WO1997038141A1

WO1997038141A1 - Smelting reduction apparatus and method of operating the same

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Publication number: WO1997038141A1
Application number: PCT/JP1997/001142
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Ichikawa; Makoto Takahashi; Shiro Hora; Masahide Nagatomi; Koetsu Horikawa
Original assignee: Nittetsu Plant Designing Corp; Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Plant Designing Corp
Priority date: 1996-04-05
Filing date: 1997-04-02
Publication date: 1997-10-16
Anticipated expiration: 1998-10-05
Also published as: CN1068052C; KR20000005151A; ID16806A; EP0905260A1; CN1217753A

Description

明細書溶融還元設備及びその操業方法技術分野

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 Z又は酸素富化ガスを吹き込んで、溶融金厲を直接製造する溶融還元設備及びその操業方法に関する。背景技術

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 Z又は酸素富化ガスを吹き込んで、スラグ中で金属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 1 500〜 1 800 °C程度の高温の燃焼性ガスが生成される。

この溶融還元法においては、金属原料例えば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。

しかし、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させることが一般的に行われている o 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、特に小規模溶銑製造法として最近注目されつつある。

一般にこの種の溶融還元法は、炉本体内に予備還元した鉄原料、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、 H ₂ ガスで鉄鉱石を予備還元する 2段法（例えば特開昭 57- 12 0607号公報、特開昭 61-96019号公報等）と、炉本体内に未還元の鉄原料、炭材及び媒溶剤を添加し、スラグ中で鉄原料中の酸化鉄を還元し、炉本体から発生する燃焼性ガス中の COガス、 H ₂ 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 63- 65011号公報、特開昭 63-65007号公報、特開昭 61— 279608号公報、特開昭 60- 9815号公報等）とに分類される。

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、充塡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、設備投資額が高いこと、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（例えば充塡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。

また、この 1 段法においては、スラグ中で発生する COガス、 H ₂ 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（以後炉內 2次燃焼率と呼び、炉内 2次燃焼率 = (C0₂ % +H₂ 0 % ) / (C0₂ % + C0% +H₂0 % + H ₂ % ) 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は広く知られている。

ところが、スラグの上下方向の撹拌が十分でない場合、スラグの下層及び溶銑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という課題があった。

この場合、 2次燃焼帯からスラグへの熱移動量が低下することから、 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こと、又は 2次燃焼帯の炉壁に水冷パネルを内張りした場合には水冷パネルの抜熱量が急増するという課題があった。

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、スラグ中に純酸素及び又は酸素富化ガスを吹き込む構造が、特開平 1 - 502276号公報で提案されている。

しかし、上記提案された炉体構造には、下記第 1 の問題がある。前述のように、溶銑の生産速度を増大する場合、溶融スラグの水平断面積を増大することか一般的に行われている。水平断面が長方形の炉体の 2つの長辺の各々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純酸素及び Z又は酸素富化ガスを吹き込む構造の場合、溶融スラグの水平断面積即ち上記下部羽口の高さにおける水平断面積を増大する時に、上記下部羽口の高さにおける水平断面の短辺長さ： L , を増大すると、炉体の 2つの長辺の各々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吹き込まれる純酸素及び Z又は酸素富化ガス力、上記下部羽口の高さにおける水平断面の短辺方向の中心まで到達せずに、水平断面の短辺方向の中心付近の溶融スラグか十分に撹拌されないという問題が生じる。

即ち、下部羽口を通じてスラグ中に吹き込まれる吹込みガスの水平方向の到達距離： L 3 とすると、上記下部羽口の高さにおける水平断面の短辺方向の長さ： L , は L , ≤ 2 X L 3 とせざるを得ず、 L , を L I > 2 X L 3 にした場合、下部羽口を通じてスラグ中に吹き込まれる純酸素及び Z又は酸素富化ガスか、上記下部羽口の高さにおける水平断面の短辺方向の中心まで到達せずに、水平断面の短辺方向の中心付近の溶融スラグが十分に撹拌されないという問題が生じる。

従って、上記下部羽口の高さにおける水平断面積： S ( = L 】 X L 2 ) を増大する時には、上記下部羽口の高さにおける水平断面の長辺長さ： L ₂ のみを増大するという手段を用いざるを得ない。

溶銑の生産速度を例えば 2倍に増大する場合、上記下部羽口の高さにおける水平断面の長辺長さ： L ₂ を 2倍に増大することになり、以下の問題が生じる。

- 工場建築物内の配置が困難になる。

• 炉体及び耐火物の熱膨張吸収が困難になる。

• 水平断面が長方形の炉体の長辺方向の反応の均一性確保が困難に⁷よる

また、同じく前記の問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。

しかしこの方法では、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撹拌する必要があるが、この撹拌力を溶融金属の撹拌を介してスラグに伝える点で精練操作上大きな難点があった。即ち、溶融金属撹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 O

そこで、これらの課題を解決するために、金属浴面下で金厲を撹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を用いる方法が、特開昭 61 - 279608号公報で提案されている。

しかしこの方法であっても、金属を撹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、なお以下の問題が残されている。

( 1 ) 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 o

( 2 ) 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

0

( 3 ) スラグの熱容量及び熱伝導率か大きくなるため、金属浴面上で且つスラグ面下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。

( 5 ) 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。

これに対して、前出の特開平 1 - 502276号公報には、炉体を水平方向に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ノ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提案されている。この構造では、前述の金属を撹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（ 1 ) 〜（ 5 ) の課題はすべて解決している。

しかし、上記提案された炉体構造には、下記第 2の問題がある。この構造では、前述の金属を撹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、下部羽口より上に位置するスラグは強撹拌されるものの、下部羽口より下に位置する溶融金属浴及び溶融金属とスラグの界面が極めて静かである。

そのため、 2次燃焼帯からスラグへの熱移動量は大きいので、スラグ中の還元反応は進むものの、スラグから溶融金属への熱移動量は小さく、結果としてスラグと溶融金属の温度差が大きくなる。溶融還元設備では、下工程の制約から炉から排出される溶融金属温度が指定されるため、スラグと溶融金属の温度差か大きいと、その分だけスラグの温度を上げざるを得ず、その分だけ炉から排出される燃焼性ガスの温度も上昇する。

従って、スラグと溶融金属の温度差が例えば約 1 00°Cある場合、スラグと溶融金属の温度差がない場合に比べ、スラグと炉から排出される燃焼性ガスの温度を約 1 00で上昇するに必要なエネルギーが余分に必要となり、その分だけ炭材及び酸素原単位が上昇することになる。

更に、前述のように炉から排出される燃焼性ガス及びスラグの温度が約 1 00 °C上昇すると、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場合、水冷パネルからの抜熱が增加するために、炭材及び酸素原単位が更に上昇することになる。

これは、 2次燃焼帯に面した水冷パネルにおいては、水冷パネルへの伝熱が輻射伝熱が主体のために、（燃焼性ガスの温度） ⁴ - ( 水冷パネルの温度） ⁴ にほぼ比例し、スラグに面した水冷パネルにおいては、水冷パネルへの伝熱が対流伝熱が主体のために、（スラグの温度） ― （水冷パネルの温度）にほぼ比例するためである。また、前出の特開平 1 - 502276号公報で提案されている従来技術には下記第 3 の問題がある。図 1 3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を示す縦断面図であり、図 1 4は図 1 3の A - A断面図、図 1 5は図 1 3の B — B断面図である o

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 より比重の軽いスラグ（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 1 1 から、スラグはスラグ溜まり 1 0 を介して出滓口 1 2からそれぞれ連続又は断続的に排出される。

原料投入口 5から投入された鉄原料中の酸化鉄（Fe O及び Fe ₂ 0 ₃ )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、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 ) Fe ₂0₃ + 3 C → 2 Fe+ 3 CO (吸熱反応） … （ 2 ) この溶融還元法においては、式（ 1 ) ，（ 2 ) の還元反応はスラグ 8 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。

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 を貫通してスラグ 8 に向けて配設された下部羽口 13を通じてスラグ 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 / 2 02 -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 の比重はスラグ溜まり 10中の鎮静スラグ 24の比重の l Z 2〜 l / 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。

更に、上記式（ 1 ) ，（ 2 ) ，（ 3 ) によりスラグ 8 中で発生した COガス及び炭材中水素分は、炉体 1 を貫通して泡立ちスラグ 8 の上方の上部空間 16すなわち 2次燃焼帯 16に向けて配設された上部羽口 14を通じて 2次燃焼帯 16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 / 2 02 →C0₂ (発熱反応）一 ( 4 )

H 2 + 1 / 2 02 →H₂0 (発熱反応） ·'· （ 5 ) 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 Π 14を通じて 2次燃焼帯 16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。

炉內 2次燃焼率二 (C0₂ % +H₂0 %) / (C0₂ % +C0% +

H₂0 % + H 2 % ) ■■■ ( 6 ) 但し、（ 6 ) 式中の C0₂ %， C0% , H₂0 % , Η ₂ %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。

炉内 2次燃焼率を上昇させると、 2次燃焼帯 16における式（ 4 ) ， ( 5 ) の反応熱の一部がスラグ 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次燃焼率を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、前述の様に 2次燃焼帯 16における式（ 4 ) , ( 5 ) の反応熱のスラグ 8への移動量を高める、即ちスラグの上下方向の撹拌を十分に行うことが有効であるが、 2次燃焼帯 16からスラグ 8への熱移動は輻射伝熱及び対流伝熱であり、その熱移動量は 2次燃焼帯 16の雰囲気温度とスラグ 8の温度の差の関数でもあるため、溶銑 7 とスラグ 8の温度差を極力小さくし、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、前述の金属を撹拌するために不活性ガスを吹き込む溶銑浴面下の羽口がないために、前述の（ 1 ) 〜（ 5 ) の課題はすべて解決している。

しかるに、図 13〜図 15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。

( a ) 水平断面が長方形の炉体の 2つの長辺 18の各々を前記長辺 18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、スラグ 8 は上下方向（図 13の矢印）、及び水平断面が長方形の炉体の短辺 19方向（図 15の矢印）に流動するものの、水平断面が長方形の炉体の長辺 18方向には殆ど流動しない。

( b ) 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 18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 o

( c ) 更に、原料投入口を複数個にすることで、図 13に示す様に、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。

更に、特開平 1 - 502276号公報で提案されている従来技術には第 4の問題がある。図 28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をもう一つの観点から示す炉体構造の縦断面図であり、図 29は図 28の A - A断面図、図 30は図 28の B— B断面図である。図 28〜30において、図 13〜15と対応する部位には同じ符号を付した。

前述したように、炉内 2次燃焼率を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、 2次燃焼帯 1 6における式（ 4 ) ，（ 5 ) の反応熱のスラグ 8への移動量を高める、即ちスラグの上下方向の撹拌を十分に行うことが有効である。

一方、炉の底面に垂直方向に設けた羽口を通じて溶銑 7及びスラグ 8 に向けてガスを吹き込む場合、そのガス流量の大小に係わらず、ガスは一定の広がり角： 2 Θ (約 20。）であることが、鉄と鋼、 61 (1981) 、 No. 6等より広く知られている。図 29に示すように炉の側面に垂直方向、即ち炉の底面に水平方向に設けた下部羽口 13を通じてスラグ 8 に向けでガスを吹き込む場合も、同様にそのガス流量の大小に係わらず、ガスは一定の広がり角： 2 Θ (約 20° ) であることか、発明者らによる、スラグ 8の代替えに水を使用して行つたモデルテストによっても確認されている。従って、下部羽口 13からスラグ 8浴面までの高さを Hとすると、下部羽口 13から吹き込まれたガスのスラグ 8上面における広がり幅： L ₃ は、 L ₃ = 2 H X tan 0で表せ、このガス広がり幅： L ₃ 内は、十分に撹拌される。従って、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、長方形の炉体の短辺 19に接する部分以外の全域にわたってほぼ均一にスラグを撹拌する、即ち上昇流動を発生するために、下部羽口 13の間隔： L , を下部羽口 13から吹き込まれたガスのスラグ 8上面における広がり幅： L ₃ とほぼ等しくなる様にしている。一方、溶銑 7及びスラグ 8に向けて羽口を通じて水平方向にガスを吹き込む場合、吹き込みガスの水平方向の到達距離： L ₄ は、 Fr 数の（ 1 Z 3 ) 乗に比例することが、鉄と鋼、 61 ( 1975) , No. 4 等より広く知られている。

