JPH03177511A - 流動層予備還元炉の操業方法と流動層予備還元炉 - 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、粉鉱石を予備還元する炉の操業方法及び流動
層予備還元炉に関する。

（従来の技術） 従来の高炉による溶銑製造技術に変わるものとして、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無く、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、効に利用するために
、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、高速のガス流速で流動化ガスを炉内に吹き込み、
粉鉱石の予熱、予備還元等を高速で行う形式の循環式流
動層還元炉が知られている。この場合、流動化ガスの速
度が大きくなるに従って、流動層還元炉から外部に飛散
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、炉外循環経路に設けられたサイクロンで排ガスから
分離・捕捉されて、ダウンカマーから流動層還元炉を構
成するライザー内に戻される。

本発明者らはこの循環式流動層還元炉を種々の観点から
研究・開発してきたものであり、その成果を特開昭８２
−２２８８７８号、特開昭６３−１４００１８号、特開
平１−１１１８０８号等の各公報に提案している。

（発明が解決しようとする課題） 流動層還元炉での還元鉱石の生産量と還元率の調整は、
還元ガス量とライザー内の粒子濃度のコントロールで行
う。高生産操業時は、ガス原単位をほぼ一定で操業する
ため、還元ガスが大量に吹き込まれライザー内のガス流
速は高速になる。

一方、還元効率・還元反応速度等からライザー内の粒子
濃度は高濃度が望ましい。

従って、粒子濃度確保にはライザー内のガス流速が早い
ため、大量の粉鉱石をダウンカマーを通して循環する必
要がある。このため、ダウンカマーの粉鉱石レベルを高
くとり、重力推進力を利用した粉鉱石循環量の増加手段
を採用している。

ライザー内の粒子濃度の：Ａ整は、ダウンカマー下部の
キャリアガスの吹き込み量を加減して行う。

一方、通常操業より還元鉱石の生産量を低下させる場合
、還元ガスの吹き込み量が減少するためガス流速が小に
なる。ガス流速が小になるとライザー内での粉鉱石の飛
散量が減るため、ダウンカマー下部からのキャリアガス
の吹き込み量を減少させ、粉鉱石の循環量を抑制する。

これによりライザー内の粒子濃度をコントロールする。

ガス流速が粉鉱石の終末速度近くになると、粉鉱石の飛
散能力が急激に低下するので、粉鉱石循環量を極度に抑
制しなければならない。粉鉱石循環量がライザーでの粉
鉱石飛散量よりも大であると、ライザー内に粉鉱石が滞
積し始め、還元ガスの吹き込み抵抗が増加する。このた
め、粉鉱石の循環流動が不安定になり、ついには操業が
停止する。

このように、この循環流動層では、ダウンカマーからの
粉鉱石循環量の微少コントロールが難しいため、低ガス
流速での安定操業が難しく生産調整範囲が狭いという欠
点がある。

そこで、本発明において解決すべき課題は、流動層予備
還元炉における生産調整範囲を拡大し、操業の柔軟性を
向上させる手段を確立することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、流動層還元炉に外部粒子循環装置を付設した
循環式の流動層予備還元炉において、ダウンカマー内の
鉱石レベルを高砂低レベルのいずれかにセットし、高レ
ベルセット時には、ダウンカマー下部のキャリアガス吹
き込み量を加減することにより、ライザー内の粒子濃度
をコントロールし、低レベルセット時には、ライザー差
圧をコントロールすることによりライザー内の粒子濃度
をコントロールすることを特徴とする流動層予備還元炉
の操業方法である。

さらに本発明は前記操業方法の装置として、ダウンカマ
ーの高さ方向に２箇所以上の鉱石排出口を設け、ダウン
カマーの下部にキャリアガスの供給装置を備え、さらに
ライザーの下部と上部間の差圧を検出する差圧検出器を
備えたことを特徴とする流動層予備還元炉であり、ダウ
ンカマーの高さ方向に高・低レベル計から成る鉱石レベ
ル計を１段以上設け、鉱石排出口を鉱石レベル計より下
に設け、ダウンカマーの下部にキャリアガスの供給装置
を備え、さらにライザーの下部と上部間の差圧検出器を
備えた流動層予備還元炉を含む。

（作　　用） 例えば、ライザー内のガス流速が一定以上の場合、ダウ
ンカマー内の鉱石レベルを高レベルにセットし、そのレ
ベルを維持するように還元鉱石を炉外に排出する。高レ
ベルではダウンカマーからの粉鉱石の大量の切出が可能
であり、ライザー内のガス流速が高速にも関わらず必要
な粒子濃度を確保できる。ダウンカマー下部に吹き込む
キャリアガスの２１整により粒子濃度をコントロールす
る。

ライザー内のガス流速が一定以下の場合、ダウンカマー
内の鉱石レベルを低レベルに下げ、ダウンカマーからの
粉鉱石の９ノ出をキャリアガス−定でコントロールし、
ライザー差圧が一定になるように還元鉱石を炉外に排出
する。この場合、ライザーからの飛散量とダウンカマー
からの切出量とがバランスするように鉱石循環量が自己
バランスし、ダウンカマーの鉱石レベルも自己バランス
する。このダウンカマーの鉱石の切出方法の組み合わせ
により、低ガス流速操業から高ガス流速操業まで操業範
囲が広がる。

