JP3261211B2 - 流動層反応炉の粒子排出方法及び装置 - Google Patents
流動層反応炉の粒子排出方法及び装置Info
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- JP3261211B2 JP3261211B2 JP14655593A JP14655593A JP3261211B2 JP 3261211 B2 JP3261211 B2 JP 3261211B2 JP 14655593 A JP14655593 A JP 14655593A JP 14655593 A JP14655593 A JP 14655593A JP 3261211 B2 JP3261211 B2 JP 3261211B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、流動層反応炉の粒子排
出方法とその方法を実施するための装置に関する。
出方法とその方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の高炉による溶銑製造技術に代わる
ものとして、粉鉱石の使用、一般炭の使用、コークス工
程の省略等により溶銑を安価に製造する溶融還元法が注
目を浴びている。この溶融還元法で発生した排ガスを、
原料鉱石の予備還元のための流動層還元炉の流動ガスと
して供給して、還元力と保有熱を有効に利用することが
行われている。
ものとして、粉鉱石の使用、一般炭の使用、コークス工
程の省略等により溶銑を安価に製造する溶融還元法が注
目を浴びている。この溶融還元法で発生した排ガスを、
原料鉱石の予備還元のための流動層還元炉の流動ガスと
して供給して、還元力と保有熱を有効に利用することが
行われている。
【０００３】かかる流動層還元炉として、側部に粉鉱石
投入部と、底部付近に流動層形成用のキャリアガス導入
部と、さらに流動層の底板の全面にノズルを設けた流動
用ガス導入部とを設けた流動層を形成するライザーと、
その外側にサイクロンを介して粉体を循環するための粉
体流動部を形成するダウンカマとからなる特開平ｌ−１
１１８０７号公報に開示された型式のものと、サイクロ
ンで捕集した粉状の鉄鉱石（還元鉱石）をライザーへ戻
さない非循環型の流動層とがある。
投入部と、底部付近に流動層形成用のキャリアガス導入
部と、さらに流動層の底板の全面にノズルを設けた流動
用ガス導入部とを設けた流動層を形成するライザーと、
その外側にサイクロンを介して粉体を循環するための粉
体流動部を形成するダウンカマとからなる特開平ｌ−１
１１８０７号公報に開示された型式のものと、サイクロ
ンで捕集した粉状の鉄鉱石（還元鉱石）をライザーへ戻
さない非循環型の流動層とがある。
【０００４】何れの型式の場合も、成品である還元鉱石
を排出する装置としては、ライザー内の流動層のガス圧
力が高いために、ＣＯを含む炉内有害ガスがリークしな
いようにロータリーフィーダ、スクリューフィーダ等の
機械的なものや、気体搬送型のニューマチックフィーダ
のようなシール性の高いものが使用されている。
を排出する装置としては、ライザー内の流動層のガス圧
力が高いために、ＣＯを含む炉内有害ガスがリークしな
いようにロータリーフィーダ、スクリューフィーダ等の
機械的なものや、気体搬送型のニューマチックフィーダ
のようなシール性の高いものが使用されている。
【０００５】ところが、この従来の流動層還元炉の還元
鉱石排出装置の中で、ロータリーフィーダ、スクリュー
フィーダ等の機械的手段による排出装置は、流動層還元
炉の内部温度は９００〜１０００℃の高温であり、しか
もＨ2 Ｏ，ＳＯ2 等の腐食性ガスがリッチな還元ガス雰
囲気中での粉鉱石の切出しであるために、構成材料の高
温腐食、応力腐食による劣化と機械的摩耗による回転部
分のトラブルが多く発生する。また、還元ガスはＣＯ，
Ｈ2 の有害ガスが数十％含まれており、系外へ洩れると
爆発や中毒で人的，物的な重大災害を招く危険性が大で
ある。このため、回転羽根刃先とケーシングとの隙間を
小さくしてガスリークを防止する構造がとられる。しか
し、高温の粉鉱石を切出すと、刃先のシール部がすぐに
摩耗してガスリークが発生したり、刃先の隙間が小さい
ため粉粒子が噛込んで回転がストップする。このため、
非常に操業性が悪く、且つメンテナンスに多大の費用が
かかっていた。
鉱石排出装置の中で、ロータリーフィーダ、スクリュー
