JP5547799B2 - シャフト炉への熱ガス送り込み方法 - Google Patents

Description

本発明はシャフト炉への熱ガス送り込み方法に関する。

シャフト炉では、シャフト炉中の鉱石の還元を補助するため、一般的には還元ガスがシャフト炉中へ注入される。

この注入に用いられる還元ガスは、注入前に２種の別個のガス流を混合することによって生成される。この方法を用いることにより、所望されるガス組成あるいはガス温度を得ることが可能である。この混合を行うためには、これら２つの別個のガス流の混合室への送り込みを調節することが必要である。通常バタフライ弁等の制御弁がガス流の送り込み導管中に配置され、これにより、各ガス流から混合室への正しいガス量の送り込みが可能とされ、２種の別個のガス流の所望の混合比を得ることが可能となる。

注入ガスが攻撃的なガスあるいは特に熱ガスである場合、制御弁は厳しい条件に晒され、正確な作動が困難となり、また制御弁の寿命にも影響が及ぶ。この注入ガス流は、例えば１０００℃を越える温度である再循環された炉頂ガスから成るものであってもよい。

高温に晒される制御弁には、通常高温となるガス温度全域に亘って制御弁の損傷を防止する冷却システムが装備される。この望ましくない作用のため、ガス温度は制御弁中を通過する際に低下される。制御弁へ断熱性を付与するための断熱材は、種々材料から成り、耐熱性であると同時に、急速なガス温度変化及び圧力変化に耐え得るものでなければならない。最後に述べるが決して軽んじられない特性として、制御弁には閉じた際に優れた密閉性がなければならず、またガス流量調節中における圧力ロスを確実に低くできなければならない。

制御弁の信頼性及び耐久性は、前述した厳しい条件に晒されることによって低下される。かかる制御弁は高い製造コストを要するだけでなく、課題かつ頻繁なメンテナンス作業も要する。

本発明は、シャフト炉への熱ガスの改善された送り込み方法、特に２種のガス流の混合を制御するための代替方法を提供することを目的とする。本目的は請求項１項記載の方法によって達成される。

本発明は、
注入ガス流が、分配点において、第一ガス流と第二ガス流に分けられ、第一ガス流が第二ガス流よりも高い温度まで加熱される工程、
第一容積流体流量、第一温度、及び第一圧力を有する第一ガス流の第一部分を混合室へ送り込む工程、
第一ガス流の第二部分をシャフト炉中へ送り込む工程、
第二容積流体流量、第二温度、及び第二圧力を有する第二ガス流を混合室へ送り込む工程、
前記混合室中において、前記第一ガス流の前記第一部分を前記第二ガス流と混合して、第三容積流体流量、第三温度、及び第三圧力を有する第三ガス流を生成する工程、及び
前記第三ガス流を前記シャフト炉中へ送り込む工程、から構成されるシャフト炉への熱ガスの送り込み方法であって、
前記第一温度は前記第二温度よりも高く、及び前記第一圧力は前記第二圧力よりも低いこと、
前記第三温度は前記第二圧力を前記第二ガス流内に配置された圧力調整手段によって調整されること、及び
第一ガス流には圧力調節手段がないこと、
を特徴とする。

第二圧力を制御して第三温度を調節することにより、極めて高温であって部材を損傷する可能性のある第一ガス流の域外に制御弁及び測定装置を保つことが可能とされる。実際、本発明によれば、測定及び調節のすべてをシステムの「低温側」で実施することが可能である。そのため、必要測定装置及び制御装置を第一ガス流中を占める極めて厳しい条件に耐え得るように設計することは必要とされない。制御弁は厳しい条件に晒されないため、これら制御弁の信頼性及び耐久性が減じられることはない。制御弁の製造コストは低減可能である。最後に述べるが決して軽んじられない特徴として、制御弁の手入れのための集中的かつ頻繁なメンテナンス作業を減らすことも可能である。

本発明によれば、第一ガス流は第一部分と第二部分に分けられ、該第一部分は混合室へ送られる。第一ガス流の第一部分だけが混合室へ送られるため、第一ガス流の残りの部分、すなわち第一ガス流の第二部分をシャフト炉へ直接送り込むことが可能である。第二ガス流の第二圧力が、混合室へ入る第一ガス流の量が減じられるように制御されれば、前記第二部分を介して流れる第一ガス流の量は増大される。このような制御により、第一ガス流を運ぶ導管を通るガスの逆流を防止することが可能である。さらに重要なこととして、システムの「高温側」に制御弁あるいは調節弁を配置する必要がなくなり、第一ガス流の高温第二部分はシステムの「低温側」において前記弁によって制御される。

