JP2012246514A - 還元鉄の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】低コストで回転炉床炉の保温性を向上することができる還元鉄の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る還元鉄の製造方法は、回転炉床式加熱還元炉Ａ内に可燃物粉体Ｋを導入して燃焼させ、炭素質還元剤及び酸化鉄含有物質を含む原料混合物を加熱し還元することにより還元鉄を製造することを特徴とする。可燃物粉体の灰分の含有率は１．３重量％以下であることが好ましく、当該可燃物粉体の例としてはバイオマス又は褐炭等が挙げられる。
【選択図】図２
【解決手段】本発明に係る還元鉄の製造方法は、回転炉床式加熱還元炉Ａ内に可燃物粉体Ｋを導入して燃焼させ、炭素質還元剤及び酸化鉄含有物質を含む原料混合物を加熱し還元することにより還元鉄を製造することを特徴とする。可燃物粉体の灰分の含有率は１．３重量％以下であることが好ましく、当該可燃物粉体の例としてはバイオマス又は褐炭等が挙げられる。
【選択図】図２
Description
本発明は、還元鉄の製造方法に関するものである。
近年天然ガスの代わりに石炭を還元剤として用い酸化鉄と共に塊成化して、回転炉床炉（ＲＨＦ）に投入し還元鉄（ＤＲＩ）を製造するという方法が、特に製鉄所内ダストをリサイクル使用する方法として多く採用されている。
回転炉床炉の保温性の向上のために、当該回転炉床炉内の火炎の輻射率や放射率を向上する方法が提案されている。例えば、バーナーに金属粉を吹き込むことで、当該バーナーによる火炎の輻射率を向上させる方法がある（例えば特許文献１参照）。
また、ガラス溶解炉において、ガラス原料からなる粉体をバーナーに供給することで放射率を向上させる方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。さらに、灰溶融炉において、バーナーに灰を吹き込むことで放射率を向上させる方法が提案されている（例えば特許文献３参照）。
高温に加熱された回転炉床炉内の雰囲気から被加熱物への伝熱は対流伝熱と輻射伝熱とによって行われるが、炉内流束はそれほど高くなく、また伝熱面積も限られるため、輻射伝熱が主となっている。
輻射伝熱は、炉壁による固体輻射とガスによる気体輻射とに分類される。ガス輻射は、主としてＣＯ２，Ｈ２Ｏによるものであるが、壁面輻射率が０．７〜０．９程度あるのに対して、ガス輻射率は０．３程度と小さく、ガスによる気体輻射は炉壁からの固体輻射に比べて低くなる。
一方、気体燃料以外の液体や固体を燃料として使用するバーナー（重油バーナー、微粉炭バーナー等）では、燃料から炭素の微粒子（いわゆる、すす）が生成され、当該すすが高温に熱せられることでバーナーガスからの気体輻射にすすからの固体輻射が重畳され、火炎の輻射率が高くなるという特徴がある。
しかしながら、燃料として重油を使用した場合、燃料中に含まれる硫黄分による製品への悪影響が懸念され、また燃料として微粉炭を使用した場合、当該微粉炭は灰分が高いために、炉内に溶融灰が固着して徐々に操業が困難になるという欠点がある。また、コスト削減等の目的によって上記燃料が利用可能であるとは限らない。
また、上述の特許文献１〜３では火炎の輻射率を向上する方法として、不燃物（金属、ガラス、灰等）を炉内に導入しているが、回転炉床炉にこれらの物質を導入した場合、炉内の高温雰囲気においてこれらの物質が溶融付着して、操業トラブルにつながる虞が高い。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、低コストで回転炉床炉の保温性を向上することができる還元鉄の製造方法を提供することである。
本発明に係る還元鉄の製造方法は、移動式加熱還元炉内に可燃物粉体を導入して燃焼させ、炭素質還元剤及び酸化鉄含有物質を含む原料混合物を加熱し還元することにより還元鉄を製造することを要旨とする。
