JPH0637659B2 - 鉄鉱石流動層還元装置 - Google Patents

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・高炉法等に使用するための鉄鉱石
を流動層還元炉で還元する鉄鉱石還元装置に関する。

（従来の技術） 鉄鉱石を還元して溶銑を製造するために、高炉を使用す
る方法、シャフト炉で還元した鉄鉱石を電気炉で溶解す
る方法が従来から採用されている。

高炉を使用する方法では、熱源及び還元剤として多量の
コークスを使用し、鉄源である鉄鉱石は炉内に於ける通
気性、還元性を向上させるために通常焼結され、焼結鉱
として高炉に装入されている。このようなことから、該
高炉法は、強粘結炭を乾溜するためのコークス炉設備及
び焼結鉱を製造する為の焼結設備を必要とする。従っ
て、該高炉法には、多大な設備費は勿論のこと、多くの
エネルギー及び労働が必要となる。この為、高炉法には
処理コストが高くなるという欠点があった。更に、強粘
結炭は世界的に賦存量が少なく、しかもその分布が地域
的に偏っているため供給が不安定である。

一方、シャフト炉による鉄鉱石の還元法は鉄鉱石をペレ
ット化する前処理を行うことが必要となり、また還元
剤、熱源として高価な天然ガス等を大量に消費するとい
う欠点がある。

このような従来の溶銑製造技術に代わるものとして、溶
融還元法が注目を浴びている。この方法で使用する溶融
還元炉は使用する原料に制約を受けることなく、より小
規模な設備により鉄系合金の溶湯を製造することを目的
として開発されたものである。

上述する溶融還元精練法の一例として本発明者は先に第
６図に示すフローで構成される方法を特願昭59〜184056
号として提案している。

この方法によるとき、次のようにして溶銑が製造され
る。即ち鉄鉱石１及び石灰石２は流動層予熱炉３内で石
炭４と空気５との燃焼反応で生じた熱によって加熱され
る。その結果、石灰石２（CaCO₃）は生石灰（CaO）とな
って流動層還元炉６に供給される。

流動層還元炉６内では流動状態の予熱鉱石及び生灰石に
石炭７及び酸素又は酸素含有ガスが吹き込まれる。この
石炭７は、流動層還元炉４内で予熱鉱石と熱交換し、ま
た酸素との反応による部分燃焼により熱分解する。これ
によって、石炭７は、還元性のガスを発生すると共にチ
ャー９となる。

他方溶融還元炉10で発生したガス又はそのガスを脱炭酸
処理して得られる還元ガス11は流動層還元炉６からの燃
料ガス12との熱交換によって700〜900℃に昇温された
後、流動層還元炉６に吹き込まれる。流動層還元炉６に
吹き込まれた還元ガス11は石炭７の熱分解により生成し
た還元ガスと混合されて、流動状態にある高温の粉粒状
鉄鉱石を還元し、還元鉱13を生成する。

また、流動層予熱炉３内に生成した生石灰14は、予熱鉱
石と共に流動層還元炉６に装入され、流動層還元炉６内
にあるガスの脱硫を行う。

次いで、該生石灰14は、還元鉱13及びチャー９と共に流
動層還元炉６から排出される。

このようにして得られた還元鉱13、チャー９及び生石灰
14に対して、溶融還元炉10に於ける熱バランス上必要な
石炭、コークス等の炭材が外部から加えられ、混練され
る。次いで、混合物は、ブリッケットマシン等の塊成化
装置15におってブリケット16に成型された後、装入装置
17によって溶融還元炉10に装入される。

この溶融還元炉10には、上吹きランス18から酸素19が浴
に向かって吹き付けられると共に、底吹き羽口20から浴
中に酸素及び炭材が吹き込まれている。そして、ブリケ
ット16に含まれている炭材、底吹き羽口20から酸素と共
に吹き込まれている炭材、装入装置17から供給されたコ
ークス21等の炭材は、上吹きランス18から供給された酸
素と反応し、溶融還元炉10内に大量の熱を発生する。こ
の発生熱によって、ブリケット16中の還元鉱13が溶解
し、還元が進行して溶銑となる。

一方、還元鉱13中の脈石と炭材及び生石灰14とが反応し
て、スラグ23が生成する。このスラグ23は溶融還元炉10
内に貯留し、時間が経過するにつれてその量を増してい
く。そこで、該スラグ23を間欠的または連続的に炉外に
排出する。

（発明が解決しようとする問題点） このような溶融還元法においては、特にその開発過程か
らしても明らかなように、使用可能な原料の範囲の拡
大、熱回収の効率化、溶融還元炉に於ける精練反応の促
進を如何にして達成するかが課題である。

しかし、一般炭、粉鉱石等の廉価な原料を使用すると、
処理過程で大量の粉塵が発生する。このため、炉内の通
気性が悪くなって多量のガスを吹き込むことが出来ず、
生産性を上げることが困難となる。そこで、このような
粉鉱石等はブリケット或いはペレット等の塊成化を行
い、粉塵を発生しない原料に加工して使用されている。

