JPH0221185A - 反応ガスの後燃焼方法および装置 - Google Patents
反応ガスの後燃焼方法および装置Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
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- Y02P10/20—Recycling
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。
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、反応ガスを後燃焼させる方法および装置に関
する。特に、本発明は、鉄と酸化鉄の溶融浴中に導入さ
れた反応体から発生する反応ガスを後燃焼させる方法お
よび装置に関する。
する。特に、本発明は、鉄と酸化鉄の溶融浴中に導入さ
れた反応体から発生する反応ガスを後燃焼させる方法お
よび装置に関する。
上記浴中に導入される反応体としては、炭素質材料（特
に石炭）および酸化性ガス（特に空気および酸素）があ
る。これら反応体は、底吹き羽口、上吹き羽口、あるい
はこれら両方によって浴中に導入される。発生する反応
ガスは実°質的に一酸化炭素と水素から成る。これら反
応ガスは鉄浴上方で酸化性ガスで後燃焼させられる。こ
の後燃焼で得られたエネルギーは鉄浴に伝達される。
に石炭）および酸化性ガス（特に空気および酸素）があ
る。これら反応体は、底吹き羽口、上吹き羽口、あるい
はこれら両方によって浴中に導入される。発生する反応
ガスは実°質的に一酸化炭素と水素から成る。これら反
応ガスは鉄浴上方で酸化性ガスで後燃焼させられる。こ
の後燃焼で得られたエネルギーは鉄浴に伝達される。
最近開発された、酸化鉄から鉄を製造する方法では、溶
融浴中で発生した反応ガスの酸化によって放出されるエ
ネルギーを、溶融浴中で酸化鉄を還元するのに必要なエ
ネルギーとして利用する。
融浴中で発生した反応ガスの酸化によって放出されるエ
ネルギーを、溶融浴中で酸化鉄を還元するのに必要なエ
ネルギーとして利用する。
この反応ガスは一酸化炭素および水素を含んでいる。炭
素の場合、利用可能なエネルギーの１５％だけが炭素か
ら一酸化炭素への酸化で放出され、残りのエネルギーは
一酸化炭素から二酸化炭素への酸化で放出される。−酸
化炭素から二酸化炭素への後燃焼を、酸化鉄から鉄への
還元に必要なエネルギーに利用できれば好都合である。
素の場合、利用可能なエネルギーの１５％だけが炭素か
ら一酸化炭素への酸化で放出され、残りのエネルギーは
一酸化炭素から二酸化炭素への酸化で放出される。−酸
化炭素から二酸化炭素への後燃焼を、酸化鉄から鉄への
還元に必要なエネルギーに利用できれば好都合である。
しかし、製鋼過程で信頼性および再現性をもって達成さ
れる後燃焼のレベルは低く、それによって発生する熱が
浴に伝達される効率も低い。
れる後燃焼のレベルは低く、それによって発生する熱が
浴に伝達される効率も低い。
本発明の目的は、信鎖性と再現性をもって所定レベルの
後燃焼を達成することを可能として、かつ作動の信頼性
を（高レベルの後燃焼の場合にも）維持し、それによっ
て製鋼、鉄鉱石または予備還元された鉄鉱石の製錬還元
、石炭のガス化、あるいはこの分野での種々の組合せら
れた方法等の経済性を高めることのできる後燃焼の方法
および装置を提供することである。
後燃焼を達成することを可能として、かつ作動の信頼性
を（高レベルの後燃焼の場合にも）維持し、それによっ
て製鋼、鉄鉱石または予備還元された鉄鉱石の製錬還元
、石炭のガス化、あるいはこの分野での種々の組合せら
れた方法等の経済性を高めることのできる後燃焼の方法
および装置を提供することである。
〔課題を解決するための手段］
本願第１発明の反応ガスを後燃焼させる方法および装置
においては、反応体を溶融鉄浴中に導入し、それによっ
て発生した反応ガスを酸化性ガスの少なくとも１つの噴
流によって上記浴の上方で後燃焼させ、そしてこれによ
り発生したエネルギーを高いレベルの効率で浴に伝達す
るために、酸化性ガスの噴流または噴流の各々を渦巻き
状にして、１つ以上の羽口を通して浴の表面に向けて注
入することを特徴とする。
においては、反応体を溶融鉄浴中に導入し、それによっ
て発生した反応ガスを酸化性ガスの少なくとも１つの噴
流によって上記浴の上方で後燃焼させ、そしてこれによ
り発生したエネルギーを高いレベルの効率で浴に伝達す
るために、酸化性ガスの噴流または噴流の各々を渦巻き
状にして、１つ以上の羽口を通して浴の表面に向けて注
入することを特徴とする。
渦巻き運動（すなわち流体力学的には角運動量）が酸化
性ガスの噴流に付与されると、浴中で発生した反応ガス
の後燃焼が著しく促進され、特に、所定程度の後燃焼の
信頼できる再現性が高まることによって、反応ガスの後
燃焼を種々の有利な態様で行なわせることができること
が分かった。
性ガスの噴流に付与されると、浴中で発生した反応ガス
の後燃焼が著しく促進され、特に、所定程度の後燃焼の
信頼できる再現性が高まることによって、反応ガスの後
燃焼を種々の有利な態様で行なわせることができること
が分かった。
本明細書中では、「角運動量」という用語は、酸化性ガ
ス噴流の接線方向成分の意味で用いる。
ス噴流の接線方向成分の意味で用いる。
また、「渦巻き数」という用語は、軸方向に対する接線
方向のガス運動量の比の意味で用いる。
方向のガス運動量の比の意味で用いる。
各羽口の流出口の形状は、通常の円形断面等でよい。流
出口はこれ以外の断面形状にしてもよく、幾つかに分割
