JPS5896805A - 銑鉄の製造法 - 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】 この発明は、石炭等のガス化と還元鉄の溶解を可能とす
る溶解ガス化炉と、ロータリーキルン式鉱石還元炉とを
組合わせて、高Ｑ法に匹敵する高生産性と高熱効率を這
成し、かつ粉鉱石の使用を可能とする銑鉄の製造法に関
する。

鉄鉱石を還元溶解し、銑鉄を製造する方法としては、鉄
鉱石を塊状態でガス還元した後溶解する方式と、鉄鉱石
を加熱溶解した後固体還元剤で還元する方式があり、そ
の前者に属するものとして高炉法、後者に属するものと
して溶融還元法があることは周知のとおりである。

しかるに、溶融還元法における溶融鉱石の固体還元は著
しい吸熱反応であり１反応浴に熱を安定に供給すること
が非常に困難でかつ溶融鉱石による耐火物の侵食が激し
いという一点を有するため。

現在においては高炉法に匹敵する生産性％経済性を有す
るプロセスの存在は皆無に等しい。

一方、高炉法のように鉄鉱石をガス還元した後溶解する
方式では、鉄鉱石のガス還元が若干の発熱反応であるた
め還元反応が安定に進行するとともに、ｆｇ融物中の鉄
酸化物は少なく耐火物損傷の問題も溶融還元法に比べ少
ない。また、高炉法は同−春謡内で鉱石のガス還元、溶
解を行なうので極めて熱効率が高く、両生ずるガスを回
収し別用通に使用すれば消費エネルギーを節減できると
いう利点もある。

しかし、高炉法は周知のごとく炉内通気性の確Ｓ、＊入
物の安定降下の確保が必須条件であるために、使用する
コークスは高強度か、低反応性の高品質のものが必要と
され、その製造に高品質の原料炭と乾留エネルギーを要
するとともに、使用する塊成鉱は高強度でかつ高軟化性
状のすぐれたものを必要とするという難点がある。従っ
て１ｗ。

料亭情の悪化が予想される将来に対し、高炉法のように
＾生産性と高熱幼率を連成でき、しかも低品質の原料の
使用が可能な製銑法の開発は大きな意義をもち、これま
でにも多くの研究開発がなされてきた。

このような中で、この発明者らは、高炉法に比し消費エ
ネルギーの軽減、コークス比の低減および低品位原料の
使用をはかることがで睡る方法として、還元鉄の溶解並
びに還元ガス製造用の溶解ガス化炉と　ｉｌｌｌｌ成層
式還元炉組合わせて銑鉄を製造する方法を先に提案し九
（特願昭５６−９６３９０　”）、　　この製銑法は、
溶解ガス化炉で生成したガスを夢動層式還元炉の還元ガ
スとして用い、かつ回収するとともに、前記還元炉で生
成する還元鉄を溶解ガス化炉で溶解する方法である。

ところがこの方法は、ｆｇ解ガス化炉における通気阻害
のトラブル防止を考慮してなされた発明であるため、鉄
原料としては塊鉱石や塊成鉱（コールドボンド絋、焼結
鉱など）が主体であり、粉鉱石を使用し雌いという一点
がらつ九。

そこで、この発明者らは、将来鉄原料が粉主体に移行す
る可能性が大であるとの観点から、前記製銑法と同じ原
理で、粉鉱石を主体とする銑鉄のＩｌｌ性法開発した。

以Ｆ、この発明について詳細に説明する。

この発明は、還元鉄の溶解並びに還元ガス製造用の溶解
ガス化炉と鉱石の還元炉とを組合わせて銑鉄を製造する
方法において、前記鉱石の還元炉として、粉鉱石を還元
成型するロータリーキルン式還元炉を用い、この還元炉
で粉鉱石を還元成型して溶解ガス炉に装入し、溶解ガス
化炉で生成したガスをロータリーキルン式還元炉の燃料
ガスとして用いる方法である。

