JP2013505356A - 還元鉄製造装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、還元鉄製造装置およびその製造方法に関する。還元鉄の製造方法は、ｉ）鉱石乾燥機で鉱石を乾燥させる段階、ｉｉ）乾燥された鉱石を一つ以上の還元炉に供給する段階、ｉｉｉ）一つ以上の還元炉で鉱石を還元させて、還元鉄を製造する段階、ｉｖ）還元炉から鉱石を還元させた排ガスを排出させる段階、ｖ）排ガスを分岐して鉱石移送用ガスを提供する段階、及びｖｉ）排ガス及び鉱石移送用ガスを熱交換させて、排ガスの顕熱を鉱石移送用ガスに伝達する段階を含む。乾燥された鉱石を一つ以上の還元炉に供給する段階で、鉱石移送用ガスによって乾燥された鉱石を一つ以上の還元炉に供給する。

Description

本発明は、還元鉄製造装置およびその製造方法に関し、より詳しくは、還元鉄の製造効率を増加させた還元鉄製造装置およびその製造方法に関する。

溶融還元製鉄法では、還元鉄および石炭を溶融ガス化炉に装入して、還元鉄を溶融させることによって、鎔鉄を製造する。溶融ガス化炉に装入する還元鉄は、鉱石を還元ガスで還元させて製造する。

鉱石は、流動層型還元炉または充填層型還元炉で還元される。鉱石は、流動層型還元炉または充填層型還元炉に装入される前に予熱される。鉱石を予熱する場合、鉱石に含まれた水分を事前に除去することができる。したがって、鉱石を流動層型還元炉または充填層型還元炉に装入する前に、鉱石の貯蔵、排出、および移送などにおいて、水分による鉱石間の粘着を防止することができる。また、鉱石の貯蔵装置、排出装置、または移送装置で、鉱石がその内部に付着するのを防止することができる。そして、鉱石を還元炉に装入した後に、水分の乾燥に必要なエネルギーを低減することができるので、より少量の還元ガスを用いて、鉱石を還元鉄に変換させることができる。

特に、流動層型還元炉では、粉鉱を直接使用する。したがって、前述した粘着の問題および付着の問題が深刻な操業障害の要因として作用する。したがって、鉱石を還元炉に装入する前に粉鉱を乾燥させるために、水分の乾燥によって低減することができるエネルギーを上回るエネルギーを使用する鉱石乾燥装置が必要である。

還元鉄の製造費用を最少化した還元鉄製造装置を提供する。また、還元鉄の製造費用を最少化した還元鉄製造方法を提供する。

本発明の一実施例による還元鉄の製造方法は、ｉ）鉱石乾燥機で鉱石を乾燥させる段階、ｉｉ）乾燥された鉱石を一つ以上の還元炉に供給する段階、ｉｉｉ）一つ以上の還元炉で鉱石を還元させて、還元鉄を製造する段階、ｉｖ）還元炉から鉱石を還元させた排ガスを排出させる段階、ｖ）排ガスを分岐して鉱石移送用ガスを提供する段階、およびｖｉ）排ガスおよび鉱石移送用ガスを熱交換させて、排ガスの顕熱を鉱石移送用ガスに伝達する段階を含む。乾燥された鉱石を一つ以上の還元炉に供給する段階で、鉱石移送用ガスによって乾燥された鉱石を一つ以上の還元炉に供給する。

乾燥された鉱石を一つ以上の還元炉に供給する段階で、乾燥された鉱石の還元炉に対する供給方向は、鉱石移送用ガスの流れる方向と一致し、乾燥された鉱石は、線状流動で還元炉に供給される。乾燥された鉱石を一つ以上の還元炉に供給する段階は、ｉ）乾燥された鉱石を第１方向に沿って供給する段階、およびｉｉ）乾燥された鉱石を第１方向と交差する第２方向に沿って供給し、乾燥された鉱石は、第２方向に沿って上昇する段階を含むことができる。乾燥された鉱石を第１方向に沿って供給する段階で、第１方向に沿って移送される乾燥された鉱石の水分量は、０より大きく７ｗｔ％以下である。乾燥された鉱石を一つ以上の還元炉に供給する段階は、第２方向と交差する複数の第３方向に沿って乾燥された鉱石を下降させながら、放射状に還元炉に供給する段階をさらに含むことができる。乾燥された鉱石を一つ以上の還元炉に供給する段階は、乾燥された鉱石を第２方向と第３方向との間の密閉空間内で流動させる段階をさらに含むことができる。

