JPS62228881A - 流動層鉱石予備還元炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶融還元法に使用するため、鉄鉱石を流動層
予備還元炉で還元する装置に関する。

〔従来の技術〕

鉄鉱石を還元して溶銑を製造するために、高炉を使用す
る方法、シャフト炉で還元した鉄鉱石を電気炉で溶解す
る方法等が従来から採用されている。

高炉を使用する方法においては、熱源及び還元剤として
多量のコークスを使用している。また、鉄源である鉄鉱
石は、炉内における通気性、還元性を向上させるために
通常焼結され、焼結鉱として高炉に装入されている。こ
のようなことから、該高炉法は、強粘結炭を乾溜するた
めのコークス炉設備及び焼結鉱を製造するための焼結設
備を必要とする。したがって、該高炉法には、多大な設
備費は勿論のこと、多くのエネルギー及び労働が必要と
なる。このため、高炉法には処理コストが高くなるとい
う欠点があった。更に、強粘結炭はは異的に賦存量が少
なく、しかもその分布が地域的に偏っているため、供給
が不安定である。

一方、シャフト炉による鉄鉱石の還元法では、鉄鉱石を
ペレット化する前処理を行うことが必要となり、また還
元剤、熱源として高価な天然ガス等を多量に消費すると
いう欠点がある。

このような従来の溶銑製造技術に代わるものとして、溶
融還元法が注目を浴びている。この方法で使用する溶融
還元炉は、使用する原料に制約を受けることなく、より
小規模な設備により鉄系合金の溶湯を製造することを目
的として開発されたものである。

このような溶融還元法の一つとして、本発明者等は、先
に第３図に示すようなフローで構成される方法を特願昭
５９−１８４０５６号として提案した。

この方法によるとき、次のようにして溶銑が製造される
。すなわち、鉄鉱石ｌ及び石灰石２は、流動層予熱炉３
内で石炭４と空気５との燃焼反応で生じた熱によって加
熱される。その結果、石灰石２　（ＣａＣＯｓ）は、生
石灰（Ｃａｂ）となって流動層予備還元炉６に供給され
る。

流動層予備還元炉６内では、流動状態の予熱鉱石及び生
石灰に、石炭７及び酸素又は酸素含有ガス８が吹き込ま
れる。この石炭７は、流動層予備還元炉６内で予熱鉱石
と熱交換し、また酸素との反応による部分燃焼によって
熱分解する。これによって、石炭７は、還元性のガスを
発生すると共にチャー９となる。

他方、溶融還元炉１０で発生したガス又はそのガスを脱
炭酸処理して得られる還元ガス１１は、流動層予備還元
炉６からの燃料ガス１２との熱交換によって７００〜９
００℃に昇温された後、流動層予備還元炉６に吹き込ま
れる。流動層予備還元炉６に吹き込まれた還元ガス１１
は、石炭７の熱分解により生成した還元ガスと混合され
、流動状態にある高温の粉粒状鉄鉱石を還元し、還元鉱
１３を生成する。

また、流動層予熱炉３内に生成した生石灰１４は、予熱
鉱石と共に流動層予備還元炉６に装入され、流動層予備
還元炉６内にあるガスの脱硫を行う。

次いで、該生石灰１４は、還元鉱１３及びチャー９と共
に流動層予備還元炉６から排出される。

このようにして得られた還元鉱１３．チャー９及び生石
灰１４に対して、溶融還元炉１０における熱バランス上
必要な石炭、コークス等の炭材が外部から加えられ、混
練される。次いで、混合物は、ブリケットマシン等の塊
成化装置１５によってブリケソ目６に成形された後、装
入装置１７によって溶融還元炉１０に装入される。

