(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融還元炉内に炭素系固体還元剤の充填層が形成され、炉下部に少なくとも上下２段に配設された複数の羽口より酸素含有熱風を吹き込むと共に、前記複数の羽口のうち最上段に位置する羽口または最上段羽口を包含する選択した羽口に配置したメインランスを用いて、粉粒状の金属酸化物原料を前記充填層内に吹き込み、前記金属酸化物原料を溶融還元して溶融金属を製造する炭材充填層型溶融還元炉による溶融金属の製造方法において、前記複数の羽口のうち最上段羽口の位置および／または最上段羽口より下部の位置に配置したサブランスを用いて、前記充填層内に油分と金属分を含有するスラリー状含油金属原料を吹き込むことを特徴とする炭材充填層型溶融還元炉による溶融金属の製造方法。
【請求項２】
油分と金属分を含有するスラリー状含油金属原料が、油分を含有する繊維状金属屑、粉状金属屑、金属含有スラジまたは金属含有ダストから選択した１種または２種以上に、液体流動物を加えたスラリー状金属原料であることを特徴とする請求項１記載の炭材充填層型溶融還元炉による溶融金属の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融還元炉内に炭素系固体還元剤の充填層が形成され、炉下部に少なくとも上下２段に配設された複数の羽口より酸素含有熱風を吹き込むと共に、前記複数の羽口のうち最上段に位置する羽口または最上段羽口を包含する選択した羽口より、粉粒状の金属酸化物原料を前記充填層内に吹き込み、前記金属酸化物原料を溶融還元して溶融金属を製造する方法の改良に関し、とくに溶融還元炉により燐含有量の少ない溶融金属を製造することを目的とするものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、溶融金属として、たとえば溶銑を多量に製造するには、塊状の原料を必要とする高炉が用いられることが多い。しかしながら、最近の原料事情により、酸化鉄または各種の金属酸化物を含有する鉱石類は、塊状のものが減少し、粉状もしくは小粒状のものが多くなっており、その傾向は益々増大すると考えられる。このため、通常、粉粒状の鉄鉱石をＤＬ式焼結機によって塊状の焼結鉱にした後、高炉に装入している。しかし、粉粒状の鉄鉱石を焼結する焼結機には莫大な設備投資を行う必要があるばかりでなく、焼結機の操業を維持、管理していくためにも多大な費用が掛かり、高炉で製造する銑鉄のコストを上昇させている。
【０００３】
そこで、高炉による溶銑の製造において、コストダウンを図るため羽口から粉状鉱石類を吹き込む検討が行われているが、粉状鉱石類の吹き込み量を増大させていくと、吹き込み鉱石類が羽口先端部に付着し、羽口の吹き込み口を閉塞してしまうので、粉状鉱石類を多量に吹き込むことは困難であり、根本的な解決策とはなっていないのが実情である。
【０００４】
一方、低燐銑又は低燐鋼を製造するには、高炉による溶銑製造時に低燐コークスを使用したり、転炉の吹錬負荷を軽減するために行う溶銑の予備処理時に脱燐処理したり、あるいは製鋼工程内において脱燐処理すること等が一般に行われている。それらプロセスのうち、高炉に低燐コークスを装入するため、たとえば、特開昭52-105920 号公報に記載の従来技術により低燐コークスを製造し、これを高炉に使用することにより溶銑の燐含有量を低下させることが考えられるが、この方法で製造したコークスは価格が高く、経済的見地から不利である。
【０００５】
また、溶銑予備処理での脱燐には、新たに予備処理設備が必要となると共に、高炉出銑樋やトピードカーの耐火物寿命を縮める等の問題点を伴う。溶銑の予備処理や製鋼工程内における脱燐処理は、次工程の転炉吹錬や炉外脱硫処理に種々の負担をかけるので、製銑または製鋼のトータルプロセスとしてみれば不経済となる。さらに、低燐鋼を狙うためには、電解法という製鉄技術もあるが、エネルギーコストが莫大なものとなり、大量生産には適さない。
【０００６】
そこで近年、低燐コークス等の高価な炭材を用いることなく、燐含有量が0.05重量％以下の低燐銑を安価に大量生産する方法として、特開昭57-198205 号、特開昭58-77548号公報等の多くの公報に、炭材充填層型の溶融還元炉を用いて溶銑を製造する方法が提案されている。
