JP2562172B2 - 鉄鉱石流動層還元装置 - Google Patents

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・高炉法等に使用するための鉄鉱
石を流動層還元炉で還元する鉄鉱石還元装置に関する。

［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。

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容湯を製造することを
目的として開発されたものである。

本出願人は、先に特開昭61−64807号公報にこのよう
な溶融還元法の一つを提案した。

このような溶融還元法においては、特にその開発過程
から明らかなように、使用可能な原料の範囲の拡大、還
元効率の向上、溶融還元炉における精錬反応の促進、溶
融還元炉で発生するCO,H₂リッチな還元ガスの有効利用
を如何にして達成するかの課題がある。

そこで、本発明者等は、先にかかる観点から、特願昭
61−286599号明細書において、粒子循環タイプの鉄鉱石
流動層還元装置の一つを提案した。

第３図はそのフローを示す。

即ち流動層還元炉に外部粒子循環装置を付設し、流動
層還元炉11の上部に設けられている出口にサイクロン14
を接続し、還元ガス12と同伴し飛散してきた細粒子を捕
捉している。

サイクロン14の下部には捕捉した粒子を一時溜めるホ
ッパー15が接続され、このホッパー15で一時蓄え所定量
を循環切出装置16で流動層還元炉１に戻すものである。

一方流動層還元炉11の炉内には複数のガス吹出し口1
7,18が形成されている。このガス吹出し口17,18の中間
部にバブリング流動層19を形成し、このバブリング流動
層19内に前記外部粒子循環装置の循環出口が設けられて
いる。

また流動層還元炉11の炉底部に充填層20が形成され、
充填層20内に炉底吹込みノズル21が設けられている。

図中22は粉鉱石、石炭石等の原料13を流動層還元炉11
に装入する為の切出弁、23,24,25は還元ガスの吹出し量
を調整するための流動調節弁、26は細粒状の還元鉱の切
出弁、27は細粒状の還元鉱の切出弁である。

次に切出弁から粉鉱石、石灰石等の原料13を流動層還
元炉11に装入し、還元ガス12を流動調節弁23,24,25を介
してガス吹出し口17,18,21より吹込むと、最上部のガス
吹込みノズル17の上方は全てのガス吹込みノズルの吹出
し量が加わり、細粒状の原料粒子の終末速度Utより大き
い速度となり、細粒状の原料粒子は還元ガスと反応しな
がら流動層還元炉の上方へ飛散する。

他方の粗粒状の原料は細粒状の原料に比べ終末速度Ut
が大きい為、ガス吹出し口17で飛散せず、二ヶ所のガス
吹出し口17,18間に位置するバブリング流動層19で更に
風ふるいされ、粗粒子は炉下部の充填層20まで下降す
る。

充填層20内の粗粒子は炉下部に位置する炉底吹込みノ
ズル21により、適正な流動の還元ガスにより還元が確実
になされ、切出弁27から粗粒状の還元鉱が排出され次工
程へ送られる。

一方細粒子は流動層還元炉11内で飛散され、炉上部の
出口からサイクロン14で捕捉され、ホッパー15、循環切
出装置16を介し、バブリング流動層19に循環させ、再び
還元が行われる。

そして所望の還元を得られた細粒子の還元鉱は切出弁
26から排出され次工程へ送られる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、粒度分布の広い鉄鉱石を使用すると、流動層
還元炉での流動性確保が非常に難かしく、操業性に問題
があった。すなわち細粒子を飛散させないようにする
と、素粒子の流動が悪化もしくは停止し、粗粒子の還元
反応性が著しく低下すると共に凝集のトラブルが生ず
る。

一方還元反応を促進させるため、粗粒子の流動性を高
めようと流動層内の還元ガス空塔速度を速くすると、細
粒子の流動層からの飛散が大となる。

このため飛散粒子をサイクロン等の粒子補集器で補集
し、粒子循環装置で再度流動層内に戻す粒子循環方式を
採用することになる。

この場合粒度分布が広いと粒子の循環量は甚大なもの
なり、循環装置が非常に大きくなり合理的でなかった。

また還元速度は鉱石の粒度の影響が大であり、粒度が
大になると還元速度は著しく低下する。

このため粒度の広い鉄鉱石を還元する場合、均一な還
元が難かしく、細粒の還元度が粗粒のそれに比べ進み高
還元度となり、還元鉱同志の付着性が増し、細粒同志に
よる凝集、あるいは粗粒への凝集が生じ、流動性の悪
化、さらに流動性停止トラブルが発生する危険があっ
た。

