JPS5917347B2 - 回転還元炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は鉱石、あるいは金属酸化物を主成分とした粉
体に、更に必要があれば粘結剤を添加してペレット状に
造粒したもの（以下ペレットという）などの金属酸化物
を還元性雰囲気下で加熱し金属化する直接還元炉に関す
る。

更に詳しくは、炉内面に付着物を形成させずに円滑な操
業を可能ならしめるべく、黒鉛及び結合材としての炭素
（以下単に炭素という）、並びに炭化珪素を含有する内
張り耐火材を使用する事を特徴とした直接還元炉に関す
る。

直接還元法は従来の溶鉱炉のように巨額の設備投資が必
要でない事や、鉱石のほかに金属酸化物を多量に含有す
る集塵ダストの再利用も出来る事から、最近脚光を浴び
ている。

従来より、例えば回転炉を用いる場合には装入口より装
入されたペレットを順次炉体を回転させながら進行させ
、排出口部に設置した燃焼バーナーで加熱するので、排
出口に近い所では１０００′ 〜１３００°Ｃの最高温
度域が形成される。

回転炉の内張り耐火材には比較的低熱伝導性で、かつ、
高耐火度を備えたシャモツト質、あるいは、高アルミナ
質煉瓦が使用されているが、炉内最高温度域を中心とし
て付着物の形成が著しく、炉内にリング状の堰ができ順
次進行して来るペレットが集積し、粉砕摩耗されたり、
あるいは半溶融して巨大な塊に成長したり、付着物の成
長を惹起して還元されたペレットの製造歩留りを低下さ
せている。

そのため、定期的に炉の運転を停止して前記術； 着物
を発破などにより除去しなければならないが、付着状況
が堅固であるため内張り耐火材を破損させる事も多く、
また、除去作業は長時間を要するため稼働率低下の大き
な原因と成っている。

発明者らは鉄鉱石を還元する回転還元炉に関し１ 前記
炉内最高温度域を中心として形成される付着物の形成機
構を種々調査解析した結果、１０００〜１３００℃に加
熱された内張り耐火材の稼働面が主にペレットの微粉体
と初期に反応し、Ａ４゜Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃ，０などから成
る化合物がペレット微粉体に不純物として介在している
Ｋ ｓ Ｃａ 、Ｎ ａなどの共存下にあって高粘性低
融点物質（例えばＦｅ０−Ａｔ２０３や２ＦｅＯ・２Ａ
ｔ２０３・５ＳｉＯ□などのに、Ｃａ、Ｎａなどとの固
溶体）を生成し、これが順次進行して来るペレットやそ
の微粉体を更。

に付着反応せしめて付着物が層状に重なって、ついには
層状になる事が判明した。

一方、還元雰囲気下にある炉内では内張り耐火材の内部
が次第に脆弱化しており、又、付着物は付着した状態で
漸次還元鉄化している事も判明した。

そして、種々の耐火材材質を検討した結果、前記高粘性
低融点物質が付着しにくく、またたとえそれが付着して
も容易に剥落する性質を、それぞれ、あるいは複合して
有する耐火材を使用する事により前記現象を回避し得る
事を確認した。

本発明は、付着物層の成長を防止する事によって連続的
に長期間操業し得る回転還元炉を提供することを目的と
するものであって、その要旨とするところは、分析値に
よる炭素及び炭化珪素の合（Ｅ針金有量が１０重量四以
上９８重量％未滴の耐火材で稼働面側を内張すし、該稼
働面側内張りの鉄皮側を前記耐火材よりも低い熱伝導率
の耐火材で裏張りしてなる異質な耐火材の積層内張によ
り、最高温度加熱帯が築造されていることを特徴とする
回転還元炉である。

以下、本発明法について説明する。

一般に耐火材は炭素、炭化珪素系耐火物、あるいは酸化
アルミニウム（アルミナ）、酸化珪素（シリカ）などの
酸化物系耐火物等が使用されているが、前記アルミナや
シリカなどの酸化物に炭素及び炭化珪素を配合せしめそ
れらの組成量を変えて得た耐火材は、炭素及び炭化珪素
の組成合計量が増加する程高温粘性液体と濡れにくく、
すなわち付着しにくくなる。

第１図は炭素及び炭化珪素−金属酸化物（アルミノ・シ
リケート）からなる種々の耐火材について、空気雰囲気
１３００℃における溶融スラグに対する付着性を表わす
濡れ角度の該組成量依存と、同時に熱伝導率と該組成量
との依存を示した。

また、第１表には前記試験に供した主な耐火材Ａ−Ｉの
性状を示し耐火材Ａは従来から使用されている耐火材で
ある。

第１図から判るように、分析値で炭素及び炭化珪素の組
成合計量が１０重量四未満の耐火材では濡れ角度がおよ
そ４０°未満となって高温粘性液体に対する耐付着性の
効果は十分に発揮されない。

