JPH11217613A - 固定式炉体における炉内残溶湯の排出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所定量の鉄浴を残留させ、且つ、炉底から攪
拌用ガスを吹き込んだ操業を行う固定式炉体において、
炉内の残溶湯を安価に且つ容易に排出する。 【解決手段】 炉側壁に出湯口５を具備して炉内に所定
量の鉄浴６を残留させ、且つ、炉底に設けた底吹きノズ
ル８から攪拌用ガスを鉄浴に吹き込んだ操業を行う固定
式炉体１における炉内残溶湯の排出方法であって、底吹
きノズルの少なくとも１つから、攪拌用ガスに切り替え
て酸素含有ガスを吹き込み、底吹きノズル周囲の耐火物
１０を溶融して穴径を拡大し、拡大した穴から炉内の残
溶湯６、７を排出する。その際に、底吹きノズルの残存
長さを検出する検出センサー１５を設け、酸素含有ガス
の吹き込み時期を決めることで、一層耐火物コストが低
減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炉内に所定量の鉄
浴を残留させ、且つ、炉底から攪拌用ガスを鉄浴に吹き
込んだ操業を行う固定式炉体において、炉内の残溶湯を
安価で且つ容易に排出する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄浴を有する鉄鉱石の溶融還元方法は、
石炭やコークス等炭材の酸素による燃焼熱にて、鉄浴上
に装入した鉄鉱石と生石灰等フラックスとを溶融し、こ
の溶融した鉄鉱石を炭材により還元して生成する溶銑及
び溶融スラグを連続的又は間歇的に炉外に排出する方法
である。この方法では、炉内の反応を促進させるために
炉底から攪拌用ガスを吹き込み、又、鉄浴を常に炉内に
確保する必要があり、排出の際も所定量の鉄浴を炉内に
残留させている。そのため、一般に炉側壁に出湯口を設
け、出湯口より下方に所定量の溶銑を残留させて操業を
行っている。

【０００３】溶融還元炉としては、製鋼用転炉のように
回転可能な傾動式炉体と、高炉のような固定式炉体とが
用いられており、ワーク煉瓦が損耗して炉寿命が尽きた
場合、傾動式炉体であれば炉体を傾動して、炉内に残留
する溶銑及び溶融スラグからなる残溶湯を炉口又は側壁
の出湯口から排出可能であるが、固定式炉体では高炉と
同様に放冷して残溶湯を凝固させた後、破砕・切断して
炉外に排出しなければならない。そのため、長い放冷期
間を必要とし、炉修が延長して稼働率が低減し、又、排
出作業のための設備、要員により、製造コスト上昇の原
因となっていた。

【０００４】この問題を解決する手段として、例えば特
開平２−６６１１０号公報（以下、「先行技術１」と記
す）、及び、特開平３−２５３５０８号公報（以下、
「先行技術２」と記す）に開示された炉底の出湯口から
残溶湯を排出する方法がある。

【０００５】先行技術１には、開閉ゲートにて開閉する
出湯口を炉底に設け、炉内を上下する上吹き酸素ランス
を介して出湯口内に詰め砂を供給して出湯口の開閉を行
う出湯口閉塞装置が開示されており、又、先行技術２に
は、炉底に設けた出湯口の出口にスライディングノズル
を設けると共に、この出湯口に連結して内部に出湯用流
路を設けた煉瓦体を炉内に立設し、出湯口入口を炉床の
上方に位置させて所定量の溶銑を炉内に残留させること
が可能な出湯口構造が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】先行技術１では、炉底
から出湯できるので、炉寿命となった際には炉内の残溶
湯を出湯口から排出することができるが、通常の出湯時
に炉内に所定量の鉄浴を残留させて出湯口を閉塞するこ
とは、極めて困難である。何故なら、炉内に残留する鉄
浴の重力以上の力で出湯口を塞ぐ必要があるからであ
る。又、出湯口内への詰め砂の供給ができないという問
題もある。

