JPH0639608B2

JPH0639608B2 - 鉄鉱石の予熱・還元装置

Info

Publication number: JPH0639608B2
Application number: JP7157686A
Authority: JP
Inventors: 洋一林; 信義西原; 達彦江頭; 正和中村; 力片山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-03-28
Filing date: 1986-03-28
Publication date: 1994-05-25
Anticipated expiration: 2009-05-25
Also published as: JPS62227022A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、溶融還元法に使用するため、鉄鉱石を予熱し
還元する装置に関する。

〔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
る方法等が従来から採用されている。

高炉を使用する方法においては、熱源及び還元剤として
多量のコークスを使用している。また、鉄源である鉄鉱
石は、炉内における通気性、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ための焼結設備
を必要とする。したがって、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。このため、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では、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多量に消費すると
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
融還元製錬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。

このような溶融還元法の一つとして、本発明者等は、先
に第３図に示すようなフローで構成される方法を特願昭
59−184056号として提案した。

この方法によるとき、次のようにして溶銑が製造され
る。すなわち、鉄鉱石１及び石灰石２は、流動層予熱炉
３内で石灰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）となって流動層予備還元炉６に供給される。

流動層予備還元炉６内では、流動状態の予熱鉱石及び生
石灰に、石灰７及び酸素又は酸素含有ガス８が吹き込ま
れる。この石灰７は、流動層予備還元炉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、流動層予備還元炉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、流動層予備還元炉６に吹き込まれる。流動層
予備還元炉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
石と共に流動層予備還元炉６に装入され、流動層予備還
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及びチヤー９と共に流動層予備還元炉６か
ら排出される。

このようにして得られた還元鉱13，チヤー９及び生石灰
14に対して、溶融還元炉10にお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、混錬され
る。次いで、混合物は、ブリケットマシン等の塊成化装
置15によってブリケット16に成形された後、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内に多量の熱を発生する。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22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その量を増してい
く。そこで、該スラグ23を間欠的又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，溶融還元炉における製錬反応の促
進等を如何にして達成するかが今後の課題である。

しかし、一般炭，粉鉱石等の廉価な原料を使用すると、
処理過程で多量の粉塵が発生し、また炉内では通気性の
低下が生じる。このため、従来の製鉄法のように原料に
対して予め塊状化，粒状化等の処理を施していた。ま
た、これまでに開発されている溶融還元法においては、
流動層予備還元炉から排出される還元鉱は、必要に応じ
て熱回収した後、単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製錬反
応の促進を行うことに限度がある。

そこで、本発明は、流動層予備還元炉及び流動層予備還
元炉から排出される還元鉱及び排ガスの性状に着目し、
その性状に応じた循環方式を採用することにより、熱回
収の効率化及び製錬反応の促進を図ることを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の鉄鉱石予熱・元装置は、その目的を達成するた
め、溶融還元法に使用する予備還元鉱石を製造する設備
において、粉鉱石の供給口を備えたサスペンションプレ
ヒータと，石炭供給口及び炉床部に設けた流動燃焼用空
気吹込み口を備えた流動層燃焼炉と、該流動層燃焼炉を
前記サスペンションプレヒータに連結するニューマチッ
クフィーダを備えた連結管と、外部循環系を備え且つ炉
下部及び／又は該外部循環系に予備還元鉱排出口を設け
た流動層予備還元炉からなることを特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、流動層予熱炉から排出される排ガス
と鉄鉱石，生石灰等の製鉄原料とを向流接触させること
により、その排ガスが保有する熱を製鉄原料に与える。
また、排ガスに含まれている粉塵は、サイクロンにより
排ガスから分離されて製鉄原料と共に、再び流動層予熱
炉に投入される。このように流動層予熱炉にサスペンシ
ョンプレヒータを付設することにより、排ガスの熱及び
これに含まれている粉粒状の製鉄原料が効果的に回収さ
れる。

また、流動層予備還元炉においては、細粒状及び粗粒状
の還元鉱が生成する。そして、該流動層予備還元炉は比
重の大きな粉鉱石を被流動化原料として使用し、且つそ
の粉鉱石を高粒子濃度で飛散流動させているので、細粒
状の還元鉱が流動層予備還元炉から炉外に飛散する。そ
こで、流動層予備還元炉にサイクロン等の集塵設備を付
設し、飛散した細粒状の還元鉱を捕集している。そし
て、この捕集した還元鉱を、再び炉内に返送する外部循
環系を流動層予備還元炉に付設している。これにより、
粉粒体の取扱いが容易になり、また予備還元炉内におけ
る還元反応も高い水準に維持することが可能となる。

また、この外部循環装置から取り出された還元鉱は、流
動層予備還元炉における風篩作用によって細粒に整粒さ
れたものであるから、気流搬送に適する。

そして、このように予備還元された鉱石を、外部循環系
及び／又は流動層予備還元炉の底部から溶融還元炉に切
り出すことにより、粉塵を系外に放散させることなく、
粉鉱石，一般炭等の低級な製鉄原料から溶銑を製造する
ことが可能となる。