フィーダ等の機械的手段による排出装置は、流動層還元
炉の内部温度は９００〜１０００℃の高温であり、しか
もＨ2 Ｏ，ＳＯ2 等の腐食性ガスがリッチな還元ガス雰
囲気中での粉鉱石の切出しであるために、構成材料の高
温腐食、応力腐食による劣化と機械的摩耗による回転部
分のトラブルが多く発生する。また、還元ガスはＣＯ，
Ｈ2 の有害ガスが数十％含まれており、系外へ洩れると
爆発や中毒で人的，物的な重大災害を招く危険性が大で
ある。このため、回転羽根刃先とケーシングとの隙間を
小さくしてガスリークを防止する構造がとられる。しか
し、高温の粉鉱石を切出すと、刃先のシール部がすぐに
摩耗してガスリークが発生したり、刃先の隙間が小さい
ため粉粒子が噛込んで回転がストップする。このため、
非常に操業性が悪く、且つメンテナンスに多大の費用が
かかっていた。
【０００６】これに対して、ニューマチックフィーダの
ようなキャリアガスを利用したガス搬送式排出装置の場
合には、切出しのための回転部材が存在しないので、上
記のような問題はなく優れていると言える。
ようなキャリアガスを利用したガス搬送式排出装置の場
合には、切出しのための回転部材が存在しないので、上
記のような問題はなく優れていると言える。
【０００７】しかしながら、このニューマチックフィー
ダの場合には、流動層内の圧力と外気圧との圧力差が大
の場合、流動層内の圧力変動をもろに受けることにな
り、流動層内の圧力が上昇したときにはニューマチック
フィーダの粉体シール部の鉄鉱石を一気に外気側へ排出
するため、排出口から層内のガスが突出し、切出制御が
不可能となる。一旦、ニューマチックフィーダの粉体シ
ール部が壊れると、その部分を粒子がガスによって気流
搬送されるため、粒子が溜まりにくく、容易に粉体シー
ル機構が回復しないため、安定操業ができなくなるとい
う欠点がある。
ダの場合には、流動層内の圧力と外気圧との圧力差が大
の場合、流動層内の圧力変動をもろに受けることにな
り、流動層内の圧力が上昇したときにはニューマチック
フィーダの粉体シール部の鉄鉱石を一気に外気側へ排出
するため、排出口から層内のガスが突出し、切出制御が
不可能となる。一旦、ニューマチックフィーダの粉体シ
ール部が壊れると、その部分を粒子がガスによって気流
搬送されるため、粒子が溜まりにくく、容易に粉体シー
ル機構が回復しないため、安定操業ができなくなるとい
う欠点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明において解決す
べき課題は、流動層による粉粒状原料の反応装置におけ
る機械式排出装置の摩耗トラブル、ガス搬送式排出装置
の炉内圧上昇時の粉体シール崩壊トラブル等の粒子排出
装置の欠点を解消して、粒子の安定した排出を可能とす
る手段を見出すことにある。
べき課題は、流動層による粉粒状原料の反応装置におけ
る機械式排出装置の摩耗トラブル、ガス搬送式排出装置
の炉内圧上昇時の粉体シール崩壊トラブル等の粒子排出
装置の欠点を解消して、粒子の安定した排出を可能とす
る手段を見出すことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の流動層反応炉の
粒子排出方法は、流動層反応炉本体下方に、Ｕ字状の充
填移動層を形成し、該Ｕ字状の充填移動層の炉本体側に
位置する部分の長さを、充填層圧損により、炉内圧力を
シールできる長さにすると共に、前記Ｕ字状充填移動層
の底部からキャリアガスを導入し、該導入ガス量を調整
することにより粒子排出量を制御することを特徴とす
る。
粒子排出方法は、流動層反応炉本体下方に、Ｕ字状の充
填移動層を形成し、該Ｕ字状の充填移動層の炉本体側に
位置する部分の長さを、充填層圧損により、炉内圧力を
シールできる長さにすると共に、前記Ｕ字状充填移動層
の底部からキャリアガスを導入し、該導入ガス量を調整
することにより粒子排出量を制御することを特徴とす
る。
【００１０】また、上記流動層反応炉の粒子排出方法を
実施するための装置として、炉本体底部に接続されてい
る垂直下降管と、それに続く水平面に対し適宜の角度に
て設けられた傾斜下降管と、さらに一端に粒子排出口を
有する上昇管とをそれぞれ連続してほぼＵ字状の連続管
を構成し、該連続管に複数個のキャリアガスの吹込口と
該ガスの制御装置とを設けると共に、上記垂直下降管と
傾斜下降管との長さの和（Ｌ）が下記式によって設定さ
