’） であり、Ｌ、Ｇ、５ＲＣＴは次の各式の通りである。

Ｌ＝ＣＡ＋Ｓ＋ＹＭ　＋ＹＳ ただし、 Ｃ＾：燃焼コークスからの灰分量 （ｍｊ／ｈ） Ｓ：造滓材量（ｍ”／ｈ） ＹＭ：吹込鉱石中メタル脣（ｍｊ／ｈ）Ｙｓ：吹込鉱石
中脈石分（ｍ″／ｈ） である、さらに、 Ｇ＝０．７９Ｖ１　＋２　（０，２１ＶＢ　＋Ｖ、））
＋２２．４Ｘ ただし、 ｖａ：送風空気量（Ｎｒｒｆ／ｈ） ｖｏ：送風富化０２１１　（Ｎｍ’／　ｈ）Ｘ：吹込鉱
石中成業モル数（ｋｍｏ文／ｈ）ただし。

ｎ：２段羽口ペア数 ５Ｒ＝０．０５８９ＤＲ２ Ｕ：羽口流速（ｍ／５ｅｅ） Ｄｐ　ニコークス平均径（ｍ） ＤＨ二羽ロ径（ｍ） ε：コークス充填率 φ：コークス形状係数（０，７） Ｈ：上下段羽口間隔（ｍ） なお、コークス充填率εは通常０．５程度の値である。

〔作用〕

上段および下段羽口を有する１型の溶融還元炉であって
、粉鉱石などの金属酸化物を少なくとも上段の羽口から
吹込む竪型溶融還元炉は、上下段羽口間に充填層を形成
する炭材が８００〜ｔｏｏｏ℃に加熱された空気により
燃焼して高温が発生する。上段羽口から吹込まれる粉鉱
石は加熱され、溶融し、充填層を滴下する間に、固体炭
材により直接還元されて溶融状態のメタルおよびスラグ
が生成する。

その場合、上段羽口から供給される粉鉱石が羽口先で速
やかに溶融するように、下段羽口からも高温空気や酸素
富化空気を吹込んで溶融還元を促進している。上記の竪
型溶融還元炉の生産性は風徴から定まるレースウェイの
大きさ、上段および下段羽口のレースウェイ有効界面積
から定まる還元反応速度が影響する。

そしてレースウェイ有効界面積は、ある生産量を確保す
るに必要な送風１歳から定まるレースウェイの大きさが
一定の場合、炭材粒径から求まる充填層容積当りのコー
クス表面積や上下段羽口間の距離で決まる。

粉体を羽口に吹込むに占っては吹込まれた粉体が羽口先
のレースウェイ内で十分に溶融することが必要であり、
そのためには過剰な量を吹込まず常に最も適切な量を安
定して吹き込むことが重要である。もし、過剰量が吹込
まれるとレースウェイ内で溶融しにくくなり、充填層の
閉塞原因となり、この結果、下段羽口からの高温ガスの
流れが不均一となり、炉頂ガス温度の上昇やメタル中［
Ｓｉｌの上昇を招き、最悪の場合は羽口周辺に滞留した
融体による羽口破損につながり、炉操業が困難となる。

また、吹込量が少なくても、下段羽口からの高温ガスの
熱が有効に生かされず、炉頂ガス温度の上昇やメタル中
［Ｓｉｌの上昇を招き、スラグ中の５ｉ０２がＳｉＯの
形で気化するためスラグ成分が著しく変化して高融点化
し排滓性も低下、最悪の場合は炉操業が困難となる恐れ
がある。

従って、炉操業を安定させ、かつエネルギー効率よく、
保つためには送風／吹込条件が２段羽口仕様や使用コー
クス径などと十分に整合性がとれていることが肝要であ
る。そこで本発明者らは鋭意検討し、実験した結果。

となるように送風／吹込条件をマツチングさせれば炉操
業は極めて安定し、安定状況の目安となるメタル中［Ｓ
ｉｌや炉頂ガス温度はメタル［Ｓｉｌが１〜５重量％、
炉頂温度が５００〜９００℃で安定することが判明した
。

上式中Ｌ／Ｇは固・気化な示すものでコークス比に類似
した値で操業条件へのファクターであり、５ＲＣＴ／Ａ
Ｔはレースウェイ生成条件で示される操業ファクターと
、２段羽口間隔、羽口径、炉床径などで示される設備フ
ァクターとの両者で構成されている。

グ［Ｓｉ１．スラグＣａＯ／５ｉ０２及び炉頂ガ下では
熱供給過剰の形となり、メタル中［Ｓｉｌが５％以上と
高く、スラグ中の５ｉ０２が著しく気化し、Ｃａ　Ｏ／
　Ｓ　ｉ　Ｏ２が上昇してスラグの融点上昇を招き、排
滓性が低下し炉内へ残留する恐れが多分にあり、操業が
不安定となる。０．６以上では粉体吹込過大の形となり
、レースウェイでの融体の滞留が顕著となり、炉操業が
不安定となり、最悪の場合は羽口周辺に滞留した融体に
よる羽口破損を生じる恐れがある。

