JPH0762163B2 - 流動層鉱石予備還元炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶融還元法に使用するため、鉄鉱石を流動層
予備還元炉で還元する装置に関する。

〔従来の技術〕 鉄鉱石を還元して溶銑を製造するために、高炉を使用す
る方法、シャフト炉で還元した鉄鉱石を電気炉で溶解す
る方法等が従来から採用されている。

高炉を使用する方法においては、熱源及び還元剤として
多量のコークスを使用している。また、鉄源である鉄鉱
石は、炉内における通気性，還元性を向上させるために
通常焼結され、焼結鉱として高炉に装入されている。こ
のようなことから、該高炉法は、強粘結炭を乾溜するた
めのコークス炉設備及び焼結鉱を製造するための焼結設
備を必要とする。したがって、該高炉法には、多大な設
備費は勿論のこと、多くのエネルギー及び労働が必要と
なる。このため、高炉法には処理コストが高くなるとい
う欠点があった。更に、強粘結炭は世界的に賦存量が少
なく、しかもその分布が地域的に偏っているため、供給
が不安定である。

一方、シャフト炉による鉄鉱石の還元法では、鉄鉱石を
ペレット化する前処理を行うことが必要となり、また還
元剤、熱源として高価な天然ガス等を多量に消費すると
いう欠点がある。

このような従来の溶銑製造技術に代わるものとして、溶
融還元法が注目を浴びている。この方法で使用する溶融
還元炉は、使用する原料に制約を受けることなく、より
小規模な設備により鉄系合金の溶湯を製造することを目
的として開発されたものである。

このような溶融還元法の一つとして、本発明者等は、先
に第３図に示すようなフローで構成される方法を特願昭
59−184056号として提案した。

この方法によるとき、次のようにして溶銑が製造され
る。すなわち、鉄鉱石１及び石灰石２は、流動層予熱炉
３内で石炭４と空気５との燃焼反応で生じた熱によって
加熱される。その結果、石灰石２（CaCO₃）は、生石灰
（CaO）となって流動層予備還元炉６に供給される。

流動層予備還元炉６内では、流動状態の予熱鉱石及び生
石灰に、石炭７及び酸素又は酸素含有ガス８が吹き込ま
れる。この石炭７は、流動層予備還炉６内で予熱鉱石と
熱交換し、また酸素との反応による部分燃焼によって熱
分解する。これによって、石灰７は、還元性のガスを発
生すると共にチャー９となる。

他方、溶融還元炉10で発生したガス又はそのガスを脱炭
酸処理して得られる還元ガス11は、流動層予備還元炉６
からの燃料ガス12との熱交換によって700〜900℃に昇温
された後、流動層予備還元炉６に吹き込まれる。流動層
予備還元炉６に吹き込まれた還元ガス11は、石炭７の熱
分解により生成した還元ガスと混合され、流動状態にあ
る高温の粉粒状鉄鉱石を還元し、還元鉱13を生成する。

また、流動層予熱炉３内に生成した生石灰14は、予熱鉱
石と共に流動層予備還元炉６に装入され、流動層予備還
元炉６内にあるガスの脱硫を行う。次いで、該生石灰14
は、還元鉱13及びチャー９と共に流動層予備還元炉６か
ら排出される。

このようにして得られた還元鉱13,チャー９及び生石灰1
4に対して、溶融還元炉10における熱バランス上必要な
石炭，コークス等の炭材が外部から加えられ、混練され
る。次いで、混合物は、ブリケットマシン等の塊成化装
置15によってブリケット16に形成された後、装入装置17
によって溶融還元炉10に装入される。

この溶融還元炉10内には、上吹きランス18から酸素19が
浴に向かって吹き付けられると共に、底吹き羽口20から
浴中に酸素及び炭材が吹き込まれている。そして、ブリ
ケット16に含まれている炭材，底吹き羽口20から酸素と
共に吹き込まれている炭材、装入装置17から供給された
コークス21等の炭材は、上吹きランス18から供給された
酸素と反応し、溶融還元炉10内に多量の熱を発生する。
この発生熱によって、ブリケット16中の還元鉱13が溶解
し、還元が進行して溶銑22となる。