排ガスを分岐して鉱石移送用ガスを提供する段階で、排ガスを圧縮した後に分岐させる。排ガスを分岐して鉱石移送用ガスを提供する段階で、排ガスに含まれた粉塵を乾式集塵した後で、排ガスを分岐させる。排ガスの顕熱を鉱石移送用ガスに伝達する段階で、熱交換機での排ガスの流れる方向および鉱石移送用ガスの流れる方向は、互いに反対である。乾燥された鉱石を一つ以上の還元炉に供給する段階で、鉱石移送用ガスの温度は、１５０℃乃至３００℃である。

本発明の一実施例による還元鉄製造装置は、ｉ）鉱石を乾燥させる鉱石乾燥機、ｉｉ)鉱石乾燥機から乾燥された鉱石の供給を受けて、乾燥された鉱石を鉱石移送用ガスによって移送させる鉱石供給機、ｉｉｉ）乾燥された鉱石の供給を受けて、乾燥された鉱石を還元させて還元鉄を製造する一つ以上の還元炉、ｉｖ）還元炉と連結されて、乾燥された鉱石を還元させた排ガスを排出させる排ガス管、ｖ）排ガス管から分岐されて鉱石移送用ガスを提供し、乾燥された鉱石を鉱石移送用ガスによって鉱石供給機から還元炉に移送させる移送ガス管、およびｖｉ）排ガス管および移送ガス管が貫通して、排ガスの顕熱を鉱石移送用ガスに伝達する熱交換機を含む。

移送ガス管は、ｉ）第１方向に延びた第１移送ガス管部、およびｉｉ）第１移送ガス管部と連結されて、第１方向と交差する第２方向に沿って延びた第２移送ガス管部を含み、第２移送ガス管部は、上下方向に延びる。移送ガス管は、第２移送ガス管部と連結されて、第２方向と交差する第３方向に沿って延びた複数の第３移送ガス管部をさらに含み、複数の第３移送ガス管部は、還元炉に放射状に連結される。移送ガス管は、第２移送ガス管部および複数の第３移送ガス管を互いに連結し、密閉空間がその内部に形成された分配器をさらに含むことができる。本発明の一実施例による還元鉄製造装置は、排ガス管に設置されて、排ガスを分岐する前に圧縮するガス圧縮器をさらに含むことができる。本発明の一実施例による還元鉄製造装置は、排ガス管に設置されて、排ガスを分岐する前に排ガスに含まれた粉塵を乾式集塵する乾式集塵機をさらに含むことができる。

本発明の一実施例による還元鉄製造装置は、鉱石供給機および移送ガス管を連結する鉱石供給管をさらに含み、鉱石供給管は、移送ガス管が延びた方向と交差する方向に延びる。還元炉は、流動層型還元炉または充填層型還元炉である。

粉鉱形態の鉱石を適正水準に乾燥して移送して、還元炉内に形成されている鉱石層の内部に直接装入することができる。したがって、鉱石の乾燥および移送工程が簡単になり、還元鉄の製造費用が低減されて、工程効率が向上する。また、還元炉内での鉱石の混合効率が向上する。

本発明の第１実施例による還元鉄製造装置の概略的な斜視図である。 図１のＩＩ部分を拡大した概略的な図面である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って還元炉を切断した概略的な断面図である。 本発明の第２実施例による還元鉄製造装置の概略的な斜視図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例について、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実施することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は、多様な形態に具現され、ここで説明する実施例に限定されない。

明細書で使用される技術用語および科学用語を含む全ての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が一般的に理解する意味と同一な意味を有する。通常使用される辞典に定義された用語は、関連技術文献および現在開示された内容に符合する意味を有するものと追加解釈され、定義されない限り、理想的であったり極めて公式的な意味に解釈されない。