この溶融還元炉ｌＯ内には、上吹きランス１８から酸素
１９が浴に向かって吹き付けられると共に、底吹き羽口
２０から浴中に酸素及び炭材が吹き込まれている。そし
て、ブリケラＨ６に含まれている炭材、底吹き羽目２０
から酸素と共に吹き込まれている炭材、装入装置１７か
ら供給されたコークス２１等の炭材は、上吹きランス１
８から供給された酸素と反応し、溶融還元炉ｌＯ内に多
量の熱を発生する。

この発生熱によって、ブリケット１６中の還元Ｆ、１３
が溶解し、還元が進行して溶銑２２となる。

一方、還元鉱１３中の脈石と炭材及び生石灰１４とが反
応して、スラグ２３が生成する。このスラグ２３は、溶
融還元炉１０内に貯留し、時間が経過するにつれその量
を増していく、そこで、１亥スラグ２３を間欠的又は連
続的に炉外に排出する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のような流動層予備還元炉６においては、酸素或い
は酸素含有ガス８を側面から炉内に吹き込むことにより
原料の鉄鉱石１を還元するようにしている。しかし、流
動層内に直接酸素８を吹き込むと、吹き込み直前部が非
常に高温となり、鉄鉱石ｌ８石炭７等が溶融して凝塊化
し、流動層閉塞の原因となる。また、高熱によるノズル
溶損等のトラブルが生じやすく、保守作業が煩雑となる
。

この高熱に起因する問題を解決するため、特開昭５６−
１０５４０９号公報に示されるように、分子状酸素含有
気体或いは微粉・液状炭素質物質を水冷ノズルで流動層
内に吹き込み、流動層内の微粉炭素質物質の部分燃焼で
形成される還元ガスによって微粉酸化鉄物質を還元する
ことも知られている。

水冷ノズルを使用した場合、ノズルの温度上昇を抑える
ことはできるが、水漏れが生じると流動層内の１１□０
分圧が高くなり、還元ガスの酸化度が大になり還元を阻
害する。また、炉温低下の原因ともなる。

また、上記公報には酸素と共に炭素物質を炉内に吹き込
む例も示されているが、この場合、酸素と炭素物質が未
反応のまま炉内に吹き込まれると、吹き込まれた酸素は
炉内の一酸化炭素ガスと選択的に反応し、還元ガスの酸
化度を高める結果となり、還元反応性の劣化の原因とな
る。

更に、流動層予備還元炉上方のフリーボード部では還元
反応の進行により、還元ガスの酸化度が高くなり、フリ
ーボード部での還元反応が劣化する。このため、フリー
ボード部の空間を有効に利用できないという問題があっ
た。

本発明は、上記問題点を解消するために案出されたもの
であって、流動層予備還元炉に微粉炭バーナを設けるこ
とにより、フリーボード部の還元ガスを改質することを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の鉄鉱石予備還元装置は、その目的を達成するた
めに、熔融還元法に使用する予備還元鉱石を製造する設
備において、 燃焼により高温ガスを発生させる１次微粉炭を噴出する
吹き込み部及び上記高温ガス中に理論酸素比が１以下と
なるように２次微粉炭を吹き込む吹き込み部を設けた微
粉炭バーナを、上記流動層予備還元炉に設けたことを特
徴とする。

（作用〕 すなわち、本発明においては、流動層予熱炉から排出さ
れる排ガスと鉄鉱石１石灰石等の製鉄原料を流動層予備
還元炉に供給すると共に、粉粒状の石炭も併せて装入し
、溶融還元炉で発生したガスあるいは脱炭酸ガス処理し
て得られる還元ガスを流動層予備還元炉の下部から吹き
込む。この還元ガスは、炭材を酸素と部分燃焼反応させ
ることにより生成したガスと混合される。この還元ガス
で原料を流動させ、鉄鉱石を還元する。流動層上部のフ
リーボード部では、還元に寄与したガスが酸化度を増し
還元能力が低下する。

