JP5486395B2

JP5486395B2 - 還元鉄の製造方法

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Publication number: JP5486395B2
Application number: JP2010109326A
Authority: JP
Inventors: 格八十
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2030-05-11
Also published as: JP2011236472A

Description

本発明は、回転炉床炉を用いた還元鉄の製造方法に関し、より詳しくは、前記炉内で発生した可燃性排ガスを有効利用して還元鉄を製造する還元鉄の製造方法に関する。

回転炉床炉は、外周壁、内周壁およびこれら壁間に配置された円環状の回転炉床とで構成されてなる。このような回転炉床は、炉床下部に設けられた回転軸によって駆動されるピニオン歯車と、前記炉体フレーム底部に円周状に固定されたラックレールとの噛み合い機構や、床面に円周状に敷設された軌道とこの軌道上に配置されて、前記炉体フレーム底部に設けられた複数の駆動車輪との組み合わせ等によって回転移動される。

前記構造を有する回転炉床炉は、鋼材ビレット等金属の加熱処理あるいは可燃性廃棄物の燃焼処理等に用いられ、また近年は、回転炉床炉を用いて鉄酸化物から還元鉄を製造する方法が注目されている。回転炉床炉による従来例に係る還元鉄の製造方法の一例を、以下添付図５を参照しながら説明する。図５は、従来例に係る還元鉄の製造方法を説明するための回転炉床炉の設備構成概略図である。

先ず、粉末の鉄酸化物（鉄鉱石、電炉ダスト等）及び粉末の炭素質還元剤（石炭、コークス等）を混合して造粒し、生ペレット（塊成物）を製造する。この生ペレットを、ペレット内から発生する可燃性揮発分が発火しない程度の温度域に加熱して付着水分を除去し、乾燥ペレットとする。

そして、この乾燥ペレット（原料２４）を、適当な装入装置２３を用いて回転炉床炉２６中に供給して、回転炉床２１上にペレット層を形成し、このペレット層を、炉内上方に設置したバーナ２７の燃焼により輻射加熱して還元し、金属化を進める。次いで、金属化したペレットを冷却器２８により冷却し、排出時および排出後のハンドリングに耐える機械的強度を発現させてから排出装置２２により炉外に排出する。金属化したペレット（還元鉄２５）を排出後、直ちに乾燥ペレット（原料２４）を装入し、上記のプロセスを繰り返して還元鉄を製造する。

この様な還元鉄の製造方法においては、上述の通り直火焚きのバーナ２７を加熱手段としている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、直火焚きのバーナ２７を加熱手段として用いた場合、以下の様な問題点を有している。

（１）バーナ排ガスが炉内発生ガスと混合するため、バーナ排ガスにダストや腐食ガスが含まれ、空気予熱器での温度域が制限される結果、熱回収効率が低下する。
（２）炉内発生ガスがバーナ排ガスで希釈されるため、炉内発生ガスに含まれる可燃成分濃度が薄まり、二次空気を吹き込んだ際の燃焼率が低下する。
（３）炉内のガス流速一定速度以下にすることが望ましいが、バーナ排ガスと混合することによりガス流量が増加するため、炉内断面積を大きくする必要があり、初期設備コストが増大する。

この様な問題点を解決する従来例に係る回転炉床炉の加熱方法につき、以下添付図６を参照しながら説明する。図６は、従来例に係る回転炉床炉の加熱方法を説明するための回転炉床炉の断面図である。
この従来例に係る回転炉床炉の加熱方法は、炉床３５と天井３９の間に加熱板３２を設け、この加熱板３２と天井３９との間にバーナー３３を設置して、炉床３５に装入したペレットまたはブリケットを間接的に加熱するものである（特許文献２参照）。

