JP2000283653A - 金属酸化物を還元するための一対の直線移動炉 - Google Patents

金属酸化物を還元するための一対の直線移動炉

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 塊の還元に必要なエネルギー消費量が大幅に
低下され、直接還元鉄の再酸化の危険性が本質的になく
なる設備を提供すること 【解決手段】 炭素質の還元剤で金属酸化物を還元する
ための設備であって、一対の直線的に移動する炉10と
12を備えている。各炉は投入端部14と排出端部16
を備えている。各炉は分離可能な一列のセクション22
を有している。各セクションは一方の炉の排出端部16
で切り離されて、他方の炉の投入端部14で連結され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本願は、1999年2月26
日に仮出願された米国特許出願60/122,086に
基づく優先権を主張している。本発明は、炭素質の還元
剤で金属酸化物を還元するための設備に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】回転
炉(RHF)は、製鉄プラントにおいて、鉄鉱石または
廃棄物を炭素質の還元剤と固めて造った塊状体の中の酸
化鉄を還元するために使用される。現在タイ国において
建設中である鉄鉱石から鉄を製造するための最大の回転
炉は、本発明と比較するのに最適の先行技術である。タ
イ国のナコルンタイ鋼帯製造会社(NSM)の回転炉
は、炉床の幅が6.5mで外径が45mであり、年間の
生産能力は製品の金属化率に依存するが、800m2
全炉床面積において、30万〜50万トンの直接還元鉄
(DRI)を製造しうる。その回転炉は、火炎によって
熱が供給され、回転炉床に炭素質の還元剤を有する一つ
または二つのペレット層を形成するように設計されてい
る。ほぼ一回転の終点で、直接還元鉄はスクリュー排出
機によって排出される。
【0003】現在使用されている金属酸化物還元用の回
転炉は、次のような欠点を有している。 (A)回転炉の内側の空間は炉床の面積と本質的に同じ
であるため、土地の利用が効率的でない。 (B)回転部が高速で回転する。回転炉の回転速度は炉
体の直径が大きくなると増加するので、各ユニットの大
きさが限定される。 (C)排出作業:炉の回転速度が増加すればするほど、
且つ炉床の幅が大きくなればなるほど、スクリュー排出
機の排出動作がますます必要になる。 (D)回転炉の炉床のいずれかの部分を修理するため
に、全設備の作動を停止して低温に冷却する必要があ
る。これは生産量の低下につながり、また温度変化によ
り炉のライニングの寿命を短くする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明に従って、直線的
に移動する一対の炉を有する、炭素質の還元剤で金属酸
化物を還元するための設備であって、各炉が投入端部と
排出端部を有し、各炉床が分離可能なセクション列から
なり、各炉床セクションを一方の炉の排出端部で切り離
して他方の炉の投入端部で連結することができる。
【0005】直線的に移動する一対の炉は平行に並んで
おり、各炉の投入端部は他方の炉の排出端部に隣接して
いる。
【0006】各炉の分離可能な炉床セクションは耐火材
料で覆われており、その部分をガスが透過することはで
きない。また、分離可能な各炉床セクションは、炉床の
移動方向と平行に延びる保持壁を両側に有しており、そ
の保持壁の高さは少なくとも炉床の塊層の高さと同じで
ある。
【0007】その設備は、また、他方の炉の少なくとも
一部をガスが流れ、金属酸化物と炭素質の還元剤とに対
向するガス流れを生成するように、生成したガスを各炉
の投入端部に隣接する領域から他方の炉の排出端部に隣
接する領域に向けて流す手段を有している。
【0008】直線的に移動する各炉は、処理ゾーンと投
入端部および排出端部を分離する防火壁を端部近くに有
している。
【0009】各炉は、炉内の固体の流れに対して反対方
