JPH04301026A - 流動層還元炉のテーパ型ノズル構造 - 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】本発明は、流動層還元炉を用いて
鉄鉱石を還元する設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の高炉による溶銑製造技術に替わる
ものとして、溶融還元法が注目を浴びている。この方法
は、粉鉱石の使用、一般炭の使用、コークス工程の省略
等により溶銑を安価に製造することを目的に開発されて
いる。また、溶融還元炉で発生した排ガスの還元力およ
び熱を有効に利用するために、流動ガスとして流動層還
元炉に供給して原料鉱石を予熱、予備還元する方法等も
開発されている。

【０００３】かかる流動層還元炉自体は、特開昭６２−
２６９２８３号公報、特開平１−１１１８０７号公報に
開示されているところであり、側部に粉鉱石投入部と底
面の全面にノズルを設けた流動用ガス導入部とを設けた
流動層（ライザー）と、その外側にサイクロンを介して
粉体を循環するための粉体循環流動部（ダウンカマー）
とからなる。

【０００４】流動層還元炉に、粉状鉄鉱石の流動と還元
のために溶融還元炉から導入されるガスは、高温で且つ
多量の金属分を含むヒュームやダストを含有する還元性
ガスである。そのために、導入ガスは吹き込みノズル内
で渦巻き流を生じる箇所でガスが滞留し、それが冷却さ
れて、導入ガス中の固体含有物がノズル内壁に析出、付
着して還元ガスの通気断面を狭め、ガスの通気抵抗が大
となりガスの通気圧力損失が大になる。このため、溶融
還元炉からの還元ガスの流入が阻害され、溶融還元炉本
体の炉圧上昇や溶融還元炉から流動層還元炉間の煙道の
ガス圧力上昇を招き、溶融還元炉の操業が不安定になり
、且つ還元ガスの漏洩が激しくなるトラブルが生じる。 また、複数本の還元ガス供給ノズルに対してダスト等の
付着物が一様に付かずムラが生じるため、ノズルの通気
抵抗が異なるようになる。したがって、流動層還元炉へ
の還元ガスの吹き込みが偏り、流動層底部での還元ガス
の分散性が悪化し、粉鉄鉱石の流動が不均一となる。こ
のため、粉鉄鉱石と還元ガスとの接触効率が悪く、還元
効率、生産性の低下を招いていた。

【０００５】また、ノズル孔の閉塞による流動層還元装
置自体の機能を停止させる場合がある。

【０００６】このノズル内壁の付着物により発生する問
題を回避するための手段として、例えば、ノズル装置全
体を冷却して、付着物とノズル装置基体とに温度差を与
えて付着物のノズル内壁からの剥離を促進せしめるもの
がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、付着面の冷
却は溶融還元炉からのガス自体を冷却することになり、
ガス温度の低下は還元反応速度の低下や熱効率の低下を
もたらす。

【０００８】本発明において解決すべき課題は、還元ガ
ス吹き込みノズルの基本構造を何ら変更することなく、
付着物の析出を最小限に抑えることができるノズル構造
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ノズル孔の断
面積をガス入口からガス吐出口に向かって漸次縮小した
テーパを形成したことを特徴とする。

【００１０】このガス入口に対するガス吐出口の絞りの
程度は、ノズルへ導入される還元ガスのガス圧にもよる
が、通常２０％程度であればよく、この絞りは直線状の
テーパでも良く、あるいは円弧状の絞り状態のものであ
っても良い。

【００１１】さらに、ガス入口あるいは吐出口のように
、導入ガスが乱流を生じる箇所に水冷ジャケットのよう
に局部冷却機構を設けることによって、部分的に多く形
成される付着物の剥離を促進させることも可能である。

【００１２】

【作用】ノズル孔への付着物の形成は、循環供給される
溶融還元炉からのガス中に含有するアルカリ金属による
低溶融点化や酸化物の還元による粘着性の増大等による
化学的な現象による場合と、還元ガスの流れ状態、還元
ガスとノズル内壁との衝突角度、さらにはノズル内面の
表面状態等の物理的な理由によることが解明されている
。

【００１３】この物理的な理由の中で還元ガスの流れ状
態によるものは、ノズル内面と接する部分の流速の低下
とその部分の渦流増加が付着を促進するものであるとい
う解析結果から、本発明においては先端部分に向かって
内壁断面を絞るようにしたものである。その絞りは、ノ
ズル孔内を通過する還元ガスの流速を加速することにな
り、これによってノズル内壁面でのガス流速も増大しさ
らにノズル内面付近の渦巻き状のガス流れが整流化され
る。これにより、ノズル内面近傍での付着物の析出を抑
制し、且つガス流れがノズル内壁面へ押し付けられるこ
とから、ノズル内壁面に付着しかかっている付着物を剥
離して、付着物の形成を減少させる。

