JPH0860215A - 流動層炉とそれを用いる溶融還元装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鉱石の溶融還元装置における予備還元を行う
流動層炉の構成の簡略化を図るとともに、鉱石全体の平
均予備還元率を高くすること。 【構成】 小径筒部とその上部に中空逆円錐台部を介し
て大径筒部を形成し、小径筒部の分散板よりも下方の風
箱に還元ガスを供給し、小径筒部内で粗粒の流動層を形
成して分散板付近の粗粒排出口から粗粒を排出し、大径
筒部では細粒を流動化して細粒排出口から細粒をオーバ
フローして排出し、大径筒部から飛散する細粒ないしは
微粉を極わずかにしてサイクロンを小形化し、低い位置
に置くことができるようにし、細粉を循環しないように
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、粉体である鉱石などの
原料の流動層を形成して反応させる流動層炉に関し、さ
らにその流動層炉を予備還元炉として用いる溶融還元装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】典型的な先行技術は本件出願人による特
開平１−１２９９１５に開示され、それは図１２に示さ
れる。溶融還元用予備還元炉１の上部１ａには供給管２
から酸化鉄などの鉱石を装入し、小径の下部１ｂには、
漏斗状の分散板６が配置され、その下方の導入管３から
は還元ガスが供給され、これによって粗粒は、分散板６
上に一旦堆積し、分散板６の排出口７から鉱石の排出に
伴ってゆっくりと移動して移動層が形成され、予備還元
されて排出され、中粒状の原料は、炉１内の中腹部で気
泡流動層を形成して混合撹拌され、分散板６の排出口７
から排出され、微粉は、前記気泡流動層から飛び出し、
排ガスとともにサイクロン８に導かれて捕集され、循環
管９を経て炉１内に戻されて循環され、循環流動層を形
成する。炉１の上部１ａの内径Ｄａを大きくして、空塔
速度を減じ、炉１外に飛散する微粉の粒径を規制するよ
うにし、また下部１ｂの内径Ｄｂを小さくして、粒径の
大きい鉱石の流動化を可能にしている。

【０００３】このような図１２に示される先行技術で
は、サイクロン８で捕集される微粉は、粗粉よりも炉内
での滞留時間が短いので、１回の循環による予備還元率
が小さく、したがって循環を繰り返し行わなければなら
ない。鉱石の種類によっては、その微粉の割合が大き
く、またその鉱石の種類によっては炉内での粉化が激し
く、このように微粉の量が多い場合には、循環量が増大
する。サイクロン８の捕集率は一定であるので、循環量
が増大することによって、サイクロン８で捕集すること
ができない微粉量が増大し、歩留りが低下し、すなわち
鉱石の有効利用率が悪化する。またこのように循環量が
増大すると、サイクロン８などにおける耐火物の損耗量
が大きくなるという問題がある。さらに循環量が増大す
ることによって、鉱石の粉化が激しくなり、上述の問題
がさらに顕著になる。

【０００４】また図１２の先行技術では、炉１の容量が
実用規模になると、サイクロン８の上下の長さは炉１よ
りも大きくなる。このとき、サイクロン８で捕集した微
粉を、そのサイクロン８の下部から、重力で落下して循
環管９を経て炉１に戻すことができるようにするには、
そのような上下の長さが大きいサイクロン８を高い位置
に設けざるを得ないことになる。したがって建屋などの
設備費が高価になるという問題がある。もしも、そのよ
うな長いサイクロン８を、低い位置に設置すると、サイ
クロン８の下部から排出される微粉を、自重で炉１に落
下して導くことができず、そのサイクロン８の下部から
の高温の微粉を、高価な気送式高温粉体輸送装置を設置
して導く必要が生じてしまう。

【０００５】また図１２の先行技術では、粉体の排出口
７は分散板６に１カ所だけ設けられているので、上部１
ａの内径Ｄａが微粉の径に対応して大きいときには、そ
の微粉が上部１ａ内に累積滞留し、やがて炉１の上部１
ａの出口１０から飛散して飛び出すことになる。したが
ってこのようなときには、微粉を希望する予備還元率で
排出することができない。

