JPS6043883B2 - ロータリキルンにおける直接還元方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ロータリキルンにて酸化鉄含有材料を、揮
発性可燃成分の含有量が高い固体の炭素含有還元剤によ
り海綿鉄に直接還元する方法であつて、この場合酸素含
有ガスを胴管によりキルン内の自由空間に流量を制御し
て導入すると共に装入材料が前記キルン内をその雰囲気
の流れ方向に対し向流的に導かれる方法に関する。

鉄鉱石をロータリキルンにて環元する場合、ロータリキ
ルンは適当に傾斜させかつ回転させながら鉱石と還元剤
との混合物を装入しキルン内を雰囲気の流動方向に対し
向流的に移動させる。

還元剤としては、無煙炭やコークス・ブリーズから亜炭
や褐炭に至るほとんどすべての固体含炭素エネルギーキ
ャリヤ（Ｅｎｅｒｇｉｅｔｒａ？ｒ）を用い得る。しか
しながら、ここに問題になる固体含炭素還元剤は大抵可
燃性の揮発成分を含み、これらは、例えば亜炭や褐炭の
場合、含有エネルギー量の主要部分となる。従来の作業
方法ではこの可燃性揮発分の大部分は、装人材料を加熱
する場合、熱を吸収するその表面から直接にロータリキ
ルンのガス空間に移る。キルンの全長にわたつて分布配
置れた胴管を通して空気が吹込まれるが、これによにり
可燃性揮発成分の一部を完全に燃焼し得る。この場合、
キルンの大型化に伴い、その自由空間に制御下可能な高
い熱量（Ｈｅｉｚｒａｕｍｂｅｌａｓｔｕｎｇ）が与え
られ、このため、装人材料の表面やキルン囲壁が過熱さ
れ、これにより極めて厄介な付着物が形成されることに
なるという危険がある。この場合、揮発成分に含まれる
エネルギーはキルンの自由空間を経て間接にしか装人材
料のために役立たない。装人材料に対する熱供給量が増
大すると、移動する装人材料表面の熱吸収能に限界があ
ることから、熱の局在化が起り、このため装人材料表面
にある炭質のガス化がる。この結果、次の還元段階での
酸素との結合のために必要な固体還元剤の量が減じ、か
つまた失なわれた炭素分に相当する量だけ多くの固形炭
を新たに補充する必要から、全消費エネルギー量が増大
する。この好ましくないガス化により、炭素供給流量の
２０％までがほとんど利用されていないで失われること
が認められた。胴管を通して空気をキルン内装人材料上
の自由空間に導入する代りに、噴射口が耐火ライニング
内表面の面内に、またはわづかに突出て配置されたノズ
ルブロックを通してガスをロータリキルン内に吹込むこ
とが公知である。

米国特許第３１８２９（９）号明細書には、ノズルブロ
ックを通して炭化水素を装人材料の還元帯域内に、かつ
また酸化性ガスをノズルブロックを通してロータリキル
ンの全長に分布するよう自由空間内に吹込む方法が記載
されている。

西ドイツ特許出願公開第２１４６１３３号明細書にも同
様な原理で、但し還元帯域の初温が約９７５℃以上であ
る方法について記載されている。また装人材料が既に６
００〜１０００℃の還元温度に加熱されている楊合に、
空気または還元性ガスを装人材料に吹込む方法が西ドイ
ツ特許出願公告第１０３２５（４）号明細書から公知で
ある。西ドイツ特許出願公告第２２３９６０５号明細書
から、空気をノズルブロックを通して装人材料も自由空
間にも吹込むと共に、ロータリキルンに予め加熱したペ
レットを供給する方法が公知であるが、この方法は、装
人材料をロータリキルン内で加熱する問題について何ら
の対策も示していない点は前述の諸方法と共通である。

西ドイツ特許出願公開第２２４１１６８号明細書から酸
素含有ガスをロータリキルンの排出端から高い流速でキ
ルンの長手軸にほぼ平行に吹込み、かくして胴管の使用
をなくした方法が公知である。