しかしながら、この加熱方法では、被加熱物であるペレットまたはブリケットから生じる可燃性排ガスに空気を吹き込んで加熱源として利用している。そのため、炉床３５からの排ガス量を十分削減することはできず、また、排ガス中に煤塵が多量に含まれているために、排ガスからの熱回収効率が低いという従来からの課題を満足に解決しているとは言い難い。

特開２００１−１８１７２０号公報特開２００１−１０７１１９号公報

従って、本発明の目的は、回転炉床炉内で発生した可燃性排ガスを有効利用して、熱効率を向上させると共に、排ガス量を大幅に低減し、低品位の燃料も使用可能な還元鉄の製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る還元鉄の製造方法が採用した手段は、鉄酸化物及び炭素質還元剤からなる還元鉄原料を回転炉床炉に装入し、前記還元鉄原料を加熱して還元鉄を製造する還元鉄の製造方法において、前記加熱を、燃焼ガスが前記還元鉄原料に直接接触することのない間接加熱手段により加熱する一方、前記回転炉床炉中で前記還元鉄原料から発生した炉床排ガスを前記回転炉床炉外に排出した後に冷却し、次いで除塵した後、この炉床排ガスの一部を回収して、前記間接加熱手段におけるバーナの燃料の一部として再利用することを特徴とするものである。

本発明の請求項２に係る還元鉄の製造方法が採用した手段は、請求項１に記載の還元鉄の製造方法において、前記間接加熱手段が、ラジアントチューブバーナ、または前記回転炉床炉の炉床と天井の間に画成して設けた加熱板及びこの加熱板と天井との間に設けた直火焚きバーナからなることを特徴とするものである。

本発明の請求項３に係る還元鉄の製造方法が採用した手段は、請求項１または２に記載の還元鉄の製造方法において、前記回転炉床炉外に排出した炉床排ガスに、前記冷却前に空気または酸素を添加してその一部を燃焼させ、同排ガス温度を上昇させることを特徴とするものである。

本発明の請求項４に係る還元鉄の製造方法が採用した手段は、請求項１乃至３の何れか一つの項に記載の還元鉄の製造方法において、前記炉床排ガスを前記回転炉床炉外に排出するガス排出口で、この炉床排ガスをタール分解触媒により分解することを特徴とするものである。

本発明の請求項１に係る還元鉄の製造方法は、鉄酸化物及び炭素質還元剤からなる還元鉄原料を回転炉床炉に装入し、前記還元鉄原料を加熱して還元鉄を製造する還元鉄の製造方法において、前記加熱を、燃焼ガスが前記還元鉄原料に直接接触することのない間接加熱手段により加熱する一方、前記回転炉床炉中で前記還元鉄原料から発生した炉床排ガスを前記回転炉床炉外に排出した後に冷却し、次いで除塵した後、この炉床排ガスの一部を回収して、前記間接加熱手段におけるバーナの燃料の一部として再利用するので、回転炉床炉内で発生した可燃性排ガスを有効利用して熱効率を向上させると共に、排ガス量を大幅に低減し、低品位の燃料も使用可能となる。

また、本発明の請求項２に係る還元鉄の製造方法によれば、前記間接加熱手段が、ラジアントチューブバーナ、または前記回転炉床炉の炉床と天井の間に画成して設けた加熱板及びこの加熱板と天井との間に設けた直火焚きバーナからなる。その結果、前者によれば、前記炉床排ガスを回収利用して熱効率を向上させる間接加熱を簡便に実現できると共に、既存の回転炉床炉においてもバーナの交換によって間接加熱を実現することができ、後者によれば、ラジアントチューブバーナを用いなくとも、通常の直火焚きバーナにより間接加熱が実現可能である。

更に、本発明の請求項３に係る還元鉄の製造方法によれば、前記回転炉床炉外に排出した炉床排ガスに、前記冷却前に空気または酸素を添加してその一部を燃焼させ、同排ガス温度を上昇させるので、排気ダクトへのタールの付着を防止する。従って、炉床排ガス中のタールによって排気ダクトが閉塞することがない。

