WO1997027337A1 - Procede de fonctionnement d'un fourneau a cuve - Google Patents

Description

明 細 書 堅型炉の操業方法

技術分野

本発明は、 鉄を含有するダス トおよびノまたは鉄屑類およびノま たは還元鉄等の不純物の少ない塊鉱石を鉄源と し、 固体燃料の性状 によ らず、 熱効率良く 、 低燃料比で銑鉄を連続的に溶製可能とする 堅型炉の操業方法に関する。 背景技術

未還元鉱石から銑鉄を製造する方法と しては、 これまでに種々開 発されてきたが、 今日でも高炉法がその主流となっている。 この高 炉法では、 炉頂から装入された原料は降下していく 間に、 下から上 に向かって流れる高温ガスによって十分に予熱されるとと もに、 酸 化鉄は一酸化炭素 （CO) により、 60 %以上の比率で間接還元される 。 高炉法では、 このような間接還元率を確保するために、 羽口前に レースゥ ヱイ空間を設け、 ここで、 ガス利用率 7? co ( = C 0 ₂ Z ( CO + C0 ₂ ) ) = 0 の還元ガスを製造するようにしている。 また、 上記の 高温ガスとなる燃焼ガスの温度を高めるために、 送風温度は 1 000 °C 以上と している。

しかしながら、 鉄を含有するダス 卜および/または鉄屑等の鉄源 を主原料とする溶解炉では、 羽口部で還元ガスを製造する必要性が 薄れ、 したがって、 羽口前でのコークスの燃焼は、 原燃料の昇熱あ るいは溶解のための熱源を確保する手段と して活用するこ とが効率 的とされている。

例えば、 鉄屑、 铸物屑、 銑鉄等の鉄源を溶解するこ とが主目的で 、 還元機能を必要と しないキュボラ法では、 通常、 原燃料を混合し て装入し、 co=40〜50%の条件下で、 鉄源の溶解を実施している 。 このようなガス組成とするために、 キュボラ法では、 粒度 100〜 150mm の铸物用大径コ一クスを使用 しており、 これによつて、 コー クス燃焼後のソルーシ ヨ ン口ス反応を抑制している。 しかし、 铸物 用大径コ一ク スは高価なこ とから、 燃料コス トの削減のため、 小粒 度のコ一クスを使用するこ とが有効と考えられる。 と ころがこの場 合には、 吸熱反応であるソル一ショ ンロス反応速度が大き く なり、 コ一タスのガス利用率 coが低下する結果、 溶融熱量が低下して安 定した操業は困難になる。

一方、 自己還元性鉱塊、 鉄屑を主原料と して、 溶解まで行う還元 機能を必要とする堅型炉の操業例は少ない。 このような堅型炉では 、 高炉とは異なって、 レースゥ ヱイを設ける こ とはせず、 送風温度 を 600°C以下と低く して操業を行っている。

Goksel ζ (Transactions of the American Foundrymen s Society Vol 85 AFS Des Plaines, III. (1977), p.327 一 332)によれば、 送風温度を 450°Cと した熱風キュボラで、 含 Cペレツ トを 5重量％ 用いて行った試験の報告はあるが、 常温送風キュボラあるいは含炭 ペレ ツ 卜の多量配合時の堅型炉の操業についての従来例は見当たら ない。

特表平 1 一 501401号公報には、 2次羽口を有する高炉と、 高炉の 直径より大きな直径を備え、 かつ 1 次羽口が存在する炉床とからな る溶銑製造装置が開示されている。 この炉では、 炉頂部から鉄源の みを装入し、 燃料は高炉と炉床の結合部に存在する燃料べッ ド上に 直接添加する構造となつている。 従って高炉内部は燃料の存在しな い鉱石層となっているこ とから、 固体燃料によるソルーシ ョ ンロス 反応は進行せず、 排ガス組成は C0₂ / (C0+C0₂)の値が高い、 効率 の良い操業が期待できる。 この炉においては、 主原料となる自己還 元性鉱塊が、 炉床部において、 コークスべッ ド内のコ一クスと接触 反応し、 吸熱反応である溶融還元を生じる。 しかし、 2 次羽口部で は、 下記 （ 2 ) 式のような発熱反応を生じるため、 この熱が鉱石の 予熱、 加熱、 あるいは溶解に向けられて溶銑が得られる と考えられ ている。

C0+ 1 / 2 0₂ →C0₂ + 67590kcal/kmol - CO … （ 2 ) しかしながら、 この場合には、 高炉炉頂部から燃料は装入せずに 鉱石のみを装入するため、 長時間にわたって連続操業を行う場合、 操業時間の経過と共に、 コ一クスべッ ド内のコーク スが溶銑に浸炭 して消費されるよう になり好ま し く ない。 また、 Fe— C _ 0平衡状 態図から明らかなように、 ガス利用率 η co≥ 30%の酸化度の高いガ ス組成で、 かつ温度 1000 C以上の環境下では、 Cを内装する自己遝 元性鉱塊であっても、 FeOから Feへのガス還元は進行し難く 、 その ため、 炉下部において溶融還元が不可避となり、 コークスべッ ド内 コークス消費量の増大、 炉熱の低下、 あるいは融液量増大による通 気不良を招来する可能性がある。 さ らに、 鉱石は、 高温帯で溶着 · 溶融する際に炉壁と接触して付着物となり、 棚吊りの原因となる。

これらの問題に加え、 炉の形状が複雑となるため、 スケールア ツ プの際には、 炉体冷却の面で問題があり、 大型化は難しいと考えら れる。

一方、 高炉と炉床の結合部から燃料を添加する際の添加位置と 1 次羽口との相互関係については、 前記特表平 1 一 501401号公報に、 具体的に明記されていない。 しかし、 同公報の図 2 から判断すると 、 隣り合う燃料添加位置の中間に 1 次羽口が設置されている。

炉床平均径1 ≥ 1.00mの炉においては、 このように隣り合う燃料 添加位置の中間に 1 次羽口が存在する場合、 1 次羽口部で燃焼した コ 一クスの補充は、 直上にある装入物で行われる。 したがって、 こ の場合には、 炉上方から降下してきた鉱石が燃焼したコ 一クスと置 き代る状況にあり、 添加した燃料がスムーズに降下するとは考えら れず、 操業不能に陥る可能性が大きい。 発明の開示

鉄源に対する従来の溶解炉操業では、 高価な大径コ一タスの使用 を余儀なく されてきた。 それに対して、 特表平 1 一 501401号公報で は、 複雑な炉体構造を有する溶解炉を案出し、 小粒コ ーク スの使用 、 並びに自己還元性鉱塊の多量使用下で、 高いガス利用率 w coを目 指し、 燃料比低減を指向した技術を提案した。 しかしながら、 炉内 で棚吊りが発生しやすいという問題や、 炉内下部のコ一タスべッ ド の消耗の問題など、 長期安定操業に支障となる問題が残されている 。 また、 スケールアップにおける設備的な問題もある。

このように、 自己還元性鉱塊ゃ鉄屑等を溶解する従来の技術では 、 小粒固体燃料の多量使用を前提と した場合、 低燃料比を指向する 長期安定操業は困難と考えられてきた。

本発明において解決すべき課題は、 铸物コ一クスより も小粒度の 固体燃料を使用する場合でも、 固体燃料のガス利用率 coを低下さ せることなく、 また、 棚吊りを回避して、 効率の良い操業を可能と

" る しとにある

本発明は、 ダス ト塊成鉱、 自己還元性塊成鉱 （塊成鉱に内装する cで自己還元できる塊成鉱） 、 金属化率の低い還元鉄 （還元鉄粉を 含む） 等、 還元機能が必要な鉄源と、 HB 1 (ホッ トブリ ケッ ト還元鉄 ) ， DR I (直接還元鉄） 、 鉄屑、 型銑、 戻り屑等、 溶解機能だけでよ い鉄源のうちいずれか 1種を含む鉄源と固体燃料を堅型炉に装入し 、 堅型炉の壁面に設けた羽口から常温または 600°C以下の酸素含有 ガスを送風して還元、 溶解する操業方法において、 細粒の固体燃料 が使用でき、 鉄源の種類に応じて、 炉内のガス利用率の指標である

V co = (CO 2 / ( C0 + C0₂ ) ) を制御して、 効率良く 、 低燃料比で前記 鉄源を還元、 溶解することを特徴とする。

すなわち、 ダス ト塊成鉱、 自己還元性塊成鉱、 金属化率の低い還 元鉄等、 還元機能が必要な鉄源と、 HB I， DR I、 鉄屑、 型銑、 戻り屑 等、 溶解機能だけでよい鉄源のうちのいずれか 1 種を含む鉄源と固 体燃料を堅型炉に装入する本発明の堅型炉の操業方法は、 以下の点 を要旨とする。

