JPS62230910A

JPS62230910A - 鉱石類の流動層還元方法

Info

Publication number: JPS62230910A
Application number: JP7375586A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Nakamura; 正和中村; Kazuya Kunitomo; 和也国友; Yoichi Hayashi; 洋一林
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-03-31
Filing date: 1986-03-31
Publication date: 1987-10-09
Anticipated expiration: 2009-11-09
Also published as: JPH0689389B2

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）この発明は流動層反応装置による鉱石、特に鉄鉱石の還
元方法に関する。

（従来の技術）鉄鉱石を還元して溶鉄を得る方法として、最も普遍的に
現用されているプロセスは高炉による方法である。しか
し、高炉製鉄法における安定した操業を維持するために
は、良質の塊成鉱やコークスを必要とし、これらを製造
するためのコスト上昇、および原料選択の制約などの問
題点が指摘されている。

これらの課題を解決するひとつの手段として、鉄鉱石を
、石炭の部分酸化熱により加熱・溶解しながら、還元す
る溶融還元プロセスが研究・開発されてきた。たとえば
、特願昭５９−１８４０５６号において、流動層反応炉
内に鉄鉱石、石炭、酸素含有ガスを装入し、反応を進行
せしめて、鉄鉱石およびチャーを得、この予備還元鉱石
およびチャーならびに、別の系から供給される石炭とを
混合、塊成化して得られるブリケットを、上底吹転炉型
反応器に装入し、前記予備還元鉱石を、溶融還元するこ
とを特徴とする製鉄法が示されている。

また、予備還元工程については、之とえばベルギー特許
第８２６．５２１号において、循環流動層を用いて、炭
材を酸素との部分燃焼反応によりガス化し、一部をチャ
ー化すると共に、この反応で発生したガスによって、鉄
鉱石を還元するプロセスが開示されている。また特開昭
５１−９９６７１号公報においては、反応器の形状を工
夫して、酸化領域における既還元鉱石粒子の再酸化を、
抑制する方法が示されている。

しかし１反応塔内のガス流速などについては、Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ
　６７　、　５８′６３（１９７１）及び特開昭５１−
９９６７１号公報では、単に粒子の輸送という観点のみ
から、ガス流速が定められており、反応塔に導入され定
ガスおよび炭素物質と、０□との反応により生成したガ
スの還元に利用される効率は、必ずしも保証されていな
い。

元来、流動層反応塔は、反応物質を希薄層【おいて反応
させるため、充填層型の反応塔に比較すると、容積当り
の生産性が低（、ま几ガスの利用効率が悪い欠点がある
。特に循環流動層は、通過ガス量が多く、その傾向が顕
著である。

（発明が解決しようとする問題点）用を図り、反応塔の体積生産性を高くした還元方法を提
供するものである。

（問題点を解決するｔめの手段）本発明は１０００ｔＺ’以″下に予熱された粒径１　ａ
＋ｉ以下の鉱石と、炉頂ガスから分離捕集しに鉱石を合
体して、炉の下部に供給し、還元性ガスを炉の底部から
供給する循環流動反応方法において、炉の高さ方向の１
ケ所以上に１炉体の断面積を炉下部より増加し、炉体断
面積増加による炉内ガス流速度の低下を補償するように
、前記断面積増加域から還元性ガスを導入することを特
徴とする。

本発明においては鉄鉱石は粒径１謁以下に整粒すること
が好ましい。又反応塔では１０００Ｃ以下で還元される
。流動層反応塔（以下反応塔といガスという）の利用効
率、ひいては容積当りの生産性が、他の方法に較べて低
くなることである。

特に循環流動層においては、反応塔内の空隙率が大きく
、その傾向が顕著である。

即ち流動層内に滞留する粒子の存在比率（１−空隙率）
は、ガス線速度に依存し、ガス線速度が低（なると粒子
濃度が高くなり、結果として接触効率が高まり、ガス利
用率が高くなる。一方、還元ガスは、鉱石と接触し反応
が起ると、ガスの酸化度が上昇して、還元能力が失なわ
れて（る。これはとりも直さず反応炉内容、債の全てが
、有効に利用されないことを意味する。

本発明においては、流動反応塔のこのような基本的な性
質を考慮し、反応に必要なガスの全てを、一度に底部か
ら供給するのではなく、反応塔の高さ方向の適当な位置
に、最終還元率、鉄鉱石の粒度、反応性、還元ガスの温
度、組成などによって定まる還元速度と、予め求められ
ている比率を以って、断面積増加域からガスの一部を分
岐し吹き込む際に、反応塔を通じてガス流速度を一足に
なるように、炉体の断面積を段階的に拡大し、これによ
って炉の容積生産性を向上させようとするものである。

本発明により、限られたスペースにおいて、より犬なる
生産性が得られ、固定費負担の軽減を図ることが可能と
なる。

以下本発明を図面について説明する。

第１図は本発明のフローを示す説明図である。

丁なわち、１は循環型流動層反応塔、２は１より排出さ
れるガスおよび鉱石粒子を分離するサイクロンである。

反応塔の下部より供給された予熱鉱石３は、サイクロン
２により、炉頂ガス７より分離された循環鉄石６ととも
に、所定反応温度に加熱された還元性ガス４により、流
動化される。

５は先に述べた還元性ガス４より分岐された還元ガスで
あり、反応塔の途中から炉内へ吹き込まれる。また必要
に応じて、さらにガスを分岐し、５′のようだ複数段の
位置から炉内へ分割吹き込みを行ってもよい。