以下で使用される還元鉄製造装置は、還元された形態の鉄を製造することができる全ての装置を含むものと解釈される。また、還元鉄は、微粉形状または塊成体形状など、いかなる形態も有することができる。そして、還元鉄は、鎔鉄製造装置で鎔鉄を製造する場合に使用することができるので、鎔鉄製造装置は、還元鉄製造装置を含むことができる。

図１は、本発明の第１実施例による還元鉄製造装置１００を概略的に示した図面である。図１の還元鉄製造装置１００の構造は、単に本発明を例示するためのものであり、本発明がこれに限定されるのではない。したがって、還元鉄製造装置１００の構造を多様に変形することができる。

図１に示したように、還元鉄製造装置１００は、鉱石乾燥機１０、鉱石供給機１５、還元ユニット２０、排ガス管３０、移送ガス管４０、および熱交換機５０を含む。その他に、還元鉄製造装置１００は、他の装置をさらに含むことができる。

鉱石は、ヤードから移送されて鉱石乾燥機１０に供給される。鉱石には副原料が混合されることがあり、鉱石は、広い範囲の粒度を有することがある。図１には示していないが、ヤードから移送される鉄鉱石内の水分が７ｗｔ％以下である場合、鉄鉱石は、鉱石乾燥機１０を経ずに直接鉱石供給機１５に供給される。

鉱石乾燥機１０は、常圧および大気接触状態で稼動される。したがって、鉱石乾燥機１０で乾燥された鉱石を複数の還元炉２０１の内部に装入するためには、大気との接触を防止しながら鉱石を装入する鉱石供給機１５を提供する。

図１に示したように、鉱石供給機１５は、鉱石乾燥機１０から乾燥された鉱石の供給を受ける。鉱石供給機１５は、乾燥された鉱石を鉱石移送用ガスによって移送させる。ここで、鉱石供給機１５は、定量の乾燥された鉱石を移送させる。

図１に示したように、還元ユニット２０は、複数の還元炉２０１および酸素バーナー２０３を含む。複数の還元炉２０１は、互いに連結されて、還元ガスを順次に移送することにより、複数の還元炉２０１に装入された鉱石を還元させる。鉱石を還元させるために、還元ユニット２０には還元ガスが供給される。各還元炉２０で鉱石の還元を完了した還元ガスは、その温度が低下するので、酸素バーナー２０３を使用して還元ガスを加熱する。その結果、適切な還元率を有する還元ガスを確保することができる。鉱石は、還元ユニット２０で還元された後、還元鉄に変換されて、排出される。鉱石は、還元炉２０１で流動しながら還元ガスと接触して還元される。したがって、還元炉２０１は、流動層型還元炉として機能する。還元鉄を電気炉または溶融ガス化炉に装入した後で、溶融することによって、鎔鉄を製造することができる。

図１に示したように、排ガス管３０は、還元炉２０１と連結される。したがって、排ガス管３０は、乾燥された鉱石を還元させた排ガスを排出させる。排ガス管３０には、乾式集塵機３２、ガス圧縮器３４、および二酸化炭素除去機３６などが設けられる。乾式集塵機３２は、高温セラミックフィルターなどを使用して、排ガスに含まれた微粉を乾式集塵する。排ガスに含まれた微粉は、乾燥ガス管４０によって分岐される前に乾式集塵される。排ガスに含まれた微粉を水集塵する場合、スラッジが発生するので、後処理費用が多く消耗される。したがって、排ガスに含まれた微粉は、乾式集塵機３２によって乾式集塵して除去すれば、還元鉄の製造費用を低減することができる。

ガス圧縮器３４は、乾式集塵機３２を通過した排ガスを圧縮する。したがって、排ガスの流速圧力が増加する。排ガスは、乾燥ガス管４０によって鉱石移送用ガスとして分岐される前にガス圧縮器３４によって圧縮される。

圧縮器３４を通過した排ガスに含まれた二酸化炭素は、二酸化炭素除去機３６を通過しながら除去される。したがって、排ガスの還元効率を増加させることができる。還元効率が増加した排ガスを還元ガスに混合して還元ユニット２０に供給することによって、鉱石の還元に必要な還元ガスの量を増加させることができる。

