JPH0637657B2 - 粉状鉄鉱石の循環流動層予備還元方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、粉状鉱石の循環型流動層予備還元方法に関
し、とくに、流動層予備還元操業ひいては生産性の安定
化を図る方法に関するものである。

＜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形式があるが、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59-18453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け密度
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してい
たのである。

この、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と
ころに問題があった。

そこで発明者らは先に、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有ガスと共に吹
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。

しかしながら、上記の循環流動層においては流動層内の
ガス流速がバブリング型流動層よりも速いために鉱石粒
子間や炉内耐火物との衝突、摩耗または鉱石自体の熱割
れ等によって鉱石の細粒化が進み、鉱石の還元率が高く
なるほどサイクロン、粒子溜り槽、粒子循環装置からな
る外部循環部で鉱石の固着、焼結が発生し、長期間操業
において粒子循環が不安定となり、循環流動層の操業安
定性と生産性確保に支障をきたすという新たな問題が生
じた。

従来の技術ではこの固着、焼結の防止については充分な
検討がなされていなかった。

＜発明が解決しようとする課題＞ 上記の循環流動層では予備還元鉱石粉の還元率、還元に
ともなう鉱石粉の細粒化の程度によっては粒子溜り槽の
内壁に予備還元鉱石粉が固着し、ひいては固着物が時間
経過とともに成長し、粒子溜り槽内容積の縮小や粒子循
環経路の閉塞が発生し鉱石粒子循環の不安定が生じた。

従って長期間の操業では、予備還元鉱石粉の循環が困難
となり、従来の循環流動層操業技術によっては必要な予
備還元率が得られず生産性も確保できないという重大な
問題が生じた。そこで本発明は、上記問題を解決し、予
備還元鉱石粉の固定、焼結を防止し、操業の安定化を果
せる技術を提供するためになされたものである。

＜課題を決するための手段＞ 本発明は、粉状鉄鉱石を、流動層予備還元炉、還元鉄鉱
石粉を捕集するサイクロン、サイクロンの下部に連接す
る粒子溜り槽、粒子溜り槽内の還元鉄鉱石粉を流動層還
元炉に戻す循環経路よりなる循環流動層予備還元する方
法において、該流動層予備還元炉内、粒子溜り槽内およ
び循環経路内の温度を測定し、これらの温度偏差に応じ
て、粒子溜り槽内へ供給する不活性ガスまたは／および
非粘結性物質の供給量を制御することを特徴とする粉状
鉄鉱石の循環流動層予備還元方法である。

＜作用＞ 本発明者らは、種々の実験から粉鉱石の流動層還元およ
び粉体輸送の経路における還元鉱石粉の付着、焼結の度
合は、粒子の接触面積に比例し、粒子の運動量に反比例
することを見出した。

一方、循環流動層においては流動層内のガス流速が通常
のバブリング型流動層よりも速いため鉱石同士の摩耗に
よる細粒化が進み微粉鉱石で還元が進行するので、焼結
しやすくなる。

そこで、循環流動層の粒子溜り槽と循環経路における還
元鉱石粉の固着、焼結度合と粒子溜り槽の円周方向、高
さ方向と循環経路の温度との関係を調べた結果、還元鉱
石粉の固着、焼結の進行した個所ほど温度が低下して温
度偏差が生じ、また、還元鉱石粉が充填してある粒子溜
り槽では粒子層密度も高く粒子運動量も少ないため凝集
し固結しやすいことが判明した。

それを防止するには粒子溜りに槽Ｎ_２等の不活性ガス
を導入し還元鉱石粉の運動量を活発にすること、焼結
防止剤として非粘結性物質である炭材、フラックス等の
装入が有効な手段であること、を見い出した。そのた
め、循環流動層の操業と生産性を安定するには粒子溜り
槽内の円周方向と高さ方向、および循環経路の温度を検
出し、該温度偏差に応じて粒子溜り槽への不活性ガス量
と非粘結性物質量を制御し循環流動層予備還元すること
が効果的であることが判明した。

