JPS62247014A - 加炭溶解製錬法 - 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、金属又は金属酸化物を溶解、製錬するに際し
、熱源及び還元剤として使用される固体炭素質を高発熱
量で燃焼させる加炭溶解製錬法に関する。

〔従来の技術〕

溶銑を酸化製錬するにあたり、その溶銑に含まれている
炭素を効率よく燃焼させることにより、反応系の熱効率
を改善し、スクラップ装入量の増加を可能にする方法が
、たとえば特公昭５６−８０８５号公報に開示されてい
る。

該特公昭５６−８０８５号公報に記載されている方法に
おいては、転炉ガス室中でフリージェットとして作用す
る酸素流を供給することにより、供給酸素と転炉廃気と
の混合を行い、浴面に到達するガス流をほとんど遊離酸
素のないＣＯ及びＣｏｔからなる組成としている。これ
により、二次燃焼を盛んに行い、熱発生量を増加させて
いる。このようにして、熱発生量を増加させるとき、そ
れに伴ってスクラップ等の固形鉄材の装入量も増加させ
ることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この特公昭５６−８０８５号公報記載の
方法においては、スラグ浴中に懸濁させた固体炭素質を
燃焼させるものではない。更には、酸素を浴全面に供給
するものでもない。このために、（Ｃｏ□十８２０）　
／　（Ｃｏ　＋　Ｃｏ□＋Ｈ２＋Ｈ２０）で表される二
次燃焼率が３０〜４０％以下で、燃焼効率が悪い。

そこで、本発明は、スクラップ等の金属や鉄鉱石等の金
属酸化物を溶解、還元するにあたり、熱源及び還元剤と
して使用される固体炭素質を高い二次燃焼率で燃焼させ
ることにより、溶解及び製錬反応を促進させることを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の加炭溶解製錬法は、その目的を達成するために
、酸素又は酸素含有ガスの吹付けにより反応容器内のス
ラグ中に！ｔＡ′ｆｒａさせた固体炭素質を燃焼発熱さ
せると共に、浴面下からのガス吹込みにより浴を攪拌し
つつ金属又は金属酸化物の溶解。

還元を行なう加炭熔解製錬プロセスにおいて、火点面積
が浴面積の３０％以上となるように、酸素又は酸素含有
ガスを上から吹き付け、且つ、スラグ中に懸濁している
固体炭素質のスラグに対する重量比が５〜２０％の範囲
内となるように、固体炭素質及び酸化性ガスの何れか一
方又は双方の供給量を変化させることを特徴とする。

〔作用〕

反応容器に装入した金属、金属酸化物等の原料を、熱源
及び還元剤として固体炭素質を使用し、溶解（？８融）
、還元するプロセスにおいては、浴を強撹拌して反応サ
イトを拡大すること、及び炭素質の二次燃焼率を高くす
ることが熔解及び製錬反応を迅速に行う上での基本的な
条件となる。

ここで使用する反応容器としては、浴面上に酸素又は酸
素含をガスを吹き付ける上吹きランス及び浴面下からガ
スを吹き込む底吹羽口を備えたものがある。この反応容
器において、上吹きランスからの酸素又は酸素含有ガス
を、スラグ浴中に懸濁している固体炭素質に吹き付け、
これを燃焼させると共に、底吹き羽口から吹き込まれた
酸素含有ガス、Ａｒ等の不活性ガス又はこれらの混合ガ
スにより反応容器内のメタル・スラグ浴が強攪拌される
。このようにして、反応プロセスが進行すこのとき、固
体炭素質の燃焼によって生成するの発熱量は、次の通り
である。

Ｃ＋　’４０　ｇ−＝　ＣＯ＋２２００　Ｋｃａｌ／ｋ
ｇ　−ＣＣ＋Ｏｔ　　＝Ｃ０ｔ＋７８３０　Ｋｃａｌ／
ｋｇ−にの燃焼反応式から明らかなように、固体炭素質
をＣｏ２まで燃焼させることが、効率的な熱利用を図る
上で重要である。