この附加的な対策として、所要の酸素含有ガスの一部を
装入端よりロータリキルンの約１１４長さまでの範囲で
ノズルブロックを通して装人材料中に、または自由空間
中に、或いは両方に吹込まれてもよい。これにより供給
酸素が非常に良好に分布されて加熱帯域を短くし得る。
この方法は特に短いロータリキルンに対して有利である
が、それはこのようなキルンの場合、胴管の省略によつ
て流動状態が改善されるからである。大型ロータリキル
ンの場合、胴管のキルン内流動状態に対する影響は極め
て少ない。さらにこのようなキルンの場合、空気を装人
材料排出端から吹込むことは、吹込んだ空気の経路が長
いこと、および流動状態に関し技術的に限界があるため
に制約を受ける。酸素含有ガスをノズルブロックを通し
て加熱帯域にかつ装人材料を通すことのみで吹込むには
、ノズルブロックの数を増やさねばならず、これはキル
ンの構造を弱化する外、ガス分布のための費用も増大す
る。さもなければ、ガスを高速度で吹抜けさせる場合は
、粉末状材料が多く失われる危険や、局所的に冷された
り過熱されたりする危険がある。他方酸素含有ガスをノ
ズルブロックを通して吹込む場合は、ガスの混合を不良
化し、絶えず温度変動があり、燃焼の制御が行なわれず
、耐火ライニングの過熱が生じる。本発明の目的は、固
体の含炭素環元剤の使用下にロータリキルンによる処理
において装人材料の加熱を促進すると共に、可燃性揮発
成分をキルン内で十分に利用しつくし、かつキルンの最
適条件を得るようにすることである。

以上の目的は本発明によれぱ、ロータリキルンにて酸化
鉄含有材料を、揮発性可燃成分の含有量が高い固体の炭
素含有還元剤により海綿鉄に直接還元する方法であつて
、この楊合酸素含有ガスを胴管によりキルン内の自由空
間に流量を制御して導入すると共に装人材料が前記キル
ン内をその雰囲気の流れ方向に対し向流的に導かれる方
法において、前記固体還元剤の可点火粒子の出現で始り
還元帯域の前で終る加熱帯域内で、酸素含有ガスを流量
を制御してノズルブロックを通して、このノズルブロッ
クの上方にある装人材料内へ吹込むと共に、前記キルン
の自由空間内には酸素含有ガスを流量を制御して胴管を
通して吹込むことを特徴とするロータリキルンにおける
直接還元方法によつてロータリキルンにおける直接還元
方法によつて達成される。

環元剤の可点火粒子が最初に現れるのは、装人材料の転
動表面の下部にいてである。

個々の粒子は転動床（ＲＯｌｌｌ）Ｅｔｔ）の表面にこ
ろがり落ちる間にキルン内の高熱ガスにより加熱され、
装人材料端からの一定距離において転動床にひき入れら
れる直前に初めて点火温度に達する。この地点で初めて
酸素含有ガスをノズルブロックを通して装人材料に吹込
む。これにより、還元剤の可点火粒子および既点火粒子
が転動床の低温内部に入つても点火温度より低い温度に
再び冷却されることはなく、転動床の内部で燃え続ける
。以後、装人材料内部では燃焼が持続し、連鎖反応のよ
うに、揮発性可燃成分が続々揮発し、間もなく装人材料
の横断面一ばいに広がる。揮発性可燃成分の熱含量が以
後装人材料のために完全に利用されると共に、伝熱に有
効な熱交換面が著しく増大する。さらに加熱帯域の範囲
内に、約２．５〜３．５ｎ１の一定間隔で、ノズルブロ
ックが設けられる。一般に、この間隔ではキルンの構造
を弱めることなしに転動床に十分な酸素を吹込むことが
可能である。ノズルブ七ツクは、各吹込み位置において
環状にキルンの周面をめぐつて径方向に一定間で分布配
置される。この場合、キルン周面をめぐる配置間隔はや
はり２．５〜３．５ｍである。制御機構により、それぞ
れ環状をなす各群のノズルブロックの内、装人材料の下
側にくるものだけが酸素含有ガス供給される。酸素含有
ガスとして一般に空気が用いられる。本明細書で０ノズ
ルプロツクョとは、ロータリキルンの壁と耐火性のライ
ニングを貫通し、噴射口が耐火性ライニングの内側表面
と同じ面内にあるか、それより僅かに高いか低く位置す
るように設置したガス供給装置を意味する。ノズルブロ
ックはセラミック製または金属製であつて良い。゛酸素
含有ガスの加熱帯域の自由空間への供給および還元帯域
のそれへの供給も胴管を通して行なわれる。胴管はロー
タリキルンの全長にわたつて分布され径方向に配置され
る。それらの噴射口は、例えばキルン横断面の中央にあ
り、そしてキルンの長手軸に平行に向けられている。従
つて、各噴射口は装人材料によつて覆われることはなく
、それ故、吹込箇所毎にそれぞれ胴管１箇しか必要とし
ない。また、ノズルブロックを通して吹込まれる酸素含
有ガスに可燃物質、例えばコークス炉ガス、精油所ガス
、天然ガスまたは石油を添加することもできる。

これにより点火工程を予め遅らせたり、加速することが
可能である。この場合、添加された可燃物質は、また一
部が、固体還元剤の加燃性揮発成分の含量が低い場合に
、その役割を引受ける。さらにまた、含油ロールスケー
ル （Ｗａｌｚｅ部Ｕｎｄｅｒ）をキルンに供給し、その油
成分を可燃性揮発成分として加熱に利用するとも可能で
ある。

