JPS6286129A - シヤフト炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は鉄鉱石その他各種の鉱石類を還元、または焙焼
するシャフト炉の操業方法に関するものである。

（従来の技術） 鉄鉱石を始めとする各種鉱石類を還元、または焙焼する
シャフト炉（竪型炉）は既に多くのものが開発され、稼
働しているが、このプロセスの難占はす刑イヒによＡｌ
１５５内ガスの偏析流とそれに伴う反応効率の低下、操
業の不安定化などの理由から炉を大型化しスケールメリ
ットを十分に発揮し得ないことにある。

一般にシャフト炉においては、第２図に示すように炉１
の下部に設けた羽口１２から、その目的に応じた温度お
よび成分組成をもったガスを吹込み、炉頂から装入され
た鉄鉱石等の被処理物４と向流接触させ還元を行うが、
炉が大型化し、また羽口類が多くなるとガスが回らない
死角を生じたり、羽日毎のガス量にバラツキを生じたり
する０そのため、炉内反応の不均一化とそれに伴う製品
品質の悪化や装入物の降下状態の不良などを惹起する。

このように通常のシャフト炉においては、主として炉内
ガス流の偏在化が障害となるだめ、装置の大型化が進ま
す炉径もせいぜい５．５ｍ程度に止まっていた。そこで
このような問題を解決する手段の一つとして実開昭６０
−４３９９２号公報、あるいは実願昭５９−８４０６３
号明細書に示されているように装入物の偏析を少なくす
るための考案等がなされている。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、前記のようなシャフト炉における炉内ガス流
の偏シをなりシ、炉内の通気分布を均一化することによ
りシャフト炉の大型化を図９、効率のよい操業を行うこ
とを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、シャフト炉の送風羽口上部の炉周辺部にコー
クス等の固体還元剤を環状に偏析装入するとともに、送
風羽口から吹込む気体に、発生熱量調節用として、炉頂
から排出されるガスを混入し、空気およびガスと固体還
元剤との反応によって還元性ガスを発生させる過程にお
いて、ガス吹込条件をレースウェイと呼ばれる空間部分
が形成されるよう選択し、炉内の通気分布を均一化する
ことを特徴とするものである。

ここで炉内における羽口前面のガス流れについて説明す
る。第３図（ａ）　（ｂ）　（ｃ）　（ｄ）　（ｃ）　
（ｆ）は１本発明者が行った燃焼実験炉によシ羽ロ前面
のコークス性状とレースウェイ形状および炉内の温度分
布からガスの通過経路を推定したものであるが、装入前
のコークス粒度が５　ｍｍ以上であっても、レースウェ
イ内におけるコークスの粒径分布が１　ｍｍ以下の細粉
が多くなる場合〔第３図（ｄ）に黒塗りで示す〕には、
第３図（ｆ）に示すようにレースウェイ前面に通気抵抗
の大きい部分を生じてガスが炉の中心部に流れにくくな
ることがわかる。

これに対し、コークスの粒径分布が１ｍｍ以下のものが
少ない場合には〔第３図（ｂ）　：）　、レースウェイ
のガスは中心部方向に流れやすくなる。

また、コークス粒径を変えた場合のレースウェイ内のガ
スの流れの変化を第４図に示す。すなわち第４図（ａ）
はレースウェイ内のコークス粒径８ｍｍ　。

（ｂ）は１４ｍｍ、（ｃ）は２８　ｍｍの場合のガス流
れと温度分布を示すもので、通気性の悪い小粒径コーク
スの場合、レースウェイが拡大して空間部から充填層に
入る境界面の面積を見掛は上、大きくすることによシ通
気性の悪さを補償していることがわかる。ところが第２
図に示すような通常のシャフト炉では羽口の前に空間は
できないので、ガスの吹出し口は文字通り羽目先端とい
うことになるが、レースウェイが形成されると、レース
ウェイ空間と充填層の境界面が吹出し口となシ、事実上
、羽口断面積が広くなり、しかも炉内の奥深く羽口が挿
入されたのと同等になるので炉内ガス分布が均一化され
ることになる。例えば鉄鉱石の還元の場合、従来のシャ
フト還元炉では第２図に示すように炉頂から装入された
鉄鉱石４は羽口１２から吹込まれた高温の還元性ガスと
向流接触しながら下降し加熱および還元反応を受けた後
、炉の下端の排出口から炉外へ排出されるが、還元ガス
の吹込用羽口は炉の周囲に間隔をおいて設置されている
に過ぎないので、鉱石とガスとの接触は不均一となり、
しかも充填層への吹込み断面積は羽口断面積に等しく小
さいから、界面におけるガスの線速度は速く、従って通
気抵抗が高くなり、その結果ガスは炉の中心まで浸透し
ないことになる。鉱石の還元は、接触する還元性ガスの
温度と組成および量によって決まるから、このような状
態では鉱石の還元状態が不均一になシ、品質の優れた成
品を得ることができない。

