JPH0264390A - 循環型流動層予備還元炉の操業方法 - 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、循環型流動層予備還元炉の操業方法に関し
、とくに流動層予備還元操業ひいては生産性の有利な安
定化を図ったものである。

（従来の技術） 鉄鉱石その他の金属鉱石資源は、塊状のものが減少して
粉状のものが増加する傾向にあるが、現在とくに低品位
鉱石の品位を向上させるべく浮選や磁選等の選鉱が積極
的に進められていることもあって、かかる傾向は今度ま
すます強まるものと考えられる。

ところで近年、上記したような粉状鉱石使用量の増加に
呼応して、粉状鉱石から直接溶融金属を製造するいわゆ
る溶融還元法が開発された。

かような溶融還元法にも種々の型式があるが、発明者ら
は、竪型溶融還元炉と流動層予備還元炉を用いた溶融還
元法の研究、開発に永年にわたって従事しており、これ
までにも数多くの開発成果を報告している。

例えば、特公昭５９−１８４５２号、同５９−１８４５
３号、同６２−５２０７号、特開昭５９−８０７０３号
および同６２−５６５３７号各公報。

ところで従来の溶融還元法における予備還元流動層の型
式はいずれも、バブリング型流動層であるが、かかるバ
ブリング型流動層では、処理鉱石粉の粒径や見掛は密度
で決まる終端速度（粉状鉱石が流動層から飛び出すガス
流速）以下のガス流速で操業しなければならないため、
ガス流速（ガス流量）を上げて生産性の向上を図ろうと
しても、ガス流速が終端速度の面からの制約を受けるた
めに高い生産性を得ることはできなかった。

すなわちバブリング型流動層では、導入できる還元ガス
量に限りがあるために、その還元ガス量によって粉状鉱
石の処理量や還元率が制限されるところに問題を残して
いたのである。

この点、予備還元炉の炉容積を大きくすればある程度鉱
石処理量を増大することはできるけれども、この場合に
は炉容積が増すにつれて設備費や設置面積の増大を招く
不利が加わる。

そこで発明者は先に、上記の問題を解決するものとして
、特願昭６３−１３６６４４号明細書において、「内部
に炭材の充填層又は炭材の充填層及び流動層を形成して
なる竪型溶融還元炉で発生した高温の排ガスを、流動化
還元ガスとして流動層予備還元炉に導入し、該炉に装入
された粉状鉱石を予備還元し、この予備還元鉱石粉を上
記竪型溶融還元炉に設けた羽口から高温の酸素含存ガス
と共に吹き込んで溶融還元する方法において、上記した
高温の排ガスを流動層予備還元炉に導入する場合に、粉
状鉱石又は予備還元鉱石粉の飛び出し速度よりも大きい
速度で導入する一方、流動層予備還元炉から飛び出した
予備還元鉱石粉はサイクロンで捕集し、捕集した鉱石粉
は循環用経路にて該還元炉にもどすことにより予備還元
鉱石粉を循環流動させつつ、順次予備還元鉱石粉をサイ
クロンから流動層予備還元炉までの途次で取出し、高温
の酸素含有ガスと共に竪型溶融還元炉の羽口から炉内に
吹き込むことからなる粉状鉱石の溶融還元法」を提案し
た。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上記の循環型流動層では、予備還元鉱石の
生産量に見合う流動層内の予備還元鉱石粉の滞留量の制
御が、循環経路に設置した循環ガス供給手段による循環
ガス量の制御だけでは必ずしも充分とはいえず、流動層
予備還元炉内にて滞留量の変動すなわち予備還元鉱石粉
の平均滞留時間の変動が生じ、予ｗＩ還元率の低下によ
る生産性に低下や、サイクロン内の粉体レベル低下に起
因した流動化ガスの吹き抜けによるサイクロン集塵効率
の低下など、流動層のみならず溶融還元炉の安定操業に
も支障をきたす場合が見受けられた。

この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、流動
層における予備還元率の低下やサイクロン集塵効率の低
下などを招くことなしに、安定した粒状鉱石の予備還元
を達成できる循環型流動層予備還元炉の操業方法を提案
することを目的とする。

（課題を解決するための手段） まずこの発明の解明経緯について説明する。

さて、バブリング型流動層に限らず循環型流動層におい
ても流動層予備還元炉内の予備還元鉱石粉の滞留量は、
目標とする予備還元率から定まる平均滞留時間一定の条
件下では予備還元炉の生産性を決定する重要な操業管理
項目である。

