JPH10204513A - 流動層式還元方法および流動層式還元反応器並びに流動層式還元反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流動層式還元方法において、比較的大きい粉
体が流動層チャンバー内へ滞留するのを防止して安定な
還元操業を実施すること、また粉状原料の還元効率を高
めることを目的とする。 【解決手段】 粉状原料を複数の流動層チャンバー間で
移動させつつ、還元性ガスにより流動層を形成して順次
還元を行っていく反応器である。粉状原料の流動層チャ
ンバー２０ａ，２０ｂ，２０ｃ間の移動を比較的大きい
粉状原料から優先的に行わせる。更に各流動層チャンバ
ー２０ａ，２０ｂ，２０ｃに還元性ガスを夫々並列的に
導入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉状鉱石または一
部予備還元された粉状鉱石を含む粉状原料を還元するに
あたって用いられる流動層式還元方法、および該流動層
式還元方法に使用し得る流動層式還元反応器並びに流動
層式還元反応装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】粉状鉱石または一部還元された粉状鉱石
を含む粉状原料を還元する方法として、従来から流動層
式還元方法が採用されており、多くの先行特許、文献が
存在する。例えば、U.S.Pat. No.５１１８４７９、U.S.
Pat. No.５３８２２７７、U.S.Pat. No.５４３１７１
１、U.S.Pat. No.５５２９２９１、日本国特許番号２５
３６３３９、日本国特許番号２５３６６４１、Fior de
Venezuela,S.A.社パンフレット（１９８７年発行）等で
ある この流動層式還元方法に用いられるシステムのうち、そ
の内部で粉状原料を流動層化して還元を進ませる反応器
についても種々のシステムが提案されている。

【０００３】当初考えられた流動層式還元方法では、１
つのチャンバー内に形成される流動層を固定的にとら
え、その位置で還元を進める方式であったが、近年注目
されているのは、この流動層を還元率の向上に合わせて
順次移動させ、その移動に合わせて効率的な還元反応を
進めていこうとする方式である。

【０００４】この様な方式として、例えば、U.S.Pat. N
o.５１１８４７９には、図４に示す様に１つのチャンバ
ー内での流動層の移動方向をジグザグ状に案内する為の
案内板を複数個配置した様式のものが示されている。尚
図４の(a) は流動層式還元反応器の縦断面概略図で、図
４の(b) は平面概略図である。

【０００５】またFior de Venezuela,S.A.社パンフレッ
ト（１９８７年発行）には、複数の流動層チャンバーを
用いて、粉状原料を流動層チャンバー間で移動させなが
ら、各流動層チャンバー内で還元する様式のものが示さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記図４に示した様式
の反応器では、粉状原料Ａは、装入口２より流動層チャ
ンバー１内に装入され、還元性ガス導入口３から導入さ
れる還元性ガスにより流動層を形成しながら、案内板
４，５，６，７に沿ってジグザグ状に移動する。還元さ
れた粉体Ｂは排出口８より排出される。この種の方式を
実施する際に採用される流動層の温度は通常７００℃以
上であり、このような高温状態では案内板４，５，６，
７が熱膨張により変形し、案内板４，５，６，７を直立
状態で安定に維持することが困難となる。この様な案内
板４，５，６，７の直立状態が維持されないと、流動層
の移動状態に悪影響を及ぼすことがある。

【０００７】また還元能力の向上のためには、流動層チ
ャンバー１を大型化し、案内板の数を増加して、反応器
内で流動層の移動距離を十分に長くとる必要があるが、
このような場合、案内板の変形の問題の他、還元性ガス
の導入口３及びその支持部分も大型化し、熱膨張の影響
が一層大きくなって耐圧性、気密性等に問題が生じる恐
れがある。

【０００８】図５は、複数の流動層チャンバーを用い
て、粉状原料を流動層チャンバー間で移動させながら、
各流動層チャンバー内で順次還元を進めていく反応器の
概略を示している。

【０００９】粉状原料Ａは装入口９より第１番目の流動
層チャンバー１３ａに装入され、各流動層チャンバー１
３ａ，１３ｂ，１３ｃで流動層を形成しつつ、連通路１
６ａ，１６ｂを通って移動する。還元された粉体Ｂは最
後の流動層チャンバー１３ｃより、排出口１７を通して
排出される。

【００１０】一方還元性ガスは、まず還元性ガス導入口
１４より最後の流動層チャンバー１３ｃに導入され、そ
の後、流動層チャンバー１３ｃ内の流動層上部より排出
され、還元性ガスライン１５ａを通って、流動層の移動
方向に見て一つ前の流動層チャンバー１３ｂに導入され
る。同様にして、流動層チャンバー１３ｂで使用された
還元性ガスは、その後、還元性ガスライン１５ｂを通っ
て、流動層チャンバー１３ａに導入される。第１番目の
流動層チャンバー１３ａで使用された後の還元性ガスは
ガス排出ライン１０より排出される。