してもよい。
出口はこれ以外の断面形状にしてもよく、幾つかに分割
してもよい。
酸化性ガスの各噴流に渦巻き運動を付与する手段あるい
は方法は任意である。たとえば、各羽口の流出口開口部
の上流側に案内板あるいは偏向板を設けると良い結果が
得られることがわかった。
は方法は任意である。たとえば、各羽口の流出口開口部
の上流側に案内板あるいは偏向板を設けると良い結果が
得られることがわかった。
あるいは、多数の開口部を同一方向に傾けて配置すると
、接線成分を有する、すなわち渦巻き運動をする酸化性
ガス噴流が得られることも分かった。
、接線成分を有する、すなわち渦巻き運動をする酸化性
ガス噴流が得られることも分かった。
あるいは、各羽口の流出口上流側に酸化性ガスを接線方
向に受は入れるように１つの室を設けることによって、
酸化性ガスの噴流に角運動量を付与することもできる。
向に受は入れるように１つの室を設けることによって、
酸化性ガスの噴流に角運動量を付与することもできる。
上記本願第１発明によれば、他の条件は同じにして、通
常の「自由な」非渦巻き噴流にくらべて、後燃焼を１０
％以上向上させることができる。たとえば、直径１５０
Ｍの円形流出口を持つ羽口から、１２００℃の酸化性ガ
スを約１３ＯＮボ／分の流量で渦巻き運動なしで注入し
た場合には後燃焼は３０％であったが、酸化性ガスに比
較的小さな渦巻き運動すなわち渦巻き数０．２を付与す
ると４５％の後燃焼を達成することができた。
常の「自由な」非渦巻き噴流にくらべて、後燃焼を１０
％以上向上させることができる。たとえば、直径１５０
Ｍの円形流出口を持つ羽口から、１２００℃の酸化性ガ
スを約１３ＯＮボ／分の流量で渦巻き運動なしで注入し
た場合には後燃焼は３０％であったが、酸化性ガスに比
較的小さな渦巻き運動すなわち渦巻き数０．２を付与す
ると４５％の後燃焼を達成することができた。
酸化性ガスの各噴流をどのような渦巻き数で渦巻き運動
させて表面に向けて注入してもよい。しかし、渦巻き数
は０．１〜５の範囲が操業上望ましく、０．１〜２が最
も望ましい。
させて表面に向けて注入してもよい。しかし、渦巻き数
は０．１〜５の範囲が操業上望ましく、０．１〜２が最
も望ましい。
本願第１発明の利点は、後燃焼の程度を反応容器内の特
定操業条件に適合させることができると共に、反応過程
を、特に浴中へのエネルギー流入を制御できることであ
る。したがって、たとえば、単一の羽口で、渦巻き数を
変えるだけで、浴への高い熱伝達を阻害することなく、
後燃焼を信頼性および再現性をもって３５〜８０％の間
に制御できる。
定操業条件に適合させることができると共に、反応過程
を、特に浴中へのエネルギー流入を制御できることであ
る。したがって、たとえば、単一の羽口で、渦巻き数を
変えるだけで、浴への高い熱伝達を阻害することなく、
後燃焼を信頼性および再現性をもって３５〜８０％の間
に制御できる。
各羽口の設置角度および設置高さは広い範囲で選択でき
る。各羽口の設置角度は静止浴面に対してｉｏ”〜９０
’の間で選択すればよく、３０″〜９０°が望ましい。
る。各羽口の設置角度は静止浴面に対してｉｏ”〜９０
’の間で選択すればよく、３０″〜９０°が望ましい。
同様に、反応容器のガス領域内における酸化性ガスの各
噴流の行程長さは広い範囲で変化させてよい。もちろん
行程長さは浴面上の酸化性ガスの衝撃面積の大きさに影
響を及ぼす。各羽口の設置高さについては、反応容器の
形状と反応過程自体とを考慮するべきである。たとえば
、底吹き製鋼法の場合、この方法に特有の激しい沸騰お
よび噴出領域があるため、他の方法の場合によりも設置
高さを若干高くすべきである。
噴流の行程長さは広い範囲で変化させてよい。もちろん
行程長さは浴面上の酸化性ガスの衝撃面積の大きさに影
響を及ぼす。各羽口の設置高さについては、反応容器の
形状と反応過程自体とを考慮するべきである。たとえば
、底吹き製鋼法の場合、この方法に特有の激しい沸騰お
よび噴出領域があるため、他の方法の場合によりも設置
高さを若干高くすべきである。
しかし、渦巻きなしの公知の自由噴流で一般的に用いら
れている最小距離すなわち静止浴面上方２ｍに設置高さ
を制限する必要はない。ドラムタイプの反応容器での製
錬還元過程の場合、鉱石および可燃物質のみが浴面下に
注入され、酸化性ガスは主として上吹きされるので、渦
巻き運動する噴流については短かい行程を適用できる。
れている最小距離すなわち静止浴面上方２ｍに設置高さ
を制限する必要はない。ドラムタイプの反応容器での製
錬還元過程の場合、鉱石および可燃物質のみが浴面下に
注入され、酸化性ガスは主として上吹きされるので、渦
巻き運動する噴流については短かい行程を適用できる。
静止浴面と羽口流出口との距離を約０．５〜１０ｍにす
ると良い結果が得られた。
ると良い結果が得られた。
基本的には、各羽口から注入する酸化性ガスの種類は特
に限定しない。酸化性ガスとしては、酸素、空気または
酸素に不活性ガスとしてＣＯ□および／またはＨ２Ｏを
添加したガス、または上記ガスを種々に混合したガスを
用いることができる。
に限定しない。酸化性ガスとしては、酸素、空気または
酸素に不活性ガスとしてＣＯ□および／またはＨ２Ｏを
添加したガス、または上記ガスを種々に混合したガスを
用いることができる。
また、酸化性ガスを予熱することによって、製錬還元過
程のような反応過程の全体的な熱バランスを向上させる
ことが望ましい。適当な熱交換器を用いて、反応過程の
排ガスで酸化性ガスを加熱してもよい。本願第１発明に
おいては、１０００〜１６００°Ｃに予熱した空気を用
いると特に有利である。
