JPH03158406A - 循環流動層予備還元炉 - Google Patents

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〉 本発明は、溶融還元法により溶鉄を製造する際に、溶融
還元炉の耐火物原単位、炭材原単位の削減及び生産性の
向上を達成するため、溶融還元炉に接続して設置され粉
鉱石の予備還元処理を行う循還流動層予備還元炉（以下
予備還元炉と略す）の操業において、粉鉱石のスティッ
キングにより流動状態が不安定になるのを防止して安定
操業をする予備還元炉の構造に関するものである。

〈従来の技術〉 Ｗ１環流動層で粉鉱石を予（ｌＩｆｆ還元処理する場合
、反応塔であるライザー内はバブリング流１！ＨＪに比
較して高ガス流速で操作されるため、粉鉱石がスティッ
キングすることは稀である。しかし粒子充填層を形成す
る循環経路においては粉鉱石のスティッキングにより経
路が閉塞し粒子ＷＪ環が停止することが懸念される。

一方、予（Ｉｌｌ還元炉における粉鉱石のスティッキン
グの発生は、充填層での粒子の物性、温度、還元率、移
動状態等によって決まる。定性的には粒径が小さい程、
還元率が高い程、移動しない粒子程、スティッキン几易
い傾向がある。

特に溶融還元炉との連結操業を実施する場合、予備還元
炉の操業を溶融還元炉側の操業変動に合わせて行う必要
がある。溶融還元炉から来る還元性ガス量、投入鉱石量
等の変動にマツチした操業を行おうとすると、流動層内
のむ）鉱石を一時停止させたり、排出速度を変化させた
りする必要がある。従って、上述した粉鉱石のスティッ
キングによる鉱石νＩＩｉ環停止は極めて起こり易くな
る。

この問題に対し、特公昭４４−１４４６０号公報では流
動層内壁への鉱石付着の防止対策として流動層をゆるや
かに機械攪拌する技術が提示された。その技術の目的は
、流動層を機械攪拌することによって粉鉱石の凝集、付
着及びチャンネリングを防ぎ、半径方向の温度分布を均
一ならしめて、撹拌機構を持たない流動層に比較し還元
温度を高く操作できるため還元反応効率を高め、さらに
流動層の摩擦係数は層内を上向きに流れる還元ガスの流
速の増加に比例して減少させ、４！！ｌ械間１↑動力を
小さくすることであった。

さらに特公昭５４−４１５２９号公報では特公昭４４−
１４４６０号公報で提示された還元方法では還元温度を
８００°Ｃ以上にできないとして８００°Ｃ以上の高温
還元可能な機械攬は方法について提示している。すなわ
ち掻き混ぜ翼端と流動層内壁との間隙を原料鉄鉱石の平
均粒径のｌＯ倍以下程度に狭くすることと、’ｆＲｔ↑
を翼の回転方向に対しＯｏと９０°に交互配設された邪
魔板翼によって行うことを提示した。

また、特公昭５３−４７０４６号公報では焼結し易（ス
ティッキングの原因となる粒径の小さな粉鉱石とそれに
比較してスティッキングしにくい粒径の大きな粉鉱石を
セパレーターにより分離し、両者の還元反応を単一流動
層中の高さ方向に異なる位置で行うことにより粉鉱石の
焼結、凝集を防止する方法が提示されている。すなわち
サイクロンに通ずるｔ５）体輸送状態の希薄層流動層に
おいては粒子がよく分１１にシており、個々の微粉鉱石
粒子が粘着性を帯びて焼結状態に達してもｃ１３％する
ことがないため、この希薄層において微粉３１１石の還
元を行おうとした。

一方、特公昭５８−４４７２２号公報では非焼結剤を粉
鉱石に混入して鉄鉱石の焼結、凝集を防止する方法が開
示されている。すなわち、粉粒状鉄鉱石に焼結防止効果
を有するコークス等の微１５）固体炭素質材料を混入し
°ζ循環流動させてスティッキングを防止しようとする
ものである。さらにこの粉末化した固体炭素竹材料と混
合した酸化鉄含有ｔ５）末材料をたとえば回転炉または
循環型流動層で還元する方法は公知技術である。

また、特開昭６２−２３０９２０号公報においても非焼
結剤を添加してスティンキングを防止する方法が開示さ
れている。これは特公昭５３−４７０４６号公報と同様
に流動層内における粉鉱石の偏析を利用して比較的小粒
径の粉粒状鉄鉱石の表面にだけ炭素を付着させる方法で
ある。

