JP2011047053A - 溶融ガス化炉に微粉炭材を吹込む溶鉄製造装置及びその溶鉄製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明による溶鉄製造方法は、鉄鉱石を含む混合体を還元炉で還元して還元体に変換する段階、還元体を溶融する熱源として揮発分を含む塊状炭材を準備する段階、溶融ガス化炉のドーム型の上部に塊状炭材を装入して石炭充填層を形成する段階、還元体を溶融する熱源として揮発分を含む微粉炭材を準備する段階、溶融ガス化炉に設置された羽口を通じて酸素及び微粉炭材を石炭充填層に吹込む段階、還元体を還元炉と連結された溶融ガス化炉に装入して溶鉄を製造する段階、そして塊状炭材及び微粉炭材に含まれている揮発分から生成された溶融ガス化炉内の還元ガスを還元炉に供給する段階を含む。
【選択図】図1
Description
ーを添加して混合する混合器、そして混合器と連結されて、バインダーを添加して混合した粉炭を成形して成形炭を製造する一対のロール(roll)を含むのが好ましい。
水素(H2)、及び酸素(O2)に完全に分解されて、不完全燃焼によるCH4ガスの発生量が少ない。また、下記の化学式1のような反応によって、還元に必要な大量のCO及びH2ガスが発生する。
C+H2O→H2+CO (化学式1)
溶融ガス化炉に微粉炭材を吹込むことによる還元ガスの還元率の変化を観察し、溶融ガス化炉内の燃焼温度の変化を観察するために、図4に示した本発明の第4実施例による構造の溶鉄製造装置を対象にして、下記のような実験を行った。
溶融ガス化炉の微粉炭材の吹込み量の増加によるCH4ガスの減少量を観察するために、微粉炭材の吹込み量を50kg/(p−t)で増加させながら、その時ごとに溶融ガス化炉内のCH4ガスの量の減少量を測定した。微粉炭材の吹込み前に溶融ガス化炉内で約4.5vol%であったCH4ガスの量は、微粉炭材の吹込み量を増加させることによって次第に減少した。微粉炭材の吹込み量の増加による溶融ガス化炉内のCH4ガスの減少量を示すと、下記の表3の通りである。ここで、CH4ガスの減少量は最初のCH4ガスの量である4.5vol%から測定時のCH4ガスの量を引いた値である。
本発明の実験例2では、溶融ガス化炉内のCH4ガスの量の減少による還元ガスの酸化度を測定した。酸化度の測定は、線スペクトルを観察することができる分光器を利用して行った。酸化度の測定方法は、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できるので、その詳細な説明は省略する。
実験例3では、還元ガスの酸化度による還元体の還元率の変化をグラフ化して、その推移を観察した。つまり、溶融ガス化炉内の還元ガスの酸化度を測定し、還元ガスが供給される還元炉で還元された還元体の還元率を測定して、これをグラフ化した。還元ガスの酸化度の測定は、実験例2と同様な方法で行い、還元体の還元率は、還元炉を通過する前の鉄鉱石を含む混合体及び還元炉を通過した後の鉄鉱石を含む混合体を互いに比較して測定した。このような還元ガスの酸化度の測定及び還元体の還元率は、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できるので、その詳細な説明は省略する。
実験例4では、微粉炭材の吹込みによる溶融ガス化炉内の燃焼空間の温度変化を測定した。燃焼は、断熱状態で進められて燃焼空間の外部では熱損失がないと仮定して、微粉炭材の吹込み量を溶鉄1トン当り50kgずつ増加させながら、これに伴う燃焼空間の燃焼温度を測定した。燃焼空間の温度は、溶融ガス化炉に設置された熱電対を利用して測定し、その実験結果は、下記の表5の通りである。
20 溶融ガス化炉
