JPH04297515A - 鉄鉱石の溶融還元設備における予備還元炉 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、鉄鉱石の溶融還元設
備における予備還元炉の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄鉱石の溶融還元では、設備を溶融還元
炉と流動層式の予備還元炉とから構成し、溶融還元炉で
発生する排ガスを予備還元炉流動層の流動化、還元ガス
として利用する方法が経済上好ましい。そして、この流
動層としては、技術的完成度が高く、しかも鉱石の予熱
、還元に伴う粉化を抑制できるという点から、バブリン
グ流動層が特に有利である。このような方式の予備還元
炉は、その内部にガス噴出用の多数のノズル孔（ガス通
孔）を有する分散板を備えており、この分散板の上方に
形成される予備還元室に鉄鉱石が装入され、分散板下方
のガス吹込室（風箱）に溶融還元炉からの還元ガスが導
入される。この還元ガスは、分散板のノズル孔を通じて
上方の予備還元室に吹き出され、これにより流動層が形
成され、鉄鉱石の予備還元と予熱がなされる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような予備還元炉
では、還元ガス中に含まれるダストの分散板への付着が
大きな問題となる。すなわち、溶融還元炉から発生する
排ガスには多量のダストが含まれており、このうち１０
μｍ以下の微粒ダストは、多くの場合サイクロン等の除
塵装置では除去できず、このような微粒ダストを含む還
元ガスがそのまま予備還元炉に導入されてしまう。

【０００４】上記ダストはＳやＮａ、Ｋ等のアルカリ化
合物を多く含んでいるため、９００℃を超えるような温
度の還元ガス中では粘着性を持ち、このため予備還元炉
に導入されたダストは分散板下面やノズル孔内面に付着
することになる。特に、ガス吹込室に導入された還元ガ
スはノズル孔を通過する際に縮流され、ノズル孔内のガ
ス流速は極めて高く（流速：約１００ｍ／ｓｅｃ程度）
なるため、ノズル孔内面ではダストが特に強固に付着し
易い。このようなダストによる付着物は次第に成長し、
遂には還元ガスの円滑な流れを妨げ、適正な流動層を形
成できなくなる。図１０はこのような状況を示すもので
、１は流動層、２は分散板、３は分散板下方のガス吹込
室、４は付着、成長したダストである。本発明は、この
ような従来の問題に鑑みなされたもので、分散板に対す
るダストの付着を効果的に防止することできる予備還元
炉の提供をその目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、次の
ような構成を有する。 （１）　　流動層式の予備還元炉において、分散板を、
内部に冷却用流体を通すための流路が形成された金属製
の厚板と、該厚板の上部に設けられる耐火物層と、厚板
の下面に断熱材層を介して設けられる金属板とから構成
し、該分散板に多数のノズル孔を貫設した鉄鉱石の溶融
還元設備における予備還元炉。 （２）　　流動層式の予備還元炉において、分散板を、
内部に冷却用流体を通すための流路が形成された金属製
の厚板と、該厚板の上部に設けられる耐火物層と、厚板
の下面に断熱材層を介して設けられる金属板とから構成
し、該分散板に多数のノズル孔を貫設し、分散板の下方
には、少なくとも２本のガス噴出管を水平移動可能に設
けた鉄鉱石の溶融還元設備における予備還元炉。

【０００６】以上の構成において、耐火物層のノズル孔
部分は上向きに拡径させることが好ましく、また、この
孔部分のテ−パ角度は１０〜４５°が好ましい。厚板下
部に設けられる断熱材層は、１０００℃程度の高温でも
劣化しない材質が好ましく、例えば、セラミック、石綿
、グラスウ−ル等で構成される。

【０００７】

【作用】厚板内部の流路に水、冷却ガス等の冷却流体を
流す。本発明の基本的作用は、このような冷却流体によ
り分散板（特に、分散板下面およびノズル孔内面）の温
度が低下し、これらの面に還元ガス中のダストが付着し
ても急速に固化し、容易に剥離する状態になるという点
にある。

【０００８】分散板の冷却を強化すると、これを通過す
る還元ガスの温度を大きく低下させ、予備還元炉流動層
の機能を低下させてしまうという問題がある。分散板各
部のダスト付着性に関して言えば、ノズル孔内部は、ガ
ス流速が１００ｍ／秒以上であるため、付着物が成長し
にくい反面、一旦付着するとその組織は強固である。ま
た、ダストがこの部分に付着すると還元ガスの流れに大
きく影響するため好ましくない。したがって、ノズル孔
の内面はある程度表面温度を低くし、付着物の成長を抑
制することが好ましい。これに対し、分散板下面につい
ては、ガス流速が１０ｍ／秒以下でその付着物は強固で
はなく、比較的除去し易い。したがって、この部分では
、冷却はノズル孔内部ほど強化する必要はなく、むしろ
、ガスからの抜熱量を抑制しつつ冷却を行う方がよい。 また、分散板の上面やノズル孔の出口では、ダストが付
着しても流動化した鉱石粒子の激しい運動により簡単に
剥離することから、ノズル孔内部や分散板下面に較べて
ダスト付着のおそれは少なく、むしろ鉱石粒子の接触に
よる摩耗が問題となる。

