JPH0499808A - 循環流動層還元炉のガス分散器 - 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〉 炭材を還元剤、熱源として粉状鉄鉱石を溶融還元し溶銑
を得る溶融還元製鉄法の一部として用いられる鉱石還元
炉において、炭材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
動層還元炉のガス分散器に関するものである。

〈従来の技術〉 鉄鉱石の溶融還元炉における溶融還元プロセスにおいて
熱源および還元剤としての炭材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、還元することが行われている。この予熱、還元を
行うプロセスに使用される炉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や鉱石の予備還元率向
上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流動層内で
十分な固気接触を図り、鉱石の還元率を向上させるには
流動層内へのガス分散を均一なものとする必要がある。

そのため流動層還元炉のガス導入部の構造が還元性能、
操業安定性の面から重要となるのである。

流動層還元炉のガス導入部が具備すべき性能、条件とし
て、 （１）流動層内において所要の還元速度をもたらす反応
温度を維持できる熱供給が可能な高温ガス導入が可能で
あること。

（２）粉粒状鉱石の均一で安定した流動化が確保できる
こと。

（３）局所加熱等の鉱石のスティッキングによる分散器
の目詰まりでガス分散状態が阻害されないこと。

（４）　　溶融還元炉発生ガス中に含まれるダストによ
る目詰まりによりガス分散状態が阻害されないこと。

（５）流動化させるべき粉粒状鉱石がガス導入部から下
に落下するいわゆる落鉱を生じないこと。

（６）長時間の連続操業においても上記（１）〜（５）
に性能変化がないこと。

等が挙げられる。

このため流動層還元炉のガス導入部にはガス分散器とし
て、多孔板を設置するのが一般に広く行われている。し
かし流動層還元炉において還元ガス利用率を向上させ、
鉱石還元率を上げるためには流動層還元炉の還元反応領
域であるライザーの温度をより高温に保つ必要がある。

このライザーの温度は導入される還元性ガスの顕熱によ
り維持されるので、ライザーよりも上流に位置するガス
導入部はライザーよりも高温にならざるを得ない。

従って、ガス導入部はライザー内よりも鉱石スティッキ
ングが発生する可能性が大きい。さらに溶融還元炉発生
ガス中には多量のダストが含まれており、還元ガスがガ
ス分散器を通過する時にこのダストも目詰まりの原因と
なる。

一方落鉱を生じさせないためにはガス分散器でのガス流
速を大きくする必要がある。よって一定のガス量、温度
、圧力の下では開口断面積が小さい方が望ましい。しか
し開口断面積を小さくすると上述の目詰まりを助長する
方向となるため両者を同時に満足することは困難となる
。

さらに−旦ガス分散器に目詰まりが生じた場合には溶融
還元炉の操業を停止して降温後にクリーニングしなけれ
ばならない。そのため、ガス分散器の目詰まりは極力避
けなければならない。そこでガス分散器には目詰まり除
去機構を有する方が望ましいことになる。

一方流動層の中にはガス分散器を用いないスパウトベツ
ドと呼ばれるタイプがある。このタイプの流動層ではガ
ス分散器の目詰まりを懸念する必要はない。しかし溶融
還元炉発生ガス量には変動があるため還元ガス量が減少
した際には落鉱を防止することができない。また従来知
見によればガス分散器を有する流動層と同程度の反応効
率を得ることが難しいという欠点がある。さらにガス量
に変動がある場合にも落鉱を生じさせないためにはガス
分散器での開口断面積をガス量に応じて可変とする機構
も必要となる。

そこで特開昭５９−１０４０７８号公報には耐熱性材料
の複数の棒材を格子状に組み合わせたインターナルにガ
ス分散効果を付与し均一で安定した流動化反応を確保す
るとともに、インターナルを多段化する技術が示されて
いる。しかしこの方法では落鉱に対応できないばかりで
なく、−旦インターナルに鉱石、ダストの付着が生じた
場合には溶融還元炉の操業を停止して復旧を図る必要が
ある。

また、特開昭５９−１０７１５８号公報には前記特開昭
５９−１０４０７８号公報と同様に分散器の組み合わせ
でガス分散器を形成しガス分散効果を生ずるだけでな（
、断面形状を特定した分散器を回転させることによりガ
ス分散器の目詰まりを防止し、さらにガス量に応じて開
口断面積を禰整する技術が開示されている。しかしこの
手段においてはガス分散器の目詰まりを除去するために
分散器を回転させるとガス分散部の開口断面積も同時に
変化してしまうため落鉱が生ずる可能性があるし、ライ
ザー内の鉱石流動状態も不安定になるという欠点を有し
ている。

〈発明が解決しようとする課題〉 溶融還元炉のプロセスの一つである流動層還元炉のガス
分散器において、次の２点を解決する。

■　ライザー内の鉱石流動を停止するなどの非定常状態
を生じることな（分散器の目詰まりを解消する。または
ガス分散器の機構の中に目詰まり抑制効果を持たせる。

■　溶融還元炉発生ガス量の変動に応じてガス分散器の
開口断面積を変化させ、落鉱を発生させない。

本発明の目的は前記２点の問題点を解決することによっ
て長時間の連続操業においても安定した粉状鉱石の還元
を行うことができる循環流動層還元炉のガス分散器を提
供するものである。