【００１１】この様式のものでは、上記の様な変形の問
題は生じ難く、また、希望する還元能力の程度に応じ
て、流動層チャンバーの数を増加または減少して対応す
ることができるので、流動層チャンバー１３ａ，１３
ｂ，１３ｃの大型化に伴う耐圧性、気密性の問題も生じ
難い。更に、還元性ガスの流れという点で見れば、各流
動層チャンバー１３ａ，１３ｂ，１３ｃを直列に連結し
た構成となっているので、還元性ガスの使用効率が高
い。

【００１２】しかし、粉状原料の移動に際しては、各流
動層チャンバーの流動層の表面から溢れ出た（オーバー
フローした）粉状原料が、次の流動層チャンバーへ移動
する構造のため、比較的細かい粉体は移動し易いもの
の、比較的大きい粉体は流動層下部へ沈み易く、結果的
に一つの流動層チャンバーに滞留し易い傾向になる。滞
留した比較的大きい粉体の還元が適当に進み、また、滞
留中に流動層内で細かくなって順次移動していくのであ
れば比較的問題は少ないが、滞留したものとスムースに
移動していくものとの間で、還元の進行に大きなばらつ
きが生じて還元反応の円滑さが失われたり、また時には
次々と滞留してきた大きい粉体が流動層下部に集まり、
流動層の動きを悪くしたり、還元性ガスの通りを悪くす
る等の影響を及ぼす場合がある。このような影響が起き
ると、他の流動層チャンバーに比べ、その流動層チャン
バーにかかる負荷だけが大きくなったり、また還元性ガ
スの経路が直列的であるため、全体の還元効率等にまで
悪影響を生じる恐れがある。

【００１３】また、この様式のものでは、還元された粉
状原料は必ず最後の最下段流動層チャンバー１３ｃの排
出口１７から取り出される。これは、還元性ガスが対向
流形式で流され、該最後の流動層チャンバー１３ｃで使
用される還元性ガスの還元力が最も高いことから、最後
の流動層チャンバー１３ｃにて十分な還元を行って、高
い還元率の粉状原料を得るためにはやむを得ないことで
ある。しかし、最後の流動層チャンバー１３ｃまで移動
する前に所定の還元率に達した粉体を取りだそうとして
も、その様な構成を取ることができないから必ず最後の
流動層チャンバー１３ｃまで通す必要があり、時間的、
作業的に効率的でない。

【００１４】そこで本発明の一つの目的は、上記の様な
流動層移動方式を実施するに際して、比較的大きい粉体
が流動層チャンバー内へ滞留する現象の発生を極力防止
して、安定な還元操業を実施することができる様な流動
層式還元方法、およびその方法に使用し得る流動層式還
元反応器を提供することである。

【００１５】また本発明の他の目的は、粉状原料の還元
効率を高めることのできる流動層式還元方法、およびそ
の方法に使用し得る流動層式還元反応器を提供すること
である。

【００１６】本発明の更に他の目的は、熱膨張に伴う還
元反応器の変形，耐圧性・気密性の低下の影響を少なく
することのできる流動層式還元方法、およびその方法に
使用し得る流動層式還元反応器を提供することである。

【００１７】本発明の更に他の目的は、粉状原料が所定
の還元率に達した時に、還元された粉状原料を反応器内
から効率よく取り出すことが可能な流動層式還元方法、
およびその方法に使用し得る流動層式還元反応器を提供
することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る流動層式還
元方法は、粉状鉱石または一部予備還元された粉状鉱石
を含む粉状原料を複数の流動層チャンバー間で移動させ
つつ、還元性ガスにより流動層を形成して順次還元を行
っていく流動層式還元方法において、粉状原料の流動層
チャンバー間の移動を比較的大きい粉状原料から優先的
に行わせることによって、各流動層チャンバーにおける
流動層の安定を図ることを要旨とする。

【００１９】また本発明に係る流動層式還元方法は、粉
状鉱石または一部予備還元された粉状鉱石を含む粉状原
料を複数の流動層チャンバー間で移動させつつ、還元性
ガスにより流動層を形成して順次還元を行っていく流動
層式還元方法において、粉状原料の流動層チャンバー間
の移動を、流動層の表面部より深い位置において行わせ
ることによって、各流動層チャンバーにおける流動層の
安定を図ることを要旨とする。更に、上記粉状原料の流
動層チャンバー間の移動を、流動層の深部位置において
行わせると一層効果的である。

