JPS63216908A - 溶銑の回分式製造方法 - 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 この発明は高炉法によらない銑鉄の製造方法に係り、よ
り詳しくは回分式の精錬形態を採用し、低品質の原料を
使用して効率的に溶銑を製造する方法に関する。

従来技術とその問題点 現在における製銑法の主流は高炉法である。高炉法にお
ける主要な化学反応は下記０〜０式で表わすことができ
る。

Ｃ＋１／２０ｅ−＋ＣＯ＋２９．４１０　ｋｃａｌ／Ｋ
ｆｌｌＯＩ　Ｃ、・、■Ｆ＠２０３　＋ＣＯ→２ＦｅＯ
＋ＣＯ２＋　２．３３０　Ｋｄ／にｎｏｔ　Ｆｅ２Ｏ２
”・■ＦｓＯ＋ＣＯ−＋Ｆｅ＋ＣＯｚ ＋　４．３９０　Ｋｃａｌ／Ｋｍｏｌ　ＦＱＯ”・■Ｆ
＠Ｏ＋Ｃ−＋Ｆｓ＋ＣＤ −３３，７９０にｃａｌ／Ｋ１１１０１　ＦＱＯ・・・
■すなわち、炉頂から装入されたコークスは羽口前に降
下し、■式の反応で高温の還元性ガスに転換され、降下
する鉱石と向流で上昇する過程において、ガスの顕熱と
化学エネルギーは下方から順次残存酸化鉄の溶融還元（
０式）、予備還元鉄の溶解と酸化鉄の予備還元（■、■
式）、および鉱石の予熱に利用される。このように高炉
法はガスと鉱石を向流させることにより高い熱効率、還
元能力を達成している。

しかし、単一容器で安定なガスと鉱石の向流反応を達成
するためには、高強度、低反応性のコークスと高強度、
高被還元性の鉱石を必須とするため、原料炭と鉄鉱石の
厳選、並びにコークス炉、焼結機、ベレット設備等大型
の事前処理設備を必要とし、資源の有効利用、省エネル
ギーおよび環境保全の面でコストアップの原因となって
いる。

これらの問題に対し、原料制約の緩和と事前処理設備の
簡素化を目的として、鉄鉱石を加熱溶解した俊固体還元
剤で還元する溶融還元法が開発されている。

溶融還元法の化学反応は下記■、■式で表わされる。

Ｆ＠ｔ０３　＋　３Ｃ４２Ｆｍ＋　３ｃＯ−１０８，０
９０にｄ／にｎｏｔ　Ｆｅ２Ｏ２・・・■ω＋１／２０
．→ＣＯ２＋６７．５９０Ｋｃａｌ／Ｋｍｏｌ　Ｃｏ　
　・・・■すなわち、高炉法とは逆に、酸化鉄はまず溶
解され、溶融状態で炭素により還元される（０式）。

この反応は大きな吸熱を伴うが、０式に示すように溶融
還元反応で副生じたＣＯガスの燃焼熱により補償される
。

このようにして、酸化鉄を液体状態で還元することによ
り原料品質制約の緩和をはかろうとするのが初期段階に
おける　［）　ｏｒｅｄ法や　Ｅ　ｋｅｔｏｒｌ）Ｖａ
ｌｌａｃ法に代表される溶融還元法であった。

しかるに、溶融還元法の場合は、高いエネルギー効率を
指向しようとして０式の反応を促進させると炉内の還元
性雰囲気が低下し、酸化鉄を十分に還元できない状態が
発生して鉄歩留りの低下やスラグ中鉄酸化物による耐火
物損傷の問題が発生するため、これらの試みは実用化さ
れるまでには至らなかった。

かかる対策として、現在、別の炉で酸化鉄の予備還元を
強化させる試み（ＣＯＩＮ法、ＣＩＧ法等）や、溶融還
元の熱補償として０式に変えて電力を使用する試み（Ｅ
　Ｉ　ｒｅｄ法、ｌ　ｎｒｅｄ法等）がなされているが
、いずれも原料制約条件を緩和させる一方で、プルセス
の複雑化を招く結果となっている。

