JP2918646B2 - 溶融還元炉 - Google Patents
溶融還元炉Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/0006—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state
- C21B13/0013—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state introduction of iron oxide into a bath of molten iron containing a carbon reductant
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
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Description
この発明は、鉄鉱石などを溶融状態で還元するための
溶融還元炉に関するものである。
溶融還元炉に関するものである。
溶融還元法は、鉄鉱石（酸化鉄）などの金属酸化物を
含有する鉱石を、溶融状態で還元して鉄やフェロアロイ
を得る方法であり、高炉法などに代わる金属製造法とし
て近年、注目を集める技術である。 溶融還元法には種々のプロセスが提案されており、還
元炉の形式も多様であるが、代表的な形式としていわゆ
る金属浴炉式の溶融還元炉があげられる。これは、例え
ば製鉄用のものでは、溶湯（スラグ浴を含む鉄浴）内に
石炭、石灰および酸素とともに鉄鉱石（または予備還元
鉄などの鉱石）を装入し、これを還元して溶融銑鉄を得
る還元炉であるが、反応が早く、設備形式がシンプルで
あるなどの理由で多くのプロセスに採用されている。 金属浴炉式の溶融還元炉としては、例えば、実公平１
−36903号公報に記載されているように傾動可能な転炉
型炉が一般的である。
含有する鉱石を、溶融状態で還元して鉄やフェロアロイ
を得る方法であり、高炉法などに代わる金属製造法とし
て近年、注目を集める技術である。 溶融還元法には種々のプロセスが提案されており、還
元炉の形式も多様であるが、代表的な形式としていわゆ
る金属浴炉式の溶融還元炉があげられる。これは、例え
ば製鉄用のものでは、溶湯（スラグ浴を含む鉄浴）内に
石炭、石灰および酸素とともに鉄鉱石（または予備還元
鉄などの鉱石）を装入し、これを還元して溶融銑鉄を得
る還元炉であるが、反応が早く、設備形式がシンプルで
あるなどの理由で多くのプロセスに採用されている。 金属浴炉式の溶融還元炉としては、例えば、実公平１
−36903号公報に記載されているように傾動可能な転炉
型炉が一般的である。
しかしながら、転炉型の溶融還元炉については下記の
ような問題点があった。すなわち、 （ａ）炉を傾動する際、炉口と煙道を接続する炉口ヘッ
ドを上昇させられるように、炉口ヘッドを遠隔操作で昇
降可能な構造（例えば、特開平１−252891号）にする必
要がある。このため、炉口ヘッドの構造が複雑になり、
設備費が膨大なうえに、故障しやすく、メンテナンスに
手間がかかる。 （ｂ）溶融還元時に炉内では高温で還元力を有するCO
（一酸化炭素）ガスが多量に発生するので、このガスが
炉の連結箇所から漏れ出すおそれがある。とくに前記ガ
スは可燃成分を含み、空気中の酸素と接触すると急激に
燃焼するため、作業の安全性を欠く。 また溶融還元炉に共通の問題としては、 （イ）高温のクラグにより、炉内壁の耐火レンガが極め
て短い期間で消耗するため、炉の寿命が短い。 （ロ）偶発的なスラグフォーミング、スロッピングガ発
生することがあり、その際に煙道等が塞がれる。 （ハ）投入原料の飛散とガス流による原料流出により、
煙道を含めた後流機器におけるダストの堆積や詰まりが
生じる。 この発明は上述の問題点を解決するためになされたも
ので、炉を上部が拡大した形態にすることにより、その
構造を簡素化し、設備費の大幅な低減を図り、また炉内
を大気圧以上にして溶融還元反応を促進し、生産性を向
上する溶融還元炉を提供することを目的としている。 併せて、耐火物の損耗の低減化、溶融還元反応のスム
ーズな進行、炉内からのダスト流出の防止、フォーミン
グスラグによるガス流路の詰まりの防止等、溶融還元プ
ロセスの実用化における重要な課題を解決することがで
きる、溶融還元炉として最適なプロフィルと構造も提供
するものである。
ような問題点があった。すなわち、 （ａ）炉を傾動する際、炉口と煙道を接続する炉口ヘッ
ドを上昇させられるように、炉口ヘッドを遠隔操作で昇
降可能な構造（例えば、特開平１−252891号）にする必
要がある。このため、炉口ヘッドの構造が複雑になり、
設備費が膨大なうえに、故障しやすく、メンテナンスに
手間がかかる。 （ｂ）溶融還元時に炉内では高温で還元力を有するCO
（一酸化炭素）ガスが多量に発生するので、このガスが
炉の連結箇所から漏れ出すおそれがある。とくに前記ガ
スは可燃成分を含み、空気中の酸素と接触すると急激に
燃焼するため、作業の安全性を欠く。 また溶融還元炉に共通の問題としては、 （イ）高温のクラグにより、炉内壁の耐火レンガが極め
て短い期間で消耗するため、炉の寿命が短い。 （ロ）偶発的なスラグフォーミング、スロッピングガ発
