JPH0219165B2

JPH0219165B2 -

Info

Publication number: JPH0219165B2
Application number: JP56086738A
Authority: JP
Inventors: Hongisu Nikorasu; Hoosu Arutsuuru; Bidaru Rooran
Original assignee: SANTORU DO RUSHERUSHU METARYURUJIIKU
Current assignee: SANTORU DO RUSHERUSHU METARYURUJIIKU
Priority date: 1980-06-05
Filing date: 1981-06-05
Publication date: 1990-04-27
Also published as: BR8103552A; JPS5723011A; GB2077299B; LU83372A1; ES502771A0; ES8203971A1; GB2077299A; FR2483951B1; AR232004A1; SE8103500L; FR2483951A1; NL8102654A; DE3121975A1; SE451728B; US4421553A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はその中で銑鉄石が還元されて銑鉄にな
る溶鉱炉の操業方法に関する。この操業では2000
℃まで及びそれ以上の温度に過熱された還元ガス
が炉の下部例えば溶鉱炉の主羽口のレベルに吹込
まれる。今日、省エネルギー事情は産業分野、特に鉄鋼
メーカーに、一次エネルギーの消費を出来るだけ
少なく低減することやあるタイプのエネルギーを
もつと安価でより容易に得られる他のタイプに置
換えることを求めている。炭化水素が大量にかつ
安価に購入できた限りでは溶鉱炉における冶金コ
ークスの20％だけを重油、天然ガス、等の羽口吹
込みで置換えることが可能である。今日の状況下
では、これらのタイプの吹込み燃料は別の燃料例
えば石炭に置換えられねばならない。良く知られた方法であるもう一つの可能性はコ
ークス消費を下げるため炉の主要羽口のレベルに
おける高温還元ガスの吹込みである。この技術分
野で、コークスの消費量を低減させる目的で高炉
の主羽口のレベルから高温の還元性ガスを噴射す
ることは周知である。この還元性ガスは一般に、
空気、酸素富化空気、又は可能ならば純酸素のよ
うな酸化性ガスによる炭素質燃料の燃焼によつて
生ずる。この還元性ガスは主として還元性成分である
H₂OとCOを含み、そして同様に、燃焼反応の結
果生ずるCO₂とH₂Oをも含む。さらに、このガス
は、時として、燃焼用に使われた酸化性ガスの成
分に由来してN₂を含むことがある。このような
還元ガスは炉の外で、独立の装置であるいは好ま
しくは直接に炉の吹込み回路中で製造することが
できる。このような還元ガスは炉の中に吹込むこ
とができ、通常使用されている高温送風の全部又
は一部を置換え得る。しかし、本発明の範囲内に
おいて高温還元ガスが吹込まれるこれら羽口は熱
風又は同様な酸化剤の送風には用いられないとい
うことは良く理解されねばならない。高温還元ガ
スが全部の羽口を通して吹込まれる有利な具体例
においては、在来の操業に通常使用される送風は
全部この還元ガスに置換えられる。他の具体例で
は高温還元ガスは一部の羽口だけを通して吹込ま
れてよく、高温の酸化ガス（空気、酸素富化空気
等）は残りの羽口を通して吹込まれる。本出願人他によつて、種々の燃料（固体、液体
又はガス）からカナダ特許1007050号に記載され
ているような再循環ガスの使用を含んでいる還元
ガス及び酸化剤を製造する種々の方法や装置が提
案されている。このガスが約2000℃になる高温度は色々な方法
で、好ましくはプラズマ発生炉、アーク加熱器、
又は同様な設備の如き電気的手段で得られ、これ
らの装置はかかるガスを製造し炉操業に要求され
る熱を与えるに必要な化学反応を容易にするとい
う二重の長所をもつている。かかる方法は本出願
人によつて英国特許No.1335247；1332531；
1354642；1459659；及び1488976に特許請求され
ている。かかる方法を製銑に極めて有効な操業で
溶鉱炉設備に応用する可能性をたしかめるため強
力な研究がなされている。この研究は、もし、ガスが空気とコークスの燃
焼によつて炉の中で製造される在来の方法によつ
て冶金的反応を起こすかわりに、実質的に同じ組
成と温度をもつたガスが吹込まれ、このようなガ
スは吹込み回路の中か炉の外のいずれかで製造さ
れ、同じ羽口から吹込まれるならば、溶鉱炉にお
ける熱移動と物質移動には何等変更するところが
ないというこれまでの考察に基いていた。研究の間に他のタイプの高温還元ガスが吹込め
ることが分つた。この場合には、在来の溶鉱炉操
業の方法とは著しく異つた方法で操業される。 1979年３月デトロイトにおいて、米国鉱山冶金
石油学会の鉄鋼協会製鉄会議で本発明者等によつ
て紹介され議事録に刊行された論文はこの研究分
野における事情を示している。上記論文で述べて
いるように、在来の溶鉱炉操業と超高温還元ガス
法の主たる相違の一つは非常に低いコークス比が
得られたことである。上記論文で述べられている
試験の間に得られた最も低いコークス比は乾量コ
ークス179Kg／出銑トンであつた。このコークス
比は実験溶鉱炉で在来の方法で操業された場合に
得られた乾量コークス717Kg／出銑トンの値より
も本質的に少ない。（表参照）

