図面 (/)

技術 酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法

出願人 日本製鉄株式会社
発明者 田口貴大山崎強
出願日 2016年6月29日 (4年5ヶ月経過) 出願番号 2016-129300
公開日 2018年1月11日 (2年11ヶ月経過) 公開番号 2018-003075
状態 特許登録済
技術分野 鉄の製造
主要キーワード 表面流れ 溶解還元 原料投入孔 定常操業状態 全鉄含有量 吸引ロス 次炉内 塊状鉄
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年1月11日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

予備還元で製造した酸化鉄含有鉄原料直流アーク炉投入して還元・溶解するに際し、鉄歩留まりが高い酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法を提供する。

解決手段

酸化鉄含有鉄原料を、炉上から種湯溶銑の存在する直流アーク炉1へ投入して還元および溶解する方法において、前記酸化鉄含有鉄原料は、鉄の金属化率が45%以上95%以下であり、酸化鉄以外の酸化物を4〜20質量%含有し、直流アーク炉1は底吹き羽口6を3本以上具備し、かつ溶解炉内半径をR、炉底電極中心14から底吹き羽口6の中心までの距離をrとして、下記(1)式を満たす位置に底吹き羽口6を設置し、底吹き羽口6から吹き込むガスによって溶銑の底吹き攪拌をおこないながら、酸化鉄含有鉄原料を投入する。粒径が5mm以下の小径酸化鉄含有鉄原料は中空の上部電極を経由して投入すると好ましい。0.2≦r/R≦0.8 (1)

概要

背景

鉄鉱石製鉄所から発生したダストから還元鉄を製造する直接還元製鉄法は、還元炉形式についてはシャフト炉ロータリーキルン回転炉床炉流動床炉等が用いられ、還元剤については天然ガス石炭等が用いられている。これらの組み合わせによる各種の製鉄プロセスが提案され、工業化されている。

また、これらの直接還元製鉄法のうち、還元炉形式がシャフト炉で還元剤として天然ガスを用いる方法や、還元炉形式が回転炉床炉で還元剤として石炭を用いる方法により製造された酸化鉄含有鉄原料を使用して溶銑を製造する方法として、還元率の高い酸化鉄含有鉄原料をアーク炉を用いて溶解し、溶銑を製造する方法が現在最も主流となっている。

しかしながら、還元率の高い酸化鉄含有鉄原料を製造するためには多量の還元剤を使用し、酸化鉄還元反応がほぼ完遂するまでの滞留時間が必要となるため、天然ガス非産出国においてはコストと生産性の点から難しい。そこで、これら直接還元炉で還元率の高い酸化鉄含有鉄原料を製造するのではなく、直接還元炉は予備還元炉とし、予備還元炉で予備還元を行って製造した還元率が比較的低い酸化鉄含有鉄原料を、アーク炉や溶解転炉を用いて還元・溶解し、溶銑を製造する方法が採用されている。特許文献1の第66頁には、回転炉床炉(RHF)で予備還元された半還元鉄を含む混合物原料ペレット又は粉粒状混合物原料)はサブマージドアーク炉(SRF)に装入され、最終還元と溶解を目的とした仕上げ精錬が行われると記載されている。SRFでは酸素ガスと石炭が供給され、溶銑と回収ガスが得られる。なお、SRFでは炉の立ち上げ時には溶銑等の種湯の装入を必要とするが、定常操業状態では炉内鉄浴の存在によりその必要はない。特許文献2には、転炉で発生するダストに炭材内装させて塊成化し、予備還元炉で高温加熱して内装炭材還元材として予備還元後、高温状態含鉄冷材の一部として種湯の存在する溶解専用転炉に供給し、再使用する方法が開示されている。

予備還元して製造した酸化鉄含有鉄原料を、種湯が存在するアーク炉内に投入して還元・溶解し、溶銑を製造するための方法において、投入した酸化鉄含有鉄原料は、何らかの工夫を施さない限り比重が小さいため溶銑面に浮いた状態で還元・溶解される。また、酸化鉄含有鉄原料はCaO、SiO2などのスラグ成分を含有するため、溶解が進むと溶銑面にスラグが浮かび、炉上から投入された原料がスラグに捕捉されて溶銑との接触を阻害するため溶解せず、鉄歩留まりの低下を招く。投入した酸化鉄含有鉄原料の溶解と還元を促進するためには、投入した酸化鉄含有鉄原料を、なるべく高温部を利用すると共に底吹き攪拌の制御により溶銑へ巻き込ませて、原料を還元・溶解する方法が挙げられる。

酸化物原料を、直流アーク炉または交流電気炉アークによる高温領域へ投入し、底吹き攪拌を付与して還元および/または溶解する方法については従来から種々の提案がなされている。