即ち、この発明の要旨は、炉体側壁部に酸素。

水蒸気、微粉炭吹込み用羽目を有し、羽口上方にコーク
ス、石炭、石灰石等装入口を、炉体上部に還元鉄、コー
クス装入口とガス取出口を、炉体下部に出銑滓口をそれ
ぞれ設けてなる炉を用い、羽口前方に該羽口上方の装入
口から装入するコークス、石炭、石灰石等の充填層から
なる燃焼室を形成せしめ、該燃焼室の前方には炉上部か
ら装入するコークスの充填層からなる加熱部を形成し、
この加熱部の上方に炉体上部から装入する還元鉄の充填
層からなる溶解部を形成せしめ、前記燃焼室でコークス
および石炭と羽口から吹込む微粉炭等を同時に羽口、か
ら吹込む酸素と水蒸気で燃焼ガス化し、−酸化炭素と水
素を主成分とする高温の燃焼ガスと、コークスおよび石
炭の灰分と石灰石が熱分解してできる溶融スラグとを生
成せしめ、前記燃焼ガスは燃焼室前方の加熱部を通し該
加熱部上方の還元鉄充填層からなる溶解部で還元鉄を溶
解した後、ガス取出口から回収するようにし、前記溶融
スラグは溶解部で生成しコークス充填層からなる加熱部
を滴下し〔くる溶融還元鉄と共に炉体下部に収集し出銑
滓口から抽出するようにした溶解ガス化炉と、一端から
粉鉱石と石炭粉を装入し、内部を空気と燃料ガスで燃焼
加熱しつつ、装入した粉鉱石を石炭中炭素と水素で還元
・成型して他端から取出すようにしたロータリーキルン
式粉鉱石還元炉とを組合わせ、前記溶解ガス化炉で生成
したガスをロータリーキルン式粉鉱石還元炉の燃料ガス
として用い、かつｍ起還元炉で生成する還元鉄を溶解ガ
ス化炉で溶解することを特徴とするものである。

この方法によれば、ロータリーキルン式還元炉により粉
鉱石を還元・成型し得るので、鉄原料として粉鉱石を使
用しても溶解ガス化炉における通気阻害のトラブル発生
の問題もなく、またロータリーキルン式還元炉では粉鉱
石を石炭中炭素と水素で還元するため、溶解ガス化炉で
は高カロリーのガスが得られる。

次に、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

（１）は石炭のガス化並びに還元鉄を溶解する溶解ガス
化炉、（りは還元鉄を製造するロータリーキルン式還元
炉であり、この溶解ガス化炉とロータリーキルン式還元
炉は還元ガス供給ライン（３）と還元鉄供給ライン（４
）により結合した構成となっているＯ溶解ガス化炉（１
）は炉体側壁部に酸素、水蒸気および微粉炭吹込用羽口
（５）を有し、この羽口上方にコークス、石炭、石灰石
等装入口（６）が設けてあり、炉体上部には還元鉄、コ
ークス等装入口（７）とガス取出口（１）が、炉体下部
には出銑滓口（９）がそれぞれ設けられた竪形炉であっ
て、羽目（５）の前方には蒙羽口上方の装入口（６）か
ら装入するコークス、石炭、石灰石（至）等の充填層か
らなる燃焼ｊ＠ｔａ）を形成し、該燃焼室の１方に炉上
部の装入口（７）から装入するコークスの充填層からな
る加熱部（ｂ）を形成し、さらに該加熱部の上方に炉上
部の装入口（７）から装入する還元鉄の充填層からなる
溶解ｆＪ（Ｃ）を形成し、前記加熱部（ｂ）から滴下し
てくる溶鉄とスラグ、および燃焼室（ａ）で生成する溶
融灰分を溜める湯溜りｌｄ）を形成している。

すなわち、別口（６）から酸素（２）、Ｊｉ電（ロ）お
よび微粉炭（２）を吹込み、燃焼室（ａ）で燃焼反応を
生起させ、ＣＯとＨ：を主成分とし温度が１８００°Ｃ
以上の燃焼ガスを生成させそのガスを加熱部（ｂ）を通
して上方の溶解部（Ｃ）へ流し、そのガスのべ熱で還元
鉄を溶解した後ガス取出口（８）から取出し、一方溶解
した還元鉄とこれに内包されている脈石の溶融物は加熱
部（ｂ）を滴下させつつ浸炭反応、溶融物中Ｓｉｎ。