ところで、流動層予備還元炉の内圧は、流動層予熱炉の
内圧に比較して相当に高い。したがって、流動層予熱炉
の内圧によって、予熱された鉄鉱石を予備還元炉に送給
することはできない。そこで、本発明においては、流動
層予熱炉から流動層予備還元炉までの搬送経路に、ニュ
ーマチックフィーダーを搬送手段として設けている。

このニューマチックフィーダは、その内部が粉粒体によ
ってガスシールされているので、流動層予備還元炉の内
圧が流動層予熱炉に悪影響を与えることがない。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明の特徴を具体的に説明する。

第１図は本発明の流動層還元装置の要部を示すものであ
る。なお、第１図において、第３図に示したものと同じ
材料，機構等は同じ符番で指示している。

鉄鉱石１，石灰石２等の製鉄原料は、それぞれのホッパ
ー1a，2aを介して流動層予熱炉３に投入され、この流動
層予熱炉３で予熱された後、流動層予備還元炉６に送り
こまれる。この流動層予備還元炉６には、溶融還元炉10
から排出される還元ガス11が送り込まれており、この還
元ガス11によって、鉄鉱石１が流動層予備還元炉６で予
備還元される。

このとき、流動層予熱炉３から延びる排ガス煙道24の途
中に、主として粉粒状の鉄鉱石，石灰石等の製鉄原料を
供給する。本実施例においては、これらの粉粒状の製鉄
原料は、ホッパー1a，2aから排ガス煙道24に投入され
る。

投入された製鉄原料のうち、粗粒部分は、その煙道24を
経て流動層予熱炉３内に落下する。これに対し、粗粒部
分は、煙道24を上昇してきた排ガスに乗って、配管25を
経て多段式のサイクロン26に送られる。この搬送過程
で、細粒部分は、排ガスと熱交換しながら加熱される。
この熱交換は、排ガスと細粒鉱とが直接接触することに
より行われるものであるから、その熱の伝熱効率は優れ
たものである。これら排ガス煙道24，配管25，サイクロ
ン26等を含めたものを、サスペンションプレヒータとい
う。

次いで、細粒鉱は、サイクロン26で排ガスと分離され、
ホッパー27に一時的に蓄えられる。このホッパー27の下
方には、ニューマチックフィーダー28が配置されてい
る。そして、該ニューマチックフィーダー28により、ホ
ッパー27から流動層予熱炉３に細粒鉱が切り出される。
なお、このニューマチックフィーダー28代えて、ロータ
リーフィーダー等の他の搬送手段を採用しても良い。

流動層予熱炉３には、石炭７がホッパー7aを介して投入
されている。また、該流動層予熱炉３内には、炉床に設
けた空気分散ノズル，多孔板等を介して流動燃焼用の空
気５が送りこまれている。この空気５により、投入され
た石炭７が流動燃焼し、流動層予熱炉３内の流動層を60
0〜1000℃の範囲に維持している。このような雰囲気の
下に、投入された鉄鉱石１，石灰石２等の原料は、予熱
焙焼される。

流動層予熱炉３から排出された予熱された鉄鉱石，石灰
等の混合物は、石炭７が変質してできたチャーを混入し
ている。この混合物を切出し、ニューマチックフィダー
29により流動層予備還元炉６に装入する。このニューマ
チックフィダー29が、第２図に示されている。

このニューマチックフィダー29は、キャリアガス30を底
部から吹き込み、内部に滞留している粉鉱石を流動層予
備還元炉６に気流搬送するものである。第１図の例で
は、キャリアガス30として流動層予備還元炉６から排出
された排ガスを使用しているが、別途空気或いは溶融還
元炉10から発生した還元ガスを使用することも可能であ
る。

なお、このとき、キャリアガス30を吹き込むヘッダ31を
複数に分割し、それぞれの分割ヘッダ31a〜31cに送り込
まれるキャリアガス30の流量を調整する流量調整弁32a
〜32cを設けておくと、流動層予備還元炉６に送る粉鉱
石の量を調整することが可能となる。

溶融還元炉10から排出された還元ガス11が、炉下部を通
して流動層予備還元炉６内に吹き込まれている。この還
元ガス11により、流動層予熱炉３から送り込まれた鉄鉱
石等の原料は、流動層予備還元炉６内で浮遊流動され、
還元ガス11に含まれているCo，Ｈ_２等によって予備還元
される。還元ガス11吹込みの空塔速度は、流動層予備還
元炉６で鉄鉱石等がフリーボード内を浮遊飛散する程度
に大きくする。これにより、還元反応性が向上する。