一方、還元鉱13の脈石と炭材及び生石灰14とが反応し
て、スラグ23が生成する。このスラグ23は、溶融還元炉
10内に貯留し、時間が経過するにつれその量を増してい
く。そこで、該スラグ23を間欠的又は連続的に炉外に排
出する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のような流動層予備還元炉６においては、酸素或い
は酸素含有ガス８を側面から炉内に吹き込むことにより
原料の鉄鉱石１を還元するようにしている。しかし、流
動層内に直接酸素８を吹き込むと、吹き込み直前部が非
常に高温となり、鉄鉱石1,石炭７等が溶融して凝塊化
し、流動層閉塞の原因となる。また、高熱によるノズル
溶損等のトラブルが生じやすく、保守作業が煩雑とな
る。

この高熱に起因する問題を解決するため、特開昭56−10
5409号公報に示されるように、分子状酸素含有気体或い
は微粉・液状炭素質物質を水冷ノズルで流動層内に吹き
込み、流動層内の微粉炭素質物質の部分燃焼で形成され
る還元ガスによって微粉酸化鉄物質を還元することも知
られている。

水冷ノズルを使用した場合、ノズルの温度上昇を抑える
ことはできるが、水漏れが生じると流動層内のH₂O分圧
が高くなり、還元ガスの酸化度が大になり還元を阻害す
る。また、炉温低下の原因ともなる。

また、上記公報には酸素と共に炭素物質を炉内に吹き込
む例も示されているが、この場合、酸素と炭素物質が未
反応のまま炉内に吹き込まれると、吹き込まれた酸素は
炉内の一酸化炭素ガスと選択的に反応し、還元ガスの酸
素度を高める結果となり、還元反応性の劣化の原因とな
る。

更に、流動層予備還元炉上方のフリーボード部では還元
反応の進行により、還元ガスの酸化度が高くなり、フリ
ーボード部での還元反応が劣化する。このため、フリー
ボード部の空間を有効に利用できないという問題があっ
た。

本発明は、上記問題点を解消するために案出されたもの
であって、流動層予備還元炉に微粉炭バーナを設けるこ
とにより、フリーボード部の還元ガスを改質することを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の鉄鉱石予備還元装置は、その目的を達成するた
めに、炉内にて装入された鉱石と、適宜装入された副原
料を還元ガスにて流動せしめ、該還元ガスにて鉱石を予
備還元する流動層鉱石予備還元炉において、燃焼により
高温ガスを発生させる１次微粉炭を噴出する吹き込み
部、及び、上記１次微粉炭の燃焼により発生した高温ガ
ス中に理論酸素比が１以下となるように２次微粉炭を吹
き込んで還元ガスを発生させる吹き込み部を設けた微粉
炭バーナを、上記流動層鉱石予備還元炉の炉本体に設け
たことを特徴とする。

〔作用〕

すなわち、本発明においては、流動層予熱炉から排出さ
せる排ガスと鉄鉱石、石灰石等の製鉄原料を流動層予備
還元炉に供給すると共に、粉粒状の石灰も併せて装入
し、溶融還元炉で発生したガスあるいは脱炭酸ガス処理
して得られる還元ガスを流動層予備還元炉の下部から吹
き込む。この還元ガスは、炭材を酸素と部分燃焼反応さ
せることにより生成したガスと混合される。この還元ガ
スで原料を流動させ、鉄鉱石を還元する。流動層上部の
フリーボード部では、還元に寄与したガスが酸化度を増
し還元能力が低下する。

