JPH03277708A - 鉄浴式の溶融還元法 - Google Patents
鉄浴式の溶融還元法Info
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- JPH03277708A JPH03277708A JP7682890A JP7682890A JPH03277708A JP H03277708 A JPH03277708 A JP H03277708A JP 7682890 A JP7682890 A JP 7682890A JP 7682890 A JP7682890 A JP 7682890A JP H03277708 A JPH03277708 A JP H03277708A
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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。
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、金属酸化物の溶融還元法に関し、特に、鉄お
よび合金鉄浴の溶融還元法に関わるものである。
よび合金鉄浴の溶融還元法に関わるものである。
(従来の技術)
鉄浴式の溶融還元法(以下、溶融還元と言う)は、炉内
にあらかじめ、溶銑、スラグ炭材を保持させておき、こ
の中に鉄鉱石、石炭、石灰等の原料を供給するとともに
、酸素ガスを吹込み、石炭を燃焼させて、この燃焼熱に
より鉄鉱石を還元させ、溶銑を得るものである。
にあらかじめ、溶銑、スラグ炭材を保持させておき、こ
の中に鉄鉱石、石炭、石灰等の原料を供給するとともに
、酸素ガスを吹込み、石炭を燃焼させて、この燃焼熱に
より鉄鉱石を還元させ、溶銑を得るものである。
この溶融還元の操業においては生産性を上げるために、
還元反応を良好に進行させる必要かある。
還元反応を良好に進行させる必要かある。
このために、還元反応に必要な熱を多量に供給しなけれ
ばならず、炉内でのガスの燃焼すなわち二次燃焼率(炉
内ガスの(H2H十002)/(H2+H20+CO+
C02)×100%))を高め、酸素量・石炭量光たり
の発熱量を増加させる操業方法が取られる。通常、二次
燃焼率は30〜7゜%に設定されており、この操業形態
によって、生産性が増大し、酸素、石炭原単位は向上す
る。しかし、発生熱量が多いことから、ガス温度が上昇
し、耐火物の溶損を招く結果となる。
ばならず、炉内でのガスの燃焼すなわち二次燃焼率(炉
内ガスの(H2H十002)/(H2+H20+CO+
C02)×100%))を高め、酸素量・石炭量光たり
の発熱量を増加させる操業方法が取られる。通常、二次
燃焼率は30〜7゜%に設定されており、この操業形態
によって、生産性が増大し、酸素、石炭原単位は向上す
る。しかし、発生熱量が多いことから、ガス温度が上昇
し、耐火物の溶損を招く結果となる。
現在使用されている溶融還元炉用の耐火物は、MgO−
Cr203系やMg0−C系、Ag2O3系等が使用さ
れているか、現状では次のような問題点かある。
Cr203系やMg0−C系、Ag2O3系等が使用さ
れているか、現状では次のような問題点かある。
炉下部(鉄浴やスラグ浴に浸漬している部分)では、操
業温度は1500℃程度と比較的低温ではあるが、底吹
ガスによる撹拌力が大きいことから損耗速度は1〜4m
m/h程度である。炉上部(ガス燃焼部)では、二次燃
焼率が高いことからガス温度が高< 1700〜200
0℃である。またスラグスプラッシュの飛散によりスラ
グの侵食も受ける。
業温度は1500℃程度と比較的低温ではあるが、底吹
ガスによる撹拌力が大きいことから損耗速度は1〜4m
m/h程度である。炉上部(ガス燃焼部)では、二次燃
焼率が高いことからガス温度が高< 1700〜200
0℃である。またスラグスプラッシュの飛散によりスラ
グの侵食も受ける。
したがって損耗速度も大きく、現状では3〜10mmで
ある。Mg0−C系レンガの溶出防止のためにスラグ中
MgO4度を飽和濃度に近づける必要がある。高MgO
濃度にするためには、一般的に操業中にドロマイトを添
加させることからコストアップとなり、高MgOスラグ
の吸湿・膨張により資源としての再利用が困難である。
ある。Mg0−C系レンガの溶出防止のためにスラグ中
MgO4度を飽和濃度に近づける必要がある。高MgO
濃度にするためには、一般的に操業中にドロマイトを添
加させることからコストアップとなり、高MgOスラグ
の吸湿・膨張により資源としての再利用が困難である。
溶融還元法が現状のコークス−高炉法とコスト的に競争
できるレベルの耐火物損耗速度としての目標値は、0,
5〜1mm/hであると考えられる。
できるレベルの耐火物損耗速度としての目標値は、0,
5〜1mm/hであると考えられる。
このような耐火物の損耗の最大の原因は、熱による溶損
であり、溶損速度を抑制する方法としては操業温度を低
下させることか考えられる。特開昭82−230908
号公報には、操業中の脱燐を進行させるために、銑中の
C>3.5%とし、出銑温度を液相線より200℃以上
高く、かつ1450℃以下に保持して操業する低温操業
の技術が開示されている。
であり、溶損速度を抑制する方法としては操業温度を低
下させることか考えられる。特開昭82−230908
号公報には、操業中の脱燐を進行させるために、銑中の
C>3.5%とし、出銑温度を液相線より200℃以上
高く、かつ1450℃以下に保持して操業する低温操業
の技術が開示されている。
また、転炉操業において耐火物の溶損を防止する方法と
して、スラグコーティング形成用羽目を任意数、転炉炉
