JP2579785B2

JP2579785B2 - 溶融還元用予備還元装置

Info

Publication number: JP2579785B2
Application number: JP62310145A
Authority: JP
Inventors: 卓也前田; 慶吉村上; 邁山田; 充晴岸本; 健一矢島
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1987-12-08
Filing date: 1987-12-08
Publication date: 1997-02-12
Anticipated expiration: 2012-02-12
Also published as: JPH01152211A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、金属酸化物を含有する鉱石（以下、鉱石
という）の溶融還元に使用する予備還元装置に関するも
ので、とくに、幅広い粒度分布を有する粉粒状鉱石を使
用できる溶融還元用予備還元装置に関するものである。

（従来の技術）溶融還元法は、鉄鉱石（酸化鉄）などの鉱石を溶融状
態で還元して鉄やフェロアロイを製造する方法であり、
将来の原料およびエネルギー事情に適応するとして最近
注目されるようになり、実用化のための研究開発が進め
られている技術である。この方法に期待される特長はつ
ぎの点にある。すなわち、製鉄法としては、高炉法と比
べて、安価な原料の使用、粉鉱の塊成化などの事前処理
工程の省略、設備の小型化などを実現できること、また
フェロアロイの製造法としては、電力に依存しないプロ
セスの実用化が可能であることなどである。

溶融還元法には、還元炉の形式や熱の発生法などが異
なる多くのプロセスが提案されているが、還元工程から
大別すると、鉱石を直接に溶融して還元するものと、鉱
石を固体状態で予備還元したのちに溶融還元するものと
がある。現在のところ、エネルギーの利用率に優れる点
から、後者のプロセスがより多く採用されている。後者
のプロセスでは、溶融還元工程において発生した還元力
のある高温ガスを、予備還元工程における還元用ガスと
して用いるので、溶融還元による排ガスが有する熱と還
元力を有効に利用できる利点がある。

このようなプロセスにおける溶融還元用予備還元装置
として、従来、つぎのようなものが提案されていた。

ａ）予備還元炉として移動層（シャフト炉）式の還元炉
をもつもの。移動層式還元炉では、粗粒状の鉱石やペレ
ット（粉鉱石にバインダーを加えて５〜20mm程度の大き
さに塊成化したもの）を炉体上方から炉内に充填し、炉
底部からの排出にともない移動層としてゆっくりと降下
させるとともに、還元ガスを炉体下方より導入してこれ
と向流的に接触させることにより還元反応が進行する。

ｂ）予備還元炉として流動層式の還元炉をもつもの。流
動層式還元炉では、粉粒状の鉱石を炉内に装入し、炉体
下方より分散板（ガス整流板）を介して適当な流速で還
元ガスを送り込むことにより、分散板上の鉱石が流動化
して混合攪拌され、この状態で還元ガスと接触して還元
反応が進行する（特開昭58−217615参照）。

なお従来、反応効率を高めたり操業度を調整すること
を目的として、１基の予備還元装置内に複数の還元炉を
直列（多段式還元炉を含む）または並列に設けることは
提案されていたが、この場合にも、１基の装置内の還元
炉はいずれも移動層式ａ）や流動層式ｂ）のうち１種類
で構成されていた。

（発明が解決しようとする問題点）上記した従来の予備還元装置ａ）およびｂ）について
は、それぞれつぎのような問題点があった。

ａ）移動層式の場合、装入する鉱石中に微粉粒のものが
あると、微粉粒鉱石が未還元のまま排ガスとともに炉外
へ放出されてしまう。また移動層内にこうした鉱石が集
中した場合には、移動層内のガス流れが不均一となり、
ガスが偏流し、いわゆる吹き抜け現象を生じ、粗粒鉱石
の還元効率も低下する。したがって、装置に使用できる
原料は、最低数mm以上の粗粒鉱石またはペレットに限ら
れるため、微粉粒の混った安価な鉱石をそのまま使用す
ることはできない。

ｂ）一方流動層式の場合は、一定のガス流速によって適
正な流動層を形成するためには、粉粒体の粒度分布範囲
を制限する必要があり、したがって幅広い粒度分布をも
つ鉱石を処理することができない。予備還元炉において
は、一般に炉内ガス流速は粒径3mm以下の鉱石を流動化
するよう設定されているので、これ以上の粗粒鉱石が原
料中に含まれる場合にはこれを流動化できず、還元効率
が低下する。そのため粗粒鉱石は、こうした規定粒径以
下になるよう事前に粉砕しておかなければならない。