したがって、流動層還元炉に供給する鉄鉱石を、事前
に乾燥ふるい分けをする工程を設け、整粒したものを装
入するが、この乾燥ふるい分け設備が大きくなる欠点が
あった。

［課題を解決するための手段］ 本発明の鉄鉱石流動層還元装置は、流動層還元炉の排
気管途中に設けた鉄鉱石供給口から、鉄鉱石を供給し、
流動層還元炉からの排ガスによって鉄鉱石を気体搬送す
る過程で予熱乾燥を行い、粒子の凝集力を弱め、分離分
級性を高め、該鉄鉱石供給口以降に設けた分級予熱サイ
クロンと、該分級予熱サイクロンの後段に設けた固気分
離サイクロンによって、鉄鉱石を所定の粒度に分けて補
集し、分級予熱サイクロンもしくは固気分離サイクロン
と、前記流動層還元炉とを移送管で連結し、所定の粒度
に整粒化した鉄鉱石を流動層還元炉へ供給する。

また前記の分級予熱サイクロンの下部近傍にガス供給
口を設け、ガス供給口から吹込んだガスによって該分級
予熱サイクロン内にアップフローを生じさせ、分級粒子
径を調整する機能を付加する場合もある。

［作用］ 本発明の鉄鉱石流動還元装置は、鉄鉱石を流動層還元
炉の排気管に供給し、分級予熱サイクロンおよび固気分
離サイクロンによって、所定の粒度に分級整粒し、流動
層還元炉へ供給するため、流動層還元炉の流動性確保が
でき、効率的な還元ができる。

鉄鉱石原料によって、流動を阻害する粗粒を多く含む
ものがある。この鉄鉱石を還元する場合、流動層還元炉
での流動性確保が困難な粗粒鉄鉱石を分別し、適正粒度
に調整した鉄鉱石を流動層還元炉へ供給する。

したがって、流動層還元炉内の還元ガス空塔速度を適
正流動化速度にすることができ、流動過程での細粒鉄鉱
石の飛散量が少なく、かつ良好な流動性が確保でき、固
気接触効率が向上し、効率的な還元ができる。

流動層還元炉から飛散した鉄鉱石の飛散量が多い場
合、粒子循環装置によって流動層還元炉へ循環供給する
必要があり、場合によってはこの粒子循環装置が非常に
大きくなり、設備コスト的に不合理なものとなる。

本発明では適正は流動化速度を確保出来るため、飛散
量が少なくでき、粒子循環装置を小型化もしくは省略で
きる。また、整粒化し、粒度をそろえた鉄鉱石を流動還
元するため粒度による還元速度の影響が小さく、還元率
分布がシャープであり、還元率制御性が向上する。

分別した粗粒鉄鉱石は別経路で溶融還元炉へ供給する
が、粗粒鉄鉱石は流動層還元炉で固気接触による還元よ
り溶融還元炉へ直接供給し、溶融還元する方が効率的に
還元できるため、むしろ溶融還元設備全体としての還元
効率および生産性が向上する。

一方、流動層から飛散しやすい細粒を多く含む鉄鉱石
を還元する場合、流動過程で飛散しやすい細粒鉄鉱石を
分別調粒する。

したがって、流動層還元炉内の還元ガス空塔速度を最
適流動化することができ、すなわち流動層還元炉での細
粒鉄鉱石の飛散を抑えるため流動化速度を小さくするこ
とが不必要となり適正な流動化速度を確保出来るため、
流動過程での粗粒鉄鉱石の流動が悪化もしくは停止する
ことなく操業性が向上する。

また、流動層から飛散しやすい細粒鉄鋼石を予め除去
するので、空塔速度を速くすることが可能で、すなわち
還元ガスを多量に供給できるため、還元効率および生産
性が向上し、かつ粒子循環装置を小型化もしくは省略で
きる。

