(57)【要約】【課題】  先端にバーナーを有し、鉱石をバーナーにより形成される火炎中を通過させて炉内に装入する冶金用ランスにおいて、ランスに閉塞が発生した場合には、この閉塞を迅速に検知し、バーナー用ガスの逆流を防止する。【解決手段】  発明の逆流防止装置は、中心部に鉱石を供給するための鉱石流通管９が設けられ、鉱石流通管の周囲に燃料及び酸素ガスの流路が独立して設けられた冶金用ランスの逆流防止装置であって、燃料供給配管１０及び酸素ガス供給配管１１に、それぞれ、遮断弁１３，１４及び圧力計１５，１６を設けるとともに、これら２つの圧力計による圧力測定値が入力され、且つ、入力された圧力測定値に基づいて前記２つの遮断弁に全閉信号を発信する制御装置１７を設け、前記２つの圧力計の何れかによる圧力測定値が予め設定した閾値を超えたときには、制御装置からの全閉信号によって、前記２つの遮断弁は自動的に流路を閉鎖する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部に鉱石を供給するための鉱石流通管が設けられ、該鉱石流通管の周囲に燃料及び酸素ガスの流路が独立して設けられた、バーナー機能を有する冶金用ランスの逆流防止装置であって、
前記燃料を供給するための燃料供給配管及び前記酸素ガスを供給するための酸素ガス供給配管に、それぞれ、遮断弁及び圧力計を設けるとともに、これら２つの圧力計による圧力測定値が入力され、且つ、入力された圧力測定値に基づいて前記２つの遮断弁に全閉信号を発信する制御装置を設け、
前記２つの圧力計の何れかによる圧力測定値が予め設定した閾値を超えたときには、前記制御装置からの全閉信号によって、前記２つの遮断弁は自動的に流路を閉鎖するように構成されていることを特徴とする、バーナー機能を有する冶金用ランスの逆流防止装置。
【請求項２】
中心部に鉱石を供給するための鉱石流通管が設けられ、該鉱石流通管の周囲に燃料及び酸素ガスの流路が独立して設けられた、バーナー機能を有する冶金用ランスの逆流防止装置であって、
前記燃料を供給するための燃料供給配管及び前記酸素ガスを供給するための酸素ガス供給配管に、それぞれ、遮断弁及び圧力計を設けるとともに、前記鉱石流通管の上部または入口部にガス検知手段を設け、且つ、前記２つの圧力計による圧力測定値及び前記ガス検知手段により検知されるガス組成値が入力され、且つ、入力された圧力測定値及びガス組成値に基づいて前記２つの遮断弁に全閉信号を発信する制御装置を設け、
前記２つの圧力計の何れかによる圧力測定値が予め設定した閾値を超えたとき、または、前記ガス検知手段により検知されるガス組成値が予め設定した閾値を超えたときには、前記制御装置からの全閉信号によって、前記２つの遮断弁は自動的に流路を閉鎖するように構成されていることを特徴とする、バーナー機能を有する冶金用ランスの逆流防止装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記２つの遮断弁に全閉信号を発信すると同時に、または、その前後に、前記鉱石流通管から供給される鉱石の供給速度を制御するための鉱石供給手段へ、予め設定された供給速度に低減するように信号を発信し、これにより、冶金炉への鉱石の供給速度が自動的に低減されるように構成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のバーナー機能を有する冶金用ランスの逆流防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、その先端にバーナー機能を有し、クロム鉱石などの鉱石を前記バーナー機能により形成される火炎中を通過させて冶金炉々内に装入する冶金用ランスにおける逆流防止装置に関し、詳しくは、ランス先端部への地金付着などに起因するランス先端部での閉塞により発生するバーナー用ガスの逆流を防止するための逆流防止装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼材料を溶製するにあたり、高価な合金鉄の代わりに、安価な鉱石（例えばクロム鉱石）を炭材（例えばコークスなど）とともに転炉などの鉄浴型溶融還元炉に装入して、鉱石を炉内で溶融還元することによって有価金属（例えばクロムなど）を含有する溶湯を溶製する技術が行われている。