JPH01195226A - 溶融還元方法 - Google Patents

溶融還元方法

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JPH01195226A
JPH01195226A JP63020168A JP2016888A JPH01195226A JP H01195226 A JPH01195226 A JP H01195226A JP 63020168 A JP63020168 A JP 63020168A JP 2016888 A JP2016888 A JP 2016888A JP H01195226 A JPH01195226 A JP H01195226A
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oxygen
smelting reduction
gas
slag
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Akihide Hikosaka
彦坂　明秀
Takeshi Mimura
毅 三村
Tomio Suzuki
富雄 鈴木
Takeo Yoshigae
吉ケ江　武男
Shuzo Ito
修三 伊東
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    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、鉄鉱石や予備還元鉄等の酸化鉄原料を、炭素
買物質、造滓剤および酸素含有ガスとともに溶融還元炉
に供給して溶融、還元することにより酸化鉄原料から溶
鉄を製造する方法に関し、詳細には、造滓剤の使用量、
従ってスラグ量の生成量を大幅に低減し、溶融還元炉の
操業負荷を著しく軽減させることを可能にした溶融還元
方法に関するものである。
［従来の技術］ 高炉性以外の銑鉄製造技術として、いわゆる溶融還元製
鉄法が脚光を浴びつつあり、これまでＣ０ＲＥＸ法、Ｘ
Ｒ法、ＳＣ法、Ｃ０ＩＮ法等、多くのプロセスが開発さ
れてきた。
溶融還元製鉄法の一般的プロセスは、溶融還元炉で発生
したＣＯ主体の高温ガスを熱源および還元剤として予備
還元炉に供給し鉄鉱石の一部または必要によりその大部
分を還元して予備還元鉄を製造する一方、溶融還元炉に
は炭素質物質および酸素含有ガスを吹き込んで熱源およ
び還元ガスの供給を行ないつつ、前記予備還元炉から導
入されてくる予備還元鉄の溶融並びに最終還元を実施し
て銑鉄を製造するものである。
この様な溶融還元製鉄法の公知技術としては、例えば、
（１）予備還元炉で得られた予備還元鉄を溶融還元炉へ
装入し、該溶融還元炉に形成された鉄浴に石炭および酸
素を吹込み、発生ガスの一部を浴上で燃焼（ポストコン
パッション）させつつ鉄鉱石を溶融還元し、ここから導
出されるガスを改質して予備還元炉に導入する方法（特
開昭５９−２２２５０８号）、（２）鉄鉱石を予熱し、
さらに予備還元炉で予備還元した後、炭素買物質、酸素
、造滓剤とともに溶融還元炉に吹込んでさらに一部を二
次燃焼させ、溶融還元炉にて生成した鉄浴を加熱すると
ともに同時に生成した還元ガスを熱回収並びに脱炭酸す
ることによって酸化度を調整し、予備還元炉に導入して
予備還元率を制御する方法（特開昭６０−１４５３０７
号）さらには上記２つの公知技術とは原理が若干具なる
が、（３）予備還元炉を有しない転炉（鉄浴式溶融還元
炉）内に鉄鉱石および炭素源から成る団鉱および生石灰
を加えつつ酸素吹錬を行なって銑鉄を得る方法（特公昭
５フ一４０８８３号）等を挙げることができる。
［発明が解決しようとする課題］ この様な溶融還元製鉄法殊に前記（１）。
（２）で示した溶融還元炉操業においては、炭素質物質
によって持ち込まれる大量の硫黄分の除去、スラグフォ
ーミングの抑制及び炉体耐火物の保護等を目的として石
灰石や生石灰等からなる造滓剤を多量に添加しなければ
