JPH0790335A - 溶融還元装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、金属酸化物鉱石を予備的に還元す
る予備還元炉と、更にその鉱石を溶融して最終還元する
溶融還元炉とを備える溶融還元装置に関する。 【構成】 溶融還元炉１１と、還元炉１１の発生ガスを
還元ガスとして、その下部に導入して分散板のノズル１
３ａより噴出させ、内部に装入された粉粒状の鉄鉱石に
接触させ、上部のガス排出口２１から排出させる流動層
式予備還元炉１２を具備したものであって、予備還元炉
１２の側壁１２ａの下端と溶融還元炉１１の側壁１１ａ
の上端とを接続させて一体的炉とするとともに、分散板
ノズル１３より上側部分に一端の管口１４ａ、下側部分
に他端の管口１４ｂを有する予備還元装入材の切出し管
１４を設けたものである。 【効果】 装置全体がコンパクトで建設費が安い。鉱石
の予備還元率が所定値に調整出来、鉱石量を安定して切
出し、溶融還元炉での最終還元性能を発揮出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば鉄鉱石のような
金属酸化物鉱石を固体状態のまま予備的に還元する予備
還元炉と、更にその予備還元された鉱石を溶融して最終
還元する溶融還元炉とを備える溶融還元装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】溶融還元炉は金属酸化物鉱石、例えば鉄
鉱石を石炭等の還元剤及び酸素ガス等を用いて、溶融状
態で還元して銑鉄を得る炉である。この炉は、鉄鉱石や
石炭の前処理設備が不要で、生産量の調整が弾力的に出
来る等の長所を有する反面、それ自身の持つエネルギー
利用率が低いので、一般には予備還元炉と組み合わせた
設備として用いられている。

【０００３】一例として、図６に示すような「溶融還元
装置」が特開平４−６３２１６号公報に提案されてい
る。図６は一例としての溶融還元装置の概要断面を示す
図である。予備還元炉と溶融還元炉それに両者間の管路
（予備還元鉄及び還元ガスの兼用通路）を、一つの炉体
である複合炉１の内に形成したものである。即ち、縦に
長い筒状炉体を有する複合炉１において、上部に流動層
式の予備還元炉部分２を設け、下部には溶融還元炉部分
３を設けた。

【０００４】両炉部分３、２が直線状に上下につながっ
ていることから、予備還元炉部分２の真下の空間は、風
箱であると同時に、分散板４から落下して溶融還元炉部
分３に至る予備還元鉄と、溶融還元炉部分３で発生して
予備還元炉部分２に向かう還元ガスとの双方が通じる管
路５でもある。４は分散板である。

【０００５】こうした複合炉１に対し、予備還元炉部分
２の排ガス管６に開度調整ダンバ７を設けるとともに、
風箱即ち、溶融還元炉部分３の上部空間であり、管炉５
でもある部分の側壁に、開度調整ダンバ８を有するガス
抜き管９を連結している。これらはいずれも、予備還元
炉部分２から落下して溶融還元炉部分３へ供給される予
備還元鉄の量を調整する手段である。

【０００６】ガス抜き管９及びダンバ８は、溶融還元炉
部分３で発生したガスの一部を、予備還元炉部分２へ送
らず排ガス管６の下流へバイパスさせることにより、分
散板４を通るガスの流速、従って、予備還元鉄の落下量
を調整することが出来る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た図６に示すような溶融還元装置では、予備還元鉄の供
給を開度調整ダンバの開度の設定のみによって調整する
ので次のような問題がある。図６の装置では予備還元炉
部分２の排ガス管６に開度調整ダンバ７を設けるととも
に、溶融還元炉部分３の上部空間であり、管炉５でもあ
る部分の側壁に、開度調整ダンバ８を有するガス抜き管
９を連結して、排ガス管６の開度調整ダンバ７による調
整と、ガス抜き管９のダンバ８による調整により、分散
板４を通るガスの流速、従って、予備還元鉄の落下量を
調整する。

【０００８】そのため、分散板４のノズル４ａを通過す
る固体状態の予備還元鉄が、溶融還元炉３から上昇する
還元ガスと対流状態で、溶融還元炉３に落下するため
に、溶融還元炉３への予備還元鉄の供給量が変動し易
く、開度調整ダンバ６、８の開度のみでは充分に調整を
行うことが困難であり、そのため、溶融還元炉３での溶
融還元を充分に行うことが出来ない。