（実　施　例） 第１図は、本発明の流動層予備還元炉を示す概略図であ
る。

この予備還元炉は、流動層還元炉本体を構成するライザ
ー１に、サイクロン４とダウンカマー２から構成される
外部粒子循環装置が併設されている。このライザー１と
ダウンカマー２との間は、上部は導入管３とサイクロン
４で連結している。

一方、下部は循環量制御装置５を備えた傾斜ダクトで連
結している。この傾斜ダクトは鉱石多量切出能力に優れ
ている。ダウンカマー２の下部に循環量制御用キャリア
ガスの吹き込みノズルと、キャリアガス（３の流量調節
機構を備えた循環量制御装置５を設けている。

ライザー下部検出端１．５とライザー上部検出端ｌ・６
との圧力差を測定する差圧計１７を設け、この差圧がほ
ぼ一定になるように粉鉱石の循環量を循環量制御装置５
でコントロールする。

原料粉鉱石６は原料供給管７からライザー内に装入され
る。装入された原料粉鉱石６は、ノズル８から吹き込ま
れる高温の還元ガス１４により流動化され、ライザー内
で循環している粉鉱石と混合されながら、大半の粉鉱石
はライザー内１を飛散し還元される。還元ガスとしては
、溶融還元炉（図示せず）で発生したガスも使用できる
。

ライザー内を飛散流動している粉鉱石は、還元ガスの流
れに随伴されて導入管３を経由してサイクロン４に送ら
れる。ここで、固気分離された粉鉱石はダウンカマー２
に沈降する。

ダウンカマー２内の鉱石レベルは、ライザー下部とダウ
ンカマ−２上部との圧力差によるダウンカマー下部から
の還元ガスの吹き抜けを防止するための粉体シールに必
要なレベルで、かつライザー内粒子濃度を保持するため
の重力推進力が得られるレベルにセットされている。還
元鉱石はダウンカマー上部と下部に設けている排出口１
１．１２から排出される。他方、ガスは排気管９から排
ガス１０として系外に排気される。

高生産操業時は、還元ガス量が多量のためライザー内の
ガス流速が大である。このため、ライザー内粒子濃度を
保持するためダウンカマーの鉱石レベルは、ダウンカマ
ー上部のオーバフロータイプの排出口１１で形成する高
レベル１８にセットし、鉱石の多量切出を行う。

この高レベルでのダウンカマーからの鉱石Ａの切出特性
を第２図に示す。

キャリアガスの吹き込み量（図中ダウンカマーのキャリ
アガス流速／粉鉱石の流動開始速度で表示）を増して行
くと、鉱石切出量が増加するが、その増加割合は初め急
増するがその後漸増する指数増加関係にある。このため
、少量切出のコントロールは難しいが、一定以上での切
出量の場合コントロール性は良く多量切出性に優れてい
る。

ガス流速条件・還元率等の変更や微調整のためのライザ
ー内粒子濃度コントロールは、ダウンカマー下部の循環
量制御装置５のキャリアガス量の加減で対応する。ダウ
ンカマー上部の排出口１１をオーバした還元鉱石は炉外
へ排出される。

一方、低生産操業時はダウンカマーの鉱石レベルを低レ
ベル１９にし、還元鉱石をライザー差圧が一定になるよ
うにダウンカマー下部の排出口１２から排出する。ダウ
ンカマー下部の循環量制御装置５のキャリアガス量をほ
ぼ一定にして鉱石を循環させる。この場合、ライザーか
らの飛散量とダウンカマーからの切出量とがバランスす
るように鉱石循環量が自己バランスし、ダウンカマーの
鉱石レベルも自己バランスする。

従って、鉱石はライザーとダウンカマー間を自由循環し
その循環量は流動状態で決まる。これを自由循環という
。排出口１２からの還元鉱石の排出量で、ライザー下部
検出端１５とライザー上邪論出端１６との差圧をコント
ロールする。このときのダウンカマーの鉱石レベルは、
ライザー下部とダウンカマー上部との圧力差で決まる。

つまり粉体シールが形成される。

このときの鉱石切出量は第２図に示すように、高レベル
ではコントロールが難しい少量切出の範囲をカバーして
いる。

操業マツプを第３図に示す。

ダウンカマーの粉鉱石レベルの高・低レベルにおける予
備還元炉の操業域の流動状態を、ライザー内のガス流速
と粒子濃度との関係で表したものである。

流動時の圧力変動が一定値以上を超える範囲を不安定流
動とする。ガス流速が鉱石の終末速度を超えると、ライ
ザー１内を粉鉱石が活発に飛散するようになる。しかし
、高粒子濃度領域が大であると流動時の圧力変動が大き
く流動が不安定である。さらにガス流速を大にすると高
粒子濃度でも安定して流動するようになり、安定流動範
囲が広がる。従って、生産効率と操業性から高ガス流速
・高粒子濃度での操業が望ましい。このため通常操業域
は高ガス流速・高粒子濃度領域にセットする。このため
、通常操業は鉱石の排出口を高レベルにセットする。

