JPH0914853A

JPH0914853A - 層分割型流動層炉

Info

Publication number: JPH0914853A
Application number: JP16663495A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Nomoto; 博樹野本; Kenichi Yajima; 健一矢島; Mitsuharu Kishimoto; 充晴岸本
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1995-06-30
Publication date: 1997-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】鉱石の炉内滞留時間を増大させて平均向上さ
せることができる多段式流動層炉を、簡単な構成で安価
に実現する。【構成】予備還元炉３１の分散板上の空間を、仕切壁
１２によって複数の区割に分割し、その内の１つとして
予熱セクション３２を設ける。予熱セクション３２には
酸素導入口３３を設け、鉄鉱石を流動化させるための還
元ガスの一部を燃焼させ、鉄鉱石の装入によって低下し
た還元ガスの温度を上昇させる。予熱によって流動層の
温度は、６００℃から次のセクションで７５０℃に上昇
し、さらに８００℃から８５０℃に上昇し、予備還元率
が向上した状態で排出される。セクション間の移行は、
仕切壁１２に設けられる開口１３を介して行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内部を複数個の区割に
分割した層分割型流動層炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、たとえば特公昭５９−１９９
６５号公報、特公平７−５９５０号公報あるいは特開平
１−１５２２２５号公報などに、鉄鉱石の溶融還元プロ
セスにおける予熱装置として流動層炉を使用する先行技
術が開示されている。溶融還元プロセスでは、図１３に
示すように、予備還元炉１によって鉄鉱石を予備還元
し、溶融炉２で最終的に還元して溶鉄を得る。溶融炉２
では、固体の予備還元鉱石とともに酸素ガス（Ｏ₂）と
石炭を導入し、予備還元された酸化鉄（ＦｅＯ_X）を鉄
（Ｆｅ）に還元する。この還元反応の際に、一酸化炭素
（ＣＯ）などを含む還元ガスが発生し、この還元ガスを
予備還元炉１で利用して鉄鉱石（主成分Ｆｅ₂Ｏ₃）から
ＦｅＯ_Xへの予備還元が行われる。

【０００３】流動層炉を用いる反応プロセスとしては、
溶融還元プロセスの他に、直接還元製鉄プロセスなども
鋭意研究されており、安価で反応率の高い流動層炉が求
められている。

【０００４】図１４は、図１３の予備還元炉１を流動化
させるためのガス流量および必要な温度と予備還元率と
の関係を示す。１段式の流量層炉では、予備還元率を上
げるとガス流量が減少するため所定の反応量を得るため
には、温度を上昇させる必要がある。１段式すなわち１
セクション型流動層では、投入直後でまったく反応して
いない鉱石も、炉内で滞留して反応の進んだ鉱石も、完
全に混合された後で一定流量が排出されるので、排出さ
れる鉱石の平均反応率が低くなってしまう。

【０００５】複数区割を設ける流動層炉は、たとえば図
１５に示すような直列多段型流動層炉３として提案され
ている。直列多段型流動層炉３では、風箱４の上方に複
数の分散板５が設けられ、分散板５によって形成される
流動層炉３を、鉱石がシュート６に沿って順次下方に移
動しながら反応する。特開昭５９−１８０２７８号公報
には、分散板上の空間を分散板に対して垂直な仕切壁で
複数の区割に分割した流動層炉が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のように単一の流
動層のみを形成する流動層炉では、排出される鉱石の平
均反応率が低くなるので、複数段の流動層炉を設ける構
成が提案されている。図１５に示す構成は、鉛直方向に
複数段の流動層を形成するので、次のような欠点があ
る。

