JP2792367B2 - 溶融還元製鉄設備における溶融還元炉発生ガス中ダストのガス流路への付着防止方法および溶融還元炉発生ガス排出用のダクト - Google Patents

溶融還元製鉄設備における溶融還元炉発生ガス中ダストのガス流路への付着防止方法および溶融還元炉発生ガス排出用のダクト

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、溶融還元製鉄設備の
溶融還元炉で発生した排ガスを予備還元炉に導入するた
めのガス流路の内壁、特にサイクロンによる除塵前の段
階でのガス流路の内壁に、ガス中に含まれるダストが付
着、成長することを防止するための方法およびこの方法
実施に供されるダクトの構造に関する。
【0002】
【従来の技術】溶融還元製鉄設備では、図9に示すよう
に設備を溶融還元炉1と流動層式の予備還元炉2とから
構成し、溶融還元炉で発生する排ガスをガス流路3(6
はホットサイクロン)を通じて予備還元炉に導入し、流
動層の流動化および鉱石還元用ガスとして利用する方法
が採られる。
【0003】しかし、溶融還元炉1から発生するガス中
にはカーボン系、鉄系、鉱石系などの多量のダストが含
まれており、これらのダストが予備還元炉2にガスを導
入するためのガス流路3の壁面に付着、成長するという
問題がある。特に、ガスの顕熱ロスを減少させるため、
ガス流路を断熱構造、例えば耐火レンガ内張りとした場
合、レンガの表面と雰囲気のガス温度(=ダストの温
度)がほぼ同一となり、このためダスト表面の軟化・溶
融が発生する温度領域においては、ダストの付着、成長
が発生し、ガス流路の閉塞に至る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このようなダストの付
着を防止するため、例えば特公平2−14403号では
溶融還元炉排ガスを隣接区画内でガスや固体粉等の吹き
込みにより冷却するという方法が提案されている。しか
し、溶融還元炉排ガスは炉口部で約1400〜1600
℃であるのに対し、ダストの溶融温度は通常700〜9
50℃の範囲にあり、したがって、この方法でガス流路
の壁面温度をダスト溶融温度以下とするためには、大量
の冷却ガスの吹き込みが必要となる。また、このように
ガス温度を低下させると、図10に示すように予備還元
炉での操業温度が低下し、この結果、鉱石予備還元率が
著しく低下してしまうという欠点がある。
【0005】また、ガス流路の外側を水冷構造とする所
謂背面水冷法による方法も考えられる。しかし、この方
法はガス−壁面間境膜におけるガス温度降下を利用し、
ダスト表面温度降下を狙うものであるが、前記境膜の厚
みは極めて薄く、このため粒径の大きいダスト粒子に対
してはその冷却が不十分となり、ダスト付着に至る場合
がある。
【0006】本発明は以上のような従来の問題に鑑み、
ガス流路を流れる溶融還元炉発生ガスの温度降下を最小
に抑えつつ、ガス流路壁面におけるダストの付着を効果
的に防止できる方法の提供をその目的とする。また、本
発明はこのような方法の実施に好適なダクトの構造の提
供を他の目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述した
特開平2−14403号に示すような冷却ガスの吹き込
みにより溶融還元炉発生ガス全体の温度を低下させると
いう実験において、ガス流路内に冷却ガスを吹き込んで
溶融還元炉発生ガスとは容易に混合せず、直ぐには完
全な混冷ガスにはならないという事実を発見した。そし
て、かかる事実に基づきさらに研究を進めた結果、以下
のような事実が明らかとなった。
【0008】 ガス流路の壁面近傍に流された冷却ガスは、ある程度
の距離を流れる間はガス流路中の高温の溶融還元炉発生
ガスとほとんど混合することなく壁面に沿って流れるこ
と。溶融還元炉発生ガス による壁面の加熱(伝熱)は輻射
によるものであるため、壁面に沿って流れる冷却ガス
は、ある程度の距離を流れる間は溶融還元炉発生ガス
よりほとんど加熱されないこと。本発明はこのような事
実の知見に基づきなされたもので、その特徴は以下の通
りである。
【0009】(1) 溶融還元炉発生ガスを溶融還元炉
からホットサイクロンに導くためのガ ス流路の長手方向
複数箇所においてガス流路壁面に形成された冷却ガス供
