JP3510472B2 - 溶融炉 - Google Patents

溶融炉

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JP3510472B2
JP3510472B2 JP06384598A JP6384598A JP3510472B2 JP 3510472 B2 JP3510472 B2 JP 3510472B2 JP 06384598 A JP06384598 A JP 06384598A JP 6384598 A JP6384598 A JP 6384598A JP 3510472 B2 JP3510472 B2 JP 3510472B2
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
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  • Manufacture Of Iron (AREA)
  • Blast Furnaces (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鉱石を溶融して
銑鉄を取り出す竪型シャフトキュポラや高炉のような溶
融炉に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の高炉溶融炉としては、図5に示す
ように、耐火性レンガを敷きつめた炉床1を形成し、そ
の上部は溶解した銑鉄が集まるように溶銑床2を設け、
その上部には鉱滓を分離する鉱滓床3を設けてあり、そ
れらを囲繞して耐火性レンガで形成した炉腹4を設け、
その上部には一体として耐火性レンガを積み上げてシャ
フト5を形成し、これらの周囲は鉄板6で包囲され保護
されている。
【0003】炉壁には熱風を送り込む羽口7が同じレベ
ルに数十カ所開いており、炉内ではレースウエイ8を通
して熱が渡るように形成されている。ここから吹き込ま
れた高温の熱風は、多段層9Aになった鉄鉱石原料とコ
ークス(例えば25層づつ)の間を通り燃焼ガスとなり
鉄鉱石を還元させ、溶解して銑鉄を下に落として取り出
すとともに、ガスは炉頂10から高炉ガス上昇管11に
集められる。また、鉱滓も系外に取り出す構造になって
いる。
【0004】鉄鉱石、コークス、石灰石などの原料9の
装入は、ベルトコンベアー12で上部の炉頂10に運ば
れ、ホッパー13に投入され、外部の信号により大ベル
14により、一定周期で常に原料装入表面15まで補給
されていく。炉内温度は、下部ほど高く、最高域のレー
スウェイ近くでは約2,000℃の高温になっている。
【0005】16は高炉支柱、17は熱風管、18はガ
ス灰ダスト沈降装置、19は出銑口、20はそこから出
た銑鉄を運ぶトーピードカー、21は鉱滓の出口、22
は鉱滓車、23は熱風環状管である。
【0006】尚、図6(A)は従来例の一段羽口の場合
の同一レベルの炉底の温度分布を示すものであり、図6
(B)は二段羽口の場合の同一レベルの炉底の温度分布
を示すものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の高炉ではシャフ
ト内部に鉄鉱石とコークスの多段層が詰まっており、羽
口より供給された空気はレースウエイの所でコークスを
燃焼させて約2,000℃の高温の一酸化炭素と炭酸ガ
スとの混合ガスとなり、上部の多段層を通過しながら炉
頂から排出されるが、原料充填層を通過するときに微粉
をガスが浮遊させ、ガスとともに炉頂からガス灰ダスト
沈降装置(ダストキャッチャー)に運ばれる。
【0008】そのため、ガス灰ダスト沈降装置はなくて
はならないもので、またそのガス清浄の精度も高くなけ
ればならないものであるから、設備コストも高くつくと
いう問題点があった。
【0009】従って、原料に微粉が含まれているとそれ
だけ多くダストとしてガスに浮遊され、排出されてくる
という問題点もあった。このために微粉の多い原料に
は、焼結鉱とするかペレット加工するという処理が不可
欠ということもあった。
【0010】また、羽口レベルが通常1段レベルなの
で、即ち羽口からの送風温度と送風湿度によって形成さ
れるレースウエイという燃焼帯が同一レベルの1段のみ
であるため、炉底高さ方向で温度差が大きくなるという
欠点があった。炉底での炉熱温度コントロール制御が不
安定であった。
【0011】更に、羽口を2段にするという提案もある
が、レースウエイとの関連に乏しいもので期待された効
果は発揮しないものであった。特に炉底部分まで十分な
高温が伝達されないことがあった。
【0012】本発明は、上記の問題点に鑑み、出来るだ
け微粉などのダストを炉内から出すことのないような溶
融炉を提供し、シャフト内部でダストキャッチャーの役
目も持たせるようにしたものである。
【0013】従って、微粉から粒状の原料まで用いて
も、炉頂から排出するダストの少ない画期的な溶融炉を
提供するもので、別途独立のダストキャッチャーを設置
したり、大型化することなく、設備コストも安くするも
のである。また、その結果としては排出されたダストの
産業廃棄物の量を少なくするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、本発明の溶融炉は、溶銑床と鉱滓床を有する炉床の