【表】

【表】 ※ 炉頂ガスの温度は非常に高つたので炉の
損傷を防ぐため炉頂部に冷却水を添加した
ため炉頂ガスの温度は不明である。
この研究の間に、それらの成果を達成するのに
消費された高温還元ガスの量は理論的に必要とす
る量よりもはるかに過剰であつたということも明
らかになつた。このことは過剰エネルギー消費と
いうことになり、この方法の経済性をさまたげる
ものである。さらに、炉の生産性を選んだ設定値
に調整することは出来なかつた。この新技術は在来の溶鉱炉に応用することは可
能であるとの証明が得られたので、新しい試みが
最良の操業条件を見出すことに向けられて、本発
明を導びくにいたつた。しかし、新しい試みから得られた試験結果に基
いて、ねらつた全部の目標即ちコークス比、鉄の
品質、炉の生産性及び最低のエネルギー消費に答
える、そして又在来の炉操業に比較して在来法に
ない利益を示す制御方法を開発することが可能に
なる。本発明の目的は過熱した還元ガスが吹込まれる
溶鉱炉の安定した経済的なそしてなめらかな操業
を達成するために必要な条件を明らかにすること
である；本方法の特徴はコークス比、炉の生産
性、銑鉄の温度及びSi含有量、炉頂ガスの温度を
制御するために還元ガスの組成、温度及び又は流
量を調整する工程である；この炉頂ガスの顕熱は
一般には損失になるため最後の項目の制御は興味
ある節約手段である。本発明は本質的に溶鉱炉を制御する方法であつ
て、この方法では鉄鉱石が銑鉄に還元され少なく
とも一つの反応器が溶鉱炉の下部に吹込まれる還
元ガスを加熱又は製造と加熱をするために使用さ
れる。この還元ガスは一次的にCOとH₂を、そし
て多分N₂を、二次的にはCO₂とH₂Oを含有して
おり、還元ガスの温度は吹込み羽口のノーズ
（nose）部で好ましくは1500℃から1800℃の範囲
である。本発明によれば、溶鉱炉の操業は以下の方法で
制御される。 (a) コークス比を制御するために、CO₂及び又は
H₂O（多分N₂も）の含有量及び還元ガスの温度
を変える；即ちコークス比の増加に対しては、
還元ガスのCO₂及び又はH₂O及び又はN₂の含
有量及び温度を増加し、コークス比の減少に対
しては、還元ガスのCO₂及び又はH₂O及び又は
N₂及び温度を低減する； (b) 炉の生産性を制御するために、還元ガスの
CO₂及び又はH₂O（多分N₂も）及び温度を変え
る；即ち炉の生産性の増加に対しては還元ガス
のCO₂及び又はH₂O及び又はN₂を低減し、還
元ガスの温度を増加し、炉の生産性の減少に対
しては還元ガスのCO₂及び又はH₂O及びN₂の
含有量を増加し還元ガスの温度を低減する； (c) 銑鉄の温度及び又はSi含有量を制御するため
に、還元ガス中の温度及びCO₂及び又はH₂Oの
含有量を変える；即ち銑鉄の温度及び又はSiの
含有量の増加に対しては還元ガスの温度を増加
し還元ガスのCO₂及び又はH₂Oの含有量を低減
する、銑鉄の温度及び又はSi含有量の減少に対
しては、還元ガスの温度を低減し還元ガスの
CO₂及び又はH₂Oの含有量を増加する； (d) 炉頂ガスの温度を制御するために、還元ガス
の温度及び還元ガスのCO₂及び又はH₂O（多分
N₂も）の含有量を変える；即ち炉頂ガスの温
度の増加に対しては、還元ガスの温度を低減し
還元ガスのCO₂及び又はH₂O及び又はN₂の含
有量を増加し、炉頂ガスの温度の減少に対して
は還元ガスの温度を増加し還元ガスのCO₂及び
又はH₂O（多分N₂も）の含有量を低減する。還元ガスを吹込むために使用される反応器は、
好ましくは電気加熱器すなわちプラズマ加熱器の
設備を有している。しかし還元ガスを加熱あるい
は製造し加熱するためにどんな種類の設備を用い
てもよい。本発明によれば、還元ガスの温度は好ましくは
例えば加熱操作に用いられるプラズマをつくるの
に必要な電力を加減することによつて調整され
る。この具体例は製造された還元ガスの成分に著
しくは影響を与えないという長所がある。還元ガスは供給貯蔵燃料（気体状、液状又は固
体の炭素質燃料）及び酸化ガス（空気、再循環ガ
ス又はその他）を反応器に導入することによつて
製造されると、還元ガスの組成に変り特に還元ガ
ス中のCO₂及びH₂Oの含有量は酸化ガスに対する
供給貯蔵燃料の比率すなわちプラズマ炉に供給す
る酸化ガスに対する供給貯蔵燃料の量の比率を加
減することによつて調整される。本発明の方法に要求される還元ガスを種々の方
法で製造することができる、すなわち： (A) 気体、液体あるいは固体燃料が空気又は未結
合の酸素を含んでいるその他のガス（酸素富化
空気など）と反応して最大量のCOとH₂が次の
反応に従つてできる方法；燃料＋O₂→ｘ・CO＋ｙ・H₂； (B) 気体、液体あるいは固体燃料がCO₂及び又は
蒸気又はCO₂及び又は蒸気を含んでいる工業ガ
スと反応し、酸素と燃料の割合を、以下の反応
に従つて、できたガスが最大量のCO、H₂、N₂