給部から、供給された冷却ガス前記ガス流路壁面に沿
ってのみ流れるよう、前記ガス流路を流れる溶融還元炉
発生ガス流量の11%以下の全冷却ガス供給量で冷却ガ
スを供給し、該冷却ガスにより前記ガス流路壁面を冷却
することを特徴とする溶融還元製鉄設備における溶融還
元炉発生ガス中ダストのガス流路への付着防止方法。
【0010】 (2) 上記(1)の方法において、溶融還元炉発生ガ
スのガス流路の壁面の周方向で連続的または間隔をおい
て形成された冷却ガス供給部から冷却ガスを供給するこ
とを特徴とする溶融還元製鉄設備における溶融還元炉発
生ガス中ダストのガス流路への付着防止方法。 (3) 上記(2)の方法において、冷却ガス供給部か
ら、溶融還元炉発生ガスのガス流路の長手方向に 向けて
冷却ガスを吹き出すことを特徴とする溶融還元製鉄設備
における溶融還元炉発生ガス中ダストのガス流路への付
着防止方法。
【0011】(4) 溶融還元炉発生ガスを溶融還元炉
からホットサイクロンに導くためのガス流路を構成する
ダクトにおいて、冷却ガス供給部とすべき位置のダクト
内側に、外径がダクトの内径よりも小さい管状体を同心
状に配して、この管状体とダクト内壁との間に環状空隙
部を形成し、溶融還元炉発生ガス流れ方向上流側におけ
る環状空隙部の端部を、冷却ガスを供給するためのヘッ
ダに連通させるとともに、溶融還元炉発生ガス流れ方向
下流側における管状体の端部とダクト内壁との間でダク
ト長手方向に向けて開口した環状スリットを形成してな
る溶融還元製鉄設備における溶融還元炉発生ガス排出用
のダクト。
【0012】
【作用】本発明法において、溶融還元炉発生ガスのガス
流路の壁面に形成された冷却ガス供給部から少量の冷却
ガス(全冷却ガス供給量がガス流路を流れる溶融還元炉
発生ガス流量の11%以下の冷却ガス)を供給すると、
冷却ガスはガス流路内を流れる高温の溶融還元炉発生ガ
ス(以下、“排ガス”という)と混合することなくガス
流路壁面に沿って流れ、ガス流路壁面を冷却する。排ガ
スによるガス流路壁面の加熱は輻射によるものであるた
め、壁面に沿って流れる冷却ガスは、ある程度の距離を
流れる間はほとんど加熱されることなく、所定の温度を
維持しつつ壁面に沿って流れ、これを冷却する。したが
って、ガス流路長手方向において適当な間隔をおいて
けられた冷却ガス供給部から冷却ガスを供給することに
より、ガス流路長手方向全長にわたってその壁面の温度
をダスト付着の生じないダスト溶融温度以下に安定して
維持することが可能となる。また、冷却ガス供給部から
供給される冷却ガスの量は、ガス流路内を流れる排ガス
量に較べて極く少量(1/100〜11/100)で済
、しかも高温排ガスと混合しないため、高温排ガスの
温度低下を最小限に抑えることができる。
【0013】また、ガス流路長手方向での排ガスの温度
推移に対応して、供給する冷却ガスの流量および温度等
を調整することにより、流路壁面をガス流路全長にわた
ってダスト付着温度領域以下のほぼ一定の温度に保持す
ることができる。上記冷却ガスとしては、通常窒素ガス
等の不活性ガスが用いられる。以上の構成において、溶
融還元炉とホットサイクロン間のガス流路とは、両炉を
連結する排ガスダクトの他、溶融還元炉の炉口フード等
を含むものである。
【0014】また、本発明の溶融還元炉発生ガス排出用
のダクトによれば、上記(3)に示すような冷却ガスの
供給が可能であり、ヘッダに供給された冷却ガスは、環
状空隙部を通じて環状スリットからガス流路長手方向に
向けて吹き出され、この冷却ガスはダクト内壁に沿って
膜状に流れる。
【0015】
【実施例】図1は本発明法の一実施例を示すもので、4
は炉口フード、5は溶融還元炉から発生する排ガスを
出するための排ガスダクト、6はホットサイクロンであ
る。この例では、炉口フード4の入口および排ガスダク
ト5の長手方向数箇所でガス供給部Aから冷却ガスが供
給されている。冷却ガスは、ガス流路壁面の周方向で連
続的または間隔をおいて形成された冷却ガス供給部(ガ
ス供給孔またノズル)からガス流路内に吹き込まれる。
【0016】図2ないし図4は、本発明法における冷却
ガスの供給方法を示すもので、このうち図2は、排ガス
ダクト5のガス流路壁面の周方向にポーラスノズル7a
を設け、このポーラスノズル7aから冷却ガスを供給す