れる装置を使用できる。
実施するための装置として、炉本体底部に接続されてい
る垂直下降管と、それに続く水平面に対し適宜の角度に
て設けられた傾斜下降管と、さらに一端に粒子排出口を
有する上昇管とをそれぞれ連続してほぼＵ字状の連続管
を構成し、該連続管に複数個のキャリアガスの吹込口と
該ガスの制御装置とを設けると共に、上記垂直下降管と
傾斜下降管との長さの和（Ｌ）が下記式によって設定さ
れる装置を使用できる。
【００１１】Ｌ＝ａ×ΔＰ×ｄｐ 2／（Ｕｇ×μｇ） 同式において、 ａ ；係数 ΔＰ；炉内と外気との圧力差（ｍｍ／Ａｑ） ｄｐ；還元鉱石の平均粒子径（ｍ） Ｕｇ；充填移動層内の還元鉱石粒子間を流れる炉内から
のリークガス流速（ｍ／ｓ） μｇ；リークガスの粘性係数 をそれぞれ示す。
のリークガス流速（ｍ／ｓ） μｇ；リークガスの粘性係数 をそれぞれ示す。
【００１２】
【作用】Ｕ字状に形成された湾曲充填移動層の適気圧損
で炉内ガスをシールし、かつ、流動層反応炉側の充填移
動層を形成する粒子が変動しない範囲で操作するので、
炉内圧が少々変動しても充填移動によって粉体シールが
崩壊することはない。
で炉内ガスをシールし、かつ、流動層反応炉側の充填移
動層を形成する粒子が変動しない範囲で操作するので、
炉内圧が少々変動しても充填移動によって粉体シールが
崩壊することはない。
【００１３】また、Ｕ字状の湾曲充填移動層の流動層反
応炉側を傾斜下降管で形成することによって、粒子の移
動性が向上し、粒子の排出が円滑になり、多量の粒子の
切出性が向上する。
応炉側を傾斜下降管で形成することによって、粒子の移
動性が向上し、粒子の排出が円滑になり、多量の粒子の
切出性が向上する。
【００１４】
【実施例】図１は、本発明を適用した流動層還元炉の概
要を示す。
要を示す。
【００１５】同図において、原料鉱石供給口１からライ
ザー２内に供給された原料は、底部のガス導入口３から
導入された還元ガスによって流動層４を形成し、還元反
応が行われる。５は粒体循環系であって、ライザー２の
頂部から排ガスと共に排出された粉状物を回収するサイ
クロン６とそれに続くダウンカマ７からなり、ダウンカ
マ７の下方に形成された充填移動層８は、ライザー２内
の下方に連続的に循環供給される。
ザー２内に供給された原料は、底部のガス導入口３から
導入された還元ガスによって流動層４を形成し、還元反
応が行われる。５は粒体循環系であって、ライザー２の
頂部から排ガスと共に排出された粉状物を回収するサイ
クロン６とそれに続くダウンカマ７からなり、ダウンカ
マ７の下方に形成された充填移動層８は、ライザー２内
の下方に連続的に循環供給される。
【００１６】９はライザー２の底部に形成された粒子
（還元鉱石）の排出装置を示す。該排出装置９は、ライ
ザー２の底部に連続された垂直下降管１０と、それに続
く傾斜下降管１１と、さらに一端に排出口１７を有する
上昇管１２とを連続して、ほぼＵ字状に湾曲した充填移
動層１３を形成している。その際、上記傾斜下降管１１
は、粒子の移動性を向上せしめるため、水平面に対し適
宜に角度θ、例えば安息角以上の角度（本実施例では約
６０°）にて設けられている。この底面と、垂直下降管
１０の側面と傾斜下降管１１の下面にはそれぞれキャリ
アガス導入部１４，１５，１６が設けられており、各導
入部からのキャリアガスの吹込み量の調整により、充填
移動層１３の粒子移動速度を制御し、上昇管１２から還
元鉱石を排出する。この還元鉱石排出装置において、Ｕ
字状に形成された充填移動層のシール圧力は、充填移動
層を形成する還元鉱石粒子間を流れる炉内からのリーク
ガス流速と充填移動層長さによって決まる（充填層圧
損）。炉内と外気との圧力差ΔＰ（ｍｍＡｇ），還元鉱
石の平均粒子径ｄｐ（ｍ），充填移動炉内の還元鉱石粒
子間を流れる炉内からのリークガス流速Ｕｇ（ｍ／
ｓ），リークガスの粘性係数μｇ（ｋｇｓ／ｍ2 ），さ
らには粒子の形状補正係数ａ（−）とすると、圧力シー
ルに必要な充填移動層の長さＬ（ｍ）は、Ｌ＝ａ×ΔＰ
×ｄｐ 2／（ｕｇ×μｇ）・・・（１）と表わすことが
できる。ここでＬは、垂直下降管と傾斜下降管に形成さ
れる充填移動層の長さであり、ａは実験的に求める係数
である。炉内と外気との圧力差１５００〜ｍａｘ２００
０ｍｍＡｑ、温度９００℃で平均粒子径１５５μｍ（ａ
＝０．０００１３）の粉鉱石を還元する流動層還元炉の
還元鉱石の排出装置に適用し、炉内ガスの許容リーク量