本発明による好ましい構成においては、加熱帯域が還元
剤の温度が約３００℃となる所で始まり、装人材料の温
度が８００〜９５０℃となる所で終る範囲とされる。

低い方の還元剤温度は、上述したように、装人材料で形
成される転動床表面の下方部におていて、即ち粒子が転
動床にひき込まれる直前に測定される。高い方の温度は
、装人材料からなる転動床全体の平均温度てあるが、そ
れはこの温度においてはすでに、転動床内で十分な温度
平衡が生じているからである。この温度範囲の選定によ
り、これより低い温度では吹込みガスによる冷却は行な
われず、他方これより高い温度では揮発成分の揮発がか
なりの程度行なわれることが保証される。本発明による
好ましい構成においてまた、ロータリキルンに供給され
る全酸素流量の４０〜７０％が加熱帯域に吹込まれる。

これにより特り良好な加熱速度げ得られる。本発明によ
よる好ましい構成においてはまた、加熱帯域内に吹込ま
れる酸素流量の１０〜６０％をノズルブロックを通して
装人材料内に、残り酸素流量を胴管を通してキルン内の
自由空間に吹込まれる。

これにより速かな加熱とキルン内自由空間における可燃
性ガス成分の十分な燃焼が行なわれ得る。本発明による
好ましい構成においてはまた、ノズルブロックを通して
加熱帯域内の初期域に吹込む酸素含有ガスの酸素含有量
が初期域で発生する可燃揮発成分の燃焼に関し化学量論
比にあり、かつ加熱帯域に沿つてその末端まで化学量論
比より低い値に低下するように行なわれる。

この低下の程度は、測定温度より炭素が燃えないように
調節される。加熱帯域範囲の始めは装入端から見たもの
である。加熱帯域のこの領域ではノズルブロックを通し
て吹込まれる酸流量が高々化学量論比にあり、床の平均
温度は６００〜７００℃である。これにより、固体炭素
の直接燃焼損をほとんど伴うことなしに揮発成分を十分
に燃焼に利用することが可能てある。以下、本発明の実
例に適用されるロータリキルンにつき、第１図及び第２
図を参照して説明する。

第１図はロータリキルンの概略縦断面図であり、第２図
は第１図における■−■線方向断面図である。

図において、回転炉１は円形レール２に回転可能に支持
される。このレール２はレール支持体３によつて支持さ
れ、回転炉１はモータとリングギヤとから成る駆動機構
４によつて回転させられる。鉄酸化物、固体炭素含有材
料及ひ場合によつては硫黄化合物から成る装入物５が供
給管６を通つてキルン１の装入端へ供給される。

装人材料のベッド７はキルン１内を移動し、キルンの排
出端及びベッド８から排出される。キルン１の加熱帯域
においては環状に配置されたノズルブロック９が設けら
れている。空気はブロワー１０によつて環状の供給管１
１に供給され、これから、装人材料７の下方にあるノズ
ルブロック９に供給される。これら装人材料７の下方に
あるノズルブロック９への空気の供給はそれぞれのバル
ブ１２を開けることによつて行われる。装人材料７の下
方にないノズルブロック９のバルブ１２は閉じられてい
る。図において、他の環状配置されたノズルブロック９
への空気供給は示されておらず、一環状群のノズルブロ
ック９への空気供給だけが示されている。上述の加熱帯
域においては更に、胴管１３が設けられ、これらは絶え
ずブロワー１４によつて空気が供給される。

ブロワーからの供給は一つしか示されていないが、他も
同様である。還元帯域においても胴管１３が設けられて
おり、これらは点線で示されている。キルン内の雰囲気
は矢印１５で示される方向に流れている。胴管１３の排
出口はキルン内の雰囲気の流れ方向にあるが、この方向
に向かつている。廃ガス１６はヘッド１７から吸引され
る。固体炭素含有還元剤は加熱帯域におけるＡ点で現れ
る。この点の近くで、ベッド７を通じての空気の噴出が
第一の環状群のノズルブロック９を通して開始し、後続
する環状群のノズルブロック９を通して続行れる。還元
帯域は最後の環状群のノズルブロックからいくらか離れ
た所から始まる。第２図は第１の環状群のノズルブロッ
ク９の概略横断面図であるが、４個のノズルブロック９
のうち３個は点線だけで示されている。

これら３個のノズルブロック９は閉じており、空気をキ
ルン内に供給しないが、実線で示されたノズルプロツ゛
ク９は開いており空気を材料床７内へ供給する。固体炭
素含有還元剤の可点火粒子は転動する材料床７の表面に
下部領域に始めて現われ、この点は図Ａで示されている
。なお第１図及び第２図においてノズルブロックや胴管
の位置や大きさは概略的に示すもので正確には示されて
いない。