図２に示すように炭材充填層型の溶融還元炉１は、上段羽口４と下段羽口５を備え、炉上方の炭材供給装置６からコークス等の炭素系固体還元材（炭材）が供給され、炉内に炭材充填層19を形成する。そして高温送風装置２から熱風が供給され、高温送風分配装置３によってこの熱風を上下２段の羽口４、５に分配する。粉粒状鉱石供給装置７に貯蔵されている酸化鉄を含有する粉粒状鉱石類およびフラックス供給装置８に貯蔵されている粉粒状フラックスは、粉粒体吹き込み装置９により粉粒体輸送管10を経て、上段羽口４内に配置されたメインランス14から空気等のキャリアガスと共に炉内に吹き込まれる。
【０００７】
メインランス14から炉内に吹き込まれた粉粒状の鉄鉱石類（酸化鉄原料）および粉粒状のフラックスは、炉内に吹き込まれた熱風（高温空気または酸素富化高温空気）により上段羽口４の前方に形成されるレースウェイ18の空間で溶融する。この溶融物が下段羽口５まで滴下する間に還元され、炉床に溶銑とスラグとして滞留し、スラグは出滓口11から、溶銑は出銑口12からそれぞれ排出される。その際、溶融還元炉１の炉頂から排出したガスは、排ガス処理装置13で処理するようになっている。
【０００８】
本出願人は、この炉頂から装入された全ての炭材が1700℃以上の高温領域を通過するので、この炉に装入されたコークス等の炭材中にたとえば燐酸カルシウムCa3P2O3 として存在する燐は、下記の化学反応式（１）、（２）、（３）により説明する化学反応により脱燐されると考えていた。
（Ａ）  コークス中の燐は、高温のレースウェイ部分で次の反応により還元される。
【０００９】
Ｃａ3 Ｐ2 Ｏ8 ＋５Ｃ→３ＣａＯ＋２Ｐ＋５ＣＯ  ・・・・(1)
また、ＳｉＯ2 が存在すると、燐酸カルシウムからの固体還元剤の炭素ＣおよびガスＣＯによる還元が容易になる。それは、前記コークス中の燐の還元が、ＳｉＯ2 濃度が高い領域で行われると、次の化学反応が進行するからである。
0003852128.tif 000002
の反応が起こり、脱燐が促進される。
【００１０】
そこで、上段羽口から酸化鉄を含有する粉粒状の鉱石類（スラジ、ダストを含む）からなる酸化鉄原料を装入するに際し、酸化鉄原料中のSiO2濃度を大きくすることで、上段羽口前のSiO2濃度を大きくし、前記化学反応式（２）、（３）の反応をさせることにより、脱燐反応はより促進する。そして、還元された燐は、炉内ガスと共に炉内を上昇するが、温度の低下に伴い一部はダスト等に付着し、また一部はPN、PS、PO、PO2 等の化合物になって炉頂から排ガスと共に抜け出し、レースウェイ下部のコークス中の燐濃度は低下する。
（Ｂ）  酸化鉄原料（鉱石類）中に含まれている燐は、前記羽口先に形成されるレースウェイ近傍において下記の化学反応式（４）により還元されるため、レースウェイ下部でコークス中の燐濃度は低下することになる。
【００１１】
２Ｆｅ3 （ＰＯ4 ）2 ＋１６ＣＯ→３Ｆｅ2 Ｐ＋Ｐ＋１６ＣＯ2 ・・・(4)
つまり、羽口から吹き込んだ酸化鉄原料は、レースウェイ部分で溶融し、前記化学反応式（４）の反応により一部の燐は炉内を上昇し、溶融物はコークス間を滴下しながら還元されて炉下部に移動し、銑鉄となる。その際、前記化学反応式（１）の反応によってコークス中の燐濃度は低下しているので、滴下する間に溶融物がコークス中の燐を吸収する量が少なく、溶銑中の燐濃度は低くなる。炉頂から装入された全ての炭材が炭材充填層における1700℃以上の領域を通過する場合、燐と酸化鉄が共存するレースウェイ部分では温度が十分高温なので、気体の燐は速やかに炉内を上昇し、溶融物は粘度が小さくすぐに滴下するので、溶銑中への燐のトラップはほとんど起きない。
【００１２】