また、後述する如く、途中から吹込むガスは、化石燃料
と高濃度酸素に置換えることができる。

本発明においては、反応炉の容積当りの生産性が向上す
るような炉の高さ方向の１ケ所以上に。

炉体の断面積を炉下部より増加し、炉体断面積増加によ
る炉内ガス流速の低下を補償するように、前記断面積増
加域から還元性ガスを導入する。即ち本発明の反応塔１
は、その断面積を１．（１２（ｔ３　　の関係に設計さ
れる。

又、断面積増加域にガス導入口５を設ける。従って、ガ
スのトータル量は一定にして、塔内のガス流速が一定に
なるように、ガスの分配に応じて塔径を変えて、ガスの
一部をガス導入口から供給することとなる。このことは
逆に、炉の下部においてガス量が少（、断面積が小さい
ことを意味する。

第２図は、塔高さ方向の還元性ガスのモル分率Ｘの変化
を模式的に示す°。

図の実線は分岐なし、点線は分岐して、一部を塔の途中
から吹込む場合である。Ｚｉ以下では、途中吹込の有無
にかかわらず同じ濃度分布を示す。

これは、ガス流速が同一となるよう、途中吹込の為に減
らしたガスに見合った分だけ、塔径を小さくしている為
、粒子のホールドアツプも変化しない為である。途中吹
込により、還元性ガスのモル分率は、Ｚｌにおいて大き
く増加するが、この差は塔頂にゆくにつれ小さくなる。

これは炉内還元ガス濃度が、平衡濃度とはなれているう
ちは、還元力が強いが、平衡に近づくにつれ、還元力が
小さくなる為である。

従って本発明の利点は、一度平衡組成に近づき還元力が
落ちたガスを、再度還元力の高いレベルに上げられるこ
とにあり、塔径を小さくして、単位容積当りの生産性を
向上させることができる利点がある。

一般に時間当りの送風量Ｗのとき、還元性ガスのモル分
率が塔の人、出口で、ｚｌから一２″０に変化したとき
の時間当りの反応量Ｐは、Ｋを比較定数として、（１）
式で与えられる。

Ｐ＝に−Ｗ　（ｒ、−ｓｏ　）　　　　　　　（１）従
って第２図の場合、吹込なしのケースの時間当り反応ｉ
Ｐ。は、（２）式となる。

Ｐｏ　＝に−Ｗ（”［１’４　）　　　　　　（２）吹
込布のケースの時間当りの反応量Ｐ、は、（３）式とな
る。

Ｐ、＝Ｋ・αＷ（”０　　”Ｉ）＋ＫＷ（’２　　’３
）　　（３）ここでαは、全量Ｗのガスのうち、炉の下
部から吹入れた比率である。またｘ２は、塔の途中から
吹込んだガスの還元性ガスモル分率をｓ−１とすると、
（４）式で与えられる。

Ｗｘ２＝　Ｗ　（αｒ、＋（１−α）　−ｔ−ｉ　）（
４）炉内ガス流速一定の条件により、炉下部断面積の減
少を考慮すると、容積当りの生産性の向上式Ｐｔ’／Ｐ
、’は（５）式となる。

（４）　、　（５）式を用いて、分配比αと生産性の間
の関係をうることができる。

第３図はこのようにして求めたα＝０．６における吹込
位置と、容積生産性の関係を示す。

燃料吹込高さを高くすると、塔頂での還元性ガスのモル
分率は上昇する。従って塔頂での還元性ガス比率が、ど
こまで高く許容できるかによって容積生産性の向上式は
制限を受けるが、前述の様に、いかなる位置で燃料を吹
込んでも容積生産性は向上する。

（実施例）目標予備還元率６０％として時間当り鉄分６８チの鉄鉱
石１４７０　ｋＰを炉内に装入し、入口ガスの組成およ
び温度が、Ｈ２；１５．０．％、Ｃｏ；８２．５チ、Ｈ
，Ｏ；　０．５％、Ｃｏ２；２．０チ、９００Ｃの条件
において、時間当り２２４０　Ｎｍ’のガスを、分岐せ
ずに全てを、炉下部から吹込んだ場合の炉内ガス濃度分
布を、第４図に実線で示す。

これから（２）式の定数を決定し、これにもとづいて先
に述べた式により、吹込み位置、および分配比を変えて
、第３図のようにシミュレーションを行なった結果、α
＝０．６炉頂での還元性ガス比率６７チ以下では、無次
元高さ０．４５で、容積生産性が最大になることがわか
った。

そこでこの条件でガスを分岐し、炉内形状をガス速度一
定となるように設計して行った実験結果が、第４図の点
線である。この結果、ガス側の利用率は低下したが、反
応塔積が約２０％減少したことにより、容積生産性は向
上した。

（発明の効果）本発明は竪型流動層反応装置において、炉の高さ方向の
１ケ所以上に炉体の断面積を炉下部より増加し、炉体断
面積増加による炉内ガス流速度の低下を補償するように
、前記断面積増加域から還元性ガスを導入するので、小
容量の反応装置によって効率の高い還元反応を得て、そ
の工業的効果は犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明図、第２図、第３図は還元
性ガスモル分率と塔高さの図表、第４図は相対生産性と
ガス吹込位置との図表である。

Claims

【特許請求の範囲】１、１０００℃以下に予熱された粒径１ｍｍ以下の鉱石
と、炉頂ガスから分離捕集した鉱石を合体して、炉の下
部に供給し、還元性ガスを炉の底部から供給する循環流
動反応方法において、炉の高さ方向の１ケ所以上に、炉
体の断面積を炉下部より増加し、炉体断面積増加による
炉内ガス流速度の低下を補償するように、前記断面積増
加域から還元性ガスを導入することを特徴とする鉱石類
の流動層還元方法。２、断面積増加域から、化石燃料と酸素を供給すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の鉱石類の流動
層還元方法。