ならない。即ちこれら造滓剤は脱硫剤並びにスラグフォ
ーミング防止の為の冷却剤として機能するものであるが
、このうち脱硫反応を進行させるという観点からすれば
スラグを塩基性に富んだものとすることが要求されるの
で、前記造滓剤は塩基度調整剤としての側面も重視され
る。
しかるに鉄鉱石等の酸化鉄原料中に含まれる３〜１５％
の脈石分、及び炭素質物質中に含まれる５〜１５％の灰
分は、銘柄によって若干相違するもののその殆んどが酸
性成分である珪石分で構成されており、塩基性成分は掻
く僅かである。その為、スラグは酸性側に偏る傾向にあ
り、こうした傾向を相殺して塩基性スラグを形成する為
には大量の塩基性造滓剤の投入が必要となり、その結果
スラグ量も増加して溶融還元炉操業に対する負荷を著し
く増大させる結果となっている。
第４図はある鉄浴式溶融還元炉における二次燃焼率と石
炭原単位、石灰原単位およびスラグ量の関係を示したグ
ラフであり、後工程の溶銑脱硫及び精錬における負荷軽
減を考慮して溶銑中［３１濃度を０．１５％に保持し得
るように塩基度調整を行った場合の値である。同図から
明らかなように、二次燃焼率の増加と共に石炭原単位は
低下し、これに伴ってインプットＳおよび灰分も減少す
るので石灰原、単位及びスラグ量も低下する。しかし同
図の＊印に見られる如く還元鉄の金属化率７０％、二次
燃焼率２５％という溶融還元炉操業としては比較的負荷
の低い条件下においてもスラグ量は２００　ｋｇ／Ｔに
も達しており、通常の転炉操業に比較して著しく高いス
ラグ量となっている。
さらに溶融還元炉−予備還元炉直結プロセス（以下ワン
スループロセスという）になると、操業バランス点にお
けるスラグ量は、例えば第６図に見られる如＜　３００
　ｋｇ／Ｔ以上となり、溶融還元炉耐火物原単位の増大
、鉄歩留の低下、フリーボード確保のための炉容積の増
大等の解決課題を負わなければならない。
また、上述した溶融還元炉の多くの例では、大量の石炭
粉を鉄浴中にインジェクションしているが、底吹き羽口
、配管、羽口周辺耐火物等、底吹き関連設備のメンテナ
ンス負荷も極めて大きいものとなっている。
本発明はこうした事情に着目してなされたものであって
、溶融還元炉操業における造滓剤原単位並びにスラグ生
成量を大幅に低減し、溶融還元炉に対する操業負荷を著
しく軽減することのできる様な溶融還元方法を提供する
ことを目的とするものである。
［課題を解決するための手段］ しかして上記目的を達成した本発明方法は、酸化鉄原料
、炭素質物質、造滓剤及び酸素含有ガスを溶融還元炉に
導入して上記酸化鉄原料を溶融還元する方法において、
炭素質物質の一部または全部を理論空気比０．４〜０．
９に相当する酸素を含む酸素含有ガスによって一次燃焼
させて得られる還光性ガスを溶融還元炉内に導入し、溶
融還元炉内に別途導入されている酸素含有ガスによって
二次燃焼させつつ溶融還元を行なう点に要旨を有するも
のである。
［作用］ 第１図は本発明方法を実施する為の装置の一例を示す概
略説明図であり、予燃焼器１には炭素質物質吹込口２．
酸素やスチームの吹込口３等を設けてあり、予燃焼器１
の下部には灰分等捕集用ポット４が設けられている。モ
して予燃焼器１は高温ガス吹込口６を介して溶融還元炉
５と接続され、溶融還元炉５には二次燃焼用酸素吹込ロ
ア。
酸化鉄原料投入口８．ガス排出口９の他、必要により炭
素買物質を補給する為の吹込口１０等が設けられている
。
上記装置を用いて本発明方法を実施するに当たっては、
溶融還元炉内での燃焼に先立って炭素質物質を酸素含有
ガスおよび水蒸気と共に夫々吹込口２．３から予燃焼器
１へ導入し、酸素含有ガスの吹込みに伴う旋回力を利用
して旋回させつつ一次燃焼させる。炭素質物質中の灰分
等の殆んどは前記旋回力即ち遠心力によって予燃焼器内
壁側へ分離され、内壁を伝わって下部のボット４内に捕
集される。
本発明においては、このときの酸素含有ガス導入量を、
予燃焼器１内の燃焼条件が理論空気比の０．４〜０．９
