JPS5918443B2

JPS5918443B2 - 銑鉄の製造法

Info

Publication number: JPS5918443B2
Application number: JP9639081A
Authority: JP
Inventors: 秀行山岡; 道春羽田野; 富夫宮崎; 輝久下田; 宏治沖
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1981-06-22
Filing date: 1981-06-22
Publication date: 1984-04-27
Also published as: JPS57210905A

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、鉄鉱石を還元する還元炉とを組合わ
せて、高炉法に匹敵する高生産性と高熱効率を達成し、
かつ低品質の原料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、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、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
激しいという難点を有するために、現在、高炉法に匹敵
する生産性、経剤性を有するプロセスは存在していない
。

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、溶融物中
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、同一容器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、副生ずるガスを回収
し、別用途に使用するとすれば消費エネルギーは著しく
低いという利点がある。

しかるに、高炉法では、周知のとおり、炉内通気性の確
保、装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、原料事情の悪化が予想される将来に対し、高炉
法のように高生産性と高熱効率を達成できるとともに、
低品質の原料を使用すること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。

この発明は、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を目
的としてなされたものであり、鉄鉱石のガス還元炉と、
還元鉄の溶解並びに還元ガス製造用の溶解ガス化炉とを
組合わせることにより、前記目的を達成し得る銑鉄の製
造法を提案するものである。

この発明の要旨は、炉体側壁部に酸素、水蒸気、微粉炭
吹込用羽口を有し、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、この燃焼室の前方に炉体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せしめ、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、同時に羽目から吹込む酸
素と水蒸気で燃焼ガス化し、一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な生成せしめ、前
記燃焼ガスは燃焼室前方の加熱部を通し、該加熱部上力
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下
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、移動層式還元
炉炉体上部に鉱石装入口とガス取出口を、炉体側壁部に
ガス吹込口を、炉体下部に還元鉄切出口をそれぞれ有し
、炉内に鉱石装入口から装入する粒状鉄酸化物の充填層
を形成せしめ、還元ガス吹込口から吹込む還元ガスを前
記粒状鉄酸化物層を通して上昇させながら粒状鉄酸化物
を還元して粒状還元鉄を生成させた後、ガス取出口から
ガスを回収するようにし、生成した粒状還元鉄を還元鉄
切出口から取出すようにした移動層式還元炉とを組合わ
せ、溶解ガス化炉で生成したガスを移動層式還元炉の還
元ガスとして用いた後回収するとともに、該還元炉で生
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。

以下、この発明法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
、２は還元鉄を製造する移動層式還元炉を示し、この溶
解ガス化炉１と移動層式還元炉２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。

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、羽口上方にコークス、石炭、
石灰石等装入口６を設けており、炉体上部に還元鉄、コ
ークス等装入ロアとガス取出口８を、炉体下部に出銑滓
口９をそれぞれ設けてなる竪形炉であって、羽口５の前
方には、該羽口上方の装入口６から装入するコークス、
石炭、石灰石の充填層からなる燃焼室ａを形成し、該燃
焼室の前方に炉上部の装入ロアから装入するコークスの
充填層からなる加熱部すを形成し、さらに、該加熱部の
上方に炉上部の装入ロアから装入する還元鉄の充填層か
らなる溶解部Ｃを形成し、前記加熱部すから滴下する溶
銑とスラグ、および燃焼室ａで生成する溶融灰分をため
る湯溜りｄを形成してなる。

すなわち、羽口５から酸素１０、蒸気１１および微粉炭
１２を吹込み、燃焼室ａで燃焼反応を生起させ、ＣＯと
Ｈ２を主成分とし温度が１８００ ’Ｃ以上の燃焼ガス
を生成させ、そのガスを加熱部すを通して上方の溶解部
Ｃへ流し、そのガスの顕熱で還元鉄を溶解した後、ガス
取出口８から取出し、溶解した還元鉄と、還元鉄に内包
されている脈石の溶融物は加熱部すを滴下させつつ、浸
炭反応、溶融物中８１０２還元反応などを生じさせたの
ち、燃焼室ａ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、溶解して滴下する分の還元鉄は、装入口３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、加熱部すのコークスも、その消耗分が装入口３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、２ｋｇ／ｃＷｉ〜５ゆ／Ｃａ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から取出すガスは、ＣＯ
とＨ２を主成分とし温度が約９０θ℃の還元ガスであり
、還元ガス供給ライン３を通して移動層式還元炉２に送
る。