粗粒と細粒が混在した粒度分布の広い鉄鉱石を分別せ
ずに流動還元した場合、細粒の方が粗粒に比べて還元速
度が速いため、粗粒の還元率が低いにもかかわらず、細
粒が高還元率になり、細粒表面にメタル鉄が生成し、還
元鉱石同志のスティッキング（粘着）が生じ、流動性の
悪化さらには流動停止トラブルが発生する。

このため、粗粒と細粒が混在した粒度分布の広い鉄鉱
石を分別せずに流動還元する場合は、平均還元率を低く
せざるを得ないが、本発明では、均一な還元ができるた
め、還元率制御性が向上し、かつ高還元率まで還元でき
る。

流動層過程で飛散しやすい細粒鉄鉱石を流動層還元炉
で還元すると非常に大きな粒子循環装置が必要となり、
還元効率、生産等で問題がある。

したがって分別した細粒鉄鉱石を別系路で分別した細
粒鉄を溶融還元炉へ直接供給し、溶融還元する方が細粒
のため溶融還元炉での還元反応性が良いことを考慮する
と、溶融還元設備全体としての還元効率および生産性の
向上が期待出来る。

また、鉄鉱石を700〜950℃の流動層還元炉の排気ガス
によって乾燥させながら、分級予熱サイクロンおよび固
気分離サイクロンで分級整粒化するので、湿分によって
疑似粒子化している微細粒子が乾燥されることによって
分離し易くなり分級整粒性が向上する。

更に、鉄鉱石を輸送，分級，固気分離過程で排気ガス
と熱交換し、予熱するため、溶融還元設備の熱効率が向
上する。

流動層還元炉の操業状況、鉄鉱石原料の変化等によっ
て、流動層還元炉への鉄鉱石の供給粒度分布を変更した
い場合、分級予熱サイクロンの下部近傍に設けたガス供
給口から吹込んだガスによって、分級予熱サイクロン内
にアップフローを生じさせ、鉄鉱石の分級粒度を調整す
る。

分級予熱サイクロンの形状，寸法により補集限界粒子
径は決まるが、分級予熱サイクロン内にアップフローが
生じると、分級予熱サイクロンの粒子補集効率は悪化
し、補集限界粒子径は大きくなる。

本発明は、この現象を利用し、分級予熱サイクロン内
にアップフローを生じさせ、鉄鉱石の分級粒度を調整す
る。この方法により分級粒度の選択が可能となり、原料
鉱石の粒度構成、密度等を考慮した効果的な分級を実行
出来る。

［実 施 例］ 第１図、第２図に示す実施例装置により本発明の特徴
を説明する。

第１図は、流動を阻害する粗粒を多く含む鉄鉱石を流
動還元する場合の流動層還元装置の構成図である。

ホッパー６に蓄えた鉄鉱石を切出装置7aによって、流
動層還元炉１の排気管５に供給する。該鉄鉱石は、流動
層還元炉１から排気された還元ガスによって予熱乾燥し
ながら分級予熱サイクロン２へ輸送される。

該分級予熱サイクロン２で、粗粒鉄鉱石を分級補集す
る。該分級予熱サイクロン２で所定の粒度に分級整粒化
した鉄鉱石は、還元ガスに同伴され、固気分離サイクロ
ン３へ輸送され、該固気分離サイクロン３で還元ガスと
分離補集される。

鉄鉱石は輸送、分級、固気分離される過程で、還元ガ
スと熱交換し、乾燥、予熱される。固気分離サイクロン
３で補集した整粒鉄鉱石は、移送管８を流下し、切出装
置7bによって流動層還元炉１に供給される。

分級予熱サイクロン２で補集した未還元の粗粒鉄鉱石
は排出する。還元鉱石および未還元の粗粒鉄鉱石を溶融
還元炉へ供給する場合、平均還元率は所定の値に調整す
る。粗粒鉄鉱石は溶融還元炉内から飛散しにくく、効率
的に還元できる。

