JP3248916B2 - 鉄鋼石用流動層型還元装置及び該装置を使用した鉄鋼石の還元方法 - Google Patents

鉄鋼石用流動層型還元装置及び該装置を使用した鉄鋼石の還元方法

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ポハング アイアン アンド スチール カンパニー リミテッド
リサーチ インスチチュート オブ インダストリアル サイエンス アンド テクノロジー
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 技術分野 本発明は、銑鉄又はインゴット鉄の製造工程における
微細な鉄鉱石を還元するための流動層型還元装置及び該
装置を使用する微細な鉄鉱石の還元方法に関し、さらに
詳細には、安定な流動状態で広い粒径範囲の鉄鉱石を効
率的に還元できる流動層型還元装置及び該装置を使用す
る微細な鉄鉱石の還元方法に関する。
先行技術の説明 一般に、還元鉄鉱石から銑鉄を製造する従来の方法
は、熔鉱炉を使用する方法及び竪型炉を使用する方法を
含んでいる。後者の方法では、竪型炉で還元された鉄鉱
石を電気炉で溶融する。
熔鉱炉を使用する銑鉄を製造する方法の場合には、熱
源及び還元剤として大量のコークスが使用される。この
方法では、鉄鉱石はガス透過性及び還元性を改良するた
めに焼結鉱石の形状で供給される。
通常の熔鉱炉を使用する方法では粘結炭製造用のコー
クス炉及び焼結鉱石製造用の装置が必要である。このた
め、熔鉱炉を使用する方法は、多額の投資と多量のエネ
ルギー消費を必要とする方法である。高品質の粘結炭は
世界て不均一に分布し、貯蔵量は減少しつつあり、その
欠乏はスチール需要の増加と共に深刻なものとなってい
る。他方、竪型炉を使用して鉄鉱石を還元する方法で
は、鉄鉱石をペレット化するための予備工程が必要とな
る。この方法では熱源及び還元剤として天然ガスを使用
しているため、天然ガスの供給を容易に受け得る地域の
みが商業的条件を満たすという欠点がある。
最近、コークスを使用しない鉄鉱石からインゴット鉄
を製造できる溶融還元法が新しい鉄生産法として注目さ
れている。溶融還元法は、典型的には、別の炉で予備還
元された鉄鉱石を溶融炉で完全に還元してホットメタル
を製造する方法である。
還元炉では、鉄鉱石を溶融前に固相で還元する。換言
すれば、還元炉に供給した鉄鉱石を溶融炉で発生した熱
還元性ガスと接触させて還元する。
この方法で使用される還元方法は２種に分けることが
でき、即ち移動床型と流動層型とであり、それは鉄鉱石
の還元性ガスとの接触条件に依存している。広い粒径分
布を有する微細な鉄鉱石の還元用として最も期待できる
方法の一つは、反応炉の下部に設置されたディストリビ
ューターを介して供給される還元性ガスにより流動状態
で鉱石を還元する流動層型プロセスである。流動層型還
元炉の例は、日本実用新案公開公報第58−217615号に開
示され、その構造は第１図に示されている。第１図に示
すように、この炉は、微細な鉄鉱石を還元する円筒状の
炉体１を含んでいる。円筒状炉体１は、鉱石入口２、還
元性ガス入口３、還元された鉱石の出口４及び排ガス出
口５を備えている。
この流動層型炉においては、最初に微細な鉄鉱石が鉱
石入口２を経て円筒状炉体１に供給される。還元性ガス
が適当な流速でガスディストリビューター６を経て炉に
供給されると、鉄鉱石はディストリビューター上で流動
層を形成し、還元性ガスにより混合され、撹拌され、そ
してこの状態で鉄鉱石は還元性ガスにより還元される。
還元炉に供給された還元性ガスは、鉄鉱石の層であたか
も流動層が沸騰しているようにバブルを形成し、粒子層
を通って上昇し、これによりバブリングした流動層を形
成する。還元された鉄鉱石は鉱石出口４を経て炉から排
出され、ついて溶解気化器（melter gasifier）に供給
される。
この流動層型還元装置は、鉄鉱石のエルトリエーショ
ン（elutriation）のみならず還元性ガスの効率を増加
させて効率的な流動層を形成するように、還元性ガスの
流速を最小とする必要がある。鉄鉱石の粒径はある範囲
に厳密に限定される。換言すれば、効率的な流動層を形
成するために必要な還元性ガスの流速は、還元される鉄
鉱石の粒径に依存している。その結果、広い粒径範囲を
有する鉄鉱石を処理することは不可能である。このた
め、上述の流動層型還元炉に供給される鉄鉱石の粒径は
典型的には1mm以下に限定される。しかしながら、鉄生
産業に原料として供給される鉄鉱石の少なくとも50％は
1mmよりも大きい粒径を有している。
このような流動層型還元炉においては、鉄鉱石は使用
前に粒径の見地から篩にかけられ、より大きい粒径の鉄
鉱石は必要な粒径まで破砕された後還元炉に供給される
かあるいは直接上記欠点を有する竪型炉に供給されるか
のいずれかである。その結果、工程数の増加による設備
費の増加をもたらす。
本発明者らは、調査及び実験の結果、従来の方法が有
する上記の問題を解決できる本発明を提案する。
発明の要約 本発明の目的は、鉄鉱石を乾燥し、予備加熱するため
のシングル型乾燥／予備加熱炉、微細な鉄鉱石を予備還
元するためのシングル型予備還元炉、及び最終的に鉄鉱
石を還元するためのツイン型最終還元炉を含む３段階の
流動層型還元装置を提供し、これにより安定な流動状態
で広い範囲の粒径を有する鉄鉱石を効率的に還元し、流
動層型還元炉におけるガスの使用率を最大化し、鉄鉱石
の滞留時間を減少し、そして還元鉄の生産効率を向上す
ることができ、かつこの装置を使用することによる微細
な鉄鉱石を還元するための最適な方法を提供するにあ
る。
本発明の他の目的は、鉄鉱石を乾燥し、予備加熱する
ための乾燥／予備加熱炉及び最初にそして最終的に鉄鉱
石を還元するためのツイン型還元炉を含む流動層型還元
装置を提供し、これにより安定な流動状態で広い範囲の
粒径分布を有する鉄鉱石を効率的に還元し、鉄鉱石の粒
径と関係なく均一な還元を達成し、そして還元速度、ガ
ス使用率およびガス消費率を改良し、かつこの装置を使
用する微細な鉄鉱石を還元する最適な方法を提供するに
ある。
一つの態様に従えば、本発明は広い範囲の粒径分布を
有する微細な鉄鉱石を還元する流動層型還元装置を提供
し、該装置は、ホッパーから供給された鉄鉱石を乾燥
し、予備加熱するための乾燥／予備加熱炉：該乾燥／予
備加熱炉からの排ガスに含まれているダスト状鉄鉱石を
捕捉するための第１サイクロン；乾燥／予備加熱された
鉄鉱石及び第１サイクロンで捕捉されたダスト状鉱石を
バブル状の流動状態で予備還元するための第１還元炉；
第１還元炉からの排ガスに含まれているダスト状鉄鉱石
を捕捉するための第２サイクロン；鉄鉱石の中間／微細
部分をエルートリエイトしながらバブル状の流動状態で
予備還元された鉄鉱石の粗鉱石部分のみを最終的に還元
する第２高速ガス還元炉；バブル状の流動層を形成しな
がら第２高速ガス還元炉からエルートリエイトした中間
／微細鉱石を最終的に還元する第２低速ガス還元炉：お
よび第２低速ガス還元炉からの排ガス中に含まれるダス
ト状鉱石を捕捉するための第３サイクロンからなる。
他の態様に従えば、本発明は広い範囲の粒径分布を有
する微細鉄鉱石を還元するための流動層型還元装置を提
供し、該装置は、ホッパーから供給された鉄鉱石を乾燥
し、予備加熱するための乾燥／予備加熱炉；乾燥／予備
加熱炉からの排ガス中に含まれるダスト状鉄鉱石を捕捉
するための第１サイクロン；予備加熱された中間／微細
鉱石部分をエルートリエイトしながらバブル状の流動状
態で乾燥／予備加熱炉から排出された予備加熱された鉄
鉱石の粗鉱石部分のみを最初に還元（予備還元）するた
めの第１高速ガス還元炉；バブル状の流動層を形成しな
がら第１高速ガス還元炉からエルートリエイトされた中
間／微細鉄鉱石を予備還元するための第１低速ガス還元
炉；第１低速ガス還元炉から排出されたガス中に含まれ
た粗鉄鉱石を捕捉するための第２サイクロン；バブル状
の流動層を形成しながら第１高速ガス還元炉で予備還元
された粗鉄鉱石を最終的に還元するための第２高速ガス
還元炉；バブル状の流動層を形成しながら第１低速ガス
還元炉で予備還元された中間／微細鉄鉱石を最終的に還
元するための第２低速ガス還元炉；第２低速ガス還元炉
からの排ガス中に含まれたダスト状の鉄鉱石を捕捉する
ための第３サイクロン、該第３サイクロンは捕捉された
ダスト状鉄鉱石を第２低速ガス還元炉の下部にあるいは
溶融気化器の下部のいずれかに再循環し；および第２高
速ガス還元炉からの排ガス中に含まれる粗鉱石を捕捉す
るための第４のサイクロンからなる。
他の態様に従えば、本発明は広い粒径分布を有する微
細な鉄鉱石を還元する方法を提供し、該方法はホッパー
から供給された鉄鉱石を乾燥／予備加熱炉で乾燥し、予
備加熱する工程；乾燥し予備加熱された鉄鉱石を第１還
元炉で予備還元する工程；バブル状の流動層を形成しな
がら予備還元された鉄鉱石の粗鉱石部分を第２高速ガス
還元炉で最終的に還元する工程；およびバブル状の流動
層を形成しながら予備還元された鉄鉱石の中間／微細鉱
石部分を第２低速ガス還元炉で最終的に還元する工程か
らなる。
他の態様に従えば、本発明は広い粒径分布を有する微
細な鉄鉱石を還元する方法を提供し、該方法はホッパー
から供給された鉄鉱石を乾燥／予備加熱炉で乾燥し、予
備加熱する工程；バブル状の流動層を形成しながら乾燥
／予備加熱された鉄鉱石の粗鉱石部分を第１高速ガス還
元炉で予備還元する工程；乾燥／予備加熱された鉄鉱石
の中間／微細部分を第１低速ガス還元炉で予備還元する
工程；バブル状の流動層を形成しながら予備還元された
粗鉄鉱石を第２高速ガス還元炉で最終的に還元する工
程；およびバブル状の流動層を形成しながら予備還元さ
れた中間／微細鉄鉱石を第２低速ガス還元炉で最終的に
還元する工程からなる。
図面の簡単な説明 本発明の他の目的および態様は添付図面と共に下記具
体例の説明から明らかになるであろう。
第１図は鉄鉱石を還元するための従来の流動層型還元
炉を示す構成図である。
第２図は本発明の広い粒径分布を有する微細な鉄鉱石
を還元するための流動層型還元装置を示す構成図であ
る。
第３図は本発明の他の態様の広い粒径分布を有する微
細な鉄鉱石を還元するための流動層型還元装置を示す構
成図である。
第４図は本発明の他の態様の広い粒径分布を有する微
細な鉄鉱石を還元するための流動層型還元装置を示す構
成図である。
第５図は流動層における還元時間による鉄鉱石の分級
化（degradation）を示すグラフである。
第６図は還元性ガスの圧力による最終速度の変化を示
すグラフであり、それぞれ異なる粒径に対する予備還元
および最終還元で表している。
第７図は還元性ガスの圧力による最小流動速度の変化
を示すグラフであり、それぞれ異なる粒径に対する予備
還元（予備還元）および最終還元で表している。
発明を実施するための最良の形態 第２図は、本発明による広い粒径分布を有する微細な
鉄鉱石を還元するための流動層型還元装置を示す。
第２図に示すように、流動層型還元装置は、ホッパー
90から供給された鉄鉱石を乾燥し、予備加熱するための
乾燥／予備加熱炉10、乾燥／予備加熱炉10から供給され
た乾燥／予備加熱された鉄鉱石を予備還元するための第
１還元炉20、鉄鉱石の中間／微細鉱石部分を第２低速還
元炉へエルートリエイトしながらバブル状の流動層を形
成することによって第１還元炉で予備還元された鉄鉱石
の粗鉱石部分を最終的に還元するための第２高速還元炉
30、およびバブル状の流動層を形成しながら第２高速還
元炉30から供給された中間／微細鉄鉱石を最終的に還元
するための第２低速ガス還元炉40を備えている。
乾燥／予備加熱炉10は、低い部分の直径が上部の直径
よりも小さい、上部が拡り下部が狭まった円筒体であ
る。即ち、乾燥／予備加熱炉10の本体は、上部の拡大し
た円筒部分101、直径が下部から上部に向かって滑らか
に増加する中間部の傾斜部分102、および下部の直径が
小さい円筒部分103を備えている。乾燥／予備加熱炉10
は、底部分に第１還元炉20からの排ガスを受け取る第１
ガス入口11を備えている。第１ガスディストリビュータ
12は乾燥／予備加熱炉10の下部部分103に備えられ、第
１ガス入口11を介して乾燥／予備加熱炉10に供給された
排ガスを均一に広げている。
乾燥／予備加熱炉10は、下部部分103の側壁にホッパ
ー90からの鉄鉱石を受け入れるための第１鉱石入口15、
乾燥／予備加熱炉10からの乾燥／予備加熱された鉄鉱石
の粗鉱石部分を排出するための第１粗鉱石出口14、およ
び乾燥／予備加熱炉10からの乾燥／予備加熱された鉄鉱
石の中間／微細鉱石部分を排出するための第１中間／微
細鉱石出口14を具備している。第１排ガス出口16は、上