【００２０】この様にすることで各流動層がバランス良
く安定して形成されるので、各流動層共還元性ガスの通
過性が良くなり、そのことによって図５に示した様な対
向流方式による還元性ガスの供給も安定させることがで
きる。

【００２１】更に各流動層チャンバーに対しては、還元
性ガスを夫々並列的に導入して行うことが望ましく、こ
れによって還元性ガスの通過性は一層改善されたものと
なる。そしてこの方法であれば、還元性ガスの流量を各
流動層チャンバー毎に制御して行うことができ、一層効
果的である。また、更に各流動層チャンバー内部におい
て、流動層上部に形成される空間の圧力を制御すること
も一層効果的である。

【００２２】また、粉状原料を、水平面内に配置された
流動層チャンバー間で円周方向に移動させる様に設計す
ることも望ましい。更に、流動層チャンバー間を移動す
る粉状原料を所定の還元率に応じて任意の流動層チャン
バーから抜き出す様にして行うことが望ましい。

【００２３】加えて、上記の流動層式還元方法によって
各流動層チャンバーの流動層上部から排出される還元性
ガスを予備還元炉に導入して粉状鉱石の予備還元を行
い、該予備還元された粉状鉱石を粉状原料として用いる
ことも好ましい態様である。

【００２４】本発明に係る流動層式還元反応器は、上記
の様な流動層式還元方法に使用し得るものであり、複数
の筒状流動層チャンバーを、粉状鉱石または一部予備還
元された鉱石を含む粉状原料の移動方向に連通し、該移
動方向に見て第１番目の流動層チャンバーに粉状原料が
装入される装入口が設けられると共に、最終の流動層チ
ャンバーには還元された粉状鉱石を取り出す排出口が設
けられ、且つ、前記各流動層チャンバーの下部にはガス
分散板を介してガス導入口が設けられてなる流動層式還
元反応器において、前記連通路が流動層チャンバー内に
形成される流動層の表面部より深い位置の流動層チャン
バー壁面に設けられていることを要旨とする。更に前記
連通路が流動層の深部位置の流動層チャンバー壁面に設
けられていることが望ましい。

【００２５】また、各流動層チャンバーへは夫々並列的
にガス導入ラインが設けられていることが望ましい。更
に、各ガス導入ラインには、還元性ガスの流量調節バル
ブが設けられていると効果的である。また更に、各流動
層チャンバーのガス排出ラインに、流動層上部に形成さ
れる空間の圧力を制御する手段が設けられていると一層
効果的である。

【００２６】また、各流動層チャンバーの横断面が略円
形状あるいは略三角形状であると好ましい。更に、各流
動層チャンバーは、水平面内で円周方向に配置されてい
ることが一層好ましい。また更に、各流動層チャンバー
のガス分散板が球面形状であると、より一層好ましい。

【００２７】また、流動層チャンバーの数が３以上であ
り、且つ、粉状原料の移動方向に見て、第１番目以外の
複数の流動層チャンバーに排出口が設けられていること
も好ましい態様である。

【００２８】また、上記の様な流動層式還元反応器に予
備還元炉を付設し、各流動層チャンバーの上部の還元性
ガス放出部を該予備還元炉へのガス導入部に連接すると
共に、該予備還元炉から取り出された予備還元済み粉状
原料を上記流動層式還元反応器における最上流側の流動
層チャンバーに導入する粉状原料配管を設けることもで
きる。更に、予備還元炉は流動層式還元反応器の上部に
付設されることが望ましい。また更に、各チャンバーは
水平面内で円周方向に配置されていると共に、該円周方
向配置における円周中心部に１つの縦方向空間が設けら
れ、該縦方向空間の上部を還元性ガス放出部とし、該放
出部が予備還元炉のガス導入部に連接されていることも
望ましい態様である。

【００２９】

【発明の実施の形態】まず、本発明の第１の目的である
比較的大きい粉体の流動層チャンバー内への滞留を極力
防止する点について、図１を参考にしつつ、説明する。
尚図１は本発明に係る流動層式還元反応器の一実施例を
示す概略図である。

【００３０】図１において、粉状鉱石または一部還元さ
れた粉状鉱石を含む粉状原料Ａは、装入口１８から第１
の流動層チャンバー２０ａ内へ送り込まれる。該粉状原
料Ａは、流動層チャンバー２０ａ下部のガス導入ライン
２１ａからガス分散板１９ａを介して導入された還元性
ガスの上向流によって流動層チャンバー２０ａ内で流動
層２４ａを形成する。