従って、本発明が目標とする耐火材は炭素及び炭化珪素
の該組成合計量を１０重量％以上含有する事が好ましい
。

前記の事情を一般的な形状の回転炉にあてはめて伝熱計
算を例示する。

肉厚５０ｍｍの鉄皮で内径４５００ｍｍの回転炉に２２
５ｍｍもしくは４５０ｍｍの厚さの耐火材を用いた場合
、炉内稼働面温度が１１００℃の時の炉壁貫流熱量と鉄
皮放散熱量（但し外気温度３０℃、風速５ｍ／Ｓの弱強
制対流を想定する）との鉄皮表面温度による変化を、熱
伝導率が１〜５Ｋｃａｔ／ｍ−ｈｒ、。

Ｃの耐火材について計算し、第２図に示した。

第２図は、耐火材厚さが２２５ｍｍで、かつ熱伝導率が
それぞれ１゜２ 、３ 、５ Ｋｃａｌ／ ｍ−ｈｒ、
℃（実線ａ、ｂ、ｃ。

ｄで表わす）の場合の炉壁貫通熱量と鉄皮表面温度の関
係を示し、また耐火材厚さが４５０朋で、かつ熱伝導率
が１．２．３ ｓ ５．６ Ｋｃａｌ／ｒｒｒｈｒ。

℃（破線ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉで表わす）の場合の前記関
係を示し、さらにまた鉄皮表面温度と鉄皮からの放散熱
量の関係を実線ｒで示している。

第２図より、鉄皮温度を３００°Ｃ以下に保つためには
同温度で炉壁貫流熱量が鉄皮放散熱量より小さくなけれ
ばならず例えば、耐火材の厚さが２２５朋もしくは４５
０ｍｍの時その耐火材の熱伝導率はそれぞれ２．７ Ｋ
ｃａｌ／ｍ−ｈｒ、 ’Ｃもしくは５５Ｋｃａｌ／ ｍ
−ｈｒ 、℃以下でなければならない。

かかる制限された熱伝導率の耐火材であるためには、そ
の耐火材の炭素及び炭化珪素の分析値組成合計量は、第
１図からみて、それぞれ２０重量％以下もしくは３５重
量％以下である事が要求される。

本発明の目的である、高温粘性液体の付着物を形成せし
めない、または容易に剥落し得るなどの効果をより著し
く発現させるためには、炭素及び炭化珪素の組成合計量
を出来るだけ多量含有した耐火材を用いる事が好ましい
。

しかしながら、一方、炭素及び炭化珪素の組成合計量が
多くなるとこの耐火材は熱伝導率が大きくなって、もし
肉厚の薄い内張りを要求する炉でこの耐火材を用うれば
炉外殻の鉄皮温度が許容範囲以上に上昇して鉄皮に損傷
を与えるなどして、炉の安全操業を維持し得ない。

従って、炉の構造や炉内の加熱温度に応じて制限された
熱伝導率をもった耐火材を使用しなければならなく、シ
ャモツト質煉瓦、高アルミナ質煉瓦等断熱性耐火材の併
用が必要である。

即ち、炉の内張り構造において稼働面側に炭素及び炭化
珪素を多量含有した耐火材Ｘと、その裏張り鉄皮側に前
記耐火材Ｘよりも低い熱伝導率を有する耐火材Ｙとを積
層せしめる。

以上の事情を前記して来た回転炉の計算例に付は加えて
説明する。

断熱性耐火材Ｙを鉄皮側に５０關の厚さで裏張りし、耐
火材Ｘを稼働面側に残りの厚み、それぞれ１７５ｍｍも
しくは４００ｍｍの厚さで内張すした場合を考える。

第３図は上記の積層内張り耐火材の熱伝導率が全体とし
て、それぞれ２．７ Ｋｃａｌ／ｍ−ｈｒ 、℃もしく
は５．５Ｋｃａ４／ｍ−ｈｒ。

℃以下となるべき耐火材Ｘ及びＹの熱伝導率λＸ及びλ
Ｙの組み合わせを示した。

第３図より内張り耐火材厚さが２２５ｍｍ（曲線ａ）も
しくは４５０ｍｍ（曲線ｂ）の場合に、例えばλＹが０
．６Ｋｃａｔ／ｒｒＬ−ｈｒ０℃の耐火材Ｙを用いると
、λＸがそれぞれ５４Ｋｃａｌ／ｍ−ｈｒ０℃もしくは
６８Ｋｃａｌ／ｍ−ｈｒ、 ℃迄の高熱伝導性耐火材Ｘ
を用いても差しつかえない。

従って、原理的には適当な熱伝導率λＹを有した耐火材
Ｙを選定する事によって、耐火材Ｘはその炭素及び炭化
珪素の組成合計量に上限の制約を設定する事なく使用可
能である。

前記のように、原理的には耐火材Ｘとして炭素及び炭化
珪素の組成合計量が１００重量％のものまで使用しうる
訳であるが、以下に記載する理由で該組成合計量が９８
重量％以上含有する耐火材は好ましくない。