例えば、特許文献3には、3相交流電気炉における金属酸化物溶融還元方法の発明が記載されている。その発明は、3相交流電気炉において、粉末状の金属原料鉱石、例としてクロム鉱石をアークの形成領域へ供給し、アーク熱により金属原料鉱石を溶解し、さらに、電気炉炉底部ガス吹き込みノズルを配置して電気炉内の溶湯にガスを吹き込むことを特徴とする電気炉精錬法に関するものであるが、クロム鉱石の還元に係る方法であって、スラグ中還元剤と原料鉱石の接触による還元反応向上効果と溶湯と原料鉱石の接触による還元反応向上効果との切り分け不明瞭である。また、本発明のように酸化鉄含有鉄原料を対象に、直流アーク炉を用いて溶解還元する条件は具体的に記載されていない。

特許文献4には、製鋼用アーク炉において、炭素含有燃料及び酸素含有ガスを吹き込むとともに、アーク炉底部に配置されたノズルにより酸素を供給する方法が開示されている。3本の電極を有するアーク炉を用い、鉱石、予備還元鉱石などを、中空電極を介して吹き込み、金属溶融物を生成する際に底吹き攪拌を付与するとの記載があるが、炉底における底吹きノズルの位置関係投入原料の歩留まりについては言及されていない。

概要

予備還元で製造した酸化鉄含有鉄原料を直流アーク炉へ投入して還元・溶解するに際し、鉄歩留まりが高い酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法を提供する。酸化鉄含有鉄原料を、炉上から種湯溶銑の存在する直流アーク炉1へ投入して還元および溶解する方法において、前記酸化鉄含有鉄原料は、鉄の金属化率が45%以上95%以下であり、酸化鉄以外の酸化物を4〜20質量%含有し、直流アーク炉1は底吹き羽口6を3本以上具備し、かつ溶解炉内半径をR、炉底電極中心14から底吹き羽口6の中心までの距離をrとして、下記(1)式を満たす位置に底吹き羽口6を設置し、底吹き羽口6から吹き込むガスによって溶銑の底吹き攪拌をおこないながら、酸化鉄含有鉄原料を投入する。粒径が5mm以下の小径酸化鉄含有鉄原料は中空の上部電極を経由して投入すると好ましい。0.2≦r/R≦0.8 (1)

目的

特許文献1の第66頁には、回転炉床炉(RHF)で予備還元された半還元鉄を含む混合物原料(ペレット又は粉粒状混合物原料)はサブマージドアーク炉(SRF)に装入され、最終還元と溶解を目的とした

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

酸化鉄含有鉄原料を、炉上から種湯溶銑の存在する直流アーク炉投入し、アーク熱と種湯溶銑との接触により還元および溶解する方法において、前記酸化鉄含有鉄原料は、鉄の金属化率が45%以上95%以下であって、酸化鉄以外の酸化物を4〜20質量%含有するものであり、前記直流アーク炉は、上部電極を1本と炉底電極を1本具備すると共に底吹き羽口を3本以上具備し、かつ溶解炉内半径をR、炉底電極中心から底吹き羽口の中心までの距離をrとして、下記の(1)式を満たす位置に底吹き羽口が設置されたものであって、前記酸化鉄含有鉄原料を、前記底吹き羽口から吹き込むガスによって溶銑の底吹き攪拌をおこないながら、前記上部電極の直下へ投入することを特徴とする酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法。0.2≦r/R≦0.8(1)

請求項2

底吹き羽口の本数をNとし、炉底電極中心から各底吹き羽口の中心までの距離rは、距離rの平均値の0.8〜1.2倍の範囲内にあり、隣接する底吹き羽口が炉底電極の中心となす角度は、300°/N〜430°/Nの範囲になることを特徴とする請求項1に記載の酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法。

請求項3

前記上部電極を中空にし、直流アーク炉に投入する酸化鉄含有鉄原料の一部又は全部は、最大粒径が5mm以下の小径酸化鉄含有鉄原料であり、当該小径酸化鉄含有鉄原料を、前記中空にした上部電極を経由して直流アーク炉へ投入することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法。

技術分野

0001

本発明は、酸化鉄含有鉄原料還元溶解方法に関する。具体的には、鉄鉱石ダストなどの酸化鉄原料シャフト炉回転炉床炉などの予備還元炉により加熱・予備還元処理して酸化鉄含有鉄原料とした後、当該酸化鉄含有鉄原料を直流アーク炉投入して還元・溶解する酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法に関する。

背景技術

0002

鉄鉱石や製鉄所から発生したダストから還元鉄を製造する直接還元製鉄法は、還元炉形式についてはシャフト炉、ロータリーキルン、回転炉床炉、流動床炉等が用いられ、還元剤については天然ガス石炭等が用いられている。これらの組み合わせによる各種の製鉄プロセスが提案され、工業化されている。