壁易溶摘部に装着し、羽口から制御した冷却ガスを吹込
めるようにすることにより、転炉耐火物の大幅な寿命延
長を図る技術が特開昭60−135512号公報に開示
されている。
して、スラグコーティング形成用羽目を任意数、転炉炉
壁易溶摘部に装着し、羽口から制御した冷却ガスを吹込
めるようにすることにより、転炉耐火物の大幅な寿命延
長を図る技術が特開昭60−135512号公報に開示
されている。
また効率的な溶融還元の操業方法として、安定な操業を
行うための操業条件として、底吹ガスによる撹拌強度、
上吹き酸素の供給方法、スラグ量についての研究の結果
として、底吹ガスによる撹拌強度を1〜6 kW/ t
、上吹酸素による凹み深1/2 さLo −L<35 (a ・q/P) 、スラグ
量を1.500kg/d以上とすることを発明し、発明
者らは先に特願平1−280459号として出願した。
行うための操業条件として、底吹ガスによる撹拌強度、
上吹き酸素の供給方法、スラグ量についての研究の結果
として、底吹ガスによる撹拌強度を1〜6 kW/ t
、上吹酸素による凹み深1/2 さLo −L<35 (a ・q/P) 、スラグ
量を1.500kg/d以上とすることを発明し、発明
者らは先に特願平1−280459号として出願した。
たyし
α、底吹ガスの容積変化率(−)
q:羽目1本当りのガス流jit (Nm3/ h )
P、炉内圧力(aim) L:上吹酸素のスラグに対する凹み深さ(m)LOニス
ラグ厚み(m) (発明が解決しようとする課題) 通常の溶融還元操業においては、還元反応速度を高く確
保するために、150[1℃程度で行われている。+5
00”c以下で操業した場合、前述のように脱燐に関し
ては効果的ではあるが、スラグ粘性が増加してスラグの
撹拌が不良になり、石炭の燃焼の伝達が悪化する。また
、還元反応速度が低下することにより、スラグ中σ酸化
鉄濃度が増加し、スラグの異常フォーミングが発生し操
業が不安定になるだけでなく、スラグの排出時にスラグ
中に含有される酸化鉄のロスか増大して鉄歩留が低下す
る。
P、炉内圧力(aim) L:上吹酸素のスラグに対する凹み深さ(m)LOニス
ラグ厚み(m) (発明が解決しようとする課題) 通常の溶融還元操業においては、還元反応速度を高く確
保するために、150[1℃程度で行われている。+5
00”c以下で操業した場合、前述のように脱燐に関し
ては効果的ではあるが、スラグ粘性が増加してスラグの
撹拌が不良になり、石炭の燃焼の伝達が悪化する。また
、還元反応速度が低下することにより、スラグ中σ酸化
鉄濃度が増加し、スラグの異常フォーミングが発生し操
業が不安定になるだけでなく、スラグの排出時にスラグ
中に含有される酸化鉄のロスか増大して鉄歩留が低下す
る。
また、スラグコーティング層の形成のための羽目を任意
数設けることは、二次燃焼率か低く、高温ガスにさらさ
れている時間か短かい転炉においては、耐火物損耗抑制
に有効であるが、溶融還元炉においては、上部空間は非
常な高温に曝されるたけでなく長時間の操業を行うため
、出銑、排滓時に形成されたスラグコーティング層もわ
すがの時間で溶融してしまい、耐火物表面が露出し、あ
まり効果的ではなかった。
数設けることは、二次燃焼率か低く、高温ガスにさらさ
れている時間か短かい転炉においては、耐火物損耗抑制
に有効であるが、溶融還元炉においては、上部空間は非
常な高温に曝されるたけでなく長時間の操業を行うため
、出銑、排滓時に形成されたスラグコーティング層もわ
すがの時間で溶融してしまい、耐火物表面が露出し、あ
まり効果的ではなかった。
安定な操業条件として提案した技術についても、操業を
安定的に行うため現状の1500’C程度の操業温度で
の反応速度の向上、ダスト発生量の抑制を前提にしたも
のであり、耐火物、操業温度をも含めた範囲での全体と
しての最適操業条件とはなっていなかった。
安定的に行うため現状の1500’C程度の操業温度で
の反応速度の向上、ダスト発生量の抑制を前提にしたも
のであり、耐火物、操業温度をも含めた範囲での全体と
しての最適操業条件とはなっていなかった。
このように、操業条件の個々については、最適と考えら
れるような技術についての多くの開発が行われているが
、これらは、問題となっている課題の一面だけに注目し
た解決策でしかなく、プロセス全体としての問題解決と
はなっていない。
れるような技術についての多くの開発が行われているが
、これらは、問題となっている課題の一面だけに注目し
た解決策でしかなく、プロセス全体としての問題解決と
はなっていない。
本発明は、このような−節約な最適条件でなく、プロセ
ス全体としての最適条件を提案するためになされたもの
であり、耐火物の損耗を抑制するための低温操業を行う
にあたり、高生産性を確保しつつ、従来技術では困難で
あった低温での安定操業を可能にするための技術を提案
するものである。
ス全体としての最適条件を提案するためになされたもの
であり、耐火物の損耗を抑制するための低温操業を行う
にあたり、高生産性を確保しつつ、従来技術では困難で
あった低温での安定操業を可能にするための技術を提案
するものである。
(課題を解決するための手段)
本発明は、溶融還元における前述した課題を解決するた
めに、実操業に適用可能な大形の試験炉において、種々
の研究を重ねた結果発明されたものであって、鉄皮の内
側に耐火壁を有する溶融炉に、鉄鉱石または予備還元鉱
石、炭素質物質および副材等を投入し、炉の上方からス
ラグに向けて酸素を吹込む鉄浴式の溶融還元法において
、溶融炉上部の前記耐火壁を冷却構造体で構成するとと
もに、スラグ組成かCa O/ S i O2:1.1
〜1.4、A、Q 203: 15〜25iit%、M