るようにしたものであり、このポーラスノズル7aの背
部に設けられた環状のノズルヘッダ8にダクト外部から
冷却ガスが供給される。
【0017】図3は、ガス流路壁面の周方向に形成され
たスリットノズル7bから冷却ガスを供給するようにし
た例であり、この場合もスリットノズル7bの背部に設
けられたノズルヘッダ8に冷却ガスが供給される。 さら
に、図4はガス流路壁面の周方向に形成されたスリット
ノズル7dから、ガス流路長手方向に向けて冷却ガスを
吹き出すようにしたものである。
【0018】本発明法において、例えば、排ガスが炉口
排ガス温度:1400〜1600℃、排ガス流量:70
00〜8000Nm3/h程度である場合、図1の各冷
却ガス供給部Aから25℃の冷却ガス(N2)を300
〜800Nm3/h程度(すなわち、排ガス流量に対し
て最大で11%程度の流量)流すことにより、炉口フー
ドや排ガスダクトの内壁面温度を600〜800℃程度
に維持することができる。
【0019】図5は、本発明法を適用した場合と従来法
および比較法の場合とにおける、排ガスダクト内の横断
面方向での温度分布を示すもので、従来法のうち、が
断熱ダクトだけの場合の温度分布、がガス流路中に大
量の冷却ガスを吹き込み排ガスの平均ガス温度を低下さ
せた場合の温度分布、は排ガスダクトの外側を水冷構
造とした背面水冷方式の場合の温度分布である。これら
のうち、の断熱ダクトの場合には、ダクトの壁面は1
100℃程度で極めて高温となっており、ダストが容易
に付着する状態にある。の冷却ガスを大量に吹き込ん
だ場合では、ダクト壁面の温度が900℃以下に低下す
るものの、排ガス温度もこれと同程度に冷却され、予備
還元炉に供給される排ガス温度が著しく低下しているこ
とが判る。の背面水冷方式では、ダクト壁面の温度は
900℃以下に冷却されるが、これに伴い排ガス温度も
1100〜1000℃程度に冷却されている。以上の従
来法および比較法に対し、本発明法によればダクト壁面
温度は900℃以下に冷却されるが、ガス流路内を流れ
る高温排ガスの温度は1200℃以上の高温に維持さ
れ、排ガスの温度降下を最小に抑えつつダクト壁面の温
度を適切に冷却していることが判る。
【0020】図6は本発明のダクトの一実施例を示すも
ので、冷却ガス供給部Aとすべきダクト5の内側に、外
径がダクト5の内径よりも小さい管状体9が同心状に配
され、この管状体9の一端(排ガス流れ方向下流側の端
部)とダクト内壁との間で、ダクト長手方向に向けて開
口した環状スリット10(スリットノズル)を形成して
いる。管状体9とダクト内壁との間には、環状空隙部1
1を形成している。一方、ダクト5の外周には冷却ガス
を供給するための環状のヘッダ12が設けられ、このヘ
ッダ12に前記環状空隙部10の端部(排ガス流れ方向
上流側の端部)がガス通路13を介して連通している。
なお、17は冷却ガスをヘッダ12に供給するための供
給部であり、また、Dはダクトの内径、Sはスリットの
幅を示している。なお、上記環状スリット10は、冷却
ガスの噴出速度をなるべく大きくするため、その幅Sを
極く小さくしてある。このようなガス冷却供給部Aは、
ダクト5の長手方向で適当な間隔をおいて設けられる。
【0021】この実施例ではダクトの内壁を金属管で構
成しており、上記ガス冷却供給部Aを構成すべきダクト
部分はダクト14aにより構成されている。上述した本
発明の構造を得るため、ダクト14aは2本の管体1
5、16を組み合わせることによりに製作されている。
すなわち、管体15の一端部にはテーパ状の拡径管部1
50が形成され、一方、管体16の一端部にはテーパ状
の縮径管部160とその先端に小径管部161とが形成
されている。そして、小径管部161が管体15の本体
部の内壁と対向し、且つ縮径管部160が拡径管部15
0と対向するよう、管体16の端部が前記管体15の端
部に同心状に挿入されている。さらに、拡径管部150
の端部と、管体16の外周にはヘッダ12を構成するケ
ーシングの両側部が溶接接合され、これによりヘッダ1
2が構成されるとともに、両管体15、16が連結され
ている。そして、前記小径管部161が管状体9を構成
し、縮径管部160と拡径管部150との間隙がガス通
路13を構成している。以上の構造を有するダクト14