【００３１】ガスは流動層２４ａ上方へ排出され、ガス
排出口２８から流動層チャンバー外へ排出されるが、各
流動層チャンバー２０ａ，２０ｂ，２０ｃは連通路２５
ａ，２５ｂによって連通されているので、当該連通路２
５ａに近い位置にある粉状原料Ａの流動層２４ａは流動
状態を保ちつつ、この連通路を通って次の流動層チャン
バー２０ｂへと移動する。流動層チャンバー２０ｂ内に
おいても同様にして、ガス導入ライン２１ｂよりガス分
散板１９ｂを介して導入された還元性ガスによって流動
層２４ｂが形成され、更に、連通路２５ｂを通って次の
流動層チャンバー２０ｃへと移動し、ここでもガス導入
ライン２１ｃよりガス分散板１９ｃを介して導入された
還元性ガスにより流動層２４ｃが形成される。その後、
還元された粉体Ｂは排出口２６より排出される。

【００３２】このとき、従来技術とは異なり、各流動層
チャンバー２０ａ，２０ｂ，２０ｃを結ぶ連通路２５
ａ，２５ｂは流動層２４ａ，２４ｂ，２４ｃの表面部よ
り深い位置に設けてあるため、流動層下部に滞留しやす
い比較的大きな粉体が、次の流動層チャンバーへ優先的
に移動される。従って、一つの流動層チャンバーに滞留
し続けるということがない。また、この様に移動するこ
とで、該比較的大きな粉体も流動層内で粉体同士接触す
る確率が高くなり、粉体のサイズも徐々に細かくなり得
る。移動することにより粉体のサイズが細かくなってく
ると、滞留の可能性はますます減少し、ある特定の流動
層チャンバー（特に滞留の可能性が最も高いと考えられ
る第１の流動層チャンバー２０ａ）において、負荷が増
加したり、また、還元性ガスの流れが悪くなるというこ
とが生じ難くなる。連通路の位置は、流動層の表面から
深くなれば、より効果が上がり、流動層の最深部付近が
最適である。次に、本発明の他の目的である粉状原料の
還元効率の向上について説明する。

【００３３】図１に示す様に、本発明では各流動層チャ
ンバー２０ａ，２０ｂ，２０ｃに、還元性ガスを夫々並
列的に導入することができるため、図５に示した様な直
列的なガス経路を持つ様式とは異なり、各流動層チャン
バー２０ａ，２０ｂ，２０ｃ毎での還元性ガスの能力は
同じである。

【００３４】従って、どの流動層チャンバーにおいても
還元能力は、図５の様式の最下段の流動層チャンバー１
３ｃと同じレベルとなり、仮に同数の流動層チャンバー
を使用するとして、本発明と図５に示した様式のものを
比較すると、本発明の方が還元能力が向上し得る。これ
を言い換えると、粉状原料を同じ還元率にまで還元する
ために必要な流動層チャンバー数は、本発明の方が少な
くてすむことになる。

【００３５】還元性ガスの使用効率の面では、還元能力
を十分に保持したままチャンバー外に放出されるという
面で従来技術に比べて劣る可能性もあるが、本発明で使
用した還元性ガス、即ち、各流動層チャンバーの流動層
上部から排出される還元性ガスを別途設ける予備還元炉
に導入して、粉状鉱石の予備還元に用いれば、たとえ本
発明の流動層式還元反応器における還元性ガスの使用効
率が低くとも、流動層式還元システム全体としての使用
効率を上げることが可能であり、発明の実施に際して
は、そのように構成することが望ましいことである。

【００３６】この様に予備還元炉を設ける場合、各流動
層チャンバーの上部の還元性ガス放出部を該予備還元炉
へのガス導入部に連接すること、および該予備還元炉に
て予備還元された粉状鉱石を本発明の流動層式還元反応
器における最上流側の流動層チャンバーに導入する粉状
原料配管を設置することが必要となるが、後記図３に示
す様に、予備還元炉は本発明の流動層式還元反応器の上
部に設けることが望ましい。この様にすることで、上記
ガス配管、粉状原料配管を極力短くすることが可能であ
り、また、システム全体としてもコンパクトにすること
ができる。

【００３７】更に必要であれば、図１に示す様に、各流
動層チャンバー２０ａ，２０ｂ，２０ｃに導入される還
元性ガスの流量を制御するためのバルブ２２ａ，２２
ｂ，２２ｃおよびガス流量計２３ａ，２３ｂ，２３ｃを
設けて、還元性ガスの流量を各流動層チャンバー毎に独
立して調節可能とすることもできる。

