JPH04231410A - 循環流動層鉱石還元炉の操業方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般炭を還元剤及び熱
源として用い粉状鉄鉱石を溶融還元し溶銑を得る溶融還
元製鉄法において、石炭の利用効率を高めるため溶融還
元炉の排ガスを利用して粉状鉄鉱石の予熱、還元を行う
循環流動層鉱石還元炉の操業方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄鉱石の溶融還元プロセスにおいて熱源
及び還元剤としての石炭の利用効率を高めるため、高温
で還元性の溶融還元炉発生ガスを利用し鉄鉱石を予熱、
還元することが公知である。この予熱、還元を行うプロ
セス装置を予備還元炉と称するが、予備還元炉に流動層
を用いることは特開平１−１４９９１１号公報に開示さ
れており、予備還元炉において達成される鉱石還元率の
重要性は周知の事実である。予備還元炉として循環流動
層、気泡流動層いずれを用いるにしても鉱石の予備還元
率を向上させるには、流動層内で十分な固気接触を図る
必要から流動層内へのガスの分散を均一にする必要があ
る。

【０００３】還元処理された鉱石は、サイクロン等の固
気分離装置により回収させ、溶融還元炉に移送されるが
、鉱石を循環流動層で還元処理すると還元粉化等により
微粉鉱石の割合が増加して鉱石回収が困難になるという
問題が生じた。固気分離装置としては構造が簡単なラン
ニングコストの必要ないサイクロンを用いるのが好まし
いが、サイクロンの部分捕集効率は微粒になるほど低く
なり、還元粉化による微粒鉱石割合の増大は鉱石の歩留
りの減少になる。

【０００４】さらに粉化による微粉割合の増加はライザ
ー内での固気接触状態を悪化させる方向に作用するし、
スティッキングによる粒子循環の悪化を助長することに
なる。以上のように還元処理による鉱石粉化は層内での
固気接触状態の悪化、鉱石歩留りの低下、スティッキン
グの可能性の増大等を招くことになるため循環流動層に
よる鉱石還元処理にとっては極めて好ましくない。

【０００５】このため、例えばスティッキング対策なら
びに流動層内壁への鉱石付着防止対策として、特公昭４
１−１４４６０号公報には流動層内を緩やかに機械攪拌
する技術が開示されている。また、さらに機械攪拌によ
る方法として特公昭５４−４１５２９号公報では攪拌翼
の取り付け位置、角度等を規定した技術が提示されてい
る。また特公昭５３−４７０４６号公報では互いに焼結
し易くスティッキングの原因となる粒径の小さな粒子と
、それに比較してスティッキングし難い粒径の大きな粒
子を事前にセパレーターにより分離して、両者の還元反
応を単一流動層内の高さ方向の異なる位置で別々に行う
ことにより粉鉱石の凝集、焼結を防止する方法が示され
ている。

【０００６】さらに特公昭５８−４４７２２号公報、特
公昭６２−２３０９２号公報には非焼結剤を粉鉱石に混
入して還元処理を行い、粉鉱石の凝集、焼結を防止する
技術が示されている。一方、サイクロンでの微粒鉱石の
捕集効率を向上させる技術に関しては、特公昭５３−４
７０４６号公報に還元処理前に微粒鉱石を除去する方法
が示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術はいずれもスティッキング防止策についての技術で
あり、鉱石還元処理時の粉化にともなう還元反応効率低
下や鉱石歩留り低下対策としては不十分である。そこで
本発明の課題は、溶融還元プロセスの一つである流動層
予備還元炉における粉鉱石の還元処理に伴う鉱石粉化を
防止して、粉化して微粒割合増加による反応効率低下を
防止しつつ鉱石歩留りの向上を達成するとともにスティ
ッキングを防止して予備還元操業の安定化を図る技術を
提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、高
温の還元性ガスで鉱石を流動化し、鉱石の還元を行う循
環流動層還元炉において還元反応部であるライザー内に
超音波サイレンを設置し、これにより超音波を印加しな
がら還元操作を行うことを特徴とする循環流動層鉱石還
元炉の操業方法である。

