JPH01129917A - 環元炉における原料の予熱装入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、主として金属酸化物を含有する鉄鉱石、そ
の他の鉱石または炭材、石灰などの粉粒状の原料（以下
、原料という）を流動層式や溶融式などの各種還元炉へ
装入するための装置に関し、と（に、幅広い粒度分布を
有する粉粒状原料を、還元炉排ガスの熱によって予熱し
て装入するための装置に関する。

（従来の技術） 近年、新しい金属製造法として、種々のプロセスが提案
され工業化されつつあるが、それらのうちで、粉粒状の
原料を事前処理を施さずにそのまま使用し、これを還元
するプロセスがとくに注目されている。たとえば、焼結
鉱やベレットを使用する高炉法にかわり得る製鉄法であ
り、将来の原料およびエネルギー事情に適応するとして
最近脚光を浴び、実用化のための研究開発が進められて
いる、溶融還元法などがそれである。

溶融還元法は、酸化鉄（鉄鉱石）などの金属酸化物（鉱
石）を粉粒状のまま原料とし、これを溶融状態で還元す
ることにより、鉄やフェロアロイを製造する方法である
。この方法に期待される特長はつぎの点にある。すなわ
ち、製鉄法としては、上記の高炉法と比べて、安価な原
料の使用、粉鉄の塊成化や焼結などの事前処理工程の省
略、設備の小型化などを実現できること、またフェロア
ロイの製造法としては、電力に依存しないプロセスの実
用化が可能であることなどである。

溶融還元法には種々のプロセスが提案されているが、還
元工程から大別すると、溶融還元炉のみからなるものと
、予備還元炉と溶融還元炉から構成されるものとがある
。

溶融還元炉とは、粉粒状の原料（予備還元炉のあるプロ
セスでは、予備還元された原料）を、酸素とともに炉内
に装入し、溶融状態で還元反応させるものである。こう
した溶融還元炉にも種々の形式が提案されており、原料
を溶融金属浴中に装入する金属浴炉式や、原料をコーク
ス充填層などに装入する竪型炉弐などがある。

一方、予備還元炉とは、溶融還元に先立って原料中の鉱
石を固体（粉粒体）状態で予備還元するもので、装入し
た原料に還元ガス（はとんどのプロセスでは、溶融還元
炉において還元にともない発生した、還元力のある高温
ガスを使用する）を接触させて還元する。原料と還元ガ
スとの接触態様によって、移動層式や流動層式　　　　
　−に分類されるが、一般的には、粒径が３ｍｍ程度以
下の粉粒状原料を炉内に装入し、下方の分散板（整流板
）を介して上方へ還元ガスを送り込んで原料を流動化さ
せる、流動層式の炉として構成されている。　； いずれの還元炉においても、原料中の鉱石の還元反応を
進行させるためには、還元力の高い還元剤を用いること
のほかに、炉体や生成物に悪影響を及ぼさない範囲で、
反応温度を高めることが必要である。したがって、たと
えば上記の溶融還元炉では、酸素を多めに吹き込んだり
、発生ガスを二次燃焼させたりして炉内温度を高める、
あるいは予備還元炉では、導入する還元ガスの温度を上
げておく、などの方策が一般に採用されている。しかし
、溶融還元炉では、炉内温度が１８００℃を超えると耐
火物の損耗が激しくなること、予備還元炉では、導入ガ
ス温度が１２００℃を超えると、前記分散板付近の原料
が焼結して流動化を阻害したり、分散板の耐用性が低下
したりすることなどのトラブルが発生するので、極端な
温度上昇や、不均一または不安定な昇温方法を避けなけ
ればならない。

反応温度を確実かつ均一に高め、また還元ガス温度が極
端に上昇することを防止するためには、原料を予熱した
うえで還元炉内に装入するのが効果的である。

ところで、このような予熱装入方法を実現する装置とし
て、従来より、つぎのようなものが提案されている。

ａ）微粉粒原料を、高温ガス（不活性ガスまたは還元性
ガス）によって気体移送して還元炉内に吹き込む装置。

この装置によれば、微粉粒原料が移送経路内で高温ガス
によって予熱されて、炉内に装入される。

ｂ）粗粒を含む粉粒状原料を、予備還元炉への供給用還
元ガスが導入されるセパレータ内に供給し、セパレータ
によって分離された粗粒原料はセパレータ下部のバルブ
を経て予備還元炉内へ装入し、一方の微粉粒原料は上記
の還元ガスにより浮遊させて移送し、還元ガスとともに
予備還元炉へ装入する装置。この装置によれば、粗粒お
よび微粉粒の一原料は、予備還元炉への供給用高温還元
ガスによって予熱されて、予備還元炉内に装入される（
特開昭５９−８０７０７号参照）。

