(57)【要約】本発明は流動還元炉の操業を改善した溶銑製造装置、及びその溶銑製造方法に関するものである。このために、本発明の溶銑製造方法は、粉状の鉄含有鉱石及び副原料を混合及び乾燥して鉄含有混合体を製造する段階と、鉄含有混合体を順次に連結した一つ以上の気泡流動層を通過させながら還元及び焼成して還元体に変換する段階と、還元体を溶融させる熱源である石炭充填層を形成する段階と、還元体を石炭充填層に装入し、石炭充填層に酸素を取入れて溶銑を製造する段階と、石炭充填層から排出される還元ガスを気泡流動層に取入れる段階とを含み、鉄含有混合体を還元体に変換する段階において、気泡流動層に還元ガスが流入される領域上に酸素を直接取入れて燃焼することを特徴とし、本発明の溶銑製造装置は、このような溶銑製造方法を利用する。このような本発明によって気泡流動層を通過する還元ガスを改質して、鉄含有粉体の凝集を防止することができる。
2006511708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉状の鉄含有鉱石及び副原料を混合及び乾燥して鉄含有混合体を製造する段階と、
前記鉄含有混合体を順次に連結した一つ以上の気泡流動層を通過させながら還元及び焼成して還元体に変換する段階と、
前記還元体を溶融させる熱源である石炭充填層を形成する段階と、
前記還元体を前記石炭充填層に装入し、前記石炭充填層に酸素を取入れて溶銑を製造する段階と、
前記石炭充填層から排出される還元ガスを前記気泡流動層に供給する段階とを含み、
前記鉄含有混合体を還元体に変換する段階において、前記気泡流動層に還元ガスが流入される領域上に酸素を直接取入れて燃焼する、溶銑製造方法。
【請求項２】
前記鉄含有混合体を還元体に変換する段階において、
前記酸素を取入れて燃焼するのと別途に水分を取入れて混合する、請求項１に記載の溶銑製造方法。
【請求項３】
前記水分は工程水及びスチームのうちのいずれか一つ以上である、請求項１に記載の溶銑製造方法。
【請求項４】
前記水分を３００〜５００Ｎｍ３／ｈｒで取入れる、請求項２に記載の溶銑製造方法。
【請求項５】
前記酸素は、前記流動還元炉の内部温度が６５０℃以上である場合に取入れて燃焼する、請求項１に記載の溶銑製造方法。
【請求項６】
前記鉄含有混合体を還元体に変換する段階は、
前記鉄含有混合体を第１気泡流動層で予熱する第１段階と、
前記予熱した鉄含有混合体を第２気泡流動層で予備還元する第２段階と、
前記予備還元した鉄含有混合体を第３気泡流動層で最終還元して還元体に変換する第３段階とを含み、
前記第１段階及び前記第２段階では、前記酸素を直接取入れて燃焼する、請求項１に記載の溶銑製造方法。
【請求項７】
前記第１段階乃至前記第３段階の各段階直前に酸素を取入れて燃焼する段階を含む、請求項６に記載の溶銑製造方法。
【請求項８】
前記酸素を取入れて燃焼するのと別途に水分を取入れる、請求項７に記載の溶銑製造方法。
【請求項９】
乾燥及び混合した鉄含有鉱石及び副原料を還元及び焼成して還元体に変換する一つ以上の流動還元炉と、
前記還元体を装入し、内部に酸素を取入れて溶銑を製造する溶融ガス化炉と、
前記溶融ガス化炉から排出される還元ガスを前記流動還元炉に供給する還元ガス供給管とを含み、
前記流動還元炉は、その下部に前記還元ガスが通過する分散板を含み、前記分散板の上部の外壁に酸素バーナーを備える溶銑製造装置。
【請求項１０】
前記酸素バーナーは、
長さ方向へ内部に冷却水が循環される第１部材と、
前記第１管と離隔されて長さ方向に前記第１部材で囲まれて内部に冷却水が循環され、一側端部に火炎感知機を備える第２部材とを含み、
前記第１部材及び前記第２部材の間に酸素が取入れられて燃焼され、前記流動還元炉側へ行くほど前記第１部材及び前記第２部材の間の距離が狭くなる、請求項９に記載の溶銑製造装置。
【請求項１１】
前記流動還元炉は、前記分散板の上部の外壁に設置され、前記酸素バーナーの周辺に位置する水分取入ノズルをさらに備える、請求項９に記載の溶銑製造装置。
【請求項１２】
前記水分取入ノズルは、その水分取入れ方向が前記酸素バーナーの長さ方向と４〜１５゜の角度をなすように設置される、請求項１１に記載の溶銑製造装置。
【請求項１３】
