JP4202425B2 - 金属酸化物を含有した微粒子を還元ガス内に注入するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属酸化物を含有した微粒子を還元ガス内に注入するための方法に関するものである。また、この方法を実施するための装置に関するものである。
鉱石微粒子を還元ガスダクト内に注入し、この還元ガスダクト内における搬送時に鉱石微粒子を還元するという方法は、公知である（特開昭６２−１６４５６９号公報）。特開昭６２−１６４５６９号公報によれば、鉱石微粒子は、ノズルを通して、還元ガス流内に吸い込まれる。ここで問題なのは、還元ガスが、個々の金属酸化物含有微粒子に対して最適の状態では接触しないことである。
還元ガス流内に流入する微粒子は、キャリアガスによって還元ガス流内に注入される場合であっても、密集した形態の微粒子の流れをなす。ある程度の距離を進まないと、密集した形態の微粒子の流れがばらけることがない。そのため、わずかの距離しか、したがってわずかの時間しか、還元に利用できない。他の欠点は、還元ガスを収容している空間内に入ってくるときに微粒子の流れが密集していることに起因して、微粒子の流れが、還元ガスのための空間を規定している壁に対して、研磨による摩耗を引き起こし得ることである。
本発明の目的は、これら欠点や困難性を排除して、金属酸化物含有微粒子が還元ガス収容空間内に流入した直後から個々の微粒子と還元ガスとが最適に接触できて、その結果、微粒子供給用ダクトを出た直後から各微粒子が還元ガスによって囲まれることを確保し得るような、上記タイプの方法およびこの方法を実施するための装置の開発に際しての技術的課題を克服することである。各微粒子が還元ガスによって囲まれることは、化学的、物理的、および、熱的反応を可能とする。これらすべての反応は、微粒子の表面から起こるとともに、還元ガス収容空間内に微粒子が導入された直後から進む。そのため、微粒子が還元ガス収容空間内に滞在している時間を、最適に使用することができる。このことは、また、直接還元のための構成の最小化を可能とし、還元ガスの最適利用を可能とする。
本発明によれば、この課題は、微粒子とキャリアガスとから形成された微粒子の流れを、還元ガス内に導入するとともに、二次ガスによって形成された少なくとも１つのガス流を、微粒子の流れに対して導き、このガス流でもって微粒子の流れを霧化させ、微粒子を、還元ガス内に均等に分散させることにより、解決される。
ガス流は、好ましくは、微粒子の流れに対して微粒子の流れの軸回りの回転モーメントをもたらし、この場合の遠心力によって、微粒子を微粒子の流れから飛び出させて微粒子を分散させる。
遠心力を利用することの効果は、ガス流によって、微粒子の流れに対して、周期的に変動する、異なる大きさの回転モーメントを引き起こすことによって、増強される。
ガス流は、便宜的には、微粒子の流れに対して交差するとともに微粒子の流れの外側領域にだけ侵入するように、微粒子の流れに対して偏向される。ガス流と微粒子の流れとのなす角度αは、周期的に変更される。
ガス流は、有利には、不活性ガスによって形成される。また、還元ガスをガス流のために使用することもできる。
好ましい実施形態においては、還元ガスは、微粒子の流れを通って流通する。すなわち、微粒子の流れが還元ガス流内に注入される。微粒子の流れは、便宜的には、還元ガスの流通方向を向く向きとされる、好ましくは、１００°〜１６０°の角度でもって還元ガスの流通方向を向く向きとされる。
好ましくは、少なくとも１つのガス流は、微粒子の流れの中心を向く向きとされて微粒子の流れを貫通する。
本発明による方法は、微粒子の流れが、石炭ガス化によってＣＯとＨ₂とを含有した還元ガスを形成するとともに部分還元されたおよび／または完全還元された金属含有粒子のそれぞれを完全還元または溶融させる溶融ガス化領域から導出された還元ガス流内へと供給され、微粒子の流れが供給された後に、還元ガス流から固体分を分離した後、金属酸化物含有鉱石の還元を行う還元領域内において反応され、固体分離時に分離した微粒子が、微粒子の凝縮をもたらすダストバーナーを通して溶融ガス化領域へと供給されるような還元プロセスに対して、特に好適に使用することができる。
本発明による方法を実施するための装置は、
壁によって規定された、還元ガスの吸い上げのための空間と、
壁を貫通して空間内に開口した注入ノズルと、
を具備してなり、
注入ノズルには、微粒子とキャリアガスとを導くための中央パイプが設けられ、
中央パイプの開口部のところに、二次ガス供給用のガスダクトに対して接続された、少なくとも１つノズルが設けられ、
ノズルの長さ方向軸と、中央パイプの長さ方向中心線と、が角度αをなし、この角度αが、２０°〜６０°の範囲である、
ことにより特徴づけられる。