30 成形炭製造装置
31 成形炭製造装置の粉炭保管槽
32 成形炭製造装置の粉塵除去機
33 成形炭製造装置の乾燥機
35 成形炭製造装置のバインダー保管槽
37 成形炭製造装置の混合器
39 成形炭製造装置の一対のロール
40 粒度選別機
42 塊炭乾燥機
44 成形炭製造装置の成形炭保管槽
46 高温均圧装置
50 流動還元炉
52 充填層型還元炉
60 塊状体製造装置
62 塊状体製造装置の封入ホッパー
64 塊状体製造装置の一対のロール
66 塊状体製造装置の破砕機
68 塊状体製造装置の還元体保管槽
70 還元ガス供給管
101 微粉炭材供給装置の原料炭保管槽
102 微粉炭材供給装置のミル
103 均圧供給装置の均圧槽
104 微粉炭材供給装置の微粉炭材保管槽
105 均圧供給装置の加圧排出槽
107 均圧供給装置の遮断バルブ
108 微粉炭材供給装置の分配器
109 均圧供給装置の遮断バルブ
110 微粉炭材供給装置の均圧供給装置
111 分級装置
113 微粉炭材供給装置の微粉炭材吹込み管
121 微粉炭材移送管
202 羽口
203 混合室
204 燃焼空間
206 溶融ガス化炉の上部
Claims (46)
- 鉄鉱石を含む混合体を還元炉で還元して還元体に変換する段階、
前記還元体を溶融する熱源として揮発分を含む塊状炭材を準備する段階、
溶融ガス化炉のドーム型の上部に前記塊状炭材を装入して石炭充填層を形成する段階、
前記還元体を溶融する熱源として揮発分を含む微粉炭材を準備する段階、
前記溶融ガス化炉に設置された羽口から酸素及び前記微粉炭材を前記石炭充填層に吹込む段階、
前記還元体を前記還元炉と連結された前記溶融ガス化炉に装入して溶鉄を製造する段階、及び
前記塊状炭材及び前記微粉炭材に含まれている揮発分から生成された前記溶融ガス化炉内の還元ガスを前記還元炉に供給する段階を含む溶鉄製造方法。 - 前記還元体を溶融する熱源として揮発分を含む微粉炭材を準備する段階において、前記微粉炭材は8.0質量%乃至35.0質量%の揮発分を含み、前記揮発分は炭素及び水素を含む請求項1に記載の溶鉄製造方法。
- 前記微粉炭材の自由膨潤係数は6.0以下である請求項2に記載の溶鉄製造方法。
- 前記還元体を溶融する熱源として揮発分を含む塊状炭材を準備する段階において、前記塊状炭材は20.0質量%乃至35.0質量%の揮発分を含み、前記揮発分は炭素及び水素を含む請求項1に記載の溶鉄製造方法。
- 前記塊状炭材の粒径は8mm乃至35mmである、請求項4に記載の溶鉄製造方法。
- 前記塊状炭材を準備する段階は、
原料炭を粉炭及び塊炭に分級する段階、及び
前記塊炭を高温ガスと接触させて乾燥させた塊状炭材を準備する段階を含む請求項1に記載の溶鉄製造方法。 - 前記分級された粉炭を前記微粉炭材として前記石炭充填層に吹込む段階をさらに含む請求項6に記載の溶鉄製造方法。
- 前記塊炭の高温ガスとの接触時に捕集した微粉炭を移送して前記微粉炭材として吹込む段階をさらに含む請求項6に記載の溶鉄製造方法。
- 前記塊状炭材は成形炭を含み、前記塊状炭材を準備する段階は、
原料炭を粉炭及び塊炭に分級する段階、及び
前記粉炭を成形して成形炭を製造する段階を含む請求項1に記載の溶鉄製造方法。 - 前記成形炭を製造する段階は、
前記粉炭を乾燥する段階、
前記粉炭にバインダーを添加して混合する段階、及び
前記バインダーを添加して混合した粉炭を成形して成形炭を製造する段階を含む請求項9に記載の溶鉄製造方法。 - 前記粉炭の乾燥時に捕集した微粉炭を移送して前記微粉炭材として吹込む段階をさらに含む請求項10に記載の溶鉄製造方法。
- 前記微粉炭材を前記石炭充填層に吹込む段階において、
