JPH10183214A - 溶融還元設備の操業方法及びその炉体構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、安価な粉状の金属原料及び炭材を
有効に歩留まり良く使用することで、製造コストの低減
を図ると共に生産性を向上させること、及び生産量を増
加、即ち水平断面が長方形の炉体の長辺を大きくした場
合にも、原料投入口を１〜２個にし得る溶融還元設備の
操業方法及びその炉体構造を提供する。 【解決手段】 溶融還元設備において、水平断面が長方
形の炉体の２つの長辺の各々を貫通してスラグに向けて
配設された下部羽口を通じて、スラグ中に酸素及び／又
は酸素付加ガスを吹き込むと共に、前記下部羽口の上方
であって、炉内のスラグの上面に相当する高さまでの位
置にその先端を配置したランスを設け、炉内のスラグ中
に炭材及び／又は鉄原料を吹き込むようになしたことを
特徴とする溶融還元設備の操業方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炉本体に金属原
料、炭材、及び媒溶剤を添加し、純酸素及び／又は酸素
富化ガスを吹き込んで、溶融金属を直接製造する溶融還
元設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融還元は、炉本体内に金属原料、炭
材、及び媒溶剤を添加し、純酸素及び／又は酸素富化ガ
スを吹き込んで、スラグ中で鉄原料中の酸化金属を還元
し、溶融金属を直接製造する方法である。この方法で
は、溶融還元炉から、１６００〜１８００℃程度の高温
の燃焼性ガスが生成される。

【０００３】この溶融還元法においては、鉄原料の還元
は溶融スラグ中で行われるため、その還元速度、即ち溶
銑の生産速度はスラグの体積にほぼ比例することは広く
知られている。従って、溶銑の生産速度を増大すること
は、溶融スラグの水平断面積又は溶融スラグの高さを増
大することで可能となるが、溶融スラグの高さをむやみ
に増大すると、溶融還元炉の設備高さが高くなり、溶融
還元炉に鉄原料、炭材、及び媒溶剤を添加する原料設
備、及び溶融還元炉から排出される燃焼性ガスを回収す
る排ガス回収設備の設備高さが高くなり、ひいてはこれ
らを収納する建築物の高さが高くなり、建設費の大幅な
増大を引き起こすので、溶融スラグの水平断面積を増大
することが一般的に行われている。

【０００４】またこの溶融還元法は、従来の高炉法に比
べ、生産量の柔軟性が高い、即ち生産量の変更が容易な
ことと設備の停止、再起動が容易なこと、及び設備投資
額が小さいことから、特に小規模溶融金属製造法として
最近注目されつつある。

【０００５】一般にこの種の溶融還元法は、炉本体内に
予備還元した金属原料、炭材、及び媒溶剤を添加し、炉
本体から発生する燃焼性ガス中のＣＯガス、Ｈ₂ ガスで
金属原料を予備還元する２段法（例えば特開昭５７−１
２０６０７号公報、特開昭６１−９６０１９号公報等参
照）と、炉本体内に未還元の金属原料、炭材、及び媒溶
剤を添加し、スラグ中で金属原料中の酸化金属を還元
し、炉本体から発生する燃焼性ガス中のＣＯガス、Ｈ₂
ガスを廃熱ボイラー内で完全燃焼させ、燃焼性ガスの顕
熱、潜熱を蒸気化して回収し、発電等を行う１段法（例
えば特開平１−５０２２７６号公報、特開昭６１−２７
９６０８号公報、特開昭６０−９８１５号公報等参照）
とに分類される。

【０００６】２段法は、１段法に比べエネルギー効率が
良い利点はあるものの、充填層方式及び流動層方式等の
予備還元炉が必要なため設備が複雑となり設備投資額が
高い、予備還元炉内での反応の均一性から鉄原料の形状
制限がある（例えば、充填層方式においては塊状の鉄原
料しか使用できず、流動層方式では粉状の鉄原料しか使
用できない）等の欠点があることから、最近シンプルな
１段法が注目されつつある。

【０００７】また、この１段法においては、スラグ中で
発生するＣＯガス、Ｈ₂ ガスをスラグ上部の炉内空間
（以後２次燃焼帯と呼ぶ）で燃焼する割合（以後炉内２
次燃焼率と呼び、炉内２次燃焼率＝（ＣＯ₂ ％＋Ｈ₂ Ｏ
％）／（ＣＯ₂ ％＋ＣＯ％＋Ｈ₂ Ｏ％＋Ｈ₂ ％）と定義
する）を上昇させ、その燃焼熱をスラグに有効に伝える
ことで、エネルギー効率を向上させる、即ち炭材原単位
を低減させることが可能なことことは広く知られてい
る。

