WO2017047314A1 - 還元鉄製造装置 - Google Patents

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WO2017047314A1
WO2017047314A1 PCT/JP2016/073985 JP2016073985W WO2017047314A1 WO 2017047314 A1 WO2017047314 A1 WO 2017047314A1 JP 2016073985 W JP2016073985 W JP 2016073985W WO 2017047314 A1 WO2017047314 A1 WO 2017047314A1
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WO
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gas
reduced iron
unit
cooling
reduction furnace
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/073985
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
理彦 鉄本
隆夫 梅木
修平 前田
雅章 厚
Original Assignee
株式会社神戸製鋼所
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Filing date
Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/02—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in shaft furnaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B1/24—Cooling arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a reduced iron production apparatus for producing reduced iron by reducing iron oxide using a reducing gas.
  • a manufacturing technique for producing reduced iron (DRI) by reducing iron oxide using a reducing gas containing hydrogen, carbon monoxide and the like inside a vertical reduction furnace called a shaft furnace is known. Since the reduced iron immediately after reduction is hot and easily reoxidized, immediately after being taken out from the reduction furnace, it is necessary to promptly transport it to equipment (for example, an electric furnace) on the downstream side of the reduction furnace for processing. However, depending on the operating state of the downstream equipment, the reduced iron may not be promptly processed. In such a case, it is necessary to store the reduced iron in a state where the reoxidation is suppressed by cooling the reduced iron.
  • the reduced iron (hot DRI) in the high temperature state and the cooled state are cooled according to the state of the equipment such as the electric furnace downstream of the reduction furnace as in the manufacturing system described in Patent Document 1.
  • a reduced iron production apparatus capable of taking out any of the reduced iron (cold DRI).
  • the manufacturing apparatus 100 includes a reducing furnace 101 that generates reduced iron, a cooling unit 102 that cools the reduced iron discharged from the reducing furnace 101, and a cooling unit 102. And a hot DRI extraction unit 103 for extracting reduced iron in a hot state.
  • the cooling unit 102 and the hot DRI take-out unit 103 are positioned below the reduction furnace 101 in order to sequentially receive the reduced iron discharged from the reduction furnace 101.
  • a cooling gas for cooling the reduced iron is circulated and used.
  • a wet dust remover 104, a compressor 105, and a water droplet remover 106 are provided in the line through which the cooling gas circulates.
  • pellets containing iron oxide as a raw material are introduced into the reduction furnace 101 from the top of the furnace and retained in the reduction furnace 101.
  • a reducing gas generated from a raw material gas such as natural gas is introduced into the reduction furnace 101 from near the center, whereby iron oxide contained in the pellet is reduced and reduced iron is produced.
  • the reduced iron gradually descends due to gravity, and is sequentially discharged in a hot state from the discharge port at the bottom of the reduction furnace 101.
  • the reduced iron in a hot state discharged from the reduction furnace 101 goes to the electric furnace 107 as it is, it is conveyed to the electric furnace 107 via the hot DRI take-out unit 103.
  • the electric furnace it is possible to raise the temperature of the reduced iron to the melting temperature using the sensible heat of the reduced iron in a high heat state.
  • the reduced iron is left outside the reduction furnace in a high heat state, the reduced iron is reoxidized. Therefore, the reduced iron is cooled by the cooling unit 102 installed on the downstream side of the reduction furnace 101, and the reduced iron after cooling is stored in a predetermined storage location (a bottle or a yard).
  • the above-described reduced iron production apparatus has a structure in which the cooling unit 102 and the hot DRI extraction unit 103 are provided below the reduction furnace 101, the overall height of the iron production apparatus is increased. For this reason, the installation position of the reduction furnace 101 becomes high, the material cost and installation cost of a manufacturing apparatus increase, and the installation construction period of a manufacturing apparatus is prolonged.
  • An object of the present invention is to reduce the overall height of the apparatus while having a configuration that allows either a hot DRI or a cold DRI to be selected and taken out, and improves the production efficiency of the hot DRI.
  • An object of the present invention is to provide an apparatus for producing reduced iron that can be improved.