0003

また、これらの直接還元製鉄法のうち、還元炉形式がシャフト炉で還元剤として天然ガスを用いる方法や、還元炉形式が回転炉床炉で還元剤として石炭を用いる方法により製造された酸化鉄含有鉄原料を使用して溶銑を製造する方法として、還元率の高い酸化鉄含有鉄原料をアーク炉を用いて溶解し、溶銑を製造する方法が現在最も主流となっている。

0004

しかしながら、還元率の高い酸化鉄含有鉄原料を製造するためには多量の還元剤を使用し、酸化鉄還元反応がほぼ完遂するまでの滞留時間が必要となるため、天然ガス非産出国においてはコストと生産性の点から難しい。そこで、これら直接還元炉で還元率の高い酸化鉄含有鉄原料を製造するのではなく、直接還元炉は予備還元炉とし、予備還元炉で予備還元を行って製造した還元率が比較的低い酸化鉄含有鉄原料を、アーク炉や溶解転炉を用いて還元・溶解し、溶銑を製造する方法が採用されている。特許文献1の第66頁には、回転炉床炉(RHF)で予備還元された半還元鉄を含む混合物原料ペレット又は粉粒状混合物原料)はサブマージドアーク炉(SRF)に装入され、最終還元と溶解を目的とした仕上げ精錬が行われると記載されている。SRFでは酸素ガスと石炭が供給され、溶銑と回収ガスが得られる。なお、SRFでは炉の立ち上げ時には溶銑等の種湯の装入を必要とするが、定常操業状態では炉内鉄浴の存在によりその必要はない。特許文献2には、転炉で発生するダストに炭材内装させて塊成化し、予備還元炉で高温加熱して内装炭材還元材として予備還元後、高温状態含鉄冷材の一部として種湯の存在する溶解専用転炉に供給し、再使用する方法が開示されている。

0005

予備還元して製造した酸化鉄含有鉄原料を、種湯が存在するアーク炉内に投入して還元・溶解し、溶銑を製造するための方法において、投入した酸化鉄含有鉄原料は、何らかの工夫を施さない限り比重が小さいため溶銑面に浮いた状態で還元・溶解される。また、酸化鉄含有鉄原料はCaO、SiO2などのスラグ成分を含有するため、溶解が進むと溶銑面にスラグが浮かび、炉上から投入された原料がスラグに捕捉されて溶銑との接触を阻害するため溶解せず、鉄歩留まりの低下を招く。投入した酸化鉄含有鉄原料の溶解と還元を促進するためには、投入した酸化鉄含有鉄原料を、なるべく高温部を利用すると共に底吹き攪拌の制御により溶銑へ巻き込ませて、原料を還元・溶解する方法が挙げられる。

0006

酸化物原料を、直流アーク炉または交流電気炉アークによる高温領域へ投入し、底吹き攪拌を付与して還元および/または溶解する方法については従来から種々の提案がなされている。

0007

例えば、特許文献3には、3相交流電気炉における金属酸化物溶融還元方法の発明が記載されている。その発明は、3相交流電気炉において、粉末状の金属原料鉱石、例としてクロム鉱石をアークの形成領域へ供給し、アーク熱により金属原料鉱石を溶解し、さらに、電気炉炉底部ガス吹き込みノズルを配置して電気炉内の溶湯にガスを吹き込むことを特徴とする電気炉精錬法に関するものであるが、クロム鉱石の還元に係る方法であって、スラグ中還元剤と原料鉱石の接触による還元反応向上効果と溶湯と原料鉱石の接触による還元反応向上効果との切り分け不明瞭である。また、本発明のように酸化鉄含有鉄原料を対象に、直流アーク炉を用いて溶解還元する条件は具体的に記載されていない。

0008

特許文献4には、製鋼用アーク炉において、炭素含有燃料及び酸素含有ガスを吹き込むとともに、アーク炉底部に配置されたノズルにより酸素を供給する方法が開示されている。3本の電極を有するアーク炉を用い、鉱石、予備還元鉱石などを、中空電極を介して吹き込み、金属溶融物を生成する際に底吹き攪拌を付与するとの記載があるが、炉底における底吹きノズルの位置関係投入原料の歩留まりについては言及されていない。

