JPH08253801A

JPH08253801A - 還元鉱石の高炉使用方法

Info

Publication number: JPH08253801A
Application number: JP5468895A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Kunitomo; 和也国友; Yasushi Takamoto; 泰高本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-03-14
Filing date: 1995-03-14
Publication date: 1996-10-01

Abstract

(57)【要約】【目的】高炉に還元鉄を使用する際の還元鉱石に要求
される金属化率の適正値について、トータル的なエネル
ギー所要量を最適とする値を規定する。【構成】原料鉱石を還元して金属化率が４０〜８０％
の還元鉱石とし、高炉の炉頂および／または羽口から装
入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高炉において還元鉱石
を使用する際の、最適な金属化率の還元鉱石の高炉使用
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉において金属化率の高い還元鉄を使
用すると、還元に要する燃料比が低下し生産性が向上す
る効果が知られている。高炉において還元鉄を使用した
実績に関しては、例えば「鉄と鋼（第６１年（１９７
５）第５号４９６〜４９７ページ）」に示されている。
これは、金属化率９４％の還元ペレットを配合率１０％
で使用し、燃料比を５１kg/t−溶銑低下させたものであ
る。

【０００３】粉鉱石の還元方法としては、例えば特開平
６−８１０１９号公報に開示されているように、直列連
続的に配置された複数の流動層により還元する、いわゆ
る多段流動還元法が知られている。これは、高品位すな
わち高金属化率の還元鉱石を得るには適した方法であ
り、成品品位としては金属化率９２％のものが得られて
いる。また、ペレットや塊鉱石はシャフト炉を用いて還
元する技術が知られており、この場合も成品の金属化率
は９０％以上である。

【０００４】このように、高い金属化率の物を製造する
狙いは、還元鉱石の主たる使用先である電気炉にとって
高金属化率の方が好ましいからに他ならない。「製銑ハ
ンドブック（重見彰利著：地人書館１９７９年発行）」
２７４頁にもあるように、「電気製銑では高級なエネル
ギーである電力を熱源として使用するので、その消費量
を少しでも減らす意味から、造滓成分の少ない原燃料」
が望まれており、スラグとなる酸化鉄の形態ではなく金
属鉄の形態で鉄源を供給することが期待されている。

【０００５】また、高炉装入原料に還元鉄を使用するに
際しては、「製銑ハンドブック」２０１頁にあるよう
に、「全ての鉱石を所定の金属化率まで還元するより
も、一部の鉱石をできるだけ還元し、その他の鉱石と混
合して全体の鉱石の平均金属化率を、所定の金属化率と
することが望ましい」とされてきた。

【０００６】予備還元炉と溶融還元炉との組み合わせに
よる、いわゆる溶融還元法に関しては多数の技術が提案
されており、例えば特開昭６３−２５５３１０号公報
に、「鉄鉱石をまず還元性ガスにより少なくとも部分的
に還元してスポンジ鉄となし、次いで溶融ガス化装置内
で溶融し、そして所望により最終的に還元」する技術が
開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、電気炉や溶
融還元炉で還元鉱石を使用するのではなく、専ら高炉に
使用することを前提とした際の還元鉱石の最適な還元率
を提示しようとするものである。すなわち、その際の還
元鉱石に要求される金属化率の適正値についてトータル
的なエネルギーバランスの観点から適正な負荷分配や条
件を種々検討し、その適正値を見いだし、これを規定し
ようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、原料鉱石を還
元して金属化率が４０〜８０％の還元鉱石とし、高炉の
炉頂および／または羽口から装入することを特徴とす
る。また、原料鉱石を還元して金属化率が５０〜７０％
の還元鉱石とし、高炉の炉頂および／または羽口から装
入することを特徴とする。ここで、金属化率は還元鉱石
中の（金属鉄質量分率）／（全鉄分質量分率）で定義す
る。

【０００９】

【作用】高炉において還元鉄を使用する際に、還元鉄の
金属化率が高い方が燃料比低減の効果は大きい。しか
し、高炉はもともと酸化鉄を還元する装置であるため、
必ずしも原料中の全ての鉄分が金属化している必要は無
い。このため、一例として図２に示すように、金属鉄の
装入原単位に応じた高炉の燃料比低減効果が期待でき
る。

【００１０】電気炉で高い金属化率が要求されるのは、
本来電気炉では還元能力がなく溶解のみを行うためであ
る。つまり、金属化されていない鉄分が入ると、スラグ
となり電気エネルギーロスが生じるとともに酸化鉄中の
鉄分もスラグとしてロスするためである。このように、
鉄源に要求される品位は高炉使用の場合は自ずから電気
炉使用の場合と異なる。