【０００７】先行技術２では、出湯口内への詰め砂の供
給は可能であるが、炉内に立設する煉瓦体を設けている
ため、所定量の鉄浴が必ず残留する。又、立設する煉瓦
体を壊せば、残溶湯の排出が可能となるが、この場合に
は立設する煉瓦体を容易に壊すことのできる材質及び構
造とする必要があり、逆に、煉瓦体の損耗により通常操
業中の所定量の鉄浴確保が達成されない虞が高い。

【０００８】このように、固定式炉体の炉底に出湯口を
設けても、通常操業中には所定量の鉄浴を安定して残留
させ、又、炉寿命時には残溶湯を容易に排出させるとい
う２つの機能を持たせることは、極めて困難である。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、所定量の鉄浴を残留させ、且
つ、炉底から炉内に攪拌用ガスを吹き込んだ操業を行う
固定式炉体において、炉寿命となった際に、炉内の残溶
湯を安価に且つ容易に排出することができる方法を提供
することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明による固定式
炉体における炉内残溶湯の排出方法は、炉側壁に出湯口
を具備して炉内に所定量の鉄浴を残留させ、且つ、炉底
に設けた少なくとも１つ以上の底吹きノズルから攪拌用
ガスを鉄浴に吹き込んだ操業を行う固定式炉体における
炉内残溶湯の排出方法であって、底吹きノズルの少なく
とも１つから、攪拌用ガスを酸素含有ガスに切り替えて
吹き込み、底吹きノズル周囲の耐火物を溶融して穴径を
拡大し、拡大した穴から炉内の残溶湯を排出することを
特徴とするものである。

【００１１】第２の発明による固定式炉体における炉内
残溶湯の排出方法は、第１の発明において、底吹きノズ
ルの残存長さを検出する検出センサーを設け、この検出
センサーが検出する底吹きノズルの残存長さが基準長さ
になった時点で、底吹きノズルから吹き込むガスを、攪
拌用ガスから酸素含有ガスへと切り替えることを特徴と
するものである。

【００１２】本発明では、鉄浴を残留させた操業を行う
炉体として、固定式炉体を用いる。固定式炉体を用いる
ことで、転炉のような傾動式炉体に比べて設備費を低く
抑えることができ、製造コストの固定費軽減に寄与す
る。又、固定式炉体を用いることで、スラグと接する炉
壁位置に、耐火物に代わり金属製の水冷パネルを設ける
ことができ、炉体耐火物コストの低減に寄与する。

【００１３】そして、この固定式炉体の側壁に出湯口を
設け、出湯口より連続的又は間歇的に炉内で生成する銑
鉄や溶融スラグを排出することで、出湯口より下方に所
定量の鉄浴を常に確保することができる。又、炉底に設
けた底吹きノズルから攪拌用ガスを吹き込み、鉄浴を攪
拌することで、炉内の反応、例えば還元反応等を促進さ
せることができる。

【００１４】この固定式炉体に内張りした煉瓦の損耗又
は底吹きノズルの損耗等により炉寿命となった際は、少
なくとも１つの底吹きノズルの吹き込みガスを、攪拌用
ガスから酸素含有ガスに切り替え、酸素含有ガスを炉内
に吹き込む。すると、酸素含有ガス中の酸素と鉄浴とが
反応してＦｅＯを生成すると共に発熱する。この発熱と
ＦｅＯとにより、底吹きノズル及び底吹きノズル周囲の
耐火物が溶融して、底吹きノズルを設置していた位置を
中心軸として、拡大された穴が炉内側から炉外側に向か
って形成される。やがて、拡大された穴は炉底を貫通
し、炉内の残溶湯が拡大された穴を通って炉外に排出さ
れる

【００１５】又、操業中に検出センサーにより底吹きノ
ズルの残存長さを検出していれば、底吹きノズルの残存
長さが寿命から決まる基準長さとなった時期に残溶湯の
排出が可能になり、炉体耐火物を極限にまで使用するこ
とができ、炉体耐火物のコストが一層低減する。