g O< 13vt%となるように炉内における鉱石中
脈石分および炭素質物質中灰分に対する副材の配合比率
を調整しつつ溶銑温度を1420℃以下として操業する
ことを特徴とするものである。
めに、実操業に適用可能な大形の試験炉において、種々
の研究を重ねた結果発明されたものであって、鉄皮の内
側に耐火壁を有する溶融炉に、鉄鉱石または予備還元鉱
石、炭素質物質および副材等を投入し、炉の上方からス
ラグに向けて酸素を吹込む鉄浴式の溶融還元法において
、溶融炉上部の前記耐火壁を冷却構造体で構成するとと
もに、スラグ組成かCa O/ S i O2:1.1
〜1.4、A、Q 203: 15〜25iit%、M
g O< 13vt%となるように炉内における鉱石中
脈石分および炭素質物質中灰分に対する副材の配合比率
を調整しつつ溶銑温度を1420℃以下として操業する
ことを特徴とするものである。
また、上記操業方法において、鉄浴上のスラグを、鉄浴
単位面積(rrF)当たり2000kg以上として操業
することを特徴とするものである。
単位面積(rrF)当たり2000kg以上として操業
することを特徴とするものである。
(作 用)
以下、図面を用いて、本発明について詳細に説明する。
第1図は、本発明の実施による操業の一断面を示す図で
ある。
ある。
1は、炉体の耐火レンガであり、Mg0AΩ O,Cr
2O3,炭素等の耐火性の強い3 材質からなる。2は、底吹羽口であり、鉄浴およびスラ
グ浴を撹拌することを目的として、ガスを吹込む。撹拌
が主目的であることから、ガス種は特に限定されるもの
でなく、通常は窒素、アルゴン、炭酸ガス、酸素を用い
る。5は、底吹ガス配管である。
2O3,炭素等の耐火性の強い3 材質からなる。2は、底吹羽口であり、鉄浴およびスラ
グ浴を撹拌することを目的として、ガスを吹込む。撹拌
が主目的であることから、ガス種は特に限定されるもの
でなく、通常は窒素、アルゴン、炭酸ガス、酸素を用い
る。5は、底吹ガス配管である。
4は、レンガ冷却部であり、レンガの外面は鉄皮を通じ
て、冷却水により冷却するとともに、レンガ内には貫通
パイプを埋め込み冷却ガスを流してレンガを冷却する。
て、冷却水により冷却するとともに、レンガ内には貫通
パイプを埋め込み冷却ガスを流してレンガを冷却する。
ガスは冷却を目的とするものであれば、特に制限はない
が、通常は、窒素、炭酸ガス、溶融還元炉からの排ガス
等を用いる。
が、通常は、窒素、炭酸ガス、溶融還元炉からの排ガス
等を用いる。
また、冷却ガスに水か混在する気水てもよい。この部分
のレンガは冷却を効率的に行うため、例えば、Ag2O
3−CやMg0−Cのような熱伝導率の高いものを使用
することが望ましい。
のレンガは冷却を効率的に行うため、例えば、Ag2O
3−CやMg0−Cのような熱伝導率の高いものを使用
することが望ましい。
3は、金属製の冷却盤であり、内面を耐火物でコーティ
ングすることもある。金属表面が溶融しないたけの冷却
水を流す。冷却盤は、通常は、銅もしくは、銑鉄、鋼鉄
を用いるか、特に熱負荷の大きい部分には、チタン製の
ものも使用する場合がある。
ングすることもある。金属表面が溶融しないたけの冷却
水を流す。冷却盤は、通常は、銅もしくは、銑鉄、鋼鉄
を用いるか、特に熱負荷の大きい部分には、チタン製の
ものも使用する場合がある。
冷却構造部4および3は、主としてスラグか被る炉体部
よりも上部に設置することが普通であり、レンガ冷却部
4と冷却盤3は、各々単独に設置されることもあるが、
第1図には、両者を併せて設置した例を示した。また、
場合によっては、冷却盤3はスラグ上面よりも下に設置
することもある。
よりも上部に設置することが普通であり、レンガ冷却部
4と冷却盤3は、各々単独に設置されることもあるが、
第1図には、両者を併せて設置した例を示した。また、
場合によっては、冷却盤3はスラグ上面よりも下に設置
することもある。
6は、原料の供給用のベルトコンベアであり、7は、原
料の投入用のシュートである。第1図には、原料を上方
から供給する例を示したか、粉状の原料をスラグに吹付
けたり、鉄浴もしくはスラグ浴中に吹込む方法もある。
料の投入用のシュートである。第1図には、原料を上方
から供給する例を示したか、粉状の原料をスラグに吹付
けたり、鉄浴もしくはスラグ浴中に吹込む方法もある。
8は、上吹の酸素ランスてあり、二次燃焼を促進するた
めに、通常はノズルの数か4〜20と複数のものを用い
る。
めに、通常はノズルの数か4〜20と複数のものを用い
る。
9は、排ガス回収用のガスダクトであり、通常は耐熱の
ため、水冷されるか、耐火物のライニングを施す。また
、水冷の場合は排ガスの顕熱を蒸気等で回収することも
ある。
ため、水冷されるか、耐火物のライニングを施す。また
、水冷の場合は排ガスの顕熱を蒸気等で回収することも
ある。
10は、レンガ冷却用のガス配管であり、11はレンガ
冷却および冷却盤冷却用の冷却水配管である。
冷却および冷却盤冷却用の冷却水配管である。
12は、鉄浴であり、鉄は多量に炭素を含み、通常は2
%から、炭素飽和の状態にある。13はスラグ浴であり
、鉄浴の撹拌用ガス、酸化鉄還元の際に生ずる一酸化炭
素ガスか通過することにより泡立っており、静止状態の
1.5〜3倍に膨れている。
%から、炭素飽和の状態にある。13はスラグ浴であり
、鉄浴の撹拌用ガス、酸化鉄還元の際に生ずる一酸化炭
素ガスか通過することにより泡立っており、静止状態の
1.5〜3倍に膨れている。
まず、本発明の主要な特徴の一つである低温操業につい
て説明する。
て説明する。
鉄浴部の温度を低温に維持した状態で操業することによ
り次に示すような効果が期待できる。