好ましくは、第三温度は第三ガス流を運ぶ導管中において測定され、該測定された第三温度に基づいて、第二圧力は、第二ガス流を運ぶ導管中において第三温度が所定の公称温度に一致するように制御される。有利な態様として、前記第三温度が前記公称温度より高ければ第二圧力を高めて第三温度が低下され、また第三温度が前記公称温度より低ければ第二圧力を減じて第三温度は上昇される。

第三温度をモニターするために制御装置を備えることも可能である。第三ガス流を運ぶ導管中の温度センサから温度信号を制御装置へ送り、この温度信号を用いて第三温度を所定の公称温度と比較することが可能である。第三温度が前記公称温度から外れているならば、第三温度が前記公称温度に近づくように第二圧力が調節される。

第三ガス流は、溶融ゾーン上方のシャフト炉の部位においてシャフト炉中へ送り込むことが可能である。溶融ソーン上方の位置からシャフト炉への送り込みに関し、第三温度は好ましくは９５０℃以下である。

前記第一ガス流の第二部分は、シャフト炉の炉床羽口レベルにおいてシャフト炉中へ送り込むことが可能である。混合室へ入らなかったガス流部分は還元ガスとしてシャフト炉中へ注入される。

本発明の好ましい実施態様によれば、注入ガス流は、分配点において、第一ガス流と第二ガス流に分けられ、該第一ガス流は第二ガス流よりも高い温度まで加熱される。この注入ガス流としてシャフト炉から来る再循環炉頂ガスから成るガスを用いることもでき、かかる炉頂ガスは通常洗浄、処理、冷却などの処理過程を経たものである。注入ガスのガス流は、例えばＰＳＡあるいはＶＰＳＡ装置を通過することにより、炉頂ガス中に含まれているＣＯ_２ガスの大部分を除去することが可能である。この注入ガス流は次いで再度高温、すなわち通常１０００℃以上にまで加熱される第一ガス流と、低温に維持される第二ガス流に分けられる。

注入ガス流はある容積流体流量を有し、この容積流体流量は好ましくは前記分配点の上流において測定可能である。

第一ガス流の流量は、双方ともシステムの「低温側」において測定される、注入ガス流と第二ガス流の各流量を比較することによって測定可能である。

第一ガス流は例えばＣｏｗｐｅｒ等の熱ストーブ中において加熱するのが有利である。これによれば、第一ガス流の温度を約１２５０℃まで上昇させることが可能である。

本発明のさらに別の実施態様によれば、前記第三容積流体流量は第三ガス流を運ぶ導管中に配置される制御弁を用いて制御される。かかる制御弁により、溶融ゾーンの上方のシャフト炉の部位においてシャフト炉中へ送り込まれるガスの流量を調節することが可能である。第三ガス流中の温度は好ましくは９５０℃以下に維持されるので、制御弁が厳しい条件に晒されることはなく、その信頼性及び耐久性が低下されることはない。

第三ガス流の流量を調節することにより第三ガス流の第三温度に影響が及ぶことに注意すべきである。通常、第三温度を所定温度に保持することが望まれるため、第二圧力は、第二ガス流を運ぶ導管中において、第三温度が所定の望ましい温度に一致するまで戻されるように制御される。

第一容積流体流量は、有利な態様として、注入ガス流中の容積流体流量と第二ガス流中の容積流体流量を比較することによって測定可能である。すべての流量測定は、システムの「低温側」において、流量測定装置が厳しい加熱条件に晒されないようにして実施される。但し、第一ガス流に関しては、流量測定装置を用いる必要はない。

あるいは別法として、第一ガス流の第一容積流量を、第一ガス流を加熱するためのヒーターの上流、すなわち前記分配点とヒーターとの間において第一ガス流の流量を測定することによって決定することも可能である。従って、第一ガス流の流量もシステムの「低温側」において測定される。

第一ガス流の第二部分中における容積流体流量も、決定された第一容積流体流量に基づいて、第三ガス流を運ぶ導管中に配置される制御弁を用いて有利に調節される。第三容積流量を設定し、及び第二容積流量を測定することにより、第一ガス流の第一部分の流量を導き出すことが可能である。第一容積流量及び第一ガス流の第一部分の流量を導き出すことにより、第一ガス流の第二部分を導き出すことも可能である。第三容積流量を調節することにより、第一ガス流の第二部分の流量に影響が及ぶ。その結果、システムの「高温側」に制御弁及び測定装置を設けずに、第一ガス流、すなわち炉床羽口レベルにおいてシャフト炉中へ注入されるガス、の第二部分の流量を第三ガス流を運ぶ導管中の制御弁を用いて調節かつ測定することが可能である。

本発明方法を実施するためのシステムを説明するための模式図である。

発明を実施するための手段

以下において、本発明の好ましい実施態様を例示として用いて、本発明について添付図面を参照しながら説明する。
シャフト炉中への再循環炉頂ガスの再導入システムについて言及することにより本発明について説明する。なお、本発明をこの特定用途に限定して保護を求める意図ではないことを理解されたい。

