(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉱石と共にコークス等の固体還元剤を充填し、炉床部から溶融したメタルとスラグとを取出す固体還元剤充填層型溶融還元炉にあって、その炉床部のスラグレベルを推定する方法であって、炉内の気体分子の分圧に関する熱力学反応式から求めたＭｎ濃度に関する算出式を用いて、炉床部から排出した溶銑とスラグ中のＭｎ濃度からスラグレベルを算出することを特徴とする炉内スラグレベル推定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉱石と共にコークス等の固体還元材を充填し、炉床部から溶融したメタルとスラグとを取出す固体還元剤充填層型溶融還元炉のスラグレベルの推定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体還元材充填層では、例えば銑鉄を取り出す炉の操業においては、炉内のスラグの残量を管理する必要がある。しかしながら、炉内のスラグの残量は外部からは検出できないため、従来から炉内のスラグレベルを推定する方法が種々に開発されてきた。このような炉内のスラグレベル推定方法としては、例えば特開昭６３−１００１１０号公報や特開平３−２２３４０９号公報に記載されるものがある。このうち、前者は、排出されたスラグに水をかけて急冷する、所謂水砕法に適した炉内スラグレベル推定方法であり、排出された溶銑とスラグの総体積と重量比とから夫々の体積を求め、炉内に装入された原料の成分や装入量から推定される溶銑とスラグの体積との差から炉内スラグレベルを推定するものである。また、後者は、排出されたスラグ及び溶銑を放冷する、所謂叙冷法に適した炉内スラグレベル推定方法であり、過去の装入原料の成分や装入量及び過去の炉内環境、つまり風量や燃料比から一回に排出されるスラグの重量を算出し、実際に排出されたスラグの重量との差から炉内スラグレベルを推定するものである。なお、実際に排出されたスラグの重量は、溶銑量とスラグ量との比（単位溶銑量あたりに製造されるスラグ量）から推定する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の炉内スラグレベル推定方法のうち、前者は急冷されたスラグの温度によって比重が変化するため、重量交換によって算出したスラグの体積に誤差が生じ易く、その結果、炉内スラグレベルにも誤差が生じ易いという問題がある。また、後者の場合は、溶銑量とスラグ量との比から実際に排出されたスラグの重量を推定するため、誤差が生じ易く、炉内スラグレベルにも誤差が生じ易い。また、両者共に、装入された原料の成分や装入量からスラグの生成量を推定しているが、炉頂部に装入された原料が炉床部に到達するまでには、約８〜１０時間という長時間を要し、しかもその時間は大凡のものでしかないため、実際に排出される時刻で、推定したスラグの生成量そのものが不正確なものとなり易く、従ってその不正確なスラグの生成量推定値を用いた炉内スラグレベルも不正確なものとなり易い。
【０００４】
本発明は前記諸問題を解決すべく開発されたものであり、炉床部から検出したＭｎ濃度からリアルタイムに炉内スラグレベルを正確に推定することができる炉内スラグレベル推定方法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記諸問題を解決するため、本発明の炉内スラグレベル推定方法は、鉱石と共にコークス等の固体還元剤を充填し、炉床部から溶融したメタルとスラグとを取出す固体還元剤充填層型溶融還元炉にあって、その炉床部のスラグレベルを推定する方法であって、炉内の気体分子の分圧に関する熱力学反応式から求めたＭｎ濃度に関する算出式を用いて、炉床部から排出した溶銑とスラグ中のＭｎ濃度からスラグレベルを算出することを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の炉内スラグレベル推定方法を適用した竪型溶融還元炉（以下、単に竪型炉と記す）である。この竪型炉１内には、コークス等の固体還元材２と鉱石３とが交互に積層されて充填されており、全体として固体還元材充填層型溶融還元炉を構成する。固体還元材２と鉱石３とは、共に炉頂部から装入する。この竪型炉１の炉床部には、必要な還元能力及び溶融能力を満たす数の羽口４が設けられており、それらには、送風機から熱風発生炉を通して、熱風や、それに酸素を富化したものや、或いは必要に応じて純酸素が吹込みガスとして用いられる。
【０００７】
前記羽口４の前方、つまり炉内内側には、レースウエイ５と呼ばれる燃焼空間が存在すると考えられており、このレースウエイ５の内側には固体還元剤２の堆積層があり、その上方に、固溶状態の鉱石が存在し、その上方に融着層６が存在すると考えられている。この固溶状態の鉱石がレースウエイ５からの熱で溶融し、コークス２の堆積層を通過して炉床部に滴下する。このようにして溶融した溶銑７は、比重が大きいので炉床部に溜まり、その上方に、それより比重の小さいスラグ８が積層している。そして、操業を連続し、溶銑とスラグとが或る程度溜まったら、炉床部に出銑孔を穿孔し、そこから溶銑とスラグとを排出する。
