JP2014505169A - 溶銑製造装置及びそれを利用した溶銑の製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明の一側面によると、鉄鉱石を還元して還元鉄を製造するように構成されるロータリーキルン及び該ロータリーキルンで還元して製造された還元鉄の供給を受けて溶銑を製造する電気炉を含み、上記ロータリーキルンは内部から鉄鉱石が移動しながら還元されるように構成される胴体部を含み、該胴体部の一方には原料及び燃料を内部に装入させる装入口と、ガスを排出するガス排出口が備えられており、反対側には還元鉄を排出する排出口と、微粉炭噴射及び燃焼を行うことができる燃焼部が備えられており、そして内部に空気を導入する複数の空気導入口が備えられている溶銑製造装置及びそれを利用した溶銑の製造方法が提供される。

Description

本発明は、溶銑を製造する溶銑製造装置及びそれを利用した溶銑の製造方法に関し、より詳細には、ロータリーキルンで製造された還元鉄を電気炉で溶融及び還元させて溶銑を製造する溶銑製造装置及びそれを利用した溶銑の製造方法に関する。
現在、溶銑製造においてエネルギーの効率面や生産性の側面で高炉工程を超える製鉄工程は開発されていない。
このような高炉工程では、燃料及び還元剤として使用する炭素源として、特定原料炭を加工処理したコークスに依存しており、鉄源としては一連の塊状化工程を経た焼結鉱に主に依存している。
従って、現在の高炉工程は、コークス製造設備及び焼結設備などの原料予備処理設備を必ず伴わなければならず、結局、これは高炉設備の他に更なる付随設備の構築が必須となり、設備のために莫大な費用がかかる。
また、上記のような原料予備処理設備では、ＳＯｘ、ＮＯｘまたは粉塵のような環境汚染物質が相当発生するため、それを浄化処理するための別途の設備が必要となる。特に、現在は、世界的に環境汚染に対する規制が厳しくなりつつあり、これを克服するための莫大な処理設備への投資費用などにより現在の高炉工程を通じた溶銑の生産は、その競争力が低下している状況である。
従って、このような高炉工程で発生する問題を解決すべく、他の工程に対する研究及び開発が多く行われている。
特開昭６１−６９９４４号公報
本発明は、低費用で、環境に優しく低級原料を用いて溶銑を製造することができる溶銑製造装置及びそれを利用した溶銑の製造方法を提供する。
以下では、本発明について説明する。
本発明の一側面によると、鉄鉱石を還元して還元鉄を製造するように構成されるロータリーキルン及び該ロータリーキルンで還元して製造された還元鉄の供給を受けて溶銑を製造する電気炉を含み、上記ロータリーキルンは内部で鉄鉱石が移動しながら還元されるように構成される胴体部を含み、該胴体部の一方には原料及び燃料を内部に装入させる装入口と、ガスを排出するガス排出口が備えられており、反対側には還元鉄を排出する排出口と、微粉炭噴射及び燃焼を行うことができる燃焼部が備えられており、そして内部に空気を導入する複数の空気導入口が備えられている溶銑製造装置が提供される。
本発明の他の側面によると、ロータリーキルンで鉄鉱石を還元して還元鉄を製造する段階と、上記のように製造された還元鉄を電気炉に供給して溶銑を製造する段階とを含み、上記還元鉄製造段階は、ロータリーキルンの胴体部の一方では鉄鉱石、石炭及び石灰石を内部に供給して反対側に移動させ、反対側では微粉炭噴射及び燃焼を行い、胴体部の内部に空気を供給することで、鉄鉱石が移動しながら還元されて還元鉄になってから排出されるように構成される溶銑の製造方法が提供される。
本発明によると、低費用で、環境に優しく低級原料を用いて溶銑を製造することができる。