そこで、１次微粉炭を燃焼して得られた高温ガス中に理
論酸素比が１以下となるように微粉炭が吹き込まれる微
粉炭バーナを、流動層予備還元炉に付設する。これによ
り該微粉炭バーナ内が還元性雰囲気となり、高温ガス中
の二酸化炭素と赤熱チャー化した２次微粉炭が反応し、
二酸化炭素炭素を還元して一酸化炭素化する。したがっ
て、バーナ内で一酸化炭素化濃度が非常に大である還元
ガスと赤熱チャーが生成されフリーボード部へ噴出する
。微粉炭バーナより噴出された還元ガスによりフリーボ
ード部内の還元ガスの還元度が向上し、且つ、高温の赤
熱チャーにより Ｃ＋ＣＯ□→２ＣＯ の反応で還元ガスの改質が行われる。

そしてこのガスは、高温の鉄鉱石を流動状態にして還元
し、還元鉱を生成する。生成された還元鉱は流動層予備
還元炉の下部に設けた排出部から採取される。

このようにして、流動層予備還元炉のフリーボード部の
還元能力を高めた状態で還元鉱を得ることができる。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明の特徴を具体的に説明する。

第１図は本発明の基本的構成を示す概略図である。図に
おいて、流動層予備還元炉６には、流動層予熱炉３（第
３図参照）から送られてきた粉鉱石２石灰石等の原料７
１が切出弁４１を介して装入される。また、この流動層
予備還元炉６内には、粉粒状の石炭７も切出弁４３を介
して併せて装入され、溶融還元炉１０（第３図参照）で
発生したガスあるいは脱炭酸ガス処理して得られる還元
ガス１１が調節弁４５を介して流動層予備還元炉６の底
部から吹き込まれる。この還元ガス１１は、切出弁４３
を介して装入された石炭７を酸素と部分燃焼反応させる
ことにより生成したガスと混合される。

この還元ガス１１は、高温の鉄鉱石を流動状態にして還
元し、還元鉱を生成する。還元ガス１１の空塔速度を大
にして流動粒子とのスリップ速度を太き、取ることによ
り還元反応の促進を行い生産性を向上させる。このとき
、装入原料粒子の多くが流動層予備還元炉６から還元ガ
ス１１に同伴して飛散するため、流動層予備還元炉６の
出口に設けたサイクロン３１で粒子を補集し、この粒子
をホッパ３２に貯留し、ニューマチックフィーダ３３を
介して流動層予備還元炉６内へ循環供給させる。粉鉱石
の循環還元により還元率の向上と均−還元性及び還元率
コントロール性が向上する。

そして下部の排出部からは、切出弁４２を開くことによ
り、還元鉱１３ａが採取され、またニューマチンクフィ
ーダ３３からは、切出弁４４を開くことにより、比較的
小粒径の還元鉱１３ｂが採取される。

このように、流動層予備還元炉６からの還元鉱１３ａ、
１３ｂの排出口をサイクロン３１．ホッパ３２及びニュ
ーマチックフィーダ３３で構成される粒子循環系と流動
層予備還元炉６の下部に設ける０粒子循環系からは流動
層予備還元炉６内の流動層を飛散した還元１２．ｔ　ａ
　ｂの細かな粒子が風ふるい効果によって比較的整粒化
されて得られる。したがって、この排出還元鉱１３ｂは
気体輸送が可能であり、溶融還元炉内にはノズル吹き込
みが可能である。一方、流動層予備還元炉６下部の濃厚
流動層部６ａに設けられたガス分散板６ｂ上には比較的
粒径の粗い還元ｔ１３ａが滞留流動しており、この比較
的粗い粒子を流動層予備還元炉６の下部に設けた排出口
より排出する。これは気体輸送するには大き過ぎるため
、コンベヤ類で機械的に搬送処理される。

ここで本発明においては、流動層予備還元炉６上部のフ
リーボード部６Ｃに微粉炭バーナ５０を設け、該微粉炭
バーナ５０内を還元性雰囲気にすることにより、フリー
ボード部６Ｃの還元ガスの改質を図る。

