(57)【要約】      （修正有）【課題】粒および／または粉状の酸化鉄含有鉄原料を回転炉床炉などの予備還元炉により加熱・還元処理した後、溶解精錬炉における溶融鉄浴に投入して溶解する酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法において、原料の混合性に優れており、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】鉄を主成分とし、酸化鉄、ＣａＯ、ＳｉＯ2などの酸化物、および、炭素含有物質を含有する、粒および／または粉状の酸化鉄含有鉄原料を平均金属化率が７０％以上まで予備還元炉により加熱・還元処理した後、該鉄原料を溶解精錬炉における溶融鉄浴に投入し、炭素含有燃料を添加しつつ酸素の吹き込みを行うことにより還元および溶解する方法において、底吹きガス流量Ｑ(Nm3/h)、溶融鉄浴の浴深さｈ(m)、溶融鉄浴の重量Ｗ(ton)として、下記（Ａ）式により計算される底吹きガスによる溶融鉄浴の攪拌力εを０．２≦ε≦２に制御する。2006104501.tif 000006【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄を主成分とし、酸化鉄、ＣａＯ、ＳｉＯ2などの酸化物、および、炭素含有物質を含有した粒および／または粉状の酸化鉄含有鉄原料を予備還元炉により加熱・還元処理した後、該鉄原料を溶解精錬炉における溶融鉄浴に投入し、炭素含有燃料を添加しつつ酸素の吹き込みを行うことにより還元および溶解する方法において、底吹きガス流量Ｑ(Nm3/h)、溶融鉄浴の浴深さｈ(m)、溶融鉄浴の重量Ｗ(ton)として、下記（Ａ）式により計算される底吹きガスによる溶融鉄浴の攪拌力εを０．２≦ε≦２に制御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。
【数１】
2006104501.tif 000005
【請求項２】
予備還元炉により加熱・平均金属化率が７０％以上までに還元処理す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】
請求項１または請求項２に記載の酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法において、該原料の投入に際し、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ等を含有するスラグ改質用副材と炭素含有燃料を溶解精錬炉内へ投入する前に加えることにより、還元・溶解時に生成するスラグ成分の組成を均一に保持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。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３に記載の酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法において、溶解精錬炉内の溶融鉄浴上端位置の炉内径Ｄと溶融鉄浴の深さｈの比Ｄ／ｈが、１．５≦Ｄ／h≦１０を満たすことを特徴とする酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４に記載の酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法において、溶解精錬炉上部から投入した溶解原料の溶融鉄浴表面での投入範囲を、酸素吹き込みランスからの酸素噴流が溶融鉄浴表面で形成するガス噴流の到達範囲とし、粉および／または粒状の原料を酸素噴流に巻き込ませることにより、該原料を歩留まり良く溶解精錬炉に供給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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法に関する。
具体的には、粒および／または粉状の酸化鉄含有鉄原料を回転炉床炉などの予備還元炉により加熱・還元処理した後、溶解精錬炉における溶融鉄浴に投入して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】
粒および／または粉状の酸化鉄含有鉄原料を回転炉床炉などの予備還元炉により加熱・還元処理した後、溶解精錬炉における溶融鉄浴に投入して溶解する酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解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、特開平4-285107号公報には、鉄浴溶融還元炉への原料装入方法であって、重力落下により鉄原料と炭材が供給され、スラグ面に到達する前に炭材と鉄系原料の落下流が合流するように炉内に装入し、各装入孔を接触あるいは多重管にすることにより細粒炭材の飛散を防止する方法が開示されている。