また更に、本発明の請求項４に係る還元鉄の製造方法によれば、前記炉床排ガスを前記回転炉床炉外に排出するガス排出口で、この炉床排ガスをタール分解触媒により分解するので、前記炉床排ガスのタール成分を燃焼させて、排気ダクトへのタールの付着を防止する。従って、炉床排ガス中のタールによって排気ダクトが閉塞することがない。

本発明の実施の形態１に係り、付帯設備を含む回転炉床炉全体の系統を示す模式的系統図である。本発明の実施の形態１に係るラジアントチューブバーナの一例を示す正断面図である。本発明の実施の形態１に係り、回転炉床炉全体の好ましい系統を示す模式的系統図である。本発明の実施の形態２に係る還元鉄の製造方法を説明するための回転炉床炉の断面図である。従来例に係る還元鉄の製造方法を説明するための回転炉床炉の設備構成概略図である。従来例に係る回転炉床炉の加熱方法を説明するための回転炉床炉の断面図である。

本発明の実施の形態１に係る還元鉄の製造方法を、添付図１，２を用いて以下に説明する。図１は本発明の実施の形態１に係り、付帯設備を含む回転炉床炉全体の系統を示す模式的系統図、図２は本発明の実施の形態１に係るラジアントチューブバーナの一例を示す正断面図である。

先ず、本発明の実施の形態１に係る還元鉄の製造方法に用いられる回転炉床炉１とその付帯設備について説明する。
回転炉床炉１の炉内上方には、燃焼ガスが還元鉄原料に直接接触することのない間接加熱手段、即ち、後述する構成からなるラジアントチューブバーナ（以下、単にバーナとも言う）２が設置され、このバーナ２の燃焼により原料の塊成物を間接加熱して、還元・金属化を進める。この過程で発生した炉床排ガスは、回転炉床炉１内から炉床排気口３ａを経て排気ダクト３へ排気され、冷却塔４により冷却された後、除塵設備５により煤塵等のダストを除去する。

そして、ダスト除去後の炉床排ガスの一部を大気放出するが、残りの炉床排ガスは循環ダクト６により回収して、ラジアントチューブバーナ２の燃料の一部として再利用する。従って、前記バーナ２の燃焼は、回転炉床炉１中に直接燃焼空気を吹き込むことなく、前記バーナ２に投入された燃焼空気のみで行なうことが、燃料として炉床排ガス濃度を希釈させない点から肝要である。

前記回転炉床１は、図示しない円環状の炉体フレームと、この炉体フレーム上に配設された炉床断熱材と、この炉床断熱材上に配設された耐火物とで構成されている。そして、この耐火物上に、鉄酸化物および炭素質還元剤からなる塊成物（造粒ペレット等に形成された還元鉄原料）を、図示しない装入口から回転炉床１上に装入し、前記回転炉床１を回転させながら前記塊成物を加熱・還元処理して還元鉄を製造するのである。

一方、前記ラジアントチューブバーナ２は、例えば図２に示す如く、一端が閉塞されたラジアントチューブ７を有し、燃焼用空気及び燃料の供給とバーナ排ガスの排出とが、ラジアントチューブ７の他端側に形成されたバーナ本体部９において行なわれるシングルエンド型のものである。更に、このラジアントチューブバーナ２は、ラジアントチューブ７の内側には内管８が挿入された二重管構造を形成しており、内管８内に形成された火炎の排ガスは、ラジアントチューブ７と内管８との間を通してバーナ本体部９側に戻っていき、バーナ排ガスとして外部に排出される。

従って、この様なラジアントチューブバーナ２を用いた回転炉床１によれば、燃焼ガスが、回転炉床炉１内の塊成物に直接接触することのない間接加熱手段であるので、可燃性の炉床排ガスを回収利用して熱効率を向上させ得る。また、既存の回転炉床炉においても、バーナの交換によって間接加熱を簡便に可能とすることができる。尚、前記ラジアントチューブバーナ２は、ラジアントチューブ７の一端側が閉塞されず、更にもう１本のラジアントチューブの一端側とＵ字状に接続されたダブルエンド型のものでも良い。

