JP2000508718A - 微細鉱石を直接還元する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 それぞれの空間（２）内に完全に所定の粒度帯域が残り、かつここにおいて還元され、かつそれぞれそれより細かい粒度部分がそれぞれの空間（２）から運び出され、かつ空間高熱ガスサイクロン（６）において固体（微細鉱石）とガスに分離されるように、流入底部における流動化速度が設定される、互いに前後に配置された複数の空間（２）を有する横になった流動層トラフにおいて還元媒体として水素によって幅広い粒度スペクトルを有する微細鉱石を直接還元する方法及び装置相応するサイクロン（６）によって分離された微細鉱石は、後続の空間（２）に達する。すべての空間高熱サイクロン（６）からのガスは、収集導管（９）において予備加熱器（１１）に供給される。空間（２）において還元された微細鉱石は、圧力容器（１０）から後続処理のために運搬される。

Description

【発明の詳細な説明】 微細鉱石を直接還元する方法及び装置 本発明は、横になった流動層トラフにおいて水素によって幅広い粒度スペクト ルを有する微細鉱石を直接還元する方法に関する。さらに本発明は、主請求の範 囲に記載の方法を実施する装置に関する。 ドイツ連邦共和国特許第４３２６５６２号明細書によれば、このような反応器 の動作のために必要な主要なすべての装置を有する内側にある流入底部を備えた 横になった反応器は、すでに公知である。 ドイツ連邦共和国特許第４３２６４６２号明細書に記載の横になった流動層反 応器は、欠点を有し、この欠点は、この流動層反応器において、流動層における 流入速度（流動化速度）によって確定された所定の粒度帯域でしか動作すること ができないという点にある。したがってそれぞれ別の粒度帯域は、別の流入速度 を前提とする。その上流動層反応器に引渡す前にふるい分離が不可欠である。 本発明の課題は、横になった流動層トラフ内において微細鉱石のできるだけ幅 広い粒度スペクトルを最適に還元することができるという趣旨で、前記刊行物に 請求された方法を改善することにある。さらに本発明の課題は、求められた方法 を実施することができるように、それ自体公知の横になった流動層トラフを構成 することにある。本発明のその他の目的は、還元装置の熱経済的に最適な動作様 式を保証するようにすることにある。 この課題の解決策は、請求の範囲の特徴から明らかである。 装置の記載において、一部ドイツ連邦共和国特許第４３２６５６２明細書の記 載書類を参照することができる。 すなわち本発明は、ドイツ連邦共和国特許第４３２６５６２号明細書に記載さ れた反応器の基本構想を利用する。 本発明による方法によれば、かつ装置によれば、６．３ｍｍより小さ い０．０２ｍｍまでの粒度スペクトルを有する微細鉱石を処理することが可能で ある。なるべく粒度は、３．０ｍｍより小さい０．０２ｍｍまでの間に選定され る。 バッファ容器内に貯蔵された微細鉱石は、その下に配置された圧力容器に引渡 される。これらの圧力容器は、予備加熱器内に微細鉱石を運び込むために圧力ゲ ートとして使われる。この予備加熱器は、例えば流動層反応器又は噴水層反応器 は、これに続く横になった流動層トラフのように、過圧を受けている。 それぞれの１つの圧力容器は、大気圧にあるバッファ容器から装入されるが、 一方別の圧力容器は、予備加熱器内に放出する。 予備加熱器は、横になった流動層トラフ、本来の還元反応器からのいわゆる炉 頂ガスを利用して微細鉱石を予備加熱するために使われる。 予備加熱器における流入速度は、ほぼ０．５ｍｍより小さい粒度を有する微細 鉱石が、かなりの程度まで予備加熱器から運び出されるように選定されている。 この微細鉱石は、高熱ガスサイクロンを介して分離され、かつ予備加熱器からの 予備加熱された微細鉱石とともに、横になった流動層トラフの第１の空間に、し たがって本来の還元反応器に供給される。 横になった流動層トラフの前に接続された予備加熱器の放出は、すなわち例え ばほぼ３ｍｍより小さいほぼ０．５ｍｍまでの粒度部分の放出は、制御されずに 固体導管を介して行なわれ、この固体導管を介して、微細鉱石は、横になった還 元反応器の第１の空間内に運び込まれる。