【０００９】そこで、本発明では、分散板本体を内部に
冷却流体が流通する金属製の厚板で構成し、冷却流体の
作用でノズル孔内面を比較的強度に冷却し、一方、分散
板下面については、断熱材層を介して金属板を設けるこ
とにより、還元ガスの温度低下を招くような過度の冷却
を抑制し、さらに、ダスト付着があまり問題とならない
分散板上面を耐火物層とすることにより流動層からの抜
熱を抑制し、しかも分散板上面の摩耗も防止できるよう
にしたものである。

【００１０】通常、予備還元炉内に導入される還元ガス
の温度は１０００〜１２００℃程度であるが、ダストが
最も強固に付着するノズル孔内面は、その表面温度が５
００℃程度に冷却され、これによりダストは容易に剥離
可能な状態となる。また、分散板下面は、断熱材層の作
用により、ダスト付着の限界温度である８５０℃前後に
冷却される。

【００１１】また、分散板の上部は耐火物層により構成
されているので、分散板上面からの抜熱による流動層内
部の温度低下が防止されるとともに、流動する鉱石粒子
の接触による分散板上面の摩耗も適切に防止される。な
お、分散板の冷却により、ノズル孔内を通過する還元ガ
スの温度が低下するという問題が考えられる。しかし、
分散板は剛性のある金属製の厚板を有し、しかも内部の
冷却用流体により冷却されることから、大きな強度を有
している。したがって、分散板はその厚さを小さくする
ことが可能であり、これによってノズル孔を通過する還
元ガスとノズル孔内面との接触面積を小さくでき、ガス
の温度低下を適切に防止できる。

【００１２】また、分散板の下方にガス噴出管を備えた
上記（２）の構成によれば、仮に分散板下面やノズル孔
の入口にダストが付着しても、ガス噴出管から適宜ガス
を噴出させることにより、ダストを容易に剥離させるこ
とができる。特に、本発明ではダストが分散板下面等に
付着しても、分散板の冷却により容易に剥離できる状態
にあり、したがって、ガス噴出管からのガスの吹き付け
により、付着したダストは容易に除去される。ガス噴出
管は、常時は炉外に後退させておき、適宜炉内に進入さ
せ、分散板下面に向けてガス吹き付けを行う。このガス
としては窒素ガス等の不活性ガスが用いられる。

【００１３】さらに、冷却流体による冷却作用が及びに
くい耐火物層内のノズル孔部分については、上向きに拡
径した構造とすることにより、その内部に流動層の鉱石
粒子を浸入させ、その流動化作用によりダストの付着を
防止することができる。

【００１４】

【実施例】図１ないし図３は本発明の一実施例を示すも
ので、５は予備還元炉本体、８は炉内部を仕切る分散板
であり、この分散板８の上部が予備還元室６を、また、
下部がガス吹込室７をそれぞれ構成している。このガス
吹込室７にはガス吹込口９が設けられ、これに溶融還元
炉からのガス導管１０が接続されている。

【００１５】前記分散板８は、内部に冷却流体用の流路
１４が形成された剛性のある金属製の厚板１１と、この
厚板の上部に設けられる耐火物層１２と、厚板の下面に
断熱材層３２を介して設けられる金属板３１とから構成
されている。前記厚板１１内部に設けられる前記流路１
４は、厚板１１の上部側に溝を設け、この溝の上部を板
体で閉塞することにより構成されている。

【００１６】前記断熱材層３２は、１０００℃程度の高
温でも劣化しないセラミック、石綿、グラスウ−ル等で
構成される。この断熱材層３２の厚さは、金属板３１に
より構成される分散板下面の温度を左右するため、測定
された熱伝導度に基づき伝熱計算を行なってこれを決定
する。また、この断熱材層３２とその下部の金属板３１
は、ボルト、鋲、耐高温性の接着剤等の適宜な手段によ
り厚板１１に固着される。図４は、その一構造例を示す
もので、金属板３１を厚板１１と間で断熱材層を挟むよ
うにして配置し、溶接により厚板１１に接合したもので
ある。なお、分散板の下面を直接セラミック等とはせず
、その下部にさらに金属板３１を設けたのは、ダストの
付着を防止するには分散板下面の表面性状ができるだけ
平滑であることが好ましいからである。

