JP2009521605A - 粉鉄鉱石の装入及び排出を改善した溶鉄製造方法及びこれを利用した溶鉄製造装置 - Google Patents

粉鉄鉱石の装入及び排出を改善した溶鉄製造方法及びこれを利用した溶鉄製造装置 Download PDF

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Abstract

本発明は粉鉄鉱石の装入及び排出を改善した、溶鉄製造方法及びこれを利用した溶鉄製造装置に関する。本発明の一実施例による溶鉄製造装置は、粉鉄鉱石を還元して還元鉄に変換する１つ以上の流動還元炉、流動還元炉に粉鉄鉱石を供給する粉鉄鉱石装入槽、粉鉄鉱石装入槽とそれぞれの流動還元炉を直接連結して、粉鉄鉱石をそれぞれの流動還元炉に直接装入する粉鉄鉱石装入管、塊状炭材及び還元鉄が装入されて、酸素が吹き込まれて溶鉄を製造する溶融ガス化炉、及び溶融ガス化炉から排出される還元ガスを流動還元炉に供給する還元ガス供給管を含む。

Description

本発明は、粉鉄鉱石を迅速で安全に装入及び排出することができる、溶鉄製造方法及びこれを利用した溶鉄製造装置に関する。
鉄鋼産業は、自動車、造船、家電、建設などの産業全体に基礎素材を供給する核心基幹産業であって、人類の発展と共に歩んできた最も歴史の古い産業の１つである。鉄鋼産業の中枢的な役割を担う製鉄所では、原料として鉄鉱石及び石炭を利用して溶融状態の銑鉄である溶鉄を製造した後、これから鋼鉄を製造して、各需要先に供給している。
現在、全世界の鉄生産量の６０％程度が１４世紀に開発された高炉法によって生産されている。高炉法は、焼結過程を経た鉄鉱石及び有煙炭を原料として製造されたコークスなどを高炉に共に入れて、熱風を吹き込んで鉄鉱石を鉄に還元して、溶鉄を製造する方法である。しかし、高炉法は、コークス及び焼結鉱の製造のための付帯設備が必要であるだけでなく、付帯設備による環境汚染が深刻な問題点がある。
このような高炉法の問題点を解決するために、世界各国は、溶融還元製鉄法の開発に多くの努力をそそいでいる。溶融還元製鉄法では、燃料及び還元剤として一般炭を直接使用し、鉄源としては鉱石を直接使用して、溶融ガス化炉で溶鉄を製造する。ここでは、溶融ガス化炉の外壁に設置された複数の風口を通じて酸素が吹き込まれて、溶融ガス化炉内の石炭充填層を燃焼させて、溶鉄を製造する。酸素は、高温の還元ガスに転換されて流動還元炉に移送されて、粉鉄鉱石及び副原料を還元及び焼成した後、外部に排出される。
流動還元炉は、粒径８ｍｍ以下の粉鉱を還元させる。流動還元炉は、還元ガスの流れの中に粉鉱を浮遊流動させて還元する。つまり、流動還元炉は、気体の還元ガスが固体の粉鉱を還元させる。流動還元炉は、その内部にサイクロン及びノズルが規則的に配列された分散板を含む。ここで、サイクロンは、上部のコーン（ｃｏｎｅ）部及び下部のディップレッグ（ｄｉｐｌｅｇ）部を含む。還元ガスは、流動還元炉の下部に通入されて、分散板を通過して上部に噴射される。分散板には、複数の分散板ノズルが設置されているので、還元ガスを分散板の上部に高速噴射させることができる。流動還元炉の上部に設置されたサイクロンのコーン部は、粉鉱を捕集して、ディップレッグ部を通じて流動還元炉の下部に再移送する。
分散板を通じて噴射された還元ガスは、流動還元炉全体に均一に流れる。しかし、操業初期に粉鉄鉱石を装入する場合、流動層がディップレッグ部の端部の高さまで形成されていない。ディップレッグ部の周辺には、ディップレッグ部の内部を通じて上部側に高速の還元ガスの流れが存在する。したがって、ディップレッグ部が密封されていない場合、ディップレッグ部を通じて還元ガスと共に微粉が逆流して、コーン部に上昇する。
流動層の上部で飛散された微粉は、サイクロンのコーン部で捕集されて、流動還元炉の下部に再循環される。したがって、逆流した微粉及び飛散された微粉が互いに衝突して、ディップレッグ部が詰まる現象が発生する。また、サイクロンの内部のコーティング層が剥離されて、ディップレッグ部が詰まる現象も発生する。このように、ディップレッグ部が詰まると、サイクロンが正常に作動することができず、また他のサイクロンに負荷が大きくかかるので、多量の微粉が流動還元炉の外部に排出される。このような現象は、粉鉄鉱石の装入によって流動層がディップレッグ部まで形成されると、ディップレッグ部が流動層によって密封されて、ディップレッグ部への逆流は大きく減少するが、流動還元炉の初期操業が不安定な問題点がある。
一方、流動還元炉の操業が不安定であるために流動還元炉間の粉鉄鉱石の流れが正常でない場合、流動層の高さが粉鉱の排出口以上に上昇する。流動層の高さを低くするために、また他の排出口を通じて冷却槽（ｑｕｅｎｃｈｅｒ）の圧力を流動還元炉の圧力より低く調節する。この圧力差を利用して粉鉱を冷却槽に強制排出させることによって、流動層の高さを低くすることができる。しかし、圧力差による粉鉱の強制排出によって、瞬間的に流動層の還元ガスの流れも前記他の排出口側に集中して、流動層に衝撃を与える。したがって、分散板の下部に落鉱が発生したり、さらには、前記他の排出口及びその周辺に停滞層が形成されて、流動還元炉の操業に致命的な非流動化区域を形成する問題点があった。