とくに循環型流動層では流動層から飛び出した鉱石粉を
サイクロンで捕集し、ついでこの捕集鉱石粉をクローズ
ドサーキット・で循環装置によって再び流動層に戻す方
式をとっているため、１）、流動層予備還元炉内の滞留
量を確保し、かつ変動させないこと、 ２）、サイクロン集塵効率を低下させないことが重要と
なる。

発明者らの調査によれば、滞留量の制御は、使用する粉
状鉱石の粒子径や見掛は密度で定まる終端速度が異なる
場合には、単に循環装置の粒子循環ガス量の調整だけで
は不十分で、滞留量が多いときにはある程度循環ガスで
調整できるけれども、循環ガス量を多くしても滞留量を
確保できないときは、流動層内の滞留量で定まる流動層
内の圧力差よりも循環装置とサイクロンとの圧力差を大
きくするすなわち粒子溜め槽の粉体レベルを高くして外
部循環部から流動層への粉粒体の推進力を増加させるこ
とが有効であることが判明した。一方、流動層予備還元
炉の流動化ガスや循環装置の循環ガスがサイクロン下部
へ逆流するとサイクロン集塵効率が極端に悪化し、流動
層や外部循環部の滞留量が凍る。そのため外部循環部に
は粒子溜め槽を設け、還元鉱石粉をある程度溜めて逆流
ガスをシールする粉体のシール高さが必要であり、かか
る粉体のシール高さは、流動層の圧力差すなわち滞留量
および使用する還元鉱石粉のかさ密度を考慮して定める
べきであることがわかった。

そこでこの発明では予め、流動層内の予備還元鉱粉の滞
留量とこの滞留量に見合う安定操業域のサイクロン下部
における粒子溜り槽内の粉体レベルとの相関関係を、予
備還元鉱石粉のかさ密度毎に求めておき、操業全期間に
わたって流動層内の滞留量とそのかさ密度に対応する粒
子溜り槽内の粉体レベルを上記の相関関係にもとづいて
制御することにしたのである。

すなわちこの発明は、竪型溶融還元炉で発生した高温の
排ガスを、流動化還元ガスとして粉状鉱石や予備還元鉱
石粉の飛び出し速度よりも大きい速度で炉内に導入し、
流動層を形成して粉状鉱石を予備還元する流動層予備還
元炉と、この流動層予備還元炉から飛び出した予備還元
鉱石粉を捕集するサイクロンと、このサイクロンの下部
にて、捕集した予備還元鉱石粉を溜める粒子溜り槽と、
この粒子溜り槽内の予備還元鉱石粉を流動層予備還元炉
に戻す循環ガス供給手段を有する循環経路および害予備
還元鉱石粉を竪型溶融還元炉に輸送する輸送経路をそな
える循環型流動層予備還元炉を操業するに当り、予め、
予備還元鉱石粉のかさ密度毎に、安定した炉操業を導く
、流動層予備還元炉内の滞留量と粒子溜り槽内の粉体レ
ベル高さとの相関関係を求めておき、流動層予備還元炉
内の予備還元鉱石粉の滞留量とそのかさ密度に応じて、
粒子溜り槽内の予備還元鉱石粉レベルを、上記の相関関
係を満足するレベルに制御することからなる循環型流動
層予備還元炉の操業方法である。

（作　用） 粉状鉱石を直接使用して溶融金属を製造する竪型溶融還
元炉は、炉下部に高温空気を吹込む複数の上、下２段の
羽口を有し、上段の羽口から粉状鉱石を高温空気を共に
炉内の吹込み、炉内の炭材の充填層や流動層を通過させ
る間に溶融還元する竪型炉と、この竪型炉から排出され
る８００〜１０００°Ｃの高温ガスを流動化還元ガスと
して炉内に導入し、粉状鉱石を循環流動させつつ予備還
元する循環型流動層予備還元炉から成り、上記循環型予
備還元炉は、装入された粉状鉱石を予備還元する流動層
予備還元炉と、この予備還元炉から飛び出した予備還元
粉鉱石粉を捕集するサイクロンとこの捕集した予備還元
鉱粉を上記流動層予備還元炉にもどす循環用ガス供給手
段を有する循環経路すなわち外部循環部を備え、さらに
順次予備還元鉱粉をサイクロンから流動層予備還元炉ま
での途中で取出し、高温の酸素含有空気と共に竪型炉の
上段羽目から炉内に吹込むようになっている。