好ましい実施形態においては、ノズルの長さ方向軸は、中央パイプの長さ方向中心線に対して逸れた向きとされ、ノズルの長さ方向軸が、前記中央パイプ（４）の前記長さ方向中心線（９）とノズル開口部の中心を通る平面上に垂直に投影された場合に、ノズルの長さ方向軸と、中央パイプの長さ方向中心線とは、２０°〜６０°の範囲の角度αをなす。
この構成においては、ノズルは、便宜的には、中央パイプの開口部に、可動状態に配置され、中央パイプの長さ方向中心線に対して長さ方向軸の異なる位置を取り得るよう、好ましくは様々に逸れた位置を取り得るように、設けられている。
微粒子の流れを霧化させるためには、ある状況においては、複数のノズルを中央パイプの開口部の周縁部の半分にわたってだけ設けることが有利である。
大流量の微粒子の流れに対しては、複数のノズルを中央パイプの開口部の全周にわたってほぼ均等に分散配置して設けられる。
好ましい変形例は、還元ガスのための空間が、還元ガスを導くパイプによって形成されていて、注入ノズルが、パイプの側面において開口しており、注入ノズルの長さ方向中心線と、還元ガスを導いているパイプの軸とが、便宜的に、１００°〜１６０°の角度をなしていることによって特徴づけられる。
少なくとも１つのノズルの長さ方向軸は、中央パイプの長さ方向中心線に対して交差していることが好ましい。
本発明による装置の好ましい応用は、装置が、金属鉱石を溶融させたり付加的には完全還元させたりするとともに石炭ガス化によってＣＯとＨ₂とを含有した還元ガスを形成するための溶融ガス化器から導出されたガス搬送パイプ内に開口しており、ガス搬送パイプが、例えばサイクロンのような固体分離器に対して開口しており、固体分離器において分離された固体が、固体再循環ダクトおよびダストバーナーを通して、溶融ガス化器へと再循環することができるようになっていることによって特徴づけられる。
以下、本発明を、添付図面に概略的に図示されたいくつかの実施形態を参照して、さらに詳細に説明する。図１は、本発明による装置の長さ方向断面図であり、図２は、図１におけるII−II線矢視断面図である。図３〜図５には、本発明による装置の異なる実施形態が示されている。図６は、微粒鉱石の直接還元プラント内への、本発明による装置の組込を示している。
図１および図２に示す実施形態においては、還元ガス内に金属酸化物含有微粒子を注入するための装置は、還元ガス流通空間３内へと壁２を貫通して開口している注入ノズル１を備えている。空間３は、例えば、パイプラインによって形成されている。注入ノズル１には、中央パイプ４が設けられている。この中央パイプ４を通って、微粒子が、搬送ガスによって開口部５へと吹き付けられ、その結果、微粒子からなる微粒子の流れが開口部において形成される。
中央パイプ４の開口部５においては、周縁方向から中央パイプ４を囲んでいるいくつかのノズル６が、設けられている。ノズル６に対しては、二次ガスを供給するためのガスダクト７が、各ガス誘導パイプ８を介して接続されている。ガス誘導パイプ８は、中央パイプ４の長さ方向中心線９に対して平行なパイプとして構成されていて、中央パイプ４を周縁方向から囲んでいるとともにガスダクト７が接続されている環状空間１０内に設けられている。この環状空間は、外側がジャケット１１によって規定されている。ジャケット１１は、端部フランジ１２，１３によって、それぞれ、開口部５における端面と開口部とは反対側における端面とが閉塞されている。ガス誘導パイプ８は、気密ベアリング１４，１５によって端部フランジ１２，１３に関して回転することができる。
ガス誘導パイプ８の両端面は、フランジ１６，１７によって閉塞されている。フランジ１７においては、ピボット１８が、外方に突出した状態で取り付けられている。ピボット１８においては、ガス誘導パイプをそれぞれの長さ方向軸１９回りに回転させるための駆動機構が、詳細には図示していないものの、設けられている。ガス誘導パイプ８の内側フランジ１６においては、軸６’を中央パイプの長さ方向中心線９に対して角度αをなすようにして、ノズル６が配置されている。
ガス誘導パイプ８に対しては、したがって、ノズル６に対しては、環状空間１０を通して、また、ガス誘導パイプ８の開口２０を通して、ガスが供給される。ガス誘導パイプ８をそれぞれの長さ方向軸１９回りに回転することにより、中央パイプ４の長さ方向中心線９に対して交差する位置から、中心線９から逸れた位置へと、ノズル６から流出するガス流を向かせるようにして、微粒子の流れに対してのガス流の相対位置を変化させることができる。
ガス誘導パイプ８をそれぞれの長さ方向軸１９回りに回転させるための手段により、微粒子の流れに対してのガス流の相対位置を周期的に変化させることができる。中央パイプ４の長さ方向中心線９に対してガス流がなす角度αは、好ましくは２０°〜６０°の範囲のものであり、すべてのガス流に対して同じ大きさである必要はない。
図１および図２に示す実施形態においては、複数のノズル６は、中央パイプ４の開口部５の周縁全体にわたって、均等に分散するようにして、配置されている。場合によっては、例えば図４および図５に示すように、中央パイプ４の開口部５の周縁の半分にわたってだけ、複数のノズル６が配置されるだけで十分であることもある。これは、空間３内において還元ガスがある方向性をもって強力に流れている場合に、好適である。