また、これまでに開発されている溶融還元法において
は、流動層還元炉から排出される還元鉄は必要に応じて
熱回収した後、炭に溶融還元炉に投入しているに過ぎな
い。このような方式では、効率的な熱回収及び精練反応
の促進を行うことに限界がある。

そこで本発明は溶融還元法により鉄鉱石から溶銑を得る
に際し、賦存量の多い一般炭と現在利用価値の少ない微
粉鉱石を原料として用い、資源の拡大活用及び溶銑コス
トの低下を図ることを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の鉄鉱石流動層還元装置は、溶融還元法に使用す
る還元鉱石を製造する設備に於いて、流動層還元炉６に
外部循環装置を配設し、この外部粒子循環装置の粒子下
降管33にガス吹出し口34を設け、かつ前記流動層還元炉
６の底部と上部にガス吹込み口36、38を設けてなること
を特徴とする。

（作用） 本発明は上述のように構成し、流動層予熱炉で予熱され
た鉄鉱石、石灰石等の製鉄原料を流動層還元炉６に粉粒
状の石炭も併せて装入し、溶融還元炉10で発生したガス
或いは脱炭酸ガス処理して得られる還元ガス11を流動層
還元炉６の下部から吹き込む。

この還元ガスで、高温の鉄鉱石を流動状態にして還元
し、還元鉱を生成する。生成された還元鉱は流動層還元
炉６の下部に設けた排出部から採取される。還元ガス11
の空塔速度を大にして流動粒子とのスリップ速度を大き
くとることにより、還元反応の促進を行い生産性及びガ
ス利用効率を向上させる。このとき、装入原料粒子の多
くが流動層還元炉６から還元ガスに同伴し飛散する。

この飛散した原料粒子を、流動層還元炉出口に設けたサ
イクロン31で粒子を捕集して再び流動層還元炉６内へ循
環供給させる為に外部粒子循環装置を付設し、サイクロ
ン31で粒子を捕集した粒子を粒子下降管33を介し流動層
還元炉６に循環供給している。この粒子下降管33の途中
にガス吹き込み口34、34′を設け、下降途中の粒子の棚
吊り現象の防止を図りつつ、流動層還元炉６に循環させ
る。このガス吹き込み口34、34′の吹き込み量の大小に
より循環量のコントロールをも可能としている。更に流
動層還元炉６の底部に有するガス吹込み口36から吹き込
まれるガスは、粒子下降管33より排出された流動層還元
炉６の底部に有する粒子の安息角をこわす働きをし粒子
を炉底部へ流入拡散させる。この流入粒子のレベルを炉
上部に移行させ、ガス吹き込み口38より上方に粒子レベ
ルを上げる。そして、ガス吹込み口38により粒子終末速
度Ｕｔ以上の空塔ガス速度になるように還元ガスを吹き
込み、粒子を高速流動化して効率的に還元反応を進行さ
せる。細粒状の粒子は還元ガスに同伴して炉内を飛散流
動しつつ還元され、炉外へ飛散する。そして外部粒子循
環装置によって、再び炉内へ供給され還元が進行され
る。一方粗粒状の粒子は飛散せず炉下部に滞留し還元さ
れる。還元された還元鉱石は流動層還元炉６下部の排出
部から粗粒状の還元鉱を、また外部粒子循環装置からは
細粒状の還元鉱をそれぞれ採取することが出来る。

（実施例） 以下本発明の一実施例を第１〜４図に示す基本的構成の
概略図で詳述する。

流動層還元炉６の上部に設けられている出口にサイクロ
ン31を接続し、粒子が還元ガス11と同伴し飛散してきた
粒子を捕捉する。

サイクロン31の下部には捕捉した粒子を一時ためるホッ
パ32が接続され、このホッパ32と前記流動層還元炉６の
炉底部の適宜位置を粒子下降管33で接続されている。こ
の粒子下降管33内の適宜位置、例えば粒子下降管33の垂
直管部、或いは流動層還元炉６への接続部近傍等に設け
たガス吹出し口34からは流量調節弁35を介してキャリァ
ガスを吹き出ししている。このガス吹出し口34の形状は
特に限定するものではなく、例えば１点、或いは多数の
細孔からまたは第３図に示す如くルーバ形状のものなど
であっても良い。

流動層還元炉６の炉底部にはガス分散床36が形成されて
いる。このガス分散床36は例えば第４図に示す如く突設
した筒状ノズル37の側面に下方向に適宜数の穴37′を穿
設している。また流動層還元炉６への粒子下降管33の出
口よりやや上方にガス吹込み口38が形成されている。上
述底吹き込みガス分散床36及びガス吹込み口38はそれぞ
れ流量調節弁39、40が設けられており、溶融還元炉で発
生したガス或いは脱炭酸ガス処理して得られる還元ガス
11の流動層還元炉６への吹き出し量を調節可能としてい
る。

