JPH07188721A - 鉄鉱石の予備還元方法及びその方法を実施するための 予備還元炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 予備還元炉へ導入する還元性ガスの温度が低
くても、鉄鉱石の還元反応を効率よく進行させることが
できる。 【構成】 予備還元炉２の流動層５０中に酸素又は酸素
含有ガスを供給して還元性ガスを部分燃焼させる。この
予備還元炉２には、還元室７の側壁又は分散板５に酸素
又は酸素含有ガスを吹き込むためのノズル孔２１ａ，２
１ｂを設けている。温度の低い還元性ガスを予備還元炉
２へ導入しても、還元室７内で部分燃焼させ昇温させる
ので、反応性が上がる。還元性ガスの燃焼により還元性
成分の一部が失われるが、これによる反応性の低下より
も、昇温による反応性の上昇の方が遙に大きい。従っ
て、還元性ガスの部分燃焼させることによって、その反
応性を大幅に高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流動層式予備還元炉を
備えた設備によって鉄鉱石を予備還元する方法及びこの
方法を実施するための流動層式予備還元炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は鉄鉱石を溶融還元する技術の概略
の説明図である。図６において、１は溶融還元炉、２は
流動層式の予備還元炉である。鉄鉱石は粉粒状にされて
予備還元炉２に装入され、予備還元炉２の下部からは溶
融還元炉１から発生する高温の還元性ガスが吹き込まれ
る。この還元性ガスの吹き込みによって、鉄鉱石の流動
層５０が形成され、鉄鉱石は還元性ガスと効率よく接触
して予備還元される。予備還元された鉄鉱石は移送管を
経由して溶融還元炉１へ装入され、石炭や石灰及び酸素
などが吹き込まれて溶鉄６０となる。６１はスラグであ
る。

【０００３】従来の溶融還元技術のうち、予備還元技術
としては、特開昭６２−２２８８８１号公報に開示され
ている設備がある。図７はその構成を示す図である。図
７において、２は流動層式予備還元炉、４０は予備還元
炉下部の流動層部（濃厚流動層部）５０に設けられた還
元性ガスの分散板であり、６２は予備還元炉に供給する
粉鉄鉱石などの原料、６３は予備還元炉に供給する粉粒
状の石炭、６４は溶融還元炉で発生した還元性ガス、６
５ａ，６５ｂは還元され排出される鉱石を示す。又、４
２は予備還元炉から飛散した粒子を捕集するサイクロ
ン、４３は捕集した粒子を予備還元炉へ循環させるため
のフィダーである。

【０００４】この予備還元設備においては、予備還元炉
上部のフリーボード部５１の炉壁に微粉炭バーナー４１
が備えられており、微粉炭を燃焼させて還元性のガス成
分を発生させて、還元反応の進行によって減少した還元
性成分をフリーボード部５１で増加させ、鉄鉱石の還元
を促進させることを図っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】鉄鉱石の予備還元炉に
おける従来からの課題として、還元性ガスを、還元反応
を効率よく進行させることができる温度で予備還元炉へ
導入することができないと言う問題があげられている
が、上記従来の予備還元炉においては、この問題の解決
がなされていない。この問題を詳しく説明すると、次の
如くである。

【０００６】溶融還元炉から発生する還元性ガス中に
は、硫黄やアルカリの化合物のダストが含まれている。
これらのダストは鉄鉱石よりも融点が低く、軟化点が８
００℃付近であるので、溶融還元炉から飛散する際には
半溶融状態になっており、付着性を有している。このた
め、溶融還元炉から発生した還元性ガスをそのまま予備
還元炉へ導入すると、ガス中の上記低融点ダストが溶融
還元炉と予備還元炉２の間のダクトの内面や予備還元炉
の分散板４０の下面及びそのノズルの内面などに付着
（粘着）し、ダクトの圧力損失を上昇させたり、分散板
４０のノズルの閉塞を招いて正常な流動層の形成を妨げ
たりする。

【０００７】このため、予備還元炉へ送る前の還元性ガ
スを８００℃以下に冷却する方法、或いは上記ダクトの
冷却や上記分散板４０を冷却したりして、これらの箇所
に接触した低融点ダストを固化させた後飛散させる方法
などを行い、低融点ダストの付着が起こらないようにし
ている。

【０００８】このような処置によって８００℃以下に冷
却した還元性ガスを予備還元炉へ導入すると、炉内では
還元反応の進行によって還元性ガスの温度は更に低下す
るので、その温度は還元反応が効率よく進行する範囲か
ら外れる。又、ダクトや分散板を冷却した場合でも、還
元性ガスの冷却が行なわれるので、同様に、還元性ガス
の温度は好ましい範囲から外れる。