  • the reduced iron manufacturing apparatus of the present invention includes a reduction furnace that generates reduced iron by reducing iron oxide using a reducing gas, and a cooling unit that cools the reduced iron, having a portion located inside the reduction furnace.
  • a cooling gas introduction unit for introducing gas into the reduction furnace, a cooling gas supply unit for sending cooling gas to the cooling gas introduction unit, and a refrigerant supply unit for sending refrigerant for cooling the cooling gas introduction unit to the cooling gas introduction unit And.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 4. It is sectional drawing about those radial directions of the water piping of FIG. 5, and gas piping. It is sectional drawing of the reduced iron discharge chamber of FIG. It is sectional drawing of the structure where the gas piping and the cooling gas introduction part which are the modifications of the reduced iron manufacturing apparatus of this invention were integrally formed.
  • a reduced iron production apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a reduction furnace 2 that generates reduced iron, a cooling gas introduction unit 3 that introduces a cooling gas CG into the reduction furnace 2, and a cooling gas CG in the cooling gas introduction unit 3.
  • a cooling gas supply unit 4 for supplying the cooling gas
  • a cooling water supply unit 5 for supplying the cooling water CW to the cooling gas introduction unit 3
  • a reduced iron discharge chamber 6 for discharging the reduced iron sent from the reduction furnace 2
  • a seal gas introduction part 7 for introducing a seal gas into the reduced iron discharge chamber 6 from between the reducing furnace 2 and the reduced iron discharge chamber 6; a dust removing part 8 for removing dust from the seal gas inside the reduced iron discharge chamber 6; 2 is provided with a reducing gas introduction section 9 for introducing a reducing gas.
  • the reduction furnace 2 is a furnace that generates reduced iron by reducing iron oxide using a reducing gas.
  • the reduction furnace 2 of FIG. 1 is a structure which is manufactured by a structure in which a refractory refractory is lined on an iron skin and has a long cylindrical shape in the vertical direction.
  • the reduction furnace 2 is a shaft furnace, for example.
  • the reducing furnace 2 has a portion that is disposed at the top thereof and that is supplied with pellets containing iron oxide that is a raw material for reduced iron, and a discharge port 2a that is disposed at the bottom and discharges the reduced iron after generation.
  • a carburizing gas introduction unit 40 is connected to the lower part of the reduction furnace 2.
  • Pellets containing iron oxide are supplied into the reduction furnace 2 from above the reduction furnace 2 and stay in the reduction furnace 2.
  • the reducing gas is introduced into the reducing furnace 2 from the central part of the reducing furnace 2 from the reducing gas introduction section 9.
  • the reducing gas may be any gas that can reduce iron oxide, and is, for example, a gas such as carbon monoxide and hydrogen produced by reforming a natural gas such as methane.
  • the iron oxide contained in the pellets is reduced by the reducing gas while the pellets are lowered to become iron (hereinafter referred to as reduced iron).
  • the reduced iron after generation is sequentially discharged from the lower discharge port 2 a of the reduction furnace 2 and sent to the reduced iron discharge chamber 6.
  • the cooling gas CG used for cooling the reduced iron inside the reduction furnace 2 is cooled again, and the cooling gas CG is circulated and used.
  • the cooling gas introduction unit 3 has a configuration for introducing a cooling gas CG for cooling the reduced iron inside the reduction furnace 2 into the reduction furnace 2.
  • the cooling gas introduction unit 3 includes an injection unit 10 that injects the cooling gas CG into the reduction furnace 2, and a gas pipe 12 that is connected to the injection unit 10 and sends the cooling gas CG to the injection unit 10.
  • the main cooling gas CG is introduced from both ends of the reduction furnace 2, but the present invention is not limited to this, and there is no problem if it is introduced only from one side of the reduction furnace 2.
  • the injection unit 10 is a hollow structure that is long in the vertical direction.
  • the injection unit 10 includes an upper portion 10b having a tapered shape as it goes upward, and a lower portion 10c having a tapered shape as it goes downward. That is, the upper part 10b of the injection unit 10 has a conical shape protruding upward, and the lower part 10c has a conical shape protruding downward.
