JPS6014806B2 - 浮遊式還元プロセスの制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 直接製鉄方法にはロータリーキルン法、シャフト炉法及
び流動層法等が知られている。

これらの方法を実施するための製鉄装置内での反応進行
等の状況把握は、学術的興味以上に実生産性上も必要な
ものであり、温度、風量（流速）、圧力損失、ガス成分
、金属化率等種種の情報を得る工夫がなされており、一
方これらの情報に基づく炉況の判定と迅速な炉況制御方
法の確立も模索されている。

本発明は流動層法に分類されている浮遊式還元プロセス
の制御方法に関するものである。

従来の流動層法では、ガス側の反応効率の低さ、熱利用
効率が悪い、装置の摩耗、粉体が凝集、付着して操業が
困難になる等の問題点がある。

最近、これらの問題点を解決する一方法として浮遊式直
接還元製鉄プロセス（浮遊式還元プロセス）が提案され
ている（特磯昭５１‐１５７７２６号、等）。

この浮遊式還元プロセスは、炭素質（石灰、コークス、
チャー等）を高温（８００〜１０００ｑｏ）に維持され
た炉内に（気体により）浮遊流動させ、炭素質の浮遊式
流動層（浮遊層）を形成し、この層中に酸化鉄原料（鉄
鉱石粉等）を落下させ、層中を通過する間に還元するプ
ロセスである。

このプロセスの場合、必然的に炉内の流動化流速は、ｏ
炭素質の浮遊 ｏ酸化鉄原料の落下 という２つの条件から決ってくる。

従って、これらの条件を満足する流量では炉内浮遊層の
温度を高温に保持するだけの熱量をまかなうことができ
ず、しかも物質収支上必要とされる量としても不・足し
てくる。

そこで、これら２点、つまり ｏ熱量 ｏ物質収支 をカバーするために、前記炭素費の浮遊層に通電するこ
とにより炭素質を発熱媒体として炉内温度の上昇、更に
、Ｆｅ２０３十３Ｃ＝冴ｅ十父０ 又は Ｆｅ２０３十３′２Ｃ＝がｅ十３′本０２の直接還元反
応を積極的に促進させ、これによって炉の生産性を著し
く増加させるプロセスが提案されている（特願昭５１一
１５７７２７号）。

この浮遊式還元プロセスにおいては、このプロセスを能
率良く運転する上で、ｏ原料の炉内への供給及び炉から
の製品の抽出ｏ供給源料（鉄系物質／炭素系物質）の配
合割合（混合比）ｏ炉内流動状態（浮遊層内流動状態）
の把握を制御することは必要であり、現在、上述の要件
を同時にしかも簡単な方法で制御することが課題になつ
ている。

一方従来流動層に関する制御方法としては、層氏損（流
動層の上下間の差圧）を検出して流動状態の判定或は原
料の供給及び製品の排出の調整を行う方法が一般的であ
った。

しかしこの方法では、検出される層圧損は第１図に示す
ような特性を示し、浮遊層流動物が流動状態にある範囲
Ｐでは層圧損の値は一定であるため、ｓｉｎｔｅｒｉｎ
ｇ（暁緒状態）による流動阻止の状態のみを把握するに
とどまり、どの位の流動状態であるかは判らず、従って
迅速且つ正確な制御を行うことは困難である。

そこで本発明者等は浮遊式還元プロセスを更に研究した
ところ、浮遊層の電気抵抗が浮遊層の温度及びガス流速
に対し夫々第２図及び第３図に示すような特性を有する
こと、更に上記電気抵抗が浮遊層形成物（鉄系物質／炭
素系物質）の混合比に対しても第４図に示すような特性
を示すことを見し、出し、これらの知見に基づいて本発
明を完成した。

即ち、本発明は、原料の炉内への供孫合及び炉からの製
品の抽出と、供給源料（鉄系物質／炭素系物質）の混合
比と浮遊層内流動状態の把握とを同時に総合的に制御で
きる簡単な方法を提供することを目的としたもので、炭
素質で形成される浮遊層に酸化鉄原料を投入、沈降させ
て還元鉄を製造する浮遊式還元プロセスにおいて、炉内
電気抵抗を測定し、該測定値と、予め設定した炉内電気
抵抗最適値とのずれを補正するよう、浮遊層温度、ガマ
流速及び酸化鉄原料と炭素質の炉内供給比率の３条件の
うちの少なくとも２つの条件を制御することを特徴とす
る浮遊式還元プロセスの制御方法に係るものである。

以下図面を参照しつつ本発明を具体的に説明する。

本発明の骨子は、使用原料等のプラント立地条件毎に最
も好ましい操業条件が決定された時浮遊層の電気抵抗を
測定し、この値を最適値とし、以後のプロセス運転中、
浮遊層の電気抵抗を測定し、この測定値と上記最適値と
のずれを第２図、第３図、第４図に示すような特性に基
づいて修復（補正）させることによって炉内装入物（炉
内供給原料）の混合比、流速（ガス流速）、温度を同時
に総括的に制御することにある。