炉内のガス利用率 7? coを制御する方法と して、 鉄源と固体燃料か らなる装入物の堅型炉内の装入高さ （ス ト ッ ク レベル） を調節する こ と、 また固体燃料の粒度に応じて、 コークスべッ ドの高さ、 送風 量、 羽口径、 羽口突出 し位置のうち、 少なく と も一つを変更するこ と、 炉高さ方向に 2段以上の羽口を設け、 固体燃料の粒度、 鉄源の 平均金属化率 （平均 M. Fe/T. Fe)に応じて、 高さ方向に設置した各羽 口の送風比を変更するこ と、 装入方法において、 2 チ ャージ以上を 1 サイ クルと し、 各サイ クルの中ではチ ャージ毎に鉄源 Z固体燃料 の重量比、 鉄源の種類、 固体燃料の粒度の少なく と も 1 つを調節し て、 前記サイ クル単位で同一の装入を繰り返すこ とにより、 前記鉄 源の還元溶解に適した 7? co値に制御する。

また、 炉上部から、 鉄源と固体燃料を炉内に装入するに当たり、 平均金属化率が高い鉄源を固体燃料と混合して堅型炉の炉中心部に 装入し、 平均金属化率が低い鉄源を固体燃料と混合して堅型炉の炉 周辺部に装入する。 その際に、 堅型炉に装人するコ一ク スからなる 固体燃料の粒度および羽口からの送風条件により、 堅型炉下部のコ ークスべッ ド高さを所定の高さに調節する。

さ らに、 堅型炉の炉周辺部に装人する固体燃料の粒度を 60mm以下 と し、 炉中心部に装入する固体燃料の粒度は、 周辺部に装入する固 体燃料の粒度より大き く 設定する。 好ま し く は 60mm以上とする。 ま た、 堅型炉の炉中心部に固体燃料と鉄源とを混合して装入する際に 、 固体燃料に含まれる C と鉄源に含まれる F eの重量比を 0. 0 1〜0. 05 とする。

さ らに、 堅型炉の炉中心部に対する炉周辺部に装入する鉄源と固 体燃料からなる装入物の装入高さ （ス ト ッ ク レベル） を、 鉄源の平 均金属化率に応じて変更する。

加えて、 半径方向で区分け装入する装入装置を提案する ものであ る 0 図面の簡単な説明

第 1 ( a ) 図は、 反応装置および装入装置の一例を示す図、 第 1 ( b ) 図は、 中心部装人、 第 1 ( c ) 図は、 周辺部装入を示す図で め O o

第 2 ( a ) 図は、 平均金属化率の大きい装入物、 第 2 ( b ) 図は 、 平均金属化率の小さい装入物、 第 2 ( c ) 図は、 第 2 ( a ) 図の 炉内ガス利用率と 1 次羽口からの距離との関係を中心と周辺につい て示す説明図である。

第 3図は、 鉄源の平均金属化率と鉄源の還元 · 溶解が支障な く 行 える coレベルとの関係を示す図である。

第 4 ( a ) 図は、 炉内ガス流速 ： 0. 35Nm/sで、 コ一クス粒度が変 ィ匕した時のコーク スベッ ド高さ と coの関係、 第 4 ( b ) 図は、 コ ークス粒度： 30mm で、 炉内ガス流速が変化した時のコ一クスべッ ド 高さ と 7? coの関係、 第 4 ( c ) 図は、 炉内ガス流速が変化した時の コ一クスべッ ド高さと coの関係を示す図である。

第 5 図は、 ス ト ッ ク レベルと coの関係を示す図である。 第 6 ( a ) 図は、 鉄を含有するダス ト （自己還元性鉱塊） のコ一 ク ス混合の時の炉内温度と r? coの関係、 第 6 ( b ) 図は、 鉄を含有 するダス ト （自己還元性鉱塊） のコ一クス混合有無での炉内温度と 還元率との関係を示す図である。

第 7 ( a ) 〜第 7 ( d ) 図は、 代表的な装入方法の例を示す図で あ O

第 8図は、 操業例を示す図である。

第 9図は、 操業例を示す図である。 発明を実施するための最良の形態

最初に、 本発明の装置および操業法について説明する。

本発明の反応装置を第 1 ( a ) 〜 （ c ) 図に示す。 第 1 ( b ) 、 ( c ) 図は第 1 ( a ) 図の上部装入装置を示したものである。 装入 装置と してバケツ ト 1 、 ベル 2、 可動アーマー 3および装入ガイ ド 4を有し、 炉体 5 には上部に排ガス管 6、 下部に羽口 7が設けられ ている。 装入物は、 中心部 9 と周辺部 8 に区分けされて装入可能で ある。 なお、 コ一クスべッ ト 1 0は炉体下部に高さを調整して形成 される。

反応装置は高さ方向に 2段以上の羽口 7を有し、 炉頂部には半径 方向に区分け装入が可能な装入装置を有する （第 1 ( b ) 、 ( c ) 図） 。 送風条件は常温送風または 6 0 0 °C以下の熱風送風で、 酸素 富化を考慮し、 羽口径については、 羽口先でレースウェイを作らな いように羽口径を設定する。 2次羽口は、 装入原料によって炉内突 き出し位置を変更する。

原料は、 鉄屑、 銑鉄、 铸物屑、 ホ ッ トブリ ゲッ ト鉄 （H B I ) 、 還元鉄 D R I のよ うな金属化率の高い鉄源とダス ト塊成鉱、 自己還 元性鉱塊、 酸化した還元鉄塊 · 粉等のような金属化率の低い鉄源を 主体と し、 燃料はコークスゃ無煙炭等の固体燃料を主体とする。 装入方法は、 コ一タスべッ ド層を形成するためにコークスを装入 した後、 原燃料を完全混合または層状装入する通常の装入方法と、 原燃料を半径方向で区分け装入する新装入方法を採用 した。

第 2 ( a ) 図は、 中心部 1 6 aに鉄屑類の溶解のみと し、 周辺部 1 7 aにはコークス +ダス ト類と し、 コ一クスべッ ド 1 0 の高さは 中心部で 1 3 a、 周辺部で 1 4 a と した装入を示す。 第 2 ( b ) 図 は、 中心部 1 6 bにコ一クス、 鉄屑、 ダス ト と し、 周辺部 1 7 bに はコーク ス +ダス ト類と し、 コークスベッ ド 1 0 の高さは中心部で 1 3 b、 周辺部で 1 4 b と した装入を示す。 これらの図で、 1 次羽 口 1 1 および 2次羽口 1 2から酸素等のガスが供給され、 炉内ガス 流 1 5 を形成して還元 ' 溶解する。 第 2 ( c ) 図は、 第 2 ( a ) 図 における炉内ガス利用率り coと 1 次羽口からの距離との関係を、 中 心部と周辺部について示したものである。

新装入方法は、 反応効率の良い操業を狙う方法と細粒鉄源の多量 使用を狙う方法に大別される。 前者については、 第 2 ( a ) および ( b ) 図に示すように、 装入原料の各金属化率を加重平均した平均 金属化率 （平均 M. Fe/T. Fe)で場合分け し、 平均金属化率の高い原料 を中心側に、 平均金属化率の低い原料を細粒コークスと混合して周 辺側に装入するこ とで、 反応効率の高い操業を指向する。 後者につ いては、 第 2 ( a ) 図、 第 2 ( b ) 図において、 周辺側に細粒 （一 5 m m ) 鉄源と細粒固体燃料を混合装入し、 中心側に粒度の大きな 鉄源を装入するこ とにより、 ガス流れを安定させた条件で、 細粒鉄 源の多量使用を指向する。

反応炉の操業は、 コ一クスべッ ド高さ、 ス ト ッ ク レベル位置の調 整と原燃料品種に応じた装入区分け法、 2次羽口突き出 し位置等で 制御する。 コークスべッ ドの最適高さは、 鉄源の溶解が主か、 鉄源 の還元が主かによつて異なり、 目標 C Oに対応する位置にコ 一クス べッ ド上端位置を設定する。 なお、 コーク スべ ッ ド内では、 コーク スの燃焼反応と、 燃焼後のソルー シ ヨ ンロス反応が進行する力 両 反応の反応速度を、 固体燃料粒度、 ガス流速、 送風温度により調整 する。

また、 ス ト ッ ク レベル位置については、 原燃料の昇温速度と関係 し、 特に、 固体燃料のソルー シ ヨ ンロス反応速度に影響するため、 反応効率を低下させないための制御手段と して使用する。 半径方向 の区分け装入法については、 金属化率の高い部分と金属化率の低い 部分を区分けして、 前者については溶解重視の操業を指向し、 2 次 燃焼率；？ coの上限を狙い、 後者については還元重視で、 原料の平均 金属化率や含 C量に応じて、 還元に必要な 2次燃焼率を制御するこ とにより、 全体と して最も効率の良い操業を指向するこ とができる 。 金属化率の高い溶解重視部分は、 2次羽口を有効利用 し、 2 次送 風により 2 次燃焼率の上限を狙う。 半径方向区分け装入で、 溶解重 視部分を中心側に設定する場合、 2次羽口の突き出し位置は、 炉の 中心と周辺の境界位置に設定すると最も効果がある。