を０．０１／ｍｍ3 以下とした場合の移動充填層の圧力
シール長さは２ｍ（垂直下降管部：１．５ｍ，傾斜下降
管部：０．５ｍ、管垂直：０．１ｍ）であった。これに
よって、炉内圧力の変動に対して充分な粉体シール機構
を形成することができる。操業に際しては、下降管１
０，１１の側壁にキャリアガスを吹込み、かつ、キャリ
アガスの吹込み量を還元鉱石の流動化開始速度（量）以
下に調速することにより、下降管１０，１１に形成する
充填移動層の粒子自重と炉内圧による押出力を利用し
て、還元鉱石を炉外に排出する。吹込まれたキャリアガ
スが側壁面への還元鉱石の粒子押付け力を緩和すること
により、還元鉱石の下降を拘束している壁面摩擦力が低
減し、還元鉱石は粒子自重と炉内圧により下降管１０，
１１を下降し上昇管１２から押し出される。還元鉱石の
排出速度はキャリアガス導入部１４，１５，１６，から
吹込まれるキャリアガス量に比例する。また、キャリア
ガス導入部１４，１５から吹込むキャリアガスの下降管
１０，１１内の上昇速度は還元鉱石の流動化開始速度以
下に調整するため、下降管１０，１１内の還元鉱石の流
動化による還元鉱石の流出および粉体シールの崩壊が発
生することはない。
（還元鉱石）の排出装置を示す。該排出装置９は、ライ
ザー２の底部に連続された垂直下降管１０と、それに続
く傾斜下降管１１と、さらに一端に排出口１７を有する
上昇管１２とを連続して、ほぼＵ字状に湾曲した充填移
動層１３を形成している。その際、上記傾斜下降管１１
は、粒子の移動性を向上せしめるため、水平面に対し適
宜に角度θ、例えば安息角以上の角度（本実施例では約
６０°）にて設けられている。この底面と、垂直下降管
１０の側面と傾斜下降管１１の下面にはそれぞれキャリ
アガス導入部１４，１５，１６が設けられており、各導
入部からのキャリアガスの吹込み量の調整により、充填
移動層１３の粒子移動速度を制御し、上昇管１２から還
元鉱石を排出する。この還元鉱石排出装置において、Ｕ
字状に形成された充填移動層のシール圧力は、充填移動
層を形成する還元鉱石粒子間を流れる炉内からのリーク
ガス流速と充填移動層長さによって決まる（充填層圧
損）。炉内と外気との圧力差ΔＰ（ｍｍＡｇ），還元鉱
石の平均粒子径ｄｐ（ｍ），充填移動炉内の還元鉱石粒
子間を流れる炉内からのリークガス流速Ｕｇ（ｍ／
ｓ），リークガスの粘性係数μｇ（ｋｇｓ／ｍ2 ），さ
らには粒子の形状補正係数ａ（−）とすると、圧力シー
ルに必要な充填移動層の長さＬ（ｍ）は、Ｌ＝ａ×ΔＰ
×ｄｐ 2／（ｕｇ×μｇ）・・・（１）と表わすことが
できる。ここでＬは、垂直下降管と傾斜下降管に形成さ
れる充填移動層の長さであり、ａは実験的に求める係数
である。炉内と外気との圧力差１５００〜ｍａｘ２００
０ｍｍＡｑ、温度９００℃で平均粒子径１５５μｍ（ａ
＝０．０００１３）の粉鉱石を還元する流動層還元炉の
還元鉱石の排出装置に適用し、炉内ガスの許容リーク量
を０．０１／ｍｍ3 以下とした場合の移動充填層の圧力
シール長さは２ｍ（垂直下降管部：１．５ｍ，傾斜下降
管部：０．５ｍ、管垂直：０．１ｍ）であった。これに
よって、炉内圧力の変動に対して充分な粉体シール機構
を形成することができる。操業に際しては、下降管１
０，１１の側壁にキャリアガスを吹込み、かつ、キャリ
アガスの吹込み量を還元鉱石の流動化開始速度（量）以
下に調速することにより、下降管１０，１１に形成する
充填移動層の粒子自重と炉内圧による押出力を利用し
て、還元鉱石を炉外に排出する。吹込まれたキャリアガ
スが側壁面への還元鉱石の粒子押付け力を緩和すること
により、還元鉱石の下降を拘束している壁面摩擦力が低
減し、還元鉱石は粒子自重と炉内圧により下降管１０，
１１を下降し上昇管１２から押し出される。還元鉱石の
排出速度はキャリアガス導入部１４，１５，１６，から
吹込まれるキャリアガス量に比例する。また、キャリア
ガス導入部１４，１５から吹込むキャリアガスの下降管
１０，１１内の上昇速度は還元鉱石の流動化開始速度以
下に調整するため、下降管１０，１１内の還元鉱石の流
動化による還元鉱石の流出および粉体シールの崩壊が発
生することはない。
【００１７】
【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏すること
ができる。
ができる。
【００１８】（１） 排出装置自体に回転部材が存在し
ないので、排出装置そのものに摩耗、腐食等によるトラ