（発明が解決しようとする問題点） 上記した従来の原料の予熱装入装置ａ）およびｂ）につ
いては、それぞれ下記のような問題点があった。

ａ）粗粒原料については、気体移送するのが難しく、ま
たたとえ気体移送しても、粒径が大きいことにより通常
の移送経路では十分に予熱できないため、このような気
体移送式の予熱装置に適用できる原料は微粉粒のものに
限られる。

したがって、原料である粉粒状原料をふるい分けし、粗
粒のものは取り除くか粉砕したうえで、装置に供給する
必要がある。

ｂ）供給される粉粒状原料のうち、多くの部分は粗粒原
料としてセパレータ下部のバルブ上に堆積し、このバル
ブによつて徐々に予備還元炉内へ装入されるが、粗粒原
料の堆積層内には還元ガスが流入しにくいため、粗粒原
料の予熱が不十分である。またこの装置では多量の高温
ガスを必要とするため、たとえば溶融還元炉で発生する
多量の高温ガスを利用できる予備還元炉には有効である
が、高温ガスを新たに生成して供給する還元炉や、低温
のガスを供給する還元炉では、設備上の負担を招くなど
の理由から、実用的でなかった。

（発明の目的） この発明は上記した従来の問題点を解消するためになさ
れたもので、排ガス経路中にコンパクトに内装すること
により、幅広い粒度分布を有する粉粒状原料を事前処理
を施さずにそのまま装入でき、特別な熱源を必要とせず
、還元炉からの排ガスがもつエネルギーを有効に利用し
て、上記原料を確実に予熱したうえで各種の還元炉へ装
入できる、還元炉における原料の予熱装入装置を提供し
ようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 上記した目的を達成するためのこの発明の要旨とすると
ころは、金属酸化物を含有する鉄鉱石、その他の鉱石ま
たは炭材、石灰などの粉粒状の原料を還元炉に装入する
ための装置であって、前記還元炉への原料装入管の一部
を鉛直又は略鉛直の原料貯留部に形成し、この貯留部に
還元炉からの排ガス導入管を接続するとともに、貯留部
の上部に排ガス排出管を接続し、この排ガス排出管には
粉粒体捕集器を介装して、捕集器で捕集した粉粒体は第
２の装入管より前記還元炉へ装入するようにしたことで
ある。

（作用） この発明の還元炉における原料の予熱装入装置によれば
、原料装入管より還元炉へ装入される原料のうち、 イ）粗粒のものは、原料貯留部内の底部に重力落下して
その底部付近にいったん堆積し、貯留部に導入されてこ
の堆積層内を上方へ流通する還元炉からの排ガスによっ
て予熱され、貯留部民部から還元炉内へ装入される。な
お、ここでいう貯留部とは原料が一時的に滞留される部
分を意味し、ここでの原料は移動層的に降下するか、ま
たは排ガス流により流動化するか、あるいはまた一部の
原料が排ガスにより上下動する流動化の前段階的な状態
にある。

Ｏ）微粉粒のものは、前記の排ガスによって原料貯留部
内の上部へ浮遊し、排ガスとともに貯留部の上部から排
ガス排出管を経て粉粒体捕集器に送られ、ここで排ガス
から分離・捕集されるが、この間に排ガスにより予熱さ
れて、捕集器底部に接続された第２の装入管から還元炉
内へ装入される。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はこの発明の第１実施例を示す、予備還元炉への
鉄原料の装入系統図である。図において、この発明の予
熱装入装置ｌは、主として、予備還元炉３１への原料装
入管５，７の一部に形成された鉛直の原料貯留部２、こ
の貯留部号の上端に接続される排ガス排出管９および１
３、この排出管９．１３の途中に介装されへ粉粒体捕集
器ｌＯ１および捕集器１０の底部より予備還元炉３１に
至る微粉粒原料用の第２装入管１２によって構成される
。そして、前記貯留部２は、原料貯蔵タンク３より切り
出し弁４を介して貯留部２上部に至る原料装入管５およ
び貯留部２の底部付近から切り出し弁６を介してその下
方の予備還元炉３１の上部に至る原料装入管７に比べて
口径がやや大きく形成されており、貯留部２の底部２ａ
は逆円錐形にしである。また、貯留部２の底部付近には
、予備還元炉３１からの排ガスの導入管８が接続されて
いる。