この発明はこのような高炉法、溶融還元法の有する諸問
題を解決し、簡素な方法で、劣質原料を使用して高エネ
ルギー効率の下に溶銑を製造する方法を提案せんとする
ものである。

問題点を解決するための手段 この発明は従来の前記問題点を解決する手段として、回
分式の精錬形態を採用し、低品質の原料を使用して効率
的に溶銑を製造する方法を提案するもので、その要旨は
、上部に原料装入とガス回収のための開口を有し、炉底
に支燃性ガス吹込みノズルと溶銑滓抽出口を有する筒型
炉を用い、炉内に炭材と鉱石の充填層を形成し、底吹き
ノズルより吹込む空気、酸素等の支燃性ガスにより炭材
を燃焼させて高温の還元性ガスを生成させるとともに、
該還元性ガスにより鉱石を予備還元し、さらに上吹きラ
ンスにて炭材と鉱石の充填層内に空気、酸素等の支燃性
ガスを吹込み鉱石の還元に寄与しないガスを燃焼させて
鉱石を予熱し、炉内に炭材を残存させた状態で底吹きノ
ズルおよび上吹きランスより炉底部および鉱石と炭材の
充填層部に支燃性ガスを吹込み、炭材を燃焼させて前記
予備還元鉱石を溶解精錬し、生成した溶銑と溶滓を溶銑
滓抽出口より抽出することを特徴とする溶銑の回分式製
造方法にある。

高炉法は連続式のプロセスで、還元の主体をガス還元（
■、■式）に置こうとするため、良質の鉱石とコークス
を必須とした。一方、溶融還元法は溶融還元に主体を置
き、溶融還元吸熱を、副生するガスの燃焼発熱（０式）
で補償しようとしたため、還元能力の低下を引起こした
。

そこで、この発明では、高炉法における０〜０式の反応
と、溶融還元法における■、■式の反応のいずれをも取
込み、かつ回分式の処理方式を採用し、時間的に順次鉱
石の予熱、予備還元、溶解、溶融還元を行なわせること
により劣質原料の使用を可能とし、かつ高いエネルギー
効率と鉄歩留りて溶銑を製造し得る方法を提案したもの
である。

なおこの発明において、回分式の処理方式を採用したの
は、劣質の炭材や鉱石の使用をはかるためである。

作　　　用 図面はこの発明の一実施例を模式的に示す製造工程図で
ある。

まず、この発明で用いる反応容器としては、上部に原料
の装入とガス回収のための開口（２）を有し、底部に空
気、酸素等の支燃性ガス吹込み用底吹きノズル（３）と
溶銑滓抽出口（４）を有する筒型炉（１）を用いる。

使用する原料としては、炭材と鉱石が主体である。炭材
としてはコークス、成型底、石炭のいずれでもよく、粒
度としては５ｍｍ以上のものが望ましい。鉱石としては
塊鉱石、焼成ベレット、生ペレット、焼結鉱等いずれで
もよく、粒度としては２ｍｍ以上が望ましい。他に石灰
石、ドロマイト、その他の造滓剤を必要に応じて使用す
る。

すなわち、まず筒型炉（１）の上部開口（２）より炭材
（６）と鉱石（７）、必要に応じて造滓剤（８）を炉内
に装入して炉内に充填層（９）を形成する。その際の装
入力２法としては、炭材と鉱石および造滓剤を層状に装
入するか、もしくは混合して装入してもよいが、炉底部
に炭材を集中させることが望ましい（図ａ）。

次に、底吹きノズル（３）より空気また酸素等の支燃性
ガス（０を吹込み炭材（６）に着火せしめる。炭材の燃
焼が進むとともに、　燃焼生成ガス中の０２ｅＣＯ２、
）１２０は減少し、下記０式に示す反応によりＣＯとＨ
２を主成分とする還元性ガスを生成する（図ｂ）。