遺児反応などを生じさせたのち、燃焼室１ａ）で生成す
るコーク′スと微粉炭の灰分の溶融物と石灰の溶融物の
混合スラグと共に湯溜り（ｄ）に回収し、出銑滓口（９
）から抽出される。

なお、Ｓ解して滴下する分の還元鉄は装入口（７）から
補充供給され、常に一定量の還元鉄層に維持されている
。また、加熱部（ｂ）のコークスも、その消耗分が装入
口（７）から補充供給され、常に一定量のコークス層に
維持されている。炉内のガス圧力は２　＆ｃｆ／−〜５
　ｌ＃／ａｄのゲージ圧力で操作する。

溶解ガス化炉（１）のガス取出口（８）から取出される
ガスはＣＯとＨｌを主成分とし温度が約９００　”Ｃの
還元ガスであり、還元ガス供給ライン（３）を通じてロ
ータリーキルン式還元炉（２）に送られる。

ロータリーキルン式還元炉（２）は炉体の一端に粉鉱石
１石炭、石灰石（ト）の投入口（至）と燃料ガスおよび
空気の吹込口α力を、他端に還元鉄切出口（至）をそれ
ぞれ有しており、投入口（至）からキルン内に装入した
粉鉱石を吹込口α力より炉内に吹込まれる燃料ガスと空
気で燃焼加熱しつつ還元・成型し、他端に設けた切出口
端から切出す構造となっている。

すなわち、このロータリーキルン式還元炉は溶解ガス化
炉（１）で生成したガスを燃料ガスとして用い、炉内の
粉鉱石を石炭中炭素と水素で還元・成型するものである
。こσロータリーキルン式還元炉（２）から切出され九
還尤鉄は該還元鉄供給ライン（４）より溶解ガス化ψ（
１）へ送られ、還元鉄およびコークス装入口（１）より
炉内に装入され溶解される。鱒はコークスを示す。

この発明は王妃のごとく、溶解ガス化炉（１）とロータ
リーキルン式還元ｃＡ（２）を結合し、連続的に溶融銑
鉄を製造する方法であるが、このように溶解ガス化炉（
１）とロータリーキルン式還元ｃＦ４（２）とを分離さ
せて構成したのは、以下の理由による。

すなわち、この発明は高炉法と同じく鉄鉱石をガス還元
し友後溶解する方式にょ多安定かつ高能率に銑鉄を製造
しようとするものである。しかし、高炉のように一つの
反応器で鉱石のガス還元、ｌ＠解並びにコークスの燃焼
ガス化を行なおうとする場合、炉頂部と羽口レベルの間
隔（高さ）が約２５ｍとなり、コークスおよび鉱石は炉
頂部から装入され降下する間に荷重と衝撃を受ける。そ
して、鉱石は炉頂部でガス還元された後溶解されるが、
溶解する位置は炉頂から約２０ｍ下であるため約２５７
ｏｎ／−の荷重を受けることになり、溶解しようとする
高温の鉱石はその荷重で収縮し。

融着帯と称する著しく通気性の悪い層を形成し通気、荷
下が９等のトラブルの原因となるので高温軟化性状のす
ぐれた大きｉ融着帯を形成しない塊戚鉱が必要となる。

またコークスも羽口先で燃焼消滅するまでの間に荷重と
衝撃を受けて劣化すると通気の阻害を引起こすので５高
強度のコークスが必要となる。

その丸め、この発明では粉鉱石をロータリーキルン式還
元炉で還元・成型し、しかる後溶解ガス化炉（１）で溶
解する方法をとったのである。Ｉｇ解ガス化炉（１）で
はコークス充填層からなる加熱部ｔｂ）の上方の溶解部
１ｃ）で還元鉄が無荷重で溶解されるため、高温軟化性
状の劣った鉱石の使用も可能となるとともに、この溶解
ガス化炉（１）の羽口上方の装入口（６）から装入する
コークスは羽口前の燃焼室ｆａ）で逮ヤかに燃焼消滅す
るため低強度コークスの使用も可能となシ、オた炉頂部
の装入口（７）から装入し加熱部（ｂ）を形成するコー
クスは該コークス充填層部を滴下する溶融鉄とスラグに
よｌ浸炭反応、ＳｔＯ！などの還元反応により消耗する
のみで６す、高炉のごとき荷重と荷下りによる衝撃を受
けることがないので、この点からも低強度のコークス使
用が可能となる。