図３〜図５により、矢印２１によって示されたガス流が、中央パイプの長さ方向中心線９を直接的に臨む配向とする（図５）ことも中央パイプの長さ方向中心線９から逸れた配向とする（図３，４）こともでき、微粒子の流れ自体は、開口部５に対応した最小直径でもってガス流により打撃されることが、わかるであろう。このようにして、ガス流は、微粒子の流れの長さ方向中心線９回りに微粒子の流れを旋回させる。微粒子は、遠心力によって微粒子の流れから飛び出ることにより分散される。この機能は、ガス流によって引き起こされる霧化効果と併せて引き起こされる。
ガス流は、好ましくは、不活性ガスによって形成される。不活性ガスは、また、キャリアガスとしても使用することができる。また、ノズル６に代えて、端部フランジ１２に、微粒子の流れに対しての扇形状ガス流を形成するような環状ギャップを設けることができる。微粒子の流れに対してのガス流の相対位置を変更させる必要がない場合には、ガス誘導パイプ８は、不要である。その場合には、ノズル６を、端部フランジ１２内に堅固に挿入することができる。
図６には、溶融ガス化領域内における石炭ガス化によってＣＯとＨ₂とを含有した還元ガスを形成するとともに還元鉄鉱石を溶融させる溶融ガス化器２２から、図示していない還元炉へと、還元ガスを搬送している還元ガス搬送ダクト２３に対しての、本発明による装置の組込が示されている。鉱石が還元される還元炉と、溶融ガス化器と、の双方は、例えば、欧州特許出願公開明細書第０ ５７６４１４号に開示されているようにして構成することができる。
溶融ガス化器２２のドーム領域２５における開口２４において、溶融ガス化器２２から導出される還元ガスは、還元ガス搬送ダクト２３を通して、サイクロン２６へと供給される。サイクロン２６においては、還元ガス内に含有されている粒子が分離される。
還元ガス搬送ダクト２３の開始領域には、還元ガスを還元炉内での還元のために要求された温度に冷却するために、ガス供給手段２７によって、還元ガス内に、冷却ガスが供給されている。本発明による注入ノズル１は、ガス供給手段２７のわずかに後方側において、中央パイプ４の長さ方向中心線９が還元ガス流方向を臨む方向を向くようにしてかつ還元ガス流に対して１００°〜１６０°の角度をなすようにして、配置されている。
還元ガス内に注入された鉄鉱石は、還元ガス搬送ダクト内に流入した直後に還元ガス内において徴細に分散され、還元ガス搬送ダクト２３内において還元または部分還元され、そして、サイクロン２６内において分離される。少なくとも部分的に還元された鉄鉱石は、複数のダスト貯蔵容器２７と、好ましくは窒素ガスによって駆動される注入器２８と、を介して、溶融ガス化器２２の側壁に配置されたダストバーナー２９へと供給される。ダストバーナー２９は、微粒子の凝集をもたらし、また付加的には、完全還元をもたらす。
鉄鉱石に加えて、微粒状冶金廃棄物や、酸化形態および／または金属形態のリサイクル物、さらには、場合によっては付加的には炭素含有材料を、本発明による装置を介して、供給することができる。
本発明による装置においては、１５〜３０％の鉱石を、微粒状の鉱石および／または冶金廃棄物等によって置換することができる。この場合、微粒状の鉱石および／または冶金廃棄物等には、汚染物質が混合されていても良い。

Claims (18)

1. 金属酸化物を含有した微粒子を、還元ガスラインを通して搬送されている還元ガス流内に注入するための方法であって、
   前記微粒子とキャリアガスとから形成された微粒子の流れを、前記還元ガス流内に導入するとともに、二次ガスによって形成された少なくとも１つのガス流を、前記微粒子の流れに対して導き、このガス流によって、前記微粒子の流れに対して前記微粒子の流れの軸回りの回転モーメントをもたらし、この場合の遠心力によって、前記微粒子を前記微粒子の流れから飛び出させて前記微粒子を分散させ、よって、前記微粒子を、前記還元ガス流内に均等に分散させることを特徴とする方法。
2. 前記ガス流は、周期的に変動する、異なる大きさの回転モーメントを前記微粒子の流れに付与することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記ガス流が前記微粒子の流れに対して交差するとともに前記微粒子の流れの外側領域にだけ侵入するように、前記ガス流を前記微粒子の流れに対して偏向させることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 前記ガス流と前記微粒子の流れとのなす角度（α）を、周期的に変更させることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 前記ガス流を、不活性ガスによって形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 