そこで、１次微粉炭を燃焼して得られた高温ガス中に石
炭が完全燃焼するに必要な理論的な酸素量に対する供給
酸素量の比を酸素比として、この高温ガスが酸素比１以
下の状態となるように微粉炭を吹き込む微粉炭バーナ
を、流動層予備還元炉に付設する。これにより該微粉炭
バーナ内で、石炭が熱分解して還元ガスと赤熱チャーが
生成された還元性雰囲気となり、高温ガス中の二酸化炭
素と赤熱チャー化した２次微粉炭が反応し、二酸化炭素
を還元して一酸化炭素化する。したがって、バーナ中で
一酸化炭素濃度が非常に大である還元ガスと赤熱チャー
が生成されフリーボード部へ噴出する。微粉炭バーナよ
り噴出された還元ガスによりフリーボード部内の還元ガ
スの還元度が向上し、且つ、高温の赤熱チャーにより Ｃ＋CO₂→2CO の反応で還元ガスの改質が行われる。

そしてこのガスは、高温の鉄鉱石を流動状態にして還元
し、還元鉱を生成する。生成された還元鉱は流動層予備
還元炉の下部に設けた排出部から採取される。

このようにして、流動層予備還元炉のフリーボード部の
還元能力を高めた状態で還元鉱を得ることができる。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明の特徴を具体的に説明する。

第１図は本発明の基本的構成を示す概略図である。図に
おいて、流動層予備還元炉６には、流動層予熱３（第３
図参照）から送られてきた粉鉱石、石灰石等の原料71が
切出弁41を介して装入される。また、この流動層予備還
元炉６内には、粉粒状の石炭７も切出弁43を介して併せ
て装入され、溶融還元炉10（第３図参照）で発生したガ
スあるいは脱炭酸ガス処理して得られる還元ガス11が調
節弁45を介して流動層予備還元炉６の底部から吹き込ま
れる。この還元ガス11は、切出弁43を介して装入された
石炭７を酸素と部分燃焼反応させることにより生成した
ガスと混合される。

この還元ガス11は、高温の鉄鉱石を流動状態にして還元
し、還元鉱を生成する。還元ガス11の空塔速度を大にし
て流動粒子とのスリップ速度を大きく取ることにより還
元反応の促進を行い生産性を向上させる。このとき、装
入原料粒子の多くが流動層予備還元炉６から還元ガス11
に同伴して飛散するため、流動層予備還元炉６の出口に
設けたサイクロン31で粒子を補集し、この粒子をホッパ
32に貯留し、ニューマチックフィーダ33を介して流動層
予備還元炉６内へ循環供給させる。粉鉱石の循環還元に
より還元率の向上と均一還元性及び還元率コントロール
性が向上する。

そして下部の排出部からは、切出弁42を開くことによ
り、還元鉱13aが採取され、またニューマチックフィー
ダ33からは、切出弁44を開くことにより、比較的小粒径
の還元鉱13bが採取される。

このように、流動層予備還元炉６からの還元鉱13a,13b
の排出口をサイクロン31,ホッパ32及びニューマチック
フィーダ33で構成される粒子循環系と流動層予備還元炉
６の下部に設ける。粒子循環系からは流動層予備還元炉
６内の流動層を飛散した還元鉱13bの細かな粒子が風ふ
るい効果によって比較的整粒化されて得られる。したが
って、この排出還元鉱13bは気体輸送が可能であり、溶
融還元炉内にはノズル吹き込みが可能である。一方、流
動層予備還元炉６下部の濃厚流動層部6aに設けられたガ
ス分散板6b上には比較的粒径の粗い還元鉱13aが滞留流
動しており、この比較的粗い粒子を流動予備還元炉６の
下部に設けた排出口より排出する。これは気体輸送する
には大き過ぎるため、コンベヤ類で機械的に搬送処理さ
れる。

ここで本発明においては、流動層予備還元炉６上部のフ
リーボード部6cに微粉炭バーナ50を設け、該微粉炭バー
ナ50内を還元性雰囲気にすることにより、フリーボード
部6cの還元ガスの改質を図る。

