JP4666114B2 - フェロコークスの製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Description
本発明は、炭素含有物質と鉄含有物質との成型物を竪型乾留炉で連続的に乾留し、コークス中に金属鉄を生成させたフェロコークスの製造方法及び製造装置に関する。
高炉操業において、石炭をコークス炉で乾留して製造した冶金用コークスが一般的に用いられている。近年、コークスの反応性を向上させるという観点から、石炭に鉄鉱石を混合して乾留して製造した冶金用のフェロコークスを高炉操業に用いる技術が知られている。フェロコークスは、還元された鉄鉱石の触媒効果でフェロコークス中のコークスのＣＯ2反応性を高めることができ、熱保存帯温度の低下によって還元材比を低下させることができる。
石炭等の炭素含有物質、および鉄鉱石等の鉄含有物質を原料に、通常の室炉式コークス炉で乾留してフェロコークスを製造する技術としては、ａ）石炭と粉鉄鉱石の混合物を室炉式コークス炉に装入する方法、ｂ）石炭と鉄鉱石を冷間、すなわち室温で成型し、その成型物を室炉式コークス炉に装入する方法などが検討されてきた（例えば、非特許文献１参照。）。しかし、通常の室炉式コークス炉は珪石煉瓦で構成されているので、鉄鉱石を装入した場合に鉄鉱石が珪石煉瓦の主成分であるシリカと反応し、低融点のファイアライトが生成して珪石煉瓦の損傷を招く。このため室炉式コークス炉でフェロコークスを製造する技術は、工業的に実施されていない。
一方、室炉式コークス製造方法に替わるコークス製造方法として、連続式成型コークス製造法が開発されている。連続式成型コークス製造法では、乾留炉として、珪石煉瓦ではなくシャモット煉瓦にて構成される竪型シャフト炉を用い、石炭を冷間で所定の大きさに成型後、竪型シャフト炉に装入し、循環熱媒ガスを用いて加熱することにより成型炭を乾留し、成型コークスを製造する。資源埋蔵量が豊富で安価な非微粘結炭を多量に使用しても、通常の室炉式コークス炉と同等の強度を有するコークスが製造可能なことが確認されている。
連続式成型コークス製造法では、乾留炉炉頂ガスを冷却用ガスとして、乾留炉の乾留室に直結した冷却室の下部へ導入し、該冷却室を通過したガスの大部分を冷却室上部より排出し加熱用媒体ガスとして乾留炉中間部の導入口へ供給することを特徴とする方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この方法では、３箇所のガス導入口（乾留室中間部、乾留室下部、冷却室下部）と１箇所のガス排出口（冷却室上部）が必要であり、設備が複雑になる。また、乾留終了後の高温コークスの冷却によって放出される顕熱をガスで回収し、乾留炉中間部への導入により再利用しているが、その過程における熱ロス抑制という課題がある。また、設備構成の複雑化を避けるために竪型乾留炉中間部よりガスを抜き出さない方法による成型コークスの製造方法も開示されているが（例えば、特許文献２参照。）、この方法ではガスの代わりに水槽において乾留後コークスの冷却を行なう。フェロコークスは、乾留時に金属鉄が生成する段階まで鉄鉱石が還元され、これらの触媒効果により反応性が高まるという特徴を有する。水冷方式では金属鉄の再酸化が懸念されるために、フェロコークス製造には採用できない。
燃料協会 「コークス技術年報」１９５８年、ｐ．３８