aは、その両端をフランジ18を介して他のダクト14
b、14cに連結されている。
【0022】図7は、図6に示すダクトにおいて冷却ガ
ス供給部Aから冷却ガスを流した際の排ガスおよび冷却
ガスの流れの状況を示したもので、図のCLはダクトの
筒芯を示している。また、この冷却ガスを流した際の環
状スリット先端位置から冷却ガス噴出方向(ダクト長手
方向)におけるダクト内壁温度分布を図8に示す。
【0023】図7に示すように、環状スリット10から
噴出された冷却ガスはダクト5の内壁に沿って膜状に流
れ、ダクト5の内壁を冷却する。環状スリット10から
噴出した冷却ガスは、ダクト内を流れる距離が長くなる
に従って次第に排ガスと混合し、その温度が上昇してダ
クト内壁の冷却作用が低下し、遂には図8に示すように
ダクト内壁温度が目標冷却温度Twを超えてしまう。冷
却ガスが噴出する環状スリット10の先端から上述のよ
うな状態になるまでの距離が有効冷却長Lsであり、こ
の有効冷却長Lsは冷却ガスの流速や流量によって決ま
る。したがって、冷却ガス供給部Aはダクト長手方向に
おける冷却ガス供給部間の距離が上記有効冷却長Lsを
超えないような間隔で設ける必要がある。なお、操業中
におけるダクト5の内壁温度の調節は冷却ガスの供給量
を制御することによってなされる。
【0024】図6の構造を有する内径D:1m、長さ:
7.8mのダクトを溶融還元炉の排ガス用に使用する場
合について、その内壁温度を800℃程度に冷却するた
めに必要な各種条件を計算によって求めた。その結果
を、前提とする操業条件とともに表1に示す。なお、こ
の計算では冷却ガスとして窒素を使用するものとした。
【0025】
【表1】
【0026】表1に示すように所定量の冷却ガスをダク
ト内壁に沿って膜状に流すことにより、ダクト内壁を過
度に冷却することなく、目標とする温度に冷却すること
ができる。この場合、供給した冷却ガスは最終的に排ガ
スに混合してしまうため、冷却ガス量はできるだけ少な
くすることが望ましい。このためには、冷却ガス供給部
Aの数や環状スリットの幅などの構成を適宜選択すれば
よい。例えば、表1のケースAの場合のように冷却ガス
供給部の数を多くし、且つスリットの幅を狭めた構造に
すれば、冷却ガスの流量(全冷却ガス供給量)は排ガス
流量の6%程度の少量で済むことになる。
【0027】表1におけるケースAの条件に基づく構成
のダクトを使用し、ケースAの操業条件によって、ダク
トに溶融還元炉から発生する排ガスおよび冷却ガスを流
した。この結果、3日間の連続操業を行ってもダクト内
壁へのダストの付着は起らず、ダクトの圧力損失は増加
しなかった。比較のため、冷却手段をもたない従来構造
のダクト(耐火物の内張り)を使用して行った操業で
は、ダスト付着により2日〜3日でダクトの圧力損失が
増加し、操業を停止せざるを得ない状態になった。ま
た、本発明のダクトを使用した場合、ダクト内壁は低融
点ダストの融点近傍までしか冷却されないため、排ガス
の温度低下が小さく、予備還元炉の還元性能に及ぼす影
響は少なかった。
【0028】
【発明の効果】以上述べた本発明法によれば、溶融還元
炉発生ガスのガス流路内を流れる高温排ガスの温度降下
を最小に抑えつつ、ガス流路壁面の温度をダストが付着
しにくい温度まで適切に冷却し、ダクト内壁に対するダ
ストの付着を効果的に抑えることができる。また、本発
明のダクトの構造によれば、冷却ガスをダクト内壁に沿
って膜状に流すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明法の一実施例を示す説明図
【図2】本発明法における冷却ガスの吹き込み方法の一
例を示す説明図
【図3】本発明法における冷却ガスの吹き込み方法の他
の例を示す説明図
【図4】本発明法における冷却ガスの吹き込み方法の他
の例を示す説明図
【図5】本発明法を適用した場合と従来法・比較法の場
合とにおけるダクト断面方向での温度分布を示すグラフ
【図6】本発明のダクトの一実施例を示す縦断面図
【図7】図6に示すダクトにおける冷却ガスおよび排ガ
スの流れを示す説明図
【図8】図6に示すダクトの使用時において、環状スリ
ット先端位置から冷却ガス噴出方向におけるダクト内壁
温度分布を示すグラフ
【図9】溶融還元製鉄設備を示す説明図
