JPH05239522A - 溶銑の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】鉄鉱石とスクラップを主な鉄源とし、筒型炉で
溶銑を製造する方法において、炉内のベッドコークス量
を調整して溶銑温度を制御する。 【構成】現チャージの溶銑製造用コークス量（＝反応消
費コークス＋溶銑浸炭コークス消費量）およびベッドコ
ークス消費量を操業中に算出し、上記両算出値の和を次
回以降の装入コークス量とすることにより溶銑温度を一
定に制御する。また、溶銑温度調整量に応じて、ベッド
コークス顕熱調整用コークスを算出し、上記次回以降の
装入コークス量に加算または減算して溶銑温度を設定温
度に制御する。 【効果】出銑、出滓作業の悪化、製造コストの上昇を未
然に防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、筒型炉を用い、スク
ラップと鉄鉱石とを主な鉄源として銑鉄を製造する方法
において、炉内ベッドコークス量を増減し、その顕熱増
減量に応じて溶銑温度を制御して、良好な炉況と出銑状
況を維持しながら経済的に溶銑を製造する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、銑鉄はその大部分が高炉によって
製造されている。高炉製銑法そのものは、永年にわたる
改良が積み重ねられて銑鉄の大量生産技術としては極め
て優れたものとなっている。しかし、高炉製銑法は、鉄
源としては焼結鉱を、燃料 (還元材) としては高品位の
コークスを使用するものであり、利用できる原燃料の制
約がある。また、近年の高炉は巨大化し、しかも一旦火
入れした後は停止、再起動が簡単にはできないため、鋼
材需要の変動に応じる柔軟性に乏しい。

【０００３】上記のような従来の高炉製銑法の問題点を
解消すべく、本出願人は製鋼用の転炉に類似する筒型炉
を使用し、鉱石とスクラップとを鉄源として用いる新し
い製銑方法を発明し、先に特許出願を行った (特開平１
−290711号) 。

【０００４】上記の銑鉄製造方法では図３に示すような
転炉型式の筒型炉１を用いる。この筒型炉１は、図示の
ように、炉上部に炉内ガスの排出と原料装入用の開口部
２、炉壁下部に支燃性ガスと必要に応じて燃料を吹き込
む一次羽口３、その上部炉壁に支燃性ガスを吹き込む二
次羽口４、炉底に溶銑とスラグ８を排出する出銑口５を
備えている。

【０００５】上記筒型炉１を用いて溶銑を製造するに
は、まず炉内下部にコークス充填層７を、その上に主に
スクラップ6-1 と鉄鉱石6-2 からなる充填層６を形成さ
せる。

【０００６】そして下部のコークス層７に一次羽口３か
ら支燃性ガスと必要に応じて燃料を吹き込んで下記(1)
式の反応を生じさせ、その反応熱によってコークス層７
を高温に保つ。

【０００７】 Ｃ＋１/2 0₂ → CO ＋29,400 kcal/kmol・Ｃ ・・・(1) 上記(1) 式で発生したCOは、スクラップと鉄鉱石の充填
層６で二次羽口４から吹き込まれる支燃性ガスと下記
(2) 式の反応（二次燃焼）を起こす。その反応熱はスク
ラップと鉄鉱石の加熱および溶融に利用される。

【０００８】 CO＋１/2 0₂ → CO₂＋67,590 kcal/kmol・CO ・・・(2) この反応で溶融した鉄鉱石 (溶融酸化鉄) は下部のコー
クス層７に滴下して高温のコークスと下記(3) 式により
反応してすみやかに還元される。

【０００９】 Fe₂O₃ ＋３Ｃ→２Fe＋３CO− 108,090 kcal/kmol・Fe₂O₃ ・・・(3) 上記(3) 式の反応のとき、近くに C0₂が存在しないから
CO₂で(3) 式の反応が阻害されることはない。そして
(1)式および(3) 式で発生したCOはスクラップと鉄鉱石
の充填層６内で二次燃焼するために、それらの加熱と溶
融に有効に利用されて高い燃料効率が達成される。