【０００８】
この炉床湯だまりでのＭｎの溶銑／スラグ分配は下記１式で表現され、この場合の酸素分圧ＰO2は下記２式で表される。
0004765188.tif 000002
但し、Ｔは炉床部湯だまり温度である。また、ｆMnはＭｎの活量係数であり、［％Ｍｎ］は炉床部湯だまりのＭｎ濃度であり、ａMnは実際のＭｎ活量である。活量係数であるｆMnとＭｎ濃度［％Ｍｎ］の積値は、通常、Ｍｎ活量となるが、図２に示すように、実際のＭｎ活量であるａMnは、その積値とは若干異なる。このＭｎ活量係数ｆMnと実際のＭｎ活量ａMnは、夫々、下記３式及び４式で表される。
【０００９】
0004765188.tif 000003
但し、［  ］内は、夫々の成分濃度を示す。
【００１０】
また、溶銑−スラグ間のメタルスラグ反応が平行に達すれば、そのときの酸素分圧ＰO2は下記５式のBoudouard 反応から求まる下記６式で表される。
Ｃ＋Ｏ2 ／２＝ＣＯ                                        ……… (5)
logＰO2＝２ logＰCO− 11670／Ｔ− 9.156                  ……… (6)
そこで、前記２式及び６式から、下記７式を得る。
【００１１】
0004765188.tif 000004
但し、式中のｅｑは平衡状態にあることを示す。
一方、炉床部のスラグだまり、所謂スラグ浴より下方のスラグ−メタル反応では、各反応に伴うＣＯ核生成が、スラグ−メタル界面より上方の静圧を上回る場合に進行することが知られている。このことから、前記６式におけるＣＯ分圧ＰCOは下記８式で表される。
【００１２】
ＰCO＝（１＋ 0.967×ＢP ）＋（ 0.967×0.265 ×Ｌ）        ……… (8)
但し、式中のＢP は羽口からの送風圧、数値  .967は圧力換算係数、数値0.26はスラグの比重であり、Ｌがスラグ浴深さ、つまりスラグレベルである。
従って、前記７式及び８式をフラグ浴深さＬについて解けば、下記９式を得る。
【００１３】
0004765188.tif 000005
ここで、
log（ｆMn・［％Ｍｎ］／ａMn）eq＝Ｋ・log（ｆMn・［％Ｍｎ］／ａMn）
とすると、前記９式を書き換えて下記１０式を得る。
【００１４】
0004765188.tif 000006
なお、式中、Ｋは、計算から得られるデータが真の平衡状態から若干のずれを生じる可能性があるため、これを補正する補正係数である。
このようにして求めたスラグ浴深さ、つまりスラグレベルを用いてスラグレベル指数を表し、このスラグレベル指数と、実際のスラグレベルと比例関係にあると考えられている炉内通気抵抗指数ΔＰ／Ｖとの相関を図３に示す。この相関における相関係数ｒ2 は0.59であり、比較的相関が強いことから、前記１０式で求めたスラグレベルが正確であることを示している。これに対し、従来のスラグバランス、つまり推定された一日あたりのスラグ排出量と実際のスラグ排出量との差分値と前記炉内通気抵抗指数ΔＰ／Ｖとの相関を図４に示す。この相関における相関係数ｒ2 は0.29であり、比較的相関が弱いことから、従来のスラグ排出量推定が不正確であることを意味し、従って、それに基づく炉内スラグレベルも不正確であることを示している。
【００１５】
本発明では、前記のようにして求めたスラグ浴深さ（スラグレベル）を推定する他、当該スラグレベルを指標として、相対値として使用すること、即ち前回或いは過去と今回のスラグレベルの変化、或いは経時的スラグレベルの監視等に用いることができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の炉内スラグレベル推定方法によれば、炉内の気体分子の分圧に関する熱力学反応式から求めたＭｎ濃度に関する算出式を用いて、炉床部から排出した溶銑とスラグ中のＭｎ濃度からスラグレベルを算出することとしたため、炉床部から排出した溶銑とスラグ中のＭｎ濃度及び例えば送風圧や温度を用いることで、リアルタイムで、しかも正確に炉内スラグレベルを推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の炉内スラグレベル推定方法を適用した炉の概略構成図である。
【図２】Ｍｎ活量の説明図である。
【図３】本発明の炉内スラグレベル推定方法によるスラグレベル指数と炉内通気抵抗指数との相関を示す説明図である。
【図４】従来の炉内スラグレベル推定方法によるスラグバランスと炉内通気抵抗指数との相関を示す説明図である。
【符号の説明】
１は竪型炉（固体還元剤充填型溶融還元炉）
２は固体還元材
３は鉱石
４は羽口
５はレースウエイ
６は融着層
７は溶銑
８はスラグ
【図１】
0004765188.tif 000007
【図２】
0004765188.tif 000008
【図３】
0004765188.tif 000009
【図４】
0004765188.tif 000010