JPH0359966B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、粉状の金属酸化物を使用する溶融還
元炉の操業方法に関するもので、特に吹込量変更
時における炉内の熱レベルを適正化して操業の安
定を図るものである。

〔従来の技術〕

通常、地下資源としての鉄鉱石などの金属酸化
物の形態としては塊状のものが少なく粉状のもの
が大半を占めており、将来、益々、粉状鉱石が増
えることが予想されることから、原料鉱石を直接
粉状のままで使用することは、昇エネルギー、製
造コストの面で有利となる。

しかしながら、従来より、鉄鉱石など金属酸化
物還元プロセスとしては高炉還元法が主流となつ
ている。既知の如く高炉は気体と固体の向流反応
炉であるために、粉状鉱石を直接炉内へ装入した
場合、充填層内の通気性が著しく阻害され、操業
維持が非常に困難である。

その対策として、従来、粉状鉱石に熱源として
コークス等の炭材を添加し焼結プロセスで焼成せ
しめて粉鉱石を塊成化し、これを高炉装入物とし
て使用している。この塊成化コストの大部分は
NOx，SOxの脱硝、脱硫コスト、ハンドリング
および炭材コストであり、昇エネルギーの面で不
利である。また、焼結炉の排ガス中のNOxや
SOxの除去のために多くの費用が必要となる。そ
こで粉状鉱石を直接使用できる溶融還元製鉄法が
将来、製造コスト、立地条件などの面で有利とな
る。

溶融還元法は大別すると、鍋状容器内の溶融金
属に粒鉱石を投入しながら炭材と酸素を吹き込み
加熱し、溶融還元する転炉タイプと、シヤフト炉
に炭材を充填しておき、羽口から連続的に粉鉱石
を吹き込み、炭材を燃焼で溶融還元する竪型炉タ
イプとに分けられる。

本出願人は後者の方法の１つとして、特公昭59
−18452を提案した。それによれば炉下部に設置
された高温空気を吹き込む上下２段の羽口のうち
少なくとも上段の羽口から粉粒状鉱石を高温空気
とともに竪型炉内に吹き込み、これを溶融還元す
ることを特徴としている。800〜900℃前後に加熱
した空気中に必要により酸素を混合して羽口より
送風し、炉内の炭材を燃焼して熱を発生するが、
炉内の熱レベル制御は操業の安定上重要である。
炉内の熱レベルは羽口覗き窓からの燃焼状態の監
視や、排出されるメタル、スラグの状態および成
分から経験的に判断されるが、粉粒体を吹き込む
場合には羽口の目視観察は難しく、一方スラグ、
メタルからの判断では数時間の遅れがあるため、
熱レベルの制御には不十分であつた。

また、高炉操業においては羽口先の燃焼状態を
輝度計を用いて測定する方法もあるが、炉内の熱
レベルを定量的に測定し、制御するには不十分で
あつた。

一般に粉鉱石などの金属酸化物を羽口から吹き
込む還元炉の場合、単位時間当りの吹込量に対す
る投入熱量はコークスを燃焼しうる空気量および
酸素量で決定される。

炉内の、特に羽口先の熱レベルは炉内における
還元反応ならびにメタルスラグ成分に著しく影響
し、炉況を左右する。

そのため、操業者は羽口の覗き窓からの燃焼状
態監視や炉から排出されるスラグの色彩度合、粘
性状態さらにはメタル中の［Si］およびスラグの
CaO／SiO₂（塩基度）から炉内の熱レベルを判断
し、金属酸化物量や送風空気中に富化する酸素比
率を変更して適正な熱レベルに調整している。し
かし燃焼状態、スラグの色彩、粘性などの判断は
経験的なもので個人差があり、また、スラグ、メ
タル成分の検出は周知のとおり、数時間の遅れを
生じており、これによつて現時点の炉内における
熱レベルを推定することは難しい。

〔発明が解決しようとする問題点〕 金属酸化物たとえば、粉鉱石を送風羽口より吹
き込む形式をとる溶融還元炉の場合、炉内の熱的
レベルは羽口から吹き込む金属酸化物量または送
風中の酸素割合で調整している。