【００１０】本出願人が先に提案した上記の溶銑製造方
法によれば、転炉型式の筒型炉でスクラップと鉄鉱石か
ら熱効率よく溶銑を製造することができる。

【００１１】この溶銑製造法の実際の操業に際しては、
溶解過程における炉内生成溶銑量および炉内ベッドコー
クス消費量の時系列変化を的確に把握して溶解完了と同
時に送風を停止するとともに、炉内ベッドコークス高さ
および炉熱を予知して炉況および溶銑の温度と成分の安
定化を図るため、次回以降のチャージで装入するコーク
ス量を制御することが重要な課題となっている。

【００１２】このため、本出願人は、操業中、所定タ
イミング毎に炉内の物質精算と熱精算を行って時系列に
炉内溶銑生産量および炉内ベッドコークス消費量を算出
し、 その算出値から溶解完了時期および炉内ベッドコーク
スの過不足量を予測し、 その予測に基づいて送風停止時期および次回装入コー
クス量を制御する、という方法を発明し、先に特許出願
を行った（特願平２−194501号) 。

【００１３】上記先願発明の方法では、次回装入コーク
ス量は炉内ベッドコークス量が一定となるように制御さ
れているので、ベッドコークスの顕熱量はチャージ毎に
変化せず、温度および成分の安定した溶銑を製造するこ
とができる。しかし、溶銑温度が低くなり過ぎると、溶
滓、溶銑の流動が不良となり、出滓、出銑作業に支障を
生ずる。また、高くなり過ぎた場合は、溶銑への浸炭量
が増加し、コークス消費量の増加と次の転炉での製鋼工
程における酸素消費量の増加を招き、鋼の製造コストが
上昇する。したがって炉床冷えを起こさず、しかもコス
トミニマムの適正操業を指向するには、溶銑温度を制御
する手法を確立する必要がある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、筒型炉を
用い、スクラップと鉄鉱石を主な鉄源として溶銑を製造
する方法における前記の問題を解決することを目的とし
てなされたものであり、炉内ベッドコークス量を調整
し、その顕熱量の増減に応じて溶銑温度を制御し、出
銑、出滓作業の安定化を図りながら経済的に溶銑を製造
する方法を提供しようとするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述した
筒型炉の実操業において、(a) 溶解開始時の炉内ベッド
コークス量がチャージ毎に一定となるようにコークス装
入量を制御すると溶銑温度および成分が安定化する、
(b) 炉内ベッドコークス量を増減して、その顕熱量を調
整すると溶銑温度が制御できる、という知見を得た。そ
こで溶銑温度を安定かつ定量的に制御できる具体的な方
法を検討し、本発明を完成した。

【００１６】本発明の要旨は、前述の筒型炉を用いる溶
銑の製造方法において、 操業中の所定タイミング毎の物質精算にもとづいて反
応消費コークス量を算出し、チャージ毎の出銑量および
溶銑Ｃ含有量から溶銑中への浸炭消費コークス量を算出
し、上記両算出値の和と装入コークス量の差分として炉
内ベッドコークス消費量を算出し、炉内ベッドコークス
過不足量を予測して、次回以降のチャージの装入コーク
ス量を制御して連続操業を行う。

【００１７】上記連続操業中に、所定の溶銑温度調整
量に応じて下記(5) 式にしたがって算出されるベッドコ
ークス顕熱調整用コークス量を上記の次回以降のチャー
ジの装入コークス量に加算または減算して、装入コーク
ス量を制御する、の２点を特徴とする溶銑の製造方法、
にある。

【００１８】

【数２】

【００１９】なお、本発明方法において、使用する鉱石
は通常の鉄鉱石のほかに、Mn、Cr、Mo、Niなどを多く含
む鉱石、またはこれらの酸化物を使用することができ
る。また、これらの鉱石類およびコークスとともに珪
石、石灰石、蛇紋岩、蛍石などの副原料を装入すること
ができる。スクラップとしてもステンレス鋼スクラップ
のような高合金スクラップを使用して、その中の有用元
素を再利用することが可能である。また、スクラップの
一部に替えて型銑を使用してもよい。

【００２０】鉄鉱石は炉の上部開口部から装入するだけ
でなく、粉状鉱石を一次羽口および／または二次羽口か
ら吹き込むこともできる。

【００２１】一次羽口および二次羽口から吹き込む支燃
性ガスは酸素（O₂）含有ガスである。一次羽口からは支
燃性ガスとともに粉体燃料および／または炭化水素系の
助燃用燃料を吹き込むこともできる。

