JPH0730377B2 - 循環型流動層予備還元炉の操業方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、循環型流動層予備還元炉の操業方法に関
し、とくに流動層予備還元操業ひいては生産性の有利な
安定化を図ったものである。

（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型式があるが、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残して
いたのである。

この点、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
不利が加わる。

そこで発明者は先に、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充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
備還元炉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。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上記の循環型流動層では、予備還元鉱石の
生産量に見合う流動層内の予備還元鉱石粉の滞留量の制
御が、循環経路に設置した循環ガス供給手段による循環
ガス量の制御だけでは必ずしも充分とはいえず、流動層
予備還元炉内にて滞留量の変動すなわち予備還元鉱石粉
の平均滞留時間の変動が生じ、予備還元率の低下による
生産性に低下や、サイクロン内の粉体レベル低下に起因
した流動化ガスの吹き抜けによるサイクロン集塵効率の
低下など、流動層のみならず溶融還元炉の安定操業にも
支障をきたす場合が見受けられた。

この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、流動
層における予備還元率の低下やサイクロン集塵効率の低
下などを招くことなしに、安定した粒状鉱石の予備還元
を達成できる循環型流動層予備還元炉の操業方法を提案
することを目的とする。

（課題を解決するための手段） まずこの発明の解明経緯について説明する。

さて、バブリング型流動層に限らず循環型流動層におい
ても流動層予備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一定の条
件下では予備還元炉の生産性を決定する重要な操業管理
項目である。

とくに循環型流動層では流動層から飛び出した鉱石粉を
サイクロンで捕集し、ついでこの捕集鉱石粉をクローズ
ドサーキットで循環装置によって再び流動層に戻す方式
をとっているため、 １）．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、 ２）．サイクロン集塵効率を低下させないこと が重要となる。

発明者らの調査によれば、滞留量の制御は、使用する粉
状鉱石の粒子径や見掛け密度で定まる終端速度が異なる
場合には、単に循環装置の粒子循環ガス量の調整だけで
は不十分で、滞留量が多いときにはある程度循環ガスで
調整できるけれども、循環ガス量を多くしても滞留量を
確保できないときは、流動層内の滞留量で定まる流動層
内の圧力差よりも循環装置とサイクロンとの圧力差を大
きくするすなわち粒子溜め槽の粉体レベルを高くして外
部循環部から流動層への粉粒体の推進力を増加させるこ
とが有効であることが判明した。一方、流動層予備還元
炉の流動化ガスや循環装置の循環ガスがサイクロン下部
へ逆流するとサイクロン集塵効率が極端に悪化し、流動
層や外部循環部の滞留量が減る。そのため外部循環部に
は粒子溜め槽を設け、還元鉱石粉をある程度溜めて逆流
ガスをシールする粉体のシール高さが必要であり、かか
る粉体のシール高さは、流動層の圧力差すなわち滞留量
および使用する還元鉱石粉のかさ密度を考慮して定める
べきであることがわかった。

そこでこの発明では予め、流動層内の予備還元鉱粉の滞
留量とこの滞留量に見合う安定操業域のサイクロン下部
における粒子溜り槽内の粉体レベルとの相関関係を、予
備還元鉱石粉のかさ密度毎に求めておき、操業全期間に
わたって流動層内の滞留量とそのかさ密度に対応する粒
子溜り槽内の粉体レベルを上記の相関関係にもとづいて
制御することにしたのである。

すなわちこの発明は、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粉状鉱石や予備還元鉱
石粉の飛び出し速度よりも大きい速度で炉内に導入し、
流動層を形成して粉状鉱石を予備還元する流動層予備還
元炉と、この流動層予備還元炉から飛び出した予備還元
鉱石粉を捕集するサイクロンと、このサイクロンの下部
にて、捕集した予備還元鉱石粉を溜める粒子溜り槽と、
この粒子溜り槽内の予備還元鉱石粉を流動槽予備還元炉
に戻す循環ガス供給手段を有する循環経路および害予備
還元鉱石粉を竪型溶融還元炉に輸送する輸送経路をそな
える循環型流動層予備還元炉を操業するに当り、予め、
予備還元鉱石粉のかさ密度毎に、安定した炉操業を導
く、流動層予備還元炉内の滞留量と粒子溜り槽内の粉体
レベル高さとの相関関係を求めておき、流動層予備還元
炉内の予備還元鉱石粉の滞留量とそのかさ密度に応じ
て、粒子溜り槽内の予備還元鉱石粉レベルを、上記の相
関関係を満足するレベルに制御することからなる循環型
流動層予備還元炉の操業方法である。

