JPH06108131A - 竪型溶融還元炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】竪型溶融還元炉の操業において、吹抜けや流動
化のない安定した状態で溶融還元反応を行い、送風量、
酸素富化量又は炭材の消費量を減少する。 【構成】炭材流動層型溶融還元炉１にプローブ１７を挿
入し、炉内の状況をカメラ１８で撮影するとともに温度
を測定し、その測定結果から演算装置１９を用いて得ら
れる粒子挙動（濃度分布、粒子の運動方向、粒子の速
さ、粒子径、融体状況）を把握する。その情報に基いて
上下方向各段の羽口への高温空気量ならびに高温空気中
の酸素濃度を上下方向各段で独立して調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、製鉄又は合金鉄製造に
係る竪型溶融還元炉の操業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】上下少くとも２段に羽口を有する炭素系
固体還元剤を充填した竪型炉において、高温空気と共に
少くとも上段羽口より予備還元鉱石及びフラックスを吹
き込むことにより、溶融金属を製造する技術が報告され
ている（特開昭５７−１９８２０５号公報、特開昭５７
−１９８２０５号公報、特開昭６２−２２７０１７号公
報）。

【０００３】図１、２に従来の竪型溶融還元炉を示し
た。炭材充填層型溶融還元炉１、又は炭材流動層型溶融
還元炉２は、上段羽口４と下段羽口５を備え、炉上方の
炭材供給装置６から炭素系固体還元剤を供給されて炉内
に充填層を形成している。高温送風装置２０から高温の
ガスが供給され、高温送風分配装置３はこれを上下羽口
４，５に分配する。

【０００４】粉粒状鉱石供給装置７及びフラックス供給
装置８からの供給物を受けて、これらの粉粒体を羽口に
吹き込む装置９は粉粒体輸送装置１０を経て羽口に粉粒
体を装入する。一方、酸素供給装置１３は、供給装置１
１，１２を介して、酸素を上下段羽口に供給する。溶融
したメタルは出銑口１５から排出され、スラグは出滓口
１４から排出される。炭材充填層型溶融還元炉１から排
出したガスは排ガス処理装置１６で処理される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上下少くとも２段の羽
口を有する固体炭材の充填層型溶融還元炉において、上
下段羽口より高温空気を吹き込み、少くとも上段羽口か
ら鉱石とフラックスを吹き込むことにより溶融金属を製
造する場合、以下の問題がある。すなわち、このような
溶融還元炉では、吹き込んだ鉱石、フラックスの溶融
は、羽口前の送風により形成されるレースウェイ空間に
て行われ、さらにこの溶融物が下段羽口まで滴下する前
に下段羽口前での炭材の燃焼熱により還元され、その結
果炉床に溶融金属と溶融スラグが滞留する。従って、溶
融金属の生成速度は、上段羽口前レースウェイ空間での
鉱石の溶融速度及び上下段羽口前の溶融物の滴下時の還
元速度のどちらかによって律速され、各々の速度は、溶
融還元に供される金属酸化物の溶融性及び還元性に依存
し、製造する金属の種類によって異なる。

【０００６】実際の操業においては、風量分配を変える
と局所的にガス速度が速くなり、上段レースウェイが吹
き抜けや流動化を起し、上段羽口から吹き込んだ粉鉱石
の一部が未還元のままダストとして逃げてしまう。また
吹き抜けにより羽口から吹き込んだ熱エネルギーがその
まま炉頂から無駄に逃げてしまう。しかし従来技術の溶
融還元炉の外部からの計測（炉内圧力測定や鉄皮温度測
定、ガス成分分析等）のみでは炉内の状態が分からず操
業が非常に困難であった。

【０００７】以上の観点より、本発明は、吹き抜けや流
動化のない安定した状態で溶融還元反応を行うことがで
きる技術を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解決するために、炭素系固体還元剤のみの充填層、もし
くは炭素系固体還元剤の充填層とその上方に流動層とを
同一炉内に形成し、下部に高温空気を吹き込む上下少く
とも２段に設けたそれぞれ複数の羽口を有する竪型炉を
用いて、金属酸化物を含有する粉粒状鉱石からの溶融金
属を製造する方法において、炉内にプローブを挿入して
炉内の状況をカメラで撮影するとともに温度を測定し、
その測定結果から演算装置を用いて得られる粒子挙動分
布及び温度分布に基づき、前記上下方向各段の羽口への
高温空気量ならびに高温空気中の酸素濃度を、上下方向
各段で独立して調整することを特徴とすることにより吹
き抜けや流動化を防止する。ここで粒子挙動分布とは濃
度分布、粒子の運動方向、粒子の速さ、粒子径、融体状
況を言う。