また、炉床排ガスに含まれる煤塵等のダストを除去するため、電気集塵装置やバッグフィルター等の除塵設備５を用いるのが一般的であるが、装置の耐熱性から、処理する前記炉床排ガスをある程度事前に冷却しておく必要がある。この様な冷却塔４には、冷却水を塔の上部から充填材に散水流下し、下方から上昇してくる炉床排ガスを蒸発熱によって冷却する湿式や、冷却コイル等に冷媒を通して冷却する乾式のものを用いることができる。

一方、充填塔内上部から充填材に洗浄液をスプレイし、下方から上昇してくる炉床排ガスと反応させることにより、炉床排ガスに含まれる有毒成分や煤塵等のダストを除去するスクラバーを用いれば、炉床排ガスの冷却と除塵とを同時に行なうことができる。しかしながら、前記冷却塔４や除塵設備５はこれらの型式に限定されることなく、何れの型式のものでも良い。

次に、この様な回転炉床炉１とその付帯設備用いた、本発明の実施の形態１に係る還元鉄の製造方法について、以下図１〜３を参照しながら説明する。図３は本発明の実施の形態１に係り、回転炉床炉全体の好ましい系統を示す模式的系統図である。

先ず、粉末の鉄酸化物及び粉末の炭素質還元剤を混合して造粒し、生ペレット（還元鉄原料）を製造し、この生ペレット内から発生する可燃性揮発分が発火しない程度の温度域に加熱して付着水分を除去し、乾燥ペレットとする。前記還元鉄原料は、前記の如く混合粉をペレット状またはブリケット状に成型したもの、各粉末を層状に積層したもの等、その形態は特に限定されるものではない。

そして、この乾燥ペレット（還元鉄原料）を、図示しない装入装置を用いて回転炉床炉１中に供給して、回転炉床１上にペレット層を形成する。回転炉床炉１の炉内上方に設置したラジアントチューブバーナ２の燃焼によりラジアントチューブ７が加熱され、ラジアントチューブ７からの輻射熱により、燃焼ガスが前記ペレットに直接接触することなく前記ペレットを加熱して還元し、金属化を進める。

その際、前記回転炉床炉１中に燃焼空気を吹き込むことなく、前記ペレットから発生した可燃性の炉床排ガスの一部を循環ダクト６により回収して、前記ラジアントチューブバーナ２の燃料とする。次いで、金属化したペレットを冷却器により冷却し、排出時および排出後のハンドリングに耐える機械的強度を発現させてから排出装置により炉外に排出する。金属化したペレット（還元鉄）を排出後、直ちに乾燥ペレット（還元鉄原料）を装入し、上記のプロセスを繰り返して還元鉄を製造する。

ここで、回転炉床炉１内の炉床排ガスを排気ダクト３へ排出し冷却される前のガス排出口３ａに、図３に示す如く酸化剤添加ノズル１０を設け、この酸化剤添加ノズル（酸化剤添加手段）１０から冷却される前の炉床排ガスに酸化剤を添加し、前記炉床排ガスの一部を燃焼させて排ガス温度を上昇させるのが好ましい。その結果、排気ダクト３へのタールの付着を防止し、炉床排ガス中のタールによって前記排気ダクト３の閉塞を回避できる。前記酸化剤としては、例えば、空気や酸素を用いることができる。

前記酸化剤の添加と同時に、水蒸気を吹き込み、ガス改質によりタールを分解することが望ましい。或いはまた、前記ガス排出口３ａに図示しないタール分解触媒を設け、上記同様炉床排ガスを燃焼させて、排気ダクトへのタールの付着を防止することも可能である。この様なタール分解触媒としては、タールクラッカーを用いることができる。