【図10】予備還元炉入口ガス温度と予備還元炉操業温
度との関係を示すグラフ
【符号の説明】
5…排ガスダクト、7a…ポーラスノズル、7b,7d
…スリットノズル、7c…ガス供給孔、8…ノズルヘッ
ダ、9…管状体、10…環状スリット、11…環状空隙
部、12…ヘッダ、13…ガス通路、14a〜14c…
ダクト、A…冷却ガス供給部
フロントページの続き (72)発明者 福島 裕法 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 磯崎 進市 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 松平 恒夫 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 松井 聡 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 薄井 徹 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 大場 修幸 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 渡部 雅之 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 高井 敏夫 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 荒川 栄 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−140012(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C21B 11/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融還元炉発生ガスを溶融還元炉からホ
    ットサイクロンに導くためのガス流路の長手方向複数箇
    所においてガス流路壁面に形成された冷却ガス供給部
    ら、供給された冷却ガス前記ガス流路壁面に沿っての
    み流れるよう、前記ガス流路を流れる溶融還元炉発生ガ
    ス流量の11%以下の全冷却ガス供給量で冷却ガスを供
    給し、該冷却ガスにより前記ガス流路壁面を冷却するこ
    とを特徴とする溶融還元製鉄設備における溶融還元炉発
    生ガス中ダストのガス流路への付着防止方法。
  2. 【請求項2】 溶融還元炉発生ガスのガス流路の壁面
    周方向で連続的または間隔をおいて形成された冷却ガス
    供給部から冷却ガスを供給することを特徴とする請求項
    1に記載の溶融還元製鉄設備における溶融還元炉発生ガ
    ス中ダストのガス流路への付着防止方法。
  3. 【請求項3】 冷却ガス供給部から、溶融還元炉発生ガ
    スのガス流路の長手方向に 向けて冷却ガスを吹き出すこ
    とを特徴とする請求項2に記載の溶融還元製鉄設備にお
    ける溶融還元炉発生ガス中ダストのガス流路への付着防
    止方法。
  4. 【請求項4】 溶融還元炉発生ガスを溶融還元炉からホ
    ットサイクロンに導くためのガス流路を構成するダクト
    において、 冷却ガス供給部とすべき位置のダクト内側
    に、外径がダクトの内径よりも小さい管状体を同心状に
    配して、この管状体とダクト内壁との間に環状空隙部を
    形成し、溶融還元炉発生ガス流れ方向上流側における環
    状空隙部の端部を、冷却ガスを供給するためのヘッダに
    連通させるとともに、溶融還元炉発生ガス流れ方向下流
    側における管状体の端部とダクト内壁との間でダクト長
    手方向に向けて開口した環状スリットを形成してなる溶
    融還元製鉄設備における溶融還元炉発生ガス排出用のダ
    クト。
JP4287068A 1991-10-07 1992-10-02 溶融還元製鉄設備における溶融還元炉発生ガス中ダストのガス流路への付着防止方法および溶融還元炉発生ガス排出用のダクト Expired - Fee Related JP2792367B2 (ja)

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