JP2765737B2 - 流動層予備還元炉の操業方法と流動層予備還元炉 - Google Patents

流動層予備還元炉の操業方法と流動層予備還元炉

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JP2765737B2 JP31467189A JP31467189A JP2765737B2 JP 2765737 B2 JP2765737 B2 JP 2765737B2 JP 31467189 A JP31467189 A JP 31467189A JP 31467189 A JP31467189 A JP 31467189A JP 2765737 B2 JP2765737 B2 JP 2765737B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、粉鉱石を予備還元する炉の操業方法及び流
動層予備還元炉に関する。
(従来の技術) 従来の高炉による溶銑製造技術に変わるものとして、
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無く、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。また、溶融還元炉で
発生した排ガスの還元力及び熱を有効に利用するため
に、流動化ガスとして流動層炉で原料鉱石を予熱,予備
還元する方法等も開発されている。
また、高速のガス流速で流動化ガスを炉内に吹き込
み、粉鉱石の予熱,予備還元等を高速で行う形式の循環
式流動層還元炉が知られている。この場合、流動化ガス
の速度が大きくなるに従って、流動層還元炉から外部に
飛散する粉鉱石の割合も大きくなる。そこで飛散した粉
鉱石は、炉外循環経路に設けられたサイクロンで排ガス
から分離・捕捉されて、ダウンカマーから流動層還元炉
を構成するライザー内に戻される。
本発明者らはこの循環式流動層還元炉を種々の観点か
ら研究・開発してきたものであり、その成果を特開昭62
−228878号、特開昭63−140018号、特開平1−111808号
等の各公報に提案している。
(発明が解決しようとする課題) 流動層還元炉での還元鉱石の生産量と還元率の調整
は、還元ガス量とライザー内の粒子濃度のコントロール
で行う。高生産操業時は、ガス原単位をほぼ一定で操業
するため、還元ガスが大量に吹き込まれライザー内のガ
ス流速は高速になる。一方、還元効率・還元反応速度等
からライザー内の粒子濃度は高濃度が望ましい。
従って、粒子濃度確保にはライザー内のガス流速が早
いため、大量の粉鉱石をダウンカマーを通して循環する
必要がある。このため、ダウンカマーの粉鉱石レベルを
高くとり、重量推進力を利用した粉鉱石循環量の増加手
段を採用している。ライザー内の粒子濃度の調整は、ダ
ウンカマー下部のキャリアガスの吹き込み量を加減して
行う。
一方、通常操業より還元鉱石の生産量を低下させる場
合、還元ガスの吹き込み量が減少するためガス流速が小
になる。ガス流速が小になるとライザー内での粉鉱石の
飛散量が減るため、ダウンカマー下部からのキャリアガ
スの吹き込み量を減少させ、粉鉱石の循環量を抑制す
る。これによりライザー内の粒子濃度をコントロールす
る。
ガス流速が粉鉱石の終末速度近くになると、粉鉱石の
飛散能力が急激に低下するので、粉鉱石循環量を極度に
抑制しなければならない。粉鉱石循環量がライザーでの
粉鉱石飛散量よりも大であると、ライザー内に粉鉱石が
滞積し始め、還元ガスの吹き込み抵抗が増加する。この
ため、粉鉱石の循環流動が不安定になり、ついには操業
が停止する。
このように、この循環流動層では、ダウンカマーから
の粉鉱石循環量の微少コントロールが難しいため、低ガ
ス流速での安定操業が難しく生産調整範囲が狭いという
欠点がある。
そこで、本発明において解決すべき課題は、流動層予
備還元炉における生産調整範囲を拡大し、操業の柔軟性
を向上させる手段を確立することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明は、流動層還元炉に外部粒子循環装置を付設し
