JPH02190412A - 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、酸化物系鉱石を溶融還元して溶融金属を製造
する際に、酸素分圧測定に基づいて反応系の二次燃焼率
を推定する方法および二次燃焼率の推定値に基づいて溶
融還元炉を操業する方法に関する。

（従来の技術） 近年、高炉・転炉法に代わる製鉄技術として溶融還元製
鉄法が注目されている。この方法で使用する溶融還元炉
は、使用する原料に制約を受ける事なく、より小規模な
設備により鉄系合金の溶湯を製造し、しかも副生ずる熱
量を有効利用することを目的として開発されたものであ
る。

このような溶融還元炉の１つとして、例えば第３図に示
すような形式の炉が特開昭６２−１８２２１４に提案さ
れている。この炉は、固定式の縦型炉部Ｉと該縦型炉部
ｌに対して着脱可能に設けられた容器部２を備えている
。容器部２は、台車３に設置されており、別の容器部２
と容易に交換することを可能にしている。

容器部２は、主としてメタル浴８等からなる溶融物を収
容するものであり、酸素ガス及びプロパン、微粉炭等の
燃料を溶融物に吹き込む底吹き羽口１１が底壁に設けら
れている。底吹き羽口１１を介して容器部２中に吹き込
まれたガスは、メタル浴８およびスラグ層９中を気泡１
０となって上昇し、メタル浴８およびスラグ層９を撹拌
する。

また、容器部２の下部にはタップホール１２あるいはス
ライディングゲートがもうけられており、このタップホ
ール１２あるいはスライディングゲートを介して任意の
時間に溶融金属スラグ等の溶融物が炉外に排出される。

他方、縦型炉部Ｉは、垂直円筒状あるいは部分的に径大
化した円筒状の形状をもつ。該縦型炉部１の下部は容器
部２に密着・離脱自在にされており、その上部は排ガス
１３を排ガス利用系に送るためのダクトにつながってい
る。該縦型炉部ｌの下部−、フォーミングしたスラグ層
９の一部に浸漬されている。

この縦型炉部ｌには、垂直上方からランス４及び斜め上
方又は横方向から複数のランス５が挿入されるようにな
っている。これらランス４．５から、酸素ガス等のガス
及び／または鉱石、石炭等の粉体が炉内に吹き込まれる
。さらに、この縦型炉部１には、鉱石またはその成形物
、塊状炭材等の塊状物を投入するための塊状物投入装置
６が設けられている。塊状物投入装置６より投入された
酸化物系鉱石は、メタル浴８中の炭素あるいはスラグ層
９中に懸濁している炭材によって還元される。この還元
反応ＦｅＯ＋Ｃ→Ｆｅ＋ＧＯおよび底吹き羽口から吹き
込まれた酸素により炭素が燃焼して発生した一酸化炭素
ＣＯは可燃性成分であり、これをそのまま排出したので
は、熱発生を大きくすることができない。そこで、ラン
ス４．５から吹き込んだ酸素ガスによって、２ｃｏ＋ｏ
ｔ→２　ＣＯｐの二次燃焼反応を行わせている。また、
石炭の揮発分から発生する水素も、２Ｈｔ＋０２→２Ｈ
？Ｏの燃焼反応を行わせることにより、熱発生量の増加
を図っている。

（発明が解決しようとする課″＆） このように、二次燃焼を行う溶融還元炉においては、生
産速度や前後の工程との関係から適正な二次燃焼率を設
定し、安定な操業を行うために炉内の二次燃焼率を正確
に把握して、炉況に応じて適正な制御をすることが必要
となる。

しかし、従来は、リアルタイムで炉内の二次燃焼率を把
握する適当な手段がなく、例えば排ガスを採取してガス
分析機器に送り、Ｇｏ、Ｏｘ、Ｈｔを分析し、Ｈ，Ｏは
別のセンサによって測定するかまたは元素バランス計算
によって算出して、二次燃焼率（ＣＯ＊　十Ｈ＊　０　
）　／　（ＣＯ＋　ＣＯｔ　＋　１（＊十〇、Ｏ）　　
を推定していた。この方法では時間遅れが生じ、二次燃
焼率の変動に対応して迅速な制御を行うことができない
。

そこで、本発明は、溶融還元炉内の二次燃焼率をリアル
タイムで測定し、原燃料の装入速度や吹酸条件を迅速に
制御して安定な操業を行うことを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明の方法は、その目的を達成するために、溶融還元
炉内の適当な位置に、酸素分圧プローブを設置し、排ガ
スの酸素分圧を測定し、以下に述べる演算を行って二次
燃焼率を推定し、設定した二次燃焼率が得られるように
リアルタイムに操業因子を変化させて操業することを特
徴とする。

即ち、測定極と標準極とからなる酸素濃淡電池および熱
電対によって構成される酸素分圧プローブを用いて測定
した酸素濃淡電池の起電力Ｅと測定系の絶対温度Ｔとか
ら（１）式を用いて測定系の酸素分圧Ｐｏｙを求める方
法は公知である。