【０００７】炉高が大きくなり、炉は勿論、ホッパコ
ンベアなどの原料ハンドリング設備や、ダクトなどの排
ガス処理設備等の設備費が大きくなってしまう。

【０００８】下段側より上段側へ移る還元ガス中には
粉粒体原料の粉化ダストが多量に含まれるため、上段側
の流動層用分散板にダストが付着しやすい。

【０００９】複数段の流動層炉が形成されるので、ガ
スの圧力損失が大きくなる。

【００１０】大容積の流動層炉は、炉径が大きくな
り、分散板を下方から支持する必要が生じる。多段式の
上方の分散板は、下方から支持することが困難であり、
したがって分散板の径を大きくするために厚さを大きく
する必要があり、分散板のコストが上昇する。またメン
テナンスもしにくくなる。

【００１１】直列多段型では還元ガスの利用率が大き
くなるけれども、溶融還元製鉄プロセス等では還元ガス
はプロセス内で発生するものを使用するので任意に選ぶ
ことは不可能であり、ガス利用率は単に予備還元率の大
小でしか判断されない。

【００１２】また、特公平７−５９５０号公報などで
は、流動層内温度を上げて鉱石を昇温させるため、還元
ガスに酸素ガスを混合する方法が提案されている。しか
しながらこの方法では、酸素ガスを吹込んで部分燃焼し
た後のガスは充分な還元能力を残存させなければならな
いので、吹込む酸素ガス量に制限があり、充分な昇温を
行うことができない。また、溶融還元プロセスでは、予
備還元炉から溶融還元炉へ送られる予備還元鉱石の予備
還元率が高くなればなるほど、溶融還元炉での最終還元
の負荷が軽くなる。溶融還元炉へ装入する石炭およびそ
れと相関して溶融還元炉で発生するガスの流量は少なく
なる。予備還元炉で還元率を上げれば、負荷は大きくな
り、そのために多くの熱量を必要とする。特に顕熱はほ
とんど還元ガスの顕熱によって賄われる。しかしなが
ら、上述のように、鉱石の予備還元率が高くなると還元
ガス流量は少なくなってしまうことから、予備還元炉入
口で要求されるガス温度は高くなり、このためガス中に
含まれるダストが軟化して分散板等に付着し、正常な操
業を阻害するようになる。特開平１−２０５０１４号公
報や特開平１−１５２２２５号公報などでは、流動層炉
を出たガスを燃焼させることによって、鉱石を予熱する
方法が開示されているけれども、設備の構成が複雑にな
り、設備費が増大するなどの欠点がある。

【００１３】特開昭５９−１８０２７８号公報の先行技
術では、炉の中心部付近に中子を装入して中子と炉外壁
との間を仕切り、複数の区割に分割し、これによって複
数の区割が直列に接続されて、鉱石の平均反応率が向上
する。しかしながら、中子を設ける必要があるので、炉
内で有効に使用可能な面積が減少し、かつ複数の分割さ
れた区割で一様な反応しか生じさせることができない。

