JPH01129915A

JPH01129915A - 溶融還元用予備還元炉

Info

Publication number: JPH01129915A
Application number: JP62288150A
Authority: JP
Inventors: Takuya Maeda; 卓也前田; Keikichi Murakami; 村上　慶吉; Susumu Yamada; 山田　邁; Mitsuharu Kishimoto; 岸本　充晴; Kenichi Yajima; 健一矢島; Yoshihiko Takemura; 良彦竹村
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1987-11-13
Filing date: 1987-11-13
Publication date: 1989-05-23
Anticipated expiration: 2012-06-18
Also published as: JP2620793B2; ZA888247B

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、金属酸化物を含有する鉱石（以下、鉱石と
いう）の溶融還元に使用する予備還元炉に関するもので
、とくに幅広い粒度分布を有する粉粒状鉱石を使用でき
る予備還元炉に関するものである。

（従来の技術）溶融還元法は、酸化鉄（鉄鉱石）などの鉱石を溶融状態
で還元して鉄やフェロアロイを製造する方法であり、将
来の原料およびエネルギー事情に適応するとして最近注
目されるようになり、実用化のための研究開発が進めら
れている技術である。この方法に期待される特長はつぎ
の点にある。すなわち、製鉄法としては、高炉法と比べ
て、安価な原料の使用、粉鉱の塊成化などの事前処理工
程の省略、設備の小型化などを実現できること、またフ
ェロアロイの製造法としては、電力に依存しないプロセ
スの実用化が可能であることなどである。

溶融還元法には種々のプロセスが提案されており還元工
程から大別すると、溶融還元炉のみからなるものと、予
備還元炉と溶融還元炉から構成されるものとがあるが、
後者が一般的である。後者は、鉱石を固体状態で予備還
元したのちに溶融還元するもので、炉の形式や熱の発生
法などが異なる多くのプロセスが含まれる。こういった
プロセスには、溶融還元炉において金属浴中へ石炭など
を吹き込み、還元にともなって生成した、還元力のある
高温ガスを予備還元炉に導入して鉱石を予備還元するな
ど、溶融還元炉の排ガスが有する熱と還元力を有効に利
用できる利点がある。

予備還元炉は、装入される鉱石と還元ガスとの接触態様
によって、流動層式や移動層式（いわゆるシャフト炉）
などに分類されるが、鉱石が粉粒状である場合には流動
層式が好適であるとされ、各種の流動層式予備還元炉が
開発されている。すなわち、流動層においては粉粒体が
あたかも流体のように流れやすくなるので粉粒体の連続
処理に適していること、粉粒体層全体の温度を均一に保
てること、および粉粒体とガスとの接触がよいことなど
がその理由である。

従来の予備還元炉の一例を第２図に示す。図において、
円筒状の予備還元炉５１には鉱石の供給管５２、高温の
還元ガスの導入管５３、予備還元鉱石（以下、予備還元
鉄という）の排出管５４および排ガスの排出管５５が、
それぞれ図の位置に接続され、炉内には還元ガスを整流
するための通孔５６ａを有する分散板５６が、導入管５
３の上部に水平に設置されている。予備還元炉ｌに粉粒
状鉱石を装入し、下方の導入管５３より分散板５６を介
して適当な流速で還元ガスを送り込むと、分散板５６上
の粉粒状鉱石は流動層５７を形成して混合撹拌され、こ
の状態で還元ガスと接触・反応して予備還元される。な
お、ここで形成される流動層５７は、あたかも流体が沸
騰しているかのようにガス流が気泡となって粉粒体中を
立ちのぼる、いわば気泡流動層である。予備還元された
鉱石は、排出管５４を経て次工程の溶融還元炉へ移送さ
れる（、特開昭５８−２１７６１５参照）。

（発明が解決しようとする問題点）上述した従来の予備還元炉においては、円滑な流動層を
形成させるために、原料としての鉱石の粒度が厳しく制
限される。すなわち粉粒体が適正な流動層を形成するた
めのガス流速は、粉粒体の径によって規制されるため、
広範囲な粒度分布を有する鉱石を処理することは出来な
い。したがって、上記のような予備還元炉に装入される
鉱石の粒度は、一般に３ｇ＋ａ以下に制限され、プロセ
スや鉱石の種類によってはこのうえに平均粒径や微粉粒
鉱石の含有量についても制限を受ける場合がある。　一
方、たとえば製鉄原料としてわが国に輸入される鉄鉱石
には、３ｎｍ以上の粒度を有するものがかなり（一般に
３０％程度）含まれ、また、１０ｆｆｌＩＩｌを超える
ものも皆無ではない。