また、スティッキングし易い箇所に不活性ガスジェット
を吹きつけ、粘着快態にある粉鉱石を動かして粒子同士
の凝集と付着を防止することは一般に広く行われている
公知技術である。

粉鉱石を循環流動層にて予備還元を実施する場合、ステ
ィッキングとともに問題となるのが微粒鉱石の捕集の問
題である０通常循環流動層で鉄鉱石を予ＯＩ還元する場
合、４５μｍ〜８ｆｆＩ１１の粒径の鉄鉱石を処理対象
とし、これらの鉱石の捕集にはサイクロンを単独または
？Ｍ数面直列配置して行うが、研究の結果、子０１″Ｉ
還元処理によりタノＬ石↑５）化が起こり４５μｍ以下
の微粒鉱石の割合が大幅に上昇することを６１　Ｌ？Ｊ
　した、これらの微粒鉱石はサイクロンで捕集すること
ができず、系外に飛び出してしまうため、歩留り低下に
つながるのである。

この問題に対しては特公昭５３−４７０４６号公報に投
入前に微粒鉱石を除去する、またサイクロンによる回収
等の手段が示されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 特公昭４４−１４４６０号及び特公昭５４−．１１５２
９号公報に開示された機械ｔｊｌ拌によりスティッキン
グを防止する技術は、流動化されている粒子中では機械
は律動力が小さくて済み経済的であるが、本発明で対象
としている粒子充填層となっている循環経路では膨大な
撹拌動ノ庇必要とする。そのため動力膜０遺も大きくな
り設６１ａ費の点でも不利である。

また特公昭５３−４７０４６号公報に開示されている技
術は、流動層において処理する鉱石を事前に分級するセ
パレーターを必要とするので、設備がその分大きくなら
ざるを得す、設備費の点で不満が残る。さらに循環流動
層で鉱石を予備還元処理すると鉱石扮化が住するため、
処理前にはスティッキングしにくいと考えられた大きな
粒径の鉱石であっても粉化により微粒化するためスティ
ッキングし易くなってしまい期待した程の効果が得られ
ない。

さらに特公昭５８−４４７２２号、特開昭６２−２３０
９２０号公報のような粉鉱石と非焼結剤を混合して予備
還元処理する方法は、粉鉱石の他に非焼結剤を必要とす
るばかりでな（、粉鉱石と非焼結剤を事前に混合する必
要があり、コストが高（なる。

スティッキングし易い箇所に不活性ガスジェットを吹き
付けて粉鉱石を強制的に取り払う方法は効果的であるけ
れども、粉鉱石の温度低下を招き熱的にＩＲとなる。ま
た、充填層内の粉鉱石を不活性ガスによって軽い流動化
状態に保つのも同じ理由により不利となる。

一方、鉱石扮化によって４５ｐ１未満の微粒割合が増大
し、サイクロンでの捕集効率が低下するという問題に対
しては、特公昭５３−４７０４６号公報に分級したお）
鉱石の内、微粒鉱石をあらかじめ除去する方法しか示さ
れておらず、その他の方法では微粒鉱石のｉｌｌ集には
効果を示さない、しかし、微粒鉱石をあらかじめ除去す
る方法でも除去した微粒鉱石の処理が問題となるし、取
扱可能な鉱石粒径を限定することは予備還元炉の性能を
下げることになり好ましくない。

本発明は、これらの問題に鑑み、予備還元処理によって
４５ｐ１１以下の微粒鉱石の割合が増加しても、粒子充
填層内での粉鉱石のスティッキングによる操業不安定化
を極力小さな付加設備で効率的に防Ｉトシ、同時にサイ
クロンでの捕集効率低下も防止する予備還元炉を提供す
るためになされたものである。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、■還元性ガスによって流動層を形成して粉鉱
石を還元する流動層と、流動層上部から飛び出した粉鉱
石を捕集するサイクロンと、捕集した粉鉱石を該流動層
に戻す循環経路からなる循環流動層予備還元炉であって
、粒子充填層となる該循環経路内の粉鉱石に、超音波を
印加する単数または複数個のホーンおよび超音波振動子
とからなる超音波印加装置を具えることを特徴とする循
環流動鳴子ｆｆ１ｌ還元炉で、かつ■前項■記載のホー
ンが自由に抜き差しできることを特徴とする循環流動層
予備還元炉である。