【００１７】分散板８には、多数のノズル孔１３が上下
方向に貫設されている。この各ノズル孔１３は、耐火物
層１２のノズル孔部分１３０が上向きに拡径している。 なお、この拡径したノズル孔部分１３０の内面のテ−パ
角度αは、流動化した鉱石粒子がノズル孔内部に浸入で
きる程度の任意の大きさに構成されるが、通常１０〜４
５°程度が好ましい。

【００１８】分散板８を構成する厚板１１には、前記流
路１４に通じる冷却用流体の導入口と排出口（図示せず
）とが、それぞれ設けられている。分散板８の中央部に
は鉱石の排出孔１５が設けられ、この排出孔１５に抜出
管１６が接続されている。分散板８を構成する厚板１１
は通常鋳物等で作られるが、その内部構造には特に限定
はない。

【００１９】図５は、厚板１１の内部構造の一例を示す
もので、厚板１１の内部には多数の流路１４が並列的に
設けられ、これら流路１４の両端はヘッダ部１７、１８
に連通している。これらのヘッダ部１７、１８には、そ
れぞれ冷却用流体の導入口１９と排出口２０とが設けら
れ、これらに冷却用流体の導入管２１と排出管２２が接
続されている。そして、各流路１４間にノズル孔１３が
貫設されている。なお本発明は、図１に示すような上面
が中心向かってコ−ン状に傾斜している分散板に限らず
、上面が平面状である分散板等についても適用できる。

【００２０】図６および図７は、それぞれ鉱石の排出孔
１５が分散板８ａの側方に設けられた構造例を示すもの
で、このうち図６に示すものは、分散板８ａの上面が前
記排出孔１５に向けて下向きに傾斜した構造のもの、ま
た、図７に示すものは、分散板８ａの上面が水平状とな
っている構造のものである。なお、その他の構成は図１
に示すものと同様であり、同一の符号を付して、その説
明は省略する。

【００２１】図８および図９は、分散板の下方にガス噴
出管を設ける場合の一実施例を示すもので、分散板の構
成は、図１に示すものと同様であるので、その説明は省
略する。分散板８の下方には、抜出管１６を挾むように
して２本のガス噴出管２３が水平移動可能に設けられて
いる。このガス噴出管２３には、分散板の下面方向に向
いた複数のガス噴出口２４が設けられている。炉本体５
には、その側壁を貫通する鞘管２５が設けられ、ガス噴
出管２３はこの鞘管２５を通じてガス吹込室７内に出没
可能である。ガス噴出管２３を水平移動させるために、
炉体の外部に駆動機構２６が設けられている。この駆動
機構２６は、例えば、往復移動するチェ−ン等からなっ
ており、ガス噴出管２３の炉外部に突出した部分にこの
チェ−ンが係止されている。したがって、このチェ−ン
の往復運動により、ガス噴出管２３は鞘管２５を通じて
ガス吹込室７内に出没することができる。

【００２２】ガス噴出管２３の炉外に突出した後端には
ガス吹込管２７が接続され、このガス吹込管２７には、
ガス供給源２８からの導管２９が接続されている。図中
３０は、導管２９の途中に設けられるバルブである。な
お、ガス噴出管２３は図示しない駆動機構によりその軸
線を中心として回転できるようにしてもよい。また、こ
のガス噴出管は、図６や図７に示すような分散板を備え
た炉についても適用できることは言うまでもない。

【００２３】なお、上記実施例にも示されるように、分
散板の厚板１１は１枚の板体から構成できるため、パイ
プと板を組み合わせた同様の冷却機能を有する構造体に
較べ、製作が非常に容易であるという利点がある。分散
板は高温下に置かれるため、パイプと板等からなる構造
体では、接合部の設計、製作が非常に難しいという問題
があるが、本発明の構造ではそのような問題はない。

【００２４】次に、上記各実施例の作用について説明す
る。導入口から分散板８、８ａの厚板１１内に導入され
た水等の冷却用流体は、複数の流路１４を流れ排出口か
ら排出される。この冷却用流体により分散板下面および
ノズル孔１３（主として厚板側のノズル孔部分）の内面
の温度が低下し、これらの面に還元ガス中の粘着性のダ
ストが付着しても急速に固化し、ガス流等により容易に
剥離することになる。但し、分散板８、８ａの下面につ
いては、断熱材層３２を介して金属板３１が設けられて
いるため、その過冷却が防止され、還元ガスの温度低下
が適正に抑制される。