すなわち、溶解ガス化炉とロータリーキルン式還元炉と
に分離することにより、高温軟化性状に劣る低品質の鉱
石、および低強度のコークスの使用を可能ならしめるこ
とができるのである。

さらに、溶解ガス化熔について詳述する。

羽目（ｂ）から＃１素叫、水ｓ　＊　（ＩＩ）　、微粉
炭（２）を吹込んでコークスや石炭を燃焼させる場合、
燃焼室中にコークスや石炭が充填されていない状態では
。

燃焼ガス中に占めるＣＯ，ガス、Ｈ，０ガスの割合が極
めて多くなり、燃焼ガスを燃料として利用できない。逆
に、燃焼室ｔａ）中にコークスや石炭を充填すると燃焼
ガス中に占めるＣＯ，ガス、Ｈ，Ｏガス量が減少し比較
的高カロリーの燃焼ガスが得られるが、燃焼室中でのガ
スの流れが悪くなシ羽ロ先のレースウェイが乱れて安定
した燃焼状態を床でなくなる。そのため、この発明では
燃焼室（ａ）をコークスや石炭の充填・層として高カロ
リーガスを得るとともに、燃焼室の前方に反応性の高い
コークス充填層すなわち加熱部（ｂ）を形成し、燃焼状
態の安定化とＩａＩｌａ１３ｉ！で生成するガス中ＣＯ
２とコークスによるＣＯ生成反応を進行せしめ、ＣＯ□
の極めて少ないガスを生成させるようにし、また溶融鉄
の浸炭反応、スラグ中Ｆｅ０１Ｓ　ｔ　Ｏ，などの還元
反応を促進させ低Ｓ濃度の銑鉄が得られるようにし、か
つコークス充填層のコークスはその消耗分を還元鉄装入
口（７）から補充供給され、常に一定量に維持されるよ
うにした。また、羽目前方の燃焼室（ａ）の上方からコ
ークス中石炭と共に石灰石を装入することによシ生成す
る灰分を安定処理するため。

燃焼室（ａ）を通して炉下部に流下するようになってい
る。なお、石灰石の装入割合はコークスや石炭中の灰分
の主成分であるＳｔＯ，に対して石灰石が熱分解してで
きるＣａ０Ｏ量をＣＨＯ／　Ｓ　ｉ　ＯＨ＝　１．５程
度にすることができる。

一方、燃焼ガスはコークス充填層からなる加熱部（ｂ）
を通って炉上方−へ流れるときに、該コークス充填層上
部の還元鉄を溶解するが、そこで生成した溶銑滓も同時
に該コークス充填層を通って隣下し炉下部に流れる。従
って、炉下部には湯溜り（ｄ）が形成され、１ｇ銑は下
方に溜まり還元鉄スラグおよび燃焼室（ａ）から流れ込
む灰分は溶銑の上方に溜まる。

を九１羽目（５）から吹込む燃料として酸素と微粉炭を
使用したのは以下の理由による。

微粉炭を燃焼ガス化する場合、その燃焼性は燃焼温度と
共に燃焼用ガス中の酸素濃度に着しく依存し、酸素濃度
がｌチ増せば約６−の燃焼性の向上が見込める結果とな
る。従って、高炉法で送風中酸素が２１−前後の空気の
場合、酸素ＩＮげに対し約０．３〜０．４ｋＦの微粉炭
使用が限度であるのに比べて、この発明では空気ではな
く酸素を使用することにより酸素Ｉ　Ｎｍ’に対し約１
〜１６５階の微粉炭使用が可能となり、コークスの燃焼
消費量を大巾に低減可能となる。また、燃焼して生成す
るガスは還元鉄を溶解するべく少なくとも１５００″Ｃ
以上の温度でなければならないが、高炉のように空気を
使用する場合は燃焼ガス温度を上げるべく熱風炉で加熱
した高温空気を用いなければならないのに対し、酸素を
使用すれば空気を使用する場合に比べ燃焼反応量に対す
る生成ガス量が少ないので生成ガス温度を充分高くでき
る結果、高炉法のような熱風炉を必要としない利点がお
る。また。