移動層式還元炉２は、炉体上部に鉱石装入口２１とガス
取出口２２を、炉体側壁部にガス吹込口２３を、炉体下
部に還元鉄切出口２４をそれぞれ有し、炉内に装入口２
１から装入する鉄鉱石の充填層からなるガス還元部５を
形成し、ガス吹込口２３から吹込む還元ガスにより鉄鉱
石を還元し、還元した後のガスをガス取出口２２から回
収するとともに、還元して生成する還元鉄を切出口２４
から切出す構造となっている。

この移動層式還元炉２から切出された還元鉄は、該還元
鉄供給ライン４、還元鉄ホッパー２５および還元鉄装入
シュート２６を通して溶解ガス化炉１に装入する。

図中２７はコークス装入シュートである。

この発明は上記のごとく、溶解ガス化炉１と移動層式還
元炉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と移動層式還元炉とを分
離させて構成した理由は次のとおりである。

この発明は、高炉法と同じく、鉄鉱石をガス還元した後
溶解する方式により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、
溶解、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２Ｑｍ下であるため、
約”２５Ｔｏｎ／ｒｄ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
り等のトラブルの原因となるので、高温軟化性状にすぐ
れ大きな融着帯を形成しない塊成鉱が必要となる。

他方、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、
高強度のコークスが必要となる。

そのため、この発明では、先ず鉱石を移動層式還元炉２
で還元し、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。

溶解ガス化炉１では、コークス充填層からなる加熱部す
の上方の溶解部Ｃ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ａで速やかに燃焼消滅す
るため、低強度コークスの使用も可能となり、また炉頂
部の装入ロアから装入し加熱部す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る
浸炭反応、Ｓｉｏ２などの還元反応により消耗する
のみであり、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、溶解ガス化炉と移動層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、溶解ガス化炉について詳述する。

羽口５から酸素１０、水蒸気１１、微粉炭１２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ＣＯ２ガス、Ｈ２０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ａ中にコークスや石炭を密に充填すると、
燃焼ガス中に占めるＣＯ□ガス、Ｈ２０ガス量が減少し
高カロリーの燃焼ガスが得られるが、燃焼室中でのガス
の流れが悪くなり羽口先のレースウェイが乱れて安定し
た燃焼状態を保てなくなる。

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すを
形成し、燃焼状態の安定化と、燃焼室で生成するガス中
ＣＯ２とコークスによるＣＯ生成反応を進行せしめ、Ｃ
Ｏ□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ＦｅＯ、８１０２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
装入ロアから補充供給され、常に一定量に維持されるよ
うにした。

また、羽口前方の燃焼室ａの上方からコークスや石炭と
共に石灰石を装入することにより生成する灰分を安定処
理するため、燃焼室を通して炉下部に流れるようになっ
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Ｓｉｏ２に対して石灰石が熱分解してで
きるＣａＯの量をＣａＯ／Ｓｉｏ２＝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すを
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降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、溶銑は下方に
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。

また、この発明の溶解ガス化炉において酸素および微粉
炭を使用する理由は次のとおりである。

微粉炭を燃焼ガス化する場合、その燃焼性は、燃焼温度
とともに燃焼用ガス中の酸素濃度に著しく依存し、酸素
濃度が１％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ＩＮｄに対し約０．３〜０．４ｋｇ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ＩＨｒｒｒに対し約
１〜１．５ｋｇの微粉炭使用が可能となり、巳−クスの
燃焼消費量を大巾に低減可能となる。

