JPH09506935A - 鉄鉱石粒子用流動層型還元装置及び該装置を使用した鉄鉱石粒子の還元方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 順次配列した乾燥／予備加熱炉、予備還元用の第１の還元炉、最終還元用の第２の還元炉からなる、広い粒径範囲を有する微細鉄鋼石を効率的に還元する還元装置および効率的な還元方法であり、各炉はバブル状の流動層を形成し、排出ガス中に含まれるダスト状の鉄鋼石を捕捉するサイクロンに連結し、かつ外側になめらかに膨張したテーパ付き形状を有し、これにより微細な粒子のエルトリエーションをかなり減少させ、還元効率を増大させ、かつ還元性ガスの利用度を高める。

Description

【発明の詳細な説明】 鉄鉱石粒子用流動層型還元装置及び該装置を使用した鉄鉱石粒子の還元方法 発明の背景 技術分野 本発明は、銑鉄又はインゴット鉄の製造工程において微細な鉄鉱石を還 元するための流動層型還元装置、及び該装置を使用して鉄鉱石粒子を還元する方 法に関し、さらに詳細には安定な流動状態で広い粒径範囲の微細な鉄鉱石を効率 的に還元できる流動層型還元装置、及び該装置を使用して微細な鉄鉱石を還元す る方法に関する。 先行技術の説明 一般に、還元した鉄鉱石から銑鉄を製造する従来の方法には、溶鉱炉を 使用する方法及び竪型炉を使用する方法がある。後者の方法では、竪型炉で還元 した鉄鉱石が電気炉で溶融される。 溶鉱炉を使用して銑鉄を製造する方法の場合には、熱源及び還元剤とし て多量のコークスが使用される。この方法によれば、鉄鉱石がガスの透過性及び 還元性を改良するために焼結鉱石の形状で供給される。この目的のため、溶鉱炉 を使用する従来法では粘結炭製造用のコークス炉及び焼結鉱石製造用の装置が必 要である。そのため、溶鉱炉を使用する方法は多額の投資と多量のエネルギー消 費を必要とする方法である。高品質の粘結炭は世界的に不均等に分布しておりそ の貯蔵量は減少しつつあり、その不足はスチール需要の増加とともに深刻になっ ている。他方竪型炉を使用して鉄鉱石を還元する方法では鉄鉱石をペレット化す るための前処理工程が必要となる。この方法ではまた熱源及び還元剤として天然 ガスが使用されるため、この方法は天然ガスの供給が容易に確保される地域でし か工業的に実施できないという欠点がある。 最近、コークスの代わりに非粘結炭を使用して鉄鉱石からインゴット鉄 を製造できる溶融還元法が新しい鉄生産法として注目されている。 そのような溶融還元法では、典型的には、別の炉で予備還元した鉄鉱石 を溶融炉で完全に還元してホットメタルを製造する方式が採用される。還元炉で 鉄鉱石は溶融前に個体相で還元される。換言すれば、還元炉に投入した鉄鉱石は 溶融炉で発生した熱還元性ガスと接触中に還元される。 この方法で使用する還元プロセスは、鉄鉱石が還元性ガスに接触する条 件に従って、移動層型と流動層型に分類される。粒度分布の広い微細な鉄鉱石を 還元する最有望の一つの方法は、反応炉の下部に設置したディストリビュータを 介して供給された還元性ガスにより、その鉱石を流動状態で還元する流動層型プ ロセスである。 流動層型還元炉の例は日本特開平３−２１５６２１号公報に開示されて いる。図１に示すようにこの炉は円筒形還元炉９１とサイクロン９５よりなる。 鉄鉱石が入口９２から投入され、還元性ガスが流路９３及びディストリビュータ ９６を経由して適切な流速で還元炉９１に供給されると、鉄鉱石がディストリビ ュータの上方に流動層を形成し、還元性ガスと混合されまた還元性ガスに撹拌さ れる。この状態で、還元性ガスにより鉄鉱石を還元することができる。炉に供給 された還元性ガスは流体が沸騰するように鉄鉱石粒子の層中にバブルを形成し、 粒子層を通って上昇することにより、鉄鉱石粒子の流動層を形成する。従ってこ の流動層はバブルを形成する流動層である。還元された鉄鉱石は還元炉９１から 出口９４を経て排出される。 上記公報に開示された流動層型還元装置の場合は、鉄鉱石のエルトリエ ーション(elutriation)が減少するばかりでなく還元性ガスの効率が増加するよ うに、効果的な流動層を形成しながら、還元性ガスの流速を最小にする必要があ る。このため、流動層の還元性ガスの流速が流動層の流動方向軸に沿って一定で あれば、鉄鉱石粒子の粒径はある範囲に厳密に限定される。換言すれば、効果的 な流動層を形成するために必要な還元性ガスの速度は最小の流動速度と終端速度 の間に制御すべきである。そのような流動層型還元炉では、従って、類似の粒径 範囲の鉄鉱石だけが還元炉に投入されるように、鉄鉱石を粒径に関して選別する 必要がある。（低ガス速度では流動化されないような）大きな鉄鉱石を流動化す るのに必要な高ガス速度で操作すれば、微細な鉄鉱石の終端速度が操作上のガス 速度より低いので、結果として微細な鉄鉱石の多量のエルトリエーションがおこ ることになる。その結果、サイクロンのダスト捕捉効率が減少し、そのため原料 の損失が増大する。更には、循環する微細な鉄鉱石の還元炉における平均滞留時 間が大きな鉄鉱石より短いので、微細な鉄鉱石の還元率が低下する。 本発明者等は、調査及び実験の結果に基づき、従来法の上記問題を解決 できる本発明を提案する。 