【０００８】ところが、スラグの上下方向の攪拌が十分
でない場合、スラグの下層への熱移動が小さくなり、ス
ラグの上層のみが加熱され、２次燃焼帯とスラグ上層の
温度差が小さくなり、２次燃焼帯からスラグへの熱移動
量が低下し、結果として２次燃焼率を上昇させても炭材
原単位の低減代が小さくなる。また、２次燃焼帯からス
ラグへの熱移動量が低下するために、２次燃焼帯の雰囲
気温度が上昇し、２次燃焼帯の炉壁に耐火物を内張りし
た場合には耐火物の損耗量が急増するという課題があっ
た。

【０００９】そこで、これらの課題を解決するために、
底吹羽口と酸素上吹きランスを備え、炉壁に耐火物を内
張りした溶解炉に溶銑を入れ、底吹羽口から吹き込まれ
るガス量を制御し、スラグ組成及び遊離炭材量を制限し
て溶融還元する方法が、特開昭６０−９８１５号公報で
提案されている。

【００１０】しかるに、この方法では、金属原料を還元
すると共に２次燃焼帯からスラグへの熱移動量を確保す
るためにスラグを強攪拌する必要があるが、この攪拌力
を溶融金属の攪拌を介してスラグに伝える点で精錬操作
上大きな難点があった。即ち、溶融金属攪拌ガス量が極
めて多いため、非酸素ガスでは溶融金属温度の低下を招
き、一方、温度維持のために酸素を含ませると溶融金属
の酸化を招くジレンマがある。

【００１１】そこで、これらの課題を解決するために、
金属浴面下で金属を攪拌するために不活性ガスを吹き込
む羽口と、金属浴面上で且つスラグ面下に位置し、スラ
グ内に酸素又は酸素富化ガスを吹き込む羽口と酸素上吹
きランスとを備えた、炉壁に耐火物を内張りした溶融還
元炉に、原料、炭材、造滓剤を炉の上方且つ排ガスダク
トの途中から投入する方法が特開昭６１−２７９６０８
号公報で提案されている。

【００１２】しかしながら、この方法であっても、金属
を攪拌するために金属浴面下の羽口から不活性ガスを吹
き込むために、なお以下の課題を抱えている。 金属浴面下の羽口から吹き込まれる不活性ガスによ
り、溶融金属の粒がスラグ中に吹き上げられ、金属浴面
上で且つスラグ面下に位置した羽口からスラグ内に吹き
込まれる酸素又は酸素富化ガスにより再酸化され、還元
速度向上、即ち生産速度向上の妨げとなる。 金属浴面下の羽口から吹き込まれる不活性ガスによ
り、溶融金属の粒がスラグ中に吹き上げられスラグ中に
懸濁するため、スラグの熱容量及び熱伝導率が大きくな
り、スラグに接する炉壁を水冷構造にできず、耐火物構
造にせざるを得ないため、この耐火物のスラグによる損
耗が大きく、頻繁に補修又は張り替えする必要がある。 スラグの熱容量及び熱伝導率が大きくなるため、金
属浴面上で且つスラグ面に位置した羽口についても水冷
構造にできず、消耗式羽口にせざるを得ないため、頻繁
に交換する必要がある。 金属浴面下の羽口は、溶融金属の熱容量及び熱伝導
率が大きいため、水冷構造にできず、消耗式羽口にせざ
るを得ないため、頻繁に交換する必要がある。 金属浴面下の羽口周辺の耐火物の損耗が大きく、頻
繁に補修又は張り替えする必要がある。

【００１３】そこで、これらの課題を解決するために、
水平断面が長方形の炉体の２つの長辺の各々を貫通して
スラグに向けられた下部羽口を通じてスラグ中に純酸素
及び／又は酸素富化ガスを吹き込み、炉体を貫通して２
次燃焼帯に向けられた上部羽口を通じて２次燃焼帯に純
酸素及び／又は酸素富化ガスを吹き込み、炉内面の２次
燃焼帯及びスラグに面した範囲に水冷パネルを内張りし
た構造が、特開平１−５０２２７６号公報で提案されて
いる。

【００１４】その特開平１−５０２２７６号公報で提案
されている従来技術について、図７〜図８に基づいて説
明する。図７は、特開平１−５０２２７６号公報で提案
されている従来技術の溶融還元設備の炉体構造断面図で
あり、図８は図７のＡ−Ａ断面図である。

