JPH01319620A - 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、粉状鉱石
からの溶融金属製造技術の改善に関する。さらに詳しく
は金属を溶融還元するに必要な高温を確保するために、
溶融還元炉内に比較的粗粒の炭素系固体還元剤からなる
充填層を十分形成できるように当該炉を用いて粉炭を塊
化して装入するものである。

［従来の技術１ 粉状鉱石と炭素系固体還元剤を直接使って竪型炉で溶融
金属（例えば銑鉄）を製造する方法として、例えば、金
属酸化物を含有する粉状鉱石からの溶融金属製造方法（
特開昭６２−５６５３７）が提案されている。

この方法は、炉内に炭素系固体還元剤の充填層およびそ
の上方に流動層を維持し、粉状鉱石を酸素を含む気体と
ともに炭素系固体還元剤の流動層に装入し、酸素を含む
気体を炭素系固体還元剤の充填層に吹き込むものである
。

ここで粉状石炭を用いる場合には、竪型還元炉から月１
出される高温ガスを導入した別の炭材予備処理炉で石炭
を予備処理することにより石炭を乾留し、粉状コークス
あるいはチャーとし、炭材予備処理炉から竪型還元炉に
装入するようになっている。あるいは粉状石炭は上記し
た予備処理を施すことなく直接炉内に装入しても良いこ
とになっている。

〔発明が解決しようとする課題１ 粉状石炭を竪型還元炉内に装入するに当って、粉状石炭
を予備処理するやり方では炭材予備処理炉を必要とする
ため、設備費が高くつくこと、またその設備保全のため
の余分な作業が必要であるという問題点がある。

これに対して粉状石炭をコークス化することなく、生の
まま直接竪型還元炉内に装入するやり方は炭材予備処理
炉を必要としないため、設備が安くつくという和声があ
る反面、炉頂あるいは羽口上方の炉壁装入口から投入す
るやり方では、炉内が１４００℃の高温に達しているた
め、石炭は急熱され、その揮発分の気化膨張によりクラ
ックを生して粉化する傾向にある。従って、粗粒の石炭
が残留しにくく、十分な充填層を形成することが困難と
なり、金属の溶融還元に必要な高温を確保することが容
易でなく、生産性の向上が難しいという問題点がある。

本発明は以上の問題点を解決するためになされたもので
、設薗費が安く、かつ粗粒の炭素系固体還元剤の充填層
を積極的に形成して溶融金属の生産性を上りることかで
きる粉状鉱石からの溶融還元炉の操業方法を提供するこ
とを目的とする。

また、この溶融還元炉の操業方法は竪型還元炉の発生ガ
スから回収したダストを他の粉状石炭と混合することに
より炉内充填層用の炭素系固体還元剤として役立てるこ
とができる。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明方法を図面を参昭しな
がら説明する。第１図は溶融還元炉を模式的に示したも
のである。竪型還元炉１内の下方に炭素系固体還元剤の
充填層２を形成し、その上方に炭素系固体還元剤の流動
層３を形成し、竪型還元炉１の側壁の外周に沿って設け
られた羽口４から粉状鉱石５を竪型還元炉１内に吹込み
金属酸化物を溶融還元する。

本発明は、竪型還元炉の炉頂装入口と羽目との間の側壁
に炉壁装入口を設け、該炉壁装入口から炭素系固体還元
剤となるべき粉炭を、５００℃〜１２００℃に加熱しつ
つ塊状化して竪型還元炉内に装入することを特徴とする
。

この場合、炉壁装入口から装入する粉炭の加熱に炉壁装
入口に流入する炉内ガスの顕熱おＪ：び／または潜熱を
利用することができる。また、強枯結性の粉炭と弱粘結
性の粉炭を混合した粉炭を炉壁装入口から装入すること
によって適切な充填層を形成する。さらに、竪型還元炉
の排ガスから捕集したダストを炉壁装入口から装入する
粉炭に混入することによってタス１〜を有効利用するこ
とができる。