発明の要約 従って、本発明の目的は、広い粒径範囲の微細な鉄鉱石を安定的に流動 化した状態で効率的に還元できる、流動層型還元装置及び該装置を使用して微細 な鉄鉱石を還元する方法を提供することであり、それらにより粒子のエルトリエ ーションはかなり減少し、還元率は増加し、また還元性ガスの効率は高められる 。 この目的に従い、連続的に設けられた多段の流動層型炉よりなる装置を 発明した。この方式では、個々の反応炉はテーパつきの形状である、すなはち反 応炉の直径が、広範囲の微細な鉄鉱石を安定に流動化するよう、上方方向に増大 している。還元装置には鉄鉱石粒子を乾燥し予備加熱するための炉及び、少なく とも、乾燥・予備加熱した鉄鉱石を還元するための一つの還元炉がある。 一つの態様によれば、本発明は、ホッパから供給された鉄鉱石をバブル 状流動状態で乾燥かつ予備加熱するための乾燥・予備加熱炉；乾燥・予備加熱炉 からの排出ガスに含まれるダスト状鉄鉱石を捕捉するための第１のサイクロン； 乾燥・予備加熱した鉄鉱石をバブル状流動状態で最終的に還元ずるための還元炉 ；及び還元炉からの排出ガスにふくまれるダスト状の鉄鉱石を収集するための第 ２のサイクロンよりなる、微細な鉄鉱石を還元するための流動層型還元装置を提 供する。以下この装置を２段流動層型還元炉という。 他の態様によれば、本発明は、ホッパから供給された微細な鉄鉱石をバ ブル状流動状態で乾燥かつ予備加熱するための乾燥・予備加熱炉；乾燥・予備加 熱炉からの排出ガスに含まれるダスト状鉄鉱石を捕捉するための第１のサイクロ ン；乾燥・予備加熱した鉄鉱石をバブル状流動状態で予備還元するための第１の 還元炉；第１の還元炉からの排出ガスにふくまれるダスト状の鉄鉱石を集めるた めの第２のサイクロン；予備還元した鉄鉱石をバブル状流動状態で最終的に還元 するための第２の還元炉；及び第２の還元炉からの排出ガスに含まれるダスト状 鉄鉱石を捕捉するための第３のサイクロンよりなる、微細な鉄鉱石を還元するた めの流動層型還元装置を提供する。以下この装置を３段流動層型還元炉という。 他の態様によれば、本発明は、直径が上方方向に増大したテーパつき流 動層において、微細な鉄鉱石をバブル状流動状態で乾燥かつ予備加熱し；直径が 上方方向に増大したテーパつき流動層において、乾燥・予備加熱した鉄鉱石をバ ブル状流動状態で最終的に還元する行程からなる、広い粒径分布の微細な鉄鉱石 を還元する方法を提供する。以下この方法を２段還元法という。 他の態様によれば、本発明は、直径が上方方向に増大したテーパつき流 動層において、微細な鉄鉱石をバブル状流動状態で乾燥かつ予備加熱し；直径が 上方方向に増大した第１のテーパつき流動層において、乾燥・予備加熱した鉄鉱 石をバブル状流動状態で予備還元し；そして直径が上方方向に増大した第２のテ ーパつき流動層において、予備還元した鉄鉱石をバブル状流動状態で最終的に還 元する行程からなる、広い粒径分布の微細な鉄鉱石を還元する方法を提供する。 以下この方法を３段還元法という。 図面の簡単な説明 本発明のたの目的及び態様は添付図面に関する下記具体例の記載から明 らかになるであろう。 第１図は鉄鉱石を還元するための従来の流動層型還元炉を示す模式図で ある。 第２図は本発明による微細な鉄鉱石を還元するための流動層型還元炉を 示す模式図である。 好ましい態様の詳細な説明 第２図に、本発明による、広い粒径分布の微細な鉄鉱石を還元するため の３段流動層型還元装置を示す。 第２図に示すように、３段流動層型還元装置１には、ホッパ７０から原 料として供給される鉄鉱石をバブル状流動状態で乾燥し且つ予備加熱するための 炉１０が含まれる。乾燥・予備加熱炉１０から排出される排出ガスに含まれるダ スト状鉄鉱石を採取するための第１のサイクロン４０は上記の乾燥・予備加熱炉 １０に連結されている。乾燥・予備加熱炉１０の下方には、第１の還元炉２０が 配置され、乾燥・予備加熱炉１０から排出される乾燥・予備加熱した鉄鉱石を受 け取る。第１の還元炉２０では、乾燥・予備加熱した鉄鉱石をバブル状流動状態 で予備還元する。第２のサイクロン５０が、第１の還元炉２０から排出される排 出ガスに含まれるダスト状鉄鉱石を採取するために、第１の還元炉２０に連結さ れている。また第２の還元炉３０が第１の還元炉２０の下方に配置されている。 第２の還元炉３０は第１の還元炉２０から予備還元した鉄鉱石を受け取り、その 予備還元した鉄鉱石をバブル状流動状態で最終的に還元する。第３のサイクロン ６０が、第２の還元炉３０から排出される排出ガスに含まれるダスト状鉄鉱石を 採取するために、第２の還元炉３０に連結されている。 乾燥・予備加熱炉１０は、上方へなめらかに膨張したテーパつき形状で ある。詳細には、乾燥・予備加熱炉１０は、拡大した上部円筒形部分１０１、中 部円錐形部分１０２及び縮小した下部円筒形部分１０３よりなる。乾燥・予備加 熱炉１０にはその下部に、第１の還元炉２０からの排出ガスを受け取るために、 第１のガス入口１１が取り付けられている。円錐形部分１０２および縮小した円 筒形部分１０３の間には、第１のディストリビュータ１２が設けられ、第１のガ ス入口１１を通って供給される排出ガスが均等に配給される。 円錐形部分１０２の側壁の一部には、鉄鉱石をホッパ７０から鉱石供給 路７１を経由し投入するための第１の鉱石入口１８が取り付けられている。