生することがあり、その際に煙道等が塞がれる。 （ハ）投入原料の飛散とガス流による原料流出により、
煙道を含めた後流機器におけるダストの堆積や詰まりが
生じる。 この発明は上述の問題点を解決するためになされたも
ので、炉を上部が拡大した形態にすることにより、その
構造を簡素化し、設備費の大幅な低減を図り、また炉内
を大気圧以上にして溶融還元反応を促進し、生産性を向
上する溶融還元炉を提供することを目的としている。 併せて、耐火物の損耗の低減化、溶融還元反応のスム
ーズな進行、炉内からのダスト流出の防止、フォーミン
グスラグによるガス流路の詰まりの防止等、溶融還元プ
ロセスの実用化における重要な課題を解決することがで
きる、溶融還元炉として最適なプロフィルと構造も提供
するものである。
上記した目的を達成するために本発明の溶融還元炉
は、ａ）炉内の溶融金属浴上面又はその上のスラグ中
に、主原料としての鉱石、還元剤としての石炭、コーク
スなど、造滓剤としての石灰などの原料を装入し、スラ
グ中に酸素を吹き込んで大気圧以上の圧力下で鉱石を還
元させるための溶融還元炉であって、ｂ）前記炉を下部
に比べて容積が拡大した上部拡大型の炉に形成し、その
炉頂の軸心部に酸素吹き込み用ランスを気密状態で嵌挿
するとともに、該ランス先端部の酸素吹き込み口を金属
浴上方のスラグ浴中に保持し、ｃ）炉頂周辺部に、炉内
発生ガス出口および前記原料の投入口をそれぞれ開設
し、ｄ）炉底部に開閉可能な出湯孔を設け、ｅ）前記投
入口の下方で投入される原料が壁面に沿ってスラグ浴中
に流下し且つ鉄浴の上方に位置するスラグライン部の少
なくとも上部に相当する内壁を、水冷ブロックで上向き
に拡径したコーン状に形成するとともに、そのコーン状
の傾斜角度を凝固スラグの安息角以上で且つ前記水冷ブ
ロックの内面を凹凸面に形成している。 また請求項２に記載のように、複数個の炉内発生ガス
出口を前記炉頂の周辺に等間隔に設け、前記スラグ面を
広く取るとともにスラグ面上のフリーボードを広く且つ
高く取ることが好ましい。 さらに請求項３に記載のように、前記ランスの先端面
の軸心位置に石炭投入口を、その周囲に一次燃焼用酸素
の吹き込み口を、この吹き込み口のやや上方に二次燃焼
用の酸素吹き込み口をそれぞれ設けるとともに、 前記石炭投入路および前記酸素吹き込み路の周囲にそ
れぞれ水冷ジャッケットを設けて前記ランス全体を水冷
構造にすることができる。
は、ａ）炉内の溶融金属浴上面又はその上のスラグ中
に、主原料としての鉱石、還元剤としての石炭、コーク
スなど、造滓剤としての石灰などの原料を装入し、スラ
グ中に酸素を吹き込んで大気圧以上の圧力下で鉱石を還
元させるための溶融還元炉であって、ｂ）前記炉を下部
に比べて容積が拡大した上部拡大型の炉に形成し、その
炉頂の軸心部に酸素吹き込み用ランスを気密状態で嵌挿
するとともに、該ランス先端部の酸素吹き込み口を金属
浴上方のスラグ浴中に保持し、ｃ）炉頂周辺部に、炉内
発生ガス出口および前記原料の投入口をそれぞれ開設
し、ｄ）炉底部に開閉可能な出湯孔を設け、ｅ）前記投
入口の下方で投入される原料が壁面に沿ってスラグ浴中
に流下し且つ鉄浴の上方に位置するスラグライン部の少
なくとも上部に相当する内壁を、水冷ブロックで上向き
に拡径したコーン状に形成するとともに、そのコーン状
の傾斜角度を凝固スラグの安息角以上で且つ前記水冷ブ
ロックの内面を凹凸面に形成している。 また請求項２に記載のように、複数個の炉内発生ガス
出口を前記炉頂の周辺に等間隔に設け、前記スラグ面を
広く取るとともにスラグ面上のフリーボードを広く且つ
高く取ることが好ましい。 さらに請求項３に記載のように、前記ランスの先端面
の軸心位置に石炭投入口を、その周囲に一次燃焼用酸素
の吹き込み口を、この吹き込み口のやや上方に二次燃焼
用の酸素吹き込み口をそれぞれ設けるとともに、 前記石炭投入路および前記酸素吹き込み路の周囲にそ
れぞれ水冷ジャッケットを設けて前記ランス全体を水冷
構造にすることができる。
上記の構成を有する本発明の溶融還元炉によれば、炉
頂中心部から気密に嵌挿されるランスから高圧の酸素が
吹き込まれることにより、炉内の空間が、例えば煙道下
流に設けた圧力調整弁を調節することによって、大気圧
以上の高圧に保たれて溶融金属の還元が行われる。そし
て、ランス先端部の酸素吹き込み口を、金属浴上方のス
ラグ浴内に保ち、ランス先端から金属浴面に向けて酸素
を吹き込むとともに、ランス先端近傍からスラグ浴中に
酸素を吹き込むことにより、鉱石の溶融還元反応ととも
に、金属浴中の石灰のガス化などの反応が進行する。こ
の間、一酸化炭素（CO）を大量に含む高温ガスが金属浴
およびスラグ中から発生するが、このガスはスラグ浴中
に気泡状になって混入し、ランスからの酸素と接触して
スラグ浴中で所定の比率まで二次燃焼する。この燃焼ガ
スのバブリング作用により、スラグ浴中で循環流が生
じ、そこで熱交換および還元反応が推進されるととも
に、スラグ浴と金属浴の境界面を通じて熱交換および溶
融還元作用が進行する。このため、二次燃焼熱の大部分
がスラグ内においてスラグ自体に直接輻射伝達されるこ
とになり、炉の内壁面へはガスの燃焼熱の一部しか伝わ
らず、内壁面の溶損、侵食が抑えられる。 また、炉のスラグライン部に相当する内壁を水冷ブロ
