CN1474877A - 回转炉底式还原炉的作业方法和回转炉底式还原炉设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种将含有铬矿石、铁矿石等的矿石粉和金属工业中产生的氧化铁等氧化金属的粉末、金属碎屑等成形的球团等，在回转炉底式还原炉中烧结还原之际，抑制燃烧气体中的二恶英的发生的同时，由该高温的燃烧排放气体进行有效的热回收的作业方法及其设备，将回转炉底式还原炉内产生的燃烧气体，在排放气体出口通道内和排放气体出口通道附近的至少一处、在一定时间以上使气体的温度达到高于800℃、一氧化碳浓度体积比率小于200ppm、并且成为充分发散的紊流状态后，快速地冷却该气体。并且，按规定的比率控制燃烧排放气体中的粉末所含有的锌和铅的总摩尔数、碱金属的总摩尔数和卤族元素的总摩尔数。

Description

回转炉底式还原炉的作业方法 和回转炉底式还原炉设备
技术领域
本发明涉及一种适当地处理燃烧排放气体的作业方法及其设备，在回转炉底式还原炉等的还原炉中，将含有氧化金属的球团(ペレツト)等成型体加热、烧结还原之际，可抑制还原炉的燃烧排放气体中二恶英类的生成，同时，还可有效地对高温的燃烧排放气体进行热交换及热回收。
背景技术
作为制造还原铁或合金铁的加工方法数目众多，其中，具有在回转窑的内部转动还原剂和碳，来进行加热还原的威尔兹式回转炉(ウエルツキルン)加工法，或者在回转炉底式还原炉中进行烧结还原的回转炉底式加工法。其中，作为生产率高的加工方法，如日本特开2000-54034号公报所示的由回转炉底式加工法实施的作业。回转炉底式加工法为一种在固定的耐火材料制成的炉顶和侧壁的下方，将中央部带缺口的圆盘状的耐火材料制成的炉底在轨道上以一定速度回转，从而使装入炉底上的例如球团类原料粉体的成型体朝加热区域、还原区域、排出部移动以还原型式的烧结还原炉(以下称作回转炉)为主体的加工方法，用于氧化金属的还原。回转炉的炉底直径为10～50米，炉底宽度为2～6米。
作为原料，使用粉状矿石或氧化金属粉末等的氧化金属和作为还原剂的碳。在还原铁的制造中，使用球团供给源(ベレツトフイ一ド)等的微粒的铁矿石等。还原剂尽管使用碳，但希望使用直到还原反应生成的温度为1100℃左右、不挥发的碳成分(固定碳)比例还较高的碳。这样的碳源最好是粉状焦炭或无烟碳。
原料的含氧化金属的粉体在与还原该氧化金属所需数量的碳系还原剂混合后，造粒成为生球团，并向回转炉底上层状供给。生球团全面铺撒在回转炉的炉底上。在回转炉内，耐火材料制成的炉顶和侧壁下，中央带缺口的圆形的炉底回转，炉底上的球团朝炉内各部分移动，并被急速加热。在5分钟到20分钟期间，在1300℃左右的高温下烧结，通过球团内的碳，使氧化金属还原，生成金属。在回转炉内，由于生球团静置于炉底上，具有球团在炉内难崩裂的优点。结果，无回转炉的耐火材料制品上附着粉末状原料的问题，并且，具有称作球团的成品率高的优点。另外，由于可使用产量高、成本低的煤系还原剂或粉状原料，近年来，实施的例子不断增加。
此外，回转炉底加工法在将从高炉、转炉、电炉产生的制铁粉末或轧制工序中产生的鳞屑或金属碎屑进行还原和除去杂质的处理中也是有效的，也作为粉末处理加工使用，也是一种金属资源再循环的有效的加工方法。在粉末还原之际，可除去锌、铅、碱金属、卤族元素及其他杂质也是回转炉底加工法的优点，这也是相对再循环制铁业产生的粉末等特别有效的加工方法的理由。
回转炉底加工法的作业大致概括如下。首先，将作为原料的粉状矿石或粉末、金属碎屑的金属氧化物中混合有该氧化物还原所必需数量的碳系还原剂后，造粒。作为造粒方法具有几种，例如，用盘式造粒机等的造粒机，制造水分占8～15重量％的、5～20mm的球形的生球团。该生球团向回转炉底上层状供给，以在炉底上平面铺撒。铺撒在炉底上的生球团被在炉内急速加热，经5～30分钟，在1300℃左右的高温下烧结。此时，通过混合于生球团中的作为还原剂的碳，使氧化金属还原，生成金属。还原剂中的固定的碳量为通过与大致还原的金属化合的氧量求出的量。还原后的金属化率根据还原的金属是不同的，对于铁、镍、锰，在90％以上，即使是难还原的铬也在40％以上。
前述的将回转炉底式还原炉中的氧化金属特别是金属精炼或加工业产生的粉末、扎屑或金属碎屑等进行还原，以获得还原金属，是一种有效的加工方法。在作为原料使用粉末等金属工业的副生成物时，是一种资源再循环的有效手段。
但是，即使是作为原料之一使用的粉状矿石中也存在着氯等杂质，特别是，在上述的金属工业的副生成物中混合有机械油、水中的有机物、氯剂、树脂粉等的杂质。例如，在钢材的轧制工序中产生的扎屑回收槽内沉淀的金属碎屑中，混入了1～5重量％的机械油。另外，高炉粉末中混入0.1～0.3重量％的氯。
此外，用于回转炉底式还原炉中还原的电炉粉末包含有氯或油，但也包含二恶英类其他物质。这些杂质在回转炉的炉内燃烧或蒸发，并向炉外排出的物质较多。此时，有机物会燃烧，放出二氧化碳或水蒸气。但是，在燃烧不完全时，也存在着烟灰、碳、未燃的苯等包含在燃烧气体中的情况。另外，氯量具有形成单独为氯的气体或氯化氢气体或者形成氯化钠、氯化锌等盐的程度，任意一种均是高比率的与燃烧气体一同向炉外排出。这些有机物或氯在燃烧气体中反应，尽管少量，但也生成二恶英。特别是，在炉内发生不完全燃烧并且燃烧气体中的一氧化碳浓度高时，通过氯与苯类反应或来自气相的合成反应，增加了二恶英类的生成量。
可是，在以往的设备构成和作业方法中，没有充分的知识，未必能进行抑制二恶英类产生的作业。在以往的作业中，主要的目的是单单进行向还原反应的热供给，并且，在排气处理中，当初考虑的主体是防止粉末附着在燃烧气体处理的路径上或者废热回收的方法上，实际情况是在设备设计上并没有充分反映出消减二恶英类的方法。在此后的调查中发现，在回转炉内，炉内的燃烧温度高时，虽然与其他的燃烧加工方法相比，二恶英类的生成量少，对环境的负担小，但并不是在燃烧气体中无二恶英类，根据场合，其浓度在1～5ng-TEQ/Nm3。
