JPH02267233A - 外熱式加熱炉の操業方法 - 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］ この発明は燃料の燃焼ガスを利用して被処理物を加熱す
るための外熱式加熱炉の操業方法に関するものである。

［従来の技術］ 粉粒体の物質を加熱する場合、燃料を燃焼させて高温ガ
スとし、この燃焼ガスと熱交換させるのか最も効率の良
い経済的な方法である。

しかし、燃焼ガス中には物質と反応するガス成分が含ま
れており、高温状態で物質とガス成分か反応するため、
経済的手段か利用てきない場合かありこのような場合、
熱源を電気に変更１ノたり、不活性ガスを導入せねばな
らず、経済的に不利になる欠点かある。

たとえば、鉱石を高温に加熱し還元する場合熱源として
燃料を使用すると燃料の燃焼ガス中には酸素をはじめと
する処理物に対して酸化作用を及ぼすガス成分が含まれ
ており、このような雰囲気に鉱石をさらすことは本来の
目的からすれば逆行することになる。ロータリーキルン
を使用し石炭、重油、ＬＰＧ等を燃料として高温の燃焼
ガスを発生させ、この中て鉱石を還元処理する方法は安
価なエネルギーを使用できる点、大量の連続処理が可能
な点から広く鉱石製錬に利用されている。しかし前述の
とおり燃焼ガス中には過剰酸素等の酸化性ガス成分か含
まれており、いわゆる還元性雰囲気とは反対の酸化性雰
囲気となっていて還元率向上の目的に対して必ずしも満
足のいくものてはない。

酸化性燃焼気流から被処理物を隔離する方式としては被
処理物自体にコーティングを施したり、セラミック管で
燃焼炎を包み、セラミック管を通しての輻射、伝導を利
用して被処理物を間接的に加熱する方式かとられており
、例えばＵＳＰ　１，８７１，８４８号公報Ｆｉｇ、３
に開示されている。

しかしながら前記ＵＳＰに開示されたような方法ては、
高温下で熱的、機械的強度か問題となり、径が大きくて
長いものは製作か困難である。温度的にはせいぜい１０
００℃以下でしか実用にならず、酸化鉄の還元にしか利
用できない、また、長さはせいぜい２〜３ｍまでであっ
て、燃焼炎を完全に包囲することかできず、被処理物を
燃焼ガス雰囲気から有効に遮断することは困難である。

従って、クロムのように酸素との親和力か強く、燃焼気
流の影響を受は易い金属を含む鉱石の還元処理には不適
当てあった。

〔発明か解決しようとする課題〕

本出願人らは先に処理能力の大きい回転炉において、被
処理物を燃料の燃焼ガスから効果的に遮断できる設備構
造を提供した（特願昭６２−２１９２３２　）。

しかしなから、この設備を使用Ｉノて完全な間接加熱方
式を採用したのでは加熱効率か悪く、燃料原単位か悪い
、また、反応促進のため温度を上げようとすると隔壁へ
の原料のダムリングを生じるのでおのずと限度かある。

本発明は上記外熱式回転炉において燃料原単位を節減し
、かつ処理温度を上げて還元反応を促進させる操業方法
を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

前記の課題を解決するため、上記外熱式回転炉の反応室
中に一定量の酸素を導入し、還元反応によって発生する
一酸化炭素ガスの一部を燃焼させながら加熱する方法を
採用した。

以下図面にもとづいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明で使用する外熱式回転炉の一例について
回転軸に直角な断面を示したものであり、第２図は同じ
く回転軸に平行な断面を示したちのである。

第１図において円筒状の鉄皮ｌの内側に断熱レンガ２を
巻いていくか断熱レンガ２の高さは一様ではなく変化し
、適当な間隔（第１図の例では７枚毎）をおいて支持レ
ンガ３を配置する。支持レンガ３は隔壁となるセラミッ
ク板４を支えるためのものである。このように構成する
ことによりセラミック板４と支持レンガ３とで囲まれた
多面体からなる反応室５か構成され、その外周には断熱
レンガ２と支持レンガ３とセラミック板４とで囲まれた
複数個の加熱用ガス室６が構成される。このように構成
することにより鉄皮１か回転すると、反応室５と加熱用
ガス室６か一体となって回転する。反応室５内の被処理
物は炉体の回転に伴って撹拌されながら、主としてセラ
ミック板４を通して輻射伝熱と伝導伝熱により燃料の燃
焼ガスから遮断されたまま加熱される。