た循環式の流動層予備還元炉において、ダウンカマー内
の鉱石レベルを高・低レベルのいずれかにセットし、高
レベルセット時には、ダウンカマー下部のキャリアガス
吹き込み量を加減することにより、ライザー内の粒子濃
度をコントロールし、低レベルセット時には、ライザー
差圧をコントロールすることによりライザー内の粒子濃
度をコントロールすることを特徴とする流動層予備還元
炉の操業方法である。
さらに本発明は前記操業方法の装置として、ダウンカ
マーの高さ方向に2箇所以上の鉱石排出口を設け、ダウ
ンカマーの下部にキャリアガスの供給装置を備え、さら
にライザーの下部と上部間の差圧を検出する差圧検出器
を備えたことを特徴とする流動層予備還元炉であり、ダ
ウンカマーの高さ方向に高・低レベル計から成る鉱石レ
ベル計を1段以上設け、鉱石排出口を鉱石レベル計より
下に設け、ダウンカマーの下部にキャリアガスの供給装
置を備え、さらにライザーの下部と上部間の差圧を検出
する差圧検出器を備えた流動層予備還元炉を含む。
(作用) 例えば、ライザー内のガス流速が一定以上の場合、ダ
ウンカマー内の鉱石レベルを高レベルにセットし、その
レベルを維持するように還元鉱石を炉外に排出する。高
レベルではダウンカマーからの粉鉱石の大量の切出が可
能であり、ライザー内のガス流速が高速にも関わらず必
要な粒子濃度を確保できる。ダウンカマー下部に吹き込
むキャリアガスの調整により粒子濃度をコントロールす
る。
ライザー内のガス流速が一定以下の場合、ダウンカマ
ー内の鉱石レベルを低レベルに下げ、ダウンカマーから
の粉鉱石の切出をキャリアガス一定でコントロールし、
ライザー差圧が一定になるように還元鉱石を炉外に排出
する。この場合、ライザーからの飛散量とダウンカマー
からの切出量とがバランスするように鉱石循環量が自己
バランスし、ダウンカマーの鉱石レベルも自己バランス
する。このダウンカマーの鉱石の切出方法の組み合わせ
により、低ガス流速操業から高ガス流速操業まで操業範
囲が広がる。
(実 施 例) 第1図は、本発明の流動層予備還元炉を示す概略図で
ある。
この予備還元炉は、流動層還元炉本体を構成するライ
ザー1に、サイクロン4とダウンカマー2から構成され
る外部粒子循環装置が併設されている。このライザー1
とダウンカマー2との間は、上部は導入管3とサイクロ
ン4で連結している。一方、下部は循環量制御装置5を
備えた傾斜ダクトで連結している。この傾斜ダクトは鉱
石多量切出能力に優れている。ダウンカマー2の下部に
循環量制御用キャリアガスの吹き込みノズルと、キャリ
アガス13の流量調節機構を備えた循環量制御装置5を設
けている。
ライザー下部検出端15とライザー上部検出端16との圧
力差を測定する差圧計17を設け、この差圧がほぼ一定に
なるように粉鉱石の循環量を循環量制御装置5でコント
ロールする。
原料粉鉱石6は原料供給管7からライザー内に装入さ
れる。装入された原料粉鉱石6は、ノズル8から吹き込
まれる高温の還元ガス14により流動化され、ライザー内
で循環している粉鉱石と混合されながら、大半の粉鉱石
はライザー内1を飛散し還元される。還元ガスとして
は、溶融還元炉(図示せず)で発生したガスも使用でき
る。
ライザー内を飛散流動している粉鉱石は、還元ガスの
流れに随伴されて導入管3を経由してサイクロン4に送
られる。ここで、固気分離された粉鉱石はダウンカマー
2に沈降する。
ダウンカマー2内の鉱石レベルは、ライザー下部とダ
ウンカマー2上部との圧力差によるダウンカマー下部か
らの還元ガスの吹き抜けを防止するための粉体シールに
必要なレベルで、かつライザー内粒子濃度を保持するた
めの重量推進力が得られるレベルにセットされている。
還元鉱石はダウンカマー上部と下部に設けている排出口
11,12から排出される。他方、ガスは排気管9から排ガ
ス10として系外に排気される。
高生産操業時は、還元ガス量が多量のためライザー内
のガス流速が大である。このため、ライザー内粒子濃度
