JP3045408B2 - 粉体循環流動層反応装置 - Google Patents

粉体循環流動層反応装置

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JP3045408B2
JP3045408B2 JP3082665A JP8266591A JP3045408B2 JP 3045408 B2 JP3045408 B2 JP 3045408B2 JP 3082665 A JP3082665 A JP 3082665A JP 8266591 A JP8266591 A JP 8266591A JP 3045408 B2 JP3045408 B2 JP 3045408B2
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和也 国友
悟 鈴木
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、粉状鉱石の流動層を形
成し、この流動層に還元ガスを導入して還元する流動層
還元装置に関する。
【0002】
【従来の技術】かかる流動層還元装置として、例えば、
特開昭62−269283号公報、特開平1−1118
07号公報に開示されているように、反応槽ライザーの
上方から粉鉱石を投入し、その底部から底板全面から還
元ガスを導入して流動層を形成し、その上部からサイク
ロンによって還元粉鉱を捕集した後、ダウンカマーによ
って再びライザーに戻す循環型流動層反応装置があり、
溶融還元炉による銑鉄の製造に際しての粉鉱の予備還元
装置として使用されている。
【0003】この流動層還元装置において、ライザーに
使用された流動層は下方部の粉体濃度は高く形成される
が、上部層の粒子濃度は希薄になって固気反応が進ま
ず、また、導入ガスの流速が遅い周壁部分は流動が不活
発で固気反応の進行が遅いという欠点がある。
【0004】従来から、流動層の上部層の粒子濃度を確
保するための手段が種々講じられており、例えば、特開
昭63−143211号公報には、流動層を形成するラ
イザーの内壁にフィン状の突起を設けて、内壁の表面積
を大きくして粒子の滞留量を増大させる方法、あるいは
特開平1−242724号公報には、ライザーの内径を
上方位置で拡大してガス流速を低下させ粒子滞留量を増
加させる方法が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
改善方法において、内壁の表面積を大きくする方法にお
いては、フィン状突起によって還元ガスが通過し難い部
分を生じ、その部分に滞留する粉鉱の還元反応を阻害す
る。また、ライザーの内径を上方位置で拡大する改善方
法においては、装置が処理容量の割には大型化すると共
に、その拡大箇所でのガス流速が低下するために、原料
鉱石の中の粗粒部分の循環が困難となり、流動が不安定
になり、還元反応効率が低下するという問題が生じる。
【0006】本発明において解決すべき課題は、流動層
を形成する粉体の流動が流動層全体にわたって万遍なく
行われ、固気反応を全体として均一に行うことができ、
反応効率を上げるための手段を見出すことにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、粉粒物の流動
層を形成し反応ガスと粉粒物との固気反応を行う反応槽
において、ライザー内壁全周にライザー内径の1/20
〜1/5の突起を形成したことを特徴とする。
【0008】突起の取付け箇所は、流動層の希薄部であ
って、導入ガスの流れが周壁部分で乱れる粉体による流
動層を形成するライザー全長の上から1/4〜2/3の
位置である。
【0009】この突起の態様としては、通常、全周面に
連続して形成した水平平板の突起とするが、状況に応じ
て突起の突き出し角度を水平よりも上方もしくは下方に
傾斜させたもの、あるいは、平板でなくくさび型の断面
をもつものなどでも同様の効果がある。この時、水平も
しくは水平より上方に傾斜させた場合は突起の上に粉体
の堆積が生じて、上方より下降してくる粒子はその堆積
粉体上を滑り落ちてゆくため、突起の材質が磨耗に弱い