前記水分は工程水及びスチームのうちのいずれか一つ以上である、請求項１２に記載の溶銑製造装置。
【請求項１４】
前記水分を噴霧して３００〜５００Ｎｍ３／ｈｒで取入れる、請求項１２に記載の溶銑製造装置。
【請求項１５】
前記流動還元炉は、
前記鉄含有混合体を予熱する予熱炉と、
前記予熱炉と連結されて前記予熱した鉄含有混合体を予備還元する予備還元炉と、
前記予備還元炉と連結されて前記予備還元した鉄含有混合体を最終還元して還元体に変換する最終還元炉とを含み、
前記予熱炉及び前記予備還元炉に前記酸素バーナーを備える、請求項９に記載の溶銑製造装置。
【請求項１６】
前記流動還元炉は、前記分散板の上部の外壁に設置され、前記酸素バーナーの周辺に位置する水分取入ノズルをさらに備える、請求項１５に記載の溶銑製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶銑製造装置及びその溶銑製造方法に関し、より詳しくは、流動還元炉の内部の昇温のための酸素及び水分を取入れて溶銑を製造する、溶銑製造装置及び溶銑製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼産業は、自動車、造船、家電、建設などの全産業に基礎素材を供給する核心基幹産業であって、人類の発展と共に歩んできた最も歴史の長い産業のうちの一つである。鉄鋼産業の中枢的な役割を担う製鉄所では、原料として鉄鉱石及び石炭を利用して溶融状態の銑鉄である溶銑を製造した後、これから鋼を製造して各需要先に供給している。
【０００３】
現在、全世界の鉄生産量の６０％程度が１４世紀に開発された高炉法で生産されている。高炉法は、焼結工程を経た鉄鉱石及び有煙炭を原料として製造したコークスなどを高炉に共に入れて酸素を吹き込んで鉄鉱石を鉄に還元して溶銑を製造する方法である。溶銑生産設備の大半をなしている高炉法は、その反応特性上、一定水準以上の強度を保有して、炉内の通気性の確保を保障することができる粒度を保有した原料を要求するため、前記のように燃料及び還元剤として使用する炭素源としては特定の原料炭を加工処理したコークスに依存しており、鉄源としては一連の塊状化工程を経た焼結鉱に主に依存している。そのため、現在の高炉法では、コークス製造設備及び焼結設備などの原料予備処理設備を必ず伴うので、高炉以外の付帯設備を構築する必要があり、それだけでなく付帯設備で発生する諸般の環境汚染物質に対する環境汚染防止設備を設置する必要があるので、投資費用が多量にかかって製造原価が急激に上昇する問題点がある。
【０００４】
このような高炉法の問題点を解決するために、世界各国の製鉄所では、燃料及び還元剤として一般炭を直接使用し、鉄源としては全世界の鉱石生産量の８０％以上を占める粉鉱を直接使用して溶銑を製造する溶融還元製鉄法の開発に多くの努力を傾けている。
【０００５】
このような溶融還元製鉄法の一例として、米国特許出願公開第５，５８４，９１０号は、一般炭及び粉鉄鉱石を直接使用して溶銑を製造する方法を開示している。ここでは、部分的に粉鉄鉱石を含む装入材料から溶融銑鉄または溶融鋼予備産物を生産するための方法を開示しており、粉鉄鉱石は少なくとも一つの流動還元炉で海綿鉄に直接還元され、海綿鉄は炭素運搬体及び酸素含有ガスが供給されて溶融領域で溶融され、還元ガスが生成されて流動還元炉に注入されて反応した後、排ガスとして排出される。
【０００６】
前記溶銑製造方法を従来の高炉法と比較すると、塊鉱及びコークスの代わりに粉鉄鉱石及び一般炭を利用するので、原料炭の粒度範囲が広いという利点がある。また、設備の休止及び再稼働が簡単である。しかし、粉鉄鉱石を原料として使用し、多段の流動還元炉を使用する工程特性上、流動還元炉の内部状態、特に内部温度を外部で容易に調節することができないという問題点がある。
【０００７】