【００２２】

【作用】図１は本発明方法の要点を示すブロック図、図
２は本発明方法の実施に用いる筒型炉溶解装置およびそ
れに付帯する各種計測機器の一例を示す概略図である。

【００２３】以下、これらの図を用いて本発明方法を具
体的に説明する。

【００２４】本発明方法では、図１に示す物質精算と熱
精算を操業中にオンラインで行うことにより、溶銑温度
を制御するのであるが、そのためには、図２に示すよう
に、装入物情報、送風情報、廃ガス情報、炉体放散熱情
報、出銑情報およびベッドコークス情報を収集する必要
がある。これらの情報は、図２に示す各種の付帯設備を
使用して集められる。

【００２５】装入物情報：装入物情報としては、鉱
石、コークスおよび副原料の装入量は秤量ビン18で、ス
クラップ量は秤量器19でそれぞれ計測され、装入の都度
データサンプリングされる。鉱石、コークスおよび副原
料は装入ベルトコンベヤー10を経て原料装入口９から炉
内に装入され、スクラップはフード12を開放してシュー
ト11を用いて炉内に装入される。

【００２６】送風情報：送風情報は、一次羽口３では
一次支燃性ガス流量計と圧力計20および固体燃料秤量ビ
ン22で、二次羽口４では二次支燃性ガス流量計と圧力計
21で計測されてデータサンプリングされる。

【００２７】廃ガス情報：筒型炉１の開口部２はフー
ド12によって大気と遮断され、操業中の廃ガスは廃ガス
上昇管13、廃ガス下降管14、一次集塵器15、二次集塵器
16および排風機17を経て大気中に排風される。廃ガス情
報は、廃ガス温度計23、廃ガス圧力計24、廃ガス流量計
25および廃ガス分析計26で計測され、データサンプリン
グされる。廃ガス成分としては、CO、CO₂ 、O₂、H₂、H₂
O およびN₂が分析される。

【００２８】炉体放散熱情報：炉体放散熱情報は、筒
型炉１の炉体耐火物中に分散埋設した耐火物温度計27を
用いて、炉体耐火物の各位置の耐火物温度を測定して求
める。

【００２９】ベッドコークス情報：ベッドコークス温
度は、一次羽口３のレベルのベッドコークス充填層7-1
内に突出させて設けた温度測定器27-1で計測されてデー
タサンプリングされる。

【００３０】出銑情報：出銑情報は、溶銑秤量器28お
よび溶銑温度計29-1を用いて、出銑量および溶銑温度が
計測され、メタルサンプリング装置29-2で採取した分析
試料を用いて溶銑成分分析を行い、出銑の都度データサ
ンプリングされる。

【００３１】上記〜の情報は、操業中、通常約10秒
間隔で操業開始から終了まで連続して収集され、およ
びの情報はチャージ毎に収集される。

【００３２】上記のようにして収集された情報から、物
質精算と熱精算を実施し、次チャージの所定溶銑温度の
確保に必要な装入コークス量を制御する。その制御方法
を以下に説明する。

【００３３】上述の操業計測データは所定タイミング毎
にデータサンプリングされ、データ処理後、時系列デー
タファイルが作成される。作成された時系列データファ
イルを電子計算機に内蔵された物質収支モデルにインプ
ットし、逐次物質精算を行い、支燃性ガスによる燃焼で
消費されるコークス量と燃料量および排ガス成分別流量
から筒型炉内における各種反応、すなわち、前述の
(1)、 (2)、(3) 式の反応および下記 (4)式に示すソリ
ューションロス反応などの反応量を逐次正確に定量化す
る。

【００３４】 Ｃ＋CO₂ →２CO−38,200 kcal/kmol・Ｃ ・・・(4) 図１に示すように、上記反応で消費される反応消費コー
クス量と出銑量および溶銑Ｃ含有量から得られる溶銑中
への浸炭消費コークス量とから炉内消費コークス全量す
なわち溶銑製造用コークス量を求め、チャージ毎にデー
タファイルされる。

【００３５】また、装入コークス量と溶銑製造用コーク
ス量との差分としてベッドコークス消費量を求める。

【００３６】そして、溶銑温度一定の連続操業を実施す
る場合は、次回装入コークス量を溶銑製造用コークス量
とベッドコークス消費量との和とすることにより、ベッ
ドコークス量が一定に調整され、溶銑温度を一定に制御
することができる。

