JPH0499111A - 溶融還元における生産性向上のための酸素ガス供給方法 - 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、鉄鉱石やその予備還元物など、酸化鉄を含有
する鉄原料を溶融還元して溶銑などの溶融鉄合金を製造
するための方法に関する。

（従来の技術） 溶融還元については種々の方式が研究されているが、最
も実用化に近いレベルにまで試験が進んでいる方式の一
つに、炉内に存在するスラグによって、上吹き酸素シェ
ツトと、攪拌状態のメタル浴を遮断することに特徴を有
するものがある（特公昭６２＝５０５４５号公報）。

この方式によると、メタルの再酸化を抑制できるので、
還元速度を高位に保てると同時に、炉内２次燃焼率を高
めて吹酸量当たりの発熱量を大きくし、また、ダスト発
生量を低減して歩留まりを向上させるため、全体として
効率の高い操業を行うことができる。

このような基本的条件を満足させるためには、反応容器
が許容できる限り炉内スラグ量をふやすこと、上吹きラ
ンスのノズル形状を工夫し、吹酸中はランス高さを適当
な値に設定して酸素ガスを極力ソフトブローとすること
、並びに底吹ぎガスを伝熱および反応進行に必要な最小
成の量にすること、の組み合わせが必要となる（特開昭
６１−２１３３１０号公報）。

溶銑のような溶融鉄合金の製造においては、大量に、か
つ効率的に製造できることが不可欠である。ここでいう
ｒ効率的Ｊに関連する特性値としては、炉内容積光たり
の生産速度、歩留まり、耐火物原単位などがある。

生産速度は酸素ガスの供給速度によって律せられる。大
量の酸素ガスを供給して、炉内容積光たりの生産速度を
大きく保つためには、適正なスラグ量、適正な底吹ぎ攪
拌条件を決めれば、あとはどのような方法で酸素ガスを
供給するかに依存している。

大量の酸素ガスを供給して、酸素ジェットをメタルに当
てないようにすること自体は、上吹きランスを高くして
スラグ面に当たる酸素ジェットの力を分散することによ
り可能であるが、この場合は耐火物が高温の雰囲気にさ
らされて損耗が著しいという問題がある。したがって、
本方式の実用化は、ランス位置を過度に上げずに、大量
酸素供給時でもスラグによって酸素ジェットとメタルを
遮断することを可能にする技術の開発に懸かっているこ
とになる。

こうした課題に対して、従来はランスノズルの数をふや
し、またノズル角度を大きくとって、スラグに当たる酸
素ジェットの力を分散するという考え方を採用してきた
（特開昭６１−２１３３１０号公報）。この従来法の上
吹きランスは、ガス噴出によって回転トルクを生じない
方式であり、上吹きランスは吊り下げる方式であって、
ランスの回転を防止するような装置は付ける必要がなか
った。このようなランスは、ノズルの中心線がランスの
中心線と交わることによって定義されるものである。

（発明が解決しようとする課題） しかし、このタイプのランスを用いると、溶融スラグに
当たる酸素ジェットの力は鉛直方向下向きおよび容器半
径方向外向きの２つの力に分けられる。この場合、酸素
供給速度を大きくしていくと（すなわち、酸素ジェット
の力が大きくなると）、酸素ジェットがスラグを押し退
けてメタル浴、あるいはスラグ内の粒鉄に当たりやすく
なったり（２次燃焼率の低下およびダスト発生量の増加
という形で観察される）、あるいは耐火物損耗を加速し
たりして、いずれかの制約条件にひっかかり、実用上、
酸素供給速度の上限値が決められることになる。すなわ
ち、効率的に操業を行なえる条件での生産速度には上限
があり、大形高炉に匹敵する生産性を本溶融還元法で得
ることは難しかった。

本発明では、前記の本方式溶融還元における基本的条件
を満足させつつ、このような問題を解決し、供給可能な
酸素ガス量を大幅にふやすための手段を提供する。

（課題を解決するための手段） 噴出する酸素ジェットの力の一部がスラグに水平回転力
を与えるようなノズル形状にする。

スラグに水平回転力を生じせしめるときの反作用として
、上吹きランスに回転トルクが生じるので、ランスの回
転は機械的に拘束して抑制する。

すなわち、本発明は、ガスを上底吹き可能な冶金炉を用
い、酸素を上吹きしながら、酸化鉄を含む鉄原料及び炭
材を添加し、酸化鉄の溶融と還元を行なって溶融鉄合金
を製造するプロセスにおいて、上吹きランスに回転トル
クを生しるような方向のノズルを設置し、噴出する酸素
ジェットの力の一部を炉内溶融物の回転力に変換するよ
うに酸素ガスを供給する方法である。