【００１５】炉体１は基礎２に固定され、炉内面は水冷
パネル３及び耐火物４を内張りされており、炉体１の上
部には、鉄原料、炭材、及び媒溶剤を添加する原料投入
口５及び炉本体から発生する燃焼性ガスを排出するガス
排出口６が配設されている。炉体１の底部には溶銑７が
溜まり、その上部に溶銑７より比重の軽い泡立ちスラグ
８が溜まっており、溶銑７は溶銑溜まり９を介して出銑
口１１から、スラグはスラグ溜まり１０を介して出滓口
１２からそれぞれ連続又は断続的に排出される。

【００１６】原料投入口５から投入された鉄原料中の酸
化鉄（ＦｅＯ及びＦｅ₂ Ｏ₃ ）は、同じく原料投入口５
から投入された炭材中炭素分により、泡立ちスラグ８中
で以下の式（１），（２）に示す反応により還元され
る。 ＦｅＯ ＋ Ｃ→ Ｆｅ＋ ＣＯ （吸熱反応）‥‥‥（１） Ｆｅ₂ Ｏ₃ ＋３Ｃ→２Ｆｅ＋３ＣＯ （吸熱反応）‥‥‥（２）

【００１７】また、原料投入口５から投入された炭材中
炭素分の一部は、炉体１を貫通して泡立ちスラグ８に向
けて配設された下部羽口１３を通じて泡立ちスラグ８中
に吹き込まれる酸素と以下の式（３）に示す反応により
酸化される。 Ｃ＋１／２Ｏ₂ →ＣＯ （発熱反応）‥‥‥（３） この溶融還元炉のエネルギー効率、即ち炭材原単位は、
式（１），（２），（３）の反応に必要な炭素分の合計
によって決定される。

【００１８】上記式（１），（２），（３）により泡立
ち泡立ちスラグ８中で発生したＣＯガスにより、泡立ち
泡立ちスラグ８中に気泡が対流するため、炉内の下部羽
口１３より上方に位置する泡立ち泡立ちスラグ８の比重
はスラグ溜まり１０中の鎮静スラグ２５の比重の１／２
〜１／３となることが発明者らの試験操業等で確認され
ている。

【００１９】更に、上記式（１），（２），（３）によ
り泡立ちスラグ８中で発生したＣＯガス及び炭材中水素
分は、炉体１を貫通して２次燃焼帯１５に向けて配設さ
れた上部羽口１４を通じて２次燃焼帯１５中に吹き込ま
れる酸素と以下の式（４），（５）に示す反応により酸
化される。 ＣＯ＋１／２Ｏ₂ →ＣＯ₂ （発熱反応）‥‥‥（４） Ｈ₂ ＋１／２Ｏ₂ →Ｈ₂ Ｏ （発熱反応）‥‥‥（５）

【００２０】この式（４），（５）の反応を炉内２次燃
焼と呼び、この２次燃焼の度合いの大小を以下の式
（６）で定義される炉内２次燃焼率で表すことと、この
２次燃焼率は上部羽口１４を通じて２次燃焼帯１５中に
吹き込まれる酸素の流量を増加することで増加すること
は広く知られている。 炉内２次燃焼率＝（ＣＯ₂ ％＋Ｈ₂ Ｏ％）／（ＣＯ₂ ％＋ＣＯ％＋Ｈ₂ Ｏ％ ＋Ｈ₂ ％） ‥‥‥（６） 但し、（６）式中のＣＯ₂ ％，ＣＯ％，Ｈ₂ Ｏ％，Ｈ₂
％は、ガス排出口６における燃焼性ガスの各成分の体積
分率を示す。

【００２１】炉内２次燃焼率を上昇させると、２次燃焼
帯１５における式（４），（５）の反応熱の一部が泡立
ちスラグ８に伝達し、スラグ中の式（３）の発熱反応に
必要な炭素分を減少せしめることで、炭材原単位が減少
する。炉内２次燃焼率が上昇したときの炭材原単位の減
少代を大きくするためには、前述のように２次燃焼帯１
５における式（４），（５）の反応熱の泡立ちスラグ８
への移動量を高める、即ちスラグの上下方向の攪拌を十
分に行うことが有効であるが、２次燃焼帯１５から泡立
ちスラグ８への熱移動量は２次燃焼帯１５の雰囲気温度
と泡立ちスラグ８の温度の差の関数でもあるため、溶銑
７と泡立ちスラグ８の温度差を極力小さくし、泡立ちス
ラグ８の温度を下げることも極めて有効である。この構
造では、前述の金属を攪拌するために不活性ガスを吹き
込む金属浴面下の羽口がないために、前述の〜の課
題はすべて解決している。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、図７〜図８
に示すこの種の炉体構造であっても、なお以下の課題を
抱えている。この種の溶融還元反応は、泡立ちスラグ８
と炭材の界面で主に生じているものと推察され、その反
応は泡立ちスラグ８と炭材との界面の面積に比例するも
のと考えられる。従って、溶融還元法による生産性を向
上させるためには、界面の面積を大きくする小径又は粉
状の炭材を使用するのが好ましい。更に、金属原料を迅
速に溶融してスラグ化することから、溶融しやすい小径
又は粉状の金属原料を使用するのが好ましい。また、金
属原料及び炭材の価格については、粉状のものが塊状の
ものより安価であるのが実状であり、安価な粉状のもの
を有効に使用することが、製造コストの低減上非常に有
効である。