ブルの発生がない。
ないので、排出装置そのものに摩耗、腐食等によるトラ
ブルの発生がない。
【００１９】（２） 流動層反応炉内のガスの炉外への
リーク量が少なく、装置全体の安全性が高い。
リーク量が少なく、装置全体の安全性が高い。
【００２０】（３） 粒子排出制御が円滑となるので、
装置全体の安定操業が可能となる。
装置全体の安定操業が可能となる。
【図１】 本発明を適用した流動層還元炉の概要を示
す。
す。
１ 原料鉱石供給口 ２ ライザー ３ ガス導入口 ４ 流動層 ５ 粒体循環系 ６ サイクロン ７ ダウンカマ ８ 充填移動層 ９ 還元鉱石排出装置 １０ 垂直下降管 １１ 傾斜下降管 １２ 上昇管 １３ Ｕ字状に湾曲した充填移動層 １４，１５，１６ キャリアガス導入部 １７ 排出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 国友 和也 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株 式会社 技術開発本部内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C21B 13/00 101 F27B 15/09
Claims (2)
- 【請求項１】 流動層反応炉本体下方にＵ字状の充填移
動層を形成し、 該Ｕ字状の充填移動層の炉本体側に位置する部分の長さ
を、充填層圧損により炉内圧力をシールできる長さとす
ると共に、 前記Ｕ字状充填移動層の底部からキャリアガスを導入
し、 該導入ガス量を調整することにより粒子排出量を制御す
る流動層反応炉の粒子排出方法。 - 【請求項２】 炉本体底部に接続されている垂直下降管
と、それに続く水平面に対し適宜の角度にて設けられた
傾斜下降管と、さらに一端に粒子排出口を有する上昇管
とをそれぞれ連続してほぼＵ字状の連続管を構成し、 該連続管に複数個のキャリアガスの吹込口と該ガスの制
御装置とを設けると共に、 上記垂直下降管と傾斜下降管との長さの和（Ｌ）が下記
式によって設定されることを特徴とする流動層反応炉の
粒子排出装置。 Ｌ＝ａ×ΔＰ×ｄｐ 2／（Ｕｇ×μｇ） 同式において、 ａ ；係数 ΔＰ；炉内と外気との圧力差（ｍｍ／Ａｑ） ｄｐ；還元鉱石の平均粒子径（ｍ） Ｕｇ；充填移動層内の還元鉱石粒子間を流れる炉内から
のリークガス流速（ｍ／ｓ） μｇ；リークガスの粘性係数 をそれぞれ示す。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14655593A JP3261211B2 (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 流動層反応炉の粒子排出方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14655593A JP3261211B2 (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 流動層反応炉の粒子排出方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH073316A JPH073316A (ja) | 1995-01-06 |
| JP3261211B2 true JP3261211B2 (ja) | 2002-02-25 |
Family
ID=15410321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14655593A Expired - Fee Related JP3261211B2 (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 流動層反応炉の粒子排出方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3261211B2 (ja) |
-
1993
- 1993-06-17 JP JP14655593A patent/JP3261211B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH073316A (ja) | 1995-01-06 |
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