しかし、特開平4-285107号公報に開示された方法は、投入中の空間、または、投入直前での混合のため炭材と鉄系原料の混合性が低いという問題があった。
また、特許第3357360号公報には、浴上部の空間に旋回流を酸素ガス吹き込みによって形成させることによりサイクロン効果により鉄歩留りを向上させる方法が開示されている。
しかし、特許第3357360号公報の方法により旋回流を作るには多量のガスが必要であり、酸素ガスが炉壁に当るため、耐火物に対する負荷が高いという問題点があった。
【０００３】
また、特許第3058039号公報には、酸素比率50％以下の上吹きを行う冷鉄源溶解法において、石灰をキャリアガスで吹き込むことにより、経済的に鉄を作る方法が開示されている。
しかし、特許第3058039号公報に開示された方法は、キャリアガスが必要であり、ガスコストが高いうえ、排ガスによる持ち去り熱が増大するという問題点があった。
さらに、特開平11-21607号公報には、排ガス利用し予熱した還元鉄を電気炉に投入し熱の有効利用により還元鉄の50％以上の溶解を高効率で実施する方法が開示されている。
しかし、特開平11-21607号公報に開示された方法は、温度・雰囲気制御が難しく、還元鉄溶着や再酸化の抑制が困難であるという問題点があった。
【特許文献１】特開平4-285107号公報
【特許文献２】特許第3357360号公報
【特許文献３】特許第3058039号公報
【特許文献４】特開平11-21607号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、粒および／または粉状の酸化鉄含有鉄原料を回転炉床炉などの予備還元炉により加熱・還元処理した後、溶解精錬炉における溶融鉄浴に投入して溶解する酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法において、原料の混合性に優れており、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課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前述の課題を解決するために鋭意検討の結果、粒および／または粉状の酸化鉄含有鉄原料を回転炉床炉などの予備還元炉により加熱・還元処理した後、溶解精錬炉における溶融鉄浴に投入して溶解する酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法において、底吹きガスによる溶融鉄浴の攪拌力を特定範囲とし、スラグ改質用副材と炭素含有燃料を溶解精錬炉内に投入する前に加えることにより、原料の混合性に優れており、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ものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）鉄を主成分とし、酸化鉄、ＣａＯ、ＳｉＯ2などの酸化物、および、炭素含有物質を含有した粒および／または粉状の酸化鉄含有鉄原料を予備還元炉により加熱・還元処理した後、該鉄原料を溶解精錬炉における溶融鉄浴に投入し、炭素含有燃料を添加しつつ酸素の吹き込みを行うことにより還元および溶解する方法において、底吹きガス流量Ｑ(Nm3/h)、溶融鉄浴の浴深さｈ(m)、溶融鉄浴の重量Ｗ(ton)として、下記（Ａ）式により計算される底吹きガスによる溶融溶銑浴のεを０．２≦ε≦２に制御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。
【数１】
2006104501.tif 000002
（２）予備還元炉により加熱・平均金属化率が７０％以上までに還元処理することを特徴とする（１）記載の酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法。
（３）（１）または（２）に記載の酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法において、該原料の投入に際し、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ等を含有するスラグ改質用副材と炭素含有燃料を溶解精錬炉内へ投入する前に加えることにより、還元・溶解時に生成するスラグ成分の組成を均一に保持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。