【００３８】この様にすることで、各流動層チャンバー
毎の還元能力の調整が可能となる。或はガス組成を独立
的にコントロールして還元能力を個別管理することもで
きる。これらの場合は、各流動層チャンバーから粉状原
料をサンプリングしてチェックする機構を設けることが
できる。尚還元性ガスの経路が直列的である図５の様式
のものでは、この様な調節は不可能である。但し、本発
明の実施に際しては、流動層チャンバーをいくつかの群
に分け、各群毎に図５の様な対向流方式で還元性ガスを
流す様に構成することも可能である。

【００３９】また更に、これらの調節に加え、各流動層
チャンバー内部において、流動層上部に形成される空間
の圧力を調整することもできる。空間の圧力を適宜調整
することで、流動層の表面の高さを変えることが可能と
なる。流動層の表面の高さが変われば、流動層内での粉
体の分布状況等も変化し、流動層の還元能力も変わって
くる。従って、空間の圧力調整を、上記還元性ガスの流
量調節と同時に行うことで、各流動層チャンバー毎の還
元能力の調整が更に効果的に行えるようになる。

【００４０】空間の圧力を調整する手段は、各流動層チ
ャンバー毎に圧力センサーと圧力弁を連動させる様な方
法であっても良いし、もし複数の流動層チャンバーの圧
力を一定にしたければ、該当する流動層チャンバーの空
間を連通するパイプのようなものを設ける様な形式でも
良い。図１では、各流動層チャンバー２０ａ，２０ｂ，
２０ｃで形成される流動層２４ａ，２４ｂ，２４ｃの上
部空間を連通するパイプ２７ａ，２７ｂ設け、空間の圧
力の調整およびガス排出に利用している。または、後記
図２の様に、該当する流動層チャンバーの上部を開放
し、且つ、該当する流動層チャンバーを別の容器に内包
し、容器内の圧力を調節することでも複数の流動層チャ
ンバーの圧力を一定にすることができる。

【００４１】次に、本発明の更に他の目的である熱膨張
に伴う還元反応器の変形，耐圧性・気密性の低下の影響
を少なくする点について説明する。

【００４２】個々の流動層チャンバーを円筒形、球形に
する等により、上記の変形，耐圧性・気密性の影響を抑
えることは従来から行われている。円筒形，球形等にす
ることで、各流動層チャンバーにおいて半径方向におけ
る温度の均一性が確保され、金属部の局部的な熱膨張や
変形を防止することができる。本発明においても、各流
動層チャンバーは、できるだけ熱膨張の影響が表れにく
い形状を選ぶことが望ましいので、各流動層チャンバー
の横断面の形状を略円形状あるいは略三角形状にするこ
とが望ましい。

【００４３】更に、図２に示す様に、各流動層チャンバ
ーを水平面内で、円周方向に配置することも推奨され
る。図２は本発明に係る流動層式還元反応器の別の一例
を示す概略図であり、(a) はその縦断面図で、(b) は横
断面図である。

【００４４】図２において、装入口２９より第１番目の
チャンバー内へ装入された粉状原料Ａは、図１に示した
様式のものと同様に、各流動層チャンバー５０内で、ガ
ス導入ライン３２からガス分散板３１を介して導入され
る還元性ガスの上向流によって流動層を形成しつつ、連
通路３４を通って移動し、最後の流動層チャンバー５０
に設けられている排出口３５から排出される。各流動層
チャンバー５０の上部は開放され、且つ、各流動層チャ
ンバー５０は容器３０により内包されている。各流動層
チャンバー５０より排出されたガスは、ガス排出口３３
より排出される。

【００４５】この様に配置することにより、還元反応器
全体として半径方向における温度の均一性が確保され、
連通路等、局部的に熱膨張の影響を受けやすい部位にと
っても、変形，耐圧性・気密性低下の危険を低減でき
る。

【００４６】円周上に各流動層チャンバーを配置する場
合には、流動層チャンバーの数を６程度にすることが反
応器の面積を有効に活用する上で、最適と考えられる。

【００４７】また更に、図２に示す様に、各流動層チャ
ンバーのガス分散板３１を球面形状とすることも耐圧性
・気密性の点からは好ましいことである。

【００４８】次に、本発明の更に他の目的である粉状原
料が所定の還元率に達した時に、還元された粉状原料を
反応器内から効率よく取り出し可能とする点について説
明する。

【００４９】上述の様に、本発明は個々の流動層チャン
バーにおける還元能力を向上し得るので、実際の操業条
件等によっては、準備された流動層チャンバーの全てを
粉状原料が経由しなくても、移動の途中で所定の還元率
に達する場合があり得る。この様な場合、所定の還元率
に達した粉体を、常に最後の流動層チャンバーまで移動
させることは、時間的・作業的に効率が悪い。そこで、
複数の流動層チャンバーに開閉自在の排出口を設け、還
元率に応じて適宜抜き出し可能とすることで、操業効率
を上げることができる。