ここで、 Fr数は以下の式（ 7 ) によって求められる。

Fr数 = { /O g Z ( /o l - p g ) } X

{ V g ² / ( g · d ) } … （ 7 ) 但し、 / o g _: ガス密度 p 1 _: スラグ密度

V g _: ガス噴出速度 d : 羽口径 g ：重力加速度従って、吹き込みガス量を増加する、もしくは羽口径： dを小さくすることにより、ガス噴出速度 V gを増加すれば、吹き込みガスの水平方向の到達距離： L ₄ を大きくすることかできる力吹き込みガス量及びガス圧力の制限により、自ずと限界かある。

従って、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、長方形の炉体の長辺 18に接する部分以外の全域にわたってほぼ均一にスラグを撹拌する、即ち上昇流動を発生するために、炉体の上記下部羽口の高さにおける水平断面の短辺方向の長さ： L 5 を吹き込みガスの水平方向の到達距離の 2倍： 2 X L ₄ とほぼ等しくなる様にしている。それにより、炉体上部の短辺方向の長さに比ベ、下部羽口の高さにおける水平断面の短辺方向の長さを小さくし、炉体の長辺を構成する壁の一部を図 29に示す様に斜面で構成している。

しかるに、図 28〜図 30に示す炉体構造であっても、なお以下の課题を抱えている。

この種の炉体構造は、前述のように炉体の 1 上部に配した原料投入口 5 から炉体内の溶融スラグ 8 中に金属原料、炭材を添加し、スラグ 8 中で金属材料、即ち酸化金属を溶融した後に炭材と還元反応を起こすものであり、その還元反応を促進するためには、スラグ 8 中にスラグ 8 に比べて比重の軽い炭材 20を巻き込み懸濁させることが重要である。

水平断面が長方形の炉体の 2つの長辺 18の各々を前記長辺 18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 Z又は酸素富化ガスを吹き込む構造の場合、炉体 1 の長辺方向断面、即ち図 28に着目すると、前述の様に、下部羽口 13の間隔： L , を下部羽口 13から吹き込まれたガスのスラグ 8上面における広がり幅： L ₃ とほぼ等しくなる様にしているために、炉体の短辺 1 9に接する部分以外の全域にわたってほぼ均一にスラグに上昇流動が発生し、スラグ 8 の浴面部分で炉中心から炉体の短辺 1 9に向かった水平方向の流動が生じ、炉体の短辺 1 9付近で下降流動が生じる。従って、溶融スラグ 8 に比べて比重の軽い炭材 20か、図 28に示す様に、スラグ 8 の浴面部分で炉中心から炉体の短辺 1 9炉に向かった水平方向の流動により炉体の短辺 19方向に押し流され、スラグ 8 の浴面部分の炉体の短辺 1 9付近に浮遊して滞留する。炉体の短辺 1 9付近には、スラグ 8 の下降流動が生じているものの、炉側面、即ち炉体の短辺 19の摩擦抵抗があるため、炭材 20がスラグ 8 の下降流動に乗ってスラグ 8 に巻き込まれるのが阻害されている。

また、炉体 1 の短辺方向断面、即ち図 29に着目すると、スラグ 8 には炉中央部で上昇流動が生じ、スラグ 8 の浴面部分で炉中心から炉体の長辺 18に向かった水平方向の流動が生じ、炉体の長辺 18付近で下降流動が生じる。従って、溶融スラグ 8 に比べて比重の軽い炭材 20が、図 30に示す様に、スラグ 8の浴面部分で炉中心から炉体の長辺 18に向かった水平方向の流動により炉体の長辺 18方向に押し流され、スラグ 8 の浴面部分の炉体の長辺 18付近に浮遊して滞留する。炉体の長辺 18付近には、スラグ 8 の下降流動が生じているものの、炉側面、即ち'炉体の長辺 18の摩擦抵抗があるため、炭材 20がスラグ 8 の下降流動に乗ってスラグ 8 に巻き込まれるのが阻害されている。

この様に、図 30に示すように、スラグ 8 の浴面部分の炉体の長辺 18及び短辺 19の全周にわたって浮遊して滞留する。また、前記 2つの相互作用により、スラグ 8 の浴面部分の炉体の角部 21に、特に大量の炭材 20が浮遊して滞留する傾向がある。

更に、長方形の炉体の短辺 1 9に接する部分以外の全域にわたってほぼ均一にスラグ 8 に上昇流動が発生し、スラグ 8 の浴面部分で炉中心から炉体の短辺 19に向かつた水平方向の流動が生じ、炉体の短辺 1 9付近で下降流動が生じることにより、スラグ 8 の炉体の長辺 18 方向の中央部分の炭材 20の懸濁量が、スラグ 8 の下降流動の乗って炭材 20が下降してくる炉体の短辺 19付近に比べて、特に少ないという問題がある。

上記傾向は、発明者らが、スラグ 8 の代替えに水を、炭材の代替えにコルク等の水よりも比重の軽い材料を使用して行ったモデルテス卜によっても確認されている。

以上の様に、スラグ 8 の浴面部分の炉体の長辺 18及び短辺 1 9の全周にわたって浮遊して滞留することにより、溶融スラグ 8 中に炭材 20を巻き込み懸濁する量が比較的少なく、溶融スラグ 8 中での金属材料、即ち酸化金属と炭材 20との還元反応速度が比較的遅いという問題がある。

また、スラグ 8 の炉体の長辺 18方向の中央部分の炭材 20の懸濁量力、スラグの下降流動に乗って炭材 20が下降してくる炉体の短辺 1 9 付近に比べて、特に少ないことにより、スラグ 8 中での金属材料、即ち酸化金属と炭材 20との還元反応は、炉体の長辺 18方向の中央部分よりも炉体の短辺 19付近の方が大きい傾向にある。還元反応は前述の通り吸熱反応であり、反応時に熱を供給する必要があるか、炉体の短辺 19及び長辺 18が水冷パネル 3で内張りされている炉においては、炉体の短辺 19及び長辺 18付近のスラグは水冷パネル 3 によつて冷却されるため、還元反応が炉体の長辺 18方向の中央部分よりも炉体の短辺 1 9付近の方が大きいのは、好ましくない。

特開平 1 - 502276号公報で提案されている従来技術には第 5 の問題がある。

図 37は、特開平 1 - 502276号公報で提案されている従来技術の炉体構造を更に別の観点から示す縦断面図であり、図 38はその A A 断面図である。

前述したように、上部空間 16から泡立ちスラグ 8へのその熱移動量は、上部空間 1 6の雰面気温度と泡立ちスラグ 8の温度の差の関数であるため、熱移動量を高めるためには、上部空間 16の雰囲気温度と泡立ちスラグ 8 の温度の差がある程度必要となる。

従って、上部空間 16の雰囲気温度と泡立ちスラグ 8の温度差が例えば約 200°Cある場合、上部空間 16の雰囲気温度と泡立ちスラグ 8 の温度差がない場合に比べ、炉から排出される燃焼性ガスの温度を約 200°C上昇するに必要なエネルギーが余分に必要となり、その分だけ炭材及び酸素原単位が上昇することになる。

更に、炉から排出される燃焼性ガスの温度が上記のように約 200 °C上昇すると、炉内面の上部空間 1 6に面した範囲に水冷パネル 3を内張りした場合、水冷パネル 3からの抜熱が増加するために、炭材及び酸素原単位が更に上昇することになる。これは、上部空間 16に面した水冷パネルにおいては、水冷パネル 3への伝熱が輻射伝熱を主体とするために、（燃焼性ガスの温度） ⁴ - （水冷パネルの温度 ) ⁴ にほぼ比例するためである。

また、上部空間 16で式（ 4 ) , ( 5 ) の 2次燃焼を均一に行うために、上部空間 16はある程度の容積が必要となり、上部空間 1 6に面した範囲の水冷パネル 3の面積も必然的にある程度大きくなることで、水冷パネル 3からの抜熱が増加するために、炭材及び酸素原単位が更に上昇することになる。

更に、特開平 1 - 502276号公報で提案されている従来技術には下記の第 6の問題がある。

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厲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

( a ) 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が軽いため、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、前述の下記問題点（ b ) , ( c ) , ( d ) もある。

( b ) スラグ 8 が炉体の長辺 18方向に殆ど流動しない。

( c ) 鉄原料及び炭材濃度に不均一が生じやすく、長辺 18を大きくした場合は、原料投入設備が複数基必要となり、設備費が増加する。

( d ) 原料投入口を複数個にすると、図 13に示すように、粒径の小さい金属原料及び炭材が原料投入口 5からガス排出口 6へ直接飛散しやすい。

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 Z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 一 22461 9号公報、特開昭 62 - 224620号公報、特開昭 62 - 22841 3号公報等で提案されている。

これらの設備及び操業方法は、酸素などのガス及び Z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 - 502276号公報で提案されている従来技術の課題 ( a ) は解決しているものの、金属を撹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、溶融金属の粒か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。

また、特開昭 61 - 279608号公報等で提案されている従来技術の問題点（ 2 ) 〜（ 5 ) は依然として未解決で残されている。発明の開示

本発明の第 1 の目的は、生産量の増減に柔軟に対応でき、溶銑の生産量の増大時において、上記下部羽口の高さにおける水平断面の短辺長さを増大できる溶融還元設備を提供することである。

本発明の第 2の目的は、金属を撹拌するために金属浴面下の羽口からガスを吹き込むことなしに、溶融金属とスラグの界面直上のスラグを撹拌し、スラグと溶融金属の相対速度を増大し、スラグから溶融金属への熱移動量を増大し、結果としてスラグと溶融金属の温度差を小さくする溶融還元設備を提供することである。

本発明の第 3 の目的は、第 1 点として、水平断面が長方形の炉体の長辺方向にもスラグを流動させることで、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な溶融還元設備を提供することである。

本発明の第 3 の目的は、第 2点として、金属を撹拌するために溶銑浴面下の羽口からガスを吹き込むことなしに、溶銑とスラグの界面直上のスラグを撹拌し、スラグと溶銑の相対速度を増大し、スラグから溶銑への熱移動量を増大し、結果としてスラグと溶銑の温度差を小さくする溶融還元設備を提供することである。

本発明の第 4 の目的は、第 1 点として、スラグの浴面部分の炉側面付近、即ち水平断面が長方形の炉体の長辺及び短辺付近に炭材が大量に浮遊して滞留することを防止し、溶融スラグ中に炭材を巻き込み懸濁する量を増加することで、溶融スラグ中での金属材料、即ち酸化金属と炭材との還元反応を促進することが可能な溶融還元設備を提供することである。

本発明の第 4 の目的は、第 2点として、スラグの炉体の長辺方向の中央部分の炭材の懸濁量を増加し、スラグ中の炭材の懸濁濃度を均一化する、もしくは炉体の長辺方向の中央部分の炭材の懸濁濃度を炉体の短辺付近よりも濃くすることで、溶融スラグ中での金属材料、即ち酸化金属と炭材との還元反応を促進することが可能な溶融還元設備を提供することである。

本発明の第 5 の目的は、上部空間の雰囲気温度と泡立ちスラグの温度差を小さくすることにより、燃焼性ガスの顕熱量及び上部空間に面した水冷パネルからの抜熱量を小さくすることで、結果として炭材及び酸素原単位を減少させることを可能とす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である。本発明の第 6の目的は、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である。