  • a plurality of injection ports 10 a are formed in the lower part of the injection unit 10. Each injection port 10a is open downward.
  • the reduced iron of the center part in the reduction furnace 2 is the upper part of the injection part 10
  • the reduced iron of the center part in the reduction furnace 2 is the upper part of the injection part 10
  • the injecting section 10 shown in FIGS. 3 to 5 has an upper portion 10b having a tapered shape as it goes upward and a lower portion 10c having a tapered shape as it goes downward, but the present invention is limited to this. Instead, other shapes may be used.
  • the injection port 10a provided in the injection part 10 may be provided in the upper taper part 10b, the lower taper part 10c, or both, a plurality of concentric circles and steps are provided in the lower taper part 10c. It is preferable to inject only from the lower part.
  • the injection unit 10 is disposed at a position along the central axis C extending in the vertical direction of the space 2b of the reduction furnace 2, and is supported by a water pipe 11 and a gas pipe 12 described later.
  • the gas pipe 12 is, for example, a cylindrical pipe, and is made of a metal pipe made of carbon steel or the like.
  • the gas pipe 12 is disposed through the reduction furnace 2 in the horizontal direction. Portions at both ends of the gas pipe 12 protrude outside the reduction furnace 2.
  • the gas pipe 12 penetrates the injection unit 10 in the horizontal direction in the space 2 b of the reduction furnace 2 and is coupled to the injection unit 10.
  • An opening 12 a (see FIG. 4) for sending the cooling gas CG to the injection unit 10 is formed in a portion of the gas pipe 12 positioned inside the injection unit 10.
  • the portions at both ends of the gas pipe 12 communicate with the cooling gas supply unit 4 via a connecting member 16 (see FIGS. 3 to 4).
  • a connecting member 16 at both end portions of the gas pipe 12, an extendable member 17 (for example, an expansion) such as a spiral pipe is provided between the connecting member 16 and the peripheral wall 2 c of the reduction furnace 2.
  • the member 17 is attached to a nozzle or the like that extends outward from the iron skin on the surface of the reduction furnace 2 and absorbs thermal expansion in the longitudinal direction of the gas pipe 12.
  • the cooling gas supply unit 4 has a configuration for sending the cooling gas to the cooling gas introduction unit 3.
  • the cooling gas supply unit 4 includes a wet dust collector 4a, a compressor 4b, and a water droplet remover 4c.
  • the gas used when the reduced iron is cooled in the reduction furnace 2 is collected and cooled with water in the wet dust collector 4a.
  • water droplets contained in the gas are removed by the water droplet remover 4c.
  • the gas from which the water droplets have been removed is circulated and used as the cooling gas CG via the connecting member 16 to the injection unit 10 of the cooling gas introduction unit 3.
  • the cooling water supply unit 5 has a configuration that sends cooling water to the cooling gas introduction unit 3 as a refrigerant for cooling the cooling gas introduction unit 3.
  • the cooling water supply unit 5 includes a cooling unit 5a that cools water as a refrigerant, a pressurizer 5b that pressurizes water, communication pipes 5c and 5d, and a reduction furnace. 2 and a water pipe 11 penetrating through 2.
  • An end portion 14 (see FIG. 3) on the water injection side of the water pipe 11 communicates with the compressor 5b via the communication pipe 5c.
  • An end 15 (see FIG. 3) on the drain side of the water pipe 11 communicates with the cooling part 5a through the communication pipe 5d.
  • the cooling water supply part 5 can circulate and use cooling water.
  • the water pipe 11 has a configuration having a portion located inside the reduction furnace 2 so as to send the cooling water to the injection unit 10 and the gas pipe 12.
  • the water pipe 11 is a cylindrical pipe, for example, and is made of a metal pipe made of carbon steel or the like.
  • the outer diameter of the water pipe 11 is smaller than the inner diameter of the gas pipe 12.
  • the water pipe 11 is arranged through the reduction furnace 2 in the horizontal direction in a state of being arranged inside the gas pipe 12. That is, the water pipe 11 extends inside the reduction furnace 2. In this configuration, since the gas pipe 12 is cooled by the water pipe 11 from the inside, the strength of the gas pipe 12 can be maintained even in a high-temperature environment inside the reduction furnace 2.