本発明に係る還元鉄の製造方法においては、灰分がほぼ含まれない可燃物粉体を炉内に導入することで、当該可燃物粉体は炉内で完全に燃え切り、ダストを生成せずに被加熱物への入熱量を増加させることができる。したがって、炉内の保温性を向上することができる。
また、本発明において可燃物粉体を採用することで、重油等の化石燃料の使用を削減することができ低コストである。
可燃物粉体の灰分の含有率が１．３重量％以下であれば、炉内壁面に付着する灰分の蓄積量を抑制することができる。
可燃物粉体がバイオマス又は褐炭を含んでいれば、灰分の含有量を著しく抑制することができる。
可燃物粉体をバーナー内に設けられた可燃物導入部から移動式加熱還元炉内に導入すれば、当該バーナーからの火炎と可燃物粉体とが混合され易くなり、可燃物粉体の燃焼が行われ易くなる。
可燃物粉体を二次燃焼空気導入部内に設けられた可燃物導入部から移動式加熱還元炉内に導入すれば、炉内に導入された二次燃焼空気によって可燃物粉体が炉内を流れ易くなりバーナーの火炎に接触し易くなるので、可燃物粉体の燃焼効率を向上できる。
本発明によれば、灰分がほぼ含まれない可燃物粉体を炉内に導入することで、当該可燃物粉体は炉内で完全に燃え切り、ダストを生成せずに被加熱物への入熱量を増加させることができる。したがって、炉内の保温性を向上することができる。
本実施形態に係る還元鉄の製造方法は、以下に説明する移動炉床式加熱還元炉、例えば回転炉床式還元炉に適用することができるが、これに限定されるものではなく、固定式加熱還元炉にも適用することができる。以下、回転炉床式還元炉を例に説明する。
還元鉄の製造には原料混合物として、炭素質還元剤と酸化鉄含有物質との直接混合粉体、または塊成化手段により炭素質還元剤および酸化鉄含有物質の粉体状混合物が塊成化された塊成物が用いられる。上記の塊成化手段としては、ブリケット化用プレス機（シリンダープレス、ロールプレス、リングローラプレスなど）を用いる等、プレス機を用いる他、押出成形機、転動型造粒機（パンペレタイザー、ドラムペレタイザーなど）などの公知の種々の機器を使用できる。
塊成物の形状は、特に限定されず、塊状、粒状、ブリケット状、ペレット状、棒状などの種々の形状が採用できる。上記塊成物を還元して還元鉄を製造するが、具体的な還元方法については特に限定されず、公知の還元炉を用いればよい。
図１は移動炉床式加熱還元炉の構成を示す概略工程説明図であり、回転炉床式のものを示している。
図１に示すように、回転炉床式加熱還元炉Ａには、上記塊成物１が原料投入ホッパー３を通して回転炉床４上へ連続的に装入される。
回転炉床式加熱還元炉Ａの回転炉床４は反時計方向に回転されており、操業条件によって異なるが、約１０分から２０分程度で１周し、その間に塊成物１中に含まれる酸化鉄は固体還元される。
還元炉Ａにおける回転炉床４の上方側壁及び／又は天井部には燃焼バーナー５が複数個設けられており、該燃焼バーナー５の燃焼熱あるいはその輻射熱によって炉床部に熱が供給される。
耐火材で構成された回転炉床４上に装入された塊成物１は、該炉床４上で還元炉Ａ内を周方向へ移動する中で、燃焼バーナー５からの燃焼熱や輻射熱によって加熱され、当該還元炉Ａ内の加熱帯を通過する間に、当該塊成物１内の酸化鉄は固体還元され、還元鉄となり、回転炉床４の下流側ゾーンで冷却された後、スクリューなどの排出装置６によって炉床上からホッパー８を介して排出される。なお、回転炉床４内の排ガスは排ガスダクト７から外部に排出される。
図２は還元炉Ａ内に可燃物粉体Ｋを導入する方法の例を説明するための図である。
図２（ａ）に示すように、還元炉Ａには上述の燃焼バーナー５と二次燃焼空気を導入するための二次燃焼空気導入部１０とが設けられている。図２（ａ）の例では、燃焼バーナー５内に可燃物導入部１５が設けられている。可燃物粉体Ｋは、燃焼バーナー５からの火炎とともに還元炉Ａ内に導入される。