ックで上向きに拡径したコーン状に形成するとともに、
そのコーン状の傾斜角度を凝固スラグの安息角以上で且
つ前記水冷ブロックの内面を凹凸面に形成することによ
り、凝固スラグが水冷ブロックの内面に付着し易くな
り、冷却・固化したスラグが凹凸面に常時付着するの
で、実質的に耐火壁が形成され、消耗のない炉内壁が達
成される。この結果、スラグセルフライニング作用とそ
の固着安定性が保たれる。加えて、原料を投入口からコ
ーン状のスラグライン部位に投入することにより、その
炉壁が原料によって保護されることになる。またコーン
状のスラグライン部により、溶銑量およびスラグ量の変
化に伴うスラグ高さの変動を小さくすることができ、万
一、スラグがフォーミングした場合にはスラグ面が上昇
するが、本プロフィルでは、上昇とともにスラグの自由
表面が広くなることから、上昇高さが抑えられ、炉内か
らのスラグの溢出、スロッピング等がなくなる。 請求項２記載の溶融還元炉によれば、炉内での発生ガ
スの流れが平均流速の低い且つ偏流のないガス流れとな
り、ダストの飛散や流出が抑えられる。 そして、本発明の溶融還元炉（請求項２および請求項
３を含む）によれば、鉱石や石炭などの装入量および反
応速度を出湯量に対して平衡させ、断続的に出湯しなが
ら、連続的に操業することができる。
頂中心部から気密に嵌挿されるランスから高圧の酸素が
吹き込まれることにより、炉内の空間が、例えば煙道下
流に設けた圧力調整弁を調節することによって、大気圧
以上の高圧に保たれて溶融金属の還元が行われる。そし
て、ランス先端部の酸素吹き込み口を、金属浴上方のス
ラグ浴内に保ち、ランス先端から金属浴面に向けて酸素
を吹き込むとともに、ランス先端近傍からスラグ浴中に
酸素を吹き込むことにより、鉱石の溶融還元反応ととも
に、金属浴中の石灰のガス化などの反応が進行する。こ
の間、一酸化炭素（CO）を大量に含む高温ガスが金属浴
およびスラグ中から発生するが、このガスはスラグ浴中
に気泡状になって混入し、ランスからの酸素と接触して
スラグ浴中で所定の比率まで二次燃焼する。この燃焼ガ
スのバブリング作用により、スラグ浴中で循環流が生
じ、そこで熱交換および還元反応が推進されるととも
に、スラグ浴と金属浴の境界面を通じて熱交換および溶
融還元作用が進行する。このため、二次燃焼熱の大部分
がスラグ内においてスラグ自体に直接輻射伝達されるこ
とになり、炉の内壁面へはガスの燃焼熱の一部しか伝わ
らず、内壁面の溶損、侵食が抑えられる。 また、炉のスラグライン部に相当する内壁を水冷ブロ
ックで上向きに拡径したコーン状に形成するとともに、
そのコーン状の傾斜角度を凝固スラグの安息角以上で且
つ前記水冷ブロックの内面を凹凸面に形成することによ
り、凝固スラグが水冷ブロックの内面に付着し易くな
り、冷却・固化したスラグが凹凸面に常時付着するの
で、実質的に耐火壁が形成され、消耗のない炉内壁が達
成される。この結果、スラグセルフライニング作用とそ
の固着安定性が保たれる。加えて、原料を投入口からコ
ーン状のスラグライン部位に投入することにより、その
炉壁が原料によって保護されることになる。またコーン
状のスラグライン部により、溶銑量およびスラグ量の変
化に伴うスラグ高さの変動を小さくすることができ、万
一、スラグがフォーミングした場合にはスラグ面が上昇
するが、本プロフィルでは、上昇とともにスラグの自由
表面が広くなることから、上昇高さが抑えられ、炉内か
らのスラグの溢出、スロッピング等がなくなる。 請求項２記載の溶融還元炉によれば、炉内での発生ガ
スの流れが平均流速の低い且つ偏流のないガス流れとな
り、ダストの飛散や流出が抑えられる。 そして、本発明の溶融還元炉（請求項２および請求項
３を含む）によれば、鉱石や石炭などの装入量および反
応速度を出湯量に対して平衡させ、断続的に出湯しなが
ら、連続的に操業することができる。
以下、本発明の溶融還元炉の実施例を図面に基づいて
説明する。 第１図は溶融還元炉の実施例を示す断面図である。同
図に示すように、溶融還元炉１は下部に比べて上部の容
積が拡大した上部拡大型の炉で形成されている。炉１の
頂部の軸心位置にランス嵌挿口２が穿設され、この嵌挿
口２よりランス３が気密状態を保って炉１内に装入され
ている。なお、ランス３は、その先端（酸素吹き込み口
3b）が炉１のほぼ中間位置（スラグ浴）に保たれる。ラ
ンス３の軸心位置には、第２図のように石炭の投入路3a
が設けられ、その周囲に酸素（O2）の吹き込み路3cが形
成されている。これに対応してランス３の先端面の軸心
位置に石炭投入口3bが、その周囲に一次燃焼用酸素の吹
き込み口3dが、この吹き込み口3dのやや上方に二次燃焼
用の酸素吹き込み口3eがそれぞれ設けられている。さら
に前記石炭投入路3aおよび酸素吹き込み路3cの周囲にそ
れぞれ水冷ジャッケット3jが設けられ、ランス３全体が
水冷構造になっている。 炉１の頂端面の周囲には、炉１内での発生ガスのガス
出口４が複数個ほど円周方向に等間隔に開設され、煙道
５が各ガス出口４に接続されている。さらに炉１の頂端
面の周囲には、原料投入口６が複数個ほど前記ガス出口
４と重ならないように円周方向に等間隔に開設され、原
料投入用ショート７が各投入口６に接続されている。 炉１の壁は、外側で鉄皮1aで、鉄皮1aの内側には、そ
