JP2600733B2 - 溶融還元法 - Google Patents

溶融還元法

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正弘 川上
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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すべく、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、鉄鉱石は製錬炉からの排出ガ
スで予備還元され、炭材、造滓剤とともに製錬炉内に装
入され、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、炭材のCが酸素ガスによっ
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、鉱石が炭材中のCによって還元される。
溶銑から発生するCOガスは過剰に吹き込まれる酸素ガス
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、製錬炉
に装入される前の鉄鉱石の予備還元率を60%乃至75%と
し、従って製錬炉の排出ガスは還元性の高い低酸化度の
ガスを多量に使用している。(例えば特公昭61−4340
6) [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、[(H2O+CO2)/(H2
+H2O+CO+CO2)、以下これを単にODという]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)を大きく超えることになり、製造所内のエネ
ルギーバランス上、発生エネルギーが過剰となる。この
ことは当然製造コストの増大につながる。
また、高い予備還元率を得るためには上記の通りODの
低い前記排出ガスを必要とし、かつ鉄鉱石の予備還元炉
内の滞留時間を長くすることになって、予備還元された
鉄鉱石の製錬炉内への装入と製造される溶銑の出湯サイ
クルとのバランスを取ることが難しい。このことは必然
的に製錬炉の操業の自由度を大きく制限する。
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
製鉄所全体のエネルギー効率を向上させるとともに操業
性の良好な溶融還元法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] この発明による溶融還元法は、予熱予備還元炉で予
熱、予備還元された鉄鉱石を予熱予備還元炉から製錬炉
に直接装入するとともに、炭材と造滓剤とを製錬炉に装
入し、脱炭用及び2次燃焼用ノズルを有する上吹き酸素
ランスから酸素を製錬炉に吹き込み、同時に、製錬炉の
側壁及び炉底に設けられた羽口から撹拌用ガスを吹き込
んで鉄鉱石を溶融還元する方法であって、前記製錬炉で
生成され予熱予備還元炉に導入されるガスの温度を300
乃至800℃、前記製錬炉で生成するガスの酸化度〔(H2O
+CO2)/(H2+H2O+CO+CO2)〕を0.4乃至0.6、予熱
予備還元炉での予備還元率を30%以下とすることを特徴
とする。
予熱予備還元炉に導入される製錬炉からの排出ガスの
温度は300℃乃至800℃と高くされてあるので予熱効果を
十分期待することが出来、また前記排ガスのODは0.4乃
至0.6に調整されてあるので鉄鉱石の予熱予備還元炉に
おける予備還元率は高くても30%以下とすることが出来
る。また前記製錬炉内で酸素ランスからの吹込酸素でCO
ガスの2次燃焼を十分におこなって、ODを0.4乃至0.6に
高めるとともに製錬炉の側壁および炉底から撹拌ガスを
吹き込んでスラグ層及び鉄浴を十分撹拌させ、前記2次
燃焼による顕熱を前記スラグ層及び鉄浴に伝達し着熱効
率(2次燃焼により発生した顕熱が鉄浴に伝達される割
合)を向上させる。こうすると、前記製錬炉からの発生
エネルギーは製造される溶銑トン当り1Gcal程度に抑え
られ、製鉄所のプロセス全体のエネルギー効率が向上す
る。また上記のように予備還元率を高くしていないの
で、予熱予備還元炉に鉄鉱石が滞留する時間は短かくな
り、前述の製錬炉の出湯サイクルとの問題は解決され、
操業の自由度は確保される。
[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。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剤が装入される
第1のシュート13が前記製錬炉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
き込むノズル24が設けられている。
前記炉の上方には流動層型の反応装置である予熱予備
還元炉30が設けられ、これに第2のシュート31から鉄鉱
石が供給され、ここで予熱、予備還元された鉄鉱石は第
3のシュート32から前記製錬炉10に挿入される。予熱予
備還元炉30に製錬炉10の発生ガスを供給する導管33が設
けられている。また、予熱予備還元炉30の排ガスからダ
ストを除去するホットサイクロン34、予熱予備還元炉30
の排出ガスの顕熱を利用して蒸気を得る熱交換器35が予
熱予備還元炉の下流側に設けられている。さらに、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。
なお、原料事情、設備費用、操業の容易性等を考慮し
て予熱予備還元炉として、熱効率の良いシャフト炉型も
しくは設備費用が低減され、また操業が容易であるロー
タリキルン型のものを設けることは本発明の実施にあた
って全く支障はない。
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。原料である鉄鉱石は第
2のシュート31から予熱予備還元炉30に挿入されここで
製錬炉10から導管33を通して発生ガスの供給を受けて予
熱および還元された後、製錬炉10に第3のシュート32を