さらに、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℃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、この発明のように酸素を使用すれ
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ある
。

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
２〜５Ｈ７ｃ４の溶解ガス化炉内に酸素を吹込むことも
可能となる。

以上のごとく、この発明法によれば、高炉法に比し消費
エネルギーを低減できる上、微粉炭使用によりコークス
比の大巾低減をはかることができ、また還元鉄の製造と
溶解が別炉で行われるため、融着層がなく低品質原料の
使用が可能となる。

次に、この発明法の実施例について説明する。

実施例第１図に示す構造で、下記に示す装置諸元の溶解ガス化
炉１基と移動層式還元炉２基を使って、以下に示す操業
を実施して銑鉄を得た。

装置諸元（イ）溶解ガス化炉炉有効容積：３５ｏｉ羽口数：４個コークス、還元鉄装入口：１個コークス、石炭、石灰石装入口：１個燃焼室数二４個燃焼室内径：５１ｎ溶解部径：５ｍ溶解部高さ：１０７７！ガス取出口：１個炉内圧カニ３〜５ｋｇ／ｃｒｌ（ロ）移動層式還元炉炉有効容積：１５０７７１’ 内径：５７７Ｚ鉱石装入口：１個ガス吹込口（鉱石装入口の下方約１０ｍの高さ）〜１個還元鉄取出口：１個ガス取出口＝１個炉内圧カニ３〜５ｋｇ／ｃｒＡすなわち、溶解ガス化炉の羽口から、酸素２８ＫＮ７７
Ｌ’／ｈｒ、蒸気１ｔｏｎ／ｈｒ微粉炭２８ｔｏｎ
／ｈｒを吹込むようにし、燃焼室内にはコークス（Ｃ：
％）１０ｔｏｎ／ｈｒ、石炭（Ｃニア５％、粒径：
４ｏｍｉ以下）３ｔｏｎ／ｈｒ、石灰石５ｔｏ
ｎ／ｈｒ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９５０℃前後に保たれるように、２基の移動層式還
元炉の還元鉄切出口から等量ずつ還元鉄を切出し、還元
鉄供給ラインを通して溶解ガス化炉の還元鉄装入口から
装入するようにし、また、各々の移動層式還元炉では還
元鉄を切出した分だけ鉱石装入口から塩基性塊成鉱（Ｔ
、Ｆｅ：５６％、平均粒度１２ｍｒＫ）を装入するよう
にし、さらに溶解ガス化炉の加熱部を形成するコークス
層の上面高さが炉底から約ＩＱｍに保たれるようにコー
クス（Ｃ：８８％、粒径４Ｑｍｍ以上、ドラム指数ら補
充するようにし、かつ溶解ガス化炉のガス取出口から出
る約９５０℃の温度の燃焼生成ガスを等分配して２基の
移動層式還元炉に吹込み、還元後のガスをガス取出口か
ら回収し、冷却除塵した後、ガス圧力が２ｋｇ／ｃ４と
なるように調圧操作を行なう方法で実施したところ、溶
解ガス化炉の羽口から吹込む酸素の圧力は４．５ｋｇ
／ｃｒｒｔとなり、この炉のガス取出口から出るガス
の量は８７．５ＫＮ７７１’／ｈｒで、ＣＯ：７５％
、Ｈ２：２２％、圧カニ３．２ｋｇ／ｃｒｌとなり
、２基の移動層式還元炉のガス取出口から回収するガス
の温度は冷却除塵前で約２００℃、Ｃｏ：３９％、
ＣＯ２二３６％、Ｈ２：１２％となるとともに、各移動
層式還元炉に供給する鉱石の量は合計１４０．８ｔｏ
ｎ／ｈｒ、溶解ガス化炉に装入する還元鉄の量は１１
０．８ｔｏｎ／ｈｒ、Ｔ、Ｆｅは７１．１％、Ｔ、Ｆ
ｅに対する金属鉄の割合は８５％であり、溶解ガス化
炉に装入する時点での温度は約５００℃であり、さらに
溶解ガス化炉の羽口上方の装入口から供給するコークス
と石灰石の量は、それぞれ合計１３ｔｏｎ／ｈｒ、４
．３ｔｏｎ／ｈｒとなり、また溶解ガス化炉の還元鉄装
入口から補充するコークスの量は８ｔｏｎ／ｈｒ
となり、結果として、溶解ガス化炉の出銑滓口から抽出
する溶融銑鉄の量は８３．３ｔｏｎ／ｈｒ、成分はＣ
：４．５％、Ｓｉ二〇、５％、Ｓ：０．０２％以下
、その他不純元素は合計０．５％で、温度は１５００℃
であり、同時に抽出するスラグ量は３５ｔｏｎ／ｈｒと
なった。