【０００９】本発明は上記のような問題点の解決を図っ
たものであり、予備還元炉での予備還元装入材の予備還
元反応が安定して制御されると同時に、溶融還元炉から
の予備還元鉄の供給を安定して行うことが出来、且つそ
の装置全体をコンパクトにした溶融還元装置を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は溶融還元炉と、該還元炉の発生ガスを還元
ガスとして、その下部に導入して分散板のノズルより噴
出させ、内部に装入された金属酸化物装入材に接触さ
せ、上部のガス排出口から排出させる流動層式予備還元
炉を具備した溶融還元装置であって、前記予備還元炉の
側壁の下端と溶融還元炉の側壁の上端とを接続させて一
体的炉とするとともに、前記一体炉の分散板より上側部
分に一端の管口、下側部分に他端の管口を有する予備還
元装入材の切出し管を設けたことを特徴とする溶融還元
装置とするものである。

【００１１】

【作用】本発明の溶融還元装置は、溶融還元炉上部を流
動層式予備還元炉の下部と直接接続して一体的炉とし、
分散板のノズルとは別に、前記一体炉の分散板より上側
部分に一端の管口、下側部分に他端の管口を有する予備
還元装入材の切出し管を設けたものであり、この切出し
管は予備還元装入材の切出し量を調節する切出し機能を
備えたものである。

【００１２】本発明の溶融還元装置は上記のような切出
し管を、一体炉の分散板より上側部分に一端の管口、下
側部分に他端の管口を有するように設けており、予備還
元炉の下部から溶融還元炉内上部への予備還元鉄の切出
し量と切出し時期を調節できる切出し機能を備えている
ので溶融還元炉への装入材の切出しを独立して任意に調
整でき、同時にこの切出し管を経由して溶融還元炉の発
生ガスが還元ガス予備還元炉内へ流入することが出来
る。

【００１３】従って、溶融還元炉部分で発生して分散板
のノズルより予備還元炉部分に向かう還元ガス流速と流
量を独立して制御すること出来、また分散板のノズルの
設計は理想的な形状が選択出来るので、予備還元炉の流
動層部形成を確実に行うことが出来る。また、溶融還元
装置全体がコンパクトになり、放熱による熱損失も最小
限にとどめることが出来る。尚、切出し量の調整機能は
本発明の実施例ではＬ字型切出し管装置を使用している
が前記手段に限らず、他の機械的バルブ装置、スクリュ
ーフィダー装置等の手段でもよい。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の実施例を図によって説明す
る。図１は本発明の一実施例の縦断面を示す図であり、
図２は図１のＸ−Ｘ線矢視の断面を示す図である。ここ
では金属酸化物装入材として鉄鉱石を用いた場合につい
て、説明する。図中、１１は溶融還元炉、１２は流動層
式予備還元炉、１３は予備還元炉の分散板、１４は予備
還元装入材の切出し管である。

【００１５】図１において、本発明の溶融還元装置は溶
融還元炉１１と、還元炉１１の発生ガスを還元ガスとし
て、その下部に導入して分散板のノズル１３ａより噴出
させ、内部に装入された粉粒状の鉄鉱石に接触させ、上
部の排ガスダクト２１から排出させる流動層式予備還元
炉１２を具備したものであって、予備還元炉１２の側壁
１２ａの下端と溶融還元炉１１の側壁１１ａの上端とを
接続させて一体的炉とするとともに、一体炉の分散板１
３より上側部分に一端の管口１４ａ、下側部分に他端の
管口１４ｂを有する予備還元装入材の切出し管１４を設
けたものである。溶融還元炉１１の下部には溶融鉄１６
及びスラグ１７が溜まっている外、石炭等の還元剤や副
原料の投入ノズル１１ｂを設けている。

【００１６】上部の予備還元炉１２には鉄鉱石投入管１
９、サイクロン２２で補集された微粒鉱石を循環して予
備還元する場合の循環管２０及び排ガスダクト２１が設
けられており、溶融還元炉１１で発生した還元ガスは分
散板１３に開けられた多数のノズル１３ａより吹き込ま
れ、予備還元炉１２内に安定した流動層部２４を形成す
る。１８は排ガス調整バルブである。