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が一定の条件のも
とでは、予備還元炉の生産性を決定する重要な操業管理
項目となる。

また、循環流動層では流動層から飛び出した還元鉱石粉
をサイクロンで捕集し、クローズドサーキットで粒子循
環装置を介して再び流動層に戻す方式をとっているた
め、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、サイクロンの集塵効率を低下させない
こと、が重要となる。

一方、循環流動層においては該流動層内のガス流速がバ
ブリング型流動層よりも速いため鉱石粒子間や炉内耐火
物との衝突、摩耗により細粒化が進み、鉱石還元率が高
くなるほどサイクロン、粒子溜り槽、粒子循環装置から
なる粒子循環経路すなわち外部循環部で固着、焼結が発
生、成長し、特に粒子溜り槽の有効容積の縮小や粒子溜
り槽出側斜管部の閉塞が起こり、粒子循環や流動層での
還元鉱石粉の滞留量確保も困難になるという新たな問題
が生じた。

一方、発明者らは種々の研究によって、還元鉱石粉の
固着、焼結性は粒子の接触面積に比例し、粒子の運動量
に反比例すること、粒子の固着、焼結が生じその合度
合が進行した個所など温度低下が顕著になり他の温度に
比較し温度偏差を生じること、を見い出した。

第２図には粒子溜り槽の温度偏差と還元鉱石付着層厚さ
との関係を示す。粒子溜り槽温度偏差が大きくなるとと
もに、鉱石循環経路である粒子溜り槽内部や粒子溜り槽
出側斜管部の壁部に細粒化した還元鉱石の固着、焼結が
発生し、還元鉱石の付着層が急激に成長することがわか
り、粒子溜り槽円周、高さ方向や粒子溜り槽出側の温度
偏差の検知が固着、焼結の状態を判明する上で有効であ
ることがわかった。

また、第３図には還元鉱石粒子径と粒子溜り槽（温度：
600〜850℃）内のＮ_２等の不活性ガス流速の適正なガス
流速の関係を示す。粒子径と粒子溜り槽の温度偏差に応
じて適正なガス流速を選定すれば、粒子溜り槽で鉱石粒
子が流動化することによって粒子運動が活発になり鉱石
間の付着が緩和され、粒子溜り槽での固着防止に効果が
ある。

また、第４図には還元鉱石粒子径と適正な非粘結性物質
配合率との関係を示す。還元鉱石粒子径が小さく、温度
偏差が大きいほど非粘結性物質である焼結防止剤配合率
を増加することが固着、焼結防止に効果があることが判
明した。

以上の調査結果から明らかなように、循環流動層予備還
元炉の操業においては、粒子溜り槽内の円周、高さ方向
および循環経路の予備還元鉱石粉の温度を検出し、その
温度偏差に応じて、粒子溜り槽内への不活性ガス量と非
粘結性物質量を制御することによって、鉱石粒子循環経
路の固着、焼結が防止でき、円滑な循環流動層予備還元
炉操業ならびに生産性の安定を実現できる。

＜実施例＞ 第１図の循環流動層予備還元炉のプロセスフローをもと
にして以下に実施例を示す。

竪型溶融還元炉から排出される800〜1000℃の還元ガス
２を流動層予備還元炉１の下部から導入し、粉状鉄鉱石
を鉱石ホッパー３より切り出し、鉱石装入管５ｂから粒
子溜り槽７に装入される。また、粉状鉄鉱石は必要に応
じて流動層経由の鉱石装入管５ａでも装入できる。

流動層予備還元炉から飛び出した予備還元鉱石はサイク
ロン６で捕集され、鉱石循環経路である粒子溜り槽７に
蓄積され、粒子循環装置８の下部から粒子循環ガス制御
装置11ｂ径由の粒子循環ガス11ａで粉体輸送され再び流
動層予備還元炉１に循環され、流動層予備還元が施され
る。