この空間は、熱交換器を備え、この熱 交換器によって、微細鉱石は、流動層の所望の温度に加熱することができる。流 動層温度は、なるべくほぼ６８０ないし７００℃の範囲にあるようにする。流入 及び還元媒体は、なるべく水素であり、この水素は、あらかじめ還元ガス加熱器 においてほぼ７１０℃に加熱されている。流入速度は、大体において微細鉱石が もはや運び出すことができないように選定される。 本発明によれば、熱交換器の加熱のために高温に加熱された還元ガスが利用さ れ、かつそれぞれの熱交換器から出た還元ガスが、流入及び還元媒体として横に なった流動層トラフに流れ込むと、とくに有利である。第１の熱交換器内に到達 する還元ガスは、例えばほぼ８５０℃に加熱することができる。これは、例えば ７２０℃のそれより低い温度でこの熱交換器から出る。 この装置によれば、Ｆｅ２Ｏ３からＦｅＯへの還元及び微細鉱石の加熱のため に必要な熱を、１つ又は複数の熱交換器を介して完全に伝達することが可能であ る。 還元ガスによって、なおＦｅＯからＦｅへの還元のための熱だけを加えること ができる。還元は、それによりとくに効率的になる。このことは、相応する実験 によって明らかになった。 適当なかつ通常市販の装置によって、流動層トラフの第１の空間において流動 化速度は、最高に設定され、すなわち例えばほぼ３．０ｍｍより小さいほぼ０． ０２ｍｍまでの引渡し粒度スペクトルにおいて、この例においてほぼ０．５ｍｍ より小さいほぼ０．０２ｍｍまでの粒度を有するすべての微細鉱石がガス流によ って分離器、例えば高熱ガスサイクロンを介してガスとともに運び出される程度 に高く設定される。 ほぼ３．０ｍｍないしほぼ０．５ｍｍの微細鉱石の残りは、この空間内に残り 、かつここにおいて還元される。 第１の空間に所属のサイクロン内において分離されたほぼ０．５ｍｍより小さ い鉱石部分は、それから第２の空間に供給される。この第２の空間において流動 化速度は、第１の空間におけるものよりも低く設定されており、すなわち例えば ほぼ０．５ｍｍないしほぼ０．１ｍｍの成分が第２の空間内に残り、かつここに おいて還元されるが、一方ほぼ０．１ｍｍより小さい粒度成分がサイクロンを介 してガスとともに第２の空間から運び出される程度に高く設定されている。この サイクロン内において分離された０．１ｍｍより小さい微細鉱石成分は、流動層 トラフの 第３の空間に供給され、この空間内において、０．１ｍｍより小さい成分が残さ れ、かつ還元される。 第３の空間に所属のサイクロン内において分離された固体は、この空間内に戻 される。 空間に所属のすべてのサイクロンのすべてのガスは、収集導管を介して予備加 熱器に達する。 還元された微細鉱石、この例において３つすべての空間の鉱石は、圧力容器を 介して後続処理に運搬される。 明らかに本発明による流動層トラフは、どうしても３つの空間を持たなければ ならないわけではなく、それどころか２つ又は３つより多くの空間に分割しても よい。 装置従属請求の範囲の特徴によれば、１つの空間の流入面積の拡大又は別の空 間の流入面積の縮小が達成されるように、個々の空間の間の中間壁を、流動層ト ラフの長手方向に移動することは、有利なことがある。この処置は、還元すべき 微細鉱石の粒度分布の変化が生じたときに、例えば０．１ｍｍより小さい成分が 増加した際に、必要になることがある。この時、中間壁の移動によって、０．１ ｍｍより小さい微細鉱石を含む空間が拡大することができ、かつそれに対して別 の空間が縮小される。 例えば還元すべき鉱石の最微細成分がなおさらに増加したとき、中間片を挿入 することによって、流動層トラフの長さを増加することができ、かつそれにより 流入面積が増加する。 第１の空間は、２つの部分からなることができ、すなわち熱交換器も収納され ている加熱及び予備還元部分（Ｆｅ２Ｏ３からＦｅＯに変換するため）、及びほ ぼ９８％の金属化まで還元が行なわれる本来の還元部分（ＦｅＯからＦｅに変換 する）からなることができる。ここでは還元により必要な熱は、還元ガスによっ て加えることができるので、熱交換器は、どうしても必要というわけではない。 