したがって、流動還元炉の内部温度の調節のために流動還元炉の外部に別途の燃焼室及びバーナーを設置して流動還元炉に供給されるガスの温度を昇温させる方法が使用される。しかし、昇温された反応ガスが流動還元炉内で均一なガスの流れを誘導するように備えられた分散板を通過する時に、反応ガス内に含まれている鉱石粉塵が低融点化合物を形成して分散板を塞いで、流動還元工程そのものが不可能になる問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、このような問題点を鑑みて構成されたもので、その目的は、流動還元炉に直接酸素及び水分を取入れて反応ガスを昇温すると同時に、粉体の溶融凝集を防止して流動還元炉の操業を改善した、溶銑製造装置及びその溶銑製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記問題点を解決するために、本発明による溶銑製造方法は、粉状の鉄含有鉱石及び副原料を混合及び乾燥して鉄含有混合体を製造する段階と、鉄含有混合体を順次に連結した一つ以上の気泡流動層を通過させながら還元及び焼成して還元体に変換する段階と、還元体を溶融させる熱源である石炭充填層を形成する段階と、還元体を石炭充填層に装入し、石炭充填層に酸素を取入れて溶銑を製造する段階と、石炭充填層から排出される還元ガスを気泡流動層に供給する段階とを含み、鉄含有混合体を還元体に変換する段階において、気泡流動層に還元ガスが流入される領域上に酸素を直接取入れて燃焼することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記鉄含有混合体を還元体に変換する段階において、酸素を取入れて燃焼するのと別途に水分を取入れて混合することができる。
【００１１】
そして、水分は工程水及びスチームのうちのいずれか一つ以上であるのが好ましい。
【００１２】
ここで、水分は３００〜５００Ｎｍ３／ｈｒで取入れることができる。
【００１３】
一方、酸素バーナーで取入れて燃焼する酸素は、流動還元炉の内部温度が６５０℃以上である場合に取入れて燃焼するのが好ましい。
【００１４】
本発明の溶銑製造方法における鉄含有混合体を還元体に変換する段階は、鉄含有混合体を第１気泡流動層で予熱する第１段階と、予熱した鉄含有混合体を第２気泡流動層で予備還元する第２段階と、予備還元した鉄含有混合体を第３気泡流動層で最終還元して還元体に変換する第３段階とを含み、第１段階及び第２段階で酸素を直接取入れて燃焼することができる。
【００１５】
また、第１段階乃至第３段階の各段階直前に酸素を取入れて燃焼することができる。
【００１６】
本発明の溶銑製造装置は、乾燥及び混合した鉄含有鉱石及び副原料を還元及び焼成して還元体に変換する一つ以上の流動還元炉と、還元体を装入し、内部に酸素を取入れて溶銑を製造する溶融ガス化炉と、溶融ガス化炉から排出される還元ガスを流動還元炉に供給する還元ガス供給管とを含み、流動還元炉は、その下部に還元ガスが通過する分散板を含み、分散板の上部の外壁に酸素バーナーを備えることを特徴とする。
【００１７】
ここで、酸素バーナーは、長さ方向内部に冷却水が循環される第１部材と、第１管と離隔されて長さ方向に第１部材で囲まれて内部に冷却水が循環され、一側端部に火炎感知機を備える第２部材とを含み、第１部材及び前記第２部材の間に酸素が取入れられて燃焼され、流動還元炉側へ行くほど前記第１部材及び前記第２部材の間の距離が狭くなるのが好ましい。
【００１８】
流動還元炉は、分散板の上部の外壁に設置され、酸素バーナーの周辺に位置する水分取入ノズルをさらに備えることができる。
【００１９】
ここで、水分取入ノズルは、その水分取入れ方向が酸素バーナーの長さ方向と４〜１５゜の角度をなすように設置するのが好ましい。
【００２０】
また、前記水分は工程水及びスチームのうちのいずれか一つ以上であるのが好ましい。
【００２１】
本発明の溶銑製造装置では、水分を噴霧して３００〜５００Ｎｍ３／ｈｒで取入れることができる。
【００２２】
流動還元炉は、鉄含有混合体を予熱する予熱炉と、予熱炉と連結されて予熱した鉄含有混合体を予備還元する予備還元炉と、予備還元炉と連結されて予備還元した鉄含有混合体を最終還元して還元体に変換する最終還元炉とを含み、予熱炉及び予備還元炉に酸素バーナーを備えることができる。
【００２３】