【００１７】また、１１ｄは脱炭酸素を吹き込むノズ
ル、１１ｃは二次燃焼酸素を吹き込むノズル、１１ｅは
攪拌ガスを吹き込むノズル、１１ｆは粉状炭素材を吹込
むノズル、１１ｇは溶融金属やスラグを抜き出す出銑口
である。一方、分散板１３より上側部分の炉壁に入口端
１４ａ、下側部分の炉壁に出口端１４ｂを有する予備還
元鉄鉱石の切出し管１４を設けている。

【００１８】本発明に用いる予備還元装入材の切出し管
１４の一つであるＬ字型の切出し管について、図５で説
明する。筒状断面（断面形状は円形でも矩形でも良い）
のＬ字型切出し管１４に、入口端１４ａより粉粒体を入
れても、そのままでは出口端１４ｂより排出されない。
この切出し管１４の縦側方に小さい補助ガス吹込管１５
を接続し、それからわずかな補助ガス（窒素ガス等）を
吹き込むと、吹き込み部の圧力の上昇により切出し管１
４内に入れられた粉粒体の充填状態がゆるみ、粉粒体は
補助ガスと共に、出口端１４ｂより切り出される。

【００１９】この場合、補助ガス吹き込み管１５の位置
は、粉粒体が上側に吹き抜けないよう適当なシール高さ
ｈを有するように、決められる。また、Ｌ字型切出し管
１４の水平長さｌは、その出口端１４ｂより粉粒体の安
息角により自然落下（切り出し）がないような長さに設
計される。このＬ字型切出し管１４で補助ガスの量を調
整すると、粉粒体の切出し量を任意に制御でき、機械的
な装置を内蔵せず、非常に単純な形状であるために、特
に熱間の粉粒体を扱うのに優れている。

【００２０】本発明の溶融還元装置は上記のようなＬ字
型切出し管１４を、一体炉の分散板１３より上側部分に
一端の管口１４ａ、下側部分に他端の管口１４ｂを有す
るように設けているので、その各々の補助ガス吹き込み
管１５より窒素ガスを吹き込むことにより、分散板のノ
ズル１３ａを通過する還元ガス量に関係なく鉱石の切出
し量の調整が出来、且つＬ字型切出し管１４全体を炉体
側部（耐火物内）に組み込むため、溶融還元装置全体が
コンパクトになり、放熱による熱損失も最小限にとどめ
ることが出来る。このようにすると、分散板のノズル１
３ａの設計は、鉱石切出し量に関係がないため理想的な
形状が選択出来、予備還元炉１２の流動層部１２ａ形成
を確実に行うことが出来る。

【００２１】尚、図１、図２の実施例では、Ｌ字型切出
し管１４が４個のものを示したが、これは装置全体の設
備容量により決められるもので、この数に限定されるも
のではない。また、通常、予備還元炉１２の炉径は溶融
還元炉１１の炉径よりも小さくなるため、Ｌ字型切出し
管１４の出口端１４ｂは、溶融還元炉１１の炉内壁より
も炉心側になるため、炉内側予備還元装入材粉が付着す
る等のトラブルがさけられ、好都合である。

【００２２】図１に示されたボール弁２３ａ及び２３ｂ
はサイクロン２２で補集された予備還元鉱石微粉の排出
先を決めるもので、図示のごとくボール弁等でも良い
し、他の切り換え装置を組み込んでも構わない。

【００２３】図１の場合は、ボール弁２３ａを開け、ボ
ール弁２３ｂを閉めると、予備還元鉱石微粉は戻り口１
２ｂに至り、流動層部分２４に戻る循環式操業により、
これとは逆に、ボール弁２３ｂを開け、ボール弁２３ａ
を閉めると予備還元鉱石微分はＬ字型切出し管１４の中
間に設けられた戻り口１４ｃに至り、溶融還元炉１１に
直接供給される循環無し操業となる。

【００２４】また、これらの中間方式もあり得るが、い
ずれもその時の鉱石の種類や、目標とする鉱石の予備還
元率により選択されるもので、この装置ではどちらの操
業方法にも対応出来る。