先行技術

0009

国際公開第01/018256号
特開2000−45012号公報
特開平1−294815号公報
特開昭63−125611号公報

発明が解決しようとする課題

0010

予備還元して製造した酸化鉄含有鉄原料を、種湯が存在するアーク炉内に投入して還元・溶解し、溶銑を製造するための方法において、従来知られていた方法で炉底部から溶鉄中にガスを吹き込んで攪拌しつつ酸化鉄含有鉄原料を投入する方法を採用しても、比重が小さい酸化鉄含有鉄原料を上部電極の下の高温湯面部に留まらせることはできず、また、溶銑に巻き込ませて十分に溶銑と混合させることもできず、鉄歩留まりの向上効果が十分ではなかった。

0011

本発明は、鉱石やダストなどを回転炉床炉などの予備還元炉により加熱・還元処理して酸化鉄含有鉄原料とした後、直流アーク炉へ投入して還元・溶解する酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法において、鉄歩留まりが高い酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法を提供することを目的とする。

0012

予備還元においては、低還元率の酸化鉄含有鉄原料を造粒して製造することが考えられるが、一方、低還元率の酸化鉄含有鉄原料は圧潰強度が低く、造粒物が一部粉化してしまうという問題がある。酸化鉄含有鉄原料を還元・溶解し、溶銑を製造する際、なるべく安価な原料を用いて鉄歩留まりを良くするのが望ましいが、そのためには粉状の酸化鉄含有鉄原料を還元・溶解することが必要となる。しかし、アーク炉頂から粉状の酸化鉄含有鉄原料を重力投入した場合、その一部は排気ダクトへと吸収されてしまうため、鉄歩留まりが低下してしまう。

0013

本発明は、予備還元で製造した粉状又は粒状の酸化鉄含有鉄原料を用いて直流アーク炉で還元・溶解するに際し、鉄歩留まりが高い酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法を提供することをも目的とする。

課題を解決するための手段

0014

本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
(1)酸化鉄含有鉄原料を、炉上から種湯溶銑の存在する直流アーク炉へ投入し、アーク熱と種湯溶銑との接触により還元および溶解する方法において、
前記酸化鉄含有鉄原料は、鉄の金属化率が45%以上95%以下であって、酸化鉄以外の酸化物を4〜20質量%含有するものであり、
前記直流アーク炉は、上部電極を1本と炉底電極を1本具備すると共に底吹き羽口を3本以上具備し、かつ溶解炉内半径をR、炉底電極中心から底吹き羽口の中心までの距離をrとして、下記の(1)式を満たす位置に底吹き羽口が設置されたものであって、
前記酸化鉄含有鉄原料を、前記底吹き羽口から吹き込むガスによって溶銑の底吹き攪拌をおこないながら、前記上部電極の直下へ投入することを特徴とする酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法。
0.2≦r/R≦0.8 (1)
(2)底吹き羽口の本数をNとし、炉底電極中心から各底吹き羽口の中心までの距離rは、距離rの平均値の0.8〜1.2倍の範囲内にあり、隣接する底吹き羽口が炉底電極の中心となす角度は、300°/N〜430°/Nの範囲になることを特徴とする上記(1)に記載の酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法。
(3)前記上部電極を中空にし、直流アーク炉に投入する酸化鉄含有鉄原料の一部又は全部は、最大粒径が5mm以下の小径酸化鉄含有鉄原料であり、当該小径酸化鉄含有鉄原料を、前記中空にした上部電極を経由して直流アーク炉へ投入することを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法。

発明の効果

0015

本発明によれば、ガスを底吹きする底吹き羽口を有する直流アーク炉において、底吹き羽口の本数と、炉底電極の中心と底吹き羽口の中心間の距離とから決まる特定の条件範囲で底吹き攪拌を行いつつ酸化鉄含有鉄原料を上部電極直下へ投入することで、炉上から投入される酸化鉄含有鉄原料が高温の湯面中心部から側壁側へと移動してしまうことを抑止し、かつ、湯面中心部で溶銑中に巻き込まれ、原料中酸化鉄の還元反応と金属鉄の溶解を促進して、高い鉄歩留まりで酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解が可能となる。

0016

また本発明によれば、粒径5mm以下の小径酸化鉄含有鉄原料を、中空の上部電極を経由して直流アーク炉へ投入することにより、小径酸化鉄含有鉄原料であっても排気ダクトへの吸引ロス増加を来すことなく電極直下の高温湯面部への投入が可能となり、高い鉄歩留まりで酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解が可能となる。

図面の簡単な説明

0017

本発明における酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法の一例を示す図である。
底吹き羽口本数が2本のときの炉底電極と底吹き羽口との位置関係の一例を示す図である。
底吹き羽口本数が3本のときの炉底電極と底吹き羽口との位置関係の一例を示す図である。
底吹き羽口本数が2本、3本、4本それぞれのときの、底吹き羽口配置の指標(r/R)とスラグ中%T.Feとの関係を示す図である。