場合にはセルフコーティングの効果がある。また、この
ような突起を高さ方向に隔てて複数段取り付けることに
より更に効果が向上するが、その場合は各段の間隔を塔
径の倍以上確保することが、ガス流の中心部への縮流を
防止する点から望ましい。ただし、全周に連続した突起
ではなく周方向を分割した突起を相互に上下方向の間隔
を置いて設ける場合は、隣接する突起の上下方向の間隔
は分割された突起の周長の半分以下の間隔とする方が、
周辺粒子下降流の再形成を防止する点から望ましい。
【0010】
【作用】導入ガスによって上方に吹上げられた粉鉱の一
部は、ガスとともに流動層外に排出され、残りはその重
力によってガス流速の遅い壁際に沿って下降してくる。
【0011】従来の方法では、この壁際の下降流粒子は
壁に沿って降下し、粒子濃度の高いライザー下部に到達
してはじめて他の粒子と混合しガスと活発な反応を行う
が、壁際を下降中は粒子の分散が不十分なこと、カスの
流速が遅いことなどにより、粒子とガスとの反応は活発
に行われず、ライザーの中上部における反応の進行はわ
ずかであり、装置全体を充分活用できない。本発明で
は、粒子が下降する壁の途中に突起を設けることによっ
て、壁に沿って降下してきた粒子を突起により矯正的に
炉中央部に移動させる。炉中央部はガス流速が速いため
に、集団的に移動していた粒子は還元ガス中に分散させ
られ、粒子とガスとの接触が良くなる。この結果、従来
は主に反応効率の悪い壁際に多くの粒子が存在していた
ライザー中上部のレベルにおいて、中心から壁際にかけ
て万遍なく粒子が存在するようになるため、ライザーの
高さ方向全領域でガスと粒子との反応が進行するように
なり反応効率は著しく向上する。
【0012】また、ガス側から評価しても、ガスとは有
効に反応しない壁際に分散せずに存在する粒子が減少
し、ガスと有効に反応する分散した粒子が炉中間から中
心部にかけて存在するようになるために、ガスが装置に
導入されてから排出されるまでに有効に接触する粒子の
数は本発明の適用により増加する。さらに、従来真っ直
ぐに上昇していたガス流が突起に衝突することにより横
方向の運動が生じて、還元性の低下した粒子近傍のガス
と還元性の高い粒子間のガスとの混合が促進される。
【0013】これらの効果により、ガス還元への利用率
効率は上昇する。
【0014】以上の様な作用を有効ならしめるには、突
起を設ける高さレベルは、ライザー中央部の粒子濃度が
低い場所とする必要がある。すなわち、粒子濃度が濃厚
な領域においては、壁際の下降流そのものが崩壊してい
るとともに、中央部においてもすでに粒子が多量に存在
しており、本発明の効果は充分には発揮されない。粒子
濃厚層が消滅する位置はライザーの全長の上から2/3
以下の位置であるため、それ以上の高さに突起を設ける
ことが望ましい。また、ライザーの上端に近い所に突起
を設けると、突起により中央部に移動した粒子がガス流
に乗ってそのままライザーより排出される割合が高くな
り、粒子をライザー内に滞留させらず反応が充分に進行
しない。その位置の限界は、ライザーの全長の上から1
/4以上の位置であるため、それ以下の高さに突起を設
けることが望ましい。従って、突起を設ける位置はライ
ザーの全長の上から1/4〜2/3とすることが望まし
い。
【0015】また、突起の適切な突き出し長さは、粒子
の炉中央部への移動が確実に行えるとともに、局部的な
ガス流速が大きくなりすぎないことに注意して設定する
必要がある。突き出し長さがライザー内径の1/20
下になると、粒子は突起の下で直ちに下降流を再形成
し、結果的には粒子の分散が不十分な下降流が突起の上
下で連続してしまうため、本発明の効果を充分には享受
できない。また、突き出し長さがライザー内径の1/5
以上になると突起部断面のガス流速が突起の無い部分よ
りも大幅に速くなりガスの粒子輸送能力が大きくなるた
め、粒子の排出速度が過剰になり、突起以上のレベルに
おいて適切な粒子の滞留量が確保されなくなる。
【0016】従って、突起の突き出し長さは、ライザー
内径の1/20〜1/5にすることが望ましい。
【0017】
【実施例】図1は本発明を適用した粒状鉄鉱の循環流動
層予備還元装置の概要を示す。
