JPH0361308A - 溶融鉄製造装置及びその方法 - 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、溶融鉄製造装置に関する。

［従来の技術］ 鋼鉄製造技術において、最終的にｗ４鉄へ転換するため
の溶融鉄を製造するために高炉を用いることは良く知ら
れている。また１本願発明者の米国特許４，６７０，０
４９号及び３，４６０，０４９号によると高炉において
鉄鉱石及び他の処理成分から直接鋼鉄を製造することも
知られている。

鉄を製造する従来の高炉の管は、公知である。

高炉は、上部から９０〜１００フイートの深さまで鉄鉱
石、石灰石、及び装入物を支持するに十分な強度のコー
クスの柱状物を形成するように充填される。充填物中の
コークスの燃焼のための熱と酸素を供給するために、高
炉の底部の羽目から熱風を吹き込む。この結果燃焼ガス
が高炉のシャフトを通過し、鉄鉱石、コークス及びフラ
ックスを還元して溶融した鉄とスラグを作り、ダスを含
んだ燃焼排ガスとして炉頂から出る。コースタが消費さ
れるので、柱状の処理原料は毎時約１０フイートの割合
で、高炉のシャフト内を降下する。そして、融解された
鉄とスラッグが湯溜まりを形成し、高炉の底部で分離さ
れる。この湯溜まりから。

鉄とスラッグが別々に間欠的に取り出される。

処理成分を曲がりくねった通路に通じ炉を利用すること
も従来知られている。例えば、上述した米国特許４，６
７０，０４９号は、処理原料が。

高炉のシャフト内に湾状階段構造を含む流路中を連続自
由降下流として落下するようにした直接鉄鋼製造用の高
炉を開示している。

次ぎに、米国特許１，７９９，６４３号は、半径方向内
向に開いた螺旋状の流体溝が、溶鉱炉塔の側壁に形成さ
れ、バーナーノズルが、螺旋状下向きに気体と炎を向け
るために螺旋状の流体溝の接線方向に配置されている溶
鉱炉塔を開示している。処理原料は、渦巻き状の炎とガ
スの熱風によって取り込まれてから、下向きの螺旋状の
流体溝の中を移動する。

米国特許７４８，５６１号は、鋭角の曲げ部で結合され
た直線部を有する長い傾斜溶融路を有しその中に炎と気
体とが注入されるようにした溶鉱基を開示している。米
国特許７４８，５６１号は。

更に、炉の入り口と隣接した大きい断面部からその下流
の小さい断面部分に向かってテーパ状に変化する断面を
有する炉シャフトと、炉の出口側への処理原料の動きを
送、らせるために炉内の処理原料の流路を妨害する素子
とを開示している。

［発明が解決しようとする課題〕 そこで１本発明の第１の目的は１　コークス又は石灰石
、鉄鉱石から還元された鉄及びスラグを精製するために
、そして究極的には鉄鋼を製造するために精練鉄を精製
するために、鉄鋼製造用の通常の原料を処理するための
新規性があって、改良された方法及び装置を得ることに
ある。

本発明の第２の目的は、非常にコンパクトで。

特別の作業や、経済性故に需要の増加した小型の工場で
の使用に非常に適する鉄鋼製造装置を得ることにある。

本発明の第３の目的は、螺旋状管の構造により。

溶鉱炉の火床及び燃焼ゾ１ンに対して下向きの充填物の
一様な流れを提供することにある。

本発明の第４の目的は、新規性があって、改良された鉄
を還元する方法及びそれに使用される装置を得ることに
ある。

本発明の第５の目的は、このような鉄鋼製造装置におい
て閉じた熱交換システムを提供するこεにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、鉄鉱石を含む処理原料から還元された
溶融鉄を製造する装置において２入口端部と出口端部ε
を有し、前記入口端部から前記出口端部に向かって実質
的に連続して垂直方向に降下しており、全長にわたって
連続して伸びている一様な断面積の中空の動作内部領域
を存するチャネル手段と、前記入口端部を介して前記チ
ャネル手段内に連続して上記の処理原料を供給するため
に前記入口端部と協働する原料供給案内手段と。