【００２５】また、分散板８、８ａの上部は耐火物層１
２により構成されているため、分散板上面からの抜熱に
よる流動層内部の温度低下が防止され、しかも、流動す
る鉱石粒子の接触による分散板上面の摩耗も適切に防止
される。また、耐火物層１２内のノズル孔部分１３０の
内面には上記冷却流体による冷却作用が及びにくいが、
このノズル孔部分１３０は上向きに拡径しているため、
その内部に流動層の鉱石粒子が浸入し、その流動化作用
によりダストの付着が防止される。

【００２６】また、図８および図９に示す実施例では、
仮に分散板下面やノズル孔の入口にダストが付着しても
、ガス噴出管２３から適宜ガスを噴出させることにより
、ダストを容易に剥離させることができる。ガス噴出管
２３は、常時は炉外に後退させておき、駆動機構２６に
より適宜ガス吹込室７内に進入させ、分散板８の下面に
向けてガスを噴出させる。なお、従来の耐火物製の分散
板は、一般に７００ｍｍ程度の厚さを有しているが、上
述したような本発明の分散板は、厚板１１が金属製の剛
性のある材料で構成され、しかも冷却流体により冷却さ
れることから大きな強度を有しており、このため２００
ｍｍ程度の厚さとすることができる。したがって、ノズ
ル孔を通過する還元ガスとノズル孔内面との接触面積は
、従来の耐火物製の分散板に較べて非常に小さく、この
ためノズル孔を通過する際の還元ガスの温度低下はほと
んど問題とならない。

【００２７】

【発明の効果】以上述べた本発明によれば、還元ガスの
温度低下を適正に抑制しつつ、分散板下面やノズル孔内
でのダストの付着が効果的に防止されるため、還元ガス
の流動層内への吹き込みを安定して行わせることができ
る。また、分散板上面からの抜熱による流動層内部の温
度低下を防止できるとともに、流動する鉱石粒子の接触
による分散板上面の摩耗も適切に防止でき、鉄鉱石の予
備還元をより合理的に実施できる。また、分散板下方に
ガス噴出管を有する構造では、仮に分散板下面やノズル
孔の入口にダストが付着しても、ガス噴出管からのガス
の噴出によりダストを容易に剥離させることができる。 特に本発明では、ダストが分散板下面等に付着しても、
分散板の冷却により容易に剥離できる状態にあることか
ら、上記ガスの吹き付けによりダストを容易に除去する
ことができ、ダスト付着による問題をより確実に防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す縦断面図

【図２】図１
に示す分散板の縦断面図

【図３】図１に示す分散板の部分拡大縦断面図

【図４】
分散板を構成する厚板とその下部に設けられる断熱材層
及び金属板との接合構造の一例を示す部分拡大縦断面図

【図５】厚板の内部構造の一例を示す水平断面図

【図６
】本発明の他の実施例を示す縦断面図

【図７】本発明の
他の実施例を示す縦断面図

【図８】本発明の他の実施例
を示す縦断面図

【図９】図８中Ａ−Ａ線に沿う断面図

【図１０】従来の予備還元炉におけるダストの付着状況
を示す説明図

【符号の説明】

５…炉本体、６…予備還元室、７…ガス吹込室、８、８
ａ…分散板、１１…厚板、１２…耐火物層、１３…ノズ
ル孔、１４…流路、１５…排出孔、１６…抜出管、２３
…ガス噴出管、２４…ガス噴出口、３１…金属板、３２
…断熱材層、１３０…ノズル孔部分

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　流動層式の予備還元炉において、分散
   板を、内部に冷却用流体を通すための流路が形成された
   金属製の厚板と、該厚板の上部に設けられる耐火物層と
   、厚板の下面に断熱材層を介して設けられる金属板とか
   ら構成し、該分散板に多数のノズル孔を貫設したことを
   特徴とする鉄鉱石の溶融還元設備における予備還元炉。
2. 【請求項２】　　流動層式の予備還元炉において、分散
   板を、内部に冷却用流体を通すための流路が形成された
   金属製の厚板と、該厚板の上部に設けられる耐火物層と
   、厚板の下面に断熱材層を介して設けられる金属板とか
   ら構成し、該分散板に多数のノズル孔を貫設し、分散板
   の下方には、少なくとも２本のガス噴出管を水平移動可
   能に設けたことを特徴とする鉄鉱石の溶融還元設備にお
   ける予備還元炉。
3. 【請求項３】　　耐火物層のノズル孔部分が上向きに拡
   径していることを特徴とする請求項１または２に記載の
   鉄鉱石の溶融還元設備における予備還元炉。