【０００６】このような問題を解決する他の先行技術は
実開平２−９４２４２に開示されている。この先行技術
では、原料鉱石が装入される粗粒のための第１の流動層
炉と、その第１の流動層炉からの排ガスに同伴される微
粒鉱石を捕集するサイクロンと、そのサイクロンで捕集
された微粒鉱石が装入される第２の流動層炉とが備えら
れる。これによって微粉を循環する構成を備えることな
く、微粉の予備還元率を向上して、鉱石全体の平均還元
率を向上することを可能にしている。

【０００７】このような第２の先行技術の問題は、設備
が複雑であり、設備費が高くなる。またこの先行技術で
は第１および第２の各流動層炉への還元ガスの流量分配
の設定が難しく、運転が難しい。

【０００８】さらにこの第２の先行技術では、第１流動
層炉における微粉の割合が大きいときには、サイクロン
の負荷が大きく、そのため耐火物の過大な損耗を生じ、
さらにまたそのような微粉量が大きいときには、サイク
ロンで捕集することができない微粉量が増大し、鉱石の
歩留りが悪くなる。

【０００９】第３の先行技術は特開昭６３−５７７０９
に開示され、この先行技術では反応塔からの排ガスに随
伴する鉱石をサイクロンで回収し、下降連結管を介し
て、再度、反応塔に装入して反応させて鉱石を循環流動
する構成を有する。この先行技術では、鉱石の循環量が
多いので、前述の第１の先行技術の問題点と同様な問題
点がある。

【００１０】さらに他の先行技術は特開平６−１００２
１に開示され、それは図１３に示される。この先行技術
では、流動層炉１１の上部１１ａの内径を下部１１ｂよ
りも大きくし、導入部１３からの還元ガスの流速を上部
１１ａで低下させて微粉の滞留時間を延長し、サイクロ
ン１４を経て下降管１５から下部１１ｂに戻されて循環
する微粉の量を減少し、微粉濃厚領域１９からの微粉は
排出口１６から排出し、粗粉濃厚領域１８からの粗粉は
排出口１７から排出する。

【００１１】このような図１３に示される第４の先行技
術では、サイクロン１４を用いて微粉を循環しているの
で、その微粉１４および下降管１５を含む循環経路の耐
火物が摩耗するという問題があることは、前述の先行技
術と同様である。

【００１２】さらにこの先行技術では、サイクロン１４
の捕集率を向上するために、上下の長さを大きくしたと
きには、そのサイクロン１４で捕集した微粉を、排出口
１６で下降管１５を介して重力の作用で炉１１の下部１
１ｂに戻すことができるようにするために、その長いサ
イクロン１４を高い位置に設ける必要があり、設備費が
高くなる。