前記チャネル手段の長さ方向に沿って間隔を置いて前記
チャネル手段と協働して、前記中空の動作内部領域内を
上昇する方向に燃焼用処理ガス流を方向付けるバーナー
手段とを有することを特徴とする溶融鉄製造装置が得ら
れる。

また１本発明によれば、長い螺旋状の下向きの流路とし
て閉じた熱交換システムを有する装置が得られる。そこ
では鉄鉱石を含む処理原料が還元気体の上向きの流れと
逆流関係にある。また、処理原料と還元気体とが反応す
る流路チャネルの断面積は、処理原料が火床に堆積する
前に流れる流路の全長に比較して小さくなっている。

特に１本発明は２作られた構造的枠によって好ま（７く
支持されかつ下向きの螺旋状の管を何する直立した装置
を提供することを応用している。この螺旋状管内で鉄の
還元のための処理原料が連続した流れとして高位置にあ
る螺旋状管の入口端部から低位置にある出口端部に流れ
る間に溶融された溶けた鉄及びスラグが製造される。螺
旋状管内で上方に流れる方向に燃焼酸素及び再生気体の
混合気の流れの方向を指示するための羽目が螺旋状管の
長さ方向に沿って間隔をもって配されていて。

これにより、混合気の流れは処理物質の流れ方向に対し
て逆流する関係にある。

好ましくは、螺旋状管は中空で約３６インチの直径及び
約２４０フイートの全長を有している。

もし、これらの正確な大きさが使用されるならば。

螺旋状管は、９５７９立方フイートの動的な即ち動作状
態で有効作業容量を供給する。これは、約５０．０００
立方フイートの従来の高炉の作業容量に匹適する。

［作用］ 鉄鋼製造装置の減少した作業容量は、還元物質の燃料需
要を大いに減じさせ、同様に燃料消費を改善する。

コンピュータのエイディト・アナリシスから。

上述した寸法と他の物理的パラメータを有する本発明の
装置は、処理原料の各１回の投入分について２９分の滞
留時間を実現し、１［１に付き３６５０トンの溶融鉄及
びスラグの生産能力を実現できることが判明した。

［実施例コ 第１図において１本発明の好ましい一実施例による溶融
鉄製造装置ｒ−０が示されている。溶融鉄製造装置１０
は、火床炉１４の上にピラミッド状に伸びている鉄鋼又
はこれと同様なもので堅固に作られた構造の枠組１２を
有している。枠組１２は、この枠組１２の上端に隣接す
るレシービング・ホッパー１６．スモール・ベル１８．
ラージ・ベル２０．及びこのラージ・ベル２０から上に
伸びているガス・アップティクス２２を支持している。

尚、これらのエレメント１６．１８，２０゜２２は、従
来の高炉の対応するものと同一である。

傾斜した案内ブレートアッセンブリ２４が、枠組１２の
上端に隣接して、ラージ・ベル２ｏの直下に支持されて
おり、処理物質２５を受けて、これを枠組１２によって
支持される螺旋状管２８の入口端部２６の中に案内する
。

好ましくは、螺旋状管２８は、一般に円錐の螺旋形状に
形成する。この螺旋形状は、枠組１２の中で下向きに延
びており、この螺旋が垂直に約１００フイート下の火床
炉１４に向かって枠組１２の下に進むに従って螺旋状管
２８の螺旋状着き径が徐々に大となっている。螺旋状管
２８の出口の端部３０は、火床炉１４の弓形の屋根部３
２を通じて突き出ている。螺旋状管２８の出口端部３０
は、好ましくは、炉の屋根３２を貫通する部分で。