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。

第 1 の目的を達成するために、第 1 発明によれば、水平断面が長方形の炉本体に金厲原料、炭材及び媒溶剤を添加し、長方形の炉体の 2つの長辺の各々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ノ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設備において、炉体の底面の短辺方向の中心付近に底部羽口を配し、該底部羽口から溶融金属中に不活性ガスを吹き込む如くなしたことを特徴とする溶融還元設備の炉体構造が提供される。

望ましくは、溶融金属及びスラグの合計高さ： H、下部羽口を通じてスラグ中に吹き込まれる吹込みガスの水平方向の到達距離： L 3 、底部羽口から吹き込まれるガスの広がり角： 2 とすると、炉体の上記下部羽口の高さにおける水平断面の短辺方向の長さ： L , を 2 x L ₃ < L , ≤ 2 ( L 3 + H X t an θ ) にする。

第 1 本発明の溶融還元炉の炉体構造においては、炉体の底面の短辺方向の中心付近に底部羽口を配し、該底部羽口から溶銑中に不活性ガスを吹き込む如くなしたことにより、下部羽口の高さにおける水平断面の短辺方向の長さ即ち炉体の短辺方向の長さを増大でき、下部羽口の高さにおける水平断面の短辺方向の長さ即ち炉体の長辺方向の長さを増大せずに溶銑生産量の増大が可能となる。これにより以下の利点がある。 ( 1 ) 工場建築物内の配置が容易になる。

( 2 ) 炉体及び耐火物の熱膨張吸収が容易になる。

( 3 ) 水平断面が長方形の炉体の長辺方向の反応の均一性確保が容易に'よる。

第 2の目的を達成するために、第 2発明によれば、炉本体に金属原料、炭材及び媒溶剤を添加し、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ド部羽口を通じてスラグ中に酸素及び Z 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設備において、前記下部羽口の下方であって、炉内のスラグと ¾融金属の界面に相当する位置までの炉体側壁部に、水平から下向きに 0 〜45 ° 指向せしめた最下段羽口を配設し、該最下段羽口より不活性ガスを吹き込む如くなしたことを特徴とする溶融還元設備の炉体構造が提供される。

第 2本発明の溶融還元炉の炉体構造においては、下部羽口の下方であって、炉内のスラグと溶融金属の界面に相当する位置までの炉体側壁部に、水平から下向きに 0〜45 ° 指向せしめた最下段羽口を配設し、該最下段羽口より不活性ガスを吹き込む如くなしたことにより、金属を撹拌するために金属浴面下の羽口からガスを吹き込むことなしに、溶融金属とスラグの界面直上のスラグを撹拌し、スラグと溶融金属の相対速度を増大し、スラグから溶融金属への熱移動量を増大し、結果としてスラグと溶融金属の温度差を小さくすることが可能となる。これにより以下の利点が得られる。

( 1 ) スラグと溶融金属の温度差が小さくなり、その分だけスラグと炉から排出される燃焼性ガスの温度を低下でき、その熱量の分だけ炭材及び酸素原単位が低下する。

( 2 ) スラグと炉から排出される燃焼性ガスの温度を低下でき、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場合には、水冷パネルの抜熱量が低下し、その熱量の分だけ炭材及び酸素原単位が低下する。

( 3 ) 炉から排出される燃焼性ガスの温度を低下でき、炉内面の 2次燃焼帯に面した範囲に耐火物を内張りした場合には、耐火物の損耗速度を低減できることで、補修又は張り替えの頻度が低下する ο

( 4 ) 溶融金属の粒がスラグ中に吹き上げられることがないため、下部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ることがなく、還元速度向上即ち生産速度が向上する

( 5 ) 溶融金属の粒がスラグ中に吹き上げられることがないため、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及び下部羽口を水冷構造にでき、半永久的に使用できることで、耐火物、羽ロコスト及び補修、交換のための操業停止頻度が激減する o

( 6 ) 金属浴面下の羽口が必要でないため、耐火物、羽口コスト及び補修、交換のための操業停止頻度が激減する。

第 3 の目的を達成するために、第 3発明によれば、水平断面が長方形の炉本体に金属原料、炭材、及び媒溶剤を添加し、炉体の長辺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、溶融金属を直接製造する設備において、前記下部羽ロを炉体の長辺に直角方向から横向きに原料投入口と反対方向に 15〜 45。指向せしめたことを特徴とする溶融還元設備の炉体構造が提供される。

第 3本発明の溶融還元炉の炉体構造においては、下部羽口を炉体の長辺に直角方向から横向きに原料投入口と反対方向に 15〜 45 ° 指向せしめた。これにより以下の利点が得られる。 ( 1 ) 水平断面が長方形の炉体の長辺方向に原料投人口と反対方向に下部羽口より上方のスラグを流動させることで、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、原料投入設備を 1 基とすることができ

、設備費が削減される。

( 2 ) 原料投入口を 1 個にすることで、原料投人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つてガス排出口へ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。

更に、下部羽口より下方のスラグは、前記下部羽口より上方のスラグと反対方向、即ち原料投入口の方向に流動することとなり、金属を撹拌するために金属浴面下の羽口からガスを吹き込むことなしに、溶銑とスラグの界面直上のスラグを流動させ、スラグと溶銑の相対速度を増大し、スラグから溶銑への熱移動量を増大し、結果としてスラグと溶融金属の温度差を小さくすることが可能となる。これにより以下の利点が得られる。

( 3 ) スラグと溶銑の温度差が小さくなり、その分だけスラグと炉から排出される燃焼性ガスの温度を低下でき、その熱量の分だけ炭材及び酸素原単位が低下する。

( ) スラグと炉から排出される燃焼性ガスの温度を低下でき、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場合には、水冷パネルの抜熱量が低下し、その熱量の分だけ炭材及び酸素原単位が低下する。

( 5 ) 炉から排出される燃焼性ガスの温度を低下でき、炉内面の 2次燃焼帯に面した範囲に耐火物を内張りした場合には、耐火物の損耗速麼を低減できることで、補修又は張り替えの頻度が低下する

( 6 ) 溶融金属の粒がスラグ中に吹き上げられることがないため、下部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ることがなく、還元速度向上、即ち生産速度が向上す o

( 7 ) 溶融金属の粒がスラグ中に吹き上げられることかないため、スラグの熱容量及び熱伝導率か小さくなり、スラグに接する炉壁及び下部羽口を水冷構造にでき、半永久的に使用できることで、耐火物、羽口コスト及び補修、交換のための操業停止頻度が激減する o

( 8 ) 金属浴面下の羽口が必要でないため、耐火物、羽口コスト及び補修、交換のための操業停止頻度が激減する。

第 4 の目的を達成するために、第 4 発明によれば、第 1 の観点においては、水平断面が長方形の炉本体に金厲原料、炭材、及び媒溶剤を添加し、炉体の長辺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、溶融金属を直接製造する設備において、下部羽口からスラグ浴面までの高さを H、下部羽口から吹き込まれるガスの広がり角を 2 0 とすると、長方形の炉体の長辺方向の中央部分の 2対の下部羽口の間隔： L ₆ を 2 x H x t an ^ < L 6 ≤ 6 x H x t an 0 とすると共に、長方形の炉体の短辺に最も近い下部羽口から前記炉体の短辺までの距離： L ₂ を L ₂ ≤ H X tan 0 とすることを特徴とする溶融還元設備の炉体構造が提供される。

もしくは、第 2の観点においては、下部羽口の間隔： L , を 2 X H X tan ^ < L！ ≤ 4 x H x t an 0 とすると共に、長方形の短辺に最も近い下部羽口から長方形の炉体の短辺までの距離： L ₂ を L ₂ ≤ H x tan 0 とする。

もしくは、第 3 の観点においては、下部羽口を通じてスラグ中に吹き込まれる吹き込みガスの水平方向の到達距離を L ₄ とすると、炉体の上記下部羽口の高さにおける水平断面の短辺方向の長さ： L を 2 x L ₄ < L ≤ 4 X L とすると共に、長方形の炉本体の長辺を垂直壁で構成する。

もしくは、第 4 の観点においては、前記下部羽口の上方であって、炉内のスラグ上面に相当する位置までの長方形の炉体の長辺及び /又は短辺に、水平方向にスラグに向けてガスを吹き込むノズルを設ける。

もしくは、第 5 の観点においては、水平断面か長方形の炉本体の角部を面取りした、もしくは丸みをつける。

第 4 本発明の第 1 の観点によれば、下部羽口からスラゲ浴面までの高さを H、下部羽口から吹き込まれるガスの広がり角を 2 0 とすると、長方形の炉体の長辺方向の中央部分の 2対の下部羽口の間隔： L _s を 2 x H x tan ^ < L ≤ 6 x H x tan Θ とすると共に、長方形の炉体の短辺に最も近い下部羽口から前記炉体の短辺までの距離： L ₂ を L ₂ ≤ H X tan 0 とすることにより、炉体の短辺付近でスラグの上昇流動が発生し、炉体の長辺方向の中央部分にスラグの下降流動が発生し、スラグの浴面部分では、炉体の短辺から炉体の長辺方向の中央部分に向けた水平方向の流動が発生する。これにより、スラグに比べて比重の軽い炭材か、スラグの浴面部分で炉体の短辺から炉体の長辺方向の中央部分に向かった水平方向の流動により炉体の長辺方向の中央方向に押し流され、スラグの浴面部分の炉体の長辺方向の中央付近に浮遊する。炉体の長辺方向の中央付近に浮遊した炭材は、炉側面の摩擦抵抗がないため、比較的容易に炉体の長辺方向の中央付近のスラグの下降流動に乗って、スラグ中に巻き込まれ、スラグ中の炭材懸濁量が増加する。 ― 第 2の観点によれば、下部羽口の問隔： L , を 2 X H X tan Θ < L , ≤ 4 X H X tan S とすると共に、下部羽口から長方形の炉体の短辺までの距離： L ₂ を L ₂ ≤ H X t an とすることにより、各々の下部羽口の真上付近及び炉体の短辺付近でスラグの上昇流動が発生し、各々の下部羽口間の中央部分にスラグの下降流動が発生し、スラグの浴面部分では、各々の下部羽口の真上付近から各々の下部羽口間の中央付近に向けた水平方向の流動が発生する。これにより、スラグに比べて比重の軽い炭材が、スラグの浴面部分で各々の下部羽口の真上付近から各々の下部羽口間の中央付近に向かった水平方向の流動により各々の下部羽口間の中央付近に押し流され、スラグの浴面部分の各々の下部羽口間の中央付近に浮遊する。各々の下部羽口間の中央付近に浮遊した炭材は、炉側面の摩擦抵抗がないため、比較的容易に各々の下部羽口間の中央付近のスラグの下降流動に乗って、スラグ中に巻き込まれ、スラグ中の炭材懸濁量が増加する o

第 3の観点によれば、下部羽口を通じてスラグ中に吹き込まれる吹き込みガスの水平方向の到達距離を L ₄ とすると、炉体の上記下部羽口の高さにおける水平断面の短辺方向の長さ： L ₅ を 2 x L ₄ < L 5 ≤ 4 X L 4 とすることにより、炉体の長辺付近でスラグの上昇流動が発生し、炉体の短辺方向の中央部分にスラグの下降流動が発生し、スラグの浴面部分では、炉体の長辺から炉体の短辺方向の中央部分に向けた水平方向の流動が発生する。これにより、スラグに比べて比重の軽い炭材が、スラグの浴面部分で炉体の長辺から炉体の短辺方向の中央部分に向かった水平方向の流動により炉体の短辺方向の中央方向に押し流され、スラグの浴面部分の炉体の短辺方向の中央付近に浮遊する。炉体の短辺方向の中央付近に浮遊した炭材は、炉側面の摩擦抵抗がないため、比較的容易に炉体の短辺方向の中央付近のスラグの下降流動に乗って、スラグ中に巻き込まれ、スラグ中の炭材懸濁量が増加する。