程のような反応過程の全体的な熱バランスを向上させる
ことが望ましい。適当な熱交換器を用いて、反応過程の
排ガスで酸化性ガスを加熱してもよい。本願第１発明に
おいては、１０００〜１６００°Ｃに予熱した空気を用
いると特に有利である。
本願第２発明の反応ガスを後燃焼させる方法および装置
においては、反応体を溶融鉄浴中に導入し、それによっ
て発生した反応ガスを浴上力で酸化性ガスで後燃焼させ
、それによって発生したエネルギーを高い効率で浴に伝
達するために、酸化性ガスを少なくとも１つの中空状噴
流の形で１つまたは複数の羽口から浴面に向けて注入す
ることを特徴とする。
においては、反応体を溶融鉄浴中に導入し、それによっ
て発生した反応ガスを浴上力で酸化性ガスで後燃焼させ
、それによって発生したエネルギーを高い効率で浴に伝
達するために、酸化性ガスを少なくとも１つの中空状噴
流の形で１つまたは複数の羽口から浴面に向けて注入す
ることを特徴とする。
酸化性ガスを中空状噴流の形で注入することが、反応ガ
スを効率的に後燃焼させ、後燃焼によって発生したエネ
ルギーを効率的に浴に伝達させるために重要であること
が分かった。特に、所定流量の酸化性ガスを所定断面積
の流出口を持つ羽口から注入した場合、流出口で中空状
噴流が形成されると、流出口が単なる円形のときにくら
べて、後燃焼の程度および浴へのエネルギー伝達の程度
が著しく向上することが分かった。
スを効率的に後燃焼させ、後燃焼によって発生したエネ
ルギーを効率的に浴に伝達させるために重要であること
が分かった。特に、所定流量の酸化性ガスを所定断面積
の流出口を持つ羽口から注入した場合、流出口で中空状
噴流が形成されると、流出口が単なる円形のときにくら
べて、後燃焼の程度および浴へのエネルギー伝達の程度
が著しく向上することが分かった。
上記本願第２発明は、単純な形状の中空状噴流、たとえ
ば中実芯部を持つ環状羽口からガスを吹き込んだときに
形成される中空円錐状噴流に限定されるものではなく、
どのような形の中空状噴流でも適用できる。すなわち、
形はどのような幾何学形状でもよく、円形、楕円形、そ
の他の曲線形等の環状孔羽口、あるいは三角形、直方形
、平行四辺形、その他の多角形の角状でよい。いずれの
形状の場合も、固定または可動の芯部がある。環状孔は
小孔に分割されていてもよい。たとえば、任意形状の幾
何学的な中心の周りに、小孔を密接させまたは所定間隔
で配置することができる。環状孔に中間壁（たとえば支
持部材として）を設け、あるいはそれに対応した誘導板
を設けて、ガス流を誘導すると良い結果が得られた。
ば中実芯部を持つ環状羽口からガスを吹き込んだときに
形成される中空円錐状噴流に限定されるものではなく、
どのような形の中空状噴流でも適用できる。すなわち、
形はどのような幾何学形状でもよく、円形、楕円形、そ
の他の曲線形等の環状孔羽口、あるいは三角形、直方形
、平行四辺形、その他の多角形の角状でよい。いずれの
形状の場合も、固定または可動の芯部がある。環状孔は
小孔に分割されていてもよい。たとえば、任意形状の幾
何学的な中心の周りに、小孔を密接させまたは所定間隔
で配置することができる。環状孔に中間壁（たとえば支
持部材として）を設け、あるいはそれに対応した誘導板
を設けて、ガス流を誘導すると良い結果が得られた。
また、中空状ガス噴流を形成するために、二つまたは多
数の羽口を用いることもできる。たとえば、多数の羽口
を用いて、異種のガスを別々に羽口に送り込み、異種の
ガスが羽口から流出した後ではじめて混合されるように
してもよい。
数の羽口を用いることもできる。たとえば、多数の羽口
を用いて、異種のガスを別々に羽口に送り込み、異種の
ガスが羽口から流出した後ではじめて混合されるように
してもよい。
酸化性ガスの中空噴流を渦巻き運動させながら注入する
ことによって、本願第１および第２の発明を組み合わせ
てもよい。渦巻き数は０．１〜５の範囲が望ましい。
ことによって、本願第１および第２の発明を組み合わせ
てもよい。渦巻き数は０．１〜５の範囲が望ましい。
製錬還元に用いられるドラムタイプの反応容器に注入さ
れる約１２００°Ｃに予熱された空気の中空噴流におい
て、渦巻き数を０〜２に変化させることによって、３０
〜８０％の範囲の後燃焼の程度を信頼性および再現性を
もって達成できることが分かった。後燃焼のエネルギー
を浴に伝達する効率の程度は８０〜９０％であることが
分かった。
れる約１２００°Ｃに予熱された空気の中空噴流におい
て、渦巻き数を０〜２に変化させることによって、３０
〜８０％の範囲の後燃焼の程度を信頼性および再現性を
もって達成できることが分かった。後燃焼のエネルギー
を浴に伝達する効率の程度は８０〜９０％であることが
分かった。
本願第１および第２の発明を組合せて得られる上記の驚
くべき効果は理論的に説明できる。すなわち、炭素質可
燃物質が浴面下に注入されることによって浴が騒乱状態
になると共に浴面上方に噴出・混合領域（以下「遷移領
域」と呼称する）が形成されると仮定すれば、反応ガス
、特にＣＯおよびＨ２に加えて、金属質の粒滴やスプラ
ッシュのような浴からの溶融物質もこの遷移領域に注入
されることになると考えられる。これら溶融物質は遷移
領域には留まらずに浴中へ戻る。その結果、遷移領域内
で溶融物質へ伝達されたエネルギーが浴中に直接送り込
まれる。このような状態では、周囲の空間から反応ガス
を巻き込むことができる（非渦巻き自由噴流の場合にも
起るように）だけでなく、中空噴流の中心部も反応ガス
を巻き込むことができる。中空噴流の酸化性ガスによっ
て反応ガスが非常に高速で燃焼させられ、そして噴流が
