JPH0611883B2 - 溶融還元炉 - Google Patents

溶融還元炉

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JPH0611883B2
JPH0611883B2 JP30518388A JP30518388A JPH0611883B2 JP H0611883 B2 JPH0611883 B2 JP H0611883B2 JP 30518388 A JP30518388 A JP 30518388A JP 30518388 A JP30518388 A JP 30518388A JP H0611883 B2 JPH0611883 B2 JP H0611883B2
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章生 石井
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 回転炉を用いて鉄鉱石を溶融還元して銑鉄を製造する溶
融還元炉に関するものである。
[従来の技術] 近年、鉄鉱石を例えば転炉型の回転炉によって溶融還元
する技術が開発されている。
その製造プロセスとしては例えば予め種湯を装入し、炉
内に鉄鉱石を還元剤であるコークス、無煙炭、造滓剤で
ある石炭等と共に装入し、酸素を吹き込んで還元を行う
ものが一般的に知られている。
このプロセスは既に周知の通り上底吹きによる転炉製鋼
法がベースとなっており、溶融還元炉の内張り耐火物と
しては従来の転炉で使用実績の良好なMg0-C、Mg0-CaO-
C、MgO-MgCO3、CaCO3-C等のカーボンボンドの黒鉛含有
塩基性耐火物が多く使用されている。これらの耐火物
は、比較的広い範囲の塩基度(CaO/SiO2)のスラグに対
する耐食性に優れ、スラグ中に、MgOを富化することに
よって、さらに溶損量を小さくすることができる。又、
耐熱衝撃性に優れ、転炉では高耐用性を示している。し
かし、溶融還元炉用の耐火物としては適性充分なものと
は言いがたい。
[発明が解決しようとする課題] 前述した通り、カーボンボンドの黒鉛含有塩基性耐火物
は、比較的塩基度が高くMgO富化操業が可能な転炉にお
いては格段に優れた特性を発揮するものの溶融還元炉で
は次の問題がある。
鉄鉱石の還元について詳述すると鉄鉱石は、種湯面上に
おいてコークス、無煙炭、造滓剤と混合層を形成し、上
吹き酸素によるコークス、無煙炭の燃焼熱によって予熱
溶融し、この溶融鉄鉱石は、さらに混合層中のコークス
によってFe2O3+3C2[Fe]+3COの反応によって還元す
る。発生COは、上吹き酸素との反応によって、2CO+O2
2CO2の発熱反応が炉口炉で起こる。従って、スラグ浴面
上部では、高温且つ酸化雰囲気となる。
スラグ浴のスラグ組成は還元速度を高める為に、スラグ
塩基度(CaO/SiO2)1.0〜1.3に調整され、Al2O3、MgO濃度
は鉄鉱石、炭材の品種により若干異なるが、それぞれ2
0%、5%前後である。
この条件下で、従来のMgO-C等のカーボンボンドの黒鉛
含有塩基性耐火物を内張りした場合、スラグ浴及びスラ
グ浴面下部の内張り煉瓦は、低塩基度の高Al2O3低MgOス
ラグに接触する。
一般に、MgOを主成分とする塩基性煉瓦は低塩基度スラ
グに対して、モンティセライト(CaO・MgO・SiO2)等の低融
点鉱物を生成し、浸食される。
なお、煉瓦中のMgOのスラグ中への溶解量はCaO−SiO2
Al2O3−MgOの4成分のMgO飽和溶解濃度に支配される。
すなわち、塩基度(CaO/SiO2)を一定とした場合Al2O3
度の増加と共に、MgO溶解濃度は増加し煉瓦中MgOの溶出
を増加させる。スラグ中へのMgO溶出濃度を低減させる
為には、ドロマイト等のMgO源をスラグ中へ富化するこ
とによって溶出量を抑制させる方法もあるが、スラグを
水砕して利用する場合にはMgO量の増加は好ましくない
(MgOの水和反応は、CaOの水和反応に比し、極めて反応
速度が小さく、施工後数年してコンクリート構造物が破
壊する可能性が高く、MgOが厳しく制約されている。従
って、高MgOのスラグ発生は、資源活用上問題とな
る。) 現行の製銑法である高炉法では、生成するスラグは、主
として路盤材とセメント原料として有効に利用されてい
る。
溶融還元法は製銑法として高炉代替を目指すものであ
り、生成するスラグが多量のMgO分を含有していると次
の2つの問題を生ずる。
(イ)MgO飽和量近くまで含有していると、消化の傾向
を有するため路盤材としては好ましくない。
(ロ)MgOを7%以上含有していると、セメント用原料
としては不適になる。従って、生成スラグを現行高炉法
のルートの中で有効利用するためには、スラグのMgO含