Ｃｍ　　Ｈｎ　＋Ｔ　Ｏ２−１ｔｌ　Ｃｏ　＋　２８２
・・・■上記の反応が安定した段階で、炉底からの支燃
性ガス吹込み置を増加し、かつ上吹きランス（５）を充
＠層（９）内に挿入し空気、酸素等の支燃性ガスを吹込
む。この段階では充填層内の鉱石の温度は低い状態にあ
る。したがって、下記に示す燃焼反応が起る。

ｏｔ＋ｃｏ　（）１２＞　＝Ｃ０ｚ　　（Ｈ２Ｏ）　＋
　６７５９０（５７８００）にａｄ／ＫＩＩＩＯ１Ｃｏ
　（Ｈ２）　　　　・・・■この燃焼熱により、鉱石は
加熱されて昇温するとともに、前記０式の反応で生成し
たＣＯとＨ２を主成分とする還元性ガスによる還元反応
（■、［株］式）が生起する（図Ｃ）。

Ｆ８□０３　＋ＣＤ　（）１２）→２ＦａＯ＋ＣＯｚ　
　（Ｈ２Ｏ）＋２３３０（−７４６０）Ｋｃａｌ／Ｋｆ
ｌｌＯＩ　Ｆ１１２０３　・・・■ＦｓＯ＋ＣＤ　（）
１２）　→Ｆｅ＋Ｃ０２（）１２０　）＋４３９０（−
５４００）Ｋｃａｌ／ＫｍＯＩ　ＦｓＯ・・・■すなわ
ち、この段階では、炉底部において０式の反応で生成し
た還元性ガスを燃料および還元剤として利用し、鉱石の
予熱、予備還元を促進させる。またこの時、炉底部で０
式の反応により生成するＣｏ、　Ｈ２ガスが全量ＣＯ２
、Ｈ２Ｏに転換され、排出されるガス中のＣｏ、　Ｈ２
がゼロとなるように充填層（９）内に吹込む支燃性ガス
（Ｏ２）量を調整する。

その後、炉内に炭材を残存させた状態でさらに底吹きノ
ズル（３）および上吹きランス（５）より支燃性ガスの
吹込みを継続することにより、炭材の燃焼により予備還
元鉱石の温度が融点に到達し、鉱石類の溶は落ちが始ま
る。この段階では０〜０式の反応で生成するＣＯ２、）
（ａｏは再び炭材中Ｃと反応してＣｏ、　Ｈ２に転換さ
れる。したがって、この段階。

では底吹きノズル（３）および上吹きランス（５）から
の送酸量を増加させても排出ガス（１１）の温度が過上
昇するのみで、排出されるガス中のＣ０２、Ｈ２Ｏの増
加の度合が少なくなるので、底吹きノズル（３）および
上吹きランス（５）からの送酸量を低減させる。

この間、鉱石の溶解が進行し、スラグ中に残存する酸化
鉄は炭材中のＣと下記１１式の反応を生起して還元され
る（図ｄ）。

ＦｓＯ＋Ｃ→Ｆｓ＋ｃｏ−３３７９０Ｋｃａｌ／ＫｍＯ
Ｉ　ＦａＯ・＝■その後、鉱石は全量溶解、還元され、
炉内には溶銑とスラグが生成する。さらに、原料装入時
点において、炭材を過剰に装入しておくことにより、炉
内には炭材も共存した状態となっている。鉱石の還元が
全量完了したか否かは、例えば送ＩＭと排出されるガス
中の０１量が一致したことで確認できるので、この時点
で送酸を停止し、炉内の溶銑（１２）、および溶滓（１
３）を溶銑滓抽出口（４）から抽出する（図ｅ）。ここ
で、炉内に残存する炭材は次回への繰り越し分としてそ
のまま残存させることが望ましい。