也就是说，在以现有方法进行的回转炉底式的还原炉为首的还原炉作业中，还没有发现可有效地抑制二恶英类产生的作业方法。
正如上述，在回转炉或威尔兹式回转炉等的还原炉中，通过作为还原剂的碳与作为燃料的重油或天然气体的燃烧，产生二氧化碳和含有大量水蒸气的高温的燃烧排放气体。该燃烧排放气体为每吨原料排放出2000～3000Nm3。该排放气体中包含有从炉内产生的粉末，通过排放气体通道，在排放气体处理装置中用洒水等方法冷却后，集尘，并向大气排放。上述的回转炉底加工法随着氧化金属的还原反应，可挥发除去锌、铅、氯等杂质，因此是一种粉末产生量较多的加工方法。
在如此的回转炉底式还原炉或回转窑等的金属还原炉中的作业会产生大量的含多量粉末的燃烧排放气体，该排放气体所保有的显热为所投入的所有能量的30％左右，为了成为热效率高的作业，重要的任务是对燃烧排放气体的废热的回收。
但是，在进行高温的燃烧排放气体的废热回收之际，存在着粉末牢固地附着在废热锅炉或热交换器的传热表面，并且腐蚀这些表面的金属的问题。结果，例如，在回转炉中的排放气体的处理方法如日本特开2000-169906号公报所示，即使是在该以往的方法中，也采用适当地控制锅炉或热交换器的温度，以防止粉末附着的方法。该方法是一种有效的处理排放气体的手段，但因粉末的成分，粉末会附着在热交换器的内面，在2周到1个月的时间中，存在着会封闭排放气体路径的问题。特别是，粉末为低融点时，粉末的附着力强，问题更严重。
由回转炉等生成的粉末不仅含有飞散的氧化铁等原料，还多含有碱金属、锌、铅、其他挥发性的金属和氯等阴离子物质。在排放气体出口通道的温度处于600～1100℃左右的粉末部分，这些粉末的成分因蒸汽而存在，其随着排放气体温度的下降，开始成液体析出。该液体与呈固体飞散的粉末成分形成高粘性的乳浊液。该乳浊液由于会附着在排放气体路径上，在路径变窄的部分易发生堵塞的问题。也就是说，为了回收废热而设置热交换器时，在该部分排放气体路径变窄，易发生堵塞。碱金属盐的液体的腐蚀性强，在该乳浊液附着部分也存在金属腐蚀的问题。
上述的特开2000-169906号公报所公开的方法尽管是一种有效的防止粉末附着的技术，但特别是，在碱金属盐和锌化合物多的情况下，不能充分地防止附着现象。在如此的以往技术中，不能对排放气体中的粉末成分给予充分的注意，不能充分地解决排放气体的热回收用热交换器堵塞的问题。
发明内容
因此，为了解决上述的问题，谋求一种抑制从回转炉或回转窑等的金属还原炉排出的燃烧气体中二恶英的生成的同时，有效地回收该排放气体保有的显热的技术。
本发明解决了上述的问题，其要点如下。
(1)一种回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，使回转炉底式还原炉的炉内产生的燃烧气体，在该还原炉的排放气体出口通道内和排放气体出口通道附近的至少一方中，达到高于800℃温度，之后，快速冷却，集尘后，排出。
(2)一种回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，使回转炉底式还原炉的炉内产生的燃烧气体，在该还原炉排放气体出口通道内和排放气体出口通道附近的至少一方中，达到高于800℃的温度，一氧化碳浓度体积比率为低于200ppm，并且成为发散的紊流状态，之后，快速冷却该燃烧气体。
(3)一种回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，使回转炉底式还原炉的炉内产生的燃烧气体，在该还原炉排放气体出口通道内和排放气体出口通道附近的至少一方中，大于0.9秒的时间内，使温度达到高于800℃，一氧化碳浓度体积比率为低于200ppm，并且成为雷诺数(レイルズ)为大于30000的紊流状态，之后，快速冷却该燃烧气体。
(4)一种回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，使回转炉底式还原炉的炉内产生的燃烧气体，在该还原炉排放气体出口通道内和排放气体出口通道附近的至少一方中，在大于0.6秒的时间内，使温度达到高于800℃，一氧化碳浓度体积比率为低于60ppm，并且成为雷诺数为大于50000的紊流状态，之后，快速冷却该燃烧气体。
(5)按照(1)～(4)任一所述的回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，所述炉内产生的燃烧气体在炉内部的温度高于1200℃，而一氧化碳相对二氧化碳的摩尔数比大于0.1。
(6)按照(1)～(5)任一所述的回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，所述炉内产生的燃烧气体在6秒内从高于800℃冷却到低于300℃。
(7)按照(6)所述的回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，所述炉内产生的燃烧气体的冷却，是在具有废热锅炉、洒水装置和空气热交换器任一种单独或相互组合的排放气体处理装置内进行的。
(8)按照(1)～(7)任一所述的回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，所述炉内产生的燃烧气体的粉末中含有的锌和铅的总摩尔数A、钠和钾的总摩尔数B、以及氯和氟的总摩尔数C满足(C-B)/A＜0.36的关系。
(9)按照(1)～(8)任一所述的回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，所述炉内产生的燃烧气体的粉末中，所含有的钠或钾和氯或氟的化合物的含有比率低于35重量％。
(10)按照(8)或(9)所述的回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，所述炉内产生的气体的温度在5秒内从高于800℃冷却到低于550℃。