り次に示すような効果が期待できる。
■溶銑、スラグの温度が低いため、溶銑やスラグに接し
ている部分の耐火物の損耗速度が低下する。
ている部分の耐火物の損耗速度が低下する。
■溶銑顕熱、スラグ顕熱および排ガス顕熱か減少するた
め、炉内で発生した熱が有効に還元に使用されるととも
に、排ガス顕熱として系外へ持ち去られる熱量が減少し
熱収支が改善される。
め、炉内で発生した熱が有効に還元に使用されるととも
に、排ガス顕熱として系外へ持ち去られる熱量が減少し
熱収支が改善される。
この結果として石炭、酸素原単位が低下でき、生産性も
向上する。
向上する。
■排ガス温度が低下することから、排ガス回収装置の熱
負荷が減少して、必要冷却水量が低減できるとともに、
冷却水配管、排ガス回収装置の寿命が延長する。
負荷が減少して、必要冷却水量が低減できるとともに、
冷却水配管、排ガス回収装置の寿命が延長する。
■溶銑およびスラグの温度が低下することにより、熱力
学的にP、Mnのスラグ相への分配比が高くなり、溶銑
中の不純物を除去しやすくなる。このため、高純度鋼の
製造か容易になり、脱P、脱Mnのための精錬処理費用
が低減できる。
学的にP、Mnのスラグ相への分配比が高くなり、溶銑
中の不純物を除去しやすくなる。このため、高純度鋼の
製造か容易になり、脱P、脱Mnのための精錬処理費用
が低減できる。
■溶融還元において発生するスラグを資源として再利用
する場合、高炉スラグと同様にセメント用原料や路盤材
としての利用が考えられる。
する場合、高炉スラグと同様にセメント用原料や路盤材
としての利用が考えられる。
この場合には、スラグ中MgO濃度か高いと固化時にM
gO相を析出し、空気中の水分の吸湿により膨張するた
め、利用するためのMg04度は13%が上限であると
されている。内張りにMgO系レンガを使用する場合、
レンガの溶出を抑えるため、スラグにMgOを付加させ
る操業が一般に行われている。低温操業の場合、スラグ
中のMgO飽和溶解度が低下し、スラグをMgO飽和と
しても13%以下に抑えることが容易となる。
gO相を析出し、空気中の水分の吸湿により膨張するた
め、利用するためのMg04度は13%が上限であると
されている。内張りにMgO系レンガを使用する場合、
レンガの溶出を抑えるため、スラグにMgOを付加させ
る操業が一般に行われている。低温操業の場合、スラグ
中のMgO飽和溶解度が低下し、スラグをMgO飽和と
しても13%以下に抑えることが容易となる。
炉下部の耐火物の損耗速度の低下した状況を第2図に示
す。
す。
第2図は、 100T鉄浴炉における溶銑温度か135
0〜1600℃の試験操業により、得られた知見であり
、当設値は、第1図の設備構成と等しく、原料はすべて
上方から投入し、酸素は全量を上方のランスから吹付け
た。底吹の撹拌は窒素ガスを吹込んで行った。撹拌力は
下記式で求め、鉄浴重量あたり、2〜6kl//lの範
囲であった。
0〜1600℃の試験操業により、得られた知見であり
、当設値は、第1図の設備構成と等しく、原料はすべて
上方から投入し、酸素は全量を上方のランスから吹付け
た。底吹の撹拌は窒素ガスを吹込んで行った。撹拌力は
下記式で求め、鉄浴重量あたり、2〜6kl//lの範
囲であった。
ε= (6,18・Q−T / WT)ρn(1+h。
/1.46 X 103)Q :底吹ガス流量□Jm3
/m1n)T :浴温度(K) WT:溶銑量(1) h 、浴深(rn) ε :撹拌エネルギー(Watt/ t )操業条件は
、二次燃焼率が40〜45%であり、スラグ組成は、C
a O/ S i 021.2〜1.35であり、八Ω
20314〜17%かつ、MgO<13%であった。
/m1n)T :浴温度(K) WT:溶銑量(1) h 、浴深(rn) ε :撹拌エネルギー(Watt/ t )操業条件は
、二次燃焼率が40〜45%であり、スラグ組成は、C
a O/ S i 021.2〜1.35であり、八Ω
20314〜17%かつ、MgO<13%であった。
レンガは、Mg0−Cである。スラグ量は1200kg
/イである。
/イである。
図中の○は、鉄浴部(炉底)のレンガ損耗速度であり、
・は、スラグ浴部(炉壁)のレンガ損耗速度である。
・は、スラグ浴部(炉壁)のレンガ損耗速度である。
鉄浴部、スラグ浴部ともレンガの損耗速度は溶銑温度の
低下とともに減少しており、1420℃以下であれば前
述した目標値である0、5mm/hを達成していること
かわかる。
低下とともに減少しており、1420℃以下であれば前
述した目標値である0、5mm/hを達成していること
かわかる。
しかし、温度か低いため還元反応速度定数か小さくなり
、高還元反応速度が得られない問題か生する。そこで、
この問題を解決する方法として、発明者らは種々条件下
での操業実験を行い、スラグ量を増やすことによって高
還元反応速度定数か得られることを見出した。
、高還元反応速度が得られない問題か生する。そこで、
この問題を解決する方法として、発明者らは種々条件下
での操業実験を行い、スラグ量を増やすことによって高
還元反応速度定数か得られることを見出した。
第3図は第2図と同じ条件での操業において、スラグ量
を1200kg/rrfとし、見かけの反応速度定数を
溶銑温度毎に調査した結果である。鉄の還元反応式は一
般に次式で表わされており、操業条件を規準化して還元
反応速度を R−k (%T、Fe) R1還元反応速度(kmoN ・02/ rr? ・m
1n)(%T、Pe) ニスラグ中のトータル鉄重量
%(%)k:見かけの還元反応速度定数 (kmoN ・ 02 /rrr −min(%T
、Fe))比較するために、単位面積当り、スラブ中(
T。