【００１４】

【実施例】図１は溶融還元炉の循環流動層還元装置に本
発明のノズル装置を適用した例を示す図であり、図２は
ノズル装置部分の拡大断面図である。

【００１５】図１において、循環流動層還元装置２０は
鉱石導入管２１と還元鉱石排出管２２を有するライザー
２３と、サイクロン２４とダウンカマー２５とから構成
される外部粒子循環装置２６とからなり、それぞれライ
ザー２３と外部粒子循環装置２６とは上部においては導
入管２７によって、下部は連結管２８で連結されている
。２９はライザー２３の不活性のキャリアガスの導入管
であって、同導入管２９からのキャリアガスは、一旦キ
ャリアガスヘッダー３０に導入され、そこからキャップ
ノズル３１からライザー２３内に噴出される。図示され
ない溶融還元炉から、還元ガス導入管３２によってライ
ザー２３内に導入される還元ガスは、底板３３の下方に
位置する還元ガスヘッダー３４から、本発明に係るノズ
ル装置１０を経てライザー２３内に導入される。

【００１６】ノズル装置１０は、ライザー２３内とキャ
リアガスヘッダー３０を隔てたノズル支持板３５と、キ
ャリアガスヘッダー３０と還元ガスヘッダー３４を隔て
た底板３３とに一体的に取付けられている。

【００１７】図２において、１はコバルト基耐熱合金で
形成されたノズル本体であって、還元ガス入口２に対し
て、吐出口３は絞られた形状をなし、その断面積ａとｂ
との比ａ／ｂは、略１．２５の直線テーパーをなしてい
る。

【００１８】還元ガス入口２の形状は丸みのある曲線状
になっている。図３に別の使用例を示すが、ノズル本体
１の下端部にはリング状の水冷ジャケットからなる局部
冷却装置４が取付けられている。

【００１９】図４は、図１に示す装置に本発明のノズル
装置１０を適用して、５ｇ／Ｎｍ３　の金属ヒューム混
じりのダストを含有する１２００℃の還元ガスを２ｋｇ
／ｃｍ２　の圧力下で、１００ｍ／ｓｅｃのノズル流速
で送入したときのノズル絞り比と付着物形成状態を示す
。

【００２０】円筒状ノズルの場合、付着物の厚みが１７
μｍ／ｈの付着速度で１ケ月間に約十数ｍｍの厚みに成
長する。これは平均的な付着速度であり、還元ガスノズ
ルを複数本設置しているため、ガスの偏流が激しい場合
は、付着速度がこの数倍になる個所もある。

【００２１】入口と吐出口の断面積ａ／ｂを大きくして
いくと、すなわち絞り比が大きくなるにつれて、ノズル
内壁面へのダストの付着速度は減少する。しかし、ａ／
ｂが約１．２程度から付着速度の減少量が小さくなる。 ａ／ｂを１．２５程度まで絞り込むと付着速度は約１／
１０程度に減少し、実用上支障がない。一方、ノズル間
のガス偏流が生じる場合は、ａ／ｂを更に大きくしてや
ればその効果は大きくなる。

【００２２】また、図３に示した局部冷却装置付きのノ
ズルの場合も、付着形成量が減少することについては同
様の効果を奏する。

【００２３】

【発明の効果】本発明によって、以下の効果を奏する。

【００２４】（１）ノズル孔内壁への付着量が減少し、
流動層還元装置の安定操業が可能となる。

【００２５】（２）複数個のノズルからの還元ガス吹込
み量が均一化し、粉鉄鉱石が均一流動し、固気接触が良
好で、還元効率が高く生産性が高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】循環流動層還元装置に本発明のノズル装置を適
用した例を示す図である。

【図２】図１のノズル装置部分の拡大断面図である。

【図３】ノズル装置の他の実施例を示す図である。

【図４】本発明の効果を説明する図である。

【符号の説明】

１　　ノズル本体 ２　　還元ガス入口 ３　　吐出口 ４　　局部冷却装置 １０　　ノズル装置 ２０　　循環流動層還元装置 ２１　　鉱石導入管 ２２　　還元鉱石排出管 ２３　　ライザー ２４　　サイクロン ２５　　ダウンカマー ２６　　外部粒子循環装置 ２７　　導入管 ２８　　連結管 ２９　　キャリアガスの導入管 ３０　　キャリアガスヘッダー ３１　　キャップノズル ３２　　還元ガス導入管 ３３　　底板 ３４　　還元ガスヘッダー ３５　　ノズル支持板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　流動層還元炉の還元ガス供給ノズル構
   造において、前記流動層還元炉の底部構造に還元ガスノ
   ズルを複数本配設し、該還元ガス供給ノズル孔の断面積
   をガス導入口からガス吐出口に向かって漸次縮小した内
   面形状を有することを特徴とする流動層還元炉のノズル
   構造。