（４）（１）乃至（３）に記載の酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法において、溶解精錬炉内の溶融鉄浴上端位置の炉内径Ｄと溶融溶銑銑鉄浴の深さｈの比Ｄ／ｈが、１．５≦Ｄ／h≦１０を満たすことを特徴とする酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法。
（５）（１）乃至（４）に記載の酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法において、溶解精錬炉上部から投入した溶解原料の溶融鉄浴表面での投入範囲を、酸素吹き込みランスからの酸素噴流が溶融鉄浴表面で形成するガス噴流の到達範囲とし、粉・粒状の原料を酸素噴流に巻き込ませることにより、該原料を歩留まり良く溶解精錬炉に供給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。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、粒および／または粉状の酸化鉄含有鉄原料を回転炉床炉などの予備還元炉により加熱・還元処理した後、溶解精錬炉における溶融鉄浴に投入して溶解する酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法において、底吹きガスによる溶融鉄浴の攪拌力を特定範囲とし、スラグ改質用副材と炭素含有燃料を溶解精錬炉内に投入する前に加えることにより、原料の混合性に優れており、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ができるなど産業上有用な著しい効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
発明を実施するための最良の形態について、図１乃至図７を用いて詳細に説明する。
本発明に用いる鉄原料は、鉄を主成分とし、酸化鉄、ＣａＯ、ＳｉＯ2などの酸化物、および、炭素含有物質を含有した粒および／または粉状の酸化鉄含有鉄原料であり、これを予備還元炉により加熱・還元処理した場合、以下のような性質を有する。
１）酸化鉄を含有している。
２）ＣａＯ、ＳｉＯ2といった酸化物(スラグ分)を含有し、主要酸化物であるＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯの合計含有比率が7〜12のスラグ含有比率が高い原料である
３）比重が小さい（溶銑に浮く）
酸化鉄含有原料は、攪拌が無い場合、比重が小さいため溶融鉄浴上に浮いた状態で溶解・還元される。
【０００８】
また、ＣａＯ、ＳｉＯ2等のスラグ成分を含有するため、攪拌の無い条件では、溶解後に残留したスラグ分が原料表面に付着し、溶融鉄浴との接触を阻害するため、溶解速度の低下が生じてしまう。
そこで、本発明においては、前述の酸化鉄含有鉄原料を予備還元炉により加熱・還元処理した後、該鉄原料を溶解精錬炉における溶融鉄浴に投入し、炭素含有燃料を添加しつつ酸素の吹き込みを行うことにより還元および溶解する方法において、底吹きガス流量Ｑ(Nm3/h)、溶融鉄浴の浴深さｈ(m)、溶融鉄浴の重量Ｗ(ton)として、下記（Ａ）式により計算される底吹きガスによる溶融銑鉄浴の攪拌力εを０．２≦ε≦２に制御することを特徴とする。
【数１】
2006104501.tif 000003
この攪拌力εを０．２以上に制御することによって、スラグ成分を含有する比重の小さい鉄原料の溶解・還元を効率良く実施することができる。この理由は、攪拌力εを０．２以上に制御することによって、比重の軽い原料を溶融銑鉄浴に巻込ませ、また、生成したスラグ分を原料表面から除去することができるので該鉄含有原料が高効率で溶解するものと考えられる。攪拌力εの増大により溶解効率性は増大するが、２より大きい条件では効率が飽和するため２以下の範囲に制御すべきである。効率が飽和するにもかかわらず、底吹きガス流量を増やすことはガスコストの増大を招くだけでなく、必要以上の攪拌力の増大は炉壁耐火物損耗速度の増大を招き、炉寿命に大きな影響を及ぼしてしまう。
溶融鉄浴の攪拌状態を記述する指標として一般的に攪拌動力密度が使用されるが、本発明では、攪拌動力密度の算出において、主要なパラメータとしてガス流量、溶融鉄浴の深さ、溶融鉄浴の量を使用した。酸化鉄含有原料の溶解・還元では、溶融鉄浴との接触性、即ち、混合攪拌性の確保が重要である。浴の深さが深い方がガスの浮上エネルギーを有効に利用でき、浴深さを考慮しつつ必要なガスを吹込むことが必要である。