【００２３】 しかし、この特開平１−５０２２７６
号公報で提案されている従来技術においては、金属原料
及び炭材を炉体１の上部配された原料投入口５から投入
するために、金属原料及び炭材が粉状である場合には、
原料投入口５から泡立ちスラグ８まで落下する過程で、
泡立ちスラグ８まで到達する前にスラグから発生する燃
焼性ガスの上昇気流に持ち去られる割合が増加する。ま
た、粉状の炭材はスラグより比重か軽いため、泡立ちス
ラグ８まで到達した後もスラグの上面に浮遊し、スラグ
から発生する燃焼性ガスの上昇気流に持ち去られる割合
が増加する。また、水平断面が長方形の炉体の２つの長
辺１６の各々を前記長辺１６に直角方向に貫通してスラ
グに向けて配設された下部羽口１３を通じてスラグ中に
純酸素及び／又は酸素富化ガスを吹き込む構造の場合、
泡立ちスラグ８は上下方向、及び水平断面が長方形の炉
体の短辺１７方向に流動するものの、水平断面が長方形
の炉体の長辺１６方向には殆ど流動しない。

【００２４】 従って、鉄原料、炭材、及び媒溶剤を
添加する原料投入口５を炉体１上部に１個のみ設けた場
合、原料投入口５の真下のスラグ内と原料投入口５から
遠い箇所のスラグ内の鉄原料及び炭材濃度に不均一が生
じやすく、生産量を増加、即ち水平断面が長方形の炉体
の長辺１６を大きくした場合には、原料投入口５を複数
個設置する必要があり、原料投入設備が複数基必要とな
り、設備費が増加する。

【００２５】 更に、原料投入口を複数個にすること
で、図７に示すように、原料投入口５とガス排出口６と
の距離を小さくせざるを得ず、金属原料及び炭材の粒径
が小さい場合には、炉本体１から発生する燃焼性ガスの
流れに乗って、原料投入口５からガス排出口６へ直接飛
散する金属原料及び炭材の量が増加する問題も生じる。

【００２６】一方、金属浴面下の底吹羽口と上吹きラン
スを備え、炉壁に耐火物を内張りした溶解炉に溶銑を入
れ、酸素などのガス及び／又は粉状の金属原料、炭材を
前記上吹きランスから吹き込むようになした溶融還元設
備及び操業方法が、特公平６−８９３８３号公報、特開
昭６２−２２４６１９号公報、特開昭６２−２２４６２
０号公報、特開昭６２−２２８４１３号公報等で提案さ
れている。

【００２７】これらの設備及び操業方法は、酸素などの
ガス及び／又は粉状の金属原料、炭材を前記上吹きラン
スから吹き込むようになしたので、前記の特開平１−５
０２２７６号公報で提案されている従来技術の課題は
解決しているものの、金属を攪拌するために金属浴面下
の羽口から不活性ガスを吹き込むために、前記の特開昭
６１−２７９６０８号公報で提案されている従来技術と
同様に、なお以下の課題を抱えている。 金属浴面下の羽口から吹き込まれるガスにより、溶
融金属の粒がスラグ中に吹き上げられ、上部ランスから
スラグ内に吹き込まれる酸素又は酸素富化ガスにより再
酸化され、還元速度向上、即ち生産速度向上の妨げとな
ると共に、燃焼性ガスと共に飛散する金属分が増加す
る。 金属浴面下の羽口から吹き込まれるガスにより、溶
融金属の粒がスラグ中に吹き上げられスラグ中に懸濁す
るため、スラグの熱容量及び熱伝導率が大きくなり、ス
ラグに接する炉壁を水冷構造にできず、耐火物構造にせ
ざるを得ないため、この耐火物のスラグによる損耗が大
きく、頻繁に補修又は張り替えする必要がある。 スラグの熱容量及び熱伝導率が大きくなるため、金
属浴面上で且つスラグ面に位置した羽口についても水冷
構造にできず、消耗式羽口にせざるを得ないため、頻繁
に交換する必要がある。 金属浴面下の羽口は、溶融金属の熱容量及び熱伝導
率が大きいため、水冷構造にできず、消耗式羽口にせざ
るを得ないため、頻繁に交換する必要がある。 金属浴面下の羽口周辺の耐火物の損耗が大きく、頻
繁に補修又は張り替えする必要がある。