  • the gas pipe 12 it is not necessary to manufacture the gas pipe 12 with a material having high heat resistance, so that the gas pipe 12 can be manufactured with an inexpensive material.
  • a material having high heat resistance For example, carbon steel, low alloy steel, or a structure in which a refractory is applied to the outside of these members can be used.
  • a refractory when a refractory is applied, it is difficult for the reduced iron to be cooled, so that when hot DRI is produced, it is possible to produce reduced iron at a higher temperature.
  • the water piping 11 is the structure arrange
  • a plurality of ribs 19 are provided inside the gas pipe 12 as connecting members that connect the outer surface of the water pipe 11 and the inner surface of the gas pipe 12 as shown in FIG.
  • the plurality of ribs 19 are arranged on the outer surface of the water pipe 11 at equal intervals so as to extend radially from the outer surface of the water pipe 11.
  • the water pipe 11 is arranged in a state of being separated from the gas pipe 12 and concentrically with the gas pipe 12 inside the gas pipe 12.
  • the water pipe 11 supports the gas pipe 12 via the rib 19. Therefore, it is possible to improve the bending rigidity of the gas pipe 12.
  • the water piping 11 and the gas piping 12 are integrally connected via the rib 19, the rigidity of the water piping 11 and the gas piping 12 whole improves.
  • the cooling gas can be circulated through the annular space 12 a formed by the water pipe 11 and the gas pipe 12. Therefore, the water pipe 11 and the gas pipe 12 form a space 11 a through which the cooling water passes and a space 12 a through which the cooling gas passes, inside the gas pipe 12.
  • an inner pipe 20 may be further arranged inside the space 11 a of the water pipe 11.
  • the cooling water can flow through the gap between the water pipe 11 and the inner pipe 20.
  • both ends of the inner pipe 20 may be closed, and the inner pipe 20 may be filled with a coolant such as water, or may be used as a return water pipe.
  • the water pipe 11 penetrates the injection unit 10 in the space 2 b of the reduction furnace 2.
  • the water pipe 11 is connected to the injection unit 10 via a support member 18 inside the injection unit 10.
  • the portions at both ends of the water pipe 11 protrude to the outside of the reduction furnace 2 and further protrude to the outside of the connecting member 16 attached to both ends of the gas pipe 10.
  • the portions at both ends of the water pipe 11 are supported by the support portions 13 respectively.
  • the support portion 13 may be a fixed support, but the angle of the injection portion 10 can be easily adjusted by using a bearing support (that is, the water pipe 11 is rotatably supported).
  • the water pipe 11 and the gas pipe 12 support the injection unit 10 at a position separated from the peripheral wall 2c of the reduction furnace 2 inside the space 2b inside the reduction furnace 2.
  • the water pipe 11 supports the injection unit 10 via the support member 18, and the gas pipe 12 supports the injection unit 10 in a state where the outer peripheral surface thereof is in contact with the injection unit 10. . Therefore, a dedicated member for supporting the injection unit 10 becomes unnecessary, and an increase in the number of parts can be suppressed.
  • the injection unit 10 is supported at a position separated from the peripheral wall of the reduction furnace 2, it is possible to uniformly disperse and inject the cooling gas into the reduction furnace 2.
  • the seal gas introduction unit 7 is provided from a position upstream of the reduced iron discharge chamber 6 (specifically, the discharge port 2a). And between the reduced iron discharge chamber 6), a seal gas containing an inert gas is introduced into the reduced iron discharge chamber 6.
  • the inert gas used as the seal gas is an inert gas such as combustion exhaust gas or nitrogen in order to suppress the reoxidation of reduced iron (hot DRI) in a high temperature state or the consumption of carbon components contained in the reduced iron. Is desirable.
  • the reduced iron discharge chamber 6 is installed below the reduction furnace 2 as shown in FIGS.
  • the reduced iron discharge chamber 6 communicates with the discharge port 2a of the reduction furnace 2, receives the reduced iron discharged from the discharge port 2a from the outside air, and discharges the reduced iron while adjusting the discharge rate of the reduced iron.
