JP2600732B2 - 溶融還元法及び装置 - Google Patents

溶融還元法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は炭材を燃料および還元材として用い、鉄鉱
石を転炉型製錬炉内において溶融状態で還元する溶融還
元法及び装置に関する。
[従来の技術] 溶融還元法は、高炉製銑法に変わるものであり、高炉
製銑法においては高炉の建設費が高く、広大な敷地が必
要であるという高炉製銑法の欠点を解消しまた鉄の他、
クロム、マンガン、ニッケルの鉱石を直接還元すること
ができるものとして近年に至り開発されたものである。
この還元法においては、予備還元炉を設け鉱石を製錬
炉からの排出ガスで予備還元して炭材、造滓材とともに
洗練炉内に装入し、また酸素ガスまたは撹拌用ガスが前
記製錬炉内に吹き込まれる。そうすると炭材が、予め装
入されてある溶銑に溶解するとともに、炭材及び溶鉄中
のCが前記酸素ガスによって酸化される。このときの酸
化熱によって鉱石が溶融されるとともに、鉱石が炭材中
および溶銑のCによって還元される。溶銑から発生する
COガスは前記酸素ガスにより2次燃焼されてCO2ガスに
なる。このCO2ガスの顕熱は、溶銑上を覆っているスラ
グ及びフオーミング状の粒鉄に伝達され、次いで溶銑に
伝達される。こうして鉄鉱石が還元されて溶銑が製造さ
れるが、製錬炉における鉄鉱石の還元工程を軽減するた
め、予備還元炉を設け製錬炉に装入される前の鉄鉱石の
予備還元率を高くして60%乃至75%とするので、製錬炉
の排出ガスとして還元性の高い低酸化度のガスを多量に
必要としている。(例えば特公昭61−43406) [発明が解決しようとする問題点] しかしながら、予備還元率を30%以上にする場合に
は、製錬炉の排出ガスの酸化度を下げる必要がある。こ
うすると前記排出ガス量は必然的に増加することにな
り、前記製錬炉の発生エネルギーは1Gcal/T(溶銑)を
大きく超える事になり、製造所のエネルギーバランス
上、発生エネルギーが過剰になる。このことは当然製造
コストの増大につながる。
また、流動層型、シャフト炉型、またはロータリーキ
ルン型の何れにしても予備還元炉を設置する場合は溶融
還元装置の設備費は従来の高炉に匹敵するものとなり、
溶融還元装置設置のメリットが失われる虞がある。更に
従来の30%を超える予備還元率が得られる予備還元炉を
設けた溶融還元装置では、鉱石の滞留時間、前記排ガス
の酸化度、製錬炉からの出湯等を調整しなければならな
いので、操業の自由度が大幅に制限される。
この発明は、かかる問題点を解決するためになされた
ものであって、前記製錬炉からの発生エネルギーを抑
え、溶融還元装置の設備費を低減し、省エネルギー型で
低コストの溶融還元法及び装置を提供しようとするもの
である。
[問題点を解決するための手段及び作用] 本発明による溶融還元は、鉱石予熱装置により予熱、
予備還元された鉱石を鉱石予熱装置から製錬炉に直接装
入するとともに、炭材と造滓材とを製錬炉に装入し、上
吹き酸素ランスから酸素を吹き込み、同時に、製錬炉の
側壁または炉底に設けられた羽口から撹拌用ガスを吹き
込んで鉱石を溶融還元する方法であって、前記製錬炉で
生成され前記鉱石予熱装置に導入されるガスの温度を30
0℃乃至1300℃、前記ガスの酸化度〔(H2O+CO2)/(H
2+H2O+CO+CO2)〕を0.6を超え0.9以下、予熱装置に
おける予備還元率を15%以下とすることを特徴とする。
また、本発明による溶融還元装置は、側壁及び炉底に
羽口を有した製錬炉と、製錬炉内を鉛直方向に装入され
る上吹き酸素ランスとからなり、鉱石、炭材及び造滓材
を製錬炉に装入し、上吹き酸素ランスから酸素を吹き込
むとともに、前記羽口から撹拌用ガスを吹き込んで鉱石
を溶融還元する装置であって、前記製錬炉からの高温排
ガスにより鉱石を予熱する鉱石予熱装置を具備し、該鉱
石予熱装置が浮遊式熱交換機であることを特徴とする。
[実施例] 本発明の実施例を添付の図面を参照しながら説明す
る。第1図は本発明の溶融還元法に用いられるプロセス
の説明図である。転炉型の製錬炉10内には鉄浴11及びス
ラグ層12が形成され、副原料である石炭及び造滓材が装
入される第1のシュート13が前記炉の上部に設けられて
おり、また酸素を吹き込む酸素ランス21が炉内に鉛直に
挿入されている。前記ランスには脱炭用酸素及び2次燃
焼用酸素を噴出するノズル22、23が夫々設けられ、更に
ランス先端の中心には主に炭材または石炭等の副原料を
吹き込む専用のノズル24が設けられている。また、前記