(11)一种回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，在至少具有可对空气进行预热及热交换的预热式热交换器的排放气体处理装置中，将回转炉底式还原炉的燃烧排放气体冷却，燃烧排放气体的粉末中所含有的锌和铅的总摩尔数A、钠和钾的总摩尔数B、以及氯和氟的总摩尔数C满足(C-B)/A＜0.36的关系。
(12)按照(11)所述的回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，所述燃烧排放气体的粉末中，所含有的钠或钾和氯或氟的化合物的含有比率低于35重量％。
(13)按照(11)或(12)所述的回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，在所述还原炉的排放气体出口通道入口处的排放气体温度高于800℃，在所述排放气体处理装置的空气预热用热交换器入口处的排放气体的温度低于550℃。
(14)按照(11)～(13)任一所述的回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，所述排放气体的温度在5秒内从高于800℃冷却到低于550℃。
(15)一种回转炉底式还原炉的作业方法，在至少具有带空气预热式热交换器的排放气体处理装置的回转炉底式还原炉中，将含氧化金属和碳的粉体成形后的原料烧结还原，冷却燃烧排放气体，其特征在于，所述原料中的锌和铅的总摩尔数A’、钠和钾的总摩尔数B’、以及氯和氟的总摩尔数C’之间成立(0.8C’-0.7B’)/A’＜0.36的关系，并且，在所述还原炉的排放气体出口通道入口处的排放气体温度高于800℃，在所述空气预热式热交换器入口处的排放气体的温度高于550℃。
(16)按照(1)～(15)任一所述的回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，所述冷却的炉内产生的燃烧气体，进一步通过排放气体处理装置内的袋式除尘器，在170～250℃的温度下集尘。
(17)一种回转炉底式还原炉设备，其特征在于，设有：具有回转式炉底的氧化金属的还原炉、和排放气体处理装置，该排放气体处理装置由冷却装置和集尘装置构成，该冷却装置是由废热锅炉、洒水装置和空气预热用热交换器单独或相互组合而成，同时，该还原炉与该排放气体处理装置之间，由通道相连接，该通道长度若以该还原炉的炉内产生的燃烧气体的通过时间来换算，则为大于0.9秒的长度，并且内径与内部气体流速的积大于7.2m2/秒。
(18)一种回转炉底式还原炉设备，其特征在于，设有：具有回转式炉底的氧化金属的还原炉、和排放气体处理装置，该排放气体处理装置由冷却装置和集尘装置构成，该冷却装置是由废热锅炉、洒水装置和空气预热用热交换器单独或相互组合而成，同时，该还原炉与该排放气体处理装置之间，由通道相连接，该通道长度若以该还原炉的炉内产生的燃烧气体的通过时间来换算，则为大于0.6秒的长度，并且内径与内部气体流速的积大于12m2/秒。
(19)按照(17)或(18)所述的回转炉底式还原炉设备，其特征在于，所述排放气体处理装置内的冷却装置中，作为将燃烧气体从高于800℃冷却到低于300℃部分的内容积小于每秒的燃烧气体流量的6倍。
(20)一种回转炉底式还原炉设备，其特征在于，设有：具有回转式炉底的氧化金属的还原炉、和排放气体处理装置，该排放气体处理装置由冷却装置和集尘装置构成，该冷却装置是由废热锅炉、洒水装置和空气预热用热交换器单独或相互组合而成，同时，还具有打击振动给予装置、气体吹送装置和吹灰器中的至少一个的机构、用以将附着在该排放气体处理装置的所述空气预热用热交换器上的粉末除去。
附图的简要说明
图1为具有实施本发明的回转炉底式还原炉的本体和排放气体处理装置的回转炉底式还原设备的构成例的视图，
图2为示出回转炉底式还原炉的断面的视图，
图3为回转炉底式还原炉的圆周方向的展开图，
图4为示出适当的燃烧气体状态的保持时间与燃烧排放气体中的二恶英类浓度的关系的视图，
图5为示出将燃烧排放气体从800℃冷却到300℃的时间与燃烧排放气体中的二恶英类浓度的关系的视图。
发明的具体实施方式
根据作为还原炉一形式的图1所示的回转炉底式的还原炉说明本发明。图1所示的加工方法主要由回转炉底式还原炉1、废热锅炉3、洒水装置4、热交换器(空气预热器)5和集尘机7构成。示出回转炉构造的视图为图2和图3。图2为示出回转炉的断面图。图3为示出炉内的中央缺口的圆型的炉底在回转方向的展开图。
回转炉1的构造如图2的断面图所示，在固定的耐火材料制成的炉顶10和炉壁11的下方，存在着在车轮13上移动并回转的炉底12。在炉壁11上设有燃烧器14，从燃烧器14中吹送燃料，通过火焰15产生高温的燃烧气体。在炉底12上铺撒上由氧化金属粉和碳粉构成的生球团16。在作为回转炉1在圆周方向的展开图的图3中，说明了对生球团16的加热和还原等的作业内容。
原料的生球团是通过将粉状矿石或转炉气体粉末、扎屑等制铁的副生成物与粉状焦炭等的碳还原剂的粉体混合而成的。该原料的生球团通过原料供给部17铺撒在炉底12上。通常为1～3层的厚度。随着炉底12移动和回转，生球团16先进入加热区域18中。加热区域18的炉顶部与排放气体出口通道2相连。在此，加热的生球团16中一氧化碳与氢的浓度更高，并且进入高温的还原区域19。在此，生球团16内部的氧化金属与碳反应，以还原金属。之后，还原的生球团16通过还原球团排出部20的排出螺旋机21，从炉内排出。燃烧气体朝与球团相反的方向即从高温的还原区域19向比较低温的加热区域18流动，因此，从排放气体出口通道2向炉外排出。另外，尽管不是必须的，但为了有效地进行区域的分割，也有使用隔板22的场合。