そこで、従来の流動層式の予備還元炉では、装入する鉱
石を事前にふるい分けし、粗粒鉱石は規定粒径以下にな
るように粉砕しておく必要があった。あるいは、ふるい
分けされた粗粒鉱石を粉砕しないで使用する場合はシャ
フト炉など、他の還元設備によって処理しなければなら
なかった。いずれにしても、調達した鉱石を１００％使
用するためには、スクリーンやクラッシャー、または別
の還元設備を使用する必要があり、設備上の負担や工程
の増加を招いていた。

（発明の目的）本発明は上記した種々の問題点を解消するためになされ
たもので、幅広い粒度分布を有する粉粒状鉱石を、従来
のように事前にふるい分けしたり粉砕したりすることな
く、原料としてそのまま使用することのできる予備還元
炉を提供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段）上記した目的を達成するためのこの発明の要旨とすると
ころは、金属酸化物を含有する鉱石を炉体上部または中
腹部より装入し、炉体底部より導入した高温の還元ガス
と接触させることにより鉱石を還元する予備還元炉にお
いて、多数の還元ガス通孔が穿設され、中央部又は傾斜
低位置に排出口を開設した漏斗状又は傾斜板状の分散板
を前記炉体内の底部寄りに配設し、炉体上部に還元ガス
の排出管を接続して該排出管にサイクロンセパレータを
介装したことである。

また、鉱石中に０．５ｍｍ以下の微粉を含む場合は、前
記セパレータ下部にさらに二方向払出しバルブを接続し
、該バルブに微粉状鉱石の排出管を接続すると共に、微
粉粒状鉱石の循環管を炉体の中腹部に接続するようにし
たことである。

（作用）この発明の予備還元炉によれば、炉内に幅広い粒径分布
を有する粉粒状鉱石を装入し、下方の還元ガス導入管よ
り分散板を介して適当な流速で高温の還元ガスを導入す
ることにより、ａ）前記鉱石のうち粗粒状のものは、流
動化されずに重力落下して分散板上に−たん堆積し、分
散板の排出口からの鉱石の排出にともなって、傾斜した
分散板上をゆっくりと移動する、いわゆる移動層を形成
し、この間に還元ガスに接触・反応して予備還元され、
排出される。

ｂ）中粒状のものは、炉内中腹部において流動層（気泡
流動層）を形成して混合撹拌され、この状態で還元ガス
と接触・反応して予備還元され、前記粗粒状鉱石ととも
に分散板の排出口から排出される。

Ｃ）微粉粒状のものは、前記ｂ）の気泡流動層からとび
出し、排ガスとともにサイクロンセパレータに移送され
、ここで分離捕集された後、二方向払出しバルブを介し
循環管を経て炉内へ循環される。この状態も一種の流動
化状態であり、高速循環流動層などと呼ばれているが、
微粉粒鉱石はこの循環を操り返す間に予備還元され、そ
の一部は前記二方向払出しバルブより逐次排出される。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。第
１図はこの発明の実施例を示す予備還元炉の縦断面図で
ある。

予備還元炉ｌは、耐火材を内張すした円筒状の炉体から
なり、還元ガスの排出管５が炉体上部に、鉱石の供給管
２が炉体の中腹部に、並びに還元ガスの導入管３および
予備還元鉱石の排　。