次に、本発明の実施の形態２に係る還元鉄の製造方法について、図４を参照しながら説明する。図４は、本発明の実施の形態２に係る還元鉄の製造方法を説明するための回転炉床炉の断面図である。
但し、本発明の実施の形態２が上記実施の形態１と相違するところは、間接加熱手段の構成に相違があり、これ以外は上記実施の形態１と全く同構成であるから、上記実施の形態１と同一のものに同一符号を付して、その相違する点について説明する。

即ち、上記実施の形態１に係る間接加熱手段が，ラジアントチューブバーナ２により構成されていたのに対し、本実施の形態２に係る間接加熱手段は、前記回転炉床炉１の炉床１１と天井１２の間に画成して設けた加熱板１３と、この加熱板１３と天井１２との間に設けた直火焚きバーナ１４により構成されている。そして、前記直火焚きバーナ１４の燃焼ガスにより加熱板１３を加熱し、この加熱板１３の輻射熱によって乾燥ペレット（還元鉄原料）Ｗを間接的に加熱する様に構成している。その結果、ラジアントチューブバーナ２を用いなくとも、通常の直火焚きバーナ１４によって、バーナ排ガスが乾燥ペレットＷに直接接触することのない間接加熱が実現可能となる。

以上説明した通り、本発明に係る還元鉄の製造方法は、原料となる還元鉄原料を回転炉床炉に装入し加熱して還元鉄を製造する還元鉄の製造方法において、燃焼ガスが前記還元鉄原料に直接接触することのないラジアントチューブバーナや、炉床と天井の間に画成して設けた加熱板とこの加熱板と天井との間に設けたバーナ等から構成される間接加熱方式によって、前記還元鉄原料を加熱する一方、前記回転炉床炉中に燃焼空気を吹き込むことなく前記還元鉄原料から発生した可燃性の炉床排ガスを回収して、前記間接加熱手段の熱源の一部とするので、回転炉床炉内で発生した可燃性排ガスを有効利用して熱効率を向上させると共に、排ガス量を大幅に低減し、低品位の燃料も使用可能となる。

Ｗ：（生、乾燥）ペレット（還元鉄原料），
１：回転炉床炉，２：ラジアントチューブバーナ，
３：排気ダクト，３ａ：ガス排出口，
４：冷却塔，５：除塵設備，６：循環ダクト，
７：ラジアントチューブ，８：内管，９：バーナ本体部，
１０：酸化剤添加ノズル（酸化剤添加手段），１１：炉床，
１２：天井，１３：加熱板，１４：直火焚きバーナ

Claims

鉄酸化物及び炭素質還元剤からなる還元鉄原料を回転炉床炉に装入し、前記還元鉄原料を加熱して還元鉄を製造する還元鉄の製造方法において、前記加熱を、燃焼ガスが前記還元鉄原料に直接接触することのない間接加熱手段により加熱する一方、前記回転炉床炉中で前記還元鉄原料から発生した炉床排ガスを前記回転炉床炉外に排出した後に冷却し、次いで除塵した後、この炉床排ガスの一部を回収して、前記間接加熱手段におけるバーナの燃料の一部として再利用することを特徴とする還元鉄の製造方法。
前記間接加熱手段が、ラジアントチューブバーナ、または前記回転炉床炉の炉床と天井の間に画成して設けた加熱板及びこの加熱板と天井との間に設けた直火焚きバーナからなることを特徴とする請求項１に記載の還元鉄の製造方法。
前記回転炉床炉外に排出した炉床排ガスに、前記冷却前に空気または酸素を添加してその一部を燃焼させ、同排ガス温度を上昇させることを特徴とする請求項１または２に記載の還元鉄の製造方法。
前記炉床排ガスを前記回転炉床炉外に排出するガス排出口で、この炉床排ガスをタール分解触媒により分解することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つの項に記載の還元鉄の製造方法。