のスラグライン部を除いて耐火物1bがライニングされて
いる。また耐火物1bの補修のために、炉底部1cが炉本体
から分離され、取り外せるようになっている。炉底部1c
には、金属浴Ａの撹拌用窒素ガス吹き込みのための羽口
８が穿設されている。炉１の壁のスラグライン部の内側
には、第３図のように冷却ジャッケット9aを内装した銅
製の水冷ブロック９が、上向きに広がったコーン状に配
設されている。とくに、そのコーン状の傾斜角度を凝固
スラグの安息角以上に形成すること、ならびに水冷ブロ
ック９の内面を断面波状の凹凸面9bに形成してスラグＢ
を付着し易くし、冷却・固化したスラグＢを凹凸面9bに
常時付着させるようにすることで、実質的に耐火壁が形
成され、消耗のない炉内壁が達成される。 炉１の底部付近には出湯孔10が穿設されている。この
出湯10は、通常（出湯時以外）、旧来の高炉出銑口と同
様にマッドガンにより閉塞材（マッド）で閉塞され、ホ
ールオープナーで開口することにより出湯できるように
なっている。 第４図は、上記実施例に示した溶融還元炉１を備えた
製鉄用の溶融還元系統図である。同図に示す方式は、溶
融還元炉１と予備還元炉20を用いて鉄鉱石を還元するも
のである。 溶融還元炉１は、上記したように鉄鉱石を溶融状態で
還元して銑鉄とするもので、口述の予備還元鉄がシュー
ト７および投入口６から炉１内に装入される。なお、石
炭などの副原料はランス３の投入路3aおよび投入口3bか
ら炉１内に装入することもできる。さらにランス３の酸
素吹き込み路3cおよび吹き込み口3d、3eより、炉１内の
スラグ浴Ｂに高圧の酸素が吹き込まれること、および可
変ベンチュリー型スロート弁26によりガス流量を制御す
ることにより、炉１内の空間が大気圧以上の高圧に保た
れて鉄鉱石の溶融還元が行われる。そして、還元反応に
伴って鉄浴Ａおよびスラグ浴Ｂから発生する高温のガス
は一酸化炭素を大量に含んでおり、
説明する。 第１図は溶融還元炉の実施例を示す断面図である。同
図に示すように、溶融還元炉１は下部に比べて上部の容
積が拡大した上部拡大型の炉で形成されている。炉１の
頂部の軸心位置にランス嵌挿口２が穿設され、この嵌挿
口２よりランス３が気密状態を保って炉１内に装入され
ている。なお、ランス３は、その先端（酸素吹き込み口
3b）が炉１のほぼ中間位置（スラグ浴）に保たれる。ラ
ンス３の軸心位置には、第２図のように石炭の投入路3a
が設けられ、その周囲に酸素（O2）の吹き込み路3cが形
成されている。これに対応してランス３の先端面の軸心
位置に石炭投入口3bが、その周囲に一次燃焼用酸素の吹
き込み口3dが、この吹き込み口3dのやや上方に二次燃焼
用の酸素吹き込み口3eがそれぞれ設けられている。さら
に前記石炭投入路3aおよび酸素吹き込み路3cの周囲にそ
れぞれ水冷ジャッケット3jが設けられ、ランス３全体が
水冷構造になっている。 炉１の頂端面の周囲には、炉１内での発生ガスのガス
出口４が複数個ほど円周方向に等間隔に開設され、煙道
５が各ガス出口４に接続されている。さらに炉１の頂端
面の周囲には、原料投入口６が複数個ほど前記ガス出口
４と重ならないように円周方向に等間隔に開設され、原
料投入用ショート７が各投入口６に接続されている。 炉１の壁は、外側で鉄皮1aで、鉄皮1aの内側には、そ
のスラグライン部を除いて耐火物1bがライニングされて
いる。また耐火物1bの補修のために、炉底部1cが炉本体
から分離され、取り外せるようになっている。炉底部1c
には、金属浴Ａの撹拌用窒素ガス吹き込みのための羽口
８が穿設されている。炉１の壁のスラグライン部の内側
には、第３図のように冷却ジャッケット9aを内装した銅
製の水冷ブロック９が、上向きに広がったコーン状に配
設されている。とくに、そのコーン状の傾斜角度を凝固
スラグの安息角以上に形成すること、ならびに水冷ブロ
ック９の内面を断面波状の凹凸面9bに形成してスラグＢ
を付着し易くし、冷却・固化したスラグＢを凹凸面9bに
常時付着させるようにすることで、実質的に耐火壁が形
成され、消耗のない炉内壁が達成される。 炉１の底部付近には出湯孔10が穿設されている。この
出湯10は、通常（出湯時以外）、旧来の高炉出銑口と同
様にマッドガンにより閉塞材（マッド）で閉塞され、ホ
ールオープナーで開口することにより出湯できるように
なっている。 第４図は、上記実施例に示した溶融還元炉１を備えた
製鉄用の溶融還元系統図である。同図に示す方式は、溶
融還元炉１と予備還元炉20を用いて鉄鉱石を還元するも
のである。 溶融還元炉１は、上記したように鉄鉱石を溶融状態で
還元して銑鉄とするもので、口述の予備還元鉄がシュー
ト７および投入口６から炉１内に装入される。なお、石
炭などの副原料はランス３の投入路3aおよび投入口3bか
ら炉１内に装入することもできる。さらにランス３の酸
素吹き込み路3cおよび吹き込み口3d、3eより、炉１内の
スラグ浴Ｂに高圧の酸素が吹き込まれること、および可
変ベンチュリー型スロート弁26によりガス流量を制御す
ることにより、炉１内の空間が大気圧以上の高圧に保た
れて鉄鉱石の溶融還元が行われる。そして、還元反応に
伴って鉄浴Ａおよびスラグ浴Ｂから発生する高温のガス
は一酸化炭素を大量に含んでおり、