部101の側壁に備えられ、乾燥／予備加熱炉10からの排
ガスを排出する。
第１鉱石入口15は、鉱石供給ライン91を経てホッパー
90に連結され、鉄鉱石はこのラインを通って供給され
る。第１排ガス出口16は、第１排ガスライン53を経て第
１サイクロン50に連結されている。第１粗鉱石および中
間／微細鉱石の出口13および14は共に、第１ダクトライ
ン17を経て第１還元炉20に連結され、鉄鉱石は該ライン
を通って供給される。第１サイクロン50は、第１ダスト
状鉱石排出ライン51および第１クリーンガス排出ライン
52を具備している。第１ダスト状鉱石排出ライン51は、
第１ダクトライン17の一端に連結され、鉄鉱石は該ライ
ンを経て供給される。
好ましくは、第１還元炉20の第２クリーンガス排出ラ
イン62をせき止めるパージガスラインP1を第１ダクトラ
イン17の曲げ部分に連結し、少量のパージガスを第１ダ
クトライン17に供給して、ライン17に供給された鉄鉱石
によりダクトライン17が詰まるのを防止する。同じ目的
で、第１ダスト状鉱石排出ライン51の曲げ部分に、第２
クリーンガス排出ライン62に連結した他のパージガスラ
インを連結してもよい（図示せず）。
乾燥／予備加熱炉10と同様に、第１還元炉20は、下部
の直径が上部の直径よりも小さい、拡大した上部と狭ま
った下部を有する円筒炉体を備えている。即ち、第１還
元炉20の本体は、拡大した上部円筒部分201、直径が滑
らかに下部から上部に向かって増加する中間傾斜部20
2、および狭まった下部円筒部分203を具備する。第１還
元炉20は、底部分に第２低速ガス還元炉40からの排ガス
を受け入れる第２ガスライン21を具備する。第２ガスデ
ィストリビュータ22は、第１還元炉20の下部203に、第
２ガス入口21を通って供給される排ガスを均一に分配す
るために設けられている。
第１還元炉20は、下部203の側壁に、乾燥／予備加熱
炉10からの鉄鉱石を受け入れる第２鉱石入口25、第１還
元炉20から予備還元された鉄鉱石の粗鉱石部分を排出す
る第２粗鉱石出口23、および第１還元炉20から予備還元
された鉄鉱石の中間／微細鉱石部分を排出するための第
２中間／微細鉱石出口24をも具備している。第１還元炉
20の排ガスを排出するために、第２排ガス出口26が上部
201の側壁に備えられている。
第２鉱石入口25は、第１循環ライン17を経て乾燥／予
備加熱炉10に連結され、乾燥／予備加熱炉10からの乾燥
／予備加熱された鉄鉱石を受け入れるようになってい
る。第２排ガス出口26は、第２排ガスライン63を経て第
２サイクロン60に連結され、排ガスがサイクロンに供給
されるようになっている。第２粗および中間／微細鉱石
出口23および24は、第２ダクトライン27を経て第２高速
還元炉30に連結され、鉄鉱石が第２高速還元炉に供給さ
れるようになっている。第２サイクロン60の底部分に
は、第２ダスト状排出ライン61の一端が連結される。第
１パージガスラインP1を分岐している第２クリーンガス
排出ライン62は、一端で第２サイクロン60の頂部に連結
している。第２ダスト状鉱石排出ライン61は、他端で第
２ダクトライン27に連結している。第２高速ガス還元炉
30からの第１還元性ガス供給ライン31aをせき止める第
２パージガスラインP2が第２ダスト状鉱石排出ライン61
の曲げ部分に連結され、少量のパージガスをライン61に
供給し、これにより、ライン61に供給された鉄鉱石によ
る詰まりからライン61を防止するようにすることが好ま
しい。同じ目的で、第１還元炉ガス供給ライン31aに連
結された他のパージガスライン（図示せず）を第２ダク
トライン27の曲げ部分に連結してもよい。
第２クリーンガス排出ライン62は乾燥／予備加熱炉10
の第１ガス入口11に連結される。他方、第２ダクトライ
ン27は、一端で第２高速ガス還元炉30の第３鉱石入口35
に連結され、第１還元炉20からの予備還元された鉄鉱石
を供給する。
一方、第２高速ガス還元炉30は、長さ方向を通じて均
一な直径を有する円筒体である。第２高速ガス還元炉30
は、還元性ガス源（図示せず）からの還元性ガスを受け
入れる第３ガス入口31を底部分に備えている。第３ガス
ディストリビュータ32は、第２高速ガス還元炉30の下部
に設置され、第３ガス入口31を経て第２高速ガス還元炉
30に供給された還元性ガスを広げるようになっている。
第２高速ガス還元炉30の下部の一部には、第３鉱石入口
35が設置され、第１サイクロン60により捕捉されたダス
ト状鉱石と共に、第１還元炉20からの予備還元された鉄
鉱石を受け入れるようになっている。第３ガス入口は還
元性のガス源（図示せず）に連結する第１還元性ガス供
給ラインに連結している。
第２高速ガス還元炉30は、第２高速ガス還元炉30で最
終的に還元された鉄鉱石の粗鉱石部分を外部に排出する
ための第３粗鉱石出口33、および第２高速ガス還元炉30
からの排ガスと共に第２高速ガス還元炉30から第２低速
ガス還元炉40へ最終的に還元された中間／微細鉱石部分
を排出（エルートリエイト）するための第３中間／微細
鉱石出口34を具備している。第３粗鉱石出口33には、第
３粗鉱石排出ライン33aが連結されている。他方、第３
中間／微細鉱石出口34は、第３中間／微細鉱石排出ライ
ン34aを経て第２低速ガス還元炉40に連結されている。
第２低速還元炉40は、下部の直径が上部の直径よりも
小さい、拡大された上部と狭められた下部を有する円筒
体である。即ち、第２中間／微細鉱石還元炉40は、拡大
された上部円筒部401、直径が下部から上部に向かって
滑らかに増加する中間傾斜部402、および狭められた下
部円筒部403を備えている。第２低速ガス還元炉40に
は、底部に還元性ガス源（図示せず）からの還元性ガス
を受け入れるための第４のガス入口41が設置されてい
る。第４のガスディストリビュータ42が、第２低速ガス
還元炉40の下部に設置され、第４ガス入口41を経て供給
された還元性ガスを第２低速ガス還元炉40中で均一に広
げている。第４ガス入口41は、還元性ガス源（図示せ
ず）に連通する第２還元性ガス供給ライン41aに連結さ
れ、該ラインを経て還元性ガスが供給される。第２還元
性ガス供給ライン41aは第１還元性ガス供給ライン31aと
合体させてもよい。
第２低速ガス還元炉40は、下部403の側壁に第３中間
／微細鉱石出口44を備え、第２低速ガス還元炉40中で最
終的に還元された中間／微細鉄鉱石を排出する。また、
第２低速ガス還元炉40は上部401の側壁に第３ガス出口4
6を備え、第２低速ガス還元炉40からの排ガスを排出す
る。
第２低速ガス還元炉40には、内部サイクロン80を設置
することが好ましい。第２低速ガス還元炉40は、第２高
速ガス還元炉30および第２低速ガス還元炉40からの合体
した還元性ガスにより、バブル状の流動状態で受け取っ
た中間／微細鉄鉱石を還元する。このとき、鉄鉱石の超
微細、即ち、ダスト状部分は第２低速ガス還元炉40内で
排ガスによりエルートリエイトされる。内部サイクロン
80は、第２低速ガス還元炉40からの排ガスに巻き込まれ
たダスト状鉄鉱石を受けとり、そしてダスト状鉄鉱石を
排ガスから分離する。ついで、第３排ガスライン73を経
て第３サイクロン70に排ガスを排出しながら第２低速ガ
ス還元炉40の下部にダスト状鉄鉱石を再循環する。
第４の中間／微細鉱石出口44は、第３ダクトライン44
aを経て還元鉄貯蔵容器（図示せず）に連結される。第
３排ガスライン73は、第３排ガス出口46を経て第３サイ
クロン70に連結される。
第３サイクロン70は、底部で、第３ダスト状鉱石排出
ライン71の一端に連結され、頂部で、第３クリーンガス
排出ライン72に連結される。第３ダスト状鉱石排出ライ
ン71の他端は、第３ダクトライン44aに連結される。第
３ダスト状鉱石排出ライン71は、第３中間／微細鉱石排
出ライン32aと交差する。両方向排出バルブ71aは、ライ
ン34aと71の交差部分に設置され、第３サイクロン70に
より捕捉されたダスト状鉱石が、第２低速ガス還元炉40
の下部に再循環されるように、あるいは次の工程に供給
されるようにすることが好ましい。
第２低速ガス還元炉40が内部サイクロン80を備えない
場合には、第３サイクロン70を第３排ガスライン73を経
て直接第２低速ガス還元炉40に連結する。
本発明の流動層型還元装置で還元される鉄鉱石の粗鉱
石部分の粒径の上限を増加するためには、乾燥／予備加
熱炉10、第１還元炉20、第２粗鉱石還元炉30をそれらの
下部の還元容積をより大きくするようにしてもよい。こ
れと関連して、第３図は、本発明の他の態様に従って、
還元される鉄鉱石の粗鉱石部分の粒径を増加できるよう
にした流動層型還元炉を示す。第３図において、第２図
と対応する要素は、それぞれ第２図と同じ記号で示し
た。
第３図で示すように、記号200で示す流動層型還元装
置は、二重の傾斜部を持つ円筒構造を有する乾燥／予備
加熱炉10A、二重の傾斜部を持つ円筒構造を有する第１
還元炉20A、および一つの傾斜部を有する第２高速ガス
還元炉30Aを備えている。即ち、乾燥／予備加熱炉10A
は、上部101A、第１傾斜部102A、中間部104A、第２傾斜
部105A、および下部103Aを具備する。乾燥／予備加熱炉
10Aと同様に、第１還元炉20Aは、上部201A、第１傾斜部
202A、中間部204A、第２傾斜部205A、および下部203Aを
具備する。他方、第２粗鉱石還元炉30Aは、上部301A、
傾斜部302A、および下部303Aを具備する。
本発明のいずれの態様に従っても、流動層型還元装置
は、最終的に還元された粗および中間／微細鉱石を溶融
してインゴット鉄を製造する溶融気化器99を備えていて
もよい。この場合、溶融気化器から発生した排ガスを、
第３図に示すように、第２低速ガス還元炉40および第２
高速ガス還元炉30A用の還元性ガスとして使用してもよ
い。
傾斜部のある円筒構造を有する乾燥／予備加熱炉10お
よび10A、第１還元炉20および20A、および第２高速ガス
還元炉30は、各炉の下部で中間／微細鉱石部分を含む鉄
鉱石を積極的に流動化し、これにより還元性ガスの利用
度および消費量を改良するのみならず、各炉の上部で還
元性ガスのガス速度を減少し、これにより鉄鉱石がエル
ートリエイトすることを抑制する。
乾燥／予備加熱炉10および10A、および第１還元炉20
および20Aで処理される鉄鉱石は、中間／微細鉱石部分
と同様に粗鉱石部分を含んでいる。他方、第２高速ガス
還元炉30および30Aにおいては粗鉄鉱石部分のみを還元
し、一方第２低速ガス還元炉40は中間／微細鉄鉱石のみ
を還元する。このため、これらの炉で使用されるガス速
度はそれぞれ異なっている。
乾燥／予備加熱炉10および10A、第１還元炉20および2
0A、および第２低速ガス還元炉40にとって、各連結する
炉の下部における還元性ガスのガス速度は、鉄鉱石の最
小流動速度の1.5から3.0倍に保持されることが好まし
い。しかしながら、各炉の上部における還元性ガスのガ
ス速度は、エルートリエイトされる鉄鉱石の最終速度よ
りも小さく保持される。円筒形状をしている第２高速ガ
ス還元炉30および30Aは、長さ方向を通じてガス速度は
均一であり、そのガス速度は、粗鉱石のバブル状流動を
達成するために、最小流動速度の1.5から3.0倍に保持さ
れる。
最適ガス速度を提供するために、乾燥／予備加熱炉10
および第１還元炉20は、それぞれの炉の連結する下部部
分で、その内径は第２高速還元炉30の内径の1.2〜1.8倍
であることが好ましい。各炉10および20の下部の内径が
炉30の内径の1.2倍よりも小さい場合には、炉10および2
0内の還元性ガスのガス速度が早くなりすぎ、その結
果、微細鉄鉱石の過度に早い流動化をもたらすこととな
る。この場合、鉄鉱石と還元性ガスとの間の反応が起こ
りにくくなる。他方、各炉10および20の下部の内径が炉
30の内径の1.8倍よりも大きい場合には、炉10および20
内の還元性ガスのガス速度は低くなりすぎ、その結果、
非流動化現象を生ずることとなる。
乾燥／予備加熱炉10および第１還元炉20は、それぞれ
の炉の連結する下部で、各下部の内径の7.0〜12.0倍の
高さを有することが好ましい。第２高速ガス還元炉30
は、内径の20〜30倍の高さを有することが好ましい。
乾燥／予備加熱炉10および第１還元炉20は、各連結す
る上部で、第２高速ガス還元炉30の内径の3.5〜5.0倍の
内径を有することが好ましい。炉10および20の上部の内
径が炉30の内径の3.5倍よりも小さい場合には、炉10お
よび20ないの還元性ガスのガス速度は高くなりすぎ、そ
の結果、微細鉱石の過度に早い流動化を生ずることとな
る。他方、炉10および20の上部の内径が炉30の内径の5.