【０００９】上述のような状況にあって、上記従来の予
備還元炉においては、鉄鉱石の還元を促進させるために
微粉炭バーナー４１を備えているが、バーナー４１が配
置されているのは予備還元炉上部のフリーボード部５１
であり、ここで微粉炭燃焼を行なっても、フリーボード
部５１ではガス中の還元性成分が増加しその温度も上昇
して鉄鉱石の還元は促進されるが、フリーボード部５１
よりも下の流動層部５０においてはガス温度が低いた
め、この領域における鉄鉱石の還元は促進されず、予備
還元炉全体としての反応効率が悪いと言う問題は、依然
として解決されていない。更に、微粉炭バーナー４１を
備えることによって、設備が複雑になると共に、微粉炭
燃焼に伴って操業が煩雑になると言う問題もある。

【００１０】本発明は、予備還元炉へ導入する還元性ガ
スの温度が低くても、予備還元炉全体における鉄鉱石の
還元反応を効率よく進行させることができる予備還元方
法と、この方法を実施するための予備還元炉を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の予備還元方法においては、予備還元炉の
流動層中に酸素又は酸素含有ガスを供給して還元性ガス
を部分燃焼させる。又、本発明の流動層式予備還元炉に
おいては、予備還元炉の還元室内へ酸素又は酸素含有ガ
スを吹き込むためのノズル孔を設けている。そして、上
記酸素又は酸素含有ガスを吹き込むためのノズル孔は、
還元室の側壁に設けてもよく、或いは分散板に設けても
よい。

【００１２】

【作用】予備還元炉における鉄鉱石の還元反応におい
て、反応温度（流動層内温度）は、後述のように、８０
０℃程度にするのが望ましい。そして、流動層内温度を
８００℃にするためには、予備還元炉に導入する還元性
ガスの温度は１０００℃程度でなければならない。しか
し、予備還元炉に導入する還元性ガスは冷却されている
ので、流動層内温度を１０００℃まで上げることはでき
ない。

【００１３】そこで、本発明においては、予備還元炉に
導入される前の還元性ガスの温度が低くても、そのガス
を鉄鉱石と反応する時点で昇温させ、反応性を高めるよ
うにしている。即ち、還元性ガスが予備還元炉の還元室
へ導入され、流動層を形成する段階でその温度を高くし
ている。この還元性ガスの昇温のために、流動層が形成
されている還元室内へ酸素又は酸素含有ガスを吹き込
み、還元性ガスを部分燃焼させる。この燃焼によって、
ガス中の還元性成分であるＣＯやＨ₂ が減少するが、後
述のように、この減少による反応速度の低下率は、燃焼
に伴う昇温による反応速度の上昇率に比べ極めて小さ
い。従って、全工程におけるエネルギー効率の面からみ
ると、その部分燃焼は大きな利点となる。

【００１４】なお、予備還元炉へ酸素又は酸素含有ガス
を供給すると、還元性ガスの燃焼は特定の箇所で起こる
が、酸素又は酸素含有ガスが供給される還元室内では流
動層が形成されており、鉄鉱石の粉粒体が激しく混合・
攪拌されているので、局部的に高温になることはない。

【００１５】

【実施例】図１は本発明の溶融還元方法の一実施例に係
る説明図である。この図において、１は溶融還元炉、２
は流動層式予備還元炉である。予備還元炉２には還元性
ガスを噴出させる分散板５が取り付けられており、予備
還元炉２は上記分散板５によって風箱６と還元室７に区
画されている。風箱６は分散板５から還元性ガスを均一
に噴出させるために設けられており、還元室７は噴出さ
せた還元性ガスによって鉄鉱石粉粒体の流動層５０を形
成させるために設けられている。３，４は集塵器である
サイクロン、８は溶融還元炉１で発生した還元性ガスを
予備還元炉２へ送るためのダクト、９は予備還元炉２か
ら排ガスをサイクロン４へ送るためのダクトである。な
お、図示はされていないが、上記ダクト８は、冷却流体
によって前記低融点ダストが付着しない程度に冷却され
ており、加熱された冷却流体は別の用途に利用される。
図中、６０は溶鉄、６１はスラグを示す。

【００１６】鉄鉱石は、配管１０から流動層５０が形成
されている予備還元炉の還元室７へ装入され、予備還元
される。この際、還元室７内では、分散板５の近傍へ酸
素又は空気などの酸素含有ガスが配管１４から吹き込ま
れ、還元性ガスの一部が燃焼する。この燃焼によって流
動層５０の温度が上昇する。そして、流動層５０の温度
は、酸素又は酸素含有ガスの吹き込み量を調節（燃焼量
の調節）することによって、好ましい範囲に制御され
る。予備還元された鉄鉱石のうちの粗粒は配管１２を経
由して配管１１から溶融還元炉１に装入され、予備還元
炉２から飛散した粉鉄鉱石はサイクロン４で捕集された
後、配管１１から溶融還元炉１に装入される。１３は粉
鉄鉱石の一部を予備還元炉２へ還流させる配管である。