一方、図１に示したように、鉱石供給管１２を通して移送ガス管４０側に排出される鉱石は、移送ガス管４０の内部に流れる鉱石移送用ガスによって還元炉２０１に供給される。移送ガス管４０は、圧縮器３４および二酸化炭素除去機３６の間で排ガス管３０に連結される。すなわち、移送ガス管４０は、排ガス管３０に分岐されて、鉱石移送用ガスを提供する。

図１に示したように、排ガス管３０および移送ガス管４０は、熱交換機５０を貫通する。したがって、熱交換機５０は、排ガス管３０を通過する排ガスおよび移送ガス管４０を通過する鉱石移送用ガスを互いに熱交換させることができる。すなわち、排ガスの顕熱を鉱石移送用ガスに伝達することによって、鉱石移送用ガスを昇温させることができる。

図１の熱交換機５０の内部に点線矢印で示したように、排ガスは＋ｘ軸方向に沿って流れ、鉱石移送用ガスは−ｘ軸方向に沿って流れる。したがって、熱交換機５０で排ガスの流れる方向および鉱石移送用ガスの流れる方向は、互いに反対である。その結果、排ガスおよび鉱石移送用ガスが互いに効率的に熱交換するので、鉱石移送用ガスを所望の温度まで昇温させることができる。したがって、昇温された鉱石移送用ガスを用いて、移送される鉱石内の水分の凝縮を防止する。その結果、水分の凝縮による鉱石粒子間の相互粘着を防止して、鉱石を円滑に移送する。したがって、鉱石移送用ガスの温度は、１５０℃ 乃至３００℃である。この場合、３気圧乃至４気圧下で鉱石移送用ガスの水分の凝縮を防止することができる。

図１に示したように、移送ガス管４０は、第１移送ガス管部４０１、第２移送ガス管部４０３、および第３移送ガス管部４０５を含む。第１移送ガス管部４０１は、第１方向、つまりｘ軸方向に延びている。第２移送ガス管部４０３は、第１移送ガス管部４０１と連結される。第２移送ガス管部４０３は、第１方向と交差する第２方向、つまりｚ軸方向に沿って延びている。第２移送ガス管部４０３は、上下方向に延びている。第１移送ガス管部４０１および第２移送ガス管部４０３を使用して、還元炉２０１に向かって効率的に移送することができる。一方、第３移送ガス管部４０５は、第２移送ガス管部４０３と連結される。第３移送ガス管部４０５は、第２方向と交差する方向に延びている。

図１に示したように、鉱石供給管１２は、鉱石供給機１０および移送ガス管４０を互いに連結する。鉱石供給管１２は、ｚ軸方向、つまり乾燥ガス管４０が延びた方向と交差する方向に延びている。したがって、鉱石供給管１２は、重力を用いて移送ガス管４０に鉱石を供給することができる。

図２は、図１のＩＩ部分を拡大して概略的に示した図面である。図２には一つの第３移送ガス管部４０５のみを示したが、これは、単に本発明を例示するためのものであり、本発明がこれに限定されるのではない。したがって、複数の第３移送ガス管部４０５を使用することができる。

図２に矢印で示したように、乾燥された鉱石は、第１方向、つまりｘ軸方向に沿って供給される。次に、乾燥された鉱石は、再び第２方向、つまりｚ軸方向に沿って上昇する。ｘ軸方向に沿って移送される乾燥された鉱石の水分量は、０より大きく７ｗｔ％以下である。鉱石の水分量が７ｗｔ％を超える場合、鉱石内の水分によって鉱石が第２移送ガス管部４０３および第３移送ガス管部４０５の内壁に付着することがある。

図２に示したように、分配器４０４は、第２移送ガス管部４０３および第３移送ガス管部４０５を互いに連結する。分配器４０４の内部には、密閉空間が形成される。したがって、第２移送ガス管部４０３を通して移送された鉱石は、分配器４０４内で十分な流動空間を確保しながら流動する。したがって、第２移送ガス管部４０３および第３移送ガス管部４０５の連結部分が折れても、鉱石がその連結部位に停滞せず、矢印方向にその移送方向を変えながら還元炉２０１に円滑に移送される。