本発明は炉熱レベルの変動を表示するオンライ
ン因子によつて、これらを制御し安定な操業をす
ることができる方法を提供することを目的とす
る。

送風羽口を溶損から防止するため、常時、羽口
内部を冷却水で冷却しているが、本発明者らは酸
素割合や粉鉱石の吹込量を変更すると、冷却水の
排水温度は炉内の燃焼状態や熱的レベルにより敏
感に変化することを見出した。すなわち、羽口冷
却水の入口、出口の温度差の変化量を検知し、そ
の検出値に応じて金属酸化物の吹込や酸素割合を
変更した場合の炉内における燃焼状態および熱的
レベルをきめ細かに管理することによつて、操業
の安定化を図ることができることがわかつた。

本発明は羽口冷却水の羽口入口および出口の温
度差を検知し、粉粒体吹込量および／または送風
空気中に添加する酸素量を制御し、炉内、特に羽
口先の熱レベルを管理することにより、メタル、
スラグ成分の変動を抑制し、操業の安定を図ろう
とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち本発明は竪型炉の羽口から粉状金属酸
化物を送風空気とともに炉内に吹き込んで溶融金
属を還元する方法において、該羽口冷却水の羽口
入口および出口の温度差を測定し、その変動に応
じて粉状金属酸化物の吹込量および／または送風
空気中の酸素添加量を制御することを特徴とする
溶融還元炉の操業方法である。

〔作用〕

メタル中の［Si］、スラグ中のSiO₂を例にとる
と、SiO₂から［Si］への還元は主としてＣが還
元剤となつて［Si］まで還元される。この場合、
SiO₂とＣの親和力、すなわちSiO₂から［Si］ま
で還元される度合は、炉内温度に最も左右され
る。このことからメタル中の［Si］の変動によつ
て高炉の熱レベルを判定している。

また、スラグ中のSiO₂の量は、還元された
［Si］がメタルに溶解するか、また還元されずに
SiO₂のままでスラグ中に入るかで異つてくる。
メタル中［Si］の増加はスラグの塩基度（CaO
％）／（SiO₂％）の減少につながる。塩基度の
増減はスラグの融点、粘性に影響を及ぼすので操
業の安定にも密接に関係する。それゆえ、炉内の
熱レベルを制約することは、メタル、スラグ成分
の変動を抑制でき操業の安定につながる。

竪型炉タイプの溶融還元炉では通常の高炉と同
様に1000℃前後に加熱された空気が羽口を通じて
炉内に送られ、コークスと反応して燃焼するが、
その燃焼温度は高温となり、金属製の羽口は冷却
しないと溶損する。その対策として羽口の材質は
熱伝導性の良い銅を用いてその内部を冷却水を流
し、羽口の熱を抜熱することにより溶損を防止し
ている。

羽口の熱を吸収した冷却水は温度が上昇するた
めに、冷却塔で冷却した後、再び羽口に循環さ
れ、羽口を冷却する。この冷却水は、酸素混合量
や羽口から吹き込む金属酸化物の量により羽口先
での燃焼状態ならびに羽口が受ける熱量が変化す
るので、それらの影響を受け、温度が敏感に上下
する。第１図に鉱石吹込量と富化酸素量変更時の
羽口冷却水の温度差の変化を示した。

第１図に示す如く、金属酸化物吹込量の増加は
同じ富化酸素量では冷却水温度差を低下させる方
向に、また富化酸素量の増加は冷却水温度差を上
昇させる方向に作用す。従つて、２段羽口の上段
と下段で冷却水の温度差を別々に測定し、これを
利用することにより、粉体吹込や酸素量が羽口先
の熱レベルに及ぼす影響を安定的に把握すること
ができ、これを制御因子として用いることができ
る。

〔実施例〕

第２図に溶融還元法のプロセスフローの実施例
を示す。

原料ホツパ１〜３には、粉状の金属酸化物およ
び溶剤が収納され、所定の配合で同時に切り出さ
れて混合鉱石としてベルトコンベア５で重量計量
ホツパ６に装入され、ベルトコンベア７で鉱石用
バンカ１１に入り、鉱石用均排圧ホツパ１２を経
由して、金属酸化物ホツパ１３へ装入される。