0倍よりも大きい場合には、炉10および20内の還元性ガ
スのガス速度が低くなりすぎ、非流動化現象を生ずるこ
ととなる。乾燥／予備加熱炉10および第１還元炉20は、
各連結する上部で、各上部の内径の2.0〜4.0倍の高さを
有することが好ましい。
一方、第２低速ガス還元炉40は、その下部で、第２高
速ガス還元炉30の内径の2.0〜3.0倍の内径を有すること
が好ましい。炉40の下部の内径が炉30の内径の2.0倍よ
りも小さい場合には、炉40内の還元性ガスのガス速度が
高くなりすぎ、その結果、微細鉄鉱石の過度に早い流動
化を生ぜしめることとなる。炉40の下部の内径が炉30の
内径の3.0倍よりも大きい場合には、炉40内の還元性ガ
スのガス速度が低くなりすぎ、非流動化現象を生ずるこ
ととなる。第２低速ガス還元炉40は、その上部で、第２
高速ガス還元炉30の内径の2.8〜4.0倍の内径を有するこ
とが好ましい。炉40の上部の内径が炉30の内径の2.8倍
よりも小さい場合には、炉40内の還元性ガスのガス速度
が高くなりすぎ、その結果、微細鉄鉱石の過度に早い流
動化が生ずることとなる。他方、炉40の上部の内径が炉
30の内径の4.0倍よりも大きい場合には、炉40内の還元
性ガスのガス速度が低くなりすぎ、その結果、非流動化
現象を生ずることとなる。
第２低速ガス還元炉40は、その下部で、該下部の内径
の7.0〜12.0倍の高さを有することが好ましく、その上
部では、該上部の内径の2.0〜4.0倍の高さを有すること
が好ましい。
他方、第３図に示す流動層型還元装置において、デス
トリビュータ32から炉30Aの全高の５〜15％に相応する
高さをカバーする第２高速ガス還元炉30Aの下部303A
は、上部301Aの内径の0.5〜0.9倍の内径に狭められてい
る。デストリビュータ12から炉10Aの全高の５〜15％に
相応する高さをカバーする乾燥／予備加熱炉10Aの下部1
03Aは、中間部104Aの内径の0.5〜0.9倍の内径に狭めら
れている。デストリビュータ22から炉20Aの全高の５〜1
5％に相応する高さをカバーする第１還元炉20Aの下部20
3Aも、中間部204Aの内径の0.5〜0.9倍の内径に狭められ
ている。このような構造を持つので、乾燥／予備加熱炉
10Aおよび第１還元炉20Aの場合には、各炉の下部のガス
速度は各連結した炉の中間部のそれよりも1.3〜4.0倍早
くなる。第２高速ガス還元炉30Aの場合には、上記変形
により炉の下部のガス速度は炉の上部のそれよりも1.3
〜4.0倍早くなる。従って、各炉の下部で分布する粗鉱
石の流動化をより一層進めることができる。その結果、
高温時の非流動化による粗鉄鉱石間のスティッキングを
防止することができる。さらには、流動化できる鉄鉱石
の最大粒径を増加することができ、それにより原料の使
用できる範囲を広げることができる。
第２高速ガス還元炉30Aは、該炉の下部で、該下部の
内径の2.0〜3.0倍の高さを有することが好ましく、該炉
の上部で、該上部の内径の15〜20倍の高さを有すること
が好ましい。
理論および実験に基づいて、本発明者らは、鉄鉱石の
分級化（degradation）は高温で実施される流動還元の
早い段階でほとんど完成し、またガスの消費率（comsum
ption rate）は鉄鉱石の２つの異なる粒径部分、即ち粗
および中間／微細粒径部分で別々に流動還元を実施する
ことで改良されることを見いだした。本発明者らはま
た、微細鉱石の流動化に必要なガス速度は予備還元およ
び最終還元の間で同じであることを見いだした。鉄鉱石
の密度は、還元が進むにつれて減少し、一方還元性ガス
の密度は増加するからである。これらの事実を考慮に入
れて、本発明は第４図に示すような他の流動層型還元装
置を提案する。
第４図に示すように、記号300によって示されるこの
装置は、バブル状の流動層を形成しながらホッパー90B
から供給された鉄鉱石を乾燥し、予備加熱するための乾
燥／予備加熱炉10Bを具備する。乾燥／予備加熱炉10Bの
下流では、第１高速ガス還元炉20Cが設置され、炉20C中
で排ガスにより乾燥し予備加熱された中間／微細鉱石部
分をエルートリエイトし、これにより鉄鉱石の粗鉱石部
分から分離する。第１高速ガス還元炉20Cは、バブル状
の流動層を形成しながら炉20C中で乾燥し／予備加熱さ
れた鉄鉱石の粗鉱石部分のみを初期還元する。該装置
は、バブル状の流動層を形成しながら炉20Cからエルー
トリエイトされた中間／微細鉱石を初期還元する第１低
速ガス還元炉20B、バブル状の流動層を形成しながら初
期還元された粗鉄鉱石を最終還元する第２高速ガス還元
炉30B、およびバブル状の流動層を形成しながら初期還
元された中間／微細低速を最終還元する第２低速還元炉
40Bを具備する。
乾燥／予備加熱炉10Bは、該炉の底部に、第２サイク
ロン60Bからの排ガスを受け取る第１ガス入口11Bを備え
ている。第１ガスデストリビュータ12Bは、乾燥／予備
加熱炉10Bの下部に設置される。乾燥／予備加熱炉10B
は、ホッパー90Bからの鉄鋼石を受け取る第１鉱石入口1
5Bをその側面に備え、そして他の側面には第１粗鉱石出
口13Bおよび第１中間／微細鉱石出口14Bを備えている。
鉱石出口13Bおよび14Bは第１高速ガス還元炉20Cに第１
ダクトライン17Bを経て連結され、鉄鉱石を供給できる
ようになっている。
第１排ガス出口16Bは第１鉱石入口15Bの反対側に設置
され、乾燥／予備加熱炉10Bから排ガスを排出する。こ
の第１排ガス出口16Bは、第１サイクロン50Bに第１排ガ
スライン53Bを経て連結する。第１サイクロン50Bは、乾
燥／予備加熱炉10Bの排ガス中に含まれるダスト状鉱石
を捕捉する。第１サイクロン50Bは、その底部で、第１
ダスト状鉱石排出ライン51Bに連結し、その頂部で、第
１クリーン排ガスライン51Bに連結する。第１ダスト状
鉱石排出ライン51Bは、一端で、第１ダクトライン17Bに
連結し、鉄鉱石を該ラインを経て供給することができ
る。
第１低速ガス還元炉20Bは、その底部に、第２ガス入
口21Bを備え、第３サイクロン70Bからの排ガスを受け入
れる。第２ガスデストリビューター22Bは第１低速ガス
還元炉20Bの下部に設置される。第１低速ガス還元炉20B
は、その下部に側壁に第２中間／微細鉱石出口24Bを、
他の側の側壁に第２中間／微細入口25Bを具備する。第
１低速ガス還元炉20Bは、第２排ガス出口26Bを第２中間
／微細鉱石出口24Bの反対側の上部側壁に有し、第１低
速ガス還元炉20Bからの排ガスを排出する。第２サイク
ロン60Bは、第１低速ガス還元炉20Bからの排ガス中に含
まれるダスト状鉄鋼石を捕捉する。第２サイクロン60B
は、底部で、第２ダスト状鉱石排出ライン61Bに連結
し、頂部で、第２クリーン排ガスライン62Bに連結す
る。第２排ガス出口26Bは、第２サイクロン60Bに第２排
ガスライン63Bを経て連結し、ガスを供給できるように
なっている。
第１高速ガス還元炉20Cは、底部に、第３ガス入口21C
を備え、第４サイクロン70Cからの排ガスを受け入れ
る。第３ガスデストリビューター22Cは、第１高速ガス
還元炉20Cの下部に設置される。第１高速ガス還元炉20C
は、下部の側壁に、第２粗鉱石出口23Cを、上部の側壁
に、第３中間／微細鉱石出口24Cを備えている。この出
口24Cは、炉20Cからの排ガス出口にもなることができ
る。第１高速排ガス還元炉20Cは、第３鉱石入口25Cを下
部の他の側壁に備えている。
第３中間／微細鉱石出口24Cは、第１低速ガス還元炉2
0Bの第２鉱石入口25Bに第１中間／微細鉱石排出ライン2
4aCを経て連結され、鉱石を供給する。第２ダスト状鉱
石排出ライン61Bは第１中間／微細鉱石排出ライン24aC
と交差する。両方向排出バルブ64Bはライン24aCと61Bと
の交差部に設置され、第２サイクロン60Bで捕捉された
ダスト状鉄鉱石を第１低速ガス還元炉20Bに再循環し、
あるいは第２低速ガス還元炉40Bに直接再循環すること
ができる。
第２高速ガス還元炉30Bは、底部に、第４のガス入口3
1Bを備え、溶融気化器99からの排ガスを第５の排ガスラ
イン99bを経て受け入れる。第４ガスデストリビュータ
ー32Bは、第２高速ガス還元炉30Bの下部に設置される。
第２高速ガス還元炉30Bは、下部の側面に、第４鉱石入
口35Bを、下部の他の側面に、第３粗鉱石出口33Bをも備
えている。第２高速ガス還元炉30Bは、第３排ガス出口3
6Bを第４鉱石入口35Bの反対側の上部側面に備え、第２
高速ガス還元炉30Bからの排ガスを排出する。
第４サイクロン70Cは、第２高速ガス還元炉30Bからの
排ガス中に含まれるダスト状鉱石を捕捉する。第４サイ
クロン70Cは、底部で、第４ダスト状鉱石排出ライン71C
に連結され、頂部で、第４クリーン排ガスライン72Cに
連結され、該ライン72Cは一端で第３ガス入口21Cに連結
される。第３排ガス出口36Bは、第４サイクロン70Cに第
４排ガス排出ライン73Cを経て連結され、ガスは上流に
供給される。
第２高速ガス還元炉30Bは、第１高速ガス還元炉20Cに
第１粗鉱石排出ライン35aBを経て連結され、また溶融気
