JPH01294811A - 製鉄方法および製鉄装置 - 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」 この発明は高炉法に代わる新製鉄技術に係わり、特に、
粉鉱石を予備還元した後に溶融還元する製鉄方法および
その方法の実施に用いる製鉄装置に関するものである。

「従来の技術」 近年、伝統的な高炉法に代わる新たな製鉄法の提案がな
されつつあるが、その代表的なものとして鉄鉱石を予備
還元した後に溶融還元して銑鉄を得る、というものがあ
り、たとえば第２図および第３図に示すものが提案され
ている。

第２図に示すものは、シャフト型の予備還元炉ａと、そ
の下方に配された溶融ガス化炉すとを備えた製鉄装置で
あって、予備還元炉ａに原料鉱石を装入し、そこに溶融
ガス化炉すからの炉内ガスの一部を導入して予備還元し
、予備還元のなされた原料鉱石を溶融ガス化炉すに投入
してそこで溶融還元させる上うに構成されたものである
。この場合、原料鉱石としては塊鉱石あるいはベレット
状に成形したものを用い、また、還元剤としては一般炭
を用いるようにしている。

なお、第２図において符号Ｃは炉内ガスを循環させて溶
融ガス化炉すに送り込むためのファン、ｄは循環ガスを
冷却するためのガスクーラ、ｅ、　ｆは循環ガス中のダ
ストを捕集するためのサイクロン、ｇはスクラバーであ
って、溶融ガス化炉すに吹き込まれた循環ガスはサイク
ロンｅ、ｆを経てガスクーラｄに戻されるとともに、そ
の一部はサイクロンｅから予備還元炉ａに吹き込まれ、
スクラバーｇを経て排出されるようになっている。

また、第３図に示すものは、流動層型の予備還元炉りと
溶融還元炉ｉとを備えた製鉄装置であって、予備還元炉
りに粉鉱石を装入し、そこに溶融還元炉ｉから炉内ガス
を導入してバブリング流動層を形成しつつ粉鉱石を予備
還元し、予備還元のなされた粉鉱石を溶融還元炉ｉに吹
き込んで溶融還元させるように構成されたものである。

この装置における溶融還元炉ｉは上下２段の羽口ｊ、ｊ
を有していて、それらの羽口ｊ、ｊから高温の空気と酸
素および予備還元のなされた粉鉱石が吹き込まれるよう
にされている。また、溶融還元炉ｉの炉内下部には石炭
の充填層ｋが形成されるとともに、その上部に石炭の流
動層１が形成されるようになっていて、炉頂から装入さ
れた石炭は流動層１において加熱され、炉下部に降下し
て充填層ｋを形成するようになっている。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、現在までに提案されている上記のような装置
においては、いずれも予備還元を行うための炉と、溶融
還元を行うための炉とがそれぞれ別のものとされており
、したがって、それらをプロセス的に接続するための諸
設備が必要であり、このため、構造が複雑になって設備
費がかさむとともに、その操業も複雑化し、しかも熱ロ
スが大きくなって効率の点でも難がある、というような
問題を有しており、充分に有効であるとはいえないもの
であった。

また、第２図に示すものにあっては、原料鉱石をベレッ
ト状に成形するための焼結機等の付帯設備が必要である
し、第３図に示すものにあっては、予備還元炉りにおけ
る予備還元を必ずしも十分に行い得ないという問題もあ
った。

この発明は、Ｅ記のような問題を解決し得る有効な製鉄
方法、およびその方法の実施に用いて好適な装置を提供
することを目的としている。

「課題を解決するための手段」 この発明の製鉄方法は、炉本体内にコークス充填層を形
成するとともに、その上部に粉鉱石の流動層を形成して
、前記炉本体の下部から酸素および循環ガスを吹き込む
ことによって前記粉鉱石を炉本体に並設されたサイクロ
ンとの間を循環させつつ予備還元を行い、予備還元のな
された粉鉱石を前記サイクロンから前記コークス充填層
に導いて溶融還元させることを特徴とするものである。

また、この発明の製鉄装置は、下部に酸素および循環ガ
スを吹き込むための羽口を有するとともに頂部に循環ガ
スの排出口を有し、内部にコークス充填層およびその上
部に粉鉱石の流動層が形成されるシャフト型の炉本体と
、その炉本体に並設されて炉本体頂部の前記排出口に連
結され、炉本体から循環ガスとともに導かれた粉鉱石を
循環ガスより分離して捕集するためのサイクロンと、そ
のサイクロンによって捕集された粉鉱石を予備還元のな
された予備還元鉱と未だ予備還元のなされていない未還
元鉱とに分離するセパレータと、前記サイクロンから排
気された循環ガスを前記羽口から炉本体内に吹き込むた
めの循環ガス圧送手段とを具備してなるものであって、
前記セパレータで分離した未還元鉱を前記流動層の上方
に戻すことによってその未還元鉱を炉本体とサイクロン
との間を循環させるとともに、前記セパレータによって
分離した予備還元鉱を前記羽口から酸素とともにコーク
ス充填層内に吹き込むように構成されてなることを特徴
としている。