【００２５】Ｌ字型切出し管１４の途中より斜め下方に
飛び出した非常用排出弁１４ｄは炉の停止時や、その他
の緊急の場合に予備還元炉１２により鉱石を抜き出すの
もので、通常は閉状態で使用される。

【００２６】また、排ガスダクト途中に設けたガス圧力
調整バルブ１８は排ガス流量と圧力を調整するためのも
ので、溶融還元炉１１の操業状況の変更によって変化す
る溶融還元炉の発生ガスの発生量の増減に対し、流動層
式予備還元炉内の金属酸化物装入材の流動状況が影響を
受けないように、排ガスの流量と圧力を制御することに
よって、流動層式予備還元炉への炉の発生ガスの導入流
量と圧力を調整するためのバルブである。

【００２７】図中にハッチングで示した部分は、原則的
には耐火物で構成されるが、溶融還元炉１１の上部傾斜
部の部分は装置全体の熱量のバランスからメンブレン式
ボイラ（ボイラチューブを多数並べて溶接し、全体を壁
面状に構成した熱交換ボイラの一種）を組み込み、還元
ガスの持つ余剰エネルギーを回収し、別途利用すること
も可能である。

【００２８】図３は本発明に用いるＬ字型切出し管の組
み込み形状を変えた他の実施例の断面を示す図であり、
図４はそのＹ−Ｙ線矢視による断面を示す図である。図
３、図４では装置の容量が比較的小さい場合に向くもの
で、Ｌ字型切出し管１４の位置を予備還元炉１２の内径
に接するように位置し、Ｌ字型切出し管１４を内側に張
り出したもので、炉の外殻形状がよりシンプルとなる。

【００２９】上記構造の外は図１と同じであるので、そ
の機能の説明は省略する。本装置は、鉄鉱石を原料とし
て、銑鉄を得る鉄溶融還元装置に限らず、他の金属酸化
物鉱石などから合金鉄（フェロアロイ等）を得るための
溶融還元装置としても適用出来る。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば次のよう
な効果が期待される。 （１）溶融還元炉の上部と、流動層式予備還元炉の下部
を直接つなぐことにより、装置全体をコンパクトに設計
でき、建設費を安くすることが出来る。 （２）同様の理由により、装置の表面積を小さくできる
ため、放散熱による損失を少なくすることが出来る。

【００３１】（３）流動層式予備還元炉から溶融還元炉
への予備還元鉱石の切出しを切出し管で行ない、それを
炉壁面に組み込むことにより、流動層の性能を損なうこ
となく鉱石切出し量を確実に制御することが出来る。 （４）予備還元炉での、鉱石の予備還元率が所定の値に
調整出来、且つ鉱石量を安定して、切出し出来る結果、
溶融還元炉での最終還元性能を確実に発揮することが出
来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の縦断面を示す図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ線矢視の断面を示す図である。

【図３】本発明の他の実施例の縦断面を示す図である。

【図４】図１のＹ−Ｙ線矢視の断面を示す図である。

【図５】本発明に用いるＬ字型の切出し管の説明図であ
る。

【図６】従来の一例としての溶融還元装置の概要断面を
示す図である。

【符号の説明】

１１ 溶融還元炉 １１ａ 側壁 １２ 流動層式予備還元炉 １２ａ 側壁 １３ 分散板 １３ａ 分散板のノズル１３ａ １４ 予備還元装入材の切出し管 １４ａ 切出し管の一端の管口 １４ｂ 切出し管の他端の管口 １５ 補助ガス吹き込み管 １６ 溶融鉄 １７ スラグ １８ 排ガス調整バルブ １９ 鉄鉱石投入管 ２０ 循環管 ２１ 排ガスダクト ２２ サイクロン ２３ａ、２３ｂ ボール弁 ２４ 流動層部