【００５０】ただし、現実の問題として、還元に際して
は、ある程度の総流動化時間が必要であること、そのた
めに複数の流動層チャンバーを移動させる構造を取って
いること等考えると、装入口の設けられた流動層チャン
バーにまで、排出口を設ける必要は少ない。

【００５１】この様に、複数の排出口を設けることは、
何らかのトラブルにより装置が停止し、そのとき流動層
チャンバー内にある還元途中の粉状原料を機械的方法等
により排出する必要が生じた際にも有用である。

【００５２】流動層チャンバーを円周方向に配置した場
合には、この様な排出口を円周外部の方向に向けて取り
付けても構わないが、図２に示す様に、各流動層チャン
バーを配置する円周中心部に１つの縦方向空間３６を設
けておいて、この縦方向空間３６に向けて開閉自在の排
出口３８を設けても構わない。還元反応器全体をコンパ
クトにしたい際には、その様にした方が好ましい。

【００５３】図３は本発明に係る流動層式還元反応装置
の一例を示す概略縦断面図であって、図２に示す流動層
式還元反応器に予備還元炉を付設した流動層式還元反応
装置を示す図であるが、上記の様な構成にしておけば、
図３に示す様な、予備還元炉３９をその上部に設けた場
合において、その予備還元炉３９から何らかの事情で粉
状鉱石が急激に落下する様なことがあっても、落下粉体
を上記縦方向空間３６の排出部を通して排出できるの
で、本発明の流動層チャンバーを落下衝撃から守ること
ができる。

【００５４】更に、この様に縦方向空間３６を予備還元
炉３９からの落下粉体の排出部として利用する場合、該
予備還元炉３９におけるガス導入部４３には、ガス分散
板を設置しないことも可能となる。予備還元炉３９中に
おいても、上述の様に、比較的大きい粉状原料は流動層
下部へ沈み易い。特に、予備還元炉３９で用いられる粉
状原料Ａ中には比較的大きな粉体が混入している可能性
が高く、ガス分散板があると該ガス分散板上に滞留して
しまう場合があり、その結果、予備還元炉３９における
還元性ガスの通りが悪くなる可能性もある。そこで、ガ
ス分散板をなくすことにより、予備還元炉３９において
滞留してしまう様な比較的大きな粉体は、予備還元炉３
９中には止まらず、上記縦方向空間３６へ落下すること
になり、予備還元炉３９における還元効率を安定させる
ことができる。

【００５５】更に加えるならば、予備還元炉３９から予
備還元済み粉状原料を取り出すための排出口４２は、予
備還元炉３９中の流動層の深部に当たる位置に設けた方
が望ましい。該排出口４２から排出される予備還元鉱石
は、図３中に一点鎖線で示す如く、流動層還元反応器の
粉状原料装入口２９へ供給される。尚、図３において、
装入口４１は粉状原料Ａを予備還元炉３９へ装入するた
めのものであり、ガス排出口４０は予備還元炉で使用さ
れた後のガスを排出するためのものである。

【００５６】＜実験＞図１に示す様な流動層式還元反応
器を作成し、流動化された粉鉱が滞留することなく流動
層チャンバー間を移動し、排出されるかどうかを検証す
る実験を行った。

【００５７】内径１００ｍｍ、高さ２０００ｍｍの円筒
形縦型の流動層チャンバー３個を横一列に配置した。流
動層チャンバー下部にはガス導入ラインを設けておき、
ガス導入ラインから空気を噴出させ、該噴出させた空気
をガス分散板を介して流動層チャンバー内に導入し、鉄
鉱石の粉鉱を流動化した。空気は、各反応器の分散板よ
り各流動層チャンバーに個別に導入され、流量も調整バ
ルブと流量計で各流動層チャンバー毎に調整した。鉄鉱
石の粉鉱は装入口より定量的に第１の流動層チャンバー
に送り込んだ。各流動層チャンバーの壁面の流動層の深
部には連通路（Ｗ×Ｈ×Ｌ：２０ｍｍ×３０ｍｍ×２０
ｍｍ）を設けて流動化された粉鉱が順次、次の流動層チ
ャンバーへ移動できるようになっている。最後の流動層
チャンバーには、排出口が設けられ、流動化された粉鉱
を系外に抜き出す様にしている。各流動層チャンバーの
上部は、各流動層チャンバー内で流動層上部に形成され
る空間の圧力が一定になるように、パイプで接続して連
通されている。鉄鉱石の粉鉱は１００〜３００μｍに粒
度調整されたものを使用し、空気吹き込みは流動化状態
を見ながら、流動層チャンバー内流速で０．２５〜０．
５ｍ／秒に調整した。

