JPH01247520A - 外部循環式流動層炉 - 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〕 本発明は、粉鉱石等の粉粒状材料を加熱ガスによって処
理する場合に使用する外部循環式流動層炉に関する。

〔従来の技術〕

従来の高炉による溶鉄製造技術に代わるものとして、溶
融還元法が注目を浴びている。この方法で使用する溶融
還元炉は、使用する原料に制約を受けることなく、より
小規模な設備により鉄系合金の溶湯を製造することを目
的として開発されたものである。また、溶融還元炉で発
生した排ガスの還元力及び熱を有効に利用するため、流
動化ガスとして流動層炉で原料鉱石を予熱、予備還元す
る方法等も開発されている。

また、大きな空塔速度で流動化ガスを流動層炉を構成す
るライザーの内部に吹き込み、粉鉱石の予熱、予備還元
等を高速で行う炉外循環式流動層炉が知られている（特
開昭５６−１０５４０９号公報）。この場合、流動化ガ
スの空塔速度が太き（なるに従って、ライザーから外部
に飛散する粉鉱石の割合も大きくなる。そこで、飛散し
た粉鉱石は、炉外循環経路を構成するダウンカマーに設
けられたサイクロンで排ガスから分離・捕捉されて、流
動層炉に戻される。

この種の流動層炉に関して、本発明者等は、ライザーの
内部で粉粒体と流動化ガスとの接触状態を改善するため
、複数の突起物を炉内に円周方向に設けたものを開発し
、特願昭６１−２８８６７２号として出願した。また、
炉内に炉高方向に複数個の拡大縮小部を設けたものを、
特願昭６１−２８６６００号として出願した。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、炉外循環経路を備えた流動層炉に装入された
粉鉱石は、還元ガスによって流動化した状態でライザー
内を上昇する。このとき、ライザーの上部付近で、粉鉱
石と還元ガスとの速度差、すなわちスリップ速度はほぼ
零となる。そのために、粉鉱石はガスに同伴されてライ
ザー内から速やかに排出され、ライザー内部における粒
子循環量が少ないものとなる。このように、ライザー内
の粒子濃度が低く、しかも粒子滞留時間が短いため、粉
鉱石の還元速度が遅く、還元ガスの利用効率も悪いもの
であった。ここで、粉鉱石の循環量を増加させることに
より、ライザー内にある粉鉱石の濃度をある程度まで高
めることができる。しかし、このためには外部循環装置
を大規模なものとすることが必要になる。

このような問題は、粉鉱石の予備還元に限ったものでは
なく、粉粒体の予熱、乾燥や石炭焚の高速流動層炉等の
炉外循環系を備えた流動層炉に共通するものである。

そこで、本発明は、ライザーの上部とサイクロンとを連
結する導出管の位置関係及び断面積を特定することによ
り、流動化ガスに乗って炉内から粉粒体が排出すること
を抑制し、ライザー内部で粉粒体濃度を高（維持し、粉
粒体を長期間にわたり新鮮な流動化ガスに積極的に接触
させて処理効率を高めることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の外部循環式流動層炉は、その目的を達成するた
めに、流動層を形成するライザーの上部とダウンカマー
のサイクロンとを連結する導出管を、前記ライザーの炉
高方向に関して直角又は鋭角的に配置し、前記ライザー
に対する前記導出管の断面積比を６０％以下にしたこと
を特徴とする。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら、実施例（こより本発明の特
徴を具体的に説明する。

第１図は、本発明を粉鉱石の予備還元に適用した実施例
の流動層炉を示す概略図である。

この流動層炉は、流動層を形成するライザー１にダウン
カマー２を併設して−いる。このダウンカマー２は、上
部が導出管３で下部が導入管４でライザー１に接続され
ている。そして、装入管５からライザー１内に装入され
た粉鉱石は、ライザー１の底部に開口したガス吹込み羽
口６から吹き込まれる還元ガスによって流動化され、ラ
イザ−１内部を上昇する。

ガスに随伴されてライザー１から排出された粉鉱石は、
導出管３を経てサイクロン７に送り込まれる。サイクロ
ン７で固気分離された粉鉱石は、ダウンカマー２を通っ
て導入管４からライザー１に返送される。他方、サイク
ロン７で粉鉱石から分離されたガスは、排ガスとして排
気管８を介して系外に放出される。

このライザー１→導出管３→サイクロン７→ダウンカマ
ー２→導入管４→ライザー１を循環する粉鉱石の循環経
路において、ダウンカマー２の途中に細粒取出し管９を
設け、溶°融還元炉の操業状態に応じて細粒の還元鉱を
連続的に又は間歇的に切り出す。また、ライザー１の下
部に粗粒取出し管ｌＯを設け、ライザー１内に滞留する
粗粒粉鉱石の量が多くなった場合に、その粗粒粉鉱石を
適宜ライザー１から取り出す。

従来の流動層炉においては、たとえば特願昭６１−１５
４１０４号の図面に示されているように、ライザーの上
部から垂直上方に延びる導出管を設けたものが多い。或
いは、湾曲した導出管によって、ライザーの上部をサイ
クロンに接続したものもある。

しかし、ライザーの上部は、スリップ速度がほぼ零であ
り、ここに浮遊している粉鉱石は、はぼその全量が排出
されるガス流に乗って導出管に送り込まれる。

この点、本実施例の流動層炉では、ライザー１の上部に
接続した導出管３を、ライザー１の炉高方向に対して直
角に設けている。そのため、粉鉱石を随伴したガス流は
、ライザー１の内部空間を上昇して上部に達したとき、
急転して導出管３に向かう。この急転により、ガスに浮
遊した粉鉱石の大部分が慣性によってライザー１の天井
に衝突し、失速する。その結果、粉鉱石は、ガス流から
分離されて、ライザーｌ内を落下する。なお、ライザー
１の天井に対する粉鉱石の衝突は、はぼ９０度の角度で
生じるため、ライザー１の天井の摩耗は少ないものであ
る。