【００１３】また下降管１５には、下部１１ｂからガス
が逆流しないようにするために高温度の耐久性に優れた
流量制御弁を下降管１５の途中に配置する必要があり、
そのような高温度での耐久性のある流量制御弁は高価で
ある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、微粉
も粗粉と同様に流動層内に滞留させることができ、微粉
と粗粉との予備還元などの反応を良好に行うことができ
るようにした流動層炉を提供するとともに、それを用い
て予備還元率の向上を図ることができるようにした溶融
還元装置を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上下に延びる
小径筒部と、小径筒部の上部に連なり、小径筒部よりも
大きい内径を有し、上下に延びる大径筒部と、小径筒部
に設けられ、下方に風箱を形成する分散板とを含み、風
箱内にガスが供給され、小径筒部内および大径筒部内に
原料の流動層が形成され、大径筒部の上部に排気口が形
成され、小径筒部の分散板上方で、その分散板付近に粗
粒の排出口が形成され、大径筒部の上下方向の途中位置
で細粒をオーバフローして排出する細粒の排出口が形成
され、さらに大径筒部の排気口に接続されて、それによ
って捕集された細粒を前記流動層内へ循環させない第１
捕集手段が形成されることを特徴とする流動層炉であ
る。また本発明は、大径筒部内では、粉体が縦に旋回す
る縦旋回流が形成されることを特徴とする。また本発明
は、小径筒部または大径筒部は、上方になるにつれて内
径が大きくなる中空円錐台状であることを特徴とする。
また本発明は、大径筒部の上部には、上方になるにつれ
て小径となる中空錐体状のカバーが設けられ、そのカバ
ーの頂部に排気口が形成されることを特徴とする。また
本発明は、（ａ）予備還元用の流動層炉であって、上下
に延びる小径筒部と、小径筒部の上部に連なり、小径筒
部よりも大きい内径を有し、上下に延びる大径筒部と、
小径筒部に設けられ、下方に風箱を形成する分散板とを
含み、風箱内にガスが供給され、小径筒部内および大径
筒部内に原料の流動層が形成され、大径筒部の上部に排
気口が形成され、小径筒部の分散板上方で、その分散板
付近に粗粒の排出口が形成され、大径筒部の上下方向の
途中位置で細粒をオーバフローして排出する細粒の排出
口が形成される流動層炉と、（ｂ）流動層炉よりも低い
位置に設けられ、前記大径筒部の排気口に接続され、そ
れによって捕集された細粒を前記流動層内へ循環させな
い第１捕集手段と、（ｃ）流動層炉よりも低い位置に設
けられる溶融還元炉であって、流動層の粗粒排出口と細
粒排出口および第１捕集手段の細粒排出口とが溶融還元
炉に接続される溶融還元炉と、（ｄ）溶融還元炉の上部
からの還元ガスが導かれ、その還元ガスを前記風箱に導
く第２捕集手段とを含むことを特徴とする溶融還元装置
である。また本発明は、流動層炉と溶融還元炉との各軸
線を含む一仮想平面に関して、第１捕集手段が一方側
に、また第２捕集手段が他方側にそれぞれ配置されるこ
とを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明に従えば、鉱石循環装置を有していない
ことが基本要件であり、小径筒部と大径筒部とがこの順
序で下から上に配置されて炉体が形成され、小径筒部に
は分散板が設けられ、小径筒部と大径筒部との内部で流
動層が形成され、たとえば予備還元などの反応が行わ
れ、小径筒部内の粗粒は、分散板付近の排出口から排出
され、また大径筒部内の細粒は、その細粒の排出口をオ
ーバフローして排出され、こうして粗粒だけでなく細粒
も炉内で滞留させることによって、前述の先行技術にお
ける細粒または微粉の循環のための構成をなくすことが
でき、設備費を低減することができる。また下流側に飛
散する細粉または微粉の量が極くわずかになり、原料、
たとえば鉱石の有効利用率を向上することができ、その
結果、運転費を安くすることができるようになる。

【００１７】また本発明に従えば、大径筒部内で細粒
が、縦の旋回流を形成して、反応が促進されることにな
る。

【００１８】さらに本発明に従えば、小径筒部または大
径筒部のいずれか一方または両者は、上方になるにつれ
て内径が大きくなる中空円錐台状に形成され、これによ
って構成を簡略化するようにしてもよい。

【００１９】さらに本発明に従えば、大径筒部の上部に
設けられるカバーは、上方になるにつれて小径となる中
空錐体状に形成され、そのカバーの頂部に排気口が形成
され、これによって小径筒部は勿論、大径筒部内におけ
るガスの偏流を防ぎ、流速の分布を均一にして安定した
流動層を形成し、予備還元などの反応の均一化を図るこ
とができる。

【００２０】さらに本発明に従えば、金属酸化物を含有
する鉱石、たとえば酸化鉄などを溶融還元するに先立
ち、流動層炉内で鉱石の予備還元を行い、この流動層炉
内には、たとえば上述のように粗粒だけでなく細粒もま
た滞留されるようにし、その細粒または微粉を循環する
構成とはしないので、第１捕集手段、たとえばサイクロ
ンなどを流動層炉よりも低い位置に配置し、すなわち第
１捕集手段からの捕集された細粒または微粉の排出口
を、流動層炉の原料装入口よりも低く配置することがで
きるようになり、したがって設備を簡略化し、その設備
費を安くすることができる。

【００２１】さらに本発明に従えば、流動層炉と溶融還
元炉との各縦の軸線を含む一仮想平面に関して、流動層
炉からの細粉を捕集する第１捕集手段と溶融還元炉から
の還元ガスに含まれる粉体を捕集して還元ガスを流動層
炉に導く第２捕集手段とを両側に分けてそれぞれ配置す
ることによって、配管をできるだけ短くして構成の小形
化を図り、設置面積を小さくてすむようにすることがで
きる。