なお、吹き込む酸化鉄原料の粒径が細かければ細かいほど、個々の粒子の中心までの伝熱が速いため、短時間で昇温し易く前記化学反応式（４）の反応は、よりスムーズに行われる。また、高温であるほど粘度が小さくなるので、燐と溶銑との共存時間が短くなるため、溶銑中の燐濃度が低下する。さらに、レースウェイに吹き込まれた酸化鉄は、溶融し、吸熱反応で還元されるため、コークス温度を低下させる方向に作用する。そこで、吹き込む酸化鉄として不純物の少ないものを用い、不純物昇温のための無駄な熱量を小さくしたり、吸熱量の小さい酸化鉄を用いたりすることにより、溶銑中の燐濃度の低下を促進することも可能である。前記（Ｂ）で説明した酸化鉄原料（鉱石類）から脱燐した燐も、温度の低下にともない一部はダスト等に付着し、また、一部はP 、N 、PS、PO、PO2 等の化合物になり炉頂から抜け出し、除去される。
【００１３】
しかしながら、炭材充填層型の溶融還元炉における製錬領域は、レースウェイ空間とその下部の溶融物が滴下する部分が主体で、しかもこの製錬領域での反応の大半は吸熱反応である。この熱を補償するため、下段羽口で炭材を燃焼させ、送風熱量で補償する必要があった。また、この炉で生産量を増やそうとして大量の酸化鉄原料粉を羽口から吹き込んだ場合、レースウェイ部で大きな吸熱反応が起こり、レースウェイ周辺の温度が1700℃以下になってしまい、溶銑中の燐濃度が上昇する。そのため、多量の炭材を燃焼させて熱補償する必要があった。
【００１４】
さらに、下段羽口で多量の炭材コークスを燃焼させると、上下羽口間の炭材の降下速度が速くなり、融体の上下羽口間の滞留時間が短くなるので、未還元のまま融体が滴下する。上下羽口間の滞留時間を確保して還元を進めるためには、上下羽口間の距離を十分長くする必要があり、設備的に炉高を高くする必要があった。つまり、この炭材充填層型の溶融還元炉でコークス中の燐を十分気化させるためには、設備費が嵩む炉高の高い炉とし、かつ高価な炭材を多量に使用しなければならないという問題点があった。
【００１５】
そこで本出願人は、炭材充填層型溶融還元炉の特性を生かして、燐含有量が0.05％以下の低燐銑を安価に大量生産可能な方法として、特開平5-9527号公報及び特開平5-247549号公報等に開示されている方法を提案した。それは、炭材充填層型の溶融還元炉が高炉と異なり、炉内に所謂軟化融着体が形成されず燐の炉内循環が起きないので、低燐銑の製造に好ましいからである。つまり、前記公報で明らかにしたように、炉内温度を高温に調整することで気化脱燐が可能になるのである。このように、本出願人が提案した炭材充填層型の溶融還元炉は、将来のエネルギー源の枯渇問題を解決するばかりでなく、燐含有量の低い銑鉄の製造にも好適である。
【００１６】
しかしながら、これまでに提案された炭材充填層型の溶融還元炉を用いる製錬方法は、低燐銑製造の観点からは未だに問題点を残している。すなわち、特開平5-9527号公報に開示された従来技術においては、上段羽口吹き込む酸化鉄原料として、FeO を20％以上含むものを必要とし、また特開平5-247549号公報に開示された従来技術においてはやはり、羽口から吹き込む酸化鉄原料として、気化した燐が凝集した金属酸化物を必要とする。このような酸化鉄原料は、金属酸化物鉱石として一般的なものでなく、したがって、これらの溶融還元処理プロセスは、酸化鉄原料の選択範囲が狭く、限られた場合にしか使用できないという弱点があった。
【００１７】
前記のような特定の酸化鉄原料を使用できない場合、従来の溶融還元炉に設けた羽口から吹き込んだ酸化鉄原料中の燐は、高温のレースウェイ内で気化されるが、酸化鉄原料粉が十分に分散しない状態で溶融するため、レースウェイ内部で溶融還元が進行してしまう。このため、生成したメタルに燐ガスが吸収され、結果として所望の低燐銑を製造するのが困難である。このように、これまで提案された炭材充填層型の溶融還元炉を用いる製錬方法は、低燐銑製造の観点からは未だ問題点を残している。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
油を含んだ金属屑、金属スラジまたは金属ダスト等は、金属原料として有用なＮｉ、Ｍｏ等を含有しているうえに、安価に入手できるものであり、従来からその有効利用が望まれていた。しかし、電気炉や転炉等で溶解使用すると油分が気化して排ガス系を詰まらせるという問題がある。また、高炉の羽口に気体輸送して吹き込もうとすると粘性の高い油分のため、搬送管や吹き込み管内に付着し、詰まりを生じて長時間の吹き込みが困難である。一方、スラリー状にして吹き込もうとすると、炉内圧力が高いために、吹き込み管先で原料粉の付着が生じ、これが徐々に成長してスラッギングを生じ、やはり安定した吹き込みができないという問題点があり、実用化されなかった。したがって、現在では、含油金属屑等は、予め脱脂洗浄処理をして使用しているため、その処理コストによって、安価な金属原料という利点が損なわれていた。