なお、ここていう粉炭とは粒径が５０ｍｍ未満のものを
いう。

第１区は炭素系固体還元剤となるべき粉炭６（６ｂ、６
ｃ）の竪型炉１への装入位置の例を示したものである。

竪型炉１の炉内は、比較的粒径の大きい炭素系固体還元
剤によって下部に充填層２が形成され、比較的粒径の小
さい炭素系固体還元剤によって上部に流動層３が形成さ
れている。粉鉱石５は、羽口４から炉内に吹込まれて炉
内の高温の炭素系固体還元剤やガスにより溶融還元され
、炉の下部に溶融金属１１および溶融スラグ１２になっ
て溜る。溶融金属や溶融スラグは竪型炉の操業に応して
連続的あるいは間歇的に炉外に排出される。

竪型炉１の最上部にはフリーボード９が形成されており
、流動層３を形成する比較的粒径の小さい炭素系固体還
元剤の竪型炉外への飛出しを抑制しているが、ある量の
炭素系固体還元剤は発生ガス１０と共に竪型炉１外に排
出さね、図示しないサイクロン等によってダス１へとし
て捕集される。

粉炭６　（６ａ、６ｂ、６ｃ）はその粒径、組成などの
性状や炉内状況、ダストの発生量などに応して、各装入
位置の選択と装入量の管理が行われる。炉頂画人ロアや
炉壁装入口８からは比較的粒径の大きい石炭が装入され
、羽口４からは比較的粒径の小さい石炭が装入あるいは
吹込まれる。総して粒径の小さい捕集ダストは羽口４か
ら炉内に装入あるいは吹込まれる。このように粒径の大
きさにより装入位置を選択するのは、粒径の小さい炭素
系固体還元剤は、炉内に装入しても炉内の上昇ガス流に
よって再び竪型炉の外部へ排出されがちなためであり、
羽口４から装入する場合は、同時に羽口に吹込まれる空
気および／または酸素によって燃焼するので、燃オ」と
して有効に利用され易いからである。

粒径の比較的小さい例えば３ｍｍ以下の石炭や、竪型還
元炉の発生ガスから捕集されたダスト（粒径の細かい炭
素系固体還元剤を含んでいる）を羽口４以ダの炉頂装入
ロアや炉壁装入口８から装入し、有効利用する場合は工
夫が必要である６つまり、石炭はある温度範囲で軟化し
、溶融したり粘結したりする。この特性を利用して、粒
径の小さな炭素系固体還元剤や捕集ダス１〜を塊状化（
粗粒化）して炉内に装入すれば、それだけ炭素系固体還
元剤の充填層を拡大できるので、溶融還元が促進され、
（６融金属の増産が期待される。

この粒径の小さな粉炭を粗粒化するために、本発明にお
いては予備処理炉などを用いずに、炉壁に粉炭の炉壁装
入口８を形成し、この炉壁装入口の装入通路を予備処理
通路とし、ここて粉炭を炉内ガスの顕熱によって加熱し
つつ、ブツシャ１５等で移動させながら塊状化するもの
である。

炉壁装入口８から装入する石炭の加熱源としては、炉内
ガスの顕熱を使用するのが賢明である。

温度、特に５００℃前後の温度の調整は、炉壁装入口８
に流入する炉内ガス量と石炭の装入速度によって管理す
ることができる。より柔軟に対処するには炉外からの冷
却剤（ガス、液体、固体など）を使用しても良い。

炉壁装入口から石炭を加熱して装入する場合に、比較的
強度の大きい炭素系固体還元剤を作るには、昇温中に石
炭に適当な機械的荷重を与えることが好ましい。これに
より、石炭粒子の充填密度が高まり空隙は少なくなり粒
子相互の結合が促進される。機械的荷重としては、石炭
層の単位乎面積当り、５０−２００　ｋ　ｇ／　ｃｒｎ
’がよい。通常の石炭成型の場合には、バインダを添加
するが、本方法の場合、加熱によって石炭から生じる軟
化・溶融物が石炭粒子自身や他の石炭との融着に機能す
るため、バインダを用いることなく本プロセスに使用で
きる適切な強度の炭素系固体還元剤を製造することがで
きる。もちろん、より強度の高い炭素系固体還元剤を必
要とする時は、少量のバインダを添加しても良い。

［作用］ 粒径の大きい石炭を竪型炉内に装入する場合、大気温度
の石炭を高温の炉内に直接装入すると、炉内の調度が高
いので急熱によって熱割れを生し、比較的小さな粒径の
炭素系固体還元剤となり、炉下部の充填層の形成が困難
になる場合がある。