４Ｆ　　　　　　　Ｐｏｔ、ｒｅｆ Ｆ、Ｒはそれぞれファラデ一定数、気体定数であり、既
知である。Ｐｏｔ、ｒｅｆは標準極の起電力であり温度
Ｔがわかれば熱力学データよりその値は既知となる。

溶融還元炉において、二次燃焼している火炎の外側の領
域すなわちＨ，−Ｈ，０−Ｇｏ−Ｇｏ、からなる高温の
燃焼生成ガスにおいてはシフト反応（（２）式）はほぼ
平衡の状態にあり、このとき、このガスの酸素分圧は、
（３）、（４）式の平衡酸素分圧でもある。

Ｈｔ　Ｏ十ＣＯ＝　Ｈｘ　＋ＣＯｔ・　・　・　・　・
（２）Ｈｔ　＋Ｉ／２０　ｔ＝　Ｈｔｏ・　・　・　・
　・　・　・　（３）Ｇ　Ｏ＋１／２０　ｔ＝　ＣＯｔ
・・・・・・・（４）したがって、 ＰＨ。

Ｔ ・　・　・　・　・（５） ｃｏｔ ΔＧ。

Ｐｃ。

Ｔ ・　・　・　・　・　（６） Ｉン＝ｐＨｔ＋ＰＩ（ｔｏ−１−Ｐｃｏ＋Ｐｃｏｔ・　
・　・　・　・　（７） とすると、二次燃焼率ＰＣは Ｐ　　　　　　　　　　　　　Ｉ＋Ｘ １＋Ｙ で表される。

ここで、ΔＧ３．△Ｇ、はそれぞれ（３）、（４）式の
反応の自由エネメギー変化で既知の値である。Ｐは全圧
、βは全圧に対する一酸化炭素分圧と二酸化炭素分圧の
合計の比である。

すなわち、（８）式で表されるβが定められれば、酸素
分圧プローブによる測定値から（１）式を用いて求めた
Ｐｏｔを（５）、（６）式に代入してＸ、Ｙを求め、（
９）式から二次燃焼率を得ることができる。

本発明においては、二次燃焼したガス中のβの値は未知
であるが、定常に操業している状態においてはほぼこの
値に等しいとみなし得る溶融還元炉に単位時間あたり装
入される原燃料中の炭素原子のモル数と水素原子のモル
数との１７２の合計に対する炭素原子のモル数の割合を
βとして前記の手続きから溶融還元炉の二次燃焼率ＰＣ
を推定するものである。

（作　用） 本発明においは、酸素分圧プローブによる測定に基づい
て二次燃焼率を推定している。したがって、炉内の二次
燃焼率が時々刻々変動している場合でも速やかに追従す
ることができる。また、複数のプローブを使用すること
によって炉内の局所的な二次燃焼率の分布も推定できる
。

溶融還元炉の操業において、適当な位置の二次燃焼率あ
るいは複数の点の測定値から推定される平均の二次燃焼
率を管理し、迅速な制御を行うことによって、設定され
た二次燃焼率が得られるように操業を行うことが可能と
なる。二次燃焼率に影響する操業条件としては、単位時
間あたり炉内に供給される鉱石量、炭材量、上吹き及び
底吹きの酸素量、底吹きガス量、ランス高さなどがある
が、例えば生産速度に対応する鉱石量を一定とし、炭材
量、酸素量お上びランス高さを変えて二次燃焼率を制御
することが可能となる。

（実施例） 以下、図面に示した実施例により、本発明の特徴を具体
的に説明する。

第１図は、本実施例で使用した測定装置の実施態様を示
す例の概略図を示す。なお、第１図において、第３図で
しめした部材等に相当するものについては、同一の符番
で指示した。

縦型炉部１の上部に酸素分圧プローブ１５の先端のセン
サ一部を挿入している。二次燃焼して生成したガスは、
炉口から排出される直前でこの先端部に取り付けられた
酸素センサと熱電対に起電力を生ぜしめ、Ａ　／　Ｄコ
ンバータ１６を通してコンピュータ１７に送られて酸素
分圧と温度が算出される。さらに、使用されている原燃
料からあらかじめ計算されている炭素と水素の比に基づ
いて同じくコンピュータ１７により二次燃焼率が推定さ
れる。その結果に基づき、設定した二次燃焼率が得られ
るように原燃料装入速度、吹酸条件を制御する。

このようにして推定した二次燃焼率の推移を第２図に示
す。目標の排ガス組成を得るためにあらかじめ点線のよ
うに二次燃焼率の目標値が設定されている。二次燃焼率
の推定値が低下したＡ点においてランスをと昇させ吹酸
量を増し、同時に炭材供給量も増加させたところ、二次
燃焼率が図のように回復した。また、二次燃焼率の推定
値が高くなった８点で吹酸量、炭材供給量を減少させた
ところ、二次燃焼率は再び下降して目標値に近づいた。