【００１９】
炭材充填層型の溶融還元炉は、金属酸化物原料、たとえば、酸化鉄原料として鉄鉱石類の他に転炉吹錬の際に発生するスラジやダスト等の製鉄所から生じる各種スラジあるいはダストを利用できるメリットがあるうえに、油を含む金属屑等の含油金属原料を利用することができる。さらに、高価な電力あるいは強粘結炭を使用することなく、比較的安価な弱粘結炭あるいは非粘結炭を使用するので、益々エネルギーコストの上昇が危惧される今後の溶銑の製造炉として期待できる。本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、低燐コークス等の高価な炭材を用いることなく、燐含有量が0.05重量％以下の低燐溶銑等の燐含有量の低い溶融金属を原料鉱石類の品位によることなく安価に大量生産することができる炭材充填層型溶融還元炉による溶融金属の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するため、鋭意研究を行い、本来脱燐に有利な炭材充填層型の溶融還元炉が有する特性を活用し、油分を含有する繊維状や粉状の金属屑または金属含有スラジや金属含有ダストを用いることに着目し、種々実験を重ねた結果なされたものである。すなわち、炭素系固体還元材の充填層を形成した溶融還元炉に直接吹き込む繊維状や粉状の金属屑または金属含有スラジや金属含有ダストに、必要に応じて廃油等の液体流動物を加えた各種スラリー状含油金属原料を使用し、これらを単独に、あるいは適宜に組み合わせることによって炉内での気化脱燐を促進させることに成功し、本発明を完成させるに至った。
【００２１】
すなわち、請求項１記載の本発明は、溶融還元炉内に炭素系固体還元剤の充填層が形成され、炉下部に少なくとも上下２段に配設された複数の羽口より酸素含有熱風を吹き込むと共に、前記複数の羽口のうち最上段に位置する羽口または最上段羽口を包含する選択した羽口に配置したメインランスを用いて、粉粒状の金属酸化物原料を前記充填層内に吹き込み、前記金属酸化物原料を溶融還元して溶融金属を製造する炭材充填層型溶融還元炉による溶融金属の製造方法において、前記複数の羽口のうち最上段羽口の位置および／または最上段羽口より下部の位置に配置したサブランスを用いて、前記充填層内に油分と金属分を含有するスラリー状含油金属原料を吹き込むことを特徴とする炭材充填層型溶融還元炉による溶融金属の製造方法である。
【００２２】
請求項２記載の本発明は、油分と金属分を含有するスラリー状含油金属原料が、油分を含有する繊維状金属屑、粉状金属屑、金属含有スラジまたは金属含有ダストから選択した１種または２種以上に、液体流動物を加えたスラリー状金属原料であることを特徴とする請求項１記載の炭材充填層型溶融還元炉による溶融金属の製造方法である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
従来は、炭素系固体還元材（炭材）の充填層が形成され、炉腹下部に高温の酸素含有熱風（空気又は酸素富化空気）を吹き込む少なくとも上下２段に設けた複数の羽口を有する炭材充填層型の溶融還元炉を用いて、羽口より酸素含有熱風と共に、酸化鉄を含有する粉粒状の鉱石類を酸化鉄原料として充填層内に吹き込み、酸化鉄原料中の酸化鉄を溶融還元して溶銑を製造していた。しかし、前述のように従来の操業では、羽口から吹き込んだ酸化鉄原料中の燐が高温のレースウェイ内で気化されるが、レースウェイ内部で溶融還元により生成したメタルが存在するため、気化した燐の大部分がメタルに溶解し、溶銑の脱燐を不十分なものにしていた。
【００２４】
メタル中に移行する燐源としては、他に還元材である炭材に含有される燐分もあり、炭材中の燐はメタルとの直接接触により、あるいは一旦炭材の灰分と共にスラグに溶解したうえで、スラグ／メタル間の反応によりメタル中に移行する。このような燐の移行現象を解明したうえで、本発明者らは、このメタル中の燐分を低減するには、下記の方策が有効であることに思い至った。
