JP4976701B2 - 溶鉄製造方法および溶鉄製造装置 - Google Patents
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(1)前記移動炉床式還元炉の炉床上に床敷炭材を装入し、この床敷炭材の上に粉状酸化鉄源と粉状炭素質還元剤とを含む炭材内装塊成化物を載置する還元炉装入工程
(2)前記移動炉床式還元炉内で前記炉床を移動させて前記炭材内装塊成化物を加熱還元して固体還元鉄となすとともに、前記床敷炭材を加熱乾留してチャーとなす還元工程
(3)前記固体還元鉄およびチャーを実質的に冷却することなく前記鉄浴式溶解炉にその上方から装入する工程であって、少なくとも前記チャーの装入を、1〜10minごとの頻度で間欠的に行う溶解炉装入工程
(4)前記鉄浴式溶解炉に酸素含有ガスを吹き込み、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄となす溶解工程。
(1)前記移動炉床式還元炉の炉床上に床敷炭材を装入し、この床敷炭材の上に粉状酸化鉄源と粉状炭素質還元剤とを含む炭材内装塊成化物を載置する還元炉装入工程
(2)前記移動炉床式還元炉内で前記炉床を移動させて前記炭材内装塊成化物を加熱還元して固体還元鉄となすとともに、前記床敷炭材を加熱乾留してチャーとなす還元工程
(3)前記チャーおよび固体還元鉄を、前記移動炉床式還元炉から排出してコンテナに収容し、ついでこのコンテナから前記鉄浴式溶解炉の上方に設けられたホッパに移送していったん保持したのち、このホッパから1〜10minごとの頻度で間欠的に切り出して実質的に冷却することなく前記鉄浴式溶解炉に装入する溶解炉装入工程
(4)前記鉄浴式溶解炉に酸素含有ガスを吹き込み、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄となす溶解工程。
(1)前記移動炉床式還元炉の炉床上に床敷炭材を装入し、この床敷炭材の上に粉状酸化鉄源と粉状炭素質還元剤とを含む炭材内装塊成化物を載置する還元炉装入工程
(2)前記移動炉床式還元炉内で前記炉床を移動させて前記炭材内装塊成化物を加熱還元して固体還元鉄となすとともに、前記床敷炭材を加熱乾留してチャーとなす還元工程
(3)前記チャーおよび固体還元鉄を、前記移動炉床式還元炉から排出していったんホッパに保持し、ついでこのホッパから1〜10minごとの頻度で間欠的に切り出して実質的に冷却することなく前記鉄浴式溶解炉に装入する溶解炉装入工程
(4)前記鉄浴式溶解炉に酸素含有ガスを吹き込み、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄となす溶解工程。
(1)前記移動炉床式還元炉の炉床上に床敷炭材を装入する床敷装入手段
(2)前記床敷炭材の上に粉状酸化鉄源と粉状炭素質還元剤とを含む炭材内装塊成化物を載置する原料装入手段
(3)前記移動炉床式還元炉内で前記炉床を移動させる間に、前記炭材内装塊成化物を加熱還元して固体還元鉄となすとともに、前記床敷炭材を加熱乾留してチャーとなす加熱手段
(4)前記固体還元鉄およびチャーを実質的に冷却することなく前記鉄浴式溶解炉に上方から装入する手段であって、少なくとも前記チャーの装入を、1〜10minごとの頻度で間欠的に行う溶解炉装入手段
(5)前記鉄浴式溶解炉に酸素含有ガスを吹き込み、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄となす酸素吹込み手段。
(1)前記移動炉床式還元炉の炉床上に床敷炭材を装入する床敷装入手段
(2)前記床敷炭材の上に粉状酸化鉄源と粉状炭素質還元剤とを含む炭材内装塊成化物を載置する原料装入手段
(3)前記移動炉床式還元炉内で前記炉床を移動させる間に、前記炭材内装塊成化物を加熱還元して固体還元鉄となすとともに、前記床敷炭材を加熱乾留してチャーとなす加熱手段
(4)前記移動炉床式還元炉から排出された前記固体還元鉄およびチャーを実質的に冷却することなく収容する還元鉄収容手段
(5)前記鉄浴式溶解炉の上方に設けられ、前記還元鉄収容手段から移送された前記固体還元鉄およびチャーをいったん保持する還元鉄保持手段であって、前記固体還元鉄およびチャーを1〜10minごとの頻度で間欠的に切り出して実質的に冷却することなく鉄浴式溶解炉に装入する間欠切出し手段を備えた還元鉄保持手段
(6)前記鉄浴式溶解炉に酸素含有ガスを吹き込み、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄となす酸素吹込み手段。