【作用】の項で記述
したように、このガスがスラグ浴Ｂ中に気泡状になって
混入し、ランス３からの酸素と接触してスラグ浴Ｂ中で
二次燃焼する。二次燃焼によるガスのバブリング作用に
より、スラグ浴Ｂ中で循環流が生じ、その燃焼熱がスラ
グ浴Ｂと鉄浴Ａの境界面を通じて鉄浴Ａおよび鉄浴Ａ中
の石炭などに効果的に伝達され、溶融還元に供される。
一方、還元力を有するガスが二次燃焼後のガスと共に煙
道５を通って予備還元炉20の下方へ導入される。 予備還元炉20も溶融還元炉１と同様にシャフト型炉か
らなる。溶融還元炉１が上記したとおり溶融状態で鉄鉱
石を還元するのに対し、予備還元炉20は鉄鉱石を固体状
態で予備還元して予備還元鉄を得るものである。予備還
元炉20は本実施例では流動層式で、分散板20a上に鉄鉱
石が装入され、その下方より前記溶融還元炉１からのガ
スが導入されることにより、鉄鉱石が流動化してガスと
接触し、予備還元される。予備還元鉄は予備還元炉20の
下方から排出され、上記したようにシュート７を介して
溶融還元炉１内に装入される。さらに予備還元炉20から
のガスは、鉄鉱石の予備還元に用いられた後のもので、
発生当初に比べてCO比率および温度が低下しているもの
の、かなりの顕熱および化学的エネルギーを保有し、駆
動源および燃料として再利用可能である。そこで、煙道
21により集塵機22へ導いてダストを除去した後、バルブ
24を介して発電用タービン23に導入してから、あるいは
直接にガスホルダー25に貯留して排ガスを回収するよう
にしている。 上記溶融還元炉１においては、出湯孔10を適宜開口し
て断続的に出湯させ、且つ予備還元鉄や石炭などを装入
することにより、連続的に操業することができる。 ところで、本発明の溶融還元炉は上記した製鉄用の溶
融還元に限らず、クロム鉱石からフェロクロムを得るな
ど、化の金属の溶融還元にも同様の溶融還元炉を使用で
きる。
したように、このガスがスラグ浴Ｂ中に気泡状になって
混入し、ランス３からの酸素と接触してスラグ浴Ｂ中で
二次燃焼する。二次燃焼によるガスのバブリング作用に
より、スラグ浴Ｂ中で循環流が生じ、その燃焼熱がスラ
グ浴Ｂと鉄浴Ａの境界面を通じて鉄浴Ａおよび鉄浴Ａ中
の石炭などに効果的に伝達され、溶融還元に供される。
一方、還元力を有するガスが二次燃焼後のガスと共に煙
道５を通って予備還元炉20の下方へ導入される。 予備還元炉20も溶融還元炉１と同様にシャフト型炉か
らなる。溶融還元炉１が上記したとおり溶融状態で鉄鉱
石を還元するのに対し、予備還元炉20は鉄鉱石を固体状
態で予備還元して予備還元鉄を得るものである。予備還
元炉20は本実施例では流動層式で、分散板20a上に鉄鉱
石が装入され、その下方より前記溶融還元炉１からのガ
スが導入されることにより、鉄鉱石が流動化してガスと
接触し、予備還元される。予備還元鉄は予備還元炉20の
下方から排出され、上記したようにシュート７を介して
溶融還元炉１内に装入される。さらに予備還元炉20から
のガスは、鉄鉱石の予備還元に用いられた後のもので、
発生当初に比べてCO比率および温度が低下しているもの
の、かなりの顕熱および化学的エネルギーを保有し、駆
動源および燃料として再利用可能である。そこで、煙道
21により集塵機22へ導いてダストを除去した後、バルブ
24を介して発電用タービン23に導入してから、あるいは
直接にガスホルダー25に貯留して排ガスを回収するよう
にしている。 上記溶融還元炉１においては、出湯孔10を適宜開口し
て断続的に出湯させ、且つ予備還元鉄や石炭などを装入
することにより、連続的に操業することができる。 ところで、本発明の溶融還元炉は上記した製鉄用の溶
融還元に限らず、クロム鉱石からフェロクロムを得るな
ど、化の金属の溶融還元にも同様の溶融還元炉を使用で
きる。
本発明の溶融還元炉によれば、次のような効果がもた
らされる。 （１）上部が拡大した形態の炉に形成したので、炉と煙
道を接続する炉口ヘッドを省いたり、従来の転炉型炉に
用いられていた炉口ヘッドに比べてその構造を簡素化で
きる、設備費の大幅な低減が図れる。また例えば高圧酸
素を吹き込んで炉内を高圧下雰囲気にすることにより、
溶融還元反応速度が増大するので生産性が向上し、また
高圧下でガスを移送することによりガスの容量を低減で
きるので、予備還元炉を含む予備還元システム全体の小
型化が図れる。 （２）炉内への酸素の吹き込みをランスを用いて行うよ
うにしたので、金属浴面への一次燃焼用酸素の吹き付け
およびスラグ浴中への二次燃焼用酸素の吹き込みが確実
にできるようになる。このため金属浴からの発生ガスを
特にスラグ浴中で二次燃焼させることにより、ガスの二
次燃焼率が大巾にアップし且つ金属浴への伝熱効率も高
まり、溶融還元反応が一層促進される。またガスの二次
燃焼熱（特に輻射熱）が、スラグ浴を介在するため炉壁
には直接伝達されないので、炉壁（耐火物）の侵食が抑
制される。 （３）また、スラグライン部の内面が上向きに広いコー
ン状の水冷ブロックで構成され、冷却されたスラグが水
冷ブロックに付着して内壁面が形成されるので、耐火物
壁に比べて寿命が長く、またその水冷ブロック部位に低
温の原料を投入することにより、その効果をより一層倍
増させ、炉全体の寿命を大巾に向上することができる。 （４）請求項２記載の発明により、複数個のガス出口を