【００２５】
（１）レースウェイ内部で気化する燐の分圧を低減する。
（２）レースウェイ内でのメタルの滞留時間を短縮する。
（３）燐を含有する鉱石に代え燐分の低い金属を供給する。
（４）燐を含有する炭材に代え燐分の少ない燃料ないし還元材を使用する。
（５）燐を含有する炭材の使用量を低減する。
【００２６】
しかしながら、これらの方策は、炭材充填層型の溶融還元炉による溶融還元の最大の利点である安価な原料の利用性を損なわないことを前提として、総合的に検討した結果、油分を含有する金属原料として、たとえば油分および金属分を含有する金属屑、スラジやダストまたはこれらに廃油、重油等の液体流動物を混合してスラリー状にしたものを炭材充填層に供給することにより、コストアップを招くことなく前記の（１）〜（５）の対策を全て充足できることを見いだした。
【００２７】
したがって、本発明では、前述のように少なくとも上下２段に設けた羽口から酸素含有熱風を吹き込むと共に、複数の羽口のうち最上段に位置する羽口または最上段羽口を包含する選択した羽口に配置したメインランスを用いて、粉粒状の金属酸化物原料、たとえば酸化鉄を含有する粉粒状の鉱石類（酸化鉄を含有するスラジやダストも含む）を炭材充填層中に吹き込み、さらに、複数の羽口のうち最上段羽口の位置および／または最上段羽口より下部の位置にサブランスを用いて、前記炭材充填層内に油分と金属分を含有するスラリー状含油金属原料を吹き込むものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に、炭材充填層型の溶融還元炉１を用いて溶融金属として溶銑を製造する場合を示しており、炉体の構造自体は図２に示した従来の場合と同様である。溶融還元炉１は、高価な電力あるいは強粘結炭を使用することなく、比較的安価な弱粘結炭または非粘結炭から製造したコークスを使用する利点を有するので、ますますエネルギーコストの上昇が危惧される今後の溶融金属の製造装置として有望である。
【００２９】
溶融還元炉１は、図１に示すように炉腹下部に上段羽口４と下段羽口５を備え、炉上方の炭材供給装置６から炭素系固体還材として代表的な炭材として塊状のコークスが供給され、炉内に炭材充填層19を形成しつつ炉内を降下する。また、高温送風装置２から酸素含有熱風（高温空気あるいは高温酸素富化空気）が供給され、高温送風分配装置３により分配した熱風を高温送風供給管20を介して上下２段の羽口４、５に供給し、羽口４、５からそれぞれ炉内に吹き込まれる。このようにして上段羽口４および下段羽口５から炉内に吹き込まれた熱風は、高温のレースウェイ18を形成する。
【００３０】
粉粒状鉱石類供給装置７に貯蔵されている粉粒状鉄鉱石類（酸化鉄原料）とフラックス供給装置８に貯蔵されている造滓材としての粉粒状のフラックスは、粉粒体吹き込み装置９から空気等のキャリアガスと共に粉粒体輸送管10を経て、上段羽口４内に配置したメインランス14から炉内に吹き込まれる。メインランス14より炉内に吹き込まれた酸化鉄原料及びフラックスは、上段羽口４の前方に形成される高温のレースウェイ18の空間で溶融すると共に、酸化鉄原料中の燐が高温のレースウェイ内で気化する。
【００３１】
一方、含油金属原料供給装置16内の油分および鉄分（金属鉄）を含有するスラリー状含油金属鉄原料は、含油金属原料供給装置16の作動によりスラリー輸送管17を介して上段羽口４および／または下段羽口５に、それぞれ配置されたサブランス15から炉内に吹き込まれる。油分および鉄分を含有するスラリー状含油金属鉄原料は、スラリー輸送管17による輸送可能な液体流動物であることが必要であり、含油金属鉄原料が元々スラリー輸送管17により輸送可能な流動性を有する場合には、そのまま使用することができる。油を含有する金属屑としては、金属切削屑、金属の機械加工屑あるいはスクラップ解体屑として市場に安価で多量に存在するものを使用する。
【００３２】