通して装入される。副原料である石炭、造滓剤は装入装
置が簡便である通常のホッパー(図示せず)から第1の
シュート13を通して製錬炉10内に装入される外、必要に
応じて上記酸素ランスに設けたノズル24から粉状として
装入することも可能である。
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から吹き込
まれる撹拌用ガスによって、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Ar、N2等の不活性ガス及び前記予熱予備還元炉
からの排ガスが用いられる。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
前記炭材を酸化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。また、予熱予備還元炉30からの
排ガスはホットサイクロン34でダストが除去された後、
蒸気発生器35で熱交換されて系外に排出されるが、必要
に応じて切り換え弁36により製錬炉10の撹拌用ガスとし
て利用される。なお、前記蒸気発生器35に代えて鉄鉱石
予熱装置を設け、予熱予備還元炉30の排ガスの顕熱を利
用することも可能である。
本発明の特徴は上記製錬炉の排ガスの酸化度ODを0.4
乃至0.6、その温度を300乃至800℃、第1図の溶融還元
装置における鉄鉱石の予備還元率を0乃至30%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0.4より小
さい場合は余剰エネルギー多過ぎて無駄なエネルギーが
発生すことにするになり、ODが0.6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。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30%以下としたときに達成されるのであって、こ
れを30%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。
次に本実施例にもとずく具体的数値を挙げる。炭材と
して石炭を1124kg/THM(製造される溶銑トン当り、以下
同じ)、酸素を798Nm3/THM、使用してODが0.4、着熱効
率は70%であった。
[発明の効果] 本発明によれば酸素ランスに設けた2次燃焼用ノズル
からの酸素によるCOガスの燃焼及び製錬炉の炉壁及び炉
底に設けた羽口からの吹き込を行って、製錬炉の発生ガ
スの酸化度を0.4乃至0.6、前記ガスの温度を300乃至800
℃、予備還元率を30%以下とするので、溶融還元装置の
余剰エネルギーを製鉄所全体のエネルギバランスに見合
った適正なものとなり、また予熱予備還元炉の負担が軽
くされてあるので製錬炉との工程の調整の必要が無くな
り操業の自由度が大幅に固状される。
【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。 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……予熱予備還元炉、31……第
2のシュート、32……第3のシュート、33……導管、34
……ホットサイクロン、35……蒸気発生器。
───────────────────────────────────────────────────── 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 昭61−64807(JP,A) 特開 平1−162710(JP,A)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】予熱予備還元炉で予熱、予備還元された鉄
    鉱石を予熱予備還元炉から製錬炉に直接装入するととも
    に、炭材と造滓剤とを製錬炉に装入し、脱炭用及び2次
    燃焼用ノズルを有する上吹き酸素ランスから酸素を製錬
    炉に吹き込み、同時に、製錬炉の側壁及び炉底に設けら
    れた羽口から撹拌用ガスを吹き込んで鉄鉱石を溶融還元
    する方法であって、前記製錬炉で生成され予熱予備還元
    炉に導入されるガスの温度を300乃至800℃、前記製錬炉
    で生成するガスの酸化度〔(H2O+CO2)/(H2+H2O+C
    O+CO2)〕を0.4乃至0.6、予熱予備還元炉での予備還元
    率を30%以下とすることを特徴とする溶融還元法。
  2. 【請求項2】前記予熱予備還元炉が流動層型の反応装置
    である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】前記予熱予備還元炉がシャフト炉型の反応
    装置である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。
  4. 【請求項4】前記予熱予備還元炉がロータリーキルン型
    の反応装置である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。
  5. 【請求項5】前記予熱予備還元炉の下流側に鉄鉱石予熱
    装置を設け、予熱予備還元炉の排ガスを鉄鉱石予熱装置
    に導入して鉄鉱石を予熱することを特徴とする特許請求
    の範囲第1項乃至第4項の何れか1項に記載の溶融還元
    法。
  6. 【請求項6】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項乃至第5項の何れか1項に記載の溶融還元法。
  7. 【請求項7】粉炭材を前記上吹き酸素ランスのノズルか
    ら吹き込むことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至
    第6項の何れか1項に記載の溶融還元法。
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