化器99に第２粗鉱石排出ライン33aBを経て連結され、鉱
石は下流に供給される。
第２低速ガス還元炉40Bは、底部に、第５ガス入口41B
が設置され、溶融気化器99からの排ガスを第７排ガス排
出ライン99Cを経て受け入れるようになっている。第５
ガスデストリビューター42Bは、第２低速ガス還元炉40B
の下部に設置される。第２低速ガス還元炉40Bは、下部
の側面に、第５鉱石入口43Bおよび第３中間／微細鉱石
出口44Bを具備している。下部の他の側面には、第６鉱
石入口45Bが備えられている。第２低速ガス還元炉40B
は、上部の側面に、第４排ガス出口46Bをも具備してい
る。
内部サイクロン80Bは、第２低速ガス還元炉40Bに設置
されることが好ましい。内部サイクロン80Bは、第２低
速ガス還元炉40B内で合体した還元性ガスによりエルー
トリエイトしたダスト状鉱石を、第２低速ガス還元炉40
Bから発生した排ガスから分離する。内部サイクロン80B
は、分離されたダスト状鉄鉱石を、クリーン排ガスを第
３サイクロン70Bに第３排ガスライン73Bを経て排出しな
がら第２低速ガス還元炉40Bの下部に再循環する。第６
鉱石入口45Bは、第２中間／微細鉱石出口24Bに第２中間
／微細鉱石排出ライン45aBを経て連結される。第２ダス
ト状鉱石排出ライン61Bは、その一端で、第２中間／微
細鉱石排出ライン45aBに連結される。
第３中間／微細鉱石出口44Bは、溶融気化器99の下部
に第３中間／微細鉱石排出ライン43aBを経て連結され
る。第５鉱石入口43Bは、第４サイクロン70Cに第４ダス
ト状鉱石排出ライン71Cを経て連結される。
第３中間／微細鉱石排出ライン43aBは、第４ダスト状
鉱石排出ライン71Cに第２ダクトライン47Bを経て連結さ
れる。
第３サイクロン70Bは、その底部で、第３ダスト状鉱
石排出ライン71Bに連結され、そしてその頂部で、第３
クリーン排ガスライン72Bに連結され、ライン71Bの一端
は第２循環ライン47Bと連結する。第２中間／微細鉱石
還元炉40Bが内部サイクロン80Bを有しないときには、第
３サイクロン70Bは直接第２低速ガス還元炉40Bに第３排
ガス排出ライン73Bを経て連結される。第３ダスト状鉱
石排出ライン71Bは第４ダスト状鉱石排出ライン71Cと交
差する。両方向排出バルブ74Bをライン71Bと71Cの交差
部に設置することが好ましい。第４ダスト状鉱石排出ラ
イン71Cと第２循環ライン47B間の結合部に、他の両方向
排出バルブ74Cを設置することが好ましい。
パージガスラインＰを、第１循環ライン17B、第１粗
鉱石排出ライン35aBおよび第２中間／微細鉱石排出ライ
ン45aBの各曲げ部に連結し、少量のパージガスをこれら
のラインに供給して、ラインを通して供給される鉄鉱石
による各ラインの詰まりを防止するようにすることが好
ましい。
乾燥／予備加熱炉10B、第１低速ガス還元炉20Bおよび
第２低速ガス還元炉40Bは全て、上部が拡大し、下部が
狭められた円筒炉体を有し、下部の直径は上部の直径よ
りも小さい。即ち、これらの各炉体は、拡大した上部円
筒部、直径が下端から上端へ向かって増加する傾斜部、
および狭められた下部円筒部とを備える。他方第１およ
び第２高速ガス還元炉20Cおよび30Bは、長さ方向を通じ
て均一な直径を有する円筒状炉体を有する。乾燥／予備
加熱炉10B、第１低速ガス還元炉20Bおよび第２低速ガス
還元炉40Bは、各連結する下部が、下部の内径の7.0〜1
2.0倍の高さを有することが好ましい。第１および第２
高速ガス還元炉20Cおよび30Bは、内径の20〜30倍の高さ
を有することが好ましい。
第４図において、記号99aは溶融鉄出口を示す。
本発明の第２図に示す配置を有する流動層型還元装置
を用いた還元鉄あるいは溶融銑鉄の製造方法を以下に説
明する。
第２図に示すように、ホッパー90中の微細鉄鉱石は、
乾燥／予備加熱炉10に、鉱石供給ライン91および第１鉱
石入口15を経て供給される。乾燥／予備加熱炉10は、第
１還元炉20からの排ガスが、第２サイクロン60、第２ク
リーン排ガスライン62および第１ガス入口11を経て供給
される。この排ガスは、乾燥／予備加熱炉10内で、第１
ガスデストリビュータ12により均一に分配される。均一
に分配されたガスにより、鉄鉱石はバブル状の流動状態
で乾燥され、予備加熱される。乾燥され、予備加熱され
た鉄鉱石はついで、第１還元炉20に粗鉱石出口13、中間
／微細鉱石出口14、第１ダクトライン17および第２鉱石
入口25を経て供給される。
排ガスは、乾燥／予備加熱炉10から外部に排出され
る。排ガスは、鉄鉱石を乾燥し、予備加熱した後に、第
１排ガス出口16、第１排ガスライン53、第１サイクロン
50および第１クリーンガス排ガスライン52の順を経て排
出される。排ガス中に含まれるダスト状鉄鉱石は、第１
サイクロン50で捕捉され、ついで第１還元炉20に第１ダ
スト状鉱石排出ライン51および第２鉱石入口25を経て再
循環される。
第１還元炉20に供給された乾燥／予備加熱された鉄鉱
石は、第１還元炉20に第３サイクロン70、第３クリーン
排ガスライン72、第２ガス入口21および第２ガスデスト
リビュータ22を経て供給された排ガスにより、バブル状
に流動化した状態で予備還元される。予備還元された鉄
鉱石は、粗鉱石出口23または中間／微細鉱石出口24のい
ずれかを経て排出され、ついで第２高速ガス還元炉30に
第２ダクトライン27および第３鉱石入口35を経て供給さ
れる。第１還元炉20においては、鉄鉱石の初期的な還元
が行われる間に排ガスが発生する。この排ガスは、第１
還元炉20から第２排ガス出口26、第２排ガスライン63、
第２サイクロン60および第２クリーン排ガスライン22の
順を経て排出され、ついで乾燥／予備加熱炉10に供給さ
れる。排ガス中に含まれるダスト状鉄鉱石は第２サイク
ロン60で捕捉され、ついで第２高速ガス還元炉30に第２
ダスト状鉱石排出ライン61、第２循環ライン27および第
３鉱石入口35を経て再循環される。
第２高速ガス還元炉30は、第１還元性ガス供給ライン
31a、第３ガス入口31および第３ガスデストリビュータ3
2を経て炉30に供給された還元性ガスにより、バブル状
の流動状態で鉄鉱石の粗鉱石部分を最終的に還元する。
このとき、鉄鉱石の中間／微細鉱石部分は、第２高速ガ
ス還元炉30内で発生した排ガスによりエルートリエイト
される。第２粗鉱石還元炉30に供給される還元性ガスの
ガス速度は、常に中間／微細鉱石の最終速度よりも早く
なければならない。
排ガスによりエルートリエイトされた中間／微細鉄鉱
石は、第２低速ガス還元炉40に第３中間／微細鉱石出口
34、第３中間／微細鉱石排出ライン34aおよび第４鉱石
入口45を経て供給される。他方、最終還元された粗鉄鉱
石は、還元鉄貯蔵容器あるいは溶融気化器99（第３図の
場合のように）に第２粗鉱石出口33および第３粗鉱石排
出ライン33aを経て供給される。
一方、第２低速ガス還元炉40に供給された中間／微細
鉄鉱石は、炉40に第２還元性ガス供給ライン41a、第４
ガス入口41および第４ガスデストリビュータ42を経て炉
40に供給された還元性ガスによりバブル状の流動状態で
最終的に還元される。最終的に還元された中間／微細鉄
鉱石は、還元鉄貯蔵容器あるいは第２中間／微細鉱石出
口44および第３中間／微細鉱石排出ライン44aを経て溶
融気化器（第３図の場合のように）に供給される。第２
中間／微細鉱石還元炉40に供給された還元性ガスの流速
は、常に中間／微細鉱石の平均最小流動速度よりも高く
なければならない。
第２低速ガス還元炉40における中間／微細鉄鉱石を最
終的に還元する間に発生した排ガスは、内部サイクロン
80、第３排ガス出口73、第３サイクロン70、おける第３
クリーンガス排出ライン72の順を経て排出された後に第
１還元炉20に導入される。排ガス中に含まれるダスト状
鉄鉱石は、内部サイクロン80で排ガスから分離され、つ
いで第３ダスト状鉱石排出ライン71を経て第３ダクトラ
イン44aに再循環される。
還元鉄鉱石が溶融気化器99に供給されるときは、それ
らは溶融し、これにより溶融銑鉄が製造される。他方、
還元鉄貯蔵容器に貯蔵された還元鉄は、種々の目的のた
めに引き続き次の段階へ移送されることになろう。
他方、乾燥／予備加熱炉10および10A、第１還元炉20
および20A、および第２低速ガス還元炉40内の各下部に
おけるガスの速度は、各相当する流動層に滞留する鉄鋼
石の最小流動速度を1.5〜3.0倍に保持することが好まし
い。これらの炉では、各上部のガス速度は、エルートリ
エイトされる鉄鉱石の最終速度よりも低く保持されるこ
とが好ましい。第２高速ガス還元炉30および30Aでは、
ガス速度は、粗鉄鉱石の最小流動速度の1.5〜3.0倍に保
持されることが好ましい。第２低速ガス還元炉40および
第２高速ガス還元炉30および30Aのそれぞれに供給され
るガスの圧力および温度は、それぞれ２から4atmおよび
800〜900℃の範囲であることが好ましい。乾燥／予備加
熱炉10および10A、第１還元炉20および20A、および第２
低速ガス還元炉40では、各炉内で生ずる圧力低下は、0.