フェロコークスの製造においては、上記したように珪石煉瓦で構成された室炉コークス炉の使用が困難であるため、シャモット煉瓦にて構成される竪型シャフト炉のような、成型コークスと同様のガスを熱媒体とした、多段羽口を有する竪型乾留炉を用いるのが望ましいと考えられる。この際、冷却機能も兼備した竪型の連続乾留炉を用いることを考えると、従来の成型コークス用の乾留炉では炉の途中からガスを抜き出す必要があり、設備が複雑になるという問題がある。また、フェロコークスの場合は鉄含有物質の還元を行なう必要があり、従来の成型コークス製造方法をそのまま用いることができず、各羽口のガス量の分配等の操業諸元を再考する必要がある。また、今後の製鉄プロセスにおいて省エネルギー化は不可避であり、フェロコークスの製造に必要なエネルギーを極力低位とする設計思想が必要となる。
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、竪型乾留炉を用いて冶金用フェロコークスを製造する際に、設備の簡素化、使用エネルギーの削減が可能となる、フェロコークスの製造方法及び製造装置を提供することにある。
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）、上部に乾留ゾーン、下部に冷却ゾーンを有する乾留炉を用い、
炭素含有物質と鉄含有物質からなる成型物を乾留炉に装入する装入工程と、
前記乾留ゾーンにおいて前記成型物を乾留し、フェロコークスを製造する乾留工程と、
前記冷却ゾーンに設けられた冷却ガス吹き込み羽口から冷却ガスを吹き込み、前記フェロコークスを冷却する冷却工程と、
前記乾留炉の炉頂部の排出口から炉内ガスを排出する炉内ガス排出工程と、
前記冷却ゾーン下部から前記フェロコークスを排出するフェロコークス排出工程と、
を有し、
前記乾留工程が、
前記冷却ゾーンでフェロコークスと熱交換した冷却ガスを前記乾留ゾーンに上昇させ、
該乾留ゾーンの下部の高温ガス吹き込み羽口から高温ガスを吹き込み、
前記乾留ゾーンの中間部の低温ガス吹き込み羽口から低温ガスを吹き込むことからなる、フェロコークスの製造方法。
（２）、前記炉内ガスの排出が、前記炉頂部の排出口からのみ行われる（１）に記載のフェロコークスの製造方法。
（３）、更に、前記炉頂部の排出口から排出された炉内ガスを前記低温ガス吹き込み羽口に循環させる工程を有する（１）に記載のフェロコークスの製造方法。
（４）、更に、前記炉頂部の排出口から排出された炉内ガスを前記高温ガス吹き込み羽口に循環させる工程を有する（１）に記載のフェロコークスの製造方法。
（５）、更に、前記炉頂部の排出口から排出された炉内ガスを前記冷却ガス吹き込み羽口に循環させる工程を有する（１）に記載のフェロコークスの製造方法。
（６）、更に、前記炉頂部の排出口から排出された炉内ガスを、前記低温ガス吹き込み羽口と、前記高温ガス吹き込み羽口と、前記冷却ガス吹き込み羽口とに循環させる工程を有する（１）に記載のフェロコークスの製造方法。
（７）、前記低温ガス吹き込み羽口から吹き込まれるガスが、４００〜７００℃の温度を有する（１）に記載のフェロコークスの製造方法。
（８）、前記高温ガス吹き込み羽口から吹き込まれるガスが、８００〜１０００℃の温度を有する（１）に記載のフェロコークスの製造方法。
（９）、前記冷却ガス吹き込み羽口から吹き込まれるガスが、２５〜８０℃の温度を有する（１）に記載のフェロコークスの製造方法。
（１０）、炭素含有物質と鉄含有物質との成型物を乾留してフェロコークスを連続的に製造するためのフェロコークスの製造装置は、以下を有する：
上部に前記成型物を乾留する乾留ゾーンと下部に前記成型物を冷却する冷却ゾーンとを有する乾留炉本体と、
前記乾留炉本体の炉頂部に設けられ、成型物を装入するための装入口と、
前記乾留ゾーンの中間部に設置され、成型物を加熱するための低温ガスを吹き込む低温ガス吹き込み羽口と、
前記乾留ゾーンの下部に設置され、成型物を加熱するための高温ガスを吹き込む高温ガス吹き込み羽口と、