第２図は石炭を急熱処理し、その温度で揮発分が発生し
終って生成したものの粒径を示すグラフである。第２図
から粉化をまぬがれる急熱温度は５００℃〜１．２００
″Ｃの範囲が適当であるのが分る。また強粘結炭の場合
には、５００℃で比較的粒径が小さくなっているので、
石炭の粘結性（銘柄）によって適切な急！！Ｊ！温度が
異なるのが分る。

５００℃よりｌＢ度が低ずぎる場合には、強粘結炭も弱
粘結炭も軟化溶融気味であり、形状の維持が困難であっ
た。

逆に急熱温度を１２５０℃〜１４００℃にすると、あま
りの急熱のため、石炭に多数のクラックが入り、殆どが
細粒化した。

従って、各種の石炭に対するこのようなデータから、石
炭を炉内に装入する場合、上記した炉壁装入口８の予備
処理通路で５００℃〜１２００℃の範囲て加熱しながら
塊状化しつつ装入すれば、急熱による粉化を防止し、粗
粒の炭素系固体環元剤の充填層を形成するのに有効であ
ることが分った。

次に使用する石炭の粘結性について述べる。高炉製銑法
に使用するコークスを製造する場合、高強度のコークス
を製造するために王として強粘結性の配合石炭を全量３
ｍｍ以下に粉砕し、これをコークス炉で乾留し焼き固め
ている。本発明のプロセス、すなわち竪型還元炉の上方
に炭素系固体還元剤の流動層を形成し、下方に炭素系固
体還元剤の充填層を形成するプロセスの場合、充填層を
形成する炭素系固体還元剤は高炉製銑法の場合より、強
度の弱いものを使用することができる。

（例えば粒径３ｍｍ以上）の石炭をコークス化すること
なくそのまま使うことができるが、その場合、弱粘結性
の石炭だけを用いると生成した炭素系固体還元剤の強度
は弱く、強粘結性の石炭だけを使用すると生成した炭素
系固体還元剤が弱くなる場合がある。そこで例えば粘結
性の弱い粉状の石炭６　ｂと粘結性の強い石炭６ｃとを
組合せると、強度と粒径が安定した炭素系固体還元剤を
製造することかできる。なお分級装置１４を設Ｇづ、こ
こで１ｍｍ以下の石炭を分離して羽口に輸送するように
しても良い。

竪型炉の上方に流動層を形成すると、ある程度のダスト
（王に炭素質）が発生ずるので、サイクロン等の分離装
置によって生成したタストを分離捕集し、再使用するこ
とが考えられる。このようなタス１〜は一般には羽口４
から炉内に吹込んで再使用するが、吹込量に制約がある
場合などには、炉壁装入口８から、石炭と混合して使用
する。石炭と混合することにより石炭の粘結性を利用す
ることがてき、粗粒の炭素系固体還元剤を生成する。こ
の際、タス１−の割合が多ずぎると、第３図に例示した
ように、粘結分の不足により粗粒化が十分てなくなるの
で汀意がｌ・要である。

〔実施例１ 第１図に示ずような構成の竪型試験炉（炉床径１．２ｍ
φ）で鉄鉱石と石炭を使用して銑鉄を製造した。実施例
は炉壁装入口８から石炭を加熱しつつ装入した。比較例
は炉壁装入口を使用しなかった。

実施例 １）粉状鉄鉱石 ＭＢＲ鉱石二粒径２ｍｍ以下 予備還元率＝５１％ 供給量　　６０７　ｋ　ｇ／Ｈ ２）石炭 ウィツトバンク°弱粘結性、粒径３０ｍｍ以下、８００
　ｋ　ｇ　／　Ｉ−１ ザウスヤクート・強粘結性、粒径２０ｍｍ以下、４０　
ｋ　ｇ　／　Ｈ 炉頂装入ロアよりは１０ｍｍ以上の石炭１５０ｋ　ｇ　
／　＋（を装入した。２箇所の炉壁装入口８からは１．
０ｍｍ未満の石炭６５８　ｋ　ｇ　／　Ｈな炉内ガスの
顕熱によって５００℃〜１１００℃に約６分間］３ 加熱しつつ装入した。