く課題を解決するための手段〉 発明者らは鋭意研究の結果、特開昭５９−１０４０７８
号公報に開示されているようにガス分散器として複数の
耐熱棒を組み合わせた構造とする場合、目詰まり箇所は
耐熱棒の断面に対し均一ではなく耐熱棒下部に偏ってい
ること、また付着物の生成速度は当初は小さいが時間の
経過と共に大きくなることがわかった。さらに耐熱棒へ
の付着力も生成速度と同様の傾向を有することもわかっ
た。そのため付着物の平均厚みが所定厚以下の状態で定
期的に剥離することが望ましいことになる。

付着物剥離のための具体的手段として各々の耐熱棒の両
端に固定したスフレイバーを配置し、耐熱棒自体を移動
させてスフレイバーを通過させて付着物を削ぎ落とすの
が有効であることが判明した。しかし耐熱棒の移動によ
りガス導入部配管内のガス流れ状態が変化することがな
いようにする必要がある。そのため耐熱棒の長さをガス
導入部配管内径の２倍以上に規定し、耐熱棒が移動して
もガス導入部配管内部の状態には変化がなく、耐熱棒の
ワーク部がすべてスフレイバーを通過するようにして本
発明を開発するに至ったものであり、本発明の要旨とす
るところは下記の通りである。

本発明は、高温の還元性ガスで鉱石を流動化しつつ鉱石
の還元を行いサイクロンおよび循環経路を経由して流動
層にもどる経路を備える循環流動層還元炉の該流動層下
部の該還元ガス導入部に配設する循環流動層還元炉のガ
ス分散器であって、前記循環流動層還元炉のガス導入部
に該ガス導入部径の２倍以上の長さを有する複数の耐熱
棒を格子状に多段に組み合わせて配設し、それぞれの耐
熱棒を水平移動させる水平移動用ピストンまたは水平移
動および回転させる水平移動用ピストンと回転用モータ
ーを備え、かつ該耐熱棒に付着する固形物を除去するス
フレイパーをガス導入部に配設したことを特徴とする循
環流動層還元炉のガス分散器である。

〈作　用〉 第２図に本発明装置を備えた溶融還元炉のプロセスの一
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
て循環流動層還元炉２０のガス導入部４に導かれる。粉
状鉱石は流動層還元炉２０におけるガス導入部４の上方
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と第１の循環経路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第２の循環
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を通って処理段０１１
０で処理される。

流動層還元炉２０への粉状鉱石の供給は給鉱口１１から
行われ、還元鉱石は排出口１２から流動層還元炉２０外
に排出された後、装入口１９から溶融還元炉に装入され
る。給鉱１１と排出口１２の位置は流動層還元炉２０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。

第１図は本発明によるガス分散器１８の詳細構造を示し
たものである。ガス分散器１８は、格子状に組み合わせ
た複数の耐熱棒１３を平行かつ多段（図面では平行に配
列した２本の耐熱棒を格子状に上下２段重ねとしている
）に重ね合わせた構造でガス導入部４の位置に配設され
る。個々の耐熱棒１３は長手方向に均一な断面形状でガ
ス導入部４の管径の２倍以上の長さを有し、自転運動す
るとともに長手方向にガス導入部４の管径以上の距離を
水平移動することが可能としである。そのため個々の耐
熱棒１３には水平移動させるためのピストン１４と自転
運動させるためのモーター１５が接続されている。

さらに個々の耐熱棒１３には前後に２個以上のスフレイ
パー１６が設置され、耐熱棒１３がスフレイパ−１６を
通過する際に耐熱棒１３に付着したダストやスティッキ
ング鉱石を削ぎ落とす働きをするのである。また耐熱棒
１３の自転運動は当該耐熱棒１３への局所的な付着を防
止する働きがあり、スフレイパ−１６による付着物除去
を容易ならしめるばかりでなく耐熱棒１３の周囲に接す
る粉状鉱石やダストの停滞を防止して耐熱棒１３への付
着を抑制する効果もある。スフレイパ−１６により削ぎ
落とされた付着片が大きい場合にはガス導入部４から落
下して落鉱抜き出し管１７から系外に排出され、付着片
が十分小さい場合には粉状鉱石と一緒にライザー５から
飛び出し還元鉱石の一部として排出口１２から系外に取
り出される。

流動層還元炉２０の定常操業時の耐熱棒１３の水平方向
の最低移動距離はガス導入部４の管径と等しい。そのた
めガス導入部４の管内から耐熱棒１３が抜は落ちること
なく、耐熱棒１３のワーク部分の全長をスフレイパ−１
６に通過させるには耐熱棒１３の長さはガス導入部４の
管径の２倍以上必要となる。