３４で示されるように、大直径を有するように。

プラズマ状に拡がっている。好ましくは、螺旋状管２８
は、２９で示されているように、耐火材でライニングさ
れた木構造とされ、全長２４０フイートにわたって、一
様な直径３６インチの自由作業内部空間を形成する寸法
を有している。こうして、断面積と長さの比は１／３４
となっている。

バーナー３６は、螺旋状管２８の長さ方向に沿って間隔
をもって設けられるとともに、方向付けされて螺旋状管
２８の内部に突き出ている。この方向付けにより、燃焼
酸素及び再循環の気体流が螺旋状管２８内を通じて、螺
旋状管２８の上部の入口２６の方に上向きに向けられる
。

バーナー３６へ混合気を供給するために、良く知られて
適切な酸素供給器３８が、バーナー３６に導管４０の網
を介して酸素を供給するように設けられている。同様に
、再循環の気体が、導管４２の網を介してバーナー３６
に供給される。導管４２の網は、再循環の気体をガス・
ウヤシャー・クリーナー４４から分配する。再循環の気
体は。

ガス・アップティクス２２及び連結導管４６を介してガ
ス・ウォシャー・クリーナー４４に供給される。導管４
２及び導管４０は、また、酸素及び再循環の気体の混合
気を、燃焼混合気を火床炉１４に注入するための一つ以
上のランス４８に供給する。スクラップ・スティール・
ホッパー５０と運搬装置５２が、また、鉄鋼スクラップ
を充填するように火床炉１４に設けられても良い。

好ましくは、枠組１２を、シート状の金属又は他の適切
な側板５４で囲んでしまうことにより。

螺旋状管２８及び他の構成要素を囲んで保護する。

上述の装置は、鉄の還元用として、好ましくは。

本願発明の発明者による米国特許４，６７０，０４９及
び３，４６０．９３４に述べた直接鉄鋼製造工程に、多
くの重要な点で類似した直接鉄鋼製造工程において使用
される。従って、これらの特許の内容が、ここで全体的
にあるいは部的に参照される。

上述したように、螺旋状管２８は、全長２４０フイート
の長さにわたって伸びる３６インチの直径の内部作業空
間を有する。更に、螺旋状管２８は、処理物質の流れを
邪魔するものを内部には全く有していない。この結果、
螺旋状管２８の入口の端部２６から螺旋状管２８の出口
の端部３４まで、炉の充填物は一様に下向き流れる。

一般的には、還元された鉄の１トンを製造するために炉
に充填される処理物質は、鉄鋼石２トン。

コースタ０．９トン及び石灰石０．４トンを有するであ
ろう。充填物質は、レシービング・ホッパー１６に受は
入れられ、スモール・ベル１８を介して自由落下カーテ
ンをラージ・ベル２ｏの周囲に形成し、傾斜した案内ブ
レートアッセンブリ２４上に連続して堆積され、螺旋状
管２８の入口の端部２６に案内される。

処理物質は、その後、螺旋状管２８内を螺旋状管２８の
出口の端部３０に流下し、火床炉１４内に流れる。処理
物質は、螺旋状管２８中を流下する間１＝、螺旋状管２
８中を上方に流れる高温還元気体と接触する。その気体
は、最初は１例えば。

火床炉１４内で、３３５０°Ｆの高い温度であるが。

螺旋状管２８を上昇するにつれて徐々に低下する。

例えば、螺旋状管２８内の還元気体が第２のバ−ナー３
６のレベルに来たとき、螺旋状管２８内の温度は、２３
２７０°Ｆと測定された。更に還元気体が第３のバーナ
ー３６のレベルにおいては、その温度は、１７３０°Ｆ
と測定された。螺旋状管２８の頂部即ち、入口端部では
、６２９°Ｆと観察された。

上述したように、処理物質と還元気体とを逆流の関係に
維持した螺旋状管２８は、全長にわたって一様に明らか
な内部断面積の長い閉じた熱伝達システムを構成する。

この熱伝達システムにおいては、鉄が還元される間に処
理物質が通過する長い通路にわたって還元気体と処理物
質とが逆流の関係にあるから１作業容積が高効率に利用
される。