【０００９】

【作用】本発明によれば、上下少くとも２段に設けたそ
れぞれ複数の羽口を有する竪型溶融還元炉を用いて、金
属酸化物を含有する粉粒状鉱石からの溶融金属を製造す
る場合に、炉内にプローブを挿入して得られる粒子挙動
分布及び温度分布に応じて、前記上下２段の羽口への高
温空気ならびに高温空気中の酸素濃度を、上下段独立し
て調整することにより、吹き抜けや流動化を防止するこ
とができ、しかも燃料費的に見て、より効率の良い操業
を行うことができる。

【００１０】

【実施例】

〔実施例１〕図１に示す本発明の１実施例の炭材充填型
竪型溶融還元炉を用いて、３０％クロムを含有した溶銑
の製造試験を実施した。試験に供した溶融還元炉の仕様
は次の通りである。

【００１１】炉内径；１１００ｍｍφ 炉高；５０００ｍｍ 炭材充填層高；３０００ｍｍ 羽口数；上段３本、下段３本 上段プローブ高さ；２０００ｍｍ 下段プローブ高さ；１５００ｍｍ この炭材充填層型溶融還元炉１にプローブ１７を挿入
し、炉内の状況をカメラ１８で撮影するとともに温度を
測定し、その測定結果から演算装置１９を用いて得られ
る粒子挙動情報（濃度分布、粒子の運動方向、粒子の速
さ、粒子径、融体状況）を把握した。図３、図４は上下
羽口４、５間にプローブ１７を挿入し観察した状況を示
しており、図３は比較例、図４は実施例である。２１は
充填層、２２はレースウエイである。プローブ１７から
得たデータに基づき、演算装置１９によって得た炉内状
況を図５、図６、図７、図８に示した。図中の太線は実
施例を示し、細線は比較例を示す。

【００１２】図５は上下羽口間の奥行方向の粒子速度を
解析した結果である。比較例（細線）では炉の中心部で
流動化を起こしており、流動化した粒子の一部が炉壁付
近で落ちてきていることが分かる。下段羽口からの送風
量を下げた結果、実施例（太線）に示すようにガスが均
一に上昇するようになった。図６は上下羽口間の奥行方
向の温度分布を解析した結果である。比較例では流動化
により炉壁部周辺の温度が低くなっている。下段羽口か
らの送風量を減らした結果、実施例に示すようにガスが
均一に上昇して全体的に温度が安定した。

【００１３】図７は上下羽口間の奥行方向の粒径分布を
解析した結果である。比較例では全体的に粒子径が細か
く吹き抜けや流動化がしやすいことが分かる。下段羽口
からの送風量を減らした結果、実施例に示すように粒径
分布を大きくすることができた。図８は上段羽口上部の
奥行方向の融体の存在状況を観察した結果である。比較
例に比べ実施例の方が広い領域で還元していることが分
かる。

【００１４】図９、図１０は上段羽口４の上方にプロー
ブ１７を挿入し観察した状況を示しており、図９は比較
例、図１０は実施例である。プローブ１７によって得た
データに基づき、演算装置１９によって演算した炉内状
況は図１１、図１２、図１３、図１４のようである。図
中の太線は実施例を示し、細線は比較例を示すものであ
る。

【００１５】図１１は上段羽口上部の奥行方向の粒子速
度を解析した結果である。比較例では中心部で流動化を
起こしており、流動化した粒子の一部が炉壁付近で下降
してきているが、下段羽口からの送風量を減らした結
果、実施例に示すようにガスが均一に上昇していること
が分かる。図１２は上段羽口上部の奥行方向の温度分布
を解析した結果である。比較例では流動化により炉壁部
周辺の温度が低い。下段羽口からの送風量を減られた結
果、実施例に示すようにガスが均一に上昇して全体的に
温度が安定した。

【００１６】図１３は上段羽口上部の奥行方向の粒径分
布を解析した結果を示している。比較例では全体の粒子
が混合したため流動化がしやすいことが伺われる。これ
に対し、下段羽口からの送風量を減らした結果、実施例
に示すように炉内で上下方向に粒径分布がついたため細
かい粒子が上部に分布する。図１４は上段羽口上部の奥
行方向の融体の存在状況を観察した結果である。比較例
では粒子が混在し未還元の粒子が全体に分布しているの
に比べて実施例ではレースウェイ部分で閉じていること
が分かる。