前記冷却ゾーンの下部に設置され、フェロコークスを冷却するための冷却ガスを吹き込み、該吹き込まれた冷却ガスを前記冷却ゾーン及び前記乾留ゾーンに上昇させる、冷却ガス吹き込み羽口と、
前記乾留炉本体の炉頂部に設けられた炉内ガスを排出させるための炉内ガスの排出口と、
前記乾留炉本体の下部に設けられたフェロコークスの排出口。
（１１）、前記炉内ガスが、炉頂部の排出口からのみ排出される（１０）に記載のフェロコークスの製造装置。
（１２）、前記乾留炉本体が、冷却ガス吹き込み羽口位置における水平断面積と高温ガス吹き込み羽口位置における水平断面積がほぼ同一の断面積を有する（１０）に記載のフェロコークスの製造装置。
（１）、上部に乾留ゾーン、下部に冷却ゾーンを有する乾留炉を用い、
炭素含有物質と鉄含有物質からなる成型物を乾留炉に装入する装入工程と、
前記乾留ゾーンにおいて前記成型物を乾留し、フェロコークスを製造する乾留工程と、
前記冷却ゾーンに設けられた冷却ガス吹き込み羽口から冷却ガスを吹き込み、前記フェロコークスを冷却する冷却工程と、
前記乾留炉の炉頂部の排出口から炉内ガスを排出する炉内ガス排出工程と、
前記冷却ゾーン下部から前記フェロコークスを排出するフェロコークス排出工程と、
を有し、
前記乾留工程が、
前記冷却ゾーンでフェロコークスと熱交換した冷却ガスを前記乾留ゾーンに上昇させ、
該乾留ゾーンの下部の高温ガス吹き込み羽口から高温ガスを吹き込み、
前記乾留ゾーンの中間部の低温ガス吹き込み羽口から低温ガスを吹き込むことからなる、フェロコークスの製造方法。
（２）、前記炉内ガスの排出が、前記炉頂部の排出口からのみ行われる（１）に記載のフェロコークスの製造方法。
（３）、更に、前記炉頂部の排出口から排出された炉内ガスを前記低温ガス吹き込み羽口に循環させる工程を有する（１）に記載のフェロコークスの製造方法。
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（６）、更に、前記炉頂部の排出口から排出された炉内ガスを、前記低温ガス吹き込み羽口と、前記高温ガス吹き込み羽口と、前記冷却ガス吹き込み羽口とに循環させる工程を有する（１）に記載のフェロコークスの製造方法。
（７）、前記低温ガス吹き込み羽口から吹き込まれるガスが、４００〜７００℃の温度を有する（１）に記載のフェロコークスの製造方法。
（８）、前記高温ガス吹き込み羽口から吹き込まれるガスが、８００〜１０００℃の温度を有する（１）に記載のフェロコークスの製造方法。
（９）、前記冷却ガス吹き込み羽口から吹き込まれるガスが、２５〜８０℃の温度を有する（１）に記載のフェロコークスの製造方法。
（１０）、炭素含有物質と鉄含有物質との成型物を乾留してフェロコークスを連続的に製造するためのフェロコークスの製造装置は、以下を有する：
上部に前記成型物を乾留する乾留ゾーンと下部に前記成型物を冷却する冷却ゾーンとを有する乾留炉本体と、
前記乾留炉本体の炉頂部に設けられ、成型物を装入するための装入口と、
前記乾留ゾーンの中間部に設置され、成型物を加熱するための低温ガスを吹き込む低温ガス吹き込み羽口と、
前記乾留ゾーンの下部に設置され、成型物を加熱するための高温ガスを吹き込む高温ガス吹き込み羽口と、
前記冷却ゾーンの下部に設置され、フェロコークスを冷却するための冷却ガスを吹き込み、該吹き込まれた冷却ガスを前記冷却ゾーン及び前記乾留ゾーンに上昇させる、冷却ガス吹き込み羽口と、
前記乾留炉本体の炉頂部に設けられた炉内ガスを排出させるための炉内ガスの排出口と、
前記乾留炉本体の下部に設けられたフェロコークスの排出口。
（１１）、前記炉内ガスが、炉頂部の排出口からのみ排出される（１０）に記載のフェロコークスの製造装置。