コークスはコークス原料ホツパ４より単独に切
り出されベルトコンベア５で重量計量ホツパ６へ
運ばれベルトコンベア７でコークス用バンカ８に
装入され、コークス均圧ホツパ９、コークスホツ
パ１０を経由して、溶融還元炉１４に装入され
る。

次に金属酸化物に溶剤を加えた混合鉱石は鉱石
用ホツパ１３から鉱石供給量調節フイーダ１５、
吹込用パイプ１６を経て羽口１９より溶融還元炉
１４内へ吹き込まれる。

また、送風空気は送風ブロワ１７より熱交換器
１８に送られ、800〜900℃前後に加熱され、羽口
１９より熱風として炉１４内へ送風される。この
空気は同時に鉱石吹込パイプ１６から羽口１９を
通して吹き込まれる混合鉱石を溶融還元炉１４内
に搬送し、コークスの燃焼熱とその際発生する還
元ガスおよびカーボンとの接触によつて、溶融還
元せしめる。溶融メタルは出銑口２０より排出さ
れ、スラグは出滓口２１より排出される。

次に羽口の冷却水は羽口冷却水ライン２２を循
環し、クーリングタワー２２ａで空冷された後、
昇圧ポンプ２３で羽口に送られ、羽口の熱を抜熱
した後、クーリングタワー２２ａへ戻され再び空
冷される。そこで循環する冷却水の羽口への入口
側と羽口からの排水側にそれぞれ冷却水温度を検
知するセンサ２４，２５を取り付ける。刻々変化
する羽口冷却水の出入の温度２４，２５の温度差
は演算装置２６によつて演算され、酸素流量制御
弁２７を制御する。

羽口冷却水の温度差を検出し、鉱石供給量調節
フイーダ１５により鉱石供給量を制御し、酸素流
量制御弁２７により羽口送風への混入酸素量を調
節することにより、炉内、特に羽口先の熱レベル
を調節することができる。

実施例として次の仕様の溶融還元炉を用いて下
記の範囲で試験操業を行つた。

炉内径：1.2ｍ 羽口：上段、下段各３本 送風量：1600Nm²／Ｈ 送風温度：850℃ 鉱石配合比：処理鉱石66％、石灰石27％珪石
７％ 鉱石吹込量：600〜800Kg／Ｈ 富化O₂：50〜150Nm³／Ｈ 冷却水量：60ton／Ｈ 熱レベル制御の実施例として 富化O₂：120Nm³／Ｈ 粉鉱石吹込量800Kg／Ｈ の条件で操業を行つていた場合に、羽口温度が３
℃低下したので、熱レベルを回復させたために、
富化O₂流量を120Nm³／Ｈから130Nm³／Ｈに増加
した。また、別の操業では20℃低下したので粉鉱
石吹込量を800Kg／Ｈを750Kg／Ｈに調整して熱レ
ベルを制御した。

本発明方法によればメタル中［Si］％変動値は
標準偏差で0.041重量％で従来法での0.089重量％
と比較して、変動が小さかつた。そして本発明で
従来より安定した操業が行えるようになつた。

〔発明の効果〕

本発明方法により竪型還元炉のオンライン操炉
因子によつて操炉することが可能となつたので、
従来の熟練者の勘による操業を軽減することが可
能となつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は金属酸化物と溶剤の混合鉱石吹込量と
富化酸素量に対する羽口冷却水排水温度の変化を
すグラフ、第２図は本発明を示す溶融還元プロセ
スフローシートである。 １，２，３，４…原料ホツパ、５…ベルトコン
ベア、６…原料計量ホツパ、７…正転、逆転可能
なベルトコンベア、８…コークス用バンカ、１４
…溶融還元炉、１５…鉱石供給量調節フイーダ、
１９…羽口、２２…羽口冷却水ライン、２３…冷
却水循環ポンプ、２４…冷却水入口温度測定セン
サ、２５…冷却水出口温度測定センサ、２６…冷
却水の出入温度差の演算装置、２７…酸素流量制
御弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 竪型炉の羽口から粉状金属酸化物を送風空気
   とともに炉内に吹き込んで溶融金属を還元する方
   法において、該羽口冷却水の羽口入口および出口
   の温度差を測定し、その変動に応じて粉状金属酸
   化物の吹込量および／または送風空気中の酸素添
   加量を制御することを特徴とする溶融還元炉の操
   業方法。