製錬炉10の側壁及び炉底には撹拌用のガスを吹き込む羽
口25、26が夫々設けられている。さらに前記炉の上方に
は浮遊式熱交換機(Suspension Preheater、以下これを
単にSPという)が、鉱石予熱装置30として設置されてい
る。これにより原料である鉄鉱石が予熱、予備還元され
る。
SPはサイクロン、熱交換ダクト及び案内管を有するユ
ニットが多段、直列に重ねられて構成されており、例え
ば第1図の第1のユニット1について説明すると31が第
1のサイクロン、32が第1の熱交換ダクト、33が第1の
案内管である。本実施例のSPでは前記ユニットが3段で
構成されているが、この段数は原料事情、操業条件によ
り決められるものである。最上段である第3のユニット
3の熱交換ダクトには特に図示しない通常の原料供給装
置から粗粒または微粒の鉄鉱石が供給される第2のシュ
ート45が設けられている。
以上のように構成された本発明の方法に用いる溶融還
元装置の作用について説明する。主として塊状または粗
粒の原料、副原料は第1のシュート13から、主として微
粒または粉状の原料、副原料はキャリアーガスとともに
酸素ランスのノズル24及び羽口25、26から製錬炉に装入
される。SPで予熱される鉄鉱石は第2のシュート45から
装入されるが、この粒度はSP能力によって決められる。
製錬炉からの排ガスは第1の熱交換ダクト32に導入さ
れ、上段のユニットに設けられた第2の案内管37から降
下される前記鉄鉱石と熱交換された後、第1のサクロン
31に入りここで鉄鉱石が分離されて第2の熱交換ダクト
36に導入される。以下同様にして前記排ガスは第2、第
3のユニット2、3の熱交換ダクト36、40、サイクロン
35、39を通って排出される。一方、第2のシュート45か
らSPに装入された鉄鉱石は最上段の第3の熱交換ダクト
40で前記排ガスと向流して浮遊状態で熱交換された後、
相対的に軽いものは第3のサイクロン39、同様に重いも
のは下段の第2のサイクロン35に入り排ガスと分離され
て夫々第3、第2の案内管41、37を下降して下段の熱交
換ダクト36、32に入る。こうして鉄鉱石は予熱、還元さ
れて最終的に熱交換ダクト32もしくは案内管33を通って
何れも製錬炉10に装入される。上記のように製錬炉に装
入された原料及び副原料は製錬炉の側壁及び炉底に設け
られた羽口25、26から吹き出される攪拌用ガスにより、
既に炉内に形成されている鉄浴およびスラグ層とともに
十分撹拌される。この攪拌用ガスは前記SPからの排ガス
およびAr、N2等の不活性ガスが用いられる。また前記攪
拌ガスはキャリアーガスとして混合機27で前記原料、副
原料とともに加圧、混合されて羽口25、26または酸素ラ
ンスのノズル24から吹き出すことも出来る。一方前記酸
素ランス21の脱炭用及び2次燃焼用ノズル22、23から供
給される酸素は前記炭材を酸素させて原料である鉄鉱石
を還元するのに十分な熱源を供給する。
ここで本発明の特徴は上記製錬炉10の上方に鉱石予熱
装置30としてSPを設けて、製錬炉10の排ガスにより鉱石
の予熱予備還元を行い、このときの製錬炉の排ガスの酸
化度(OD)を0.6を超え0.9以下、その温度を300゜乃至1
300℃、予熱予備還元炉における鉄鉱石の予備還元率を1
5%以下とすることを特徴とするものであるが、以下に
その理由を説明する。
第2図は前記酸化度(OD)と第1図の溶融還元装置か
ら発生する余剰エネルギーとの関係を示したグラフ図で
ある。第2図の図中、斜線で示した範囲が製鉄所全体の
エネルギーバランスを考えたときの適正な余剰エネルギ
ーの範囲で、実線は揮発分の低い炭材、破線は前記揮発
分の高い炭材に関するものである。夫々の線に付された
数字は対応する予備還元率である。この図は前記溶融還
元装置について検討した結果得られたもので、これによ
ればODが0.6以下の場合は余剰エネルギーは多過ぎて無
駄なエネルギーが発生することになり、ODが0.9より大
きい場合は余剰エネルギーは少な過ぎて製鉄所のエネル
ギーは不足する。ただし、炭材の揮発分が40%以上で発
熱量が7000kcal/kg未満である場合、または鉄鉱石中の
脈石分が5%以上の場合には炭材原単位を増加させるこ
とになるので、OD比は0.8乃至1.0である方が望ましい場
合も考えられる。このことは第2図に示されているよう
に前記予備還元率を15%以下としたときに達成されるの
であって、これを15%より多くすることは前述の通り鉄
鉱石の予熱予備還元炉の滞留時間が長くなり、溶融還元
装置の操業の自由度が大きく制限されることになる。
また従来の予備還元炉を設けた溶融還元装置では鉱石
