JPS62224610A - 溶融還元炉の温度制御方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鉄鉱石等の酸化物系原料を溶融還元して鉄系
合金溶湯を製造する際に使用する溶融還元炉の温度制御
方法に関する。

〔従来の技術〕

最近、高炉法に代わる製鋼技術として溶融還元製錬法が
注目を浴びている。この方法で使用する溶融還元炉は、
使用する原料に制約を受けることなく、より小規模な設
備により鉄系合金溶湯を製造することを目的として開発
されたものである。

このような熔融還元炉の一つとして、本発明者等は先に
第４図に示す形式の炉を提案した（特願昭６１−２２８
９５号）。この炉は、固定式の縦型炉部１と該縦型炉部
１に対して着脱可能に設けられた容器部２を備えている
。容器部２は、台車３に載置されており、別の容器部２
と容易に交換することを可能にしている。

容器部２は、主として溶融金属８等からなる溶融物を収
容するものであり、酸素ガス及びプロパン、微粉炭等の
燃料を溶融物に吹き込む底吹き羽口１１が底壁に設けら
れている。底吹き羽口１１を介して容器部２内に吹き込
まれたガスは、溶融金属８中を気泡１０となって上昇し
、浴を強攪拌することにより投入原料に対する還元反応
を進める。

また、容器部２の底壁にはタップホール１２或いはスラ
イディングゲートが設けられており、このタップホール
１２或いはスライディングゲートを介して任意の時間に
溶融金属８．スラグ９等の溶融物が炉外に排出される。

他方、縦型炉部１は、垂直円筒状或いは部分的に径大化
した円筒杖の形状をもつ。該縦型炉部１の下部は容器部
２に密着・離脱自在にされており、その上部は排ガス１
３を排ガス利用系に送るためのダクトにつながっている
。該縦型炉部１の下部は、フォーミングしたスラグ９の
一部に浸漬されている。

この縦型炉部１には、垂直上方からランス４及び斜め上
方又は横方向から複数のランス５が挿入されるようにな
っている。これらランス４，５から、酸素ガス等のガス
及び／又は鉱石９石炭等の粉体が炉内に吹き込まれる。

更に、この縦型炉部１には、鉱石又はその成形物、塊状
炭材等の塊状物を投入するための塊状物投入装ｆｆ６が
設けられている。

この溶融還元炉においては、炭材が懸濁しているスラグ
９と溶融金属８との接触を充分に行うことにより、製錬
反応が進行する。ところで、製錬中に溶融金属８の温度
が過度に上昇すると、溶融還元炉の炉壁を構成する耐火
物の溶損、腐蝕等が激しくなる。逆に、溶融金属８の温
度が下がりすぎると、スラグ９の粘性が増加し、流動性
が悪くなる。したがって、スラグ９内及びスラグ９と溶
融金属８との界面における物質移動が遅くなり、反応速
度が低下する。この点は、特に溶融還元法の生産性を向
上させる上での障害となる。

このことから、溶融金属８の温度を測定し、それを常に
最適値に維持することが必要となる。この温度管理は、
通常の製鋼炉においても要求されるところであるが、特
に溶融還元炉においては、高炉とほぼ同様な耐火物原単
位で築炉した耐火物の保護を図るため重要な問題となる
。すなわち、炉壁に低度な耐火物を使用しているため、
溶融金属８の温度が上昇し過ぎると、耐火物の損傷が激
しくなる。また、逆に溶融金属８の温度低下と共に、還
元反応の速度が小さくなり、生産性の低下を来す。

すなわち、溶融還元炉においては、炉壁の保護を図るた
め可能な限りの低温に炉温を維持すること、及び溶銑の
生産性を確保するため炉温を高い温度に維持することと
いう相反する要求を満足させなければならない。したが
って、通常の製鋼炉に比較して格段に厳格な温度管理が
要求される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

溶湯の温度を測定する手段としては、たとえば転炉内に
サブランスを挿入し、そのサブランスの先端に取り付け
た温度検出器で測温する方法が知られている。しかし、
この方法を溶融還元炉に適用しようとすると、溶融還元
炉の炉上部から炉底までの距離が従来の転炉のそれと比
べて大きいため、炉上部から挿入する形式のものとして
は、相当に長いサブランスが必要となる。また、このよ
うな長いサブランスを炉頂から挿入する方式では、建屋
そのものも高くする必要がある。したがって、このサブ
ランスを使用する方法は、不便な操業を強いるものとな
り、また周辺設備を改造する必要を生じる。

また、サブランスを使用した測温方法によるとき、溶湯
の温度は半連続的に測定されるにすぎない。したがって
、このようにして得られた測定値をフィードバックして
温度コントロールしようとすると、タイムラグが大きく
なり、大まかな制御が行われるにすぎない。

更に、溶融還元炉特有の問題として、スラグ層が厚いこ
とがサブランスによる測定を困難にしている。すなわち
、溶湯の温度をサブランスにより測定しようとすると、
サブランスが厚いスラグ層を経て溶湯に達することにな
る。そのため、サブランスで測定した温度がスラグの熱
により影響され、正確な測定値を得ることが困難である
。

