JPS6360207A - 溶融還元炉とその運転方法 - 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】 〔発明の属する技術分計〕 本発明は、金属酸化物の溶融還元炉において、燃焼室内
壁の過熱を防止するための溶融還元炉およびその運転方
法に関するものである。

〔従来の技術］ 溶融還元方法は、近年急速に関心がもたれ各種の改良が
なされている。

この技術を用いて金属酸化物を溶融還元させると、金属
浴の増炭とこの金属浴の脱炭および金属浴への熱伝達と
の工程の組合せによって反応が進行するのである。

この金属浴内では、酸化状態となっている部分と還元状
態となっている部分とがあり、還元によって発生する一
酸化炭素は、金属浴の上方において酸素と化合して炭酸
ガスとなるが、このときに発生した熱は、還元反応およ
び脱炭反応の際に必要な熱の供給源として金属浴に戻さ
れる。

以上のような３種類の反応すなわち、増炭、脱炭および
熱伝導は工程におけろ素材、すなわち、コークス、石炭
、ガス、油のような炭素と金属酸化物のような酸素と一
酸化炭素を炭酸ガスに燃焼させるための酸素とにより行
われろ。

一般に知られている溶融還元法においては、炭素材料は
、余分に供給されスラグおよび鉄浴上に浮遊するコーク
ス類の粒状層内において、還元反応が進行するといわれ
ている。

この反応は回転反応炉内で行われろことから混合がよく
行われ、輻射加熱により炉から鉄浴に直接熱伝導される
のである。

炭材は、このような状態の鉄浴に投入されるのであるが
、石炭、コークスの代わりに油またはガスをｉｉ！接に
使用することも可能である。

脱炭材の機能を有し、通常は鉄の供給源でもある酸化鉄
は、可能なかぎり微細とすることが望ましく、高品位の
鉄鉱石であるほど好ましい結果を期待することができる
。

前述のように一酸化炭素の酸化により発生した熱は、輻
射によって鉄浴に伝導されて加熱するが、場合によって
は鉱石の予備加熱に利用されることもあり、このとき鉱
石は鉄浴中に移動するまでの同にこの輻射熱を吸収する
のであるが、鉄浴に伝えられる熱量は素材に対しておよ
そ１〜１．５６ｃａｌ／ｌ・ンである。

この熱量の大部分は、鉱石が高温域からの輻射熱により
加熱され、溶融温度まで加熱することができる。

ところで、ここで対象としている溶融酸化鉄は、溶融還
元炉内のライニング材料を腐食させやすい性質を有する
ものであることから、炉の長寿命化についての効果的な
方策が確立されればこの腫業界におおきな貢献となるも
のである。

一方、例えば、１０００℃に予熱されている１゜５トン
の鉱石から、１トンの粒鉄を得るような場合に約３００
Ｍｃａｌの熱を吸収するといわれている。

従って、酸化物の溶融点よりも高い１５００℃に加熱さ
れていれば、その吸収熱量は、約５００Ｍｃａｌであり
、この場合に鉱石が鉄浴に伝える熱量は、鉄浴に伝えら
れる全熱量のおよそ２５〜４０％となる。

そして、輻射による熱伝導速度は、燃焼域と銑鉄浴との
温度差の４乗に比例するといわれているので、鉄浴温度
は、できるだけ低く鉄浴内の炭素含有量が大となった状
態に維持することが望ましく、同時に燃焼域の温度はで
きるだけ高い方が望ましいのである。

このような目的を達成させるために、燃焼に際しては純
酸素を吏用することがあって、純酸素を使用すれば温度
は、約２５００℃にも達するようになり、このときこの
純酸素を予熱すればさらに温度は高くなる。

ところで、炉内のライニングは、燃焼温度が高くなると
極端に大きな応力が作用するようになり、実際には、こ
のような操業条件に追随できろような材料は存在しない
のである。

このような苛酷な環境に耐えられろライニングとするた
めの具体的な方策としては、ライニングの冷却方法があ
る。

その具体的手段としては、例えば、特公昭４４−６５６
１号公報に記載されているような技術が提案されている
。

この技術は、第４図に示したような構成を有する反応炉
を使用するものであって、図中、１は燃焼室、２はスラ
グ、３は金属溶湯、４は耐火れんが、５は気密性のカバ
ー、６ば鉱石供給管、７は鉱石流路、８は炭材導入用羽
口、９は酸素導入用パイプ、１０は燃焼排ガス（炭酸ガ
ス）の排出経路を示している。