【００２２】本発明の流動層炉は、鉱石の予備還元のた
めに実施することができるだけでなく、そのほか、セメ
ント、石灰、ニッケル、チタンなどの各種の原料の焼成
プロセスおよび、そのほかの反応のためにもまた実施す
ることができる。

【００２３】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の鉱石の溶融還元
装置を構成する予備還元のための流動層炉２１の縦断面
図である。この流動層炉２１は、（ａ）鉛直軸線を有す
る直円筒状の小径筒部２２と、（ｂ）この小径筒部２２
の上部に連なる中空逆円錐台状の錐体２３と、（ｃ）こ
の錐体２３の上部に連なり、小径筒部２２よりも大きい
内径を有する鉛直軸線を有する大径筒部２４とを含み、
これら各構成要素２２，２３，２４の軸線は一鉛直軸線
上にある。小径筒部２２の上下の途中位置には、分散板
２５が設けられ、その分散板２５の下方に風箱２６が形
成される。風箱２６には、管路２７が接続され、還元ガ
スが供給される。

【００２４】小径筒部２２の分散板２５上方で、その分
散板２５付近には、粗粒排出口２８が形成され、粗粒排
出管２９が接続される。大径筒部２４の上下方向の途中
位置には、細粒排出口３０が形成され、この細粒排出口
３０には、細粒排出管３１が接続され、細粒がオーバフ
ローして排出口３０から排出される。

【００２５】小径筒部２２と大径筒部２４との境界部で
ある錐体２３には、原料である鉱石を装入する装入口３
２が形成され、原料は装入シュート３３から供給され
る。

【００２６】図２は図１に示される流動層炉２１の簡略
化した平面図である。大径筒部２４の上部には、カバー
３４が設けられる。このカバー３４は、上方になるにつ
れて小径となる中空円錐台であって、錐体状に形成され
る。このカバー３４の頂部には排気口３５が形成され、
排気管路３６が接続される。

【００２７】運転中、小径筒部２２内では、粗粒の流動
層３７が形成され、大径筒部２４内では、細粒の流動層
３８が形成される。この細粒流動層３８では、ガスの流
速分布は大径筒部２４内でほぼ均一であり、その流動層
３８が安定して形成され、細粒ないし微粉は流動層３８
に滞留したままとなり、希望する予備還元率に還元され
ることができる。こうして還元された細粒は、細粒排出
口３０からオーバフローして排出される。

【００２８】大径筒部２４の内径Ｄ１は、（ａ）このよ
うに細粒の流動層３８が形成されるガス流速が得られる
ように流動化開始速度以上であって、（ｂ）細粒の平均
還元率が希望する値、たとえば２７％になるように、さ
らに（ｃ）排気口３５からの細粒ないし微粉の飛散を抑
制して鉱石歩留りがたとえば９８％になるように、選ば
れる。また小径筒部２２の内径Ｄ２は、粗粒の流動化が
行われるに必要なガス流速が得られるように、すなわち
そのガス流速が流動化開始速度以上になるように定めら
れる。そのためにはＤ１／Ｄ２は、２．０以上に選び、
大径筒部２４のガス流速を低下させる。

【００２９】大径筒部２４内でガスが偏流することを防
いで、細粒の安定な流動層３８を形成するために、排出
口３０よりも上方の高さＨ１を比較的長く定めるととも
に、カバー３４を上述のように中空円錐台として、その
中央位置に排気口３５を設ける。これによって流動層３
８内では、鉛直軸線にほぼ平行なガスの流れを形成する
ことができる。細粒流動層３８の上部で滞留する鉱石で
ある粉体と、それよりも上方に飛散してキャリオーバさ
れる粉体との流動分布が明確に一定して分級されること
ができ、排気口３５から排出される細粒または微粉が極
わずかとなるように抑制することができる。

【００３０】錐体２３の内周面の角度θ１は、粉体の安
息角付近または安息角よりもわずかに大きい角度、また
はもっと大きい角度に選ばれ、たとえば約５０度に選ば
れる。

【００３１】本発明の他の実施例として、錐体２３およ
び大径筒部２４内で、細粒流動層３８では、小径筒部２
２の直上よりも外周部において、粉体が縦に旋回する縦
旋回流４０が形成されるように、その内径Ｄ１およびガ
スの流速などを選ぶようにしてもよく、これによって粉
体のガスとの接触による反応が促進されることになる。