本発明は、粉鉄鉱石を迅速で安全に装入及び排出することができる、溶鉄製造方法を提供する。
また、本発明は、前記溶鉄製造方法を利用した、溶鉄製造装置を提供する。
本発明の一実施例による溶鉄製造装置は、ｉ）粉鉄鉱石を還元して還元鉄を製造する１つ以上の流動還元炉、ｉｉ）流動還元炉に粉鉄鉱石を供給する粉鉄鉱石装入槽、ｉｉｉ）粉鉄鉱石装入槽とそれぞれの流動還元炉を直接連結して、粉鉄鉱石をそれぞれの流動還元炉に直接装入する粉鉄鉱石装入管、ｉｖ）塊状炭材及び還元鉄が装入されて、酸素が吹き込まれて溶鉄を製造する溶融ガス化炉、及びｖ）溶融ガス化炉から排出される還元ガスを流動還元炉に供給する還元ガス供給管を含む。
粉鉄鉱石装入管は、ｉ）粉鉄鉱石装入槽と連結された粉鉄鉱石副装入管、及びｉｉ）粉鉄鉱石副装入管から分岐されて、それぞれの流動還元炉に連結された粉鉄鉱石分岐装入管を含む。本発明の一実施例による溶鉄製造装置は、粉鉄鉱石副装入管を通じて粉鉄鉱石装入槽と連結された冷却槽をさらに含む。
粉鉄鉱石副装入管及び粉鉄鉱石分岐装入管が交差して複数の分岐点を形成し、各々隣接する分岐点の間、粉鉄鉱石装入槽とこれに最も近い分岐点の間、そして冷却槽とこれに最も近い分岐点の間に、装入バルブが設置される。粉鉄鉱石分岐装入管に装入バルブが設置される。
本発明の一実施例による溶鉄製造装置は、粉鉄鉱石主装入管をさらに含み、粉鉄鉱石主装入管は、粉鉄鉱石装入槽とこれに最も近い流動還元炉を連結し、隣接する流動還元炉を互いに連結する。粉鉄鉱石副装入管は、粉鉄鉱石主装入管と実質的に同一な高さで流動還元炉に連結される。粉鉄鉱石副装入管は、粉鉄鉱石主装入管と予め設定された角度をなして流動還元炉に連結される。予め設定された角度は、３０°〜１５０°である。
本発明の他の実施例による溶鉄製造装置は、ｉ）内部に流動層を形成することによって、粉鉄鉱石を還元して還元鉄に変換する１つ以上の流動還元炉、ｉｉ）それぞれの流動還元炉に流動層の中上部位置で連結されて、それぞれの流動還元炉内の粉鉄鉱石を排出する粉鉄鉱石排出管、ｉｉｉ）塊状炭材及び還元鉄が装入されて、酸素が吹き込まれて溶鉄を製造する溶融ガス化炉、及びｉｖ）溶融ガス化炉から排出される還元ガスを流動還元炉に供給する還元ガス供給管を含む。
本発明の他の実施例による溶鉄製造装置は、粉鉄鉱石排出管を通じてそれぞれの流動還元炉と連結された冷却槽をさらに含む。本発明の他の実施例による溶鉄製造装置は、それぞれの流動還元炉の内部の分散板の直上部に設置された他の粉鉄鉱石排出管をさらに含み、粉鉄鉱石排出管は、他の粉鉄鉱石排出管と連結できる。
本発明の他の実施例による溶鉄製造装置は、流動還元炉を互いに連結して、粉鉄鉱石を排出する粉鉄鉱石主装入管をさらに含み、粉鉄鉱石排出管は、それぞれの流動還元炉の内部に設置されたサイクロンのディップレッグ部の下端より高く、および粉鉄鉱石主装入管よりは低く、それぞれの流動還元炉に連結される。
本発明の他の実施例による溶鉄製造装置は、ｉ）内部に流動層を形成することによって、粉鉄鉱石を還元して還元鉄に変換する１つ以上の流動還元炉、ｉｉ）流動還元炉に粉鉄鉱石を供給する粉鉄鉱石装入槽、ｉｉｉ）粉鉄鉱石装入槽とそれぞれの流動還元炉を直接連結して、粉鉄鉱石をそれぞれの流動還元炉に直接装入する粉鉄鉱石副装入管、ｉｖ）それぞれの流動還元炉に流動層の中上部位置で連結されて、それぞれの流動還元炉内の粉鉄鉱石を排出する粉鉄鉱石排出管、ｖ）塊状炭材及び還元鉄が装入されて、酸素が吹き込まれて溶鉄を製造する溶融ガス化炉、及びｖｉ）溶融ガス化炉から排出される還元ガスを流動還元炉に供給する還元ガス供給管を含む。
本発明の他の実施例による溶鉄製造装置は、ｉ）粉鉄鉱石装入管及びｉｉ）粉鉄鉱石排出管と連結された冷却槽をさらに含む。
本発明の一実施例による溶鉄製造方法は、ｉ）粉鉄鉱石装入槽及び複数のそれぞれの流動還元炉を直接連結する粉鉄鉱石装入管を通じて粉鉄鉱石装入槽から流動還元炉に粉鉄鉱石を直接装入する段階、ｉｉ）粉鉄鉱石を１つ以上の流動還元炉を通過させて還元鉄に変換する段階、ｉｉｉ）塊状炭材及び還元鉄を流動還元炉と連結された溶融ガス化炉に装入して、溶融ガス化炉に酸素を吹き込んで溶鉄を製造する段階、およびｉｖ）溶融ガス化炉から排出される還元ガスを流動還元炉に供給する段階を含む。
流動還元炉に粉鉄鉱石を供給する段階で、複数の流動還元炉のうち、予め設定された流動還元炉にだけ粉鉄鉱石を直接装入できる。本発明の一実施例による溶鉄製造方法は、粉鉄鉱石槽とこれに最も近い流動還元炉を連結し、隣接する流動還元炉を互いに連結して、粉鉄鉱石主装入管を通じて粉鉄鉱石装入槽から流動還元炉に粉鉄鉱石を供給する段階をさらに含むことができる。