遷移領域に衝突するとこの燃焼で発生したエネルギーが
溶融物質に伝達され次に浴に高率で伝達される。公知の
上吹き法では、自由噴流によって周囲の空間からのみ反
応ガスを巻き込むが、本発明においては中空噴流を用い
ることによって、その中心部にも第２の燃焼領域が形成
される。この有用な効果は、渦巻き運動を用い、中空噴
流の中心部の圧力が渦巻き数の増加に伴って減少するこ
とによって高められると考えられる。
くべき効果は理論的に説明できる。すなわち、炭素質可
燃物質が浴面下に注入されることによって浴が騒乱状態
になると共に浴面上方に噴出・混合領域（以下「遷移領
域」と呼称する）が形成されると仮定すれば、反応ガス
、特にＣＯおよびＨ２に加えて、金属質の粒滴やスプラ
ッシュのような浴からの溶融物質もこの遷移領域に注入
されることになると考えられる。これら溶融物質は遷移
領域には留まらずに浴中へ戻る。その結果、遷移領域内
で溶融物質へ伝達されたエネルギーが浴中に直接送り込
まれる。このような状態では、周囲の空間から反応ガス
を巻き込むことができる（非渦巻き自由噴流の場合にも
起るように）だけでなく、中空噴流の中心部も反応ガス
を巻き込むことができる。中空噴流の酸化性ガスによっ
て反応ガスが非常に高速で燃焼させられ、そして噴流が
遷移領域に衝突するとこの燃焼で発生したエネルギーが
溶融物質に伝達され次に浴に高率で伝達される。公知の
上吹き法では、自由噴流によって周囲の空間からのみ反
応ガスを巻き込むが、本発明においては中空噴流を用い
ることによって、その中心部にも第２の燃焼領域が形成
される。この有用な効果は、渦巻き運動を用い、中空噴
流の中心部の圧力が渦巻き数の増加に伴って減少するこ
とによって高められると考えられる。
望ましい一実施態様においては、粉末状固定反応を中空
噴流の各中空部に注入する。これを行なうために、各羽
口の中実芯部あるいは内部部材に、たとえば固定反応体
の供給ダクトを設けてもよい。
噴流の各中空部に注入する。これを行なうために、各羽
口の中実芯部あるいは内部部材に、たとえば固定反応体
の供給ダクトを設けてもよい。
そのような供給ダクトは耐摩耗性材料で被覆しておいて
もよい。この状態にして、固体反応体を搬送ガス中に浮
遊させてダクトから浴へ向けて吹き込む。この方法は、
たとえば製錬還元において、鉄鉱石、予備還元された鉄
鉱石、および特に予備還元および予熱された鉄鉱石を反
応容器内の浴中に注入する際に適用すると好都合である
。
もよい。この状態にして、固体反応体を搬送ガス中に浮
遊させてダクトから浴へ向けて吹き込む。この方法は、
たとえば製錬還元において、鉄鉱石、予備還元された鉄
鉱石、および特に予備還元および予熱された鉄鉱石を反
応容器内の浴中に注入する際に適用すると好都合である
。
浴内で発生した反応ガスを制御されかつ再現性のある状
態で後燃焼させるために、反応容器に２つまたはそれ以
上の羽口を設けることができる。
態で後燃焼させるために、反応容器に２つまたはそれ以
上の羽口を設けることができる。
同一または異なる形態の羽口を組合せて、渦巻き運動を
する酸化性ガス噴流を形成することができる。羽口の個
数は種六の要因、たとえば容器寸法や各形態での最大ガ
ス流量によって決定される。
する酸化性ガス噴流を形成することができる。羽口の個
数は種六の要因、たとえば容器寸法や各形態での最大ガ
ス流量によって決定される。
たとえば、容量１５トンのドラムタイプ反応容器ではた
だ１個の羽口でもよいし、あるいは容量１００トンの製
鋼用転炉では転炉上部に２個の羽口を設けることが望ま
しい。
だ１個の羽口でもよいし、あるいは容量１００トンの製
鋼用転炉では転炉上部に２個の羽口を設けることが望ま
しい。
製錬還元用ドラムタイプ反応容器の場合、約１０）ンの
溶融鉄中に石炭を約３０ｋｇ／分、鉄鉱石を約３０〜６
０ｋｇ／分の量で注入し、羽口から１２００°Ｃの高温
空気を８００ＯＮ ｒｄ ７時間の量で浴面に吹き付け
たときに、渦巻き数を変化させることによって３８〜６
８％の範囲の後燃焼率を達成することができた。この条
件下で渦巻き数をゼロにすると、３８％の後燃焼率を得
ることができた。渦巻き数を増加させることによって後
燃焼率を増加させることも可能であった。すなわち、渦
巻き数０．３で後燃焼率は約４８％であり、渦巻き数を
０．６に増加させると後燃焼率は５８％になり、渦巻き
数を０．９にすると後燃焼率は約６８％であった。用い
た羽口は孔幅が３５ｍｍ、外径が３００ｍｍの環状孔を
持っていた。渦巻き数は、羽口内での流れを機械的に操
作することによって変化させた。
溶融鉄中に石炭を約３０ｋｇ／分、鉄鉱石を約３０〜６
０ｋｇ／分の量で注入し、羽口から１２００°Ｃの高温
空気を８００ＯＮ ｒｄ ７時間の量で浴面に吹き付け
たときに、渦巻き数を変化させることによって３８〜６
８％の範囲の後燃焼率を達成することができた。この条
件下で渦巻き数をゼロにすると、３８％の後燃焼率を得
ることができた。渦巻き数を増加させることによって後
燃焼率を増加させることも可能であった。すなわち、渦
巻き数０．３で後燃焼率は約４８％であり、渦巻き数を
０．６に増加させると後燃焼率は５８％になり、渦巻き
数を０．９にすると後燃焼率は約６８％であった。用い
た羽口は孔幅が３５ｍｍ、外径が３００ｍｍの環状孔を
持っていた。渦巻き数は、羽口内での流れを機械的に操
作することによって変化させた。
したがって、酸化性ガス用の羽口形状を変えることによ
って後燃焼率を段階的に変えることが可能であり、一方
、後燃焼のコスト調整および各段階間の正確な制御は渦
巻き数を変えることによって行なえる。すなわち、円形