耐熱棒１３のワーク部の長さがガス導入部４の管径の２
倍以上あれば耐熱棒１３の一部が管内から引き抜かれる
ことがないため、ガス導入部４の開口断面積が付着物除
去のために変化することはないため非定常状態を生ずる
こともなくガス分散器１８の目詰まり除去が達成される
のである。

また溶融還元炉１の発生ガス量の変動に対し落鉱防止対
策を講するにはガス導入部４の開口断面積を可変にする
必要があるが、複数の耐熱棒１３の一部をガス導入部４
の管外に完全に引き抜くなどして開口断面積を調整でき
るため、これも本発明においては問題とならないのであ
る。

〈実施例〉 第１図に示す本発明のガス分散器１８を備えた流動層還
元炉２０において第１表に示す粒度構成の南米産へマタ
イト系鉱石を還元処理した。還元流動層の主要寸法、還
元条件と耐熱棒の操作条件を第２表に示す。一方、比較
例として同じ装置、同じ鉱石を用いた処理中に耐熱棒を
全く操作しないで還元処理を行った。還元処理後に本発
明例と比較例とでガス分散器の目詰まり状況や鉱石の還
元率について比較した。また還元処理途中に還元ガス量
を変化させて落鉱量とライザー内鉱石滞留量の変化を両
者で比較した。

第２表 まず、耐熱棒を水平移動させスフレイバーを通過させて
付着物の除去効果を確認するため最高２０間の長時間処
理を行い、耐熱棒に水平移動と回転を行った場合と行わ
ない場合の目詰まり率を比較した。その結果を第３表に
示す。第３表に示すように耐熱棒を水平移動を行わない
場合には２４時間で開口断面積が当初の１／４まで減少
しその後はぼ一定になるのに対し、水平移動を施した場
合には２日間開口断面積はほぼ一定でほとんど目詰まり
は発生していない。このことから耐熱棒を水平移動させ
付着物を除去できていることが明らかである。また耐熱
棒を操作しない場合は従来の多孔板分散器と同様の傾向
を有するものと考えることができるため、従来の方法に
比較して本発明方法の優位性も確認できた。

第３表に示す４８時間処理したサンプル鉱石の還元率を
第４表に比較して示す。還元率を比較するだめの鉱石は
処理開始後４５〜４８時間の間に採取した９サンプルの
還元率を平均して求めた。ガス分散器の目詰まりの著し
かった耐熱棒の操作なしの場合は還元率が低く、水平移
動と回転を組み合わせた操作を行った場合に比較してラ
イザーでの鉱石還元反応効率が低下していることがわか
った。

第４表 第５表 ガス量の変動に対する応対性を確認するため処理途中で
還元ガス量を３０％減少し耐熱棒を操作した場合と操作
しない場合で落鉱量を比較した。両者の開口断面積は処
理前は同じであるが、操作ありの場合はガス量の変動に
応じて投影開口断面積で除したガス分散器部ガス流速が
処理前と等しくなるように耐熱棒を追加装入した。結果
を第５表に示す。操作した時には落鉱がほとんど発生し
ないのに対し、操作なしの場合には５０ｋｇ／ｈ生じて
いる。これにより本発明装置によればガス量変動に対し
ても対応性がよいことがわかった。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば循環流動層還元炉の
還元ガス導入部に配設されるガス分散器の目詰まりが確
実に防止されるので常に良好なガス分散状態のちとに所
定の高温還元ガスが導入されるので鉱石の還元率向上が
達成される。またガス分散器の開口面積をガス量に応じ
て可変とすることが可能となるので落鉱が防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るガス分散器を示し、（ａ）は正面
図、（ｂ）は平面図、第２図は本発明に係る溶融還元プ
ロセスの概略全体配置図である。 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、 ７・・・鉱石捕集用サイクロン、 ８・・・循環経路、　　　　　９・・・排ガス管、１０
・・・排ガス処理設備、　１１・・・給鉱口、１２・・
・排出口、　　　　　１３・・・耐熱棒、１４・・・水
平移動用ピストン、 １５・・・回転用モータ、 １６・・・スクレイパ− １７・・・落鉱抜き出し管、 １８・・・ガス分散器、 １９・・・装入口、 ２０・・・循環流動層還元炉。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高温の還元性ガスで鉱石を流動化しつつ鉱石の還元を行
   いサイクロンおよび循環経路を経由して流動層にもどる
   経路を備える循環流動層還元炉の該流動層下部の該還元
   ガス導入部に配設する循環流動層還元炉のガス分散器で
   あって、前記循環流動層還元炉のガス導入部に該ガス導
   入部径の２倍以上の長さを有する複数の耐熱棒を格子状
   に多段に組み合わせて配設し、それぞれの耐熱棒を水平
   移動させる水平移動用ピストンまたは水平移動および回
   転させる水平移動用ピストンと回転用モーターを備え、
   かつ該耐熱棒に付着する固形物を除去するスクレイパを
   個々の耐熱棒に配設したことを特徴とする循環流動層還
   元炉のガス分散器。