この装置を使用すると次のような機能を発揮すると信し
られている。

すなわち、炭材導入用羽口８から供給された炭材は、金
属溶湯３中を潜リスラグ２面にでたときは一酸化炭素と
なっているが、燃焼室１の空間部において上部から供給
されている酸素と遭遇して炭酸ガスとなる。

ところで、この−酸化炭素の酸化反応が進行すると、当
然のことながらその周辺の内壁は高温に曝されることに
なり、炉壁材を痛めることに通ずるのである。

このような不都合を解消するために、この装置における
特徴としては、ポーラスな耐火れんが４の部分の周囲を
気密性のカバー５で覆い、適当なｒＩＩＪ隔で耐火れん
が４中に低温の酸素を供給して、耐火れんが４を冷却す
るものである。

また、このような構成を採ると共に、燃焼室１の内壁近
傍の炉壁に沿って上部より鉱石を投入してカーテンを形
成させることにより、燃焼室１内の熱を有効に鉱石に伝
え、溶融還元炉内で発生した熱の回収を意図している点
も特徴としているものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、実際にこれを実施しようとすると、このよう
な位置に酸素羽目を設けることは逆効果であって、耐火
れんがの空隙部分に充分に供給されている酸素との接触
が起こり、この部分で一酸化炭素の燃焼が起こることに
なって、このことは炉壁の過熱を新たに招来することに
なる。

また、溶融還元炉内についてみると、金属酸化物による
カーテンは、実際には炉内で燃焼によって生じ、加熱さ
れた上昇気流のために鉱石によるカーテン状態を乱して
しまってカーテンを維持することができず、結局、この
要件は意味をなさないものであることが確認された。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、従来における上に述べた問題点を解決するに
ついて種々検討を加えた結果到達したものであって、金
属酸化物の溶融還元炉において、金属酸化物供給用ノズ
ルとして側壁の周囲各部に複数の羽口を下向きの角度で
、かつ、タンゼンシアルに複数段設置し、金属酸化物供
給流が側壁に沿って回動するようにノズルを配したこと
からなる溶融還元炉と、このような構成を有する溶融還
元炉を用いて、金属酸化物粉末とその金属酸化物粉末の
化学当量にあたる量の石炭、コークス、石油およびガス
の群から選ばれた１８１または２Ｗ以上と共に、側壁の
周囲各部に複数の羽口を下向きの角度で、かつ、タンゼ
ンシフルに設置した複数段の羽口環よりジエツ）・流に
より側壁に接して回動するように噴出させることからな
る溶融還元炉の運転方法、に関するものである。

〔発明の構成および作用〕

本発明による溶融還元炉の運転方法は、具体的には、第
１図および第２図に示した還元炉の概念図によって説明
することができる。

すなわち、第１図は、溶融還元炉の正面を示したもので
、２１は溶融、還元炉、２２は鉱石に旋回流を与えるた
めのノズルであり、このノズル２２は第１図の概念図に
よっても明らかなように、その先端がや５下側を向くよ
うにし、かつ、ノズル２２は、溶融還元炉２１の高さ方
向において複数段設置する。

このノズル２２は、通常は、水平面に対しておよそ１０
゜〜４０°となるような向きに設置すると共に、ノズル
２２の先端は、第２図に示したようにタンジエンシアル
に設けることにより旋回流を形成するようにしている。

また、このノズルは、溶融還元炉の高さ方向において、
高さを変更して複数段設ける際には、高さが変わるごと
にノズルの位相を少しずつずらせても良いのはいうまで
もない。

当然のことながら、溶融還元炉２１に設けるノズル２２
の本数や偏向の程度については、溶融還元炉の規模や装
置能力に応じて適宜変更できるのは言うまでもない。

このように、供給する鉱石粉に旋回流をあたえることに
より鉱石分に遠心力を与え、溶融還元炉２１内で発生し
た燃焼ガスの上昇気流に抗して落下する作用を付与する
と共に、原料供給を安定に維持することを可能としてい
るのである。

また、溶融還元炉２１内に錘子するランス２３には、例
えば、第３図に示したような２重管の複合パイプ型とな
っている形状のものを利用することにより溶融還元炉２
１中に吹き込む酸素を広く分散させることができる。