【００１１】粉鉱石を流動層で還元して高い金属化率を
得る場合、通常は多段化が必須となる。なぜならば、単
段の流動層内の粒子は完全混合状態とみなせるため、一
段の流動層では成品中に未還元の原料が混入する機会が
多くなり、極めて長い滞留時間を確保しないかぎり高金
属化率の成品を得ることはできない。図３に完全混合流
動層単段の場合の無次元平均滞留時間と成品還元率との
関係を示す。

【００１２】単段の場合には、還元率の増加とともに必
要な平均滞留時間は飛躍的に増加し、１００％の金属化
率を得るには理論上、無限大の滞留時間を要する。この
ため、流動層を直列多段に構成し、高金属化率の成品を
得る際の生産性の低下という問題を解決しようとするの
が多段化法であるが、当然ながら設備は複雑になり設備
費が増加するとともに還元途中の中間成品のハンドリン
グなどトラブル機会も増加する。

【００１３】これに対して、成品の金属化率を低くする
ことにより、単段でも滞留時間が短縮できるため、還元
鉄製造時の生産性は向上する。さらに、流動還元の場合
は高金属化率になれば還元鉱石同士が固着するいわゆる
スティッキングの問題が生じるが、金属化率が低下する
とその問題も生じない。当然ながら、粉鉱石をシャフト
炉で製造する際にも高い金属化率を得る場合は、生産性
が低下し多量のエネルギーを必要とするが、金属化率を
低下することにより生産性は向上しガス原単位は低下す
る。

【００１４】溶融還元製鉄法においては、予備還元鉱石
を溶融還元炉で溶解状態で直接還元し銑鉄を得るもので
あるが、直接還元は吸熱反応であるとともに高温還元の
ため、燃料中の還元材である炭素はＣＯとして炉外に排
出され、ＣＯ₂として排出される場合に比べて燃料原単
位は高くなる。

【００１５】これに対して、高炉で還元鉱石を使用する
場合は、還元鉄中に含まれる金属鉄まで還元されていな
い酸化鉄分は間接還元と直接還元の両方で還元されるた
め、熱的にも有利であり排ガスもＣＯのみではなく、間
接還元で一部のＣＯがＣＯ₂になるまで利用されるため
燃料利用効率は高くなる。

【００１６】以上述べたように、本発明は、還元鉄製造
に係わる負荷を大幅に低減しつつ、高炉における還元鉄
使用のメリットも享受できる作用を狙ったものである。
本発明の主要な装置構成を図１に示す。原料鉱石１は予
備還元炉２に装入され、還元性ガス３により還元され金
属化率が５０〜８０％の還元鉱石４を得る。還元鉱石中
の−１mmの粒子の質量割合がおおよそ７０％以上の場合
は、そのまま高炉１０の羽口部１１より吹き込むことが
可能である。

【００１７】また、高炉１０の炉頂部１２より装入する
場合は、還元鉱石を塊成化マシン５を介して平均粒径が
数mm以上の塊成化還元鉱石６にしてから装入する。シャ
フト炉で生産した還元鉱石の場合のように、還元鉱石が
もともと数mm以上の塊状の場合は、そのまま高炉１０の
炉頂部１２より装入される。

【００１８】金属化率の高い還元鉄を造るには、金属化
率の低い還元鉄を造るよりも多量のエネルギーを必要と
し、生産性も低下する。この際の主要なエネルギーは、
還元材である還元性ガスを製造するための天然ガス、石
炭、重油などであり、その他に還元性ガスの吹き込みや
循環に使用されるブロワーの電力や、脱炭酸ガス装置な
ど還元性ガスの改質に必要なエネルギー等である。

【００１９】還元鉄を製造する際の還元ガス原単位は金
属化率が低くなるほど小さくなるため、エネルギー原単
位も減少する。ただし、金属化率の低い還元鉄は高炉で
の燃料比低減効果は低い。このため金属化率の最適な値
が存在する。

【００２０】この関係を銑鉄トン当り所要エネルギーで
表現したのが図４である。高炉所要エネルギーとして
は、高炉燃料比および熱風炉、発生高炉ガス、送風に要
するエネルギーを評価した。還元鉄所要エネルギーとし
ては、還元ガス原単位および塊成化、輸送、各種ユーテ
ィリティー、設備建設、維持に要するエネルギーを評価
した。トータルエネルギーは高炉所要エネルギーと還元
鉄所要エネルギーとの和である。