【００３２】排気管路３６からのガスは、サイクロン４
１に導かれ、細粉または微粉が捕集され、排出口４２か
ら排出される。流動層炉２１から排ガスに同伴される極
細粒の量がわずかであるので、サイクロン４１は、そこ
で捕集された排出口４２からの極細粒を流動層炉２１に
戻す構造とはしないので、排出口４２を流動層炉２１の
原料装入口３２よりも下方に配置し、こうしてサイクロ
ン４１を流動層炉２１よりも低い地上位置に設けること
ができ、これによって設備費を低減することができるよ
うになる。

【００３３】図３は、図１および図２に示される流動層
炉２１を備える溶融還元装置の全体の構成を示す簡略化
した平面図である。流動層炉２１の粗粒排出管２９およ
び細粒排出管３１からの各粉体は、溶融還元炉４３に、
管路４４，４５（後述の図６参照）を介して供給され
る。溶融還元炉４３の頂部から排出される還元ガスは、
管路４６を経て、もう１つのサイクロン４７に導かれて
粉体が集塵されて捕集され、その還元ガスは清浄化され
て管路２７から、前述のように流動層炉２１の風箱２６
に供給される。流動層炉２１と溶融還元炉４３との鉛直
な各軸線４８，４９を含む一仮想平面５０に関して、サ
イクロン４１が一方側（図３の下方）に配置され、もう
１つのサイクロン４７は下方側（図３の上方）にそれぞ
れ配置される。これによって本件溶融還元炉の管路２
７，２９，３１，３６，４４，４５，４６などの配管を
短くして簡略化し、設備を小形化することができ、した
がって設置面積が少なくてすむようになる。

【００３４】サイクロン４１において極細粒が捕集され
た後のガスは、管路５１から集塵機５２に導かれて集塵
された後、ガスホルダー（図示せず）等を経て燃料ガス
として利用される。

【００３５】図４は、図３の左方から見た簡略化した側
面図である。予備還元を行う流動層炉２１よりもサイク
ロン４１が低い位置に配置され、それらは架台５４，５
５に支持される。サイクロン４１にて捕集された細粒は
溶融還元炉へ導かれる。

【００３６】図５は、図３の右方から見た簡略化した側
面図である。溶融還元炉４３は、基台５６上に設置さ
れ、サイクロン４７は、架台５７によって比較的低い位
置に設けられる。

【００３７】図６は、図３の一仮想平面５０から見た簡
略化した側面図である。流動層炉２１の小径筒部２２に
接続されている粗粒排出管２９には気密排出装置５８が
設けられ、粗粒によるマテリアルシールを行いつつ、そ
の流量を制御して、管路４４から溶融還元炉４３に、予
備還元された粗粒が供給される。また同様に流動層炉２
１の細粒排出管３１からの細粒は、気密排出装置５９を
経て、管路４５から溶融還元炉４３に供給される。気密
排出装置５８において、マテリアルシールを行っている
粗粒は参照符６０で示され、こうして溶融還元炉４３か
らの還元ガスが管路４４，２９を経て流動層炉２１に流
れることを防ぎ、このことはもう１つの気密排出装置５
９に関しても同様である。

【００３８】図７は、本発明の他の実施例の流動層炉２
１ａの断面図である。この実施例は前述の実施例に類似
し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべき
はこの実施例では、中空円錐台状のカバー３４の上部
に、図８に平面が示されるように２つの排気口３５が形
成され、管路３６に共通に接続される。カバー３４の頂
部６１は水平に形成されている。

【００３９】このような構成によれば、大径筒部２４内
における細粒流動層３８におけるガスの流速の分布を、
２つの排気口３５から排出することによって、流速分布
をほぼ均一にすることができる。したがって流動層３８
の上部におけるガスの流速がほぼ均一になってガスが上
昇し、そのため流動層３８で滞留する粉体と排ガスによ
ってキャリオーバされて排気口３５から飛散されて排出
される粉体との粒度分布が明確に、一定して分級される
ことが正確になる。そのため大径筒部２４の細粒排出口
３０よりも上方の高さＨ２を比較的短くしても、流動層
３８におけるガスの流速の分布を均一にすることがで
き、したがって流動層炉２１ａを低くして小形化が可能
になる。