以上の操業を整理すれば、銑鉄１トンを製造するに際し
、２１６ｋｇの低品質コークス、３６ｋｇの石炭、３３
６ゆの微粉炭、３３６Ｎ−の酸素、１２に！９の蒸気、
５２ゆの石灰石、１６９０ｋｇの鉱石（Ｔ、Ｆｅ：
５６％）を要することになり、同時に１６６４Ｋｃ
ａｌ／Ｎｒｄのガスを９４ＯＮｉ副生ずることになり、
実質消費エネルギーは２５６８Ｍｃａｌで、酸素製
造エネルギーとしての５７２Ｍｃａｌを含めても３１４
０Ｍｃａｌ／ｔとなる。

ちなみに、高炉法では、銑鉄１トン当り約２８００Ｍ
ｃａｌのエネルギー消費を必要とするのみで、この発明
法に比較して約３４０Ｍｃａｌ少ないが、前処理に多
量のエネルギーを要するコークス使用量が約５００に９
／ｌと、この発明のコークス使用量の倍近くであり、さ
らに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、この発明法が高炉法に比しはるかにすぐれている
ことがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す概略図である。１・・・・・・溶解ガス化炉、２・・・・・・移動層式
還元炉、３・・・・・・還元ガス供給ライン、４・・・
・・・還元鉄供給ライン、５・・・・・・羽口、６・・
・・・・コークス、石炭等装入口、７・・・・・・還元
鉄、コークス装入口、８・・・・・・ガス取出口、９・
・・・・・出銑滓口、１０・・・・・・酸素、１１・・
・・・・水蒸気、１２・・・・・・微粉炭、２１・・・
・・・鉱石装入口、２２・・・・・・ガス取出口、２３
・・・・・・ガス吹込口、２４・・・・・・還元鉄切出
口、２５・・・・・・還元鉄ホヅパー、２６・・・・・
・還元鉄装入シュート、２７・・・・・・コークス装入
シュート、ａ・・・・・・燃焼室、ｂ・・・・・・加熱
部、Ｃ・・・・・・溶解部、ｄ・・・・・・湯溜り、ｆ
・・・・・・ガス還元部。

Claims

【特許請求の範囲】

１溶解ガス化炉炉体側壁部に酸素、水蒸気、微粉炭吹
込用羽口を有し、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、石灰石等の充填層からなる燃焼室を形成せ
しめ、この燃焼室の前方に炉体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せしめ、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、一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力の
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下し
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、移動層式還元炉
炉体上部に鉱石装入口とガス取出口を、炉体側壁部にガ
ス吹込口を、炉体下部に還元鉄切出口をそれぞれ有し、
炉内に鉱石装入口から装入する粒状鉄酸化物の充填層を
形成せしめ、還元ガス吹込み口から吹込む還元ガスを前
記粒状鉄酸化物層を通して上昇させながら粒状鉄酸化物
を還元して粒状還元鉄を生成させた後、ガス取出口から
ガスを回収するようにし、生成した粒状還元鉄を還元鉄
切出口から取出すようにした移動層式還元炉とを組合わ
せ、溶解ガス化炉で生成したガスを移動層式還元炉の還
元ガスとして用い、かつ回収するとともに、かつ該還元
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。