JP2502976B2

JP2502976B2 - 鉄鉱石予備還元装置

Info

Publication number: JP2502976B2
Application number: JP61071561A
Authority: JP
Inventors: 達彦江頭; 信義西原; 洋一林
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-03-28
Filing date: 1986-03-28
Publication date: 1996-05-29
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: JPS62228877A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、溶融還元法に使用するため、鉄鉱石を流動
層で還元する装置に関する。

〔従来の技術〕

鉄鉱石を還元して溶銑を製造するために、高炉を使用
する方法，シャフト炉で還元した鉄鉱石を電気炉で溶解
する方法等が従来から採用されている。

高炉を使用する方法においては、熱源及び還元剤とし
て多量のコークスを使用している。また、鉄源である鉄
鉱石は、炉内における通気性、還元性を向上させるため
に通常焼結され、焼結鉱とし高炉に装入されている。こ
のようなことから、該高炉法は、強粘結炭を乾溜するた
めのコークス炉設備及び焼結鉱を製造するための焼結設
備を必要とする。したがって、該高炉法には、多大な設
備費は勿論のこと、多くのエネルギー及び労働が必要と
なる。このため、高炉法には処理コストが高くなるとい
う欠点があった。更に、強粘結炭は世界的に賦存量が少
なく、しかもその分布が地域的に偏っているため、供給
が不安定である。

一方、シャフト炉による鉄鉱石の還元法では、鉄鉱石
をペレット化する前処理を行うことが必要となり、また
還元剤，熱源として高価な天然ガス等を多量に消費する
という欠点がある。

このような従来の溶銑製造技術に代わるものとして、
溶融還元製錬法が注目を浴びている。この方法で使用す
る溶融還元炉は、使用する原料に制約を受けることな
く、より小規模な設備により鉄系合金の溶湯を製造する
ことを目的として開発されたものである。

このような溶融還元法の一つとして、本発明者等は、
先に第２図に示すようなフローで構成される方法を特願
昭59−184056号（特開昭61−64807号）として提案し
た。

この方法によるとき、次のようにして溶銑が製造され
る。すなわち、鉄鉱石１及び石灰石２は、流動層予熱炉
３内で石炭４と空気５との燃焼反応で生じた熱によって
加熱される。その結果、石灰石２（CaCO₃）は、生石灰
（CaO）となって流動層予備還元炉６に供給される。

流動層予備還元炉６内では、流動状態の予熱鉱石及び
生石灰に、石炭７及び酸素又は酸素含有ガス８が吹き込
まれる。この石炭７は、流動層予備還元炉６内で予熱鉱
石と熱交換し、また酸素との反応による部分燃焼によっ
て熱分解する。これにより、石炭７は還元性のガスを発
生すると共に、チャー９となる。

他方、溶融還元炉10で発生したガス又はそのガスを脱
炭酸処理して得られる還元ガス11は、流動予備還元炉６
からの燃料ガス12との熱交換によって700〜900℃に昇温
された後、流動層予備還元炉６に吹き込まれる。流動層
予備還元炉６に吹き込まれた還元ガス11は、石炭７の熱
分解により生成した還元ガスと混合されて、流動状態に
ある高温の粉粒状鉄鉱石を還元し、還元鉱13を生成す
る。

また、流動層予熱炉３内に生成した生石灰14は、予熱
鉱石と共に流動層予備還元炉６に装入され、流動層予備
還元炉６内にあるガスの脱硫を行う。次いで、該生石灰
14は、還元鉱13及びチャー９と共に流動層予備還元炉６
から排出される。

このようにして得られた還元鉱13,チャー９及び生石
灰14に対して、溶融還元炉10における熱バランス上必要
な石炭，コークス等の炭材が外部から加えられ、混練さ
れる。次いで、混合物は、ブリケットマシン等の塊成化
装置15によってブリケット16に成形された後、装入装置
17によって溶融還元炉10に装入される。