炉頂の周辺に等間隔に設けることにより、炉内のガス偏
流がなくなり、またフリーボードを十分に広く且つ高く
取ることにより、ガス流速が低く抑えられる。この結
果、スラグの飛散、フォーミングやスロッピングによる
溢出ならびに投入原料の飛散がなくなり、煙道を含む下
流機器のダスト詰まりやダスト固着といった問題を解消
することができる。
らされる。 （１）上部が拡大した形態の炉に形成したので、炉と煙
道を接続する炉口ヘッドを省いたり、従来の転炉型炉に
用いられていた炉口ヘッドに比べてその構造を簡素化で
きる、設備費の大幅な低減が図れる。また例えば高圧酸
素を吹き込んで炉内を高圧下雰囲気にすることにより、
溶融還元反応速度が増大するので生産性が向上し、また
高圧下でガスを移送することによりガスの容量を低減で
きるので、予備還元炉を含む予備還元システム全体の小
型化が図れる。 （２）炉内への酸素の吹き込みをランスを用いて行うよ
うにしたので、金属浴面への一次燃焼用酸素の吹き付け
およびスラグ浴中への二次燃焼用酸素の吹き込みが確実
にできるようになる。このため金属浴からの発生ガスを
特にスラグ浴中で二次燃焼させることにより、ガスの二
次燃焼率が大巾にアップし且つ金属浴への伝熱効率も高
まり、溶融還元反応が一層促進される。またガスの二次
燃焼熱（特に輻射熱）が、スラグ浴を介在するため炉壁
には直接伝達されないので、炉壁（耐火物）の侵食が抑
制される。 （３）また、スラグライン部の内面が上向きに広いコー
ン状の水冷ブロックで構成され、冷却されたスラグが水
冷ブロックに付着して内壁面が形成されるので、耐火物
壁に比べて寿命が長く、またその水冷ブロック部位に低
温の原料を投入することにより、その効果をより一層倍
増させ、炉全体の寿命を大巾に向上することができる。 （４）請求項２記載の発明により、複数個のガス出口を
炉頂の周辺に等間隔に設けることにより、炉内のガス偏
流がなくなり、またフリーボードを十分に広く且つ高く
取ることにより、ガス流速が低く抑えられる。この結
果、スラグの飛散、フォーミングやスロッピングによる
溢出ならびに投入原料の飛散がなくなり、煙道を含む下
流機器のダスト詰まりやダスト固着といった問題を解消
することができる。
第１図は本発明の溶融還元炉の実施例を示す断面図、第
２図は第１図におけるランスの先端部分を拡大した断面
斜視図、第３図は第１図における水冷ブロックの一部を
拡大した断面図、第４図は第４図は本発明の溶融還元炉
を備えた製鉄用の溶融還元系統図である。 １……溶融還元炉、２……ランス、３……ランス嵌挿
口、４……ガス出口、５……煙道、６……原料投入口、
７……原料投入用シュート、９……水冷ブロック、10…
…出湯孔、20……予備還元炉、Ａ……鉄浴（金属浴）、
Ｂ……スラグ浴。
２図は第１図におけるランスの先端部分を拡大した断面
斜視図、第３図は第１図における水冷ブロックの一部を
拡大した断面図、第４図は第４図は本発明の溶融還元炉
を備えた製鉄用の溶融還元系統図である。 １……溶融還元炉、２……ランス、３……ランス嵌挿
口、４……ガス出口、５……煙道、６……原料投入口、
７……原料投入用シュート、９……水冷ブロック、10…
…出湯孔、20……予備還元炉、Ａ……鉄浴（金属浴）、
Ｂ……スラグ浴。
フロントページの続き (72)発明者 矢島 健一 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 滝浦 賢 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 辰田 聡 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 高座 幸彦 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 佐藤 寿美男 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (56)参考文献 特開 昭62−228405（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−279092（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C21B 11/00 - 13/00
Claims (3)
- 【請求項１】炉内の溶融金属浴上面又はその上のスラグ
中に、主原料としての鉱石、還元剤としての石炭、コー
クスなど、造滓剤としての石灰などの原料を装入し、ス
ラグ中に酸素を吹き込んで大気圧以上の圧力下で鉱石を
還元させるための溶融還元炉であって、 前記炉を下部に比べて容積が拡大した上部拡大型の炉に
形成し、その炉頂の軸心部に酸素吹き込み用ランスを気
密状態で嵌挿するとともに、該ランス先端部の酸素吹き
込み口を金属浴上方のスラグ浴中に保持し、 炉頂周辺部に、炉内発生ガス出口および前記原料の投入
口をそれぞれ開設し、 炉底部に開閉可能な出湯孔を設け、 前記投入口の下方で投入される原料が壁面に沿ってスラ
グ浴中に流下し且つ鉄浴の上方に位置するスラグライン
部の少なくとも上部に相当する内壁を、水冷ブロックで
上向きに拡径したコーン状に形成するとともに、そのコ