前記の両方の部分は、れんが積みによって分離されている。第１の部 分からの微細鉱石は、第２の部分に到達するようにするために、このれんが積み を介して流れなければならない。れんが積みの高さは、流動層の高さを決める。 流動層内における“不動”範囲を避けるために、この空間及び次のものにおける れんが積みは、有利には下側部分において穴をあけられている。 完成還元された微細鉱石は、“高いところにある”ホッパを介して第２の部分 から出て、このホッパからゲート容器を介して、還元された微細材料が、気圧に よって運び出される。 第１の空間に所属のサイクロンを介して微細鉱石を供給される横になった流動 層トラフの第２の空間は、流動層を所望の温度にするために、同様に熱交換器を 有する。このことは、本例において第３の空間にも当てはまる。 ＦｅＯからＦｅへの吸熱反応は、反応のための熱の比較的わずかな需要しか必 要としない。この熱は、流出する還元ガスから持込むことができる。 第２の空間において流動化速度（流入速度）は、なるべく０．１ｍｍより小さ い範囲における粒度を有するすべての微細鉱石がガス流によって運び出されるが 、一方ほぼ０．５ｍｍから０．１ｍｍまでの範囲における微細鉱石の成分が第１ の空間に留まり、かつここにおいて完成還元されるように、選定されている。 なるべく０．１ｍｍより小さい範囲の微細鉱石を含んだ第２の空間から出たガ スは、空間高熱ガスサイクロンに供給され、この高熱ガスサイクロンにおいて、 ガス流から０．１ｍｍより小さい微細鉱石の高いパーセンテージが分離される。 この空間高熱ガスサイクロンにおいて分離された０．１ｍｍより小さい微細鉱 石部分は、横になった流動層トラフの第３の空間に供給される。この空間におい て流入速度は、０．１ないし０．０２ｍｍの範囲の粒度の成分がこの第３の空間 に留まり、かつ完成還元されるように、設定さ れている。第３の空間に到達したこの微細鉱石は、すでに十分に加熱され、かつ 予備還元されているので、この第３の空間のために、場合によっては熱交換器は 必要ない。すなわち還元のために必要な熱は、ガスだけによって加えることがで き、その際、流動層温度は、ここでは６８０ないし７００℃の範囲にある。 第３の空間に所属の空間高熱ガスサイクロンにおいて分離された微細鉱石は、 再び最終還元のためにこの第３の空間内に達する。 空間に所属の３つすべての空間高熱ガスサイクロンからのすべてのガスは、“ 浄化された”炉頂ガスとして収集導管を介して、加熱媒体として直立した予備加 熱器に供給される。 横になった流動層トラフの第１の空間の後に続く別の空間は、第１の空間と同 様に、レンが積みによって部分に分割されているので、それにより引起こされて 、粒子の帰還又は横断混合が回避される。 横になった流動層トラフのそれぞれの空間は、本来の出口（高いところにある 出口）の他にそれぞれ最後の部分の底部に配置された出口を有する。バケットホ イールゲートを介して制御されるこの出口を介して、分離された微細鉱石を運び 出すことができる。しかしながらこの運び出しは、緊急運び出しとしてしか見な されない。 説明した個々の空間は、流入面積に関して大きく異なっており、流動層トラフ を構成する際に、３ないし０．５ｍｍ、０．５ないし０．１ｍｍ及び０．１ｍｍ より小さい部分のそれぞれの最大限可能な成分がわかっているようにする。しか しながら反応器中間片（スプール・ピース）の前記の挿入の可能性及び空間中間 壁の移動によって、微細鉱石の粒度構成における継続的な変更を考慮することが できる。 中間片は、横になった流動層トラフの出力を制御しようとするとき、又は鉱石 のさらに低い処理温度（固着）に基付いてさらに長い滞在時間が必要なときにも 、挿入することができる。 還元された微細鉱石は、流動層トラフの空間から後続処理のために１ つ又は複数のゲート（圧力容器）を介して運び出される。後続処理とは、例えば 練炭製造装置又は電気アーク炉のことである。 次に本発明による装置の実施例を、１つの特許図面により詳細に説明する。 還元すべき微細鉱石は、バッファ容器（１６）から制御可能な搬出装置（１２ ）を介して圧力容器（１）に運び込まれる。