を1200kg/rrfとし、見かけの反応速度定数を
溶銑温度毎に調査した結果である。鉄の還元反応式は一
般に次式で表わされており、操業条件を規準化して還元
反応速度を R−k (%T、Fe) R1還元反応速度(kmoN ・02/ rr? ・m
1n)(%T、Pe) ニスラグ中のトータル鉄重量
%(%)k:見かけの還元反応速度定数 (kmoN ・ 02 /rrr −min(%T
、Fe))比較するために、単位面積当り、スラブ中(
T。
F e) 1%当りの見かけの反応速度定数kを求め、
溶銑温度に対してプロットした。第3図より明らかなよ
うに、還元反応速度定数には溶銑温度の低下とともに減
少している。
溶銑温度に対してプロットした。第3図より明らかなよ
うに、還元反応速度定数には溶銑温度の低下とともに減
少している。
そこで、本発明者らは、溶銑温度を1360℃〜142
0℃に維持した操業において、スラグ量を増大させる試
験を行った。
0℃に維持した操業において、スラグ量を増大させる試
験を行った。
第4図は、見かけの還元反応速度定数とスラグ量の関係
を示した図である。
を示した図である。
スラグ量が増大するとともに、見かけの還元反応速度も
増大しており、スラグ量が2000kg/コ以上で急激
に増加していることがわかる。
増大しており、スラグ量が2000kg/コ以上で急激
に増加していることがわかる。
高炉法における生産性は、炉床面積当り、約1.007
/r&・Dであり、この値と比較して溶融還元を商業規
模で操業するにあたり、同等レベルの生産性を達成する
ためには、見かけの還元反応速度は0.091vo1・
O,、/rn”−win(T、 Fe)以上でなけれ
ばならない。
/r&・Dであり、この値と比較して溶融還元を商業規
模で操業するにあたり、同等レベルの生産性を達成する
ためには、見かけの還元反応速度は0.091vo1・
O,、/rn”−win(T、 Fe)以上でなけれ
ばならない。
第4図に示すように、スラグ量を2000kg#rf以
上に増加させることにより、0.09以上にすることが
可能であることかわかった。スラグ量が1500kg/
rrrから2000kg/rr?に増大させることによ
って、見かけの還元反応速度が急激に増大している原因
としては、スラグ層の厚みか増大し、上吹き酸素による
スラグ層の凹みの大きさよりもスラグ厚みの方が大きく
なり、酸素による鉄浴の再酸化か防止できたためである
。
上に増加させることにより、0.09以上にすることが
可能であることかわかった。スラグ量が1500kg/
rrrから2000kg/rr?に増大させることによ
って、見かけの還元反応速度が急激に増大している原因
としては、スラグ層の厚みか増大し、上吹き酸素による
スラグ層の凹みの大きさよりもスラグ厚みの方が大きく
なり、酸素による鉄浴の再酸化か防止できたためである
。
次に、スラグ組成について述べる。
前述のように溶銑温度か1420℃以下でもスラグ量の
増大により高生産性が得られることを示したが、これは
低温においても流動しゃすいスラグ組成を保つことによ
って可能となる。
増大により高生産性が得られることを示したが、これは
低温においても流動しゃすいスラグ組成を保つことによ
って可能となる。
前述のように、スラグのセメント用原料や路盤材として
の再利用を考えると、MgO濃度を10%以下にしなけ
ればならないか、低温化することにより、スラグ中への
MgO飽和溶解度は低下するため、スラグのMgO調整
のためには低温化は効果的である。
の再利用を考えると、MgO濃度を10%以下にしなけ
ればならないか、低温化することにより、スラグ中への
MgO飽和溶解度は低下するため、スラグのMgO調整
のためには低温化は効果的である。
MgO濃度13%以下の条件のもとで、1420℃以下
でもスラグの流動性が確保できる組成は、いわゆるMe
lNjte相であり、CaO/5iO2−0,8〜1,
4かつAg203〈25%の範囲である。
でもスラグの流動性が確保できる組成は、いわゆるMe
lNjte相であり、CaO/5iO2−0,8〜1,
4かつAg203〈25%の範囲である。
しかしA 1) 20 aが15%未満てはスラグの融
点が上昇するため1420℃以下で操業するためにはA
I 20 a ”” 1.5〜25%の範囲が望まし
い。
点が上昇するため1420℃以下で操業するためにはA
I 20 a ”” 1.5〜25%の範囲が望まし
い。
溶融還元において、還元反応速度はスラグ中Ca O/
S iO2に強く依存しており、さらにPuMn等の
不純物もCa O/ S I O2が低いと除去しにく
いことから、CaO/5IO2は1,1以上とすること
が望ましい。
S iO2に強く依存しており、さらにPuMn等の
不純物もCa O/ S I O2が低いと除去しにく
いことから、CaO/5IO2は1,1以上とすること
が望ましい。
以上のことから、スラグ組成の範囲としては、Ca O
/ S iO2= l 、 l 〜l 、 4、MgO
<13%、Ag203−15〜25%(スラグ中の重量
%)の範囲になるように、供給される鉱石中脈石分およ
び炭素質物質中灰分に対して、副材供給量を調整する必
要がある。供給する副材としては石灰、ドロマイト、珪
石もしくはアルミナ等がある。
/ S iO2= l 、 l 〜l 、 4、MgO
<13%、Ag203−15〜25%(スラグ中の重量
%)の範囲になるように、供給される鉱石中脈石分およ
び炭素質物質中灰分に対して、副材供給量を調整する必
要がある。供給する副材としては石灰、ドロマイト、珪
石もしくはアルミナ等がある。
次に耐火物について述べる。
耐火物の材質については現在、製鉄業で使用されている