  • the reduced iron discharge chamber 6 includes a main body 6a having a housing portion 6b, an introduction pipe 6c, an upper wiper bar 6d, and a lower wiper bar 6e.
  • the main body 6a is a hollow casing and has a housing portion 6b for housing reduced iron.
  • the accommodating portion 6b is a space that is long in the vertical direction, and is located in the lower portion of the main body 6a.
  • a discharge port 6g through which reduced iron is discharged is formed in the lower portion of the housing portion 6b.
  • the introduction pipe 6c is provided through the top plate of the main body 6a.
  • the introduction pipe 6 c communicates with the discharge port 2 a of the reduction furnace 2.
  • reduced iron sent from the reduction furnace 2 and seal gas sent from the seal gas introduction part 7 are introduced into the main body 6a.
  • the inside of the main body 6a is filled with a sealing gas. Since the accommodating part 6b is filled with reduced iron P (see FIG. 7), a large amount of sealing gas does not flow out from the discharge port 6g at the lower part of the accommodating part 6b.
  • the inner diameter of the introduction pipe 6c is preferably small in order to reduce the flow rate of the sealing gas for preventing the outflow of gas in the furnace.
  • the upper wiper bar 6d is provided in the lower part of the introduction pipe 6c inside the main body 6a.
  • the upper wiper bar 6d includes, for example, a swing shaft 6d1, a pair of fan-shaped guide plates 6d2 connected to both ends of the swing shaft 6d1, and a wiper blade 6d3 disposed between the guide plates 6d2. It is. Below the guide plate 6d2 and the wiper blade 6d3, a plate-like member 6d4 curved downward is disposed. As the wiper blade 6d3 swings together with the guide plate 6d2 in the horizontal direction around the swing shaft 6d1, the reduced iron falling through the introduction pipe 6c is sent downward while adjusting the delivery speed to the inside of the main body 6a. It is.
  • the reduced iron introduced into the main body 6a is accommodated in the accommodating portion 6b at the lower part of the main body 6a after foreign matters such as refractory fragments are removed through a sieve or the like.
  • the lower wiper bar 6e is provided below the discharge port 6g formed in the lower part of the housing portion 6b (that is, outside the housing portion 6b). That is, the lower wiper bar 6e is arranged at a position directly below the discharge port 6g.
  • the lower wiper bar 6e has a configuration similar to that of the upper wiper bar 6d, and includes a swing shaft, a guide plate, and a wiper blade. When the wiper blade of the lower wiper bar 6e swings in the horizontal direction along with the swing of the swing shaft, the reduced iron P stored in the storage portion 6b is discharged from the seal gas while the discharge speed is adjusted. The reduced iron discharge chamber 6 is taken out from the position of the outlet 6g.
  • the lower wiper bar 6e can function as a reduced iron take-out part of the present invention. Thereby, it is possible to take out the reduced iron to the outside while suppressing the amount of the sealing gas leaking from the reduced iron discharge chamber 6 to the outside. *
  • the speed at which the desired reduced iron is taken out is adjusted by adjusting the swing speed of the lower wiper bar 6e.
  • the amount of reduced iron staying inside the accommodating portion 6b changes.
  • the speed of the upper wiper bar 6d By controlling the speed of the upper wiper bar 6d, the inside of the accommodating portion 6b is always kept filled with reduced iron. Is possible. As a result, the possibility that the seal gas and the gas in the reduction furnace 2 leak from the discharge port 6g of the reduced iron discharge chamber 6 to the periphery of the downstream conveyor C is reduced.
  • Reduced iron taken out of the reduced iron discharge chamber 6 is conveyed to a predetermined facility by the conveyor C.
  • the dust removal unit 8 has a configuration in which the seal gas introduced into the reduced iron discharge chamber 6 is extracted to the outside of the reduced iron discharge chamber 6 to remove dust.
  • the dust removing unit 8 includes a dry dust collector 8a, a water seal chamber 8b, and a wet dust collector 8c.
  • the seal gas is removed by the dry dust collector 8 a and the wet dust collector 8 c of the dust removing unit 8 and is cooled by the wet dust collector 8 c.