【００１７】溶融還元炉１には、予備還元鉱石のほか
に、配管１６，１７からそれぞれ石炭と石灰が装入され
ると共に、酸素ランス１５からスラグ６１中へ酸素が吹
き込まれ、炉内で二次燃焼が行なわれる。このようにし
て発生した還元性ガスはダクト８を経て予備還元炉２へ
送られる。

【００１８】次に、本発明の溶融還元方法に使用する流
動層式予備還元炉を、図２〜図５によって説明する。図
２は本発明の流動層式予備還元炉の一実施例における分
散板付近の横断面図、図３は図２のIII − III矢視部の
断面図である。図２及び図３において、２は予備還元
炉、５は分散板、６は風箱、７は還元室であり、５０は
流動層を示す。２ａは予備還元炉の本体であり、その内
部には多数のガス噴出ノズル孔２０が設けられた分散板
５が備えられている。そして、還元室７の分散板５近傍
の側壁には、複数のガス吹き込みノズル孔２１ａが斜め
上方に向けて設けられている。図中、白抜きの矢印は還
元性ガスの流れ方向を示し、普通の矢印は酸素又は酸素
含有ガスの流れ方向を示す。

【００１９】この流動層式予備還元炉によって鉄鉱石を
予備還元する場合、ダクトに接続されたガス導入口２２
から風箱６内へ還元性ガスを導入し、このガスをガス噴
出ノズル孔２０から還元室７内へ噴出させて流動層５０
を形成させる。一方、ガス吹き込みノズル孔２１ａから
還元室７内へ酸素又は酸素含有ガスを吹き込み、還元性
ガスの一部を燃焼させる。

【００２０】図４は本発明の流動層式予備還元炉の他の
実施例における分散板付近の横断面図、図５は図４のIV
−IV矢視部の断面図である。図４及び図５において、図
２及び図３で説明済みの構成部分については、同じ符号
を付し説明を省略する。この実施例においては、複数の
ガス吹き込みノズル孔２１ｂが分散板５に設けられてお
り、このノズル孔２１ｂは分散板５中に設けられた配管
２３によって酸素又は酸素含有ガスが供給されるように
なっている。この流動層式予備還元炉は流動槽の内径が
比較的大きい場合に適用するのがよい。

【００２１】次に、図２及び図３によって説明した構造
の流動層式予備還元炉を備えた図１の構成による設備を
使用し、鉄鉱石の予備還元を行なった結果について説明
する。この際の条件は下記のようにした。 予備還元炉の内径 ３ ｍ 鉄鉱石供給量 ３０ ｔ／ｈ 還元排ガス量 ５２，０００ Ｎｍ³ ／ｈ

【００２２】まず、反応温度（流動層内温度）と鉄鉱石
の予備還元率との関係は図８の如くである。この図は予
備還元炉における鉄鉱石の平均滞留時間と予備還元率と
の関係を流動層温度をパラメータにして表したものであ
る。この図で明らかなように、流動層内温度が高いほど
予備還元率は良好になる。しかし、実操業においては、
流動層内温度が８００℃を超える状態になると、鉄鉱石
の粒子同士が付着し易くなって（所謂、スティッキング
現象が起こって）大粒化し、流動層が形成されなくな
る。従って、流動層内温度は８００℃程度に制御するの
がよい。なお、この場合の還元性ガスの酸化度ＯＤは４
８％であった。この酸化度ＯＤは、還元性ガスの組成か
ら次式によって求めた値である。

【００２３】

【数１】

【００２４】次に、予備還元炉への酸素吹き込み量と還
元性ガスの酸化度の関係、及び酸素吹き込み量と流動層
温度の変化の関係は図９の如くである。この際の予備還
元炉における鉄鉱石の滞留時間は約６０分にした。他の
条件は上記図８の説明の場合と同じにした。図中、直線
Ａは燃焼によって上昇する流動層の温度、直線Ｂは燃焼
によって上昇する還元性ガスの酸化度を示す。この図に
おいて、例えば、５００Ｎｍ³ ／ｈの酸素を吹き込んで
還元性ガスを燃焼させた場合、その温度は約８０℃上昇
するが、その還元性成分の一部が消失することによって
酸化度は約３％上昇する。還元性ガスを燃焼させること
によって、反応条件が上記のように変わった場合、その
還元性能がどのようになるかについて、図１０で説明す
る。