【００３７】上述のような溶銑温度が一定に制御された
連続操業中に、ベッドコークス量を増減すると、その顕
熱増減量に応じて、溶銑温度が調節制御できる。したが
って、ベッドコークス顕熱を考慮した現チャージの総括
熱収支式と、ベッドコークス量を増減した次回以降の各
チャージの総括熱収支予測式とを対比して、近似的に得
られた前述の (イ) 式により、溶銑温度の設定調整量に
応じたベッドコークス顕熱調整用コークス量を予測す
る。

【００３８】そして、次回以降の装入コークス量を溶銑
製造用コークス量およびベッドコークス消費量の和か
ら、ベッドコークス顕熱調整用コークス量を加算または
減算することにより、ベッドコークス量を増減してその
顕熱量が調整され、溶銑温度を設定値に制御することが
できる。

【００３９】なお、 (イ) 式中の定数αは、炉体熱放散
が大きくなったり、出銑間隔が長くなるような非定常操
業時には大きくなるが、定常操業時にはほぼ一定値を示
し、近似的に１としてよい。

【００４０】一方、溶銑製造用コークス量（ＭＦ_c 、 k
g/溶銑・ｔ）は、現チャージＭＦ_c量（ＭＦ_cR) と前チ
ャージまでのＭＦ_C 量平均値（ＭＦ_cm) を比較し、0.9
≦ＭＦ_cR／ＭＦ_cm≦1.1 の場合は (ＭＦ_cR＋ＭＦ_cm) ・
0.5 をＭＦ_c 量として採用する。上記範囲外で現チャー
ジの計測値に問題があったり、操業を途中停止したよう
な場合においては過去の同一操業条件の平均ＭＦ_c 量を
用いる。

【００４１】以下、実施例によって本発明の効果を具体
的に説明する。

【００４２】

【実施例】使用した装置は前述の図２に示すような装置
であり、筒型炉の寸法は直径 1.5ｍ、炉底から炉口まで
の高さ 3.6ｍ、内容積６ｍ³ である。これに一次羽口は
炉底から 0.8ｍの高さに、二次羽口は炉底から 1.2ｍの
高さにそれぞれ側壁に90度間隔で４本ずつ、計８本設置
した。炉壁下部には出銑口が設けられている。

【００４３】原料には、一辺がほぼ0.45ｍの角体で嵩比
重 3.5トン/m³ のスクラップ (鉄純度99％) と表１に示
す化学組成を有する鉄鉱石を使用し、燃料には表２に示
すコークスと微粉炭を用いた。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】操業条件としては、一次羽口を含むレベル
までコークスを装入し、その上に１回当たりの溶銑量が
８トンとなるようにスクラップおよび鉄鉱石を装入し
た。ＳＲ比率、即ち〔（スクラップ装入量）／（スクラ
ップ装入量＋鉄鉱石の鉄換算装入量）〕×100 （％）
は、75％とした。そして一次羽口から1000 Nm³/hの酸素
と1400kg/hの微粉炭を吹き込み、二次羽口から 600 Nm³
/hの酸素を吹き込んだ。

【００４７】操業は、１チャージの出銑量が８トンに安
定するまでは、炉内にベッドコークス充填層7-1 と鉱
石、スクラップ充填層６を形成して溶銑を製造し、出銑
後測深器30を用いて、次回溶解開始前のベッドコークス
の層頂レベルが、実施例１および実施例２ではそれぞれ
二次羽口レベル下 0.2ｍおよび二次羽口レベル直下にな
るようにコークスを装入し、その上に鉱石とスクラップ
を装入して溶銑を製造した。

【００４８】上記の予備操業後炉内にベッドコークス充
填層7-1 、鉱石、スクラップ充填層６および次回装入コ
ークス充填層7-2 を形成して、ベッドコークス量一定、
溶銑温度一定の連続操業を５チャージ実施した。その
後、本発明の溶銑温度制御法にしたがって、次々回装入
コークス量を調整し、実施例１ではベッドコークス量を
増加させて溶銑温度を高め、実施例２ではベッドコーク
ス量を減少させて溶銑温度を低下させた。ベッドコーク
ス量調整後は溶銑温度一定の連続操業を３チャージ実施
した。