本発明による溶鉄製造装置では、粉鉄鉱石を迅速に装入または排出することができるので、操業安定性が大きく向上する。また、サイクロンの詰りや停滞層の形成を抑制して、操業不安定要因を除去することによって、操業を安定的に維持することができる。
以下、図１〜図６を参照して、本発明の実施例を説明する。しかし、本発明の実施例は、単に本発明を例示するためのものであり、本発明はこれに限定されない。
図１は本発明の一実施例による溶鉄製造装置１００を示した図面である。図１に示した溶鉄製造装置１００は、単に本発明を例示するためのものであり、本発明はこれに限定されない。したがって、溶鉄製造装置１００を他の形態に変形することもできる。
溶鉄製造装置１００は、１つ以上の流動還元炉２００、溶融ガス化炉６０、還元ガス供給管７０、及び塊成体製造装置５０を含む。その他にも、塊成体製造装置５０で製造された塊成体を溶融ガス化炉６０に移送するための高温均排圧装置５５をさらに含むことができる。高温均排圧装置５５は、塊成体製造装置５０で製造された塊成体を溶融ガス化炉６０に装入する。塊成体装入槽５６は、塊成体を臨時で保管する。
説明の便宜のために、流動還元炉２００の周辺の粉鉄鉱石装入装置及び排出装置は省略した。これについては、図３〜図６を参照して後に詳細に説明する。
流動還元炉２００は、第１流動還元炉１０、第２流動還元炉２０、第３流動還元炉３０、及び第４流動還元炉４０を含む。図１には、順次に連結された４つの流動還元炉２００を示したが、これは単に本発明を例示するためのものであり、本発明はこれに限定されない。したがって、３つの流動還元炉を使用することもできる。
鉄鉱石、例えば粉鉄鉱石を原料として、溶鉄製造装置１００で溶鉄を製造する。まず、粉鉄鉱石を乾燥させて、粉鉄鉱石装入槽４５に保管する。必要に応じて、副原料を粉鉄鉱石と共に混合して乾燥させて使用することもできる。粉鉄鉱石は、流動還元炉２００を通過して還元及び加熱されて、還元鉄に変換される。粉鉄鉱石は、その内部に各々流動層が形成された流動還元炉４０、３０、２０、１０に順次に装入される。
まず、第４流動還元炉４０では、還元ガスによって粉鉄鉱石を予熱する。予熱された粉鉄鉱石は、第３流動還元炉３０及び第２流動還元炉２０に装入される。ここで、粉鉄鉱石は予備還元される。予備還元された粉鉄鉱石は、第１流動還元炉１０に装入されることによって最終還元されて、還元鉄に変換される。還元鉄を製造するために、溶融ガス化炉６０と連結された還元ガス供給管７０を通じて流動還元炉２００に還元ガスを供給する。還元鉄は、塊成体製造装置５０を通じて塊成体に製造される。塊成体製造装置５０を通過させずに還元鉄を直接溶融ガス化炉６０に装入することもできる。
塊成体製造装置５０は、装入ホッパー５０１、一対のロール５０３、破砕機５０５を含む。装入ホッパー５０１は、流動還元炉２００を通過して還元及び焼成された粉鉄鉱石を保管する。粉鉄鉱石は、装入ホッパー５０１から一対のロール５０３に装入されて、ストリップ形態に圧着成型される。このように圧着成型された粉鉄鉱石は、破砕機５０５で破砕されて、溶融ガス化炉６０に移送される。
一方、溶融ガス化炉６０は、その上部から塊状炭材が装入されて、内部に石炭充填層を形成する。溶融ガス化炉６０の外壁には、複数の風口６０１が設置されて、酸素が溶融ガス化炉６０に吹き込まれる。酸素によって石炭充填層が燃焼して、チャーベッド（ｃｈａｒ ｂｅｄ）が形成される。塊成体製造装置５０で製造された塊成体は、溶融ガス化炉６０の上部を通じて装入されて、石炭充填層を通過して溶融及び部分還元される。このような方法を利用して、溶鉄を製造することができる。溶融ガス化炉６０の下部には、出湯口が設置されて、溶鉄及びスラグを外部に排出する。
さらに、溶融ガス化炉６０の内部に形成された石炭充填層で水素及び一酸化炭素を含む高温の還元ガスが生成される。溶融ガス化炉６０の上部はドーム型に形成されているので、還元ガスの生成に有利である。溶融ガス化炉６０から排出される還元ガスは、還元ガス供給管７０を通じて流動還元炉２００に供給される。したがって、粉鉄鉱石を還元ガスによって還元及び焼成することができる。
図２は図１に示した第２流動還元炉２０を拡大して示した図面である。図２には第２流動還元炉２０だけを示したが、第２流動還元炉２０の構造は前記他の流動還元炉４０、３０、１０の構造にも同一に適用することができる。また、図２に示した第２流動還元炉２０の構造は、単に本発明を例示するためのものであり、本発明はこれに限定されない。したがって、第２流動還元炉２０の構造を他の形態に変形することもできる。