図２に示したように、第３移送ガス管部４０５は、還元炉２０１に連結されて、乾燥された鉱石を還元炉２０１に供給する。乾燥された鉱石は、第３移送ガス管部４０５が延びた第３方向に沿って下降しながら還元炉２０１に供給される。一方、鉱石移送用ガスは、第３移送ガス管部４０５に沿って乾燥された鉱石を還元炉２０１に移送させる。その結果、乾燥された鉱石の還元炉２０１に対する供給方向は、鉱石移送用ガスの流れる方向と一致する。乾燥された鉱石は、線形流動で還元炉２０１に供給される。したがって、連続的に鉱石を還元炉２０１に高速で供給することができる。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って還元炉２０１を切断した断面構造を概略的示した図面である。

図３に示したように、還元炉２０１の外壁２０１１には、複数の第３移送ガス管部４０５が連結される。複数の第３移送ガス管部４０５は、互いに一定の角度を形成しながら還元炉２０１に放射状に連結される。したがって、乾燥された鉱石は、還元炉２０１の内部で流れる還元ガスの流動を阻害せずに、複数の第３移送ガス管部４０５を通して矢印方向に沿って放射状に均一に還元炉２０１に装入されることができる。

図４は、本発明の第２実施例による還元鉄製造装置２００を概略的に示した図面である。図４の還元鉄製造装置２００は、充填層型還元炉２５を除いて、図１の還元鉄製造装置１００と同一である。したがって、同一な部分には同一な図面符号を使用し、その詳細な説明は省略する。

図４に示したように、還元鉄製造装置２００は、充填層型還元炉２５を含む。乾燥された鉱石は、充填層型還元炉２５に装入されて充填される。充填された鉱石は、充填層型還元炉２５で還元ガスによって還元されて、還元鉄に変換される。前述した方法を使用して、還元鉄を容易に製造することができる。

本発明を前記記載によって説明したが、下記に記載する特許請求の範囲の概念および範囲を逸脱しない限り、多様な修正および変形が可能であることを、本発明が属する技術分野の当業者は、容易に理解する。

１０ 鉱石乾燥機
１２ 鉱石供給管
１５ 鉱石供給機
２０ 還元ユニット
２５ 充填層型還元炉
３０ 排ガス管
３２ 乾式集塵機
３４ ガス圧縮器
３６ 二酸化炭素除去機
４０ 移送ガス管
５０ 熱交換機
１００ 還元鉄製造装置
２００ 還元鉄製造装置
２０１ 還元炉
２０３ 酸素バーナー
４０１ 第１移送ガス管部
４０３ 第２移送ガス管部
４０４ 分配器
４０５ 第３移送ガス管部
２０１１ 外壁

Claims (18)