【００５８】本試験で、３つの流動層チャンバー夫々に
同流量の空気を導入し流動化状態を形成した。その結
果、定量的に粉鉱を装入しても各流動層チャンバーの流
動層の表面の高さは変わらず、装入量と等価の排出量が
確認できた。各流動層チャンバー間の粉鉱の移動も良好
で、滞留もなかった。この結果、本発明のように各流動
層チャンバーの壁面の流動層の表面より深い位置に連通
路を設けたものは粉鉱の滞留もなく、各流動層チャンバ
ー間をスムースに移動させ得ることがわかった。また、
連通路の高さ（Ｈ）を１５ｍｍとしても同様の結果を得
られたので、粉鉱が逆方向（出側から入り側）に移動す
る逆混合の影響を小さくするために、連通路のサイズを
小さくとっても構わないことが確かめられた。

【００５９】尚以上の様に本発明を、実施例を示す図面
を参照しつつ具体的に説明したが、本発明はもとより図
示例に限定される訳ではなく、前・後記の趣旨に適合し
得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であ
り、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含され
る。

【００６０】

【発明の効果】上述の様に本発明に係る流動層式還元方
法及び該方法に使用し得る流動層式還元反応器並びに流
動層式還元反応装置は、比較的大きい粉体が流動層チャ
ンバー内へ滞留することによる影響が少ない。また本発
明は、粉状原料の還元効率が向上し得る。更に本発明
は、熱膨張に伴う還元反応器の変形，耐圧性・気密性の
低下の影響を少なくすることができる。加えて本発明
は、粉状原料が所定の還元率に達した時に、還元された
粉状原料を反応器内から効率よく取り出すことが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る流動層式還元反応器の一実施例を
示す概略図。

【図２】本発明に係る流動層式還元反応器の別の実施例
を示す概略断面図。

【図３】本発明に係る流動層式還元反応装置の一例を示
す概略断面図。

【図４】従来の、内部に案内板を有する流動層式還元反
応器の概略図。

【図５】従来の、複数の流動層チャンバーを用いて行う
流動層式還元反応器の概略図。

【符号の説明】

１８，２９，４１ 装入口 １９ａ，１９ｂ，１９ｃ，３１ ガス分散板 ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，５０ 流動層チャンバー ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，３２ ガス導入ライン ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ バルブ ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ ガス流量計 ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 流動層 ２５ａ，２５ｂ，３４ 連通路 ２６，３５，３８ 排出口 ２７ａ，２７ｂ パイプ ２８，３３ ガス排出口 ３０ 容器 ３６ 縦方向空間 ３９ 予備還元炉 ４０ ガス排出口 ４２ 予備還元鉱石用排出口 ４３ ガス導入部 Ａ 粉末原料 Ｂ 還元された粉体

フロントページの続き (72)発明者 秦 亮一 大阪市中央区備後町４丁目１番３号 株式 会社神戸製鋼所大阪支社内 (72)発明者 大開 健司 大阪市中央区備後町４丁目１番３号 株式 会社神戸製鋼所大阪支社内 (72)発明者 菅原 孝幸 神戸市灘区岩屋北町４丁目４番32号 神鋼 メックス株式会社内 (72)発明者 ギルバート ヨルド ホワイトン，ジュニ ア アメリカ合衆国 28244 ノースカロライ ナ州 シャルロッテ，シャルロッテ プラ ザ ミドレックス コーポレーション内