第２流動還元炉２０の内部には、サイクロン２０１及び分散板２０３が設置される。矢印で示したように、第２流動還元炉２０の下部から還元ガスが吹き込まれて、上部に排出される。吹き込まれた還元ガスは、分散板２０３を通過して第２流動還元炉２０の分散板の上部に均等に分散される。均等に分散された還元ガスによって、装入された粉鉄鉱石の流動層が形成される。粉鉄鉱石の微粉は排ガスと共に上部に飛散するが、排ガスは、外部に排出され、粉鉄鉱石の微粉は、サイクロン２０１によって捕集されて、サイクロン２０１の下部に排出される。サイクロン２０１は、粉鉄鉱石微粉を捕集するコーン部２０１３、及びここで捕集された粉鉄鉱石の微粉を下部に排出するディップレッグ部２０１１を含む。
第２流動還元炉２０には、２つの粉鉄鉱石装入管Ｌ２０１、Ｌ２０３が設置されている。粉鉄鉱石装入管Ｌ２０１、Ｌ２０３には装入バルブが設置されていて、粉鉄鉱石の装入量を制御することができる。粉鉄鉱石装入管Ｌ２０１、Ｌ２０３は、全て重力方向にのびている。したがって、第３流動還元炉３０（図１に図示）から重力によって粉鉄鉱石を第２流動還元炉２０に装入させることができる。粉鉄鉱石装入管Ｌ２０１、Ｌ２０３は、実質的に同一な高さで第２流動還元炉２０に連結されている。したがって、同一な高さで粉鉄鉱石を集中的に装入して、同一な高さで粉鉄鉱石装入管の排出口を密閉（ｓｅａｌｉｎｇ）する。
図２の拡大円には、上側から見た第２流動還元炉２０の断面構造を概略的に示した。図２の拡大円に示したように、粉鉄鉱石装入管Ｌ２０３は、複数が設置されることができる。図２には、その一例として、２つの粉鉄鉱石装入管Ｌ２０３が粉鉄鉱石装入管Ｌ２０１の両側に設置された状態を示した。この場合、粉鉄鉱石装入管Ｌ２０３は、粉鉄鉱石装入管Ｌ２０１と予め設定された角度（α）をなして中心に向かって第２流動還元炉２０に連結される。したがって、粉鉄鉱石装入管Ｌ２０１、Ｌ２０３を通じて粉鉄鉱石を集中的に装入し、その分布を均一にして、還元ガスが不均一に流れるのを防止することができる。特に、角度（α）は、３０°〜１５０°であるのが好ましい。角度（α）が３０°未満である場合には、主装入管の周辺に集中装入されて、非流動層が形成されることがある。また、角度（α）が１５０°を超える場合には、粉鉄鉱石装入管Ｌ１０１に迅速に排出されて、流動層内の滞留時間が短縮されて、還元反応が十分に起こらない。
第２流動還元炉２０に装入された粉鉄鉱石は、また他の粉鉄鉱石装入管Ｌ１０１を通じて第１流動還元炉１０（図１に図示）に装入されることができる。粉鉄鉱石装入管Ｌ１０１には装入バルブが設置されていて、粉鉄鉱石の流れを制御することができる。一方、粉鉄鉱石装入管Ｌ１０１の下部には第１粉鉄鉱石排出管Ｌ２０５及び第２粉鉄鉱石排出管Ｌ２０７が第２流動還元炉２０に連結される。粉鉄鉱石排出管Ｌ２０５、Ｌ２０７には排出バルブが設置されていて、粉鉄鉱石の排出量を制御することができる。
２つの粉鉄鉱石排出管Ｌ２０５、Ｌ２０７は、操業中に流動層の高さが上昇して、オーバーフィリング（ｏｖｅｒｆｉｌｌｉｎｇ）されるのを防止するために設置する。つまり、流動層がオーバーフィリングされる場合、２つの粉鉄鉱石排出管Ｌ２０５、Ｌ２０７を通じて粉鉄鉱石を外部に排出することによって、流動層がオーバーフィリングされるのを防止することができる。
第１粉鉄鉱石排出管Ｌ２０５は、流動層の中上部位置で第２流動還元炉２０に連結される。したがって、流動層がオーバーフィリングされる場合、粉鉄鉱石を自然に排出することができる。この場合、粉鉄鉱石の流れの方向が還元ガスの流れの方向と一致するので、流動層の衝撃を最少化して、流動層の高さを調節することができる。
図２に示したように、第１粉鉄鉱石排出管Ｌ２０５は、ディップレッグ部２０１１の下端２０１１ａよりは高く、粉鉄鉱石装入管Ｌ１０１よりは低く第２流動還元炉２０に連結されるのが好ましい。このような位置で、第１粉鉄鉱石排出管Ｌ２０５は、強制的な方法でなく自然な方法で粉鉄鉱石を外部に排出することができる。
第２粉鉄鉱石排出管Ｌ２０７は、分散板２０３の直上部に設置されている。第２粉鉄鉱石排出管Ｌ２０７は、下部に連結された冷却槽（図示せず）との圧力差を利用して、流動層がオーバーフィリングされたり空になる場合に、粉還元鉄を強制的に排出させる。第１粉鉄鉱石排出管Ｌ２０５及び第２粉鉄鉱石排出管Ｌ２０７は共に連結されるので、同時に使用することもできる。
図３は図１に示した流動還元炉２００の粉鉄鉱石装入構造を拡大して示した図面である。図３では、便宜上、流動還元炉２００の粉鉄鉱石の装入に関係のある部分だけを示し、その他の部分は省略する。図３で、点線は還元ガス移送経路を示し、実線は粉鉄鉱石移送経路を示す。流動還元炉２００の内部に設置されたサイクロンは、便宜上、一点鎖線で示す。粉鉄鉱石装入槽４５から供給されてそれぞれの流動還元炉４０、３０、２０、１０を通過した粉鉄鉱石は、還元鉄に製造されて、還元鉄装入ホッパー５０１に保管される。図３に示すように、流動還元炉２００は、図５に示す粉鉄鉱石排出装置なく粉鉄鉱石装入装置だけを備えることもできる。