(1)前記移動炉床式還元炉の炉床上に床敷炭材を装入する床敷装入手段
(2)前記床敷炭材の上に粉状酸化鉄源と粉状炭素質還元剤とを含む炭材内装塊成化物を載置する原料装入手段
(3)前記移動炉床式還元炉内で前記炉床を移動させる間に、前記炭材内装塊成化物を加熱還元して固体還元鉄となすとともに、前記床敷炭材を加熱乾留してチャーとなす加熱手段
(4)前記移動炉床式還元炉から排出された前記固体還元鉄およびチャーをいったん保持する還元鉄保持手段であって、前記固体還元鉄およびチャーを1〜10minごとの頻度で間欠的に切り出して実質的に冷却することなく鉄浴式溶解炉に装入する間欠切出し手段を備えた還元鉄保持手段
(5)前記鉄浴式溶解炉に酸素含有ガスを吹き込み、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄となす酸素吹込み手段。
図1は、本発明の一実施形態を示す溶鉄製造プロセスのフロー図であり、本溶鉄製造プロセスは、移動炉床式還元炉としての回転炉床炉14と鉄浴式溶解炉16とが組み合わされて構成されている。
ついで、図2(a)に模式的に示すように、回転炉床炉14の炉床32上に床敷炭材Eとして例えば石炭を所定の厚みになるように装入し、この床敷炭材Eの上に炭材内装ペレットDを2層以下の厚さに載置する。
このようにして炉床32上に層状に載置された炭材内装ペレットDと床敷炭材Eを、1100〜1450℃、より好ましくは1250〜1450℃の雰囲気温度に加熱された回転炉床炉14内を6min以上、より好ましくは8min以上の滞留時間で通過させる。
このようにして得られた固体還元鉄FおよびチャーGは、例えば以下のような手段(溶解炉装入手段)を用いて、回転炉床炉14から取り出し、熱いまま(加熱・高温状態のまま)、言い換えると、実質的に冷却することなく鉄浴式溶解炉16に間欠的に装入する。
ここで、固体還元鉄FおよびチャーGを実質的に冷却することなく鉄浴式溶解炉16に装入する温度とは、ホッパ106から排出した固体還元鉄FおよびチャーGを鉄浴式溶解炉16に装入した際、炉内に熱的な負荷をかけることなく装入できる温度のことであり、その温度は500〜1100℃である。
鉄浴式溶解炉16に酸素含有ガスとしての酸素ガスJを、酸素吹込み手段としての複数本のランスで吹き込み、炭材(チャーG、追加炭材H)を燃焼させ、固体還元鉄Fを溶解してスラグLを分離することにより溶鉄Kが得られる。なお、鉄浴式溶解炉16は、傾動式でもよいし、固定式でもよい。
溶解炉排ガスMは、高濃度にCOおよびH2成分を含んでいるので、ガス冷却除塵装置24で冷却・除塵した後、その少なくとも一部を回転炉床炉14に送り、必要により外部燃料Nを追加して、回転炉床炉14の燃料ガスとして使用するのが望ましい。
上記実施形態では、固体還元鉄およびチャーを一緒に間欠的に鉄浴式溶解炉に装入する例を示したが、これらを回転炉床炉から取り出した後、熱いままスクリーン等で固体還元鉄とチャーとに分級し、別個に鉄浴式溶解炉に装入することもできる。この場合、固体還元鉄は、連続的でも間欠的でもよいが、チャーは間欠的に装入する。ただし、チャー単独で装入するよりも、上記実施形態1のように、固体還元鉄と一緒に装入するほうが単位時間あたりの固体質量流量が大きくなり、チャーの飛散がより確実に防止されるので、より好ましい。
まず、固体粒子(固体還元鉄およびチャー)装入時における酸素ガス吹込み量低下による効果を確認するため、図6(a)の構成からなる(邪魔板、案内手段を有しない)鉄浴式溶解炉を模擬した数式モデルを作成し、固体粒子の排ガス中への散逸量を予測するシミュレーション計算を実施した。
・鉄浴式溶解炉の寸法:内径2.0m(高さ方向で一定)、フリーボード高さ2.0m
・還元鉄装入口内径:0.4m
・排ガス排出口内径:0.8m
・固体粒子の見掛け密度:1.4g/cm3(下記注参照)
・固体粒子の粒度分布:図8(下記注参照)
・固体粒子装入量:300kg/h(連続装入時)
・酸素吹込み量:800Nm3/h(通常操業時=固体粒子を装入していない時)
・溶解炉排ガス量:1700Nm3/h
・溶解炉排ガス温度:1650℃
・ 溶湯表面からの単位断面あたりの発生ガス量は一定と仮定
(注)固体粒子の散逸率は、その見掛け密度と粒度分布によって変化するが、本シミュレーション計算では固体粒子の見掛け密度は1.4g/cm3、粒度分布は図8に示すものに設定した。
