JPH0483815A - 石炭を使用した溶融還元製鉄法 - Google Patents

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］ 本発明は鉄鉱石あるいはその予備還元物から溶融還元に
よって溶融鉄合金を製造するに際して、炭材として最も
安価に人手可能な一般炭を効率的に使用するための方法
に関する。

［従来の技術］ 大量製鉄法としては現在、高炉法が用いられている。高
炉法は生産性、熱効率などの点で優れたプロセスである
が、問題は、鉱石については焼結のような塊成化工程が
必要なこと、また石炭についてはコークス化の工程が必
要で、かつ強度の大きいコークスを製造するために、原
料炭と呼ばれる特定の石炭を使用する必要があることで
ある。

溶融還元法はこのような現行高炉法の問題点を解決する
ために開発されている新プロセスである。

現在、溶融還元法の一つとして研究開発が進行中の、ガ
スを上底吹きできる冶金炉を使用して多量スラグの存在
を活用する方法において、すでにいくつかの問題点は解
決されてきたが、石炭に関する問題がまた残されていた
。

すなわち、高炉法の石炭の問題を解決するために、安価
な一般炭を使用してコークス化工程を必要としないプロ
セスを開発することが望まれているが、これまでは溶融
還元法でも次のような理由でその問題の解決が困難であ
った。

まず、石炭をふるい分けて塊のもの（例えば約１０ｍｍ
以上）を選びたし、溶融還元炉に上方から投入すると、
急速加熱によって揮発分が急激に気化するために熱割れ
し、平均粒径が３ｍｍ程度のものになる。その結果、次
の２つの問題を生じる。

■　炭材の飛散率が１０％あるいはそれ以上となる。

■　炭材かスラグに巻き込まれにくくなり、メタル浴へ
の加炭が遅れて、操業か不安定になる。

一方、粉石炭を上から添加する方法では飛散率が３０％
近い値となること、粉石炭をメタルに吹き込む方法では
、吹き込みに伴うメタルの攪拌が強くなりすきで鉄系ダ
ストの発生量か増えること、粉石炭に粘結材を添加して
成型（例えばブリケット化）したものを使用する方法で
は、炉内で急速加熱されると粘結材かガス発生材となっ
て細かく壊れてしまうことなどの問題があることがわか
ってきた。

以上のように、従来の方法では石炭の粉化か避けられな
い問題として残り、その結果、安定した溶融還元操業を
行うことができなかった。

さらに、溶融還元炉に投入される炭材の固定炭素含有量
に対して揮発分含有量が高すぎる場合には、溶融還元工
程の酸素原単位を高めるという問題がある。すなわち、
固定炭素分は酸化物の還元と加炭に必要であるか、熔融
還元炉内では燃焼・発熱にしか用いることができない揮
発分の含有量が固定炭素分に比べて多すきると、２次燃
焼率が高すきてｒ熱余り（還元反応への必要量に比べて
相対的に）ｊの状態になり、それを調整するために２次
燃焼率を低下させる結果、単位発熱量当りの酸素ガス量
がふえる。

酸素ガス量は耐火物損耗、ダスト発生、生産性など経済
性に関係する因子に大きな影響を与える。このように、
揮発分の高い一般炭を使用した場合には、通常の操業に
おいて溶融還元の経済性を大きく阻害するという問題が
生じる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、粉を伴う一般炭を原料として用いた場合の２
つの問題、すなわち溶融還元炉内で急速加熱された時の
粉化の問題、および溶融還元炉内での炭材の揮発分と固
定炭素分の含有量を適正状態に調整するという課題を、
溶融還元炉に投入する前の石炭処理の最適化を図ること
によって解決しようとするものである。

［課題を解決するための手段コ ガスを上底吹きできる冶金炉で、鉄酸化物を含む原料お
よび炭材を添加しながら酸素ガスを供給し、酸化鉄の溶
融、還元を行って溶融鉄合金を製造する工程において、
溶融還元を行う上記冶金炉に投入する前の粉を伴う石炭
に対して３ｍｍ以上のふるいてふるい分ける第１工程、
そのふるい下を１ｍｍ以下に粉砕して圧縮成型する第２
工程、ふるい上を鉱石とともに６００℃以上に加熱する
第３工程を実施し、そのあと第２工程および第３工程で
得られた炭材および処理鉱石をともに上記冶金炉に装入
して溶融還元する第４工程を行うことか本発明の特徴で
ある。