〔実施例〕

以下、具体的に実施例を示して本発明の構成および効果
をさらに説明する。

実施例　１ 第１図〜第２図に示したような底吹きランス、上側ラン
スおよび４本×３段の鉱石吹き込みノズルを備又た容量
１００ｔの溶融還元炉において、底吹き炭材量を１２０
０ｋｇ／分、鉱石吹き込みは、ノズル１本当たり４　Ｎ
　ｍ　７分の速度のキャリアガス（空気）で１００ｋｇ
／分の粉末鉱石を旋回させながら導入した。

鉱石吹き込みノズルは、２０゜の角度で下を向いている
形態のものを使用した。

なお、上側ランス１よ、第３図に示したような２重管タ
イプで、中央部分は３孔、外側部分にば８孔の吹き出し
ノズルを有するものを（資）用し、中央部分からば６１
６Ｎｒｎ’／分、外側部分からは６７ＯＮｍ″／分の酸
素を導入した。

この方式を実施することにより、鉱石は溶融還元炉内壁
に沿わせることができ、カーテンの効果を元押させ得る
ことができた。

種湯１００ｔ、炭素分４．５％、けい素０．５％、温度
１３００℃の条件を維持させ、炭素含有量が３．５％に
なるまでは鉱石の吹き込みを行わず、１５００℃になっ
たとき、次の諸元に基づいて溶融還元操作を行ってとこ
ろ、６２分で２００ｔに達し、払出し脱炭素用転炉によ
り鋼に溶製した。

このときの鉄歩留り　（％）は、９５％となったが、比
較のために行った特公昭４４　６５６１　号公報に記載
されている方法では、７０％に留まっていた。

実施例　２ １３００〜１６５０℃の運転温度の条件下、鉱石の粒径
１−使用した場合、特公昭４４−６５６１号公報に記載
の方法およびこの内のカーテンの操作を行わなかった場
合、それと本発明方法（なお、この場合の内部ライニン
グは、Ｍｇ０−Ｃ系のものである。）についての炉寿命
についての比較を行ったところ、つぎの結果を得た。

処　理　方　法　炉寿命（回）　　炉温度（℃）通常の
転炉　　　　２０００　　１３００〜１６５０カーテン
無し　　　　５００ 本発明方法　　　　２５００ 〔発明の効果〕 鉱石の旋回供給を行うことにより、鉱石には遠心力が働
き、溶融還元炉内で発生した燃焼排ガスの上方気流に抗
して鉱石粉体によるカーテン効果が作用し、燃焼室内側
の炉材の保護機能を発揮することができる。

このことは、溶融還元炉における炉材の長寿命化を図る
ことにもなり、総じて装置を長期間にわたって安定的に
所用することができるという効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による設備の正面図、第２図は第１図を
平面的にみた平面図、第３図はランスの正面図、第４図
は従来技術の溶融還元炉の正面図である。 １　燃焼室、２・・スラグ、３　金属溶湯、４耐火れん
が、５−気密性のカバー、６・鉱石供給管、７・・・鉱
石流路、８　炭材導入用羽口、９・酸素導入用パイプ、
１０・・燃焼排ガス（炭酸ガス）の排出経路、２１・・
・溶融還元炉、２２・・ノズル、２３　・ランス。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属酸化物の溶融還元炉において、金属酸化物供
   給用ノズルとして側壁の周囲各部に複数の羽口を下向き
   の角度で、かつ、タンゼンシアルに複数段設置し、金属
   酸化物供給流が側壁に沿って回動するようにノズルを配
   したことからなる溶融還元炉。
2. （２）溶融還元炉の側壁に金属酸化物供給用ノズルを１
   ０゜〜４５゜の俯角をもたせて設置したことからなる特
   許請求の範囲第１項に記載の溶融還元炉。
3. （３）断面が円または楕円形状の筒である金属溶湯の容
   器で上部より容器内に挿入したランスを通じて純酸素を
   吹付けることにより燃焼室を形成している溶融還元炉に
   おいて、金属酸化物粉末とその金属酸化物粉末の化学当
   量にあたる量の石炭、コークス、石油およびガスの群か
   ら選ばれた１種または２種以上と共に、側壁の周囲各部
   に複数の羽口を下向きの角度で、かつ、タンゼンシアル
   に設置した複数段の羽口環よりジェット流により側壁に
   接して回動するように噴出させることからなる溶融還元
   炉の運転方法。
4. （４）溶融還元炉の側壁から１０゜〜４５゜の俯角をも
   たせて金属酸化物供給用ノズルを設置した溶融還元炉を
   使用する特許請求の範囲第３項に記載の運転方法。
5. （５）加圧空気をジェット源とする特許請求の範囲第３
   項に記載の運転方法。