第６図は本発明の制御方法を実施するための装置の一例
を概略的に示すものである。

１は還元炉（反応塔）、２は該炉１内に酸化鉄原料（鉄
鉱石、酸化べレツト等）Ａを菱入するための原料ホツパ
、３は上記炉１内に炭素質（炭素系物質）の一例として
の炭素粒体Ｂを装入するための炭素ホッパ、４は上記原
料ホッパ用のモータ、５は上記炭素ホッパ用のモータで
あり、上記モータ４及び５は夫々図示しない変速機を備
え且つリミットスイッチ６及び７に連接している。

８は上記炉１頂部から炉頂排ガスＧを排出するための排
出口、９は上記炉１底部から炉内に予熱（又は加熱）さ
れた気体（還元ガス）Ｃを導入するための導入管であり
、該導入管９の途中には流量コントロール弁１０が設け
てある。

１１は上記炉１底部から製品としての還元鉄Ｄとチャー
（コークス化の前段階のもの）Ｅとを分離させて取り出
すための抽出口である。

１２は上記炉１内部に設けた電極、１３は電源であり、
上記電極１２は炉内縦方向（炉の高さ方向）に一定間隔
毎に配列してあり、該電極１２に結んだ配線の途中には
電気抵抗検出器１４が設けてある。

１５はコンピュータで記憶、演算、指令機能を有するも
のであり、上記電気抵抗検出器１４、流量コントロール
弁１０、リミットスイッチ６，７に夫々インターロック
してある。

次に、この還元炉１による製鉄プロセスの運転について
述べると、先ず炉の始動期に際しては、予熱（或は加熱
）された還元ガスＣを炉内に吹き込むと、この還元ガス
（還元雰囲気）Ｃは、炉頂から炉頂排ガスＧとして排出
され、再度炉内に循環される。

この循環を繰り返すことにより循環ガスの還元性能は上
昇していく。ここで炉内に予め装入されていた炭素粒体
Ｂが、上記雰囲気中に浮遊し炉内に炭素粒体Ｂの浮遊式
流動層則る浮遊層Ｆが形成される。次に、電源１３より
電極１２，１２間に電圧を印加すると、前記浮遊層Ｆを
形成する炭素粒体Ｂに通電され、ジュール熱により炉内
温度が上昇する。

この状態で、炉内に酸化鉄原料Ａが投入されると、上記
浮遊層Ｆを通過して降下する。この酸化鉄原料Ａが浮遊
層Ｆを通過する際に、次式（１）（０）（ｍ）、Ｆｅ２
０３十次０ヒがｅ＋父０２ ・・・（１）Ｆｅ
２０３十父＝がｅ＋＊０ ・・・（０）Ｃ＋
Ｃ０２＝本○ ・・・（ｍ）で示
す還元反応が起こり、酸化鉄原料Ａは上記浮遊層Ｆの一
酸化炭素により還元されつつ、一酸化炭素を含む還元雰
囲気則ち還元ガスが再成される。

そして生成した還元鉄Ｄと、チャーＥとは分離されて取
り出され、チヤーＥは炭素粒体として炭素ホッパ３に送
られる。ここで、上述の製鉄プロセスにおける総括制御
方法について説明する。

浮遊層Ｆの電気抵抗は、第２図〜第４図から明白なよう
に、温度が高いと低い抵抗、 温度が低いと高い抵抗、 流速が速いと高い抵抗、 流速が遅いと低い抵抗、 装入物の混合比が大きいと高い抵抗、 装入物の混合比が小さいと低い抵抗、 を示し、しかもその抵抗値は夫々異った増加又は減少傾
向を示す。

尚、菱入物の混合比とは髪珠素義案鷺物質質であり、本
実施例の場合酸製雲義露岸錦Ｂ等である。

今、前述の製鉄プロセスの運転に際しては、予め、ケー
スノゞィケースに応じて実験測定したデー夕より上述の
第２図〜第４図のグラフを求め、各グラフの温度、流速
、混合比の変化による電気抵抗値をコンピュータ１５に
記憶させておく。

また第５図は第２図〜第４図を合成したものであり、各
特性曲線が交わる点Ｑ、例えば温度がｔｏｏ、流速がｖ
肌、混合比がｒの時に、最も好ましい操業条件、即ち、
。

金属化率（ト≦寡男主ｅ）が高い（実用的には約９０％
以上）、 。

分離効率（；葦：）が良い（実用的には約８０％以上）
、 ｏ浮遊層内が均一で良好な流動状態である、が決定され
たものとする。

従って上述の、温度ｔ℃、流速がｖの、混合比がｒの時
の電気抵抗を測定し、その値がＲとすると、該Ｒが（電
気抵抗の）最適値であるので、この最適値Ｒを前記コン
ピュータ１５に記憶、設定させておく。この状態で前述
の運転を行うと、運転中、電気抵抗検出器１４により連
続又は−定時間毎に、電極１２を介し、炉内及び浮遊層
Ｆ内の電気抵抗が測定され、該測定信号がコンピュータ
１５に送られる。今、抵抗値としてＲ′（第５図参照）
が測定されたとする。