［作　　　用］ 第１図は本発明の方法のプロセスフローを示す。

以下第１図に基づいて、本発明を作用とともに具体的に
詳しく説明する。

石炭は、入荷状態の粉塊混合で水分を含んだものを１２
０℃以上に加熱して、付着水が３％以下となるまで乾燥
する。これは、第１図の第１工程で粉のふるい分けを行
うために必要であり、また、第３工程の塊成化にも有効
な前処理である。乾燥の熱源としては、溶融還元工程内
の発生排ガス顕熱を用いることか出来る。

本発明第１工程のふるい分けの目的は、■　入荷した状
態の石炭を、以後の工程で塊成化しないと最終的に溶融
還元炉に投入した時に飛散の恐れがある少なくとも粒度
３ｎ＋ｍ以下のもの（ふるい下）を分離すること、およ
び、 ■　溶融還元炉に投入する前に加熱処理を行ってＶＭ（
揮発分）含有量を低減するものと加熱処理を行わないで
溶融還元炉に入れるものの比率を調整し、溶融還元炉に
入れる時点での炭材の平均ＶＭ含有量を２０％以下にす
ること、 の２つにある。

溶融還元炉に装入する炭材の平均ＶＭ含有量と、指数化
した鉄１を製造するのに要する酸素原単位の関係を第２
図に示す。この第２図の関係から上述したように溶融還
元炉に装入する炭材の平均ＶＭ含有量は２０％以下にす
ることが望ましいことがわかる。

従って、上記の２条件を満足するように使用する石炭の
状況に応してふるいのふるい目を選択するが、通常は３
〜７ｍｍ範囲内にある。

次に、第２工程においては、石炭のふるい部分の塊成化
がなされる。塊成化の方法としては種々のものがあるが
、本発明では、溶融還元炉で急速加熱された時に割れ発
生原因となるようなガス発生を引き起こす粘結材を用い
ないことが重要である。そのために、本発明においては
、ロールによる圧縮成型が行われる。

成型に先立って、石炭を再粉砕する。ロール圧縮成型に
よって必要な強度を得るためには、石炭の粒度をｌＩｎ
Ｉｎ以下にしておくことが必要である。また、水分を３
％以下にしておくことも必要である。

なお、この成型時に、溶融還元炉で発生するダストの一
部を石炭に配合することかできる。

第３図はロール成型物の厚みと急速加熱時の１　ｍｍ以
下の粉発生率の関係を示す。厚みか２〜８ｍｍの時、最
も粉発生率を小さくてきることかわかる。

こうしてロール成型したものは適当なサイズに割って溶
融還元炉に装入される。

本発明において、このロール成型物を溶融還元炉の外で
加熱しない理由は、粘結材を添加していないこと、並び
にロール成型物を割ったものの端の部分が比較的強度が
低いので、加熱とその後のハンドリング時に粉化が進む
ため、結局、溶融還元炉投入時点での粉発生率を高める
ことになるからである。

一方、第３工程では、第１工程のふるい上の部分が鉱石
とともに加熱処理される。すなわち、例えはロータリー
キルンのような炉において、鉱石を加熱して還元可能な
状態になった時点で、石炭のふるい上の部分を添加する
。加熱された石炭はＶＭ揮発分を発生し、そのＶＭが加
熱された鉱石と反応して鉱石の予備還元を行う。

第４図は鉱石加熱温度と、ＶＭの鉱石還元に対する利用
効率並びに塊石炭の粉発生率との関係を示す。この図よ
り、ＶＭを鉱石還元に有効利用するという観点から、温
度は６００　’Ｃ以上であることが望ましい。また、粉
化という観点から８００℃以下であることが望ましい。

なお、ふるい上の塊石炭は、溶融還元炉に直接投入され
る場合と異なり、この発明のように適度の加熱鉱石に添
加されることにより加熱速度が大幅に低下して熱割れを
防止することかできる。