なお、Ｌ、ＧおよびＳ　ＲＯＴの計算は下式を使えばよ
い。

Ｌ＝ＣＡ　＋Ｓ＋ＹＭ　＋ＹＳ Ｇ＝０．７９ＶＢ　＋　２　（０，２１Ｖａ＋ｖｏ　）
＋２２．４Ｘ ＳＲｃｖ＝ｎｏＳＲ＊αＴ−Ｈ ただし、 Ｃ＾：燃焼コークスからのＡｓｈ量 （ｍ″／ｈ） Ｓ：造滓材量（ｍ″／ｈ） ＹＭ：吹込鉱石中メタル量（ｍ″／ｈ）Ｙｓ：吹込鉱石
中脈石分（ｔｎ’／ｈ）ｖａ：送風空気ｉ１（Ｎｍ″／
ｈ） ｖｏ：送風富化０２１（Ｎｍ″／ｈ） Ｘ：吹込鉱石中酸素モル数（ｋｍｏＪｌ／ｈ）ｎ：２段
羽口ペア数 ５Ｒ＝０．０５８９ＤＲ２ Ｈ：上下段羽口間隔（ｍ） Ｕ：羽口流速（ｍ／５ｅｃ） ＤＰ：コークス平均径（ｍ） ＤＨ：羽口径（ｍ） ε：コークス充填率 φ：コークス形状係数（０，７） なお、コークス充填率（は通常０．５程度の値である。

〔実施例〕

第２図に溶融還元炉のプロセスフローをノ、（に実施例
を示す。

粉状の金属酸化物と溶剤は所定の混合割合でホッパ１に
入っており、鉱石供給量調節フィーダ３で適量切り出さ
れ、吹込用パイプ４を経て、上段の羽口６より溶融還元
炉５内に吹込まれる。

コークスはコークス用ホッパ２に貯蔵され適量溶融還元
炉５内に装入される。

次に送風空気は送風ブロワ７より熱交換器９に送られる
過程で適量な酸素が酸素流量調節器８を介して添加され
、＃１交換器９に送られｔｏｏｏ〜１１００℃に加熱さ
れ、送風管１０を通して熱風として上段羽口６および下
段羽口１１からそれぞれ溶融還元炉５内に送風される。

そして溶融還元炉５内において酸化物は送風空気中の酸
素とコークス中のカーボンが反応する際に発生する燃焼
熱と還元ガスならびに酸化物とカーボンの接触により溶
融還元されて流下し、溶融メタルは出銑口１２、スラグ
は出滓口１３より排出される。

実施例としては炉内径１．２ｍの溶融還元炉に上下段羽
口各３本を取り付け、上下段羽口間隔１、０　ｍとした
溶融還元炉を用い、 コークス粒径１５ｍｍ、 送風Ｑ　１６００　Ｎ　ｍ”　／　ｈ　ｒ、送風温度９
００℃、 送風圧力０．３５〜０．４５　ｋ　ｇ／Ｃｍ′、送風羽
口径４５〜５５φｍｍ、 富化酸素１１００〜２０ＯＮＩＴｆ／ｈｒとした。

鉱石は第２表に示すメタル分と脈石分を有するＡ、Ｂ２
銘柄の混合割合を変えたもの、吹込量６００〜８００　
ｋｇ／　ｈ　ｒ（１）範囲で、フラックスは石灰石と珪
砂を使用し珪砂１に対し石灰石２の割合で混合したもの
を３００〜５００　ｋ　ｇ　／　ｈ　ｒ吹込んだ、なお
、使用したコークス中の灰分と固定炭素分は第３表に示
す含有率である。

結果は第１図に示すように でメタル中［Ｓｉｌは１〜５％と低位安定し、スラグＣ
ａＯ／５ｉ０２は１．０〜１．２となり、排滓性は良好
で炉内でのスラグ残留も認められず、炉頂ガス温度も５
００〜９００℃と低いレベルを確保できた。

が急激にと昇するためスラグのＣａ　Ｏ／　Ｓ　ｉ　Ｏ
２も急上昇して融点が急上昇し、スラグの排滓性が悪化
、炉内にスラグが残留し始めたことが出銑滓バランスか
ら判明した。またダスト発生量も多大となり、炉内での
棚つりも併発、炉操業が極めて不安定な状態となった。

は１％以下、スラグＣａｏ／Ｓｉｏ２も１．Ｏで問題は
ないが、羽口から炉内を観察すると炉内羽口周辺に融体
が滞留し始め、明らかに吹込過大な状態となり、融体に
よる羽口破損を生じる恐れが発生し、操業上極めて危険
な状態となった。

第１表にこれらの操業結果をまとめて示す。

すなわち実施例Ｎ００１は、鉱石として（Ｂ）銘柄のも
ののみを用い、鉱石とフラックスの吹込み０．３０〜０
．３２の範囲に制御して操業した例であり、実施例Ｎ０
０２は、鉱石として（Ａ）と（Ｂ）両方の銘柄のものを
用い鉱石とフラックスの吹込０．４５〜０．４７に制御
して操業した例てあり、実施例Ｎｏ、３は、鉱石として
（Ａ）と（Ｂ）両方の銘柄のものを用い鉱石とフラック
スの吹込０．５５〜０．６０に制御して操業した例であ
り、いに制御して操業した例である。