（１２）、前記乾留炉本体が、冷却ガス吹き込み羽口位置における水平断面積と高温ガス吹き込み羽口位置における水平断面積がほぼ同一の断面積を有する（１０）に記載のフェロコークスの製造装置。
本発明によれば、設備の簡略化およびエネルギー消費の低減を実現して、フェロコークス製造を連続的に行なうことができる。これにより反応性の高いフェロコークスを高炉操業に用いることができ、還元材比低減の効果がある。
本発明者等は、上述のようにフェロコークスの製造には、室炉式コークス炉ではなく冷却機能も兼備した竪型の連続乾留炉を用いるのが望ましいと考えた。この際、従来の成型コークス用の乾留炉では、図２に示すように乾留炉本体２の途中の冷却ガス抜き出し羽口１０からガスを抜き出す必要があり、設備が複雑になる。また、ここで抜き出すガスは乾留終了後の高温コークスとの熱交換によって昇温された高温のガスである。成型コークス製造プロセスでは前記昇温された高温のガスを乾留炉中間部へ低温ガス吹き込み羽口５から導入することにより再利用しているが、その過程において熱ロスが発生する可能性がある。さらに、フェロコークス製造の際には石炭の乾留に加えて酸化鉄の還元も行なう必要があり、成型コークス製造に比べて酸化鉄の還元が活発化する高温部で熱量を要する。成型コークス製造のように高温のガスを一旦、炉外に抜き出して、低温部（乾留炉中間部）で再利用するのは熱収支上、得策ではないと推定される。
そこで本発明においては、竪型乾留炉を用いて炭素含有物質と鉄含有物質との成型物を連続的に乾留し、コークス中に金属鉄を生成させたフェロコークスを製造する際に、竪型乾留炉の上部を乾留ゾーン、下部を冷却ゾーンとし、乾留ゾーンの中間部と下部、冷却ゾーンの下部の３箇所から熱媒体ガスを供給し、炉内ガスは炉頂部のみから排出する構造として、成型コークス製造の際には設置されている冷却ガス抜き出し羽口を無くすことにより設備を簡素化したフェロコークスの製造設備を用いることとした。このような設備の一実施形態を図１に示す。
図１においてフェロコークスの製造設備は、上部の乾留ゾーンで成型物の乾留を、下部の冷却ゾーンでフェロコークスの冷却を行なう乾留炉であり、乾留炉２の側方であって乾留ゾーンの中間部に相当する位置に低温ガス吹き込み羽口５を、乾留炉２の側方であって乾留ゾーンの下部に相当する位置に高温ガス吹き込み羽口６を有し、乾留炉２の側方であって冷却ゾーンの下部に相当する位置に冷却ガス吹き込み羽口９を有し、乾留炉２の炉頂部に成型物の装入口と炉内ガスの排出口とを有し、乾留炉２下部にフェロコークスの排出口を有している。
フェロコークスを製造する際には、炭素含有物質と鉄含有物質との成型物は成型物装入装置１を用いて竪型乾留炉本体２の炉頂部から装入し、乾留ゾーンで乾留後に冷却ゾーンで冷却して下部から排出される。低温ガス吹き込み羽口５と高温ガス吹き込み羽口６とから成型物を乾留するための加熱ガスを吹き込む。高温ガス吹き込み羽口６からは低温ガス吹き込み羽口５から吹き込まれるガスより温度の高いガスを吹き込む。フェロコークスを冷却するための冷却ガスは冷却ガス吹き込み羽口９から吹き込む。吹き込まれたガスは、炉頂部の炉内ガスの排出口のみから排出される。
炉頂部のみから排出された炉内ガスは、循環ガス冷却装置３、４により冷却されて、一部は低温ガス加熱装置７により加熱されて低温ガス吹き込み羽口５から、一部は高温ガス加熱装置８により加熱されて高温ガス吹き込み羽口６から、残部は冷却ガス吹き込み羽口９から、炉内に吹き込まれる。