【００４０】本発明の他の実施例として、図９に示され
るように流動層炉２１ａの排気口３５を３個以上、たと
えば３個、設けてもよく、さらに多くの排気口を設ける
ようにしてもよく、これによって大径筒部２４における
ガスの流れの偏流を防いで、流速を均一にし、安定な流
動層３８を形成することが可能になる。

【００４１】本発明のさらに他の実施例として、図１０
に示されるように流動層炉２１ｂの断面図である。この
実施例では、炉体が多段化され、すなわち直円筒状の小
径筒部２２の上方に中空円錐台部６２が形成され、さら
に小径筒部２２よりも大きい内径を有する直円筒状の筒
部６３が形成され、その上にさらに錐体２３を介して大
径筒部２４が形成される。そのほかの構成は前述の実施
例と同様である。このような構成もまた、本発明の精神
に含まれる。

【００４２】さらに本発明の他の実施例として、図１１
に示されるように流動層炉２１ｃでは、小径筒部２２ｃ
が上方になるにつれて内径が大きくなる中空円錐台状に
形成され、その上部に大径筒部２４が連なる。そのほか
の構成は前述の実施例と同様である。このような構成に
よれば、構成が単純であり、生産が容易である。

【００４３】本発明のさらに他の実施例として、大径筒
部２４を、上方になるにつれて内径が大きくなる中空円
錐台状に形成されてもよい。本発明のさらに他の実施例
として小径筒部２２と大径筒部２４とが一体的に連なっ
て逆円錐台状に形成された構成としてもよい。

【００４４】図１〜図６に示す鉄鉱石の原鉱石の粒度分
布は、最大径８ｍｍφ、８．０〜０．５ｍｍφが２０％
以上、たとえば５０％、０．５〜０．０６ｍｍφが２０
％以上、たとえば４０％であってもよく、０．０６ｍｍ
φ以下の鉱石が２０％未満、たとえば１０％である。

【００４５】流動層炉２１の装入シュート３３から装入
される予備還元鉄の粒度分布は、種々の実験に基づく１
つの試算では、最大径８ｍｍφ、８．０〜０．５ｍｍφ
が４０％、０．５〜０．０６ｍｍφが５４％、０．０６
〜０．００８ｍｍφが４％である。

【００４６】図１に示される流動層炉２１の大径筒部２
４の内径Ｄ１＝４５００ｍｍφ、小径筒部２２の内径Ｄ
２＝２０００ｍｍφであり、Ｄ１／Ｄ２＝２．２５であ
る。管路２７からの還元ガスの流量は２０００Ｎｍ³／
ｈであり、装入シュート３３からの原料投入量は１０ｔ
ｏｎ／ｈである。流動層炉２１内の原料をすべて排出し
た状態で、管路２７から上述のように還元ガスを供給し
たとき、小径筒部２２内でのガス流速は５．０ｍ／ｓｅ
ｃであり、大径筒部２４内では、０．８ｍ／ｓｅｃであ
り、大径筒部２４では、たとえば粒径０．２〜０．０６
ｍｍφの鉱石が流動化される。

【００４７】予備還元率は、還元ガス中のＣＯが４０％
程度の低い値でも、粒径０．５ｍｍφ以上が２５％、粒
径０．５〜０．０６ｍｍφが３０％、粒径０．０６〜
０．００８ｍｍφが１３％であり、平均の予備還元率は
２７％である。もちろんＣＯ％が大きい還元ガスを導入
する場合は２７％よりもはるかに大きい値を得ることが
可能である。サイクロン４１への飛散微粒は、装入鉱石
の２０％未満、好ましくは５％未満とし、たとえば流動
層炉２１内に投入される鉱石の歩留りは９８％である。

【００４８】こうして本件発明者の試算によれば、小径
筒部２２の粗粒排出口２８から粗粒排出管２９を経て排
出される粗粒は０．５ｍｍφ以上の粒径を有し、大径筒
部２４の細粒排出口３０から細粒排出管３１を経て排出
される細粒の粒径は０．５〜０．０６ｍｍφであり、ま
たサイクロン４１で捕集されて排出口４２から排出され
る極細粒の粒径は０．０６〜０．００８ｍｍφである。
こうして流動層炉２１では、粗粒および細粒が良好な歩
留りで炉内に滞留されて予備還元される。