【００１７】上記炭材充填型溶融還元炉を用いて、本発
明によって操業した結果を表１に示す。表１には従来の
実績を併せて示した。本発明により、同一炉において従
来法より、送風量を２００Ｎｍ³ ／ｈｒ減少することが
できた。炭材の消費量は本発明では７５０ｋｇ／ｈｒ、
従来技術では８００ｋｇ／ｈｒと、本発明では同一生産
量で５０ｋｇ／ｈｒの炭材を減少することができた。

【００１８】

【表１】

【００１９】〔実施例２〕図２に示す炭材流動層型竪型
溶融還元炉２を用いて、３０％クロムを含有した溶銑の
製造試験を実施した。試験に供した溶融還元炉の仕様
は、次に示す通りである。 炉内径；１２００ｍｍφ 炉高；５０００ｍｍ 炭材流動層高；３０００ｍｍ 羽口数；上段３本、下段３本 上段プローブ高さ；２０００ｍｍ 下段プローブ高さ；１５００ｍｍ この炭材流動層型溶融還元炉２にプローブ１７を挿入
し、炉内の状況をカメラ１８で撮影するとともに温度を
測定し、その測定結果から演算装置１９を用いて得られ
る粒子挙動及び温度分布を把握した。

【００２０】図１５、図１６は上下羽口４、５間にプロ
ーブ１７を挿入し観察した状況を示しており、図１５は
比較例、図１６は実施例である。また、図２１、図２２
は上上段羽口４の上方にプローブ１７を挿入し観察した
状況を示しており、図２１は比較例、図２２は実施例で
ある。図中２１は充填層、２２はレースウエイである。
プローブ１７から得たデータに基づき、演算装置１９に
よって演算した濃度分布、粒子の運動方向、粒子の速
さ、粒子径、融体状況は、図１７、図１８、図１９、図
２０、図２３、図２４、図２５、図２６のようである。
図中の太線は実施例を細線は比較例を示す。

【００２１】図１７は上下羽口間の奥行方向の粒子速度
を解析した結果である。比較例では中心部で吹き上げを
起こしており、吹き上げた粒子の一部が炉壁付近で落ち
てきている。下段羽口からの送風量を減らした結果、実
施例に示すようにガスが均一に上昇するようになった。
図１８は上下羽口間の奥行方向の温度分布を解析した結
果である。比較例では吹き抜けにより炉壁部周辺の温度
が低いことが分かる。下段羽口からの送風量を減らした
結果、実施例に示すように、ガスが均一に上昇して全体
的に温度が安定している。

【００２２】図１９は上下羽口間の奥行方向の粒径分布
を解析した結果である。比較例では全体的に粒子径が細
かく吹き抜けや流動化がしやすいことが分かる。下段羽
口からの送風量を減らした結果、実施例に示すように粒
径分布を大きくすることができた。図２０は上下羽口間
の奥行方向の融体の存在状況を観察した結果である。比
較例に比べて実施例の方が広い領域で還元していること
が観察される。

【００２３】図２３は上段羽口上部の奥行方向の粒子速
度を解析した結果である。比較例では中心部で吹き上げ
を起こしており、吹き上げた粒子の一部が炉壁付近に落
ちて来ているが、下段羽口からの送風量を減らした結
果、実施例に示すようにガスが均一に上昇するようにな
った。図２４は上段羽口上部の奥行方向の温度分布を示
している。比較例では吹き抜けにより炉壁部周辺の温度
が低いことが分かる。下段羽口からの送風量を減らした
結果を見ると、実施例に示すようにガスが均一に上昇し
て全体的に温度が安定していることが分かる。

【００２４】図２５は上段羽口上部の奥行方向の粒径分
布を解析した結果である。比較例では全体の粒子が混合
したため吹き抜けや流動化がしやすいことが分かる。下
段羽口からの送風量を減らした結果、実施例に示すよう
に炉内で上下方向に粒径分布がついたため細かい粒子が
上部に分布する。図２６は上段羽口上部の奥行方向の融
体の存在状況を観察した結果である。比較例では粒子が
混在し未還元の粒子が全体に分布しているのに比べて実
施例ではレースウェイ部分で閉じていることが分かる。

【００２５】上記炉を用いた、従来技術と本発明による
操業結果を表２に示す。本発明により、同一炉において
従来法より、送風量を１００Ｎｍ³ ／ｈｒ、酸素量を３
０Ｎｍ³ ／ｈｒ減少することができた。炭材の消費量は
本発明では、７５０ｋｇ／ｈｒ、従来技術では８００ｋ
ｇ／ｈｒと、本発明では同一生産量で５０ｋｇ／ｈｒの
炭材を減少することができた。