以上の例えにおいては、上下分離型の溶融還元炉を例　
にとり説明した。しかし、本発明は、これに拘束される
ものではなく、その他種々の形式の溶融還元炉に適用で
きるものであることは勿論である。更に、第１図に示し
た例では、縦型炉部１の上部のＩ箇所で酸素分圧測定を
行っているが、密閉型の溶融還元炉では煙道１４で測定
することも可能であり、また測定箇所を炉内各所に設け
るとき、より一層正確な炉況の把握が可能となる。

（発明の効果） 以−Ｆに説明したように、本発明においては、溶融還元
炉内の酸素分圧をその変化に応じてリアルタイムで測定
して二次燃焼率を推定しているため、迅速な制御を行う
ことができる。このような制御により、二次燃焼率を設
定の目標値の近くで推移させて、安定な操業を行うこと
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を上下分離型の溶融還元炉に適用した例
を示した図、第２図は酸素分圧の測定値に基づいて推定
した二次燃焼率の推移図（ａ）とその推定値に基づいて
制御した酸素と炭材の供給速度の変化の図（ｂ）、第３
図は特開昭６２〜＋８２２１４に示されている溶融還元
炉を示す図である。 ｌ　・ ２　・ ３　・ ４　。 ６　・ ８　・ ９　・ ・縦型炉部 ・容器部 ・台車 ・ランス ・塊状物投入装置 ・メタル浴 ・スラグ層 ・気泡 ・底吹き羽口 ・タブブホール ・排ガス ・煙道 ・酸素分圧プローブ ・Ａ／Ｄコンバータ ・コンピュータ 人 新日本製鐵株式会社 第３図 館２′：Ａ （勾 書（自発） ｌ事件の表示 平成元年特許願第８０９７号 ２発明の名称 溶融還元炉の操業方法 ３補正をする者 事件との関係　　特許　出願人 住　所　　東京都千代田区大手町２丁目６番３号（６６
５）新日本製鐵株式会社 氏　名（名称）　代表者　齋　　藤　　裕４代理人〒１
０３　置　２４１−０４４１住　所　　東京都中央区日
本橋本町１丁目６番３号自発補正 補　　正　　の　　内　　容 ｌ）明細書４頁１４行目の「溶融金属スラグ等」を「溶
融金属、スラグ等」に訂正する。 ２）〃８頁１７行目のｒＰｏｔ”ＪをｒＰｏｔ”Ｊに補
正する。 ３）〃９頁１行目のｒＰｏｔ”ＪをｒＰｏｌ’／″」に
補正する。 ４）〃９頁１．１行目の「自由エネメギー」を「自由エ
ネルギー」に訂正する。 ５）〃　１３頁５行目の「例え」を「例」に訂正する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉱石を溶融還元して溶融金属を製造する方法にお
   いて、溶融還元炉で二次燃焼した排ガスの酸素分圧（Ｐ
   ｏ＿２）と温度（Ｔ）を酸素分圧プローブを用いて測定
   し、前記酸素分圧と温度から下式により水蒸気分圧（Ｐ
   Ｈ＿２Ｏ）と水素分圧（ＰＨ＿２）の比Ｘならびに二酸
   化炭素分圧（Ｐｃｏ＿２）と一酸化炭素分圧（Ｐｃｏ）
   の比Ｙを求め、溶融還元炉に単位時間あたり装入される
   原燃料中の炭素原子のモル数と水素原子のモル数の１／
   ２との合計に対する炭素原子のモル数の割合βを算出し
   、前記Ｘ、Ｙ、βから二次燃焼率ＰＣを下式により推定
   することを特徴とする溶融還元炉の操業方法 Ｘ＝（ＰＨ＿２Ｏ）／（ＰＨ＿２）＝Ｐｏ＿２＾１＾／
   ＾２　ｅｘｐ（−［ΔＧ＿１／ＲＴ］）Ｙ＝Ｐｃｏ＿２
   ／Ｐｃｏ＝Ｐｏ＿２＾１＾／＾２　ｅｘｐ（−［ΔＧ＿
   ２／ＲＴ］）ＰＣ＝Ｘ（１−β）／（１＋Ｘ）＋（Ｙβ
   ）／（１＋Ｙ）ここで上式中Ｔは絶対温度、Ｒは気体定
   数 ΔＧ＿１、ΔＧ＿２はそれぞれ反応　Ｈ＿２＋１／２　
   Ｏ＿２＝Ｈ＿２Ｏ、ＣＯ＋１／２　Ｏ＿２＝ＣＯ＿２の
   自由エネルギーの変化である。
2. （２）鉱石を溶融還元して溶融金属を製造する方法にお
   いて、あらかじめ目標とする二次燃焼率を設定し、請求
   項（１）の方法によって二次燃焼率を推定し、設定の二
   次燃焼率が得られるように、二次燃焼率に影響する鉱石
   供給速度、炭材供給速度、底吹き酸素量、上吹き酸素量
   、底吹きガス量、上吹きランス高さを変化させて操業す
   ることを特徴とする溶融還元炉の操業方法。