乾燥 ・予備加熱炉１０は、乾燥・予備加熱炉１０からの乾燥・予備加熱した鉄鉱石を 排出するための第１の鉱石出口１３、及び第１のサイクロン４０に捕捉された鉄 鉱石粒子を受け取るための第１のダスト状鉱石入口１５が、円錐形部分１０２の 側壁の、第１の鉱石入口１８が取り付けられた部分の反対側の部分に有る。 第１の排出ガス出口１６が拡大した円筒形部分１０１の上部に設置され ている。この第１の排出ガス出口１６は第１の排出ガス路１７を経由して第１の サイクロン４０に連結されている。 第１のサイクロン４０の頭部には、第１のサイクロンから洗浄済みの排 出ガスを外部に排出するために、洗浄済みガス排出路４２が取り付けられている 。第１のサイクロン４０の底部には、第１のダスト状鉱石排出路４１の一端が連 結されている。第１のダスト状鉱石排出路４１の他端は、乾燥・予備加熱炉１０ の円錐形部分１０２に取り付けられた第１のダスト状鉱石入口１５に連結されて いる。従って第１のサイクロン４０に捕捉されたダスト状鉄鉱石は乾燥・予備加 熱炉１０に循環使用される。 乾燥・予備加熱炉１０と同様に、第１の還元炉２０は上方へなめらかに 膨張したテーパつき形状である。即ち、第１の還元炉２０は、拡大した上部円筒 形部分２０１、中部円錐形部分２０２および縮小した下部円筒形部分２０３より なる。第１の還元炉２０には又その下部に、第２の還元炉３０からの排出ガスを 受け取るために、第２のガス入口２１が取り付けられている。円錐形部分２０２ および縮小した円筒形部分２０３の間には、第２のディストリビュータ２２が設 けられ、第２のガス入口２１を通って供給される排出ガスが均等に配給される。 第１の還元炉２０は、第１の還元炉２０で予備還元した鉄鉱石を排出す るための第２の鉱石出口２３及び乾燥・予備加熱炉１０から乾燥・予備加熱した 鉄鉱石粒子を受け取るための第２の鉱石入口２８が、円錐形部分２０２の一側壁 部に有る。第１の還元炉２０は、第２のサイクロン５０に捕捉されたダスト状鉱 石を受け取るための第２のダスト状鉱石入口２５が円錐形部分２０２の他の側壁 部に有る。 第２の排出ガス出口２６が拡大した円筒形部分２０１の上部に設置され ている。この第２の排出ガス出口２６は第１の排出ガス路２７を経由して第２の サイクロン５０に連結されている。 第２のサイクロン５０の頭部は第２の洗浄済み排出ガス路５２の一端と 連結されている。第２のサイクロン５０の底部には第２のダスト状鉱石排出路５ １が連結されている。 第２の洗浄済み排出ガス路５２の他端は、乾燥・予備加熱炉１０の底部 に取り付けられた第１のガス入口１１に連結され、第２のサイクロン５０で鉄鉱 石非含有となった排出ガスを乾燥・予備加熱炉１０に供給する。第２のダスト状 鉱石排出路５１の他端は第１の還元炉２０の円錐形部分２０２に取り付けられた 第２のダスト状鉱石入口２５に連結されて、第２のサイクロン５０に捕捉された ダスト状鉄鉱石が第１の還元炉２０に循環使用される。 第１の還元炉２０の第２の鉱石入口２８は第１の導管路１４によって乾 燥・予備加熱炉１０の第１の鉱石出口１３に連結されている。 第１の還元炉２０と同様に、第２の還元炉３０も上方へなめらかに膨張 したテーパつき形状である。即ち、第２の還元炉３０は、拡大した上部円筒形部 分３０１、中部円錐形部分３０２および縮小した下部円筒形部分３０３よりなる 。第２の還元炉３０には又その下部に、溶融気化器８０からの排出ガスを受け取 るために、第３のガス入口３１が取り付けられている。円錐形部分３０２および 縮小した円筒形部分３０３の間には、第３のディストリビュータ３２が設けられ 、第２のガス入口３１を通って供給される排出ガスが均等に配給される。 第２の還元炉３０は、第１の還元炉２０で予備還元した鉄鉱石を受け取 るための第３の鉱石入口３８が、円錐形部分３０２の一側壁部に有る。第２の還 元炉３０は、第３のサイクロン６０に捕捉されたダスト状鉱石を受け取るための 第３のダスト状鉱石入口３５及び第１の還元炉３０で最終的に還元された鉄鉱石 を排出するための第3の鉱石出口３３が円錐形部分３０２の他の側壁部に有る。 第２の還元炉３０は、第３の排出ガス路３７を経由して第３のサイクロ ン６０に連結された第３の排出ガス出口３６が拡大した円錐形部分３０１の上部 に有る。 第３のサイクロン６０の頭部は第３の洗浄済み排出ガス路６２の一端と 連結されている。第３のサイクロン６０の底部には第３のダスト状鉱石排出路６ １の一端が連結されている。 第３の洗浄済み排出ガス路６２の他端は、第１の還元炉２０の底部に設 けられた第２のガス入口２１に連結され、第３のサイクロン６０において鉄鉱石 非含有となった排出ガスを第１の還元炉２０に供給する。第３のダスト状鉱石排 出路６１の他端は第２の還元炉３０の円錐形部分３０２に設けられた第３のダス ト状鉱石入口３５に連結されて、第３のサイクロン６０に捕捉されたダスト状鉄 鉱石が第２の還元炉３０に循環使用される。 第２の還元炉３０の第３の鉱石入口３８は第２の導管路２４によって第 １の還元炉２０の第２の鉱石出口２３に連結されている。 第３の鉱石出口３３は第３の導管路３４を経由して溶融気化器８０に連 結され、第３のガス入口３１は排出ガス路８２を経由して溶融気化器８０に連結 されている。 