となる様に制御する必要がある。即ち第２図は予燃焼器
における理論空気比と脱灰率および燃焼率の関係を示す
グラフであり、これによると予燃焼器出口（高温ガス吹
込口６）で測定した燃焼率は、理論空気比０．４以上で
十分な値が得られ理論空気比的１．２で最高値（燃焼率
９５％）に到達し、理論空気比が１．５を超えると急激
に減少する。一方脱灰率は理論空気比０．７以下で約９
５％の値が得られるが、これを超えると減少傾向となり
理論空気比０．９以上では大きく低下する。
これは、理論空気比を増大させると予燃焼器内部の空塔
速度が増加し、粒子の滞留時間が減少するため、質量の
小さい粒子が予燃焼器内で捕集されずに予燃焼器から排
出される為である。
上記理由から本発明では一次燃焼における理論空気比を
０．４〜０．９に限定しているが、これを更に要約する
と、理論空気比０．４未満では燃焼率が急激に低下し、
未燃焼炭素が大幅に増加して炭素源のロスが大きくなる
。一方理論空気比が０．９を超えると、脱灰率が急激に
低下する結果、溶融還元炉内に持込まれる灰分等が多く
なって造滓剤使用量並びにスラグ生成量が増大するとい
う不都合が生じると共に、予燃焼器内で燃焼がほぼ完了
してしまう為に溶融還元炉内での二次燃焼が僅かとなり
、溶湯に対する着熱効率が低下することになる。つまり
本発明における二次燃焼の役割は還元性ガスや未燃焼炭
素分を更に燃焼させて溶鉄浴面上で高熱を発生させるも
のである。従って二次燃焼用の酸素含有ガスは第１図の
吹込ロアから供給する場合に限らず他の部分から吹込む
ことも可能である。
この様にして予燃焼器１からは脱灰されたクリーンな高
温還元性ガスが得られるので、これを高温ガス吹込口８
を経由して溶融還元炉６内へ吹込むと、溶融還元炉内へ
持ち込まれる珪石分は酸化鉄原料の脈石分に由来するも
のだけとなり大幅に減少する。かくして塩基度調整ひい
ては脱硫処理に要する造滓剤原単位が減少し、且つスラ
グ生成量も減少して操業負荷を低減することができる。
本発明の基本構成は上記の通りであるが、本発明を実施
するに当たっては処理条件を下記の如く調整することに
よって脱硫率をさらに改善することができ、造滓剤原単
位等を低減することができる。即ち第３図はＣａ　／　
Ｓ比（造滓剤中のＣａと炭素質物質中のＳのモル比）と
脱硫率の関係を示すグラフであり、図より明らかなよう
にＣａ　／　Ｓ比が１以上においてはおよそ８５％以上
の高い脱硫率を得ることができる。従って予燃焼器へ炭
素質物質と一緒に石灰石や生石灰等の造滓剤（Ｃａ含有
成分）を適宜導入して一次燃焼を行なわせてやれば、硫
黄分も予燃焼器内で除去することができる。このとき造
滓剤の導入量はＣａ　／　Ｓ比が１〜３となる様に制御
することが望ましく、Ｃａ　／　Ｓ比が１未満になると
脱硫率は急激に低下する。またＣ　ａ　／　Ｓ比が３を
超えても脱硫率改善効果は飽和し、造滓剤原単位だけが
増加して不経済となる。
本発明方法において製造される溶銑のＣ濃度は、次の理
由、即ちスラグ中ＦｅＯ濃度を低下させ鉄歩留の向上を
図ると共にスラグフォーミングを抑制して操業の安定化
並びに高二次燃焼率を得、しかも耐火物保護の観点から
比較的低い操業温度を指向する等の理由により２％以上
が望ましく、一方過度のＣ濃度はＣの溶解速度を減少さ
せるので５％以下に制御するのが望まれる。
以上の通り本発明方法によると造滓剤原単位を低減する
と共にスラグ生成量を減少させることができるが、ここ
で溶融還元炉から排出されたガスについては、冷却若し
くは冷却と同時に改質を加えることによって７５０〜１
０００℃の範囲を満足する所定温度に調整してから予備
還元炉に導入される。一方予備還元炉では石炭原単位の
増大を余儀なくされている。従フて予備還元炉を省略し
た直接溶融還元炉においては、なお−層本発明の効果を
発揮させることが可能となる。
尚本発明においては第１図に示した吹込口１０からの炭
素質物質及び酸素含有ガスの導入は任意であり、全ての