出管４が炉体底部にそれぞれ接続されており、炉内には
還元ガスを整流するための多数の通孔６ａを穿設した分
散板６が導入管３上方の炉体底部寄りに配設されている
。

そして、本実施例では、前記分散板６を逆円錐形の漏斗
状に形成し、また、その傾斜面は炉内に装入される鉱石
の安息角以上の傾斜角Ａを持たせたうえ、分散板６の中
央部に排出口６ｂを側設して前記排出管４を接続してい
る。また、排出管５にはサイクロンセパレータ８を介装
し、排ガスダクト１１へ送られる途中の還元ガスから、
前記セパレータ８により分離捕集された微粉粒鉱石の移
送管１０ａを、セパレータ８下部のホッパ一部に連接し
ている。さらに、この移送管１０ａの下端に、二方向払
出しバルブ９を接続し、二方向払出しバルブ９には予備
還元炉ｌの中腹部へ接続される循環管１０ｂおよび微粉
粒鉱石の排出管１０ｃをそれぞれ接続している。なお、
二方向払出しバルブ９としては、還元ガスが予備還元炉
ｌからセパレータ８へ逆流しないよう、いわゆる粉体シ
ール機能を有する装置が望ましい。

一方、予備還元炉ｌ内は、開口断面積のやや小さい空塔
部１ｂを分散板６の上方付近に設けて、分散板６直上部
の空塔速度を上げることにより粒径の大きい鉱石の流動
化を可能にする一方、その上方にこれよりも開口断面積
を大きくした空塔部１ａを設けて前記空塔速度を減じる
ことにより炉外に飛散する微粉の粒径を規制するように
考慮している。

以上のように構成した予備還元炉１に、幅広い粒度分布
を有する粉粒状鉱石を装入し、下方の導入管３より分散
板６を介して高温の還元ガスを適当な流速で送り込むと
、前述した作用によって、すべての鉱石が還元され、粗
粒状および中粒状のものは排出管４から、微粉粒状のも
のは排出管１０ｃからそれぞれ排出される。すなわち、
粗粒鉱石は分散板６上で移動層７ａを、中粒鉱石は開口
断面積が小さくガス流速が比較的高い空塔部１ｂで気泡
流動層７ｂを、それぞれ形成して還元されると共に、微
粉粒鉱石は流動層７ｂのさらに上方へとび出して、開口
断面積の大きい空塔部１ａおよび排ガス排出管５から循
環管ｌＯｂを経て予備還元炉ｌに至る循環経路内で高速
循環流動層７ｃを形成して還元され、排出管１０ｃより
逐次排出される。

なお、前記実施例では、中位鉱石は粗粒鉱石とともに排
出管４から排出されるように構成したが、予備還元炉１
の空塔部ｌｂの炉壁に別の排出管を接続して、この排出
管から中粒鉱石だけを分離して排出させるようにしても
よい。また、分散板６から炉体上方に向かって開口断面
積が漸増するように形成してもよい。さらに、漏斗状分
散板６に代えて傾斜板状の分散板（図示せず）を用いて
もよい。

なお、予備還元された鉱石の炉内滞留時間については、
粗粒および中粒鉱石は排出管４の下方に接続する排出バ
ルブ（図示せず）によって、また、微粉粒鉱石は前記の
二方向払出しバルブ９によって、それぞれ排出量（速度
）が制御されるので、これらを制御することによって任
意に滞留時間を設定することができる。

つぎに、本実施例に関して行った実験結果を示す。

ｌ）原料鉱石：鉄鉱石粒度分布・・・１０ａ＋＋ａ以上　２％１０〜５ｍｍ１
８％５〜０．５ｍｍ　３１％０　、５ａ＋＋ｎ以下４ｇ％装入温度・・・４５０℃ ２）還元ガス：溶融還元炉排ガス組成・・・００３９％、Ｃｏｔ　２１％、ｆｉｔ　１４
％、ａｇｏ　１２％、Ｉｔ　１４％導入温度・・・１０３０℃ ３）予備還元炉プロフィール：第１図参照Ａ　＝４０”
、Ｄａ＝φ２８０＋ｎ、　Ｄｂ＝φ２００ｍｌ１１１・
Ｈａ＝４０００ｍａＳ　Ｈｂ＝５０１＋ｅｍ以上の条件
のもとで実験した結果、定常状態において、還元率が約
３０％の予備還元鉄を排出管４および同ｌｅａより排出
・回収した。回収された総予備還元鉄量の内訳について
は、排出管４から排出された量が約４９％で、その約９
５％が粒度は０．５−一以上の中・粗粒状のものであり
、一方、排出管１０ｃからの量は５１％で、その約９０
％が０．５＋ａｍ以下の微粉粒状のものであった。