これらのバッファ容器は、圧力を加 えられていない。続いて微細鉱石は、一方又は他方の圧力容器（１）から交互に 予備加熱器（１１）に、例えば流動層反応器又は噴水層反応器に放出される。 予備加熱器（１１）おいて微細鉱石の予備加熱は、いわゆる炉頂ガスを利用し て行なわれ、この炉頂ガスは、横になった流動層トラフの空間（２）に所属の高 熱ガスサイクロン（６）から、収集導管（９）を介して供給される。 予備加熱器（１１）の後に高熱ガスサイクロン（１３）が接続されており、こ の高熱ガスサイクロンにおいて、予備加熱器（１１）から流出するガスによって 連行されるほぼ０．５ｍｍより小さい微細鉱石が分離される。この分離された微 細鉱石部分は、固体搬出導管（１４）を介して予備加熱器（１１）の下の固体導 管（１５）に達する。高熱ガスサイクロン（１３）から出たガス（炉頂ガス＝高 炉ガス）は、ガス出口導管（１８）を介して後続処理（とりわけガス洗浄）に導 かれる。 ６．３ｍｍより小さいほぼ０．５ｍｍまでの、なるべく３ｍｍより小さいほぼ ０．５ｍｍまでの予備加熱された微細鉱石部分の運び出しのために、予備加熱器 （１１）の下に固体導管（１５）が設けられている。この導管（１５）において 前記の微細鉱石部分が、横になった流動層トラフの第１の空間（２）に運び込ま れ、この空間内において微細鉱石の還元が始まる。 個々の空間（２）は、流動媒体の流入速度を制御可能に設定する装置（５）を 装備している。 第１の空間（２）内において完成還元された微細鉱石は、圧力容器（１０）内 に排出される。その中にまだ含まれた微細鉱石とともにこの第１の空間（２）か ら出たガスは、この空間（２）に所属の空間高熱ガスサイクロン（６）に到達す る。 横になった流動層トラフの第２の空間（２）及び第３の空間（２）から運び出 される完成還元された微細鉱石は、後続の圧力容器（１０）に到達する。特許図 面に図示された３つの圧力容器（１０）の代わりに、１つの圧力容器（１０）だ けを設置し、この時、この圧力容器内にすべての空間（２）の微細鉱石運び出し 物を運び込むこともできることは、明らかである。 圧力容器（１０）からの還元された微細鉱石は、過圧をかけて後続処理装置に 供給される。これらは、微細鉱石のための練炭製造装置又は例えば電気アーク炉 であることができる。 横になった流動層トラフの第２の空間（２）からガスとともに運び出された微 細鉱石は、空間高熱サイクロン（６）を介して導かれ、この空間高熱サイクロン 内において、微細鉱石からガスが分離される。微細鉱石は、第３の空間（２）に 排出され、かつガスは、収集導管（９）を介して予備加熱媒体として予備加熱器 （１１）に供給される。 最後にガスとともに第３の空間（２）から運び出された微細鉱石は、この空間 （２）に所属の空間高熱ガスサイクロン（６）において分離され、かつ最終還元 のために再び横になった流動層トラフの第３の空間（２）内に導かれる。 この空間高熱ガスサイクロン（６）からのガスは、同様に予備加熱ガスとして 直立した予備加熱器（１１）の流入底部に達する。 還元装置の経済性を高めるため、横になった流動層トラフの空間（２）内に侵 入した熱交換器（４）の加熱のために、高熱に加熱された還元ガス（なるべく水 素）が利用される。これらの熱交換器（４）から出る還元ガスは、続いて還元媒 体として、横になった流動層トラフの空間（２） の流入底部に供給される。 本実施例において、すべての空間（２）は、熱交換器を有する。還元装置の構 成に応じて、すべての空間（２）に熱交換器（４）を装備することは省略しても よい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＤＥ，ＥＳ， ＦＲ，ＧＢ，ＩＴ，ＬＵ，ＮＬ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＲ， ＣＡ，ＣＮ，ＪＰ，ＫＲ，ＭＸ，ＲＵ，ＴＴ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、横になった流動層トラフにおいて還元ガスとしてなるべく水素によって幅 広い粒度スペクトルを有する微細鉱石を直接還元する方法において、 