図３に示した粉鉄鉱石装入管は、第１粉鉄鉱石装入管Ｌ４０１、Ｌ３０１、Ｌ２０１、Ｌ１０１及び第２粉鉄鉱石装入管Ｌ４５、Ｌ４０３、Ｌ３０３、Ｌ２０３、Ｌ１０３を含む。第２粉鉄鉱石装入管Ｌ４５、Ｌ４０３、Ｌ３０３、Ｌ２０３、Ｌ１０３は、粉鉄鉱石副装入管Ｌ４５及び粉鉄鉱石分岐装入管Ｌ４０３、Ｌ３０３、Ｌ２０３、Ｌ１０３を含む。粉鉄鉱石副装入管Ｌ４５は、粉鉄鉱石装入槽４５及び冷却槽（ｑｕｅｎｃｈｅｒ）４７を互いに連結する。粉鉄鉱石分岐装入管Ｌ４０３、Ｌ３０３、Ｌ２０３、Ｌ１０３は、粉鉄鉱石副装入管Ｌ４５から分岐されて、それぞれの流動還元炉４０、３０、２０、１０に連結されている。
したがって、第２粉鉄鉱石装入管Ｌ４５、Ｌ４０３、Ｌ３０３、Ｌ２０３、Ｌ１０３を通じて粉鉄鉱石装入槽４５及びそれぞれの流動還元炉４０、３０、２０、１０が直接連結される。したがって、流動還元炉を連続して通過して粉鉄鉱石が装入されるのでなく、粉鉄鉱石装入槽４５からそれぞれの流動還元炉４０、３０、２０、１０に粉鉄鉱石を直接装入することができる。その結果、装入初期にそれぞれの流動還元炉４０、３０、２０、１０の内部に流動層を迅速に形成させることによって、サイクロンのディップレッグ部を迅速に密封する。これによって、ディップレッグ部を通じた還元ガスの逆流現象を最少化して、サイクロンが詰まる現象を防止することができる。
一方、第１粉鉄鉱石装入管Ｌ４０１、Ｌ３０１、Ｌ２０１、Ｌ１０１だけでなく、第２粉鉄鉱石装入管Ｌ４５、Ｌ４０３、Ｌ３０３、Ｌ２０３、Ｌ１０３を共に使用して粉鉄鉱石を同時に装入することができる。したがって、粉鉄鉱石が両方向に装入されるので、それぞれの流動還元炉４０、３０、２０、１０の内部に流動層をより迅速に形成することができる。第１粉鉄鉱石装入管Ｌ４０１は、粉鉄鉱石装入槽４５及びこれに最も近い第４流動還元炉４０を連結する。また、第１粉鉄鉱石装入管Ｌ３０１、Ｌ２０１、Ｌ１０１は、各々隣接する流動還元炉４０、３０、２０、１０を連結する。第１粉鉄鉱石装入管Ｌ４０１、Ｌ３０１、Ｌ２０１、Ｌ１０１の各々にもバルブＶ４０１、Ｖ３０１、Ｖ２０１、Ｖ１０１が設置されて、粉鉄鉱石の流れを制御することができる。
粉鉄鉱石副装入管Ｌ４５は、粉鉄鉱石分岐装入管Ｌ４０３、Ｌ３０３、Ｌ２０３、Ｌ１０３と交差して、複数の分岐点Ｐ４５１、Ｐ４５３、Ｐ４５５、Ｐ４５７を形成する。隣接する分岐点Ｐ４５１、Ｐ４５３、Ｐ４５５、Ｐ４５７の間ごとに各々装入バルブＶ４５３、Ｖ４５５、Ｖ４５７が設置されて、粉鉄鉱石の流れを制御することができる。装入バルブは、ボールバルブを使用することができる。また、粉鉄鉱石装入槽４５及びこれに最も近い分岐点Ｐ４５１の間にも装入バルブＶ４５１が設置され、冷却槽４７及びこれに最も近い分岐点Ｐ４５７の間にも装入バルブＶ４５９が設置されて、粉鉄鉱石の流れを制御することができる。
図３では、前記のように複数の装入バルブを設置したが、これは単に本発明を例示するためのものであり、本発明はこれに限定されない。したがって、一部の装入バルブは、省略することもできる。
一方、粉鉄鉱石分岐装入管Ｌ４０３、Ｌ３０３、Ｌ２０３、Ｌ１０３の各々にも装入バルブＶ４０３、Ｖ３０３、Ｖ２０３、Ｖ１０３が設置されて、それぞれの流動還元炉４０、３０、２０、１０に装入される粉鉄鉱石の流れを制御することができる。流動還元炉４０、３０、２０、１０に異常が発生して、粉鉄鉱石を装入することができずに、粉鉄鉱石装入槽４５を迅速に空にする場合、装入バルブＶ４５１、Ｖ４５３、Ｖ４５５、Ｖ４５７を全て開いて他の装入バルブは全て閉じることによって、粉鉄鉱石を粉鉄鉱石装入槽４５から冷却槽４７に排出することができる。
正常な操業方法は、粉鉄鉱石が粉鉄鉱石装入槽４５から第４流動還元炉４０に装入され、第４流動還元炉４０に流動層が形成されて、次第に流動層が上昇して粉鉄鉱石装入管Ｌ３０１の入口の高さに到達すれば、粉鉄鉱石装入バルブＶ３０１を周期的に開閉させ、粉鉄鉱石を第３流動還元炉３０に装入させて、第３流動還元炉３０に流動層を順次に形成させる。第３流動還元炉３０の流動層の高さが上昇して、サイクロンのディップレッグ部２０１１の下端２０１１ａ（図２に提示）及び粉鉄鉱石装入管Ｌ３０１の末端部が同時に形成された流動層によって密閉されると、粉鉄鉱石装入バルブＶ３０３を開いて、粉鉄鉱石を粉鉄鉱石装入管Ｌ３０１を通じて自然にオーバーフローさせて、第３流動還元炉３０に持続的に装入させる。第２流動還元炉２０および 第１流動還元炉１０も、前記と同様な方法で流動層を形成して、粉鉄鉱石装入槽４５から第１流動還元炉１０まで粉鉄鉱石を連続して流れるようにする。
図４は図３に示した粉鉄鉱石装入装置を利用して第２流動還元炉２０にだけ粉鉄鉱石を直接装入する状態を示した図面である。図４には第２流動還元炉２０にだけ粉鉄鉱石を直接装入する状態を示したが、これは予め設定された流動還元炉にだけ粉鉄鉱石を供給することができる本発明を例示するためのものであり、本発明はこれに限定されない。したがって、第４流動還元炉４０、第３流動還元炉３０、及び第１流動還元炉１０のうちのいずれか１つの流動還元炉にだけ粉鉄鉱石を直接装入することもできる。