本発明においては、攪拌力εを０．２以上に制御する方法は問わないが、制御の容易性の観点から、底吹きガス流量Ｑ(Nm3/h)を調整する方法が好ましい。通常、攪拌のガス種としてはＮ２ガスを使用するが、ＣＯ2やＯ2ガスを使用しても良い。ＣＯ2ガスの場合、溶融鉄浴内でＣと反応しＣＯ２＋Ｃ→２ＣＯとなるため、ガス流量をＣＯ2ガス流量の２倍として攪拌動力の計算を行えば良い。また、Ｏ2については、ＣＯ2と同様に溶融鉄浴内のＣと反応し、Ｏ2＋２Ｃ→２ＣＯとなるため、ガス流量をＯ2ガス流量の２倍として攪拌動力の計算を行えば良い。なお、本発明において、前述の酸化鉄含有鉄原料を予備還元炉により加熱・還元処理する際、平均金属化率が７０％以上とすることが好ましい。ここで金属化率とは、（酸化鉄含有鉄原料に含有される金属鉄分）／（酸化鉄含有鉄原料に含有される全鉄分）×１００（％）である。平均金属化率が７０％以上とするのは、７０％未満では十分な鉄歩留りが得られないからである。
【実施例１】
【０００９】
本発明の酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法における第１の実施形態を以下に示す。
まず、溶解精錬炉内に装入された温度1380〜1415℃、Ｃ濃度4.2〜4.3mass％の溶融鉄浴50tonに平均金属化率72〜83％の鉄含有原料を供給し、溶解および酸化鉄分の還元を行った結果を表１に示す。ここでいう鉄歩留りとは、酸化鉄含有鉄原料中の全鉄分の内、製造した溶銑鉄浴に含まれる鉄分の比率をいい、（鉄歩留り）＝（製造溶融鉄浴中鉄分）／（酸化鉄含有鉄原料中の全鉄分）×１００（％）である。
上吹きランスから酸素を7200Nm3/hの速度で吹き込みを行い、炭素含有燃料を上方から投入、あるいは、底吹きから供給し、投入した鉄含有原料を溶解・還元することにより溶融鉄量が50tonから80tonになるまで溶解を行い、溶解終了後、溶解量30tonを鍋に排出し、繰り返し上記作業を行うことで溶融鉄を製造した。また、溶融鉄を排出した後、溶解・還元により生成したスラグをスラグ排出用鍋に排出した。
溶解に伴い溶融鉄浴の深さは1.0〜1.6ｍの範囲で推移した。上記溶解作業において溶融銑浴に吹き込まれるＮ２ガスの量を変えて、攪拌条件を変更し鉄の歩留りを評価した。また、撹拌力2kW/tを超えたNo.1&2については、歩留り効果が飽和する一方で、攪拌力が強いため、炉内壁や底吹きノズル近傍の補修材の剥離が研著になった。従って、操業安定の確保より必要以上の攪拌力の付与は回避すべきである。
攪拌力を0.2kW/t〜2.0kW/t確保した発明例であるNo.3〜No.10では溶解・還元を効率良く行え、鉄歩留りが９４％以上と高い操業が行えることがわかった。
また、上記攪拌力を0.3kW/t以上とすることによって、さらに鉄歩留りを向上させることができる。
【表１】
2006104501.tif 000004
【実施例２】
【００１０】
図１乃至図３は、本発明の酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法における第２の実施形態を示す図である。
図１において、１はスラグ改質用副材および炭素含有燃料、２はスキップコンベア、３は原料装入口、４は上吹きノズル、５は溶解精錬炉を示す。
本実施形態は、図１に示すように、前述の酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法において、該原料の投入に際し、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ等を含有するスラグ改質用副材と炭素含有燃料１を溶解精錬炉内５へ投入する前に加えることにより、還元・溶解時に生成するスラグ成分の組成を均一に保持することを特徴とする。
【００１１】
本実施形態においては、平均金属化率72〜83％の鉄含有原料を供給し、溶解および酸化鉄分の還元を行った。
操業条件は実施例１と同様、底吹きガス流量は520Nm3/hとし、炉内へ装入する前に鉄含有原料にスラグ改質材として炉内へ投入するＣａＯやＭｇＯを含有した改質用原料を加えた。
改質用原料は投入する鉄含有原料１ｔｏｎに対し、最大40kg加えた。
図２および図３に示すように、スラグ改質用副材と炭素含有燃料１を投入前に加える本発明例によれば、改質用原料に含有される微粒分の歩留りが高位安定化するとともに、連続、あるいは、半連続的に鉄含有原料と投入されることで、スラグ成分のバラツキが小さくなるため、スラグ中での改質用原料の溶解が円滑に進みスラグ組成が安定し、鉄歩留りを向上させることができる。また、鉄歩留りのバラツキも低減される。
一方、比較例では、投入前に混合せず、炉内へ直接、改質用原料を投入するため、スラグ組成が平均組成に比べ、高融点側にバラツク時があることで、スラグの流動性が悪化し、鉄含有原料の溶解阻害が発生し、スラグへの鉄残留分が増大するため鉄歩留りの低下が生じた。
【実施例３】
【００１２】
図４および図５は、本発明の酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法における第３の実施形態を示す図である。