炉内的燃烧气体是配置在从还原区域19到加热区域18的炉壁侧上的燃烧器14来的燃料和空气，以及从生球团产生的一氧化碳为中心的气体，是混合燃烧的气体。该燃烧气体从还原区域19向加热区域18流动。之后，从加热区域18的炉顶部的排放气体出口通道2向回转炉1的炉外排出。
首先，在还原区域19中，为了生球团的还原，必须要有充分的还原环境。在回转炉底加工法中作为还原对象的氧化金属为铁、镍、铬、铅、锌、锰等。根据这些金属的还原性，还原区域19的温度在1200℃以上时，一氧化碳相对二氧化碳的摩尔比率必须在0.1以上。在该条件下，可加速进行生球团16的还原。
如在1200℃以上的温度下，混合于生球团16中的有机物和氯也分解为一氧化碳、二氧化碳、水蒸气、氢、氯化氢，可以比较好地抑制了二恶英类的生成量。
接着，炉内的燃烧气体流向加热区域18中。在此，不进行生球团16的还原，直到加热到球团温度到达1100℃左右为止。在此的燃烧气体温度在接近还原区域19的部分为1100～1200℃，而在接近排放气体出口通道2的部分为800～1100℃。另外，排放气体出口通道2的与废热锅炉3连接部分的温度在800℃以上。由于在加热区域18中不进行还原，燃烧气体的环境中还原度也可较低。
因此，至少在接近排放气体出口通道2的部分有剩余的氧，可使一氧化碳浓度也成为较低的状态。
在本发明中，还原炉的炉内的加热区域18的接近排放气体出口通道2的部分和排放气体出口通道2的与废热锅炉3连接的部分称作排放气体出口通道附近。
作为排放气体通道2附近以及在排放气体通道2中的燃烧气体的成分，在排放气体出口通道2的与废热锅炉3连接部分，通过使氧浓度在0.5体积％以上，可将一氧化碳浓度保持在体积比率在200ppm以下。与该描述的条件相当部分的一部分尽管也包含回转炉1的炉内，但从控制燃烧气体的组分的观点来看，希望在排放气体出口通道2中。另外，在图1例中，排放气体出口通道2是与可进行热回收的废热锅炉3相连的，但只要是可快速冷却气体，可与其他方式的气体冷却装置或热回收装置相连。并且，从燃烧气体的烟道管理和安全问题以及越发消减二恶英类的观点考虑，最好一氧化碳浓度在体积比率下为600ppm以下。另外，除了这些条件，从气体混合良好的观点考虑，作为排放气体流动的状态，成为良好发散的紊流状态时，可降低二恶英类。紊流的发生方法将后述。
此后，燃烧气体通过废热锅炉3、洒水装置4和空气预热用热交换器5，冷却到300℃以下。冷却所需要的时间最好在6秒以下。冷却的燃烧气体经过集尘前通道6，由集尘机7除尘，由抽风机8抽风，从烟囱9向大气排放。集尘机7使用袋式除尘器。即，将回转炉的燃烧气体在排放气体出口通道内和排放气体出口通道附近的至少一方中，在800℃以上完全燃烧后快速冷却和集尘，能够抑制二恶英的发生，同时，可防止粉末的附着。
本发明人依据回转炉的作业特性，对抑制燃烧气体的二恶英类的生成的作业条件进行调查。为此，进行几个实验，在前述的条件下，得出可进行燃烧气体的处理的结论。以下，详细地说明该实验的内容。
本发明人判明，为了抑制二恶英类的生成，在回转炉的加热区域18以下的燃烧气体的处理中，控制温度和气体成分是重要的。二恶英类在300～600℃的环境温度下，多会发生不完全燃烧的状态。也就是说，不完全燃烧气体中的几个复杂的有机物分子与氯反应，形成二恶英类的温度为300～600℃。因此，在该温度区域中，为了不存在苯等复杂的有机物分子，在还原区域19中，将含许多一氧化碳的燃烧气体在从加热区域18到排放气体出口通道2的部分即在排放气体通道2内和排放气体通道附近，在800℃以上的高温下完全燃烧。
如要在高温下实施完全燃烧，氧在剩余的状态下可与燃烧气体很好地混合。为此，本发明人发现，使燃烧气体充分发散的紊流状态是一种气体混合的有效手段，因此，研究出使用以防止二恶英类生成为目的的紊流状态的燃烧气体条件。图4示出该实验结果。图4为示出在适当条件下即紊流状态下，燃烧气体温度在800℃以上、一氧化碳浓度在体积比率下为200ppm以下状态下的保持时间与排放气体中的二恶英浓度的关系。正如图4所示，在与燃烧气体温度为800℃以上、一氧化碳浓度在体积比率下为200ppm以下的二恶英抑制条件相对应的时间如为0.9秒以上，二恶英浓度可在0.1ng-TEQ/Nm3以下，较好。也就是说，紊流充分发散的同时，合适的燃烧气体状态如继续0.9秒，则判定为前述的复杂的有机物分子不存在，满足抑制二恶英类生成的条件。
为了使燃烧气体的混合产生合适的紊流，可使作为评价流体力学的流动状态的指标的雷诺数较大。通常，在雷诺数超过2300的时刻，流动成为紊流。可是，在本发明中，由于必须要有成为燃烧气体混合良好的状态的充分发散的紊流，进而必须要有较大的雷诺数。在本发明人的实验中，雷诺数如在30000以上的流动状态，则判定为形成合乎该目的的燃烧气体的均匀状态。因此，本发明的条件是，燃烧气体的温度为800℃以上，并且一氧化碳浓度在体积比率下为200ppm以下状态下的部分中雷诺数为30000以上。
为了进一步降低二恶英类，要求更低的一氧化碳浓度和更高的雷诺数。本发明人调查的结果，排放气体中的二恶英类浓度在0.06ng-TEQ/Nm3以下的更好状态下，希望一氧化碳浓度在体积比率下为60ppm以下，并且雷诺数在50000以上。在该状态下，由于成为非常良好的混合状态，该状态持续的时间即使为0.6秒也可充分挥发效果。如保持该条件，可获得排放气体中的二恶英类浓度在0.02～0.06ng-TEQ/Nm3的非常良好的成绩。
另外，雷诺数是无因次数，为由气体粘度除以气体密度、气体流速和代表长度的积。雷诺数是表示流动状态的指标，超过2300时，雷诺数越高，流动的紊流现象就越明显。在本发明中的雷诺数的计算的代表长度使用炉底12的宽度或者排放气体出口通道2的直径。进行本发明的条件中，燃烧气体温度为800～1200℃，燃烧气体的密度为0.25～0.4kg/m3左右，而粘度为4×10-5～6×10-5kg/ms。因此，如排放气体出口通道2的直径或炉底12的宽度与燃烧气体的流速的积在7.2m2/秒以上，则雷诺数在30000以上。并且，如排放气体出口通道2的直径或炉底12的宽度与燃烧气体的流速的积在12m2/秒以上，则雷诺数在50000以上。为了获得上述的所需要的雷诺数，考虑炉底宽度、出口通道的直径来控制气体流速的方法是一种有效的方法。