【００４９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、小径筒部
の上部に大径筒部を連ねて炉体を形成し、小径筒部の分
散板の上方で粗粒の流動層が形成され、分散板付近の排
出口から粗粒が排出され、大径筒部では細粒の流動層が
形成され、細粒排出口から細粒がオーバフローして排出
され、こうして粗粒は勿論、細粒ないし微粉が炉内で滞
留され、循環されることはないので、前述の先行技術に
関連して述べた細粒ないし微粉の循環のための構成を必
要とせず、したがって構成が簡略化され、設備を簡略化
してその設備費を安くすることが可能となる。

【００５０】また本発明によれば、小径筒部内の粗粒を
分散板付近の粗粒排出口から排出し、また大径筒部内の
細粒を、細粒排出口からオーバフローして排出するよう
にし、こうして粗粒および細粒の炉内における滞留時間
を反応に適した時間に選ぶことができるようになる。

【００５１】さらに本発明によれば、上述のように大径
筒部内で細粒が滞留して流動層が形成され、飛散する粉
体が極わずかであるので、鉱石などの粉体の有効利用率
が向上し、この結果、運転費を安くすることができる。

【００５２】また本発明によれば、大径筒部内で外周部
には、細粒である粉体が縦に旋回する縦旋回流が形成さ
れ、これによって細粉とガスとの接触が良好になり、反
応が促進されることになる。

【００５３】さらに本発明によれば、小径筒部または大
径筒部のいずれか一方または両者は、中空円錐台状に形
成し、これによって構成を簡略化することができる。

【００５４】さらに本発明によれば、大径筒部の上部に
設けられるカバーは、上方になるにつれて小径となる中
空錐体状に形成され、そのカバーの頂部に１または複数
の排気口を形成することによって、大径筒部におけるガ
スの流速の分布をほぼ均一にして流動層を安定に形成
し、細粉ないし微粉の前記排気口からの飛散を極くわず
かに抑えることができる。

【００５５】さらに本発明によれば、流動層炉において
鉱石などの原料の予備還元を行い、この流動層炉からは
細粉が循環されず、したがって第１捕集手段、たとえば
サイクロンまたは耐熱性に優れた高温バグフィルタを小
形化し、その第１捕集手段を流動層炉よりも低い位置に
設けて設備費を安くすることができるようになる。

【００５６】また流動層炉内で原料の鉱石の予備還元を
行い、粗粒だけでなく細粒もまた炉内で滞留されるの
で、鉱石全体の平均予備還元率を高くすることができる
ようになる。これによって溶融還元炉での石炭使用量を
少なくし、かつ溶融還元炉からの出口ガス流量を少なく
することができ、そのためプラント全体の設備費を安く
することができ、また石炭量、酸素使用量および水使用
量などの運転費を安くすることができるようになる。

【００５７】さらに本発明の溶融還元装置によれば、流
動層炉から下流側に飛散する細粒または微粉の鉱石が少
ないので、鉱石の有効利用率を向上することができ、こ
の結果、運転費を安くすることができる。

【００５８】さらに流動層炉の出口に設けられている第
１捕集手段では、分離して捕集すべき鉱石量が減るの
で、その捕集手段であるたとえばサイクロンなどの内壁
を形成する耐火物およびダクトなどの細粒または微粉に
よる損耗が少なくなり、これによって捕集のための時間
が大幅に減り、プラント全体の稼動率を向上することが
できる。

【００５９】さらに本発明によれば、流動層炉と溶融還
元炉との各縦の軸線を含む一仮想平面に関して、第１捕
集手段と第２捕集手段とを両側にそれぞれ分けて配置
し、これによって配管を簡略化し、構成の小形化を図
り、設置面積が少なくてすむようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の溶融還元装置における流動
層炉２１とサイクロン４１とを示す断面図である。