【００２８】本発明は、以上のような問題点を解決する
ためになされたものであり、その目的とするところは、
安価な粉状の金属原料及び炭材を有効に歩留まり良く使
用することで、製造コストの低減を図ると共に、生産性
を向上させる溶融還元設備の操業方法及びその炉体構造
を提供することにある。更に、生産量を増加、即ち水平
断面が長方形の炉体の長辺を大きくした場合にも、原料
投入口を１〜２個にする炉体構造の提供を目的とするも
のである。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、炉本体に金属原料、炭材、及び媒溶剤
を添加し、溶融金属を直接製造する方法において、水平
断面が長方形の炉体の２つの長辺の各々を貫通してスラ
グに向けて配設された下部羽口を通じて、スラグ中に酸
素及び／又は酸素富化ガスを吹き込むと共に、前記下部
羽口の上方であって、炉内のスラグの上面に相当する高
さまでの位置にその先端を配置したランスを設け、炉内
のスラグ中に炭材及び／又は鉄原料を吹き込むことを特
徴とする溶融還元設備の操業方法である。もしくは、上
記方法において、炭材及び／又は鉄原料を事前に篩い分
けし、粉状の炭材及び／又は鉄原料を前記のランスから
吹き込むと共に、塊状の炭材及び／又は鉄原料を炉本体
の上部に配設した原料投入口から投入することを特徴と
する溶融還元設備の操業方法である。

【００３０】また本発明は、炉本体に金属原料、炭材、
及び媒溶剤を添加し、溶融金属を直接製造する溶融還元
設備において、水平断面が長方形の炉体の２つの長辺の
各々を貫通してスラグに向けて配設された下部羽口と共
に、前記下部羽口の上方であって、炉内のスラグの上面
に相当する高さまでの位置にその先端を配置したランス
を設置し、前記下部羽口から出滓口までの高さをＨ₁ と
すると、前記下部羽口から前記上部羽口及び／又は上部
ランスの先端までの高さ：Ｈ₃ をＨ₁ ＜Ｈ₃ ＜３×Ｈ₁
としたことを特徴とする溶融還元設備の炉体構造であ
る。もしくは、上記構造において、１つの原料投入口を
炉本体上面の長辺方向の一方の端部に配設し、粉状の炭
材及び／又は鉄原料を吹き込むランスを炉本体上面の長
辺方向のもう一方の端部に配設したことを特徴とする溶
融還元設備の炉体構造である。もしくは、上記構造にお
いて、２つの原料投入口を炉本体上面の長辺方向の両方
の端部に配設し、粉状の炭材、及び／又は鉄原料を吹き
込むランスを炉本体上面の長辺方向の中心に配設したこ
とを特徴とする溶融還元設備の炉体構造である。

【００３１】

【発明の実施の形態】本発明の溶融還元設備の操業方法
及びその炉体構造においては、上記手段により、以下の
作用がある。 粉状の炭材、及び／又は鉄原料を吹き込むランスを
設け、下部羽口の上方であって炉内のスラグの上面に相
当する高さまでの位置に前記ランスの先端を配置し、炉
内のスラグ中に炭材、及び／又は鉄原料を吹き込むよう
になしたことにより、粉状の炭材、及び／又は鉄原料は
スラグ中で溶融及び反応し、スラグの上面に浮遊せず、
スラグから発生する燃焼性ガスの上昇気流に持ち去られ
る割合が格段に減少し、粉状の炭材、及び／又は鉄原料
の歩留まりが格段に向上する。

【００３２】 １つの原料投入口を炉本体上面の長辺
方向の一方の端部に配設し、前記の粉状の炭材、及び／
又は鉄原料を吹き込むランスを炉本体上面の長辺方向の
もう一方の端部部分に配設したことにより、スラグ内の
鉄原料及び炭材濃度を長辺方向に均一化し、生産量を増
加、即ち水平断面が長方形の炉体の長辺を大きくした場
合にも、原料投入口を１個にすることが可能となり、原
料投入設備が１基となり、設備費が削減される。

【００３３】 原料投入口を１個にすることで、原料
投入口とガス排出口との距離を大きくすることが可能と
なり、金属原料及び炭材の粒径が小さい場合でも、炉本
体から発生する燃焼性ガスの流れに乗って直接飛散する
金属原料及び炭材の量が増加することを防止できる。