第２図は他の実施例で流動過程で飛散しやすい細粒を
多く含む鉄鉱石を流動還元する場合の流動層還元装置の
構成図である。

排気管５に供給した鉄鉱石は、分級予熱サイクロン２
で流動層還元炉１において流動過程で飛散しやすい細粒
鉄鉱石を除去し、鉄鉱石を所定の粒度に整粒化する。該
細粒鉄鉱石は還元ガスに同伴し、固気分離サイクロン３
で還元ガスと分離補集される。

分離予熱サイクロン２で補集した整粒鉄鉱石は流動層
還元炉１へ供給し、固気分離サイクロン３で補集した未
還元の細粒鉄鉱石は排出する。還元鉄鉱石と未還元の細
粒鉄橋石は、所定の平均還元率に調整して溶融還元炉へ
供給する。細粒鉄鉱石は鉄浴中あるいはスラグ層にイン
ジェクションすることにより、効率的に還元できる。

第１図、第２図において、分級予熱サイクロン２の下
方に設けた還元ガス供給系10からガスを吹込み、該分級
予熱サイクロン２内にアップフローを生じさせることに
よって分級粒子径を調整できる。また、流動層還元炉１
の構造は、第３図に示す循環タイプに限ったものでな
く、バブリング流動層、噴流層等の方式でも良い。

尚本実施例では分級予熱サイクロンは単段の実施例を
示したが、分級予熱サイクロンは複数段に組合せて、予
熱と分級性能を向上させることも可能である。

［発明の効果］ 本発明の鉄鉱石流動層還元装置は、流動層還元炉出口
の排ガス煙道途中に鉄鉱石原料を供給し、流動層還元炉
の排ガスの顕熱を利用して予熱、乾燥し、かつ分級ふる
い分けを行うことにより、流動層還元炉への供給鉄鉱石
の予熱乾燥と、粒度調整を同時に効率的に実行すること
を特徴とする。

以下に本装置採用の利点をあげる。

流動層還元炉内での流動性および還元性の悪い粗粒鉄
鉱石あるいは該炉内で飛散し易く還元効率が劣る細粒鉄
鉱石を分離除去するので、流動層還元炉の還元性能が向
上する。

流動層還元炉での還元効率の悪い粒度のものを除去し
て、除去したものを直接溶融還元炉へ供給する方式が採
用出来る。この場合、溶融還元炉へ装入する。還元鉱、
未還元鉱の混合還元率を所要の還元率に確保することに
より、溶融還元設備トータルとして還元生産性は向上す
る。

鉄鉱石の供給系で、流動層還元炉からの高温の排ガス
の顕熱を利用して予熱乾燥するため、鉄鉱石の高温乾燥
が行え、乾燥スペースの小型化と、乾燥効率のアップす
なわち、分級性能が向上する。

鉄鉱石原料の予熱過程で乾燥，分級を行うため、原料
の事前の乾燥ふるい分け設備の省設備化が狙える。

等により本発明の装置を採用することにより、鉄鉱石
の効率的な還元が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、本発明の実施例の説明図、第３図は
循環タイプの鉄鉱石流動層還元装置の比較例の説明図で
ある。 １……流動層還元炉 ２……分級予熱サイクロン ３……固気分離サイクロン、４……還元ガス供給系 ５……排気管、６……ホッパー 7a,7b,7c……切出装置 ８……移送管、９……還元鉱石排出系 10……ガス供給系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−26306（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−228871（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−104411（ＪＰ，Ａ) 特公 平１−49777（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平７−92343（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】還元鉱石を製造する設備において、流動層
   還元炉の排気管途中に鉄鉱石供給口を設け、該鉄鉱石供
   給口以降に分級予熱サイクロンを設け、該分級予熱サイ
   クロンの後段に固気分離サイクロンを設け、分級予熱サ
   イクロンもしくは固気分離サイクロンと、前記流動層還
   元炉とを移送管で連結したことを特徴とする鉄鉱石流動
   層還元装置。
2. 【請求項２】前記の分級予熱サイクロンの下部近傍にガ
   ス供給口を設けたことを特徴とする請求項１記載の鉄鉱
   石流動層還元装置。