JPH07122087B2 - 溶融還元装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、金属酸化物鉱石を固体状態のまま予備的に
還元する予備還元炉と、さらにその鉱石を溶融して最終
還元する溶融還元炉とを備える溶融還元装置に関するも
のである。以下、詳細な説明の項では金属（金属酸化物
鉱石）として鉄（鉄鉱石）を例にとって述べる。

［従来の技術］ 溶融還元製鉄法とは、溶融還元炉を用い、鉄鉱石を溶融
状態で還元して銑鉄を得る方法がある。溶融還元炉は、
反応が速やかで生産量を弾力的に調整できるなどの利点
を有する反面、エネルギー利用率が低いので、これに予
備還元炉を併設して溶融還元装置が構成されることが多
い。予備還元炉には、溶融還元炉で発生するガス（COを
含み還元性のある高温ガス）が還元ガスとして導入さ
れ、ここで鉄鉱石が固体状態で予備的に（予備還元鉄に
まで）還元されたうえ、溶融還元炉に装入される。予備
還元炉としては、上記の還元ガスにより鉄鉱石が流動化
しながら還元させられる流動層式のものが多く採用され
る。流動層式なら、粉粒状の鉄鉱石をそのまま原料とし
て使用できるうえ、それを連続的かつ均一に処理できる
からである。

溶融還元炉と流動層式の予備還元炉とは、従来、第４図
のように接続されている。すなわち、予備還元炉１の流
動層室1cから、下方にある溶融還元炉２の上部にかけて
予備還元鉄（鉄鉱石）の供給管７が設けられるととも
に、溶融還元炉２のフード2eから予備還元炉１の風箱
（ガス導入室）1bまでガスダクト９が連続している。予
備還元炉１から溶融還元炉２までの予備還元鉄の通路
と、その逆向きに流れる還元ガスの通路とは、それぞれ
別々の管路なのである。特開平１−152225号公報に記載
の装置でも、この点は同様である。なお、詳細には、供
給管７の途中に、上下間の圧力差保持機能のある粉粒体
切出し器（たとえばロータリバルブ）8a・8cとバッファ
タンク8bなどからなる予備還元鉄払出し手段８が介装さ
れる必要がある。

［発明が解決しようとする課題］ 第４図のような溶融還元装置は、溶融還元炉２への予備
還元鉄の供給量を制御しやすいという利点はあるが、下
記の不都合をともなう。

イ）供給管７の上端が開口している予備還元炉１の流動
層室1c内と、その下端が開口している溶融還元炉２の内
部とではかなりの圧力差がある（後者が高い）ので、前
者から後者へ予備還元鉄を送るために上述の払出し手段
８が不可欠である。同手段８を設けることは、コスト的
な不利は言うまでもなく、溶融還元装置の全体高さが増
すというデメリットとなる。

ロ）供給管７（および払出し手段８）を通過する間に、
予備還元鉄から系外（大気中）への放熱が起きるので、
その分、溶融還元装置としての熱効率が低い。

ハ）溶融還元炉２からガスとともに発生するダスト（鉄
粉など）が、ダクト９の内面に付着・堆積しやすい。こ
れは、ガスを保温してその還元能力を高く保つ目的でダ
クト９の内面に耐火物が張られているせいでもある。

ニ）流動層室1cから分散板（ガスの整流板）1aのノズル
を通過して予備還元鉄が落下しないよう、従来、多めの
還元ガスを予備還元炉１に導入するのが常識的である
が、その場合にも多少の予備還元鉄は落下して風箱1b内
にたまる。それらは、風箱1bの底部において高温の還元
ガスに長時間さらされることにより溶着し、極めて除去
しにくい堆積物となる。

本発明の目的は、上記イ）〜ニ）の不都合を解消する溶
融還元装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の請求項１の溶融還元装置では、予備還元炉の
風箱底部と溶融還元炉の上部とを、前者から後者への鉄
鉱石（予備還元鉄）の通路と後者から前者への還元ガス
の通路とを兼ねる管路によってつなぐとともに、予備
還元炉の排ガス管に開度調整ダンパを設けている。

また請求項２の溶融還元装置では、予備還元炉の風箱
底部と溶融還元炉の上部とを、前者から後者への鉄鉱石
（予備還元鉄）の通路と後者から前者への還元ガスの通
路とを兼ねる管路によってつなぐとともに、予備還元
炉の風箱もしくは溶融還元炉の上部に、開度調整ダンパ
を有するガス抜き管を接続している。