前記微粉炭材は原料炭を粉砕して製造し、前記粉砕した微粉炭材の粒径は3mm以下である請求項1に記載の溶鉄製造方法。 - 前記微粉炭材を前記石炭充填層に吹込む段階において、前記石炭充填層に吹込まれる前記微粉炭材の流速は40〜70m/secに調節する請求項1に記載の溶鉄製造方法。
- 前記還元ガスを前記還元炉に供給する段階において、前記還元ガスの酸化度は、前記微粉炭材の吹込み量の増加によって0%より大きく11.432%以下になるように減少する請求項1に記載の溶鉄製造方法。
- 前記微粉炭材の吹込み量の増加によって前記溶融ガス化炉内のCH4ガスの量が減少し、前記CH4ガスの量の減少によって前記還元ガスの酸化度が減少する請求項14に記載の溶鉄製造方法。
- 前記微粉炭材の吹込み量をxとし、前記溶融ガス化炉内のCH4ガスの減少量をyとする場合、y=0.0001xを実質的に満たす請求項15に記載の溶鉄製造方法。
ここで、xの単位はkg/t−pであり、yの単位は%であり、0.0001の単位は%/(kg/t−p)である。 - 前記溶融ガス化炉内のCH4ガスの量をxとし、前記還元ガスの酸化度をyとする場合、−3.4718≦1.6653x−y≦1.3824を実質的に満たす請求項15に記載の溶鉄製造方法。
ここで、xの単位はvol%であり、yの単位は%であり、1.3824の単位は%/vol%である。 - 前記溶融ガス化炉内のCH4ガスの量をxとし、前記還元ガスの酸化度をyとする場合、1.6653x−y=−1.1472を実質的に満たす請求項15に記載の溶鉄製造方法。
ここで、xの単位はvol%であり、yの単位は%であり、1.6653の単位はvol%/%である。 - 前記還元ガスの酸化度をxとし、前記還元体の還元率をyとする場合、y=−2.10x+103.9を実質的に満たす請求項15に記載の溶鉄製造方法。
ここで、xの単位は%であり、yの単位は%であり、103.9の単位は%である。 - 前記微粉炭材を前記石炭充填層に吹込む段階において、前記石炭充填層に吹込まれる前記微粉炭材の量の増加によって前記溶融ガス化炉内の燃焼温度が低下する請求項1に記載の溶鉄製造方法。
- 前記微粉炭材の量を溶鉄1トン当り50kgずつ増加させることによって、前記燃焼温度は実質的に200℃ずつ低下する請求項20に記載の溶鉄製造方法。
- 前記鉄鉱石を含む混合体を還元炉で還元して還元体に変換する段階は、順次に連結された多段の前記還元炉を通じて前記鉄鉱石を含む混合体を流動させて還元体に変換する請求項1に記載の溶鉄製造方法。
- 前記還元体を前記溶融ガス化炉に装入する前に塊状化する段階をさらに含む請求項22に記載の溶鉄製造方法。
- 前記鉄鉱石を含む混合体を前記還元炉で還元して還元体に変換する段階において、前記還元炉は流動層型還元炉である請求項1に記載の溶鉄製造方法。
- 前記鉄鉱石を含む混合体を前記還元炉で還元して還元体に変換する段階において、前記還元炉は充填層型還元炉である請求項1に記載の溶鉄製造方法。
- 前記溶融ガス化炉に設置された羽口から酸素及び前記微粉炭材を前記石炭充填層に吹込む段階において、前記羽口の前に形成される燃焼空間の長さは0.7m乃至1.0mである請求項1に記載の溶鉄製造方法。
- 鉄鉱石を含む混合体を還元して還元体に変換する還元炉、
前記還元体を溶融する熱源として揮発分を含む塊状炭材を供給する石炭供給装置、
ドーム型の上部を有し、前記還元炉と連結されて前記還元体が装入され、前記石炭供給装置と連結されて前記塊状炭材が装入され、その側面に設置された羽口から酸素と共に揮発分を含む微粉炭材を取込んで溶鉄を製造する溶融ガス化炉、
前記微粉炭材を供給する微粉炭材供給装置、及び