このような高さの異なる位置に設置された３段羽口を有し、炉頂部以外にガスの排出口を有していない竪型乾留炉を用いて、乾留ゾーンの中間部に設置された羽口から低温ガスを、乾留ゾーンの下部に設置された羽口から高温ガスを、冷却ゾーンの下部に設置された羽口から冷却ガスを吹き込むことで、炭素含有物質と鉄含有物質との成型物を連続的に乾留してフェロコークスを製造する。このようにしてフェロコークスを製造することで、フェロコークス製造に必要な熱量を低位にすることができる。
低温ガス吹き込み羽口５から吹き込む低温ガスは炉頂ガス温度および乾留炉内の固体の昇温速度調整のために吹き込むガスであり、４００〜７００℃程度とすることが好ましい。高温ガス吹き込み羽口６から吹き込む高温ガスは、固体の最高温度への昇温のために吹き込むガスであり、８００〜１０００℃程度とすることが好ましい。冷却ガス吹き込み羽口９から吹き込む冷却ガスは、炉内での乾留により製造されたフェロコークスを冷却するために吹き込むガスであり、２５〜８０℃程度とすることが好ましい。
本発明に至った経緯を以下に詳しく説明する。以下においては、炭素含有物質として炭材である石炭を、鉄含有物質として鉄鉱石（鉱石）を用いて説明する。
フェロコークス製造においては、石炭の乾留のみならず、含有した鉱石の還元に熱量を必要とし、成型コークス製造の操業諸元をそのまま流用できないと考えられる。本発明に際し、乾留・還元に関する基礎特性の調査、それに基づく乾留炉のシミュレーションにより、フェロコークス製造時の竪型乾留炉操業諸元を検討した。
まず、基本的な特性として、成型物の乾留過程における鉄鉱石の還元挙動を調査した。フェロコークス製造過程における酸化鉄の還元は、固体炭素による直接還元（下記式（１）参照。）、石炭から発生するＣＯガスおよびＨ2ガスによるガス還元（下記式（２）、式（３）参照。）に大別できる。
Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO -ΔH298= -676.1（kcal/kg-Fe2O3）・・・（１）
Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O -ΔH298= -142.5（kcal/kg-Fe2O3）・・・（２）
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 -ΔH298= +42.0（kcal/kg-Fe2O3）・・・（３）
ここで、式（１）の直接還元は大きな吸熱反応を伴う。
Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO -ΔH298= -676.1（kcal/kg-Fe2O3）・・・（１）
Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O -ΔH298= -142.5（kcal/kg-Fe2O3）・・・（２）
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 -ΔH298= +42.0（kcal/kg-Fe2O3）・・・（３）
ここで、式（１）の直接還元は大きな吸熱反応を伴う。
バッチ式の小型炉においてＮ2を流通させながら昇温することにより石炭と鉄鉱石との成型物を乾留し、排ガス組成から上記の還元形態を解析した。結果を図３に示す。８００℃以上ではＣによる直接還元（式（１））の比率が急増し、還元時の吸熱量が増大することがわかる。従って、フェロコークス製造においては８００℃以上の吸熱反応を補償するような操業設計が必要となる。
次に、図３の関係および、実験より得られた温度と還元率に関する図４の関係を用い、１次元の数式モデルにより炉内の温度分布を推算した。図１に示した冷却ガス抜き出し羽口の無い本発明のフェロコークス製造設備を用いるケースについての計算結果を図５に、および図２に示した冷却ガス抜き出し羽口１０の有る従来の成型コークス製造設備を用いるケースについての計算結果を図６に示す。９００℃の領域が１〜２時間となるような目標温度分布を満たすガス条件を算出した。