この技術は溶融還元法と呼ばれており、溶融還元法では、粒径の小さい粉粒状の鉱石が使用されるが、その鉱石中の有価金属を溶湯として回収するためには、金属酸化物や酸化物系鉱石の還元反応は吸熱反応であることから、還元反応を生起させるための大量の熱エネルギーを必要とする。
【０００３】
この溶融還元法における熱源としては、従来、炉内に酸素ガス（Ｏ2）を供給することによって炉内に装入された炭材を燃焼（「一次燃焼」という）させて得られる熱エネルギーと、この一次燃焼によって発生する一酸化炭素（ＣＯ）を更に燃焼（「二次燃焼」という）させて二酸化炭素（ＣＯ2）を生成することによって得られる熱エネルギーと、が使用されてきた。
【０００４】
しかしながら、有価金属を含有する溶湯の溶製コストを削減するべく安価原料である鉱石の装入量を増加すると、大量の熱エネルギーを必要とするため、一次燃焼及び二次燃焼を促進させる必要がある。しかしながら、これらを促進させるために酸素ガス流量を増加すると、ダスト発生量が増加し、有価金属の歩留り低下を招くことから、一次燃焼及び二次燃焼を促進させるにしても限度がある。
【０００５】
そこで、特許文献１では、酸化性ガスを供給する上吹きランスとは別に、粉粒状の鉱石を炉内に装入する鉱石投入ランスを設置し、該鉱石投入ランスの先端部に鉱石の流通孔を設けるとともに燃料及び酸素ガスを吹込む噴射孔（ノズル）からなるバーナーを設け、該バーナーにより火炎を発生させ、前記鉱石をこの火炎の中を通過させて加熱し、加熱した鉱石を添加することにより炉内溶湯への着熱量を増加させ、それにより鉱石の装入量を増加させる技術を提案している。
【０００６】
この技術により、炉内溶湯への着熱量は増加したが、溶融還元中に、鉱石投入ランスの先端に地金が付着するなどして、鉱石投入ランスが閉塞するという新たなトラブルが発生した。鉱石投入ランスが閉塞すると、供給された燃料及び酸素ガスが逆流し、逆流した燃料及び酸素ガスが鉱石投入ランスの流路内或いは供給配管内で燃焼し、設備を損傷するという問題が起こる。また、供給された燃料及び酸素ガスが、先端部の鉱石流通孔を介して鉱石投入ランスの鉱石流通管を逆流し、例えば、鉱石流通管の上部に設置される鉱石収容ホッパーから漏れ、そこで着火するという問題も発生する。この問題に関して、上記特許文献１は対策を講じていない。
【０００７】
従来、配管での逆流防止対策としては、供給配管に逆止弁を設けることが一般的に行われている。しかしながら、逆止弁のみではガスの供給自体は止まらず、ランス側圧力よりもガス供給側圧力の方が高くなると逆止弁が開放し、再度、ガスがランス側に供給されてしまい、着火などのトラブルが再発する恐れがある。つまり、逆止弁のみの設置は、上記問題点の対策とは成り得ない。
【０００８】
一方、特許文献２には、精錬用ランスの付着物を除去するにあたり、精錬終了後、ランスを待機位置へ移動する間に、ランスの外表面に酸素ガスを噴射して付着物を溶解・除去するともに、付着物剥離剤を噴射して該外表面に付着物剥離剤の被膜を形成する技術が提案されている。しかしながら、先端部にバーナー機能を有するランスの場合には、先端部構造が複雑で、この複雑な部位に浸入するようにして地金が付着しており、ランスの外表面に酸素ガスを噴射するだけでは、付着地金の溶解は困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１３８２０７号公報