（作用） 粉状鉱石を直接使用して溶融金属を製造する竪型溶融還
元炉は、炉下部に高温空気を吹込む複数の上、下２段の
羽口を有し、上段の羽口から粉状鉱石を高温空気を共に
炉内の吹込み、炉内の炭材の充填層や流動層を通過させ
る間に溶融還元する竪型炉と、この竪型炉から排出され
る800〜1000℃の高温ガスを流動化還元ガスとして炉内
に導入し、粉状鉱石を循環流動させつつ予備還元する循
環型流動層予備還元炉から成り、上記循環型予備還元炉
は、装入された粉状鉱石を予備還元する流動層予備還元
炉と、この予備還元炉から飛び出した予備還元粉鉱石粉
を捕集するサイクロンとこの捕集した予備還元鉱粉を上
記流動層予備還元炉にもどす循環用ガス供給手段を有す
る循環経路すなわち外部循環部を備え、さらに順次予備
還元鉱粉をサイクロンから流動層予備還元炉までの途中
で取出し、高温の酸素含有空気と共に竪型炉の上段羽口
から炉内に吹込むようになっている。

ここに循環型流動層予備還元炉における生産性は、還元
ガス条件、鉱石銘柄、目標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流動層内の予備還元鉱石
粉の滞留量で一義的に定まる。ところが発明者らの研究
によれば、炉内滞留量は、粉鉱石銘柄による見掛け密度
で定まる終端速度が異なる場合には、単に粒子循環ガス
量のみの制御では不十分であること、そしてさらに流動
層予備還元炉の流動化ガスや粒子循環ガスがサイクロン
下部へ逆流すると、サイクロン集塵効率が極端に悪化
し、流動層や外部循環部の滞留量が減少して操業が不安
定となることが判明した。

この点、外部循環部に粒子溜め槽を設け、該槽内の粉体
レベルを逆流ガスをシールするに必要な高さにしておけ
ば、逆流ガスの発生を効果的に防止できるだけでなく、
炉内滞留量の制御にも極めて有効であることの知見を得
た。

第１図に、流動層予備還元炉内差圧と適正な粒子溜め槽
内の粒体レベル高さとの相関関係を、予備還元鉱石粉の
かさ密度毎に示す。

同図に示したとおり、予備還元炉内差圧すなわち滞留量
に応じて、予備還元鉱石粉のかさ密度を考慮した適正な
粉体シール高さが存在する。

すなわち粒子溜め槽内の粉体シール高さがあまりに高す
ぎると外部循環部から流動層予備還元炉に対する推進力
が大きくなり過ぎるため、粒子循環ガス量に対する循環
量の感度が良くなりすぎてかえって滞留量の制御性が悪
くなる。逆に、粉体シール高さが低いとサイクロンへ流
動化ガスが逆流してサイクロン集塵効率が低下する。

以上の調査結果を踏えて、予備還元鉱石粉のかさ密度毎
に流動層内における滞留量すなわち差圧と、この差圧に
おける安定操業域の粒子溜り槽内の粉体レベルとの相関
関係にもとづき、サイクロン下部の粒子溜り槽内におけ
る粉体シール高さレベルが、流動層予備還元炉内の予備
還元鉱石粉の滞留量とかさ密度に見合うレベルとなるよ
うに粉状鉱石ホッパーから粉状鉱石を装入管を介して粒
子溜り槽内に供給してレベル高さを制御することによ
り、粉状鉱石の高生産性の下での予備還元が安定かつ円
滑に実施できるようになったのである。

第２図に、この発明の実施に用いて好適な循環式流動層
予備還元炉を模式で示す。

図中番号１は流動層予備還元炉、２は流動化還元ガス、
３は粉状鉱石ホッパーであり、4aは流動層予備還元炉経
由装入管、4bはサイクロンダスト経由装入管、4cは粒子
溜り槽経由装入管である。また５はサイクロン、６は粒
子溜り槽、７は循環装置である。

そして8a〜8dはそれぞれ流動層予備還元炉１内の圧力差
を検出する差圧発信器、9a〜9eはそれぞれ粒子溜り槽内
における粉体のレベル検出器、10は粒子循環ガス、11は
粒子循環ガス10の制御装置、12は演算・制御装置、13は
予備還元鉱石粉の排出装置、14は予備還元鉱石粉の輸送
管、15はフィーダである。なお16は竪型溶融還元炉、17
はその羽口である。

さて上記の循環型流動層予備還元炉において、流動層予
備還元炉１内では、竪型溶融還元炉16から排出される80
0〜1000℃の高温ガスを流動化還元ガス２として炉の下
部から炉内に導入すると共に、粉状鉱石をそのホッパー
３より切り出し予備還元炉経由装入管4aを介して同じく
炉内に装入して流動層予備還元を開始する。予備還元炉
１から飛び出した予備還元鉱石粉はサイクロン５で捕集
されたのち外部循環経路の１部である粒子溜り槽６に蓄
積され、循環装置７の下部より吹込んだ粒子循環ガス10
で搬送され再び流動層予備還元炉１に循環供給される。