囲より低いイＩＩムにＭ制御した操業例てあり、比較例
い偵に制御した操業例である。

比較例Ｎｏ、３〜Ｎｏ、５は従来法における如くた例で
ある。

未発ＩＪ１方法に従って送風し、吹込条件を制御するこ
とによって生産？を変化させてもメタル中［Ｓｉ１％お
よびメタル（Ｔ＋ｓｔ＋は試行錯誤で実施していた従来
法、比較例Ｎ００３〜Ｎｏ、５と比へ、格段に低減する
ことかａｒ能であり、また操業安定−Ｌ：毛髪なスラグ
塩基度Ｃａ　Ｏ／　Ｓ　ｉ　Ｏ２の変動も１／ｌ　Ｏ以
下におさえることかでき、残滓の問題も解消されている
。さらに融体の羽口のだふりによる羽口損傷、熱供給過
剰によるスラグ中５ｉ０２気化に伴なうダストにより炉
内コークス棚つりも全く生じていない。

（比較例Ｎｏ、１）ではメタルの［Ｓｉ］か高くそのば
らつきσｔｓｔｔも、本発明例の１０倍のオーダーであ
り、スラグのグ＜ＣａＯ／ＳＬ　０２）も本発明例の１
０倍のオーダーであり、また炉頂ガス温度も９７０〜９
９０°Ｃと高かった。さらに棚つり頻度もｌＯ回／ｄと
高く安定した操業は不可能であっ例（比較例Ｎｏ、２）
ては、メタル［Ｓｉ］と炉頂ガス温度は低位安定したが
１羽口損傷か発生した。

第２表 第３表 以上の如く１本発明法によって操業パラメータことによ
り炉操業を極めて安定に行うことができることが明白で
ある。

〔発明の効果〕

以上本発明によれば棚吊りや羽口の損傷等のトラブルの
ない炉の安定操業及び炉頂ガス温度の低減とメタル［Ｓ
ｉ］の低位安定を達成することができ、炉操業のコスト
低減にも貢献する。

【図面の簡単な説明】

Ｌ　　　５ＲＣＴ 第１図は本発明の−・−の適ＩＦ範囲を示す　　Ａ７ グラフ、第２図は本発明方法の実施に用いた溶融還元炉
プロセスのフローシートである。 ｌ・・・鉱石用ホッパ　　　２・・・コークス用ホッパ
３・・・鉱石供給量調節フィーダ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　炭素系固体還元剤の充填層に高温空気を吹込む上下
   少なくとも２段に設けられた複数の羽口を有する竪型炉
   を用いて、金属酸化物を含有する鉱石を少なくとも上段
   羽口から高温空気と共に吹込み溶融金属を製造する方法
   ににおいて、 Ｌ／Ｇ・Ｓ＿Ｒ＿Ｃ＿Ｔ／Ａ＿Ｔ＝０．２５〜０．６と
   なるように送風条件および鉱石供給条件を制御すること
   を特徴とする溶融還元炉の操業方法。 ただし、 Ｌ：融体生成量（ｍ＾３／ｈ） ＝Ｃ＿Ａ＋Ｓ＋Ｙ＿Ｍ＋Ｙ＿Ｓ Ｃ＿Ａ：燃焼コークスからの灰分量 （ｍ＾３／ｈ） Ｓ：造滓材量（ｍ＾３／ｈ） Ｙ＿Ｍ：吹込鉱石中メタル量（ｍ＾３／ｈ）Ｙ＿Ｓ：吹
   込鉱石中脈石分（ｍ＾３／ｈ） Ｇ：発生ガス量（Ｎｍ＾３／ｈ） ＝０．７９Ｖａ＋２（０．２１Ｖａ ＋Ｖｏ）＋２２．４Ｘ Ｖａ：送風空気量（Ｎｍ＾３／ｈ） Ｖｏ：送風富化Ｏ＿２量（Ｎｍ＾３／ｈ） Ｘ：吹込鉱石中酸素モル数（ｋｍｏｌ／ｈ）Ｓ＿Ｒ＿Ｃ
   ＿Ｔ＝ｎ・Ｓ＿Ｒ・α＿Ｔ・Ｈ ｎ：２段羽口ペア数 Ｓ＿Ｒ＝０．０５８９Ｄ＿Ｒ＾２ Ｄ＿Ｒ＝８．８１×１０＾−＾３×Ｕ／Ｄ＿Ｐ＾１＾／
   ＾２×Ｄ＿ＨＵ：羽口流速（ｍ／ｓｅｃ） Ｄ＿Ｐ：コークス平均径（ｍ） Ｄ＿Ｈ：羽口径（ｍ） ａ＿Ｔ＝６（１−ε）／φ・Ｄ＿Ｐ ε：コークス充填率 φ：コークス形状係数（０．７） Ｈ：上下段羽口間隔（ｍ） Ａ＿Ｔ：炉床断面積（ｍ＾２）