また、流動層予備還元炉６から外部に飛散した鉄鉱石を
再び流動層予備還元炉６に戻すために、流動層予備還元
炉６の上部に外部循環系33を設けている。この外部循還
系33としては、第１図で示されているように、多段式の
サイクロン34により捕集した粉鉱石をホッパー35で一時
的に貯え、ニューマチックフィーダー36により流動層予
備還元炉６に戻す形式のものが使用される。

この外部循還系33において、ニューマチックフィーダー
36を用いるとき、粒子移送機構に機械的駆動部がないの
で、故障が少ないという利点がある。

そして、還元された粉粒状の原料は、この外部循環系33
の途中から、ニューマチックフィーダー37により次段の
流動層予備還元炉６に切り出す。また、最終段の流動層
予備還元炉６に付設した外部循環系33からは、ニューマ
チックフィーダー38により溶融還元炉10に粉粒状の還元
鉱を切り出す。

このように、流動層予備還元炉６を多段に設けるとき、
還元率の向上，均一な還元及び還元の制御精度の向上が
図られ、しかも還元ガスの利用効率も向上する。なお、
流動層予備還元炉６を多段配置することなく、単独で用
いても良いことはいうまでもない。

また、流動層予備還元炉６に微粉炭バーナ39を設け、還
元ガス及び赤熱チャーを生成噴出させることにより、還
元過程における還元ガスの再加熱及びガスの改質が行わ
れ、還元能力の強化が図られる。その結果、高い生産性
を得ることができる。また、流動層予備還元炉６におい
て、鉄鉱石，石灰等に石炭，チャー等を混在させること
により、石炭，チャーによる還元ガスの炉内再生機能を
持たせることができる。

最終段の流動層予備還元炉６から排出される還元鉱は、
細粒部分が外部循環系33からニューマチックフィーダー
38により切り出され、粗粒部分が流動層予備還元炉６の
底部からロータリーフィーダー40等の手段により切り出
され、それぞれ溶融還元炉10に向かう。

すなわち、経路41を経て送られてきた細粒状の還元鉱
は、加圧されて溶融還元炉10内に吹き込まれる。このと
き使用されるキャリアガス30（第２図参照）としては、
還元性ガス，不活性ガス等がある。

他方、経路42の途中には、パンコンベア，チェーンコン
ベア，バケット等の機械的搬送機43が設けられており、
この上流側にあるロータリフィーダー40により切り出さ
れた粗粒状の還元鉱が溶融還元炉10に投入される。

このような、予熱・還元装置において、流動層予熱炉３
と流動層予備還元炉６とを、ニューマチックフィダー29
を備えた連結管で連絡している。そのため、流動層予備
還元炉６の内圧が流動層予熱炉３に影響を与えることが
ない。また、流動層予備熱炉３からニューマチックフィ
ダー29までの間の管路が粉粒によって充填されているた
め、ガスシールが充分におこなわれる。

また、粉鉱石が排ガスと向流接触することにより排ガス
の熱を回収する機構を、流動層予熱炉３が備えているの
で、流動層予熱炉３に投入される製鉄原料は前以って昇
温される。したがって、流動層予熱炉３内においては予
熱に必要な燃料の消費量が節約される。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明の鉄鉱石の予熱・還元装
置においては、サスペンションプレヒータ，流動層予熱
炉，流動層予備還元炉及び炉外循環系を組み合わせるこ
とにより、粉粒体を系外に飛散させることなく、予熱，
還元等の処理を行うことが可能となる。したがって、粉
鉱石，一般炭等の低級製鉄原料から溶銑を製造すること
が可能となる。また、流動層予熱炉から排出される排ガ
スが保有する熱も有効に回収される。他方、流動層予備
還元炉においては、原料供給配管からのガスの吹き抜け
がないので、高圧でガスの吹込みが可能となり、反応率
の向上が図られる。しかも、炉外循環系を設けているこ
とにより、ガスの利用効率が大幅に改善される。このよ
うにして、本発明によるとき、高い生産性で溶融還元法
を実施することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の予熱・還元装置の概略を示し、
第２図は流動層予熱炉から流動層予備還元炉への鉱石搬
送経路に設けたニューマチックフィーダーの構造を示
す。また、第３図は、本発明者等が先に開発した溶融還
元法のフローを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村正和神奈川県川崎市中原区井田1618 新日本製鐵株式會社第一技術研究所内 (72)発明者片山力福岡県北九州市八幡東区枝光１丁目１番１号新日本製鐵株式會社八幡製鐵所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融還元法に使用する予備還元鉱石を製造
する設備において、粉鉱石の供給口を備えたサスペンシ
ョンプレヒータと，石炭供給口及び炉床部に設けた流動
燃焼用空気吹込み口を備えた流動層燃焼炉と、該流動層
燃焼炉を前記サスペンションプレヒータに連結するニュ
ーマチックフィーダを備えた連結管と、外部循環系を備
え且つ炉下部及び／又は該外部循環系に予備還元鉱排出
口を設けた流動層予備還元炉からなることを特徴とする
鉄鉱石の予熱・還元装置。