かような循環型流動層予備還元において、流動層予備還
元炉１では、差圧発信器８で炉内の差圧を検出する一
方、粒子溜り槽６内では粉状レベル検出器９で槽内の粉
体レベルを検出し、それぞれの信号を演算・制御装置12
に出力する。

この演算・制御装置12には、予め前掲第１図に示したよ
うな予備還元鉱石粉のかさ密度毎の流動層予備還元炉内
差圧と適正な粒子溜り槽内粉体レベルとの相関関係が記
憶されていて、上記のようにして予備還元炉内差圧と粉
体レベルとが入力されてきたら、粉体溜り槽６内のレベ
ルが、予備還元鉱石粉のかさ密度と差圧に応じた適正レ
ベルになるように、フィーダ15、予備還元鉱石粉の排出
装置13および粒子循環用ガス制御装置11に指令を発し
て、粉状鉱石のホッパー切出し量や予備還元鉱石粉の排
出量、循環ガス量などを制御するのである。

（実施例） 前掲第２図に示したような循環型流動層予備還元炉と竪
型溶融還元炉を用いて、下記の条件で粉状鉱石の溶融還
元を行った。

ｉ）竪型溶融還元炉 ・炉内径:1.2m ・羽口数：上、下２段各３本（上下段羽口間隔1.0m） ii）循環型流動層予備還元炉 ・流動層予備還元炉内径:0.7m ・粉状鉱石粒径:0.3mm以下 ・予備還元温度:800〜850℃ ・予備還元率:50〜60％ ・流動層予備還元炉内における予備還元鉱石粉滞留量:
1.3トン ・予備還元鉱石粉のかさ密度:1800〜2000kg/m³ ・流動層差圧ΔP:0.4kg/cm² ・粒子溜り槽内の粉体レベル高さ:3.5〜4.0m（第１図か
ら、差圧:0.4kg/cm²に対応するレベル高さを決定） ・粉状鉱石装入量:600〜650kg/h ・予備還元鉱石粉排出量:480〜530kg/h この発明に従い上記の条件下に粉状鉱石を予備還元した
ところ、１日当り12トンの予備還元鉱石粉を安定して生
産することができた。

この点、循環ガス量のみの調整による特願昭63-136644
号明細書に開示の予備還元法では、生産量は10ton/day
に止った。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、粉状鉱石の予備還元を高生
産性の下で安定して達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、安定した流動層予備還元を導く、予備還元炉
内差圧と粒子溜り槽内粉体レベルとの関係を示したグラ
フ、 第２図は、この発明の実施に用いて好適な循環型流動層
予備還元炉の模式図である。 １……流動層予備還元炉、２……流動化還元ガス ３……粉状鉱石ホッパー 4a……流動層予備還元炉経由装入管 4b……サイクロンダスト経由装入管 4c……粒子溜り槽経由装入管 ５……サイクロン、６……粒子溜り槽 ７……循環装置、8a〜8d……差圧発信器 9a〜9e……粉体レベル検出器 10……粒子循環ガス 11……粒子循環ガス制御装置 12……演算・制御装置 13……予備還元鉱石粉の排出装置 14……予備還元鉱石粉の輸送管 15……フィーダ、16……竪型溶融還元炉 17……羽口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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粉状鉱石や予備還元鉱石粉の
   飛び出し速度よりも大きい速度で炉内に導入し、流動層
   を形成して粉状鉱石を予備還元する流動層予備還元炉
   と、この流動層予備還元炉から飛び出した予備還元鉱石
   粉を捕集するサイクロンと、このサイクロンの下部に
   て、捕集した予備還元鉱石粉を溜める粒子溜り槽と、こ
   の粒子溜り槽内の予備還元鉱石粉を流動槽予備還元炉に
   戻す循環ガス供給手段を有する循環経路および該予備還
   元鉱石粉を竪型溶融還元炉に輸送する輸送経路をそなえ
   る循環型流動層予備還元炉を操業するに当り、 予め、予備還元鉱石粉のかさ密度毎に、安定した炉操業
   を導く、流動層予備還元炉内の滞留量と粒子溜り槽内の
   粉体レベル高さとの相関関係を求めておき、 流動層予備還元炉内の予備還元鉱石粉の滞留量とそのか
   さ密度に応じて、粒子溜り槽内の予備還元鉱石粉レベル
   を、上記の相関関係を満足するレベルに制御することを
   特徴とする循環型流動層予備還元炉の操業方法。