本発明に符合する溶銑製造装置の一例を示す概略図である。 本発明の溶銑製造装置のロータリーキルンの一例を示す概略図である。
以下、本発明について詳しく説明する。
本発明は、鉄鉱石を還元して還元鉄を製造するように構成されるロータリーキルン及び該ロータリーキルンで還元して製造された還元鉄の供給を受けて溶銑を製造する電気炉を含む溶銑製造装置及びそれを利用した溶銑の製造方法に関する。
以下、図面を通じて本発明を説明する。
図１には本発明に符合する溶銑製造装置の一例が示されている。
図１に示したように、本発明の溶銑製造装置１は、鉄鉱石を還元して還元鉄を製造するように構成されるロータリーキルン１０と、該ロータリーキルン１０で還元して製造された還元鉄の供給を受けて溶銑を製造する電気炉２０と、を含む。
本発明のロータリーキルンの一例を示した図２のように、本発明のロータリーキルン２０は内部で鉄鉱石が移動しながら還元されるように構成される胴体部１１を含み、該胴体部１１の一方には原料及び燃料を内部に装入させる装入口１１１と、ガスを排出するガス排出口１１２が備えられており、反対側には還元鉄を排出する還元鉄排出口１１３と、微粉炭噴射及び燃焼を行うことができる燃焼部１１４が備えられている。
上記ロータリーキルンの胴体部１１には、内部に空気を導入する複数の空気導入口１１５が備えられている。
上記ロータリーキルンの胴体部１１の長さ方向における略中央部には、石炭を装入するための石炭装入口１１１１が備えられている。
上記石炭装入口１１１１は、胴体部内の中央部と先端部の間に還元ガスを供給するためのものである。
上記ロータリーキルンの長さは１３０ｍ以上にすることが好ましい。
上記ロータリーキルンが短い場合、即ち、上記装入口１１１から供給される石炭によって還元ガスが充分に供給される場合には、石炭装入口１１１１を備えなくてもよい。
上記溶銑製造装置１は鉄鉱石を収容し供給する鉄鉱石ホッパー３０を含み、上記鉄鉱石ホッパー３０は、原料供給管３１を通じて装入口１１１に鉄鉱石が移動できるように連結されている。
上記原料供給管３１には、上記鉄鉱石ホッパー３０の他にも、石灰石貯蔵所（不図示）と石灰石が移動できるように連結されている石灰石供給管４１、及び石炭を貯蔵する石炭貯蔵ホッパー５０と石炭が移動できるように連結されている石炭供給管５１が連結されている。
上記石炭貯蔵ホッパー５０と原料供給管３１の間の石炭供給管５１には、石炭塊状化装置５１１が備えられている。
上記ガス排出口１１２には、排ガスを外部に排出するためのガス排出管１３１がガスが移動できるように連結されており、該ガス排出管１３１には第１送風機１３１１、第１集塵機１３１２、脱窒脱硫装置１３１３、第２集塵機１３１４及び第２送風機１３１５が備えられてもよく、不純ガスや粉塵などのような不純物を除去してガスの排出を容易にすることができる。
上記ガス排出口１３１の末端は煙突１３１６と連結されている。
上記電気炉２０には、電極棒２１及び電気炉排ガス排出管２２が備えられている。
上記電極棒２１としては、例えば、３対の電極棒を使用することができる。
上記電気炉排ガス排出管２２は鉄鉱石ホッパー３０に連結されており、上記電気炉２０と鉄鉱石ホッパー３０の間の電気炉排ガス排出管２２には、第３集塵機２２１が備えられている。
上記電気炉２０には、スラグを排除する出滓口及び溶銑を排出する出銑口が備えられており、例えば、上部出滓口及び下部出銑口が２個ずつ備えられていることが好ましい。
上記ロータリーキルン１０と電気炉２０は、還元鉄供給管１１６を通じて還元鉄が移動できるように連結されてもよく、このような場合は、上記還元鉄供給管１１６には還元鉄塊状化装置１１６１が備えられてもよい。