開口部を持つ従来の羽口を用いた場合、渦巻き数０．１
で後燃焼率として約３０％を達成でき、そして渦巻き数
を約１に増加させれば後燃焼率を約５５％に高めること
ができる。環状孔羽口を用いて渦巻きなしく渦巻き数＝
０）の中空ガス噴流を形成すると、後燃焼率は少なくと
も４０％が達成でき、これは渦巻き数を（約１．０まで
）増加させれば約７５％に高めることができる。適当な
形態の（たとえば孔幅を徐々に小さくした）環状孔羽口
を用いれば、渦巻き数を変えることによって後燃焼率を
３０〜１００％の範囲で制御することができる。
って後燃焼率を段階的に変えることが可能であり、一方
、後燃焼のコスト調整および各段階間の正確な制御は渦
巻き数を変えることによって行なえる。すなわち、円形
開口部を持つ従来の羽口を用いた場合、渦巻き数０．１
で後燃焼率として約３０％を達成でき、そして渦巻き数
を約１に増加させれば後燃焼率を約５５％に高めること
ができる。環状孔羽口を用いて渦巻きなしく渦巻き数＝
０）の中空ガス噴流を形成すると、後燃焼率は少なくと
も４０％が達成でき、これは渦巻き数を（約１．０まで
）増加させれば約７５％に高めることができる。適当な
形態の（たとえば孔幅を徐々に小さくした）環状孔羽口
を用いれば、渦巻き数を変えることによって後燃焼率を
３０〜１００％の範囲で制御することができる。
本願第１および第２の発明を製錬還元に適用する場合、
反応体は浴面下から導入してもよく、あるいは上吹きに
よって導入してもよい。鉱石供給用浸漬羽口および上吹
き羽口のいずれによって扮鉱を鉄浴中に注入する場合に
も良い結果が得られる。浴面下の注入羽口の場合、たと
えば２本の同心円状パイプから成るＯＢＭ羽口を用いる
ことができる。ＯＢＭ羽口を用いる場合、中心部のパイ
プを通して搬送ガスによって微粒鉱を注入し、周囲の環
状孔を通して羽口保護用のガス状および／または液状の
炭化水素を吹き込む。同様に、鉱石の代りに、種々の品
位の炭素質可燃物質（たとえばコークスや石炭）を浴中
に注入してもよい。浸漬羽口から酸素、空気、または不
活性ガスと酸素の混合ガスのような、酸化性ガスを注入
することができる。
反応体は浴面下から導入してもよく、あるいは上吹きに
よって導入してもよい。鉱石供給用浸漬羽口および上吹
き羽口のいずれによって扮鉱を鉄浴中に注入する場合に
も良い結果が得られる。浴面下の注入羽口の場合、たと
えば２本の同心円状パイプから成るＯＢＭ羽口を用いる
ことができる。ＯＢＭ羽口を用いる場合、中心部のパイ
プを通して搬送ガスによって微粒鉱を注入し、周囲の環
状孔を通して羽口保護用のガス状および／または液状の
炭化水素を吹き込む。同様に、鉱石の代りに、種々の品
位の炭素質可燃物質（たとえばコークスや石炭）を浴中
に注入してもよい。浸漬羽口から酸素、空気、または不
活性ガスと酸素の混合ガスのような、酸化性ガスを注入
することができる。
反応体の一部または全部を浴上方の羽口またはランスか
ら反応容器中へ注入してもよい。この場合、搬送ガスお
よび粉状固体物質が浴面に当たる衝撃は、この固体物質
が浴中に入り込むのに通常は十分な強さである。
ら反応容器中へ注入してもよい。この場合、搬送ガスお
よび粉状固体物質が浴面に当たる衝撃は、この固体物質
が浴中に入り込むのに通常は十分な強さである。
浴面上方に設けた装置によって塊状鉱石を添加すること
も本発明の範囲に含、まれる。
も本発明の範囲に含、まれる。
全体的な熱バランスを向上させるために、浴に供給され
るガス状、液状、固体状物質の全てを予熱してもよい。
るガス状、液状、固体状物質の全てを予熱してもよい。
予熱温度は任意であり、はとんどの場合搬送系によって
限定される。
限定される。
各羽口を、外殻と、直径が孔幅の少なくとも２倍、望ま
しくは５倍である内部部材とを有する環状羽口で構成す
ることができる。この内部部材は、軸方向に動けるよう
に設けたピストンの形をとることができる。
しくは５倍である内部部材とを有する環状羽口で構成す
ることができる。この内部部材は、軸方向に動けるよう
に設けたピストンの形をとることができる。
内部部材は、ピストンバーを有する流動部を含むことが
できる。また、内部部材は中実体でかつ固定されていて
もよい。
できる。また、内部部材は中実体でかつ固定されていて
もよい。
本発明の方法および装置は製鋼プロセスに用いると特に
有利である。製鋼プロセスでは、鉄中の炭素および（た
とえばスクラップ比を高めるために）鉄に任意添加され
た炭素質物質が酸素と反応する。発生する反応ガスは主
として一酸化炭素と水素である。これらの反応ガスは鉄
浴上方で酸化性ガスで後燃焼させることができる。後燃
焼によって発生したエネルギーを浴に伝達することがで
きる。このようなプロセスは、ドイツ特許明細書２７５
５１６５、同２８３８９８３ 、およびオーストラリア
特許明細書５３０５１０に記載されている。これらの特
許明細書の開示内容を特に参考にした。これらの開示内
容は本明細書中に取り込まれていると考えられるべきで
ある。
有利である。製鋼プロセスでは、鉄中の炭素および（た
とえばスクラップ比を高めるために）鉄に任意添加され
た炭素質物質が酸素と反応する。発生する反応ガスは主
として一酸化炭素と水素である。これらの反応ガスは鉄
浴上方で酸化性ガスで後燃焼させることができる。後燃
焼によって発生したエネルギーを浴に伝達することがで
きる。このようなプロセスは、ドイツ特許明細書２７５
５１６５、同２８３８９８３ 、およびオーストラリア
特許明細書５３０５１０に記載されている。これらの特
許明細書の開示内容を特に参考にした。これらの開示内
容は本明細書中に取り込まれていると考えられるべきで