3〜0.6atmの範囲にあることが好ましく、かつ各炉内で
生ずる温度低下は、30〜80℃の範囲にあることが好まし
い。各炉における鉄鉱石の滞留時間は、20〜40分である
ことが好ましい。
第４図に示すような配置を有する本発明の流動層型還
元装置を用いた還元鉄あるいは溶融銑鉄の製造方法を次
に説明する。
第４図に示すように、ポッパー90B中の微細鉄鉱石は
乾燥／予備加熱炉10Bに供給され、ついで第２サイクロ
ン60Bから供給された排ガスにより乾燥／予備加熱炉10B
中で予備加熱される。乾燥／予備加熱された鉄鉱石は、
ついで還元性ガスとして第４サイクロン70Cからの排ガ
スを受け入れる第１高速ガス還元炉20Cの下部に供給さ
れる。第１高速ガス還元炉の還元性ガスのガス速度は、
中間／微細鉱石の最終速度よりも早いように制御され、
それにより鉄鉱石の中間／微細鉱石部分を排ガスにより
エルートリエイトする。その結果、この中間／微細鉱石
部分は、鉄鉱石の粗鉱石部分から分離される。第１粗鉱
石還元炉20Cに残った粗鉱石は、バブル状の流動層を形
成しながら初期還元される。ついで粗鉱石は、第２粗鉱
石出口23Cを経て第２高速ガス還元炉30Bに供給される。
他方、第１高速ガス還元炉20Cで排ガスによりエルート
リエイトされた中間／微細鉱石は、第１中間／微細鉱石
排出ライン24aCを経て第１中間／微細鉱石還元炉20Bに
移送される。第１低速ガス還元炉20Bにおいては、中間
／微細鉱石は、第３サイクロン70Bから供給された中間
／微細鉱石の平均最小流動速度よりも早い速度の排ガス
により、バブル状の流動状態で初期還元される。還元
後、中間／微細鉱石は、第２低速ガス還元炉40Bに供給
される。
第１低速ガス還元炉20Bにおいては、ダスト状の鉱石
は、第１中間／微細鉱石排出ライン24aCあるいは第２ガ
ス鉱石入口21Bのいずれかを経て第１低速ガス還元炉20B
に供給された還元性ガスによりエルートリエイトされ
る。これらのダスト状鉱石は、ついで第１低速ガス還元
炉20Bから第２サイクロン60Bに排ガスと共に供給され、
そこでダスト状鉱石は捕捉される。両方向バルブ64Bに
より、捕捉されたダスト状鉱石は第１低速ガス還元炉20
Bあるいは第２低速ガス還元炉40Bに再循環され、初期的
あるいは最終的に還元される。還元された中間／微細鉱
石あるいはダスト状鉱石は、それぞれ、第２中間／微細
鉱石出口24Bおよび第２ダスト状鉱石排出ライン61Bを経
て排出される。第２高速ガス還元炉30Bに供給された粗
鉱石は、溶融気化器99から供給された排ガスにより炉30
B中でバブル状の流動層を形成しながら最終的に還元さ
れる。還元後、粗鉱石は、第３粗鉱石出口33Bおよび第
２粗鉱石排出ライン33aBを経て溶融気化器に供給され
る。溶融気化器99は鉱石を溶融し、銑鉄を製造する。
第２高速ガス還元炉30Bに供給された還元性ガスのガ
ス速度は、第１高速ガス還元炉20のガス速度と同じであ
る。第２高速ガス還元炉30Bからエルートリエイトされ
たダスト状鉱石は、第４サイクロン70Cで捕捉され、つ
いで第２低速ガス還元炉40Bに循環され、あるいは両方
向排出バルブ74Cにより直接溶融気化器99に供給され
る。第２低速ガス還元炉40Bに供給された中間／微細鉱
石は、溶融気化器99から供給された排ガスにより炉40B
中でバブル状の流動層を形成しながら最終的に還元され
る。第２低速ガス還元炉40Bに供給された還元性ガスの
ガス速度は、第１低速ガス鉱石還元炉20B中のガス速度
と同じである。第２低速ガス還元炉40Bでエルートリエ
イトされたダスト状鉄鉱石は、内部サイクロン80Bおよ
び第３サイクロン70Bにより捕捉され、ついで第２低速
ガス還元炉40Bに再循環され、最終的に還元される。第
３サイクロン70Bで捕捉されたダスト状鉱石は、両方向
排出バルブ74Bを用いて溶融気化器99に直接供給されて
もよい。最終的に還元された中間／微細および粗鉱石
は、それぞれ、第３中間／微細鉱石出口44Bおよび第３
ダスト状鉱石排出ライン71Bを経て排出される。鉱石は
ついで、第３中間／微細鉱石ライン43aBを経て溶融気化
器99に供給される。溶融気化器99は鉱石を溶融し、銑鉄
を製造する。
この態様に従って、２つのツイン型流動層炉（第１低
速ガス還元炉20B、第１高速ガス還元炉20C、第２低速ガ
ス還元炉40B、および第２高速ガス還元炉30B）は、でき
る限りガス消費量を減少するために適用される。予備還
元工程で、鉄鉱石は粗鉱石部分および中間／微細鉱石部
分に分離され、これらの部分を個別に流動状態で予備還
元される。最終還元工程においては、各鉱石部分は、そ
れぞれ個別に最終還元される。この態様の装置は、従来
のツイン型流動層20Bおよび20Cの利点を利用し、上部は
ダクトライン24aCを経て下部に連結される。従って、鉄
鉱石は、予備還元工程から適切に粗鉱石部分と中間／微
細鉱石部分とに分離される。鉄鉱石の分級は予備加熱お
よび予備還元工程で殆ど完成されるから、分離された粗
鉱石および中間／微細鉱石は、それぞれ別個に予備還元
されそして最終還元される。しかしながら最終還元段階
においては、ツイン型流動層は、低速ガス還元炉と高速
ガス還元炉との連結なしに適用される。このような構造
により、本発明はガスの混合により生ずる従来のツイン
型構造に含まれる問題を解決する。第１および第２高速
ガス還元炉20Cおよび30B、あるいは第１および第２低速
ガス還元炉20Bおよび40Bは形状、寸法が同じであるか
ら、それらはガス流で連結することができる。この場
合、これらの２つの反応器の流動操作は、ガス速度で同
時に制御することができる。従って、装置の全操作を簡
略化することができる。本発明に従って、シングル型乾
燥／予備加熱炉10B、ツイン型第１低速ガス還元炉20Bお
よびツイン型第２低速ガス還元炉40Bは、拡大された上
部と狭められた下部とを有する円筒体であり、下部の直
径は上部の直径よりも小さく、各下部における鉄鉱石の
バブル状流動化を活発ならしめてガスの利用度を増加す
るのみならず、拡大した上部におけるガスのガス速度を
減少し、ガス消費量を減少しながらダスト状鉱石のエル
ートリエイトを抑制する。これらの炉にとって、各下部
における還元性ガスのガス速度は、各連結した炉の流動
層に供給された鉄鉱石の最小流動速度1.5〜3.0倍であ
る。しかしながら、各上部における還元性ガスのガス速
度は、エルートリエイトされる鉄鋼石の最終速度よりも
小さい。第１および第２高速ガス還元炉20Cおよび30B
は、均一な円筒構造を有し、長さ方向を通じて均一なガ
ス速度を有し、還元性ガスのガス速度は、粗鉱石の最小
流動速度の1.5〜3.0倍である。
第２高速ガス還元炉30Bおよび第２低速ガス還元炉40B
のそれぞれに供給されるガスの圧力および温度は、それ
ぞれ２〜4atm、800〜900℃の範囲にあることが好まし
い。乾燥／予備加熱炉10B、第１および第２低速ガス還
元炉20Bおよび40B、および第１および第２高速ガス還元
炉20Cおよび30Bは、各炉で生ずる圧力低下が0.3〜0.6の
範囲に、各炉で生ずる温度低下が30〜80℃の範囲にある
ことが好ましい。各炉における鉄鉱石の滞留時間は、20
〜40分であることが好ましい。
本発明は、下記の例に基づいてより詳細に理解される
であろう。しかしながらこれらの例は本発明の説明のみ
を意図するものであり、本発明の範囲を限定するもので
はない。
実施例１ 第２図に示す構造の流動層型還元装置を用意した。こ
の流動層型還元装置は下記の仕様を有する。
１） 各流動層型炉の内径および高さ −乾燥／予備加熱炉 下部の内径:0.3m 下部の高さ:4.0m 上部の内径:0.90m 上部の高さ:2.50m −第１還元炉 下部の内径:0.3m 下部の高さ:4.0m 上部の内径:0.90m 上部の高さ:2.50m −第２高速ガス還元炉 内径 :0.2m 高さ :5.20m −第２低速ガス還元炉 下部の内径:0.50m 下部の高さ:2.70m 上部の内径:0.90m 上部の高さ:2.30m 上記の流動層型還元装置を使用して、還元鉄および溶
融銑鉄の製造を下記条件で実施した。
２） 鉄鉱石の供給および排出 −微細鉄鉱石の組成 T.Fe:62.36％、SiO2:5.65％、Al2O3:2.91％、 S:0.007％、およびP:0.065％ −粒径分布 ＜0.25mm＝22％、0.25mm−1.0mm＝28％、 および1.0mm−5.0mm＝50％ −供給速度:6kg/min −第３粗鉱石出口からの排出速度:3.0kg/min −第３中間／微細鉱石出口からの排出速度:1.2kg/min −第３ダスト状鉱石出口からの排出速度:3.0kg/min ３） 還元性ガス −組成:CO:65％、H2:25％、およびCO2＋H2O:10％ −温度：約850℃；および −圧力:2.3kgf/cm2 ４） 各炉における空塔速度 乾燥／予備加熱炉 −下部の空塔速度:2.22m/s −上部の空塔速度:0.25m/s 第１還元炉 −下部の空塔速度:2.22m/s −上部の空塔速度:0.25m/s 第２高速ガス還元炉:3.0m/s 第２低速ガス還元炉 −下部の空塔速度:0.32m/s −上部の空塔速度:0.25m/s 上記条件下に、乾燥／予備加熱炉10、第１還元炉20、
第２高速ガス還元炉30および第２低速ガス還元炉40のそ
れぞれでバブル状の流動層に鉄鉱石を維持することがで
きた。平均ガス利用度は約29％、および消費率は約1,29
0Nm3/t−鉱石であった。
第２高速ガス還元炉30Aの第３粗鉱石出口33、第２低
速ガス還元炉の第３中間／微細鉱石出口43、および第３
ダスト状鉱石排出ライン71を経て排出された鉄鉱石の平
均還元度は、それぞれ87％、89％および84％であった。
還元開始から60分経過後に還元鉄が排出された。
第２高速ガス還元炉30の第３粗鉱石出口33から排出さ
れた還元鉄は、＜0.2mm:8％、0.2mm−0.5mm:11％、0.5m
m−1.0mm:14％、1.0mm−3.0mm:57％、および3.0mm−5.0
mm:10％の粒径分布を有していた。他方、第２低速ガス
還元炉40の第３中間／微細鉱石出口43から排出された還
元鉄は、＜0.05mm:1.0％、0.05mm−0.1mm:17％、0.1mm
−0.2mm:72％，および0.2mm−0.5mm:10％の粒径分布を
有していた。
各出口から排出された還元鉄の量および粒径分布は、
供給される還元性ガスのガス速度により制御することが
できた。還元度の変化は、各炉における滞留時間を変え
ることにより変化することを見いだした。
実施例２ 第３図に示す構造の流動層型還元装置を用意した。こ
の流動層型還元装置は下記の仕様を有する。
１） 各流動層型炉の内径および高さ −乾燥／予備加熱炉 デストリビューター近傍の下部の内径:0.22m デストリビューター近傍の下部の高さ:0.70m 中間部の内径 :0.30m 中間部の高さ :3.50m 上部の内径 :0.90m 上部の高さ :2.50m −第１還元炉 デストリビューター近傍の下部の内径:0.22m デストリビューター近傍の下部の高さ:0.70m 中間部の内径 :0.30m 中間部の高さ :3.50m 上部の内径 :0.90m 上部の高さ :2.50m −第２高速ガス還元炉 デストリビューター近傍の下部の内径:0.2m デストリビューター近傍の下部の高さ:0.50m 上部の内径 :0.30m 上部の高さ :4.70m −第２低速ガス還元炉 下部の内径 :0.50m 下部の高さ :2.70m 上部の内径 :0.90m 上部の高さ :2.30m 上記の流動層型還元装置を使用して、還元鉄および溶
融銑鉄の製造を下記条件で実施した。
２） 鉄鉱石の供給および排出 −微細鉄鉱石の組成 T.Fe:62.36％、SiO2:5.65％、Al2O3:2.91％、 S:0.007％、およびP:0.065％ −粒径分布 ＜0.25mm＝20％、0.25mm−1.0mm＝23％、 1.0mm−5.0mm＝45％、および5.0mm−8.0mm＝12％ −供給速度:6kg/min −第３粗鉱石出口からの排出速度:3.0kg/min −第３中間／微細鉱石出口からの排出速度:1.2kg/min −第３ダスト状鉱石出口からの排出速度:0.06kg/min ３） 還元性ガス −組成:CO:65％、H2:25％、およびCO2＋H2O:10％ −温度：約850℃；および −圧力:2.3kgf/cm2 ４） 各炉における空塔速度 乾燥／予備加熱炉 −デストリビューター近傍の下部の空塔速度:4.12m/s −中間部の空塔速度 :2.22m/s −上部の空塔速度 :0.25m/s 第１還元炉 −デストリビューター近傍の下部の空塔速度:4.12m/s −中間部の空塔速度 :2.22m/s −上部の空塔速度 :0.25m/s 第２高速ガス還元炉 −デストリビューター近傍の下部の空塔速度:4.0m/s −上部の空塔速度 :3.0m/s 第２低速ガス還元炉 −下部の空塔速度 :0.32m/s −上部の空塔速度 :0.25m/s 上記条件下に、広い粒径分布を有する、即ち粗鉱石の