〈作　用〉 本発明者らは、予備還元炉における粉鉱石のスティッキ
ングの原因について鋭意研究を重ねた結果、スティッキ
ングは、＄５）’！、石が予備還元によって微粒化し、
この微粒鉱石の一部が充填層内壁面近傍で停滞し動かな
くなるために生ずることが明らかになった。

従って、粉鉱石のスティッキング防止には、０粒径が４
５−以下の微粒鉱石の比率を減少させ、■充填層内に粉
鉱石の停滞域を発生させない、ことが重要である。

ここで、粒子充填層内に超音波振動を照射すると粒径の
大きな鉱石は小さな振幅で、粒径の小さい鉱石は大きな
振幅で振動する。これらの振動する大小の鉱石は衝突し
て凝集することがわかった。

特に振幅の大きな微粒鉱石は他の粒子と接触する機会が
多く凝集する確率が高いのである。

従って、この超音波振動を充填層に照射すると、予備還
元によって発生（た４５−以下の微粒鉱石が凝集して微
粒鉱石の比率が減少する。

一方、超音波振動の照射によって、当然充填層内の粉鉱
石は振動し、粉鉱石の停滞域は解消される。

このように超音波振動の照射によって微粒鉱石の比率を
減少させ、かつ充填層内の粉鉱石の停滞域の解消を図れ
る。したがって充填層となる循環経路内に超音波振動を
照射するとスティッキングが防止でき、操業の不安定化
を防止できる。

第１図に本発明装置の概略説明図を示す、予備還元炉は
、大別して還元性ガス９によって扮鉱石を予熱、還元す
るライザー１と、ライザーから飛び出した粉鉱石を１ｌ
Ｉｉ集するサイクロン２、飛び出したむ）鉱石を再びラ
イザーに戻す循１１経路３とがらなり立っている０本予
備還元炉への粉鉱石の給鉱口４と排出口５について、本
図では給鉱口４はサイクロン直下の循環経路３の垂直部
上方に配設され、ｉＪＬ出口５はν１９環経路３の垂直
部下方に配設されている。　ｔＪＦ出口の取付は箇所は
給鉱したばかりの未還元鉱石をそのままＴＪＰ出されな
いように注意する必要があるが、基本的には排出口５、
給鉱０４ともその配設場所はサイクロン２を除くいずれ
の位置でもその作用は同じである。

超音波振動子６によってホーン７を介し充填層内に超音
波を印Ｊｌｌｌする。なお、ホーン７は超音波振動子６
とともにグランドシール８を介して充填層から自由に抜
き差しできる機構となっている。

ホーンの個数および配置方法については、子６＋ｆｆ還
元炉の寸法、構造や処理する鉱石銘柄によってＱ、適個
数および方法が存在するが、基本的には粒子停滞を生じ
易い充填層内壁面近傍にホーンを配置するのが良い、ま
た超音波は常時印加する必要はなく、超音波を印加しな
い時にはホーン７は粒子移動の障害となるため抜き出し
ておいた方が好ましい。

〈実施例〉 代表的な鉄鉱石である豪州産へマタイト系鉱石を用いて
第１図に例示する発明に係る装置によって予備還元処理
を行ワた。また比較例１としてこの装置で全く超音波を
印加しないで予１１ｆｉ還元処理を行った。

発明に係る装置での処理条件を第１表に示す。

比較例１の処理条件も発明に係る装置の場合と同じくし
、第１表の通りとした。また使用した豪州産へマタイト
系鉱石の化学組成及び粒度構成をそれぞれ第２表及び第
２図に示す、第３表に発明に係る装置での超音波の印加
条件を示す。

実施例では循環経路に同心同上に４木のホーンを管壁か
ら５０ｍ陣して設置し、予０１１　；”Ａ元処理中１時
間毎に２０分間超音波を印加した。超音波を印加しない
時はホーンは４木とも循Ｉス経路外に抜き出しておいた
。

処理後の鉱石の還元率を第４表に示す、実施例と比較例
１では鉱石還元率に有意差は認められなかった。また第
３図に両方法で得られた処理後の鉱石の粒度構成を示す
０発明に係る装置で処理した場合には４５−以下の微細
粒子の割合が減少しているのが認められ、超音波印加の
効果が十分に６′在Ｌ２できる。