【００２１】また、還元鉱石の高炉装入量は２００kg/t
−溶銑で一定としたが、還元鉱石使用原単位と所要エネ
ルギーは概ね比例することを確認している。操作条件お
よび設備条件によりばらつきは有るものの、図４に示す
ように金属化率が概ね４０％以上８０％以下の領域にト
ータルエネルギーが低くなる領域が存在する。すなわち
この領域が、還元鉄製造エネルギーを低減しつつ高炉で
の省エネルギー効果も期待できる領域である。

【００２２】さらに、金属化率が５０％〜７０％の範囲
でのトータルエネルギーの低下は顕著である。これは、
金属化率が５０％未満では高炉所要エネルギー低減の効
果が減少し、金属化率が７０％超では、還元鉄製造のた
めのエネルギーの増加が顕著になるためである。

【００２３】

【実施例】

〔実施例１〕原料鉱石は−５ミリの粉鉱石で全鉄分比率
は６４％のヘマタイト鉱石を用いた。還元鉱石製造時は
水素比率９０％の還元ガスを用い、還元温度は７５０〜
８６０℃とした。この条件で金属化率３０％から９０％
の還元鉱石を流動層により製造し、羽口から吹き込ん
だ。

【００２４】金属化率の変更は原料の供給速度の増減に
よりおこなった。還元鉱石は平均粒径２３０〜４５０μ
ｍ、−１mm質量比率７２〜８４％であり、ランスを介し
て羽口より高炉に吹き込んだ。高炉に吹き込んだ還元鉱
石の量は１６０kg/t−溶銑で一定とした。

【００２５】〔実施例２〕実施例１と同様の方法で製造
した平均粒径２３０〜４５０μｍの還元鉱石粉を、熱間
成形により平均粒径２０mmのホットブリケットとした。
半還元ホットブリケットは高炉装入原料に混入させ通常
原料とともに炉頂より高炉に装入した。高炉に装入した
還元鉱石の量は１００kg/t−溶銑で一定とした。

【００２６】〔実施例３〕原料鉱石は平均１４mm，全鉄
分比率は６８％のペレットを用いた。このペレットを還
元用シャフト炉により金属化率３０％から９０％の還元
鉱石にして、高炉炉頂より装入した。金属化率の変更は
成品還元鉱石の排出速度の増減によりおこなった。還元
用シャフト炉に用いた還元ガスは、天然ガスを改質して
水素５５％、ＣＯ３０％、温度７９０℃のものである。
還元鉱石は高炉装入原料に混入させ通常原料とともに炉
頂より高炉に装入した。高炉に装入した還元鉱石の量は
２００kg/t−溶銑で一定とした。

【００２７】実施例１〜３における、溶銑を１トン製造
するに要するトータルエネルギーの削減幅を表１に示し
た。ここで、トータルエネルギーの削減幅とは、還元鉄
を使用した場合の高炉所要エネルギーとその還元鉄を製
造するに要した還元鉄所要エネルギーとの和であるトー
タルエネルギーと、還元鉄を使用しない通常の高炉操業
におけるエネルギー所要量との差である。

【００２８】いずれの場合も金属化率が４０％未満ある
いは８０％超ではトータルエネルギーの削減幅が小さい
か、むしろ増加することが確認された。また、各実施例
でトータルエネルギー削減幅が最大となる点は、金属化
率が５０％〜７０％の範囲に存在した。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【発明の効果】本発明により、原料鉱石から溶銑を製造
する際のトータルエネルギーを低減することが可能とな
り、溶銑製造コストの低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法に基づく銑鉄製造フローの模式図。

【図２】金属鉄原単位と高炉燃料比の関係の図表。

【図３】単段流動層における無次元平均滞留時間と成品
還元率の関係の図表。

【図４】還元鉱石の金属化率と銑鉄トン当り所要エネル
ギーの関係の図表。

【符号の説明】

１原料鉱石２予備還元炉３還元性ガス４還元鉱石５塊成化マシン６塊成化還元鉱石１０高炉１１羽口部１２炉頂部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料鉱石を還元して金属化率が４０〜８
０％の還元鉱石とし、高炉の炉頂および／または羽口か
ら装入することを特徴とする還元鉱石の高炉使用方法。
【請求項２】原料鉱石を還元して金属化率が５０〜７
０％の還元鉱石とし、高炉の炉頂および／または羽口か
ら装入することを特徴とする還元鉱石の高炉使用方法。