と最小量のCO₂及びH₂Oを反応に従つて含んで
いるような方法で調節する方法：燃料＋CO₂及び又はH₂O→ｗ・CO＋ｚ・
H₂； (C) 総てが前もつて加熱できる酸化剤とともに気
体状の液体あるいは固体燃料を反応加熱装置の
生産回路の上流又は下流に導入する方法（液体
燃料の場合、燃焼空気、酸化剤だけが反応器で
過熱される）； (D) 炉頂ガスの如き冶金工程からの発生物を処理
後（炉過、水分及び又はCO₂を全部又は一部を
除去）固体炭化水素質物質（石炭、褐炭）又は
液体炭化水素質物質（燃料油）又はコークス炉
ガス、天然ガスのような炭化水素を含んでいる
ガス等と反応させる方法； (E) スラリー、懸濁液、エマルジヨン、ミスト又
は泡の如き混合物である燃料と酸化剤と反応さ
せる方法。本発明の別の具体例によれば、前述の工程(a)の
コークス比は出銑トン当り50Kg/tから350Kg/tの
間、好ましくは80Kg/tから200Kg/tの間のどんな
要求値にも制御できる。工程(a)の制御によれば、前もつて決定したコー
クス比が還元ガスの成分及び温度を加減すること
によつて得られる。もし高いコークス比を望むならば、本発明によ
れば、還元ガスが一部の羽口を通して有利に吹込
まれ、そして高温酸化ガス（即ち空気）がその他
の羽口を通して吹込まれる。この高温酸化ガスは
好ましくはプラズマバーナー、電弧ヒーター等の
ような電気技術を用いて平常の操業温度に加熱さ
れるか又は過熱される。本発明の特に有利な具体例では、吹込まれたガ
スの温度及びこのガスの還元能力は、在来の方法
で得られる最良のものよりも低い所望のコークス
比を得るために、そして同時に、装入物の通常の
炉内降下を保証して、所望のSi含量で一定の銑鉄
量を製造するために独立して制御される。この方
法はコークス比、Siの含有量及び出銑量の値を設
定することからなる第１の段階、そして、還元ガ
スの組成を調整することによつて、例えば加熱器
に導入された酸化ガスに対する供給貯蔵燃料の比
率を加減することによつて、そして炉に吹込まれ
た還元ガスの温度を調整することによつて、例え
ば炉に吹込まれた還元ガスを加熱する反応器に供
給される電力を適切に加減することによつて、コ
ークス比と生産と溶銑の所望の組成の設定値に矛
盾しない均衡のとれた炉操業を達成することであ
る第２段階を含んでいる。本願発明の方法は、還元能力と高温の噴射され
た還元性ガスの温度を変化させることによつて、
高炉の操業を連続的にコントロールする方法を教
示するが、このうちガスの還元能力は、非還元性
成分、すなわち、H₂O及びCO₂の量、N₂が存在
するときは更にN₂の量も変化させることによつ
て、連続的にコントロールすることができる。その際、成分のCO₂とH₂Oは、常に還元性ガス
中に共存するので、ひとまとめにして（それらの
和として）とらえられる。従つて、これらのどち
らかの成分を別個に変化させ得るとしても、CO₂
とH₂Oの和の変化を考えなければならならい。
N₂はもしガス中に含有されているときは、還元
能力のコントロールのために別個にその量を変化
させることができる。本発明の方法はこのように在来技術の炉操業に
比べて重要な新規性を提供する。コークス比は原
料の有用性、操業の経済性等に従つて随意に変え
られる；この過熱された還元ガスを吹込む方法に
おいては、コークス比は従来技術の方法で得られ
るどのコークス比よりも低いということは記憶さ
れねばならない。溶銑のSi含有量はより容易によ
り迅速に加減し得る；そしてシヤフト炉の作業は
随意に選択され調節される。この操業と制御はシ
ヤフト炉に吹込まれた還元ガスの組成及び温度を
加減することによつて達成される。この方法の利
益は明白である。溶鉱炉のオペレーターはオペレ
ーターに有利な原料と炉の配置で最適な操業を達
成するためにコークス比、生産割合、炉頂ガス温
度、溶銑のSi含有量を同時に前もつて選択し得
る。本発明は連続で自動のそして正確なプロセス
制御をこれまで得られない程度や範囲に可能にす
る。下記の表から表までにまとめられた成果は
本発明による方法の多数のそして重要な利点の一
部及びそれらがどのようにして得られるかを示し
ている。例えば表から表は溶鉱炉の制御に対
して本発明の方法を用いて、所望のコークス比又
は銑鉄の特徴（Si％、温度）又は炉頂ガス温度を
得る（増加又は低減）ことは可能であることを示
している。表は本発明の方法を適用することによつて、
成績を基準操業１から他の操業２に固定したコー
クス比で変えることは可能であることを示してい
る。それはコークス比が175Kg／出銑トンから105
Kg／出銑トンへの低減は還元ガス温度を2050℃か
ら2020℃に、還元ガスのCO₂とH₂Oの量を容積で
6.1％から3.4％に低減することによつて得られる
ことを示している。銑鉄の品質及び炉頂ガスの温
度は工業的な観点から一定に評価されることは注
意されねばならない。

