JPS6131166B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属鉱石の溶融製錬方法に関するも
のであり、特に本発明は、粉状金属鉱石を弱粘結
石炭、低強度コークス、チヤーあるいは木炭を使
用し、かつ電力を熱源として使用しない粉状金属
鉱石の溶融製錬方法に関するものである。

現在、鉄鉱石および金属酸化物の製錬法として
各種の方法が実用化しているが、今後予想される
資源、エネルギーおよび環境などからの制約に対
処するために新しい製錬法の開発が望まれてい
る。

酸化鉄または各種の金属酸化物を含有する鉱石
の形状は、塊状のものが減少し、粉状のものが増
加する傾向にある。特に低品位鉱石の品位を向上
させるために浮選、磁選などの選鉱が行なわれ、
今後ますます粉鉱の比率が増加することが予想さ
れる。現在、稼動中の多くの製錬炉は原料とし
て、塊鉱石、または事前処理による塊成化鉱石を
必要としており、粉状鉱石はペレツト、焼結鉱、
ブリケツトなどに塊成化されて使用される。塊成
化には溶剤、結合剤などの余分の原料、および燃
料や動力など余分なエネルギーを必要とする。さ
らに、熱間塊成化のために焼成炉を用いる場合に
は通常NO_x，SO_xおよびダストの発生を伴ない、
これらがそのまま放散されれば大気汚染の原因と
なるので、その防止設備建設が行なわれるが、こ
れには多大の費用が必要となる。

他方、粉状鉱石を直接使用できる技術として、
流動層を用いる焙焼または還元技術が一部で実用
化している。しかし、生成した粉状の予備還元鉱
を電炉、転炉その他の溶解炉に使用する場合に
は、バインダーを添加し、ブリケツトなどに塊成
化することが多い。アーク炉やプラズマを利用し
て粉状のまま使用する方法も提案されているが、
電力消費量が莫大で、我が国のように電力コスト
の高い地域では、国際競争力に劣る方法である。

還元および溶融に必要な熱量の供給方法とし
て、電気や純酸素を用いずして、主に空気を用い
てコークスを燃焼させ、その燃焼熱を利用する方
法があり、鉄、ニツケル、銅などの製錬用溶鉱炉
はこの方法を用いている。特に、製鉄用溶鉱炉は
操業技術の進歩と炉の大型化によつて製錬炉とし
ては非常に効率が良いことで知られている。しか
し、製鉄用溶鉱炉は高いシヤフト炉であり、炉内
の通気性を確保するために、前述のような塊鉱石
または塊成化鉱石が必要であるとともに、塊状鉱
石とコークスを炉内に層状に堆積させるので、強
度の高いコークスを必要とする。強度の高いコー
クスを製造するためには、原料炭として資源的に
将来不足が予想され、かつ価格が高い強粘結炭を
必要とするか、あるいは弱粘結炭、一船炭を用い
る場合には改質、バインダーなどを必要とし、製
造コストの上昇につながるなどの問題がある。

本発明は、上記従来の粉状金属鉱石の溶融製錬
方法の有する前記諸欠点を除去、改善した粉状金
属鉱石の溶融製錬方法を提供することを目的とす
るものであり、特許請求の範囲記載の方法と装置
を提供することによつて前記目的を達成すること
ができる。

次に本発明を詳細に説明する。

本発明によれば、粉状金属鉱石は竪型炉を多孔
板によつて上下に劃成した上部領域に供給され
る。この上部領域には下部領域で生成される還元
性ガスが多孔板の孔を通過して上昇し、このガス
により前記粉状鉱石は流動乾燥、加熱され、さら
に必要な程度まで還元される。下部領域で発生す
る還元性ガスは一部または全部を多孔板を経て上
部領域へ上昇させてもよく、あるいは場合によつ
ては下部領域の多孔板下方附近に外部から還元性
ガスあるいは不活性ガスを供給して、上部領域の
鉱石の流動状態あるいは流動ガスの温度、成分組
成等を制御することもできる。

下部領域で発生するガスは、N₂，CO，CO₂，
H₂，H₂O，CnHm（炭化水素）などからなり、な
かでもCO，H₂，CnHm等還元性の強いガスが多
く含まれており、600〜1200℃の温度範囲で多孔
板を経て上部領域へ誘導される。上部領域内で流
動予備還元された鉱石は、上部領域に設けられた
溢流排出誘導手段中へオーバーフロー状態すなわ
ち溢流状態で高温のまま上部領域から排出誘導さ
れ、フラツクスが添加されて下部領域に設けられ
た上段羽口を経て高温の空気または酸素富化空気
と共に下部領域内に形成される炭材充填層内に吹
込まれる。前記高温の空気または酸素富化空気は
熱風炉のようなガス加熱炉において800〜1350℃
に加熱されたものである。また下段羽口からも高
温の空気または酸素富化空気が吹込まれる。前記
上、下段羽口の先端附近においては充填層を形成
する炭材が燃焼して高温が発生するので、前記吹
込まれた予備還元鉱は加熱されて溶融し、充填層
内を滴下する間に固体炭材により直接還元されて
溶融状態の金属およびスラグが生成し、下部領域
の底部に蓄留されて、間歇的に排出手段りよつて
竪型炉の外へ排出される。