第２図において１回転炉体３０と一体となって回転する
燃焼炉１２には複数個のバーナー１１か配置され、燃焼
室ｌＯて燃料を燃焼させて得た高温ガスは対向する回転
炉体３０の加熱用ガス室６を通過し。

セラミックス製隔壁４を加熱しながら排ガス孔１４より
排ガス室９に集められ、排ガス出口１３より糸外に排出
される。

燃焼炉１２には酸素導入管２０か取付らねでいる。

酸素導入管２０は反応室５内で発生した一酸化炭素ガス
の一部を燃焼させるのに必要な酸素（空気でも良い）を
、反応室５内に導入するためのものである。　−酸化炭
素ガスの燃焼によって発生した二酸化炭素ガスは、反応
室出口端に設けられた排気孔兼製品排出口１６より排気
され、排ガス出口１３より糸外に排出される。二酸化炭
素ガスは被処理物に対して酸化作用を有するから、なる
べく被処理原料との接触を避け１発生と同時に排除する
のが望ましい、これには原料と対向させることなく、第
２図の様に酸素をなるべく反応室５の奥に供給し、原料
の出口側から排気するのが好ましい。

一方、被処理物は原料供給管１９より反応室５に供給さ
れ、転動しながら燃料の燃焼ガスと遮断された状態で加
熱され、燃焼炉の中間に設けられた排気孔兼製品排出口
１６より排出され、製品シュート１７により集められて
取り出される。

今、被処理物が金属の酸化物であり、これを炭素質還元
材を使用して固相還元する場合、次式に従って一酸化炭
素ガス（ＣＯ）が発生する。

ＭＯ＋Ｃ−＋　　Ｍ＋ＣＯ↑・・・・・・・・・・・・
（１）ｍＭＯ＋　　（＋ａ＋ｎ　　）Ｃ−＋Ｍ　　　Ｃ
＋　　ｍｃＯ↑−（２）ｌＩ　　　　ｎ −酸化炭素ガスは３０２０Ｋｃａｌ／　Ｎｍ’の発熱量
を有する可燃性ガスであり、燃料として使用すれば、エ
ネルギーの節約に大きく寄与できる。

従来一般に採用されていた直接加熱方式の回転炉を使用
する場合は、還元によって発生する一酸化炭素ガスは酸
化性ガスと接触して燃焼し、発熱源として寄与しており
、炉から排出される場合はほとんど二酸化炭素となって
いる。

ところが間接加熱式回転炉の場合は、燃料の燃焼室と還
元反応の起こる反応室とか遮断されているため１反応に
よって生成する一酸化炭素ガスは燃焼しないので、高温
を維持するためには余分に燃料を使用しなければならな
い。

反応室５内には反応によって生じた一酸化炭素ガスが存
在し、酸素が供給されれば酸素に見合った量の一酸化炭
素ガスが燃焼して発熱する。

たとえばクロム鉱石を炭素質還元剤を用いて還元する場
合に発生する一酸化炭素ガスの量は、クロム鉱石の品位
や還元の程度によっても異るか、Ｃｒ、０．　：４５％
、ＦｅＯ：２５％の低品位鉱石ではクロム鉱石１トン当
り　２７７Ｎ園３であり、これだけの−酸化炭素ガスを
完全に燃焼させるには１３８　Ｎｍｆｆの酸素を必要と
する０通常冶金用に供されるクロム鉱石を使用した場合
、クロム鉱石１トン当り２５０〜３００ｍ’　Ｎ■３の
一酸化炭素ガスが発生し、完全燃焼させるに要する理論
酸素量は１２５〜１５ＯＮ■３である。

一酸化炭素ガスか燃焼して発生する二酸化炭素ガス（Ｃ
Ｏ，）も、クロムに対して酸化作用をおよぼすので好ま
しくないか、原料面には還元反応により発生するＣｏガ
スがあり、発生するＣｏガスの一部のみを燃焼させるの
て、原料へのＣ０２ガスの影響を最小限にとどめること
ができる。この程度の範囲で一部分の一酸化炭素ガスを
燃焼させるようにすれば、酸化による損失よりも燃料原
単位の低減による効果か大きくなる。酸化を避けるため
に１０〜７０％の燃焼率に抑えておくのか好ましい、　
酸素源としては乾燥した純酸素が最も好ましいが、空気
を使用してもよい。空気を使用する場合は乾燥空気が良
い。空気中に含まれる多量の水蒸気は高温でクロムに対
して酸化作用をおよぼすからである。空気に酸素を富加
しＣ用いることは吹込み空気量を少なく出来るので効果
的な手段である。