上記この発明方法における０式の反応は、高炉における
０式の反応と同じである。また、■、＠ｌ。

０式の反応は高炉における■、■、■の反応式と同じで
おる。すなわち、高炉と同じ反応で構成されているとみ
なすことができる。ただし、高炉は連続式に運転される
のに対し、この発明は回分式に運転される。この回分式
を採用したことにより、高炉では使用できない劣質の炭
材や鉱石の使用が可能となる。

すなわち、炭材は高炉におけるコークスのように炉下部
において長時間の間コークス充填層を形成させる必要は
なく、運転の最終段階では大半が消失してしまうもので
おる。したがって、強度や厳格な粒度管理は不要となる
。一方、鉱石における被還元性も問わない。その理由は
、被還元性に優れた鉱石の場合には、炉下部で生成する
還元性ガスで鉱石を還元するとともに還元に寄与しない
ガスを燃焼させて鉱石を予熱する過程（図Ｃ）の段階で
０式の反応を強化させ、生成するＣｏ、　Ｈ２ガスで■
、［株］式により鉱石を還元させることができる。

一方、被還元性の悪い鉱石の場合には前記図（Ｃ）の段
階で０式の反応を促道させて早期に溶解せしめ、予備還
元鉱石の溶解精錬過程（図ｄ）に移行させて後、■式の
反応で還元させることができるためである。

ここで、被還元性の良好な鉱石の場合の反応形態は、主
に■、■、■式であり高炉法の■、■。

■式と同じでおる。一方、被還元性の悪い鉱石の場合の
反応形態は、■、［株］式が主体でおり、これは溶融還
元法における■、■式と同じでおる。ただし、この場合
溶融還元法では同時的に■、■式を進行させるため、還
元能力の低下を引起こしていたが、この発明の場合は０
式と０式の反応を、回分式運転方式を採用したことによ
り時間的に鉱石の還元と予熱段階（図Ｃ）と予備還元鉱
石の溶解精錬段階（図ｄ）とに区別しているため、還元
能力が低下することはない。勿論、■、■、［株］式の
反応の合計と、■、■式の反応の合計は全体とじて等価
であり、共に高炉法に匹敵する高いエネルギー効率（ガ
ス利用率）が期待できることになる。

発明の詳細 な説明したごとく、この発明は回分式の操作手順を取り
、炉内に鉱石と炭材の充填層を形成し、炉底部から支燃
性ガスを吹込み、炭材を燃焼させて生成する還元性ガス
を鉱石の還元に利用するとともに、鉱石の還元に利用さ
れなかったＣｏ、　Ｈ２ガスを鉱石と炭材の充填層内に
ＯＩ！を吹込むことにより燃焼させ、顕然として利用す
ることにより、劣質の炭材と鉱石を使用して還元能力を
損うことなく高いエネルギー効率で溶銑を製造すること
が可能でおる。したがって、この発明によれば、大幅な
銑鉄製造コスト低減がはかられるという大なる効果を奏
するものである。

実施例 ７ｔ／チヤージの上底吹き転炉においてこの発明方法を
実施した。

その際、鉱石としてＦ１１２０３８６％、脈石１３．８
％。

脈石中５Ｌ０２２６％、　Ａｌ！２０３１２％、　Ｃａ
Ｏ４９％２粒度２ｍｍ以上が１００％のものを使用し、
炭材として炭素８７．５％、灰分１０％２粒度１１０１
Ｔ１以上のコークスを２使用した。

まず、鉱石１１．２ｔＯｎとコークス３．７ｔＯｒｌを
十分に加熱した転炉内に装入して鉱石とコークスの充填
層を形成した。　ただし、炉底部にはコークス１℃Ｏｎ
を単味で装入し、その上にコークスと鉱石の混合物を装
入した。