を保持するためダウンカマーの鉱石レベルは、ダウンカ
マー上部のオーバフロータイプの排出口11で形成する高
レベル18にセットし、鉱石の多量切出を行う。
この高レベルでのダウンカマーからの鉱石Aの切出特
性を第2図に示す。
キャリアガスの吹き込み量(図中ダウンカマーのキャ
リアガス流速/粉鉱石の流動開始速度で表示)を増して
行くと、鉱石切出量が増加するが、その増加割合は初め
急増するがその後漸増する指数増加関係にある。このた
め、少量切出のコントロールは難しいが、一定以上での
切出量の場合コントロール性は良く多量切出性に優れて
いる。
ガス流速条件、還元率等の変更や微調整のためのライ
ザー内粒子濃度コントロールは、ダウンカマー下部の循
環量制御装置5のキャリアガス量の加減で対応する。ダ
ウンカマー上部の排出口11をオーバした還元鉱石は炉外
へ排出される。
一方、低生産操業時はダウンカマーの鉱石レベルを低
レベル19にし、還元鉱石をライザー差圧が一定になるよ
うにダウンカマー下部の排出口12から排出する。ダウン
カマー下部の循環量制御装置5のキャリアガス量をほぼ
一定にして鉱石を循環させる。この場合、ライザーから
の飛散量とダウンカマーからの切出量とがバランスする
ように鉱石循環量が自己バランスし、ダウンカマーの鉱
石レベルも自己バランスする。
従って、鉱石はライザーとダウンカマー間を自由循環
しその循環量は流動状態で決まる。これを自由循環とい
う。排出口12からの還元鉱石の排出量で、ライザー下部
検出端15とライザー上部検出端16との差圧をコントロー
ルする。このときのダウンカマーの鉱石レベルは、ライ
ザー下部とダウンカマー上部との圧力差で決まる。つま
り粉体シールが形成される。
このときの鉱石切出量は第2図に示すように、高レベ
ルではコントロールが難しい少量切出の範囲をカバーし
ている。
操業マップを第3図に示す。
ダウンカマーの粉鉱石レベルの高・低レベルにおける
予備還元炉の操業域の流動状態を、ライザー内のガス流
速と粒子濃度との関係で表したものである。
流動時の圧力変動が一定値以上を超える範囲を不安定
流動とする。ガス流速が鉱石の終末速度を超えると、ラ
イザー1内を粉鉱石が活発に飛散するようになる。しか
し、高粒子濃度領域が大であると流動時の圧力変動が大
きく流動が不安定である。さらに、ガス流速を大にする
と高粒子濃度でも安定して流動するようになり、安定流
動範囲が広がる。従って、生産効率と操業性から高ガス
流速・高粒子濃度での操業が望ましい。このため通常操
業域は高ガス流速・高粒子濃度領域にセットする。この
ため、通常操業は鉱石の排出口を高レベルにセットす
る。
生産量が低下すると、還元ガスの吹き込み量が減少し
ガス流速が小になる。ガス流速が安定流動限界より小に
なると、高レベルでの操業では粉鉱石の循環量が少なく
なり、循環量コントロールが難しくなり、安定流動が維
持できなくなる。つまり、高レベルでは低循環のコント
ロールが難しいため低ガス流速領域での安定操業ができ
ない。このため、ガス流速が一定以下になるとダウンカ
マーレベルを下げ操業方法を低レベルの操業に変更す
る。
低ガス流速領域は、粒子濃度が高濃度になると流動が
不安定になり鉱石循環量も大きく変動する。前述したよ
うに、低レベル操業は鉱石の循環量コントロールが自由
循環方式であるため、循環量の変動対応性は良く、流動
が不安定領域でも圧力変動への対応性を設備上で取れば
操業の継続は可能である。低レベルでは、ダウンカマー
の鉱石切出に与える重力推進力が小さいため鉱石の循環
量が少なく、高ガス流速時には粒子濃度を確保できな
い。
従って、ダウンカマーの鉱石レベルをガス流速に応じ
て高・低の2レベルに変え、かつ鉱石の循環量制御方法
を変えることにより、生産負荷変動への対応性が向上す
る。さらに、操業性を高めるためにダウンカマーの鉱石
レベルを2段以上にするため、還元鉱石の排出口を多段
に設けることもある。
また、鉱石レベルのセットを第4図に示すように、高
レベル計20(図中H・L)と低レベル計21(図中L・
L)とから成る鉱石レベル計を設けてコントロールする