本発明は、このような従来技術における問題を解消すべ
く案出されたものであり、溶湯の温度を連続的に測定し
て得られた検出値に基づき操業条件を制御することによ
り、溶湯の温度を正確に目標値に維持することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段） 本発明の温度制御方法は、その目的を達成すべく、鉄系
合金溶融還元炉の底壁又は側部に組み込んだ検温計によ
り浴温を連続的に測定し、この測定値を鉱石投入装置に
フィードバックし、前記測定値に基づき鉱石投入速度を
制御する。

〔作用〕

本発明においては、鉄系合金溶融還元炉の底部炉壁又は
側部炉壁に熱電対、放射赤外線検知器等の検温計を組み
込んでいる。この検温計が、溶湯の温度を直接的に測定
することにより、スラグの保有する熱に影響されること
なく、正確な検出値を得ることができる。また、検温計
をこのように配置することによって、溶湯の温度が連続
的に測゛定され、長いサブランス等の測温装置が不要と
なる。なお、本発明が対象としている溶融還元炉におい
ては、溶融金属が強度に循環しているので、固定点にお
ける測定であるにも拘らず、溶湯を代表する温度として
扱うことができる。

また、検温計として熱電対を使用した場合、その検出端
子が溶湯内にあるので、スラグは勿論のこと、炉壁が保
存する熱にも影響を受けない。このときの炉内雰囲気が
比較的低温で且つ高炭素であるので、熱電対を包む保護
管の耐用性は充分である。したがって、長期間にわたっ
て溶湯の温度を精度良く測定することが可能となる。

この検温計からの７１ｔＩＩ温データは鉱石投入装置部
にフィードバンクし、このデータに基づいて鉱石投入速
度が制御される。鉱石が鉄に還元される反応は、次式に
示すような吸熱１反応である。

ＦｅＯ＋Ｃ−４Ｆｅ＋ＣＯ−３０ｋｃａ　１ＦｅｚＯｚ
＋Ｃ−２ＦｅＯ＋Ｃ０−５０ｋｃａｌこの吸熱反応を溶
湯の温度制御に利用する。すなわち、溶湯の温度が設定
値より高い場合には、鉱石投入量を増加させて上記の還
元反応を盛んにして、溶湯の温度低下を図る。また、溶
湯の温度が設定値より低い場合には、鉱石投入量を少な
くして、上記の還元反応を抑制し、溶湯の温度が常に一
定になるように維持する。

次表は、この鉱石投入量が溶湯の温度に与える影響を示
す。ただし、次表は、メタル最大収容能力１００トンの
溶融還元炉を使用し、総吹酸１３ｊ６５０ＯＮｎ？／ｈ
ｒで酸素を吹込みながら、溶融還元を行った。このとき
使用した鉱石の組成は、Ｔ　−Ｆｅ６Ｂ、１％、　５ｉ
ｎ２３％、　Ａｌｔｏ、　２％、　Ｃａ０１％、　Ｍｇ
０１％であった。また、スラグの量は１０１−ンであり
、その組成はＴ−Ｆｅ４％、　ＣａＯ４５％、　５ｉｆ
ｔ　３５％、　ＡｌｚＯｘ・１０％、　Ｍｇ０５％であ
った。これら条件の下で得られた結果を、表１及び表２
に示す。ただし、表１及び表２共に、メタル量は２０）
ンであった。

表１は、鉱石供給量Ｏからそれぞれの量を投入したとき
の溶湯の温度降下を示す。

表　　　　　　１ また、表２は、鉱石を１００ｋｇ／ｓｉｎで連続投入し
ていた状態からその供給速度を変更した場合、その変更
前の溶湯温度及び変更後２分経過した時の溶湯温度を示
す。

表　　　　　　２ このように、溶湯の温度を常に最適値に維持することに
より、熔撰、腐蝕等をもたらす耐火物の負荷が軽減され
、還元反応が円滑に行われる。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明の特徴を具体的に説明する。

第１図は、本実施例で使用した？８融還元炉の概略を示
すものである。

該溶融還元炉の容器部２は、内径２５０ｃｍ及び高さ３
３５ｃｍ＋の垂直部２ａ及び該垂直部２ａに対し４５度
の角度で上方に開いた高さ１４５（Ｊの傾斜部２ｂで構
成される。そして、これら垂直部２ａ及び傾斜部２ｂに
は、クロマグレンガの耐火性内張りが施されている。ま
た、容器部２の底壁には、内径１５ｍｍの内管及び内径
１８ｍｍの外管からなる二重管構造の底吹き羽口１１が
等間隔に４個配置されている。この底吹き羽口１１の内
管からは０□が、またりＬ管からはプロパンガスが容器
部２の内部に吹き込まれる。