ここに循環型流動層予備還元炉における生産性は、還元
ガス条件、鉱石銘柄、目標予備還元率から定まる平均滞
留時間が一定の条件のもとでは流動層内の予備還元鉱石
粉の滞留量で一義的に定まる。ところが発明者らの研究
によれば、炉内滞留量は、粉鉱石銘柄による見掛は密度
で定まる終端速度が異なる場合には、単に粒子循環ガス
量のみの制御では不十分であること、そしてさらに流動
層予備還元炉の流動化ガスや粒子循環ガスがサイクロン
下部へ逆流すると、サイクロン集塵効率が極端に悪化し
、流動層や外部循環部の滞留量が減少して操業が不安定
となることが判明した。

この点、外部循環部に粒子溜め槽を設け、該槽内の粉体
レベルを逆流ガスをシールするに必要な高さにしておけ
ば、逆流ガスの発生を効果的に防止できるだけでなく、
炉内滞留量の制御にも極めて有効であることの知見を得
た。

第１図に、流動層予備還元炉内差圧と適正な粒子溜め槽
内の粒体レベル高さとの相関関係を、予備還元鉱石粉の
かさ密度毎に示す。

同図に示したとおり、予備還元炉内差圧すなわち滞留量
に応じて、予備還元鉱石粉のかさ密度を考慮した適正な
粉体シール高さが存在する。

すなわち粒子溜め槽内の粉体シール高さがあまりに高す
ぎると外部循環部から流動層予備還元炉に対する推進力
が大きくなり過ぎるため、粒子循環ガス量に対する循環
量の感度が良くなりすぎてかえって滞留量の制御性が悪
くなる。逆に、粉体シール高さが低いとサイクロンへ流
動化ガスが逆流してサイクロン集塵効率が低下する。

以上の調査結果を踏えて、予備還元鉱石粉のかさ密度毎
に流動層内における滞留量すなわち差圧と、この差圧に
おける安定操業域の粒子溜り槽内の粉体レベルとの相関
関係にもとづき、サイクロン下部の粒子溜り槽内におけ
る粉体シール高さレベルが、流動層予備還元炉内の予備
還元鉱石粉の滞留量とかさ密度に見合うレベルとなるよ
うに粉状鉱石ホッパーから粉状鉱石を装入管を介して粒
子溜り槽内に供給してレベル高さを制御することにより
、粉状鉱石の高生産性の下での予備還元が安定かつ円滑
に実施できるようになったのである。

第２図に、この発明の実施に用いて好適な循環式流動層
予備還元炉を模式で示す。

図中番号ｌは流動層予備還元炉、２は流動化還元ガス、
３は粉状鉱石ホッパーであり、４ａは流動層予備還元炉
経由装入管、４ｂはサイクロンダスト経由装入管、４ｃ
は粒子溜り槽経由装入管である。

また５はサイクロン、６は粒子溜り槽、７は循環装置で
ある。

そして８ａ〜８ｄはそれぞれ流動層予備還元炉Ｉ内の圧
力差を検出する差圧発信器、９８〜９ｅはそれぞれ粒子
溜り槽内における粉体のレベル検出器、１０は粒子循環
ガス、１１は粒子循環ガス１０の制御装置、１２は演算
・制御装置、１３は予備還元鉱石粉の排出装置、Ｉ４は
予備還元鉱石粉の輸送管、１５はフィーダである。なお
１６は竪型溶融還元炉、１７はその羽口である。

さて上記の循環型流動層予備還元炉において、流動層予
備還元炉１内では、竪型溶融還元炉１６から排出される
８００〜１０００°Ｃの高温ガスを流動化還元ガス２と
して炉の下部から炉内に導入すると共に、粉状鉱石をそ
のホッパー３より切り出し予備還元炉経由装入管４ａを
介して同じ（炉内に装入して流動層予備還元を開始する
。予備還元炉１から飛び出した予備還元鉱石粉はサイク
ロン５で捕集されたのち外部循環経路の１部である粒子
溜り槽６に蓄積され、循環装置７の下部より吹込んだ粒
子循環ガス１０で搬送され再び流動層予備還元炉１に循
環供給される。

かような循環型流動層予備還元において、流動層予備還
元炉１では、差圧発信器８で炉内の差圧を検出する一方
、粒子溜り槽６内では粉体レベル検出器９で槽内の粉体
レベルを検出し、それぞれの信号を演算・制御装置１２
に出力する。