向に高温のガス流を保持し、且つ負圧を維持するよう
に、所定位置に所定高さの煙突を有している。
【0010】その設備は、各炉の温度と火炎の還元能力
を制御するための手段を有しているので、処理時間の経
過とともに還元能力を増加した雰囲気に固体は露出さ
れ、ガスは炉から排出される前に完全に酸化される。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明に従って金属酸化物を還元
するための一対の直線移動炉床からなる炉(本明細書に
おいて、「直線移動炉」ともいう)の詳細について後記
する。従来技術と本発明の間における設備配置と大きさ
について以下に説明する。
【0012】タイ国のNSM社の回転炉が図1(a)に
示されており、本発明の直線移動炉が図1(b)に示さ
れている。 仮定: (1)全炉床面積は両炉において同じとする。 (2)炉床の幅Wは両炉において同じとする。回転炉に
おいて、W=(D−d)/2となる。
【0013】直線移動炉の長さLは、以下のように計算
できる。直線移動炉の全炉床面積APSHFは次のようにな
る。 APSHF=2WL=2〔(D−d)L/2〕 回転炉の全炉床面積ARHF は次のようになる。 ARHF =π(D2−d2)/4 APSHF=ARHF とおいて、上式からLを求めると、L=
π(D+d)/4、または、L=π(D−W)/2とな
る。
【0014】面積が800m2 ので幅が6.5mの直線
移動炉の長さは、図1(b)に示すように、61mであ
る。回転部の速度は、同じ在炉時間の間に移動すべき距
離(直線移動炉に対してはL、回転炉に対してはπD)
に比例しており、直線移動炉の61に対して、回転炉で
は141となる。または、直線移動炉の1に対して、回
転炉では2.3となる。
【0015】本発明の全特徴を、金属産業で公知である
2つの炉、すなわち、鉄鉱石の焼結またはペレット化の
ための回転炉および連続移動火格子炉と比較しつつ説明
する。
【0016】図2に示すように、本発明の直線移動炉
は、連続移動火格子炉内のパレットのように一列の分離
可能なセクション22を有している。隣接するセクショ
ン(パレット)22は障壁もなく配置されている。この
直線移動炉は、個々のパレット22が排出端部16にお
いて容易に分離され、投入端部14において再び連結さ
れる点において、連続移動火格子炉と異なっている。
【0017】直線移動炉の分離可能な炉床セクション
(パレット)22は、回転炉の場合と同じように、耐火
材料でライニングされているが、移動火格子炉内のパレ
ットと異なり、ガスは透過させない。
【0018】本発明の直線移動炉10、12では、図2
に示すように、固体の積載物は反対方向で且つ直線方向
に移動する。化学反応によって生成したガスは、各炉1
0、12の投入端部14の近傍の領域から他方の炉の排
出端部16の近傍の領域に向けて流れ、このガス流れは
固体の移動方向に逆行するものである。その結果、還元
剤中の揮発性物質の使用が効果的となり、炉から排出さ
れるまでに金属化された製品(製鉄用の場合は直接還元
鉄)が再酸化する危険性がなくなる。
【0019】炉床に残留熱を保持するために、製品を排
出した直後、排出されたパレット22は新しいペレット
を受け入れるために、他方の炉に向かって横方向に移動
する。図2に示すように、固体の積載物は直線移動炉1
0、12によって一方端から他方端へ運ばれる。すなわ
ち、反対方向の2列の平行な固体の流れが生まれる。一
般に、固体の積載物の入口と燃料ガスの出口、すなわち
煙突20との間に防火壁18が存在していることによ
り、ガス流れは固体の流れと反対方向になる。防火壁1
8に達するまでにペレット層に生成するガスは、炭素質
の還元剤による揮発性物質に富むものである。固体の積
載物は、各直線移動炉10または12の末端へ向けてガ
スを移動させる防火壁18の直下を通る。炉の末端にお
いて、隣接する直線移動炉10または12から流入する
ガスは、そのプロセスに必要な熱を生成し、還元雰囲気
を維持し、および非常に高い温度で金属化された金属の
再酸化の危険性を少なくするために、空気、酸素含有ガ