【００３４】 底吹羽口から溶銑に向けて酸素含有ガ
スを吹き込むことなしに、炉体の側面を水平方向に貫通
してスラグに向けて配設された下部羽口を通じてスラグ
中に酸素及び／又は酸素富化ガスを吹き込んで、スラグ
のみを攪拌するため、溶銑の粒がスラグ中及びスラグ上
に吹き上げられることがなくなり、上部羽口から吹き込
まれる酸素又は酸素富化ガスにより再酸化されことがな
く、還元速度向上、即ち生産速度が向上すると共に、燃
焼性ガスと共に飛散する金属分が減少する。

【００３５】 溶融金属の粒がスラグ中に懸濁しない
ため、スラグの熱容量及び熱伝導率が小さくなり、スラ
グに接する炉壁を水冷構造にできること、及び金属浴面
下の羽口がないことから、耐火物の原単位及び補修頻度
が格段に減少する。

【００３６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図６に基づい
て説明する。図１は、本発明に係わる溶融還元設備の第
１の実施例の炉体構造断面図であり、図２は図１のＡ−
Ａ断面図であり、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。図
４は、本発明に係わる溶融還元設備の第２の実施例の炉
体構造断面図であり、図５は図４のＡ−Ａ断面図であ
り、図６は図４のＢ−Ｂ断面図である。

【００３７】図１〜図３に示す本発明に係わる溶融還元
設備の第１の実施例においては、炉体１に金属原料、炭
材、及び媒溶剤を添加し、溶銑７を直接製造する設備に
おいて、水平断面が長方形の炉体の長辺１６を水平方向
に貫通してスラグに向けて配設された下部羽口１３を通
じて泡立ちスラグ８中に酸素及び／又は酸素富化ガスを
吹き込んでいる。１つの原料投入口５は、炉本体上面の
長辺方向の一方の端部に配設され、炉本体から発生する
燃焼性ガスを排出するガス排出口６は、炉本体上面のも
う一方の端部に配設されている。

【００３８】粉状の炭材を吹き込むランス１８及び粉状
の鉄原料を吹き込むランス１９は、長辺方向のガス排出
口６と同じ側の端部の短辺１７に配設され、泡立ちスラ
グ８中に各々斜めに挿入されている。前記炭材吹込ラン
ス１８及び鉄原料吹込ランス１９の先端は、前記下部羽
口１３の上方であって炉内の泡立ちスラグ８の上面に相
当する高さまでの位置に配置されている。

【００３９】炭材は、篩い分け装置２０−ａによって、
塊状の炭材（約２mm以上）と粉状の炭材（約２mm以下）
に分級される。塊状の炭材は、各々ホッパー２１−ａに
装入され、コンベアー２２によって搬送され、原料投入
口５を介して炉体１内に投入される。一方、粉状の炭材
は、各々吹込装置２３−ａに装入され、吹込配管２４−
ａによって搬送され、前記炭材吹込ランス１８を介して
炉体１内の泡立ちスラグ８内に吹き込まれる。

【００４０】鉄原料は、篩い分け装置２０−ｂによっ
て、塊状の鉄原料（約２mm以上）と粉状の鉄原料（約２
mm以下）に分級される。塊状の鉄原料は、各々ホッパー
２１−ｂに装入され、コンベアー２２によって搬送さ
れ、原料投入口５を介して炉体１内に投入される。一
方、粉状の鉄原料は、各々吹込装置２３−ｂに装入さ
れ、吹込配管２４−ｂによって搬送され、前記鉄原料吹
込ランス１９を介して炉体１内の泡立ちスラグ８内に吹
き込まれる。

【００４１】次に図１を用いて、本実施例における炉内
の泡立ち泡立ちスラグ８の上面の高さについて説明す
る。本実施例では出銑口１１と出滓口１２を個別の高さ
に設け、その高さによりサイホンの原理で炉内に保持す
る溶銑７及び泡立ちスラグ８の体積を制御し、それ以上
の溶銑及びスラグは自動的に排出する溶融還元設備につ
いて説明するが、本発明がその他の出銑及び出滓方式
（例えば高炉のような開口方式）を採用した溶融還元設
備についても適用されることは言うまでもない。

【００４２】本実施例におけるサイホンの原理による出
銑及び出滓方式においては、下部羽口１３から出滓口１
２までの高さ：Ｈ₁ 、下部羽口１３から泡立ちスラグ８
の上面までの高さ：Ｈ₂ は、以下の式の関係がある。 Ｈ₁ ＝Ｈ₂ ×γ₂ ／γ₁ ‥‥‥（７） 但し、γ₁ ：スラグ溜まり１０中の鎮静スラグ２５の比
重 γ₂ ：炉内の泡立ちスラグ８の比重