次に、 ガス利用率？ 7 c oを制御する方法を説明する。 本発明の C O 制御法の一例は下記のとおりである。

本発明の炉内 coの制御フローの概要について説明する。 本発明 の制御は次の①〜⑤のようにま とめられる。

① 堅型炉への装入鉄源の成分および配合量 （使用量） から、 平均 金属化率 （平均 M . Fe/ T . Fe) を求める。

より効率の良い操業を指向する場合に、 半径方向区分け装入を実 施するが、 この装入法を適用する場合、 中心側、 周辺側に装入する 鉄源に対し、 それぞれ平均金属化率を求める。

② この装入鉄源の平均金属化率 （平均 M . Fe/ T . F e ) と、 鉄源 中の含 C量とから、 （ 1 ) 式 （第 3 図） をもとに、 操業に.適した 77 COレベル範囲を特定する。 半径方向区分け装入法を適用する場合、 中心側、 周辺側それぞれに適正 7? COを特定する。

1.5 C%≤ 7] CO- 0.7 x ( 平均 M, Fe/T. Fe) 3.0 x C¾ .·- · (1) 但し、 C: 鉄源中に含有する C!lであって、 0 ≤C¾;≤20)¾ 、

η co: ガス利用率（ 、

(平均 M. Fe/T. Fe): 平均金属化率（SO 、

金属化率： 鉄源中の金属鉄（M. Fe)

I 鉄源中の トータル鉄（T. Fe：)、

平均金属化率： 数種の鉄源を加重平均した金属化率.

③ 溶解炉の操業条件 （出鉄量の目安） により、 炉内平均ガス流速 (Nm/ s ) が決まるため、 使用する固体燃料粒度により、 第 4 図の データから 1 次羽口からのコークスべッ ド高さを設定する。 半径区 分け装入法を採用する場合、 中心側、 周辺側で別々 に、 適正なコー クスべッ ド高さを設定する。

④ ス ト ッ ク レベルについては、 （ 3 ) 式 （第 5 図） をもとに、 目 標 coに対応したス ト ッ ク レベル （ 1 次羽口からの装入面高さ） H

(m) を特定し、 設定する。

( 3 ) 式は、 最小自乗法による近似線で、 鉄源種類、 金属化率に よって、 多少異なると思われるが、 目標 7? coをもとに、 ス ト ッ ク レ ベル H (m) を設定する。

H = - 0.02775 n co+ 4.755 ( 3 )

半径区分け装入法を採用する場合、 中心側、 周辺側それぞれ別々 に、 ス ト ッ ク レベルを設定するのが好ま しい。

⑤ 燃料比については、 炉の特性である炉体放散熱 （kcal/ h ) と 、 目標出鉄量 （ t Zd) ならびに鉄源種類、 品質等を含む操業条件 に加え、 上記に示す目標 coが決まれば、 熱 · 物質バラ ンスから燃 料比 （k g/ t ) レベルが决ま る ことから、 最終的には、 2 次送風量 の微調整、 ス ト ッ ク レベルの微調整を実施して、 目標 " coレベルを 維持するようにして操業する。

半径区分け装入法を採用する場合、 中心側、 周辺側それぞれ別々 に、 燃料比を設定して装入する。

以下に、 本発明についてさ らに詳述する。

前記鉄源を還元 · 溶解する際に、 鉄源に含まれる鉄の平均金属化 率 （M . Fe/ T . F e ) に応じて、 炉内 coを調節制御する必要があ る理由を説明する。

鉄屑、 銑鉄、 铸物屑、 HB I、 還元鉄 DR I のよ う に金属化率が、 例 えば 90 %以上と高い鉄源を溶解する操業では、 還元機能を必要と し ないため、 coの高い条件が低燃料比操業を指向する上で好ま し く 、 co〉80 %の操業が目標となる。

一方、 ダス ト塊成鉱やき己還元性鉱塊あるいは一部酸化した還元 鉄、 還元鉄粉等、 金属化率の低い鉄源を還元 · 溶解するケースでは 、 固気反応で還元を進行させて、 固体鉄を多 く 製造して、 その後溶 解させるのが操業の安定性、 溶銑品質面において好ま し く 、 そのた めには、 純粋ウスタイ ト（FeO) を鉄に還元するための熱力学的 （平 衡論的） 条件と して、 例えば 1 000°C以上の温度領域では、 coく約 30 %のガス条件が必要である。

この条件が必要な鉄源は、 金属化率 0 %のウスタイ ト（FeO) や、 高炉装入物である焼結鉱、 ペレツ ト、 塊鉱石等である。

一方、 - Cを内装した塊成鉱、 例えば本発明で使用する Cを内装す る自己還元性鉱塊ゃ Cを含むダス ト塊成鉱等では、 塊成鉱外部のガ ス雰囲気は co〉約 30 %で、 平衡論的には F eOから鉄への還元が進 まない条件でも、 塊成鉱内部に存在する Cの存在によって、 塊成鉱 内部において？ 7 coく約 30 %の条件が形成され、 還元鉄への還元が進 行するこ とが確認されている。

例えば、 C 二 12 %を内装する自己還元性鉱塊を 50 %配合、 鉄屑 50 %配合の操業では、 炉頂 77 co = 50 %程度のガス条件でも、 操業は良 好に推移 しており、 炉内では適度に還元が進行している こ とを示唆 する。

このよう に、 鉄源の還元プロセスが重視される金属化率の低いダ ス ト類の多量使用条件では、 高 coは望めないが、 鉄源の溶解がメ イ ンである鉄屑類の溶解操業や、 金属化率の高い鉄源の多量使用操 業、 あるいは金属化率の低いダス トの少量使用条件では、 高 77 C O操 業が指向できる。

つま り、 鉄源の種類、 M . Fe/ T . Feの割合に応じて、 還元反応 に支障のない範囲で、 7? coレベルを管理し、 制御するこ とが望ま し い。

次に、 coを制御する方法について述べる。

coを制御する方法と して、 本発明では、 ①装入物の装入高さ位 置 （ス ト ッ ク レベル） の制御、 ②コ一タスべッ ド高さ等の制御、 ③ 多段羽口の使用、 ④装入物の半径方向区分け装入法を提案した。 以 下に各技術に関し、 順を追って説明する。

まず最初に、 鉄源と固体燃料からなる装入物の堅型炉内の装入高 さ （ス ト ッ ク レベル） を変更することが、 7? C O制御に有効なこ とを 説明する。

ス ト ッ ク レベルについては、 例えば、 大径の铸物用コークスを使 用 し、 鉄屑、 铸物屑を溶解処理するキュボラ操業では、 通常、 下段 羽口からス ト ッ ク レベルまでの高さ （H ) Z炉径 （D ) = 4 〜 5 に 設定されているが、 高炉用コークスなどの細粒コークスを使用 し、 かつダス ト還元などの還元機能を必要とする堅型炉に関しては、 ス ト ツ ク レベルに関する検討結果が見当たらない。 そこで、 鉄屑多量 使用条件下で、 ス ト ッ ク レベル変更試験を実施し、 排ガス 7J C 0との 関係を第 5 図に整理した。

炉床径 D = 1 . 4 mの堅型炉を用いた試験結果によると、 H Z D = 2. 0 と小さ く 設定するこ とで、 排ガス？？ co〉 70 %と高く 維持できる こ と、 ス ト ッ ク レベルを上昇するこ とで、 排ガス coを低下させる こ とが可能なこ とが判明した。

これは、 ス ト ッ ク レベルを高く すると、 ガスから原燃料への伝熱 が良好となり、 固体燃料の予熱、 昇温がより上部から進行する結果 、 （ 4 ) 式のソルーシ ョ ンロス反応領域が炉上部に拡がるためで、 この結果、 Cの消費量が多く なり、 coが低下することを示唆して いる。

C + C0 ₂ = 2 CO ( 4 ) このよ う に、 ス ト ッ ク レベルの変更は、 炉内の原燃料の昇温速度 を制御する役割があり、 排ガス η c oの制御手段となる。

つぎに、 堅型炉内下部のコ一クスベッ ド高さを変更するこ と、 さ らには、 送風量、 羽口径、 羽口突出 し位置の変更が、 co制御に有 効なこ とを説明する。

第 4 図は、 コー ク ス粒度および送風量 （ガス流速） を変化させて

、 羽口からのコーク スべッ ド高さ と、 その部位の 7? coの推移を調査 したオフライ ンシ ミ ュ レータ一による実験結果である。 第 4 図によ ると、 羽口から送風された空気中の酸素ならびに富化酸素は、 （ 5