以上のように第３工程では、鉱石と、ふるい上の石炭を
インプットして、溶融還元炉から排出されるガスの顕熱
、潜熱を利用し、石炭を熱割れしないように加熱してチ
ャー化するとともに、鉱石を予備還元する。これらはい
ずれも第４工程において溶融還元炉での酸素原単位およ
び炭材原単位を低下させるのに望ましい条件である。

第２工程で製造された炭材成型物、並びに上記の第３工
程で製造された、塊石炭からのチャーおよび予備還元鉱
石は、次の第４工程において溶融還元炉に装入される。

第４工程の適正操業条件は次の通りである。

本発明を実施するのに用いる冶金炉は、第５図に示すよ
うに、ガスを上底吹き可能な炉である。このような炉に
おいて、底から窒素などのガスを溶融物に吹き込んで攪
拌を行う。この攪拌によって溶融物の温度は均一に保た
れ、伝熱が促進されること、溶融スラグ３中の酸化鉄の
還元反応を促進できることなどの効果が得られ、末法の
実施において必須用件である。

しかし、底吹きガス量が多すぎると、メタル粒のスラグ
層３中への混入量が増え、ラスト１からの酸素ジェット
とこのメタル粒との直接接触による望ましくない現象、
すなわち、２次燃焼率 定義される］の低下、およびダスト発生量の増加が起こ
る。したがフて、適正なガス吹き込み量が存在し、それ
は炉内の熔融メタル１を当り５〜４５　Ｎ＋ｎ’／ｈの
範囲である。

溶融還元は酸素を上吹きしなから、酸化鉄を含む鉄原料
（鉄鉱石、その予備還元物など）と炭材を添加して行う
。炭材から発生したＧＯなどのガスは、この上吹き酸素
により燃焼して発熱し、炭材およびメタル粒内に溶存し
ている炭素によってスラグ内の酸化鉄還元反応が進行す
る。その結果、生成したメタルに炭素が溶は込こんで溶
融鉄合金か生成、メタル浴に沈降する。

ここで、溶融物の温度が高くなりすぎると耐火物の損耗
に悪影響を与えるので、吹酸速度、原料供給速度の関係
を適正に調整することによって、溶融物の温度をメタル
の融点よりも２０〜１５０℃高い温度の範囲に収めるよ
うにする。

炉内の溶融スラグ層３は、酸素ジェットとメタル浴５の
直接接触を遮断するものとして、本発明においては重要
である。このスラグ量が多いほと本ブムセスの操業には
有利になる。すなわち、酸素ガス供給速度を大きくする
ことができ、少なくとも、炉内に存在しているメタル１
ｔにつき、スラグか３５０Ｋｇ以上必要である。

ただし、操業中に炉内に存在しているスラグが多いとい
うことは、メタル１を当りに対して生成するスラグが多
くなることを意味しない。

何故ならば、生成メタルを炉外に排出する時に必要なス
ラグ量を炉内に残留させて、次のヒートの操業を行うこ
とにより、スラグ生成量をふやすことなく炉内スラグの
量を任意に調整可能だからである。

多量のスラグを所定の容積を有する反応容器内に収め、
炉外に流出させないためには、炭材６を共存させてスラ
グ層３内の細かい泡を合体させ、気泡４の逸散を促進す
る必要がある。そのだめに必要な炭材量はスラグ重量の
５〜５０ｗｊ％である。

なお、第２工程て粉石炭を成型したものは溶融還元炉に
投入されて急速加熱を受けても粉化しにくい。その理由
としては、石炭特有の異方性が、粉を成型したことによ
って軽減され、成型物中に存在する空隙かＶＭの気化に
よる歪みを吸収するからと推定される。

また、第３工程で得られたチャーは、すてにＶＭ含有量
が低くなりているので、溶融還元炉で急速加熱されても
、熱割れすることはない。

さらに、鉱石は、空間を散らばることなく溶融スラグ層
３にまで移行すれは、溶融スラグに濡れる性質があるの
で以後の飛散は起こらない。

このように、本発明の実施により、これまでの溶融還元
法の開発で問題とされていた石炭の割れ、飛散、および
それに起因する諸問題を石炭入荷時の塊および粉の状態
を生かして、最小の処理で解決できる。