【００２５】図１０は予備還元率と還元性ガスの酸化度
及び流動層温度との関係を示す図である。この図におい
て、点線は鉄鉱石の平均滞留時間が６０分の場合、実線
は鉄鉱石の平均滞留時間が３０分の場合を示す。まず、
上述のように、還元性ガスの酸化度が４８％から３％上
昇して５１％になった際の状況をみると、例えば、平均
滞留時間が６０分で流動層の温度が８００℃の場合、酸
化度が４８％のａ点の予備還元率と酸化度が５１％のｂ
点の予備還元率の差（低下した予備還元率）は極めて小
さく、１％以下である。これに対し、流動層の温度が変
化し、例えば、平均滞留時間が６０分で、流動層の温度
が７００℃から８００℃に上昇した場合の予備還元率の
上昇分ΔＲ₁ は８％にもなり、又、平均滞留時間が３０
分で、流動層の温度が７００℃から８００℃に上昇した
場合の予備還元率の上昇分ΔＲ₂は１０％にも及ぶ。

【００２６】上述の結果を基に、還元性ガスを部分燃焼
させることについての得失をみると、還元性ガスの酸化
度上昇による予備還元率の低下分よりも、流動層温度の
上昇による予備還元率の上昇分の方が遙に大きいことが
分かる。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、予備還元炉の流動層中に酸素
又は酸素含有ガスを供給して還元性ガスを部分燃焼させ
る予備還元方法及びこの方法に使用する流動層式予備還
元炉であって、この予備還元炉にはその還元室内へ酸素
又は酸素含有ガスを吹き込むためのノズル孔が設けられ
ている。

【００２８】本発明によれば、予備還元炉に導入される
前の還元性ガスの温度が低くても、そのガスを鉄鉱石と
反応させる還元室内の流動層中で部分燃焼させて昇温さ
せるので、反応性が高められ、鉄鉱石の還元反応を効率
よく進行させることができる。

【００２９】この還元性ガスの部分燃焼についての得失
をみると、燃焼による還元性ガスの酸化度上昇によって
起こる予備還元率の低下分よりも、燃焼による流動層温
度の上昇によって起こる予備還元率の上昇分の方が遙に
大きい。このため、還元室内へ酸素又は酸素含有ガスを
供給するだけの簡単な手段を取り入れるだけで、還元性
ガスの反応性を大幅に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の溶融還元方法の一実施例に係る説明図
である。

【図２】本発明の流動層式予備還元炉の一実施例におけ
る分散板付近の横断面図である。

【図３】図２のIII − III矢視部の断面図である。

【図４】本発明の流動層式予備還元炉の他の実施例にお
ける分散板付近の横断面図である。

【図５】図４のIV−IV矢視部の断面図である。

【図６】鉄鉱石を溶融還元する技術の概略の説明図であ
る。

【図７】従来の予備還元設備の構成を示す図である。

【図８】反応温度（流動層内温度）と鉄鉱石の予備還元
率との関係を示す図である。

【図９】予備還元炉への酸素吹き込み量と還元性ガスの
酸化度の関係及び酸素吹き込み量と流動層温度の変化の
関係を示す図である。

【図１０】予備還元率に及ぼす還元性ガスの酸化度及び
流動層温度との関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 溶融還元炉 ２ 流動層式予備還元炉 ５ 分散板 ６ 風箱 ７ 還元室 ８ 還元性ガスを予備還元炉へ送るためのダクト １０ 鉄鉱石を装入する配管 １４ 酸素又は酸素含有ガスを吹き込む配管 ２０ ガス噴出ノズル孔 ２１ａ，２１ｂ ガス吹き込みノズル孔 ２２ 還元性ガス導入口 ２３ 酸素又は酸素含有ガスを供給するために分散板中
に設けられた配管 ５０ 流動層 ６０ 溶鉄 ６１ スラグ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融還元炉から発生する還元性ガスを流
   動層式予備還元炉に導入して鉄鉱石を予備還元し、この
   予備還元された鉄鉱石を溶融還元炉に装入する溶融還元
   方法において、前記予備還元炉の流動層中に酸素又は酸
   素含有ガスを供給して前記還元性ガスを部分燃焼させる
   ことを特徴とする鉄鉱石の予備還元方法。
2. 【請求項２】 溶融還元炉に連設され、この溶融還元炉
   から発生する還元性ガスによって鉄鉱石を予備還元する
   流動層式予備還元炉において、この予備還元炉の還元室
   内へ酸素又は酸素含有ガスを吹き込むためのノズル孔を
   設けたことを特徴とする流動層式予備還元炉。
3. 【請求項３】 酸素又は酸素含有ガスを吹き込むための
   ノズル孔が還元室の側壁に設けられていることを特徴と
   する請求項２記載の流動層式予備還元炉。
4. 【請求項４】 酸素又は酸素含有ガスを吹き込むための
   ノズル孔が分散板に設けられていることを特徴とする請
   求項２記載の流動層式予備還元炉。