ものとしてMgO系、Al1203系、CaO系、5i
02系、Cr2O3系、Z r O2系がある。CaO
系と5102系では上述のスラグ組成条件下では、レン
ガ損耗速度か大きすぎるため耐用性に問題かある。Cr
2O3系の場合、耐火物の溶損によりレンガ中のCrか
溶鉄中に溶解し、Cra度か増大することから使用は避
ける方かよい。Z r 02系では、Z r 02かス
ラグ層に混入することにより、スラグの粘性か増加する
ため、スラグの流動性を悪化させる。
ものとしてMgO系、Al1203系、CaO系、5i
02系、Cr2O3系、Z r O2系がある。CaO
系と5102系では上述のスラグ組成条件下では、レン
ガ損耗速度か大きすぎるため耐用性に問題かある。Cr
2O3系の場合、耐火物の溶損によりレンガ中のCrか
溶鉄中に溶解し、Cra度か増大することから使用は避
ける方かよい。Z r 02系では、Z r 02かス
ラグ層に混入することにより、スラグの粘性か増加する
ため、スラグの流動性を悪化させる。
以上のことから耐火物としてはM g O系もしくはA
g203系のものを使うのか望ましい。
g203系のものを使うのか望ましい。
最後に溶融炉上部の耐火壁の冷却構造について述べる。
溶融還元では還元熱を供給するため、炉内の上部空間で
二次燃焼を起こさせることから、上部空間でのガス温度
は非常に高温となる。また、炉内壁の表面は飛散してき
たスラグによって、常時漏れた状態であり、レンガの母
村内へのスラグ湿潤、レンガ母材の溶出が容易に生じ、
レンガの損耗に伴ない、スラグ中にMgOやAg2O3
が混入し、スラグ組成を変化させる結果をまねく。
二次燃焼を起こさせることから、上部空間でのガス温度
は非常に高温となる。また、炉内壁の表面は飛散してき
たスラグによって、常時漏れた状態であり、レンガの母
村内へのスラグ湿潤、レンガ母材の溶出が容易に生じ、
レンガの損耗に伴ない、スラグ中にMgOやAg2O3
が混入し、スラグ組成を変化させる結果をまねく。
すなわち、操業の全期間にわたり、上述のスラグ組成を
維持するためには多量の副材を操業中に供給しなければ
ならないことになる。
維持するためには多量の副材を操業中に供給しなければ
ならないことになる。
そこで、スラグ面より上部の耐火壁を冷却し、もしくは
大部分を耐火物を内張すしない冷却盤構造とすることを
提案した。
大部分を耐火物を内張すしない冷却盤構造とすることを
提案した。
耐火壁の冷却方法としては、炉外部(鉄皮側)からの水
冷、もしくは気水の吹付けによる冷却、レンガの中に鉄
皮側から炉内に向けて1本から複数本の貫通パイプを埋
設し、この貫通パイプ内にCo2.N2. もしくは
炉から発生する排ガスを使用できる。また、これらの冷
却ガスに水を添加した気水を使用することにより、冷却
能力は増大する。
冷、もしくは気水の吹付けによる冷却、レンガの中に鉄
皮側から炉内に向けて1本から複数本の貫通パイプを埋
設し、この貫通パイプ内にCo2.N2. もしくは
炉から発生する排ガスを使用できる。また、これらの冷
却ガスに水を添加した気水を使用することにより、冷却
能力は増大する。
また、炉内側より、ガス、水もしくは粉体等の冷却媒体
を直接吹付ける方法かあるが、いずれの方法でもよい。
を直接吹付ける方法かあるが、いずれの方法でもよい。
この場合、冷却の範囲はできるたけ広く、冷却強度は大
きくする方がよいか、過剰な実施は建設費、操業コスト
の上昇をまねくため、最小限に抑えるのがよい。本発明
者らの経験によると、冷却強度は20000kcai)
/ rr?・h以上、冷却面積は少なくともスラグ上
面から炉口までの間の下部1/2の面積は必要である。
きくする方がよいか、過剰な実施は建設費、操業コスト
の上昇をまねくため、最小限に抑えるのがよい。本発明
者らの経験によると、冷却強度は20000kcai)
/ rr?・h以上、冷却面積は少なくともスラグ上
面から炉口までの間の下部1/2の面積は必要である。
耐火物を使用しない冷却盤構造としては、冷却強度か大
きければ構造はいずれのものでもよいか、たとえば高炉
で使用されているステーブ型もしくは電炉で使用されて
いる水冷パネル型のものか容易に施工できる。材質とし
ては、鋳鉄、銅、チタンなどがあるがいずれのものでも
よい。
きければ構造はいずれのものでもよいか、たとえば高炉
で使用されているステーブ型もしくは電炉で使用されて
いる水冷パネル型のものか容易に施工できる。材質とし
ては、鋳鉄、銅、チタンなどがあるがいずれのものでも
よい。
本発明は、操業を低温かつ安定に行うことを特徴とする
ものであるが、製造された溶銑の温度が低いために、出
銑後、下工程でのハンドリングに問題が生ずる場合には
、低温での溶融還元操業により所定量の溶銑を製造した
後、鉱石の供給のみを減少、もしくは停止させて、溶銑
を必要温度まで上昇させる方法を行ってもよい。
ものであるが、製造された溶銑の温度が低いために、出
銑後、下工程でのハンドリングに問題が生ずる場合には
、低温での溶融還元操業により所定量の溶銑を製造した
後、鉱石の供給のみを減少、もしくは停止させて、溶銑
を必要温度まで上昇させる方法を行ってもよい。
(実 施 例)
本発明を第1図に示す如く、100T浴の溶融還元炉を
使用して実施した。実施にあたり使用した耐火物の材質
、および構造を第1表に、全期間にわたり共通の操業条
件を第2表に示す。
使用して実施した。実施にあたり使用した耐火物の材質
、および構造を第1表に、全期間にわたり共通の操業条
件を第2表に示す。
/
第
2
表
第3表に各期間における操業結果を示す。
以下、操業結果について説明する。
比較例1においては、レンガの冷却はなく、かつ150