（作　　　用） 上記の手段により、結果として酸素ジェットの力の内、
下方向すなわち鉛直方向下向きの分力および耐火物壁の
方向すなわち容器内半径方向外向きの分力の割合を小さ
くして、供給可能な酸素ガス量の上限値を大きくするこ
とができる。

なお、スラグ内に生じた水平回転力は溶融還元操業に幾
つかの副次的効果を及ぼす。

以下、具体的な操業方法について説明する。

本発明を実施するのに用いる冶金炉は、第２図に示すよ
うにガスを上底吹き可能な炉である。この炉において、
底から窒素などのガスを溶融物に吹き込んで攪拌を行な
う。この攪拌によって溶融物の温度は均一に保たれ、伝
熱が促進されること、溶融スラグ３中の酸化鉄の還元反
応を促進できることなどの効果が得られ、本プロセスの
実施において必須用件である。

しかし、底吹きガス量が多過ぎると、メタル粒のスラグ
３層内混入量が増え、酸素ジェットとメタルの直接接触
による望ましくない現象、すなわち、２次燃焼率 定義される）の低下、およびダスト発生量の増加が起こ
る。したがって、適正なガス吹き込み量の範囲は炉内の
溶融メタル１　ｔｏｎ当たり５〜４５　Ｎｍ３／ｈであ
る。

溶融還元は、酸素を上吹きしながら、酸化鉄を含む鉄原
料（鉄鉱石、その予備還元物など）と炭材を添加して行
なう。その際、発生したＧＯなどのガスが酸素により燃
焼して発熱し、炭材とメタル内に溶存している炭素によ
ってスラグ中にある酸化鉄の還元反応が進行する。その
結果、生成したメタルに炭素が溶は込んだ溶融鉄合金が
得られ、これがメタル浴５に沈降する。

溶融物の温度が高くなり過ぎると耐火物２の損耗に悪影
響を与えるので、吹酸速度、原料供給速度の関係を適正
に調整することによって、溶融物の温度をメタルの融点
よりも２０〜１５０℃高い温度の範囲に収めるようにす
る。

炉内の溶融スラグ３は、酸素ジェットとメタル浴５の直
接接触を遮断するものとして、本発明においては重要で
ある。したがって、スラグ３の量が多いほど本プロセス
の操業には有利になり、酸素ガス供給速度を大きくする
ことができる。少なくとも、炉内に存在しているメタル
量１　ｔｏｎに付き、スラグ３は３６０ｋｇ以上である
ことが必要である。

ここで、注意すべきこととして、操業中に炉内に存在し
ているスラグ３が多いということは、メタル１　ｔｏｎ
当たりに生成するスラグが多くなることを意味しない。

何故ならば、生成メタルを炉外に排出する時に必要なス
ラグ量を炉内に残留させ、残りのスラグを排出したのち
、次のヒートの操業を行うことによって、スラグ生成量
をふやすことなく炉内のスラグ３の量を任意に調整可能
たからである。

多量のスラグを所定の容積の反応容器内に収め、炉外に
流出させないためには、炭材６を共存させてスラグ内の
細かい泡を合体させ、気泡４の逸散を促進する必要があ
る。そのために必要な炭材量はスラグ重量の５〜５０ｗ
ｔ％である。

条件によっては多量の炭材３を共存させておかないとス
ラグの泡立ち現象が見られることがあるが、それは、特
に大形炉で、炉内の炭材の部が炉の周辺部に吹き寄せら
れ、細かい気泡４の合体促進に役立つ炭材３の比率が低
下するためである。一方、炉内に存在させる炭材が多過
ぎると、有効な炉内容積は小さくなり、また酸化性雰囲
気により炭素を燃焼させる上で好ましいことでない。

したがって、スラグ泡立ち抑制のための炉内炭材量は極
力少なくしたいが、この要求は、後述するように、本発
明の酸素ガス供給方法を実施することにより副次的効果
として実現できる。

第１図は、本発明を実施するために用いる酸素上吹きラ
ンスのノズル構造を示す。特徴は各ノズルの中心軸がラ
ンス１の中心軸と交わらないようにしであることである
。

このノズルの構造は、図に示すように２つの角度αとβ
によって規定される。

このようなノズルで吹錬すると、ランス１には近似的に
、 Ｑｖ　　　ｓｔｎβ に比例した回転トルクを生じる。ただし、Ｑは吹酸速度
、Ｖはノズル先端ガス流速である。しかし、ノズルは回
転しないようにランス固定装置７で機械的に拘束されて
いるため、その反作用として、溶融物には水平回転力が
加えられて回転運動を起こすのである。