1. 鉱石乾燥機で鉱石を乾燥させる段階、
   前記乾燥された鉱石を一つ以上の還元炉に供給する段階、
   前記一つ以上の還元炉で鉱石を還元させて、還元鉄を製造する段階、
   前記還元炉から前記鉱石を還元させた排ガスを排出させる段階、
   前記排ガスを分岐して鉱石移送用ガスを提供する段階、および
   前記排ガスおよび前記鉱石移送用ガスを熱交換させて、前記排ガスの顕熱を前記鉱石移送用ガスに伝達する段階を含み、
   前記乾燥された鉱石を一つ以上の還元炉に供給する段階で、前記鉱石移送用ガスによって前記乾燥された鉱石を前記一つ以上の還元炉に供給する、還元鉄製造方法。
2. 前記乾燥された鉱石を一つ以上の還元炉に供給する段階で、前記乾燥された鉱石の前記還元炉に対する供給方向は、前記鉱石移送用ガスの流れる方向と一致し、前記乾燥された鉱石は、線形流動で前記還元炉に供給される、請求項１に記載の還元鉄製造方法。
3. 前記乾燥された鉱石を一つ以上の還元炉に供給する段階は、
   前記乾燥された鉱石を第１方向に沿って供給する段階、および
   前記乾燥された鉱石を前記第１方向と交差する第２方向に沿って供給し、前記乾燥された鉱石は、前記第２方向に沿って上昇する段階を含む、請求項２に記載の還元鉄製造方法。
4. 前記乾燥された鉱石を第１方向に沿って供給する段階で、前記第１方向に沿って移送される前記乾燥された鉱石の水分量は、０より大きく７ｗｔ％以下である、請求項３に記載の還元鉄製造方法。
5. 前記乾燥された鉱石を一つ以上の還元炉に供給する段階は、前記第２方向と交差する複数の第３方向に沿って前記乾燥された鉱石を下降させながら、放射状に前記還元炉に供給する段階をさらに含む、請求項３に記載の還元鉄製造方法。
6. 前記乾燥された鉱石を一つ以上の還元炉に供給する段階は、前記乾燥された鉱石を前記第２方向と前記第３方向との間の密閉空間内で流動させる段階をさらに含む、請求項５に記載の還元鉄製造方法。
7. 前記排ガスを分岐して鉱石移送用ガスを提供する段階で、前記排ガスを圧縮した後に分岐させる、請求項１に記載の還元鉄製造方法。
8. 前記排ガスを分岐して鉱石移送用ガスを提供する段階で、前記排ガスに含まれた粉塵を乾式集塵した後で、前記排ガスを分岐させる、請求項１に記載の還元鉄製造方法。
9. 前記排ガスの顕熱を前記鉱石移送用ガスに伝達する段階で、前記熱交換機での前記排ガスの流れる方向および前記鉱石移送用ガスの流れる方向は、互いに反対である、請求項１に記載の還元鉄製造方法。
10. 前記乾燥された鉱石を一つ以上の還元炉に供給する段階で、前記鉱石移送用ガスの温度は、１５０℃乃至３００℃である、請求項１に記載の還元鉄製造方法。
11. 鉱石を乾燥させる鉱石乾燥機、
    前記鉱石乾燥機から前記乾燥された鉱石の供給を受けて、前記乾燥された鉱石を鉱石移送用ガスによって移送させる鉱石供給機、
    前記乾燥された鉱石の供給を受けて、前記乾燥された鉱石を還元させて還元鉄を製造する一つ以上の還元炉、
    前記還元炉と連結されて、前記乾燥された鉱石を還元させた排ガスを排出させる排ガス管、
    前記排ガス管から分岐されて前記鉱石移送用ガスを提供し、前記乾燥された鉱石を前記鉱石移送用ガスによって前記鉱石供給機から前記還元炉に移送させる移送ガス管、および
    前記排ガス管および前記移送ガス管が貫通して、前記排ガスの顕熱を前記鉱石移送用ガスに伝達する熱交換機を含む、還元鉄製造装置。
12. 前記移送ガス管は、
    第１方向に延びた第１移送ガス管部、および
    前記第１移送ガス管部と連結されて、前記第１方向と交差する第２方向に沿って延びた第２移送ガス管部を含み、
    前記第２移送ガス管部は、上下方向に延びた、請求項１１に記載の還元鉄製造装置。
13. 前記移送ガス管は、前記第２移送ガス管部と連結されて、前記第２方向と交差する第３方向に沿って延びた複数の第３移送ガス管部をさらに含み、
    前記複数の第３移送ガス管部は、前記還元炉に放射状に連結された、請求項１２に記載の還元鉄製造装置。
14. 前記移送ガス管は、前記第２移送ガス管部および前記複数の第３移送ガス管を互いに連結し、密閉空間がその内部に形成された分配器をさらに含む、請求項１３に記載の還元鉄製造装置。
15. 前記排ガス管に設置されて、前記排ガスを分岐する前に圧縮するガス圧縮器をさらに含む、請求項１４に記載の還元鉄製造装置。
16. 前記排ガス管に設置されて、前記排ガスを分岐する前に前記排ガスに含まれた粉塵を乾式集塵する乾式集塵機をさらに含む、請求項１５に記載の還元鉄製造装置。
17. 前記鉱石供給機および前記移送ガス管を連結する鉱石供給管をさらに含み、前記鉱石供給管は、前記移送ガス管が延びた方向と交差する方向に延びた、請求項１１に記載の還元鉄製造装置。
18. 前記還元炉は、流動層型還元炉または充填層型還元炉である、請求項１１に記載の還元鉄製造装置。

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