生産量が低下すると、還元ガスの吹き込み量が減少しガ
ス流速が小になる。ガス流速が安定流動限界より小にな
ると、高レベルでの操業では粉鉱石の循環量が少なくな
り、循環量コントロールが難しくなり、安定流動が維持
できなくなる。つまり、高レベルでは低循環のコントロ
ールが難しいため低ガス流速領域での安定操業ができな
い。このため、ガス流速が一定以下になるとダウンカマ
ーレベルを下げ操業方性を低レベルの操業に変更する。

低ガス流速領域は、粒子濃度が高濃度になると流動が不
安定になり鉱石循環量も大きく変動する。

前述したように、低レベル操業は鉱石の循環量コントロ
ールが自由循環方式であるため、循環量の変動対応性は
良く、流動が不安定領域でも圧力変動への対応性を設備
上で取れば操業の継続は可能である。低レベルでは、ダ
ウンカマーの鉱石切出に与える重力推進力が小さいため
鉱石の循環ユが少なく、高ガス流速時には粒子濃度を確
保できない。

従って、ダウンカマーの鉱石レベルをガス流速に応じて
高・低の２レベルに変え、かつ鉱石の循環量制御方法を
変えることにより、生産負荷変動への対応性が向上する
。さらに、操業性を高めるためにダウンカマーの鉱石レ
ベルを２段以上にするため、還元鉱石の排出口を多段に
設けることもある。

また、鉱石レベルのセットを第４図に示すように、高レ
ベル計２０（図中Ｈ−Ｌ）と低レベル計２１（図中Ｌ　
−Ｌ）とから成る鉱石レベル計を設けてコントロールす
ることも可能である。

このときは、例えばダウンカマー下部に還元鉱石の排出
口１２を設け、高ガス流速時は鉱石レベルを高レベルに
セットし、高・低レベル計内に鉱石レベルを収めるよう
に排出口１２から鉱石を排出し、差圧計１７の検出差圧
が一定になるように循環量制御装置５でコントロールす
る。

低ガス流速時は循環量制御装置５のキャリアがス量を一
定にコントロールし、鉱石レベルを自由循環で形成され
る自己バランスの鉱石レベルとし、さらに差圧計１７で
検出する差圧を一定にするように鉱石を排出口１２から
排出する。また、低レベルのセットに高・低レベル計の
鉱石レベルを用いても良い。また、鉱石レベル計を多段
に設けても良い。

また、第４図に示すようなダウンカマーとライザー下部
を直結するニューマチックフィダー１ｇ遣２２等も採用
可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明においては、高生産と低生
産時でダウンカマーの鉱石レベルと鉱石の循環量制御方
法を変える。これにより、低ガス流速から高ガス流速ま
での安定した操業が可能になり、生産負荷変動への対応
性が向上する。

本発明には以下の効果があげられる。■生産変動に対す
るフレキシビリティが大である。■通常操業を生産性と
反応性の良い高ガス流速・高粒子濃度領域で行えるため
、生産効率が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の流動層予備還元炉を示す概略説明図
、第２図は循環量制御装置のキャリアガスと鉱石切出量
の関係を示す図表、第３図はガス流速と粒子濃度との関
係で流動状態を示す図表、第４図は、本発明の別の実施
例の流動層予備還元炉を示す概略説明図である。 １：ライザ−２＝ダウンカマー ３：導入管　　　　　　　４：サイクロン５：循環量制
御装置　　　６：原料粉鉱石７　： ９　＝ １１： １３： １５： １７： １９： ２１： ２２： 原料供給管 排気管 排出口 キャリアガス 圧力検出端 差圧計 低レベル 低レベル計 ニューマチックフィ ８：ノズル １０：排ガス １２：排出口 １４：還元ガス １６：圧力検出端 １８：高レベル ２０：高レベル計 ダー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流動層還元炉に外部粒子循環装置を付設した循環式
   の流動層予備還元炉において、ダウンカマー内の鉱石レ
   ベルを高・低レベルのいずれかにセットし、高レベルセ
   ット時には、ダウンカマー下部のキャリアガス吹き込み
   量を加減することによりライザー内の粒子濃度をコント
   ロールし、低レベルセット時には、ライザー差圧をコン
   トロールすることによりライザー内の粒子濃度をコント
   ロールすることを特徴とする流動層予備還元炉の操業方
   法。 ２、請求項１の記載において、ダウンカマーの高さ方向
   に２箇所以上の鉱石排出口を設け、ダウンカマーの下部
   にキャリアガスの供給装置を備え、さらにライザーの下
   部と上部間の差圧を検出する差圧検出器を備えたことを
   特徴とする流動層予備還元炉。 ３、請求項１の記載において、ダウンカマーの高さ方向
   に高・低レベル計から成る鉱石レベル計を１段以上設け
   、鉱石排出口を鉱石レベル計より下に設け、ダウンカマ
   ーの下部にキャリアガスの供給装置を備え、さらにライ
   ザーの下部と上部間の差圧検出器を備えたことを特徴と
   する流動層予備還元炉。