有量を高めることはできない。従って、このような理由
でスラグ中へのMgOの富化操業が不可能な状況下では、
従来の転炉で高耐用を示しているMgO76%、C17%
のMgO-C煉瓦を内張りした場合においては煉瓦中のMgOの
溶出が浸食を律速する。
高炉操業下では、当該部位の溶損速度は0.04mm/吹酸時
間(min)であり溶損量は1ヒート4.8mmと大きく、内張り
層厚を600mmとした場合、120ヒートで炉止めとなり溶損
速度は従来転炉の場合の0.01mm/吹酸時間(min)に比し
約4倍大きい値となる。
一方、スラグ浴面上部では前記した還元生成ガスである
CO2及び上部吹込みO2ガスにより高温酸化雰囲気とな
り、MgO-C煉瓦の稼動面では黒鉛の優先的酸化が著しく
強度低下を生じ、溶損速度は0.2mm/吹酸時間(min)と大
きくなる。この対策としてAl、Si等の金属を添加し、こ
れらを優先酸化させることにより、耐酸化性の向上が試
みられたが抜本的な改善に至らなかった。
本発明は、鉄鉱石の溶融還元に適性の高いライニング構
造を有する溶融還元炉を提供するためになされたもので
ある。
[課題を解決するための手段] 本発明は、炉内へ鉄鉱石を還元剤および造滓剤と共に、
提供しこの炉内に酸素を吹き込むことによって鉄鉱石を
溶融還元し、銑鉄を製造する溶融還元炉において操業状
態でスラグ浴面下に位置する炉壁、炉低部の内張りをカ
ーボンボンドの黒鉛含有中性煉瓦で構成し、操業状態で
スラグ浴面より上部に位置する側壁部の内張りを融点の
高いセラミックボンドの塩基性煉瓦で構成したことを特
徴とする溶融還元炉である。
本発明者らは、先ずスラグ浴面より上部の高温酸化雰囲
気用耐火物について炉内条件の解明実験等を行い、その
結果従来のカーボンボンド黒鉛含有塩基性耐火物より、
セラミックボンドの酸化物系耐火物が高耐用を示すこと
を確認した。具体的にはAl2O3-SiO2系耐火物では当該部
位の高温下で軟化するため酸化に対しては、安定である
が耐食性は低い。
MgO-Cr2O3、MgO-MgO・Al2O3等のダイレクトボンドのセラ
ミックボンドを形成する塩基性耐火物が高耐用を示し
た。固定型の溶融還元炉においてはスラグ浴面より上部
は、溶融スラグや溶融金属に常時浸されることはなく、
スプラッシュ等が煉瓦表面に付着するのみで煉瓦内の気
孔を通って、スラグあるいは溶融金属が浸透することは
ないので、稼動面側に緻密な変質層を形成することはな
く、セラミックボンド塩基性耐火物の欠点である構造ス
ポールの発生は殆どない。
一方、熱衝撃による損傷に対しては、操業−操業間の温
度変動を極力小さくする為に保熱を強化することによっ
て対処可能であり、カーボンボンドの黒鉛含有塩基性煉
瓦で発生したような黒鉛の酸化による組織劣化はなく、
スラグ浴面上部で高耐用を示す。
又、スラグ浴下部の低塩基度、高Al2O3低MgOスラグに浸
される部位の耐火物については当該スラグに対してMgO
よりも拡散速度の小さいAl2O3骨材をベースとし、スラ
グ浸潤を防止し、耐熱衝撃性が向上する黒鉛を含有さ
せ、さらに、Al、Siの単独あるいは2種を含有させ、黒
鉛の酸化防止を図ったカーボンボンドの黒鉛含有中性煉
瓦を適用すれば骨材の溶出が大幅に緩和され高耐用を示
すことを確認した。なお、Al2O3よりも融点は低いが、
当該部位の溶度はせいぜい1500℃程度であるため、骨材
の軟化による悪影響はない。
それ故、本発明の溶融還元炉においては、スラグ浴面よ
り下部の内張りを構成する煉瓦とスラグ浴面より、上部
の内張りを構成する煉瓦を異なる性質の煉瓦としてそれ
ぞれの煉瓦適性を充分にいかしたものである。
このカーボンボンドの黒鉛含有の中性耐火物としては、
Al2O3-C系、Al2O3-SiC-C系が好適であり、Al2O3-C系の
場合は重量%でAl2O375〜90%、C7〜22%含有
し、さらにAl、Si等を黒鉛の酸化抑制剤として1〜5%
含有させた場合耐スラグ性、耐酸化性、耐熱衝撃性、確
保の上で好適であり又、Al2O3-SiC-C系の場合は、重量
%でAl2O375〜90%、C5〜20%、SiC5〜15%
を含有し、さらにAl、Si、等金属を黒鉛酸化抑制剤とし
て1〜5%含有させたものが耐スラグ性、耐酸化性、耐
熱衝撃性確保の上で好適である。
なお、この場合のSiCは、操業状態下においてガラス化
して、煉瓦表面を被覆して、特に黒鉛の酸化を抑制し、
耐スポール性を向上する作用をする。
又、Al2O3、SiC、C等は特にスラグとの反応を抑制する
上で純度96%以上のものを用いることが好ましい。
又、Al源として、経済性の面からMg-Al、Cal-Al等Al合
金を用いる場合は、Hg、Caが2%程度含有するが、Mg、