【特許文献２】特開平１１−２７９６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、その先端にバーナー機能を有し、クロム鉱石などの鉱石を前記バーナー機能により形成される火炎中を通過させて冶金炉々内に装入する冶金用ランスを用いて製錬または精錬する際に、ランス先端部への地金付着などに起因してランス先端開口部にて閉塞が発生した場合には、この閉塞を迅速に検知して、バーナー用ガスの逆流を防止することができ、更には、冶金用ランスに設けられた鉱石流通管への逆流をも防止することのできる、バーナー機能を有する冶金用ランスの逆流防止装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための第１の発明に係るバーナー機能を有する冶金用ランスの逆流防止装置は、中心部に鉱石を供給するための鉱石流通管が設けられ、該鉱石流通管の周囲に燃料及び酸素ガスの流路が独立して設けられた、バーナー機能を有する冶金用ランスの逆流防止装置であって、前記燃料を供給するための燃料供給配管及び前記酸素ガスを供給するための酸素ガス供給配管に、それぞれ、遮断弁及び圧力計を設けるとともに、これら２つの圧力計による圧力測定値が入力され、且つ、入力された圧力測定値に基づいて前記２つの遮断弁に全閉信号を発信する制御装置を設け、前記２つの圧力計の何れかによる圧力測定値が予め設定した閾値を超えたときには、前記制御装置からの全閉信号によって、前記２つの遮断弁は自動的に流路を閉鎖するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
第２の発明に係るバーナー機能を有する冶金用ランスの逆流防止装置は、中心部に鉱石を供給するための鉱石流通管が設けられ、該鉱石流通管の周囲に燃料及び酸素ガスの流路が独立して設けられた、バーナー機能を有する冶金用ランスの逆流防止装置であって、前記燃料を供給するための燃料供給配管及び前記酸素ガスを供給するための酸素ガス供給配管に、それぞれ、遮断弁及び圧力計を設けるとともに、前記鉱石流通管の上部または入口部にガス検知手段を設け、且つ、前記２つの圧力計による圧力測定値及び前記ガス検知手段により検知されるガス組成値が入力され、且つ、入力された圧力測定値及びガス組成値に基づいて前記２つの遮断弁に全閉信号を発信する制御装置を設け、前記２つの圧力計の何れかによる圧力測定値が予め設定した閾値を超えたとき、または、前記ガス検知手段により検知されるガス組成値が予め設定した閾値を超えたときには、前記制御装置からの全閉信号によって、前記２つの遮断弁は自動的に流路を閉鎖するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
第３の発明に係るバーナー機能を有する冶金用ランスの逆流防止装置は、第１または第２の発明において、前記制御装置は、前記２つの遮断弁に全閉信号を発信すると同時に、または、その前後に、前記鉱石流通管から供給される鉱石の供給速度を制御するための鉱石供給手段へ、予め設定された供給速度に低減するように信号を発信し、これにより、冶金炉への鉱石の供給速度が自動的に低減されるように構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、バーナー機能を有する冶金用ランスにおける燃料流路及び酸素ガス流路の閉塞を、それぞれの供給配管に設置した圧力計での圧力上昇により検知し、閉塞を検知したならば直ちに燃料及び酸素ガスの供給を停止するので、燃料及び酸素ガスが逆流することによるトラブルを未然に防止することができる。更に、鉱石流通管の上部または入口部にガス検知手段を設けた場合には、このガス検知手段により逆流する燃料または酸素ガスを検知することができるので、鉱石流通管への逆流をも防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の形態例を示す図であり、本発明に係る冶金用ランスの逆流防止装置を備えた、クロム鉱石の溶融還元設備の概略図である。