上述した螺旋状管２８は、９５７９立方フイートの有効
作業容積をもたらす。即ち、静的な条件では、９５７９
立方フイートの有効作業容積を含む２４０フイート管の
実際の直径は、約７．１２フイートとなる。しかしなが
ら、２４０フイート管の有効作業容量は、管の寸法ばか
りでなく、その容積及び処理物質と逆流関係にあって上
方に流れる還元気体の流速の関数である。従って、内径
が７，１２フイートより小さい３６インチの直径の２４
０フイート管は、９５７９立方フイートの望ましい有効
作業容量を与えるであろう。３６インチの中空の直径及
び２４０フイートの長さは、火床の燃焼から螺旋状管２
８を通って上昇した気体の温度を鉄還元工程が進むに充
分な温度に保つために適しているパラメータである。こ
の処理物質及び還元気体が逆流関係に維持されているこ
とにより、螺旋状管２８の有効作業容量は、同一の寸広
の管の実際の容積を遥かに越えて増加している。

螺旋状管２８の有効作業容量が増加したことは次の点か
らも明らかであろう。即ち、仮に螺旋状管２８が静止し
た即ち流れない状態の還元気体で充垣されているならば
、螺旋状管２８内を降下する還元気体と処理物質との連
続接触によって引き起こされる鉄還元の意味において、
同じ結果物を製造するには螺旋状管は、より長くなけれ
ばならない。もちろん、螺旋状管２８がより長い管であ
れば、結果として、処理物質の滞留時間は長くなり、構
造上及び上述の装置のメンテナンス上において経済性が
大きく得られることになる。

鉄鉱石の還元は、螺旋状管２８の入口の端部２６から約
３０フイート下方で、開始する。そして。

２４０フイート流路長にわたる螺旋状管２８中の処理物
質の滞留期間は、２９分である。鉄鉱石及び池の処理物
質を溶解された鉄及びスラグに還元するのは、全て螺旋
状管２８内で行われる。

バーナー３６の位置ばかりでなく螺旋状管２８の一様な
３６インチの内部動作直径は、上述したように適切に上
昇した温度に還元気体を保ち、かつ適正な気体の量を維
持して螺旋状管２８の頂部即ち、入口の端部２６で必要
な温度を与えるように、特に選択されたものである。従
って、螺旋状管２８の上部の範囲内での処理物質は、急
速に流動化し、螺旋状管２８中を高速で流下する。高熱
の還元気体と連続して逆流接触しながら螺旋状管２８を
通って処理原料が移動するので、螺旋状管２８は閉じた
熱交換システムを構成する。この熱交換システムでは、
還元気体と処理物質との間での密接な接触が絶え間なく
維持されるため、有効作業容量が効率良く使用される。

更に付は加えると、螺旋状管２８の構造及び好ましい寸
法のパラメータの故に大容量の従来の高炉において見ら
れたような温度制御に加わる問題は発生しない。

バーナー３６は、螺旋状管２８の還元気体温度の管理お
よび維持の単純で容易な制御手段を提供する。更に加え
て、火床炉１４の屋根に４８で示されるようなランスは
火床炉１４に隣接１７た螺旋状管２８の下部の範囲内の
高温還元気体の月明の流れに加えて１再生熱体及び酸素
供給部３８からの酸素の混合気を燃やすためのものであ
る。

火床炉１４において、コークス又は石灰の燃焼によって
高温還元気体の構成物質ができる。この構成物質は１例
えば、ＣＯ２２０％、Ｃｏ−５８％、Ｎ２−１８％、　
Ｎ２０　３９６．　Ｎ２　１５を含む組成から戊る。こ
れらの還元気体が螺旋状管２８を通じて上昇する時、還
元が進行する。還元気体が螺旋状管２８の全長を上ると
、螺旋状管２８の入口の端部２６から流出し、ラージ・
ベル２０の底部からガス・アップティクス２２を通過し
、導管４６を含む適切なスキャベンジャ−・システムに
流れる。導管４６は上述した適切なガス舎つォシャー・
クリーナー４４にガス・アップティクス２２からの気体
を供給する。それ故、洗浄された再循環ガスが、導管４
２を通してバーナー３６およびランス４８へ分配される
。