10ａ〜10ｅは差圧計で流動層内の差圧と鉱石滞留量を検
出するものである。また、19ａ〜19ｅは流動層の温度計
である。また、粒子溜り槽の円周、高さ方向や粒子溜り
槽出側斜管、粒子循環装置出側斜管の温度は温度計９ａ
〜９ｌで検出し、それぞれの信号は演算・制御装置13に
入力され、各個所の温度偏差の演算処理を行ないその制
御・出力信号に基づいて粒子溜り槽流動化ガス制御装置
12ｂおよび炭材、フラックスなど非粘結性物質の切り出
し制御装置15にフィードバックされ粒子溜り槽流動化ガ
ス12ａが粒子溜り槽流動化ガス制御装置12ｂで制御され
ると同時に、炭材、フラックスなど非粘結性物質用ホッ
パー４の非粘結性物質量は切り出し制御装置15で制御さ
れる。予備還元鉱は予備還元鉱排出装置17から輸送管18
を通して竪型溶融還元炉へ供給される。

実施例として下記装置を用いて循環流動層の操業試験を
行った。

流動層予備還元炉：炉径0.7ｍ、高さ7.3ｍ、 竪型溶融還元炉 ：炉径1.2ｍ、内容積7.7m³、 上下段羽口 各３本 試験条件及びその成績を第１表に示した。

第１表に示す通り、粒子溜り槽の温度偏差に応じて不活
性ガス流速または非粘結性物質量を適正にして操業した
実施例１、２では、還元鉱石を固着、焼結のトラブルな
しに安定した循環流動層予備還元操業が達成でき、適正
な予備還元率を得ることができたが、比較例では焼結・
固着トラブルも多く、予備還元率も低くなった。

本発明によれば、循環流動層予備還元炉の粒子循環経路
への還元鉱石粉の固着、焼結トラブルが防止でき、予備
還元鉱生産量12ton／dayが安定的に生産可能となり、円
滑な循環流動層還元炉操業が実現でき従来より生産性が
約30％向上できるようになった。

＜発明の効果＞ 本発明によれば、前述のとおり還元鉱石粉の固着、焼結
トラブルが防止でき、高生産操業を安定して行うことが
できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、循環流動層予備還元炉の本発明に係るプロセ
スフロー図、第２図は、粒子溜り槽温度偏差と粒子溜り
槽還元鉱石付着層厚さとの関係を示す特性図、第３図
は、鉱石粒子径および粒子溜り槽温度偏差と適正な粒子
溜り槽ガス流速の関係を示す特性図、第４図は、還元鉱
石粒子径と適正な非粘結性物質配合率との関係を示す特
性図である。 １……循環流動層予備還元炉、 ２……還元ガス、３……鉱石ホッパー、 ４……非粘結性物質用ホッパー、 ５ａ〜５ｂ……鉱石装入管、 ６……サイクロン、７……粒子溜り槽、 ８……粒子循環装置、 ９ａ〜９ｌ……温度計、10ａ〜10ｅ……差圧計、 11ａ……粒子循環ガス、 11ｂ……粒子循環ガス制御装置、 12ａ……粒子溜り槽流動化ガス、 12ｂ……粒子溜り槽流動化ガス制御装置、 13……演算・制御装置、 14……鉱石切り出し装置、 15……非粘結性物質の切り出し制御装置、 16……非粘結性物質装入管、 17……予備還元鉱排出装置、 18……竪型溶融還元炉への予備還元鉱輸送管、 19ａ〜19ｅ……流動層温度計。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−114911（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−93010（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粉状鉄鉱石を、流動層予備還元炉、還元鉄
   鉱石粉を捕集するサイクロン、サイクロンの下部に連接
   する粒子溜り槽、粒子溜り槽内の還元鉄鉱石粉を流動層
   予備還元炉に戻す循環経路よりなる循環流動層予備還元
   する方法において、 該流動層予備還元炉内、粒子溜り槽内および循環経路内
   の温度を測定し、これらの温度偏差に応じて、粒子溜り
   槽内へ供給する不活性ガスまたは／および非粘結性物質
   の供給量を制御することを特徴とする粉状鉄鉱石の循環
   流動層予備還元方法。