【００１４】本発明の目的は、設備費用の増大を招くこ
となく、効率的な反応を生じさせることができる層分割
型流動層炉を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、高温の還元ガ
スを炉下部の分散板を介して炉内に導入し、炉内に装入
される粉粒体原料の流動層を形成しながら反応させる流
動層炉であって、炉内を複数の区割に分割し、隣接区割
への粉粒体原料移行用の開口が形成される仕切壁と、一
部の区割に、還元ガスを部分的に燃焼させるための酸素
含有ガスを導入する酸素供給装置とを含むことを特徴と
する層分割型流動層炉である。また本発明は、前記分散
板に形成される還元ガス導入用ノズルの配置密度を、分
割される区割に対応して変えることを特徴とする。また
本発明は、前記酸素供給装置からの酸素含有ガスが導入
されて還元ガスが部分的に燃焼される区割には、他の区
割とは別個の排ガス経路を設けることを特徴とする。ま
た本発明は、高温の反応ガスを炉下部の分散板を介して
炉内に導入し、炉内に装入される粉粒体原料の流動層を
形成しながら反応させる流動層炉であって、炉内を複数
の区割に分割し、隣接区割への粉粒体原料移行用の開口
が形成される仕切壁を備え、分散板に形成される反応ガ
ス導入用ノズルの配置密度を、分割される区割に対応し
て変えることを特徴とする層分割型流動層炉である。ま
た本発明は、分割された区割のうちの一部に、酸素含有
ガスと燃料とを吹込むことを特徴とする。また本発明
は、炉中心付近に、炉外壁から離隔した区割を設けるこ
とを特徴とする。また本発明は、分割された複数の区割
の上方空間の容積を、各区割の底面積に対して相対的に
変化させることを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明に従えば、流動層内を仕切壁によって複
数の区割に分割し、仕切壁には隣接区割への粉粒体原料
移行用の開口が形成されるので、粉粒体原料の炉内滞留
時間が実質的に増大し、炉外へ排出されるまでの平均反
応率が向上する。一部の区割には酸素含有ガスが供給さ
れて還元ガスが部分的に燃焼されるので、細粒原料の温
度を上昇させ、還元率を向上させることができる。炉内
で細粒原料の温度を上昇させることができるので、流動
層炉に導入する還元ガスの温度を下げることができ、還
元ガス中に含まれるダストの分散板等への付着量を低減
することができる。酸素含有ガスによって部分燃焼した
還元ガスは、すでに還元率が高くなっている細粒原料を
再酸化することがなくなるので、還元能力が向上する。

【００１７】また本発明に従えば、分散板に形成される
還元ガス導入用ノズルの配置密度、すなわち、ノズルの
単位面積当りの数やノズル径を変えることによって、各
区割で細粒原料の還元用に必要とする最適な還元ガス流
量を得ることができ、還元ガスの有効利用を図ることが
できる。

【００１８】また本発明に従えば、酸素含有ガスによっ
て部分燃焼した還元ガスを、他の区割の排ガス経路とは
別個の経路を設けて排出するので、他の区割からの排ガ
スの発熱量を低下させることがなく、その排ガスの利用
価値を維持することができる。

【００１９】さらに本発明に従えば、分散板上で仕切壁
によって複数の分割された区割毎に、反応ガス導入用ノ
ズルの配置密度を変えて、各区割毎の反応に最適な反応
ガス流量を改善することができ、反応ガスの有効利用を
図ることができる。

【００２０】また本発明に従えば、分割された複数の区
割のうちの一部を反応段階に応じて加熱することができ
るので、全体として効率的な反応を生じさせることがで
きる。

【００２１】また本発明に従えば、分割された複数の区
割の上方空間の容積を、各区割の底面積に対して相対的
に変化させるので、分散板を通過したガスの流速が異な
る区割を形成することができる。流動化可能な粉粒体原
料の粒径の範囲に合わせて一部区割の断面積を変えれ
ば、全体として広い粒径範囲の粉粒体原料を処理するこ
とができる。

【００２２】

【実施例】図１は、本発明の第１実施例による予備還元
炉１１の概略的な構成を示す。予備還元炉１１には仕切
壁１２が設けられ、仕切壁１２には開口１３が形成され
る。このような仕切壁１２は、風箱１４の上方の分散板
１５上に立設される。分散板１５上には、風箱１４から
供給される還元ガスによって流動層が形成され、流動層
からはシュート１６を介して還元鉱石が排出される。原
料である鉄鉱石を装入するシュート１７は、仕切壁１２
によって分割された複数のセクション１８のうち、還元
鉱石排出用のシュート１６が接続されるセクション１８
とは異なるセクション１８に原料装入口１９から鉄鉱石
を装入する。風箱１４には、還元ガス供給管２０を介し
て還元ガスが供給される。還元ガスは、たとえば図１３
に示したような溶融還元プロセスの溶融炉からの発生ガ
スであり、ＣＯが４６％、ＣＯ₂が２０％、Ｈ₂が１１
％、Ｈ₂Ｏが１８％、Ｎ₂が５％の組成を有し、温度は１
０１９℃である。このような組成の還元ガスがガス入口
２１から還元ガス供給管２０を介して風箱１４内に貯留
され、分散板１５上で流動層２２を形成する。