第２図は、本発明の実施例による微粉炭バーナ５０の断
面図を示し、その一端が流動層予備還元炉６の炉壁６ｄ
を通して流動層予備還元炉６内に開口された筒状体５１
を有する。該筒状体５１の他端はその内径が先細とされ
、該先細部５２に１次微粉炭７２ａ及び１次酸素７３ａ
が供給される吹き込み部５３と、該吹き出し部５３を覆
う形状とされた２次酸素供給部５４が同軸的に取りつけ
られている。更に、筒状体５１の側壁には２次微粉炭７
２ｂ吹き込み用の透孔５５が筒状体５１の壁面に対して
所定の角度をもって形成される。

吹き込み部５３から供給された１次微粉炭？２ａを高含
有酸素ガスで燃焼することにより微粉炭バーナ５０内に
高温ガスを発生させる。この高温ガスの高温雰囲気中に
、２次酸素７３ｂの量に対して理論酸素比が１以下にな
るような量の２次微粉炭７２ｂを透孔５５を通して吹き
込む、このため、２次微粉炭７２ｂが赤熱チャー化し、
微粉炭バーナ５０内が還元性雰囲気となる。この還元性
雰囲気を流動層予備還元炉６内に吹き込むことにより、
フリーボード部６ｃの還元ガスの酸化度を低くすること
ができ、還元ガスの改質を図ることができる。

また、微粉炭７２ｂは高温ガスによって赤熱しチャー化
するので、燃焼ガス中の二酸化炭素と赤熱チャーの炭素
とが、式 ％式％ で反応し、−酸化炭素ガスを発生する。この還元熱と赤
熱チャーの顕熱により燃焼ガスの熱が奪われるので微粉
炭バーナ５０内が異常な高温になることがない。

すなわち、本発明においては、微粉炭バーナ５０で生成
した一酸化炭素を含む燃焼ガス及び赤熱チャーを、流動
層予備還元炉６のフリーボード部６ｃに吹き込むことに
より、フリーボード部６ｃでの還元ガスの還元反応性を
向上させることができると共に、微粉炭バーナ５０内の
温度を適正な温度にｌｌＴｌえることができる。

また、微粉炭バーナ５０からの燃焼ガスで、鉄鉱石の還
元反応及び炉の放熱ロスで低下したガス温度を適正温度
にコントロールすることにより、フリーボード部６ｃで
の鉄鉱石の還元能力を高めることもできる。

なお上述の実施例においては、微粉炭バーナ５０を対向
して２本設けたが、炉周方向に１本或いは複数本設置し
てもよい。更に、炉高方向に複数段の微粉炭バーナ５０
を設けてもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の流動層予備還元炉において
は、フリーボード部に微粉炭バーナを設け、微粉炭バー
ナの高温ガス中に微粉炭を吹き込むことにより微粉炭バ
ーナ内が還元性雰囲気とされる。この還元性雰囲気は流
動層予備還元炉に吹き込まれるのでフリーボード部の還
元ガスの改質を図ることができる。したがって、流動層
予備還元炉における鉄鉱石の還元を効率的に行うことが
できる。

また、微粉炭バーナ内の反応により生じる還元熱等で燃
焼ガスの熱を奪うので微粉炭バーナ内が異常な高温にな
ることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を示す概略図、第２図は微
粉炭バーナの断面図、第３図は本発明者等が先に開発し
た熔融還元法のフローを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶融還元法に使用する予備還元鉱石を製造する設備
   において、 燃焼により高温ガスを発生させる１次微粉炭を噴出する
   吹き込み部及び上記高温ガス中に理論酸素比が１以下と
   なるように２次微粉炭を吹き込む吹き込み部を設けた微
   粉炭バーナを、上記流動層予備還元炉に設けたことを特
   徴とする鉄鉱石予備還元装置。