発明に係る装置での実施例及び比較例１で予備還元処理
を行った後、それぞれ予備還元炉の解体調査を行い炉内
の鉱石付着状況を比較した。また第４図に示すようにサ
イクロンの上流Ａおよびサイクロン下流Ｂの排ガス処理
経路の２個所にて等速吸引法にてダストサンプリングを
行い、サイクロンでの捕集効率を比較した。

第５表に解体調査での鉱石付着位置を示す、実施例の場
合には循環経路内での鉱石付着は全く認められないのに
対し、比較例１では循環経路の最上部と最下部に付着が
認められる。さらに比較例ではサイクロンの内壁および
内筒の周囲に厚さ１５〜３５閏の鉱石付着があるのに対
し、実施例では付着厚みが最大でも５賦と明らかに薄く
なっている。

また第６表にダストサンプリング結果を示す。

実施例の方が明らかに系外に飛び出ず鉱石■が少なく、
歩留りの点で勝っていることがわかる。

比較例２として第５図に示すように、実施例と同じ形状
、−１法の循環流動層の粒子充填層に機械撹拌式のステ
ィッキング防止装置を設置して予（ＩＩＩ還元処理を行
った。撹（′Ｐ翼１１の大きさは一枚が７０鵬×３０閣
で横長に６枚設置した。さらに撹拌翼は回転軸１２に高
さ方向に３００１１ＩＩ１１毎に、それぞれ翼の回転方
向に対し１８０’の角度をなして取り付けた。

また撹（↑動力を減少させるため、第５図のＢの位置か
らＮ、を６ＯＮ＋Ｊ／Ｈ吹き込み粒子を流動化させた。

還元処理中に連続して２４ｒ、ｐ４の速度で攬Ｉ′１゛
翼を回転した。

比較例２の場合の処理後の鉱石付着状況とダストサンプ
リング結果を実施例、比較例１と対比してそれぞれ第５
表、第６表に示す、比較例２ではＩＬ較例１と同様にサ
イクロン内壁、内筒の付着を防止することはできなかっ
た。その結果第６表に示すようにサイクロン下流Ｂの位
置でのダスト濃度が実施例に比べ圧倒的に高く、鉱石歩
留りが低いことが分かった。しかし、ｗｉ環経路垂直部
における鉱石付着で発生ずる塊状物の生成と付着は認め
られなかった。

第 表 第 表 第 表 〈発明の効果〉 本発明によると、超音波印加によって微細粒の鉱石割合
を減少させるとともに鉱石停滞域を消滅させることがで
き、鉱石のスティッキングによる循環流動層予備還元操
業の不安定化を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、発明に係る装置の概略説明図で、（ａ）は正
断面図、（ｂ）はＸ−ｘ視断面図、第２図は、使用した
原鉱石の粒度構成を示す特性図、第３図は、処理鉱石の
粒度構成を示す特性図、第４図は、ダストサンプリング
の位置を示す説明図、第５図は、機械撹拌式循環流動層
予備還元炉の断面図である。 １・・・ライザー　　　　　２・・・サイクロン、３・
・・循環経路、　　　　４・・・給鉱口、５・・・排出
口、　　　　　　６・・・超音波振動子、７・・・ホー
ン、　　　　　　８・・・グランドシール、９・・・還
元ガス、　　　　１０・・・排ガス、１１・・・攪拌翼
、　　　　　１２・・・攪拌軸、１３・・・撹拌軸回転
用モータ、 Ａ・・・サイクロン上流、 Ｂ・・・サイクロン下流。 特許出廓人 川崎製鉄株式会社 冨 図 苓 図 粒子径（ｎ） 第　１　図 （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、還元性ガスによって流動層を形成して粉鉱石を還元
   する流動層と、流動層上部から飛び出した粉鉱石を捕集
   するサイクロンと、捕集した粉鉱石を該流動層に戻す循
   環経路からなる循環流動層予備還元炉であって、 粒子充填層となる該循環経路内の粉鉱石に、超音波を印
   加する単数または複数個のホーンおよび超音波振動子と
   からなる超音波印加装置を具えることを特徴とする循環
   流動層予備還元炉。 ２、請求項１記載のホーンが自由に抜き差しできること
   を特徴とする循環流動層予備還元炉。