ある。
また、本発明の方法および装置は、溶融鉄浴での石炭ガ
ス化プロセスに用いると特に有利である。
ス化プロセスに用いると特に有利である。
このようなプロセスでは、炭素質物質（特に石炭）と酸
化性ガスとが鉄浴内で反応し、主として水素および一酸
化炭素から成る反応ガスが生成する。
化性ガスとが鉄浴内で反応し、主として水素および一酸
化炭素から成る反応ガスが生成する。
これらの反応ガスは鉄浴上方で酸化性ガスで部分的に後
燃焼させることができる。後燃焼によって発生したエネ
ルギーを浴に伝達することができる。
燃焼させることができる。後燃焼によって発生したエネ
ルギーを浴に伝達することができる。
このようなプロセスは、ドイツ特許明細書２５２０８８
３゜同３０３１６８０ 、およびオーストラリア特許明
細書５３９６６５に記載されている。これらの特許明細
書の開示内容を特に参考にした。これらの開示内容は本
明細書中に取り込まれていると考えられるべきである。
３゜同３０３１６８０ 、およびオーストラリア特許明
細書５３９６６５に記載されている。これらの特許明細
書の開示内容を特に参考にした。これらの開示内容は本
明細書中に取り込まれていると考えられるべきである。
本発明の方法および装置は、鉄鉱石を溶融鉄浴中で炭素
質物質、特に石炭で還元する鉄鉱石製錬還元プロセスに
用いても特に有利である。発生する反応ガスは主として
一酸化炭素および水素から成り、これを鉄浴上方で酸化
性ガスで後燃焼させることができる。後燃焼で発生した
エネルギーを浴に伝達することができる。このようなプ
ロセスはドイツ特許明細書３３１８００５ 、同３６０
７７７５ 、およびオーストラリア特許明細書５６３０
５１に記載されている。これらの特許明細書の開示内容
を特に参考にした。これらの開示内容は本明細書中に取
り込まれていると考えられるべきである。
質物質、特に石炭で還元する鉄鉱石製錬還元プロセスに
用いても特に有利である。発生する反応ガスは主として
一酸化炭素および水素から成り、これを鉄浴上方で酸化
性ガスで後燃焼させることができる。後燃焼で発生した
エネルギーを浴に伝達することができる。このようなプ
ロセスはドイツ特許明細書３３１８００５ 、同３６０
７７７５ 、およびオーストラリア特許明細書５６３０
５１に記載されている。これらの特許明細書の開示内容
を特に参考にした。これらの開示内容は本明細書中に取
り込まれていると考えられるべきである。
以下に、添付図面を参照し、実施例によって、本発明に
したがった方法および装置の望ましい実施態様を説明す
る。
したがった方法および装置の望ましい実施態様を説明す
る。
第１図に示した装置はドラムタイプの反応容器であり、
鋼製外殻ｌと耐火性ライニング２を有する。この反応容
器内に鉄および酸化鉄の浴４がある。
鋼製外殻ｌと耐火性ライニング２を有する。この反応容
器内に鉄および酸化鉄の浴４がある。
この装置には更に反応容器の底部を貫通して延びてた注
入羽口５が設けられており、この注入羽口５は鉄および
酸化鉄の浴４の表面３の下方に反応体を送り込む。注入
羽口５は、内管６および外管７の２本の同心円状管から
成る。各注入羽口５の管６と管７の間の環状孔から、保
護媒体として天然ガスが注入される。一方の注入羽口５
の内管６からは鉱石および搬送ガスが吹き込まれ、他方
の注入羽口５の内管６からは固体可燃物質（主として粉
状石炭）および搬送ガスが注入される。
入羽口５が設けられており、この注入羽口５は鉄および
酸化鉄の浴４の表面３の下方に反応体を送り込む。注入
羽口５は、内管６および外管７の２本の同心円状管から
成る。各注入羽口５の管６と管７の間の環状孔から、保
護媒体として天然ガスが注入される。一方の注入羽口５
の内管６からは鉱石および搬送ガスが吹き込まれ、他方
の注入羽口５の内管６からは固体可燃物質（主として粉
状石炭）および搬送ガスが注入される。
第１図の装置には更に、鉄および酸化鉄の浴４の表面３
に渦巻き運動する酸化性ガスを吹き付ける上吹き羽口８
が設けられている。排ガス（高率で後燃焼したガス）は
開口部９を通って反応容器から排出される。
に渦巻き運動する酸化性ガスを吹き付ける上吹き羽口８
が設けられている。排ガス（高率で後燃焼したガス）は
開口部９を通って反応容器から排出される。
第２図に示したように、羽口８は接線方向を向いた調節
可能なガス流入口１２を有する水冷外殻１１と、円形の
ガス流出口１３とを有する。外殻１１の中にピストンタ
イプの内部部材１４が設けである。内部部材１４は流動
部１５とこれに接続したシャフト１６とから成る。内部
部材１４は軸方向に移動可能であり、それによって、流
出口１３の領域の外殻１１と流動部１５との間に画成さ
れた環状孔１７（第３図）の幅を変化させることができ
る。
可能なガス流入口１２を有する水冷外殻１１と、円形の
ガス流出口１３とを有する。外殻１１の中にピストンタ
イプの内部部材１４が設けである。内部部材１４は流動
部１５とこれに接続したシャフト１６とから成る。内部
部材１４は軸方向に移動可能であり、それによって、流
出口１３の領域の外殻１１と流動部１５との間に画成さ
れた環状孔１７（第３図）の幅を変化させることができ
る。
流入口１２から外殻１１内に接線方向に流入したガス噴
流は流動部１５の補助を受けて渦巻き運動を付与され、
開口部１７から流出する。接線方向を向いた調節可能な
ガス流入口を用いて渦巻き運動を種々に変化させること
ができる。
流は流動部１５の補助を受けて渦巻き運動を付与され、
開口部１７から流出する。接線方向を向いた調節可能な
ガス流入口を用いて渦巻き運動を種々に変化させること