【０００９】

【作　　用】本発明者らは鋭意研究、開発の結果、流動
層内で鉱石の還元反応効率が低下する要因は下記の３点
であると判断した。■鉱石の還元粉化は還元反応が鉱石
の表面からトポケミカルに進行するため、還元された鉱
石表層部が組織変化、熱歪み等の要因により微細に剥離
する。この剥離部分がサイクロンで未捕集となるため、
系内に残された鉱石は未還元部分が多くなり見掛け上の
反応効率が低下する。

【００１０】■上記■の現象により反応が進行すると予
備還元炉系内の鉱石粒径は初期鉱石粒径に比較すると小
さくなり、系内の微粒鉱石は還元反応領域であるライザ
ー内を凝集して上昇する傾向、いわゆるクラスター化が
認められる。このクラスター化は鉱石表面への還元ガス
の拡散を阻害し、結果としてライザー内の反応界面積を
大きく低下させることになるため反応効率が低下する。

【００１１】■系内に残された粗粒鉱石に関し、このよ
うな粗粒鉱石はライザー壁近傍での下降粒子、いわゆる
内部循環粒子となり易い傾向がある。下降粒子は還元ガ
スの流れ方向に対し向流接触となるため、還元ガスと鉱
石粒子とのスリップ速度が大きくなり、反応効率は向上
するはずである。しかし実際には下降粒子の還元率の向
上に対する寄与はそれほど大きなものではない。この理
由は下降粒子領域への還元ガスの拡散が不十分であるた
めである。

【００１２】そこでこれらの問題点に対応するため、ラ
イザー内に超音波サイレンを設置し超音波を印加した。 超音波は微粒の凝集化したクラスターを崩壊するための
攪拌効果を付与する。一方、超音波は捕集不可能な２０
μｍ未満の微粒鉱石に関しては、これらの鉱石同士の接
触機会を増し、互いに強固に付着させ捕集効率を向上さ
せる。因みに２０μｍ以下の鉱石はそれ以上の鉱石に比
較して還元の進行が速いため他の物質への付着力が大き
く、接触機会の増加により互いに強固に付着する。また
超音波はライザー壁近傍の下降粒子とライザー中央部の
上昇粒子の混合を促進させるとともに、ライザー内を上
昇するガスに攪拌効果を付与してライザー内でのガス組
成を均一化する作用がある。

【００１３】このように超音波を印加して、ライザー内
の還元ガスに振動を与えることにより、振動場における
均一密度粒子は雰囲気ガスの振動の影響を受けて振動す
る。その挙動は粒径別に考えることができ、粒径の大き
な粒子は慣性が大きいために振幅が小さくなり、粒径の
小さな粒子は大きな振幅となる。大きな振幅で振動する
粒径の小さい粒子の方が他の粒子との接触機会が多いこ
ととなる。さらにクラスターの中の２０μｍ以上の比較
的大きな粒径を有する粒子は、振動場に置くと還元反応
の進行が遅いため付着力が小さく、崩壊する。しかし還
元反応の進行が早く付着力が大きい２０μｍ未満の微粒
は合体するのである。このようにクラスターを崩壊して
、反応界面積の低下を防止しながら捕集不可能な２０μ
ｍ未満の粒子のみを選択的に付着させることが可能なの
である。

【００１４】一方、ライザー内壁は保温の目的で耐火物
で覆われており、付与する振動の振幅が大きすぎると耐
火物までも崩壊してしまう可能性がある。そこで与える
振動としては振幅の小さい方が好ましい。小さい振幅で
一定値以上のエネルギーを有する振動としては振動数の
大きな超音波振動が好ましいのである。さらに超音波振
動の効果としてライザー中の還元ガスが気泡の形態で存
在する場合、この気泡の合体を防止するとともにライザ
ー内でのガスの分散そのものを促進する作用もある。

【００１５】以上の粒子に対する振動の付加、ライザー
内還元ガスの分散を促進する効果により、ライザー中央
部の上昇粒子と壁近傍の下降粒子の混合が促進される。 両領域の粒子混合により、下降粒子領域でもガスの還元
ポテンシャルが十分に確保されることになるのである。 これらの作用により、前述の問題点がすべてクリアーさ
れ予備還元率が向上するのである。