さらに、上記した実験について計算上から解析すると、
つぎのことが推測される。

分散板６直上（空塔部１ｂ）のガス流速は７．０ｍ／Ｓ
で、この流速では、粒径５ｍｍ以下の鉄鉱石のみが流動
化する。空塔部１ａのガス流速は５．ｈ／ｓで、この流
速では、粒径０．５ｍｍ以下の鉄鉱石粉体はガス流に伴
われて流動層炉からとび出すことになる。

したがって、装入された鉄鉱石のうち、粒径が５ＩＩＩ
Ｉ１１を超えるものは分散板６上で移動層を、粒径５Ｉ
ｌｌＩ１１以下で０．５ｍｍを超えるものは空塔部１ｂ
で流動層（気泡流動層）を、粒径０．５ｎ＋ｍ以下のも
のは高速循環流動層を、それぞれ形成することになる。

なお、前記実験で、還元ガスの導入量により、２つの排
出管４，１０ｃからそれぞれ排出される鉄鉱石の粒度が
設定されること、および、鉄鉱石の炉内滞留時間を変え
れば排出される鉄鉱石の還元率が変更できることもあわ
せて確認した。

（発明の効果）上記のように構成した本発明の予備還元炉によれば、下
記の効果がもたらされる。

（１）粉砕やふるい分けなどの前処理をせずに、幅広い
粒度分布を有する粉粒状鉱石を直接炉内へ装入して、予
備還元することができる。

（２）予備還元された微粉粒鉱石と中・粗粒鉱石とが、
分級されてそれぞれ別の排出管から排出されるので、予
備還元した鉱石を二系統に分けて溶融還元炉へ投入する
ことが可能になる。

（３）炉内に装入される鉱石の炉内滞留時間を、粒度別
に任意に設定することができるので、予備還元率を容易
にかつ正確に制御することができる。

（４）還元ガスの炉内への導入を中止した際にも、分散
板の直上に堆積する粗粒鉱石によって中・微粉粒鉱石の
落下が阻止されるため、分散板の通孔径を大きくするこ
とができ、これに上り通孔の目詰まり防止が図られる。

（５）炉体下部と炉体上部の炉内開口断面積を適宜変更
することにより、流動化が可能な最大粒径と循環させる
微粉の最大粒径を自由に設定することができるので、従
来の装置に比べて還元率の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す、予備還元炉の縦断面
図、第２図は従来の予備還元炉の一例を示す縦断面図で
ある。！・・・予備還元炉、５・・・還元ガス排出管、６・・
・分散板、６ａ・・・通孔、６ｂ・・・排出口、７ａ・
・・移動層、７ｂ・・・気泡流動層、７ｃ・・・高速循
環流動層、８・・・サイクロンセパレータ、９・・二方
向払出しバルブ、ｔｏｂ・・・微粉粒鉱石循環管、ｌＱ
ｃ・・・微粉粒鉱石排出管。第１図鉱石（中・粗粒）第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属酸化物を含有する鉱石を炉体の上部又は中腹
部より装入し、炉体底部より導入した高温の還元ガスと
接触させることにより鉱石を還元する溶融還元用予備還
元炉において、多数の還元ガス通孔が穿設され、中央部又は傾斜低位置
に排出口を開設した漏斗状又は傾斜板状の分散板を前記
炉体内の底部寄りに配設し、炉体上部に還元ガスの排出
管を接続して該排出管にサイクロンセパレータを介装し
たことを特徴とするる溶融還元用予備還元炉。
（２）前記セパレータ下部に二方向払出しバルブを接続
し、該バルブに微粉粒状鉱石の排出管を接続すると共に
、微粉粒状鉱石の循環管を炉体の中腹部に接続した特許
請求の範囲第１項に記載の溶融還元用予備還元炉。
（３）前記分散板の傾斜角を装入される鉱石の安息角以
上にした特許請求の範囲第１項に記載の溶融還元用予備
還元炉。
（４）前記炉体内における、前記分散板直上部付近の開
口断面をその上方の空塔部に比べてやや小さく形成した
特許請求範囲第１項又は第２項に記載の溶融還元用予備
還元炉。