液体酸素を気化して酸素源とすることにより、高炉法の
ような送風機を必要とせずガスのゲージ圧力が２〜５呻
／−の溶解ガス化炉内に酸素を吹込むことも可能である
。

次に、この発明の実施例について説明する。

〔実施例〕

１１１！１図に示す構造で、王妃に示す装置賭尤の溶解
ガス化炉１基とロータリーキルン式還元炉１基を使って
以下に示す操業を実施して銑鉄を得た。

囚　溶解ガス化炉 炉有効容積　二　３５０扉 羽　　口　　数　　　４９ コークス、還元鉄装入口　：　１個 コークス、石炭１石灰石装入口　：　１偵燃焼室数二　
４個 燃ｆｌａＷＬ内径＝５ＰＲ 溶解部径：５＃Ｉ 溶解部高さ　：　　１（１ｍ ガス取出口　：　１個 炉内圧カニ３〜５Ｉ＃／ａｄ ＣＢ）　　ロータリーキルン武還元炉 炉有効容積　：　　７５０ｗ１ 内　　　　　径　：４．Ｏｍ キルンの全長　：　６０ｍ すなわち、溶解ガス化炉の羽口から酸素３３６Ｎｒｒ？
／Ｐｉｇ、ｔ　、　　微粉炭３３６　ｋｔ／　Ｐｉｇ−
ｔを吹込むようにし、燃焼室内にはコークス（Ｃ：８８
チ１粒径：　４０Ｗ以下、ドラム指数ＤＩ、、８５チ）
１２０１ｗ／Ｐｉｇ、ｔ　、石灰石６０呻／Ｐｉｇ−ｔ
を羽口上方の装入口から装入するようにし、かつ溶解ガ
ス化炉のガス取出口から出る燃焼生成ガスの温度が９５
０°ＣＫｌたれるようにロータリーキルン式還元炉の還
元鉄切出口から等量ずつ還元鉄を切出すようにしえ。さ
らに、＠解ガス化炉の加熱部を形成するコ歇Ｄ　Ｉ　ｌ
＆−８５Ｔｏ　）　９６　ｋｆ／　Ｐ　ｓｇ　、ｔを還
元鉄装入口から補充するようにした。一方、ロータリー
キルン式還元炉では粉鉱石（Ｔ−Ｆｅ　６２　％　）　
１５３０ｋｆ／Ｐｉｇ−ｔ。

石訳粉（Ｆｅ　５２ｇｊ、Ａｓｈ　１５　％）　３８５
１９／Ｐｉｇ−ｔ。

石灰石２００に９／Ｐｉｇ−ｔ　を投入するようにし、
同時に溶解ガス化炉で生成する温度約９００°ＣＯガス
と空気を吹込んで還元鉄を生成するようにし、その還元
鉄を溶解ガス化炉で溶解する方法で実施したところ、以
下のような結果となった。

溶解ガス化炉の羽口から吹込む酸素の圧力は５１ｙ／−
となり、このガス化炉のガス取出口から出るガスの置と
成分はそれぞれ１０６９Ｎｙ＜４４ｇ・ｔ、ＣＯニア５
％、Ｈｚ：　２２％であり、溶解ガス化炉に装入する還
元鉄の量は１　ａ　１６　Ｉ＃／Ｐｔｇ・ｔ、ｍ充コー
シスの量は９６　ｋｆ／　Ｐｌｇ−ｔとなり、結果とし
て溶解ガス化炉の出銑滓口から抽出する溶融銑鉄の量と
成分はそれぞれ１トン、Ｃ：４チ、Ｓｔ：０．２％。