上記の製鉄装置においては、炉本体の下部に上部羽口お
よび下部羽口をそれぞれ設け、前記セパレータによって
分離された予備還元鉱を下部羽口から酸素とともにコー
クス充填層内に吹き込むとともに、循環ガスと酸素とを
上部羽口から炉体内に吹き込むように構成し、かつ、上
部羽口および下部羽口から吹き込む酸素量をそれぞれ調
節可能とすることが望ましい。

「作用」 この発明は、原料の粉鉱石を炉本体の下部において溶融
還元するが、それに先立ち、炉本体の上部において予備
還元するものである。すなわち、コークス充填層の上部
に形成した粉鉱石の流動層を循環ガスによって吹き上げ
てサイクロンに導き、粉鉱石を炉本体とサイクロンとの
間を循環させる間に炉本体の上部において予備還元する
。そして、予備還元のなされた粉鉱石をサイクロンから
炉本体下部のコークス充填層に導き、そこで溶融還元す
る。

「実施例」 以下、この発明の実施例を第１図を参照して説明する。

第１図はこの発明の実施例の製鉄装置の全体概略構成を
示すもので、図中符号ｌは炉本体である。

この炉本体１はシャフト型のものであって、その頂部に
循環ガスの排出口２、上部にコークス装入口３および粉
鉱石を装入するための原料装入口４、下部には上部羽口
５、下部羽口６がそれぞれ設けられている。また、下端
部には湯溜まり７およびそこに溜まる溶銑を取り出すた
めの出銑口８が設けられている。

この炉本体ｌ内の下部には、コークス装入口３から塊状
のコークスが装入されることによってコークス充填層９
が形成されるようになっており、そのコークス充填層９
の上部には、原料装入口４から粉鉱石が装入されること
によって粉鉱石の流動層１０が形成されるようになって
いる。また、下部羽口６には酸素供給管１１が接続され
ていて、図示しない酸素供給源からこの酸素供給管１１
を通して常温あるいは高温の酸素が炉本体ｌ内に吹き込
まれるようになっている。さらに、上部羽口５には、後
述するサイクロン１３から循環ガスを炉本体１内に戻す
ための循環ガス供給管１７が接続されている。

炉本体ｌの側方にはサイクロン１３が並設されている。

このサイクロン１３は、炉本体１頂部の排出口２にライ
ザー（上昇管）１４を介して連結されていて、炉本体ｌ
から粉鉱石が循環ガスとともに導かれるようになってお
り、導かれた粉鉱石を循環ガスから分離捕集して下端か
ら排出するとともに、循環ガスを上部から排気するよう
にされている。

そのサイクロン１３によって捕集された粉鉱石はセパレ
ータ１５に送られ、そこで、予備還元のなされた予備還
元鉱と、未だ予備還元のなされていない未還元鉱とに選
別分離されるようになっている。このセパレータ１５は
磁力を利用するいわゆる磁選機といわれるものであって
、予備還元が充分になされた粉鉱石は磁性を有するが、
未だ充分に予備還元のなされていない粉鉱石は磁性を有
しないことから、磁石に吸着されるものを予備還元鉱と
し、磁石に吸着されないものは未還元鉱としてそれらを
分離するものである。そして、このセパレータ１５によ
って分離された未還元鉱は、返送管１６を通して炉本体
ｌ内の上記流動層１０に上方に戻され、予備還元鉱は上
記の酸素供給管ＩＩに送られて酸素とともに下部羽口６
から炉本体ｌ内に吹き込まれるようになっている。

一方、上記サイクロン１３の上部から排気された循環ガ
スは、その一部か循環ガス管１７を通して上部羽口５か
ら炉本体１に戻されるようになっており、その循環ガス
管１７の途中には、循環ガスを昇圧して圧送するための
昇圧器１８（循環ガス圧送手段）が設けられている。な
お、サイクロン１３から排気された残りのガスは、燃料
として利用するために図示しないガスホルダーに送られ
るようになっている。

また、上記の昇圧器１８には、酸素供給管［ｌから酸素
の一部が送られるようになっており、昇圧器１８に送ら
れた酸素は循環ガスとともに上部羽口５から炉本体ｌ内
に吹き込まれるようになっている。そして、酸素供給管
１１を通して下部羽口６から炉本体１内に供給される酸
素の量と、昇圧器！８、循環ガス管１７を経て上部羽口
５から炉本体！内に供給される酸素の量は、それぞれバ
ルブ１９．２０により調節できるようにされている。