【００４３】前記の式（１），（２），（３）により泡
立ちスラグ８中で発生したＣＯガスにより、泡立ちスラ
グ８中に気泡が対流するため、炉内の下部羽口１３より
上方に位置する泡立ちスラグ８の比重：γ₁ はスラグ溜
まり１０中の鎮静スラグ２５の比重：γ₂ の１／２〜１
／３となる。従って、下部羽口１３から泡立ちスラグ８
の上面までの高さ：Ｈ₂ は下部羽口１３から出銑口１２
までの高さ：Ｈ₁ の２〜３倍となることが発明者らの試
験操業等で確認されている。

【００４４】本実施例においては、下部羽口１３から上
部羽口１４の先端までの高さ：Ｈ₃をＨ₃ ＞Ｈ₁ とした
ことにより、炭材吹込ランス１８及び鉄原料吹込ランス
１９の先端は、下部羽口１３の上方に配置されることに
なる。更に、下部羽口１３から上部羽口１４の先端まで
の高さ：Ｈ₃ をＨ₃ ＜３×Ｈ₁ 、即ちＨ₃ ＜Ｈ₂ とした
ことにより、炭材吹込ランス１８及び鉄原料吹込ランス
１９の先端は、炉内の泡立ちスラグ８の上面よりに配置
されることになる。従って、下部羽口１３から上部羽口
１４の先端までの高さ：Ｈ₃ をＨ₁ ＜Ｈ₃ ＜３×Ｈ₁ と
したことにより、炭材吹込ランス１８及び鉄原料吹込ラ
ンス１９の先端は、下部羽口１３の上方であって、炉内
の泡立ちスラグ８の上面に相当する高さまでの位置に、
配置されることになる。

【００４５】図４〜図６に示す本発明に係わる溶融還元
設備の第２の実施例においては、炉体１に金属原料、炭
材、及び媒溶剤を添加し、溶銑７を直接製造する設備に
おいて、水平断面が長方形の炉体の長辺１６を水平方向
に貫通してスラグに向けて配設された下部羽口１３を通
じて泡立ちスラグ８中に酸素及び／又は酸素富化ガスを
吹き込んでいる。２つの原料投入口５は、炉本体上面の
長辺方向の両方の端部に配設され、炉本体から発生する
燃焼性ガスを排出するガス排出口６は、炉本体上面の長
辺方向の中心に配設されている。

【００４６】粉状の炭材を吹き込むランス１８及び粉状
の鉄原料を吹き込むランス１９は、長辺方向の中心部位
の長辺１７に配設され、泡立ちスラグ８中に各々斜めに
挿入されている。前記炭材吹込ランス１８及び鉄原料吹
込ランス１９の先端は、前記下部羽口１３の上方であっ
て炉内の泡立ちスラグ８の上面に相当する高さまでの位
置に配置されている。

【００４７】本実施例においても、下部羽口１３から上
部羽口１４の先端までの高さ：Ｈ₃ をＨ₁ ＜Ｈ₃ ＜３×
Ｈ₁ としたことにより、炭材吹込ランス１８及び鉄原料
吹込ランス１９の先端は、下部羽口１３の上方であっ
て、炉内の泡立ちスラグ８の上面に相当する高さまでの
位置に配置されることになる。

【００４８】本実施例は、鉄の還元の場合について説明
したが、本発明が同様の溶融還元法によって製造される
非鉄金属及び鉄合金（例えばクロム、ニッケル、マンガ
ン等）の溶融還元設備についても適用されることは言う
までもない。

【００４９】

【発明の効果】以上のように本発明においては、以下の
効果が期待できる。 粉状の炭材、及び／又は鉄原料を吹き込むランスを
設け、下部羽口の上方であって炉内のスラグの上面に相
当する高さまでの位置に前記ランスの先端を配置し、炉
内のスラグ中に炭材、及び／又は鉄原料を吹き込むよう
になしたことにより、粉状の炭材、及び／又は鉄原料は
スラグ中で溶融及び反応し、スラグの上面に浮遊せず、
スラグから発生する燃焼性ガスの上昇気流に持ち去られ
る割合が格段に減少し、粉状の炭材、及び／又は鉄原料
の歩留まりが格段に向上する。

【００５０】 １つの原料投入口を炉本体上面の長辺
方向の一方の端部に配設し、前記の粉状の炭材、及び／
又は鉄原料を吹き込むランスを炉本体上面の長辺方向の
もう一方の端部に配設したことにより、スラグ内の鉄原
料及び炭材濃度を長辺方向に均一化し、生産量を増加、
即ち水平断面が長方形の炉体の長辺を大きくした場合に
も、原料投入口を１個にすることが可能となり、原料投
入設備が１基となり、設備費が削減される。