【表】

【表】表は本発明の方法を適用することによつて、
銑鉄の温度及びSi含有量を基準操業３から他の操
業４に変えることは可能であることを示してい
る。銑鉄の温度の1410℃から1360℃えの減少、及
びSi含有量の0.60％から0.30％えの減少は還元ガ
ス温度を2400℃から2350℃に低減し、そして還元
ガスのCO₂とH₂Oの量を3.53％から4.0％に増加す
ることによつて得られる。生産値、コークス比及
び炉頂ガス温度は工業的な観点から一定に評価さ
れる。

【表】表は本発明の方法を適用することによつて、
炉頂ガス温度を基準操業５から他の操業６に変え
ることは可能であることを示している。炉頂ガス
の温度の350℃から109℃えの低減は還元ガス温度
を2100℃から2400℃に増加することによつて、そ
して還元ガスのCO₂とH₂Oの量を4.53％から3.53
％に低減することによつて得られる。ところがコ
ークス比は本質的に一定値に維持される。

【表】もし、何かの理由で、過熱還元ガスだけが吹込
まれる操業に固定出来るコークス比（コークス比
80Kg／出銑トン）よりも高いコークス比での溶鉱
炉操業がしたいときは、一部の羽口を通して過熱
還元ガスを、他の羽口を通して高温空気を同時に
吹込むことによつて得られる。表は本発明の方法を適用することによつて、
成績を基準操業７から非常に高いコークス比でも
つて他の操業８に変えることは可能であることを
示している。これは、CO₂及びH₂Oの量の増加な
しにもし高いコークス比315Kg／出銑トンが望ま
れるならば、2400℃で過熱還元ガス1036Nm³／出
銑トンの吹込みが2400℃の過熱還元ガス518N
m³／出銑トンと535Nm³／出銑トンの高温空気の
同時吹込みで置換えることを示している。

【表】

【表】供給貯蔵燃料に対する酸化剤の比率を変える
と、反応器で製造された還元ガス中のCO₂とH₂O
の量が変化する。表に実測値が示されており、
ここで天然ガスは燃料であり空気は酸化剤であ
る。