【００１６】尚、本発明における鉄浴とは、溶銑、溶
鋼、及び溶融鉄合金の溶湯であり、又、攪拌用ガスと
は、窒素やＡｒ等の不活性ガスや、この固定式炉体から
発生する排ガスであり、更に、酸素含有ガスとは、空
気、酸素、及び空気と酸素との混合ガスである。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の実施の形態の１例を示す鉄鉱石の溶融
還元用固定式炉体の側断面の概略図、図２は、図１の底
吹きノズル部の拡大図である。

【００１８】これらの図において、外郭を炉体鉄皮２と
し、この炉体鉄皮２内の下部に内側からワーク煉瓦３及
び永久煉瓦４の順に、２層の煉瓦積み構造とされた溶融
還元炉１が、支持台２２にて基礎２３に固定されてい
る。この２層の煉瓦積み構造の部位で、溶銑６及び溶融
スラグ７を保持する。

【００１９】溶融還元炉１の側壁となる炉体鉄皮２の上
部には、集塵機（図示せず）や予備還元炉（図示せず）
と連結するダクト２０と、炉内に原料を供給するための
原料投入口２１とが設けられている。又、天蓋の炉体鉄
皮２を貫通して上吹きランス１８が上下移動可能に設け
られており、炉内に酸素を吹き込むことができる。

【００２０】溶融還元炉１の炉底には、窒素やＡｒ等の
不活性ガス又は溶融還元炉１の排ガスを攪拌用ガスとし
て溶銑６中に吹き込む複数個の底吹きノズル８、８ａ、
８ｂが設けられている。底吹きノズル８の設置数は、溶
融還元炉１の内容積にもよるが、１基の溶融還元炉１で
６〜２０個程度とする。底吹きノズル８、８ａ、８ｂ
は、内径が１０〜３０ｍｍφのステンレス鋼管製とし、
その周囲をスリーブ煉瓦１０が囲い、ステンレス鋼管製
の底吹きノズル８、８ａ、８ｂの溶銑６による溶損を防
止している。

【００２１】底吹きノズル８、８ａ、８ｂの炉底への取
り付け方法は、例えば、底吹きノズル８、８ａ、８ｂ及
びスリーブ煉瓦１０を押え金物１１と一体的に構築し、
そして、炉外からワーク煉瓦３内に嵌合して押え金物１
１を溶接又はボルト等にて炉体鉄皮２に取り付けること
でできる。そして、底吹きノズル８、８ａ、８ｂはガス
供給管１２と連結され、攪拌用ガスが吹き込まれる。
尚、本実施の形態では、攪拌用ガスとして窒素を用いた
例を示している。

【００２２】本実施の形態では、炉底中心に設けた底吹
きノズル８に連結するガス供給管１２を、攪拌用ガス供
給管１２ａと、酸素含有ガス供給管１２ｂとに分離し、
攪拌用ガス供給管１２ａに設けたバルブ１３、及び酸素
含有ガス供給管１２ｂに設けたバルブ１４にて、底吹き
ノズル８から吹き込むガスを、攪拌用ガスと酸素含有ガ
スとに切り替えることができる構造としている。

【００２３】又、この底吹きノズル８内には、ステンレ
ス鋼管製の内管９が設置され、この内管９の先端は炉内
面にまで至り、そして、内管９内には光ファイバー１７
がモルタル（図示せず）と共に嵌入されている。光ファ
イバー１７の炉外側の先端は、検出装置１６に接続され
ており、こうして、検出装置１６と光ファイバー１７と
で、底吹きノズル８の残存長さを検出する検出センサー
１５を構成している。この検出センサー１５による底吹
きノズル８の残存長さは以下のようにして測定する。
尚、検出装置１６は、光パルスの発振及び受信と、信号
処理演算機能とを備えた装置である。

【００２４】検出装置１６から発信された光パルスは、
光ファイバー１７を通り、そして、光ファイバーの炉内
側先端で反射して検出装置１６に戻る。検出装置１６
は、光パルスの発信から受信までの時間を測定し、この
時間から光ファイバー１７の炉内側先端までの距離を算
出する。底吹きノズル８の損耗に従って光ファイバー１
７も損耗するので、光ファイバー１７の先端までの距離
と底吹きノズル８の炉内側先端までの距離とが一致し、
こうして底吹きノズル８の残存長さが測定される。