第 4 の観点によれば、前記下部羽口の上方であって、炉内のスラグ上面に相当する位置までの長方形の炉体の長辺及び/又は短辺に、水平方向にスラグに向けてガスを吹き込むノズルを設けたことにより、スラグに比べて比重の軽い炭材が、スラグの浴面部分で長方形の炉体の長辺及びノ又は短辺から炉体の中央に向かって押し流され、炉側面の摩擦抵抗がないため、比較的容易にスラグの下降流動に乗って、スラグ中に巻き込まれ、スラグ中に懸濁する。

第 5の観点によれば、水平断面が長方形の炉本体の角部を面取りした、もしくは丸みをつけたことにより、特に大量の炭材が滞留する傾向があるスラグの浴面部分の炉体の角部面積を減少することで、スラグの浴面部分に浮遊する炭材量を減少し、スラグ中に懸濁する炭材量を相対的に増加する。

以上により、以下の利点が得られる。

( 1 ) スラグの浴面部分の炉側面付近、即ち水平断面が長方形の炉体の長辺及び短辺付近に炭材が浮遊して滞留することを防止し、溶融スラグ中に炭材を巻き込み懸濁する量を増加することで、溶融スラグ中での金属材料、即ち酸化金属と炭材との還元反応を促進することが可能となる。

( 2 ) スラグの炉体の長辺方向の中央部分の炭材の懸濁量を増加し、スラグ中の炭材の懸濁濃度を均一化することで、溶融スラグ中での金属材料、即ち酸化金属と炭材との還元反応を均一化することが可能となる。

( 3 ) もしくは、炉体の長辺方向の中央部分の炭材の懸濁濃度を炉体の短辺付近よりも濃くすることで、水冷パネルによって冷却されない炉体の長辺方向の中央部分の炭材の還元速度を、水冷パネルによって冷却される炉体の短辺 17付近よりも大きくすることが可能と 7よる。

第 5の目的を達成するために、第 5発明によれば、第 1 の観点においては、水冷パネルに内張りされた炉本体に金属原料、炭材、及び媒溶剤を添加し、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むと共に、炉体を貫通して配設された上部羽口及び/ 又は上部ランスを通じて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方法において、前記下部羽口の上方であつて、炉内のスラグの上面に相当する高さまでの位置に、前記上部羽口及び Z又は上部ランスの先端を配置し、炉内のスラグ中に酸素及び Z又は酸素富化ガスを吹き込むことを特徴とする溶融還元設備の操業方法が提供される。

また、第 2 の観点においては、水冷パネルに内張りされた炉本体に金属原料、炭材、及び媒溶剤を添加し、炉体の側面を水平方法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 Z又は酸素富化ガスを吹き込むと共に、炉体を貫通して配設された上部羽口及びノ又は上部ランスを通じて酸素及び Z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設備において、前記下部羽口から出滓口までの高さを H , 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： H ₃ を H . く H ₃ < 3 X H , としたことを特徴とする溶融還元設備の炉体構造が提供される。

本発明の溶融還元炉の炉体構造においては、下部羽口の上方であつて、炉内のスラグの上面に相当する高さまでの位置に、上部羽口及び Z又は上部ランスの先端を配置したことにより、泡立ちスラグで発生した COガス及び炭材中水素分が、前記上部羽口を通じてスラグ中に吹き込まれる酸素によって、スラグ中で 2次燃焼することにより、上部空間からスラグへの熱移動が必要なくなり、結果として、金属を撹拌するために金属浴面下の羽口からガスを吹き込むことなしに、スラグと燃焼性ガスの温度差を小さくすることが可能となる。これにより以下の利点が得られる。

( 1 ) スラグと燃焼性ガスの温度差が小さくなり、その分だけ炉から排出される燃焼性ガスの温度を低下でき、その熱量の分だけ炭材及び酸素原単位が低下する。

( 2 ) 炉から排出される燃焼性ガスの温度を低下でき、炉内面の上部空間に面した範囲の水冷パネルの抜熱量が低下し、その熱量の分だけ炭材及び酸素原単位が低下する。

( 3 ) 2次燃焼反応がスラグ中で行われることにより、上部空間を小さくすることが可能となり、炉内面の上部空間に面した範囲の水冷パネルの抜熱量が低下し、その熱量の分だけ炭材及び酸素原単位が低下する。それと共に、炉体高さを小さくすることが可能となり、設備費が安価となる。

( ) 溶融金属の粒がスラグ中に吹き上げられることがないため、下部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ることがなく、還元速度向上、即ち生産速度が向上す o

♦ ( 5 ) 溶融金属の粒がスラグ中に吹き上げられることがないため、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及び下部羽口を水冷構造にでき、半永久的に使用できることで、耐火物、羽口コスト及び補修、交換のための操業停止頻度が激減する

第 6の目的を達成するために、第 6発明によれば、第 1 の観点においては、炉本体に金属原料、炭材、及び媒溶剤を添加し、溶融金厲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ノ又は金属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が提供される。

望ましくは、第 1 の観点において、炭材及び Z又は金属原料を事前に篩い分けし、粉状の炭材及び/又は金属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/又は金属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。

また、第 2の観点においては、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 H , とすると、前記下部羽口から前記上部羽口及び Z又は上部ランスの先端までの高さ： H ₃ を H ! < H ₃ < 3 X H , としたことを特徴とする溶融還元設備の炉体構造が提供される。

望ましくは、第 2の観点において、 1 つの原料投入ロを炉本体上面の長辺方向の一方の端部に配設し、粉状の炭材及びノ又は金属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する。

望ましくは、第 2の観点において、 2つの原料投入ロ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 Z又は金厲原料を吹き込むランスを長辺方向の中心に配設する。

第 6本発明の溶融還元設備の操業方法及びその炉体構造によれば以下の利点が得られる。

( 1 ) 粉状の炭材、及び z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ヒ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 z 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

Z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 Z又は鉄原料の歩留まりが格段に向上する。

( 2 ) 1 つの原料投入ロ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、設備費が削减される。

( 3 ) 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。

( 4 ) 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、スラグのみを撹拌するため、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ることがなく、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。

( 5 ) 溶融金属の粒か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 は、第 1 発明による溶融還元設備の炉体構造の一実施態様を示す横断面図であり、

図 2は、図 1 の炉体構造の縦断面図であり、

図 3は、特開平 1 - 502276号公報に提案されている従来技術の炉体構造を示す横断面図であり、

図 4 は、短辺方向長さを増大した図 3の炉体構造を示す横断面図であり、

図 5 は、第 2発明による溶融還元設備の炉体構造の一実施態様を示す横断面図であり、

図 6 は、図 5の炉体構造の縦断面図であり、

図 7は、第 2発明による溶融還元設備の炉体構造の別の実施態様を示す横断面図であり、

図 8 は、図 7の下部羽口と最下段羽口を一体化した羽口部分の拡大断面図であり、

図 9 は、特開平 1 - 502276号公報に提案されている従来技術の炉体構造を別の観点から示す横断面図であり、

図 1 0は、第 3発明による溶融還元設備の炉体構造の一実施態様を示す縦断面図であり、

図 1 1は、図 1 0の線 A — Aにおける断面図であり、

図 1 2は、図 1 0の線 B _ Bにおける断面図であり、

図 1 3は、特開平 1 - 502276号公報に提案されている従来技術の炉体構造を別の観点から示す縦断面図であり、

図 1 4は、図 1 3の線 A — Aにおける横断面図であり、

図 1 5は、図 1 3の線 B — Bにおける断面図であり、

図 1 6は、第 4発明の第 1 観点による溶融還元設備の炉体構造の一実施態様を示す縱断面図であり、

図 1 7は、図 1 6の線 A — Aにおける断面図であり、

図 1 8は、図 1 6の線 B — Bにおける断面図であり、

図 1 9は、第 4発明の第 2観点による溶融還元設備の炉体構造の一実施態様を示す縦断面図であり、

図 20は、図 1 9の線 A — Aにおける断面図であり、

図 21は、図 1 9の線 B — Bにおける断面図であり、

図 22は、第 4発明の第 3観点による溶融還元設備の炉体構造の一実施態様を示す縦断面図であり、

図 23は、図 22の線 A — Aにおける断面図であり、

図 24は、図 22の線 B — Bにおける断面図であり、

図 25は、第 4発明の第 4観点及び第 5観点による溶融還元設備の炉体構造の一実施態様を示す縦断面図であり、

図 26は、図 25の線 A — Aにおける断面図であり、

図 27は、図 25の線 B — Bにおける断面図であり、

図 28は、特開平 1 - 502276号公報に提案されている従来技術の炉体構造を別の観点から示す縦断面図であり、

図 29は、図 28の線 A — Aにおける断面図であり、

図 30は、図 28の線 B — Bにおける断面図であり、図 3 1は、第 5発明による溶融還元設備の炉体構造の一実施態様を示す縦断面図であり、

図 32は、図 3 1の線 A - Aにおける断面図であり、

図 33は、第 5発明による溶融還元設備の炉体構造の別の実施態様を示す縦断面図であり、

図 34は、図 33の線 A — Aにおける断面図であり、

図 35は、第 5発明による溶融還元設備の炉体構造の更にもう一つの実施態様を示す縱断面図であり、

図 36は、図 35の線 A — Aにおける断面図であり、

図 37は、特開平 1 - 502276号公報に提案されている従来技術の炉体構造を別の観点から示す縦断面図であり、

図 38は、図 37の線 A — Aにおける断面図であり、

図 39は、第 6発明による溶融還元設備の炉体構造の一実施態様を示す縦断面図であり、

図 40は、図 39の線 A — Aにおける断面図であり、

図 4 1は、図 39の線 B — Bにおける断面図であり、

図 42は、第 6発明による溶融還元設備の炉体構造の他の実施態様を示す縦断面図であり、

図 43は、図 42の線 A - Aにおける断面図であり、

図 44は、図 42の線 B — Bにおける断面図である。発明を実施するための最良の形態

実施例 1

第 1 発明の一実施例を説明する。

図 1 は、第 1 発明による溶融還元設備の炉体構造を示す横断面図で、図 2は図 1 の炉体構造の縦断面図である。図 3 は特開平 I - 50 2276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^ 示す横断面図である。図 4 は図 3の従来技術の溶融還元設備において、炉体の下部羽口の高さにおける水平断面の短辺方向の長さを增大した場合の炉体構造を示す横断面図である。

炉体構造及び炉内での反応について、先に行なつた従来技術の説明との重複を敢えて避けずに、以下に説明する。

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 に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 1 1から、スラグはスラグ溜まり 10を介して出滓口 12から、それぞれ連綾的に排出される。

原料投入口 5から投入された鉄原料中の酸化鉄（FeO及び Fe ₂0₃ )は、同じく原料投人口 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 o

FeO + C → Fe + CO (吸熱反応） … （ 1 ) Fe ₂0₃ + 3 C → 2 Fe + 3 CO (吸熱反応） … （ 2 ) この溶融還元法においては、式（ 1 ) , ( 2 ) の還元反応は泡立ちスラグ 8 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。

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 / 2 0 2 →C0 (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。さらに、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 16に向けて配設された上部羽口 14を通じて 2次燃焼帯 16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 / 202 →C0₂ (発熱反応） .·' （ 4 )

Η ₂ + 1 / 202 →Η₂0 (発熱反応） ." （ 5 ) 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 16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 = (C0₂ % + H₂0 % ) / (CO2 %+C0% +

H2O % + H ₂ % ) … （ 6 ) 但し、（ 6 ) 式中の C0₂ %, C0%, H₂0 %, H ₂ %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。

炉内 2次燃焼率を上昇させると、 2次燃焼帯 16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。

この 2次燃焼帯から泡立ちスラグ 8への熱移動量を大きくするためには、前述のように、泡立ちスラグ 8の上下方向の撹拌を十分に行うことが必要であるが、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では、図 3に示すように、長方形の炉体の 2つの長辺の各々を水平方向に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中に純酸素及び Z又は酸素富化ガスを吹き込むため、この吹込みガスの水平方向の到達距離： L ₃ とすると、炉体の上記下部羽口の高さにおける水平断面の短辺方向の長さ：は、 ≤ 2 L としてい