次に、底吹きノズルから空気１０００　Ｎｍ’Ａ１を吹
込んだ。吹込み後、約５分で排出ガス中にＣＯが検出さ
れたため底吹きノズルからの空気量を３８６ＯＮｍ３４
に増加させるとともに、充ｉ！ｘ層内に装入した上吹き
ランスから排出ガス中のＣｏと０２がゼロとなるように
吹込み量を調整して空気を吹込んだ。この間の所要時間
は約６０分であり、充＠層内へ吹込んだ空気量は６０分
間の平均で６５０　Ｎｍ３＋でめった。

上記過程の後半において、充填層内への空気吹込み量を
増加させても排ガス中のＣｏが消失しないようになった
ことにより、コークスが生成ＣＯ２と反応してｃｏに転
換されるほどの高温（１０８０″Ｃ以上）になったと判
断されたため、底吹きと充填層内への送風を０２に切換
え送風を続行した。その後、約４０分で吹き込み酸素量
と排出されるガス中の酸素量がほぼ一致してきたので、
送酸を停止した。

この間の底吹きノズルからの送酸量の平均は１４３６Ｎ
ｍ３＋、充填層への送酸量平均は２１２Ｎｍ’＋であっ
た。またこの間、排出されたガスの平均利用率ＣＤ／Ｃ
Ｄ＋Ｃ０２は約５０％であり、４９１４Ｍｄのガスが回
収された。

次に、送酸を停止し、炉内に蓄積した溶銑とスラグを抽
出したところ、溶銑７ｔとともにスラグ１．８９ｔが回
収され、炉内には約ｏ、　ａｔｏｎのコークスが残存し
た。

得られた溶銑は温度１５００℃、Ｃ３，５％、　ＳＬは
ほぼゼロ、Ｓは０．１％未満にとどまった。またスラグ
はＣａＯ約４０％、　　５ＬＯｔ約３１％、　　Ｍ２Ｏ
３１５％。

ＦｓＯＯ，５％以下、Ｓｏ、８％であった。

第１表には銑鉄１トン当りの原燃料使用量を示す。

第　　１　　表 また、精錬に要した時間は合計１時間４５分であり、溶
銑滓抽出、装入に要する時間を含めると１チャージ当り
２時間程度となる。

なお、炭材にコークスを使用した場合に限らず、成型炭
、塊石炭を使用だ場合においても、炭材使用量は多少増
加するものの、十分に操業可能であった。

上記の実施例から明らかなごとく、本発明法により高炉
法では使用できない細粒子径の原料を使用して高炉法に
匹敵するエネルギー原単位の下に溶銑を製造することが
できた。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を模式的に示す製造工程図で
ある。 １・・・筒型炉、　　２・・・開口、　　３・・・底吹
きノズル、４・・・溶銑滓抽出口、　　５・・・上吹き
ランス、６・・・炭材、　　７・・・鉱石、　　９・・
・充填層、１２・・・溶銑、　１３・・・溶滓。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 上部に原料装入とガス回収のための開口を有し、炉底に
   支燃性ガス吹込みノズルと溶銑滓抽出口を有する筒型炉
   を用い、炉内に炭材と鉱石の充填層を形成し、底吹ノズ
   ルより吹込む支燃性ガスにより炭材を燃焼させて高温の
   還元性ガスを生成させるとともに、該還元性ガスにより
   鉱石を予備還元し、さらに上吹ランスにて炭材と鉱石の
   充填層内に支燃性ガスを吹込み鉱石の還元に寄与しない
   ガスを燃焼させて鉱石を予熱し、炉内に炭材を残存させ
   た状態で底吹ノズルおよび上吹きランスより炉底部およ
   び鉱石と炭材の充填層部に支燃性ガスを吹込み、炭材を
   燃焼させて前記予備還元鉱石を溶解精錬し、生成した溶
   銑と溶滓を溶銑滓抽出口より抽出することを特徴とする
   溶銑の回分式製造方法。