一例として図４に示したように、第３流動還元炉３０から第２流動還元炉２０に鉱石の流れが円滑でない場合、第２流動還元炉２０の粉鉄鉱石の直接装入に関係のある装入バルブＶ４５１、Ｖ４５３、Ｖ４５５、Ｖ２０３だけを開いて、第２流動還元炉２０にだけ粉鉄鉱石を装入することができる。そして、他の装入バルブＶ４０３、Ｖ３０３、Ｖ１０３、Ｖ４５７、Ｖ４５９は閉じることによって、粉鉄鉱石が他の流動還元炉４０、３０、１０に直接装入されるのを防止することができる。第２流動還元炉２０にだけ流動層を迅速に形成しなければならない場合、前記方法を使用して粉鉄鉱石を第２流動還元炉２０にだけ直接装入することによって、操業を安定的に行うことができる。
特に、操業中に流動層を迅速に形成するために前記方法が必要であるので、粉鉄鉱石装入槽４５からそれぞれの流動還元炉４０、３０、２０、１０の相互間を連結する装入バルブＶ４０１、Ｖ３０１、Ｖ２０１、Ｖ１０１は、操業のために開いておくことができる。しかし、必要な場合、装入バルブＶ４０１、Ｖ３０１、Ｖ２０１、Ｖ１０１は全て閉じることもできる。
図５は図１に示した流動還元炉２００の粉鉄鉱石の排出構造を拡大して示した図面である。図５では、便宜上、流動還元炉２００の粉鉄鉱石の排出に関係のある部分だけを示し、その他の部分は省略する。図５で、点線は還元ガス移送経路を示し、実線は粉鉄鉱石移送経路を示す。図５に示したように、流動還元炉２００は、図３に示した粉鉄鉱石装入装置なく粉鉄鉱石排出装置だけを備えることもできる。
図５に示した粉鉄鉱石排出管は、第１粉鉄鉱石排出管Ｌ４０５、Ｌ３０５、Ｌ２０５、Ｌ１０５及び第２粉鉄鉱石排出管Ｌ４０７、Ｌ３０７、Ｌ２０７、Ｌ１０７を含む。第１粉鉄鉱石排出管Ｌ４０５、Ｌ３０５、Ｌ２０５、Ｌ１０５には各々排出バルブＶ４０５、Ｖ３０５、Ｖ２０５、Ｖ１０５が設置されて、流動層がオーバーフィリングされる場合などに粉鉄鉱石を冷却槽４７に排出することができる。そして、第２粉鉄鉱石排出管Ｌ４０７、Ｌ３０７、Ｌ２０７、Ｌ１０７にも各々排出バルブＶ４０７、Ｖ３０７、Ｖ２０７、Ｖ１０７が設置されて、粉鉄鉱石を冷却槽４７に排出することができる。
図５に示したように、第１粉鉄鉱石排出管Ｌ４０５、Ｌ３０５、Ｌ２０５、Ｌ１０５及び第２粉鉄鉱石排出管Ｌ４０７、Ｌ３０７、Ｌ２０７、Ｌ１０７は互いに連結され、その下部にはまた他の排出バルブＶ４０９、Ｖ３０９、Ｖ２０９、Ｖ１０９が設置されて、粉鉄鉱石排出管Ｌ４７と連結されることによって、冷却槽４７に排出される粉鉄鉱石の流れを制御することができる。
正常な操業中に流動層の高さを調節するために、第１粉鉄鉱石排出管Ｌ４０５、Ｌ３０５、Ｌ２０５、Ｌ１０５だけを使用して粉鉄鉱石を外部に排出することができる。この場合、流動層にほとんど衝撃を与えずに、流動層を適正な高さに下げて調節することができる。一方、操業の中断などそれぞれの流動還元炉４０、３０、２０、１０の内部を空にする必要がある場合には、第１粉鉄鉱石排出管Ｌ４０５、Ｌ３０５、Ｌ２０５、Ｌ１０５及び第２粉鉄鉱石排出管Ｌ４０７、Ｌ３０７、Ｌ２０７、Ｌ１０７の両方を使用して、それぞれの流動還元炉４０、３０、２０、１０の内部を迅速に空にすることができる。
図５に示した粉鉄鉱石排出装置を利用すれば、粉鉄鉱石の排出によって流動還元炉２００で長期滞留によって発生する分化及び付着現象を早期に遮断することができる。また、第２粉鉄鉱石排出管Ｌ４０７、Ｌ３０７、Ｌ２０７、Ｌ１０７及び流動還元炉の連結部の周辺に停滞層が形成されるのを事前に遮断して、流動還元炉の操業状態を最適に維持することができる。
図６は図３の装入装置及び図５の排出装置を合わせた流動還元炉２００を概略的に示した図面である。図６に示した流動還元炉２００の装入装置は、図３に示した装入装置と同一であり、図６に示した流動還元炉２００の排出装置は、図５に示した排出装置と同一であるので、その詳細な説明は省略する。冷却槽４７は、第２粉鉄鉱石装入管Ｌ４５及び粉鉄鉱石排出管Ｌ４４と共に連結される。
図６に示したように、装入装置及び排出装置と共に設置して、粉鉄鉱石を装入または排出することができる。したがって、粉鉄鉱石を装入または排出する場合、操業安定性を極大化して、流動還元炉の操業を円滑に行うことができる。
以下、本発明の実験例を通して本発明を説明する。このような本発明の実験例は、単に本発明を例示するためのものであり、本発明はこれに限定されない。
実験例