また、流動還元炉は、分散板の上部の外壁に設置され、酸素バーナーの周辺に位置する水分取入ノズルをさらに備えることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は気泡流動層に還元ガスが流入される領域上に酸素を直接取入れて燃焼するので、分散板に与える悪影響を最少化することができるだけでなく、還元ガスを昇温させて鉄含有混合体の還元率を高めることができる。したがって、気泡流動層を通過する還元ガスを改質し、鉄含有粉体の凝集を防止することができる。
【００２５】
本発明はまた、酸素を取入れて燃焼するのと別途に水分を取入れて還元ガスの温度を低減させることによって、酸素取入れ領域の反対側に位置した耐火物が損傷されるのを防止することができ、還元ガスの還元力を高めることができる。
【００２６】
また、本発明の水分取入ノズルは、溶銑製造工程で容易に求めることができる工程水またはスチームを使用するので、溶銑製造工程をより効率的に運営することができる利点がある。
【００２７】
また、本発明では、気泡流動層に直接酸素を取入れて燃焼する他に気泡流動層の外部に別途の酸素供給装置を備えることによって、酸素取入れ燃焼によってかかる負荷を軽減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる最も好ましい実施例及び添付した図面を参照して本発明を詳細に説明する。このような実施例は単に本発明を例示するためのものに過ぎず、本発明がこれに限られるわけではない。
【００２９】
図１は本発明の第１実施例による溶銑製造装置の概略的な図面であって、流動還元炉に酸素バーナーを設置した状態を示す。
【００３０】
本発明の第１実施例による溶銑製造装置１００は、大きく、流動還元炉ユニット２０、溶融ガス化炉１０、及びその他の設備に分けられる。流動還元炉ユニット２０は、内部に気泡流動層を有する一つ以上の流動還元炉を含み、鉄鉱石及び副原料を還元及び焼成して還元体に変換する。内部に石炭充填層を有する溶融ガス化炉１０は、還元体を装入し、その内部に酸素を取入れて溶銑を製造する。溶融ガス化炉１０から排出される還元ガスは、還元ガス供給管Ｌ５５を通じて流動還元炉に供給された後、流動還元炉を通過して鉄鉱石及び副原料を還元及び焼成するのに使用された後、外部に排出される。
【００３１】
本発明の第１実施例による溶銑製造装置１００を構成する各々の構成要素を、以下でより詳細に説明する。
【００３２】
流動還元炉ユニット２０は、粒度が８ｍｍ以下である常温の粉状の鉄含有鉱石及び副原料をホッパー２１に臨時保存した後、乾燥器２２で水分を除去して混合して鉄含有混合体を製造する。このように製造した鉄含有混合体を流動還元炉に装入する。乾燥器２２と流動還元炉との間には均排圧装置２３が備えられて、常温の鉄含有混合体が常圧状態で１．５〜３気圧に維持される流動還元炉に装入されるようにする。
【００３３】
図１に示したように、本発明の第１実施例における流動還元炉は３段で構成される。このような流動還元炉の数は単に本発明を例示するためのものであり、本発明がこれに限られるわけではない。したがって、流動還元炉は一つ以上で多様に構成することができる。
【００３４】
流動還元炉に供給される粉状の鉄含有鉱石及び副原料は高温の還元ガス気流と接触して気泡流動層を形成し、８０℃以上の昇温、８０％の還元、及び３０％以上の焼成が行われた高温の還元体に転換される。図１に示したように、流動還元工程の第１段階では、まず、常温の鉄含有混合体を予熱炉２４で予熱する。次の第２段階では、予熱した鉄含有混合体を予熱炉２４と連結された予備還元炉２５で予備還元する。最後の第３段階では、予備還元した鉄含有混合体を予備還元炉２５と連結された最終還元炉２６で最終還元する。
【００３５】
図１には示していないが、流動還元炉から排出される還元体を直接溶融ガス化炉１０に装入する場合の飛散損失を防止するために、高温塊状化装置を間に設置することができる。一方、流動還元炉から排出される還元体を溶融ガス化炉１０に投入するために高温均排圧装置１２を備えることによって、溶融ガス化炉１０に還元体を投入するのを容易にする。
【００３６】
溶融ガス化炉１０には塊炭または微粉炭を成形した成形炭を供給して石炭充填層を形成する。溶融ガス化炉１０に投入した塊炭または成形炭は石炭充填層の上部における熱分解反応及び下部における酸素による燃焼反応によってガス化される。ガス化反応によって溶融ガス化炉１０で発生する高温還元ガスは、最終還元炉２６の後段に連結されている還元ガス供給管Ｌ５５を通じて流動還元炉に順次に供給されて、還元剤及び流動化ガスとして利用される。