溶融気化器８０の底部は、溶融気化器８０における溶融還元操作により 製造された銑鉄を排出するために、銑鉄排出路８１に連結されている。 第１の導管路１４の屈曲部には、導管路１４に送り込まれた鉄鉱石粒子 が導管１４を塞ぐのを防止するため、少量のガスを第１の導管１４に供給するガ ス供給口Ｐが設置されている。同様の目的で、第２の導管路２４の屈曲部にもガ ス供給口Ｐが設置されている。 本発明を３段の流動層型還元装置として説明したが、本発明は２段流動 層型として構成又は修正してもよい。２段流動層型還元装置は、第１又は第２還 元炉２０、３０でありうる只１つの還元炉を含むことを除けば、基本的に３段の 流動層型と同じ構成である。この場合、乾燥・予備加熱炉で乾燥且つ予備加熱し た鉄鉱石粒子はその１つの炉でほとんど完全に還元される。 乾燥・予備加熱炉１０、第１の還元炉２０及び第２の還元炉３０の各円 錐形部分１０２、２０２及び３０２は、テーパの角度が３°乃至２５°の範囲に あることが好ましい。 又、乾燥・予備加熱炉１０、第１の還元炉２０及び第２の還元炉３０の 各円錐形部分１０２、２０２及び３０２は、好ましくは高さが各下部端の内径の ５．０乃至９．０倍である。他方、乾燥・予備加熱炉１０、第１の還元炉２０及 び第２の還元炉３０の拡大した部分１０１、２０１及び３０１は、好ましくは高 さが各相当する円錐形部分の上部端の内径の２．０乃至４．０倍である。 本発明の流動層型還元炉を使用して還元鉄又は溶融銑鉄を生産する方法 を以下説明する。 図２に示すように、ホッパ７０にある鉄鉱石が鉱石供給路７１及び第１ の鉱石入口１８を経由して乾燥・予備加熱炉１０に供給される。乾燥・予備加熱 炉１０には、又、排出ガスが第１の還元炉２０から第２のサイクロン５０、第２ の洗浄済み排出ガス路５２及び第１のガス入口１１の順に通って供給される。こ の排出ガスは乾燥・予備加熱炉に第１のディストリビュータ１２によって均一に 分散される。均一に分散されたガスに依って、乾燥・予備加熱炉１０に供給した 鉄鉱石粒子はバブル状の流動層を形成し、流動層において乾燥且つ予備加熱され る。乾燥・予備加熱した鉄鉱石はその後第１の鉱石出口１３及び第１の導管路１ ４を経由して第１の還元炉２０に供給される。 排出ガスは、排出前に鉄鉱石が乾燥且つ予備加熱された乾燥・予備加熱 炉１０から、第１の排出ガス出口１６、第１の排出ガス路１７、第１のサイクロ ン４０及び第１の洗浄済み排出ガス路４２の順に経由して、外部に排出される。 排出ガスに含有されるダスト状鉄鉱石は第１のサイクロン４０に捕捉され、その 後第１のダスト状鉱石排出路４１及びダスト状鉱石入口１５を経由して、乾燥・ 予備加熱炉１０に循環使用される。 第１の還元炉２０に供給された乾燥・予備加熱した鉄鉱石は、第３のサ イクロン６０、第３の洗浄済み排出ガス路６２、第２のガス入口２１及び第２の ディストリビュータ２２の順に経由して第１の還元炉２０に供給された排出ガス により、バブル状流動層を形成しながら、予備還元される。予備還元した鉄鉱石 は第２の鉱石出口２３及び第２の導管路２４を経由して第２の還元炉３０に供給 される。 第１の還元炉２０では、第２の還元炉３０からの排出ガスが鉄鉱石の予 備還元に使用され、その後第１の還元炉２０から第２の排出ガス出口２６、第２ の排出ガス路２７、第２のサイクロン５０及び第２の洗浄済み排出ガス路５２の 順に経由して排出され、その後乾燥・予備加熱炉１０に導入される。その排出ガ スに含有されたダスト状鉄鉱石は第２のサイクロン５０に捕捉され、その後第２ のダスト状鉱石排出路５１及び第２のダスト状鉱石入口２５を経由して第１の還 元炉２０に循環使用される。 一方、第２の還元炉３０に供給された予備還元した鉄鉱石は、溶融気化 器８０から生成され排出ガス路８２、第３のガス入口３１及び第３のディストリ ビュータ３２を経由して供給された排出ガスにより、バブル状流動層を形成しな から、最終的に還元される。最終的に還元した鉄鉱石は第３の鉱石出口３３及び 第３の導管路３４を経由して溶融気化器８０に供給される。 溶融気化器８０から生成された排出ガスは、先ず第２の還元炉における 鉄鉱石の最終還元に使用され、その後第３の排出ガス排出口３６、第３の排出ガ ス路３７、第３のサイクロン６０及び第３の洗浄済み排出ガス路６を通って排出 され、第１の還元炉２０に導入される。その排出ガスに含まれたダスト状鉱石は 第３のサイクロン６０に捕捉され、その後第３のダスト状鉱石排出路６１及び第 ３のダスト状鉱石入口３５を経由して第２の還元炉３０に循環使用される。 溶融気化器８０に投入した鉄鉱石粒子が溶融されることにより、溶融銑 鉄（ホットメタル）が製造される。 他方、乾燥・予備加熱炉１０、第１の還元炉２０及び第２の還元炉３０ のそれぞれのフリーボード領域のガス速度は、各炉に滞留する平均粒径の鉄鉱石 粒子を流動化するのに必要な最小ガス速度の１．０乃至３．０倍に維持すること が好ましい。 乾燥・予備加熱炉１０、第１の還元炉２０及び第２の還元炉３０では、 炉における圧力降下が０．３乃至０．６気圧の範囲であることが好ましく、炉の 温度降下が３０乃至８０°Ｃの範囲であることが好ましい。又、第２の還元炉に 供給するガスの圧力及び温度はそれぞれ２乃至４気圧、８００乃至９００°Ｃの 範囲であることが好ましい。 各炉における鉄鉱石粒子の滞留時間は２０乃至４０分であることが好ま しい。 