炭素質物質を予備燃焼器１経由で導入しても良いが溶融
還元炉５内での還元負荷（予備還元率如何）等によって
は吹込口１０を利用する従来の溶融技術を平行的に実施
しても良い。
［実施例］ 本発明の実施例を以下に図面を参照しながら説明する。
本実施例にて使用した石炭および鉄鉱石の組成は第１表
及び第２表に示した通りである。
また実施例および比較例フローシート内の各主要地点に
おけるガス組成およびガス温度を第３表に第１表 （％） 第２表 （％） ”％ ）大王＃！Ｌ −シ′ 第　　３　　表　　　℃ 注）ＳＲＶ：ｔ８融還元炉、　ＤＲＦ：予備通元炉実施
例１ 第５図は本発明方法をワンスル一方式の溶融還元装置に
適用した場合のフローシートを示す。予燃焼器には還元
性ガスを溶融還元炉（ＳＲＶ）に導入する際の温度調整
のための水蒸気（１５２Ｎｍ’／Ｔ）を含めて、石炭（
９４２ｋｇ／Ｔ）　、酸素（５３８Ｎｍ３／Ｔ　）およ
び石灰石（３１ｋｇ／Ｔ）が吹き込まれ、１４２２℃の
還元性ガス（１９９６Ｎｍ３）が得られる。溶融還元炉
には該還元性ガスとともに、浸炭用および予備還元鉄の
最終還元用の石炭（２３４ｋｇ／Ｔ）が吹き込まれ、さ
らに二次燃焼用酸素（２６２Ｎｍ’／Ｔ）と石灰（１０
２ｋｇ／Ｔ）が装入されて銑鉄が製造される。その時の
スラグ量は１９２　ｋｇ／Ｔである。溶融還元炉排ガス
は冷却後、予備還元炉に導かれ、該排ガスで一部還元さ
れた還元鉄（ｆｍｉ、２０．１３４ｋｇ／Ｔ）は溶融還
元炉に装入される。
第６図は比較例のフローシートを示す、溶融還元炉には
石炭（１，０３８ｋｇ／Ｔ）、石灰（１８５ｋｇ／Ｔ）
、酸素（４７８Ｎｍ３／Ｔ）および二次燃焼用酸素（２
４２８ｍ３／Ｔ）が吹き込まれ、１トンの銑鉄が製造さ
れる。この時のスラグ量は３３５　ｋｇ／Ｔにものぼる
。溶融還元炉排ガスは実施例１と同様、冷却後予備還元
炉に導かれ、該還元ガスで一部還元された還元鉄は溶融
還元炉に装入される。
本実施例における石灰原単位、およびスラグ量の低減効
果はそれぞれ７３ｋｇ／Ｔ、　１４３　ｋｇ／Ｔである
。′また溶融還元炉の溶湯中に吹き込む石灰量は比較例
の約１７５と大幅に低減され、吹込の負荷は軽減される
。なお本実施例においては比較例に比べて石炭原単位が
若干増加しているが、これは予燃焼器に水蒸気を添加し
ているため水素の潜熱として系外に持ち出される余剰エ
ネルギーが増加したからであり、系内における純使用エ
ネルギーは、当然のことながら減少したスラグ顕熱分だ
け減少している。
実施例２ 第７図は本発明方法をワンスルー・リフオーマ一方式の
溶融還元装置に適用した場合のフローシートを示す、予
燃焼器には石炭（５７７ｋｇ／Ｔ）、酸素（３２９Ｎｇ
＋’／Ｔ）、石灰石（１９ｋｇ／Ｔ）および水蒸気（１
９３Ｎｍ３／Ｔ）が吹き込まれ、１４２２℃の還元性ガ
ス（１２２３Ｎｎ＋’）となって溶融還元炉に導かれる
。溶融還元炉には該還元性ガスとともに、浸炭用および
予備還元鉄の最終還元用石炭（１２７ｋｇ／Ｔ）が吹き
込まれ、さらに二次燃焼用酸素（１５５Ｎｍ’／Ｔ）、
石炭Ｃ４９ｋｇ／Ｔ）が装入されて銑鉄が製造される。
その時のスラグ量は１１８　ｋｇ／Ｔである０本実施例
では、溶融還元炉を出た排ガスはリフオーマ−において
メタン（１２２Ｎｍ’／Ｔ）で冷却及び改質された後（
還元性ガスの酸化度：　０．２４２−０．１２２）、予
備還元炉（ＤＲＦ）に導かれ、該排ガスで一部還元され
た還元鉄（ｆｍ＝０．６２．１１８４　ｋｇ／Ｔ）が溶
融還元炉に装入される。第８図は第７図例に対する比較
例のフローシートを示すが、本ケースでの石灰原単位お
よびスラグ量の低減効果はそれぞれ７１ｋｇ／Ｔ。
１１１　ｋｇ／Ｔである。
実施例３ 第９図は酸素源として純酸素の代りに予熱空気（Ｈ，Ａ
、Ｂ、）を使用したワンスルー・リフオーマ一方式の溶
融還元装置に本発明方法を適用した場合のフローシート
を示す。予燃焼器には石炭（４５５ｋｇ／Ｔ）　、１２
００℃の予熱空気（１，２４２Ｎｏ＋’／Ｔ）、石灰石