) 式

C + 0 2 - C0₂ ( 5 )

の反応で、 コークスと燃焼して C0₂ を生成し、 0 ₂ が消失した部位 で完全燃焼に至る。 この部位が、 最もガス温度が高く 、 これより上 部では、 吸熱反応である （ 4 ) 式のソルー シ ヨ ンロス反応が進行し て、 ？ c oが低下し、 ガス温度も低下する。 コ一クス粒度が小さ く なると、 （ 5 ) 式の燃焼速度が速く なるた め、 最高ガス温度 （0₂ = 0 で co= 100 % ) の部位は、 羽口に近 く なる。 また、 送風量を増量し、 ガス流速を上げた場合、 羽口から 吹き込まれた酸素の炉内流速が上昇し、 羽口近傍の C との接触時間 が短く なるため、 （ 5 ) 式の燃焼反応は炉上部に拡がる。 そのため 、 同じコ 一 ク ス粒度で、 流速を上げると、 第 4 ( a ) 、 （ b ) 図に 見られるよう に、 炉内における coは流速の低い場合に比べて、 全 体的に高く なる。 1 次羽ロを炉内に突き出すこと、 あるいは羽口径 を絞り、 羽口風速を上げる こ とは、 送風酸素と C との接触時間を短 縮するこ とに相当し、 炉内流速を上げるのと同様の効果がある。 こ のように、 堅型炉内下部のコークスべッ ド高さを変更するこ と、 さ らには、 送風量、 羽口径、 羽口突出し位置を変更するこ とは、 炉内 7? co制御に有効な手段となる。

次に、 装入物の半径方向区分け装入方法が、 小粒の固体燃料使用 時にも、 堅型炉の燃焼効率を低下させず、 77 co制御に有効な手段と なること、 堅型炉のシ ャ フ 卜部壁面に、 炉高さ方向に複数から成る 多段羽口を設置することが、 7? CO制御に、 より有効となるこ とを説 明する。

1 次羽口部では、 （ 5 ) 式で示される反応によって固体燃料が燃 焼し、 その後に （ 4 ) 式で示されるソルー シ ヨ ンロス反応により、 COガスを生成する。 一方、 1 次羽口より上に位置する 2 次羽口部で は、 下方から上昇してく る COガスを （ 2 ) 式で示される反応によつ て燃焼させ、 この発熱反応を利用 して、 鉄源の予熱を行い、 高 77 co を実現して、 燃料化の低減を図る。 実験によると、 2 次送風量 Z 1 次送風量 = 1 / 4 の条件下で、 coは 15%以上向上できるこ とを確 認しており、 多段羽口使用による上段送風は、 炉内 り coを制御する 手段となり う る。 ただし、 2 次羽口部でも （ 4 ) 式で示されるソルー シ ヨ ンロス反 応は生じており、 このソルーシ ョ ンロス反応の比率を少しでも小さ く するこ と、 ならびに小粒の固体燃料を使用 しても、 堅型炉のガス 利用率を低下させずに操業できるこ とを狙った手段が、 装入物半径 方向区分け装入法である。

この装入方法は、 炉中心側と炉周辺側の鉄源と固体燃料の装入量 を異なるよ うに装入する方法である。 例えば、 炉中心部の跌源/固 体燃料の重量比を大き く 、 つま り固体燃料の割合を少なく し、 炉周 辺側の鉄源 Z固体燃料の重量比を小さ く 、 かつ細粒固体燃料を周辺 側に多量に装入する方法を例にとると、 炉周辺部に通気抵抗の大な る細粒コ一クスを使用する こ とにより、 ガスの中心流化が指向でき るこ と、 ガス流量の少な く なる炉周辺部は、 炉体散水冷却の影響も 含め、 炉中心部に比べ温度が低下しており、 炉周辺部コークスのソ ルーシ ヨ ンロス反応量が抑制できる。 また、 炉中心部はガス量は多 いが、 装入コ一ク ス量が少ないため、 通常の混合装入法あるいは層 状装入法に比べ、 （ 4 ) 式のソルー シ ヨ ンロ ス反応量を抑制できる 。 このように、 装入物の半径方向区分け装入方法が、 小粒の固体燃 料使用時にも、 堅型炉のガス利用率を低下させずに、 7? C O制御に有 効な手段となる。

次に、 半径方向の区分け装入法を採用 した鉄源の還元溶解法が、 操業の安定性、 低燃料比操業に有効で、 鉄源の種類、 粒度によらず 、 効率の良い操業が指向できるこ と、 また、 鉄源、 固体燃料の性状 に応じて、 効率の良い操業を指向するための操業方法について、 説 明する。

半径方向の区分け装入法については、 鉄源の種類によって、 適正 な装入法がある。

一つは、 炉内の 77 C Oを高く して、 効率の良い操業を指向する例で 、 鉄源の M . Fe/ T . Feによる分別法であり、 一方は鉄源の粒度に 応じた分別法である。

まず、 最初に、 鉄源の金属化率 （M . Fe/ T . Fe) による分別法 力 操業安定化に寄与し、 効率の良い操業が指向でき る こ とを説明 する。

還元溶解に使用する鉄源が、 数種類に及び、 M . Fe/ T . Feの大 小で分別できる場合、 好ま し く は、 金属化率の高い鉄源、 例えば銑 鉄 （型銑） 、 鉄屑、 铸物屑、 還元鉄、 HBし DR I等は炉中心部に装入 し、 金属化率の低い鉄源 （ダス ト塊成鉱、 自己還元性鉱塊、 一部酸 化した還元鉄、 ペレツ 卜類） を炉周辺部に装入する。 これは、 炉中 心部は溶解機能、 炉周辺部は還元機能を持たせる装入方法であり、 炉周辺部に金属化率の低い鉄源を装入し、 炉中心部に金属化率の高 い鉄源を装入する理由は、 炉中心部のコ一クスべ ッ ドの高さ制御を 容易にする こ と、 中心ガス流を確保すること、 低燃料比操業を指向 す しとにある。

この操業を指向する場合、 2 次羽口は、 羽口先端が炉壁より も炉 内部に突き出した構造と し、 基本的には、 2次羽口の先端位置を、 炉中心部と炉周辺部の境界に設けるのが理想的である。 また、 ガス 流を中心流と し、 炉周辺部に装入する鉄源の還元機能を重視すると 、 周辺部の固体燃料は細粒が好ま し く 、 中心部の固体燃料は大粒が 好ま しい。

2次羽口を炉の中心部と周辺部の境界に設定する理由は、 2次送 風を周边部に存在する固体燃料の燃焼に使用させないためで、 2次 送風は （ 2 ) 式の COガス燃焼用に作用させるためである。 炉中心部 は溶解機能を主体とするため、 2次送風により、 炉中心部の co〉 90 %の操業を指向すれば最も効率的であり、 炉中心部の固体燃料は 最低燃料比である浸炭分程度とするこ とができ る。 そのため、 急激 なコ一クスべッ ド高さの変化を抑制できる上、 粒径を維持したコ一 クスがコ一タ スべッ ドとなるため、 通気 ' 通液性を確保した低燃料 比操業が可能となる。

この操業においては、 コーク スべ ッ ド高さにより、 適正 2 次送風 量が決まる。 コークスべッ ド高さは、 前記したよう に、 コーク ス粒 度ゃ炉内ガス流速等によって異なるが、 最適位置にコークスべッ ド 上端をセッ 卜 した場合 （ co > 90%) には、 2 次送風は不要となる 。 コークスベッ ド上端位置の coが 90%以下の場合には、 2 次送風 により、 co〉 90%に設定可能であり、 炉中心部に関しては理想的 な操業が可能となる。

また、 炉中心部のコークスに関し、 細粒コ一クスを使用する操業 でも、 第 4 図に示すように大粒コークス使用時に比べ、 コータスべ ッ ド高さを低く 設定する こ とにより、 も し く は、 送風量の調節によ り、 77 coを変化させずに、 効率の良い操業を理論的には指向できる コ一クスべッ ド上端位置については、 この部位で鉄源が溶解する ため、 鉄屑類の溶解操業では、 コークスべッ ド高さの最適位置は、 最もガス温度が高い部位、 すなわち、 0₂ = 0 %で 7? co- 100 %近 傍とするこ とが望ま しい。

2 次送風量 / 1 次送風量 = 1 / 4 で多段送風を行った堅型炉の試 験操業において、 上段送風によって、 coは 15%以上向上できてお り、 これを参照すると、 co〉 80%の操業を指向する場合、 コーク スべッ ド上端位置では co〉 65%となるコ一クスべッ ド高さに設定 すればよい。

一方、 平均金属化率の低い鉄源を装入した周辺部位では、 コ一ク スべッ ド上端部より上部位置で、 還元を進める必要があり、 0 ₂ 二 0で co= 100 %の部位を下限位置と して、 鉄源の種類や M. Fe/ T . Fe等に応じてコークスベッ ド高さを高く 設定して、 コーク スべ ッ ド上端部の 7? C Oを制御する必要がある。