【図２】本発明の第２の形態例を示す図であり、本発明に係る冶金用ランスの逆流防止装置を備えた、クロム鉱石の溶融還元設備の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。先ず、本発明の第１の形態例について説明する。図１は、本発明の第１の形態例を示す図であり、本発明に係る冶金用ランスの逆流防止装置を備えた、クロム鉱石の溶融還元設備の概略図である。
【００１７】
図１に示すように、クロム鉱石を溶融還元してクロムを含有する溶湯６を溶製する鉄浴型溶融還元炉設備１は、クロム鉱石の溶融還元反応を行い、溶製された溶湯６を貯留する炉本体２と、この炉本体２の内部に酸化性ガスを上吹きする、炉本体２のほぼ軸心に設置された、炉本体２の内部を昇降可能な上吹きランス３と、炉本体２の軸心から離れた位置に設置された、クロム鉱石を炉本体２の内部に供給する、炉本体２の内部を昇降可能な、本発明で冶金用ランスと定義する鉱石投入ランス４と、を備えている。
【００１８】
炉本体２の底部には、窒素ガスやＡｒガスなどを攪拌用ガスとして炉本体２の内部に吹き込むための複数の底吹き羽口５が設けられ、また、上吹きランス３は、酸素ガスや酸素富化空気などの酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給配管８と接続され、酸化性ガス供給配管８を介して供給される酸化性ガスを、その先端から炉本体２の内部に吹き付けるようになっている。
【００１９】
一方、鉱石投入ランス４には、燃料供給配管１０及び酸素ガス供給配管１１が接続されており、鉱石投入ランス４の中心部には、クロム鉱石を通すための鉱石流通管９が設置され、この鉱石流通管９の周囲には、燃料供給配管１０から供給された燃料を通すための燃料流路（図示せず）及び酸素ガス供給配管１１から供給された酸素ガスを通すための酸素ガス流路（図示せず）が、それぞれ独立して配置されている。燃料としては、メタンガス、プロパンガス、コークス炉ガスなどの気体燃料、及び、軽油、重油などの液体燃料を使用可能であるが、ここでは、気体燃料を使用した例で説明する。
【００２０】
鉱石投入ランス４に設けられた燃料流路を介して供給される燃料と、鉱石投入ランス４に設けられた酸素ガス流路を介して供給される酸素ガスとが、鉱石投入ランス４の先端部で互いに混合して燃焼し、鉱石投入ランス４の先端部に火炎２６を形成する。この場合、鉱石投入ランス４の先端部は、中心部から外周部に向かって、鉱石流通管９が開口して形成される円形の鉱石流通孔（図示せず）と、酸素ガス流路が開口して形成される円環状の酸素ガスノズル（図示せず）と、燃料流路が開口して形成される円環状の燃料ノズル（図示せず）とが、同心円状に配置された構造となっている。また、必要に応じて、燃料流路の外周に、更に冷却水の給排水流路を設けることも可能である。つまり、鉱石投入ランス４は、同心円状の多重管で構成されている。
【００２１】
鉱石流通管９の上端部は、鉱石収容ホッパー２０と接続されており、鉱石供給用コンベア２２によって鉱石収容ホッパー２０に供給されたクロム鉱石は、鉱石流通管９の内部を自由落下して、鉱石投入ランス４の下端部に至り、形成される火炎２６によって加熱されながら、炉本体２に装入される。このように、鉱石収容ホッパー２０、鉱石供給用コンベア２２及び電動機２３により、鉱石供給手段が構成されている。鉱石供給用コンベア２２は電動機２３によって駆動されており、電動機２３の回転数を制御することで、鉱石収容ホッパー２０へのクロム鉱石の供給速度が調整される。図中、符号２５は、火炎２６により加熱されながら火炎２６中を落下するクロム鉱石を示している。
【００２２】
燃料供給配管１０及び酸素ガス供給配管１１には、それぞれのバルブスタンド１２で、それぞれ、燃料遮断弁１３及び燃料圧力計１５と、酸素ガス遮断弁１４及び酸素ガス圧力計１６とが設置されている。また、燃料供給配管１０には、燃料遮断弁１３よりも下流側に燃料供給配管１０を大気開放するための燃料ブリード弁１８が設けられ、同様に、酸素ガス供給配管１１には、酸素ガス遮断弁１４よりも下流側に酸素ガス供給配管１１を大気開放するための酸素ガスブリード弁１９が設けられている。燃料圧力計１５による圧力測定値及び酸素ガス圧力計１６による圧力測定値は、制御装置１７に入力されている。