【手続補正書】

【提出日】平成５年１２月１３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た図６に示すような溶融還元装置では、予備還元鉄の供
給を開度調整ダンバの開度の設定のみによって調整する
ので次のような問題がある。図６の装置では予備還元炉
部分２の排ガス管６に開度調整ダンバ７を設けるととも
に、溶融還元炉部分３の上部空間であり、管炉５でもあ
る部分の側壁に、開度調整ダンバ８を有するガス抜き管
９を連結して、排ガス管６の開度調整ダンバ７による調
整と、ガス抜き管９のダンバ８による調整により、分散
板４を通るガスの流速、すなわち、予備還元炉内の流動
層の形成と、溶融還元炉への予備還元鉄の落下量を同時
に調整しようとするものである。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】そのため、分散板４のノズル４ａを通過す
る固体状態の予備還元鉄が、溶融還元炉３から上昇する
還元ガスと対流状態で、溶融還元炉３に落下するため
に、溶融還元炉３への予備還元鉄の供給量が変動し易
く、開度調整ダンバ６、８の開度のみでは充分に調整を
行うことが困難であり、そのため、溶融還元炉３での溶
融還元を充分に行うことが出来ない。又、同じ理由か
ら、予備還元炉へ吹き込まれるガス量も制御が困難とな
るため、予備還元炉内の流動層が安定して形成されなく
なり、目標とする予備還元率を得ることは極めて難しく
なる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】本発明の溶融還元装置は上記のような切出
し管を、一体炉の分散板より上側部分に一端の管口、下
側部分に他端の管口を有するように設けており、予備還
元炉の下部から溶融還元炉内上部への予備還元鉄の切出
し量と切出し時期を調節できる切出し機能を備えている
ので、溶融還元炉への装入材の切出しを分散板のノズル
通過ガス量と関係なく、独立して任意に調整することが
出来るため、溶融還元炉での溶融還元を充分に行うこと
ができる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】又、溶融還元炉部分で発生して分散板のノ
ズルより予備還元炉部分に向かう還元ガス流速と流量を
独立して制御することが出来、また分散板のノズルの設
計は理想的な形状が選択出来るので、予備還元炉の流動
層部形成を確実に行うことが出来るため、予備還元炉で
の予備還元も、所定の目標通りの管理ができる。また、
溶融還元装置全体がコンパクトになり、放熱による熱損
失も最小限にとどめることが出来る。尚、切出し量の調
整機能は本発明の実施例ではＬ字型切出し管装置を使用
しているが前記手段に限らず、他の機械的バルブ装置、
スクリューフィダー装置等の手段でもよい。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】尚、図１、図２の実施例では、Ｌ字型切出
し管１４が４個のものを示したが、これは装置全体の設
備容量により決められるもので、この数に限定されるも
のではない。また、通常、予備還元炉１２の炉径は溶融
還元炉１１の炉径よりも小さくなるため、Ｌ字型切出し
管１４の出口端１４ｂは、溶融還元炉１１の炉内壁より
も炉心側になるため、炉内壁に予備還元装入材粉が付着
する等のトラブルがさけられ、好都合である。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】図１に示されたボール弁２３ａ及び２３ｂ
はサイクロン２２で捕集された予備還元鉱石微粉の排出
先を決めるもので、図示のごとくボール弁等でも良い
し、他の切り換え装置を組み込んでも構わない。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】図１の場合は、ボール弁２３ａを開け、ボ
ール弁２３Ｂを閉めると、予備還元鉱石微粉は戻り口１
２ｂに至り、流動層部分２４に戻る循環式操業になり、
これとは逆に、ボール弁２３ｂを開け、ボール弁２３ａ
を閉めると予備還元鉱石微粉はＬ字型切出し管１４の中
間に設けられた戻り口１４ｃに至り、溶融還元炉１１に
直接供給される循環無し操業となる。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】Ｌ字型切出し管１４の途中より斜め下方に
飛び出した非常用排出弁１４ｄは炉の停止時や、その他
の緊急の場合に予備還元炉１２より鉱石を抜き出すのも
ので、通常は閉状態で使用される。

【手続補正９】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正１０】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融還元炉と、該還元炉の発生ガスを還
   元ガスとして、その下部に導入して分散板のノズルより
   噴出させ、内部に装入された金属酸化物装入材に接触さ
   せ、上部のガス排出口から排出させる流動層式予備還元
   炉を具備した溶融還元装置であって、前記予備還元炉の
   側壁の下端と溶融還元炉の側壁の上端とを接続させて一
   体的炉とするとともに、前記一体炉の分散板より上側部
   分に一端の管口、下側部分に他端の管口を有する予備還
   元装入材の切出し管を設けたことを特徴とする溶融還元
   装置。