実施例

0018

酸化鉄含有鉄原料を、炉上から種湯溶銑の存在するアーク炉へ投入し、アーク熱と種湯溶銑との接触により還元および溶解する方法を対象とする。酸化鉄の還元反応に必要な熱および還元剤である炭素が十分供給され得る溶銑上であって、特に高温である上部電極直下の溶銑湯面部に原料を投入することで、鉄歩留まりが高い酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法を提供する。

0019

本発明は、アーク炉として直流アーク炉を適用する。発明を実施するための形態について、図1を用いて詳細に説明する。図1は、本発明の酸化鉄含有鉄原料を用いた溶銑製造方法の一例を示す図である。図1において、1は直流アーク炉、2は上部電極、3は炉上原料投入孔、4はアーク、5は炉底電極、6は底吹き羽口、12は耐火物を示す。図1には、上部電極2として中空の電極を用いているが、上部電極2として中実の電極を用いても良い。

0020

酸化鉄含有鉄原料は炉上原料投入孔3(投入シュート)を用いて直流アーク炉内へ添加されるか、或いは図1に示すように中空の上部電極2を用いた場合には、前記投入シュートからと併せて、中空の上部電極2の内部通路を経由して直流アーク炉内へ添加される。酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解には上部電極2の直下の高温湯面部を利用することが有利であるため、投入シュートから添加する場合にも高温湯面部へ目掛けて添加するが、その際に添加位置の調整がやや難しいほか、原料の粉状部分の一部は排気ダクト15へと吸引されてしまい、溶銑湯面への添加歩留まりが低くなる難点がある。この点、中空の上部電極2の内部通路を経由して粉状の原料を投入すると、粉状物が排気ダクトへと吸引されずに溶銑11の高温部に容易に投入することができるので好ましい。

0021

さらに、高温湯面部に添加された酸化鉄含有鉄原料は比重が溶銑よりも小さいために湯面上に浮遊し、炉壁面側へと移動してそこに堆積してしまいがちであるが、後述のように底吹き羽口6を適切に配置して適量の底吹きガスを溶銑11に吹き込むことによって、炉壁面側への移動を抑止できるように工夫する。高温湯面部になるべく長い時間留まることによって、高温の溶銑と酸化鉄含有鉄原料との接触時間が長くなり、酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解が促進されるからである。
また、底吹きガスを適切に利用することによって、溶銑と酸化鉄含有鉄原料とが混合攪拌されて溶銑中の炭素と酸化鉄含有鉄原料中の酸化鉄とが反応する界面積が増やされると共に、溶銑浴面中心部に下降流が形成され、酸化鉄含有鉄原料が溶銑中へと巻込まれることを助長できるようにする。

0022

本発明において溶融・還元する酸化鉄含有鉄原料は、鉄の金属化率が45%以上95%以下のものを対象とする。鉄の金属化率(%)とは、酸化鉄含有鉄原料中の「金属鉄/全鉄含有量(質量%)×100」を意味する。

0023

本発明は前述のとおり、鉄鉱石やダストなどの酸化鉄原料をシャフト炉や回転炉床炉などの予備還元炉により加熱・予備還元処理して酸化鉄含有鉄原料とした後、当該酸化鉄含有鉄原料を種湯溶銑の存在する直流アーク炉へ投入して還元・溶解する酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法に関するものである。直流アーク炉で炭素を還元剤として原料を還元する際に発生するCOガスを、予備還元炉での予備還元剤として用いることが、天然ガスの使用量を大幅に削減もしくは不使用とすることができ、かつ、ガス生成炉等の溶鋼製造プロセスとは直接関係ない新たなプロセスを不要とすることができるために好ましい。

0024

予備還元して製造した酸化鉄含有鉄原料の鉄の金属化率が45%以上であれば、直流アーク炉で発生するCOガスの全量を予備還元炉での還元用のCOガスとして使用することができるとともに、全体の還元効率低下を来すことなく、炭材原単位の増加を抑制し、直流アーク炉での必要還元熱の増加を抑制して電力原単位増加を防止することができる。一方、シャフト炉などの予備還元炉で天然ガスを用いずにCOガスを主体にして還元を行う場合、還元率95%超の還元鉄を製造することは困難であるため、酸化鉄含有鉄原料の鉄の金属化率上限を95%とした。

0025

酸化鉄含有鉄原料中の酸化鉄は、種湯溶銑中に含有する炭素を還元剤として還元される。その結果、種湯溶銑中の炭素濃度が低減するので、炭素源を供給する必要がある。酸化鉄含有鉄原料は、アーク炉での還元に寄与する還元剤として、炭素含有物質を含有しても良い。また、追加の炭素源は、酸化鉄含有鉄原料とは別に、炭素含有物質を直流アーク炉中に投入することで供給しても良い。