本発明はこのような従来法における問題点を解決したも
ので、以下図面により説明する。

第１図は本発明に使用するシャフト炉の説明図で、１は
炉体、２は鉄鉱石等の被処理物（以下単に鉄鉱石という
。）４を装入する搬送機構、３は炉頂に設けた装入口で
ある。５は該装入口３の下方に設けたコークス等の固体
還元剤（以下単にコークスという。）６の装入口、７は
炉頂に設けた排ガスの排気口であり、該排気口から排出
されたガスの全部、または一部は導管９、環状管１１を
経て羽口１２がら空気とともに炉内に吹込まれる。

８は排ガスを系外に放出するだめの弁、１０は排ガスの
流量調節弁である０　１３は羽口１２の先端に形成され
るレースウェイ、１４は還元または焙焼された還元鉱１
５の排出口である。

本発明によシ鉄鉱石を還元するには、搬送機構２により
鉄鉱石４を炉頂に設けた装入口３から炉内に装入すると
ともに該装入口３の下方に設けた装入口５からコークス
６を鉄鉱石４の周囲に環状に装入すると、鉄鉱石４とコ
ークス６は降下する。

一方羽口１２から空気、高温のＣＯ２等を吹込むと鉄鉱
石４の周囲に装入されたコークス６は次式のような反応
を行い還元性ガスを発生するー。

２０＋Ｏ□−２００・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・＋１１Ｃ＋ＣＯ２−→　２００　・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・ｆ２１Ｃ十Ｉ］２０
−→Ｈ２＋ＣＯ・・・・・・・・・・・・・・・（３）
このようにコークスが反応消滅すると、炉内の充填状態
が粗になり、レースウェイ１３が形成される。このレー
スウェイ空間で発生した還元性ガスは、羽口断面より見
掛は上大きくなったレースウェイ表面から充填層内へ吹
込まれ炉内をよシ均一に上昇して鉄鉱石と接触しこれを
還元する。還元鉱１５および過剰のコークスは排出口１
４から炉外に排出された後、磁選等によシ分離される。

一般に、シャフト炉による還元においては、炉内温度を
鉄鉱石および成品の還元鉱が溶けたシ、あるいは溶着し
たりしない程度の最高１０００℃程度に止めなければな
らない。そのため発熱反応である固体還元剤の燃焼と吸
熱反応、例えば炭素のＣＯ２や水蒸気によるガス化反応
、あるいは重油の分解反応などを組合わせる必要がある
が、本発明においては、炉頂の排気ロアから≠≠嘘幽ミ
排出された排ガス中に多量の００２が含まれているので
、該ガスの全部または一部を導管９、環状１１を経て羽
口１２に導き、該羽目から炉内に吹込まれる高温の空気
と混合することによシ炉内温度制御を行うことができる
〇 このとき、排ガス中のＣＯ濃度をＯｃｏ、００ｚ濃度１
００濃度をＸ、炉内発生還元ガスの温度を１７羽口にお
ける空気−排ガス混合ガスの温度をＴｂとすれば、混合
ガスの空気と排ガスの混合比空気量／排ガス量±ｙは熱
バランスによシ次式で与えられる。

＋　α 但し、αは偏析装入されたコークスがレースウェイ付近
に降下する迄の予熱温度【依存する値で、装入位置、コ
ークス粒度などガスとコークスの熱交換の状態によって
決定する。

なお羽口に混入する排ガス量は弁８および流量調節弁１
０を調節することによシ任意に制御することができる。

また本発明においては、炉の周辺に非溶融性のコークス
等が充填されているため、還元される鉄鉱石が炉壁に融
着し、装入物の降下に影響を及ぼすことを防止すること
ができる。