この演算・制御装置１２には、予め前掲第１図に示した
ような予備還元鉱石粉のかさ密度毎の流動層予備還元炉
内差圧と適正な粒子溜り槽内粉体レベルとの相関関係が
記憶されていて、上記のようにして予備還元炉内差圧と
粉体レベルとが入力されてきたら、粉体溜り槽６内のレ
ベルが、予備還元鉱石粉のかさ密度と差圧に応じた適正
レベルになるように、フィーダ１５、予備還元鉱石粉の
排出装置１３および粒子循環用ガス制御装置１１に指令
を発して、粉状鉱石のホッパー切出し量や予備還元鉱石
粉の排出量、循環ガス量などを制御するのである。

（実施例） 前掲第２図に示したような循環型流動層予備還元炉と竪
型溶融還元炉を用いて、下記の条件で粉状鉱石の溶融還
元を行った。

ｉ）竪型溶融還元炉 ・炉内径：　１．２　ｒｎ ・羽口数：上、下２段各３本（上下段羽口間隔１．０　
　ｍ　） ｉｉ）循環型流動層予備還元炉 ・流動層予備還元炉内径：０．７ｍ ・粉状鉱石粒径：　０．３　ｍｍ以下 ・予備還元温度：８００〜８５０°Ｃ ・予備還元率：５０〜６０％ ・流動層予備還元炉内における予備還元鉱石粉滞留量；
１．３トン ・予備還元鉱石粉のかさ密度：　１Ｂ００〜２０００ｋ
ｇ／ｍ”・流動層差圧ΔＰ　　：０．４　ｋｇ／ｃｍ２
・粒子溜り槽内の粉体レベル高さ：３．５〜４．Ｏｍ（
第１図から、差圧：　０．４　ｋｇ／ｃｍ２に対応する
レベル高さを決定） ・粉状鉱石装入ｆｆｉ　：　６００〜６５０　ｋｇ／ｈ
・予備還元鉱石粉排出量：４８０〜５３０　ｋｇ／ｈこ
の発明に従い上記の条件下に粉状鉱石を予備還元したと
ころ、１日当り１２トンの予備還元鉱石粉を安定して生
産することができた。

この点、循環ガス量のみの調整による特願昭６３−１３
６６４４号明細書に開示の予備還元法では、生産量は１
０　ｔｏｎ／ｄａｙに止った。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、粉状鉱石の予備還元を高生
産性の下で安定して達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、安定した流動層予備還元を導く、予備還元炉
内差圧と粒子溜り槽内粉体レベルとの関係を示したグラ
フ、 第２図は、この発明の実施に用いて好適な循環型流動層
予備還元炉の模式図である。 １・・・流動層予備還元炉　　２・・・流動化還元ガス
３・・・粉状鉱石ホッパー ４ａ・・・流動層予備還元炉経由装入管４ｂ・・・サイ
クロンダスト経由装入管４ｃ・・・粒子溜り槽経由装入
管 ５・・・サイクロン　　　　　６・・・粒子溜り槽７・
・・循環装置　　　　　　８８〜８ｄ・・・差圧発信器
９ａ〜９ｅ・・・粉体レベル検出器 １０・・・粒子循環ガス １工・・・粒子循環ガス制御装置 １２・・・演算・制御装置 １３・・・予備還元鉱石粉の排出装置 １４・・・予備還元鉱石粉の輸送管 １５・・・フィーダ　　　　　　１６・・・竪型溶融還
元炉１７・・・羽目 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、竪型溶融還元炉で発生した高温の排ガスを、流動化
   還元ガスとして粉状鉱石や予備還元鉱石粉の飛び出し速
   度よりも大きい速度で炉内に導入し、流動層を形成して
   粉状鉱石を予備還元する流動層予備還元炉と、この流動
   層予備還元炉から飛び出した予備還元鉱石粉を捕集する
   サイクロンと、このサイクロンの下部にて、捕集した予
   備還元鉱石粉を溜める粒子溜り槽と、この粒子溜り槽内
   の予備還元鉱石粉を流動層予備還元炉に戻す循環ガス供
   給手段を有する循環経路および該予備還元鉱石粉を竪型
   溶融還元炉に輸送する輸送経路をそなえる循環型流動層
   予備還元炉を操業するに当り、 予め、予備還元鉱石粉のかさ密度毎に、安 定した炉操業を導く、流動層予備還元炉内の滞留量と粒
   子溜り槽内の粉体レベル高さとの相関関係を求めておき
   、 流動層予備還元炉内の予備還元鉱石粉の滞 留量とそのかさ密度に応じて、粒子溜り槽内の予備還元
   鉱石粉レベルを、上記の相関関係を満足するレベルに制
   御することを特徴とする循環型流動層予備還元炉の操業
   方法。