炉の実操業上、特に火入れ当初などにおいては炉内雰囲
気中に酸素介在は現実的に避けられず、従って、炭素及
び炭化珪素の酸化を完全に回避する事が出来ない。

炭素分が酸化すると酸化消耗を来たして脆弱化し耐火材
としての使命を危うくするし、また、炉内容物との物理
的付着を促す事もある。

炭化珪素分が酸化するとガラス状酸化珪素を生じ、この
現象が甚だしい時は付着物形成の助長ともなる。

これらの酸化に対する対策としてリン化合物、硼素化合
物、珪素化合物などの酸化抑制剤を２重量四程度添加す
る必要がある。

前記した酸化抑制処理を施した耐火材において、その結
果として分析値で炭素及び炭化珪素の組成合計量が９８
重量四以上含有している耐火材は酸化抑制能力を十分に
備えておらず、結局、該組成合計量が９８重量四未満含
有している耐火材を回転還元炉材として使用するのが好
ましい。

本発明法は、亜鉛鉱石の予備処理を目的としたＷａ ｌ
ｚ法あるいはフェロアロイ原料の予備処理に使用され
ている直接還元回転炉への適用も可能である。

次に本発明の効果を実施例に基づいて具体的に説明する
。

実施例 鉄皮内径４５ ｍ、全長７０ｍの鉄鉱石還元用直接還元
回転炉において、その排出口から４ｍ乃至９ｍの最高加
熱帯に、第１表に示した耐火材Ｇを炉内稼働面側に１７
５關と、圧縮強度１００ｋｇ／ｄ、熱伝導率０．６ Ｋ
ｃａｌ／ｍ−ｈｒ、 ’Ｃの耐火断熱材を鉄皮側に５０
１１１！とを積層せしめて、全体として２２５ｍｍの肉
厚で内張り築造した。

また、前記築造部分以外の部分には第１表に示した耐火
材Ａ（従来品）を２２５ｍｍの肉厚で同時に内張り築造
した。

該回転還元炉の熱源として、排出口部に設備１けられた
主バーナーよりブタンガスを供給燃焼させ、炉内最高温
度を１１５０°Ｃに保持して操業を行なった。

そして連続３ケ月間の操業後炉を停止して点検したとこ
ろ、第２表に示した結果を観測した。

耐火材Ｇを用いた部分での付着物層厚みはわずか平均５
ｍｍであり、また、侵食・摩耗量も極めて少なく本発明
の目的とした効果の著しい事が判明した。

以上のごとく、本発明に係る回転還元炉は、炉内稼働面
に付着物が集積せず、稼働率と製品歩留を大幅に向上せ
しめ、しかも断熱性が優れているため、鉄皮の温度を許
容範囲内に納めてその劣化を防止するに充分であるなど
、その効果は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、種々の耐火材において炭素及び炭化珪素の組
成合計量の変化に伴った熱伝導率と溶融スラグに対する
濡れ角度の依存性をそれぞれ破線と実線にて示したもの
である。 図中に記載した符号Ａ、Ｂ、・・・、■は第１表に記載
した耐火材のそれぞれを示す。 第２図は、鉄皮厚み５０龍、内径４．５ｍの回転炉にお
いて内張り耐火材の厚みが２２５龍もしくは４５０１組
内面温度が１１００℃、外気温度が３０℃として、鉄皮
表面温度の変化による炉壁貫流熱量と鉄皮放散熱量の依
存性を示したものである。 図中ａｙｂ、ｃ、ｄは内張り耐火材の厚みが２２５闘で
熱伝導率がそれぞれ１゜２ 、３ 、５ Ｋｃａｌ／ｍ
・ｈｒ ’Ｃの時の貫流熱量を示し、ｅ、ｆｌｇ、ｈ、
ｉは内張り耐火材の厚みが４５０ｍｍで熱伝導率がそれ
ぞれ１，２，３，５゜６ Ｋｃａｌ／ ｍ−ｈｒ’Ｃの
時の貫流熱量を示し、マタ、ｒは鉄皮放散熱量を示す。 第３図は、熱伝導率の異る耐火材ＸとＹを積層した場合
、全体の熱伝導率を２．７ Ｋｃ ａ ｔ／ ｍ−ｈ
ｒ ’Ｃもしくは５．５ Ｋｃａｌ／ｍ−ｈｒ・℃とす
るために、それぞれ耐火材Ｘ及びＹのとりうる熱伝導率
λＸ及びλＹの組み合わせ変化を示したものである。 図中曲線ａは耐火材Ｘ及びＹがそれぞれ１７５朋及び５
０ｍｍの場合、また、曲線すはそれぞれ４００龍及び５
０龍の場合を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 分析値による炭素及び炭化珪素の合計含有量が１０
   重量％以上９８重量％未溝の耐火材で稼働面側を内張す
   し、該稼働面側内張り部の鉄皮側を前記耐火材よりも低
   い熱伝導率の耐火材で裏張りしてなる異質な耐火材の積
   層内張りにより、最高温度加熱帯が築造されていること
   を特徴とする回転還元炉。