【００２５】炉側壁の２層の煉瓦積み構造の位置には、
マッド剤２４で充填された出湯口５が設けられ、又、溶
融還元炉１の側壁の煉瓦積み構造の上方には、銅及び銅
合金等からなる金属製水冷パネル１９が、炉体鉄皮２の
内周に取り付けられている。金属製水冷パネル１９は、
溶融スラグ７に対する耐用性が耐火物よりも高く、耐火
物の代替として用いられている。

【００２６】この構成の溶融還元炉１に、鉄鉱石、石
炭、生石灰、及び軽焼ドロマイトを原料投入口２１から
供給し、そして、上吹きランス１８から酸素を吹き込
み、底吹きノズル８、８ａ、８ｂから窒素を吹き込んで
鉄鉱石を溶融還元し、溶銑６を製造する。溶銑６が、所
定量確保され、且つ金属製水冷パネル１９位置に達する
以前に、出湯口５を開口して溶銑６及び溶融スラグ７を
溶銑保持容器（図示せず）に排出する。排出後、再び出
湯口５にマッド剤２４を充填して排出を停止し、操業を
継続する。

【００２７】操業中、検出センサー１５による底吹きノ
ズル８の残存長さが基準長さになった場合、又は、目視
観察又は熱電対等によるワーク煉瓦３の残存厚みが基準
の厚みになった場合、底吹きノズル８から吹き込むガス
を酸素含有ガスに切り替える。その際、他の底吹きノズ
ル８ａ、８ｂからの攪拌用ガスの吹き込みは必要がな
く、停止しても良い。酸素含有ガスは、空気、酸素及び
空気と酸素との混合ガスの中から適宜選択する。

【００２８】尚、ワーク煉瓦３の残存厚みの基準は、４
０〜８０ｍｍ程度とし、又、底吹きノズル８の残存長さ
の基準は、ワーク煉瓦３に嵌合する部分の長さが４０〜
８０ｍｍとなる残存長さとする。但し、ワーク煉瓦３及
び底吹きノズル８の損耗速度は、炉の使用目的により異
なるので、残存長さ及び残存厚みの基準値も上記に限る
ものではなく、その炉の使用目的に沿った最適な値を決
めれば良い。

【００２９】底吹きノズル８から酸素含有ガスを吹き込
むと、溶銑６が酸化して発熱すると共にＦｅＯが生成す
る。この発熱により、最初にステンレス鋼管製の底吹き
ノズル８が溶融し、次いで、底吹きノズル８周囲のスリ
ーブ煉瓦１０が前記のＦｅＯと酸化熱とにより溶融し、
底吹きノズル８の先端に拡大した凹部が形成される。続
けて酸素含有ガスを吹き込むことで、凹部は炉内側から
炉体鉄皮２側に漸次進行し、スリーブ煉瓦１０内に炉内
側から炉体鉄皮２側に至る拡大した穴が形成される。図
２では、この拡大した穴をスリーブ煉瓦１０中に破線
で、又、拡大した穴の内径をＤで示す。そして拡大した
穴が押え金物１１の位置に到達すると押え金物１１は溶
融し、炉内の溶銑６及び溶融スラグ７が予め炉底に配置
した溶銑保持容器（図示せず）内に落下・流出して排出
される。尚、光ファイバー１７及びガス供給管１２の一
部は同時に溶損する。

【００３０】内径が１０〜３０ｍｍφの底吹きノズル８
から吹き込む酸素含有ガスは、１００〜１０００Ｎｍ³
／Ｈｒとすることが好ましい。１００Ｎｍ³／Ｈｒ未満
では、溶融速度が遅くて排出までに時間がかかり過ぎ、
又、１０００Ｎｍ³／Ｈｒを越えると吹き込みガスによ
る冷却効果が生じてスリーブ煉瓦１０の溶融が遅くな
り、同様に、排出までに時間がかかり過ぎるためであ
る。