スまたは予熱空気を噴射することによって部分的に酸化
される。
【0020】さらに、投入および排出操作を含む本発明
の特徴が図3(a)と図3(b)に示されている。防火
壁15と17の間に高温領域が存在する。防火壁18は
ガス流れを制御するために使用される。図3(a)に示
すように、還元された製品を運搬する直線移動炉10ま
たは12の各セクション22は、直線移動炉の端部にあ
る防火壁17を通過した後、受け入れホッパー24内に
製品を排出するために切り離すことができる。可能な排
出方法については、後記する。図3(b)に示すよう
に、空のセクション22は、新しいペレットを受け入れ
るために隣接する直線移動炉の投入端部14に直ぐに移
動する。直線移動炉10または12の両端において、同
じような機構でセクションの移動が行われ、すべてのセ
クション22が循環使用される。
【0021】図4において、例えば、1998年11月
16日に出願された米国特許出願09/192,927
に記載されているように、層高がより高くて、より高温
の火炎下で塊層が使用されるならば、生産性(還元塊の
単位面積・単位時間当たりの生産量(トン/m2 /h
r))が向上する。側面の保持壁28は、少なくとも塊
層と等しい高さを有するものが使用される。しかし、保
持壁が存在することによって、炉床の移動方向と直角の
方向に還元製品を移動させるスクリュー排出機の操作上
の問題が提起される。本発明の特徴として、各炉床セク
ション22は防火壁17を通過した後に切り離され、保
持壁28から干渉を受けることなく還元製品を排出す
る。
【0022】投入と排出操作は、高温領域の外側ではあ
るが、囲い30の内側で行われる(図5)。
【0023】(1)投入 炉床にペレットまたはブリケットを投入および分配する
ためのシステムは、鉄鉱石のペレット化のための火格子
炉を有する一般的なシステムのものを使用できる。しか
し、炉と外気との間にガスが流れないようにする密封装
置、例えば、二重ホッパー配置を環境保護のために採用
すべきである。
【0024】(2)排出 上記したように、排出プロセスが本発明の特徴である。
排出プロセスは3つの工程からなる。
【0025】工程1 速度アップと切り離し パレット(炉床セクション22)は、排出端部にある防
火壁17を通過した後、速度向上装置によって速度が増
加される。パレット列を移動するための主駆動装置とは
独立である、この速度向上装置は、主駆動装置よりも高
速でパレットを動かす。パレット列から切り離すために
速度を向上させた後、切り離されたパレットは、排出装
置により制御される。
【0026】工程2 排出 パレット22の直下の受け入れホッパー24に還元鉄を
排出するために、排出装置は次の中のどれか1つの方法
で作動する。 ・ダンプカーのように、重力の作用下で(もし必要なら
ば、機械装置の補助の下で)還元鉄を下方に滑動させる
ためにパレットを傾けること。 ・受け入れホッパー24に還元鉄を投入するためにパレ
ット全部を逆さまに回転させること。 ・固体または走行スクレーパによって、機械的に且つ水
平方向に移動パレットから還元鉄を除去すること。
【0027】工程3 パレット22を隣接する炉の投入
端部において取り付けること排出装置は、キャリア上に
まっすぐに空のパレット22を置いていく。キャリア
は、パレット列に連結するために隣接する炉の投入端部
14までそのパレットを移動させる。キャリアは、ま
た、メンテナンスのためにこのパレット22を循環列か
ら取り出して、パレット列のわきに置く。
【0028】鉄鉱石を還元するための従来型回転炉にお
いて、炉床はれんがをライニングした鋼製ターンテーブ
ルの非常に大きなユニットである。直接還元鉄は、スク
リュー排出機によって半径方向に排出される。回転炉の
利点は駆動機構が比較的シンプルなことである。しか
し、しばしばメンテナンスが必要とされる炉床およびス
クリュー排出機のいずれかの部分を修理するときは、全
ユニットの操作を停止して冷却する必要がある。これ
は、炉の耐火物にとって有害であり、金属酸化物の還元
のために回転炉の使用頻度を低下させる大きな要因とな
る。