さらに、前記粉粒体捕集器１０の底部より予備還元炉３
１の中腹部に至る第２の装入管１２には、切り出し弁１
１が介装されている。なお、上記した切り出し弁４．６
および１１としては、弁体の上流・下流間の気圧差に対
して粉粒体によるシールができる、たとえばロータリー
バルブ、ダブルフラップダンパまたはＬバルブなどが用
いられる。　このように構成した装入装置１によって、
幅広い粒度分布（たとえば数μｍ〜十数ｌｌｌｌ１１程
度）を有する鉄原料を、原料貯蔵タンク３から予備還元
炉３１に装入する場合において、以下のようなことが確
認された。

ａ）貯蔵タンク３から予備還元炉３１へ装入される鉄原
料のうち、粗粒のものは、貯留部２内を重力落下し、切
り出し弁６の弁体上、および逆円錐形状の貯留部底部２
ａ付近にいったん堆積し、排ガス導入管８より導入され
る高温ガスに接触する。貯留部の上部の、ガスと鉄原料
が熱交換する部分での鉄原料の貯留状態としては、移動
層でも弱い気泡流動層でもよい。また、微粉粒のものは
、導入管８より貯留部底部２ａ付近に導入されてその上
方の排出管９へ送られる予備還元炉３１の排ガスによっ
て浮遊させられ、排ガスとともに捕集器１０に送られ、
ここで排ガスから分離されて捕集器ｌＯの下部に捕集さ
れる。

なお、上記実施例の装置を用いて実験した結果によると
、前記貯留部２内で排ガス（温度約８００℃。組成ＣＯ
：２６％、Ｃｏｗ：３２％、１ｆｌｔ：１４％、ＨｔＯ
：　　　　　　−１３％、Ｎ、：１５％）の流速が約２
０ｍ／ｓのとき、粒径１ｍｍ以上の粗粒鉄原料は貯留部
２内の底部付近に落下・堆積するが、粒径１ｍｍ未満の
微粉粒鉄原料は排ガスによって捕集器１０まで送られて
捕集される。また、排ガスによって浮遊させられる鉄原
料の粒径は、排ガスの流速が高いほど大きくなるので、
たとえば貯留部２の開口断面積を適宜変更するなどして
排ガス流速を変えることにより、分級される粒径を任意
に設定することができる。

ｂ）貯留部２内の底部付近に落下した粗粒鉄原料は前記
のように、導入管８より導入される予備還元炉３１の高
温（８００℃前後）の排ガスに接触するので、これによ
って予熱される。粗粒鉄原料が貯留部２内に堆積して滞
留する時間は、切り出し弁６により変更できるので、粗
粒鉄原料の予熱温度もこれによって任意に設定できる。

こうして予熱された粗粒鉄原料は、切り出し弁６によっ
て順次切り出され、装入管７より予備還元炉３１へ装入
される。

Ｃ）排ガスによって貯留部２の上部に浮遊させられ、排
ガスともに粉粒体捕集器に送られる微粉粒の鉄原料は、
微粉粒ゆえに容易に臂温されるので、貯留管２より捕集
器ｌＯに至る経路内で排ガスによって十分に予熱され、
捕集器１０の底部より切り出し弁１１および第２の装入
管１２を経て予熱還元炉３１へ装入される。

なお、第１図に示した予備還元炉３１は、幅広い粒度分
布を有する鉄原料を、同時に予備還元できる構造のもの
である。この予備還元炉３１の特徴的な構成は、導入管
３３より導入される還元ガスを整流するための多数の通
孔を穿設した分散板３６を、漏斗状に形成して炉体底部
寄りに設置し、中央部に排出管３４を接続するとともに
、炉体上部には還元ガスの排出管３５にサイクロンセパ
レータ３８を介装してその下部に二方向払出しバルブ３
９を接続し、この二方向払出しバルブ３９に、炉体中腹
部に連通ずる循環管３９ａおよび排出管３９ｂを接続し
たことである。

こうした予備還元炉３１に装入管７および１２から装入
された鉄原料は、炉３１内において、粗粒、中粒、微粉
粒がそれぞれ、移動層３７ａ１気泡流動層３７ｂ、高速
循環流動層３７ｃを形成して還元ガスと接触・反応し、
予備還元されて中・粗粒鉄原料は分散板３６の排出管３
４から、微粉粒鉄原料は排出管３９ｂからそれぞれ排出
される。