図５において、Ａは低温ガス吹き込み羽口位置であり、５００℃のガスを５７６Ｎｍ3／ｔ吹き込み、Ｂは高温ガス吹き込み羽口位置であり、９８０℃のガスを１１５２Ｎｍ3／ｔ吹き込み、Ｄは冷却ガス吹き込み羽口位置であり、３５℃のガスを９５２Ｎｍ3／ｔ吹き込んだ。
また図６において、Ａは低温ガス吹き込み羽口位置であり、６００℃のガスを５１４Ｎｍ3／ｔ吹き込み、Ｂは高温ガス吹き込み羽口位置であり、９５０℃のガスを１７４０Ｎｍ3／ｔ吹き込み、Ｃは冷却ガス抜き出し羽口位置であり、８８０℃のガスを９４１Ｎｍ3／ｔ抜き出し、Ｄは冷却ガス吹き込み羽口位置であり、３５℃のガスを９４１Ｎｍ3／ｔ吹き込んだ。
冷却ガス抜き出し羽口１０の有る図２の従来の設備のケースに関しては、炉の下部より導入され高温の乾留成型物との熱交換により９００℃近傍まで昇温されたガスを一旦炉外に排出するため、乾留ゾーンの高温部に必要な熱量を高温ガス吹きこみ羽口６より供給する必要がある。このため、冷却ガス抜き出し羽口の無い本発明の図１のケースに比べて高温ガス吹き込み羽口６のガス量が多くなっている。
表１には、特許文献１に記載のような図２の従来の設備を用いて成型コークスを製造する場合と、上記の検討におけるフェロコークスを製造する場合について、高温ガス吹き込み羽口のガス流量を基準とした場合の低温ガス吹き込み羽口からのガス流量の比を、比較して示す。
フェロコークス製造では成型コークスの製造に比較して相対的に高温羽口からのガス量が多いが、これは鉱石の還元のために高温部での熱量が成型コークス製造時よりも多量に必要であることに起因する。このことから、同様の竪型炉を用いる場合であっても、従来の成型コークスとフェロコークスとでは製造時の操業設計を変更する必要があることが明らかである。
上記の実施形態では、一旦、常温近傍まで冷却した炉頂ガスの再利用（各羽口からの吹き込み）を想定している。本発明では、このように竪型乾留炉から排出されたガスを循環利用することが好ましい。従って、高温ガス吹き込み羽口および低温ガス吹き込み羽口に炉頂ガスを吹きこむ際には各々、所定の温度までガスを昇温する必要がある。昇温には、炉頂ガス自身の部分燃焼や、外部から調達するＬＮＧ等の燃料の燃焼が必要であり、その過程でエネルギーを必要とする。上記の図１、２および図５、６に示した冷却ガス抜き出し羽口の有無の各ケースに関し、３５℃を基準とした際の各羽口導入ガスの顕熱比較を表２に示す。
表２に示す顕熱に相当するエネルギーを外部から与える必要がある。いずれも、高温ガスは３５℃に冷却した炉頂ガスを炉外で昇温したものを用いる。低温ガスは、冷却ガス抜き出し羽口無しの図１、５のケースでは炉外での昇温が必要であるが、冷却ガス抜き出し羽口有りの図２、６のケースにおいてはコークスとの熱交換で昇温されたガスを炉より抜き出し、再度導入する為に炉外での昇温は不用である。表２は炉外での昇温の必要性を考慮して記述してあり、先述の理由から冷却ガス抜き出し羽口有りのケースでは低温羽口のガス顕熱は０（−）とした。前述のように冷却ガス抜き出し羽口有りのケースでは高温ガス吹き込み羽口からのガス量を多くする必要があり、低温羽口の昇温不用を考慮しても、吹きこみガス顕熱の合計値が冷却ガス抜き出し羽口無しのケースよりも大となる。これは、炉外でガスの加熱に必要なエネルギーが大きいことを示しており、結論として冷却ガス抜き出し羽口が無い本発明の図１のケースの方がフェロコークス製造に必要なエネルギーが少ないと言える。