ーン状の傾斜角度を凝固スラグの安息角以上で且つ前記
水冷ブロックの内面を凹凸面に形成したことを特徴とす
る溶融還元炉。 - 【請求項２】複数個の炉内発生ガス出口を前記炉頂の周
辺に等間隔に設け、前記スラグ面を広く取るとともにス
ラグ面上のフリーボードを広く且つ高く取る請求項１記
載の溶融還元炉。 - 【請求項３】前記ランスの先端面の軸心位置に石炭投入
口を、その周囲に一次燃焼用酸素の吹き込み口を、この
吹き込み口のやや上方に二次燃焼用の酸素吹き込み口を
それぞれ設けるとともに、 前記石炭投入路および前記酸素吹き込み路の周囲にそれ
ぞれ水冷ジャッケットを設けて前記ランス全体を水冷構
造にした請求項１又は２記載の溶融還元炉。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2191719A JP2918646B2 (ja) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | 溶融還元炉 |
| CA002052126A CA2052126C (en) | 1990-07-18 | 1991-09-24 | Molten metal producing and refining method |
| EP91308776A EP0534020B1 (en) | 1990-07-18 | 1991-09-26 | Molten metal producing and refining method |
| AT91308776T ATE142704T1 (de) | 1990-07-18 | 1991-09-26 | Verfahren zum herstellen und reinigen geschmolzener metalle |
| DE69122101T DE69122101T2 (de) | 1990-07-18 | 1991-09-26 | Verfahren zum Herstellen und Reinigen geschmolzener Metalle |
| AU84860/91A AU645844B2 (en) | 1990-07-18 | 1991-09-27 | Molten metal producing and refining method |
| CN91109436A CN1025505C (zh) | 1990-07-18 | 1991-09-29 | 金属精炼法 |
Applications Claiming Priority (5)
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| JP2191719A JP2918646B2 (ja) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | 溶融還元炉 |
| CA002052126A CA2052126C (en) | 1990-07-18 | 1991-09-24 | Molten metal producing and refining method |
| EP91308776A EP0534020B1 (en) | 1990-07-18 | 1991-09-26 | Molten metal producing and refining method |
| AU84860/91A AU645844B2 (en) | 1990-07-18 | 1991-09-27 | Molten metal producing and refining method |
| CN91109436A CN1025505C (zh) | 1990-07-18 | 1991-09-29 | 金属精炼法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0480311A JPH0480311A (ja) | 1992-03-13 |
| JP2918646B2 true JP2918646B2 (ja) | 1999-07-12 |
Family
ID=27507273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2191719A Expired - Lifetime JP2918646B2 (ja) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | 溶融還元炉 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0534020B1 (ja) |
| JP (1) | JP2918646B2 (ja) |
| CN (1) | CN1025505C (ja) |
| AT (1) | ATE142704T1 (ja) |
| AU (1) | AU645844B2 (ja) |
| CA (1) | CA2052126C (ja) |
| DE (1) | DE69122101T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN104846215B (zh) * | 2014-11-14 | 2017-09-29 | 江西瑞林稀贵金属科技有限公司 | 熔炼炉 |