本発明によれば、炭材として塊コークスが主と
して用いられるが、塊状の石炭、チヤー、木炭等
をも単独あるいは併用することができる。

本発明によれば、通常の製鉄用高炉に比し使用
される竪型炉の高さを低くすることができ、また
製鉄用高炉のように塊コークスと交互に層状に装
入する必要がないので強度の高いコークスを必要
とせず、したがつて高価な粘結炭も必要としな
い。

本発明によれば、上段羽口から供給される予備
還元鉱は羽口先附近で速かに溶融しないと炉の下
部領域の底部へ滴下することができず、操業トラ
ブルの原因となるので、下段羽口から高温の空気
あるいは酸素富化空気を吹込むことによつて上記
トラブルを防止することができる。羽口から吹込
まれる予備還元鉱は酸素によつて一旦酸化され、
その反応熱によつても加熱溶融が促進される。し
たがつて予備還元鉱は、還元率が高く、かつ予熱
温度が高いものほど溶融し易くなる。鉱石の種類
やシステム構成によつて最適予備還元率は当然変
化するが、大略40〜80％の範囲内とすることは有
利である。

次に本発明の装置について、実施態様の１例を
縦断面説明図として示す第１図の装置について説
明する。

竪型炉１は多孔板３によつて上部領域と下部領
域とに劃成されている。上部領域には粉状金属鉱
石が供給される供給手段５が設けられており、ま
た同領域内で予備還元された粉状鉱石を流動状態
で溢流排出させ、上部領域から下部領域へ誘導す
る溢流排出誘導手段７が設けられ、さらにまた上
部領域の比較的上部には流動還元後の排ガス排出
手段９が設けられている。

下部領域には、上下２段のそれぞれ複数個の羽
口１１，１３が設けられており、上段羽口１１は
前記溢流排出誘導手段７と連結されている。下部
領域の比較的上部の多孔板３の直下域には必要に
より下部領域で発生する還元性ガス量の制御手段
１５を設けることができる。下部領域に炭材を供
給するために炭材供給手段１７が設けられてお
り、この手段１７を下部は上部領域内で複数に分
岐された分岐管１９となつており、これら分岐管
１９は多孔板３をそれぞれ貫通して下部領域内に
垂下している。下部領域の底部には溶融金属及び
スラグを排出する排出口２１が設けられている。

第２図は本発明の他の１つの実施態様を示す装
置の縦断面説明図である。第２図の装置は、第１
図の装置と異なり炭材供給手段１７が上部領域な
らびに多孔板３を貫通して垂下して設けられてお
らず、手段１７は竪型炉の外側から直接に下部領
域に炭材が供給されるよう設けられている。かか
る炭材供給手段１７の構造を除けば、他の構造は
第１図、第２図とも全く同一である。第１図の装
置によれば、炭材供給手段１７により供給される
炭材は上部領域を通過する間に予熱されるので熱
的には有利であるが、手段１７の構造がやゝ複雑
であり、かつ高温にさらされるため耐久性が第２
図のものに比し短いが、一方第２図によれば、炭
材供給手段１７は高温にさらされないので耐久性
は大きいが、下部領域に直接に冷たい炭材が供給
されるので熱的には第１図のものに比し不利であ
る。

本発明の装置にあつては、上下２段の羽口が設
けられている点において大きな特徴がある。とい
うのは予備還元鉱を溶融させ、また鉱石中の酸素
を還元させるのに大きな熱量を必要とするため、
下段羽口が設けられていないと上段羽口先で前記
予備還元鉱が溶融しても前記上段羽口水準以下の
下部領域は温度が低いため固体炭材による溶融物
の還元が十分には生起せず、さらに炉の冷え込み
等により操業の継続ができなくなる事態が起る
が、本発明によれば、下段羽口を設け、炉下部に
おいて炭材を燃焼させることによつて炉下部の冷
え込みを完全に防止することができるからであ
る。

次に本発明を実施例について説明する。

実施例 試験炉を用いて下記の諸条件の下で本発明を実
験した操業データを以下に示す。

１ 粉状鉄鉱石の銘 柄：MBR鉱石 粒 径：２mm以下 供給量：3499Kg／hr ２ 予備処理炉に供給する固体還元剤の 種 類：コークス 粒 径：平均45mm 供給量：1488Kg／hr ３ 竪型炉への送風量：3150Nm³／hr 送風温度：900℃ ４ 粉状鉱石の予備還元率：71％ ５ 銑鉄生産量：2299Kg／hr ６ スラグ排出量：488Kg／hr なおこの実施例は鉄鉱石を本発明により製錬し
た例であるが、ニツケル鉱石、マンガン鉱石、ク
ロム鉱石等も本発明により製錬することができ
る。