【００２６】

【表２】

【００２７】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば粒子
挙動分布又は温度分布に基づき、上下方向各段の羽口の
空気量ならびに酸素濃度を独立した調整とすることによ
り吹抜けや流動化のない安定した状態で溶融還元反応を
行うことができ、その結果、生産量が従来技術と同一に
も拘らず、送風量、酸素富化量又は炭材の消費量を従来
技術より減少することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の炭材充填層型溶融還元炉の構成を示す
ブロック図である。

【図２】本発明の炭材流動層型溶融還元炉の構成を示す
ブロック図である。

【図３】比較例の炭材充填層型溶融還元炉の状況を示す
縦断面図である。

【図４】実施例の炭材充填層型溶融還元炉の状況を示す
縦断面図である。

【図５】上下羽口間の奥行方向の粒子速度を解析した結
果を示すグラフである。

【図６】上下羽口間の奥行方向の温度分布を解析した結
果を示すグラフである。

【図７】上下羽口間の奥行方向の粒径分布を解析した結
果を示すグラフである。

【図８】上段羽口上部の奥行方向の融体の存在状況を観
察した結果を示すグラフである。

【図９】比較例の炭材充填層型溶融還元炉の状況を示す
縦断面図である。

【図１０】実施例の炭材充填層型溶融還元炉の状況を示
す縦断面図である。

【図１１】上段羽口上部の奥行方向の粒子速度を解析し
た結果を示すグラフである。

【図１２】上段羽口上部の奥行方向の温度分布を解析し
た結果を示すグラフである。

【図１３】上段羽口上部の奥行方向の粒径分布を解析し
た結果を示すグラフである。

【図１４】上段羽口上部の奥行方向の融体の存在状況を
観察した結果を示すグラフである。

【図１５】比較例の炭材流動層型溶融還元炉の状況を示
す縦断面図である。

【図１６】実施例の炭材流動層型溶融還元炉の状況を示
す縦断面図である。

【図１７】上下羽口間の奥行方向の粒子速度を解析した
結果を示すグラフである。

【図１８】上下羽口間の奥行方向の温度分布を解析した
結果を示すグラフである。

【図１９】上下羽口間の奥行方向の粒径分布を解析した
結果を示すグラフである。

【図２０】上下羽口間の奥行方向の融体の存在状況を観
察した結果を示すグラフである。

【図２１】比較例の炭材流動層型溶融還元炉の状況を示
す縦断面図である。

【図２２】実施例の炭材流動層型溶融還元炉の状況を示
す縦断面図である。

【図２３】上段羽口上部の奥行方向の粒子速度を解析し
た結果を示すグラフである。

【図２４】上段羽口上部の奥行方向の温度分布を解析し
た結果を示すグラフである。

【図２５】上段箔緒上部の奥行方向の粒径分布を解析し
た結果を示すグラフである。

【図２６】上段羽口上部の奥行方向の融体の存在状況を
観察した結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 炭材充填層型溶融還元炉 ２ 炭材流動層
型溶融還元炉 ３ 高温送風分配装置 ４ 上段羽口 ５ 下段羽口 ６ 炭材供給装
置 ７ 粉粒状鉱石供給装置 ８ フラックス
供給装置 ９ 粉粒体羽口吹込装置 １０ 粉粒体輸送
装置 １１ 上段羽口酸素供給装置 １２ 下段羽口酸
素供給装置 １３ 酸素供給装置 １４ 出滓口 １５ 出銑口 １６ 排ガス処理
装置 １７ プローブ １８ カメラ １９ 演算装置 ２０ 高温送風装
置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素系固体還元剤のみの充填層もしくは
   炭素系固体還元剤の充填層とその上方に流動層とを同一
   炉内に形成し、下部に高温空気を吹き込む上下少くとも
   ２段に設けたそれぞれ複数の羽口を有する竪型炉を用い
   て、上段羽口より金属酸化物を含有する粉粒状鉱石を酸
   素を含む気体とともに吹き込んで溶融金属を製造する方
   法において、炉内に挿入したプローブによる粒子挙動情
   報又は温度分布に基づき、前記上下方向各段の羽口への
   高温空気量ならびに該高温空気中の酸素濃度を、上下方
   向各段で独立して調整することを特徴とする竪型溶融還
   元炉の操業方法。