第２図は、本発明の実施例による微粉炭バーナ50の断面
図を示し、その一端が流動層予備還元炉６の炉壁6dを通
して流動層予備還元炉６内に開口された筒状体51を有す
る。該筒状体51の他端はその内径が先細とされ、該先細
部52に１次微粉炭72a及び１次酸素73aが供給される吹き
込み部53と、該吹き出し部53を覆う形状とされた２次酸
素供給部54が同軸的に取りつけられている。更に、筒状
体51の側壁には２次微粉炭72b吹き込み用の透孔55が筒
状体51の壁面に対して所定の角度をもって形成される。

吹き込み部53から供給された１次微粉炭72aを高含有酸
素ガスで燃焼することにより微粉炭バーナ50内に高温ガ
スを発生させる。この高温ガスの高温雰囲気中に、酸素
比が１以下になるような量の２次微粉炭72bを透孔55を
通して吹き込む。このため、２次微粉炭72bが赤熱チャ
ー化し、微粉炭バーナ50内が還元性雰囲気となる。この
還元性雰囲気を流動層予備還元炉６内に吹き込むことに
より、フリーボード部6cの還元ガスの酸化度を低くする
ことができ、還元ガスの改質を図ることができる。

また、微粉炭72bは高温ガスによって赤熱しチャー化す
るので、燃焼ガス中の二酸化炭素と赤熱チャーの炭素と
が、式 Ｃ＋CO₂→2CO で反応し、一酸化炭素ガスを発生する。この還元熱と赤
熱チャーの顕熱により燃焼ガスの熱が奪われるので微粉
炭バーナ50内が異常な高温になることがない。

すなわち、本発明においては、微粉炭バーナ50で生成し
た一酸化炭素を含む燃焼ガス及び赤熱チャーを、流動層
予備還元炉６のフリーボード部6cに吹き込むことによ
り、フリーボード部6cでの還元ガスの還元反応性を向上
させることができると共に、微粉炭バーナ50内の温度を
適正な温度に抑えることができる。

また、微粉炭バーナ50からの燃焼ガスで、鉄鉱石の還元
反応及び炉の放熱ロスで低下したガス温度を適正温度に
コントロールすることによリ、フリーボード部6cでの鉄
鉱石の還元能力を高めることもできる。

なお上述の実施例においては、微粉炭バーナ50を対向し
て２本設けたが、炉周方向に１本或いは複数本設置して
もよい。更に、炉高方向に複数段の微粉炭バーナ50を設
けてもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の流動層予備還元炉において
は、フリーボード部に微粉炭バーナを設け、微粉炭バー
ナの高温ガス中に微粉炭を吹き込むことにより微粉炭バ
ーナ内が還元性雰囲気とされる。この還元性雰囲気は流
動層予備還元炉に吹き込まれるのでフリーボード部の還
元ガスの改質を図ることができる。したがって、流動層
予備還元炉における鉄鉱石の還元を効率的に行うことが
できる。

また、微粉炭バーナ内の反応により生じる還元熱等で燃
焼ガスの熱を奪うので微粉炭バーナ内が異常な高温にな
ることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を示す概略図、第２図は微
粉炭バーナの断面図、第３図は本発明者等が先に開発し
た溶融還元法のフローを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 正和 神奈川県川崎市中原区井田1618 新日本製 鐵株式會社第一技術研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炉内に装入された鉱石と、適宜装入された
   副原料を還元ガスにて流動せしめ、該還元ガスにて鉱石
   を予備還元する流動層鉱石予備還元炉において、 燃焼により高温ガスを発生させる１次微粉炭を噴出する
   吹き込み部、及び、上記１次微粉炭の燃焼により発生し
   た高温ガス中に理論酸素比が１以下となるように２次微
   粉炭を吹き込んで還元ガスを発生させる吹き込み部を設
   けた微粉炭バーナを、上記流動層鉱石予備還元炉の炉本
   体に設けたことを特徴とする流動層鉱石予備還元炉。