【００５１】 原料投入口を１個にすることで、原料
投入口とガス排出口との距離を大きくすることが可能と
なり、金属原料及び炭材の粒径が小さい場合でも、炉本
体から発生する燃焼性ガスの流れに乗って直接飛散する
金属原料及び炭材の量が増加することを防止できる。

【００５２】 底吹羽口から溶銑に向けて酸素含有ガ
スを吹き込むことなしに、炉体の側面を水平方向に貫通
してスラグに向けて配設された下部羽口を通じてスラグ
中に酸素及び／又は酸素富化ガスを吹き込んで、スラグ
のみを攪拌するため、溶銑の粒がスラグ中及びスラグ上
に吹き上げられることがなくなり、上部羽口から吹き込
まれる酸素又は酸素富化ガスにより再酸化されことがな
く、還元速度向上、即ち生産速度が向上すると共に、燃
焼性ガスと共に飛散する金属分が減少する。

【００５３】 溶融金属の粒がスラグ中に懸濁しない
ため、スラグの熱容量及び熱伝導率が小さくなり、スラ
グに接する炉壁を水冷構造にできること、及び金属浴面
下の羽口がないことから、耐火物の原単位及び補修頻度
が格段に減少する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる溶融還元設備の第１の実施例の
炉体構造断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。

【図４】本発明に係わる溶融還元設備の第２の実施例の
炉体構造断面図。

【図５】図４のＡ−Ａ断面図。

【図６】図４のＢ−Ｂ断面図。

【図７】従来技術の溶融還元設備の炉体構造断面図。

【図８】図７のＡ−Ａ断面図。

【符号の説明】

１：炉体 ２：基礎 ３：水冷パネル ４：耐火物 ５：原料投入口 ６：ガス排出口 ７：溶銑 ８：泡立ちスラグ ９：溶銑溜まり １０：スラグ溜まり １１：出銑口 １２：出滓口 １３：下部羽口 １４：上部羽口 １５：２次燃焼帯 １６：水平断面が長方形の炉体の長辺 １７：水平断面が長方形の炉体の短辺 １８：炭材吹込ランス １９：鉄原料吹込ランス ２０−ａ，２０−ｂ：篩い分け装置 ２１−ａ，２０−ｂ：ホッパー ２２：コンベアー ２３−ａ，２３−ｂ：吹込装置 ２４−ａ，２４−ｂ：吹込配管 ２５：鎮静スラグ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉本体に金属原料、炭材、及び媒溶剤を
   添加し、溶融金属を直接製造する方法において、水平断
   面が長方形の炉体の２つの長辺の各々を貫通してスラグ
   に向けて配設された下部羽口を通じて、スラグ中に酸素
   及び／又は酸素富化ガスを吹き込むと共に、前記下部羽
   口の上方であって、炉内のスラグの上面に相当する高さ
   までの位置にその先端を配置したランスを設け、炉内の
   スラグ中に炭材及び／又は鉄原料を吹き込むことを特徴
   とする溶融還元設備の操業方法。
2. 【請求項２】 請求項１の溶融還元設備の操業方法にお
   いて、炭材及び／又は鉄原料を事前に篩い分けし、粉状
   の炭材及び／又は鉄原料を前記のランスから吹き込むと
   共に、塊状の炭材及び／又は鉄原料を炉本体の上部に配
   設した原料投入口から投入することを特徴とする溶融還
   元設備の操業方法。
3. 【請求項３】 炉本体に金属原料、炭材、及び媒溶剤を
   添加し、溶融金属を直接製造する溶融還元設備におい
   て、水平断面が長方形の炉体の２つの長辺の各々を貫通
   してスラグに向けて配設された下部羽口と共に、前記下
   部羽口の上方であって、炉内のスラグの上面に相当する
   高さまでの位置にその先端を配置したランスを設置し、
   前記下部羽口から出滓口までの高さをＨ₁ とすると、前
   記下部羽口から前記上部羽口及び／又は上部ランスの先
   端までの高さ：Ｈ₃ をＨ₁ ＜Ｈ₃＜３×Ｈ₁ としたこと
   を特徴とする溶融還元設備の炉体構造。
4. 【請求項４】 請求項３の溶融還元設備の炉体構造にお
   いて、１つの原料投入口を炉本体上面の長辺方向の一方
   の端部に配設し、粉状の炭材及び／又は鉄原料を吹き込
   むランスを長辺方向のもう一方の端部に配設したことを
   特徴とする溶融還元設備の炉体構造。
5. 【請求項５】 請求項３の溶融還元設備の炉体構造にお
   いて、２つの原料投入口を炉本体上面の長辺方向の両方
   の端部に配設し、粉状の炭材及び／又は鉄原料を吹き込
   むランスを長辺方向の中心に配設したことを特徴とする
   溶融還元設備の炉体構造。