以下では、本発明により溶銑を製造する方法を図１及び図２を参照して説明する。
本発明では、図１に示したように溶銑を製造するために、先ず、ロータリーキルン１０で鉄鉱石を還元して還元鉄を製造する。
即ち、上記ロータリーキルン１０の胴体部１１の装入口１１１を通じて鉄鉱石、石炭及び石灰石を内部に供給して移動させ、燃焼部１１４で微粉炭噴射及び燃焼を行い、空気導入口１１５を通じて胴体部の内部に空気を供給することで、鉄鉱石が移動しながら還元されて還元鉄が製造される。
このとき、上記ロータリーキルンが長い場合は、胴体部１１の長さ方向における略中央部に備えられる石炭装入口１１１１を通じて石炭を装入することができる。
上記のように、石炭装入口１１１１を通じて石炭を装入する場合には、胴体部内の中央部と先端部の間に石炭により発生する還元ガスを供給するため、還元率を上げることができる。
上記鉄鉱石としては、粉鉄鉱、塊鉱またはこれらの混合鉱を使用することができる。
例えば、粒度８〜２２ｍｍの鉄鉱石を使用することができ、粒度８〜１２ｍｍの鉄鉱石を使用することがより好ましく、その場合には金属化率９４％以上の操業をすることができる。
上記鉄鉱石としては、例えば、Ｔ．Ｆｅ：６６．３重量％、ＳｉＯ２：３．１５重量％、Ａｌ２Ｏ３：１．２０重量％、Ｋ２Ｏ：０．０９重量％、Ｐ：０．０６重量％及びＳ：０．０１９重量％を含む鉄鉱石を使用することができる。
上記石炭は、鉱石還元などの炭素供給源の役割をするもので、その粒度は約６〜１６ｍｍ程度であることが好ましく、ロータリーキルンの入口で鉱石と混合されて装入される。
上記微粉炭は、ロータリーキルンのフリースペースゾーン（Ｆｒｅｅ Ｓｐａｃｅ Ｚｏｎｅ）の温度を保持するためにロータリーキルンの下端から吹き込むものであり、その粒度は６ｍｍ以下であることが好ましく、７０〜８０％が２〜６ｍｍで、２０〜３０％程度が２ｍｍ以下であることがより好ましい。
上記燃焼部での微粉炭使用量は、フリースペースゾーンの温度によって変わってもよい。
上記石灰石は、石炭の脱硫のために供給されるもので、例えば、１〜３ｍｍのドロマイトをロータリーキルンの入口側で鉱石、石炭と混合して装入する。
上記石灰石は生石灰に変換されて（ＣａＣＯ３＋熱→ＣａＯ＋ＣＯ２）、電気炉での溶融過程の際、溶銑中のＳを低減させるのに寄与する。
上記ロータリーキルンの胴体部内の鉱石＋炭層（Ｃｏａｌ Ｂｅｄ）内の主な反応メカニズム（Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）は以下の通りである。
Ｃ＋ＣＯ２→２ＣＯ
３Ｆｅ２Ｏ３＋ＣＯ→２Ｆｅ３Ｏ４＋ＣＯ２
Ｆｅ３Ｏ４＋ＣＯ→３ＦｅＯ＋ＣＯ２
ＦｅＯ＋ＣＯ→Ｆｅ＋ＣＯ２
フリースペースゾーン（Ｆｒｅｅ Ｓｐａｃｅ Ｚｏｎｅ）は、空気（Ａｉｒ）の投入によりＣＯガスが燃焼しながら発熱反応により熱を供給する領域であって、温度を９００〜１２００℃に保持してＣＯガスによる鉄鉱石間接還元雰囲気を保持する。
排ガスが排出される後端部のフリースペースゾーンの温度は９００〜１０００℃に保持することが好ましく、微粉炭が供給される先端部のフリースペースゾーンの温度は９００〜１２００℃に保持することが好ましい。
上記炭層内の鉱石の還元は、雰囲気温度の分布上、炭素による直接還元よりＣＯガスによる間接還元が集中的に起こり、Ｃ＋ＣＯ２→２ＣＯ反応が活性化されるように雰囲気温度は１０００〜１１００℃程度に保持されることが好ましい。