コ一ク スべ ッ ド高さは、 所定の位置に操業開始時点で予め設定す る。 操業中は、 炉内でのコーク ス消費量に見合う コ一ク スを炉上部 から装入することにより、 コークスべッ ド高さの維持が可能である o

80mmの大径コ一 ク スを使用する場合、 炉内ガス流速 1 NmZ s の操 業時において、 コ一クスべ ッ ド上端部で c o〉 65 %を狙う操業を指 向する場合、 第 4 図より、 コークスべッ ド高さは、 下段羽口から 60 cm〜 90 cmの位置が適当である。

また、 コークスべッ ド上端部で 7? c oく 30 %を狙う操業を指向する 場合、 8 0 m mの大塊コー ク ス使用時には、 1 次羽口から 1 3 0 c m以上に、 3 0 m mの高炉小塊コーク スを使用する場合、 1 次羽口 から 1 2 0 c m以上に設定する。

つぎに、 金属化率の低い鉄源を炉周辺部に装入する場合に固体燃 料と混合する装入法が効率的であるこ とを説明する。

7? c oの高い操業を指向できれば、 低燃料比の操業が可能となるが 、 還元機能を必要とする金属化率の低い鉄源を 77 c o〉 30 %の条件で 還元させる実験を実施したと ころ、 コ一クスと混合しない条件では 、 鉄源中のウ スタイ 卜から鉄への還元反応は進行せず、 高温部で操 業に悪影響を及ぼす溶融還元を引き起こす。 それに対し、 金属化率 の低い鉄源でも、 コ一クスと混合して装入する と、 コークスと混合 しない場合に比べ、 少なく と も 20 %以上の還元率改善効果があるこ とが、 第 6 ( b ) 図に示すようなオフ ラ イ ンシ ミ ュ レータ一の検討 結果で明らかとなった。

このこ とは、 金属化率の低い鉄源を装入する操業では、 固体燃料 (コーク ス） と混合する装入法が、 固体燃料 （コーク ス） と混合し ない操業に比べると、 鉄源の還元性改善に効果があり、 その結果、 溶融時のスラ グ融液量を低減するこ とができ、 棚吊り回避にも寄与 する。

炉周辺部に装入する金属化率の低い鉄源の還元を促進し、 溶融前 の鉄源の還元率を高く する方法と して、 鉄を含有するダス 卜中に C を内装するこ と、 内装 C量を多 くするこ とが有効である。 内装 C量 の上限は、 強度制約上 20 %程度である。

第 3 図は鉄源の平均金属化率と鉄源の還元 · 溶解が支障な く 行え る ；？ coレベルを検討した一例であり、 鉄を含有するダス トに内装す る C量によって多少 coレベルは異なるが、 装人鉄源の平均金属化 率から、 操業可能な ？7 coレベルを判定できる。

固体燃料と しては、 一般的に、 コークスを使用するが、 無煙炭の ような炭材なども使用できる。

つぎに、 炉頂から装入する鉄源と して、 ダス ト塊成鉱、 自己還元 性鉱塊、 塊還元鉄 （HB I , DR 1 ) 、 鉄屑、 铸物屑、 銑鉄 （型銑） 、 鉱 石、 ペレツ 卜あるいは還元鉄粉等を装入するケースについて、 装入 方法の代表例を第 7 ( a ) 〜 （ d ) 図に示す。 この中で第 7 ( a ) と第 7 ( b ) 図は、 金属化率の高い鉄源、 すなわち銑鉄、 鉄屑、 塊 還元鉄とコークスべッ ド捕給用かつ浸炭用の大粒コークスを炉中心 部に装入し、 金属化率の低い鉄源 （ダス ト塊成鉱、 自己還元性鉱塊 、 一部酸化した還元鉄、 ペレ ツ ト） を小粒コーク スと混合して炉周 辺部に装入する装入方法であり、 燃焼効率の高い操業を可能と し、 低燃料比を指向する上で、 最も効率的である。 なお、 一部酸化した 塊還元鉄については、 第 7 ( c ) 図にもあるよう に、 炉中心部に装 入すること も可能である。

また、 例えば一 5 mmの粒度の還元鉄粉を炉頂から多量に装入する ケースにおいては、 炉内反応効率を多少犠牲にしても、 出銑比を高 める操業を指向 し、 例えば、 還元鉄粉と細粒固体燃料を混合して炉 周辺側に装入し、 炉中心側には、 粒度の大きいダス ト塊成鉱ゃ自己 還元性鉱塊等、 金属化率の低い鉄源類の装入も考えられる。 この場 合、 還元に必要な固体燃料比を炉中心側に装入する必要があり、 炉 内反応効率的には劣るが、 細粒鉄源の多量使用を行える利点がある このよう に、 半径方向の区分け装入法の採用により鉄源の種類、 性状に応じて多機能な操業が可能となつた。

つぎに、 堅型炉の半径方向に装入する原燃料の装入部位に応じて 、 ス ト ツ ク ライ ンを変更する ことが有効なことについて説明する。 例えば、 還元が必要でない鉄屑、 銑鉄、 铸物屑等を炉中心部に装 入する場合においては、 C Oは極力高いほうが望ま しく 、 77 C O〉70

%以上を目標とすると、 ス ト ッ ク レベルは （ 1 次羽口からの装入高 さ H ) / (炉床径 D ) < 2. 0 が適当である。 また、 還元が必要なダ ス ト塊成鉱、 自己還元性鉱塊、 還元鉄を還元 · 溶解する場合、 co を低下させることが必要で、 この場合、 例えば、 7? co = 50 %を目標 とすると、 ス ト ッ ク レベルは、 H Z D 二約 2. 4 に設定すればよい。 このように、 装入する鉄源の種類に応じて、 半径方向でス ト ッ ク レ ベルの適正値が存在する。

つぎに、 コークスべッ ド高さを維持するための制御方法について 述べる。

コ一クスべッ ド高さの制御が難しいのは、 これが炉の中心下部に あり、 コーク ス比が適当でなければ未還元の FeO分が炉下部で溶融 還元し、 コークスべッ ドを消費するこ とによって、 コ一クスべ ッ ド の異常消耗が引き起こされるためである。 特に、 炉の中心下部で、 このようなコークスの異常消耗が生じると、 鉄源の溶解に支障とな る上、 スラ グの固化等により、 操業不能に陥いる可能性もあり、 問 題となる。

そこで、 前記したように、 炉中心部には、 主と して金属化率の高 い鉄源、 すなわち型銑、 鉄屑、 铸物屑類を装入するこ とにより、 炉 中心部で溶融還元の生じ難い操業と し、 炉中心部のコ一ク スべ ッ ド の異常消耗を抑制する。

また、 コークスのソルーシ ョ ンロス反応を極力抑制するために、 炉中心部に装入する固体燃料を、 炉周辺部に装入する固体燃料と区 別し、 大径コ一クスを使用する。 これによつて、 炉中心部のコ一ク スベッ ドの異常損耗を抑制でき、 さ らに、 炉下部のガス利用率 77 C O を高めた操業が可能となる。

上段羽口の設置位置は、 コークス粒度、 送風量等の操業諸元によ つて、 適正位置が存在する力 基本的には、 2 次羽口部での /? C Oレ ベルが、 65 %く coく 90数％程度が目安となる。

また、 コ一ク スべッ ド上端位置は、 装入する鉄源の種類によって 異なり、 還元機能の不必要な鉄源の装入部位については、 2 次羽口 より下の位置に抑制して、 極カコークス燃焼を抑制するのが好ま し い。 一方、 還元機能が必要な鉄源の装入部位では、 コーク スべ ッ ド 上端位置は、 2次羽口より上部とすることが好ま しい。 これは、 鉄 源の M . F e/ T . Feの割合により、 コークスベッ ド上端位置での c oをコ ン ト ロールするこ とが必要なためである。

コ一ク スベッ ド高さを制御または監視する簡易法と して、 2 次羽 口部での肉眼観察、 炉内圧損値による判定などがある。 2 次羽口部 での観察は、 少なく と も、 鉄源の溶融部位が、 2 次羽口上部か下部 のいずれかに存在することを判定できる。 また、 1 次羽口と 2 次羽 口の圧損差を検知することにより、 コークスべ ッ ド上端位置の確認 が可能である。 操業例によると、 コークスべッ ド上端部が 2 次羽口 より下にある場合、 1 次羽口と 2 次羽口の圧損差が大き く 検知でき る。 これは、 溶融部位の存在が圧損値を大き く するためである。 また、 コー ク スベッ ド高さを、 精度良く測定する方法と しては、 炉上部から装入した垂直ゾンデも し く は鉄線類の降下挙動を測定す るこ とによって、 判定可能である。 垂直ゾンデの場合、 炉内温度が 急に上昇し、 1200°C以上となる部位に相当し、 鉄線類を用いた場合 、 降下速度がス ト ップした地点が、 コークスベッ ドの上端部に相当 する。