【表】プラズマ炎のような電気反応器中で製造された
還元ガスの温度における電力入力の効果が表に
示されている。

【表】一般に、高炉に吹込まれる還元性ガスの組成お
よび温度は一定ではなく、炉の操業中所望の炉
況、例えば、銑鉄の温度と組成、コークス比、高
炉の生産性及び炉頂ガスの温度等に応じて変化す
る。実際の操業では、外的な条件の変動にもかかわ
らず、炉況を変化させることができない場合もあ
る。このような場合に、以上詳述した本願発明の方
法によれば、必要な処置を極めて短時間に、実質
上即時に、炉に吹き込まれる還元性ガスの組成や
温度を適切に調整することによつて行うことがで
きるものであり、従来の方法のように、炉況の変
化に対する応答に数時間を要する方法に比較して
その効果は極めて大である。

Claims

【特許請求の範囲】１炉の中で鉄鉱石が還元されて1300〜1600℃の
温度と２％以下のSiを有する銑鉄になり、少なく
とも一つの羽口を通して導入される還元ガスを加
熱するために、少なくとも一つの反応器が用いら
れる溶鉱炉を連続的に制御する方法において、コ
ークス比、及び銑鉄の温度とSi含有量というパラ
メーターを同時に制御するために還元ガスの組成
と温度を調節する工程、すなわち、 (a) コークス比を出銑トン当たり50Kgないし350
Kgの値に制御するために、（CO₂＋H₂O）とN₂
とからなる群から選んだ少なくとも一種の還元
ガス成分の量、及び還元ガスの温度を調節する
こと；すなわちコークス比を増加するには、還
元ガスの該成分の量及び温度を増加し、コーク
ス比を減少するには還元ガスの該成分の量及び
温度を低減する；そして (b) 銑鉄の温度及びSi含有量を制御するために、
還元ガスの該成分の量及び温度を調節するこ
と；すなわち銑鉄の温度及びSi含有量を増加す
るには、還元ガスの温度を増加し還元ガスの該
成分の量を低減し、銑鉄の温度及びSi含有量を
減少するには、還元ガスの温度を低減し還元ガ
スの該成分の量を増加する；工程を含むことを特徴とし、その際、還元ガスの
温度範囲は1500〜2800℃であり、還元ガスの組成
は、主としてCO、H₂及びN₂とさらに少量のCO₂
及びH₂Oであり、H₂O＋CO₂の量は出銑トン当た
り193Nm³以下である、溶鉱炉の操業方法。２該反応器が電気加熱器を含んでいる特許請求
の範囲第１項記載の方法。３該コークス比が出銑トン当たり80Kgから200
Kgである、特許請求の範囲第１項記載の方法。４還元ガスが供給貯蔵燃料及び酸化ガスを該反
応器に導入する工程および還元ガスの組成、特に
該成分の量、を酸化ガスに対する供給貯蔵燃料の
比率を加減することによつて調節する工程によつ
て製造される、特許請求の範囲第１項又は第２項
記載の方法。５該酸化ガスが溶鉱炉から再循環される炉頂ガ
スである、特許請求の範囲第４項記載の方法。６該反応器が電気加熱器を含み、還元ガスの温
度が供給電力を変えることによつて変わる、特許
請求の範囲第１項記載の方法。７高温酸化ガスを溶鉱炉に導入する工程を更に
含み、この高温酸化ガスは該還元ガスが吹込まれ
る羽口とは別個の少なくとも一つの羽口を通して
吹込まれる、特許請求の範囲第１項または第２項
記載の方法。８高温酸化ガスが空気又は酸素富化空気であ
る、特許請求の範囲第７項記載の方法。９さらに、炉の生産性というパラメーターが：炉の生産性を増加するには、該成分の量を低減
し、還元ガスの温度を増加し、炉の生産性を減少
するには該成分の量を増加し還元ガスの温度を低
減するように制御される、特許請求の範囲第１項
記載の方法。１０さらに、炉頂ガスの温度というパラメータ
ーが：炉頂ガスの温度を増加するには、還元ガスの温
度を低減し該成分の量を増加し、炉頂ガスの温度
を低減するには還元ガスの温度を増加し還元ガス
の該成分の量を減少するように制御される、特許
請求の範囲第１項記載の方法。１１該還元ガスがいくらかのArを含み、その
N₂＋Arの量は出銑トン当たり988Nm³以下の有効
量であり；かつ前記工程(a)においてN₂とArが該
還元ガスの追加成分として導入される、特許請求
の範囲第１項、第９項または第１０項のいずれか
ら記載の方法。