上部を囲繞する炉腹とその上部にシャフトを設けた竪型
シャフトキュポラや高炉のような溶融炉であって、炉下
部に、その上下方向に空気を送り込む3段以上の羽口を
設け、かつそれらの羽口のうちの1段の羽口が炉の底に
位置する底羽口であり、これら羽口より上方に形成した
鉄鉱石とコークスとの層の上方のシャフト内部に、ダス
トを沈降捕集する大きな空槽を形成することにある。
【0015】更に羽口レベルを3段以上設定することに
より、炉底の上下方向に安定した燃焼を得られることが
出来る。
【0016】加えて、底羽口は、突起ノズルレンガ羽口
構造又は多孔質レンガ羽口構造を有することが好まし
い。
【0017】また、本発明では、系外にダストを出さな
いので、微粉の多い原料でも焼結鉱加工やペレット加工
することなく、そのまま用いる構成になっている。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。
【0019】図3は、本発明に従う代表的な溶融炉の主
要部であるシャフトの下部(炉床1および炉腹4)の構
成の一例を示したものである。図3に示す主要部を有す
る溶融炉は、図1に示す溶融炉と同様に、炉床1が耐火
性レンガを載置して形成され、その上部には溶融された
銑鉄の溜まる溶銑床2と鉱滓床3が形成されるよう炉腹
4が囲繞し、炉腹4の上部には、耐火性レンガを積み上
げた構造のシャフト5があり、この高炉全体を鉄板6な
どで囲繞して強化保護している。
【0020】また、鉄鉱石、コークス、石灰石等の原料
9は、原料装入ベルトコンベアー12で高炉の炉頂10
から投入される。13は指示信号に従って鉄鉱石、コー
クス、石灰石を順次投入していく投入ホッパーである。
【0021】そして、本発明の主な特徴は、炉下部に、
その上下方向に空気を送り込む3段以上の羽口、図3で
は3段の羽口7を設け、かつそれらの羽口のうちの下段
である1段の羽口を、図3に示すように炉の底に位置す
る底羽口とするとともに、これら羽口より上方に形成し
た鉄鉱石とコークスとの層の上方のシャフト内部に、ダ
ストを沈降捕集する大きな空槽25を形成することにあ
る。
【0022】すなわち、シャフト上部に空槽25を出来
るだけ大きく設けることにより、シャフト内部は空槽2
5として上昇する空槽ガス速度を低下ならしめてこの空
槽25内でダストを沈降捕集し、ダストの系外への排出
を有効に抑制することができ、また、炉下部に、その上
下方向に空気を送り込む3段以上の羽口7を設け、かつ
それらの羽口のうちの1段の羽口を、炉の底に位置する
底羽口とすることにより、炉の底にもレースウエイを生
成させ、底の温度を高温化するとともに、炉の底の温度
分布を全体に高温均一化するように安定した燃焼を得る
ことができる。
【0023】24は炉内での原料鉄鉱石とコークスの層
で最下段の位置は羽口7の上方部に形成されており、原
料層の表面である最上段の上方はシャフト内において空
槽25が形成され、これが微粉ダストの沈降槽となる。
【0024】炉壁に開口された数十カ所の羽口7(例え
ばこの場合上段6箇所、中段6箇所、下段(炉の底)6
箇所の3段に設定)から熱風を送り込むと、炉内ではレ
ースウエイ8を通して完全に熱が行き渡るように形成さ
れている。ここから吹き込まれた高温の熱風は、段層に
なった原料鉄鉱石とコークスの間を通り鉄鉱石を還元さ
せるとともに溶解して銑鉄を下に落として取り出す。
【0025】また、溜まった鉱滓も系外に取り出す構造
になっている。炉内上部に大きな空槽25があり、鉄鉱
石とコークスの段層は数段程度と少ないので、燃焼ガス
の速度は従来の燃焼ガスの速度よりも約1/3〜1/1
0以下となり、ダストを炉外に吹き上げることがない。
すなわち、炉頂に達しないで浮遊循環して、下部原料層
内に沈降する。
【0026】図2は、上下方向に3段羽口を設けたとき
の羽口部の温度分布模型的拡大図であり、この場合、3
段(上中下系統)それぞれに送風空気量のコントロール
弁(図示していない)をつけ、炉底の上中下の熱が高さ
方向で低いところには多くの空気量を送るようにそれぞ
れ制御できるようになっている。
【0027】これによれば、炉底での温度が、図6
(A)に示すように1段羽口の場合や、図6(B)に示
すように2段羽口の場合に比べると均一化されているも
のの、炉の底の温度分布の均一化が十分に図られている
とはいえない。
【0028】本発明では、羽口のうちの下段である1段
の羽口を、図3に示すように炉の底に位置する底羽口と
することによって、炉の底にもレースウエイを生成さ
せ、底の温度を高温化することができ、この結果、図2
に示す上下方向だけに3段羽口を設けた場合に比べて、
炉の底の温度分布を全体に高温均一化することを可能に
したのである。この場合、特殊な炉底レンガ構造とレン
ガ質によって成る底羽口によって、炉の底にも高温のレ
ースウエイを生成させて炉底の高温の温度分布をより一
層均一に安定化させる事ができる。
【0029】図4(A)および図4(B)は、底羽口部
分の一部断面図を示し、例えば、図4(A)は突起ノズ
ルレンガ羽口構造方式であり、炉底から耐火レンガから
成る突起ノズル31を形成し、比重の高い溶銑鉄が底羽
口の内に流れ込まないようにした、新しい技術の構造で
ある。図4(B)は多孔質レンガ羽口構造方式であり、