［作用］ この発明の溶融還元装置では、予備還元炉において予備
還元鉄が風箱内に落下し、その底部から上記の管路を
通って溶融還元炉まで予備還元鉄が供給されるととも
に、逆の向きに（後者から前者へ）同じ管路を経て還元
ガスが導かれる。すなわち、予備還元炉で風箱内に落下
した予備還元鉄は、上記の管路内を、還元ガスに接触し
ながらそのガスの流れとは逆の向きに重力落下して溶融
還元炉内に入る。溶融還元からの上記還元ガスは高温な
ので、この管路内で予備還元鉄は加熱されながら予備還
元を継続されることになる。また、溶融還元炉からガス
で運ばれて管路の内面などに付着したダストは、下方へ
向かう予備還元鉄によって取り除かれ、予備還元鉄とと
もに溶融還元炉内に落下する。

溶融還元炉への予備還元鉄の供給量は、上記（請求項
１）または（請求項２）の開度調整ダンパの開度を適
当に設定することにより調整される。溶融還元炉へ供給
される予備還元鉄は、予備還元炉において流動層室から
風箱へ向けて落下したものであり、その量は、溶融還元
炉を出て予備還元炉の風箱を通り上の流動層室に向かう
還元ガスの量によって調整が可能だからである。すなわ
ち請求項１の場合は、のダンパについて例えば開度を
増すと、予備還元炉内のガスの圧力が下がって体積が増
え、流動層内へのガスの実流量（流速）が高まって予備
還元鉄の落下量（つまり供給量）が減少する。請求項２
の場合は、のダンパにつき例えば開度を増すと、ガス
抜き管から外部に至るガスが増えて予備還元炉の流動層
室に流れるガスが減ることにより、予備還元鉄の落下量
（供給量）が増加する。

このように、予備還元炉の流動層室に至るガスの量を調
整することにより予備還元鉄を重力落下させて溶融還元
炉へ供給するため、溶融還元炉への予備還元鉄の払出し
手段は特別には必要ない。

［実施例］ 第１図は、この発明の第一実施例としての溶融還元装置
につき概要断面を示す図面である。図中、符号１は鉄鉱
石の流動層式予備還元炉、符号２は溶融還元炉をさす。

予備還元炉１は、多数のノズルがあけられた分散板1aを
炉体内に備え、その下部に風箱1bが形成され、上部に流
動層室1cが形成されている。流動層室1cには、粒状の鉄
鉱石が投入管1dから投入される一方、風箱1bから分散板
1a（のノズル）を通して還元ガス（兼流動化ガス）が導
入され、鉄鉱石はここで流動化しながら加熱・還元され
て予備還元鉄となる。流動層室1cの上部には排ガス管４
が設けられており、これには、飛散した微粒の予備還元
鉄を捕集するためのサイクロン6aが介装され、それに切
り出しバルブ6bおよび移送管6cが接続されている。

溶融還元炉２は、鉄浴（溶鉄）2a中に、予備還元鉄のほ
か、還元剤である石灰やその燃焼剤である酸素などを装
入することにより、溶融銑鉄を得るものである。図中、
符号2bは石炭および副原料の投入管、2cは酸素吹込み用
ランス、2dは、前記サイクロン6aで捕集した微粒予備還
元鉄などを鉄浴攪拌ガスとともに装入する吹込み管であ
る。運転中、鉄浴2aからはCO（一酸化炭素）を多量に含
んで還元性のある高温のガスが発生するので、これを密
閉式のフード2eで集め、還元ガスとして予備還元炉１へ
送っている。符号2fは、溶融還元炉２を傾動可能に支え
る支持手段の一部である。

この装置では、溶融還元炉２から予備還元炉１へのガス
の導入路と、予備還元炉１から溶融還元炉２への予備還
元鉄の供給路とを兼ねて、管路３により両炉１・２を接
続している。還元ガスの通路であるため、この管路３
は、溶融還元炉２のフード2eと予備還元炉１の風箱1bと
をつなぐものとし、ガスの放熱を抑えるよう耐火物を内
張りした。管路３は予備還元鉄の通路でもあるため、予
備還元鉄が風箱1b内に堆積せぬよう風箱1bの最下部中央
に大きく開口させるとともに、予備還元鉄が重力落下す
るに十分な急傾斜をもたせた。また、予備還元炉１の分
散板1aについては、流動層室1c内の予備還元鉄がこれを
通過して風箱1bおよび管路３内へ落下するように、鉄鉱
石の粒径より大きめの径をもつストレートなノズルを設
けている。このようなノズルは、鉄鉱石が高温下で焼結
または溶着しやすいにも拘わらず、それによる閉塞が起
こりにくい点でも好都合である。