在实现这样的状态后，不用说不会再次增加一氧化碳浓度。
接着，将燃烧气体从800℃快速冷却到300℃是重要的。目的在于缩短了在300～600℃温度下的二恶英类再合成的温度区域的时间。为此，本发明人解析了冷却所需的时间。在图5所示的实验结果中，冷却时间超过6秒时，二恶英类浓度就会在0.1ng-TEQ/Nm3以上。也就是说，从800℃冷却到300℃的时间在6秒以下是很重要的。因此，排放气体处理装置的从800℃冷却到300℃部分的内容积成为每秒的燃烧气体流量的6倍以下是必要的。
只要是可保持上述的冷却速度，燃烧气体的冷却方法可以是任意的。在图1例中，使用了废热锅炉、洒水装置和空气预热用热交换器(燃烧气体与空气的热交换器)的组合。该方法是一种最大限度地进行废热回收以及正确地进行燃烧气体的温度控制的最适当的方法。然而在要简化设备等情况下，也可省略废热锅炉，只组合洒水装置和空气预热器。此时，废热回收量只是图1所述设备的大致二分之一。另外，在不用完全进行废热回收时，只用洒水装置就可将燃烧气体冷却到300℃以下。
这样，有效地进行冷却，很好地防止了粉末附着在排放气体处理装置的冷却装置乃至热回收(热交换)装置上，正如以下所详细说明的那样，炉内产生的燃烧气体的粉末中含有的锌与铅的总计摩尔数A、钠与钾的总计摩尔数B、以及氯与氟的总计摩尔数C满足(C-B)/A＜0.36的关系，就可很好地防止附着于冷却装置或热回收(交换)装置上的热交换、冷却效率降低或者因粉末附着于通道所致的排放气体通道的狭窄、阻碍流动的现象。另外，炉内产生气体的粉末中含有的碱金属(钠或钾)与卤族元素(氯或氟)的化合物的含有比率低于35重量％，则可很好地抑制粉末的附着。另外，最好是，炉内产生气体的温度在5秒内从800℃以上冷却到550℃以下，就可抑制粉末朝排放气体处理装置上附着，可有效的抑制冷却效率的降低。
正如上述，为了抑制二恶英产生，在排放气体处理装置内快速地冷却排放气体，但此时，进行热交换、热回收从提高作业中的热效率的方面考虑也是极其重要的。
但是，正如先前所述，由于因包含在该高温的排放气体中的大量粉末附着在蓄热锅炉、空气预热式热交换器等的排放气体处理装置内的热回收装置或冷却装置上而生成的种种问题，不能成为一种有效率的装置，不仅是热回收效率，用于抑制二恶英的排放气体的冷却效率自身也会受到影响。为此，发明人进一步对这些方面进行研究。
在燃烧排放气体中，未还原的氧化铁等原料飞散成分、碱金属和卤族元素那样的、在高温下易蒸发的物质和还原后的、蒸发的锌或铅等金属作为粉末成分进入。这些成分中，如氯化钠或氟化钾那样的碱金属卤盐和氯化锌或氯化铅，其自身的融点保持在700～900℃。可是，本发明人发现，排放气体中的粉末内碱金属卤盐和氯化锌或氯化铅的比例高时，这些成分会融合，融点降低到550～600℃。并发现，该条件下的粉末大多会附着在排放气体路径即在炉内排放气体通道以下、经过排放气体处理装置向大气发散的排放气体通路上。
对附着在排放气体路径上的粉末块进行解析的结果表明，氯化物和氯化物多时，粉末中的这些成分在450～600℃以上的温度下会粘着，并且特别是在锌和铅的卤化物相对锌和铅的氧化物的比例高时，该附着性变强。另外，对通常的作用温度550℃时粉末附着在热交换等上的调查结果表明，粉末中的锌和铅的卤化物如相对锌和铅的氧化物与卤化物的总和以摩尔换算在18％以下，则粘着性较弱，可容易剥离。但是，也是在该条件下，碱金属卤盐即碱金属(钠或钾)和卤族元素(氯或氟)的化合物的重量比例超过粉末全体的重量的35％时，表明也稍增加了粘着性。为此，粉末中含有的碱金属和卤族元素的化合物的含有比例要低于35重量％。
由此，在本发明中，控制粉末中的各元素的比例，以使粉末中的锌和铅的卤化物相对锌和铅的氧化物在摩尔比例下为22％以下。这种控制是将粉末中的锌、铅、钠、钾、氯和氟的摩尔比例、(氯的摩尔数+氟的摩尔数)-(钠的摩尔数+钾的摩尔数)，也就是将与碱金属没有反应的卤族元素摩尔数为锌的摩尔数和铅的摩尔数的总合的18％以下。另外，由于锌和铅为2价阳离子，对1价的阴离子的卤族元素用离子价数补正。作为作业之际的指标使用〔(氯的摩尔数+氟的摩尔数)-(钠的摩尔数+钾的摩尔数)〕/(锌的摩尔数+铅的摩尔数)(指标1)。在实际的作业中，成为指标1＜0.36的条件。即，粉末中包含的锌和铅的总摩尔数为A、钠和钾的总摩尔数为B、氯和氟的总摩尔数为C时，(C-B)/A＜0.36。
为了正确地管理粉末的成分，需要进行原料的成分管理。在回转炉底加工法中，锌和铅从原料中向排放气体转移率在90％以上，碱金属的转移率在70％左右，卤族元素的转移率在80％左右。考虑这些转移率，确定原料中的锌、铅、碱金属、卤族元素的比例。将其用式子表示时，成为〔0.8(氯的摩尔数+氟的摩尔数)-0.7(钠的摩尔数+钾的摩尔数)〕/〔0.9～1.0(锌的摩尔数+铅的摩尔数)〕，用简易式子表示为〔0.8(氯的摩尔数+氟的摩尔数)-0.7(钠的摩尔数+钾的摩尔数)〕/(锌的摩尔数+铅的摩尔数)(指标2)，将其作为原料配合的管理指标进行作业。在实际的作业中，条件为指标2＜0.36。即，原料中包含的锌和铅的总摩尔数为A’、钠和钾的总摩尔数为B’、氯和氟的总摩尔数为C’时，成为(0.8C’-0.7B’)/A’＜0.36。
包含在该条件下调整的粉末的排放气体从排放气体出口通道2导入排放气体处理设备中。在该部分的排放气体温度在800℃以上。在800℃以下时，存在着氯化物或氟化物在进入排放气体出口通道2后立刻析出，在排放气体出口通道2的入口附近发生堵塞的问题，并且，从前述的抑制二恶英生成的观点考虑，温度要在800℃以上。