0026

酸化鉄含有鉄原料は、酸化鉄以外の酸化物を4〜24質量%含有する。酸化物は具体的にはCaO、SiO2、Al2O3、MgOが挙げられる。これら酸化物はスラグ成分である。原料中のスラグ成分は、溶解が進むと溶銑面にスラグ13が浮かび、炉上から投入された原料がスラグ13に捕捉されて溶銑11との接触を阻害するため溶解せず、鉄歩留まりの低下を招く。そのため、原料中に占めるスラグ成分の上限を24質量%とした。一方、酸化鉄含有鉄原料は鉄鉱石やダスト等の酸化鉄含有鉄原料を予備還元炉により加熱・予備還元処理するために、焼結鉱やペレットにして用いる。そのためには、上記した酸化物を少なくとも4質量%含有させるのが通常であるため、原料中に占めるスラグ成分の下限を4質量%とした。

0027

直流アーク炉の溶銑に投入する酸化鉄含有鉄原料は、上述のように酸化鉄と酸化鉄以外の酸化物を含有するため、比重が溶銑よりも小さいので、投入すると溶銑の表面に浮く。そのため、投入した酸化鉄含有鉄原料は溶銑表面上に浮いたまま漂って、次々に投入される新たな原料に押しやられて炉壁側に寄りがちである。

0028

そこで、炉壁側へ寄りにくくするように、図1に示すように、上部電極直下の高温湯面部を取り囲むように底吹き羽口6を複数配置して、それらの底吹き羽口6から底吹きガスを適切に流すことを着想した。これらの底吹きガスは、湯面で中心部へ向かう流れを形成するとともに湯面中心部で下降流形成を助長し、さらに溶銑と溶銑上の酸化鉄含有鉄原料とを攪拌して原料中の酸化鉄と溶銑中の炭素の反応界面積を大きくし、還元・溶解を促進する効果も期待される。

0029

そこで、酸化鉄含有鉄原料を炉上から種湯溶銑の存在する直流アーク炉(図1参照)へ投入し、上部電極直下の高温部で種湯溶銑との接触により還元および溶解する方法において、直流アーク炉1の炉底に底吹き羽口6を設けるとともに、底吹き羽口6の本数と設置箇所を種々変更して、底吹き状況が還元・溶解の鉄歩留まりに及ぼす影響を調査した。底吹き羽口6は、その本数を2、3、4本とし、炉底電極中心14を中心として回転対称に配置した(図2、3参照)。そして、溶解炉内の半径をR、炉底電極中心14から底吹き羽口6の中心までの距離をrとして、r/Rを変化させて、鉄歩留まりに及ぼす影響を調査した。ただし、鉄歩留まりを表す指標として、還元・溶解終了時のスラグ中%T.Feを採用した。

0030

本調査においては、シャフト炉にて予備還元した酸化鉄含有鉄原料を使用した。酸化鉄含有鉄原料の組成は表1に示す通りとした。鉄の金属化率は91.5%、酸化鉄以外の酸化物含有量は6.1質量%である。直流アーク炉1の設備仕様および操業条件は表2に示す通りであり、底吹き羽口6を具備している。直流アーク炉内は温度1380〜1415℃、C濃度4.2〜4.3質量%の種湯溶銑50tonが装入されており、中空の上部電極2から500kg/minで最大粒径5mm以下の小径酸化鉄含有鉄原料を30t分、また、粒径が5mmより大きい塊状の酸化鉄含有鉄原料を炉上原料投入孔3より20t分、計50tの酸化鉄含有原料を炉内の上部電極直下の高温部へ目掛けて重力落下で60分間供給しながら、還元・溶解を行った。種湯溶銑中の炭素は還元の進行とともに消費され、炭素濃度が低減するので、消費された炭素分を補給するため、炭素含有物質として土壌黒鉛を逐次炉内に投入した。溶解終了後、溶解量50tonを出湯し、繰り返し上記作業を行うことで、酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解を行った。また、溶銑を出湯した後、還元・溶解により生じたスラグは、鉄歩留まりの指標とする%T.Feを調査するためサンプルを採取した後スラグ排出用鍋に排出した。

0031

本調査においては、炉底電極中心14から底吹き羽口6の中心までの距離を、羽口本数2本の時はr=1.0、2.5、4.0 mの3水準で、羽口本数3本の時はr=0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5mの9水準で、羽口本数4本のときはr=3.5mの1水準で変化させ、溶解炉内の半径Rと炉底電極中心14から底吹き羽口6の中心までの距離rの比r/Rが鉄歩留まりに及ぼす影響を調査した。なお、本発明に係る調査において、鉄歩留まりの指標としてスラグ中%T.Feを採用した。その結果を、指標r/Rと併せて表3、図4に纏めて示す。