前記還元ガスを、前記微粒子の流れに向けて流通させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 前記微粒子の流れを、１００°〜１６０°の角度でもって前記還元ガスの流通方向を向く向きとすることを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 少なくとも１つのガス流を、前記微粒子の流れの中心を向く向きとしかつ前記微粒子の流れを貫通させることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 前記微粒子の流れを、石炭ガス化によってＣＯとＨ₂とを含有した還元ガスを形成するとともに部分還元されたおよび／または完全還元された金属含有粒子のそれぞれを完全還元または溶融させる溶融ガス化領域から導出された還元ガス流内へと供給し、
   前記微粒子の流れが供給された後においては、前記還元ガス流に、固体分離操作を施し、その後、金属酸化物含有鉱石の還元により還元領域内において反応させ、
   前記固体分離時に分離した微粒子を、微粒子の凝縮をもたらすダストバーナー（２９）を通して前記溶融ガス化領域へと供給することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の方法を実施するための装置であって、
    壁（２，２３）によって規定された、還元ガスの導出のための空間（３）と、
    前記壁（２，２３）を貫通して前記空間（３）内に開口した注入ノズル（１）と、
    を具備してなり、
    前記還元ガスのための前記空間（３）は、前記還元ガスを搬送するパイプ（２３）によって形成され、
    前記注入ノズル（１）には、微粒子とキャリアガスとを導くための中央パイプ（４）が設けられ、
    該中央パイプ（４）の開口部（５）のところに、二次ガス供給用のガスダクト（７）に対して接続された、少なくとも１つノズル（６）が設けられ、
    該ノズル（６）の長さ方向軸（６’）と、前記中央パイプ（４）の長さ方向中心線（９）と、が角度（α）をなしていることを特徴とする装置。
11. 前記角度（α）が、２０°〜６０°の範囲であることを特徴とする請求項１０記載の装置。
12. 前記ノズル（６）の前記長さ方向軸（６’）が、前記中央パイプ（４）の前記長さ方向中心線（９）に対して逸れた向きとされ、
    前記ノズル（６）の前記長さ方向軸（６’）が、前記中央パイプ（４）の前記長さ方向中心線（９）とノズル開口部の中心を通る平面上に垂直に投影された場合に、前記ノズル（６）の前記長さ方向軸（６’）と、前記中央パイプ（４）の前記長さ方向中心線（９）とは、２０°〜６０°の範囲の角度（α）をなしていることを特徴とする請求項１０または１１記載の装置。
13. 前記ノズル（６）は、前記中央パイプ（４）の前記開口部（５）に、可動状態に配置され、前記中央パイプ（４）の前記長さ方向中心線（９）に対して長さ方向軸（６’）が異なる位置をとることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の装置。
14. 複数のノズル（６）が、前記中央パイプ（４）の前記開口部（５）の周縁部の半分にわたってだけ設けられている（図４，５）ことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載の装置。
15. 複数のノズル（６）が、前記中央パイプ（４）の前記開口部（５）の全周にわたってほぼ均等に分散配置されて設けられている（図３）ことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載の装置。
16. 前記注入ノズル（１）の前記長さ方向中心線と、前記還元ガスを搬送している前記パイプ（２３）の軸とが、１００°〜１６０°の角度をなしていることを特徴とする請求項１０〜１５のいずれかに記載の装置。
17. 少なくとも１つのノズル（６）の前記長さ方向軸（６’）が、前記中央パイプ（４）の前記長さ方向中心線（９）に対して交差していることを特徴とする請求項１０〜１６のいずれかに記載の装置。
18. 前記装置が、金属鉱石を溶融させたり付加的には完全還元させたりするとともに石炭ガス化によってＣＯとＨ₂とを含有した還元ガスを形成するための溶融ガス化器（２２）から導出されたガス搬送パイプ（２３）内に開口しており、
    前記ガス搬送パイプ（２３）が、サイクロン（２６）に対して開口しており、
    該サイクロン（２６）において分離された固体は、固体再循環ダクトおよびダストバーナー（２９）を通して、前記溶融ガス化器（２２）へと再循環するようになっていることを特徴とする請求項１０〜１６のいずれかに記載の装置。

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