以上のａ）、ｂ）に関して、たとえば製鉄原料として
わが国に輸入される最も一般的な鉄鉱石には、かなりの
量の微粉だけでなく粗粒も含まれている。一例を挙げれ
ば、ある鉄鉱石には、3mm以上の粒度のものが30％程度
含まれる一方、たとえば0.5mm以下の微粉粒も50％以上
含まれている。したがって、こうした鉄鉱石を上記
ａ）、ｂ）に示す従来の予備還元装置によって予備還元
するためには、微粉粒鉱石の塊成（ペレット）化あるい
は粗粒鉱石の粉砕という事前処理が不可欠で、そのため
の設備が必要であった。

（発明の目的）本発明は上記の問題点を解消することを目的としてな
されたもので、幅広い粒度分布を有する鉱石を、塊成化
や粉砕といった事前処理をすることなく、そのまま原料
として使用でき、しかも、鉱石の粒度に適応した効率の
高い予備還元ができる予備還元装置を提供しようとする
ものである。

（問題点を解決するための手段）上記した目的を達成するためのこの発明の要旨とする
ところは、金属酸化物を含有する鉱石を最終還元するた
めの溶融還元炉からの還元ガスと接触させることにより
固体状態で還元する溶融還元用予備還元装置であって、
鉱石分級機の後流側に、移動層式予備還元炉と流動層式
予備還元炉とを併設し、前記の鉱石分級機により分級さ
れた粗粒鉱石は移動層予備還元炉へ装入し、残りの微粉
粒鉱石は流動層式予備還元炉へ装入してそれぞれ予備還
元することである。

（作用）この発明の溶融還元用予備還元装置によれば、幅広い
粒度分布を有する鉱石が鉱石分級機によって粗粒鉱石と
微粉粒鉱石とに分級され、粗粒鉱石は移動層式予備還元
炉へ装入されて予備還元される一方、残りの微粉粒鉱石
は流動層式予備還元炉へ装入されて予備還元される。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、第１実施例としての予備還元装置を含む製
鉄用の溶融還元系統図である。本発明に関する予備還元
装置は、つぎのように構成されている。鉄鉱石供給ホッ
パー１の下端に切り出しバルブ２を介して分級機として
のスクリーン３を設け、このスクリーン３の後流側を鉄
鉱石の粒径に応じた２系統に分ける。一方の系統には、
貯蔵タンク４および切り出しバルブ６を介して移動層式
予備還元炉８を配備し、他方の系統には、貯蔵タンク５
および切り出しバルブ７を介して流動層式予備還元炉９
を配備する。そして、移動層式予備還元炉８の底部には
切り出しバルブ10を介して、溶融還元炉21の上部に開口
をもつ投入シュート13を接続する一方、流動層式予備還
元炉９の溢流式排出管9cには装入タンク11および切り出
しバルブ12を介して、移送管14を溶融還元炉21の炉底部
まで接続する。なお移送管14は、その途中に気体移送用
の（窒素ガスなどの）キャリア・ガス吹き込み部分を備
え、末端のノズル部は溶融還元炉21の溶鉄21aに臨ませ
て開口されている。

一方、溶融還元炉21より発生するガスは、上記した二
つの予備還元炉８および９における還元ガスとして使用
する。すなわち溶融還元炉21の溶鉄21a中には、鉄鉱石
（予備還元鉄）のほかに、反応剤として石炭、酸素およ
び石灰などが装入される（図示せず）ため、発生する高
温ガスはCOやH₂などの還元成分を含み、予備還元する能
力を有するからである。本実施例では、この還元ガスを
ガス管22を介して移動層式予備還元炉８に導入し、その
後さらにガス管23を経て流動層式予備還元炉９に導入
し、捕集器9dで浮遊物を除去したうえ、排ガス管25より
排出する。予備還元炉８を出たガスはまだ還元成分をも
つものの温度が低下しているため、ガス管23の途中に部
分燃焼器24を介装し、ガス中の可燃成分の一部を燃焼さ
せることによりガス温度を再度上昇させるようにしてい
る。部分燃焼器24は、ガスが通過する燃焼室24a内に、
調整弁24bを介して酸素（またはこれを含むガス）を吹
き込み、還元ガス中のCOやH₂を燃焼させる構造からな
る。この部分燃焼器24によりCOまたはH₂の数％を燃焼さ
せてCO₂とH₂Oに転化するだけで、還元ガスを予備還元炉
９に必要な温度にまで上昇させることができる。

なお、本実施例の予備還元装置では、鉄鉱石中の酸化
鉄（Fe₂O₃が主体）をFeOにまで還元するようにしてい
る。これは、たとえばCOガスによって反応温度800℃で
酸化鉄を還元する場合、還元ガス中に必要なCO比（CO/
（CO＋CO₂）比）が、酸化鉄をFeまで還元するためには6
5％以上でなければならないが、FeOまで還元するには27
％以上でよいからである。FeOからFeまでの還元は、次
工程の溶融還元において行う。こうした条件下では、前
記移動層式予備還元炉８で予備還元に使用された後の、
COなどの還元成分が減少した還元ガスでも、部分燃焼器
24にて温度を上昇させるだけで、流動層式予備還元炉９
において十分に予備還元に使用することができる。な
お、上記実施例では溶融還元炉からの還元ガスを最初に
移動層式溶融還元炉８内を通過させ、次いで流動層式予
備還元炉９に装入させているが、この順序を逆にするこ
ともできる。