このとき、溶融物が回転運動を起こすということは、酸
素ジェットのエネルギーのうち、本溶融還元法を実施す
る上で問題となる下方向および耐火物壁方向に向かう力
の大きさが減少することを意味する。この点から、酸素
供給速度を犬かくすることが可能になる。

水平方向の回転に使われるエネルギーを大きくするには
、角度αおよびβが大きく、９０゜に近いほど有利であ
るが、耐火物２の局部損耗速度を小さくしなければなら
ないという観点からは、表１からもわかるように、αは
１５〜２５°　　βは３０〜７０′″の範囲にすること
が望ましい。

通常のノズル構造と比較するとβが３０°以上であるこ
とが本発明の特徴である。

このような構造のノズルを用い、溶融物（スラグ３）に
水平方向の回転力を生じさせることによって、副次的に
次のような効果が生じる。

■　炉の周辺部に堆積していた炭材を分散してスラグ３
に巻き込ませることにより、従来法に比べて少ない炉内
炭材量でスラグの泡立ちを抑制でき、かつ炭材による熱
伝達を促進できる。

■　必要炉内炭材量を少なくすること（例えばスラグの
１５ｗｔ％以下）によって炭材の直接燃焼、および飛散
を抑制し、炭材原単位を低減することができる。

以上の効果が組み合わさり、溶融還元の効草的な操業条
件を維持しつつ、酸素供給速度を大きくして生産性を高
めることが可能になる。

（実　施　例） ％２図に示すような上底吹き転炉を用い、鉄鉱石、炭材
（コークス）、生石灰を原料として溶銑の製造試験を行
なった。以下に諸試験の共通条件を示す。

（１）鉄鉱石−ｍ−へマタイト系、Ｔ、Ｆｅ−６７ｋ。

粒度；　０．５＋＋＋ｍ以下が９８ｗｔＸ炉肩のサイド
ホール８から連 続添加 （２）炭材−−−−コークス、Ｔ、Ｃ−８７机粒度；　
５ｍｍ以上が９０胃を零 上方から連続添加 （３）スラグ条件 生石灰添加により、ＣａＯ／５ｉ０２−１．２に調整温
度；　１４２０〜１４５０℃ 炉内存在スラグ量；４２０ｋｇ／メタルーｔ（４）メタ
ル条件 成分；　Ｃ−４，５９６、 温度、　１４２０〜１４５０℃ （５）底吹き条件 Ｎ２　；　３５Ｎｍ３／ｈ４−メタル （６）上吹き条件 ノズル孔数−ｍ−８ ノズル径−−−１２ｍｍ また、その他の条件は、表１のように各種変更して試験
した。この表１には、そのときの操業成績も示す。

従って、従来法、本発明Ａ−Ｅ、比較Ａ−Ｃを比べるこ
とにより、本発明Ａ−Ｅは、２次燃焼率、ダスト発生量
、炭材原単位、耐火物損耗量、生産性のいずれにおいて
も優れていることがわかる。

（Ｑ） （発明の効果） 本発明の方法を実施することによって、溶融還元法で溶
銑などの溶融鉄合金を大量の生産規模で効率的に製造す
ることができるようになり、工業的、経済的な効果が大
きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するのに用いる上吹き酸素ランス
のノズル構造例を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は
平面図、第２図は本発明を実施するのに用いる冶金炉の
概要を示す図である。 １・・・ランス　　　　　２・・・耐火物３・・・スラ
グ　　　　　４・・・気泡５・・・メタル浴　　　　６
・・・炭材７・・・ランス固定装置 ８・・・粉鉱石添加用サイトホール 他４名 第２図 ＋０２ ランス 耐火物 スラグ 気泡 メタル、谷 炭材 ランス固定ｇ着 粉鉄鉱石添加用サイドホ ル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　ガスを上底吹き可能な冶金炉を用い、酸素を上吹き
   しながら、酸化鉄を含む鉄原料及び炭材を添加し、酸化
   鉄の溶融と還元を行なって溶融鉄合金を製造するプロセ
   スにおいて、上吹きランスに回転トルクを生じるような
   方向のノズルを設置し、噴出する酸素ジェットの力の一
   部を炉内溶融物の回転力に変換することを特徴とする溶
   融還元における生産性向上のための酸素ガス供給方法。