また、スラグ浴中に懸濁している炭素は、次の過程を経
て燃焼する。

第一過程　Ｃ（ｓｏｌｉｄ）　＋　Ｏｚ−＝　ＣＯＨ第
二過程　Ｃ（ｇｏｌｉｄ）　＋　ＣＯｘ”　２　ＣＯこ
こで、反応容器内のスラグ浴中に固体炭素質が過剰に存
在するときは、第二過程が進行し、第１図に示すように
二次燃焼率Ｒ（Ｇｏりが低下する。

また、反応容器内のスラグ浴中にある固体炭素質の量が
著しく少ない場合は、スラグは酸素過剰の状態となって
フォーミングを起こし、安定した操業に支障を来たすこ
とになる。

この理由から、本発明者等の研究の結果によれば、反応
容器内のスラグ浴中に懸濁させる固体炭素質を、スラグ
に対する重量比で５〜２０％に保つことが、高い二次燃
焼率Ｒ（Ｃｏ□）で、しかも安定した操業を可能にする
一つの要因である。第１図は、この固体炭素質の量が二
次燃焼率Ｒ（Ｃｏ□）に与える影響を示す。

一方、上吹きランスからの酸素ジェットが、反応容器内
の金属溶暢に衝突した場合、次の反応が起こり、ＣＯが
発生し易い。

Ｗ鵠＋Ｃ−４ｃ。

％　Ｏｚ　＋　Ｘ　Ｍ　＝　Ｍ　＋ｉ　０ＭＸ０＋Ｃ−
Ｃ０＋ＸＭ すなわち、高二次燃焼率で反応を進めるためには、金属
酸化物等を溶解、還元するに際し、反応容器内にある金
属浴をスラグでカバーして、金属浴に対する酸素ジェッ
トの直接衝突を避けることが必要となる。

ところで、加炭溶解炉においては、小さな炉体で高速の
燃焼を行わせる必要があることから、酸素の供給速度は
、１０００〜２００ＯＮｒｒｒ−０□／ｒｒｒ（浴面積
）・ｈｒ以上に保たれている。このような量の酸素を単
一の上吹きランスで供給しようとすると、勢い高圧で吹
酸が行われることとなる。その結果、火点面積が浴面績
の１０〜２０％と狭くなり、酸素ジェットがスラグ浴を
貫通して金属浴に達し、そこで反応を起こす。この酸素
ジェットの貫通は、上記のＣＯ生成反応を促進させるこ
とになる。

そこで、上吹きランスからの酸素ジェットがスラグ浴を
貫通し金属浴に直接接触することのないようにすること
が、固体炭素質の二次燃焼率を高くするために必要とさ
れる条件の一つである。このためには、十分な厚さをも
つ溶融スラグ層の存在が必要となる。

ところが、スラグ対メタルの比は、対象とする溶解、製
錬法における原料条件によって定まるものである。たと
えば、鉄溶融還元プロセスにあっては、スラグ／メタル
比は２００〜３００ｋｉｒ／トン、スクラップ溶解プロ
セスにあっては、１００ｋｇ／トン以下である。このよ
うなことから、上吹きランスからの酸素ジェットがスラ
グ浴を貫通し金属浴に直接接触することを防ぐ上で、ス
ラグ層の厚さが十分でない場合もある。この場合におい
ても、上吹きランスからの酸素ジェットが金属浴に達し
ないようにしておくことがＣＯ生成反応を抑制するため
に必要とされる。

このため、本発明における具体的手段として、上吹きラ
ンスからの酸素ジェットを可能な限り分散させ、反応容
器内の浴全面に均等に吹き付ける方法がある。

発明者等の研究によれば、通常の酸素負荷の場合におい
て上吹きランスからの酸素ジェットが金属浴に達しない
ように、しかもスラグ中に懸濁する炭材の燃焼を効果的
に行うために、火点面積を浴面績の少なくとも３０％と
することが必要であることを見出した。火点面積が３０
％未満の場合、酸素ジェットの運動エネルギーが大きく
なり、スラグ層を吹き抜けて金属浴に達するようになる
。このような吹き抜けは、前記の火点面積の調整により
防止することができる。