ｓ：ｏ、ｏａ％、その他不純元素は合計０．３チで、温
度は１５００℃、スラグ量は３５０１ｗ／ｌ　となった
。

以上の操嫡を整理すれば、銑鉄１トンを製造するのに、
２１６ｋｆの低品質コークス、４２１１＃の石炭、３３
６時の微粉炭、３３６Ｎｙｒｔ’の酸素、６０−の石灰
石、１５３０ｋｔの粉鉱石を要することになり、また同
時に２９００　Ｋｃｔａｌ／　Ｎ−のガスを１０６９　
Ｎｉ副生することに々し、実質消費エネルギーは４２７
４Ｍｃｍ＃で、酸素製造エネルギーとしての５７２Ｍｃ
ａＪを含めても４８４６　Ｍｃｔａｌ／　ｔ　　となる
◎ちなみに、高炉法では銑鉄１トン当り約２８００ｈｉ
ｃ、ｌのエネルギー消費を必要とするのみで、この発明
法と比較して約２０００　Ｍｃａｌ少ないが、前処１ｊ
ｌに多、量のエネルギーを要するコークス使用量が約５
００　ｋｔ／　ｔと、この発明のコークス使用量より多
い丸め、ｔた高品質のコークスと塊成鉱を必要とするこ
とを考えると、粉鉱石を使用できる上。

多量の高カロリーガスを得ることができるこの発明法が
高炉法よりすぐれていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示す概略図である。 図中、１・・・溶解ガス化炬、２・・・ロータリーキル
ン式還元炉、３・・・還元ガス供給ライン、４・・・還
元鉄供給ライン、５・・・微粉炭吹込用羽口、６・・・
コークス、石炭２石灰石等装入口、７・・・還元鉄、コ
ークス等装入口、８・・・ガス取出口、９・・・出銑滓
口、ｌＯ・・・酸素、１１・・・水蒸気、１２・・・微
粉炭、１３・・・コークス、石炭９石灰石、１４・・・
コークス、１５・・・粉・鉱石１石炭９石灰石投入口、
１６・・・還元鉄切出口。 １７・・・燃料ガスと空気吹込口、１８・・・粉鉱石１
屓炭。 石灰石。 出願人　　住友金属工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炉体側壁部に酸素、水蒸気、微粉炭吹込み用羽目を有し
   １羽口上方にコークス、石炭、石灰石等装入口を、炉体
   下部に還元鉄、コークス装入口とガス取出口を、炉体Ｆ
   部に出銑滓口をそれぞれ設けてなる炉を用い、羽目前方
   に該羽口上方の装入口から装入するコークス、石炭１石
   灰石等の充填層からなる燃焼室を形成せしめ、該燃焼室
   の前方には炉上部から装入するコークスの充填層からな
   る加熱部を形成し、この加熱部の上方に炉体上部から装
   入する還元鉄の充填層からなる溶解部を形成せしめ、前
   記燃焼室でコークスおよび石炭と羽目から吹込む微粉炭
   等を同時に羽口から吹込む酸素と水蒸気で燃焼ガス化し
   、−酸化炭素と水素を主成分とする高温の燃焼ガスと、
   コークスおよび石炭の灰分と石灰石が熱分解してできる
   溶融スラグとを生成せしめ、前記燃焼ガスは燃焼室前方
   の加熱部を通し該加熱部上方の還元鉄充填層からなる溶
   解部で還元鉄を溶解した後、ガス取出口から回収するよ
   うにし、ａ記溶融スラグは前記溶解部で生成しコークス
   充填層からなる加熱部を滴ドしてくる溶融還元鉄と共に
   炉体下部に収集し出銑滓口から抽出するようにした溶解
   ガス化炉と、一端から粉鉱石と石炭粉を装入し、内部を
   空電と燃料ガスで燃焼加熱しつつ、装入した粉鉱石を石
   炭中炭素と水素で還元・成型して他端から取出すように
   したロータリーキルン式粉鉱石還元炉とを組合わせ、前
   記溶解ガス化炉で生成したガスをロータリーキルン式粉
   に石還元炉の燃料ガスとして用い、かつ前記還元炉で生
   成する還元鉄を溶解ガス化炉で溶解することを特徴とす
   る銑鉄の製造法。