0℃の高温での操業であり、レンガの損耗速度も大きく
、レンガからのMgOの溶出量も多く、スラグ中MgO
濃度が19.3%にもなっており、セメント用原料とし
ては使用できない。また、熱収支も悪化しており石炭原
単位、生産性も悪い。
0℃の高温での操業であり、レンガの損耗速度も大きく
、レンガからのMgOの溶出量も多く、スラグ中MgO
濃度が19.3%にもなっており、セメント用原料とし
ては使用できない。また、熱収支も悪化しており石炭原
単位、生産性も悪い。
比較例2においては、レンガの冷却はないか、溶銑温度
1395℃の低温で操業を行った例である。
1395℃の低温で操業を行った例である。
レンガの冷却を行っていないことから、低温でありなが
ら炉上部の耐火物の損耗量か大きく、スラグ中MgOが
増大しており、このスラグをセメント用原料には使用で
きない。また、スラグ量か少ないことから上吹酸素とメ
タルの接触による鉄ダストの発生量も多く見かけの反応
速度定数が低く、スラグ中(T、Fe)も高くなり、ス
ロッピングの発生により、操業を続けることができなか
った。
ら炉上部の耐火物の損耗量か大きく、スラグ中MgOが
増大しており、このスラグをセメント用原料には使用で
きない。また、スラグ量か少ないことから上吹酸素とメ
タルの接触による鉄ダストの発生量も多く見かけの反応
速度定数が低く、スラグ中(T、Fe)も高くなり、ス
ロッピングの発生により、操業を続けることができなか
った。
比較例3においては、炉上部を鉄皮からの外部冷却と貫
通パイプによる冷却構造を採用した炉体を使用した操業
結果である。
通パイプによる冷却構造を採用した炉体を使用した操業
結果である。
貫通パイプの構造としては、内径2,4.6+omの炭
素鋼およびステンレス鋼を部位毎に分けて埋設し、それ
ぞれ効果を確かめた。貫通パイプによる冷却効果はバイ
ブの埋設密度、ガス流量、およびレンガ材質、ガス材質
を考慮した伝達係数を与えた単純な伝熱モデルによる計
算により、はぼ推定できることがわかった。操業結果と
しては、1405℃の低温で操業したか、Ca O/
S iO2が1.45と高かったことから、スラグ中に
同相が発生しスラグの粘性の増大によって流動性が悪化
したため、スロッピングを発生し長時間にわたる安定操
業が不可能であった。
素鋼およびステンレス鋼を部位毎に分けて埋設し、それ
ぞれ効果を確かめた。貫通パイプによる冷却効果はバイ
ブの埋設密度、ガス流量、およびレンガ材質、ガス材質
を考慮した伝達係数を与えた単純な伝熱モデルによる計
算により、はぼ推定できることがわかった。操業結果と
しては、1405℃の低温で操業したか、Ca O/
S iO2が1.45と高かったことから、スラグ中に
同相が発生しスラグの粘性の増大によって流動性が悪化
したため、スロッピングを発生し長時間にわたる安定操
業が不可能であった。
実施例1.2はともに、本発明に基づいて操業を行った
結果であり、耐火物の損耗速度は小さく、スラグ中Mg
0ia度も低く抑えられている。低温での安定操業が長
時間達成できており、生産性、石炭原単位とも良好な結
果か得られた。
結果であり、耐火物の損耗速度は小さく、スラグ中Mg
0ia度も低く抑えられている。低温での安定操業が長
時間達成できており、生産性、石炭原単位とも良好な結
果か得られた。
特に炉上部の耐火物については、試験期間1に行った比
較例1.2においては目視でも損耗量が確認できるレベ
ルであったが、実施例1,2及び比較例3においてはほ
とんど損耗量がわからない程度であった。
較例1.2においては目視でも損耗量が確認できるレベ
ルであったが、実施例1,2及び比較例3においてはほ
とんど損耗量がわからない程度であった。
(発明の効果)
本発明の実施により、1420℃以下の低温での安定操
業を実現でき、炉下部の耐火物の溶損速度を0.5mm
/h以下に抑制させることかできるだけでなく、従来技
術では1500℃以上でしか得られなかった高い還元反
応速度定数を達成した。
業を実現でき、炉下部の耐火物の溶損速度を0.5mm
/h以下に抑制させることかできるだけでなく、従来技
術では1500℃以上でしか得られなかった高い還元反
応速度定数を達成した。
また、鉄ダストの発生を抑制するとともに、熱収支も改
善でき、生産性、石炭原単位についても良好な結果が得
られた。操業によって発生するスラグも、セメント用原
料や路盤材として再利用可能となるため、溶銑製造のト
ータルコストについては従来技術に比べ大幅な削減がで
きる。
善でき、生産性、石炭原単位についても良好な結果が得
られた。操業によって発生するスラグも、セメント用原
料や路盤材として再利用可能となるため、溶銑製造のト
ータルコストについては従来技術に比べ大幅な削減がで
きる。
第1図は本発明の実施による操業の一断面を示す説明図
、第2図は溶銑温度と炉下部のレンガ損耗速度との関係
を示す図表、第3図は溶銑温度と見かけの還元反応速度
定数との関係を示す図表、第4図はスラグ量と見かけの
還元反応速度定数との関係を示す図表である。 代 理 人
、第2図は溶銑温度と炉下部のレンガ損耗速度との関係
を示す図表、第3図は溶銑温度と見かけの還元反応速度
定数との関係を示す図表、第4図はスラグ量と見かけの
還元反応速度定数との関係を示す図表である。 代 理 人
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、鉄皮の内側に耐火壁を有する溶融炉に、鉄鉱石また
は予備還元鉱石、炭素質物質および副材等を投入し、炉
の上方からスラグに向けて酸素を吹込む鉄浴式の溶融還
元法において溶融炉上部の前記耐火壁を冷却構造体で構
成するとともに、スラグ組成がCaO/SiO_2:1