0032

底吹き羽口本数が2本の場合、図4の黒四角に示した通り、r/R=0.2、0.5、0.8の3水準いずれにおいても、r/Rの変化に対してスラグ中%T.Feの変化は認められず、%T.Feが13%以上と高い状態であった。すなわち、原料中酸化鉄の還元反応が十分に進行せず、鉄歩留まりが低位な状態であった。

0033

底吹き羽口本数が3本の場合、図4黒丸に示した通り、r/R=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9の9水準の中で、r/R=0.5を最小値として下に凸の傾向が見られ、特に下記(1)式の範囲ではスラグ中%T.Feが9%以下という高い鉄歩留まりを実現した。底吹き羽口本数が4本で(1)式を満たす場合も、図4の○に示した通り、%T.Feが5%と高いFe歩留まりを実現している。
0.2≦r/R≦0.8 −(1)

0034

上記した底吹き羽口本数とr/Rがそれぞれスラグ中%T.Feに及ぼした影響から、底吹きが鉄歩留まり向上に及ぼす効果は、溶銑面に浮かぶ酸化鉄含有鉄原料が攪拌によって上吹き電極直下の高温湯面部になるべく留まると共に、溶銑内に巻き込まれ、スラグに捕捉されることなく溶銑と接触するため、高効率で還元・溶解が起こることによるものと考えられる。そうであれば、酸化鉄含有鉄原料が投入された高温の溶銑面中心部に向けて周辺部から流れが生じるように、かつ、その周辺部から集まった溶銑の流れが中心部において下向きの流れが生じるように底吹き攪拌を行うことが、鉄歩留まりを向上させるために有利な筈である。

0035

上述のように、底吹き羽口本数が2本の場合には、r/Rによらず鉄歩留まりが低いままであった。このことは、2本の底吹き羽口6のみでは溶銑面中心部への流れだけではなく、溶銑面中心部から離れた炉壁側への流れも生じやすいため、溶銑面中心部へ投入された酸化鉄含有鉄原料は炉壁側へと流れてゆき、溶銑内へ巻き込まれないものと推定される。これに対し、底吹き羽口本数が3本以上の場合には、r/Rに好適範囲が存在し、好適範囲内では高い鉄歩留まりを実現することができた。3本以上の底吹き羽口による攪拌では各々の羽口からの流れの干渉により溶銑面中心部への表面流れが生じ、かつ溶銑面に浮かぶ原料が中心部で溶鉄へ巻き込まれるため、スラグ中%T.Feが低位であったことと整合する。また、底吹き羽口からのガスの流れが溶銑面中心部に近過ぎる場合、ガスの下からの流れで原料を押し上げ、結果として原料を溶銑中へ巻き込ませることなく散逸させてしまう。一方、底吹き羽口からのガスの流れが溶銑面中心部に遠過ぎる場合、ガスの流れが溶銑面中心部にある原料まで届くことなく減衰し、結果原料を溶銑中へ巻き込ませることなく投入した位置に滞留させてしまう。r/Rが(1)式の好適範囲にある場合は上記に示す通り、3本以上の底吹き羽口による攪拌で各々の羽口からの流れの干渉により溶銑面中心部への表面流れが生じ、かつ溶銑面に浮かぶ原料が中心部で溶鉄へ巻き込まれる。このことは、r/Rに対するスラグ中%T.Feが下に凸の関係にあり、また底吹き羽口からのガスの流れが溶銑面中心部に近いr/R=0.1の場合と遠いr/R=0.9の場合を除いてスラグ中%T.Feが低位であったこと、すなわち鉄歩留まりが良かったことと整合する。底吹き羽口が4本でも好適な効果が得られており、さらに5本以上でも上記と同等もしくはそれ以上の効果が期待される。一方、底吹き羽口の本数増加に伴う攪拌力の増大により、炉底電極損耗が懸念されるので、底吹き羽口本数は3本または4本で好適である。また、上記した本発明の効果は、r/R=が0.3〜0.7において一層享受することができる。

0036

0037

0038

0039

本発明において、底吹き羽口6から吹き込むガス種として、窒素ガスアルゴンガス、酸素含有ガスなどを用いることができる。窒素ガス、アルゴンガスの場合は底吹き羽口6を単管羽口とすることができる。酸素含有ガス、例えば純酸素を吹き込む場合には、二重管羽口とし、内管の内部から酸素含有ガスを流し、内管と外管の間の空間から冷却用のガスを流すと良い。また、底吹き羽口から吹き込むガス量としては、羽口1本から吹き込む溶銑1t当たりの流量で3〜15Nm3/h程度とすればよい。この流量が少な過ぎると底吹きによる還元・溶解促進効果が明確に表れない一方、多くし過ぎても効果が飽和してしまうばかりか、底吹き羽口の損耗が激しくなって総合的に操業改善にならなくなるからである。