図１は、炉頂端部１４に炉頂ガスが抜き出される高炉等のシャフト炉から構成されるガス送り込みシステム１０を示す。この炉頂ガスは１または２以上の処理装置中を通過し、それら装置中において該炉頂ガスを処理あるいは洗浄することが可能である。かかる処理装置の一つとして、例えば本願添付図面に示すような圧力スイング吸収（ＰＳＡ）又は真空圧力スイング吸収（ＶＰＳＡ）装置１６を用いることができる。これら装置においては、炉頂ガスからＣＯ_２が取り出され、及び炉頂ガスの温度が低下される。注入ガス流２０の容積流体流量Ｖ_ｉは、ＰＳＡ装置１６の下流にある導管中に配置される第一流量測定装置１８によって測定可能である。

注入ガス流は次いで第一分配点２２において２つのガス流に分けられる。第一ガス流２４は、ヒーター２６を通過した後に、第一容積流体流量Ｖ_１、第一温度Ｔ_１及び第一圧力ｐ_１を有する。第二ガス流２８は第二容積流体流量Ｖ_２、第二温度Ｔ_２及び第二圧力ｐ_２を有する。第二分配点３０において、第一ガス流２４は再び第一ガス流の第一部分３２と第一ガス流の第二部分３４に分けられる。第一ガス流の第一部分３２からの「熱ガス」、第二ガス流２８からの「冷ガス」の双方が混合室３６へ送り込まれ、この混合室中において両ガス流は混合されて第三容積流体流量Ｖ_３、第三温度Ｔ_３、及び第三圧力ｐ_３を有する第三ガス流３８が生成される。

第三ガス流３８は、溶融ゾーン上方のシャフト炉の部位においてシャフト炉１２中へ注入により戻される。第一ガス流の第二部分３４はシャフト炉の炉床羽口レベルにおいてシャフト炉１２中へ注入により戻される。

再循環された炉頂ガスは、特定の温度において、シャフト炉中へ注入により戻されることが望ましい。従って、第三ガス流３８の第三温度Ｔ_３を調節することが必要である。この操作は通常第一ガス流２４中の制御弁と第二ガス流２８中の制御弁を用いて実施される。本発明方法によれば、第三温度Ｔ_３は第二ガス流２８の第二圧力ｐ_２を制御することによって調節される。実際、第一ガス流を約４０℃から約１２５０℃まで加熱するヒーター２６、例えば熱ストーブに基因して、第一温度Ｔ_１は第二温度Ｔ_２より高くなり、また第一圧力ｐ_１は第二圧力ｐ_２より低くなる。第二圧力ｐ_２が増加すると、混合室３６中への第二容積流体流量Ｖ_２は増加し、同時に、ｐ_１＜ｐ_２であることにより、混合室３６中への第一容積流体流量Ｖ_１は減少する。その結果、より「冷たい」ガスと、「熱さ」の低下したガスが混合室３６中へ流れ込む。そのため、混合室３６中に存在するガスの第三温度Ｔ_３も低下する。同様に、第二圧力ｐ_２が低下すると、混合室３６中への第二容積流体流量Ｖ_２が減少し、同時に、混合室３６中への第一容積流体流量Ｖ_１が増加し、結果として混合室３６中へより「熱い」ガスが入り、それによって第三温度Ｔ_３が上昇する。そのため、第三ガス流３８の第三温度Ｔ_３を測定するために温度センサ４０が配置される。この温度センサ４０は制御装置４２に連結され、制御装置によって測定された第三温度Ｔ_３と所定の公称温度の比較が行われる。この比較に基づき、制御装置４２から圧力調節装置４４に指示が送られ、この指示に従って、第三温度Ｔ_３が公称温度と一致するように、第二圧力ｐ_２が増減される。圧力調節装置４４は、第二ガス流の流量を調節する制御弁の形態をとってもよい。第二ガス流の圧力を調節する他の手段を用いることも可能である。

上述した混合室３６内の第一及び第二ガス流の混合比を調節する方法を用いることにより、ガス流の「高温側」、すなわち第一ガス流中、あるいは第一ガス流の第一及び第二位置３２、３４中に制御弁を設置する必要がなくなる。高温側においては、調節も測定も全く行われない。これにより、制御弁を、極めて高温となる厳しい条件に晒される高温側の域外に保持することが可能となる。本発明方法によれば、システムの「低温側」、すなわちガス温度が９５０度以下に保持される第二ガス流２８及び第三ガス流３８中にすべての調節及び測定装置を設置することが可能となる。