る。

反応室内で発生する一酸化炭素ガスを燃焼させてその燃
焼熱を利用すれば、反応室と燃焼室との隔壁の温度を必
要以上に高めなくても被装入物の温度を充分上昇させる
ことかできるのて、少ない燃料原単位でより還元を促進
させることかできる。

（実施例） 以下、発明の実施例を示したさらに詳しく説明する。

第１図および第２図に示した反応装置を使用して、クロ
ム鉱石を還元処理した。使用した炉の仕様は次のように
なっている。

鉄皮内径：１３０Ｏｓｍ、　　　　長さ：　ｌ１ｍ、回
転数　：　０．１２ｐｒ璽、　　バーナー燃料二重油反
応室壁の最高温度：　１４７５°Ｃ１反応室壁のうち１
２００°Ｃ以上の部分の長さニアｍ第１表に示すような
組成を有するクロム鉱石とコークスの粉体（サイズはい
ずれも３ｍｓ以下）を第１表の割合て混合し、原ネ４供
給管１９より反応室５内に装入した。この配合割合は炭
素量か次式に従でクロム鉱石を　１００％還元するため
に必要な量の約　１．２倍とした。

７Ｃｒ２０．ｈ２７ｃ　→２Ｃｒ７Ｃ３＋　２１ＣＯ↑
・−・（：Ｉ）７ＦｅＯ＋ＩＯＣ−Ｆｅ７Ｃ，３＋　　
７ＣＯ↑−−−−−（４）表 （ｗｔ％） （以下余白） 原料は、炉体３０の回転とともに転動され、撹拌されな
がら順次反応室を製品排出孔１６の方へ移動し、その過
程においてセラミック板４からなる隔壁から直接接触に
より、あるいは輻射により加熱されると同時に、−酸化
炭素ガスの燃焼によっても加熱される。転勤による攪拌
作用により粉状のクロム鉱石と炭素質還元材とか強制的
に新たな接触点において接触させられ、温度が１０００
°Ｃ以上になったところで固相同志の間の還元反応か始
まる。

この外熱式回転炉により、１時間当たり鉱石とコークス
との総量５００　ｋｇの原料を処理した。

この時反応が１００％進行した場合、還元反応により発
生する一酸化炭素ガスの量は計算−ｈ　１１ＯＮｍ″／
Ｈである。

このうち５０％の一酸化炭素ガスを燃焼させるのに必要
な空気量、すなわち１：ＩＯＮｍ’／Ｈの乾燥空気を酸
素導入管２０を用いて反応室内に導入した。

還元温度を維持するために従来は２００文／Ｈの重油を
使用していたか、−酸化炭素ガスを燃料として再利用す
ることにより　１６０４１／１１の重油て同し温度か得
られ、燃料原単位の削減効果は大きい。

原料の炉内滞留時間は６．８時間で、このうち原料か１
２００°Ｃ１メ上に加熱されたのは１．９時間であった
。この結果得られた製品の組成を分析すると、鉄につい
ては９６．１％、クロムについては９３．４％の還元率
か得られた。

（効果） 本発明の方法によれば、還元反応によって生成する一酸
化炭素ガスの一部を燃料として利用するのて実質的に直
接加熱方式と同等のエネルギー利用率となり、間接加熱
方式の欠点とされてきた熱効率の悪さが一挙に解消でき
る。また、被処理物の温度をより高めることができるの
て、反応か著しく促進され、操業上の困難さも解消でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で使用する外熱式回転炉の一例について
回転軸に直角な断面を示したものであり、第２図は同じ
く回転軸に平行な断面を示したものである。 １・・・−・・鉄皮 ３・・・・・・支持レンガ ５・・・・・・反応室 １０・・・・・・燃焼室　　　　　ｌ １２・・・・・・燃焼炉 １６・・・・・・排気孔兼製品排出口 １８・・・・・・鏡板　　　　　　１ ２０・・・・・・酸素導入管２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）間接加熱炉中で鉱石と炭素質還元材とを加熱して還
   元する方法において、還元により発生する一酸化炭素ガ
   スを燃焼させるのに要する理論酸素量以下の酸素を反応
   室内に導入し、還元により発生する一酸化炭素ガスの一
   部を燃料として使用することを特徴とする外熱式加熱炉
   の操業方法。 ２）酸素が空気中の酸素であることを特徴とする第１項
   記載の外熱式加熱炉の操業方法。 ３）鉱石がクロム鉱石である第１項又は第２項記載の外
   熱式加熱炉の操業方法。 ４）酸素量が理論量の１０％〜７０％であることを特徴
   とする第１項ないし第３項記載の外熱式加熱炉の操業方
   法。