前記塊状炭材及び前記微粉炭材に含まれている揮発分から生成された前記溶融ガス化炉内の還元ガスを前記還元炉に供給する還元ガス供給管を含む溶鉄製造装置。 - 前記微粉炭材は8.0質量%乃至35.0質量%以下の揮発分を含み、前記揮発分は炭素及び水素を含む請求項27に記載の溶鉄製造装置。
- 前記微粉炭材の自由膨潤係数は6.0以下である請求項28に記載の溶鉄製造装置。
- 前記塊状炭材は20.0質量%乃至35.0質量%の揮発分を含み、前記揮発分は炭素及び水素を含む請求項27に記載の溶鉄製造装置。
- 前記塊状炭材の粒径は8mm乃至35mmである、請求項27に記載の溶鉄製造装置。
- 前記微粉炭材供給装置は、
原料炭を保管する原料炭保管槽、
前記原料炭保管槽と連結されて、前記原料炭を粉砕して微粉炭材を製造するミル、
前記ミルと連結されて、粉砕製造された微粉炭材を保管する微粉炭材保管槽、
前記微粉炭材保管槽から前記溶融ガス化炉に微粉炭材を定量供給するための均圧供給装置、
前記溶融ガス化炉の上部に設置されて、前記微粉炭材の供給量を調節する分配器、及び
前記均圧供給装置と連結されて、前記羽口に微粉炭材を供給する微粉炭材吹込み管を含む請求項27に記載の溶鉄製造装置。 - 複数の前記分配器は各々複数の羽口と連結されて、前記微粉炭材は前記各分配器に均等に供給されて各羽口に供給される請求項32に記載の溶鉄製造装置。
- 前記羽口付近に設置された混合室、
前記混合室に追加ガスを供給するように前記混合室と連結された追加ガス供給管、及び
前記混合室及び前記羽口を連結して前記微粉炭材を吹込む微粉炭材吹込み管をさらに含み、
前記混合室は、前記微粉炭材供給装置と連結されて、前記微粉炭材供給装置から供給された微粉炭材を前記追加ガスを利用して前記微粉炭材吹込み管を通じて前記溶融ガス化炉に吹込む請求項27に記載の溶鉄製造装置。 - 前記微粉炭材は輸送ガスと共に前記混合室に供給される請求項34に記載の溶鉄製造装置。
- 前記追加ガス供給管から供給される追加ガスの流量を調節し、前記微粉炭材吹込み管から排出される微粉炭材の流速を40〜70m/secに調節する請求項34に記載の溶鉄製造装置。
- 前記追加ガスとして燃焼性ガスを使用する請求項34に記載の溶鉄製造装置。
- 前記追加ガス供給管は前記微粉炭材吹込み管と30°乃至90°の角度をなす請求項34に記載の溶鉄製造装置。
- 前記石炭供給装置は、粉炭を成形して製造した成形炭を供給する成形炭製造装置を含む請求項27に記載の溶鉄製造装置。
- 前記成形炭製造装置は、
前記粉炭を乾燥する乾燥機、
前記乾燥機で発生する粉塵を捕集する粉塵除去機、
前記乾燥機と連結されて、前記乾燥された粉炭にバインダーを添加して混合する混合器、及び
前記混合器と連結されて、前記バインダーを添加して混合した粉炭を成形して成形炭を製造する一対のロールを含む請求項39に記載の溶鉄製造装置。 - 前記粉塵除去機は、捕集された粉塵を前記微粉炭材として前記微粉炭材供給装置に供給する請求項40に記載の溶鉄製造装置。
- 前記微粉炭材供給装置は、前記成形炭製造装置と連結されて、前記成形炭製造装置から微粉炭材の供給を受ける請求項39に記載の溶鉄製造装置。
- 前記還元炉は順次に連結された多段の流動還元炉である請求項27に記載の溶鉄製造装置。
- 前記還元炉と連結されて、前記還元体を塊状化する塊状体製造装置をさらに含み、前記塊状体製造装置で製造した塊状体を前記溶融ガス化炉に供給する請求項43に記載の溶鉄製造装置。
- 前記還元炉は充填層型還元炉である請求項27に記載の溶鉄製造装置。
- 前記羽口の前に形成される燃焼空間の長さは0.7m乃至1.0mである請求項27に記載の溶鉄製造装置。
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