【００１６】図１に本発明で用いる装置を備えた溶融還
元プロセスの一例を示す。溶融還元炉１で発生する高温
の還元性ガスはダクト２の途中にあるダスト除去用サイ
クロン３を介して予備還元炉である流動層のガス導入部
４に導かれる。粉状鉱石はガス導入部４の上部のライザ
ー５において高温還元性ガスにより流動化されつつ還元
される。還元ガスとともにライザー５を飛び出した粉状
鉱石はライザー５と循環経路６を介して接続されたサイ
クロン７により固気分離され循環経路８からライザー５
に戻される。一方サイクロン７で分離された還元ガスは
排ガス管９を通って処理設備１０で処理される。

【００１７】予備還元炉への粉状鉱石の供給は給鉱口１
１から行われ、予備還元鉱石は排出口１２から系外に排
出される。給鉱口１１と排出口１２の位置は予備還元炉
の中でサイクロン７を除くいずれに設置してもその効果
は同じであるが、供給されたままの未還元鉱石を排出す
ることのないように注意する必要がある。この図では、
ライザー５の最上部に超音波サイレンが印加可能なホー
ン１３を備えており、ライザー内部の粉鉱石はホーン１
３から発せられる超音波場内において流動化されつつ還
元処理されるのである。

【００１８】

【実施例】図１に示すライザーを備えた流動層還元炉に
おいて、表１に示す物性の南米産ヘマタイト系鉱石を還
元処理した。流動層還元炉の主要寸法、還元条件と超音
波印加条件を表２に示す。一方、比較例として同じ装置
、同じ鉱石を用い処理中に超音波サイレンを印加しない
で還元処理を行った。

【００１９】還元処理後の発明例と比較例それぞれの還
元率、鉱石の粉化程度、鉱石歩留り等を測定した。鉱石
の還元処理自体は超音波サイレンを印加した場合でも印
加しない場合でも特に問題は生ぜず、可能であった。 表２に記した操作条件で予備還元処理を行った処理後の
鉱石の還元率、粒径、サイクロンでの捕集効率などを比
較した。図２に鉱石予備還元率に及ぼす印加超音波振動
の振動数の影響を示す。印加なしの場合に比較すると、
５ｋＨｚ　、　１０ｋＨｚの２水準の場合は還元率はわ
ずかに下回り、　２０ｋＨｚ以上の振動数の超音波を印
加した場合は印加なしに比較して約６％向上した。超音
波振動印加による鉱石還元率の向上作用に関し、期待効
果を発揮するのは　２０ｋＨｚ以上の振動であった。

【００２０】 図３に還元処理後の鉱石粉化度を表す指標として還元処
理前後の鉱石調和平均径の比を取って、超音波振動の振
動数の影響を示す。鉱石還元率に及ぼす影響と同様に　
２０ｋＨｚ以上の振動数の超音波を印加した場合に効果
が最も発揮されている。また各実施例における処理後鉱
石の粒度構成を調査すると印加なしの場合に比較して４
５μｍ以下の微粒の割合が減少していることが明らかと
なった。

【００２１】図４にはサイクロンによる鉱石の捕集効率
に与える影響を示す。図３に示したように超音波印加に
より還元粉化が抑制されたことを受けてこれと同様の傾
向で捕集効率も向上している。

【００２２】

【発明の効果】以上の結果より、超音波印加を行うこと
により流動層還元炉の効率が向上することが明らかとな
った。また最適振動数に関しては処理対象となる粒子の
密度、粒度構成などの物性値と処理温度、操作ガス流速
などの処理方法などによって変化するため、本実施例で
示した最適振動数に限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶融還元プロセスを示す概略図である。

【図２】鉱石予備還元率と超音波振動数との関係を示す
グラフである。

【図３】還元後の鉱石粉化度と超音波振動数との関係を
示すグラフである。

【図４】鉱石捕集効率と超音波振動数との関係を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１　　溶融還元炉 ２　　還元ガスダクト ３　　ダスト除去サイクロン ４　　ガス導入部 ５　　ライザー ６　　循環経路１ ７　　鉱石捕集用サイクロン ８　　循環経路２ ９　　排ガス管 １０　　排ガス処理設備 １１　　給鉱口 １２　　排出口 １３　　超音波サイレン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　高温の還元性ガスで鉱石を流動化し、
   鉱石の還元を行う循環流動層還元炉において還元反応部
   であるライザー内に超音波サイレンを設置し、これによ
   り超音波を印加しながら還元操作を行うことを特徴とす
   る循環流動層鉱石還元炉の操業方法。