以上でこの実施例の製鉄装置の構成を説明したが、次に
上記装置による製鉄方法を説明する。

まず、コークス装入口３から炉本体！内に塊状コークス
を装入してコークス充填層９を形成する。

その際、第１図に示されるようにコークス充填層９の周
辺部が中心部より若干高くなるようにし、また、中心部
に比較的粒径の大きいコークスを充填し周辺部には比較
的粒径の小さいコークスを充填するようにし、これによ
ってコークス充填層９の中心部の通風抵抗が周辺部に比
して小さくなるようにすると良い。

次に、原料装入口４から粉鉱石を装入して、上記のコー
クス充填層９の上部に粉鉱石の流動層ＩＯを形成する。

その際、粉鉱石に粉炭を混入しておくと良い。

そして、昇圧器１８を作動させて循環ガスを上部羽口５
から炉本体ｌ内に吹き込むが、その循環ガスのガス量は
、炉本体ｌの断面積や上記コークス充填層９の通風抵抗
、流動層ＩＯを形成する粉鉱石およびそれに混入する粉
炭の粒径等を勘案し・炉本体ｉ内における循環ガスの通
過風速がそれら粉鉱石や粉炭の粒子終末速度より大きく
なるように、すなわち、それら粉鉱石や粉炭が循環ガス
によって流動化して上方に吹き上げられるように決定す
る。また、同時に、酸素を下部羽口６から吹き込むとと
もにその一部を昇圧器１８を経て上部羽口５から吹き込
む。

これにより、吹き込まれた酸素によってコークスは燃焼
し、また、循環ガスはコークス充填層９内を上昇してい
き、コークス充填層９の上部の粉鉱石は上方に吹き上げ
られて循環ガスとともにサイクロン１３に導かれる。こ
の際、粉鉱石に混入された粉炭はガス化するとともに、
コークスの燃焼によって発生する還元性ガスによって炉
本体１内の雰囲気は還元性に保たれるから、粉鉱石が炉
本体１の内部を上昇していく間に粉鉱石はその雰囲気下
で還元（予備還元）されることになる。

サイクロン１３に導かれて捕集された粉鉱石は、既に充
分に予備還元されて磁性を有するもの（予備還元鉱）と
、未だ充分に予備還元されておらず、したがって磁性を
有しないもの（未還元鉱）とがセパレータ１５によって
分離される。そして、分離された未還元鉱は返送管１６
を通じて再び炉本体ｌに戻されてさらに還元（予備還元
）され、これにより、充分に還元されて予備還元鉱とな
るまで炉本体ｌとサイクロン１３との間を循環すること
になる。一方、セパレータ１５によって分離された予備
還元鉱は、酸素供給管１１に送られて酸素とともに下部
羽口６からコークス充填層９内に送られ、そこで溶融還
元され、銑鉄となって湯溜まり７に溜まる。

また、サイクロン１３から排気された循環ガスの一部は
、昇圧器１８によって昇圧されて上部羽口５から炉本体
１に圧送され、炉本体ｌとサイクロン１３との間を循還
することになる。

以上の方法によれば、炉本体１の下部において溶融還元
がなされるとともに、それに先立つ予備還元が炉本体ｌ
の上部においてなされるので、予備還元に要する熱とし
て溶融還元の際のガスの顕熱を直接使用することができ
、したがって熱ロスが少なく、優れた熱効率を得ること
ができる。

また、１つの炉本体ｌのみで溶融還元と予備還元とを行
い得るので、それらを各々別の炉で行う場合に比して設
備費の低減を図ることができ、しかも、操業が容易であ
る。

そして、この方法によれば、原料の粉鉱石として、比較
的大きな粒径のものから小さな粒径のものまでを広い範
囲にわたって使用することができ、どのような粒径のも
のであっても充分に予備還元することができる。すなわ
ち、粒径が比較的小さな粉鉱石はサイクロン１３に導か
れるまでの間に速やかに予備還元され、粒径が比較的大
きくて還元されにくい粉鉱石は炉本体１とサイクロン１
３との間を繰り返し循環する間に予備還元され（その場
合の予備還元されるまでに要する循環時間は粒径によっ
て決定され、粒径の大きなものほど循環時間は長くなる
）、また、粒径がさらに大きくて循環ガスによっては吹
き上げられない粉鉱石があった場合には、それはコーク
ス充填層９内を次第に降下していき、その間に予備還元
されることになる。