つぎに、 周辺部に装入する平均金属化率の低い鉄源を固体燃料と 混合して装入するこ と、 また炉周辺部に装入するコ一クスを小粒コ ークスとするこ と、 さ らには炉半径方向で鉄源 Z固体燃料の比を変 えた装入法を指向するこ とが、 棚吊り回避に有効なことを説明する 一般に、 鉄を含有するダス トを多量に使用する場合には、 炉壁に 付着物が生成しやすい。 例えば、 還元反応が遅く なり、 その結果、

FeOを多量に含有するスラグが生成し、 このスラグが、 吸熱反応で ある溶融還元により冷却されて、 炉壁に付着するケース、 多量の F eO含有スラグが、 炉下部でフラ ッディ ング状態となり、 このスラ グ が吹き上げられて炉壁に付着するケース、 あるいは、 上昇する高温 ガスにより未還元の FeOが炉上部で溶融し、 隣接する鉄源と結合な いしは融合して、 炉壁に付着するケース等がある。 いずれのケース も、 炉壁近傍で、 多量のスラグ融液が発生し、 あるいは、 隣接する 鉄源と結合ない しは融合して液状化し、 これが炉壁に付着して付着 物となり、—棚吊りの原因となる。

そこで、 この棚吊りを回避するために、 炉周辺部の融液生成量を 減ら し、 さ らに、 隣接する鉄源同士が極力、 接触しないよう にする こ とが必要である。

炉周辺部の融液量を減少させるためには、 鉄源の還元率を高める 必要があり、 そのためには、 前記したように、 炉周辺部に装入する 鉄源については固体燃料と混合して装入することが有効である。 こ のときの固体燃料の粒度については、 小粒の方が望ま しい。 これは 、 同じ重量のコークスを装入するならば、 小粒の固体燃料の方が、 装入個数が多く、 鉄源同志の接触を十分に回避することが可能であ るためである。 なお、 ここでいう小粒の固体燃料と しては、 例えば

、 高炉用コ一クス （粒度 60mm以下） 、 あるいは、 粒度が 30mm程度の 高炉用小塊コータスが好ま しい。

また、 炉周辺部に装入する固体燃料重量を炉中心部に装入する固 体燃料重量より多くすることも有効である。 このためには、 鉄源 Z 固体燃料の重量比を、 炉中心部と炉周辺部とで分け、 炉中心部には 金属化率の高い鉄源を装入して、 中心部に装入するコークス重量を 減らし、 極力周辺部に装入するコークス量を増大させる。

炉周辺部に装入する固体燃料比率は、 ダス ト塊成鉱、 自己還元性 鉱塊、 還元鉄等装入する鉄源の金属化率によって多少異なる。 たと えば装入鉄源と して、 Cを 1 2 %内装する自己還元性鉱塊 75 %、 還元 鉄 1 5 %、 鉄屑 1 0 %を使用したケースでは、 還元を必要と しない鉄屑 を除いた鉄源と固体燃料との比率が、 （自己還元性鉱塊 +還元鉄） Z固体燃料 ^ 5の条件において、 棚吊りが回避できることを操業に よつて確認している。

この条件は、 （装入鉄源中の金属 M . F e重量） ノ固体燃料 < 1 . 24 に相当する。

平均^属化率の低い鉄源を使用する場合には、 炉周辺部に装入す る固体燃料をさ らに多くする必要がある。 逆に、 平均金属化率の高 い鉄源を使用する場合には、 炉周辺部に装入する固体燃料を低減で さ ^ o

つぎに、 炉周辺部に小粒の固体燃料、 還元鉄、 自己還元性鉱塊、 ダス ト塊成鉱等、 金属化率の低い鉄源と固体燃料とを装入し、 炉中 心部に鉄屑、 铸物屑、 銑鉄等の金属化率の高い鉄源と固体燃料とを 装入するケースにおいて、 炉中心部に装入する固体燃料に含まれる

C と鉄源に含まれる F eの重量比を、 0. 01≤ C Z F e≤ 0. 05に設定する こ とが有効なこ とを説明する。

炉中心部に装入する鉄源が、 鉄屑、 铸物屑、 銑鉄の場合、 鉄屑以 外は Cを含有しているため、 基本的には、 鉄屑のみ、 浸炭に要する C分を補給し、 それに加えて、 一部コークスべッ ドの燃焼で消費さ れる分の固体燃料を補充すればよい。 炉内での鉄屑に対する浸炭量 は、 鉄屑の 2 〜 4重量％である。 また、 炉中心部のコ一クスべッ ド 消費量は約 10k g/ t (割合と しては 0. 01程度に相当） との試験結果 を得た。

中心部に装入する鉄源と して、 鉄屑を用いる場合が、 最も装入コ 一クス量を多く 必要とする。 この場合、 浸炭と して、 C Z Fe = 0. 02 〜 0. 04が必要となるため、 コークスべッ ドの消費を加え合わせると 、 0. 03≤ C / Fe O. 05となる。 また、 中心部に装入する鉄源と して 铸物屑、 銑鉄を装入し、 鉄屑を装入しない場合が、 最も装入コ一ク ス量の少ないケースであり、 この場合には浸炭に必要なコークスは 必要ないため、 炉中心部のコ一タスべッ ド消費量に相当する C Z Fe = 0. 01の割合で、 固体燃料を装入すればよい。 したがって、 炉中心 部に装入する固体燃料に含まれる C と鉄源に含まれる Feの重量比を 0. 01≤ C Z F e ^ 0. 05と して、 固体燃料と鉄源の装入割合を決めれば よい。

装入方法については、 例えば、 ベル式装入装置で、 アーマーを使 用 し、 鉄源 固体燃料の重量比を装入チャージ毎に変更するように して、 1 チャージ目を炉中心部に、 2 チャージ目を炉周辺部に装入 する ことにより、 所定の装入が可能となることを確認している。 ま た、 キュボラなどの溶融炉に多く 見られる炉頂解放型の装入装置を 使用する場合には、 第 1 ( a ) 〜 ( c ) 図に示す装入装置により、 炉中心部と炉周辺部とを区分け して装入する方法が有効である。

また、 鉄源の平均金属化率に関係なく 、 棚吊りを回避する方法と しては、 第 7 ( d ) 図にもあるように、 多少装入方法が複雑になる が、 炉周辺部の装入に際して、 壁際に固体燃料のみを装入し、 その 内側に鉄源と固体燃料とを混合して装入する方法が挙げられる。 具体的には、 1 サイ クルを、 3 チャージ装入と し、 1 チャージ目 は、 炉周辺部の壁際に固体燃料のみを装入し、 2 チャージ目に炉中 心部へ装入、 3 チャージ目に炉周辺部へ鉄源と固体燃料とを混合し て装入する ことにより、 所定の装入が可能となる。

本発明でいう炉中心部と炉周辺部の境界位置は、 鉄源の平均金属 化率ゃコークス粒度、 さ らには、 鉄を含有するダス トの使用割合に よって、 多少は炉半径方向で移動する。

この炉中心部と炉周辺部の境界位置 riは、 各部に装入する鉄源と 固体燃料の量が決まれば、 式 （ 6 ) によって求められる。

(Wm^(C)/pm^(C) + Wc^(C)/ 3 c^<C))

r 1 —

{(Wm^(C)/ m^(C>+ Wc^(CVpc^(C))+ (Wm^(P)/ m^(P) + Wc^(P)/^ c^(P>)}

… ( 6 ) 中心部と周辺部との無次元境界半径 （一）

Wm ^<C) 中心部に装入する鉄源重量 （kg/チャージ）

W c ^(C1 中心部に装入する固体燃料重量 （kgZチャージ）

Wm (^p) 周辺部に装入する鉄源重量 （kg/チャージ）

W c ^(p' 周辺部に装入する固体燃料重量 （kg/チャージ） p m 中心部に装入する鉄源の嵩密度 （kgZm³ )

P c 中心部に装入する固体燃料の嵩密度 （kgZm³ ) p m ： 周辺部に装入する鉄源の嵩密度 （kgZm³ ) p c ^{p] 周辺部に装入する固体燃料の嵩密度 （kgZm ³ ) なお、 この r iは、 無次元半径で表されており、 炉中心部と炉周辺 部の装入物の降下速度を一定と した場合の境界位置を示している。

この riで示される境界位置を調節するための装入方法については 、 種々考えられるが、 ベル式の装入装置を使用する場合でも、 ァー マーを使用 し、 装入チャージ毎に中心装入、 周辺装入を交互に繰り 返して装入するこ とにより、 一部混合層が生成する ものの、 所定の 境界設定は可能である。 実施例