前記図６の構造の溶鉄製造装置を利用して、下記のような実験を実施した。還元ガスの供給圧力は３．０ｂａｒであり、排ガスのガス流量は１６０，０００Ｎｍ３／ｈｒであった。第４流動還元炉の内部の温度は４５０°、第３流動還元炉の内部の温度は６５０°、第２流動還元炉の内部の温度は７５０°、及び第１流動還元炉の内部の温度は８００°に維持した。その他の実験条件は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に理解することができるので、その詳細な説明は省略する。
実験例１
図６に示した装入装置を利用して、粉鉄鉱石を粉鉄鉱石装入槽からそれぞれの流動還元炉に直接装入した。
実験例２
図６に示した排出装置を利用して、それぞれの流動還元炉内の粉鉄鉱石を冷却槽に排出した。
比較例１
実験例１との比較のために、従来の粉鉄鉱石装入方法を使用して、それぞれの流動還元炉に粉鉄鉱石を装入した。粉鉄鉱石は、粉鉄鉱石装入槽からそれぞれの流動還元炉を通過して順次に装入された。従来の粉鉄鉱石装入方法は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に理解することができるので、その詳細な説明は省略する。
比較例２
実験例２との比較のために、従来の粉鉄鉱石排出方法を使用して、それぞれの流動還元炉に粉鉄鉱石を排出した。従来の粉鉄鉱石排出方法は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に理解することができるので、その詳細な説明は省略する。
前記実験例１及び比較例１による粉鉄鉱石装入の結果を比較して、下記の表１に示した。
Figure 2009521605
表１に示したように、本発明の実験例１の場合、従来の比較例１に比べて同一な時間内に粉還元鉄をより多く装入することができた。それによって、反応器に粉還元鉄を満たす時間も大幅に減少し、それによって、それぞれの流動還元炉に流動層が迅速に形成されて、ディップレッグ部を密封する時間も大幅に減少した。このように、ディップレッグ部の密封が迅速になって、サイクロンが詰まる現象が３ヶ月間発生しなかった。したがって、操業を安定的に維持することができた。
また、前記実験例２及び比較例２による粉鉄鉱石排出の結果を比較して、下記の表２に示した。
Figure 2009521605
表２に示したように、本発明の実験例２の場合、従来の比較例２に比べて流動還元炉及び冷却槽の間の圧力差が減少した。これは、粉鉄鉱石の自然排出に起因する。粉鉄鉱石の自然排出によって粉鉄鉱石排出管に停滞層が形成されなかった。また、本発明の実験例２の冷却槽に大きな負荷を与えなくなって、冷却槽のポンプに故障が発生せず、冷却槽がオーバーフィリングされなかった。また、長期操業期間を１２０日まで大幅に増加させることができた。
本発明を前記記載によって説明したが、特許請求の範囲の概念及び範囲を逸脱しない限り、多様な修正及び変形が可能だということが、本発明が属する技術分野の当業者には簡単に理解される。
本発明の一実施例による溶鉄製造装置を概略的に示した図面である。 図１の第３流動還元炉を拡大して概略的に示した図面である。 図１の流動還元炉を概略的に示した図面である。 図１の流動還元炉に粉鉄鉱石を装入する状態を示した図面である。 図１の流動還元炉を変形した概略的な図面である。 図１の流動還元炉を変形した概略的な他の図面である。
符号の説明
１００ 鎔鉄製造装置
１０、２０、３０、４０ 第１、２、３、４流動還元炉
２００ 流動還元炉
２０１ サイクロン
２０１１ ディップレッグ部
２０１３ コーン部
２０３ 分散板
４５ 粉鉄鉱石装入槽
４７ 冷却槽
５０ 塊成体製造装置
５０１ 装入ホッパー
５０３ ロール
５０５ 破砕機
５５ 高温均排圧装置
５６ 塊成体装入層
６０ 溶融ガス化炉
７０ 還元ガス供給管
Ｌ１０１、Ｌ２０１、Ｌ３０１、Ｌ４０１ 第１粉鉄鉱石装入管
Ｌ１０３、Ｌ２０３、Ｌ３０３、Ｌ４０３ 粉鉄鉱石分岐装入管
Ｌ１０５、Ｌ２０５、Ｌ３０５、Ｌ４０５ 第１粉鉄鉱石排出管
Ｌ１０７、Ｌ２０７、Ｌ３０７、Ｌ４０７ 第２粉鉄鉱石排出管
Ｌ４５ 粉鉄鉱石副装入管
Ｌ４７ 粉鉄鉱石排出管
Ｐ４５１、Ｐ４５３、Ｐ４５５、Ｐ４５７ 分岐点
Ｖ１０１、Ｖ２０１、Ｖ３０１、Ｖ４０１、Ｖ１０３、Ｖ２０３、Ｖ３０３、Ｖ４０３、Ｖ４５１、Ｖ４５３、Ｖ４５５、Ｖ４５７、Ｖ４５９ 装入バルブ
Ｖ１０５、Ｖ２０５、Ｖ３０５、Ｖ４０５、Ｖ１０７、Ｖ２０７、Ｖ３０７、Ｖ４０７、Ｖ１０９、Ｖ２０９、Ｖ３０９、Ｖ４０９ 排出バルブ

Claims (18)

  1. 粉鉄鉱石を還元して還元鉄に変換する１つ以上の流動還元炉、
    前記流動還元炉に前記粉鉄鉱石を供給する粉鉄鉱石装入槽、
    前記粉鉄鉱石装入槽とそれぞれの前記流動還元炉を直接連結して、前記粉鉄鉱石をそれぞれの前記流動還元炉に直接装入する粉鉄鉱石装入管、及び
    塊状炭材及び前記還元鉄が装入されて、酸素が吹き込まれて溶鉄を製造する溶融ガス化炉、及び
    前記溶融ガス化炉から排出される還元ガスを前記流動還元炉に供給する還元ガス供給管、