【図２】図１における流動層炉２１の簡略化した平面図
である。

【図３】流動層炉２１およびサイクロン４１を含む溶融
還元装置の全体の構成を示す簡略化した平面図である。

【図４】図３に示される溶融還元装置の左方から見た簡
略化した側面図である。

【図５】図３に示される溶融還元装置の右方から見た簡
略化した側面図である。

【図６】図３に示される溶融還元装置の仮想平面５０か
ら見た簡略化した側面図である。

【図７】本発明の他の実施例の流動層炉２１ａを示す断
面図である。

【図８】図７の流動層炉２１ａの簡略化した平面図であ
る。

【図９】本発明のさらに他の実施例の流動層炉の図８に
対応する簡略化した平面図である。

【図１０】本発明の他の実施例の流動層炉２１ｂの簡略
化した断面図である。

【図１１】本発明のさらに他の実施例の流動層炉２１ｃ
の断面図である。

【図１２】先行技術の断面図である。

【図１３】他の先行技術の系統図である。

【符号の説明】

２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 流動層炉 ２２ 小径筒部 ２３ 錐体 ２４ 大径筒部 ２５ 分散板 ２６ 風箱 ２７ 還元ガス管路 ２８ 粗粒排出口 ２９ 粗粒排出管 ３０ 細粒排出口 ３１ 細粒排出管 ３２ 原料装入口 ３３ 装入シュート ３４ カバー ３５ 排気口 ３６ 排気管路 ３７ 粗粒流動層 ３８ 細粒流動層 ４１，４７ サイクロン ４３ 溶融還元炉

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下に延びる小径筒部と、 小径筒部の上部に連なり、小径筒部よりも大きい内径を
   有し、上下に延びる大径筒部と、 小径筒部に設けられ、下方に風箱を形成する分散板とを
   含み、 風箱内にガスが供給され、小径筒部内および大径筒部内
   に原料の流動層が形成され、 大径筒部の上部に排気口が形成され、 小径筒部の分散板上方で、その分散板付近に粗粒の排出
   口が形成され、 大径筒部の上下方向の途中位置で細粒をオーバフローし
   て排出する細粒の排出口が形成され、さらに大径筒部の
   排気口に接続されて、それによって捕集された細粒を前
   記流動層内へ循環させない第１捕集手段が形成されるこ
   とを特徴とする流動層炉。
2. 【請求項２】 大径筒部内では、粉体が縦に旋回する縦
   旋回流が形成されることを特徴とする請求項１記載の流
   動層炉。
3. 【請求項３】 小径筒部または大径筒部は、上方になる
   につれて内径が大きくなる中空円錐台状であることを特
   徴とする請求項１記載の流動層炉。
4. 【請求項４】 大径筒部の上部には、上方になるにつれ
   て小径となる中空錐体状のカバーが設けられ、 そのカバーの頂部に排気口が形成されることを特徴とす
   る請求項１記載の流動層炉。
5. 【請求項５】 （ａ）予備還元用の流動層炉であって、 上下に延びる小径筒部と、 小径筒部の上部に連なり、小径筒部よりも大きい内径を
   有し、上下に延びる大径筒部と、 小径筒部に設けられ、下方に風箱を形成する分散板とを
   含み、 風箱内にガスが供給され、小径筒部内および大径筒部内
   に原料の流動層が形成され、 大径筒部の上部に排気口が形成され、 小径筒部の分散板上方で、その分散板付近に粗粒の排出
   口が形成され、 大径筒部の上下方向の途中位置で細粒をオーバフローし
   て排出する細粒の排出口が形成される流動層炉と、 （ｂ）流動層炉よりも低い位置に設けられ、前記大径筒
   部の排気口に接続され、それによって捕集された細粒を
   前記流動層内へ循環させない第１捕集手段と、 （ｃ）流動層炉よりも低い位置に設けられる溶融還元炉
   であって、流動層の粗粒排出口と細粒排出口および第１
   捕集手段の細粒排出口とが溶融還元炉に接続される溶融
   還元炉と、 （ｄ）溶融還元炉の上部からの還元ガスが導かれ、その
   還元ガスを前記風箱に導く第２捕集手段とを含むことを
   特徴とする溶融還元装置。
6. 【請求項６】 流動層炉と溶融還元炉との各軸線を含む
   一仮想平面に関して、第１捕集手段が一方側に、また第
   ２捕集手段が他方側にそれぞれ配置されることを特徴と
   する請求項５記載の溶融還元装置。