【００３１】これらの条件では、拡大した穴の内径Ｄは
１００〜２００ｍｍφになり、炉内に残る溶銑６は迅速
に、例えば５００トン程度であれば数分間で排出され
る。又、拡大した穴の内径Ｄが１００〜２００ｍｍφで
あるので、通常の底吹きノズル８の交換作業と同様の作
業で容易に復旧が可能である。尚、通常の底吹きノズル
８の交換作業とは、押え金物１１を炉体鉄皮２と切り離
し、底吹きノズル８をスリーブ煉瓦１０と共に抜き出
し、新たにスリーブ煉瓦１０及び押え金物１１と一体的
構築した底吹きノズル８をワーク煉瓦３に嵌合して交換
する作業である。従って、穴の内径Ｄは２００ｍｍφ以
上とする必要はなく、例えば４００ｍｍφまで拡大する
と復旧作業に時間がかかり過ぎて好ましくない。

【００３２】このように、底吹きノズル８を利用して炉
内の溶銑６及び溶融スラグ７を排出することで、特別の
装置を用いることなく、安価に且つ確実に残溶湯を排出
することができる。

【００３３】尚、上記説明は固定式炉体として鉄鉱石の
溶融還元炉１について説明したが、固定式炉体は溶融還
元炉１に限るものではなく、酸素を吹き込み鉄スクラッ
プを連続的に溶解する鉄のスクラップ溶解炉や、酸素を
吹き込み、Ｎｉ鉱石やＣｒ鉱石をコークスで還元して溶
融状態のＦｅ−Ｎｉ合金及びＦｅ−Ｃｒ合金を製造する
製錬炉にも同様に適用することができる。又、酸素含有
ガスを吹き込む底吹きノズルの数やその位置は上記に限
るものではなく、複数個の底吹きノズルから酸素含有ガ
スを吹き込んでも良い。検出センサー１５も上記に限る
ものではなく、スリーブ煉瓦１０内に光ファイバー１７
を埋め込む構造としても良く、光ファーバー１７に代え
て同軸ケーブルないしは絶縁された２本の電気的導通性
を有する線を用いて、電磁気パルスを流して測定する方
法でも良い。更に、底吹きノズル８をステンレス鋼管製
の代わりに耐火物製としても、本発明の適用に何ら支障
とならない。

【００３４】

【実施例】図１に示す溶融還元炉１における実施例を以
下に説明する。直径が１０ｍの炉体鉄皮の内面に、Ｍｇ
Ｏ−黒鉛質煉瓦のワーク煉瓦を９００ｍｍの厚みに、そ
の外側に１５０ｍｍ厚みのＭｇＯ質煉瓦を永久煉瓦とし
て設置した。底吹きノズルは、外径が２９ｍｍφ、内径
が２５ｍｍφのステンレス鋼管製である。直径０．２ｍ
ｍφの光ファイバーを、外径１７ｍｍφ、内径１２ｍｍ
φのステンレス鋼管製の内管にモルタルと共に嵌入させ
た。底吹きノズルの総数は１０本であり、そのうち酸素
含有ガスを吹き込む底吹きノズルは炉中心の１本であ
る。

【００３５】そして、底吹きノズルからの窒素供給量の
総量を８０００〜１２０００Ｎｍ³／Ｈｒ、上吹きラン
スからの酸素供給量を７５０００Ｎｍ³／Ｈｒ、鉄鉱石
供給量を１９０ｔｏｎ／Ｈｒ、石炭供給量を１００ｔｏ
ｎ／Ｈｒ、生石灰供給量を４ｔｏｎ／Ｈｒ、軽焼ドロマ
イトの供給量を４ｔｏｎ／Ｈｒとして鉄鉱石の溶融還元
を行った。その結果、溶銑は１２５ｔｏｎ／Ｈｒで製造
され、２時間毎に出湯口から生成した溶銑及び溶融スラ
グを溶銑保持容器内に排出しつつ、操業を継続した。