（１５ｋｇ／Ｔ）および水蒸気（３５Ｎｍ’／Ｔ）が吹
き込まれ、１４１０℃の還元性ガス（１，８８８Ｎｍ’
）となって溶融還元炉に導かれる。溶融還元炉には該還
元性ガスとともに、浸炭用および予備還元鉄の最終還元
用石炭（１１４ｋｇ／Ｔ）が吹き込まれ、さらに二次燃
焼用予熱空気（９８４Ｎｍ３／Ｔ）、石灰（３８ｋｇ／
Ｔ）が装入されて銑鉄が製造される。その時のスラグ量
はｉｏ２ｋｇ／Ｔである０本実施例では、溶融還元炉を
出た排ガスはリフオーマ−においてメタン（２１１Ｎｍ
”／Ｔ）で冷却及び改質された後（還元性ガスの酸化度
：　０．４８０−０．１７８）、予備還元炉に導かれ、
該排ガスで一部還元された還元鉄（ｆ＋ａ・０．３７．
１，２６０ｋｇ／Ｔ）は溶融還元炉に装入される。また
予備還元炉を出た排ガス（３，４８４Ｎｍ３／Ｔ）の一
部（９５４Ｎｍ”／Ｔ）は高炉供給用ホットストーブに
送られ、予熱空気の製造に使用される。本実施例の場合
、予熱空気の使用により、二次燃焼後の溶融還元炉排ガ
ス温度の過度の昇温を防止することができると共に、予
備還元炉から排出される余剰ガスを予熱空気製造に使用
して自己間欠型プロセスを構築することができる。
［発明の効果］ 本発明は叙上の如く構成されているので下記に示すよう
な優れた効果を得ることができる。
（１）予燃焼器において炭素質物質中に含有される灰分
の大部分が除去されるため、溶融還元炉に装入される石
灰原単位およびスラグ量を大幅に低減することが可能で
あり、溶融還元炉の操業負荷ならびにスラグ処理の問題
は著しく低減される。
（２）鉄浴中に吹き込む炭素質物質は加炭および予備還
元鉄の最終還元用としての掻く僅かの量となり、従来法
に於ける様な大量の炭素質物質吹込みの必要がない。そ
の結果底吹き関連設備のメンテナンス負荷が大幅に軽減
される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明方法を実施する為の溶融還元炉の一例
を示す概略説明図、第２図は予燃焼空気比と脱灰率およ
び燃焼率の関係を示すグラフ、第３図はＣａ　／　Ｓ比
と脱Ｓ率の関係を示すグラフ、第４図は鉄浴式溶融還元
炉における二次燃焼率と石炭原単位、石灰原単位、およ
びスラグ量の関係を示すグラフ、第５．７図は実施例を
示すフロー図、第６．８図は比較例を示すフロー図、第
９図は酸素源として純酸素の代りに予熱空気を使用した
実施例を示すフロー図である。 １・・・予燃焼器　　　　２・・・炭素質物質吹込口３
・・・酸素及びスチーム吹込口 ４・・・捕集用ボット　　５・・・溶融還元炉６・・・
高温ガス吹込口 ア・・・二次燃焼用酸素吹込口 ８・・・酸化鉄原料投入口 ９・・・ガス排出口　　　１０・・・炭素質物質補給用
吹込口 第２図 ０．２　　　　　０．６　　　　　１．０　　　　　１
．４吾′ｆＲＸ兵に 第３図 Ｃａ／Ｓ □□□−−−−−］ ＋石炭＋ｂ−η） 昏石仄（ｆｒ１′・期 、１Ｉｌ−５ｌζｇ　　（１ｍ−７０１十石欠（ｈ＊　
４０） ０石人（ＩＩＩＴＩｌ１４０） ”　Ｇｌａ９　　ｆｆｍ−４０１ 第６図 ＣａＯ：　１８５ｋｇ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 　酸化鉄原料、炭素質物質、造滓剤及び酸素含有ガスを
    溶融還元炉に導入して上記酸化鉄原料を溶融還元する方
    法において、炭素質物質の一部または全部を理論空気比
    ０．４〜０．９に相当する酸素を含む酸素含有ガスによ
    って一次燃焼させて得られる還元性ガスを、溶融還元炉
    内に導入し、溶融還元炉内に別途導入されている酸素含
    有ガスによって二次燃焼させつつ溶融還元を行なうこと
    を特徴とする溶融還元方法。
JP63020168A 1988-01-29 1988-01-29 溶融還元方法 Pending JPH01195226A (ja)

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