【００２３】図２は、図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見
た断面図を示す。ただし、図１では説明の便宜上、シュ
ート１６，１７の位置を変えて表示している。装入され
る鉄鉱石から還元鉱石として排出されるまでの間に、仕
切壁１２によって区割された３つのセクション１８を通
って３段階の反応が行われる。これによって仕切壁１２
がない場合には、１３％の還元率であったものが、本実
施例によれば仕切壁１２を設けて１７％の還元率にま
で、４％上昇させることができる。このような１７％の
予備還元率を実現する流動層２２の温度は、７００℃で
あり、流動層２２の高さは１１００ｍｍである。

【００２４】図３は、図１の実施例による予備還元炉１
１の実際の形状を示す。壁上部２３の壁外壁２４は、風
箱１４および分散板１５が設けられ、流動層２２が形成
される部分よりも径が大きくなっている。これによって
ガスの流速が低下し、流動層２２の高さが抑制される。
原料装入口１９からのシュート１７の途中には、投入バ
ルブ２５が設けられ、還元鉱石排出用のシュート１６の
途中にも排出バルブ２６が設けられ、予備還元炉１１内
の気密性を保っている。予備還元炉１１の頂部には排気
ダクト２７が接続され、サイクロンセパレータ２８によ
って微細な原料を回収し、原料装入口１９に戻す。

【００２５】図４は、図３のＩＶ部の分散板１５の一部
を拡大して示す。分散板１５には、ノズル２９が配置さ
れ、その上方のキャップに設けられる隙間から還元ガス
が噴出され、流動層２２が形成される。

【００２６】図５は、流動層の段数と滞留時間との関係
を示す。単段式すなわちｎ＝１の場合は、全流動層に対
する平均の粒子滞留時間ｔ０を基準とした時間ｔ／ｔ０
が０のときに最大の割合となり、時間の増大とともに割
合が低下する。段数ｎが増大すると、投入直後の排出頻
度が０となり、滞留時間が増大する。

【００２７】図６および図７は、本発明の第２実施例に
よる予備還元炉３１の構成を示す。図６は縦断面図、図
７は図６の切断面線ＶＩＩ−ＶＩＩから見た断面図をそ
れぞれ示す。本実施例では、仕切壁１２によって分割さ
れたセクションの１つに、予熱セクション３２を設け、
酸素導入口３３を介して酸素供給装置３４から供給され
る酸素ガスを吹込んで粉粒体を６００℃に昇温する。石
炭等の成分に起因する還元ガス中のダストの性状や軟化
温度を考慮して、還元ガスを１０００℃以下に保つ必要
がある場合は、鉄鉱石装入によって２００〜３００℃低
下する還元ガスの温度を、部分的に昇温させ、反応に最
適な９００℃付近まで昇温させることができる。ただし
９００℃を超えると流動層内で鉱石の一部が固着するの
で、８５０℃程度に抑える。このように流動層温度を上
昇させることによって、予備還元率を２４％程度まで向
上させることができる。

【００２８】図８は、本発明の第３実施例による予備還
元炉５１の概略的な構成を示す。本実施例では、仕切壁
５２によって分割された予熱セクション５３からの排ガ
スを、個別の排気ダクト５４を介して他の排ガスと別に
排出し、他の排ガスが保有する潜熱量（ＬＨＶ）を低下
させることを防ぐことができる。

【００２９】図９は、本発明の第４実施例による予備還
元炉６１の概略的な構成を示す。本実施例で注目すべき
は、仕切壁６２によって、炉の中心付近で炉外壁２４と
は離隔したセクション６３が形成されるため、半径方向
に延びる仕切壁６４のみで多分割した場合のように、中
心部に鋭角状のデッドポイントが形成されて、流動状態
が悪化することはない。