この溶融還元炉10内には、上吹きランス18から酸素19
が浴に向かって吹き付けられると共に、底吹き羽口20か
ら浴中に酸素及び炭材が吹き込まれている。そして、ブ
リケット16に含まれている炭材，底吹き羽口20から酸素
と共に吹き込まれている炭材，装入装置17から供給され
たコークス21等の炭材は、上吹きランス18から供給され
た酸素と反応し、溶融還元炉10内に多量の熱を発生す
る。この発生熱によって、ブリケット16中の還元鉱13が
溶融し、還元が進行して溶銑22となる。

一方、還元鉱13中の脈石と炭材及び生石灰14とが反応
して、スラグ23が生成する。このスラグ23は、溶融還元
炉10内に貯留し、時間が経過するにつれその量を増して
いく。そこで、該スラグ23を間欠的又は連続的に炉外に
排出する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような溶融還元法においては、特にその開発過程
からしても明らかなように、使用可能な原料の範囲の拡
大，熱回収の効率化，溶融還元炉における製錬反応の促
進等を如何にして達成するかが今後の課題である。

しかし、一般炭，粉鉱石等の廉価な原料を使用する
と、処理過程で多量の粉塵が発生し、また炉内では通気
性の低下が生じる。このため、従来の製鉄法のように原
料に対して予め塊状化，粒状化等の処理を施していた。
また、これまでに開発されている溶融還元法において
は、流動層予備還元炉から排出される還元鉱は、必要に
応じて熱回収した後、単に溶融還元炉に投入しているに
過ぎない。このような方式では、効率的な熱回収及び製
錬反応の促進を行うことに限度がある。

そこで、本発明は、流動層予備還元炉から排出される
還元鉱の性状に着目し、その性状に応じた冷却方式を採
用することにより、熱回収の効率化及び製錬反応の促進
を図ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の鉄鉱石予備還元装置は、その目的を達成する
ため、溶融還元法に使用する予備還元鉱石を製造する設
備において、流動層予備還元炉の出口にサイクロンを設
け、該サイクロン下部と、流動層予備還元炉下部とを、
キャリアガス吹き込み口を設けたニューマチックフィー
ダーを介して連結して、外部粒子循環装置を形成し、こ
の外部粒子循環装置に細粒状の還元鉱を取り出す排出口
を設け、且つ、前記流動層予備還元炉の底部に粗粒状の
還元鉱を取り出す排出口を設けると共に、排出される還
元鉱をそれぞれ別個のクーラに導く経路を設けたことを
特徴とする。

〔作用〕

流動層予備還元炉においては、細粒状及び粗粒状の還
元鉱が生成する。このうち、細粒状の還元鉱は飛散しや
すいので、流動層予備還元炉にサイクロン等の集塵設備
を付設し、飛散した細粒状の還元鉱を捕集している。こ
れらの細粒状及び粗粒状の還元鉱を混合し、一括して冷
却使用すると、クーラにおける通気性が低下する。ま
た、流動層方式のクーラを採用する場合には、細粒が吹
き飛ばされたり、粗粒が沈降したりすることに起因し、
捕集物全体を充分に冷却することができない。

そこで、本発明においては、粒子循環装置を付設した
流動層予備還元炉の別個の個所から、それぞれ細粒状及
び粗粒状の還元鉱が得られることを利用するものであ
る。すなわち、細粒状の還元鉱は、粒子循環経路におけ
る風篩作用によって整粒されたものとして得られる。他
方、粗粒状の還元鉱は、流動層予備還元炉の底部に沈降
することにより得られる。そして、細粒は、空塔速度の
小さい流動層で冷却する。また、粗粒は、空塔速度の大
きい流動層クーラ或いは固定床式のクーラで冷却する。
また、この冷却された細粒状及び粗粒状の還元鉱をそれ
ぞれ別個の搬送経路を経て溶融還元炉まで搬送するの
で、その搬送過程におけるトラブルも解消される。

更に、細粒状及び粗粒状の還元鉱は、比表面積が異な
るため流動層予備還元炉において受けた還元反応の度合
に相違が生じている。この還元度の異なる細粒状及び粗
粒状の還元鉱を、同じ鉄源として溶融還元炉に投入した
のでは、効率的な製錬反応を行ううえで問題がある。こ
の点、本発明によるとき、細粒及び粗粒をそれぞれ別個
の搬送経路で送っているので、溶融還元炉内部の所定の
個所に送り込むことができる。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明の特徴を具体的に説明す
る。