しかしながら、油分の付着した繊維状金属鉄屑、粉状金属鉄屑、金属鉄含有スラジまたは金属鉄含有ダストは、たとえ油分を含んでいても、通常はそのままではスラリー輸送管17により輸送可能なほどの流動性がない場合が多い。このような場合には、含油金属鉄原料に廃油や重油等の可燃性流動物（液体）を加えることにより、輸送性を高めたスラリー状に調整してスラリー輸送管17による輸送を可能にして使用することになる。このようにして廃油等の可燃性流動物を加えてスラリー状に調整した油分を含有する繊維状金属鉄屑、粉状金属鉄屑、金属鉄含有スラジまたは金属鉄含有ダストから選択した１種または２種以上の含油金属鉄原料が、サブランス15から炉内に吹き込まれる。なお、上段羽口４と下段羽口５の間にサブランス15を配置し、ここから含油金属鉄原料を供給することも可能である。要は、上段羽口４の位置または上段羽口４より下部の位置に含油金属鉄原料を吹き込むことが重要である。
【００３３】
前述のようにしてメインランス14より炉内に吹き込まれた酸化鉄原料及びフラックスが、上段羽口４の前方に形成される高温のレースウェイ18の空間で溶融すると共に、酸化鉄原料中の燐および還元材である炭材に含有される燐分は、高温のレースウェイ内で気化する。このような状態で、上段羽口４に配置したサブランス15から炉内に供給されたスラリー状含油金属鉄原料のうち、廃油等の液体成分はレースウェイ内で膨張し、さらには炉内での油分の燃焼により燃焼ガスとなり、ガス容積が増加する。急激な体積膨張によってガス中に気化状態で存在する燐は、レースウェイ18内から炉の内部に深く押し出され、炉内を速やかに上昇する。このため、燐とメタルとの接触時間が短くなり、燐がメタルに移行するのを抑制することができる。
【００３４】
さらに、油分の燃焼による急激なガス容積の増大は、ガス相中の燐分圧の低下をもたらすので、ガス相と溶融メタルが接触している場合でも、ガス相中から燐が溶融メタルに移行するのを抑制することにもなる。そのため、従来のように溶融メタルが気化した燐を吸収することなく炉内を降下し、溶銑中の燐濃度の低減が達成できる。また、サブランス15から炉内に供給された液体成分のうち、廃油等の燃焼成分は、燃料および還元剤として作用するので、使用する炭材の量を減らすことができ、炭材に起因する燐のインプット量を減らすことができる。
【００３５】
サブランス15から炉内に供給された物質のうち金属鉄分は、そのままメタルに移行するが、燐含有量の低い金属鉄原料を選択すれば、メタルの燐を低減できるうえ、同量の溶銑を生産する場合の酸化鉄原料の量を低減できるから、鉱石に起因する燐のインプットを低下することになる。また、金属鉄は鉱石のように還元を要しないので、還元剤としての炭材を減らすことができ、このことによって炭材起因の燐インプット量を減らすことにもなる。
【００３６】
本発明では、前述のように安価に入手できる油を含んだ金属スラジ、金属ダストや有用なＮｉ、Ｍｏ等を含んだ金属屑等の含油金属原料を油と共に有効に利用することができる。サブランス15から炉内の炭材充填層19内に供給された含油金属鉄原料中の油分は、気化し、炉内の 200℃以上の高温部で分解され、上下の羽口４、５のレースウェイ18で燃焼し、また、未燃焼分があったとしても、供給位置の上部に存在する炭材充填層19において分解するため、排ガス処理装置13等の排ガス系を汚染したり、詰まりを生じるという問題がなくなる。また、サブランス15から炉内にスラリー状で供給しても、高炉のように炉内圧力が高くないために、サブランス15の先端でのスラッギングが生ぜず、安定した炉内への供給を可能にする。
【００３７】
なお、前述の通り上下２段に配設された羽口４、５のうち、最上段に位置する羽口４に酸化鉄原料粉を吹き込むのが有利である。これは、最上段に位置する羽口４から酸素含有熱風と一緒に吹き込まれた酸化鉄原料粉が、炉内で高温下のレースウェイ18で溶融還元され、気化した燐が速やかに炉の上方に上昇するので復燐することなく炉外に排出されるからである。そして、残りの酸化鉄原料は、炉内を降下する間に下段側に配設された羽口５から吹き込まれる酸素含有熱風、炉内の炭材や油分の燃焼により生じた還元生ガスにより溶融還元が促進される。サブランス15から吹き込むスラリー状含油金属原料の吹き込み量は、炉高、羽口数（３段以上も可能）、金属酸化物原料等の操業上の諸条件を考慮して定めることになる。
【００３８】