の滞留時間、排ガスのOD、製錬炉からの出湯等を調整し
なければならないので、操業の自由度が大幅に制限され
ていたが、本発明においては此等の問題を解決しあわせ
て設備費の低減を目的として特に予備還元装置を設け
ず、鉱石予熱装置を設けたものである。これは製錬炉内
で発生するCOガスを極力2次燃焼させ、この熱源を製錬
炉内の鉱石の脱炭、還元に使うという考え方にもとづく
ものである。この考え方に従って本発明の特徴を説明す
るとODが0.6以下では排ガスの温度が十分上らず、0.9以
上では2次燃焼効率向上のため設備費、操業費ともに著
しく増大する。また排ガス温度については300℃以下で
は鉱石の予熱が不十分で、1300℃以上では鉱石予熱装置
の耐火性及び鉄鉱石粒子の焼結反応が問題になる。前記
鉱石予熱装置の還元率はOD及び温度が上記の範囲で通常
の妥当な操業条件のもとでは15%を超えることはない。
[発明の効果] 本発明によれば従来の予備還元炉を設けず、攪拌ガス
で鉄浴及びスラグ層を攪拌し、製錬炉に吹き込まれた酸
素ガスにより製錬炉で発生するCOガスを極力2次燃焼さ
せて排ガスの温度を上げ、この排ガスを用いて鉱石予熱
装置で鉱石の予熱、予備還元を行うので、製錬炉の熱効
率が向上するとともに溶融還元装置の余剰エネルギーが
製鉄所全体のエネルギーバランスに見合った適正のもの
となり、また溶融還元装置の設備費が低減され、操業の
自由度が大幅に改善される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の溶融還元法に用いられるプロセスの説
明図、第2図は本発明による排ガスの酸化度(OD)と余
剰エネルギーとの関係を示すグラフ図である。 1、2、3……SPのユニット、10……製錬炉、11……鉄
浴、12……スラグ層、13……第1のシュート、21……酸
素ランス、22、23、24……ノズル、25、26……羽口、30
……鉱石予熱装置、31、35、39……サイクロン、32、3
6、40……熱交換ダクト、33、37、41……案内管、45…
…第2のシュート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川上 正弘 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 寺田 修 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 審査官 津野 孝 (56)参考文献 特開 平1−162711(JP,A) 特開 昭61−64807(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鉱石予熱装置により予熱、予備還元された
    鉱石を鉱石予熱装置から製錬炉に直接挿入するととも
    に、炭材と造滓材とを製錬炉に装入し、上吹き酸素ラン
    スから酸素を吹き込み、同時に、製錬炉の側壁または炉
    底に設けられた羽口から撹拌用ガスを吹き込んで鉱石を
    溶融還元する方法であって、前記製錬炉で生成され前記
    鉱石予熱装置に導入されるガスの温度を300℃乃至1300
    ℃、前記ガスの酸化度〔(H2O+CO2)/(H2+H2O+CO
    +CO2)〕を0.6を超え0.9以下、予熱装置における予備
    還元率を15%以下とすることを特徴とする溶融還元法。
  2. 【請求項2】粉状の鉱石、炭材、または造滓材を酸素ラ
    ンスに設けられた専用のノズルまたは前記羽口から製錬
    炉内に吹き込むことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    に記載の溶融還元法。
  3. 【請求項3】塊状炭材を製錬炉上方から重力落下により
    前記炉内に投入することを特徴とする特許請求の範囲第
    1項及び第2項の何れか1項に記載の溶融還元法。
  4. 【請求項4】側壁及び炉底に羽口を有した製錬炉と、製
    錬炉内を鉛直方向に挿入される上吹き酸素ランスとから
    なり、鉱石、炭材及び造滓材を製錬炉に装入し、上吹き
    酸素ランスから酸素を吹き込むとともに、前記羽口から
    撹拌用ガスを吹き込んで鉱石を溶融還元する装置であっ
    て、前記製錬炉からの高温排ガスにより鉱石を予熱する
    鉱石予熱装置を具備し、該鉱石予熱装置が浮遊式熱交換
    機であることを特徴とする溶融還元装置。
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