第１図は本発明の流動層還元装置の要部を示すもので
ある。なお、第１図において、第２図に示したものと同
じ材料，機構等は同じ符番で指示している。

鉄鉱石1,石灰石２等の製鉄原料は、それぞれのホッパ
ー1a,2aを介して流動層予熱炉３に投入され、この流動
層予熱炉３で予熱された後、流動層予備還元炉６に送り
こまれる。この流動層予備還元炉６には、溶融還元炉10
（第２図参照）から排出される還元ガス11が送り込まれ
ており、その還元ガス11によって、鉄鉱石１が流動層予
備還元炉６内で予備還元される。

このとき、流動層予熱炉３から延びる排ガス煙道24の
途中に、主として粉粒状の鉄鉱石，石灰石等の製鉄原料
をホッパー1a,2aから供給する。この粉粒体の内、細粒
のものは、流動層予備還元炉６から排出される排ガスの
流れに乗って、配管25を経て多段式のサイクロン26に送
られる。他方、粗粒の原料は、排ガス煙道24を経て流動
層予備還元炉６内に落下する。

サイクロン26で排ガスと分離された細粒の原料は、下
部にあるホッパー27に一時的に蓄える。そして、流動層
予熱炉３内の流動状態，温度等の条件を考慮しながら、
ニューマチックフィーダー28aから流動層予熱炉３内に
切り出す。

流動層予熱炉３には、石炭７がホッパー7aを介して投
入されている。また、該流動層予熱炉３内には、炉床に
設けた空気分散ノズル，多孔板等を介して流動燃焼用の
空気５が送りこまれている。この空気５により、投入さ
れた石炭７が流動燃焼され、流動層予熱炉３内の流動層
を600〜1000℃の範囲に維持している。この雰囲気の下
に、投入された鉄鉱石1,石灰石２等の原料は、予熱焙焼
される。

流動層予熱炉３から排出された予熱済みの鉄鉱石，石
灰等の混合物は、石炭７が変質してできたチャーを混入
している。この混合物を切出し、ニュマチックフィーダ
ー28b,ロータリフィーダー等により流動層予備還元炉６
に装入する。

溶融還元炉10から排出された還元ガス11が、炉下部を
通して流動層予備還元炉６内に吹き込まれている。この
還元ガス11により、流動層予熱炉３から送り込まれた鉄
鉱石等の原料は、流動層予備還元炉６内で浮遊流動さ
れ、還元ガス11に含まれているCO,H₂等によって予備還
元される。還元ガス11吹込みの空塔速度は、流動層予備
還元炉６内で鉄鉱石等がフリーボード内を浮遊飛散する
程度に大きくする。これにより、還元反応性が向上す
る。

また、流動層予備還元炉６から外部に飛散した鉄鉱石
を再び流動層予備還元炉６に戻すために、流動層予備還
元炉６の上部に粒子循環装置29を設けても良い。この粒
子循環装置29としては、第１図で示されているように、
多段式のサイクロン30a,30b及びニューマチックフィー
ダー28cを備えたものを採用することができる。この粒
子循環装置29にニューマチックフィーダー28cを用いる
とき、機械的駆動部がないので故障が少ないという利点
がある。

更に、第１図の例に示すように、流動層予備還元炉６
を多段に設けても良い。この多段配置を採用するとき、
還元率の向上，均一な還元及び還元の制御精度の向上が
図られ、しかも還元ガスの利用効率も向上する。

この場合、一段目の流動層予備還元炉６にも、二段目
の流動層還元炉６と同様にサイクロン30c及びニューマ
チックフィーダー28eを備えた粒子循環装置29を設けて
いる。また、二段目の流動層予備還元炉６から送り込ま
れた還元鉱は、ニューマチックフィーダー28dにより一
段目の流動層予備還元炉６に切り出される。