また、下段羽口５に配置されたサブランス15から供給されたスラリー状金属鉄原料の油分は、燃焼することにより炉下部での炭材の消費量が減少するばかりでなく、下降する酸化鉄原料中の酸化鉄は、油分の燃焼により発生する還元ガスにより十分に還元される。炭材として炉内に装入したコークスのみの使用では、コークス燃焼後に灰分が炉芯に溜まり操業上の支障となるが、油分の燃焼は灰分を生じないので、その代替分だけ、前記炉芯への灰分の堆積が緩和され、炉操業の安定化に寄与することになる。
【００３９】
前述のように本発明では、上下の羽口４、５からの酸素含有熱風およびメインランス14からの酸化鉄原料に加え、炭材充填層内にサブランス15からスラリー状含油金属原料を吹き込むようにしたので、油の燃焼により上段羽口４の前方に形成されるレースウェイの内部で酸化鉄原料の気化脱燐が円滑に行われるようになる。補助燃料となる油としては、廃油、重油等の液体燃料が使用でき、また、スラリー状含油金属原料は配管輸送が可能で、レースウェイ内で燃焼できる流動状であればよい。
【００４０】
以下、本発明の実施の態様を具体的に説明する。
図１に示すように炭材充填層型の溶融還元炉１を用いてクロムを含有した銑鉄の製造試験を実施した。
試験に供した溶融還元炉の仕様は、次の通りである。
炉内径：４ｍφ
炉高  ：１４ｍ
充填層高さ：１１ｍ
充填コークス粒子径：10〜30ｍｍ、平均１５ｍｍ
上下羽口間隔：２．５ｍ
羽口径：１００ｍｍ
羽口本数：上段４本、下段４本、計８本
羽口径：３０ｍｍ
メインランス：上段羽口に配置４本
サブランス：上段羽口に配置４本または下段羽口に配置４本、あるいは上段羽口に配置２本、下段羽口に配置２本、計４本
前記の溶融還元炉に炉頂より、炭材供給装置６を介して平均粒径１５ｍｍのコークスを装入し、高さ１１ｍの充填層を形成した。そして、上段羽口４に配置したメインランスより、酸化鉄原料として鉄鉱石粉（平均値Ｃ：4.7 重量％、T.Fe：62.4重量％、FeO :31.8 重量％、SiO2:0.8重量％、T.Cr：6.2 重量％、MnO :4.0重量％、Al2O3:1.1 重量％、その他の酸化物20.6重量％）を１０t/hr、CaO 、SiO2からなる造滓材（フラックス）を１．７t/hrを供給した。含油金属鉄原料として表１に示す化学組成のステンレスコイルのグラインダ屑（ＣＧＲ）、エッチングＮｉスラジ（粉状）、含Ｎｉスラジ（粉末）、Ｎｉ触媒Ａ（粉状）またはＮｉ触媒Ｂ（含油粉状）を用い、輸送媒体として表２に示すような化学組成の廃油を加えてスラリー状に調整し、含油金属鉄原料とした。このようにしてスラリー状にした含油金属鉄含有原料を、含油金属原料供給装置からスラリー輸送管を経由してサブランスから炉内に吹き込んだ。
【００４１】
【表１】
0003852128.tif 000003
【００４２】
【表２】
0003852128.tif 000004
【００４３】
その際、使用した搬送気体は、高温送風装置２で製造した温度 800℃の酸素富化空気および高温空気であり、高温送風分配装置３を介して、それぞれの高温送風供給管20を経て上段羽口４に酸素富化空気（Ｏ2 ：41％）を、また下段羽口５に空気（Ｏ2 ：38％）を炉内に吹き込んだところ、順調に操業を行うことができた。
【００４４】
操業条件を表３および表４に、また操業結果を表５に示す。なお、表３、表４および表５には、従来方法に相当するスラリー状含油金属鉄原料を吹き込まない比較例と、スラリー状含油金属鉄原料を吹き込む本発明に係る溶銑の製造方法を用いた実施例１〜11の場合とを比較して示した。表３には、上段羽口および下段羽口の各送風量、送風温度、送風中の酸素ガス濃度と上段羽口に配置したメインランスからの酸化鉄原料の吹き込み量を示し、また表４には、サブランスから吹き込むスラリー状含油金属鉄原料の種類、上下の羽口への配分割合、金属鉄原料の吹き込み量と廃油吹き込み量を示す。表４に示すように上段羽口４と下段羽口５とに吹き込む含油金属鉄原料の割合は、それぞれ上下等分の50％にする場合、上段羽口４に100 ％にする場合および下段羽口５に100 ％にする場合の３水準とした。さらに表５には、操業成績としてコークス比、スラグ比、溶銑温度およびメタル（溶銑）の生産量を示している。
【００４５】
【表３】