【００３７】
溶融ガス化炉１０の充填層の上部にはドーム形態の空いた空間が形成されている。これでガスの流速を減少させることによって、装入される還元体内に含まれている微粉及び溶融ガス化炉１０内に充填されている石炭の急速な昇温によって発生する微粉が炉の外に多量に放出されるのを防止する。また、石炭を直接使用することによって起こるガス発生量の不規則な変動による溶融ガス化炉１０内の圧力変動を吸収する。充填層内で、石炭は、下部に降下しながら脱揮及びガス化されて、窮極的に炉の下部にある風口を通じて取入れられる酸素によって燃焼する。この時の燃焼ガスは充填層を上昇しながら高温還元ガスに転換されて溶融ガス化炉１０の外部に排出され、一部は溶融ガス化炉１０に付加される圧力が３．０〜３．５気圧の範囲内で一定に維持されるように水集塵装置５１、５３を通過して除塵及び冷却される。
【００３８】
サイクロン１４は、溶融ガス化炉１０で発生する排ガスを捕集して、ダストは溶融ガス化炉１０に再び供給し、ガスは流動還元炉に還元ガス供給管Ｌ５５を通じて還元ガスとして供給する。還元鉄は石炭と共に充填層内を降下しながら石炭ガス化及び燃焼によって発生する還元ガス及び燃焼熱によって最終還元及び溶融されて外部に排出される。
【００３９】
溶融ガス化炉１０から排出された還元ガスは、流動還元炉を通過しながら温度が次第に低くなるので、昇温のための酸素供給装置７１、７２、７３を別途に設置することができる。酸素供給装置７１、７２、７３で酸素を取入れて部分燃焼させることによって、その燃焼熱を利用して還元ガスを昇温し、還元ガスの酸化度を適切に維持する。
【００４０】
本発明の第１実施例では、特に、昇温された還元ガスが流動還元炉の下部に設置されて還元ガスが通過する分散板を損傷したり分散板を塞ぐ現象を防止するために、流動還元炉の気泡流動層に還元ガスが流入される領域に酸素を直接取入れて燃焼する。このために、本発明では、図１の拡大円に示したように、流動還元炉の分散板２７の上部の外壁に酸素バーナー６０を備える。これによって、酸素供給装置７１、７２、７３を通じて還元ガスを最小限昇温させて、残りの不足した部分は酸素バーナー６０を通じて酸素を取入れて燃焼することによって昇温する。
【００４１】
図１の拡大円に酸素バーナー６０を通じて酸素を取入れて燃焼する場合に酸素バーナー６０付近で形成された燃焼帯４４を示す。本発明の第１実施例では、流動還元炉の内部の気泡流動層に還元ガスが流入される領域上に酸素を直接取入れて燃焼する。したがって、分散板２７を既に通過して気泡流動層が形成されている領域に燃焼帯４４を形成するので、分散板２７に与える悪影響を最少化することができる。
【００４２】
本発明の第１実施例では、酸素バーナー６０を予熱炉２４及び予備還元炉２５に設置して酸素を直接取入れて燃焼するのが好ましい。予熱炉２４及び予備還元炉２５は流動層を形成する鉄含有混合体の還元率がそれほど高くないので、酸素火炎に接触しても鉄含有混合体同士の溶融凝集がほとんど起こらない。これとは対照的に、最終還元炉２６は気泡流動層を形成する物質が一定以上の還元率に到達したものであるので、粉還元鉄同士が溶融凝集されるおそれがあるため、酸素を直接取入れて燃焼しないのが好ましい。
【００４３】
また、本発明では、流動還元炉である予熱炉２４、予備還元炉２５、最終還元炉２６の内部温度が６５０℃以上である場合に酸素バーナー６０を利用して酸素を取入れるのが好ましい。流動還元炉の内部温度が６５０℃未満である場合、酸素バーナー６０を作動させて酸素を取入れると、取入れられた酸素のうちの一部が燃焼されずに還元ガスに混合されて流れて鉄含有混合体の還元率を低下させるおそれがある。酸素バーナー６０については、図２を参照して以下でより詳しく説明する。
【００４４】
図２は本発明の第１実施例による酸素バーナー６０の部分断面図である。酸素バーナー６０の外形はパイプ形態に形成することができる。このような酸素バーナー６０の外形は本発明が属する技術分野に従事する者であれば容易に理解することができるので、全体的な外形は省略してその断面のみを示す。