容器部２の上方には、縦型炉部１が配置されている。こ
の縦型炉部１は、５／ｌ０ｃｍの内径をもち、塊状物投
入装置６の投入口６ａまでの高さが８４０ｃｍである。

そして、縦型炉部１の上壁を貫通して、同心円状に等間
隔で４本のランス５が挿入されている。該ランス５は、
垂直線に対して６０度の傾斜角度をもって容器部２内部
に挿入されており、その先端に径３０ｃｍのノズル孔を
一個備えている。このランス５を介して、Ｏｔ及び微粉
状鉄鉱石（粒径：２−−未満）が容器部２の内部に吹き
込まれる。更に、別のランス４が上方から垂直に縦型炉
部１内部に挿入されている。このランス４は、その先端
に径７　ｃｍのノズル孔６個をもち、酸素ガスを縦型炉
部１内に吹き込むために使用される酸素ランスである。

このような溶融還元炉において、耐火性保護管で保護さ
れた熱電対７が反応容器部１の底壁及び側壁に挿入され
ている。この熱電対７の先端はｌ容融金屈８に浸されて
おり、これによって溶融金属８の温度が連続的に測定さ
れる。

第２図（ａ）は、この熱電対７を炉壁に組み込んだ個所
の拡大図である。この熱電対７は、耐熱性保護管１５に
挿入された状態で、炉壁１６に組み込まれている。第２
図（ａｌでは、炉壁１６に二本の熱電対７を配置した例
を示しているが、この熱電対７の個数及びその配置個所
は、炉内における溶湯の流動性を考慮して適宜定めるこ
とができる。この耐熱性保護管１５は、溶融金属８の温
度が炭素を相当量含有しているため、転炉製錬の場合の
１７００℃に比較して約１５００℃程度と低いことから
通常の耐熱性セラミックスが使用できる。そして、この
耐熱性保護管１５と炉壁１６との間を、たとえば耐火性
セメント等のシール材Ｉ７により封止する。これにより
、容器部２を密封した状態で熱電対７を装着することが
でき、また熱電対７の先端が溶融金属８内に臨むことに
なる。

また、同図（ｂｌは、熱電対に代えて赤外線検知器を検
温計として用いた例を示す。この赤外線検知器２１は、
底吹き羽口１１に設けられている。すなわち、羽口レン
ガ２２を貫通する底吹き羽口１１のノズル孔１１ａは、
ガス供給路２３を介してガス供給源Ｇに接続されている
。そして、このガス供給路２３の途中から分岐されてい
る分岐路２３ａには、その先端に測定端子２４が、また
角部にミラー２５が配置されている。

この構成によって、？８融合属８から放射された赤外線
は、底吹き羽口１１のノズル孔１１ａを通過して、ミラ
ー２５で反射され、測定端子２４に至る。

塊状物投入装置６は、石炭（粒度２ｍ−以上）、鉱石（
粒度２麿膚以上）１石灰石（粒度５龍以上）をスクリュ
ーフィーダ方式で送り、縦型炉部ｌ内に投入する。その
投入速度は、熱電対７により検出した温度データに基づ
きスクリューフィーダを駆動するモータを制御すること
により、自動的に変えられるようになっている。

この溶融還元炉に、鉄鉱石（Ｔ　−Ｆｅ　６Ｂ、　Ｉり
及び石炭（０分７３χ）を投入し、上吹３５００　Ｎ　
ｃｄ　／　ｈｒ、斜横吹２５００　Ｎ　ｒｄ　／　ｈｒ
及び底吹５０ＯＮｎ？／ｈｒの合計吹酸’１６５００　
Ｎ　ｍ　／　ｈｒで酸素吹きを行ったところ、Ｃ：４．
２％、Ｓｔ：０．１％、ｐ：ｏ、ｏｓ％、　　Ｓ　：０
．０２５％の組成をもち浴温１５００℃の溶銑が得られ
た。

このとき、浴温の変動に対応して鉱石投入速度を第３図
に示すように変化させた。その結果、浴温を１５００±
１０℃の範囲に維持することができた。

なお、鉱石投入速度を大きくしたとき、スラグに含まれ
る↑・Ｆｅが増加する。このＴ・Ｆｅの増加は、ＣＯガ
ス発生量を増加させ、フォーミングを盛んにする原因で
あるが、この例におけるような鉱石投入量の範囲では、
操業中止を必要とするフォーミングまでには至らなかっ
た。

（発明の効果〕 以上に説明したように、本発明においては、連続的に測
定した浴温に基づき鉱石投入量を制御することにより、
還元に好適な範囲に浴温を維持することが可能となる。

このため、鉄の還元反応が効率良く進行し、且つ炉壁を
構成する耐火材の溶湯等が抑えられる。しかも、サブラ
ンスに代えて炉壁に組み込まれた検温計により浴温の測
定を行っているので、サブランスを使用した場合のよう
に周辺設備を大型化する必要もな（、また正確な測定値
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例で使用した溶融還元炉の概略を
示し、第２図は炉壁に組み込んだ検温計を示し、第３図
は鉱石投入量と溶湯の温度との関係を示す。他方、第４
図は本発明者等が先に開発した溶融還元炉を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、鉄系合金溶融還元炉の底壁又は側部に組み込んだ検
   温計により浴温を連続的に測定し、この測定値を鉱石投
   入装置にフィードバックし、前記測定値に基づき鉱石投
   入速度を制御することを特徴とする溶融還元炉の温度制
   御方法。