【００４９】表３に溶銑温度一定の操業下における現チ
ャージまでの実績データ、溶銑温度調整時の次々回装入
コークス量の予測データ、および溶銑温度調整後の溶銑
温度一定操業下における次々回チャージ以降の実績デー
タを示す。

【００５０】表３に示すように、ベッドコークス消費量
を算出して、ベッドコークス過不足量を予測し、次々回
装入コークス量を溶銑製造用コークス量とベッドコーク
ス消費量との和とすることにより、炉内ベッドコークス
量はチャージ毎に一定に保持される。その結果、溶銑温
度は実施例１では 1410 ±10℃、実施例２では 1450±5
℃にほぼ一定に制御された。また、溶銑温度調整後は
実施例１では 1430 ±5 ℃、実施例２でも 1430 ±5 ℃
にほぼ一定に制御された。溶銑Ｃ含有量も、溶銑温度の
安定化に応じて安定した値を得ることができた。

【００５１】さらに、次々回装入コークス量を溶銑製造
用コークス量とベッドコークス消費量との和に、ベッド
コークス顕熱調整用コークス量を加算または減算した量
とすることにより、設定溶銑温度に対して、実施例１で
も実施例２でも±5 ℃の精度で溶銑温度を制御すること
ができた。

【００５２】

【表３】

【００５３】

【発明の効果】本発明の溶銑の製造方法によれば、連続
操業中炉内ベッドコークス過不足量を予測することがで
きるので、次回以降の装入コークス量の制御が可能とな
り、炉内ベッドコークス量を一定に保持して、温度およ
び成分の安定した溶銑を製造することができる。また、
溶銑温度調整量に応じてベッドコークス増減量を予測す
ることができるので、溶銑温度調整用コークス量を加算
または減算した次回以降の装入コークス量の制御が可能
となり、溶銑温度を制御することができる。これにより
溶銑温度降下による出銑、出滓作業の悪化、溶銑温度上
昇による製造コストの増加を未然に防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の要点を示すブロック図である。

【図２】本発明方法の実施に用いる筒型炉溶解装置およ
びそれに付帯する各種計測機器の一例を示す概略図であ
る。

【図３】本発明方法の実施に用いる筒型炉とその炉内装
入物状態を示す概略断面図である。

【符号の説明】

1：筒型炉、 2：開口部、 3：一次羽口、 4：二
次羽口、 5：出銑口 6：鉱石, スクラップ充填層、 7：コークス充填層、
8：溶銑, スラグ 9：原料装入口、10：装入ベルトコンベアー、 11：シ
ュート、 12：フード 13：廃ガス上昇管、 14：廃ガス下降管、 15：一次集
塵器、16：二次集塵器 17：排風機、 18,22：秤量ビン、 19：秤量器、 20,
21：流量計, 圧力計 23：廃ガス温度計、 24：廃ガス圧力計、 25：廃ガス
流量計、26：廃ガス分析計、 27：耐火物温度計、 2
8：溶銑秤量計、29-1：溶銑温度計、 29-2：メタルサ
ンプリング装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上部に炉内ガスの排出と原料装入用の開口
   部を、炉底および／または下部側壁に一次羽口、その上
   部側壁に二次羽口を有する筒型炉を用い、その炉底から
   一次羽口を含むレベルまでコークスの充填層を形成さ
   せ、その上に二次羽口を含むレベルまで主としてスクラ
   ップと鉄鉱石とからなる充填層を形成させた後、一次羽
   口および二次羽口から支燃性ガスを吹き込む溶銑の製造
   方法において、操業中の所定タイミング毎の物質精算に
   基づいて反応消費コークス量を算出し、チャージ毎の出
   銑量および溶銑Ｃ含有量から溶銑中への浸炭消費コーク
   ス量を算出し、上記両算出値の和と装入コークス量との
   差分として炉内ベッドコークス消費量を算出し、炉内ベ
   ッドコークス過不足量を予測して、次回以降のチャージ
   の装入コークス量を制御して連続操業を行い、この連続
   操業中に所定の溶銑温度調整量に応じて、下記（イ）式
   にしたがって算出されるベッドコークス顕熱調整用コー
   クス量を次回以降のチャージの装入コークス量に加算ま
   たは減算して、次回以降のチャージの装入コークス量を
   制御することを特徴とする溶銑の製造方法。 【数１】