【００３０】図１０は、本発明の第５実施例による予備
還元炉７１の概略的な構成を示す。本実施例では、仕切
壁７２によって仕切られた予熱セクション７３に酸素含
有ガスばかりではなく燃料も供給し、予熱セクション７
３を昇温する。燃料としては、天然ガスや石油等の液体
燃料、または排ガスを冷却除塵した後の循環ガスなどを
使用することができる。燃料と酸素含有ガスの燃焼は、
流動層へ吹込む直前に行うようにしてもよく、流動層へ
吹込んだ後で行うようにしてもよい。

【００３１】図１１および図１２は、本発明の第６実施
例による予備還元炉８１の構成を示す。図１２は図１１
の切断面線ＸＩＩ−ＸＩＩから見た断面図を示す。本実
施例で注目すべきは、仕切板８２によって仕切られたセ
クション８３の炉外壁８４が、部分的に膨らんで流動層
形成用の流速が低下するようになっていることである。
炉外壁８４が膨らんでいるセクション８３の分散板１５
上に占める面積は図１２に示すように比較的小さくなっ
ており、原料装入口１９から装入される鉄鉱石が０．１
〜１０ｍｍの粒度分布を有しているようなときには、
０．１〜０．５ｍｍの細粒が仕切壁８２の上から移行
し、予備還元されて細粒予備還元鉱石として排出され
る。また飛散した細粒は、サイクロン８５によって回収
され、循環細粒鉱石としてセクション８３に戻される。
このような細粒用のセクション８３の流速はたとえば１
ｍ／ｓである。これに対して０．５〜１０ｍｍの鉄鉱石
の粗粒は、たとえば４．８ｍ／ｓの流速で流動化され、
粗粒予備還元鉱石として排出される。本実施例によれ
ば、総合的に０．１〜１０ｍｍの広い範囲の粒度分布を
有する鉄鉱石を処理することができ、安価な原料を有効
に利用することができる。

【００３２】以上の各実施例では、溶融還元プロセスに
おける鉄鉱石の予備還元炉について説明しているけれど
も、直接還元製鉄プロセスでも、還元炉に本発明による
層分割型流動層炉を利用することができる。また一般の
鉱石予熱プロセスや、焼成反応プロセスなどにも、本発
明による層分割型流動層炉を使用することができる。さ
らに、流動層をセクション間で移動可能にする開口１３
は、仕切壁の上縁などの切欠きとして形成することもで
きる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、流動炉内
を複数に分割することによって、直列多段型と同様の効
果を得ることができ、粉粒体原料の炉内での滞留時間を
増大させて平均反応率を向上させることができる。直列
多段型のように炉の高さが増大することはないので、設
備費と操業費の安いプロセスを簡単な設備で実現するこ
とができる。一部の区割では還元ガスを部分的に燃焼さ
せるので、還元率を向上させ、流動層炉入口の還元ガス
温度を下げてダストの分散板等への付着を防止すること
ができる。また部分燃焼したガスは、すでに還元率が向
上している鉱石を再酸化させないので、炉の還元能力を
向上させることができる。

【００３４】また本発明によれば、還元ガス導入用ノズ
ルの配置密度を変えて、区割毎に最適な割合で還元ガス
を分配することができ、還元ガスの有効利用を行うこと
ができる。

【００３５】また本発明によれば、部分燃焼した排ガス
は他の区割の排ガスとは別個に排出することができるの
で、他の区割の排ガスの発熱量を低下させることはな
く、排ガスの価値を維持することができる。

【００３６】さらに本発明によれば、流動層炉内を複数
の区割に分割し、流動層炉を形成するための反応ガスの
分配を、分散板に形成するガス導入用ノズルの配置密度
によって調整することができるので、反応ガスの有効利
用を図ることができる。

【００３７】また本発明によれば、区割の一部に酸素含
有ガスと燃料とを吹込むので、その区割を有効に昇温さ
せることができ、全体として効率的な反応を促進させる
ことができる。