炉底レンガの底羽口部分を多孔質な特殊なレンガ材質3
2により築造し、その多孔質なレンガを空気が通過し、
その上部に高温のレースウエイを形成させて成るもので
ある。
【0030】本発明では、ダストの大部分を構成する微
粉のものやペレットフィードと称する粉鉄鉱石のままで
も使用できるし、焼結鉱加工やペレット加工したものを
含めても使用できる。また、羽口の上中下系統のそれぞ
れに、(1)送風温度コントロール、(2)酸素富化コ
ントロール、(3)送風湿度(g/Nm)コントロー
ルを設けて炉内にレースウエイを形成することも可能で
ある。また、これらのレースウエイはコークスとの燃焼
において生じるように設計されている。
【0031】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【0032】従来のような同一レベルの1段羽口、2段
羽口で生成されるレースウエイや、上中下3段羽口で生
成されるレースウエイは、炉底高さ方向で温度差が大き
くなるため、溶融された溶銑鉄やスラグが炉の底に下降
する間に低下し、炉の底で凝固して出銑口や出滓口から
円滑に排出できない、いわゆる糞詰まり現象となる。こ
の場合は炉の生産操業の上で重大な問題となる。
【0033】本発明では、3段羽口で生成される高温の
レースウエイが3段となり、しかも、1段の羽口が底羽
口であるので、炉の底の温度を全体に高温均一化するこ
とができ、これまでのような炉底に到達するまでに溶銑
鉄や溶融スラグが凝固することが皆無となり、炉の生産
操業が大きく安定する。
【0034】特に3段羽口レベルの場合、炉底の温度状
況や溶銑鉄並びに溶融スラグの温度によって上段および
中段の羽口ならびに下段の羽口(底羽口)のそれぞれか
ら衝風される空気の、(1)温度を上げたり下げたり、
(2)酸素富化を上げたり下げたり、また(3)温度を
上げたり下げたり、して高温の均一な溶銑鉄温度と溶融
スラグ温度にコントロールすることが可能となる。
【0035】また、微粉などが排出しにくい構成になっ
ているから、微粉状の鉄鉱石のほか、転炉ダスト、電気
炉ダスト、含油の圧延スケール粉などの鉄鋼ダストでも
用いることが出来るという利点があり、今まで微粉状の
多い原料の場合には焼結鉱やペレット加工していた手間
も省略することができる。
【0036】鉄鉱業の中で産業廃棄物として発生する、
転炉ダスト、電気炉ダスト、含油の圧延スケール粉など
の鉄鋼ダストも高炉に入れて処理できる。このように各
種ダストを処理できることは資源のリサイクルにも大い
に利点がある。
【0037】更に自動車や冷蔵庫などの電気品のシュレ
ッダー低級屑やシュレッダーダストの産業廃棄物もこの
本発明の溶融炉を用いてリサイクル資源として利用可能
となる。即ち、シャフト上部の空間部(空槽)での低ガ
ス流速によってシュレッダーのダスト粒子がシャフト炉
外へ飛散することを防止でき、また炉頂部の高温(10
00℃)が亜鉛などの金属をガス化させて分離できると
共に、この高温がダイオキシンやPCBの分解を促進し
無公害なガスにすることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考例の竪型シャフト高炉の模型的部分断面
図である。
【図2】 上中下3段羽口を設けた場合の炉底の温度分
布模型的拡大図である。
【図3】 本発明に従う3段羽口(内、1段は底羽口)
の一部断面図である。
【図4】 (A)、(B)はともに本発明に従う他の底
羽口部分の要部断面図である。
【図5】 従来の一般的な竪型シャフト高炉の模型的部
分断面図である。
【図6】 (A)は従来の1段羽口の場合、(B)は従
来の2段羽口の場合の炉底の温度分布図である。
【符号の説明】
1 炉床 2 溶銑床 3 鉱滓床 4 炉腹 5 シャフト 7 羽口 8 レースウエイ 9 原料 15 原料装入表面 24 炉内での原料鉄鉱石とコークスの層 25 空槽
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−319620(JP,A) 国際公開97/004136(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21B 5/00 310 C21B 7/16 305 F27B 1/16 F27B 3/10

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶銑床と鉱滓床を有する炉床の上部を囲
    繞する炉腹とその上部にシャフトを設けた竪型シャフト
    キュポラや高炉のような溶融炉において、 炉下部に、その上下方向に空気を送り込む3段以上の羽
    口を設け、かつそれらの羽口のうちの1段の羽口が炉の
    底に位置する底羽口であり、これら羽口より上方に形成
    した鉄鉱石とコークスとの層の上方のシャフト内部に、
    ダストを沈降捕集する大きな空槽を形成することを特徴
    とする溶融炉。
  2. 【請求項2】 底羽口は、突起ノズルレンガ羽口構造を
    有する請求項1記載の溶融炉。
  3. 【請求項3】 底羽口は、多孔質レンガ羽口構造を有す
    る請求項1記載の溶融炉。
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