以下、 実施例により本発明の特徴をさ らに具体的に説明する。 炉床径 1.4m、 1 次羽口数 6本、 2 次羽口数 6本、 ス ト ッ ク レべ ルの上限位置が、 1 次羽口上、 5.0mの炉頂解放型で移動層型 2段 羽口構造の堅型炉を用いた。 また、 装入装置については、 炉半径方 向で装入位置の区分けが行える装入装置を使用 した。

なお、 炉頂排ガス組成は、 co ^{ITO P)} = (C0₂ ^{,T0 M} / (CO ^{,το ρ}» + C0₂ ^1T0PI ))で定義した。

さ らに、 操業諸元のう ち、 送風湿分は大気湿分である 15g /Nm³ 、 炉頂から装入する石灰石原単位は、 スラグ塩基度 = 1.0 を目標と して設定した。

装入する鉄源は、 C (4 〜20%) 内装の自己還元性鉱塊 （大きさ が 40mmx 20 I X 30mniで、 粒度 3 nun以下の還元鉄塊に、 高炉 2次灰及 びコークス粉を混合して製造した塊成鉱） 、 高炉 2 次灰を主体と し 製鉄所内ダス トを混合して塊成化したダス 卜塊成鉱、 一般の市中屑 である力一シュ レッダー屑鉄、 粒度 5 m m以上の還元鉄ならびに粒 度 3 mn！〜 5 nunの還元鉄粉である。

固体燃料と して、 炉周辺部に粒度約 30 の高炉用小塊コークスと 約 80mmの大塊コークスを使用 している。

第 1 表に検討状況の詳細を示す。

【第 1 表】

実施例 〗 （ a ) および （ b ) 、 比較例 1 は、 重量比で自己還元性 鉱塊 （ T. Fe= 59.5%, M. Fe/T. Fe=0.19, C 4 %) ： ダス ト 塊成鉱 （T. Fe= 50.81 %, M. Fe/T. Fe = 0.057) ： カー シ ユ レ ッ ダ—屑鉄 （T. Fe- 90%, M. Fe/T. Fe= 0.99) ： 還元鉄粉 （ 丁. Fe= 87%, M. Fe/T. Fe= 0.80) = 50 ： 10 ： 30： 10の場合の 操業で、 装入鉄源の平均金属化率は 56%である。 実施例 1 ( a ) お よび （ b ) は、 周辺部に自己還元性鉱塊、 ダス ト塊成鉱、 還元鉄粉 及び小粒コ 一 ク スを混合装入し、 中心部には、 カーシュ レッ ダ一屑 鉄及び浸炭用大塊コ一クスを装入した。

比較例 1 は、 上記鉄源と固体燃料を完全混合して装入したケース であるが、 炉内燃焼効率 co= 20%と低レベルで溶銑温度が低迷し 、 スラグ排出が困難であるのに対し、 半径方向区分け装入法を採用 した実施例 1 ( a ) および （ b ) では炉内燃焼率 coは高く なり、 溶銑温度も 1500°C程度に上昇し、 安定した操業が可能となった。 実 施例 1 ( b ) は実施例 1 ( a ) に対し、 中心装入大塊コ一 ク スを一 部小塊コータスに置換した操業で、 べッ ドコ一クスの高さ レベルを 、 ガス燃焼温度が最高となる付近の位置、 すなわち、 下段羽口から 4 0 c mの位置に変更するこ とにより、 より効率良い操業が可能と なった例である。

実施例 2 、 比較例 2 はダス ト塊成鉱 2 0重量％、 カーシュ レ ッ ダ —鉄屑 8 0重量％の還元溶解試験例で、 比較例 2 は原燃料を完全混 合して装入したケースであるのに対し、 実施例 2 ( a ) はス ト ッ ク レベルを調整した例である。 また、 実施例 2 ( b ) 〜 （ d ) は周辺 部にダス ト塊成鉱 2 0重量％と小塊コ一ク スを混合装入し、 中心部 第 1表

第 1表（^き）

第 1表（^き）

にカー シュ レ ツダー鉄屑 80重量％と浸炭用大塊コ一クスを装入した 例で、 実施例 2 ( b ) に対し、 大塊コ一クスを小塊コ一クスに置換 する過程において、 実施例 2 ( c ) は下段羽ロを炉内側に約 2 0 c m突き出し、 羽口径を 5 O mmから 4 0 mmに変更したケース、 実 施例 2 ( d ) は炉内ガス流速を 0. 8 mZ s に上昇させるため、 增 風したケースである。 実施例は比較例に比べ、 小塊コ一タ スの多量 使用が可能となり、 また、 効率の良い操業が実施できている。 また 、 ス ト ッ ク レベル、 羽口構造変更、 炉内ガス流速の適正化が有効で 実施例 1 より効率がよ く なつている。

実施例 3 、 比較例 3 は自己還元性鉱塊 （ C 1 2 %) ： ダス ト塊成 鉱 （ C 4 %) ： カー シュ レ ッ ダ一屑鉄 ： 還元鉄粉 （T. Fe=87%, M. Fe/T. Fe= 0.80) = 50： 10： 30： 10の場合の操業で、 周辺部 に自己還元性鉱塊、 ダス ト塊成鉱、 還元鉄粉及び小粒コークスを混 合装入し、 中心部には、 カーシュ レッダ一屑鉄及び浸炭用大塊コ一 クスを装入した。 装入鉄源の平均金属化率は 56%であり、 周辺部に 装入した鉄源の金属化率は 2 9. 6 %に相当する。

比較例 3 は通常操業状態で適用 していたス ト ッ ク レベルすなわち 、 1 次羽口上 4. 2 mにセッ ト したケースであるが、 実施例 3 ( a ) は、 式 （ 1 ) 、 第 3図を参考例と し、 り co = 55 を目標と して、 ス ト ツ ク レベルを 3. 2 mに設定した操業例、 実施例 3 ( b ) は中心 側、 周辺側それぞれの金属化率から、 式 （ 1 ) 、 第 3図を参考に、 ス ト ッ ク レベルを変更した例、 実施例 3 ( c ) はさ らに 1 次送風温 度を 2 0 0 °Cの熱風と し、 酸素富化 0 %と した操業、 実施例 3 ( d ) は、 1段送風のみと し、 送風温度を 5 5 0 °Cの熱風と した例、 実 施例 3 ( e ) は自己還元性鉱塊と して内装 C == 2 0 %の鉄源を使用 し、 送風条件を変更した例、 実施例 3 ( f ) は装入鉄源の種類を変 更する時に、 式 （ 1 ) 、 第 3図により coを変更した例である。 比 較例に比べ、 実施例は操業が良好であり、 半径方向の鉄源に応じた ス ト ツ ク レベルの制御や送風温度の変更などによる効率化等が明ら 力、と 7よった。

実施例 4 、 比較例 4 は中心部にカーシュ レッ ダ一屑鉄 8 0重量％ 、 型銑 2 0重量％と大塊コークスを、 周辺部に小塊コ一クスを装入 したケースで、 比較例はス ト ッ ク レベル 4 . 2 mにセッ ト したケー スであるが、 実施例はス ト ツ ク レベルを調節して高効率の操業を可 能と した例である。

実施例 5 、 比較例 5 は中心部にカーシュ レツダ一屑鉄 8 0重量％ と大塊コ一クスを、 周辺部にダス ト塊成鉱 2 0重量％と小塊コーク スを装入したケースで、 比較例はス ト ッ ク レベル 4 . 2 mにセッ ト したケースであるが、 実施例はス ト ッ ク レベルを調節して高効率の 操業を可能と した例である。

実施例 6 ( b ) は、 中心部にカーシュ レッダ一屑鉄 100 重量％ と大塊コークスを、 周辺部に小塊コークスを装入したケースである 。 実施例 6 ( b ) に先立ち、 通常キュボラ操業に類した操業で、 鉄 源とコークスを完全に混合して装入し、 コークスべッ ド高さを 1 次 羽口上約 l mに、 ス ト ッ ク レベルを 4. 2mにセッ ト して操業した通常操 業のケース（ 比較例 6)、 および完全混合装入ではあるが、 炉内平均 ガス流速約 0. 7m/sであることを考慮し、 コークスべッ ド上端位置の 7] co = 80〜90 !¾ を狙って、 コ一タスべッ ド高さを 1 次羽口上 60 cmに セッ ト し、 ス ト ッ ク レベルを 3. 0mにセッ ト した操業も実施した（ 実 施例 6 (a) ) 。 比較例 6 では、 coは 205¾ 程度と低いレベルでの操業 しか行えず、 コークス比上昇を余儀なく されたが、 実施例 6 (a)の場 合、 細粒コークス多量使用下でも、 7? co= 50 ¾ で操業できており、 コークスべッ ド、 ス ト ッ ク レベル制御が有効であることを確認した 。 また、 実施例 6 ( b)では、 半径方向区分け装入により、 さ らに高；？ c o ( 〉90 ) が達成でき、 最も効率よい操業が行えることを確認した 。 （ 第 8 図）