図中41は粉鉱石、石灰石等の原料25を流動層還元炉６に
装入するための切出弁、42は細粒状の還元鉱の切出弁、
43は粗粒状の還元鉱の切出弁である。

切出弁41から粉鉱石、石灰石等の原料25を流動層還元炉
６に装入し還元ガス11を流量調節弁39、40を介して炉底
吹き込みガス分散床36及びガス吹込み口38より吹込み、
この高温の還元ガス11で、高温の鉄鉱石を流動状態にし
て還元し、還元鉱を生成する。この還元ガス11の空塔速
度を大きく取ることにより還元反応の促進を行い生産性
を向上させる。このとき、装入原料粒子の多くが流動層
還元炉６からの還元ガス11に同伴して飛散するが、流動
層還元炉６の出口に設けられているサイクロン31で粒子
を捕集し、この粒子をホッパに貯留する。

この粒子は粒子下降管33を介して流動層還元炉６下部へ
循環するが、粒子下降管33の垂直管部及び流動層還元炉
６への接続部近傍に形成されているガス吹出し口34から
キャリァガスを吹き出し、粒子下降管33内での粒子の棚
吊り現象の防止を図りつつ、流動層還元炉６に粒子をス
ムーズに循環させる。

このように外部粒子循環装置を経た粒子は流動層還元炉
６の炉底部に循環され、ガス分散床36に設けられている
筒状ノズル37から吹出す還元ガス11より粒子下降管33近
傍に生ずる安息角をこわし還元を行いながら、炉底部の
粒子の充填レベルを高め粒子をガス吹き込み口38の上部
へ上昇させ、ガス吹込み口38より吹出す還元ガス11によ
り粒子を高速流動化して効率的な還元を行わしめる。ガ
ス吹込み口38は第５図に示すように炉を水平方向に貫通
して配設している。

ここで還元速度のコントロールは流量調節弁39、40の流
量及び流量調節弁35により流動層還元炉６内で飛散した
粒子の循環量のコントロールをすることによって行って
いる。

なお細粒子の還元鉱は切出弁42から採取され、粗粒子の
還元鉱は切出弁43から採取される。

このように本発明明においては、細かな粒子の還元鉱
は、サイクロン31、ホッパ32、粒子下降管33よりなる粒
子循環系から還元鉱の細かな粒子のみが風ふるい効果に
よって比較的整粒化されて得られ、この排出還元鉱は気
体輸送が可能であり、溶融還元炉10内にノズル吹き込み
が可能である。また粗い粒子の還元鉱は、流動層還元炉
６底部に滞留流動しており、これを流動層還元炉６の底
部に設けてある排出口より切出弁43から排出する。これ
は気体輸送するには大きすぎるためコンベヤ類で機械的
に輸送処理される。

なお本設備は溶融還元用還元鉱石の製造に用いられるも
のに限ったものでなく、例えば還元ガス11を転炉ガスや
コークス炉ガス等の還元ガス或いは、改良した還元ガス
を用いて、本設備で鉄鉱石を還元し、高炉へ供給使用す
ることも可能である。

（発明の効果） 上述したように、本発明においては、流動層還元炉でガ
スに同伴飛散される粒子の流動層還元炉内への循環がス
ムーズに行われ、かつ循環量のコントロールが容易であ
ることにより、安定した高速循環流動特性の確保と炉内
の粒子濃度の確保が可能となり、効率的な還元反応の促
進が図れ高生産性とガス利用率が向上する。また粒厚分
布の広い粉鉱石を積極的に処理することが出来る為、廉
価な一般炭及び粉鉱石を使用することが可能となり、溶
銑のコストダウンを図ることが出来る。さらに、高反応
率、ガス利用率向上によりコンパクトな還元設備を提供
出来る等優れた効果を有する。

また高炉法に利用した場合、高炉の生産性向上および焼
結設備・コークス炉設備等の付帯設備の小型化が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を示す説明図、第２図は同
上要部拡大説明図、第３図はこの実施例のガス吹出し口
を示す説明図、第４図は流動層還元炉底部のガス吹出し
ノズルの拡大断面図、第５図は炉内上部ガスノズルの配
置を示す説明図、第６図は本発明者等が先に提案した溶
融還元法の概略を示した説明図である。 １は鉄鉱石、２は石灰石、６は流動層還元炉、11は還元
ガス、25は原料、31はサイクロン、32はホッパ、33は粒
子下降管、34はガス吹出し口、35，39，40は流量調節
弁、36は炉底のガス分散床、37は筒状ノズル、38はガス
吹込み口、41，42は切出弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】還元鉱石を製造する設備に於いて、流動層
   還元炉に外部粒子循環装置を付設し、この外部粒子循環
   装置の粒子下降管にガス吹き込み口を設け、かつ前記流
   動層還元炉の底部と上部にガス吹込み口を設けてなるこ
   とを特徴とする鉄鉱石流動層還元装置。