【００２３】
燃料遮断弁１３、酸素ガス遮断弁１４、燃料ブリード弁１８、酸素ガスブリード弁１９及び電動機２３は、制御装置１７によって作動が制御されている。即ち、燃料遮断弁１３及び酸素ガス遮断弁１４は、制御装置１７によって発信される「全閉信号」により、強制的に流路を閉鎖し、燃料ブリード弁１８及び酸素ガスブリード弁１９は、制御装置１７によって発信される「全開信号」により、強制的に流路を開放し、電動機２３は、制御装置１７によって発信される信号により、予め設定された回転数に変更するように構成されている。
【００２４】
即ち、制御装置１７は、燃料圧力計１５及び酸素ガス圧力計１６から入力される圧力測定値に基づき、燃料遮断弁１３及び酸素ガス遮断弁１４を閉鎖するとともに、燃料ブリード弁１８及び酸素ガスブリード弁１９を開放し、更には、炉本体２へのクロム鉱石供給速度を変更するべく、電動機２３の回転数を変更する。この場合、予め、燃料供給配管１０及び酸素ガス供給配管１１の圧力に閾値（上限値）を設定しておき、圧力測定値が閾値を超えたときに、鉱石投入ランス４の先端部の燃料ノズルまたは酸素ガスノズルでの閉塞が発生したとして、つまり、閉塞を検知したとして、上記の信号をそれぞれの装置に発信するように構成されている。
【００２５】
このように構成される鉄浴型溶融還元炉設備１において、底吹き羽口５から攪拌用ガスを吹き込んで溶湯６を攪拌しつつ、且つ、上吹きランス３から酸素ガスなどの酸化性ガス２４を溶湯６に向けて吹き込みながら、その先端部に火炎２６の形成された鉱石投入ランス４を介してクロム鉱石を炉本体２に装入し、炉本体２に別途装入したコークスなどの炭材の燃焼熱並びに火炎２６の熱によりクロム鉱石２５を溶融して溶融スラグ７とし、この溶融スラグ７を炭材により還元してクロムを含有する溶湯６を溶製する。この溶製の際に、溶湯６或いは溶融スラグ７が飛散するなどして鉱石投入ランス４の先端部に付着し、燃料ノズルまたは酸素ガスノズルが閉塞した場合には、閉塞したノズルに応じて燃料圧力計１５または酸素圧力計１６の何れかの圧力が上昇する。
【００２６】
燃料圧力計１５及び酸素圧力計１６の測定値は制御装置１７に送信されており、制御装置１７は予め設定された圧力閾値と圧力測定値とを比較して、圧力測定値が閾値を超えた場合には、閉塞発生と判定して、燃料遮断弁１３及び酸素ガス遮断弁１４を閉鎖するとともに、燃料ブリード弁１８及び酸素ガスブリード弁１９を開放し、且つ、電動機２３の回転数を予め設定した、通常状態よりも少ない回転数に変更する。
【００２７】
電動機２３の回転数を通常状態よりも少ない回転数に変更する理由は、鉱石投入ランス４の先端部での火炎２６が消火されることにより、炉本体２への熱供給量が減少するので、それに応じてクロム鉱石の供給速度を低下するためである。
【００２８】
このように、本発明によれば、鉱石投入ランス４の燃料ノズル及び酸素ガスノズルでの閉塞を、燃料圧力計１５及び酸素ガス圧力計１６での圧力上昇により検知し、閉塞を検知したならば直ちに燃料及び酸素ガスの双方の供給を停止するので、燃料及び酸素ガスが鉱石投入ランス４及び供給配管を逆流することによるトラブルを未然に防止することができる。
【００２９】
次いで、本発明の第２の形態例について説明する。図２は、本発明の第２の形態例を示す図であり、本発明に係る冶金用ランスの逆流防止装置を備えた、クロム鉱石の溶融還元設備の概略図である。
【００３０】