【００４５】
図２に示した酸素バーナー６０は、２重管構造からなっている。酸素バーナー６０は、長さ方向へ内部に冷却水が循環される第１部材６０１と、第１部材６０１と離隔されて長さ方向に第１部材６０１で囲まれて内部に冷却水が循環され、一側端部に火炎感知機６１６を備えた第２部材６１１とを含む。その他に、酸素バーナー６０は、酸素に必要な他の部材装置を含むことができる。酸素は第１部材６０１と第２部材６１１との間に取入れられ、図２に示したように矢印方向の流動還元炉側へ行くほど第１部材６０１と第２部材６１１との間の距離が狭くなって、高圧で酸素が噴射されながら燃焼する。また、酸素が中心に集められて取入れられて燃焼するので、効果的に火炎を形成しながら流動還元炉内の気泡流動層へ深く噴射される。
【００４６】
第１部材６０１及び第２部材６１１の内部には各々高温の酸素火炎から酸素バーナー６０を保護するために冷却管６０２、６１２が形成されており、これを通じて冷却水が供給されて循環する。
【００４７】
第２部材６１１の端部に設置された火炎感知機６１６は、気泡流動層内に取入れられた酸素が燃焼されるかどうかを監視する。火炎感知機６１６は、酸素の取入れ時に数秒以内で酸素火炎を感知し、酸素火炎を維持し続ける。前記火炎感知機６１６によって、酸素バーナー６０を通じて取入れられた酸素が燃焼せずに還元ガスと混合されて還元ガスの還元率が低下したり燃焼しなかった酸素が一部分に集まって爆発するおそれがなくなる。
【００４８】
以下、図３及び図４を参照して本発明の第２実施例を説明する。
【００４９】
図３は本発明の第２実施例による溶銑製造装置を概略的に示した図面であって、流動還元炉に酸素バーナー及び水分取入ノズルを共に設置した状態を示す。
【００５０】
本発明の第２実施例による溶銑製造装置２００は、水分取入ノズルを除いては前記本発明の第１実施例と同一であるので、第１実施例と重複する部分の説明は省略して水分取入ノズルを中心に説明する。
【００５１】
図３の拡大円に示したように、本発明の第２実施例による溶銑製造装置２００では、流動還元炉の内部の分散板２７の上部の外壁に設置され、酸素バーナー６０の周辺に位置する水分取入ノズル６５を含む。その他にも、流動還元炉は、必要に応じて他の設備を含むことができる。
【００５２】
水分取入ノズル６５は、酸素バーナー６０で取入れられて形成される酸素火炎に水分を混合供給して燃焼帯４６を形成する。したがって、酸素火炎の温度を低減させることができるので、酸素火炎に直接接触したり酸素火炎による高温領域に含まれている還元鉄が溶融凝集する現象を低減させることができる。また、酸素火炎の温度の低減で酸素火炎形成領域の対向側に位置する耐火物の損傷を低減させることができる。
【００５３】
図４は本発明の第２実施例による酸素バーナー及び水分取入ノズルの部分断面図である。酸素バーナー６０は前記本発明の第１実施例と同一であるので、その詳細な説明は省略する。水分取入ノズル６５は、パイプ形部材６５１の内部に形成された開口部６５２を通じて酸素を取入れて燃焼するのと別途に水分を取入れて酸素火炎に混合する。
【００５４】
図４には水分取入ノズル６５が酸素バーナー６０の直上部に位置することを示したが、これは単に本発明を例示するためのもので、本発明がこれに限られるわけではない。したがって、水分取入ノズル６５は酸素バーナー６０の周辺に位置していればよい。
【００５５】
水分取入ノズル６５を通じて溶銑製造工程に使用する工程水及びスチームのうちのいずれか一つ以上を酸素を取入れて燃焼する時に単独または混合して使用することができる。この場合、酸素火炎の温度が低減されるだけでなく、超高温の酸素火炎によるウォーターシフト反応で取入れた工程水やスチームが酸素及び水素に分離される現象が発生する。このうちの酸素は酸素火炎内で燃焼され、水素は還元ガスに含まれて鉄含有混合体の還元反応を助ける。特に、水素は溶銑製造方法で主に使用する還元剤であって、６５０℃以下で一酸化炭素に比べて約４倍程度の還元力を有する強力な還元剤であるので、水分の取入れが非常に好ましい。
【００５６】