この測定値Ｒ′だけでは温度が低いのか、流速が過大で
あるのか、混合比が過大であるのかは不明である。しか
し、最適値Ｒからのずれを補正するためコンピュータ１
５から前記電源１３、流量コントロール弁１０、及びリ
ミットスイッチ６，７に夫々次の指示（指令信号）“温
度を上げる”“流速を下げる” “混合比を下げる” が同時に与えられる。

これにより前記電源１３、流量コントロール弁１０及び
リミットスイッチ６，７は、電気抵抗が最適値Ｒに戻る
まで、夫々上述の指示通りに作動する。また、ｓｉｎｔ
ｅｒｉｎｇ（凝固状態）が生ずる直前の場合には電気抵
抗が小さくなる。

即ち電気抵抗値Ｒ″（第５図参照）が測定され、最適値
Ｒからのずれを補正するため、前記電源１３、流量コン
トロール弁１０及び、リミットスイッチ６，７に夫々、
“温度を下げる” “流速を上げる” “混合比を上げる” という指示が同時に与えられ、これにより上記ｓｉｎｔ
ｅｒｉｎｇの発生は未然に防止される。

上述のようにして、電気抵抗の最適値Ｒからのずれに対
し随時そのずれを補正するよう、換言すれば常に最適値
Ｒを保つよう、温度、流速、混合比が同時に制御され、
常に、最適な条件（運転条件）に保持された状態で前述
の運転が行われる。尚、上述の実施例では、温度「流速
、混合比の３条件を同時に応答処理する方法について例
示したが、その他次のような方法もある。例えば流速つ
まりガス流量は流量計と電磁バルブの組合せ等でかなり
精度良く制御できるので、前記３条件のうち他の２条件
則ち温度、混合比のみを電気抵抗値により制御してもよ
い。また温度は、この浮遊式還元プロセスにおいて通常
約８００〜ｉｏｏｏ℃であることが必要とされているの
で「前記制御系とは別系統により温度が一定値つまり約
８００ｑｏ〜１０００℃を保つように制御し、他の流速
「浪合比を電気抵抗値により制御してもよい。ここで重
要なことは「 これら３条件のうちどれが主原因となっ
てＲ′やＲ″が測定されたかを判断することで、それは
、浮遊層Ｆの反応均一性を利用して、特性曲線の傾斜に
よる応答速度の遠い条件から微少量だけ調整して順に試
行錯誤する方法によって可能である。

また炉に対する供給及び排世は、炉の高さ方向に一定間
隔毎に設けたい〈つかの電気抵抗検出器が無限大を測定
した時点をもってリミットスイッチ６，７によりモータ
４，５のＯＮ−ＯＦＦをすれば良く、混合比のコントロ
ールはモータ４，５の変速機を制御すればよい。

以上述べたように本発明の制御方法は、炉内電気抵抗を
測定し、該測定値と最適値とのずれを電気抵抗の特性に
基づいて補正させるように、温度「流速、混合比を制御
するので、ｏ原料の炉内への供給及び炉からの製品の排
出ｏ供給源料の混合比ｏ浮遊層内流動状態の把握 の同時制御を簡単に且つ正確にしかも迅速に行うことが
でき、従って浮遊式還元プロセスを能率良く安全に運転
させることができる、等の優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は流動層の層圧損特性を示すグラフ、第２図〜第
４図は夫々浮遊層の電気抵抗の温度、流速、混合比に対
する特性を示すグラフ、第５図は第２図〜第４図に示す
グラフを合成したグラフ、第６図は本発明の制御方法を
実施するための装置の一例を示す概略図である。 亀・・・…還元炉、】２…・・・電極、１４…・・・電
気抵抗検出器、１５・・・・・・コンピュータ、Ａ・・
・・・・酸化鉄原料、Ｂ・…・・炭素粒体、〇…・・還
元ガス、Ｄ……還元鉄、Ｆ・・・・・・浮遊層。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 炭素質で形成される浮遊層に酸化鉄原料を投入、沈
   降させて還元鉄を製造する浮遊式還元プロセスにおいて
   、炉内電気抵抗を測定し、該測定値と、予め設定した炉
   内電気抵抗最適値とのずれを補正するよう、浮遊層温度
   、ガス流速及び酸化鉄原料と炭素質の炉内供給比率の３
   条件のうち少なくとも２つの条件を制御することを特徴
   とする浮遊式還元プロセスの制御方法。