ができる。
第４図に、別の形態の羽口の流出口端部断面を示す。こ
の場合、環状孔２０の望ましい幅はたとえば１５ｍｏ＋
であり、両側面間の望ましい距ｒ４２１はたとえば１６
０ｍｍである。内部部材の短径２１は孔２０の幅の少な
くとも２恰であることが望ましく、５倍であることが最
も望ましい。
の場合、環状孔２０の望ましい幅はたとえば１５ｍｏ＋
であり、両側面間の望ましい距ｒ４２１はたとえば１６
０ｍｍである。内部部材の短径２１は孔２０の幅の少な
くとも２恰であることが望ましく、５倍であることが最
も望ましい。
第５図に、２連タイプの羽口の端部を示す。２つの矢印
で示したように、２つの環状孔２２と２３内の渦巻き方
向を逆向きにして用いることが望ましい。この羽口を用
いると、２つの中実芯部材２４と２５によって２つの中
空噴流が形成され、軸方向２６は軸方向２７よりも広い
範囲がカバーされる。
で示したように、２つの環状孔２２と２３内の渦巻き方
向を逆向きにして用いることが望ましい。この羽口を用
いると、２つの中実芯部材２４と２５によって２つの中
空噴流が形成され、軸方向２６は軸方向２７よりも広い
範囲がカバーされる。
第１図のドラムタイプ反応容器を用いて製錬還元の実験
を行なった。約１０１−ンの浴４に底部羽口から底部羽
口から石炭を３０ｋｇ／分の吹込み針で注入し、底部羽
口から鉱石を３２ｋｇ／分の割合で注入し、そして底部
羽口から焼成石灰を２ｋｇ／ｍｉｎの割合で注入した。
を行なった。約１０１−ンの浴４に底部羽口から底部羽
口から石炭を３０ｋｇ／分の吹込み針で注入し、底部羽
口から鉱石を３２ｋｇ／分の割合で注入し、そして底部
羽口から焼成石灰を２ｋｇ／ｍｉｎの割合で注入した。
これらの粉状固体物質を搬送するために、搬送ガスとし
て約１ＯＮｒｒｒ／分の量で窒素を用いた。同時に、注
入羽口を保護するために、各羽口の環状孔から約２ Ｎ
ｒＴｒ／分の量で天然ガスを注入した。また、直径２０
０■の円形断面の流出口を持つ羽口から、浴４の表面３
に、１２００°Ｃの高温空気を１３５Ｎ ｒｄ ７分の
割合で吹き付けた。絶対圧力は、高温空気ダクト内で約
１．７ ｂａｒ、反応容器内で約１．２５ｂａｒであっ
た。
て約１ＯＮｒｒｒ／分の量で窒素を用いた。同時に、注
入羽口を保護するために、各羽口の環状孔から約２ Ｎ
ｒＴｒ／分の量で天然ガスを注入した。また、直径２０
０■の円形断面の流出口を持つ羽口から、浴４の表面３
に、１２００°Ｃの高温空気を１３５Ｎ ｒｄ ７分の
割合で吹き付けた。絶対圧力は、高温空気ダクト内で約
１．７ ｂａｒ、反応容器内で約１．２５ｂａｒであっ
た。
従来公知の渦巻き運動なしの自由噴流を用いた良好な条
件下で到達した最高の後燃焼率は３０％であった。これ
に対して、上吹き噴流に渦巻き運動を付与すれば、後燃
焼率を信顛性をもって高めることができるし、かつ渦巻
き数を変化させることによって正確に制御できる。たと
えば、渦巻き数を約０．５としたときに、後燃焼率とし
て約４５％が達成された。これによって、鉄浴の温度を
低下させることなく、鉱石注入量を約４０ｋｇ／分まで
高めることができる。
件下で到達した最高の後燃焼率は３０％であった。これ
に対して、上吹き噴流に渦巻き運動を付与すれば、後燃
焼率を信顛性をもって高めることができるし、かつ渦巻
き数を変化させることによって正確に制御できる。たと
えば、渦巻き数を約０．５としたときに、後燃焼率とし
て約４５％が達成された。これによって、鉄浴の温度を
低下させることなく、鉱石注入量を約４０ｋｇ／分まで
高めることができる。
同じ反応容器を用い、かつほとんど同じ操業条件で、第
２図に示した上吹き羽口（ガス流出口開口部１３＝ ３
００ａ＊、環状孔幅１７＝３５Ｂ径）を設けることによ
って、後燃焼率を著しく高めることができた。渦巻き数
０．８で後燃焼率６５％が達成された。そしてこの状態
で、石炭注入１２５ｋｇ／分、鉱石注入量５３ｋｇ／分
で反応容器を運転することができた。
２図に示した上吹き羽口（ガス流出口開口部１３＝ ３
００ａ＊、環状孔幅１７＝３５Ｂ径）を設けることによ
って、後燃焼率を著しく高めることができた。渦巻き数
０．８で後燃焼率６５％が達成された。そしてこの状態
で、石炭注入１２５ｋｇ／分、鉱石注入量５３ｋｇ／分
で反応容器を運転することができた。
以上のように、比較的小さな反応容器を用いた製錬還元
実験で、所定の後燃焼率を信頼性および再現性良く達成
することができた。
実験で、所定の後燃焼率を信頼性および再現性良く達成
することができた。
本発明の趣旨および範囲を逸脱せずに、上記望ましい実
施態様を種々に変更することができる。
施態様を種々に変更することができる。
第１図は、製錬還元用のドラムタイプ反応容器の長手方
向断面図、 第２図は、第１図の反応容器の一部を成す上吹き羽口の
縦断面図、 第３図は、第１および第２図に示した羽口の流出端部の
断面図、および 第４図および第５図は、他の態様の羽口端部の断面図で
ある。 ｌ・・・鋼製外殻、 ２・・・耐火性ライニング、
３・・・浴面、 ４・・・浴、５・・・底部羽
口、 ８・・・上吹き羽口、１２・・・ガス流入
口、 １３・・・ガス流出口、１４・・・内部部材、
１５・・・流動部１６・・・シャフト、 １７ 、２０ 、２２ 、２３・・・環状孔。
向断面図、 第２図は、第１図の反応容器の一部を成す上吹き羽口の
縦断面図、 第３図は、第１および第２図に示した羽口の流出端部の
断面図、および 第４図および第５図は、他の態様の羽口端部の断面図で
ある。 ｌ・・・鋼製外殻、 ２・・・耐火性ライニング、
３・・・浴面、 ４・・・浴、５・・・底部羽