本実施形態において、可燃物粉体Ｋはバイオマスまたは褐炭である。バイオマスは、木材チップ、紙、おがくず、小麦粉、草本材料、刈芝、藻類、食品原料混合物、コットン、麻、亜麻、ＵＢＣ（改質褐炭）及びハイパーコールを含む。
また、図２（ｂ）に示すように、二次燃焼空気導入部１０内に可燃物導入部１５を設けてもよい。可燃物粉体Ｋは、二次燃焼空気導入部１０からの空気とともに還元炉Ａ内に導入される。
また、図２（ｃ）に示すように、可燃物導入部１５を別個独立に設けて、当該可燃物導入部１５から可燃物粉体Ｋを還元炉Ａ内に導入することもできる。
このように本実施形態では、灰分がほぼ含まれない可燃物粉体Ｋを炉内に導入することで、可燃物粉体Ｋは炉内で完全に燃え切り、ダストを生成せずに被加熱物への入熱量を増加させることができる。したがって、炉内の保温性を向上することができる。
また、本実施形態において可燃物粉体Ｋを採用することで、重油等の化石燃料の使用を削減することができ低コストである。
なお、炉内に導入する可燃物粉体Ｋはバイオマスおよび褐炭のうちいずれか一方としてもよいし、これらを組み合わせて炉内に導入してもよい。
また、可燃物導入部１５は、燃焼バーナー５および二次燃焼空気導入部１０の双方に設けてもよいし、これに加えて別個独立にさらに設けることとしてもよい。
本発明はもとより上記実施形態によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前記、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
実施例として、天然ガスを燃料とし、燃焼空気を等量比１．０の割合で吹き込むことのできる、バーナー燃焼量２．９ＭＷである燃焼バーナーを備える２ｍ×２ｍ×７ｍの角形炉に対して、おがくずをバーナー中心軸から炉内に吹き込んだ時の被加熱物への入熱量の計算結果を図３に示す。
おがくずの組成は表１に示す通りであり、灰分がほとんどなく、炉内で燃え切ってしまうものを採用した。なお炉内平均温度は１５２５℃であった。
バーナー燃焼ガス量に対して、重量比０．６％のおがくずを炉内に吹き込むことによって、入熱量が２％以上増加しており、完全に燃え切ってしまうおがくず等の可燃物粉体を導入した場合でも入熱量は大きく増加することが確認できた。なお、全ての灰分が全て炉内壁面に付着した場合でも、灰分の年間蓄積量が２０ｍｍを下回るようにするために、灰分濃度は１．３重量％以下とすることが望ましい。
５ 燃焼バーナー
１０ 二次燃焼空気導入部
１５ 可燃物導入部
Ａ 回転炉床式加熱還元炉
Ｋ 可燃物粉体
１０ 二次燃焼空気導入部
１５ 可燃物導入部
Ａ 回転炉床式加熱還元炉
Ｋ 可燃物粉体
Claims (6)
- 移動式加熱還元炉内に可燃物粉体を導入して燃焼させ、炭素質還元剤及び酸化鉄含有物質を含む原料混合物を加熱し還元することにより還元鉄を製造することを特徴とする還元鉄の製造方法。
- 前記可燃物粉体の灰分の含有率が１．３重量％以下である請求項１に記載の還元鉄の製造方法。
- 前記可燃物粉体はバイオマスを含む請求項１または２に記載の還元鉄の製造方法。
- 前記可燃物粉体は褐炭を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の還元鉄の製造方法。
- 前記可燃物粉体をバーナー内に設けられた可燃物導入部から前記移動式加熱還元炉内に導入する請求項１〜４のいずれか１項に記載の還元鉄の製造方法。
- 前記可燃物粉体を二次燃焼空気導入部内に設けられた可燃物導入部から前記移動式加熱還元炉内に導入する請求項１〜５のいずれか１項に記載の還元鉄の製造方法。
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