JPH0637660B2 - 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
として高炉に装入れされている。このようなことから、
該高炉法は、強粘結炭を乾溜を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
融還元精練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。

上述する溶融還元法の一例として本発明者は先に第４図
に示すフローで構成される方法を特願昭５９〜１８４０
５６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（ＣａＣＯ_３）は生石灰（Ｃａ
Ｏ）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６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って熱分解する。こ
れにより、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、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に装入されて、流動層還元炉
６内にあるガスの脱流を行う。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によってブリッケット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１
９が浴に向かって吹き付けられると共に、底吹き羽口２
０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２
０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今後の課題である。

しかし、鉄鉱石還元装置に用いている高速流動層におい
て炉内での鉄鉱石の分布は炉高が高くなるほど希薄な状
態となる。即ち第３図に示す如く、鉄鉱石の濃度を示す
空隙率は炉高の高さに従って指数関数的に激減する。

従ってこのような状態で鉄鉱石の還元を行っても鉄鉱石
と還元ガスの反応性が悪く還元速度ガス利用率が低く生
産設備規模が大になる欠点があった。

そこで本発明では流動層還元炉自体の形状を変形させる
ことに流動層還元炉内の粒子の内部滞留量を増し、炉高
方向の粒子濃度を確保することにより高速流動反応を促
進させることとした。

（問題点を解決するための手段） 本発明の鉄鉱石還元装置は、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、流動層還元炉に外部粒子
循環装置を付設し、該炉内を炉高方向に複数個の拡大縮
小部を設けたものである。

（作用） 本発明は上述のように構成し、流動層還元炉に粉鉱石・
石炭等の原料を装入し還元ガスをガス吹込みノズルから
吹込み原料粒子を高速流動化する。粒子は還元ガスに同
伴飛散し流動層炉内を高速流動するが、流動層還元炉の
炉高方向に複数個の拡大縮小部が設けられており、この
拡大部での渦流の発生により粒子の下降流が増大され、
粒子同志や壁と粒子の衝突、摩耗等が生じ粒子の飛散速
度にブレーキがかかる。

また拡大することにより、還元ガスの空搭速度が低下す
ることにより粒子の飛散速度が低下する為、流動層還元
炉に滞留する粒子の量が増大し、第３図点線に示す如く
空隙率の改善を図ることができる。

また流動層還元炉６に縮小部、拡大部を形成することに
より粒子と還元ガスのスリップ速度が大となり、炉内の
空隙率の大幅な向上による粒子濃度増大とあいまって、
高速流動還元反応を促進することができる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を第１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の炉高方向に縮小部３０、拡大部３１を
形成する。

第１図の実施例では流動層還元炉６の途中を拡大する構
成のもので、第２図の実施例では流動層還元炉６の途中
を縮小する構成のものである。なおこの実施例では各縮
小部３０の直径、或いは拡大部３１の直径を等しくして
いるがこれに限るものではなく、漸次これらの径を拡大
或いは縮小するものであってもよい。またこの縮小部３
０、拡大部３１の大きさは特に限定するものではない
が、第１図の実施例においては、縮小部３０の方は直径
ｄ、高さｈ、拡大部３１の直径Ｄ、高さＨとすると、 ｈ＝ｄ／２、Ｄ＝ｄの関係で形成している。また拡大角
度は４５゜である。

なお流動層還元炉に付設する外部粒子循環装置の構成は
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３２を接続し還元ガス１１と同伴し飛散してきた細粒
子を捕促している。

そしサイクロン３２の下部には捕促した粒子を一時溜め
るホッパ３３を介し流動層還元炉６に戻している。

一方流動層還元炉６の炉内には適宜位置にガス吹出し口
が形成され還元ガス１１が導入されている。

流動層還元炉６の炉内に還元ガス１１を導入すると、還
元ガス１１は、流動層還元炉６内に有する鉄鉱石は還元
ガスにより高速流動化される。粒子は還元ガスと同伴飛
散し、流動層内を高速流動するが流動層還元炉６には縮
小部３０、拡大部３１が形成されており、炉の断面面積
の変動により、拡大部の所での渦流発生と空搭ガス速度
の低下により粒子の濃度が改善されると共にこの渦流に
より還元ガスと粒子とのスリップ速度が増大し、鉄鉱石
と還元ガスの反応性が良く還元速度ガス利用率も高くな
る。

上記スリップ速度とは空搭ガス速度と粒子上昇速度との
差をいう。

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
のに限ったものではなく、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、流動層還元炉内に
縮小部、拡大部が形成されていることより、流動層還元
炉内の鉄鉱石の内部循環量が改善され、及び炉内の還元
ガス１１と粒子のスリップ速度の増大と相まって、高速
流動還元反応を促進させることができ、還元の効率化の
促進が図れ、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図は本
発明の他の実施例を示す説面図、第３図は流動層還元炉
の炉高の高さと鉄鉱石の分布を示す空隙率を示す図、第
４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。 ６は流動層還元炉、１１は還元ガス、３０は縮小部、３
１は拡大部、３２はサイクロン、３３はホッパ。

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
   還元炉内の炉高方向に複数個の拡大縮小部を設けたこと
   を特徴とする鉄鉱石流動層還元装置。