Caはマイナスの要素が多いので、極力2%以下にするこ
とが好ましい。
[実施例] 以下に本発明の実施例を第1図に基づいて説明する。
この実施例における溶融還元炉は、170ton/chの炉容を
有する転炉型溶融還元炉である。
第1図においてAは溶融還元炉で、炉内は溶融金属浴M
と、鉄鉱石、コークス、スラグ、混合浴域S、さらに上
部の雰囲気域Bに大別される。
この上部の雰囲気域Bの炉壁部にセラミックボンド塩基
性煉瓦であるMgO-Cr2O3のダイレクトボンド煉瓦1を内
張りし、その他にはAl2O3-SiC-Cのカーボンボンド黒鉛
含有中性煉瓦2を内張りした。なお、図中Lは上吹ラン
スNは下吹ノズルである。
ここで、用いたそれぞれの煉瓦の組成物特性を実験室的
にテストした結果を従来のMgO-C系のものと併せて表−
1に示す。
特徴的なことは塩基度1.0、Al2O320%、MgO5%の溶
融還元相当スラグに対する浸食性は、Al2O3−C=Al2O3
−SiC-C>MgO=Cr2O3ダイレクトボンド>MgO-Cの順であ
り、Al2O3系の場合当該スラグ中への溶出速度が小さ
く、高温酸化雰囲気下では黒鉛含有煉瓦の酸化損耗が著
しいことである。
前述した炉容170ton/chの転炉型の溶融還元炉で約2時
間要して1チャージの溶融還元反応が完了した時の溶損
速度を従来のライニング構造と比較して表−2に示す。
従来に比較し、スラグ浴面より上部の炉壁溶損速度は1/
16に又、スラグ浴面より下部は1/2.4に低減出来、大幅
なライニング寿命の向上により炉材原単位の大幅な低減
と共に、生産性を向上し、製造コストの大巾低減ができ
る。
Al2O3-C煉瓦の実施例については詳述しなかったが、表
−1におけるAl2O3-SiC-Cと同等の溶損速度が得られ
る。なお、Al2O3-C、Al2O3-SiC-Cに添加する。Al、Si等
金属は煉瓦中のCと例えばAlの場合、Al4C3を生成し、
黒鉛の酸化抑制と共に、黒鉛マトリックス部の強度発現
に有効となる。
なお本発明では操業〜操業間の炉口部からの放熱による
内張り煉瓦の急冷に伴うスポールを防止するために従来
のMgO-C系煉瓦で内張りした場合より保熱を強化して操
業した。
[発明の効果] 本発明の溶融還元炉においては内張りライニング構造を
スラグ浴面より上部の高温酸化雰囲気部にセラミックボ
ンド塩基性耐火物を内張りし、それ以外の部分にカーボ
ンボンドの黒鉛含有中性煉瓦を内張りすることによっ
て、炉全体の内張りの損速度が均一となり、大幅な炉寿
命延長炉材コストの低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の溶融還元炉の一実施例を示す縦断面
説明図である。 1…セラミックボンド塩基性煉瓦、 2…カーボンボンド黒鉛含有中性煉瓦、 B…雰囲気域、L…上吹ランス、 M…溶融金属浴、N…底吹ノズル、 S…鉄鉱石、コークス、無煙炭、スラグ管のスラグ浴。
フロントページの続き (72)発明者 中尾 淳 福岡県北九州市八幡東区枝光1―1―1 新日本製鐵株式會社設備技術本部内 (72)発明者 片山 裕之 福岡県北九州市八幡東区枝光1―1―1 新日本製鐵株式會社第3技術研究所内 (72)発明者 阪本 克彦 大阪府堺市築港八幡町1番地 新日本製鐵 株式會社堺製鐵所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炉内へ鉄鉱石を還元剤および造滓剤と共に
    供給し、この炉内に酸素を吹き込むことによって鉄鉱石
    を溶融還元して銑鉄を製造する溶融還元炉において、操
    業状態でスラグ溶面下に位置する炉壁部内張りをカーボ
    ンボンドの黒鉛含有中性煉瓦で構成し、操業状態でスラ
    グ浴面より上部に位置する炉壁内張りをセラミックボン
    ドの塩基性煉瓦で構成したことを特徴とする溶融還元炉
  2. 【請求項2】操業状態でスラグ浴面下に位置する炉壁部
    内張りを重量%でAl2O3が75〜95%、C=7〜22
    %範囲内の化学成分を含有し、さらにAl、Si1種又は2
    種を1〜5%含有しているカーボンボンドの黒鉛含有中
    性煉瓦で形成したことを特徴とする請求項1記載の溶融
    還元炉
  3. 【請求項3】操業状態下でスラグ浴面下に位置する炉壁
    部内張りを重量%でAl2O3が75〜90%、C=7〜2
    2%、SiCが5〜15%範囲内の化学成分を有し、さら
    に、Al、Siの1種又は2種を1〜5%含有しているカー
    ボンボンドの黒鉛含有中性煉瓦で形成したことを特徴と
    する請求項1記載の溶融還元炉
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