また、この方法によれば、従来の高炉法に比してコーク
ス充填層９の高さは充分に低くて良く、したがって、圧
壊の恐れが少ないので低品位のコークスを使用すること
が可能である。

さらに、酸素を下部羽口６および上部羽口５の双方から
吹き込むようにし、それぞれから吹き込む酸素量をバル
ブ１９．２０により調節することによって、炉本体ｌの
内部温度を充分に高温に保持できるとともに、最適に制
御することが容易となる。

なお、上記実施例においては原料の粉鉱石に粉炭を混入
するようにしたが、コークスから発生するガスによって
炉本体内の還元性を充分に保つことができる場合には、
粉炭は使用せずとも良い。

また、上記実施例では炉本体の下部に羽口を上下２段に
わたって設けたか、必ずしもそうすることはなく、上記
実施例における下部羽口６を省略して、酸素と循環ガス
およびサイクロンから送られる予備還元鉱を１つの゛羽
口（上記実施例の場合における上部羽口５）から吹き込
むようにしても良い。

「発明の効果」 以上で詳細に説明したように、この発明は、炉本体内に
コークス充填層を形成するとともに、その上部に粉鉱石
の流動層を形成して、炉本体の下部から酸素および循環
ガスを吹き込むことによって粉鉱石を炉本体に並設され
たサイクロンとの間を循環させつつ予備還元を行い、予
備還元のなされた粉鉱石をサイクロンからコークス充填
層に導いて溶融還元させる構成であるので、１つの炉本
体の内部において予備還元と溶融還元の双方を行うこと
が可能となり、したがって、優れた熱効率を得ることが
できるとともに、設備費の低減を図ることができ、また
操業も容易となり、しかも、原料の粉鉱石として広い範
囲の粒径のらのを用いることかできるし、低品位のコー
クスを使用することが可能である、という優れた効果を
得ることができる。

また、炉本体の下部に上部羽口、下部羽口を設けて、そ
れぞれの羽口から吹き込む酸素量を調節することにより
、炉本体の内部温度を充分に高温に保持できるとともに
最適に制御することが容易となる、という効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の製鉄装置の全体概略構成図
である。 第２図および第３図は、それぞれ現在までに提案されて
いる製鉄装置の概略構成を示す図である。 １・・・・・炉本体、２・・・・・・排出口、５・・・
・・・上部羽口、６・・・・・・下部羽目、９・・・・
・・コークス充填層、１０・・・・・・流動層、１３・
・・・・・サイクロン、１５・・・・・セパレータ、１
８・・・・・・昇圧器（循環ガス圧送手段）、１９．２
０・・・・・・バルブ。 第２図 第３図 ６６一

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）粉鉱石を予備還元した後に溶融還元することによ
   って銑鉄を得る製鉄方法であって、炉本体内にコークス
   充填層を形成するとともに、その上部に粉鉱石の流動層
   を形成して、前記炉本体の下部から酸素および循環ガス
   を吹き込むことによって前記粉鉱石を炉本体に並設され
   たサイクロンとの間を循環させつつ予備還元を行い、予
   備還元のなされた粉鉱石を前記サイクロンから前記コー
   クス充填層に導いて溶融還元させることを特徴とする製
   鉄方法。
2. （２）下部に酸素および循環ガスを吹き込むための羽口
   を有するとともに頂部に循環ガスの排出口を有し、内部
   にコークス充填層およびその上部に粉鉱石の流動層が形
   成されるシャフト型の炉本体と、その炉本体に並設され
   て炉本体頂部の前記排出口に連結され、炉本体から循環
   ガスとともに導かれた粉鉱石を循環ガスより分離して捕
   集するためのサイクロンと、そのサイクロンによって捕
   集された粉鉱石を予備還元のなされた予備還元鉱と未だ
   予備還元のなされていない未還元鉱とに分離するセパレ
   ータと、前記サイクロンから排気された循環ガスを前記
   羽口から炉本体内に吹き込むための循環ガス圧送手段と
   を具備してなり、前記セパレータで分離した未還元鉱を
   前記流動層の上方に戻すことによってその未還元鉱を炉
   本体とサイクロンとの間を循環させるとともに、前記セ
   パレータによって分離した予備還元鉱を前記羽口から酸
   素とともにコークス充填層内に吹き込むように構成され
   てなることを特徴とする製鉄装置。
3. （３）炉本体の下部に上部羽口および下部羽口をそれぞ
   れ設け、前記セパレータによって分離された予備還元鉱
   を下部羽口から酸素とともにコークス充填層内に吹き込
   むとともに、循環ガスと酸素とを上部羽口から炉体内に
   吹き込むように構成し、かつ、上部羽口および下部羽口
   から吹き込む酸素量をそれぞれ調節可能としたことを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載の製鉄装置。