なお、上記した従来技術である、連続式成型コークス製造法で用いる冷却ガス抜き出しを行なう竪型乾留炉において、フェロコークスを製造する技術も開示されているが（例えば、特許文献３参照。）、送風条件、投入エネルギーに関しては明らかにされていない。本発明は冷却ガス抜き出し羽口の有無という設備構成の差異を検討してフェロコークス製造に必要なエネルギーを低減させる方法を見出したものであり、冷却ガス抜き出し羽口を有する設備構成からは類推できないものである。
図７に示したフェロコークスの製造試験装置を用いて、冷却ガス抜き出し羽口１０を使用した場合と使用しない場合についてのフェロコークスの製造試験を行った。竪型乾留炉の断面積は１．６７ｍ2のものを用いた。ここで、特許文献１に記載の従来技術では、冷却ガス導入部の断面積が高温ガス吹き込み部の断面積よりも小さく、この状態で冷却ガス抜き出しを実施しない場合には、高温ガス吹き込み部において炉中心部を選択的に冷却ガスが流れ、高温ガスと冷却ガスとの混合性が低下すると考えられる。本発明では、冷却ガス吹き込み部と高温ガス吹き込み部の断面積を同一とし、双方のガスの混合性改善を図った。さらに、フェロコークス原料である成型物については篩分けを行い、粒径１０ｍｍ以下の粉や成型物の欠片を除去した状態で乾留炉内への成型物の装入を実施し、充填層の通気性を良好に維持することにより、高温ガスの充填層内への浸透を容易にした。
表３に製品フェロコークスの製造量５０ｔ／日における操業諸元を示す。目標乾留温度を８００℃〜９５０℃とし、高温ガス吹き込み羽口からの高温送風温度を変更した。乾留温度は、操業中における高温羽口から０．１ｍおよび１ｍ上方の温度測定値の平均値である。また、各条件で乾留したフェロコークス中の鉄の還元率および金属化率を測定した結果も表３に併せて示す。
乾留温度８００℃以上であれば還元率は４０％、金属化率は２５％を超えており、フェロコークス中の鉄鉱石が還元されて金属鉄が生成する条件であることがわかる。
冷却ガス抜き出し羽口１０の使用の有無に関わらず、製造されたフェロコークスは所定の強度が得られ、製造上の問題は発生しなかった。表４に各々の条件の低温ガス吹き込み羽口および高温ガス吹き込み羽口から吹きこむガスの昇温に必要な熱量を示す。定義は前述したものと同じであり、３５℃を基準とした際の各羽口導入ガスの顕熱である。
図８に乾留温度と、低温ガスと高温ガスの昇温に必要な熱量の合計（所要熱量）の関係を示す。８００℃を乾留温度下限条件とすれば、冷却ガス抜き出し無しでは約８６０Ｍｃａｌ／ｈｒ以上、冷却ガス抜き出し有りでは９６５Ｍｃａｌ／ｈｒ以上の熱量が必要である。８００℃以上の領域においても、同一乾留温度においては冷却ガス抜き出し有りの条件の方が多くの熱量を要し、冷却ガス抜き出し無し条件との熱量の差は高温乾留条件ほど大きい。以上より、乾留温度８００℃以上の、フェロコークス中の鉄鉱石が還元されて金属鉄が生成する条件において、冷却ガス抜き出し無しの条件の方が、ガス昇温に必要な熱量が低く、フェロコークス製造に必要なエネルギー消費が少ない結果となった。
１ 成型物装入装置
２ 竪型乾留炉本体
３ 循環ガス冷却装置
４ 循環ガス冷却装置
５ 低温ガス吹き込み羽口
６ 高温ガス吹き込み羽口
７ 低温ガス加熱装置
８ 高温ガス加熱装置
９ 冷却ガス吹き込み羽口
１０ 冷却ガス抜き出し羽口
Ａ 低温ガス吹き込み羽口位置
Ｂ 高温ガス吹き込み羽口位置
Ｃ 冷却ガス抜き出し羽口位置
Ｄ 冷却ガス吹き込み羽口位置
Ｅ ストックライン
２ 竪型乾留炉本体
３ 循環ガス冷却装置
４ 循環ガス冷却装置
５ 低温ガス吹き込み羽口
６ 高温ガス吹き込み羽口
７ 低温ガス加熱装置
８ 高温ガス加熱装置
９ 冷却ガス吹き込み羽口
１０ 冷却ガス抜き出し羽口