実施例 7 は、 鉄屑類を使用せず、 細粒の還元鉄粉を多量に使用し たケースである。

鉄源と して、 C 7 ¾!含有する含 C ダス ト塊成鉱と粒度 3 〜5mm の細 粒の遣元鉄粉をそれぞれ 50 % づっ装人したケースで、 炉内通気性を 確保するため、 炉中心部に含ダス ト塊成鉱、 炉周辺部に還元鉄粉を それぞれ粒度 30關の細粒コークスと混合して装入した。 鉄源と して 使用した含 C ダス ト塊成鉱、 還元鉄粉とも、 金属化率（M. F e /T. F e ) は 60 ¾ であり、 目檫 co = 50 !Siでの操業となるように、 コークスべッ ドは 1 次羽口上 1 . 0m、 ス ト ッ ク レベルを 1 次羽口上 3. 0mに設定した o

実施例 7 に先立ち、 含 C ダス ト塊成鉱と還元鉄粉を完全に混合し 、 コークスベッ ド、 ス ト ッ ク レベルを管理せずに操業を行った比較 例 7 では、 炉内圧力が 2500腿 Aqをオーバーする操業となり、 操業継 続が難しい状況であつたのに対し、 実施例 7 では、 炉内圧力が 1 800 mmAq程度で推移でき、 当初目標と した co = 約 50 % の操業を安定し て継続できた。 （第 9図） 産業上の利用可能性

本発明は、 鉄を含有するダス トおよび Zまたは鉄屑類を主原料と した銑鉄製造法における新しい原燃料装入方法を活用した操業にお いて、 より効率の良い操業法を提示しており、 その開発によって、 連続操業が可能で、 しかも燃焼効率が良く、 さ らには安価な小粒固 体燃料が使用できることから、 生産性が高く、 燃料比の低い操業が 可能である。

Claims

請 求 の 範 囲

1. ダス ト塊成鉱、 自己還元性塊成鉱 （塊成鉱に内装する Cで自 己還元できる塊成鉱） 、 金属化率の低い還元鉄 （還元鉄粉を含む） 等の還元が必要な鉄源と、 H B I (ホッ トブリ ゲッ ト還元鉄） 、 D R I (直接還元鉄） 、 鉄屑、 型銑、 戻り屑等のうち少なく とも一種 を含む溶解のみが必要な鉄源と、 固体燃料を竪型炉に装入し、 竪型 炉の壁面に設けた羽口から常温または 6 0 0 °C以下の酸素含有ガス を送風して還元 · 溶解する操業方法において、 鉄源の平均金属化率 (平均 Metallic F e /Total F e ) に基づく還元 ' 溶解の最適 τ? co (ガス利用率） に、 竪型炉の排ガス V coを制御することを特徴と する竪型炉の操業方法。

2. 前記妷源の平均金属化率 （平均 Metallic F e /Total F e ) に基づいて還元， 溶解の最適 7? co (ガス利用率） を求め、 鉄源と 固体燃料からなる装入物の竪型炉内の装入高さを調節することによ つて、 前記 coを制御する請求の範囲 1記載の竪型炉の操業方法。

3. 前記鉄源の平均金属化率 （平均 Metallic F e /Total F e ) に基づいて還元， 溶解の最適 77 co (ガス利用率） を求め、 鉄源中 に含有する C重量％を変数と して （ 1 ) 式で求め、 鉄源と固体燃料 からなる装入物の竪型炉内の装入高さを調節する請求の範囲 1 また は 2記載の竪型炉の操業方法。

1.5 X C%≤ n co- 0.7 x ( 平均 Μ· Fe/T. Fe)≤3.0 x C¾…- (1) 但し、 C: 鉄源中に含有する Ci¾であって、 0%≤C!¾≤20!¾ 、

η co: ガス利用率（¾) 、

(平均 M. Fe/T. Fe): 平均金属化率（SO 、

金属化率： 鉄源中の金属鉄（M. Fe)

I 鉄源中の トー夕ル鉄（T. Fe)、 平均金属化率： 数種の鉄源を加重平均した金属化率.

4. ダス ト塊成鉱、 自己還元性塊成鉱、 金属化率の低い還元鉄等 の還元が必要な鉄源と、 H B I、 DR I、 鉄屑、 型銑、 戻り屑等の うち少なく とも一種を含む溶解のみが必要な鉄源と、 固体燃料を竪 型炉に装入し、 竪型炉の壁面に設けた羽口から常温または 6 0 0 °C 以下の酸素含有ガスを送風して還元 · 溶解する操業方法において、 鉄源の平均金属化率 （平均 Metallic F e /Total F e ) に基づい て還元 · 溶解の最適 co (ガス利用率） を求め、 コークスベッ ドの 高さ、 送風量、 羽口径、 羽口突出し位置のうち少なく とも一つを調 節することによって、 前記？？ coを制御することを特徴とする竪型炉 の操業方法。

5. 前記鉄源の鉄源の平均金属化率 （平均 Metallic F e /Tota 1 F e ) に基づいて還元 ' 溶解の最適 co (ガス利用率） を （ 1 ) 式で求め、 コークスべッ ドの高さ、 送風量、 羽口径、 羽口突出し位 置のうち少なく とも一つを調節する請求の範囲 4記載の竪型炉の操 業方法。

6. 前記固体燃料の粒度に応じて、 コ一クスべッ ドの高さ、 送風 量、 羽口径、 羽口突出し位置のうち少なく とも一つを調節する請求 の範囲 4記載の竪型炉の操業方法。

7. 前記羽口が、 炉高さ方向に少なく とも二段の位置に設けられ 、 固体燃料の粒度および鉄源の平均金属化率 （平均 Metallic F e XTotal F e ) に応じて、 前記炉高さ方向に設けられる各羽口の送 風比を調節する請求の範囲 2または 4記載の竪型炉の操業方法。

8. 前記鉄源および固体燃料を竪型炉に装入するに際し、 2チ ヤ ージ以上を 1サイクルと し、 各サイクル中のチャージ毎に、 鉄源 固体燃料の重量比、 鉄源の種類、 固体燃料の種類、 固体燃料の粒度 のうち少なく とも一つを調節して、 前記サイ クル単位で同一装入を 繰り返す請求の範囲 2 または 4記載の竪型炉の操業方法。

9. ダス ト塊成鉱、 自己還元性塊成鉱、 金属化率の低い還元鉄等 の還元が必要な鉄源と、 H B I 、 D R I 、 鉄屑、 型銑、 戻り屑等の うち少なく とも一種を含む溶解のみが必要な鉄源と、 固体燃料を竪 型炉に装入し、 竪型炉の壁面に設けた羽口から常温または 6 0 0 °C 以下の酸素含有ガスを送風して還元 · 溶解する操業方法において、 平均金属化率が高い鉄源を固体燃料と混合して竪型炉の炉中心部に 装入し、 平均金属化率が低い鉄源を固体燃料と混合して竪型炉の炉 周辺部に装入することを特徴とする竪型炉の操業方法。

10. 前記平均金属化率が高い鉄源を固体燃料と混合して竪型炉の 炉中心部に装入し、 平均金属化率が低い鉄源を固体燃料と混合して 竪型炉の炉周辺部に装入するに際し、 鉄源の平均金属化率 （平均 M etallic F e /Total F e ) に基づいて還元 · 溶解の最適 /? co (ガ ス利用率） を求め、 鉄源と固体燃料からなる装入物の竪型炉内の装 入高さを調節することによって、 前記？7 coを制御する請求の範囲 9 記載の竪型炉の操業方法。

11. 前記鉄源の平均金属化率 （平均 Metallic F e /Total F e ) に基づいて還元 · 溶解の最適 /? co (ガス利用率） を求めるに際し 、 （ 1 ) 式を適用する請求の範囲 10記載の竪型炉の操業方法。

12. 前記固体燃料と してのコークスの粒度および羽口からの送風 条件に応じて、 竪型炉下部のコ一クスべッ ト高さを所定の高さに調 節する請求の範囲 2 または 9記載の竪型炉の操業方法。

13. 前記鉄源と固体燃料を混合し竪型炉の炉周辺部に装入するに 際し、 前記固体燃料の粒度を 6 0 mm以下とする請求の範囲 9記載 の竪型炉の操業方法。

14. 前記鉄源と固体燃料を混合し竪型炉の炉中心部に装入する装 入物中の固体燃料に含まれる Cと鉄源に含まれる F eの重量比を 0

. 0 1 〜 0 . 0 5 とする請求の範囲 9記載の竪型炉の操業方法。

15. 前記竪型炉に装入される鉄源と固体燃料からなる装入物の炉 中心部に対する炉周辺部高さを、 鉄源の平均金属化率に応じて調節 する請求の範囲 9記載の竪型炉の操業方法。