【００３６】操業開始から７５日後に、底吹きノズルの
ワーク煉瓦に嵌合する長さが、検出センサーによる検出
値で５０ｍｍとなったため操業を停止し、底吹きノズル
から酸素を３００Ｎｍ³／Ｈｒで吹き込んだ。酸素吹き
込み後、３３分経過時に溶銑の排出が開始し、極めて均
一なストレート流で排出した。溶銑は約３分間で全量排
出して、溶銑保持容器内に溶銑５２０トンを排出した。
溶銑の排出後、溶融スラグの排出が開始したが、溶融ス
ラグの排出と共に出湯速度が低下し、最終的には拡大し
た穴がスラグと損耗した煉瓦破片とで詰まり、排出が停
止した。

【００３７】図３は、ワーク煉瓦と永久煉瓦との境付近
のスリーブ煉瓦外周部に埋め込んだ熱電対による底吹き
ノズル温度の測定値、検出センサーによる底吹きノズル
長さの減少量、及び吹き込み酸素の背圧を、酸素吹き込
み開始から時系列的に測定した結果を示す図である。図
３に示すように、底吹きノズルの温度は４００〜６００
℃であり、温度的には全く問題の無い値であった。背圧
は吹き込み時間と共に徐々に低下し、出湯時には４ｋｇ
／ｃｍ²まで低下した。酸素吹き込み開始時、底吹きノ
ズルの炉内側先端から押え金物までの距離は約１００ｃ
ｍであったが、検出センサーによる底吹きノズル長さの
減少量も約１００ｃｍとなり、検出センサーが精度良く
測定していることが確認できた。

【００３８】炉内の冷却後、炉の内外及び排出用に拡大
した穴を観察した結果、炉内には炭材を主とする残留物
が３〜４トン残るのみで、排出状況は極めて良好であっ
た。又、排出穴は直径が１００〜１５０ｍｍφにまで拡
大していたが、スリーブ煉瓦内に治まっていた。そし
て、炉底周辺設備の損傷は全くないことを確認した。

【００３９】

【発明の効果】本発明では、固定式炉体において、攪拌
用ガスを吹き込む底吹きノズルから酸素含有ガスを吹き
込み、底吹きノズルの設置された穴を拡大して残溶湯を
排出するので、安価に且つ確実に残溶湯を排出すること
ができ、その結果、炉体稼働率を大幅に向上し、且つ炉
内残留物の排出作業に要する費用を大幅に低減すること
ができ、工業的効果は格別である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の１例を示す固定式炉体の
側断面概略図である。

【図２】図１の底吹きノズル部の拡大図である。

【図３】実施例における底吹きノズル温度、底吹きノズ
ル長さの減少量、及び吹き込み酸素の背圧の測定値を時
系列的に示す図である。

【符号の説明】

１ 溶融還元炉 ２ 炉体鉄皮 ３ ワーク煉瓦 ４ 永久煉瓦 ５ 出湯口 ６ 溶銑 ７ 溶融スラグ ８ 底吹きノズル ９ 内管 １０ スリーブ煉瓦 １１ 押え金物 １２ ガス供給管 １５ 検出センサー １６ 検出装置 １７ 光ファイバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 澤田 輝俊 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 関口 毅 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 渡部 雅之 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉側壁に出湯口を具備して炉内に所定量
   の鉄浴を残留させ、且つ、炉底に設けた少なくとも１つ
   以上の底吹きノズルから攪拌用ガスを鉄浴に吹き込んだ
   操業を行う固定式炉体における炉内残溶湯の排出方法で
   あって、前記底吹きノズルの少なくとも１つから、攪拌
   用ガスを酸素含有ガスに切り替えて吹き込み、底吹きノ
   ズル周囲の耐火物を溶融して穴径を拡大し、拡大した穴
   から炉内の残溶湯を排出することを特徴とする固定式炉
   体における炉内残溶湯の排出方法。
2. 【請求項２】 前記底吹きノズルの残存長さを検出する
   検出センサーを設け、この検出センサーが検出する底吹
   きノズルの残存長さが基準長さになった時点で、底吹き
   ノズルから吹き込むガスを、攪拌用ガスから酸素含有ガ
   スへと切り替えることを特徴とする請求項１に記載の固
   定式炉体における炉内残溶湯の排出方法。