この火点面積の拡大は、たとえば複数の上吹きランスを
同心円状に分散配置することによって達成される。また
、それぞれのランスを多孔ノズルにすることも効果的で
ある。

その際、上吹きランスからの酸素の吹き方、ランスの分
割の仕方等は、炉の形状に応じて異なる。

たとえば、反応容器の横断面形状が円形である場合には
、３〜４本のランスを同心円上に配列することが良い。

これにより、浴面に対して複数の火点が形成される。こ
の場合、それぞれのランスを多孔ノズルとすることが、
火点を更に分散させるうえでより好ましい。

また、反応容器の横断面形状が矩形である場合は、反応
容器の長さ方向に沿って上吹きランスを千鳥状に配置す
るのがよい、これにより、浴面に対して複数の火点が形
成される。この場合も、それぞれのランスを多孔ノズル
とすることが好ましい。

〔実施例〕

内径約１．２ｍの耐火物を内張すした反応炉の側壁上部
から３本の上吹きランスを約６０度の傾斜角で軸対称に
配置し、吹酸を行った。炉内には当初約６トンの溶銑が
装入されており、３個の底吹き羽目から酸素及び冷却ガ
スを吹き込むことによりその溶銑を攪拌した。

このような攪拌状態にある溶銑に、含炭鉄鉱石ブリケッ
トを約２０ｋｇ／分の速度で上方から供給して、連続的
に溶融還元を行った。また、所定のスラグ厚みを確保す
るために、副材料を必要に応じて添加した。このとき使
用した３本の上吹きランスは、それぞれ先端に偏心した
３孔のノズル孔をもつものであった。そして、酸素ジェ
ットの衝突面が浴面全体を均一にカバーし且つその衝突
面の面積が浴表面の３０％以上になるように、前記の３
本の上吹きランスは配置した。

これら上吹きランスから噴出される酸素の背圧は約６ｋ
ｇ／−・Ｇであるが、ジェットの浸入負荷さがスラグ層
を貫通しないようにランスの高さを調節している。この
ような吹酸の方法により、排ガス中のＣＯ！／　Ｃ○比
率が４０／６０以上になり、二次燃焼の発熱量が大きく
、かフその燃焼熱の７０％以上が有効に利用されること
が明らかになった。

一方スラグ中の炭素は、そのスラグの重量に対する比率
が５〜２０％の範囲に入るように、付加的に添加する石
炭ブリケット等の固体炭素質の投入量を調節した。スラ
グ中の炭素の重量比は、吹酸量、排ガス中のＣＯｚ／Ｃ
ｏ比率、投入炭素量から物質収支の関係を用いて正確に
推定することができる。

このような操業方法を採用することにより、比較的小型
の炉で、非常に熱的効率の高い状況で大量の鉄鉱石を溶
融還元することができた。スラグがフォーミングするこ
ともなく、非常に安定した条件のもとて操業が行われた
。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、火点及び懸
濁炭材量を調整することにより、高い二次燃焼率の下で
金属又は金属酸化物の溶解、製錬を行うことができる。

すなわち、電力を熱源として用いることなく、コークス
粉粒体等の安価な一次エネルギーを使用した金属の製造
が可能となるので、その工業的な効果は大きなものであ
る。なお、本発明の方法は、屑鉄、還元鉄等の鉄系金属
原料を溶解する際にも、能率が高く、極めて有用である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、反応容器内のスラグ浴中に懸濁している固体
炭素質のスラグに対する重量比と該固体炭素質の二次燃
焼率との関係を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸素又は酸素含有ガスの吹付けにより反応容器内の
   スラグ中に懸濁させた固体炭素質を燃焼発熱させると共
   に、浴面下からのガス吹込みにより浴を攪拌しつつ金属
   又は金属酸化物の溶解、還元を行なう加炭溶解製錬プロ
   セスにおいて、 火点面積が浴面積の３０％以上となるように、酸素又は
   酸素含有ガスを上から吹き付け、 且つ、スラグ中に懸濁している固体炭素質のスラグに対
   する重量比が５〜２０％の範囲内となるように、固体炭
   素質及び酸化性ガスの何れか一方又は双方の供給量を変
   化させることを特徴とする加炭溶解製錬法。