L , を L , > 2 X L にした場合、図 4 に示すように、下部羽口 1 3を通じて泡立ちスラグ 8中に吹き込まれる純酸素及び Ζ又は酸素富化ガスが、炉体の上記下部羽口の高さにおける水平断面の短辺方向の中心に到達せずに、短辺方向の中心付近の泡立ちスラグ 8が十分に撹拌されないという問題が生じる。

一方、溶銑 7及び泡立ちスラグ 8 に向けて垂直方向に配設された底部羽口 15を通じてガスを吹き込む場合、そのガス流量の大小に係わらず、ガスは一定の広がり角： 2 Θ (約 20° ) であることが、鉄と鋼、 61 ( 1981 ) , No. 6等より広く知られている。

従って、溶銑 7及びスラグ 8の合計高さ： Hとすると、底部羽口 15から吹き込まれたガスのスラグ 8上面における広がり幅： L ₄ は、 L = 2 H X tan 0で表せ、このガス広がり幅： L ₄ 内は十分に撹拌される。

そこで、図 1 に示す本発明に係わる溶融還元設備の炉体構造においては、炉体の底面の短辺方向の中心付近に底部羽口を配し、該底部羽口から溶銑中に不活性ガスを吹き込む如くなしたことで、炉体の上記下部羽口の高さにおける水平断面の短辺方向の長さ： L , を 2 X L X L , < 2 X ( L H X tan Θ ) にした場合でも、前述の下部羽口の高さにおける水平断面の短辺方向の中心付近の泡立ちスラグ 8が十分に掼拌される。

以下の表 1 に、下部羽口の高さにおける必要水平断面積： S = 50 m ² 、下部羽口 13から吹き込まれたガスの水平方向の到達距離： L 3 二 1.3m、溶銑 7及びスラグ 8 の高さ： H = 5 mの時の、従来技術及び本発明に係わる溶融還元設備の炉体寸法の 1 例を示す。

従来技術本発明下部羽口の高さにおける必要水平 50 m ² 50 m ² 断面積： S = L , X L ₂

下部羽口 13から吹き込まれたガスの 1.3m 1.3m 水平方向の到達距離： L 3

底部羽口 15から吹き込まれたガスの 1.7m スラグ 8上面における広がり幅

： L 4 = 2 H X tan Θ

下部羽口の高さにおける水平断面の 2.5m

短辺方向の長さ： L ,

下部羽口の高さにおける水平断面の 20 m 12 m 長辺方向の長さ： L 2 また、長方形の炉体 1 の 2つの長辺を水平方向に貫通してスラグ 8 に向けて配設された下部羽口 13を通じて、スラグ中に酸素及び Z

M C

又は酸素富化ガスを吹き込んで溶銑又は溶銑を直接製造する設備においては、前述の式（ 3 ) の発熱反応に必要な酸素は、専ら下部羽口 13から吹き込まれるため、底部羽口 15から吹き込まれるガスは専らスラグ 8及び溶銑 7の撹拌に寄与すればよく、酸素を含ませる必要はない。

一方、底部羽口 15から溶銑中に吹き込むガスに酸素を含ませると、溶銑中の金属鉄分の再酸化を招くおそれもある。従って、本発明においては、底部羽口 15から不活性ガス（例えば窒素、アルゴン等 ) を吹き込む構成としている。また、図 2に示す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、炉内の溶銑 7の上面から出銑口 11までの高さ： H_ml、炉内の溶銑 7の上面から出滓口 12までの高さ： H _{s i}、及び炉内の溶銑 7の上面から炉内の泡立ちスラグ 8 までの高さ： H _{s 2} は、以下の式の関係がある。

H _{s l} = H_{m l} x Y_m /Y _{s l} … （ 7 )

H _{s 2}= H_{m l} x Y_m / Y _{s 2} - ( 8 ) 但し、 Y_m ：溶銑 7の比重

Y _s■ ：スラグ溜まり 10中の鎮静したスラグ 17の比重

Y _s 2 ：炉内の泡立ちスラグ 8の比重

また、炉内の溶銑 7及びスラグ 8の合計高さ： H、及び炉内の溶銑 7の高さ： H _{m 2}と炉内の溶銑 7の上面から炉内の泡立ちスラグ 8 までの高さ： H _{s 2}は、以下の式の関係がある。

H = H_m2+ H _{s 2} -- ( 9 ) 従って、炉底から出銑口 11までの高さ： H_m, + H_m2、及び炉底から出滓口 12までの高さ： H _{s l}+ H_m2を変更しなければ、炉内の溶銑 7及び泡立ちスラグ 8の合計高さ： Hは一定に保たれる。

本発明の溶融還元炉の炉体構造においては、炉体の底面の短辺方向の中心付近に底部羽口を配し、該底部羽口から溶銖中に不活性ガスを吹き込む如くなしたことにより、下部羽口の高さにおける水平断面の短辺方向の長さ即ち炉体の短辺方向の長さを増大でき、下部羽口の高さにおける水平断面の長辺方向の長さ即ち炉体の長辺方向の長さを増大することなしに溶銑の生産量の増大が可能となる。

これにより、以下の効果が得られる。

• 工場建築物内の配置が容易になる。

■ 炉体及び耐火物の熱膨張吸収が容易になる。

• 水平断面が畏方形の炉体の長辺方向の反応の均一性確保が容易になる。

• 底部羽ロを通じて溶銑中に不活性ガスを吹き込むことにより、溶銑中に常に還元性雰囲気に保持され、鉄分の再酸化がない。

実施例 2

第 2発明の 2つの実施例を説明する。

図 5 は、本発明による溶融還元設備の 1 実施例の炉体構造を示す横断面図であり、図 6 は図 5 の炉体構造の縦断面図である。図 7 は、本発明による溶融還元設備の別の実施例の炉体構造を示す横断面図であり、図 8 は、その下部羽口と最下段羽口を一体化した羽口部分の拡大断面図である。図 9 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を別の観点から示す横断面図である。

まず、図 5、図 6 を用いて第 2発明の実施例について説明する。図 1 、図 2 と対応する部位には同じ符号を付した。

前記のように、炉内 2次燃焼率を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 16における式 ( 4 ) , ( 5 ) の反応熱のスラグ 8への移動量を高める、即ちスラグの上下方向の撹拌を十分に行うことが有効であるが、 2次燃焼帯 1 6からスラグ 8への熱移動量は 2次燃焼帯 16の雰囲気温度とスラグ 8 の温度の差の関数でもあるため、溶融金属 7 とスラグ 8 の温度差を極力小さくし、スラグ 8 の温度を下げることも極めて有効であるそこで、図 5 に示す第 2発明による溶融還元設備では、前記下部羽口の下方であって、炉内のスラグと溶融金属の界面に相当する位置までの炉体側壁部に、水平から下向きに 0〜45° 指向せしめた最下段羽口 17を配設し、該最下段羽口 17から不活性ガスを吹き込む如くなしたことにより、スラグ 8 と溶融金属 7の界面直上のスラグを撹拌し、スラグ 8 と溶融金属 7の相対速度を増加し、スラグ 8 から溶融金属 7への熱移動量を増加する。

最下段羽口 17の下向き角度に関しては、発明者らが実施したモデルテストの結果から、 45^D 以上にすると溶融金属 8 の最下段羽口 17 から吹き込まれた不活性ガスと接触する部分に窪みが発生し、溶融金属 7 の粒がスラグ 8 中に吹き込げられること、及びスラグ 8 と溶融金属 7の界面から最下段羽口 17までの高さ方向の距離が小さい場合には、下向き角度が 0 ° であってもスラグ 8 と溶融金属 7の界面直上のスラグは十分に撹拌されることが確認されたので、最下段羽口 17の下向き角度は 0〜45° の範囲にすることが好ましい。

図 9 で示す特開平 1 - 502276号公報で提案された従来技術では、下部羽口 13から吹き込まれる酸素及び/又は酸素富化ガスが溶融金属 7 と直接接触することを避けるため、下部羽口 13はスラグ 8 と溶融金属 7 の界面から約 1000mm上方に配設されている。

また、最下段羽口 17は水冷構造にし半永久的に使用可能とした方が好ましいので、溶融金属 7上面の泡立ちを考慮して、最下段羽口 17はスラグ 8 と溶融金属 7の界面から約 200〜1000匪上方に配設されるのが好ましい。

実施例 3

次に図 7、図 8 を用いて、第 2発明の別の実施例について説明すこれは、下部羽口 13と最下段羽口 17を一体化した例であり、この一体化した水冷構造の羽口は、前述のように下部羽口 13から吹き込まれる酸素が溶融金属 7 と直接接触することを避けるため、スラグ 8 と溶融金属 7の界面から約 1000關上方に配設されている。

下部羽口 13から吹き込まれる酸素即ち前記反応式（ 3 ) に必要な酸素は、前述のように溶融金属 7 と直接接触することを避けるため、水平方向に向けてスラグ中に吹き込まれ、一方、最下段羽口 17から吹き込まれる不活性ガスは、スラグ 8 と溶融金属 7の界面直上のスラグを撹拌するために、水平から下向きに指向せしめて吹き込まれる。

この時の最下段羽口 17の下向き角度に関しては、スラグ 8 と溶融金厲 7の界面から最下段羽口 17までの高さ方向の距離が 1000mmと大きいため、 30〜45。の範囲にすることが好ましい。

表 2 に、特開平 1 - 502276号公報で提案された従来技術、及び第 2発明に係わる溶融還元設備の炭材及び酸素原単位の 1 例を示す。

表 2 従来技術本発明溶融金属温度 C) 約 1400 約 1400 スラグ温度 C) 約 1500 約 1400 溶融金属とスラグの温度差（°c) 約 100 約 0 炉からの燃焼性ガス温度 C) 約 1700 約 1600 水冷パネル抜熱量指数 100 83 炭材原単位指数 100 93 酸素原単位指数 100 89 第 2本発明の溶融還元炉の炉体構造においては、前記下部羽口の下方であって、炉内のスラグと溶融金属の界面に相当する位置までの炉体側壁部に、水平から下向きに 0〜45。指向せしめた最下段羽口を配設し、該最下段羽口より不活性ガスを吹き込む如くなしたことにより、スラグと溶融金属の界面真上のスラグを撹拌し、スラグと溶融金属の相対速度を増加し、スラグから溶融金属への熱移動量を増加し、結果としてスラグと溶融金属の温度差を小さくすることが可能となる。これにより、以下の効果が得られる。 • スラグと溶融金属の温度差が小さくなり、その分だけスラグと炉から排出される燃焼性ガスの温度を低下でき、その熱量の分だけ炭材及び酸素原単位が低下する。

• スラグと炉から排出される燃焼性ガスの温度を低下でき、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場合には、水冷パネルの抜熱量が低下し、その熱量の分だけ炭材及び酸素原単位が低下する。

• 炉から排出される燃焼性ガスの温度を低下でき、炉内面の 2次燃焼帯に面した範囲に耐火物を内張りした場合には、耐火物の損耗速度を低減できることで、補修又は張り替えの頻度が低下する。

• 溶融金属の粒がスラグ中に吹き上げられることがないため、下部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ることがなく、還元速度向上即ち生産速度が向上する。

• 溶融金属の粒がスラグ中に吹き上げられることがないため、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及び下部羽口を水冷構造にでき、半永久的に使用できることで、耐火物、羽口コスト及び補修、交換のための操業停止頻度か激減する。

' 金属浴面下の羽口が必要でないため、耐火物、羽口コスト及び補修、交換のための操業停止頻度が激減する。

実施例 4

図 10は、第 3発明による溶融還元設備の 1 実施例の炉体構造を示す縦断面図であり、図 1 1は図 1 0の A - A断面図、図 12は図 1 0の B - B断面図である。