.1〜1.4、Al_2O_3:15〜25wt%、M
gO<13wt%となるように炉内における鉱石中脈石
分および炭素質物質中灰分に対する副材の配合比率を調
整しつつ、溶銑温度を1420℃以下として操業するこ
とを特徴とする鉄浴式の溶融還元法。 2、鉄浴上のスラグを、鉄浴単位面積(m^2)当たり
2000kg以上として操業することを特徴とする請求
項1記載の鉄浴式の溶融還元法。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2076828A JP2783894B2 (ja) | 1990-03-28 | 1990-03-28 | 鉄浴式の溶融還元法 |
| ZA906892A ZA906892B (en) | 1989-09-04 | 1990-08-29 | Method of operating in-bath smelting reduction furnace |
| CA002024466A CA2024466C (en) | 1989-09-04 | 1990-08-31 | Method of operating in-bath smelting reduction furnace |
| ES90116879T ES2068298T3 (es) | 1989-09-04 | 1990-09-03 | Metodo de operacion de un horno de reduccion por funcion en el baño. |
| EP90116879A EP0418627B1 (en) | 1989-09-04 | 1990-09-03 | Method of operating in-bath smelting reduction furnace |
| DE69015077T DE69015077T2 (de) | 1989-09-04 | 1990-09-03 | Verfahren zum Betreiben eines Schmelzreduktionsofens. |
| AU62121/90A AU629681B2 (en) | 1989-09-04 | 1990-09-03 | Method of operating in-bath smelting reduction furnace |
| US07/578,010 US5078785A (en) | 1989-09-04 | 1990-09-04 | Method of operating in-bath smelting reduction furnace |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2076828A JP2783894B2 (ja) | 1990-03-28 | 1990-03-28 | 鉄浴式の溶融還元法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03277708A true JPH03277708A (ja) | 1991-12-09 |
| JP2783894B2 JP2783894B2 (ja) | 1998-08-06 |
Family
ID=13616542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2076828A Expired - Fee Related JP2783894B2 (ja) | 1989-09-04 | 1990-03-28 | 鉄浴式の溶融還元法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2783894B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001131620A (ja) * | 1999-11-02 | 2001-05-15 | Astec Irie Co Ltd | 酸化鉄の溶融還元方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01191723A (ja) * | 1988-01-28 | 1989-08-01 | Nippon Steel Corp | 鉄浴式溶融還元炉 |
| JPH01195214A (ja) * | 1988-01-29 | 1989-08-07 | Nippon Steel Corp | 鉄浴式溶融還元炉の操業方法 |
-
1990
- 1990-03-28 JP JP2076828A patent/JP2783894B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01191723A (ja) * | 1988-01-28 | 1989-08-01 | Nippon Steel Corp | 鉄浴式溶融還元炉 |
| JPH01195214A (ja) * | 1988-01-29 | 1989-08-07 | Nippon Steel Corp | 鉄浴式溶融還元炉の操業方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001131620A (ja) * | 1999-11-02 | 2001-05-15 | Astec Irie Co Ltd | 酸化鉄の溶融還元方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2783894B2 (ja) | 1998-08-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |