JPS5952682B2 - 鉄鉱石等の還元方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鉄鉱石または酸化ペレット等の被還元物を還元
ガスの如き反応流体で直接還元するための還元方法及び
装置に係る。

更に詳しくは、反応流体の流れ方向を反転させることに
より、被還元物の各部における反応の度合を均一化する
ようになした鉄鉱石等の還元方法及び装置に関する。

一般に、被還元物を還元するには還元性の反応流体が用
いられるが、大量のものを短時間で還元する場合は、反
応容器に被還元物を装入し、その容器内に反応流体を通
して還元反応を起こさせている。

しかるに、被還元物を均一に還元できないという問題が
あった。

従来のバッチ式還元方法について、以下に例を挙げ、そ
の問題点を説明する。

第１図は従来のバッチ式還元装置の一例を示す説明図で
あり、第２図は第１図に示す如きバッチ式還元装置によ
る被還元物の金属化率（還元率）と時間との関係を示す
グラフである。

第１図において、１は固定層式の還元反応容器で、上端
に被還元物である塊鉱２を装入するための入口３が明け
られ、蓋４が取り付けられている。

下端には還元された塊鉱２を排出する出口５が明けられ
、切出し弁６が設けられる。

この反応容器１の上端部には反応流体である還元ガスを
反応容器１に導入する入口バイブ７が取り付けられる。

反応容器１下端部には排ガスを排出するための出ロバイ
ブ８が取り付けられる。

これら各パイプ７．８には夫々弁９，１０が介設されて
いる。

この還元装置によれば、予め容器１に塊鉱２を装入して
おき、各部９，１０を開くと、入口バイブ７から高温の
還元ガスが反応容器１内に入り、塊鉱２の上部Ａを通り
下部Ｂに至り、出口バイブ８より容器１外へ排出される
。

この一連の過程において塊鉱２が還元されるのである。

しかしながら、以上の如き従来の還元方法を用いた装置
には、塊鉱２の上部Ａと下部Ｂとの金属化率に差を生じ
るという欠点があった。

第２図に示す如く、従来の方法では、経過時間ｔに対す
る金属化率ｅを塊鉱２の上部Ａと下部Ｂとにおいて比較
すると、塊鉱２の上部Ａの方が下部Ｂに比べて常に金属
化率ｅが大きい。

このことは、反応容器１内で還元ガスの吹き出し口より
遠い所にある塊鉱２は近い所のものよりも還元されにく
いことを示す。

定量的に言えば、上部Ａの金属化率ｅが９６．３％のと
き、下部Ｂのそれは７３．２％であったことが報告され
ている。

平均金属化率８６％達成に必要な還元ガス量が全鉄量１
トンについて１０１０５ＯＮであるのに対し、平均金属
化率９２．４％に必要な還元ガス量は全鉄量１トンにつ
いて１２５ＯＮＭ３であることも報告されている。

従って、これらの値から、金属化率ｅを６．４％高める
のに約２０％余分に還元ガスが大要となり、また、還元
ガスの単位時間当りの流量が一定であれば約２０％余分
な経過時間ｔが必要となることが概算される。

このように従来の還元方法及び装置では、金属化率ｅが
不均一になるために製品の品質を向上できず、敢えて品
質を良くするには生産性を落して反応時間ｔを長くする
しかなかった。

本発明は以上の如き問題点に鑑み、これを有効的に解決
すべくなされたものである。

本発明の目的とするところは、反応流体が被還元物中を
流れる方向を反転させることにより、被還元物の上部と
下部との反応度合を均一化するようになし、製品の品質
の均一化と反応時間の短縮化を推進できる還元方法及び
装置を提供するにある。

以下に本発明の好適一実施例を添付図面によって詳述す
る。

第３図において、１は反応容器であり、その一端に被還
元物である塊鉱２を装入する入口３が明けられ、蓋４が
設置されている。

反応容器１他端には還元された塊鉱２を排出する出口５
が明けられ、切出し弁６が設けられる。

反応流体である還元ガスを反応容器１へ送給する反応流
体給排管としての導入パイプ１１は、容器１近傍で二つ
に分岐され、２本の導入柱パイプ１２．１３に分かれる
。

各導入枝パイプ１２，１３には弁１４．１５が介設され
ている。

一方の導入校パイプ１２は反応容器１の一端部に連結さ
れ、他方の導入枝パイプ１３はその他端部に連結される
。

反応容器１から反応後の還元ガスを排出する反応流体給
排管としての排出パイプ１６も同様に、容器１近傍で二
つに分岐され、２本の排出枝パイプ１７．１８に分かれ
る。

各排出枝パイプ１７゜１８にも弁１９．２０が介設され
ている。

一方の排出枝パイプ１７は反応容器１の一端部に連結さ
れ、他方の排出枝パイプ１８はその他端部に連結される
。

次に本実施例の装置の作用について述べる。

反応容器１に装入された塊鉱２を還元するには、まず、
弁１５と弁１９とを閉じ、弁１４と弁２０とを開くこと
により、還元ガスを導入パイプ１１、一方の導入枝パイ
プ１２を介して容器１内に入れ、他方の排出枝パイプ１
８、排出パイプ１６から外へ排出する。

このとき、反応容器１内には還元ガスが矢印Ｘで示す方
向に流れる。

所定時間経過後、弁１４と弁２０とを閉じ、弁１５と弁
１９とを開くことによって、還元ガスを導入パイプ１１
、他方の導入枝パイプ１３を介しで容器１内に入れ、一
方の排出柱パイプ１７、排出パイプ１６から外へ排出す
る。

このとき、反応容器１内の還元ガスの流れ方向は反転し
、矢印Ｙで示す方向に切り換わることになる。

以上の如く、還元ガスの流れ方向を１度反転させた場合
には、塊鉱２の上部Ａと下部Ｂとの金属化率を短時間で
均一化できるようになる。

第４図に示す如く、塊鉱２の上部Ａについては、最初還
元ガスの入口側にあって、高温で且つ還元活力の強い還
元ガスと反応するため短い時間ｔで反応温度に達し、還
元反応が始まるが、予め計画された時間ｔ１を経過した
ときに還元ガスの流れ方向を反転すると、還元ガスの出
口側となり、ガス温度が低下し、ガスの還元活力も入口
側より弱くなるため、還元反応は遅れを生ずる。

一方、塊鉱２の下部Ｂについては、上部Ａとは逆に、最
初還元ガスの出口側で還元反応は入口側よりも遅いが、
還元ガスの流れを反転した時点ｔ１で入口側となるため
、還元反応は速くなる。

この結果、塊鉱２の上部Ａと下部Ｂの金属化率一時間曲
線は図示の如く交差して接近する。

この場合を第４図に仮想線で示した還元ガスの流れ方向
を変更しない場合と比較するに、塊鉱２の上部Ａまたは
下部Ｂの金属化率ｅが各々同等で、且つ上部Ａの金属化
率ｅと下部Ｂのそれとの差が各々同じになる時間ｔは、
前者でｔ２、後者でｔ３必要となり、前者の場合の方が
短い時間で済む。

従って、還元ガスの流れ方向を反転することによって、
塊鉱２を比較的短時間で金属化できるのである。

尚、還元ガスの流れ方向を複数回反転させた場合には、
第５図に示す如く、塊鉱２を更に短時間でより均一に金
属化できるようになる。

この場合を前述の第４図に示す如き場合と比較するに、
塊鉱２の上部Ａまたは下部Ｂの金属化率ｅが各々同等で
、且つ上部Ａの金属化率ｅと下部Ｂのそれとの差が各々
同じになる時間ｔは、前者がｔ４とすれば後者がｔ２で
、前者の場合の方が短い時間で済む。

また、第４図に仮想線で示した還元ガスの流れ方向を変
更しない場合における所定の反応経過時間ｔ３について
比較すると、同じ経過時間ｔ３にあっては第５図に示す
如く塊鉱２の下部Ｂの金属化率ｅ１は第４図のその金属
化率ｅ２よりも高く、しかも塊鉱２の下部Ｂと上部Ａと
の金属化率ｅ１．ｅ３の差は第４図のそれらの金属化率
ｅ２．ｅ４の差より小さいことが分かる。

このことは、経過時間ｔが従来の方法と同じ場合に、還
元ガスの流れ方向を複数回反転させる方法による製品の
金属化率ｅはより高く、且つ塊鉱２の上部Ａと下部Ｂと
の金属化率ｅの差はより小さくなることを示し、上質で
しかも均質な製品が得られることになる。

第６図及び第７図は変形実施例を示すものであり、第６
図に示す如く前記実施例における反応容器としてシャフ
ト炉を用いたものである。

２１はシャフト炉であり、その上端から鉄鉱石２を装入
し、下端より取り出せるように構成されている。

シャフト炉２１には高さ方向に沿って適宜間隔に還元ガ
ス乃至反応流体の吹込管２５，２６が設置されている。

詳しくは吹込管２５，２６の先端部をシャフト炉２１内
に突出させて取り付け、その吹込管５，６の先端に放射
状のノズル２７．２８を装着している。

各吹込管２５，２６にはそれぞれ弁２９．３０が介設さ
れる。

シャフト炉２１の上端部には反応流体である還元ガスの
給気管２３の一端が設置され、その他端は弁３３を介し
て反応流体（還元力ス）の導入管３２に連結される。

シャフト炉２１の下端部には排気管２４の一端が設けら
れている。

図示例にあっては排気管２４の先端部を炉２１内に突出
し、その先端に放射状のノズル３４を装着しているが、
特にそのようにしなくともよく、炉２１内のガス乃至反
応流体を排出できればよい。

この排気管２４の他端は弁３５を介して排ガス排出管３
６に連結される。

給気管２３と排気管２４とにおける反応流体の流れ方向
を同時に反転させるために、給気管２３の他端を弁３７
を介して排ガス排出管３６に連結するとともに、排気管
２４の他端を弁３８を介して吹込管２５，２６の末端に
連結する。

次に本実施例の作用について述べる。

シャフト炉２１に装入された鉄鉱石２を還元するには、
まず弁２９，３０，３１，３３，３５を開き、弁３７．
３８を閉じることにより、導入管３２から給気管２３及
び吹込管２５，２６を介して炉２１内に還元ガスとして
の反応流体を送り込み、排気管２４及び排出管３６から
外へ排出する。

このとき、反応流体は炉２１内を上から下へ流れるが、
炉１の高さ方向に複数の吹込管２５，２６を設置し、し
かもそれらを炉２１内に突出させ、先端に放射状のノズ
ル２７，２８を装着したことから、還元ガスは鉄鉱石２
に対して均一に還元作用を及ぼす。

従って均一な金属化率の還元鉄を得ることができる。

次に所定時間経過後、弁３３．３５を閉じ、弁３７．３
８を開くことにより、導入管３２から吹込管２５，２６
及び排気管２４を介して炉２１内に還元ガスとしての反
応流体を送り込み、給気管２３及び排出管３６から外へ
排出する。

このとき、炉２１内の還元ガスの流れ方向は下から上へ
切り換わり反転する。

この結果、鉄鉱石２の下部の還元反応が促されることと
なり、より均一な金属化率を持った還元鉄を製造できる
。

尚、反応流体の流れ方向を複数回反転することにより、
より均一な金属化率にしかも短時間で鉄鉱石２を還元で
きることになる。

また、前記実施例においては鉄鉱石について説明したが
、本発明は酸化ペレットについても同様に適用できるも
のである。

また、前記実施例では単数のシャフト炉に採用した場合
について説明したが、第７図に示す如き複数炉にも適用
され得るものである。

図中３９は燃料ガスを通す燃料ガス管、４０はガス予熱
器であり、４１は加熱空気を通す空気管であって、シャ
フト炉２１に燃料ガス及び加熱空気を供給できるように
なっており、炉２１内の反応流体としての還元ガスの流
れ方向を反転させたときには、同時に燃料ガス及び加熱
空気の供給口を弁４２，４３．４４，４５の操作で切り
換えるようになっている。

また、４６は冷却水を流す水管である。その他の部分に
ついては前記実施例と同様であり、作用及び効果につい
ても同じである。

以上の如く本発明によれば次の如き優れた効果を発揮す
る。

（１）被還元物に均一な還元液体を供給することができ
、還元率を可及的に向上させることができ、もって品質
（金属化率）のより高い、しかもより均質な製品を得る
ことができる。

（２）短い時間で還元反応ができ、生産性が向上する。

（３）操体性に優れ且つ構造が簡単なので、容易に実施
できる等の優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のバッチ式還元装置の一例を示す説明図、
第２図は第１図に示す如きバッチ式還元装置による被還
元物の金属化率と時間との関係を示すグラフ、第３図は
本発明に係るバッチ式還元装置の一実施例を示す概略側
断面図、第４図は本発明に係るバッチ式還元方法の一実
施例による被還元物の金属化率と時間との関係を示すグ
ラフ、第５図は本発明に係るバッチ式還元方法の他の実
施例による被還元物の金属化率と時間との関係を示すグ
ラフであり、第６図は変形実施例を示す概略側断面図、
第７図は別の実施例を示す概略側断面図である。 図中、１，２１は反応容器、２は被還元物、１１は導入
パイプ、２３は給気管、１６は排出パイプ、２４は排気
管、２５，２６は吹込管、１４゜１５、 １９． ２０
． ２９． ３０． ３１． ３３． ３５．３７，３
８は弁である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被還元物を反応容器に装入し、静止状態で還元反応
   流体と接触させて反応させる還元方法において、被還元
   物中に反応流体をその流れ方向を反転させて吹き込むよ
   うにした鉄鉱石等の還元方法。 ２ 反応容器に少なくとも２組以上の反応流体給排管を
   設け、骸骨に反応流体供給系と排気系とに選択的に連結
   させる切換弁を設けて、該切換弁により一方の管が反応
   流体を供給し他方の管が排気させ、反応容器内における
   反応流体の流れ方向を反転させつつ給排するように構成
   したことを特徴とする鉄鉱石等の還元装置。