導出管３は、ライザー１の炉高方向と導出管３の軸方向
の角度が鋭角となるように、ライザー１に取り付けても
よい。このライザー１に対する導出管３の鋭角的な配置
は、より大きな遠心力をライザー１内を上昇するガス流
に与え、そのガス流に浮遊している粉鉱石がライザー１
の天井に衝突する機会を増大する。

また、ライザーｌの断面積Ａ。に対する導出管３の断面
積Ａ１の比率Ａ、／Ａ、を６０％以下に維持する。この
断面積比Ａ、／ＡＯを小さくするとき、ライザー１の出
口で大きな圧損が生じ、ガスに同伴してサイクロン７に
流入する粉鉱石の量が少なくなる。すなわち、ガスの流
れを急転させ、且つ流路断面積を縮小することにより、
ガス流に大きな渦流が生じる。また、粒子とガスとの間
のスリップ速度を太き（している。これにより、粒子が
失速し、ガス流から分離してライザーｌの下方に落下す
る。その結果、ライザー１の内部に循環する粉鉱石が多
（なり、粉鉱石濃度が上昇する。

第２図は、断面積比Ａｌ／八〇がライザー１内における
粉鉱石濃度に与える影響を表したグラフである。なお、
第２図における空隙率は、炉内にふける粒子の存在量を
表すものであり、ライザーの内容積に対して粒子の占め
る空間を除いたものの割合で示している。この空隙率が
小さなほど、粉鉱石濃度は高□いことになる。

第２図から明らかなように、断面積比Ａ１／Ａ０が６０
％以下になると、空隙率が急激に減少し、ライザー１内
の粉鉱石濃度が高くなる。すなわち、断面積比Ａ　ｌ／
　Ａ　ｏを小さくすると、導出管３付近で渦流が発生し
、ガスと粉鉱石との間のスリップ速度が大、きくなり、
粉鉱石がガス流に置き去りにされライザー１の下方に落
下して、粒子濃度が高くなり、空隙率が小さくなる。ま
た、ガスの急速な縮流と方向転換に粒子の流れが乗れず
、ガス流から離脱する量が急激に増大する。この点から
しても、空隙率が激減する。しかし、この断面積比Ａｌ
／ＡＯが６０％を超えると、スリップ速度が小さく、粒
子が還元ガスの流れから離脱する量が少なくなり、粒子
濃度の増加率は小さい。そこで、本発明においては、こ
の断面積比Ａ、／Ａ、を６０％以下とした。

このように、ライザー１に対して導出管３を直角又は鋭
角的に取り付け、断面積比Ａ、　／　Ａ、を６０％以下
にすることにより、ライザー１の内部で循環する粉鉱石
の量が増大した。その結果、ガス吹込み羽口６から吹き
込まれる還元ガスとの接触頻度及び接触時間が改善され
、粉鉱石の還元を迅速に行うことができた。また、吹き
込まれた還元ガスは、効率良く粉鉱石の還元に消費され
、排気管８から排出された排ガスは酸化度の高いもので
あった。

ライザー１の内部で循環する粉鉱石の量が増えることか
ら、導出管３を経てサイクロン７に送られる粉鉱石の量
が減少する。そのために、ライザー１の内容積に比較し
て、小型のサイクロン７を使用することができた。また
、断面積比Ａ＋／八。

の小さな導出管３をガス流が通過するため、サイクロン
７に流入するガス流の流速が大きくなる。

したがって、サイクロン７による固気分離も効率良く行
われ、排気管８から系外に放出された排ガスの粉鉱石含
有量は、５０　ｇ　／　Ｎ　ｍ”−ガスに留まっていた
。

なお、以上においては、粉鉱石の予備還元を例にとって
説明した。しかし、本発明は、これに拘束されるもので
はなく、粉粒体の予熱、乾燥や石炭焚の高速流動層炉等
の炉外循環系を備えた流動層炉に対して同様に適用され
るものである。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、ライザーに
対して直角又は鋭角的に設けた断面積比の小さな導出管
を介して、ライザーからサイクロンにガス流を送り込ん
でいる。そのため、ライザーの内部を循環する粉粒体の
濃度が上昇し、流動化ガスとの接触頻度及び接触時間が
改善され、予熱、乾燥、予備還元等の処理を効率良く行
うことができる。また、サイクロンに流入する粉粒体の
量が少なくなるため、小型のサイクロンを使用すること
が可能となる。更には、サイクロンに高速でガス流が流
入するため、サイクロンの固気分離性能が向上し、歩留
り良く粉粒体を処理することが可能になると共に、系外
に排出される排ガスの後処理に加わる負荷も小さなもの
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の流動層炉を示す概略図であり、
第２図は本発明の効果を具体的に表したグラフである。 １：ライザ−２：ダウンカマー ３：導出管　　　　　　　４：導入管 ５：装入管　　　　　　　６：ガス吹込み羽ロア：サイ
クロン　　　　　８：排気管 ９：細粒取出し管　　　　１０：粗粒取出し管特許出願
人　　　　新日本製鐵　株式會社代　理　人　　　　小
　堀　　益（ばか２名）第１図 第２図 断面積比Ａ＋／Ａｏ１％）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、流動層を形成するライザーの上部とダウンカマーの
   サイクロンとを連結する導出管を、前記ライザーの炉高
   方向に関して直角又は鋭角的に配置し、前記ライザーに
   対する前記導出管の断面積比を６０％以下にしたことを
   特徴とする外部循環式流動層炉。