以上本発明によれば、次の如き効果を挙げるこ
とができる。

１ 粉状の鉱石または金属酸化物を塊成化するこ
となしに使用できるので、塊成化のためのエネ
ルギーや副原料が不要であり、塊成化に伴なう
NO_x，SO_xおよびダストの発生がない。

２ 予備還元用ガスとしてコークス充填層発生ガ
スを利用するので、還元ガス製造設備が不要で
ある。

３ 高い予備還元率は不要であるので、予備還元
は容易であり、かつ高いガス利用率が達成でき
る。

４ 予備還元された鉱石や金属酸化物はそのまゝ
溶融還元するので、ブリケツトなどの塊成化が
不要である。

５ 溶融還元するに際し、高価な電力を必要とせ
ず、２段の羽口により十分な熱量を酸素による
固体還元剤の燃焼によつて供給できる。

６ 製鉄用溶鉱炉のように強度の高いコークスは
不要であるので、高価で、資源的にも少ない強
粘結炭を必要としない。

７ コークス充填層上部に流動層を設けることに
より、コークス充填層で発生したガスの顕熱を
有効に利用できる。

８ 予備還元生成物の上段羽口への供給は、流動
層上部からのオーバーフロー形式を採用するた
め、非常に容易で、昇圧ガスなどを必要としな
い。

【図面の簡単な説明】

第１，２図はそれぞれ本発明の装置の実施態様
を示す縦断面説明図である。 １……竪型炉、３……多孔板、５……鉱石供給
手段、７……予備還元鉱溢流排出誘導手段、９…
…排ガス排出手段、１１……上段羽口、１３……
下段羽口、１５……還元性ガス量制御手段、１７
……炭材供給手段、１９……分岐管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多孔板により上部領域と下部領域とに劃成さ
   れた竪型炉の上部領域内に粉状金属鉱石を装入
   し、下部領域内で発生し前記多孔版を経て前記上
   部領域内へ上昇する還元性ガスによつて前記粉状
   金属鉱石を流動予備還元し、かくして得られる予
   備還元粉鉱を前記上部領域外側に設けられた溢流
   排出誘導手段を経て前記下部領域の外周に上下２
   段に設けられたそれぞれ複数の羽口のうち上段羽
   口に誘導し、フラツクスと共に高温の空気または
   酸素富化空気を用いて、前記下部領域内に吹込
   み、一方石炭、コークス、チヤー、木炭のうちか
   ら選ばれる何れか少なくとも１種の炭材供給手段
   を経て前記下部領域に装入、充填しつつ充填層を
   形成させ、前記上、下２段に設けられた羽口から
   吹込まれる前記高温の空気または酸素富化空気に
   よつて前記炭材を燃焼赤熱させ、前記炭材の燃焼
   熱、前記下部領域に吹込まれる予備還元鉱の再酸
   化によつて生ずる熱ならびに炭材との接触によつ
   て、前記下部領域内に吹込まれる予備還元鉱を溶
   融還元することを特徴とする粉状金属鉱石の溶融
   製錬方法。 ２ 多孔板により上部領域と下部領域とに劃成さ
   れた竪型炉の前記上部領域には、粉状金属鉱石の
   供給手段と前記粉状金属鉱石を流動予備還元後溢
   流させて下部領域の上段羽口へ誘導する溢流排出
   誘導手段と、流動予備還元後の排ガスの排出手段
   とが設けられており； 前記下部領域には、炭材の供給手段と、上下２
   段に設けられ高温の空気または酸素富化空気を吹
   込むそれぞれ複数の羽口と、溶融金属ならびにス
   ラグを下部領域底部より排出させる排出口とが設
   けられており； 前記上部領域に装入された粉状金属鉱石は、下
   部領域から多孔板を経て上部領域へ上昇する還元
   性ガスによつて流動予備還元された後、前記溢流
   排出誘導手段ならびに上段羽口を経て下部領域へ
   高温の空気または酸素富化空気によつて吹込まれ
   た後に、下部領域に炭材供給手段を経て供給さ
   れ、充填された炭材が、上、下５段の羽口から吹
   込まれた高温の空気または酸素富化空気によつて
   燃焼赤熱された充填層において、流動予備還元さ
   れた粉状金属鉱石を溶融還元して下部領域底部に
   蓄留させて排出口より排出させる、粉状金属鉱石
   の溶融製錬装置。 ３ 前記炭材供給手段は、上部領域内と多孔板と
   を貫通垂下して設けられている特許請求の範囲第
   ２項記載の装置。 ４ 前記炭材供給手段は、竪型炉の外側から直接
   下部領域へ炭材を供給するように設けられている
   特許請求の範囲第２項記載の装置。