此后，排放气体导入废热锅炉3进行热回收，排放气体急速冷却到550℃以下。如在废热锅炉3出口的排放气体温度在550℃以上时，用洒水冷却器4进一步冷却，使排放气体温度在550℃以下。从废热锅炉3到洒水冷却器4，快速进行排放气体的冷却。以缩短氯化物和氟化物成为融体的时间是重要的。本发明人发现，如采用本发明所示的粉末，通过在5秒内处于550℃以下，在快速冷却部不会发生严重的粉末附着现象。因此，即使采用洒水式气体冷却机等进行冷却处理全体也是有效的。
排放气体在热交换器5中进一步与空气进行热交换和热回收，冷却到300℃以下最好是200℃左右。另外，从前述的抑制二恶英的再合成的观点考虑，从800℃到300℃以下的冷却最好在6秒内进行。热交换器5入口部分的温度也是一个重要的作业要素。也就是说，在本发明范围的粉末组成中，热交换器的排放气体温度过高时，没有最终凝固的氯化钠或氯化锌等采用液体状态，附着在热交换器金属表面，产生堵塞或金属腐蚀的问题。为了防止粉末附着所致的传热表面的弄脏，要有效地回收废热，并且，为了防止粉末附着，最好在热交换器5中设置粉末除去装置。粉末除去装置尽管有多种，但一般采用吹送高压气体或蒸汽的吹灰式或打击式粉末除去装置。热交换器的型式也是防止粉末附着的重要的要件。对于粉末附着强的热交换器采用一种管内通空气、管外通排放气体并且通过吹灰将管外部的粉末除去型式的热交换器，并且大多设置平行板，也可采用空气与排放气体交替流动，用刮板刮落附着粉末型式的热交换器。
此时，通过热交换加热的空气作为回转炉1的燃烧用空气或球团的事先干燥用热风使用。
如此热交换并且冷却的燃烧排放气体经过接下来的集尘机前通道6在集尘机7中除去粉末。
集尘机7可以是在机内不会再次合成二恶英类的袋式除尘器型的集尘机。作为袋式除尘器具有多个将纤维间隔细小的布作成袋状滤布，含粉末的气体通过该滤布，以除去粉末的装置。袋式除尘器的运行温度可在150℃以上。原因是，在150℃以下，成为酸露点，设备容易腐蚀。由于滤布的耐热问题，希望在250℃以下的温度。在回转炉底加工法中，还原氧化金属之际，锌、铅、碱金属等氧化物或氯化物被从燃烧气体中排出。这些物质成为超细的微粉末，用旋风器等不能充分地集尘。并且，电集尘机由于集尘能力不够，同时，会在机内发生二恶英类再合成的反应，因此，不适合该加工方法，袋式除尘器式的集尘机最好。
但是，用洒水冷却燃烧气体显热多的部分时，因燃烧气体中的水蒸气浓度过高，在袋式除尘器中会发生润湿现象，因此希望使用湿式集尘机。特别是，燃烧气体中的水分超过30重量％时，袋式除尘器的润湿严重，由此会发生除尘器堵塞现象或腐蚀。为了使燃烧气体中的水分不超过30重量％，需要使洒水时的水分添加量为每1Nm3燃烧气体在400kg以下。在进行以上量的洒水时，使用汾丘里洗涤器等的湿式集尘机。
最后，除去粉末后的燃烧排放气体通过抽风机8的动力从烟囱9中向大气发散。
正如上述，在本发明的方法中，通过回转炉底加工法的还原炉的作业，即使在以金属工业的副生成物作为原料，进行金属的还原之际，也可使二恶英类的生成抑制成最小，能够实施很难污染环境的作业的同时，可抑制粉末附着在排放气体处理装置上的现象，能够有效地进行热交换和冷却，可实现热效率高的作业。
实施例
(实施例1～实施例3和比较例1)
在图1所示的回转炉底加工法的还原炉中，将粉状焦炭混合于粉状铁矿石、电炉粉末和微粉状的轧制氧化皮中，以制造10～20mm的生球团，并在还原炉中对其还原。回转炉的炉底的中心径为17m，炉底宽度为4m，具有每小时制造15吨的还原铁的能力。该回转炉的还原区域19的长度为35m，而加热区域18的长度为18m。采用该设备进行作业的结果由表1所示。并且，在实施例1，2和比较例中，燃烧气体的发生量为27000～30000Nm3/小时，而在实施例3中，发生量为17000Nm3/小时。在实施例1中，回转炉1的还原区域温度为1270℃，而相对二氧化碳的一氧化碳的摩尔比率为0.55。生球团在还原区域19中在8分钟内还原。该燃烧气体在加热区域18中流动，在此，慢慢冷却，在直到排放气体出口通道2的7m跨度内，燃烧气体的温度为1030℃，一氧化碳浓度在体积比率下为88ppm，并且，氧浓度为1.1体积％。在排放气体出口通道2的内部，燃烧气体温度为980℃，一氧化碳浓度体积比率为69ppm，并且氧浓度为1.3体积％。
燃烧气体流速在直到排放气体出口通道2的在5m部分的炉内为5.5m/秒，并且，在6m长的排放气体出口通道2内部，为6.1m/秒。炉内加热区域的炉底12的宽度为4m，炉底宽度与燃烧气体流速的积为22m2/秒，雷诺数为100000。另外，排放气体出口通道2的直径为2.4m，通道直径与燃烧气体流速的积为14.6m2/秒，雷诺数为70000。因此，在满足本发明的燃烧气体的温度和成分的条件下的时间在炉内加热区域18的内部为0.9秒，而在排放气体出口通道2的内部为1.0秒，合计为1.9秒。
此外，燃烧气体从废热锅炉3至空气预热器5之间，在5.7秒内从980℃冷却到210℃。之后，燃烧排放气体由袋式除尘器式集尘机7集尘，向大气发散。此时燃烧排放气体中的二恶英类浓度为0.05ng-TEQ/Nm3，成为对环境污染小的状态。
在实施例2中，为条件更好的处理内容。排放气体出口通道2的燃烧气体的温度为1105℃，一氧化碳浓度也在体积比率下为45ppm。排放气体出口通道2的雷诺数为72000。该燃烧气体温度在800℃以上的时间为0.8秒，处于本发明的条件内。另外，从800℃冷却到300℃的时间为4.7秒。结果，燃烧气体中的二恶英类为0.02ng-TEQ/Nm3，非常好。