上記還元鉄を製造する際に発生する排ガスは、ガス排出口１１２、ガス排出管１１３、第１送風機１３１１、第１集塵機１３１２、脱窒脱硫装置１３１３、第２集塵機１３１４、第２送風機１３１５及び煙突１３１６を経て大気に排出される。
次に、上記のように製造された還元鉄を、例えば、還元鉄供給管１１６を通じて電気炉２０に供給して溶銑を製造する。このとき、還元鉄は、還元鉄塊状化装置１１６１により塊状化されて電気炉２０に装入されてもよい。
上記電気炉２０では、９５０〜１０００℃水準の高温の還元鉄の供給を受けて溶融し、追加還元して溶銑を製造する。
電気炉２０のスラグ層に浸っている電極棒２１、例えば、３対の電極棒を通じて還元鉄を溶融し、溶融と同時に還元鉄内部の一定量の石炭によって残留鉄酸化物が還元され、還元鉄に含有されたＣａＯによって溶銑中のＳが除去される（ＣａＯ＋ＦｅＳ＋Ｃ→ＣａＳ＋Ｆｅ＋ＣＯ）。
１ 溶銑製造装置
１０ ロータリーキルン
２０ 電気炉
３０ 鉄鉱石ホッパー
５０ 石炭貯蔵ホッパー
１１ 胴体部
１１１ 装入口
１１２ ガス排出口
１１３ 還元鉄排出口
１１４ 燃焼部
１１５ 空気導入口
２１ 電極棒
２２ 電気炉排ガス排出管

Claims (9)

  1. 鉄鉱石を還元して還元鉄を製造するように構成されるロータリーキルン及び該ロータリーキルンで還元して製造された還元鉄の供給を受けて溶銑を製造する電気炉を含み、
    前記ロータリーキルンは内部で鉄鉱石が移動しながら還元されるように構成される胴体部を含み、該胴体部の一方には原料及び燃料を内部に装入させる装入口と、ガスを排出するガス排出口が備えられており、反対側には還元鉄を排出する排出口と、微粉炭噴射及び燃焼を行うことができる燃焼部が備えられており、そして内部に空気を導入する複数の空気導入口が備えられている、溶銑製造装置。
  2. 前記胴体部の長さ方向の中央部には石炭を装入するための石炭装入口が備えられていることを特徴とする、請求項１に記載の溶銑製造装置。
  3. ロータリーキルンで鉄鉱石を還元して還元鉄を製造する段階と、前記のように製造された還元鉄を電気炉に供給して溶銑を製造する段階と、を含み、
    前記還元鉄製造段階は、ロータリーキルンの胴体部の一方では鉄鉱石、石炭及び石灰石を内部に供給して反対側に移動させ、反対側では微粉炭噴射及び燃焼を行い、そして胴体部の内部に空気を供給することで、鉄鉱石が移動しながら還元されて還元鉄になってから排出されるように構成される、溶銑の製造方法。
  4. 前記胴体部の長さ方向の中央部で石炭を供給することを特徴とする、請求項３に記載の溶銑の製造方法。
  5. 前記鉄鉱石が粉鉄鉱、塊鉱またはこれらの混合鉱であることを特徴とする、請求項３に記載の溶銑の製造方法。
  6. 前記鉄鉱石の粒度は８〜２２ｍｍ、前記石炭の粒度は６〜１６ｍｍ、そして前記微粉炭の粒度は６ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項３に記載の溶銑の製造方法。
  7. フリースペースゾーン（Ｆｒｅｅ Ｓｐａｃｅ Ｚｏｎｅ）の温度が９００〜１２００℃であることを特徴とする、請求項３に記載の溶銑の製造方法。
  8. 排ガスが排出される胴体部の後端部のフリースペースゾーンの温度は９００〜１０００℃で、微粉炭が供給される胴体部の先端部のフリースペースゾーンの温度は９００〜１２００℃であることを特徴とする、請求項７に記載の溶銑の製造方法。
  9. 前記電気炉（２０）に供給される還元鉄の温度が９５０〜１０００℃であることを特徴とする、請求項３〜８のいずれか１項に記載の溶銑の製造方法。
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