また、流動層予備還元炉６に微粉炭バーナ31を設け、
還元ガス及び赤熱チャーを生成噴出されることによっ
て、還元過程における還元ガスの再加熱及びガスの改質
が行われ、還元能力の強化が図られる。その結果、高い
生産性を得ることができる。

また、流動層予備還元炉６において、鉄鉱石，石灰等
に石炭，チャー等を混在させることによって、石炭，チ
ャーによる還元ガスの炉内再生機能を持たせることがで
きる。

このような予備還元装置において、流動層予備還元炉
６からの還元鉱の切出しを粒子循環装置29に繋がる経路
32a及び流動層下部に繋がる経路32bを介して行う。流動
層予備還元炉６から飛散したものが、粒子循環装置29か
ら切り出される還元鉱であるので、細粒状態にある。他
方、流動層予備還元炉６内で沈降したものが、流動層下
部から切り出される還元鉱となるので、粗粒状態にあ
る。これらの細粒状及び粗粒状の還元鉱が、それぞれの
経路32a及び32bを経てそれぞれ別個のクーラ33a,33bに
送られる。クーラ33a,33bでは、還元鉱は、ハンドリン
グ可能な温度にまで冷却される。

これらクーラ33a,33bは、流動層ボイラー方式であ
り、装入された還元鉱はN₂等の不活性ガスの吹込みによ
り流動化されている。また、装入された還元鉱の熱は、
クーラ33a,33bを貫通するボイラーチューブ34を介して
伝熱により高圧の水蒸気35として回収される。他方、流
動化に使用されたN₂等の不活性ガスは、循環利用され
る。

すなわち、細粒鉱及び粗粒鉱では、前述したように流
動化速度が大きく異なり、これが流動化状態の相違をも
たらす。したがって、この流動化状態の異なる細粒鉱及
び粗粒鉱を一個のクーラで冷却したのでは、その冷却効
率が悪い。たとえば、細粒鉱に合わせた冷却条件を選ぶ
とき、粗粒鉱は流動化せず冷却され難い。また流動化し
ていない粗粒鉱は、堆積しやすく、クーラからの排出も
困難になる。他方、冷却条件を粗粒鉱に合わせるとき、
細粒鉱は飛散してしまい、冷却されなくなる。その結
果、製品歩留りが低下する。この点、本実施例において
は、細粒鉱及び粗粒鉱を別個のクーラ33a,33bにおいて
それぞれの粒度に合った流動化条件の下で冷却している
ので、効率的な冷却が行われる。なお、粗粒鉱に対して
は、充填層等の冷却方式を採用することもできる。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、流動層予
備還元炉から排出される細粒鉱及び粗粒鉱を、それぞれ
別個の系統により処理することにより、効率的な熱回収
及び溶融還元反応の促進が図られる。また、細粒鉱を積
極的に取り扱うことができることから、一般炭及び粉鉱
石等を原料として使用することが可能になった。しか
も、予備還元炉内において鉄鉱石が流動状態で還元反応
を受けるのでその反応率が高く、且つ使用する還元ガス
が溶融還元炉から送られてきたものであるので、経済的
な予備還元を行うことができる。このようにして、本発
明は、溶融還元法により溶銑を製造する上で、多大の効
果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の予備還元設備の要部を示し、第２図は
本発明者等が先に提案した溶融還元法の概略を説明する
図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者林洋一北九州市八幡東区枝光１丁目１番１号新日本製鐵株式會社第三技術研究所内 (56)参考文献特開昭57−122929（ＪＰ，Ａ) 特公昭60−46354（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融還元法に使用する予備還元鉱石を製造
する設備において、流動層予備還元炉の出口にサイクロ
ンを設け、該サイクロン下部と、流動層予備還元炉下部
とを、キャリアガス吹き込み口を設けたニューマチック
フィーダーを介し連結して、外部粒子循環装置を形成
し、この外部粒子循環装置に細粒状の還元鉱を取り出す
排出口を設け、且つ、前記流動層予備還元炉の底部に粗
粒状の還元鉱を取り出す排出口を設けると共に、排出さ
れる還元鉱をそれぞれ別個のクーラに導く経路を設けた
ことを特徴とする鉄鉱石予備還元装置。