螺旋状管２８を処理物質の混合物で満たし、連続動作で
、螺旋状管２８の処理物質の滞留時間が２９分であると
、２９分間の処理物質の連続した安定な状態の流れが生
じて、螺旋状管２８の出口の端部３０から火床炉１４に
、５３トンの融鯉鉄及び２０トンのスラグが放出される
。従って、このシステムの製造容量は、１日につき３６
５０トンの融解鉄及びスラグである。これらの製造の割
合に対して、酸素の消費は２９分毎に２２００立方フイ
ート、即ち１日につき４８トンである。

還元された鉄が螺旋状管２８から火床炉１４に流れると
き、この還元された鉄は、好ましくは。

上記の米国特許４，６７０，０４９及び３，４６０．９
３４で述べられた工程と多くの重要な点において類似し
た直接鉄鋼製造法で処理される。もっとも、高炉は使用
されない。特に、還元された物質を含む金属鉄及び還元
されない物質即ち酸化物を含むスラグが、螺旋状管２８
の上方の範囲の溶解ゾーンから流下する。このゾーンは
、螺旋状管２８の頂部から３０フイート下であって、処
理物質が流動化され２９分間にわたって管の全長を流れ
続けるっ 螺旋状管２８の出口の端部３０から、溶解された鉄及び
スラグが火床炉１４に流れ込む。この点で、その金属及
びスラグは夫々、米国特許４，６７０．０４９の第１表
に示されているような組成を有している。火床炉１４で
の精練期間の間、温度ハ、約３３４０°Ｆに維持される
。このｄ度で。

その鉄鋼中の残留酸素が、炭素と反応して一酸化炭素を
形成する。これにより、残留酸素が鉄鋼の溶液を触れス
ラッグ中に入り沸騰点に上昇させる。

この沸騰の動作によって、鉄鋼中の酸素成分は。

酸化剤が必要としない値にまで減少させられる。

火床炉１４中の最終融解鉄鋼及びスラップは。

米国特許４，６７０．０４号の表Ｈに示されているよう
な組成を有している。酸化され還元されたスラグは、１
つ以上のスラップ・ランナー５４を介して火床炉１４か
ら排出され、融解された鉄鋼は、ランナー５６を介して
火床炉１４から取り出される。

上述したように１本発明は、新規で改良された直接鉄鋼
製造工程の還元段階における鉄の還元の方法及び装置で
ある。直接鉄鋼製造工程は、特に目的のために形成され
た装置において、絶えず連続した鉄の還元及び鉄鋼の精
練工程を含んでいる。

