JPH0774368B2

JPH0774368B2 - 鉄鉱石流動層還元装置

Info

Publication number: JPH0774368B2
Application number: JP61286599A
Authority: JP
Inventors: 達彦江頭; 信義西原
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-12-03
Filing date: 1986-12-03
Publication date: 1995-08-09
Anticipated expiration: 2010-08-09
Also published as: JPS63140019A

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３図
に示すフローで構成される方法を特願昭59〜184056号と
して提案されている。

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石灰に
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によってブリケット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今後の課題である。

しかし、粒度分布の広い粉鉱石・石炭等の原料を使用す
ると流動層還元炉６での流動性確保が非常に難しく操業
性に問題があった。つまり安定状態を得る為には、粗粒
子が飛散するまで還元ガスの空塔速度を大とすると良い
のであるが、この場合にあっても流動層還元炉内の粒子
濃度が薄くなりすぎて、反応効率即ちガス利用率が低下
する。一方還元ガスの空筒速度を小とすると流動層還元
炉の下部に粗粒子が滞留し、いわゆるスラッギング流動
が生じ流動層還元炉のヘッダ圧の変動が大となって操業
が不可能になる。

また一般に粒度の大きさが還元速度に影響を及ぼし、
細、粗粒子のそれぞれに適した還元ガスの空筒速度があ
る。従って粒度分布の広い粉鉱石を還元する場合に、細
粒の粉鉱石の方が粗粒の粉鉱石より還元が進み高還元度
となり、還元鉱同志の付着性が増し細粒同志による凝
集、或いは粗粒への凝集が生じ、流動性の悪化、更に流
動化停止のトラブルが発生する危険もあった。

そこで本発明では流動層還元炉内に還元を行う為の還元
ガスの吹込みノズルを炉高方向に数段に配設し、各吹込
みノズルの還元ガス吹出し流量をかえ高速化が困難な粗
粒子の鉄鉱石或いは還元工程で生成した凝粒子は炉下部
のバブリング流動層で細粒と分離して沈降させその下部
に位置する充填層で還元し下部より排出するものであ
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、流動層還元炉に外
部粒子循環装置を付設し、かつ流動層還元炉の炉内にガ
ス吹込みノズルを炉高方向に数段に配設してなるもので
ある。

（作用）本発明は上述のように構成し、流動層還元炉に粒度分布
の広い粉鉱石・石炭等の原料を装入し還元ガスをガス吹
込みノズルから吹き出すと、最上部のガス吹込みノズル
の上方は全てのガス吹込みノズルの吹き出し量が加わ
り、細粒状の原料粒子の終末速度Ut以上となり、細粒状
の原料粒子は還元ガスと反応しながら流動層還元炉の上
方へ飛散上昇する。すなわち高速流動層を形成する。こ
の場合終末速度Utに達していない粗粒状の原料の一部に
は細粒による同伴効果により上方へ飛散するものもある
が、大半は流動層に滞留する。炉下部に位置するガス吹
き込みノズルから還元ガス11を吹き込み、流動層を形成
する。この流動層で粒度分布の広い原料を流動化させる
が、粗粒状の原料は細粒状の原料に比べ流動開始速度Um
fが大で流動性が悪いため、流動しながら流動層下部に
沈降し細粒と分離される。一方細粒状の原料は前述した
上部の吹き込みノズルにより流動層還元炉６上部へ飛散
される。流動層還元炉６下部に沈降した粗粒状の原料は
充填層を形成する。即ち炉高方向に数段に配設してなる
ガス吹込みノズルにより充填層、流動層、高速流動層と
原料の流動状態を形成させることにより、高速流動層域
のスラッギング発生を防止し、安定流動状態の確保が得
られ、かつ流動層還元炉内の粒子濃度を適当な濃度にコ
ントロールすることが出来、反応効率及びガス利用率の
向上が得られる一方粗粒子は充填層内に充填されながら炉底部に有する
炉底吹き込みノズルからの適正な流量の還元ガスにより
還元が確実になされる。従って細、粗粒子に整粒して還
元を行うことにより還元の均一性が向上し、高還元度へ
の進行による鉄鉱石の凝集トラブルを回避することが可
能となる。

（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。

流動層還元炉に外部粒子循環装置を付設する。この外部
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31を接続し還元ガス11と同伴し
飛散してきた細粒子を捕捉している。そしてサイクロン
31の下部には捕捉して粒子を一時溜めるホッパ32が接続
され、このホッパ32で一時貯え所定量を循環切出装置33
で流動層還元炉６に戻すものである。

一方流動層還元炉６の炉内には複数のガス吹出し口34、
35が形成されている。このガス吹出し口34、35の中間部
にバブリング流動層36を形成し、このバブリング流動層
36内に前記外部粒子循環装置の循環出口が設けられてい
る。また流動層還元炉６の炉底部に充填層37が形成さ
れ、充填層37内に炉底吹き込みノズル38が設けられてい
る。図中39は粉鉱石、石灰石等の原料25を流動層還元炉
６に装入する為の切出弁、40,41,42は還元ガスの吹き出
し量を調整するための流量調節弁、43は細粒状の還元鉱
の切出弁、44は粗粒状の還元鉱の切出弁である。

次に切出弁から粉鉱石、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40,41,42を介して
ガス吹出し口34、35,38より吹込むと、最上部のガス吹
込みノズル34の上方は全てのガス吹込みノズルの吹き出
し量が加わり、細粒状の原料粒子の終末速度Utより大き
い速度となり、細粒状の原料粒子は還元ガスと反応しな
がら流動層還元炉の上方へ飛散する、他方粗粒状の原料
は細粒状の原料に比べ終末速度Utが大きい為、ガス吹出
し口34で飛散せず、二ケ所のガス吹出し口34、35間に位
置するバブリング流動層36で更に風ふるいされ、粗粒子
は炉下部の流動層37まで下降する。充填層37内の粗粒子
は炉下部に位置する炉底吹き込みノズル38により適正な
流量の還元ガスにより還元が確実になされ、切出弁44か
ら粗粒状の還元鉱が排出され次工程へ送られる。第２図
はノズル34、35の炉水平断面図方向の配置を示す。ノズ
ルヘッダ34′、35′を炉を貫通して配設している。

一方細粒子は流動層還元炉６内で飛散され、炉上部の出
口からサイクロ31で捕捉され、ホッパ32、循環切出装置
33を介し、バブリング流動層36に循環させ、再び還元が
行われる。そして所望の還元を得られた細粒子の還元鉱
は切出弁43から排出され次工程へ送られる。

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、流動層還元炉内に
吹出される還元ガスにより高速流動層、バブリング流動
層、充填層の三層が形成されることにより、安定した高
速循環流動特性が得られ、粒度分布の広い原料でも還元
の均一性が向上し効率的な還元反応の促進が図れる。ま
た粒度分布の広い粉鉱石を積極的に処理することが出来
る為、粉鉱石及び一般炭を原料として使用することが可
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図はノ
ズルの配置を示す説明図、第３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は循
環切出装置、34,35はガス吹出し口、36はバブリング流
動層、37は充填層、38は炉底吹き込みノズル、39は切出
弁、40,41,42は流動調節弁、43,44は切出弁。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】還元鉱石を製造する設備に於いて、流動層
還元炉の炉内にガス吹込みノズルを炉高方向に数段に配
設してなることを特徴とする鉄鉱石流動層還元装置。