| CN104654784A (zh) * | 2015-01-06 | 2015-05-27 | 株洲火炬工业炉有限责任公司 | 一种惰性气体搅拌锌液及保护熔炼的方法和装置 |
| CN105509494A (zh) * | 2016-01-18 | 2016-04-20 | 宜兴曜源科技发展有限公司 | 侧式出烟顶吹炉 |
| JP6427829B2 (ja) * | 2016-03-31 | 2018-11-28 | 大陽日酸株式会社 | 冷鉄源の溶解・精錬炉、及び溶解・精錬炉の操業方法 |
| US10781499B2 (en) * | 2018-01-17 | 2020-09-22 | Air Products And Chemicals, Inc. | Bottom stirring tuyere and method for a basic oxygen furnace |
| CN111485043A (zh) * | 2020-06-01 | 2020-08-04 | 上海驰春节能科技有限公司 | 一种液态钢渣的脱磷工艺及装置 |
| CN113720158A (zh) * | 2021-08-04 | 2021-11-30 | 中国恩菲工程技术有限公司 | 回转式侧吹冶炼装置及冶炼工艺 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3607774A1 (de) * | 1986-03-08 | 1987-09-17 | Kloeckner Cra Tech | Verfahren zur zweistufigen schmelzreduktion von eisenerz |
| DE3607775A1 (de) * | 1986-03-08 | 1987-09-17 | Kloeckner Cra Tech | Verfahren zur schmelzreduktion von eisenerz |
| DE3607776A1 (de) * | 1986-03-08 | 1987-09-17 | Kloeckner Cra Tech | Verfahren zur herstellung von eisen |
| US4944799A (en) * | 1987-09-10 | 1990-07-31 | Nkk Corporation | Method of producing stainless molten steel by smelting reduction |
| CA1337241C (en) * | 1987-11-30 | 1995-10-10 | Nkk Corporation | Method for smelting reduction of iron ore and apparatus therefor |
-
1990
- 1990-07-18 JP JP2191719A patent/JP2918646B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-09-24 CA CA002052126A patent/CA2052126C/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-09-26 EP EP91308776A patent/EP0534020B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-09-26 DE DE69122101T patent/DE69122101T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-09-26 AT AT91308776T patent/ATE142704T1/de not_active IP Right Cessation
- 1991-09-27 AU AU84860/91A patent/AU645844B2/en not_active Ceased
- 1991-09-29 CN CN91109436A patent/CN1025505C/zh not_active Expired - Fee Related
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| JPH0480311A (ja) | 1992-03-13 |
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| EP0534020B1 (en) | 1996-09-11 |
| CA2052126A1 (en) | 1993-03-25 |
| EP0534020A1 (en) | 1993-03-31 |
| ATE142704T1 (de) | 1996-09-15 |
| DE69122101T2 (de) | 1997-02-20 |
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| AU8486091A (en) | 1993-04-01 |
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