図４において、４は上吹きノズル、５は溶解精錬炉を示す。
本発明に用いる酸化鉄含有鉄原料は、比重が軽いため、攪拌が無い条件では、溶融鉄浴上に浮いてしまう。そのため、反応サイトは主に溶融鉄浴表面であり、浴の表面積が大きい程、溶解量を増大させることができる。
一方で、攪拌力を付与することで、溶融鉄浴上に浮遊する鉄含有原料を溶融鉄浴内へ巻込ませることができるため、見かけの反応界面積を増大させることができる。攪拌にあたっては、浴深が小さいと攪拌力が低下（実施例１の式（Ａ）で示したように）する上、水平方向での攪拌均一性が低下する。従って、溶融鉄浴の量が同じならば、浴内を均一に攪拌できる深さを保ちつつ、できるだけ炉内径を大きくとることが鉄含有原料を溶解・還元する上で重要である。
【００１３】
そこで、本実施形態では、溶解精錬炉内の溶融銑鉄浴上端位置の炉内径Ｄと溶融溶銑浴の深さｈの比Ｄ／ｈが、１．５≦Ｄ／h≦１０を満たすことを特徴とする。
このように溶解精錬炉内の溶融鉄浴上端位置の炉内径Ｄと溶融鉄浴の最大深さｈの比が特定範囲にすることによって、鉄含有原料を効率良く、溶解・還元できる。
本実施形態においては、平均金属化率72〜83％の鉄含有原料を供給し、溶解および酸化鉄分の還元を行った。
操業条件は実施例１と同様、底吹きガス流量は520Nm3/hとし、溶融溶銑浴の初期装入量を変化させ、最適なＤ／hの範囲を評価した結果、図５に示すように１．５≦Ｄ／h≦１０が最適な条件であることを見出した。
【実施例４】
【００１４】
図６および図７は、本発明の酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法における第４の実施形態を示す図である。
図６において、４は上吹きノズル、５は溶解精錬炉を示す。
本発明に用いる酸化鉄含有鉄原料は、微粒・微粉を含有するため、溶解精錬炉内へ投入する際、投入位置によっては、投入歩留りが大きく変動する。溶解精錬炉では上吹きランスより吹き込まれたガスによる噴流が炉内中心部では下向きの流れを形成し、炉の壁近傍では上向きの流れを形成している。従って、この上方の流れへ向かって微粉・微粒を含有した原料を投入することは、投入原料の歩留り低下を招いてしまう。
そこで、本実施形態では、微粒・微粉原料をこの下向きの流れに向かって投入することで、歩留りが高い操業が可能であることを見出した。
本実施形態においては、平均金属化率72〜83％の鉄含有原料を供給し、溶解および酸化鉄分の還元を行った。操業条件は実施例１と同様、底吹きガス流量は520Nm3/hとし、投入位置は、上吹きランス下端部と静止浴状態での溶融鉄浴表面間の距離をＨ、上吹きランスから供給されるガス噴流の広がり角をθとしてＨ・tan(θ/2)を半径とした範囲内に投入することで、図７に示すように高い歩留りが得られることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明における酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法の第２の実施形態を示す図である。
【図２】本発明における酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法の第２の実施形態の効果を示す図である。
【図３】本発明における酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法の第２の実施形態の効果を示す図である。
【図４】本発明における酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法の第３の実施形態を示す図である。
【図５】本発明における酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法の第３の実施形態の効果を示す図である。
【図６】本発明における酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法の第４の実施形態を示す図である。
【図７】本発明における酸化鉄含有鉄原料の還元・溶解方法の第４の実施形態の効果を示す図である。
【符号の説明】
【００１６】
１  スラグ改質用副材および炭素含有燃料
２  スキップコンベア
３  原料装入口
４  上吹きノズル
５  溶解精錬炉
【図１】
2006104501.tif 000007
【図２】
2006104501.tif 000008
【図３】
2006104501.tif 000009
【図４】
2006104501.tif 000010
【図５】
2006104501.tif 000011
【図６】
2006104501.tif 000012
【図７】
2006104501.tif 000013