ことも可能である。
このときは、例えばダウンカマー下部に還元鉱石の排
出口12を設け、高ガス流速時は鉱石レベルを高レベルに
セットし、高・低レベル計内に鉱石レベルを収めるよう
に排出口12から鉱石を排出し、差圧計17の検出差圧が一
定になるように循環量制御装置5でコントロールする。
低ガス流速時は循環量制御装置5のキャリアガス量を
一定にコントロールし、鉱石レベルを自由循環で形成さ
れる自己バランスの鉱石レベルとし、さらに差圧計17で
検出する差圧を一定にするように鉱石を排出口12から排
出する。また、低レベルのセットに高・低レベル計の鉱
石レベルを用いても良い。また、鉱石レベル計を多段に
設けても良い。
また、第4図に示すようなダウンカマーとライザー下
部を直結するニューマチックフィダー構造22等も採用可
能である。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明においては、高生産と低
生産時でダウンカマーの鉱石レベルと鉱石の循環量制御
方法を変える。これにより、低ガス流速から高ガス流速
までの安定した操業が可能になり、生産負荷変動への対
応性が向上する。
本発明には以下の効果があげられる。生産変動に対
するフレキシビリティが大である。通常操業を生産性
と反応性の良い高ガス流速・高粒子濃度領域で行えるた
め、生産効率が高い。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の流動層予備還元炉を示す概略説明
図、第2図は循環量制御装置のキャリアガスと鉱石切出
量の関係を示す図表、第3図はガス流速と粒子濃度との
関係で流動状態を示す図表、第4図は、本発明の別の実
施例の流動層予備還元炉を示す概略説明図である。 1:ライザー、2:ダウンカマー 3:導入管、4:サイクロン 5:循環量制御装置、6:原料粉鉱石 7:原料供給管、8:ノズル 9:排気管、10:排ガス 11:排出口、12:排出口 13:キャリアガス、14:還元ガス 15:圧力検出端、16:圧力検出端 17:差圧計、18:高レベル 19:低レベル、20:高レベル計 21:低レベル計 22:ニューマチックフィダー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C21B 11/00 - 13/14 F27B 15/00 - 15/20

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】流動層還元炉に外部粒子循環装置を付設し
    た循環式の流動層予備還元炉において、ダウンカマー内
    の鉱石レベルを高・低レベルのいずれかにセットし、高
    レベルセット時には、ダウンカマー下部のキャリアガス
    吹き込み量を加減することによりライザー内の粒子濃度
    をコントロールし、低レベルセット時には、ライザー差
    圧をコントロールすることによりライザー内の粒子濃度
    をコントロールすることを特徴とする流動層予備還元炉
    の操業方法。
  2. 【請求項2】流動層還元炉に外部粒子循環装置を付設し
    た循環式の流動層予備還元炉において、ダウンカマーの
    高さ方向に2箇所以上の鉱石排出口を設け、ダウンカマ
    ーの下部にキャリアガスの供給装置を備え、さらにライ
    ザーの下部と上部間の差圧を検出する差圧検出器を備え
    たことを特徴とする流動層予備還元炉。
  3. 【請求項3】流動層還元炉に外部粒子循環装置を付設し
    た循環式の流動層予備還元炉において、ダウンカマーの
    高さ方向に高・低レベル計から成る鉱石レベル計を1段
    以上設け、鉱石排出口を鉱石レベル計より下に設け、ダ
    ウンカマーの下部にキャリアガスの供給装置を備え、さ
    らにライザーの下部と上部間の差圧を検出する差圧検出
    器を備えたことを特徴とする流動層予備還元炉。
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