口、 ８・・・上吹き羽口、１２・・・ガス流入
口、 １３・・・ガス流出口、１４・・・内部部材、
１５・・・流動部１６・・・シャフト、 １７ 、２０ 、２２ 、２３・・・環状孔。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、溶融鉄浴内で発生した反応ガスを、酸化性ガスの少
なくとも１つの噴流を用いて、該浴の上方で後燃焼させ
、発生したエネルギーを該浴に伝達する反応ガスの後燃
焼方法において、 上記酸化性ガスの各噴流に渦巻き連動をさせて、１つま
たはそれ以上の羽口から上記浴の表面に向けて注入する
ことを特徴とする反応ガスの後燃焼方法。 ２、前記酸化性ガスの各噴流の渦巻き数が０．１〜５の
範囲であることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３、前記渦巻き数が０．１〜２の範囲内であることを特
徴とする請求項２記載の方法。 ４、前記渦巻き数を調節可能とすることによって後燃焼
を変化させることを特徴とする請求項２または３記載の
方法。 ５、前記酸化性ガスの各噴流が中空状であることを特徴
とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法
。 ６、前記酸化性ガスの各中空噴流が環状の横断面を有す
ることを特徴とする請求項５記載の方法。 ７、前記酸化性ガスと一緒に粉状固体反応体を注入する
ことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に
記載の方法。 ８、前記酸化性ガスの各噴流を、静止浴面に対する角度
にして１０°〜９０°傾けて前記浴面に向けて注入する
ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に
記載の方法。 ９、前記酸化性ガスが酸素、空気、または不活性ガスと
二酸化炭素と水蒸気と酸素との混合ガスを含んで成るこ
とを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記
載の方法。 １０、前記酸化性ガスを予熱してから前記浴表面に向け
て注入することを特徴とする請求項１から９までのいず
れか１項に記載の方法。 １１、前記酸化性ガスが、１０００〜１６００℃の範囲
の温度に予熱した空気であることを特徴とする請求項１
から１０までのいずれか１項に記載の方法。 １２、溶融鉄浴内で発生した反応ガスを、酸化性ガスの
少なくとも１つの噴流を用いて、該浴の上方で後燃焼さ
せ、発生したエネルギーを該浴に伝達する反応ガスの後
燃焼装置において、 上記酸化性ガスの各噴流に渦巻き運動を付与する装置を
含むことを特徴とする反応ガスの後燃焼装置。 １３、前記渦巻き運動付与装置が、１つまたはそれ以上
の羽口の一部を構成することを特徴とする請求項１２記
載の装置。 １４、前記渦巻き運動付与装置を調節可能としたことに
よって前記酸化性ガスの各噴流の渦巻き数を変化させる
ようにしたことを特徴とする請求項１２または１３記載
の装置。 １５、前記羽口の各々を、酸化性ガスの中空噴流を形成
できるようにしたことを特徴とする請求項１２から１４
までのいずれか１項に記載の装置。 １６、前記羽口の各々が、外殻と、直径が孔幅の少なく
とも２信である内部部材とを有する環状羽口から成るこ
とを特徴とする請求項１２から１５までのいずれか１項
に記載の装置。 １７、前記羽口の各々が、、粉状固体反応体を注入でき
ることを特徴とする請求項１２から１６までのいずれか
１項に記載の装置。 １８、前記羽口の各々を、前記酸化性ガスの各噴流を静
止浴面に対する角度にして１０°〜９０°傾けて前記浴
面に向けて注入するように設けたことを特徴とする請求
項１２から１７までのいずれか１項に記載の装置。 １９、溶融鉄浴内で発生した反応ガスを、酸化性ガスの
少なくとも１つの噴流を用いて、該浴の上方で後燃焼さ
せ、発生したエネルギーを該浴に伝達する反応ガスの後
燃焼方法において、 上記酸化性ガスの各噴流を中空噴流の形で、１つまたは
それ以上の羽口から上記浴の表面に向けて注入すること
を特徴とする反応ガスの後燃焼方法。 ２０、前記酸化性ガスの各中空噴流が環状の横断面を有
することを特徴とする請求項１９記載の方法。 ２１、前記酸化性ガスの各中空噴流の中空部に粉状固体
反応体を注入することを特徴とする請求項１９または２
０記載の方法。 ２２、溶融鉄浴内で発生した反応ガスを、酸化性ガスの
少なくとも１つの噴流を用いて、該浴の上方で後燃焼さ
せ、発生したエネルギーを該浴に伝達する反応ガスの後
燃焼装置において、 上記酸化性ガスの中空噴流を上記浴の表面に向けて注入
する少なくとも１つの羽口を設けたことを特徴とする反
応ガスの後燃焼装置。 ２３、前記羽口の各々を、環状横断面を持つ酸化性ガス
の中空噴流を注入するように設けたことを特徴とする請
求項２２記載の装置。 ２４、前記羽口の各々を、前記酸化性ガスの中空噴流の
中空部に粉状固体反応体を注入するように設けたことを
特徴とする請求項２２または２３記載の装置。 ２５、請求項１から２４までのいずれか１項に記載の方
法または装置を用いることを特徴とする鋼の製造方法。 ２６、溶融鉄浴中で鉄鉱石を還元する際に請求項１から
２４までのいずれか１項に記載の方法または装置を用い
ることを特徴とする鉄鉱石の製錬還元方法。 ２７、溶融鉄浴中で石炭をガス化する際に請求１から２
４までのいずれか１項に記載の方法または装置を用いる
ことを特徴とする石炭のガス化方法。
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