この溶融還元設備においては、水平断面が長方形の炉体 1 に金属原料、炭材、及び媒溶剤を添加し、炉体の長辺 1 8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 1 3を通じてスラグ 8 中に酸素及び又は酸素富化ガスを吹き込んで、溶銑 7 を直接製造する設備において、前記下部羽口 13を炉体の長辺に直角方向から横向きに、原料投入口 5 と反対方向の角度 0が 15〜45。の範囲になるように指向せしめている。

それにより、下部羽口 1 3より上方のスラグは、水平断面が長方形の炉体の長辺 18方向に原料投入口 5 と反対方向に流動する。

更に、下部羽口 13より下方のスラグは、前記下部羽口より上方のスラグと反対方向、即ち原料投入口 5 の方向に流動することとなり、金属を撹拌するために金属浴面下の羽口からガスを吹き込むことなしに、溶銑 7 とスラグ 8 の界面直上のスラグ 8 を撹拌し、スラグ 8 と溶銑 7 の相対速度を増大し、スラグ 8 から溶銑 7への熱移動量を培大する。

下部羽口 13の横向き角度に関しては、発明者らが実施したモデルテストの結果から、 6>を 45° 以上にすると、下部羽口 13を通じてスラグ 8 中に吹き込まれる酸素及び/又は酸素富化ガスの気泡が炉体 1 の短辺 19方向の中心部まで到達せずに、前記短辺 1 9方向の中心部が十分に撹拌されないこと、及び、 Θを 15。以下にすると、下部羽口 13より上方のスラグの炉体の長辺 18方向に原料投入口 5 と反対方向への流動が十分に発生しないことが確認されたので、下部羽口 13 の横向き角度は 15〜45 ° の範囲にすることが好ましい。

表 3 に、特開平 1 一 502276号公報で提案された従来技術及び第 3 発明に係わる溶融還元設備の試験操業における炭材及び酸素原単位の 1 例を示す。

試験条件は以下の通りである。

炉体面積（下部羽口 1 3の高さにおける水平断面の面積）： 20m ² 下部羽口 13の横向き角度 0 ：本発明 30° 、従来技術 0 ° 溶融金属原料種類：鉄鉱石

炭材種類：石炭表 3

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。

本発明の溶融還元炉の炉体構造においては、炉本体に金属原料、炭材、及び媒溶剤を添加し、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、溶融金属を直接製造する設備において、下部羽ロを炉体の側面に直角方向から横向きに原料投入口と反対方向に 15〜45° 指向せしめた。これにより以下の効果が得られる。

• 水平断面が長方形の炉体の長辺方向に原料投入口と反対方向に下部羽口より上方のスラグを流動させることで、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、原料投入設備を 1 基とすることができ、設備費が削減される。

• 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ガス排出口へ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。

更に、下部羽口より下方のスラグは、前記下部羽口より上方のスラグと反対方向、即ち原料投入口の方向に流動することとなり、金属を撹拌するために金属浴面下の羽口からガスを吹き込むことなしに、溶銑とスラグの界面直上のスラグを流動させ、スラグと溶銑の相対速度を増大し、スラグから溶銑への熱移動量を増大し、結果としてスラグと溶融金属の温度差を小さくすることが可能となる。これにより、以下の効果が得られる。

• スラグと溶銑の温度差が小さくなり、その分だけスラグと炉から排出される燃焼性ガスの温度を低下でき、その熱量の分だけ炭材及び酸素原単位が低下する。

' スラグと炉から排出される燃焼性ガスの温度を低下でき、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場合には、水冷パネルの抜熱量が低下し、その熱量の分だけ炭材及び酸素原単位が低下する。

' 炉から排出される燃焼性ガスの温度を低下でき、炉内面の 2次燃焼帯に面した範囲に耐火物を内張りした場合には、耐火物の損耗速度を低減できることで、補修又は張り替えの頻度が低下する。

• 溶融金属の粒がスラグ中に吹き上げられることがないため、下部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ることがなく、還元速度向上、即ち生産速度が向上する。

• 溶融金属の粒がスラグ中に吹き上げられることかないため、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及び下部羽口を水冷構造にでき、半永久的に使用できることで、耐火物、羽口コスト及び補修、交換のための操業停止頻度が激減する。

- 金属浴面下の羽口が必要でないため、耐火物、羽口コスト及び補修、交換のための操業停止頻度が激減する。

実施例 5

図 1 6は、第 4 発明の第 1 の観点による溶融還元設備の 1 実施例の炉体構造を示す縦断面図であり、図 17は図 1 6の A - A断面図、図 18 は図 1 6の B— B断面図である。

この溶融還元設備においては、下部羽口 1 3上方にスラグ 8 の上昇流動が発生する。

下部羽口からスラグ浴面までの高さを H、下部羽口から吹き込まれるガスの広がり角を 2 » とすると、下部羽口 1 3から吹き込まれたガスのスラグ 8上面における広がり幅： L ₃ は、 L = 2 H X t an 0で表せる。

ここで、炉体の長辺方向の断面、即ち図 1 6に着目すると、炉体の長辺方向の中央部分の 2対の下部羽口の間隔： L ₆ を L ₃ < L 3 X L とすることにより、炉体の長辺方向の中央部分にスラグ 8 の下降流動が発生する。ここで、炉体の長辺方向の中央部分の 2対の下部羽口の間隔： L ₆ を L ₃ < L ≤ 3 L と規定したのは、 L ≤ L とする場合には、炉体の長辺方向の中央部分の 2対の下部羽口から吹き込まれたガスのスラグ 8上面における広がりが相互に重なることにより、炉体の長辺方向の中央部分にスラグ 8 の上昇流が発生してしまい、下降流動が発生しないためである。逆に、 L > 3 X L とする場合には、炉体の長辺方向の中央部分に流動しない部分ができてしまうためである。

一方、下部羽口 13から長方形の炉体の短辺 19までの距離： L ₂ を L ≤ L Z 2 としていることにより、下部羽口 13から長方形の炉体の短辺 19までの範囲は、下部羽口 13から吹き込まれたガスのスラグ 8上面における広がり幅の範囲内となり、炉体の短辺 1 9付近でスラグ 8 の上昇流動が発生し、スラグ 8 の浴面部分では、炉体の短辺 1 9から炉体の長辺方向の中央部分に向けた水平方向の流動が発生す。

これにより、スラグ 8 に比べて比重の軽い炭材 20が、スラグ 8 の浴面部分で炉体の短辺 1 9から炉体の長辺方向の中央部分に向かった水平方向の流動により、炉体の長辺方向の中央方向に押し流され、スラグ 8の浴面部分の炉体の長辺方向の中央付近に浮遊する。炉体の長辺方向の中央付近に浮遊した炭材は、炉側面の摩擦抵抗かないため、比較的容易に炉体の長辺方向の中央付近のスラグ 8 の下降流動に乗って、スラグ 8 中に巻き込まれ、炉体の長辺方向の中央付近のスラグ 8 中の炭材 20の懸濁量が増加する。

上記傾向は、発明者らが、スラグ 8 の代替えに水を、炭材の代替えにコルク等の水よりも比重の軽い材料を使用して行ったモデルテストによって、確認されている。

実施例 6

図 1 9は、第 4発明の第 2の観点による溶融還元設備の 1 実施例の炉体構造を示す縦断面図であり、図 20は図 1 9の A - A断面図、図 21 は図 1 9の B — B断面図である。

ここで、炉体の長辺方向の断面、即ち図 1 9に着目すると、下部羽口 1 3の間隔：を L ₃ < L！ ≤ 2 X L とすることにより、各々の下部羽口 1 3間の中央部分にスラグ 8 の下降流動が発生する。ここで、下部羽口の間隔： L , を L ₃ < L , ≤ 2 X L と規定したのは、 L ！ ≤ L とする場合には、下部羽口 1 3から吹き込まれたガスのスラグ 8上面における広がりが相互に重なることにより、各々の下部羽口 13間の中央部分にスラグ 8 の上昇流が発生してしまい、下降流動が発生しないためである。逆に、 L , > 2 X L ₃ とする場合には、各々の下部羽口 13間の中央部分に流動しない部分ができてしまうためである。

一方、下部羽口 13から長方形の炉体の短辺 19までの距離： L ₂ を L 2 ≤ L 3 2 とすることにより、下部羽口 13から長方形の炉体の短辺 19までの範囲は、下部羽口 13から吹き込まれたガスのスラグ 8 上面における広がり幅の範囲内となり、炉体の短辺 19付近でスラグ 8 の上昇流動が発生する。

従って、スラグ 8 の浴面部分では、炉体の短辺 19付近及び各々の下部羽口 13の真上付近から各々の下部羽口 13間の中央付近に向けた水平方向の流動が発生する。

これにより、スラグ 8 に比べて比重の軽い炭材 20が、スラグ 8 の浴面部分で炉体の短辺 19付近及び各々の下部羽口 13の真上付近から各々の下部羽口 13間の中央付近に向かった水平方向の流動により、各々の下部羽口 13間の中央付近に押し流され、スラグ 8 の浴面部分の各々の下部羽口 13間の中央付近に浮遊する。各々の下部羽口 13間の中央付近に浮遊した炭材 20は、炉側面の摩擦抵抗がないため、比較的容易に各々の下部羽口 13間の中央付近のスラグ 8 の下降流動に乗って、スラグ 8 中に巻き込まれ、下部羽口 13間の中央付近のスラグ 8 中の炭材 20の懸濁量が増加する。

実施例 7

図 22は、第 4 発明の第 3 の観点による溶融還元設備の 1 実施例の炉体構造を示す縦断面図であり、図 23は図 22の A - A断面図、図 24 は図 22の B— B断面図である。

ここで、炉体の短辺方向の断面、即ち図 23に着目すると、下部羽口 1 3を通じてスラグ 8 中に吹き込まれる吹込みガスの水平方向の到達距離を L ₄ とすると、炉体の上記下部羽口 1 3の高さにおける水平断面の短辺方向の長さ： L ₅ を 2 x L ₄ < L ₅ ≤ 4 X L とすることにより、炉体の短辺方向の中央部分にスラグ 8 の下降流動が発生する。ここで、炉体の上記下部羽口 1 3の高さにおける水平断面の短辺方向の長さ： L ₅ を 2 X L ₄ < L ≤ 4 X L と規定したのは、 L ≤ 2 X L とする場合には、下部羽口 1 3から吹き込まれたガスのスラグ 8上面における広がりが相互に重なることにより、炉体の短辺方向の中央部分にスラグ 8 の上昇流が発生してしまい、下降流動が発生しないためである。逆に、 L ₅ > 4 X L とする場合には、炉体の短辺方向の中央部分に流動しない部分ができてしまうためである。

一方、長方形の炉本体の長辺を垂直壁で構成したことにより、炉体の長辺 1 8付近でスラグ 8 の上昇流動が発生し、炉体の短辺方向の中央部分にスラグ 8 の下降流動が発生し、スラゲ 8 の浴面部分では、炉体の長辺 1 8から炉体の短辺方向の中央部分に向けた水平方向の流動が発生する。

これにより、スラグ 8 に比べて比重の軽い炭材 20が、スラグ 8の浴面部分で炉体の長辺 1 8から炉体の短辺方向の中央部分に向かった水平方向の流動により炉体の短辺方向の中央方向に押し流され、スラグ 8 の浴面部分の炉体の短辺方向の中央付近に浮遊する。炉体の短辺方向の中央付近に浮遊した炭材 20は、炉側面の摩擦抵抗がないため、比較的容易に炉体の短辺方向の中央付近のスラグ 8 の下降流動に乗って、スラグ 8 中に巻き込まれ、スラグ 8 中の炭材 20の懸濁量が増加する。

実施例 8

図 25は、第 4 発明の第 4 および第 5 の観点による溶融還元設備の 1 実施例の炉体構造を示す縦断面図であり、図 26は図 25の A - A断面図、図 27は図 25の B - B断面図である。

この溶融還元設備においては、前記下部羽口 1 3の上方であって、炉内のスラグ 8 の上面に相当する位置までの長方形の炉体の長辺 1 8 及び Z又は短辺 1 9に、水平方向にスラグ 8 に向けてガスを吹き込むノズル 22を設けたと共に、水平断面が長方形の炉本体の角部 23を面取りしている。