図２に示すように、第２の形態例の鉄浴型溶融還元炉設備１Ａにおいては、鉱石流通管９の上端部に接続される鉱石収容ホッパー２０に、ガス回収管２１ａが接続されていて、このガス回収管２１ａの他端には、ガス検知手段としてガス分析計２１が配置されており、ガス分析計２１は、ガス回収管２１ａから採取される鉱石収容ホッパー内の雰囲気ガスの組成を連続的または断続的に分析し、分析結果を制御装置１７に送信しており、これ以外は、前述した第１の形態例の鉄浴型溶融還元炉設備１と同一構造となっており、同一の部分は同一符号により示し、その説明は省略する。
【００３１】
即ち、第２の形態例の鉄浴型溶融還元炉設備１Ａにおいては、制御装置１７に、燃料圧力計１５及び酸素ガス圧力計１６からの信号のみならず、ガス分析計２１からの信号が入力されており、制御装置１７は、燃料圧力計１５及び酸素ガス圧力計１６から入力される圧力測定値と、ガス分析計２１から入力されるガス組成値との両方のデータに基づき、燃料遮断弁１３及び酸素ガス遮断弁１４を閉鎖するとともに、燃料ブリード弁１８及び酸素ガスブリード弁１９を開放し、更には、炉本体２へのクロム鉱石供給速度を変更するべく、電動機２３の回転数を変更する。この場合、予め、圧力及びガス組成値に閾値を設定しておき、圧力測定値またはガス組成値の何れかが閾値を超えたときに、上記の信号をそれぞれの装置に発信する。
【００３２】
地金飛散などに起因して、鉱石投入ランス４の先端部の燃料ノズルまたは酸素ガスノズルが閉塞した場合には、それぞれ燃料圧力計１５または酸素ガス圧力計１６の圧力測定値が上昇し、一方、燃料ノズル及び酸素ガスノズルは閉塞されないものの、鉱石投入ランス４の下端部全体に地金が付着し、供給した燃料または酸素ガスが鉱石流通孔を介して鉱石流通管９に逆流する場合には、鉱石収容ホッパー内の雰囲気ガス中の燃料成分または酸素ガス成分が上昇するので、これを分析するガス分析計２１によるガス組成値から、閉塞を検知することができる。
【００３３】
このように、第２の形態例の場合には、鉱石投入ランス４の燃料ノズル及び酸素ガスノズルの閉塞を燃料圧力計１５及び酸素ガス圧力計１６での圧力上昇により検知することができるのみならず、鉱石投入ランス４の先端部全体が閉塞した場合には、ガス分析計２１によるガス組成値からこの閉塞を検知することができ、何れの閉塞であっても閉塞を検知したならば、直ちに燃料及び酸素ガスの双方の供給を停止するので、燃料及び酸素ガスの鉱石投入ランス４及び供給配管での逆流、更には鉱石流通９での逆流に起因するトラブルを未然に防止することができる。
【００３４】
尚、本発明は上記説明の範囲に限るものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記説明では、鉱石投入ランス４の先端部の燃料ノズル及び酸素ガスノズルは円環状であるが、鉱石流通孔９の周囲に円状のノズルをそれぞれ複数配置するようにしてもよい。また、鉱石流通孔９の内部をクロム鉱石が自由落下して装入されるが、窒素ガスなどを搬送用ガスとして搬送用ガスとともに供給するようにしてもよい。また更に、上記説明はクロム鉱石の溶融還元法に本発明を適用した例であるが、供給するものはクロム鉱石に限るものではなく、鉄鉱石やニッケル鉱石などであってもよく、更には、生石灰などの造滓剤であっても構わない。
【符号の説明】
【００３５】
１  鉄浴型溶融還元炉設備
１Ａ  鉄浴型溶融還元炉設備
２  炉本体
３  上吹きランス
４  鉱石投入ランス
５  底吹き羽口
６  溶湯
７  溶融スラグ
８  酸化性ガス供給配管
９  鉱石流通管
１０  燃料供給配管
１１  酸素ガス供給配管
１２  バルブスタンド
１３  燃料遮断弁
１４  酸素ガス遮断弁
１５  燃料圧力計
１６  酸素ガス圧力計
１７  制御装置
１８  燃料ブリード弁
１９  酸素ガスブリード弁
２０  鉱石収容ホッパー
２１  ガス分析計
２２  鉱石供給用コンベア
２３  電動機
２４  酸化性ガス
２５  クロム鉱石
２６  火炎
【図１】
2010159444.tif 000003
【図２】
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