積極的なバブル状流動をしながら（さもないと各炉の下
部に主として分布することになるであろう）8mm未満の
粒径を有する鉄鉱石の流動還元を実施した。本例におい
ては、粒径が5mm未満である鉄鉱石の流動還元を実施し
た実施例１の場合と同じガス消費率およびガス利用度
で、平均還元度89％を得た。
実施例３ 粒径が1mmから5mmの範囲である鉄鉱石0.4kgを、温度
約850℃で、実験室規模の流動層型還元炉中で還元性ガ
スにより還元した。還元性ガスの空塔速度は約4m/sであ
った。還元性ガスの組成は、CO:65％、CO2:0.5％、H2:2
5％およびAr:5％であった。鉄鉱石の分級度を調べた。
結果を第５図に示す。
第１還元で組成CO:46％、CO2:15％、H2:20％、H2O:8
％およびN2:11％の還元性ガスを使用し、最終還元で組
成CO:59％、CO2:3％、H2:25％、H2O:2％およびN2:11％
の還元性ガスを使用し、約850℃で、それぞれ１、２、
３および4atmでの最終速度を、鉄鉱石を流動化して調べ
た。結果を第６図に示す。
第１還元で組成CO:46％、CO2:15％、H2:20％、H2O:8
％およびN2:11％の還元性ガスを使用し、最終還元で組
成CO:59％、CO2:3％、H2:25％、H2O:2％およびN2:11％
の還元性ガスを使用し、850℃で、鉄鉱石を流動化し、
ウエンおよびユの式に従い、異なる粒径に対する個別の
流動層を得るために、それぞれ１、２、３および4atmに
おける最小流動化速度を算出した。結果を第７図に示
す。
第５図によれば、鉄鉱石の分級は、熱流動還元の初期
段階（約15分）で完了することを見いだした。
第６図によれば、初期反応における最終速度は、最終
反応のそれにほぼ等しいということを見いだした。第７
図は、初期反応に必要な最小流動化速度は、最終反応で
必要なそれとほぼ等しいことを示している。
第４図の構成を有する装置は、本発明に従い、このよ
うな事実に基づいて製造された流動層型還元装置であ
る。
実施例４ 本実施例で使用される流動層型還元装置は、第４図に
示す構成を有し、それは鉄鉱石を乾燥し、予備加熱する
ための乾燥／予備加熱炉10B、乾燥／予備加熱された鉄
鉱石の中間／微細鉱石部分を予備還元するための第１低
速ガス還元炉20B、および予備還元された中間／微細鉱
石を最終的に還元するための第２低速ガス還元炉40Bを
具備している。これらの炉10B、20Bおよび40Bは、上部
が拡大し下部が狭められた円筒体であり、それは下部の
直径が上部の直径より小さく、これにより各狭められた
下部で鉄鉱石の積極的な流動化を得てガス利用度を増加
するのみならず、拡大された上部でのガス速度を減少し
てこれによりダスト状鉱石のエルートリエイトを抑制す
る。本構成は、中間／微細高速をエルートリエイトしな
がら乾燥／予備加熱された鉄鉱石の粗鉱石部分のみを予
備還元するための第１高速ガス還元炉20C、および予備
還元された粗鉄鉱石を最終的に還元するための第２高速
ガス還元炉30Bをも具備する。これらの炉20Cおよび30B
は、長さ方向を通じて均一な直径を有する円筒炬体であ
る。
約850℃の還元性ガスが第２高速ガスおよび低速ガス
還元炉30Bおよび40Bにそれぞれ還元性ガス入口31Bおよ
び41Bをおよびガスデイストリビューター32Bおよび42B
を経て供給されるときに、広い範囲の粒径分布を有する
鉄鉱石は乾燥／予備加熱炉10Bに供給されている。鉄鉱
石は、炉10B内でバブル状の流動層を形成しながら乾燥
され、予備加熱される。乾燥／予備加熱された鉄鉱石
は、第１高速ガス還元炉20Cに供給される。第１高速ガ
ス還元炉20Cでは、粗鉄鉱石は、乾燥され、予備加熱さ
れた中間／微細部分をエルートリエイトしながらバブル
状の流動層で予備還元される。予備還元された粗鉄鉱石
は、第２高速ガス還元炉30Bに供給され、そこで最終的
に還元される。最終還元後、粗鉄鉱石は第３粗鉱石出口
33Bを経て排出される。他方、第１高速ガス還元炉20Cか
らキャリーオーバされた中間／微細鉄鉱石は、バブル状
の流動層を形成しながら第１低速ガス還元炉20Bで予備
還元される。予備還元後、中間／微細鉱石は、第２低速
ガス還元炉40Bに供給され、そこで最終的に還元され
る。中間／微細鉱石は、ついで第３中間／微細鉱石出口
44Bを経て排出される。
本実施例で使用された流動層型還元装置の使用を次に
示す。
１） 各流動層型炉の内径および高さ −乾燥／予備加熱炉 下部の内径:0.3m 下部の高さ:4.0m 上部の内径:0.90m 上部の高さ:2.50m −第１高速ガス還元炉 内径 :0.2m 高さ :5.2m −第１低速ガス還元炉 下部の内径:0.5m 下部の高さ:2.7m 上部の内径:0.9m 上部の高さ:2.3m −第２高速ガス還元炉 内径 :0.2m 高さ :5.20m −第２低速ガス還元炉 下部の内径:0.5m 下部の高さ:2.7m 上部の内径:0.9m 上部の高さ:2.3m 上記の流動層型還元装置を使用して、還元鉄および溶
融銑鉄の製造を下記条件で実施した。
２） 鉄鉱石の供給および排出 −微細鉄鉱石の組成 T.Fe:62.36％、SiO2:5.65％、Al2O3:2.91％、 S:0.007％、およびP:0.065％ −粒径分布 ＜0.25mm＝22％、0.25−1.0mm＝28％、 および1.0mm−5.0mm＝50％ −供給速度:5kg/min −第３粗鉱石出口からの排出速度:1.7kg/min −第３中間／微細鉱石出口からの排出速度:2.2kg/min −第３ダスト状鉱石出口からの排出速度:3.0kg/min ３） 還元性ガス −組成:CO:65％、H2:25％、およびCO2＋H2O:10％ −温度：約850℃；および −圧力:2.3kgf/cm2 ４） 各炉における空塔速度 乾燥／予備加熱炉 −下部の空塔速度:2.22m/s −上部の空塔速度:0.25m/s 第１高速ガス還元炉:3.0m/s 第１高速ガス還元炉 −下部の空塔速度:0.32m/s −上部の空塔速度:0.25m/s 第２高速ガス還元炉:3.0m/s 第２低速ガス還元炉 −下部の空塔速度:0.32m/s −上部の空塔速度:0.25m/s 上記条件下に、乾燥／予備加熱炉10B、第１粗鉱石還
元炉20B、第１中間／微細鉱石還元炉20B、第２高速ガス
還元炉30Bおよび第２低速ガス還元炉40Bのそれぞれでバ
ブル状の流動層に鉄鉱石を維持することができた。初期
還元工程では、鉄鉱石は粗鉱石部分と中間／微細鉱石部
分とに分離された。これらの鉱石部分は、それぞれ予備
還元および最終還元に供せられた。本実施例では、平均
ガス利用度は約309％、およびガス消費量は約1,270Nm3/
t−鉱石であった。還元開始後60分で、還元度約90％の
還元鉄が第３粗鉱石および中間／微細鉱石出口33Bおよ
び44Bから排出された。
上記から明らかなように、本発明に従って、鉄鉱石は
乾燥／予備加熱炉10Bで乾燥、加熱された後粒径により
分離される。粗鉄鉱石は、第１高速ガス還元炉20Bで予
備還元されついで第２高速ガス還元炉30Bで最終還元さ
れる。他方、中間／微細鉄鉱石は、第１低速ガス還元炉
20Bで予備還元されついで第２低速ガス還元炉40Bで最終
還元される。従って、鉄鉱石の粒径に拘わらず、優れた
粗および中間／微細鉱石間の分離をしながら、相対的に
均一な還元度の還元鉄を製造することができる。供給プ
ラントおよび溶融気化器への供給位置に依存して適切な
粒径で還元鉄を供給することもできる。第３粗鉱石出口
33Bあるいは第３中間／微細鉱石出口44Bのいずれかを経
て排出される還元鉄の量および粒径は、還元性ガスのガ
ス速度により調整することができる。全ての３段階、流
動層型還元操作は、本発明に従って、バブル状流動化を
用いて実施され、ガス利用度およびガス消費量は改善さ
れる。流動層型還元装置は、操業を長時間実施した後で
もラインの詰まりおよび非流動化を防止する構造をも有
する。
本発明の好ましい具体的態様を説明するために開示し
たが、当業者は種々の変形、付加、置換が、下記請求の
範囲に開示したように、本発明の範囲および基礎概念か
らはなれることなく可能であることを理解するであろ
う。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 999999999 ヴォエスト−アルピン インダストリエ アンラゲン ジイエムビイエッチ オーストリア、リンツ4031、ピー．オ ー．ボックス４、トルムシュトラッセ44 (72)発明者 リー、イル オック 大韓民国、キョングサングブック−ド 790−330、ポハングシティ、ナム−ク、 ヒョジャ−ドング、サン32 リサーチ インスチチュート オブ インダストリ アル サイエンス アンド テクノロジ ー内 (72)発明者 キム、ヨング ハ 大韓民国、キョングサングブック−ド 790−330、ポハングシティ、ナム−ク、 ヒョジャ−ドング、サン32 リサーチ インスチチュート オブ インダストリ アル サイエンス アンド テクノロジ ー内 (72)発明者 キム、ハング ゴオ 大韓民国、キョングサングブック−ド 790−330、ポハングシティ、ナム−ク、 ヒョジャ−ドング、サン32 リサーチ インスチチュート オブ インダストリ アル サイエンス アンド テクノロジ ー内 (72)発明者 ジュング、ボング ジン 大韓民国、キョングサングブック−ド 790−330、ポハングシティ、ナム−ク、 ヒョジャ−ドング、サン32 リサーチ インスチチュート オブ インダストリ アル サイエンス アンド テクノロジ ー内 (72)発明者 チュング、ウオ チャング 大韓民国、キョングサングブック−ド 790−330、ポハングシティ、ナム−ク、 ヒョジャ−ドング、サン32 リサーチイ ンスチチュート オブ インダストリア ル サイエンス アンド テクノロジー 内 (72)発明者 ケップリンガ、ヴェルナー エル. オーストリア、レオンディング4060、ラ ホルドシュトラッセ７ (72)発明者 ヴァルナー、フェリックス オーストリア、リンツ4020、ロセゲルシ ュトラッセ75 (72)発明者 シェンク、ヨハネス エル. オーストリア、リンツ4040、クナーベン セミナルシュトラッセ８ (56)参考文献 特開 昭63−11610（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−11611（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−183710（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−228878（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C21B 13/00 - 13/14 C21B 11/00 - 11/10

Claims (39)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】広い粒径分布を有する微細鉄鉱石を還元す
    るための流動層型還元装置であって、該装置は、 底部に設けた第１ガス入口、下部に設置した第１ガスデ
    ストリビューター、下部の側壁に設けた第１鉱石入口、
    下部の側壁に設けた第１粗鉱石出口、下部の側壁に設け
    た第１中間／微細鉱石出口、および上部の側壁に設けた
    第１排ガス出口を具備するホッパーから供給された微細
    鉄鉱石を乾燥および予備加熱するための乾燥／予備加熱
    炉と、 底部に設けた第２ガス入口、下部に設けた第２ガスデス
    トリビューター、下部の側壁に設けた第２鉱石入口、下
    部の側壁に設けた第２粗鉱石出口、下部の側壁に設けた
    第２中間／微細鉱石出口、および上部の側壁に設けた第