固体粒子を連続装入する場合について、酸素ガス吹込み量を、通常操業時の酸素ガス吹込み量を100%として、100%から33%まで順次減少させてシミュレーション計算を実施した。計算結果を図9に示す。同図より、固体粒子の散逸率は、酸素ガス吹込み量100%のときに41.7%であったのが、酸素ガス吹込み量を80%以下に減ずることにより30.3%以下に低下しており、10%以上改善されることが認められる。ここに、固体粒子の散逸率とは、鉄浴式溶解炉に装入した固体粒子の全質量に対する溶解炉排ガス中に散逸した固体粒子の質量の割合(%)で表した値である。
つぎに、回分式装入の影響はシミュレーション計算での確認は困難であったので、上記数式モデルに対応する鉄浴溶解炉の冷間模型を作成し、模型実験にて確認を行った。
16:鉄浴式溶解炉
32:炉床
102:還元鉄収容手段(コンテナ)
106:還元鉄保持手段(ホッパ)
108:間欠切出し手段(スライドゲートバルブ)
111:天井部
112:チャーの装入部(還元鉄装入口)
113:溶解炉からの排ガスの排出部(排ガス排出口)
114:邪魔板
115:案内手段
115’:案内板、115’’:案内ダクト
A:粉状酸化鉄源(粉状鉄鉱石)
B:粉状炭素質還元剤(粉状石炭)
D:炭材内装塊成化物(炭材内装ペレット)
E:床敷炭材
F:固体還元鉄
G:チャー
H:追加炭材
I:副原料
J:酸素含有ガス(酸素ガス)
K:溶鉄
M:溶解炉排ガス
Claims (12)
- 移動炉床式還元炉と鉄浴式溶解炉とを組み合わせて溶鉄を製造する方法であって、下記(1)〜(4)の工程を備えたことを特徴とする溶鉄製造方法。
(1)前記移動炉床式還元炉の炉床上に床敷炭材を装入し、この床敷炭材の上に粉状酸化鉄源と粉状炭素質還元剤とを含む炭材内装塊成化物を載置する還元炉装入工程
(2)前記移動炉床式還元炉内で前記炉床を移動させて前記炭材内装塊成化物を加熱還元して固体還元鉄となすとともに、前記床敷炭材を加熱乾留してチャーとなす還元工程
(3)前記固体還元鉄およびチャーを実質的に冷却することなく前記鉄浴式溶解炉にその上方から装入する工程であって、少なくとも前記チャーの装入を、1〜10minごとの頻度で間欠的に行う溶解炉装入工程
(4)前記鉄浴式溶解炉に酸素含有ガスを吹き込み、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄となす溶解工程。 - 前記(3)の工程において、前記チャーを前記固体還元鉄および/または副原料その他の装入物と一緒に前記鉄浴式溶解炉に装入する、請求項1に記載の溶鉄製造方法。
- 移動炉床式還元炉と鉄浴式溶解炉とを組み合わせて溶鉄を製造する方法であって、下記(1)〜(4)の工程を備えたことを特徴とする溶鉄製造方法。
(1)前記移動炉床式還元炉の炉床上に床敷炭材を装入し、この床敷炭材の上に粉状酸化鉄源と粉状炭素質還元剤とを含む炭材内装塊成化物を載置する還元炉装入工程
(2)前記移動炉床式還元炉内で前記炉床を移動させて前記炭材内装塊成化物を加熱還元して固体還元鉄となすとともに、前記床敷炭材を加熱乾留してチャーとなす還元工程
(3)前記チャーおよび固体還元鉄を、前記移動炉床式還元炉から排出してコンテナに収容し、ついでこのコンテナから前記鉄浴式溶解炉の上方に設けられたホッパに移送していったん保持したのち、このホッパから1〜10minごとの頻度で間欠的に切り出して実質的に冷却することなく前記鉄浴式溶解炉に装入する溶解炉装入工程
(4)前記鉄浴式溶解炉に酸素含有ガスを吹き込み、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄となす溶解工程。 - 移動炉床式還元炉と鉄浴式溶解炉とを組み合わせて溶鉄を製造する方法であって、下記(1)〜(4)の工程を備えたことを特徴とする溶鉄製造方法。
(1)前記移動炉床式還元炉の炉床上に床敷炭材を装入し、この床敷炭材の上に粉状酸化鉄源と粉状炭素質還元剤とを含む炭材内装塊成化物を載置する還元炉装入工程
(2)前記移動炉床式還元炉内で前記炉床を移動させて前記炭材内装塊成化物を加熱還元して固体還元鉄となすとともに、前記床敷炭材を加熱乾留してチャーとなす還元工程
(3)前記チャーおよび固体還元鉄を、前記移動炉床式還元炉から排出していったんホッパに保持し、ついでこのホッパから1〜10minごとの頻度で間欠的に切り出して実質的に冷却することなく前記鉄浴式溶解炉に装入する溶解炉装入工程