在实施例3中，为雷诺数稍小条件下的作业结果。在该作业中，为降低球团的还原速度、使燃烧气体的流量小的条件。在炉内，燃烧气体的一氧化碳浓度在体积比率下为300ppm以上，在排放气体出口通道2的入口，进行成为130ppm的燃烧气体处理。在该作业中，排放气体出口通道2的雷诺数为42000。该燃烧气体温度为910℃，在800℃以上的时间为1.4秒，处于本发明的条件内。另外，从800℃冷却到300℃的时间为4.9秒。结果，燃烧气体中的二恶英类成为稍高的0.101ng-TEQ/Nm3，但处于良好范围内。此外，在这些实施例的作业中，球团的还原率也为85％左右，较好。
另外，在将作为与实施例同样原料的生球团在上述的回转炉1中还原的、但不遵守本发明的作业条件的比较例中，二恶英类在燃烧气体中的浓度较高。在比较例中，尽管还原区域的温度和燃烧气体成分是与实施例1相同的，但加热区域的温度和燃烧气体成分是不同的。作为条件，只是雷诺数为60000，较高。可是，在加热区域，燃烧气体温度最低为760℃，并且，在环境气中氧不足，氧浓度大致为0体积％下，一氧化碳浓度在体积比率下为800ppm。一氧化碳浓度即使在排放气体出口通道2的内部也为500ppm。
结果，烟囱9中的燃烧气体中的二恶英类的浓度为0.52ng-TEQ/Nm3，较高。也就是说，在比较例中，由于不能适当地控制燃烧气体的温度和成分，不能减少二恶英类的生成。
(实施例4～实施例6和比较例2)
图1为本发明的作业方法的实施例4～实施例6和比较例2所使用的回转炉底进行的还原炉的排放气体处理设备。该还原炉每小时还原18吨的作为原料的生球团，1100℃的排放气体每小时产生45000Nm3。表2示出实施例和比较例的作业条件及其结果。
实施例4为以铁矿石和转炉粉末为铁源、并且使用粉状焦炭为还原剂进行作业的例子。该原料的杂质较少，原料成分的指标2为0.18，处于本发明的范围内。结果，粉末成分的指标1也为0.17，并且，碱金属卤盐的比例也是20重量％，较低。对于排放气体处理条件，排放表1
    实施例1     实施例2     实施例3     比较例1
还原区域 温度     1270℃     1300℃     1280℃     1270℃
CO/CO2比(摩尔比)     0.55     0.41     0.45     0.55
排放气体出口通道部附近 温度     高于980℃     1150℃     910℃     780℃
CO浓度(体积％)     69～88ppm     45ppm     135ppm     500ppm
雷诺数     大于70000     72000     42000     60000
保持时间     1.9秒     0.8秒     1.5秒     -
之后的冷却时间(800→300℃) 低于5.7秒 低于4.7秒 4.9秒 -
球团还原率     85％     84％     87％     83％
排放气体中二恶英类浓度：ng-TEQ/Nm3     0.05     0.02     0.101     0.52
气体出口通道2的入口的排放气体温度为970℃，较高，并且，热交换器5入口温度为480℃，较低，从而粉末确实不会附着在排放气体处理系统中。
实施例6中，原料或粉末的成分在本发明的范围内，尽管是本发明的方法，但排放气体处理系统的排放气体温度不是在良好的条件下进行的结果。另外，原料使用与实施例5相同的原料。指标1和指标2与实施例5相同。但是，排放气体出口通道2入口的排放气体温度为760℃，较低，并且，在热交换器5入口的排放气体温度为570℃，较高。结果，在排放气体处理系统中会发生轻微的粉末附着的问题。在运行3个月后的检修处，确认在排放气体出口通道2的入口有附着物。并且，在热交换器5的入口，会慢慢地堵塞，在2个月后必须清扫。
比较例2示出以往技术进行的原料调整和排放气体温度与粉末管理的作业结果。在比较例1中，由于使用氯等多的原料，原料成分的指标2为0.48。结果，粉末的指标1为0.51。并且碱金属卤盐的比例也是30重量％，较高。结果，尽管排放气体的温度条件良好，但在排放气体出口通道2的入口有附着物，要在1个月后清扫。另外，热交换器5的入口堵塞的较快，在2周后就要中断作业。如此，除了本发明的条件外，不能长期、稳定地连续作业。
此外，通过使用本发明，可持续地进行长期、稳定地作业，另外，由于可良好地进行热交换，可进行能量效率高的氧化金属的还原，可大幅度地降低金属制造的费用。
产业上的可利用性
根据本发明，在回转炉底式还原炉等的烧结还原炉的作业中，将燃烧排放气体中产生的二恶英类与以往相比，可大幅度地抑制在1/2～1/10。并且，可抑制粉末附着所致的排放气体处理装置的排放气体路径的堵塞，可有效地回收来自高温的排放气体的废热，可提高烧结还原炉的热效率。由此，可将由粉末、金属碎屑、氧化皮等金属工业产生的副产物有效地还原，同时，可在高的生产率下进行该作业，能够降低还原金属的制造费用。
表2

Claims (20)

1、一种回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，使回转炉底式还原炉的炉内产生的燃烧气体，在该还原炉的排放气体出口通道内和排放气体出口通道附近的至少一方中，达到高于800℃温度，之后，快速冷却，集尘后，排出。
2、一种回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，使回转炉底式还原炉的炉内产生的燃烧气体，在该还原炉排放气体出口通道内和排放气体出口通道附近的至少一方中，达到高于800℃的温度，一氧化碳浓度体积比率为低于200ppm，并且成为发散的紊流状态，之后，快速冷却该燃烧气体。
3、一种回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，使回转炉底式还原炉的炉内产生的燃烧气体，在该还原炉排放气体出口通道内和排放气体出口通道附近的至少一方中，大于0.9秒的时间内，使温度达到高于800℃，一氧化碳浓度体积比率为低于200ppm，并且成为雷诺数为大于30000的紊流状态，之后，快速冷却该燃烧气体。