次に本発明の実施例につき数値例を挙げて説明する。

実施例 内径０．８０ｒＴ１、長さ１２．００ｒｒ１のロータリ
キルンに水分２０％の褐炭をＦｅ分６７％の鉱石ペレッ
トと共に供給した。

固定Ｃ：Ｆｅ比は０．４２であり、ロータリキルンは外
部からの加熱なしに運転された。使用炭の乾燥状態での
分析結果は、固定炭素４４％、揮発成分５０％、灰分６
％であつた。専ら空気を空気バイブから供給することに
よつて、５００ｋ９ペレット／ｈの理率の場合に９３％
の金属化が得られた。ロータリキルンから排出された廃
ガスは約９５０℃で次の組成を有した：ＣＯ２ｌ９％，
０２０．５％，ＣＯ６％，Ｈ２５％ＣＨ４Ｏ．５％，残
Ｎ２。

加熱帯域の長さはロータリキルンのそれの約２５％であ
つた。

全空気供給量の５０％を加熱帯域へ供給し、その内のま
た５０％をノズルブロックを通して、さらに５０％が空
気バイブを通して行なわれた。ほぼ同じ金属化の場合に
次の運転結果が得られた：ペレツト供給量：６５０ｋｇ
／ｈ 固定炭素：Ｆｅ比：０．３０ 廃ガスの温度 ：８００℃ 廃ガスの組成 ：ＣＯ２２Ｏ％，０２０．５％，ＣＯ＋
Ｈ２５％，ＣＨ４Ｏ％，残 Ｎ
２ 加熱帯域の長さは両場合ともキルン長まの２５％であつ
た。

本発明による利点は、ロータリキルンの加熱帯域が著し
く短くなり、従つて所定のキルンの単位時当り処理量が
増大するか、或いは単位時間当り処理量をそのままとす
る場合、キルンは小型化し、ガス温度と床温度との差が
極めて小さくなり、かつまた廃ガス温度も極度に低くな
ることである。

その他単位容量当りの熱含量（ＨｅｉｚｒａＵｎｌｂｅ
ｌａＳｔＬ］Ｎｇ）が低い結果、付着物の形成が低減し
、かつ耐火性ライニングの耐久性が増大される。

還元剤の揮発性可燃成分の熱含量が十分に利用されるの
で、全消費エネルギー量は著しく低減し、キルン内自由
空間のガス温度、従つて廃ガスの温度は低下し、また熱
局在性の無いことから、装人材料の表面における炭素の
直接ガス化が低減する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実例に適用されるロータリキルンの概
略縦断面図、及び第２図は第１図における■−■線方向
から見た概略横断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ロータリキルンにて酸化鉄含有材料を、揮発性可燃
   成分の含有量ぎ高い固体の炭素含有還元剤により海綿鉄
   に直接還元する方法であつて、この場合酸素含有ガスを
   胴管によりキルン内の自由空間に流量を制御して導入す
   ると共に装入材料が前記キルン内をその雰囲気の流れ方
   向に対し向流的に導かれる方法において、前記固体還元
   剤の可点火粒子の出現で始り還元帯域の前で終る加熱帯
   域内で、酸素含有ガスを流量を制御してノズルブロック
   を通して、このノズルブロックの上方にある装入材料内
   へ吹込むと共に、前記キルンの自由空間内には酸素含有
   ガスを流量を制御して胴管を通して吹込むことを特徴と
   するロータリキルンにおける直接還元方法。 ２ 前記加熱帯域が、還元剤の温度が約３００℃となる
   所で始まり、装入材料の温度が８００〜９５０℃となる
   所で終る範囲とする特許請求の範囲第１項に記載の方法
   。 ３ ロータリキルンに供給される全酸素量の４０〜７０
   ％を加熱帯域に吹込む特許請求の範囲第１項または第２
   項に記載の方法。 ４ 前記加熱帯域内に吹込まれる酸素流量の１０〜６０
   ％をノズルブロックを通して装入材料内に、残り酸素流
   量を胴管を通してキルン内の自由空間に吹込む特許請求
   の範囲第１項〜第３項のうちいづれか一項に記載の方法
   。 ５ ノズルブロックを通して前記加熱帯域内の初期域に
   吹込む酸素含有ガスの酸素含有量が初期域で生ずる可燃
   性揮発成分の燃焼に関し化学量論比にあり、かつ加熱帯
   域の長さにわたつてその末端まで化学量論比より低い値
   に低下するようにする特許請求の範囲第１項〜第４項の
   うちいづれか一項に記載の方法。