本発明の方法を３段流動層型還元装置を使用して微細な鉄鉱石を還元す ることとして説明してきたが、本発明方法は又微細な鉄鉱石を還元するための２ 段流動層型還元装置に使用してもよい。上記のように、２段流動層型還元装置は 還元炉を１つだけ包含することを除けば基本的に３段流動層型還元装置と同じ構 成である。２段流動層型還元装置を使用する場合、乾燥・予備加熱炉で乾燥且つ 予備加熱した鉄鉱石は１つの炉でほとんど完全に還元される。 この場合、乾燥・予備加熱炉１０又は１つの還元炉のフリーボード領域 のガス速度は、その炉に滞留する平均粒径の鉄鉱石粒子を流動化するのに必要な 最小ガス速度の１．０乃至３．０倍に維持することが好ましい。 乾燥・予備加熱炉又は１つの還元炉では、その炉で発生する圧力降下が ０．３乃至０．６気圧の範囲であることが好ましく、その炉で発生する温度降下 が３０乃至８０°Ｃの範囲であることが好ましい。又、還元炉に供給するガスの 圧力及び温度はそれぞれ２乃至４気圧、８００乃至９００°Ｃの範囲であること が好ましい。 各炉における鉄鉱石粒子の滞留時間は３０乃至５０分であることが好ま しい。 上記記載から明らかなように、本発明に従い採用される各炉はテーパ付 き形状である、即ち、炉の直径が、広い粒径範囲の鉄鉱石粒子を安定的に流動化 するよう、上方方向に増大している。そのような形状とすることにより、粗大な 鉄鉱石粒子の流動化が確保できるばかりでなく、又より安定的に鉄鉱石粒子を流 動化でき、従って微細な鉄鉱石の効率的な還元が達成される。本発明によれば、 微細な鉄鉱石の還元が多段で、例えばそれぞれ操作の異なる乾燥・予備加熱、第 １の還元及び第２の還元工程よりなる３段階で、達成される。本発明によれば、 各炉から発生した排出ガスが効率的に使用され、従って燃料消費が減少する。 微細な鉄鉱石の還元が本発明による炉構成によって効率的に実施される 理由を以下詳細に説明する。本発明の炉は断面積が炉の上部端に向かって徐々に 増大しているので、その炉におけるガス速度は炉の上部端に向かって徐々に減少 する。従って、炉の下部に設置したディストリビュータ付近に大体配給された粗 大な鉄鉱石粒子は高ガス速度で十分に流動化される。他方、炉の上部に大体配給 された微細な鉄鉱石粒子はエルトリエーションされないよう抑制されながら中間 ・低ガス速度で適切に流動化される。従って、炉における鉄鉱石粒子の滞留時間 が、粒径と関係なく、一定に維持される。従って、広い粒径範囲の鉄鉱石を安定 的に流動化した状態で効率的に還元することができる。本発明の還元装置は連続 的に設置した多段流動層型炉、即ち、微細な鉄鉱石を乾燥且つ予備加熱するため の乾燥・予備加熱炉、乾燥・予備加熱した微細な鉄鉱石を予備還元するための第 １の還元炉、及び予備還元した鉄鉱石粒子を最終的に還元するための第２の還元 炉、よりなる。この装置においては、各炉から発生した排出ガスが先行の還元工 程の還元性ガスとして使用されるので、還元性ガスの利用度が増大する。従って 、本発明の装置及び方法は非常に重要な経済的効率を提供する。 以下の実施例により本発明はより容易に理解されるであろう。しかしな がら、該実施例は本発明を説明するためだけであり、本発明の範囲を限定するも のではない。 実施例 図２に示す構成の流動層型還元装置を準備した。この流動層還元装置の 寸法は以下の通りであった。 １）各流動層還元炉の内径及び高さ（乾燥・予備加熱炉、第１の還元炉 及び第２の還元炉） − 円錐形部分の下端の内径 ： ０．３ ｍ； − 円錐形部分の高さ ： １．９ ｍ； − 円錐形部分の上端の内径 ： ０．７ ｍ； − 各円筒形部分の高さ ： ２．０ ｍ； 及び − 円錐形部分のテーパ角 ： ６° その後、微細な鉄鉱石を、上記のように制作した流動層型還元装置の乾 燥・予備加熱炉１０に投入した。また同時に還元性ガスを、第２の還元炉３０に 設置した第３のガス入口３１及び第３のガスディストリビュータ３２を経由して 、第２の還元炉３０に供給した。 微細な鉄鉱石は還元性ガスにより、バブル状流動層を形成しながら、乾 燥且つ予備加熱された。乾燥予備加熱後、その鉄鉱石を第１の還元炉２０に供給 し、そこで予備還元した。予備還元後、鉄鉱石を第２の還元炉３０に供給し、最 終的に還元した。その後第２の還元炉３０からの鉄鉱石を溶融気化器８０に供給 した。溶融気化器において鉄鉱石を溶融した。 ２）鉄鉱石粒子の投入及び排出 − 微細な鉄鉱石の組成 Ｔ．Ｆｅ：６２．３６％、ＳｉＯ₂：５．６５％、Ａｌ₂Ｏ₃ ： ２．９1％、Ｓ：０．００７％、Ｐ：０．０６５％； − 粒子径範囲 −０．２５ｍｍ＝２２％、０．２５ｍｍ−１．０ｍｍ＝２ ８％、 １．０ｍｍ−５．０ｍｍ＝５０％ − 供給速度 ２０ｋｇ／分 − 第３の鉱石排出口からの排出速度 １４．３ｋｇ／分 ３）還元性ガス − 組成 ： ＣＯ：６５％、Ｈ₂：２５％、ＣＯ₂＋Ｈ₂ Ｏ： １０％ − 温度 ： 約８５０°Ｃ − 圧力 ： ３．３ｋｇｆ／ｃｍ２ ４）各炉におけるガス速度（乾燥・予備加熱炉、第１の還元炉及び第２ の還元炉） − 円錐形部分の下端のガス速度 ： １．５ｍ／ｓ − 円錐形部分の上端のガス速度 ： ０．２７ｍ／ｓ 還元開始６０分後に、還元した鉄の排出を開始した。このテストでは、 ガスの平均利用度が約２５％であったが、平均還元度は８７％であった。