このように、水分取入ノズル６５を通じて噴霧して取入れられる水分は３００〜５００Ｎｍ３／ｈｒであるのが好ましい。水分を噴霧して取入れずに水をそのまま取入れると、ウォーターシフト反応や燃焼ガスの冷却効果を得ることができない。
【００５７】
取入れる水分の取入れ量が３００Ｎｍ３／ｈｒ未満である場合には、酸素火炎の温度を適正温度に下げることができない。また、分解される酸素及び水素の発生量が少なくて水分取入れ効果がそれほど大きくなく、酸素バーナー６０の酸素取入れ流速が遅くなって酸素バーナー６０の溶損を起こすことがある。水分の取入れ量が５００Ｎｍ３／ｈｒを超える場合には、必要以上の水分が酸素火炎と接触して、酸素火炎による気泡流動層の加熱効果が半減される。また、ウォーターシフト反応に参与できずにスチーム状態で残る水分がバインダーの役割を果たして気泡流動層内の鉄含有混合体の凝集を起こすことがある。
【００５８】
本発明の第２実施例で、水分取入ノズル６５は、その水分取入れ方向が酸素バーナー６０の長さ方向と４〜１５゜の角度（θ）をなすように設置するのが好ましい。特に、図４に示したように、水分取入ノズル６５を酸素バーナー６０の上部に設置する場合、４〜１５゜に下向きに傾くように設置するのが好ましい。角度（θ）が４゜未満である場合には、酸素火炎に接触する地点が気泡流動層の内部にさらに拡張されたり、全然接触しない可能性がある。また、角度（θ）が１５゜を超える場合には、酸素火炎の経路を妨害することがあるだけでなく、酸素火炎に接触する時間が短すぎて酸素火炎の温度の低減及びウォーターシフト反応を期待するのが難しい。
【実施例】
【００５９】
以下では、実験例を通じて、本発明をより詳細に説明する。以下の実験例は単に本発明を例示するものに過ぎず、本発明がこれに限られるわけではない。
【００６０】
実験例
本発明の第２実施例によって酸素バーナーで酸素を取入れると同時に、水分取入ノズルで水分を取入れて水分取入れ流量を調節して、これによる酸素火炎の温度を測定する摸写実験を行った。水分取入れ流量は流量計を使用して測定し、酸素火炎の温度は赤外線温度計を使用して測定した。
【００６１】
実験結果を図５に示した。図５は本発明の実験例で水分取入れ量による酸素火炎の温度を示すグラフである。本発明の実験例では、雰囲気温度を６００℃以上にして酸素火炎を生成したが、これは大気中の酸素火炎に対するテストであるので、絶対的な温度値は差が出ることがある。ただし、その温度低減傾向は図５に示したグラフと同一であると予測される。
【００６２】
図５に示したように、約３００Ｎｍ３／ｈｒの水分を酸素火炎内に取入れる場合、約２７００℃である酸素火炎の温度が約２０００℃以下に低減する効果があり、この場合に発生した酸素及び水素の量は各々３００Ｎｍ３／ｈｒ程度であった。また、約５００Ｎｍ３／ｈｒの水分を酸素火炎内に取入れる場合、約２７００℃である酸素火炎の温度が約１５００℃以下に低減する効果があり、この場合に発生した酸素及び水素の量は各々５００Ｎｍ３／ｈｒ程度であった。
【００６３】
本実験例によって、水分取入れ量による酸素火炎の温度を分析した結果、１Nm３/hrの水分を取入れた時に酸素火炎の温度は約２．５３℃ずつ低減することが分かった。
【００６４】
以上で、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、当業者であれば、特許請求の範囲、発明の詳細な説明、及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することができ、それらについても当然本発明の範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１実施例による溶銑製造装置の概略的な図面である。
【図２】本発明の第１実施例による酸素バーナーの部分断面図である。
【図３】本発明の第２実施例による溶銑製造装置の概略的な図面である。
【図４】本発明の第２実施例による酸素取入ノズルと水分取入ノズルの断面図である。
【図５】本発明の実験例で水分取入れ量による酸素火炎の温度を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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