【００３８】また本発明によれば、炉中心付近に炉外壁
から離隔した区割を設けるので、炉内の区割数が大きく
なっても、炉中心付近に別途セクションが生じることな
く、炉内の有効利用を図ることができる。

【００３９】また本発明によれば、複数の区割でガスの
流動速度を変えることができるので、粒径の異なる粉粒
体原料を並列に処理することができ、全体として粒度分
布の範囲が広い粉粒体原料を処理することができ、安価
な原料を効率的に処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による予備還元炉の概略的
な構成を示す縦断面図である。

【図２】図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図であ
る。

【図３】図１の実施例による予備還元炉１１の縦断面図
である。

【図４】図３に示す分散板１５の部分断面図である。

【図５】図１の実施例による分割の効果を示すグラフで
ある。

【図６】本発明の第２実施例による予備還元炉３１の部
分的な縦断面図である。

【図７】図６の切断面線ＶＩＩ−ＶＩＩから見た断面図
である。

【図８】本発明の第３実施例による予備還元炉４１の部
分的な縦断面図である。

【図９】本発明の第４実施例による予備還元炉５１の横
断面図である。

【図１０】本発明の第５実施例による予備還元炉６１の
部分的な縦断面図である。

【図１１】本発明の第６実施例による予備還元炉８１の
概略的な縦断面図である。

【図１２】図１１の切断面線ＸＩＩ−ＸＩＩから見た断
面図である。

【図１３】鉄鉱石の溶融還元プロセスの基本的構成を示
す簡略化した断面図である。

【図１４】単一式の流動層炉における予備還元率とガス
流量および必要な温度との関係を示すグラフである。

【図１５】直列多段型流動層炉の概略的な構成を示す縦
断面図である。

【符号の説明】

１１，３１，５１，６１，７１，８１予備還元炉１２，５２，６２，６４，７２，８２仕切壁１３開口１４風箱１５分散板１６，１７シュート１８，５３，６３，７３，８３セクション１９原料装入口２０還元ガス供給管２１ガス入口２２流動層２７，５４排気ダクト２８サイクロンセパレータ２９ノズル３２予熱セクション３３酸素導入口８４炉外壁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高温の還元ガスを炉下部の分散板を介し
て炉内に導入し、炉内に装入される粉粒体原料の流動層
を形成しながら反応させる流動層炉であって、炉内を複数の区割に分割し、隣接区割への粉粒体原料移
行用の開口が形成される仕切壁と、一部の区割に、還元ガスを部分的に燃焼させるための酸
素含有ガスを導入する酸素供給装置とを含むことを特徴
とする層分割型流動層炉。
【請求項２】前記分散板に形成される還元ガス導入用
ノズルの配置密度を、分割される区割に対応して変える
ことを特徴とする請求項１記載の層分割型流動層炉。
【請求項３】前記酸素供給装置からの酸素含有ガスが
導入されて還元ガスが部分的に燃焼される区割には、他
の区割とは別個の排ガス経路を設けることを特徴とする
請求項１または２記載の層分割型流動層炉。
【請求項４】高温の反応ガスを炉下部の分散板を介し
て炉内に導入し、炉内に装入される粉粒体原料の流動層
を形成しながら反応させる流動層炉であって、炉内を複
数の区割に分割し、隣接区割への粉粒体原料移行用の開
口が形成される仕切壁を備え、分散板に形成される反応ガス導入用ノズルの配置密度
を、分割される区割に対応して変えることを特徴とする
層分割型流動層炉。
【請求項５】分割された区割のうちの一部に、酸素含
有ガスと燃料とを吹込むことを特徴とする請求項１〜４
のいずれかに記載の層分割型流動層炉。
【請求項６】炉中心付近に、炉外壁から離隔した区割
を設けることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記
載の層分割型流動層炉。
【請求項７】分割された複数の区割の上方空間の容積
を、各区割の底面積に対して相対的に変化させることを
特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の層分割型流
動層炉。