（実施例） 次に本発明方法と第２図に示す従来法における鉄鉱石ベ
レット還元時のレースウェイ前面における炉内温度分布
（水平断面〕を第５図（ａ）（ｂ）に示す。

ガス吹込条件は、従来法においては、Ｎ２　、　Ｎ２０
．　Ｃｏ。

ＣＯ２，ＯＨ４，Ｎ２の＠度がそれぞれ６５．７．１７
．７．３チ１０００℃のガスを羽口から線速度５０　ｍ
／ｓｅｃであシ、本発明方法においては、固体還元剤と
してコークスを用い、Ｃ０７ｃｏ２．Ｎ２濃度がそれぞ
れ２１．１４゜６５チ　の回収炉頂ガスを空気と１：２
の比率で混合し、常温で線速度５０　ｍ／ｓｅｅである
。

従来法〔第５図（ａ）〕では等温線が奥深く入ってはい
るが、炉の水平方向への拡がりは殆どなく、従って羽口
と羽口との間に降下した鉄鉱石は未還元に終わる可能性
がある。

一方本発明方法〔第５図（ｂ）〕においては斜線で示し
たレースウェイ空間からガスが充填層に入るため、等温
線が横に拡がシ、その結果ガス流れがより均一になる。

なお本発明方法の場合、炉心の方向にガスが到着しない
領域が発生することが懸念されるがこれは吹込みガス量
を増加することにより解決できる。このようにレースウ
ェイ空間カない従来法の場合には羽口先端部における圧
力勾配が大きく、ガス量を増加することには多大の困難
を伴うが、レースウェイ空間がある本発明方法の場合に
は通気抵抗が少なく吹込みガス量の制御は容易であった
。なお本発明方法の着火時には、予め着火した木炭を羽
口に装入し、空気を吹込みコークスを着火させる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明方法は炉内全般にわたり、特
に炉周方向の温度分布を均一にするととができるので、
鉄鉱石の還元を効率よく行うことができ、しかも炉内に
おいて直接高温の還元ガスを発生させるので、従来法の
ように他の設備で還元ガスを製造し、予熱器により加熱
した後、還元炉に吹込むために生じる配管途中での熱損
失は全くなく、従って熱交換のよい還元を行うことがで
きる。また排ガスを循環使用し羽口から炉内に吹込むこ
とによシ炉内温度の調節を行うこともできる等その効果
は極めて大きい０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するだめのシャフト炉を示す
説明図、第２図は従来用いられているシャフト炉の説明
図、第３図（ａ）　（ｂ）　（ｃ）　（ｄ）は炉への装
入前（ａ）　（ｃ）　トレースウェイ内（ｂ）　（ｄ）
におけるコークス粒度分布を示す図表、第３図（ｃ）　
（ｆ）はレースウェイ内で粉化し難いコークス（ｅ）と
粉化しやすいコークス（０の炉内温度分布を示す説明図
、第４図（、、）　（ｂ）　（ｃ）はコークス粒径と炉
内温度分布との関係を示す説明図、第５図は従来法（ａ
）と本発明法（ｂ）における炉内温度分布を示す説明図
である。 １・・・炉体　　　　　　２・・・搬送機構３・・・装
入口　　　　　４・・・被処理物５・・・装入口　　　
　　６・・・固体還元剤７・・・排気口　　　　　８・
・・弁 ９・・・導管　　　　　１０・・・流量調節弁１１・・
・環状管　　　　１２・・・羽口１３・・・レースウェ
イ　　　１４・・・排出口１５・・・還元鉱 図面の汀１；；（内’１’ｌ’　Ｌこ変更なし）第１図 第２図 ｍ３図　　　　　　　（ａ７　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　（’〕第５図 （α２ 第５図 ＜４ノ 手続補正書（方式） ％式％ １　事件の表示 昭和６０年特許願第２２６５３２号 ２、　発明の名称 シャフト炉の操業方法 ３、　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　東京都千代田区大手町２丁目６番３号（６６
５）新日本製鐵株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鉱石を還元するシャフト炉において、固体還元剤を送風
   羽口上部の炉周辺部に偏析装入し、該固体還元剤の部分
   燃焼により還元性ガスを発生させ鉱石の還元を行うとと
   もに、排出されるガスの全部または一部を羽口から吹込
   む空気に混入し循環使用することを特徴とするシャフト
   炉の操業方法。