JP2792367B2

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

Info

Publication number: JP2792367B2
Application number: JP4287068A
Authority: JP
Inventors: 克博岩崎; 輝之長谷川; 治山瀬; 裕法福島; 進市磯崎; 恒夫松平; 聡松井; 徹薄井; 修幸大場; 雅之渡部; 敏夫高井; 栄荒川
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1991-10-07
Filing date: 1992-10-02
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: JPH05195029A

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
の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
も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に
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が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設
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
み、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排
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

(57)【特許請求の範囲】

【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か
ら、供給された冷却ガスが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。
【請求項２】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。
【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。
【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。