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【００４６】
【表４】
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【００４７】
【表５】
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【００４８】
表３、表４および表５から明らかなように、本発明例１〜11では、サブランスからのスラリー状含油金属鉄原料の供給により、比較例よりも溶銑中の燐濃度が概ね低下しており、溶銑の脱燐が円滑に行われたことを示している。また、コークス比も概ね低減し、油分が燃料コークスの代替に一役かっており、メタルの生産量も増加傾向を示していることが分かる。
【００４９】
溶融還元炉の炉複部に配置するサブランスの高さ位置を変えてステンレスのグラインダ屑に廃油を流動媒体として炉内に吹き込んだときの、上段羽口からのサブランス位置（ｍ）と溶銑中の燐濃度（％) との関係を図３に、また上段羽口からのサブランス位置（ｍ）と炉頂排ガス中の炭化水素濃度（％）との関係を図４に示す。図３より明らかなようにスラリー状含油金属鉄原料を供給するサブランスの位置を上段羽口より下部にするにつれて溶銑中の燐濃度を低くすることができる。そして下段羽口にサブランスを配置してスラリー状含油金属鉄原料を供給すると、溶銑中の燐濃度低下効果が最も大きくなる。また、図４からスラリー状含油金属鉄原料を供給するサブランスの位置を上段羽口より下部にすることにより、炉頂排ガス中の炭化水素濃度を低減することができることが分かる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、炭材充填層型の溶融還元炉を用いて従来より処理に困っていた安価な含油金属原料が、乾燥等の前処理することなく油と共に有効に処理でき、社会環境上の効果も得られる。炉内での気化脱燐の促進により、燐含有量の低い溶融金属を安価に、かつ容易に大量生産することが可能になる。また、含油金属原料の金属は、還元熱を必要としないため燃料費を大きくすることなく、溶融金属を大量に生産することが可能になる。
【００５１】
本発明が対象とする溶融金属としては、前述に例示した溶銑（すなわち、溶融Fe-C系合金や、これにさらにCrやNi等の他の元素を含有するもの）の他にも、炭素還元によって溶融還元して製造する金属・合金であれば特に限定するものではない。
含油金属原料の油分や輸送媒体として用いる油分などの可燃性燃料が炭材燃料の一部代替となるため、炭材を節減できるばかりでなく、炭材中の燐等の不純物の装入量を抑えることが可能である。さらに、含油金属原料をスラリー状にして輸送するので輸送管の磨耗を軽減することができると共に、油分等の可燃性燃料の燃焼により、排ガス系の詰まりを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスラリー状含油金属鉄原料を吹き込む炭材充填層型の溶融還元炉を付帯装置と共に示す概略縦断面図である。
【図２】従来に係る炭材充填層型の溶融還元炉を示す概略縦断面図である。
【図３】上段羽口からのサブランス位置までの距離（ｍ）と溶銑中の燐濃度（％）との関係を示すグラフである。
【図４】上段羽口からのサブランス位置までの距離（ｍ）と炉頂排ガス中の燐濃度（％）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  溶融還元炉
２  高温送風装置
３  高温送風分配装置
４  上段羽口
５  下段羽口
６  炭材供給装置
７  粉粒状鉱石類供給装置
８  フラックス供給装置
９  粉粒体吹き込み装置
10  粉粒体輸送管
11  出滓口
12  出銑口
13  排ガス処理装置
14  メインランス
15  サブランス
16  含油金属原料供給装置
17  スラリー輸送管
18  レースウェイ
19  炭材充填層
20  高温送風供給管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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