4、一种回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，使回转炉底式还原炉的炉内产生的燃烧气体，在该还原炉排放气体出口通道内和排放气体出口通道附近的至少一方中，在大于0.6秒的时间内，使温度达到高于800℃，一氧化碳浓度体积比率为低于60ppm，并且成为雷诺数为大于50000的紊流状态，之后，快速冷却该燃烧气体。
5、按照权利要求1～4任一所述的回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，所述炉内产生的燃烧气体在炉内部的温度高于1200℃，而一氧化碳相对二氧化碳的摩尔数比大于0.1。
6、按照权利要求1～5任一所述的回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，所述炉内产生的燃烧气体在6秒内从高于800℃冷却到低于300℃。
7、按照权利要求6所述的回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，所述炉内产生的燃烧气体的冷却，是在具有废热锅炉、洒水装置和空气热交换器任一种单独或相互组合的排放气体处理装置内进行的。
8、按照权利要求1～7任一所述的回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，所述炉内产生的燃烧气体的粉末中含有的锌和铅的总摩尔数A、钠和钾的总摩尔数B、以及氯和氟的总摩尔数C满足(C-B)/A＜0.36的关系。
9、按照权利要求1～8任一所述的回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，所述炉内产生的燃烧气体的粉末中，所含有的钠或钾和氯或氟的化合物的含有比率低于35重量％。
10、按照权利要求8或9所述的回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，所述炉内产生的气体的温度在5秒内从高于800℃冷却到低于550℃。
11、一种回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，在至少具有可对空气进行预热及热交换的预热式热交换器的排放气体处理装置中，将回转炉底式还原炉的燃烧排放气体冷却，燃烧排放气体的粉末中所含有的锌和铅的总摩尔数A、钠和钾的总摩尔数B、以及氯和氟的总摩尔数C满足(C-B)/A＜0.36的关系。
12、按照权利要求11所述的回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，所述燃烧排放气体的粉末中，所含有的钠或钾和氯或氟的化合物的含有比率低于35重量％。
13、按照权利要求11或12所述的回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，在所述还原炉的排放气体出口通道入口处的排放气体温度高于800℃，在所述排放气体处理装置的空气预热用热交换器入口处的排放气体的温度低于550℃。
14、按照权利要求11～13任一所述的回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，所述排放气体的温度在5秒内从高于800℃冷却到低于550℃。
15、一种回转炉底式还原炉的作业方法，在至少具有带空气预热式热交换器的排放气体处理装置的回转炉底式还原炉中，将含氧化金属和碳的粉体成形后的原料烧结还原，冷却燃烧排放气体，其特征在于，所述原料中的锌和铅的总摩尔数A’、钠和钾的总摩尔数B’、以及氯和氟的总摩尔数C’之间成立(0.8C’-0.7B’)/A’＜0.36的关系，并且，在所述还原炉的排放气体出口通道入口处的排放气体温度高于800℃，在所述空气预热式热交换器入口处的排放气体的温度高于550℃。
16、按照权利要求1～15任一所述的回转炉底式还原炉的作业方法，其特征在于，所述冷却的炉内产生的燃烧气体，进一步通过排放气体处理装置内的袋式除尘器，在170～250℃的温度下集尘。
17、一种回转炉底式还原炉设备，其特征在于，设有：具有回转式炉底的氧化金属的还原炉、和排放气体处理装置，该排放气体处理装置由冷却装置和集尘装置构成，该冷却装置是由废热锅炉、洒水装置和空气预热用热交换器单独或相互组合而成，同时，该还原炉与该排放气体处理装置之间，由通道相连接，该通道长度若以该还原炉的炉内产生的燃烧气体的通过时间来换算，则为大于0.9秒的长度，并且内径与内部气体流速的积大于7.2m2/秒。
18、一种回转炉底式还原炉设备，其特征在于，设有：具有回转式炉底的氧化金属的还原炉、和排放气体处理装置，该排放气体处理装置由冷却装置和集尘装置构成，该冷却装置是由废热锅炉、洒水装置和空气预热用热交换器单独或相互组合而成，同时，该还原炉与该排放气体处理装置之间，由通道相连接，该通道长度若以该还原炉的炉内产生的燃烧气体的通过时间来换算，则为大于0.6秒的长度，并且内径与内部气体流速的积大于12m2/秒。
19、按照权利要求17或18所述的回转炉底式还原炉设备，其特征在于，所述排放气体处理装置内的冷却装置中，作为将燃烧气体从高于800℃冷却到低于300℃部分的内容积小于每秒的燃烧气体流量的6倍。
20、一种回转炉底式还原炉设备，其特征在于，设有：具有回转式炉底的氧化金属的还原炉、和排放气体处理装置，该排放气体处理装置由冷却装置和集尘装置构成，该冷却装置是由废热锅炉、洒水装置和空气预热用热交换器单独或相互组合而成，同时，还具有打击振动给予装置、气体吹送装置和吹灰器中的至少一个的机构、用以将附着在该排放气体处理装置的所述空气预热用热交换器上的粉末除去。
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