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉状鉱石または一部予備還元された粉状
   鉱石を含む粉状原料を、複数の流動層チャンバー間で移
   動させつつ、還元性ガスにより流動層を形成して順次還
   元を行っていく流動層式還元方法において、 粉状原料の流動層チャンバー間の移動を比較的大きい粉
   状原料から優先的に行わせることによって、各流動層チ
   ャンバーにおける流動層の安定を図ることを特徴とする
   流動層式還元方法。
2. 【請求項２】 粉状鉱石または一部予備還元された粉状
   鉱石を含む粉状原料を複数の流動層チャンバー間で移動
   させつつ、還元性ガスにより流動層を形成して順次還元
   を行っていく流動層式還元方法において、 粉状原料の流動層チャンバー間の移動を、流動層の表面
   部より深い位置において行わせることによって、各流動
   層チャンバーにおける流動層の安定を図ることを特徴と
   する流動層式還元方法。
3. 【請求項３】 粉状原料の流動層チャンバー間の移動
   を、流動層の深部位置において行わせる請求項２に記載
   の流動層式還元方法。
4. 【請求項４】 各流動層チャンバーには、還元性ガスを
   夫々並列的に導入して行う請求項１〜３のいずれかに記
   載の流動層式還元方法。
5. 【請求項５】 還元性ガスの導入流量を各流動層チャン
   バー毎に制御して行う請求項４に記載の流動層式還元方
   法。
6. 【請求項６】 各流動層チャンバー内の流動層上部空間
   の圧力を制御して行う請求項４または５記載の流動層式
   還元方法。
7. 【請求項７】 粉状原料を、水平面内に配置された流動
   層チャンバー間で円周方向に移動させて行う請求項１〜
   ６のいづれかに記載の流動層式還元方法。
8. 【請求項８】 流動層チャンバー間を移動する途中の還
   元の進んだ粉状原料を所定の還元率に応じて任意の流動
   層チャンバーから抜き出す様にして行う請求項１〜７の
   いずれかに記載の流動層式還元方法。
9. 【請求項９】 各流動層チャンバーの流動層上部から還
   元ガスを排出し、該還元性ガスを予備還元炉に導入して
   粉状鉱石の予備還元を行い、該予備還元された粉状鉱石
   を粉状原料として用いる請求項１〜８のいずれかに記載
   の流動層式還元方法。
10. 【請求項１０】 複数の筒状流動層チャンバーを、粉状
    鉱石または一部予備還元された鉱石を含む粉状原料の移
    動方向に連通し、該移動方向に見て第１番目の流動層チ
    ャンバーに粉状原料が装入される装入口が設けられると
    共に、最終の流動層チャンバーには粉状鉱石の還元物を
    取り出す排出口が設けられ、且つ、前記各流動層チャン
    バーの下部にはガス分散板を介してガス導入口が設けら
    れてなる流動層式還元反応器において、 前記連通路は流動層チャンバー内に形成される流動層の
    表面部より深い位置の流動層チャンバー壁面に設けられ
    ていることを特徴とする流動層式還元反応器。
11. 【請求項１１】 連通路が流動層の深部位置の流動層チ
    ャンバー壁面に設けられている請求項１０に記載の流動
    層式還元反応器。
12. 【請求項１２】 各流動層チャンバーには、夫々並列的
    にガス導入ラインが設けられている請求項１０または１
    １に記載の流動層式還元反応器。
13. 【請求項１３】 各ガス導入ラインには、還元性ガスの
    流量調節バルブが設けられている請求項１２に記載の流
    動層式還元反応器。
14. 【請求項１４】 各流動層チャンバーのガス排出ライン
    には、各流動層上部空間の圧力を制御する手段が設けら
    れている請求項１０〜１３のいずれかに記載の流動層式
    還元反応器。
15. 【請求項１５】 各流動層チャンバーの横断面が略円形
    状あるいは略三角形状である請求項１０〜１４のいずれ
    かに記載の流動層式還元反応器。
16. 【請求項１６】 各流動層チャンバーは、水平面内で円
    周方向に配置されている請求項１０〜１５いずれかに記
    載の流動層式還元反応器。
17. 【請求項１７】 各流動層チャンバーのガス分散板が球
    面形状である請求項１０〜１６のいずれかに記載の流動
    層式還元反応器。
18. 【請求項１８】 流動層チャンバーが３以上であり、且
    つ、粉状原料の移動方向に見て、第１番目以外の複数の
    流動層チャンバーに排出口が設けられている請求項１０
    〜１７に記載の流動層式還元反応器。
19. 【請求項１９】 請求項１０〜１８のいずれかに記載の
    流動層式還元反応器に予備還元炉を付設し、各流動層チ
    ャンバーの上部の還元性ガス放出部を上記予備還元炉へ
    のガス導入部に連接すると共に、該予備還元炉から取り
    出された予備還元済み粉状原料を前記流動層式還元反応
    器における最上流側の流動層チャンバーに導入する粉状
    原料配管が設けられていることを特徴とする流動層式還
    元反応装置。
20. 【請求項２０】 予備還元炉は流動層式還元反応器の上
    部に付設される請求項１９に記載の流動層式還元反応装
    置。
21. 【請求項２１】 各流動層チャンバーは水平面内で円周
    方向に配置されていると共に、該円周方向配置における
    円周中心部に１つの縦方向空間が設けられ、該縦方向空
    間の上部を還元性ガス放出部とし、該放出部が予備還元
    炉のガス導入部に連設されている請求項２０または２１
    に記載の流動層式還元反応装置。