［発明の効果］ 本発明によれば、コークス又は石灰石、鉄鉱石から還元
された鉄及びスラグを精製するために。

非常にコンパクトで経済性および効率の高い鉄鋼製造装
置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は２本発明の溶融鉄製造装置及びその方法に係る
一実施例の斜視図、第２図は、第１図の溶融線■−■で
切断された鉄製造装置の一部の横断面図である。 図中、１０・、・・溶融鉄製造装置、１２・・・枠組　
１４・・・火床炉、１６・・・レシービング・ホッパー
　１８・・・スモール・ベル、２０・・・ラージ・ベル
　２２・・・ガス・アップティクス、２４・・・傾斜し
た案内プレートアッセンブリ、２５・・・工程物質、２
６・・・螺旋状管２８の入口の端部、２８・・・螺旋状
管、　　３０・・・螺旋状管２８の出口の端部、３４・
・・好ましい場合の螺旋状管２８の出口の端部、３０．
３６・・・バーナー、第２のバーナー、第３のバーナー
　４０・・・導管、４４・・・ガス・ウォシャ−・クリ
ーナー４６・・・連結導管、４８・・・ランス、５０・
・・スクラップ・スティール・ホッパー、５２・・・運
搬装置。 ＦＩＧ、２ 手続補正書（自発） 平成２年７０月２３日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鉄鉱石を含む処理原料から還元された溶融鉄を製造
   する装置において、入口端部と出口端部とを有し、前記
   入口端部から前記出口端部に向かって実質的に連続して
   垂直方向に降下しており、全長にわたって連続して伸び
   ている一様な断面積の中空の動作内部領域を有するチャ
   ネル手段と、前記入口端部を介して前記チャネル手段内
   に連続して上記の処理原料を供給するために前記入口端
   部と協働する原料供給案内手段と、前記チャネル手段の
   長さ方向に沿って間隔を置いて前記チャネル手段と協働
   して、前記中空の動作内部領域内を上昇する方向に燃焼
   用処理ガス流を方向付けるバーナー手段とを有すること
   を特徴とする溶融鉄製造装置。 ２、請求項１記載の溶融鉄製造装置において、前記チャ
   ネル手段は、前記入口端部と出口端部とたけで開いた閉
   じた熱伝達手段であることを特徴とする溶融鉄製造装置
   。 ３、請求項２記載の溶融鉄製造装置において、前記チャ
   ネル手段は、前記入口端部から出口端部へ連続的に巻き
   ながら下降する螺旋状の形状を呈することを特徴とする
   溶融鉄製造装置。 ４、請求項３記載の溶融鉄製造装置において、前記連続
   的な各巻回部は、一つの前のものより大きくなる螺旋径
   を有することを特徴とする溶融鉄製造装置。 ５、請求項１記載の溶融鉄製造装置において、前記一様
   な断面積は、前記チャネル手段の全長にわたって一定の
   直径の円形領域であることを特徴とする溶融鉄製造装置
   。 ６、請求項１記載の溶融鉄製造装置において、前記チャ
   ネル手段の前記断面積と長さの比は、約１／３４である
   ことを特徴とする溶融鉄製造装置。 ７、請求項６記載の溶融鉄製造装置において、前記中空
   の動作内部領域の少なくとも１部が、長さ方向及び円周
   方向に連続して伸びている円筒耐熱側壁によって形成さ
   れていることを特徴とする溶融鉄製造装置。 ８、請求項１記載の溶融鉄製造装置において、更に、前
   記チャネル手段の前記出口端からスラッグと溶融鉄を含
   む処理された物質を受けるように配置された火床を含む
   ことを特徴とする溶融鉄製造装置。 ９、請求項８記載の溶融鉄製造装置において、更に、前
   記火床にスクラップ鉄鋼を供給するためのスクラップ供
   給手段を含むことを特徴とする溶融鉄製造装置。 １０、請求項８記載の溶融鉄製造装置において、更に、
   前記火床を上に、前記チャネル手段を支持する構造手段
   を有することを特徴とする溶融鉄製造装置。 １１、鉄鉱石を含む処理原料を還元して溶融鉄とスラグ
   を製造する方法において、長さ方向に実質的に一様の断
   面積を有するとともに、該断面積の約３４倍の長さを有
   し実質的に連続して降下した長い閉じた熱交換流路の入
   り口に前記処理原料の混合物を充填する工程と、前記降
   下する閉じた熱交換流路内に連続した流れで前記処理原
   料を通過させる工程と、前記閉じた熱交換流路の長さ方
   向に沿って選択された箇所において還元物質を前記閉じ
   た熱交換流路内に供給し、前記処理原料の流れと逆流の
   関係にあるように前記閉じた熱交換流路内で前記還元物
   質を上昇方向に方向付ける工程とを有することを特徴と
   する溶融鉄及びスラグを製造するために鉄鉱石を含む工
   程物質を還元する方法。