第三ガス流３８の第三容積流体流量Ｖ_３を調節するため、第三ガス流３８中に制御弁を設置することも可能である。注入ガス流２０中の第一流量測定装置１８及び第二ガス流２８中の第二流量測定装置４８といっしょに、制御弁４６を用いて第三ガス流３８の第三容積流体流量Ｖ_１を測定及び調節し、さらに第一ガス流の第二部分３４の容積流体流量Ｖ_１．２を測定及び調節することが可能である。従って、双方のレベルにおいてシャフト炉中へ注入されるガス量を調節することも可能である。

第三ガス流３８の第三容積流体流量Ｖ_３を調節することによって第三温度Ｔ_３に影響が及ぶこと、及び制御装置４２から、第三温度Ｔ_３が公称温度と一致するように圧力調節装置４４に指示がを与えられる必要があることに注意すべきである。

第一流量測定装置１８及び第二流量測定装置４８へ制御装置４２を接続して、注入流量及び第二流量を表示する信号をそれぞれ受け取ることが可能である。さらに、制御装置４２を制御弁４６に接続して第三容積流体流量Ｖ_３及び又は第一ガス流の第二部分３４の容積流体流量Ｖ_１．２を調節することも可能である。

１０：ガス送り込みシステム
１２：シャフト炉
１４：炉頂端部
１６：ＰＳＡ装置
２０：注入ガス流
１８：第一流量測定装置
Ｖ_ｉ：注入容積流体流量
２２：第一分配点
２４：第一ガス流
２６：ヒーター
Ｖ_１：第一容積流体流量
Ｔ_１：第一温度
ｐ_１：第一圧力
２８：第二ガス流
Ｖ_２：第二容積流体流量
Ｔ_２：第二温度
ｐ_２：第二圧力
３０：第二分配点
３２：第一ガス流第一部分
３４：第一ガス流第二部分
３６：混合室
３８：第三ガス流
Ｖ_３：第三容積流体流量
Ｔ_３：第三温度
ｐ_３：第三圧力
４０：温度センサ
４２：制御装置
４４：圧力調節装置
４６：制御弁
４８：第二流量測定装置

Claims (11)

1. 注入ガス流が、分配点において、第一ガス流と第二ガス流に分けられ、第一ガス流が第二ガス流よりも高い温度まで加熱される工程、
   第一容積流体流量、第一温度、及び第一圧力を有する第一ガス流の第一部分を混合室へ送り込む工程、
   第一ガス流の第二部分をシャフト炉中へ送り込む工程、
   第二容積流体流量、第二温度、及び第二圧力を有する第二ガス流を混合室へ送り込む工程、
   前記混合室中において、前記第一ガス流の前記第一部分を前記第二ガス流と混合して、第三容積流体流量、第三温度、及び第三圧力を有する第三ガス流を生成する工程、及び
   前記第三ガス流を前記シャフト炉中へ送り込む工程、から構成されるシャフト炉への熱ガスの送り込み方法であって、
   前記第一温度は前記第二温度よりも高く、及び前記第一圧力は前記第二圧力よりも低いこと、
   前記第三温度は前記第二圧力を前記第二ガス流内に配置された圧力調整手段によって調整されること、及び
   第一ガス流には圧力調節手段がないこと、
   を特徴とする方法。
2. 前記第三ガス流内の調整弁は前記第三容積流体流量及び前記第一ガス流の前記第二部分の容積流体流量を調整するために使用されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記第三温度は前記第三ガス流を運ぶ導管中において測定され、及び
   前記測定された第三温度に基づいて、前記第二圧力が前記第二ガス流を運ぶ導管中において、前記第三温度が所定の公称温度と一致するように制御されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 前記第三温度が前記公称温度よりも高ければ、前記第二圧力が増加して前記第三温度が低下され、及び
   前記第三温度が前記公称温度よりも低ければ、前記第二圧力が減少されて前記第三温度が上昇されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
5. 第三温度が前記公称温度よりも低ければ、前記第二圧力が減少されて前記第三温度が上昇されることを特徴とする請求項１
   前記第三ガス流が、溶融ゾーン上方のシャフト炉の部位において前記シャフト炉へ送り込まれ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. 前記第一ガス流の前記第二部分が、シャフト炉の炉床羽口レベルにおいて前記シャフト炉へ送り込まれ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. 前記注入ガス流が容積流体流量を有し、該流量が前記分配点の上流において測定可能なことを特徴とする請求６記載の方法。
8. 前記第一ガス流が熱ストーブ中において加熱され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. 前記第三容積流体流量が前記第三ガス流を運ぶ導管中に配置される制御弁を用いて制御され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. 前記第一容積流体流量が、前記注入ガス流中における容積流体流量と前記第二ガス流中における容積流体流量を比較することによって測定可能なことを特徴とする請求項８または９のいずれかに記載の方法。
11. 前記第一ガス流の前記第二部分中における容積流体流量が、前記測定された第一容積流体流量に基づいて、前記第三ガス流を運ぶ導管中に配置される前記制御弁を用いて調節されることを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。

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