(4)前記鉄浴式溶解炉に酸素含有ガスを吹き込み、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄となす溶解工程。 - 前記(3)の工程において、前記チャーの装入時に、前記鉄浴式溶解炉への酸素含有ガスの吹き込み量を減少させる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の溶鉄製造方法。
- 前記チャー装入時における酸素含有ガスの吹き込み量を、前記チャーを装入していない時における酸素含有ガスの吹き込み量の80%以下とする、請求項5に記載の溶鉄製造方法。
- 前記酸素含有ガスを吹き込むランスを複数本備え、その一部のランスからの吹込み量を減少する、または吹き込みを停止する、請求項5または6に記載の溶鉄製造方法。
- 移動炉床式還元炉と鉄浴式溶解炉とを組み合わせてなる溶鉄製造装置であって、下記(1)〜(5)の手段を備えたことを特徴とする溶鉄製造装置。
(1)前記移動炉床式還元炉の炉床上に床敷炭材を装入する床敷装入手段
(2)前記床敷炭材の上に粉状酸化鉄源と粉状炭素質還元剤とを含む炭材内装塊成化物を載置する原料装入手段
(3)前記移動炉床式還元炉内で前記炉床を移動させる間に、前記炭材内装塊成化物を加熱還元して固体還元鉄となすとともに、前記床敷炭材を加熱乾留してチャーとなす加熱手段
(4)前記固体還元鉄およびチャーを実質的に冷却することなく前記鉄浴式溶解炉に上方から装入する手段であって、少なくとも前記チャーの装入を、1〜10minごとの頻度で間欠的に行う溶解炉装入手段
(5)前記鉄浴式溶解炉に酸素含有ガスを吹き込み、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄となす酸素吹込み手段。 - 移動炉床式還元炉と鉄浴式溶解炉とを組み合わせてなる溶鉄製造装置であって、下記(1)〜(6)の手段を備えたことを特徴とする溶鉄製造装置。
(1)前記移動炉床式還元炉の炉床上に床敷炭材を装入する床敷装入手段
(2)前記床敷炭材の上に粉状酸化鉄源と粉状炭素質還元剤とを含む炭材内装塊成化物を載置する原料装入手段
(3)前記移動炉床式還元炉内で前記炉床を移動させる間に、前記炭材内装塊成化物を加熱還元して固体還元鉄となすとともに、前記床敷炭材を加熱乾留してチャーとなす加熱手段
(4)前記移動炉床式還元炉から排出された前記固体還元鉄およびチャーを実質的に冷却することなく収容する還元鉄収容手段
(5)前記鉄浴式溶解炉の上方に設けられ、前記還元鉄収容手段から移送された前記固体還元鉄およびチャーをいったん保持する還元鉄保持手段であって、前記固体還元鉄およびチャーを1〜10minごとの頻度で間欠的に切り出して実質的に冷却することなく鉄浴式溶解炉に装入する間欠切出し手段を備えた還元鉄保持手段
(6)前記鉄浴式溶解炉に酸素含有ガスを吹き込み、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄となす酸素吹込み手段。 - 移動炉床式還元炉と鉄浴式溶解炉とを組み合わせてなる溶鉄製造装置であって、下記(1)〜(5)の手段を備えたことを特徴とする溶鉄製造装置。
(1)前記移動炉床式還元炉の炉床上に床敷炭材を装入する床敷装入手段
(2)前記床敷炭材の上に粉状酸化鉄源と粉状炭素質還元剤とを含む炭材内装塊成化物を載置する原料装入手段
(3)前記移動炉床式還元炉内で前記炉床を移動させる間に、前記炭材内装塊成化物を加熱還元して固体還元鉄となすとともに、前記床敷炭材を加熱乾留してチャーとなす加熱手段
(4)前記移動炉床式還元炉から排出された前記固体還元鉄およびチャーをいったん保持する還元鉄保持手段であって、前記固体還元鉄およびチャーを1〜10minごとの頻度で間欠的に切り出して実質的に冷却することなく鉄浴式溶解炉に装入する間欠切出し手段を備えた還元鉄保持手段
(5)前記鉄浴式溶解炉に酸素含有ガスを吹き込み、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄となす酸素吹込み手段。 - 前記鉄浴式溶解炉の天井部であって、前記チャーの装入部と前記鉄浴式溶解炉からの排ガスの排出部との間に、前記チャーの排ガス中への散逸を抑制する邪魔板を備えた、請求項8〜10のいずれか1項に記載の溶鉄製造装置。
- 前記チャーの装入部に、前記チャーを前記鉄浴式溶解炉内の溶湯表面に案内する案内手段を備えた、請求項8〜11のいずれか1項に記載の溶鉄製造装置。
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