【0029】本発明において、投入または排出操作のた
めに高温領域に移動部分がなく、炉床は分離可能なセク
ション22(パレット)の列から形成される。各パレッ
ト22は、修理が必要なときには列から取り出されて、
操業の邪魔をすることなく予備のパレットと交換され
る。列から取り出されたパレットは、オフラインで修理
される。
【0030】図5に示すように、直線移動炉は、回転炉
と同じように、囲い30によって完全に囲まれており、
負圧下で操業される。図3に示すように、直線移動炉1
0または12の両端のドア26は、パレット22の移動
のために開放することができる。高温ガスの移動によっ
て負圧は維持され、周囲への燃料ガスとダストの飛散は
殆ど起こらない。
【0031】金属酸化物の還元プロセスは、塊層上の火
炎に対して矛盾した要求、すなわち、燃料内の最大の化
学反応熱を引き出すことと、金属化された金属が再酸化
されるのを防止することの2点を要求する。炭素のより
多くの化学エネルギーを熱に変換するには、燃焼生成物
(火炎)が金属製品のためにより酸化されることが必要
である。本発明の利点を以下の2つの実施例に基づいて
説明する。
【0032】高炉においては、含鉄原料の移動方向と反
対方向にガスは流れる。ガス相温度は、すべてのガスと
固体の接触点において固体温度よりも高い。高金属化率
の含鉄原料は、最も温度と還元性の高いガスと接触す
る。金属鉄が再酸化する危険性はない。レースウエイか
ら排出された後、炭素の化学エネルギーをすべて得るよ
うにそのガスをさらに酸化させるために空気または酸素
を導入する手段はない。そこで、炉頂のガスには、50
%の炭素酸化物がCO2 の形態で存在し、残りはCOで
ある。
【0033】現状の回転炉において、ガスと固体が反対
方向に流れるような流動技術は確立されていない。直接
還元鉄の再酸化を防止するために、火炎中の炭素酸化物
の比率は、CO/CO2 =2/1に維持されている。そ
こで、炭素の化学エネルギーの殆ど半分が反応のために
炉内で利用されない。
【0034】層高の高いペレット層に対して、ある金属
化率、例えば85%を達成するために、火炎からペレッ
ト層への集中的な熱の供給と熱の伝達が必要であると信
じられており、比較的強い酸化能力を許容することがで
きる。防火壁15と17の間の低および中間金属化領域
の塊層とバーナーの上のガスは、完全燃焼を目標として
いる。
【0035】ある金属化率、例えば90%になった後、
金属製品の層は火炎が高温に保持されることを必要と
し、その火炎がある還元能力を有することを必要とす
る。これは、図3の防火壁17の近くの高金属化領域の
ことである。もし必要ならば、非常に強い還元能力を有
するガスが隣接する炉の投入端部から高金属領域に導入
される。炉床のL/W比が大きいために、ガス流と固体
流の効果的な反対方向の流れが十分良好に保持される。
この領域において、側壁から導入される酸化剤は、高温
で低流量の火炎を促進するために酸素(または予熱空
気)とすべきである。さらに煙突20へ向かう下流のガ
ス流れにおいて、完全燃焼のために酸素に加えて空気と
燃料がバーナーに導入され、集中的な熱の供給と熱の伝
達が達成される。
【0036】要するに、直線移動炉において、還元され
た塊製品の製造におけるエネルギー消費量は大幅に低下
され、直接還元鉄の再酸化の危険性は本質的になくな
る。本発明の利点は以下のとおりである。 A 土地の有効使用 B 炭素質材料から生成する還元剤および熱の有効使用 C 還元ユニット内で使用される燃料の化学エネルギー
の完全利用 D 鉄鉱石、クロマイト、イルメナイトなど及び重金属
の酸化物を含有する廃棄物の処理および金属製品の再酸
化防止のために、異なる反応操作段階で必要な熱を提供
するために雰囲気の酸化および還元能力を効果的に制御
すること E 層高が高い一様なペレット層の形成 F 新規である投入および排出機構の単純化 G 炉床のメンテナンスの単純化と効率化 本発明の他の実施例および利点は当業者には明らかであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)は公知の回転炉の炉床の平面図、図