以上のように構成した本実施例の予備還元装置によれ
ば、供給ホッパー１に供給された、幅広い粒度分布をも
つ鉄鉱石は、切り出しバルブ２によりスクリーン３へ切
り出され、ここで粗粒鉄鉱石と微粉粒鉄鉱石とに分級さ
れる。分級された一方の粗粒鉄鉱石は、貯蔵タンク４お
よび切り出しバルブ６を経て移動層式予備還元炉８に装
入され、移動層8aを形成して前記の還元ガスと接触する
ことにより予備還元される。他方の微粉粒鉱石は、貯蔵
タンク５および切り出しバルブ７を経て流動層式予備還
元炉９に装入され、多数の通孔を配した分散板（整流
板）9aを介してガス管23より炉内に導入される還元ガス
によって流動層9bを形成し、この状態で還元ガスと接触
して予備還元される。そして、予備還元された鉱石（予
備還元鉄）については、移動層式予備還元炉８からは粗
粒鉄鉱石が、その底部の切り出しバルブ10によって所定
量ずつ切り出され、投入シュート13を経て溶融還元炉21
内に装入される。一方、流動層式予備還元炉９からは微
粉粒鉄鉱石が排出管9cより装入タンク11にいったん貯留
されたうえ切り出しバルブ12によって移送管14に送ら
れ、キャリア・ガスで気体移送されて溶融還元炉21の溶
鉄21a内に吹き込まれる。

なお、二つの予備還元炉８および９に装入する鉄鉱石
の粒度は、スクリーン３のメッシュ数に応じた分級粒度
によって任意に設定できるので、たとえば3mm以上の粗
粒を移動層式予備還元炉８へ装入し、それ以下の微粉粒
を流動層式予備還元炉９へ装入するようにする。また予
備還元炉８および９のそれぞれの容量比は、上記の分級
粒度に応じた粗粒および微粉粒の鉄鉱石量の割合によっ
て決定することができる。

つぎに、本発明の第２実施例について説明する。第２
図は、第２実施例である予備還元装置とこれを用いた製
鉄用の溶融還元系統を示す。

第２図では、第１図と共通する部分には同一の符号を
記して示したが、本実施例の予備還元装置において、第
１実施例と異なる点は、・鉄鉱石の分級機として、排ガスによる予熱機能を兼ね
た予熱分級機３′を用いること。

・ガス管22をガス管22aおよび22bに分岐させ、溶融還元
炉21より発生する還元ガスを移動層式予備還元炉８と流
動層式予備還元炉９とに分配して流通させるようにした
こと。

・流動層式予備還元炉９で予備還元された微粉粒の鉄鉱
石（予備還元鉄）は、インジェクション・ランス15によ
って、上方から溶融還元炉21の溶鉄21a中に吹き込むよ
うにしたこと。

の３点である。したがって作用効果上の特長はつぎの通
りである。

上記の予熱分級機３′では、鉄鉱石が供給ホッパー１
より切り出しバルブ２を経て貯留部3b′に投入される一
方、移動層式予備還元炉８の排ガスがガス管26より貯留
部3b′の底部付近に導入され、排出管3c′および粉粒体
捕集器3d′を経て排ガス管27より排出される。このた
め、幅広い粒度分布をもつ鉄鉱石が貯留部3b′に投入さ
れた場合、貯留部3b′の前記排ガス流によって浮遊しな
い粗粒鉄鉱石は貯留部3b′の底部3a′に堆積するが、浮
遊する微粉粒の鉄鉱石はガスとともに粉粒体捕集器3d′
に運ばれて捕集される。供給された鉄鉱石は、こうして
分級されると同時に、前記の排ガスとの接触によって予
熱されたうえ、粗粒鉄鉱石は切り出しバルブ６より移動
層式予備還元炉８へ、微粉粒鉄鉱石は切り出しバルブ７
より流動層式予備還元炉９へ、それぞれ装入される。鉄
鉱石が予熱されて二つの予熱還元炉８および９へ装入さ
れるので、予備還元用ガスの導入温度を低下でき、した
がって各炉内の鉄鉱石の焼結を防止できるなどのメリッ
トがある。なお、貯留部3b′へ導入するガスとしては、
流動層式予備還元炉９の排ガスを用いてもよい。