    ２排ガス出口を具備する乾燥／予備加熱炉から供給され
    た乾燥／予備加熱された鉄鉱石を予備還元するための第
    １還元炉と、 下部に設けた第３ガス入口、下部に設けた第３ガスデス
    トリビューター、下部の側壁に設けた第３鉱石入口、下
    部の側壁に設けた第３粗鉱石出口、および排ガス出口で
    もある第３中間／微細鉱石出口を具備する第１還元炉か
    ら供給された予備還元された鉄鉱石を最終還元するため
    の第２高速ガス還元炉と、 底部に設けた第４ガス入口、下部に設けた第４ガスデス
    トリビューター、下部の側壁に設けたガス入口でもある
    第４鉱石入口、下部の側壁に設けた第４中間／微細鉱石
    出口、および上部の側壁に設けた第３排ガス出口を具備
    する第２高速ガス還元炉からエルートリエイトした鉄鉱
    石を最終還元するための第２低速ガス還元炉と、 第１排ガスラインを経て乾燥／予備加熱炉の第１排ガス
    出口に連結し、頂部で第１クリーンガスラインに連結
    し、かつ底部で第１ダスト状鉱石排出ラインに連結して
    いる乾燥／予備加熱炉の排ガスに含まれるダスト状鉱石
    を捕捉し、かつ捕捉したダスト状鉱石を排ガスを外部に
    排出しながら第１還元炉に再循環する第１サイクロン
    と、 第２排ガスラインを経て第１還元炉の第２排ガス出口に
    連結し、頂部で第２クリーン排ガスラインを経て乾燥／
    予備加熱炉の第１ガス入口に連結し、かつ底部で第２ダ
    スト状鉱石排出ラインに連結している第１還元炉の排ガ
    スに含まれるダスト状鉱石を捕捉し、かつ捕捉したダス
    ト状鉱石を乾燥／予備加熱炉にクリーン排ガスを供給し
    ながら第２高速ガス還元炉に再循環する第２サイクロン
    と、 第３排ガスラインを経て第２低速ガス還元炉に連結し、
    頂部で第３クリーン排ガスラインを経て第１還元炉の第
    ２ガス入口に連結し、かつ底部で第３ダスト状鉱石排出
    ラインに連結している第２低速ガス還元炉の排ガスに含
    まれるダスト状鉱石を捕捉し、クリーン排ガスを第１還
    元炉に再循環する第３サイクロンと、 第１ダスト状鉱石排出ラインに連結している乾燥／予備
    加熱炉の第１中間／微細および粗鉱石の出口を第１還元
    炉の第２鉱石入口に連結して鉄鉱石を供給する第１ダク
    トラインと、 第２ダスト状鉱石排出ラインに連結している第１還元炉
    の第２中間／微細および粗鉱石出口を第２高速ガス還元
    炉の第３鉱石入口に連結して鉄鉱石を供給する第２ダク
    トラインと、 第３中間／微細鉱石出口を第２低速ガス還元炉の第４鉱
    石入口に連結して鉄鉱石を供給する第３中間／微細鉱石
    排出ラインと、 第２低速ガス還元炉の第４中間／微細鉱石出口および第
    ３ダスト状鉱石出口に連結する第３ダクトライン とを具備する上記装置。
  2. 【請求項２】乾燥／予備加熱炉および第１還元炉の各下
    部が、第２高速ガス還元炉の内径の1.2〜1.8倍に等しい
    内径を有し、上記炉の各上部が、第２高速ガス還元炉の
    内径の3.5〜5.0倍に等しい内径を有し、かつ第２低速ガ
    ス還元炉の下部が、第２高速ガス還元炉の内径の2.0〜
    3.0倍に等しい内径を有し、かつ第２低速ガス還元炉の
    上部が、第２高速ガス還元炉の内径の2.8〜4.0倍に等し
    い内径を有する請求の範囲第１項記載の流動層型還元装
    置
  3. 【請求項３】乾燥／予備加熱炉、第１還元炉および第２
    低速ガス還元炉の各下部が、各内径の7.0〜12.0倍に等
    しい高さを有し、各炉の各上部が各内径の2.0〜4.0倍に
    等しい高さを有し、かつ第２高速ガス還元炉が、該炉の
    内径の20〜30倍に等しい高さを有する請求の範囲第１項
    または第２項記載の流動層型還元装置。
  4. 【請求項４】乾燥／予備加熱炉および第１還元炉の各々
    が、拡大した上部、下端から上端へ直径が増加する第１
    傾斜部、上部よりも小さい直径を有する中間部、下端か
    ら上端へ直径が増加する第２傾斜部、および中間部より
    も直径が小さい狭められた下部を有する円筒体からな
    り、および第２高速ガス還元炉が拡大した上部、直径が
    下端から上端へ増加し、下部が狭められた円筒体からな
    る請求の範囲第１項または第２項記載の流動層型還元装
    置。
  5. 【請求項５】乾燥／予備加熱炉および第１還元炉の各々
    が、拡大した上部、下端から上端へ直径が増加する第１
    傾斜部、上部より直径が小さい中間部、下端か上端へ直
    径が増加する第２傾斜部、直径が中間部よりも小さい狭
    められた下部を有する円筒体からなり、かつ第２高速ガ
    ス還元炉が、拡大した上部、直径が下端から上端へ増加
    する傾斜部および狭められた下部を有する円筒体からな
    る請求の範囲第３項記載の流動層型還元装置。
  6. 【請求項６】第３粗鉱石出口および第３ダクトライン
    が、溶融気化器に連結して鉄鉱石を溶融気化器に供給
    し、かつ第２高速還元炉の第３ガス入口および第２低速
    ガス還元炉の第４ガス入口が、溶融気化器に連結して溶
    融気化器の排ガスを第２高速ガス還元炉および低速ガス
    還元炉に供給する請求の範囲第１項または第２項記載の
    流動層型還元装置。
  7. 【請求項７】第３粗鉱石出口および第３ダクトライン
    が、溶融気化器に連結して鉄鉱石を溶融気化器に供給
    し、かつ第２高速ガス還元炉の第３ガス入口および第２
    低速ガス還元炉の第４ガス入口が、溶融気化器に連結し
    て溶融気化器の排ガスを第２高速ガス還元炉および低速
    ガス還元炉に供給する請求の範囲第４項記載の流動層型
    還元装置。
  8. 【請求項８】第３粗鉱石出口および第３ダクトライン
    が、溶融気化器に連結して鉄鉱石を溶融気化器に排出
    し、かつ第２高速ガス還元炉の第３ガス入口および第２
    低速ガス還元炉の第４ガス入口が溶融気化器に連結して
    溶融気化器の排ガスを第２高速ガス還元炉および低速ガ
    ス還元炉に供給する請求の範囲第５項記載の流動層型還
    元装置。
  9. 【請求項９】第２低速ガス還元炉の上部にさらに設置し
    た内部サイクロンが、第３排ガス出口から延びる第３排
    ガスラインを経て第３サイクロンに連結している請求の
    範囲第１項または第２項記載の流動層型還元装置。
  10. 【請求項１０】第２低速ガス還元炉の上部にさらに設置
    した内部サイクロンが、第３排ガス出口から延びる第３
    排ガスラインを経て第３サイクロンに連結している請求
    の範囲第３項記載の流動層型還元装置。
  11. 【請求項１１】第２低速ガス還元炉の上部にさらに設置
    した内部サイクロンが、第３排ガス出口から延びる第３
    排ガスラインを経て第３サイクロンに連結している請求
    の範囲第４項記載の流動層型還元装置。
  12. 【請求項１２】第２低速ガス還元炉の上部にさらに設置
    した内部サイクロンが、第３排ガス出口から延びる第３
    排ガスラインを経て第３サイクロンに連結している請求
    の範囲第５項記載の流動層型還元装置。
  13. 【請求項１３】第２低速ガス還元炉の上部にさらに設置
    した内部サイクロンが、第３排ガス出口から延びる第３
    排ガスラインを経て第３サイクロンに連結している請求
    の範囲第６項記載の流動層型還元装置。
  14. 【請求項１４】第２低速ガス還元炉の上部にさらに設置
    した内部サイクロンが、第３排ガス出口から延びる第３
    排ガスラインを経て第３サイクロンに連結している請求
    の範囲第７項または第８項記載の流動層型還元装置。
  15. 【請求項１５】さらに第１および第２のパージガスライ
    ンが、第１および第２ダクトラインの曲げ部に連結され
    て少量のパージガスをそれぞれの対応するラインへ供給
    する請求の範囲第１項または第２項記載の流動層型還元
    装置。
  16. 【請求項１６】さらに第１および第２のパージガスライ
    ンが、第１および第２ダクトラインの曲げ部に連結され
    て少量のパージガスをそれぞれの対応するラインへ供給
    する請求の範囲第３項記載の流動層型還元装置。
  17. 【請求項１７】さらに第１および第２のパージガスライ
    ンが、第１および第２ダクトラインの曲げ部に連結され
    て少量のパージガスをそれぞれの対応するラインへ供給
    する請求の範囲第４項記載の流動層型還元装置。
  18. 【請求項１８】さらに第１および第２のパージガスライ
    ンが、第１および第２ダクトラインの曲げ部に連結され
    て少量のパージガスをそれぞれの対応するラインへ供給
    する請求の範囲第５項記載の流動層型還元装置。
  19. 【請求項１９】さらに第１および第２のパージガスライ
    ンが、第１および第２ダクトラインの曲げ部に連結され
    て少量のパージガスをそれぞれの対応するラインへ供給
    する請求の範囲第６項記載の流動層型還元装置。
  20. 【請求項２０】さらに第１および第２のパージガスライ
    ンが、第１および第２循環ラインの曲げ部に連結されて
    少量のパージガスをそれぞれの対応するラインへ供給す
    る請求の範囲第７項または第８項記載の流動層型還元装
    置。
  21. 【請求項２１】さらに第１および第２のパージガスライ
    ンが、第１および第２循環ラインの曲げ部に連結されて
    少量のパージガスをそれぞれの対応するラインへ供給す
    る請求の範囲第９項記載の流動層型還元装置。
  22. 【請求項２２】さらに第１および第２のパージガスライ
    ンが、第１および第２循環ラインの曲げ部に連結されて
    少量のパージガスをそれぞれの対応するラインへ供給す
    る請求の範囲第10〜13項記載の流動層型還元装置。
  23. 【請求項２３】さらに第１および第２のパージガスライ
    ンが、第１および第２循環ラインの曲げ部に連結されて
    少量のパージガスをそれぞれの対応するラインへ供給す
    る請求の範囲第14項記載の流動層型還元装置。
  24. 【請求項２４】広い粒径分布を有する鉄鉱石を還元する
    流動層型還元装置であって、該装置は、 鉄鉱石のバブル状流動層を形成しながら第２サイクロン
    からの排ガスによりホッパーから供給された鉄鉱石を乾
    燥および予備加熱する乾燥／予備加熱炉； 乾燥／予備加熱炉の排ガス中に含まれるダスト状鉄鉱石
    を捕捉する第１サイクロン； 第４サイクロンの排ガスで乾燥／予備加熱された鉄鉱石
    の中間／微細鉱石部分をエルートリエイトし、鉄鉱石の
    バブル状流動層を形成しながら第４サイクロンの排ガス
    でバブル状流動状態で乾燥／予備加熱炉から排出された
    乾燥／予備加熱された鉄鉱石の粗鉱石部分のみを還元す
    る第１高速ガス還元炉； 中間／微細鉱石のバブル状流動状態を形成しながら第３
    サイクロンの排ガスで、第１高速ガス還元炉および第１
    中間／微細鉱石排出ラインを経て下部にキャリオーバし
    た中間／微細鉄鉱石を予備還元する第１低速ガス還元
    炉； 捕捉したダスト状鉄鉱石を第１低速ガス還元炉の鉱石入
    口に連結している第２中間／微細鉱石排出ラインに再循
    環し、あるいは第２低速ガス還元炉の下部に直接再循環
    する第１低速ガス還元炉の排ガス中に含まれるダスト状
    鉄鋼石を捕捉する第２サイクロン； 予備還元された粗鉱石のバブル状流動層を形成しながら
    溶融気化器の排ガスで第１高速ガス還元炉から排出され
    た予備還元された粗鉄鉱石を最終的に還元するための第
    ２高速ガス還元炉； 予備還元された中間／微細鉄鉱石のバブル状流動層を形
    成しながら溶融気化器の排ガスで第１低速ガス還元炉か
    排出された予備還元された中間／微細鉄鉱石を最終的に
    還元するための第２低速ガス還元炉； 捕捉したダスト状鉄鉱石を第２低速ガス還元炉の下部に
    再循環し、あるいは溶融気化器の下部に直接排出する第