施　　例］ 本発明の実施例を以下に述へる。

まず、表１に本発明の第１工程で使用する石炭の状況（
成分）およびその処理条件を示す。

この表１の処理条件に基づくふるい分けによって得られ
たふるい下を、次の第２工程では、１０］ｍ以下に粉砕
し、表２に示したような粒度となったことを確記したの
ち、さらに、同じく表２の圧縮成型処理条件でもってロ
ール成型した。一方、第３工程では、ロータリーキルン
を用い、第１工程で得られたふるい上を、表３に示した
状況（成分および粒度分布）の鉄鉱石とともに表３に示
したような処理条件にて加熱して、塊石灰からチャーを
得、鉄鉱石を予備還元した。

［実 こうして、第２工程で得られた炭材（ロール成型物）と
第３工程で得られた炭材（チャー）および予備還元鉱石
とを一緒にし、冶金炉へ装入して３４４工程を実施した
。このときの混合装入物の状況を表３に、また、装入を
完了したあとの冶金炉における溶融還元処理の操業条件
、操業成績、並びに得られた製品の状況（成分）を表４
に示す。

表４ なお、第５図は本発明の第４工程を実施するのに用いる
溶融還元炉設備の一例である。耐火物２を内張すした容
器において、底は溶融メタル中に窒素のような不活性ガ
スを吹き込んで攪拌するための底吹き羽ロアが設けられ
ている。

上吹きランス１は酸素ガスを炉内に供給するためのもの
である。一方、鉱石は炉層に設けた投入口８から炉内に
供給される。炉内には多量のスラグが存在しており、底
吹き攪拌されているメタル浴５を上吹きランス１の酸素
シェツトから遮断していることか必要である。必要スラ
グ量は３５０ｋｇ／ｌメタル以上で、炉を傾動して生成
したメタルとスラグを排出する際に一部のスラグを炉内
に残してメタル、スラグ量を調整する。

従って、表４に示された本実施例の操業成績より、炭材
の粉（１ｍｍ以下）発生率、耐火物の平均損耗速度とも
に低レベルであり、２次燃焼率も適正範囲内（一般に４
０〜５０％）にあることから、本発明は、溶融還元法に
一般炭を適用する上で、該石炭の粉化を抑制する非常に
有効な手段を提供することがわかる。

［発明の効果］ 本発明を実施することによって、安価に人手できる、粉
を伴った高ＶＭの一般炭を使用して溶融還元の操業を効
率的に行うことかでき、従って、経済性を大幅に改善で
きることから、工業的な効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のプロセスフローを示す図、第２図は
、溶融還元炉に装入する時点での炭材の平均ＶＭ含有量
が、本発明第４工程の溶融還元炉における酸素原単位に
及ぼす影響を示す図、第３図は、ロール圧縮成型物の厚
みと急速加熱時の粉発生率の関係を示す図、第４図は、
本発明第３工程における鉱石加熱温度と、石炭から発生
するＶＭの鉱石還元に対する利用効率の関係、及び塊石
炭の粉発生率の関係を示す図、第５図は、本発明の第４
工程を実施するのに用いる設備の一例を示す図である。 １・・・ランス ３・・・スラグ層 ５・・・メタルシン谷 ７・・・底吹き羽口 ２・・・耐火物 ４・・・気泡 ６・・・炭材 ８・・・投入口 他４名 第 図 ロール圧縮成型物の厚み（■） 第 図 市融還元炉に装入する炭材の平均ＶＭ含有量第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ガスを上底吹きできる冶金炉を用いて、鉄酸化物を
   含む原料および炭材を添加しながら酸素ガスを供給し、
   酸化鉄の溶融、還元を行って溶融鉄合金を製造する工程
   において、冶金炉に投入される炭材が、石炭を下記の第
   １工程から第３工程までによって処理したものであり、
   下記の第４工程に従って処理されることを特徴とする石
   炭を使用した溶融還元製鉄法。 第１工程：粉を伴う石炭を３ｍｍ以上のふるいでふるい
   分ける 第２工程：ふるい下を１ｍｍ以下に粉砕してから圧縮成
   型する 第３工程：ふるい上を鉱石とともに６００℃以上に加熱
   する 第４工程：第２工程および第３工程で得られた炭材およ
   び処理鉱石をともに前 記冶金炉に装入し、これを溶融還元する