溶融還元炉21より発生する還元ガスは、ガス管22aお
よび22bによって分配され、それぞれ適量を同時に、移
動層式予備還元炉８と流動層式予備還元炉９とに送られ
るので、第１実施例に記した部分燃焼器24が不要であ
る。

さらに、この実施例では上記のようにインジェクショ
ン・ランス15を用いて、鉄浴面の上方から溶融還元炉21
の溶鉄21a中に予備還元鉄を装入するので、移送管14内
への溶鉄21aの逆流に対して配慮する必要がない。また
インジェクション・ランス15は上記の予備還元鉄の装入
のほか、溶鉄21aの温度測定やサンプリング、または他
の原料（石炭、石灰または酸素など）の供給など、多目
的に用いることもできる。

第３図は本発明の第３実施例を示し、前記第２実施例
（第２図参照）のガス管22を分岐しないで、移動層式予
備還元炉８へのみ還元ガスを流通させるようにしてい
る。そして、第２実施例の排ガス管27を流動層式予備還
元炉９に接続し、この排ガス管27の途中に部分燃焼器24
を設けている。

上記実施例では、製鉄用の予備還元装置について例示
したが、本発明はこれに限らず、他の金属酸化物の溶融
還元用予備還元装置としても使用できる。

（発明の効果）以上のように構成した本発明の溶融還元用予備還元装
置によれば、下記の効果がもたらされる。

（１）塊成化や粉砕などの事前処理をせずに、幅広い粒
度分布を有する粉粒状鉱石を直接供給して、予備還元す
ることができる。

（２）粗粒鉱石と微粉粒鉱石とが、それぞれ粒度に適応
した還元方式の予備還元炉で予備還元されるので、確実
にかつ効率よく予備還元でき、また予備還元された粗粒
鉱石と微粉粒鉱石とがそれぞれ別の経路から排出される
ので、鉱石を粒度の大きさに基づいて二系統に分けて溶
融還元炉へ装入することができる。

（３）粗粒鉱石および微粉粒鉱石の予備還元炉内滞留時
間は、それぞれ別々に任意に設定することができるの
で、予備還元率を容易に、かつ正確に制御することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の実施例を示し、第１図は本発
明の第１実施例に係る予備還元装置を備えた一部を断面
図にて示す製鉄用の溶融還元系統図、第２図は本発明の
第２実施例に係る予備還元装置を備えた一部を断面図に
て示す製鉄用の溶融還元系統図、第３図は本発明の第３
実施例に係る予備還元装置を備えた一部を断面図にて示
す製鉄用の溶融還元系統図である。１……供給ホッパー、３……スクリーン、３′……予熱
分級機、８……移動層式予備還元炉、９……流動層式予
備還元炉、13……投入シュート、14……移送管、15……
インジェクション・ランス、21……溶融還元炉、22,22
a,22b,23,26……ガス管、25,27……排ガス管、24……部
分燃焼器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岸本充晴兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者矢島健一兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号川崎重工業株式会社神戸工場内 (56)参考文献特開昭61−64807（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−227013（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−222007（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−247308（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属酸化物を含有する鉱石を最終還元する
ための溶融還元炉からの還元ガスと接触させることによ
り固体状態で還元する溶融還元用予備還元装置であっ
て、鉱石分級機の後流側に、移動層式予備還元炉と流動層式
予備還元炉とを併設し、前記の鉱石分級機により分級さ
れた粗粒鉱石は移動層式予備還元炉へ装入し、残りの微
粉粒鉱石は流動層式予備還元炉へ装入してそれぞれ別々
に予備還元することを特徴とする溶融還元用予備還元装
置。
【請求項２】前記した二つの予備還元炉のうちいずれか
１方の予備還元炉から排出されるガスの排出経路に、鉱
石供給口と粗粒排出口と微粒捕集器を設け、これらを前
記鉱石分級機として使用する特許請求の範囲第１項に記
載の溶融還元用予備還元装置。
【請求項３】前記溶融還元炉からの還元ガスが、前記し
た二つの予備還元炉の一方および他方へ順次流通するよ
うにガス流通経路を設けた特許請求の範囲第１項に記載
の溶融還元用予備還元装置。
【請求項４】前記溶融還元炉からの還元ガスが、前記し
た二つの予備還元炉の一方および他方へ順次流通するよ
うにガス流通経路を設けるとともに、一方の予備還元炉
より他方の予備還元炉へ至るガス流通経路の適所にガス
の部分燃焼器を介装した特許請求の範囲第１項に記載の
溶融還元用予備還元装置。
【請求項５】前記溶融還元炉からの還元ガスが、前記し
た二つの予備還元炉へ分配されて流通するようにガス流
通経路を設けた特許請求の範囲第１項に記載の溶融還元
用予備還元装置。