分散板1aを下方へ通過する予備還元鉄の量、すなわち風
箱1b・管路３を経て溶融還元炉２へ供給される量は、分
散板1aを上方へ通過するガスの流速によって決まるが、
その流速を調整する手段として本実施例では、予備還元
炉１からの排ガス管４に、開度調整可能なダンパ５を介
装している。ここで使用したダンパ５は、遠隔操作され
るアクチュエータ（図示せず）により弁体が開閉駆動さ
れるもので、その開度によって予備還元炉１内のガス圧
力が変えられる。したがって、たとえばその開度を下げ
る（閉じぎみにする）と、圧力が上がってガスの体積が
減り、分散板1aを通るガス流速が下がるので、落下する
予備還元鉄の量を増やすことができる。なお、この落下
量の増減は、たとえば、予備還元炉１で流動層室1cにお
ける流動層の高さ（層高）を観察（もしくは自動検知）
し、それに応じて設定すればよい。

第２図は本発明の第二実施例を示す概要図である。この
溶融還元装置でも、予備還元鉄と還元ガスとの双方の通
路を兼ねた管路３によって予備還元炉１と溶融還元炉２
とをつないでいるが、一基の溶融還元２に対し、二基の
予備還元炉１を、二股に形成した管路３を用いて並列に
接続している。また、それぞれの予備還元炉１に、開度
調整ダンパ５を介して排ガス管４を連通している。

この実施例の装置では、溶融還元炉２への予備還元鉄の
供給量を、各予備還元炉１ごとに独立に設定することが
できる。したがって例えば、一方の予備還元炉１から溶
融還元炉２へ予備還元鉄を多く供給しながら、他方の予
備還元炉１ではその供給量をほとんどゼロにし、時間を
かけて還元の度合い（予備還元率）を高める、といった
運転も可能である。

続く第３図の溶融還元装置は、本発明の第三実施例であ
り、予備還元炉と溶融還元炉、それに両者間の管路すな
わち予備還元鉄および還元ガスの兼用通路を、一つの炉
体である複合炉10のうちに形成したものである。

すなわち、縦に長い筒状炉体を有する図示の複合炉10に
おいて、上部に流動層式の予備還元炉部分11を設け、下
部には溶融還元炉部分12を設けた。予備還元炉部分11と
いうのは、分散板11aをはさんで上に流動層室11c、下に
風箱11bを形成し、最上部に鉄鉱石の投入管11dおよび排
ガス管14を設けたものである。また溶融還元炉部分12に
ついては、底部を鉄浴保持部12aとし、ここに、酸素や
微粉原料の吹込み管12cと、マッドガンやエアドリル等
を用いて開閉可能な出湯孔12gとを設けるとともに、側
壁には石炭等の投入管12bと、予備還元炉部分11へ送る
ガスの温度調整（冷却）用窒素ガスの吹込み管12hとを
接続している。両炉部分11・12が直線状に上下につなが
っていることから、予備還元炉部分11の真下の空間は、
風箱11bであると同時に、分散板11aから落下して溶融還
元炉部分12に至る予備還元鉄と、溶融還元炉部分12で発
生して予備還元炉部分11に向かう還元ガスとの双方が通
る管路13でもある。

こうした複合炉10に対し、予備還元炉部分11の排ガス管
14に開度調整ダンパ15を設けるとともに、風箱11bすな
わち溶融還元炉部分12の上部空間であり管路13でもある
部分の側壁に、開度調整ダンパ17を有するガス抜き管16
を連結している。これらはいずれも、予備還元炉部分11
から落下して溶融還元炉部分12へ供給される予備還元鉄
の量を調整する手段である。すなわちダンパ15は、前記
した実施例におけるダンパ５と同じく炉内の圧力を変え
ることにより、分散板11aを通るガス流速を変更して予
備還元鉄の落下量を調整する。ガス抜き管16およびダン
パ17は、溶融還元炉部分12で発生したガスの一部を、予
備還元炉部分11へ送らず排ガス管14の下流へバイパスさ
せることにより、分散板11aを通るガスの流速、したが
って予備還元鉄の落下量を調整することができる。