    を含む、溶鉄製造装置。
  2. 前記粉鉄鉱石装入管は、
    前記粉鉄鉱石装入槽と連結された粉鉄鉱石副装入管、及び
    前記粉鉄鉱石副装入管から分岐されて、それぞれの前記流動還元炉に連結された粉鉄鉱石分岐装入管、
    を含む、請求項１に記載の溶鉄製造装置。
  3. 前記粉鉄鉱石副装入管を通じて前記粉鉄鉱石装入槽と連結された冷却槽をさらに含む、請求項２に記載の溶鉄製造装置。
  4. 前記粉鉄鉱石副装入管及び前記粉鉄鉱石分岐装入管が交差して複数の分岐点を形成し、各々隣接する前記分岐点の間、前記粉鉄鉱石装入槽とこれに最も近い分岐点の間、および前記冷却槽とこれに最も近い分岐点の間に装入バルブが設置される、請求項３に記載の溶鉄製造装置。
  5. 前記粉鉄鉱石分岐装入管に装入バルブが設置される、請求項２に記載の溶鉄製造装置。
  6. 粉鉄鉱石主装入管をさらに含み、前記粉鉄鉱石主装入管は、前記粉鉄鉱石装入槽とこれに最も近い流動還元炉を連結し、および隣接する前記流動還元炉を互いに連結する、請求項１に記載の溶鉄製造装置。
  7. 前記粉鉄鉱石副装入管は、前記粉鉄鉱石主装入管と実質的に同一な高さで前記流動還元炉に連結される、請求項６に記載の溶鉄製造装置。
  8. 前記粉鉄鉱石副装入管は、前記粉鉄鉱石主装入管と予め設定された角度をなして前記流動還元炉に連結される、請求項７に記載の溶鉄製造装置。
  9. 前記予め設定された角度は、３０°〜１５０°である、請求項８に記載の溶鉄製造装置。
  10. 内部に流動層を形成することによって、粉鉄鉱石を還元して還元鉄に変換する１つ以上の流動還元炉、
    それぞれの前記流動還元炉に前記流動層の中上部位置で連結されて、それぞれの前記流動還元炉内の粉鉄鉱石を排出する粉鉄鉱石排出管、
    塊状炭材及び前記還元鉄が装入されて、酸素が吹き込まれて溶鉄を製造する溶融ガス化炉、及び
    前記溶融ガス化炉から排出される還元ガスを前記流動還元炉に供給する還元ガス供給管、
    を含む、溶鉄製造装置。
  11. 前記粉鉄鉱石排出管を通じてそれぞれの前記流動還元炉と連結された冷却槽をさらに含む、請求項１０に記載の溶鉄製造装置。
  12. それぞれの前記流動還元炉の内部の分散板の直上部に設置された他の粉鉄鉱石排出管をさらに含み、前記粉鉄鉱石排出管は、前記他の粉鉄鉱石排出管と連結される、請求項１１に記載の溶鉄製造装置。
  13. 前記流動還元炉を互いに連結して、前記粉鉄鉱石を排出する粉鉄鉱石装入管をさらに含み、前記粉鉄鉱石排出管は、それぞれの前記流動還元炉の内部に設置されたサイクロンのディップレッグ部の下端より高く、および前記粉鉄鉱石装入管より低く、それぞれの前記流動還元炉に連結される、請求項１２に記載の溶鉄製造装置。
  14. 内部に流動層を形成することによって、前記粉鉄鉱石を還元して還元鉄に変換する１つ以上の流動還元炉、
    前記流動還元炉に粉鉄鉱石を供給する粉鉄鉱石装入槽、
    前記粉鉄鉱石装入槽とそれぞれの前記流動還元炉を直接連結して、前記粉鉄鉱石をそれぞれの前記流動還元炉に直接装入する粉鉄鉱石装入管、
    それぞれの前記流動還元炉に前記流動層の中上部位置で連結されて、それぞれの前記流動還元炉内の粉鉄鉱石を排出する粉鉄鉱石排出管、
    塊状炭材及び前記還元鉄が装入されて、酸素が吹き込まれて溶鉄を製造する溶融ガス化炉、及び
    前記溶融ガス化炉から排出される還元ガスを前記流動還元炉に供給する還元ガス供給管、
    を含む、溶鉄製造装置。
  15. 前記粉鉄鉱石装入管及び前記粉鉄鉱石排出管と連結された冷却槽をさらに含む、請求項１４に記載の溶鉄製造装置。
  16. 粉鉄鉱石装入槽及び複数のそれぞれの流動還元炉を直接連結する粉鉄鉱石装入管を通じて、前記粉鉄鉱石装入槽から前記流動還元炉に粉鉄鉱石を直接装入する段階、
    前記粉鉄鉱石を１つ以上の前記流動還元炉を通過させて還元鉄に変換する段階、
    塊状炭材及び前記還元鉄を前記流動還元炉と連結された溶融ガス化炉に装入して、前記溶融ガス化炉に酸素を吹き込んで溶鉄を製造する段階、及び
    前記溶融ガス化炉から排出される還元ガスを前記流動還元炉に供給する段階、
    を含む、溶鉄製造方法。
  17. 前記流動還元炉に粉鉄鉱石を供給する段階で、複数の前記流動還元炉のうち、予め設定された流動還元炉にだけ前記粉鉄鉱石を直接装入する、請求項１６に記載の溶鉄製造方法。
  18. 粉鉄鉱石主装入管が前記粉鉄鉱石装入槽とこれに最も近い流動還元炉を連結し、隣接する前記流動還元炉を互いに連結して、前記粉鉄鉱石主装入管を通じて前記粉鉄鉱石装入槽から前記流動還元炉に前記粉鉄鉱石を供給する段階をさらに含む、請求項１６に記載の溶鉄製造方法。
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