羽口からは３２　ｋ　ｇ　／　Ｈを吹込んだ。

３）送風量 流量　　１．４．８０　Ｎ　ｍ’　／　ＨＯ２ａ度　３
０％ 温度　　５８０℃ ４）羽口吹込（上段利口より吹込） 石炭吹込量　粒径１．ｍｍ以下３２ｋｇ／Ｈダスト吹込
量　５９　ｋ　ｇ／Ｈ 粒径：２ｍｍ以下 主成分　Ｃ７２％ ５）銑鉄生産量：１０．４ｔ／ｄ ６）スラグ発生量　４．９ｔ／ｄ 比較例 従来のように全部の石炭を炉頂画人ロアから装入した。

１）粉状鉄鉱石 ＭＢＲ鉱石二粒径２ｍｍ以下 予備還元率＝５０％ 供給量　　　５５８　ｋ、　ｇ　／　＋（２）石炭 ウイットバンク二粒径３０ｍｍ１ｕ下 ９８０ｋｇ／ｌ−１ ザウスヤクート・粒径２０　ｍ　ｍ以下５０　ｋ　ｇ　
／　Ｈ ３）送風量 流　　量　　　　１４８ＯＮｎず／トＩＯ２濃度、３０
％ 温　　度　　　５８５℃ ４）ダメ１−吹込（上段羽口より吹込）吹込量　：９５
ｋｇ／ｌ（ 粒径・２　ｍ　ｍ以下 主成分　Ｃ７１％ ５）銑鉄生産量：９．５ｔ／ｄ ６）スラグ発生量：４．８ｔ／ｄ 実施例は比較例に比べて、装入石炭の粗粒化率が増加し
て、微粉化炭材が減少し、溶融還元炉外に排出される割
合が減少するため、その分、装入石炭量が減少した。ま
た、石炭装入量が減少した分、石炭中揮発分の分解のた
めの熱量やゲス１〜増加により顕熱となって侍史られる
熱量も減少し、銑鉄生産量が増加した。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、竪型還元炉と別個に炭
材予備処理炉を設置することなく、炉壁装入口から炉内
に装入する粉炭を加熱しつつ塊状化することができるの
で、金属の溶融還元に必要な高温を十分確保することが
できる。この結果溶融金属の生産性が上がるので製造コ
ストを低減できる優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施例を説明する溶融還元炉のフ
ローシート、第２図は急熱温度と生成した炭素系固体還
元剤の粒径１０ｍｍ以上の重量分率を示すグラフ、第３
図はダストの混合率の影響を示すグラフである。 １−・・竪型落融還元炉 ２・・・炭素系固体還元剤の充填層 ３・・・炭素系固体還元剤の流動層 ４・・・羽口 ５・・・粉鉱石 ６・・・炭素系固体還元剤 ７・・・炉頂装入口 ８・・・炉壁装入口 ９・・・フリーボード １０・・・発生ガス １１・・・溶融金属 １２・・・溶融スラグ １３・・・空気および／または酸素 １４・・・分級装置 １５・・・ブツシャ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　竪型還元炉内の下方に炭素系固体還元剤の充填層を
   形成し、その上方に炭素系固体還元剤の流動層を形成し
   、竪型還元炉の側壁の外周に沿って設けられた羽口から
   粉状鉱石を竪型還元炉内に吹込み金属酸化物を溶融還元
   する方法において、竪型還元炉の炉頂装入口と羽口との
   間の側壁に炉壁装入口を設け、該炉壁装入口から炭素系
   固体還元剤となるべき粉炭を、５００℃〜１２００℃に
   加熱しつつ塊状化して竪型還元炉内に装入することを特
   徴とする溶融還元炉の操業方法。 ２　炉壁装入口から装入する粉炭の加熱に炉壁装入口に
   流入する炉内ガスの顕熱および／または潜熱を利用する
   ことを特徴とする請求項１記載の溶融還元炉の操業方法
   。 ３　強粘結性の粉炭と弱粘結性の粉炭を混合した粉炭を
   炉壁装入口から装入することを特徴とする請求項１また
   は２記載の溶融還元炉の操業方法。 ４　竪型還元炉の排ガスから捕集したダストを炉壁装入
   口から装入する粉炭に混入することを特徴とする請求項
   １〜３のいずれかに記載の溶融還元炉の操業方法。