ダスト 状鉄鉱石のエルトリエーションによる鉄鉱石の損失は０．５％であった。この結 果から、本発明により、鉄鉱石の通常の損失が８乃至１０％である従来の円筒形 流動層と比較して、鉄鉱石の損失が大幅に減少すると結論できる。 上記記載から明らかなように、本発明、即ち流動層型還元装置及びその 装置を使用して鉄鉱石粒子を還元する方法は、各還元炉におけるダスト状鉄鉱石 のエルトリエーションを抑制することができ、従って、還元度が増大するのと同 様に、鉄鉱石の損失が減少する。本発明によれば、還元装置は流動層型炉よりな るので、排出ガスの利用度が増大し、燃料消費が減少する。 説明のため発明の好ましい態様を開示したが、当業者は、添付特許請求 の範囲に開示した範囲及び意図からはずれることなく、種々の修正、付加及び代 替が可能であることを理解するであろう。例えば、本発明を２段又は３段流動層 型還元装置及びその装置を使用した方法について説明したが、本発明は４段以上 の流動化工程で鉄鉱石粒子を還元できる装置及び方法に適用することが可能であ る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 ヴォエスト−アルピン インダストリエア ンラゲンバオ ジイエムビイエッチ オーストリア、リンツ4031、ピー．オー. ボックス４、トルムシュトラッセ44 (72)発明者 リー、イル オック 大韓民国、キョングサングブック−ド790 −330、ポハングシティ、ナム−ク、ヒョ ジャ−ドング、サン32 リサーチ インス チチュート オブ インダストリアル サ イエンス アンド テクノロジー内 (72)発明者 キム、ヨング ハ 大韓民国、キョングサングブック−ド790 −330、ポハングシティ、ナム−ク、ヒョ ジャ−ドング、サン32 リサーチ インス チチュート オブ インダストリアル サ イエンス アンド テクノロジー内 (72)発明者 ジュング、ボング ジン 大韓民国、キョングサングブック−ド790 −330、ポハングシティ、ナム−ク、ヒョ ジャ−ドング、サン32 リサーチ インス チチュート オブ インダストリアル サ イエンス アンド テクノロジー内 (72)発明者 キム、ハング ゴオ 大韓民国、キョングサングブック−ド790 −330、ポハングシティ、ナム−ク、ヒョ ジャ−ドング、サン32 リサーチ インス チチュート オブ インダストリアル サ イエンス アンド テクノロジー内 (72)発明者 ハオツエンベルガー、フランツ オーストリア、リンツ4030、アオヴィセン シュトラッセ53

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ホッパから供給した微細な鉄鉱石を乾燥且つ予備加熱するための乾 燥・予備加熱炉、乾燥・予備加熱炉は第１の拡大した上部円筒形部分、第１の中 部円錐形部分及び第１の縮小した下部円筒形部分からなり、該第１の中部円錐形 部分は上方へなめらかに膨張したテーパつき形状を有し、該乾燥・予備加熱炉は 更に第１の縮小した円筒形部分の底部に設けられた第１のガス入口、第１の縮小 した円筒形部分の上部に設置された第１のディストリビュータ、第１の円錐形部 分の一側壁部に設けらた第１の鉱石入口、第１の円錐形部分の他の側壁部に設け られた第１の鉱石出口、第１の円錐形部分の他の側壁部に設けられた第１のダス ト状鉱石入口、及び第１の拡大した円筒形部分の上部に設けられた第１の排出ガ ス出口からなる、 乾燥・予備加熱炉で乾燥且つ予備加熱した微細な鉄鉱石を最終的に還元 するための還元炉、還元炉は第２の拡大した上部円筒形部分、第２の中部円錐形 部分及び第２の縮小した下部円筒形部分からなり、該第２の中部円錐形部分は上 方へなめらかに膨張したテーパつき形状を有し、該還元炉は更に第２の縮小した 円筒形部分の底部に設けられた第２のガス入口、第２の縮小した円筒形部分の上 部に設置された第２のディストリビュータ、第２の円錐形部分の一側壁部に設け らた第２の鉱石入口、第２の円錐形部分のその一側壁部に設けらた第２の鉱石出 口、第２の円錐形部分の他の側壁部に設けられた第２のダスト状鉱石入口、及び 第２の拡大した円筒形部分の上部に設けられた第２の排出ガス出口からなる、 乾燥・予備加熱炉から排出される排出ガスに含まれるダスト状鉄鉱石を 捕捉し、ダスト状鉄鉱石非含有の洗浄済み排出ガスを外部へ排出しながら捕捉し たダスト状鉄鉱石を乾燥・予備加熱炉に循環するための第１のサイクロン、該第 １のサイクロンは第１の排出ガス路を経由して第１の排出ガス出口に連結され、 第１のダスト状鉱石排出路を経由して第１のダスト状鉱石入口に連結され、且つ その上部は大気へ開口した第１の洗浄済み排出ガス路に連結されている、 還元炉から排出された排出ガスに含まれるダスト状鉄鉱石を捕捉し、ダ スト状鉄鉱石非含有の洗浄済み排出ガスを乾燥・予備加熱炉に供給しながら、捕 捉したダスト状鉄鉱石を還元炉に循環するための第２のサイクロン、該第２のサ イクロンは第２の排出ガス排出路経由で第２の排出ガス出口に連結され、第２の ダスト状鉱石排出路経由で第２のダスト状鉱石入口に連結され、且つ第２の洗浄 済み排出ガス路経由で第１のガス入口に連結されている、 第１の鉱石出口と第２の鉱石入口を連結し鉄鉱石粒子を供給するための 第１の導管路、 第２の鉱石出口を溶融気化器に連結し鉄鉱石粒子を溶融気化器に供給す るための第２の導管路、及び 第２のガス入口を溶融気化器に連結するための排出ガス路、 よりなる、鉄鉱石粒子を還元するための流動層型還元装置。 ２．第１及び第２の円錐形部分が３°乃至２５°の範囲のテーパ角を有 する、請求の範囲第１項に記載の流動層型還元装置。 ３．第１及び第２の導管路が少量のガスを各当該導管路に供給するため のガス供給口を、その屈曲部に備えている、請求の範囲第１項又は第２項に記載 の流動層型還元装置。 ４．各第１及び第２の円錐形部分がその下端の内径の５．０乃至９．０ 倍の高さを有し、各第１及び第２の拡大した円筒形部分が各該当の円錐形部分の 上端の内径の２．０乃至４．０倍の高さを有する、請求の範囲第１項又は第２項 に記載の流動層型還元装置。 ５．各第１及び第２の円錐形部分がその下端の内径の５．０乃至９．０ 倍の高さを有し、各第１及び第２の拡大した円筒形部分が各該当の円錐形部分の 上端の内径の２．０乃至４．０倍の高さを有する、請求の範囲第３項に記載の流 動層型還元装置。 ６．ホッパから供給した微細な鉄鉱石を乾燥且つ予備加熱するための世 乾燥・予備加熱炉、乾燥・予備加熱炉は第１の拡大した上部円筒形部分、第１の 中部円錐形部分及び第１の縮小した下部円筒形部分からなり、該第１の中部円錐 形部分は上方へなめらかに膨張したテーパつき形状を有し、該乾燥・予備加熱炉 は更に第１の縮小した円筒形部分の底部に設けられた第１のガス入口、第１の縮 小した円筒形部分の上部に設置された第１のディストリビュータ、第１の円錐形 部分の一側壁部に設けらた第１の鉱石入口、第１の円錐形部分の他の側壁部に設 けられた第１の鉱石出口、第１の円錐形部分の他の側壁部に設けられた第１のダ スト状鉱石入口、及び第１の拡大した円筒形部分の上部に設けられた第１の排出 ガス出口からなる、 乾燥・予備加熱炉で乾燥且つ予備加熱した微細な鉄鉱石を還元するため の第１の還元炉、該還元炉は第２の拡大した上部円筒形部分、第２の中部円錐形 部分及び第２の縮小した下部円筒形部分からなり、該第２の中部円錐形部分は上 方へなめらかに膨張したテーパつき形状を有し、該第１の還元炉は更に第２の縮 小した円筒形部分の底部に設けられた第２のガス入口、第２の縮小した円筒形部 分の上部に設置された第２のディストリビュータ、第２の円錐形部分の一側壁部 に設けらた第２の鉱石入口、第２の円錐形部分のその一側壁部に設けらた第２の 鉱石出口、第２の円錐形部分の他の側壁部に設けられた第２のダスト状鉱石入口 、及び第２の拡大した円筒形部分の上部に設けられた第２の排出ガス出口からな る、 第１の還元炉で予備還元した微細な鉄鉱石を最終的に還元するための第 ２の還元炉、該還元炉は第３の拡大した上部円筒形部分、第３の中部円錐形部分 及び第３の縮小した下部円筒形部分からなり、該第３の中部円錐形部分は上方へ なめらかに膨張したテーパつき形状を有し、該第２の還元炉は更に第３の縮小し た円筒形部分の底部に設けられた第３のガス入口、第３の縮小した円筒形部分の 上部に設置された第３のディストリビュータ、第３の円錐形部分の一側壁部に設 けらた第３の鉱石入口、第３の円錐形部分の他の側壁部に設けらた第３の鉱石入 口、第３の円錐形部分の他の側壁部に設けられた第３のダスト状鉱石出口、及び 第３の拡大した円筒形部分の上部に設けられた第３の排出ガス排出口からなる、 乾燥・予備加熱炉から排出される排出ガスに含まれるダスト状鉄鉱石を 捕捉し、ダスト状鉄鉱石粒子非含有の洗浄済み排出ガスを外部へ排出しながら捕 捉したダスト状鉄鉱石粒子を乾燥・予備加熱炉に循環するための第１のサイクロ ン、該第１のサイクロンは第１の排出ガス排出路を経由して第１の排出ガス出口 に連結され、第１のダスト状鉱石排出路を経由して第１のダスト状鉱石入口に連 結され、且つその上部は大気へ開口した第１の洗浄済み排出ガス路に連結されて いる、 第１の還元炉から排出された排出ガスに含まれるダスト状鉄鉱石を捕捉 し、ダスト状鉄鉱石非含有の洗浄済み排出ガスを乾燥・予備加熱炉に供給しなが ら、捕捉したダスト状鉄鉱石を第１の還元炉に循環するための第２のサイクロン 、該第２のサイクロンは第２の洗浄済み排出ガス路経由で第２の排出ガス出口に 連結され、第２のダスト状鉱石排出路経由で第２のダスト状鉱石入口に連結され 、且つ第２の洗浄済み排出ガス路経由で第１のガス入口に連結されている、 第２の還元炉から排出された排出ガスに含まれるダスト状鉄鉱石を捕捉 し、ダスト状鉄鉱石非含有の清浄な排出ガスを第１の還元炉に供給しながら、捕 捉したダスト状鉄鉱石を第２の還元炉に循環するための第３のサイクロン、該第 ３のサイクロンは第３の排出ガス路経由で第３の排出ガス出口に連結され、第３ のダスト状鉱石排出路経由で第３のダスト状鉱石入口に連結され、且つ第３の洗 浄済み排出ガス路経由で第２のガス入口に連結されている、 第１の鉱石出口と第２の鉱石入口を連結し鉄鉱石粒子を供給するための 第１の導管路、 第２の鉱石出口と第３の鉱石入口を連結し鉄鉱石粒子を供給するための 第２の導管路、 第３の鉱石出口を溶融気化器に連結するための第３の導管路、及び 第３のガス入口を溶融気化器に連結するための排出ガス路、 よりなる、鉄鉱石粒子を還元するための流動層型還元装置。 ７．更に少なくとも１つの、拡大した上部円筒形部分、中部円錐形部分 及び縮小した下部円筒形部分からなる還元炉からなり、該中部円錐形部分が上方 へなめらかに膨張したテーパつき形状を有している、請求の範囲第１項に記載の 流動層型還元装置。 ８．各円錐形部分が３°乃至２５°の範囲のテーパ角を有する、請求の 第６項又は第７項に記載の流動層型還元装置。 ９．第１及び第２の導管路が少量のガスを各当該導管路に供給するため のガス供給口を、その屈曲部に備えている、請求の範囲第６項乃至第８項のいず れかに記載の流動層型還元装置。 １０．各円錐形部分がその下端の内径の５．０乃至９．０倍の高さを有 し、拡大した円筒形部分それぞれが各該当の円錐形部分の上端の内径の２．０乃 至４．０倍の高さを有する、請求の範囲第６項乃至第８項のいずれかに記載の流 動層型還元装置。 １１．各円錐形部分がその下端の内径の５．０乃至９．０倍の高さを有 し、拡大した円筒形部分のそれぞれが各該当の円錐形部分の上端の内径の２．０ 乃至４．０倍の高さを有する、請求の範囲第９項に記載の流動層型還元装置。 １２．上方へなめらかに膨張したテーパつき形状を有する流動層型乾燥 ・予備加熱炉において、微細な鉄鉱石をバブル状流動状態で乾燥且つ予備加熱す る工程、及び 上方へなめらかに膨張したテーパつき形状を有する流動層型還元炉にお いて、乾燥且つ予備加熱した鉄鉱石をバブル状流動状態で最終的に還元する工程 、 からなる、微細な鉄鉱石を還元する方法。 １３．乾燥・予備加熱炉又は還元炉のフリーボード領域のガス速度が当 該炉に滞留する平均粒径の鉄鉱石粒子を流動化するのに必要な最小ガス速度の１ ．０乃至３．０倍以内に維持される、請求の範囲第１２項に記載の方法。 １４．還元炉に供給されるガスの圧力が２乃至４気圧の範囲にあり、乾 燥・予備加熱炉又は還元炉で発生する圧力降下が０．３乃至０．６気圧の範囲に ある、請求の範囲第１２項又は第１３項に記載の方法。 １５．還元炉に供給されるガスの温度が８００乃至９００°Ｃの範囲に あり、乾燥・予備加熱炉又は還元炉で発生する温度降下が３０乃至８０°Ｃの範 囲にある、請求の範囲第１２項又は第１３項に記載の方法。 １６．還元炉に供給されるガスの温度が８００乃至９００°Ｃの範囲に あり、乾燥・予備加熱炉又は還元炉で発生する温度降下が３０乃至８０°Ｃの範 囲にある、請求の範囲第１４項に記載の方法。 １７．乾燥・予備加熱炉又は還元炉における鉄鉱石粒子の滞留時間が３ ０乃至５０分の範囲にある、請求の範囲第１２項又は第１３項に記載の方法。 １８．乾燥・予備加熱炉又は還元炉における鉄鉱石粒子の滞留時間が３ ０乃至５０分の範囲にある、請求の範囲第１４項に記載の方法。 １９．乾燥・予備加熱炉又は還元炉における鉄鉱石粒子の滞留時間が３ ０乃至５０分の範囲にある、請求の範囲第１５項に記載の方法。 ２０．乾燥・予備加熱炉又は還元炉における鉄鉱石粒子の滞留時間が３ ０乃至５０分の範囲にある、請求の範囲第１６項に記載の方法。 ２１．上方へなめらかに膨張したテーパつき形状を有する流動層型乾燥 ・予備加熱炉において、鉄鉱石粒子をバブル状流動状態で乾燥且つ予備加熱する 工程、 上方へなめらかに膨張したテーパつき形状を有する第１の流動層型還元 炉において、乾燥且つ予備加熱した微細な鉄鉱石をバブル状流動状態で予備還元 する工程、及び 上方へなめらかに膨張したテーパつき形状を有する第２の流動層型還元 炉において、予備還元した微細な鉄鉱石をバブル状流動状態で最終的に還元する 工程、 からなる、鉄鉱石粒子を還元する方法。 ２２．各乾燥・予備加熱炉、第１の還元炉及び第２の還元炉のフリーボ ード領域のガス速度が当該炉に滞留する平均粒径の鉄鉱石粒子を流動化するのに 必要な最小ガス速度の１．０乃至３．０倍以内に維持される、請求の範囲第２１ 項に記載の方法。 ２３．第２の還元炉に供給されるガスの圧力が２乃至４気圧の範囲にあ り、乾燥・予備加熱炉、第１の還元炉又は第２還元炉で発生する圧力降下が０． ３乃至０．６気圧の範囲にある、請求の範囲第２１項又は第２２項に記載の方法 。 ２４．第２の還元炉に供給されるガスの温度が８００乃至９００°Ｃの 範囲にあり、各乾燥・予備加熱炉、第１の還元炉及び第２の還元炉で発生する温 度降下が３０乃至８０°Ｃの範囲にある、請求の範囲第２１項又は第２２項に記 載の方法。 ２５．第２の還元炉に供給されるガスの温度が８００乃至９００°Ｃの 範囲にあり、各乾燥・予備加熱炉、第１の還元炉及び第２還元炉で発生する温度 降下が３０乃至８０°Ｃの範囲にある、請求の範囲第２３項に記載の方法。 ２６．各乾燥・予備加熱炉、第１の還元炉及び第２還元炉における鉄鉱 石粒子の滞留時間が２０乃至４０分の範囲にある、請求の範囲第２１項又は第２ ２項に記載の方法。 ２７．各乾燥・予備加熱炉、第１の還元炉及び第２還元炉における鉄鉱 石粒子の滞留時間が２０乃至４０分の範囲にある、請求の範囲第２３項に記載の 方法。 ２８．各乾燥・予備加熱炉、第１の還元炉及び第２還元炉における鉄鉱 石粒子の滞留時間が２０乃至４０分の範囲にある、請求の範囲第２４項に記載の 方法。 ２９．各乾燥・予備加熱炉、第１の還元炉及び第２還元炉における鉄鉱 石粒子の滞留時間が２０乃至４０分の範囲にある、請求の範囲第２５項に記載の 方法。