従って、スラグ 8 に比べて比重の軽い炭材 20が、水平方向にスラグ 8 に向けて設けたノズル 22から吹き込まれたガスにより、スラグ 8の浴面部分で長方形の炉体の長辺 1 8及びノ又は短辺 1 9から炉体 1 の中央に向かって押し流され、炉側面の摩擦抵抗がないため、比較的容易にスラグ 8 の下降流動に乗って、スラグ 8 中に巻き込まれ、スラグ 8 中の炭材 20の懸濁量が増加する。

一方、特に大量の炭材が滞留する傾向があるスラグの浴面部分の炉体の角部 23面積を減少することで、スラグ 8 の浴面部分に浮遊する炭材 20の量を減少し、スラグ 8 中に懸濁する炭材 20の量を相対的に増加する。

上記傾向は、発明者らが、スラグ 8の代替えに水を、炭材の代替えにコルク等の水よりも比重の軽い材料を使用して行ったモデルテストによって、確認されている。前記の実施例は、鉄の還元の場合について説明したか、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。

第 4 本発明の第 1 の観点による溶融還元炉の炉体構造においては、下部羽口からスラグ浴面までの高さを H、下部羽口から吹き込まれるガスの広がり角を 2 Θ とすると、長方形の炉体の長辺方向の中央部分の 2対の下部羽口の間隔： L ₆ を 2 x H x tan 0 < L ₆ ≤ 6 X H X tan 0 とすると共に、長方形の炉体の短辺に最も近い下部羽口から前記炉体の短辺までの距離： L ₂ を L ₂ ≤ H X tan 0 とすることにより、炉体の短辺付近でスラグの上昇流動が発生し、炉体の長辺方向の中央部分にスラグの下降流動が発生し、スラグの浴面部分では、炉体の短辺から炉体の長辺方向の中央部分に向けた水平方向の流動が発生する。これにより、スラグに比べて比重の軽い炭材力、スラグの浴面部分で炉体の短辺から炉体の長辺方向の中央部分に向かった水平方向の流動により炉体の長辺方向の中央方向に押し流され、スラグの浴面部分の炉体の長辺方向の中央付近に浮遊する。炉体の長辺方向の中央付近に浮遊した炭材は、炉側面の摩擦抵抗がないため、比較的容易に炉体の長辺方向の中央付近のスラグの下降流動に乗って、スラグ中に巻き込まれ、スラグ中の炭材懸濁量が増加する。

第 4発明の第 2の観点においては、下部羽口の間隔： L , を 2 X H X tan ^ < L ) ≤ 4 x H x tan 0 とすると共に、下部羽口から長方形の炉体の短辺までの距離： L ₂ を L ₂ ≤ H X tan 0 とすることにより、各々の下部羽口の真上付近及び炉体の短辺付近でスラグの上昇流動が発生し、各々の下部羽口間の中央部分にスラグの下降流動が発生し、スラグの浴面部分では、各々の下部羽口の真上付 i斤から各々の下部羽口間の中央付近に向けた水平方向の流動が発生する。これにより、スラグに比べて比重の軽い炭材が、スラグの浴面部分で各々の下部羽口の真上付近から各々の下部羽口間の中央付近に向かった水平方向の流動により各々の下部羽口間の中央付近に押し流され、スラグの浴面部分の各々の下部羽口間の中央付近に浮遊する。各々の下部羽口間の中央付近に浮遊した炭材は、炉側面の摩擦抵抗がないため、比較的容易に各々の下部羽口間の中央付近のスラグの下降流動に乗って、スラグ中に巻き込まれ、スラグ中の炭材の懸濁量が増加する。

第 4 発明の第 3 の観点においては、下部羽口を通じてスラグ中に吹き込まれる吹込みガスの水平方向の到達距離を L ₄ とすると、炉体の上記下部羽口の高さにおける水平断面の短辺方向の長さ： L ₅ を 2 x L ₄ < L ≤ 4 L とすることにより、炉体の長辺付近でスラグの上昇流動が発生し、炉体の長辺方向の中央部分にスラグの下降流動が発生し、スラグの浴面部分では、炉体の長辺から炉体の短辺方向の中央部分に向けた水平方向の流動が発生する。これにより、スラグに比べて比重の軽い炭材が、スラグの浴面部分で炉体の長辺から炉体の短辺方向の中央部分に向かった水平方向の流動により炉体の短辺方向の中央方向に押し流され、スラグの浴面部分の炉体の短辺方向の中央付近に浮遊する。炉体の短辺方向の中央付近に浮遊した炭材は、炉側面の摩擦抵抗がないため、比較的容易に炉体の短辺方向の中央付近のスラグの下降流動に乗って、スラグ中に巻き込まれ、スラグ中の炭材懸濁量が増加する。

第 4 の発明の第 4 の観点においては、前記下部羽口の上方であつて、炉内のスラグ上面に相当する位置までの長方形の炉体の長辺及び/又は短辺に、水平方向にスラグに向けてガスを吹き込むノズル ^設けたことにより、スラグに比べて比重の軽い炭材が、スラグの浴面部分で長方形の炉体の長辺及び z又は短辺から炉体の中央に向かって押し流され、炉側面の摩擦抵抗がないため、比較的容易にスラグの下降流動に乗って、スラグ中に巻き込まれ、スラグ中の炭材の懸濁量が増加する。

第 4 発明の第 5 の観点においては、水平断面が長方形の炉本体の角部を面取りした、もしくは丸みをつけたことにより、特に大量の炭材が滞留する傾向があるスラグの浴面部分の炉体の角部面積を減少することで、スラグの浴面部分に浮遊する炭材量を減少し、スラグ中に懸濁する炭材量を相対的に増加する。

以上により、以下の効果が期待できる。

• スラグの浴面部分の炉側面付近、即ち水平断面が長方形の炉体の長辺及び短辺付近に炭材が浮遊して滞留することを防止し、溶融スラグ中に炭材を巻き込み懸濁する量を増加することで、溶融スラグ中での金属材料、即ち酸化金属と炭材との還元反応を促進することが可能となる。

• スラグの炉体の長辺方向の中央部分の炭材の懸濁量を増加し、スラグ中の炭材の懸濁濃度を均一化することで、溶融スラグ中での金属材料、即ち酸化金属と炭材との還元反応を均一化することが可能となる。

■ もしくは、炉体の長辺方向の中央部分の炭材の懸濁濃度を炉体の短辺付近よりも濃くすることで、水冷パネルによって冷却されなぃ炉体の長辺方向の中央部分の炭材の還元速度を、水冷パネルによつて、冷却される炉体の短辺付近よりも大きくすることが可能となる o

実施例 9

図 31は、第 5発明による溶融還元設備の 1 実施例の炉体構造を示す縦断面図であり、図 32は図 31の A - A断面図である。炉内 2次燃焼率を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、式（ 4 ) ，（ 5 ) の反応熱の泡立ちスラグ 8への移動量を高めることが有効であるが、本実施例においては、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位置までの炉体 1 の側面に、前記下部羽口を配設し、炉内のスラグ中に酸素及び/又は酸素富化ガスを吹き込むようになしたことにより、式（ 4 ) ，（ 5 ) の 2次燃焼反応が泡立ちスラグ 8 中で行われ、その 2次燃焼反応熱が直接泡立ちスラグ 8 を加熱するため、スラグ中における（ 4 ) , ( 5 ) の 2次燃焼反応で発生し上部空間 1 6に抜けていく燃焼性ガスと泡立ちスラグ 8 の温度差は殆どなくなる。

次に図 31及び図 32を用いて、本実施例における炉内の泡立ちスラグ 8 の上面の高さについて説明する。

本実施例では出銑口 1 1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。

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から出銑口 12までの高さ： H , 、下部羽口 13から泡立ちスラグ 8 の上面までの高さ： H ₂ は、以下の式の関係がある ο

H , = H ₂ r 2 / r . - ( 7 ) 但し、ァ，：スラグ溜まり 10中の鎮静スラグ 17の比重

7 2 ：炉内の泡立ちスラグ 8 の比重

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 中に気泡か対流するため、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： 7 ！はスラグ溜まり 10中の鎮静スラグ 24の比重： 7 ₂ の 1 Z 2〜 1 Z 3 となる。従って、下部羽口 13から出銑口 12までの高さ： H , は下部羽口 13から泡立ちスラグ 8の上面までの高さ： H ₂ 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。

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： H ₃ を H】 < H 3 < 3 X H , としたことにより、上部羽口 14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。

実施例 10

図 33は、第 5発明による溶融還元設備の別の実施例の炉体構造を示す縦断面図であり、図 34は図 33の A - A断面図である。

図 33、図 34を用いて、第 5発明の別の実施例について説明する。この実施例では、上部ランス 25を炉内のスラグの上面より上方の炉体 1 の側面から下向きに斜めに挿入し、前記上部羽口 14の先端を、前記下部羽口の上方であって、炉内のスラグの上面までの高さに位置せしめ、炉内のスラグ中に酸素及び又は酸素富化ガスを吹き込むようになしている。

実施例 11

図 35は、第 5発明による溶融還元設備の更にもう一つの実施例の炉体構造を示す断面図であり、図 36は図 35の A - A断面図である。図 35、図 36を用いて、第 5発明の更にもう一つの実施例について説明する。

この実施例では、上部ランス 25を炉体 1 の上面から下向きに垂直に挿入し、前記上部羽口 14の先端を、前記下部羽口の上方であって、炉内のスラグの上面までの高さに位置せしめ、炉内のスラグ中に酸素及び Z又は酸素富化ガスを吹き込むようになしている。実施例 10及び 1 1においても、炉内のスラグ中に酸素及び/又は酸素富化ガスを引き込むようになしているため、式（ 4 ) ， ( 5 ) の 2次燃焼反応が泡立ちスラグ 8 中で行われ、その 2次燃焼反応熱が直接泡立ちスラグ 8 を加熱するため、スラグ中における（ 4 ) ， ( 5 ) の 2次燃焼反応で発生し上部空間 16に抜けていく燃焼性ガスと泡立ちスラグ 8 の温度差は殆どなくなる。

実施例 10および 1 1においても、下部羽口 13から上部ランス 25の先端までの高さを（ 1 〜 3 ) X H , としたことにより、上部ランス 25 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。

また、実施例 10及び 1 1においては、上部ランス 25の修繕等を考慮して、前記上部羽口 14を上昇及び下降自在とすることが好ましい。表 4 に、特開平 1 - 502276号公報で提案された従来技術、及び本発明に係わる溶融還元設備の炭材及び酸素原単位の 1 例を示す。燃焼性ガスの熱量は約 16 %、水冷パネル抜熱量は約 38 %減少し、結果として、炭材原単位は約 14 %、酸素原単位は 22%減少する効果があつこ

表 4 L 従来技術本発明スラグ温度 C ) 約 1 , 500 約 1 , 500 炉からの燃焼性ガス温度（）

燃焼性ガスとスラグの温度差（て）約 200 約 0 燃焼性ガス熱量指数 100 84 水冷パネル抜熱量指数 100 62 炭材原単位指数 100 86 酸素原単位指数 100 78 本実施例は、鉄の還元の場合について説明したが、本発明か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。

また、本実施例は、炉体の水平断面が長方形の溶融還元設備の場合について説明したが、本発明が炉体の水平断面が円形の溶融還元設備の場合についても適用されることは言うまでもない。

以上のように第 5 発明においては、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も位置に、上部羽口の先端を配設したことにより、泡立ちスラグで発生した C Oガス及び炭材中水素分が、前記上部羽口を通じてスラグ中に吹き込まれる酸素によつて、スラグ中で 2次燃焼することにより、上部空間からスラグへの熱移動が必要なくなり、結果として、金属を撹拌するために金属浴面下の羽口からガスを吹き込むことなしに、スラグと燃焼性ガスの温度差を小さくすることが可能となる。これにより、以下の効果が期待できる。