微細鉱石が、予備加熱のために制御されて、過圧を受けて予備加熱器に供給さ れ、 予備加熱された微細鉱石が、中間壁によって複数の空間に分割されかつ高温に 加熱された還元ガスによって間接的に加熱される横になった流動層トラフに運び 出され、 空間内において、微細鉱石の加熱と還元が行なわれ、 ガスの流動化速度が、第１の空間において最高であり、かつ空間から空間へと 低下するので、微細鉱石の所定の粒度部分が、ガスとともにそれぞれの空間から 運び出され、かつ続いて微細鉱石とガスに分離され、その際、分離された微細鉱 石が、それぞれ次の空間に供給され、又は最後の分離過程において再び最後の空 間に供給され、かつその際、微細鉱石の粗い方の粒度部分が、それぞれの空間内 に留まり、 微細鉱石から分離された熱いガスが、すべての空間から予備加熱器に供給され 、 予備加熱器から運び出された固体を含んだ熱いガスがふるい分けられ、その際 、ふるい分けられた固体（微細鉱石）が、横になった流動層トラフの第１の空間 に供給され、かつガスが、後続処理に供給され、 微細鉱石から分離されたすべての空間からのガスが、最終的な微細鉱石−ガス −分離を受け、 その際に分離されたガスが、加熱媒体として、予備加熱器に供給され、 個々の空間内に残った微細鉱石が、還元プロセスの終了後に、圧力をかけて後 続処理に供給される ことを特徴とする、微細鉱石を直接還元する方法。 ２、横になった流動層トラフにおいて還元ガスとして水素によって幅広い粒度 スペクトルを有する微細鉱石を直接還元する方法を実施する装置において、 制御可能な搬出装置（１２）を有するその下に配置された圧力容器（１）を備 えた微細鉱石のためのバッファ容器（１６）が設けられており、 微細鉱石を予備加熱するためにその下に配置された予備加熱器（１１）、例え ば流動層反応器又は噴水層反応器が設けられており、 後処理すべき高炉ガス（炉頂ガス）のためにガス出口導管（１８）を備えかつ 予備加熱器（１１）の後に接続された高熱ガスサイクロン（１３）が設けられて おり、 予備加熱器（１１）からの予備加熱された微細鉱石のための搬出導管（１５） 内に口を開いた固体搬出導管（１４）が設けられており、 その際、予備加熱された微細鉱石（６．３ｍｍより小さいほぼ０．５ｍｍまで の、なるべく３．０ｍｍより小さいほぼ０．５ｍｍまでの粒度部分）のための搬 出導管（１５）が、中間壁（３）によって複数の空間（２）に分割された横にな った流動層トラフの第１の空間（２）に口を開いており、 空間（２）内に侵入した熱交換器（４）が設けられており、 個々の空間（２）内における流動化速度を制御可能に設定する装置（５）が設 けられており、その際、流動化速度が、空間（２）から空間（２）へ減少するこ とができ、 微細鉱石の所定の粒度部分を分離するためにそれぞれの空間（２）の後に接続 された空間高熱ガスサイクロン（６）が設けられており、その際、分離された粒 度部分が、それぞれ次の又は最後の空間（２）内に供給可能であり、 すべての空間高熱ガスサイクロン（６）のすべてのガスを加熱媒体として直立 した予備加熱器（１１）に供給する収集導管（９）が設けられ ており、 後続処理のために還元された微細鉱石を排出しかつ運搬するためにそれぞれの 空間（２）の下に配置された圧力容器（１０）が設けられている ことを特徴とする、請求項１記載の微細鉱石を直接還元する方法を実施する装 置。 ３、空間（２）内において形成される流動層内に侵入した熱交換器（４）に、 ガス入口導管（１９）が接続されており、これらのガス入口導管を通って、熱交 換器（４）を加熱するために高温に加熱された還元ガスが流れ、かつガス出口導 管（２０）が、熱交換器（４）から出る還元ガスを、流入及び還元媒体として空 間（２）の流入底部内に流すことを特徴とする、請求項２に記載の装置。 ４、横になった流動層トラフの空間（２）の流入面積を拡大し、又は縮小する ために、空間（２）の中間壁が可動であることを特徴とする、請求項２又は３に 記載の装置。 ５、横になった流動層トラフの流入面積を拡大するために、それぞれ１つの空 間中間片が使用可能であることを特徴とする、請求項４に記載の装置。