0040

本発明の底吹き羽口6としては、底吹き羽口6を最低3本以上具備し、かつ溶解炉内の半径をR、炉底電極中心14から底吹き羽口6の中心までの距離をrとして、前記(1)式を満たす位置に底吹き羽口6を設置すれば良い。さらに好ましくは、底吹き羽口6の本数をNとし、炉底電極中心14からそれぞれの底吹き羽口6の中心までの距離rは、距離rの平均値の0.8〜1.2倍の範囲内にあり、隣接する底吹き羽口6が炉底電極中心14となす角度は、300°/N〜430°/Nの範囲になるように配置すると良い。底吹き羽口6の配置を上記範囲内とすることにより、底吹き羽口6の偏在を防いで、良好な攪拌流を形成することができる。最も好ましくは、底吹き羽口6を、炉底電極中心14に対して回転対称に配置すると良い。

0041

直流アーク炉に投入する酸化鉄含有鉄原料を予備還元炉で製造するに際し、低還元率の酸化鉄含有鉄原料を造粒して製造することが考えられるが、一方、低還元率の酸化鉄含有鉄原料は圧潰強度が低く、造粒物が一部粉化してしまうという問題がある。酸化鉄含有鉄原料を還元・溶解し、溶銑を製造する際、なるべく安価な原料を用いて鉄歩留まりを良くするのが望ましいが、そのためには粉状の酸化鉄含有鉄原料を還元・溶解することが必要となる。しかし、アーク炉頂から粉状の酸化鉄含有鉄原料を重力投入した場合、その一部は排気ダクトに吸収されるため、鉄歩留まりが低下してしまう。

0042

本発明において好ましくは、図1に示すように、粉状酸化鉄含有鉄原料を、中空の上部電極2および炉上原料投入孔3から直流アーク炉1へ投入し、アーク熱による還元・溶解する溶銑製造方法において、直流アーク炉の中空の上部電極2から最大粒径5mm以下の小径酸化鉄含有鉄原料を供給し、上部電極直下の高温部で溶銑中の炭素と熱で粉状酸化鉄含有鉄原料を還元・溶解する。小径の酸化鉄含有鉄原料を炉上原料投入孔3から投入すると、溶銑面に到達する前に少なくとも一部が排気ダクト15に吸収されてしまうが、中空の上部電極2を通して投入することにより、中空の上部電極2の出口から出た原料は高温のアークを通過して直ちに溶銑11に到達するため、排気ダクト15への吸収ロスがない。また、上部電極2からその直下の高温湯面部へ原料が添加されるので、必然的に最高温度部へ添加されることになって好都合である。なお、粒径が5mmを超える塊状の酸化鉄含有鉄原料については、炉上原料投入孔3から上部電極直下の高温部へ目掛けて投入しても良い。

0043

酸化鉄含有鉄原料は、シャフト炉、回転炉床炉などの予備還元炉にて製造される。予備還元のための原料は、その種類は特には限定されず、種々のものが使用できる。その中でも、例えば、塊状鉄鉱石(塊鉱石)や粉状鉄鉱石製鋼ダスト等の鉄含有ダスト類を含む)を塊成化した焼結鉱、及び、粉状鉄鉱石(鉄含有ダスト類を含む)を塊成化したペレットが好ましい。

0044

1直流アーク炉
2 上部電極
3 炉上原料投入孔
4アーク
5炉底電極
6 底吹き羽口
11溶銑
12耐火物
13スラグ
14 炉底電極中心
15 排気ダクト

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

該当するデータがありません

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 株式会社神戸製鋼所の「 Znを含有した金属鉄を含んだ原料の使用方法」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】Znを含有した金属鉄を含んだ原料を使用する際に、Znに由来する付着物を炉内に形成させずに安定操業を行うことができるZnを含有した金属鉄を含んだ原料の使用方法を提供する。【解決手段】本発明のZn... 詳細

  • 株式会社神戸製鋼所の「 炉況表示方法および炉況表示装置」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】本発明は、現在の炉況をより適切に把握できる炉況表示方法および炉況表示装置を提供する。【解決手段】本発明の炉況表示方法は、炉況表示装置Dに実装され、高炉に配設された複数のセンサ1で測定した複数の... 詳細

  • 日本製鉄株式会社の「 還元鉄の製造方法」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】還元鉄を製造する際に用いられる酸化物系改質材の添加量を事前に最適化することが可能な還元鉄の製造方法を提供する。【解決手段】酸化鉄を主体とし炭材を含む原料に、SiO2および未燃炭素を含有する酸化... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

該当するデータがありません

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