このような予備還元炉３１を用いて実験したところによ
ると、鉄原料を予熱して装入することの効果とじて、つ
ぎのことが確認された。すなわち、予備還元炉８１内は
、反応温度として８００℃程度にする必要があるが、本
発明の装入装置ｌにより鉄原料を４５０℃まで予熱して
予備還元炉３１に装入した場合には、上記の反応温度を
保つために、還元ガスを約１０２０℃で導入すればよい
。ところが鉄原料を予熱せずに、常温（２５℃）のまま
装入した場合には、約１２５０℃の還元ガスを導入しな
ければならず、したがって、予備還元炉における前述し
た種々のトラブルが発生しやすい。

つぎに、この発明の第２実施例を図面に基づいて説明す
る。第２図は溶融還元炉への鉄原料の装入系統図である
。図において、溶融還元炉４１は、金属浴炉式のもので
、溶鉄４２中には鉄原料のほかに、投入シュート４３か
ら石炭および石灰が、また吹き込み管４４から酸素が、
さらに吹き込み管４５から微粉状の石炭や石灰などがそ
れぞれ装入される。

この実施例において、原料の装入装置ｌが前記の第１実
施例と異なる点は、装入装置１に接続する排ガス導入管
８′に溶融還元炉４１からの高温排ガスを導入するよう
にしたこと、および粉粒体捕集器１°０によって捕集し
た微粉粒の原料を、吹き込み管１４より吹き込まれるキ
ャリア・ガス（不活性ガスまたは還元性のガス）によっ
て原料装入管１２゛内を気体移送して、ノズル１３より
溶鉄４２中に吹き込むようにしたことである。

このように構成した装入装置ｌによれば、貯蔵タンク３
より供給される鉄原料は、溶融還元炉４１の排ガスによ
って予熱および乾燥されたうえ、粗粒状の鉄原料は前記
装入管７から重力落下し、微粉粒状の鉄原料は原料装入
管１２゛のノズル１３より気体移送されて、それぞれ確
実に溶融還元炉４１内の溶鉄４２に装入される。本実施
例においても、鉄原料を予熱して装入することにより、
溶融還元する°ための石炭も酸素の必要量が低減される
。　以上に述べたほか、本発明の予熱装入装置は、鉄鉱
石以外の鉱石、炭材、石灰、さらには他の粉粒状の原料
を、各種の還元炉、あるいは他の反応容器内に装入する
際にも使用することができる。

（発明の効果） 上記のように構成した、本発明の還元炉における原料の
予熱装入装置によれば、下記の効果がもたらされる。

ｌ）幅広い粒度分布を有する粉粒状原料を、事前処理を
施さずにそのまま、確実に予熱して各種還元炉へ装入す
ることができる。また、微粉状原料だけでなく粗粒状の
原料も、予熱度合いを任意に調節することができる。

２）原料を予熱して還元炉へ装入するので、還元炉内の
反応温度を確実に、かつ均一に上昇させることができる
。また、還元炉からの排ガスがもつ剰余のエネルギー（
顕然）を利用するので、特別な熱源（燃料や酸素または
加熱装置など）を必要とせず、しかも、炉内へ導入する
還元ガスの成分や温度に影響を与えない。

３）還元炉からの排ガスは、上記の顕然のほか、還元力
も有しているので、原料中の鉱石は本装置によって、予
熱されると同時にある程度還元される。したがって、還
元炉における鉱石の還元率を高めることができる。

４）還元炉へ装入する原料を分級することができるので
、原料の粒度に応じた最適の経路で還元炉へ装入するこ
とも可能である。

５）本装置を予備還元炉において使用する場合には、炉
内への導入ガス温度を下げられるので、原料の焼結を避
けられるとともに、分散板の耐用性を向上できる。また
、溶融還元炉において使用する場合には、炭材や酸素の
消費量が削減される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示す予備還元炉への鉄
原料の装入系統図、第２図は第２実施例を示す溶融還元
炉への鉄原料の装入系統図である。 １・・・予熱装入装置、２・・・貯留部、３・・・貯蔵
タンク、５，７，１２．１２’・・・原料装入管、８．
８°・・・排ガス導入管、９・・・排ガス排出管、１０
・・・粉粒体捕集器、３１・・・予備還元炉、４１・・
・溶融還元炉。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 金属酸化物を含有する鉄鉱石、その他の鉱石または炭材
   、石灰などの粉粒状の原料を還元炉に装入するための装
   置であって、 前記還元炉への原料装入管の一部を鉛直又は略鉛直の原
   料貯留部に形成し、この貯留部に還元炉からの排ガス導
   入管を接続するとともに、貯留部の上部に排ガス排出管
   を接続し、この排ガス排出管には粉粒体捕集器を介装し
   て、捕集器で捕集した粉粒体は第２の装入管より前記還
   元炉へ装入するようにしたことを特徴とする還元炉にお
   ける原料の予熱装入装置。