【0018】同図において、循環流動層予備還元装置は
側面に設けた原料供給口1と底部に設けた反応ガス導入
口2と製品排出口3とを有するライザー4と、同ライザ
ー4の頂部と連通するサイクロン5とダウンカマー6と
からなる外部粒子循環装置とを有し、外部粒子循環装置
6はその途中に製品取出し口7を有する連結管8によっ
てライザー4の下部と連通されている。本発明にかかる
突起9は、ライザー径の1/10の長さの水平平板で、
ライザー4の全長の上方から略1/3の箇所の全周に連
続して設けられている。
【0019】かかる装置において、原料供給口1から供
給された粉鉱は下方から導入された還元ガスによって流
動層Fを形成し、部分的に還元された鉱石はその頂部か
らサイクロン5に入り、そこで捕集された粉鉱はダウン
カマー6から連結管8を経由してライザー4の下方部に
循環導入される。
【0020】この過程で、ライザー4内に形成された流
動層Fからの粉鉱は、吹き上げられる還元ガスによって
ライザー中を流動するが、その周壁部近くは上昇還元ガ
スの流速が低いために、一旦上昇した鉱石は周壁に沿っ
て降下し、突起9付近に一次滞留するが、この突起9に
よってライザー4の中心方向に移動し、中央部分を強く
吹き上げる還元ガスによって再び流動する。
【0021】図2は、この突起9部分の粉鉱FOの態様
を示す図である。
【0022】同図に示すように、ライザー4の下方部分
に形成する濃密流動層Fとは別に、突起9部分より上方
に降下粉鉱FOによる流動部分が形成され、ここでの固
気接触反応が促進され、ガス利用率が格段に改善され
る。
【0023】図3は、本発明の効果をガス利用率から見
た図である。反応条件は下記の通りである。
【0024】反応温度 :800℃ 製品還元率:50〜60% 還元ガス組成:CO=50%、H2 =20%、N2 =3
0% 本発明の適用時はガス流速にかかわらず3割以上のガス
利用率の向上が認められた。製品還元率やガス流速がほ
ぼ一定の条件においては、時間当りの生産量はガス利用
率に比例するため、本発明が生産性の向上に有効である
ことは明らかである。
【0025】
【発明の効果】本発明によって、以下の効果を奏する。
【0026】(1)ガスが通過しにくいライザー内周壁
近傍に滞留する傾向がある粉鉱とガスとの混合が促進さ
れ、反応効率が上がり生産性が向上する。
【0027】(2)ガス流速を減じることなく、粒子の
混合を促進するものであるので、投入粒子の粒度構成に
関係なく、投入鉱石の循環が円滑に行われ、操業の安定
性が向上する。
【0028】(3)反応に関しては無効な領域である反
応装置上方の粒子希薄部分がなくなるために、装置全体
を反応に有効に活用できる。
【0029】(4)粒子とともにガスの横方向の流れが
促進されることにより、ガス利用率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施するために使用する循環流動層予
備還元装置の概要を示す。
【図2】突起部分の粉鉱FOの態様を示す図である。
【図3】本発明の効果をガス利用率から見た図である。
【符号の説明】
1 原料供給口 2 反応ガス導入口 3 製品排出口 4 ライザー 5 サイクロン 6 ダウンカマー 7 ダウンカマーにおける製品取出し口 8 連結管 9 突起
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江頭 達彦 福岡県北九州市戸畑区大字中原46−59 新日本製鐵株式会社 機械・プラント事 業部内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22B 1/10 C21B 11/00 - 13/00 F27B 15/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粉体による流動層を形成するライザー全
    長の上から1/4〜2/3の位置に、ライザー内壁全周
    ライザー内径の1/20〜1/5の突起を設けた粉体
    流動層反応装置。
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