予備還元鉄の落下量調整手段を上記のとおり二つ設けた
のは、二つのダンパ15・17を同時に開度調整することに
より炉内のガス圧力と分散板11aを通るガス流速とを別
々に変更するなど、高い自由度のもとで予備還元鉄の落
下量調整を可能にするのが目的である。たとえば、ダン
パ15の開度を下げる（しぼる）とガス流速が下がるとと
もにガス圧力が上昇するが、同時にダンパ17の開度を適
当に上げると、その圧力を元どおりの一定値にすること
ができる。こういった点は、ガスの圧力が炉内の冶金的
反応に影響することからメリットとなる。この例（第３
図）に比べてダンパ15がない場合にも、あるいはダンパ
15があってガス抜き管16とダンパ17がない場合にも、予
備還元鉄の落下量調整が可能なことは言うまでもない。

なお、この複合炉10は固定（定置）式の炉であって傾動
手段をもたないが、内部の耐火物施工等の便宜上、炉体
は数箇所のフランジ部分（図示せず）によって分離可能
に接合されている。

以上、三つの実施例を紹介したが、これらのほかにも例
えば下記のように、本発明には種々の実施態様が考えら
れる。

ａ）流動層式予備還元炉が、分散板を備えず、代わりに
風箱と流動層室との境界部の径を小さくしたものであっ
てもよい。

ｂ）鉄鉱石を原料として銑鉄を得るための装置に限ら
ず、他の金属酸化物鉱石などから合金鉄（フェロアロ
イ）等を得るための溶融還元装置としても適用できる。

［発明の効果］ 本発明（請求項１・２）の溶融還元装置には下記の効果
がある。

イ）特別な払出し手段を設けることなく、予備還元炉か
ら溶融還元炉へ予備還元鉄（鉄鉱石）を送ることができ
る。

ロ）予備還元炉を出た予備還元鉄は、溶融還元炉へ向か
う管路でも高温の還元ガスと接触して加熱・還元を継続
されるので、溶融還元炉への投入温度が高くなりそこで
の熱効率が改善される。また、同じ理由で、鉄鉱石が予
備還元炉内に滞留すべき時間が短縮され、生産の能率化
が図れる。

ハ）溶融還元炉から発生するダストが、予備還元炉まで
のガスの通路（本発明の管路）内に付着・堆積しにく
い。

ニ）予備還元炉で風箱内に落下したり予備還元鉄は管路
を通って溶融還元炉に至り、風箱の底部に堆積すること
がないので、長期間運転を続けても、それを除去するな
どの作業は不要である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第一実施例としての溶融還元装置に
つき概要断面を示す図面である。また第２図および第３
図はそれぞれ、本発明の第二・第三の実施例を示す正面
図および断面図である。一方、第４図は、従来の溶融還
元装置の断面図である。 １…予備還元炉、1b…風箱、２…溶融還元炉、３…管
路、４…排ガス管、５…開度調整ダンパ、10…複合炉、
11…予備還元炉部分、12…溶融還元炉部分、14…排ガス
管、15・17…開度調整ダンパ、16…ガス抜き管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内山 義雄 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 滝浦 賢 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 辰田 聡 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 高座 幸彦 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 佐藤 寿美男 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶融還元炉と、その発生ガスを還元ガスと
   して下方の風箱から導入し金属酸化物鉱石に接触させた
   うえ上方の排ガス管より排出する流動層式予備還元炉と
   を備える金属の溶融還元装置に於て、 予備還元炉の風箱底部と溶融還元炉の上部とを、前者
   から後者への金属酸化物鉱石の通路と後者から前者への
   上記ガスの通路とを兼ねる管路によってつなぐととも
   に、予備還元炉の排ガス管に開度調整ダンパを設けた ことを特徴とする溶融還元装置。
2. 【請求項２】溶融還元炉と、その発生ガスを還元ガスと
   して下方の風箱から導入し金属酸化物鉱石に接触させた
   うえ上方の排ガス管より排出する流動層式予備還元炉と
   を備える金属の溶融還元装置に於て、 予備還元炉の風箱底部と溶融還元炉の上部とを、前者
   から後者への金属酸化物鉱石の通路と後者から前者への
   上記ガスの通路とを兼ねる管路によってつなぐととも
   に、予備還元炉の風箱もしくは溶融還元炉の上部に、
   開度調整ダンパを有するガス抜き管を接続した ことを特徴とする溶融還元装置。