    ２低速ガス還元炉の排ガス中に含まれるダスト状鉄鉱石
    を捕捉する第３サイクロン； 捕捉したダスト状鉄鉱石を第２低速ガス還元炉の下部に
    再循環し、あるいは溶融気化器の下部に直接排出する第
    ２高速ガス還元炉の排ガス中に含まれるダスト状鉱石を
    捕捉する第４サイクロン； からなる上記還元装置。
  25. 【請求項２５】広い粒径分布を有する微細鉄鉱石を還元
    する流動層型還元装置であって、該装置は 底部に設けた第１ガス入口、下部に設置した第１ガスデ
    ストリビューター、下部の側壁に設けた第１鉱石入口、
    下部の側壁に設けた第１粗鉱石出口、下部の側壁に設け
    た第１中間／微細鉱石出口、および上部の側壁に設けた
    第１排ガス出口を具備するホッパーから供給された鉄鉱
    石を乾燥し、予備加熱する乾燥／予備加熱炉； 底部に設けた第３ガス入口、下部に設置した第３ガスデ
    ストリビューター、下部の側壁に設けた第３鉱石入口、
    下部の側壁に設けた第３粗鉱石出口、及び排ガス出口で
    もある上部の側壁に設けた第２中間／微細鉱石出口を具
    備する乾燥／予備加熱された鉄鉱石の中間／微細鉱石部
    分をエルートリエイトしながらバブル状の流動状態で乾
    燥／予備加熱炉から供給された乾燥／予備加熱された鉄
    鋼石の粗鉱石部分を予備還元する第１高速ガス還元炉； 底部に設けた第２ガス入口、下部に設置した第２ガスデ
    ストリビューター、下部の側壁に設けた第２鉱石入口、
    下部の側壁に設けた第２中間／微細鉱石出口、下部の側
    壁に設けた第２粗鉱石出口、および上部の側壁に設けた
    第２排ガス出口を具備するバブル状の流動層を形成しな
    がら第１高速ガス還元炉から来た鉄鉱石を予備還元する
    ための第１低速ガス還元炉； 底部に設けた第４ガス入口、下部に設置した第４ガスデ
    ストリビューター、下部の側壁に設けた第４鉱石入口、
    下部の側壁に設けた第３粗鉱石出口、および上部の側壁
    に設けた第３排ガス出口を具備する第１高速ガス還元炉
    から供給された予備還元された粗鉱石を最終的に還元す
    るための第２高速ガス還元炉； 底部に設けた第５ガス入口、下部に設置した第５ガスデ
    ストリビューター、下部の側壁に設けた第５鉱石入口、
    下部の側壁に設けた第６鉱石入口、下部の側壁に設けた
    第３中間／微細鉱石出口、および上部の側壁に設けた第
    ４排ガス出口を具備する第１低速ガス還元炉から供給さ
    れた中間／微細鉄鉱石を最終的に還元するための第２低
    速ガス還元炉； 第１排ガス排出ラインを経て乾燥／予備加熱炉の第１ガ
    ス出口に連結し、かつ第１クリーン排ガスラインに頂部
    で連結し、かつ第１ダスト状鉱石排出ラインに底部で連
    結している乾燥／予備加熱炉から排出された排ガス中に
    含まれるダスト状鉄鉱石を捕捉し、集めた鉄鉱石をクリ
    ーン排ガスを外部に排出しながら第１高速ガス還元炉に
    再循環する第１サイクロン； 第２排ガスラインを経て第１低速ガス還元炉の第２排ガ
    ス出口に連結し、第２クリーン排ガスラインを経て乾燥
    ／予備加熱炉の第１ガス入口に頂部で連結し、かつ第２
    ダスト状鉱石排出ラインに底部で連結している第１低速
    ガス還元炉から排出された排ガス中に含まれるダスト状
    鉄鉱石を捕捉し、かつ捕捉したダスト状鉄鉱石を第１低
    速ガス還元炉にあるいは第２低速ガス還元炉にクリーン
    排ガスを乾燥／予備加熱炉に供給しながら再循環する第
    ２サイクロン； 第３排ガスラインを経て第２低速ガス還元炉に連結し、
    かつ第３クリーン排ガスラインを経て第１低速ガス還元
    炉第２ガス入口に頂部で連結し、かつ第３ダスト状鉱石
    排出ラインに底部で連結している第２低速ガス還元炉か
    ら排出された排ガス中に含まれるダスト状鉄鉱石を捕捉
    し、かつ捕捉したダスト状鉄鉱石を第２低速ガス還元炉
    あるいは直接溶融気化器に、クリーン排ガスを第１低速
    ガス還元炉に供給しながら再循環する第３サイクロン； 第４排ガスラインを経て第２高速ガス還元炉に連結し、
    かつ第４クリーン排ガスラインを経て第１高速ガス還元
    炉の第３ガス入口に頂部で連結し、かつ第４ダスト状鉱
    石排出ラインに底部て連結している第２高速ガス還元炉
    から排出された排ガス中に含まれるダスト状鉄鉱石を捕
    捉し、かつ捕捉したダスト状鉄鉱石を第２低速ガス還元
    炉あるいは溶融気化器に、クリーン排ガスを第１高速ガ
    ス還元炉に供給しながら、供給する第４サイクロン； 第１ダスト状鉱石排出ラインに連結している乾燥／予備
    加熱炉の第１中間／微細および粗鉱石出口を第１高速ガ
    ス還元炉の第２鉱石入口に連結する第１ダクトライン； 第１高速ガス還元炉の第２粗鉱石出口を第２高速ガス還
    元炉の第４鉱石入口に連結する第１粗鉱石排出ライン； 第１高速ガス還元炉の第３中間／微細鉱石出口を第１低
    速ガス還元炉の第２鉱石入口に連結する第１中間／微細
    鉱石排出ライン； 第２高速ガス還元炉の第３粗鉱石出口を溶融気化器に連
    結する第２粗鉱石排出ライン； 第２ダスト状鉱石排出ラインに連結している第１低速ガ
    ス還元炉の第２中間／微細鉱石出口を第６鉱石入口に連
    結する第２中間／微細鉱石排出ライン； 第２低速ガス還元炉の第３中間／微細鉱石出口を溶融気
    化器に連結する第３中間／微細鉱石排出ライン； 第３ダスト状鉱石排出ラインに連結している第４ダスト
    状鉱石排出ラインを第３中間／微細鉱石排出ラインに連
    結する第２ダクトライン； 相互に交差している第３および第４ダスト状鉱石排出ラ
    イン； 第３および第４ダスト状鉱石排出ラインの交差部に設け
    た両方向排出バルブ； 第２ダクトラインと第４ダスト状鉱石排出ラインの連結
    部に設けた他の両方向排出バルブ； とを具備する上記装置。
  26. 【請求項２６】さらにパージガスラインが、第１循環ラ
    イン、第１粗鉱石排出ラインおよび第２中間／微細鉱石
    排出ラインの曲げ部に連結して、少量のパージガスをそ
    れぞれ対応するラインに供給する請求の範囲第25項記載
    の流動層型還元装置。
  27. 【請求項２７】第１高速ガス還元炉が、第２高速ガス還
    元炉と同形、同寸法であり、かつ第１低速ガス還元炉
    が、第２低速ガス還元炉と同形、同寸法である請求の範
    囲第24〜26項記載の流動層型還元装置。
  28. 【請求項２８】乾燥／予備加熱炉、第１低速ガス還元炉
    および第２低速ガス還元炉の各下部が、各下部の内径の
    ７〜12倍に等しい高さを有し、かつ各上部が上部の内径
    の２〜４倍に等しい高さを有し、そして第１および第２
    高速ガス還元炉が、それぞれ各炉の内径の20〜30倍に等
    しい高さを有している請求の範囲第24〜26項記載の流動
    層型還元装置。
  29. 【請求項２９】乾燥／予備加熱炉、第１低速ガス還元炉
    および第２低速ガス還元炉の各下部が、下部の内径の７
    〜12倍に等しい高さを有し、かつ各上部が上部の内径の
    ２〜４倍に等しい高さを有し、そして第１および第２高
    速ガス還元炉が、それぞれ各炉の内径の20〜30倍に等し
    い高さを有している請求の範囲第27項記載の流動層型還
    元装置。
  30. 【請求項３０】第２低速ガス還元炉の上部に内部サイク
    ロンがさらに設置されており、該内部サイクロンは第３
    排ガスラインを経て第３サイクロンに連結している請求
    の範囲第24〜26項記載の流動層型還元装置。
  31. 【請求項３１】第２低速ガス還元炉の上部に内部サイク
    ロンがさらに設置されており、該内部サイクロンは第３
    排ガスラインを経て第３サイクロンに連結している請求
    の範囲第27項記載の流動層型還元装置。
  32. 【請求項３２】第２低速ガス還元炉の上部に内部サイク
    ロンがさらに設置されており、該内部サイクロンは第３
    排ガスラインを経て第３サイクロンに連結している請求
    の範囲第28項記載の流動層型還元装置。
  33. 【請求項３３】第２低速ガス還元炉の上部に内部サイク
    ロンがさらに設置されており、該内部サイクロンは第３
    排ガスラインを経て第３サイクロンに連結している請求
    の範囲第29項記載の流動層型還元装置。
  34. 【請求項３４】下記各工程からなる流動層型還元装置を
    使用した鉄鉱石の還元方法、 ホッパーから供給された鉄鉱石を乾燥／予備加熱炉で乾
    燥し、予備乾燥し； 第１還元炉で乾燥／予備加熱された鉄鉱石を予備還元
    し； 予備還元された鉄鉱石の粗鉱石部分をバブル状の流動層
    を形成しながら第２高速還元炉で最終的に還元し； 予備還元された鉄鉱石の中間／微細部分をバブル状の流
    動層を形成しながら第２低速還元炉で最終的に還元す
    る； ことからなる上記還元方法。
  35. 【請求項３５】乾燥／予備加熱炉、第１還元炉および第
    ２低速ガス還元炉の各下部におけるガス速度が、各炉の
    流動層に供給される鉄鋼石の最小流動速度の1.5〜3.0倍
    に等しく、各炉の各上部におけるガス速度が、エルート
    リエイトする鉄鉱石の最終速度よりも小さく、かつ第２
    高速ガス還元炉のガス速度が、粗鉱石の最小流動速度の
    1.5〜3.0倍に等しい請求の範囲第34項記載の還元方法。
  36. 【請求項３６】第２低速ガス還元炉あるいは第２高速ガ
    ス還元炉に供給されるガスの圧力および温度が、それぞ
    れ２〜4atm、および800〜900℃であり、乾燥／予備加熱
    炉、第２高速ガス還元炉および第２低速ガス還元炉のそ
    れぞれで生ずる圧力および温度低下が、0.3〜0.6atm、
    および30〜80℃であり、各炉における滞留時間が20〜40
    分である請求の範囲第34〜35項記載の還元方法。
  37. 【請求項３７】下記各工程からなる流動層型還元装置を
    使用した鉄鉱石の還元方法、 ホッパーから供給された鉄鉱石を乾燥／予備加熱炉で乾
    燥し、予備加熱し； バブル状の流動層を形成しながら第１高速還元炉で乾燥
    ／予備加熱された鉄鉱石の粗鉱石部分を予備還元し； 第１高速ガス還元炉でバブル状の流動層を形成しながら
    乾燥し、予備加熱された鉄鉱石の粗鉱石部分を予備還元
    し； 第１低速ガス還元炉で乾燥／予備加熱された鉄鉱石の中
    間／微細鉱石部分を予備還元し、 予備還元された鉄鉱石の粗鉄鉱石をバブル状の流動層を
    形成しながら第２高速還元炉で最終的に還元し；および 予備還元された鉄鋼石の中間／微細鉄鉱石をバブル状の
    流動層を形成しながら第２低速還元炉で最終的に還元す
    る； ことからなる上記還元方法。
  38. 【請求項３８】乾燥／予備加熱炉、第１低速ガス還元炉
    および第２低速ガス還元炉の各下部におけるガス速度
    が、各炉の流動層に供給される鉄鉱石の最小流動速度の
    1.5〜3.0倍に等しく、各炉の各上部におけるガス速度
    が、エルートリエイトする鉄鉱石の最終速度よりも小さ
    く、かつ第１高速ガス還元炉あるいは第２高速ガス還元
    炉のガス速度が、粗鉄鉱石の最小流動速度の1.5〜3.0倍
    に等しい請求の範囲第37項記載の還元方法。
  39. 【請求項３９】第２高速ガス還元炉あるいは第２高速ガ
    ス還元炉に供給されるガスの圧力および温度が、それぞ
    れ２〜4atm、および800〜900℃であり、乾燥／予備加熱
    炉、第１低速ガス還元炉、第１高速ガス還元炉、第２高
    速ガス還元炉および第２低速ガス還元炉のそれぞれで生
    ずる圧力および温度低下が、それぞれ0.3〜0.6atm、お
    よび30〜80℃であり、各炉における滞留時間が20〜40分
    である請求の範囲第37または38項記載の還元方法。
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