1(b)は図1(a)に示す回転炉と同じ炉床面積を有
する本発明の直線移動炉の炉床の平面図である。
【図2】図1(b)に示す直線移動炉内のガスと固体の
流動方向を示す図である。
【図3】図3(a)は直線移動炉の側面図、図3(b)
はその平面図である。
【図4】直線移動炉で使用される分離可能な炉床パレッ
トの断面図である。
【図5】直線移動炉が囲いで覆われている状態を示す断
面図である。
【符号の説明】
10、12…直線移動炉 14…投入端部 16…排出端部 15、17、18…防火壁 20…煙突 22…分離可能なセクション(パレット) 24…ホッパー 26…ドア 28…保持壁 30…囲い
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F27B 9/38 F27B 9/38 9/39 9/39

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の直線移動炉を備えた、炭素質の還
    元剤で金属酸化物を還元するための設備であって、各炉
    が投入端部と排出端部を有し、各炉床は分離可能なセク
    ションの列からなり、各炉床セクションは一方の炉の排
    出端部で切り離され、他方の炉の投入端部で連結される
    設備。
  2. 【請求項2】 一対の直線移動炉は平行に並んでおり、
    各炉の投入端部は他方の炉の排出端部に隣接している請
    求項1記載の設備。
  3. 【請求項3】 炉床の分離可能な炉床セクションは、ガ
    ス流が透過不可能なように耐火材料で覆われている請求
    項1記載の設備。
  4. 【請求項4】 炉床の分離可能な各炉床セクションは両
    側に保持壁を有しており、その保持壁は炉床の移動方向
    と平行に延びており、且つ保持壁の高さは少なくとも炉
    床の塊層の高さと同じである請求項1記載の設備。
  5. 【請求項5】 金属酸化物と炭素質の還元剤の流れに対
    向して他方の炉の少なくとも一部にガスを流すために、
    生成したガスを各炉の投入端部に隣接する領域から他方
    の炉の排出端部に隣接する領域に向けて流す手段を有す
    る請求項1記載の設備。
  6. 【請求項6】 各直線移動炉が処理ゾーンと投入端部お
    よび排出端部を分離する防火壁を端部近くに有する請求
    項1記載の設備。
  7. 【請求項7】 炉内の固体の流れと対向するように高温
    ガス流を保持し、且つ負圧を維持するために、各炉が所
    定位置に所定高さの煙突を有する請求項1記載の設備。
  8. 【請求項8】 各炉内の火炎の温度と還元能力を制御す
    るための手段を備え、処理時間が経過するとともに還元
    能力が増加する雰囲気に固体が露出され、ガスは炉から
    排出される前に完全に酸化される請求項1記載の設備。
  9. 【請求項9】 一対の直線移動炉を備え、炭素質の材料
    で金属酸化物を還元するための方法であって、各炉が投
    入端部と排出端部を有し、各炉床は分離可能な積載物搬
    送セクション列からなり、各炉床セクションを各炉の排
    出端部で切り離して積載物を排出し、新しい積載物を受
    け入れるために、他方の炉の投入端部の炉床セクション
    列に切り離した炉床セクションを連結する方法。
  10. 【請求項10】 一対の直線移動炉を、各炉の投入端部
    を他方の炉の排出端部に隣接させて平行に並ぶように配
    置する請求項9記載の方法。
  11. 【請求項11】 炉床の分離可能な炉床セクションは、
    ガス流が透過不可能である請求項9記載の方法。
  12. 【請求項12】 積載物と対向するように他方の炉の少
    なくとも一部をガスが流れるように、生成したガスを各
    炉の投入端部に隣接する領域から他方の炉の排出端部に
    隣接する領域に向けて流す請求項9記載の方法。
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