Ａ 低温ガス吹き込み羽口位置
Ｂ 高温ガス吹き込み羽口位置
Ｃ 冷却ガス抜き出し羽口位置
Ｄ 冷却ガス吹き込み羽口位置
Ｅ ストックライン
Claims (12)
- 上部に乾留ゾーン、下部に冷却ゾーンを有する乾留炉を用い、
炭素含有物質と鉄含有物質からなる成型物を乾留炉に装入する装入工程と、
前記乾留ゾーンにおいて前記成型物を乾留し、フェロコークスを製造する乾留工程と、
前記冷却ゾーンに設けられた冷却ガス吹き込み羽口から冷却ガスを吹き込み、前記フェロコークスを冷却する冷却工程と、
前記乾留炉の炉頂部の排出口から炉内ガスを排出する炉内ガス排出工程と、
前記冷却ゾーン下部から前記フェロコークスを排出するフェロコークス排出工程と、
を有し、
前記乾留工程が、
前記冷却ゾーンでフェロコークスと熱交換した冷却ガスを前記乾留ゾーンに上昇させ、
該乾留ゾーンの下部の高温ガス吹き込み羽口から高温ガスを吹き込み、
前記乾留ゾーンの中間部の低温ガス吹き込み羽口から低温ガスを吹き込むことからなる、フェロコークスの製造方法。 - 前記炉内ガスの排出が、前記炉頂部の排出口からのみ行われる請求項１に記載のフェロコークスの製造方法。
- 更に、前記炉頂部の排出口から排出された炉内ガスを前記低温ガス吹き込み羽口に循環させる工程を有する請求項１に記載のフェロコークスの製造方法。
- 更に、前記炉頂部の排出口から排出された炉内ガスを前記高温ガス吹き込み羽口に循環させる工程を有する請求項１に記載のフェロコークスの製造方法。
- 更に、前記炉頂部の排出口から排出された炉内ガスを前記冷却ガス吹き込み羽口に循環させる工程を有する請求項１に記載のフェロコークスの製造方法。
- 更に、前記炉頂部の排出口から排出された炉内ガスを、前記低温ガス吹き込み羽口と、前記高温ガス吹き込み羽口と、前記冷却ガス吹き込み羽口とに循環させる工程を有する請求項１に記載のフェロコークスの製造方法。
- 前記低温ガス吹き込み羽口から吹き込まれるガスが、４００〜７００℃の温度を有する請求項１に記載のフェロコークスの製造方法。
- 前記高温ガス吹き込み羽口から吹き込まれるガスが、８００〜１０００℃の温度を有する請求項１に記載のフェロコークスの製造方法。
- 前記冷却ガス吹き込み羽口から吹き込まれるガスが、２５〜８０℃の温度を有する請求項１に記載のフェロコークスの製造方法。
- 炭素含有物質と鉄含有物質との成型物を乾留してフェロコークスを連続的に製造するためのフェロコークスの製造装置は、以下を有する：
上部に前記成型物を乾留する乾留ゾーンと下部に前記成型物を冷却する冷却ゾーンとを有する乾留炉本体と、
前記乾留炉本体の炉頂部に設けられ、成型物を装入するための装入口と、
前記乾留ゾーンの中間部に設置され、成型物を加熱するための低温ガスを吹き込む低温ガス吹き込み羽口と、
前記乾留ゾーンの下部に設置され、成型物を加熱するための高温ガスを吹き込む高温ガス吹き込み羽口と、
前記冷却ゾーンの下部に設置され、フェロコークスを冷却するための冷却ガスを吹き込み、該吹き込まれた冷却ガスを前記冷却ゾーン及び前記乾留ゾーンに上昇させる、冷却ガス吹き込み羽口と、
前記乾留炉本体の炉頂部に設けられた炉内ガスを排出させるための炉内ガスの排出口と、
前記乾留炉本体の下部に設けられたフェロコークスの排出口。 - 前記炉内ガスが、炉頂部の排出口からのみ排出される請求項１０に記載のフェロコークスの製造装置。
- 前記乾留炉本体が、冷却ガス吹き込み羽口位置における水平断面積と高温ガス吹き込み羽口位置における水平断面積がほぼ同一の断面積を有する請求項１０に記載のフェロコークスの製造装置。
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