• スラグと燃焼性ガスの温度差が小さくなり、その分だけ炉から排出される燃焼性ガスの温度を低下でき、その熱量の分だけ炭材及び酸素原単位が低下する。

• 炉から排出される燃焼性ガスの温度を低下でき、炉内面の上部空間に面した範囲の水冷パネルの抜熱量が低下し、その熱量の分だけ炭材及び酸素原単位が低下する。

• 2次燃焼反応がスラグ中で行われることにより、上部空間を小さくすることが可能となり、炉内面の上部空間に面した範囲の水冷パネルの抜熱量が低下し、その熱量の分だけ炭材及び酸素原単位が低下する。それと共に、炉体高さを小さくすることが可能となり、設備費が安価となる。 • 溶融金属の粒がスラグ中に吹き上げられることがないため、下部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ることがなく、還元速度向上、即ち生産速度が向上する。

• 溶融金属の粒がスラグ中に吹き上げられることがないため、スラグの熱容量及び熱伝導率か小さくなり、スラグに接する炉壁及び下部羽口を水冷構造にでき、半永久的に使用できることで、耐火物、羽口コスト及び補修、交換のための操業停止頻度が激減する。

• 金属浴面下の羽口が必要でないため、耐火物、羽口コスト及び補修、交換のための操業停止頻度が激減する。

実施例 1 2

図 39は、第 6 発明による溶融還元設備の 1 実施例の炉体構造を示す縦断面図であり、図 40は図 39の A — A断面図であり、図 4 1は図 39 の B - B断面図である。

この溶融還元設備においては、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 1 8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 1 3を通じて泡立ちスラグ 8 中に酸素及び Z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。

粉状の炭材を吹き込むランス 26及び粉状の鉄原料を吹き込むランス 27は、長辺方向のガス排出口 6 と同じ側の端部の短辺 1 9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 26及び鉄原料吹込ランス 27の先端は、前記下部羽口 1 3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設されている。炭材は、篩い分け装置 30— aによって、塊状の炭材（約 2隱以上 ) と粉状の炭材（約 2 mm以下）に分級される。塊状の炭材は、各々ホッパー 31— a に装入され、コンベア一 32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 33— a に装入され、吹込配管 34 - a によって搬送され、前記炭材吹込ランス 26を介して炉体 1 内の泡立ちスラグ 8 内に吹き込まれる。

鉄原料は、篩い分け装置 30 - bによって、塊状の鉄原料（約 2 以上）と粉状の鉄原料（約 2 ram以下）に分級される。塊状の鉄原料は、各々ホッパー 31— bに装入され、コンベア一 32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 33— bに装入され、吹込配管 34 - bによって搬送され、前記鉄原料吹込ランス 27を介して炉体 1 内の泡立ちスラグ 8 内に吹き込まれる。

次に図 39を用いて、本実施例における炉内の泡立ちスラグ 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 1 3から出滓口 1 2までの高さ：、下部羽口 1 3から泡立ちスラグ 8 の上面までの高さ '· H ₂ は、以下の式の関係がある

H , = H 2 X r 2 / r . "- ( 7 ) 但し、 7 , ：スラグ溜まり 10中の鎮静スラグ 25の比重

r 2 ：炉内の泡立ちスラグ 8 の比重

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：ァ，はスラグ溜まり 10中の鎮静スラグ 24の比重： Ί 1 の 1 / 2〜 1 Z 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： H 2 は下部羽口 13から出銑口 12までの高さ： H , 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。

本実施例においては、下部羽口 13からランス 26， 27の先端までの高さ： H ₃ を H ₃ > H , としたことにより、炭材吹込ランス 26及び鉄原料吹込ランス 27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： H ₃ を H ₃ < 3 X H！、即ち H ₃ < H ₂ としたことにより、炭材吹込ランス 26及び鉄原料吹込ランス 27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： H ₃ を H , < H 3 < 3 X H , としたことにより、炭材吹込ランス 26及び鉄原料吹込ランス 27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。

実施例 13

図 42は、第 6 発明による溶融還元設備の別の実施例の炉体構造を示す縦断面図であり、図 43は図 42の A - A断面図であり、図 44は図 42の B — B断面図である。

この溶融還元設備においては、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 18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 1 3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。

粉状の炭材を吹き込むランス 26及び粉状の鉄原料を吹き込むランス 27は、長辺方向の中心部位の長辺 1 8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 26及び鉄原料吹込ランス 27の先端は、前記下部羽口 1 3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。本実施例においても、下部羽口 1 3からランス 26, 27の先端までの高さ： H ₃ を H , < H 3 < 3 X H , としたことにより、炭材吹込ランス 26及び鉄原料吹込ランス 27の先端は、下部羽口 1 3の上方であつて、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。

以上のように第 6発明においては、以下の効果が得られる。

• 粉状の炭材、及び Z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、及びノ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 Z乂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 Z又は鉄原料の歩留まりが格段に向上する。

• 1 つの原料投入ロ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、原料投入設備か 1 基となり、設備費が削減される。

• 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。

• 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、スラグのみを撹拌するため、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ることがなく、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。

• 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。

Claims

請求の範囲

1 . 水平断面が長方形の炉本体に金属原料、炭材及び媒溶剂を添加し、長方形の炉体の 2つの長辺の各々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ノ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設備において、炉体の底面の短辺方向の中心付近に底部羽口を配し、該底部羽口から溶融金属中に不活性ガスを吹き込む如くなしたことを特徴とする溶融還元設備の炉体構造。

2 . 請求項 1 の溶融還元設備において、溶融金属及びスラグの合計高さ： H、下部羽口を通じてスラグ中に吹き込まれる吹込みガスの水平方向の到達距離： L ₃ 、底部羽口から吹き込まれるガスの広力り角： 2 0 とすると、炉体の上記下部羽口の高さにおける水平断面の短辺方向の長さ：を 2 x L ₃ < L ！ ≤ 2 ( L 3 + H X t an 9 ) にしたことを特徴とする請求項 1 記載の溶融還元設備の炉体構造。

3 . 炉本体に金属原料、炭材及び媒溶剤を添加し、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ノ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設備において、前記下部羽口の下方であって、炉内のスラグと溶融金属の界面に相当する位置までの炉体側壁部に水平から下向きに 0〜45。指向せしめた最下段羽口を配設し、該最下段羽口より不活性ガスを吹き込む如くなしたことを特徴とする溶融還元設備の炉体構造。

4 . 水平断面が長方形の炉本体に金属原料、炭材、及び媒溶剤を添加し、炉体の長辺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 Ζ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設備において、前記下部羽ロを炉体の長辺に直角方向から横向きに原料投入口と反対方向に 15〜45° 指向せしめたことを特徴とする溶融還元設備の炉体構造。

5. 水平断面が長方形の炉本体に金属原料、炭材、及び媒溶剤を添加し、炉体の長辺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 Z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設備において、下部羽口からスラグ浴面までの高さを H、下部羽口から吹き込まれるガスの広がり角を 2 0 とすると、長方形の炉体の長辺方向の中央部分の 2対の下部羽口の間隔： L ₆ を 2 x H x tan ^ < L 6 ≤ 6 x H x tan eとすると共に、長方形の炉体の短辺に最も近い下部羽口から前記炉体の短辺までの距離： L ₂ を L ₂ ≤ H x tan 6» とすることを特徴とする溶融還元設備の炉体構造。

6. 水平断面が長方形の炉本体に金属原料、炭材、及び媒溶剤を添加し、炉体の長辺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、溶融金属を直接製造する設備において、下部羽口からスラグ浴面までの高さを H、下部羽口から吹き込まれるガスの広がり角を 2 0 とすると、下部羽口の間隔： L , を 2 x H x tan^ < L , ≤ 4 X H X tan0 とすると共に、長方形の炉体の短辺に最も近い下部羽口から前記炉体の短辺までの距離： L ₂ を L ₂ ≤ H X tan 0 とすることを特徴とする溶融還元設備の炉体構造。

7. 水平断面が長方形の炉本体に金属原料、炭材、及び媒溶剤を添加し、炉体の長辺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 Z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設備において、下部羽口を通じてスラグ中に吹き込まれる吹き込みガスの水平方向の到達距離を L ₄ とすると、炉体の上記下部羽口の高さにおける水平断面の短辺方向の長さ： L ₅ を 2 X L ₄ < L ≤ 4 X L とすると共に、長方形の炉本体の長辺を垂直壁で構成することを特徴とする溶融還元設備の炉体構造。

8 . 水平断面が長方形の炉本体に金厲原料、炭材、及び媒溶剤を添加し、炉体の長辺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 Z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設備において、前記下部羽口の上方であって、炉内のスラグ上面に相当する位置までの長方形の炉体の長辺及び Z又は短辺に、水平方向にスラグに向けてガスを吹き込むノズルを設けたことを特徴とする溶融還元設備の炉体構造。

9 . 水平断面が長方形の炉本体に金属原料、炭材、及び媒溶剤を添加し、炉体の長辺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、溶融金属を直接製造する設備において、水平断面が長方形の炉本体の角部を面取りした、もしくは丸みをつけたことを特徴とする溶融還元設備の炉体構造。

1 0. 請求項 5 の溶融還元設備の炉体構造において、請求項 7 の溶融還元設備の炉体構造の特徴を付加したことを特徴とする溶融還元設備の炉体構造。

1 1 . 請求項 6 の溶融還元設備の炉体構造において、請求項 7 の溶融還元設備の炉体構造の特徴を付加したことを特徴とする溶融還元設備の炉体構造。

12. 請求項 8 の溶融還元設備の炉体構造において、請求項 9 の溶融還元設備の炉体構造の特徴を付加したことを特徴とする溶融還元設備の炉体構造。

1 3. 請求項 5 の溶融還元設備の炉体構造において、請求項 8及び 9の何れか一方又は双方の溶融還元設備の炉体構造の特徴を付加したことを特徴とする溶融還元設備の炉体構造。

1 4. 請求項 6の溶融還元設備の炉体構造において、請求項 8及び 9の何れか一方又は双方の溶融還元設備の炉体構造の特徴を付加したことを特徵とする溶融還元設備の炉体構造。

1 5. 請求項 7の溶融還元設備の炉体構造において、請求項 8及び 9の何れか一方又は双方の溶融還元設備の炉体構造の特徴を付加したことを特徴とする溶融還元設備の炉体構造。

1 6. 水冷パネルに内張りされた炉本体に金属原料、炭材、及び媒溶剤を添加し、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むと共に、炉体を貫通して配設された上部羽口及び/又は上部ランスを通じて酸素及び Z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方法において、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、前記上部羽口及び又は上部ランスの先端を配置し、炉内のスラグ中に酸素及び Z又は酸素富化ガスを吹き込むことを特徴とする溶融還元設備の操業方法。

1 7. 水冷パネルに内張りされた炉本体に金属原料、炭材、及び媒溶剤を添加し、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 Z又は酸素富化ガスを吹き込むと共に、炉体を貫通して配設された上部羽口及び/又は上部ランスを通じて酸素及び Z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設備において、前記下部羽口から出滓口までの高さを H i とすると、前記下部羽口から前記上部羽口及び Z乂は上部ランスの先端までの高さ： H ₃ を < H 3 < 3 H , としたことを特徴とする溶融還元設備の炉体構造。

1 8. 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 F'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ノ又は金属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。

1 9. 請求項 1 8の溶融還元設備の操業方法において、炭材及び Z又は金属原料を事前に篩い分けし、粉状の炭材及び Z又は金属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 Z又は金属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。

20. 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とすると、前記下部羽口から前記上部羽口及びノ又は上部ランスの先端までの高さ： H ₃ を H , < H < 3 X H , としたことを特徴とする溶融還元設備の炉体構造。

21 . 請求項 20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、粉状の炭材及びノ又は金属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。

22. 請求項 20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/又は金属原料を吹き込むランスを長辺方向の中心に配設したとを特徴とする溶融還元設備の炉体構造。