  • the sealed and cooled seal gas is discharged from the chimney 21 to the outside.
  • the seal gas removed by the dry dust collector 8a is stored in the water-sealed chamber 8b. Is safely discharged to the outside.
  • the cooling gas CG is supplied from the cooling gas supply unit 4 to the cooling gas introduction unit 3. Supplied.
  • the cooling gas CG sent from the cooling gas supply unit 4 is introduced into the gas pipe 12 via the connecting member 16.
  • the cooling gas CG inside the gas pipe 12 is introduced into the injection unit 10 through the opening 12 a of the gas pipe 12 inside the reduction furnace 2.
  • the cooling gas CG inside the injection part 10 is introduce
  • cold DRI is generated inside the reduction furnace 2.
  • the cold DRI can be taken out directly from the reduction furnace 2, so that a cooling unit is not required outside the reduction furnace 2.
  • the cooling gas introduction unit 3 is not cooled by the cooling gas, but is always cooled by the cooling water sent from the cooling water supply unit 5.
  • the cooling water CW cooled by the cooling unit 5a is sent to the end 14 on the water injection side of the water pipe 11 of the cooling water supply unit 5 via the pressurizer 5b and the connecting pipe 5c.
  • the cooling water CW is sent to the gas piping 12 and the injection unit 10 of the cooling gas introduction unit 3 by passing through the water piping 11. Thereby, the cooling water CW can absorb heat from the gas pipe 12 and the injection unit 10 through the water pipe 11 and cool the gas pipe 12 and the injection unit 10.
  • the heat of the gas pipe 12 and the injection unit 10 is directly transmitted to the water pipe 11 as radiant heat, or is conducted to the water pipe 11 through the rib 19 (see FIG. 6).
  • the gas pipe 12 and the injection unit 10 of the cooling gas introduction unit 3 are protected from high heat inside the reduction furnace 2 by being constantly cooled by the cooling water CW sent from the cooling water supply unit 5. Therefore, it is not necessary to separately provide a DRI cooling unit and a hot DRI extracting unit outside the reduction furnace 2 on the downstream side of the reduction furnace 2. As a result, the overall height of the reduced iron manufacturing apparatus 1 can be suppressed.
  • the water after cooling the gas pipe 12 and the injection unit 10 is discharged from the end 15 on the discharge side of the water pipe 11 as the warm drainage EW.
  • the warm drainage EW is returned to the cooling unit 5a via the connecting pipe 5d, cooled, and reused as the cooling water CW.
  • the cooling gas supply unit 5 (specifically, the injection unit 10 and the gas pipe 12 constituting the cooling gas supply unit 5) even when the introduction of the cooling gas is stopped when the hot DRI is taken out. Since it is cooled by the cooling water supplied from, it can be used even in a high temperature (about 700 to 900 degrees) environment inside the reduction furnace 2. Therefore, the cooling gas introduction part 3 does not need to be manufactured from a material capable of withstanding high heat such as high NiCr steel, and has an inexpensive material such as carbon steel, low alloy steel or a structure in which a refractory is applied to the outside of these members. Things can be used. In particular, when a refractory is applied, it is difficult for the reduced iron to be cooled, so that when hot DRI is produced, it is possible to produce reduced iron at a higher temperature.
  • water is used as an example of the cooling medium for cooling the cooling gas introduction unit 3, but the present invention is not limited to this, and other refrigerants (for example, oil or the like) are described.
  • Liquid may be used as a cooling medium.
  • coolant may be used as a refrigerant
  • the injection unit 10 of the cooling gas introduction unit 3 is supported by both the water pipe 11 and the gas pipe 12.
  • the present invention is not limited to this, and the injection unit 10 may be supported by at least one of the water pipe 11 and the gas pipe 12. Therefore, the injection unit 10 may be supported only by the water pipe 11 or the gas pipe 12.
  • the injection pipe 10 and the gas pipe 12 that constitute the cooling gas introduction section 3 are integrally formed of carbon steel, so that the gas pipe 12 is The injection unit 10 may be supported.
  • the water piping 11 since the water piping 11 does not need to support the injection part 10, the water piping 11 can also be comprised by the some thin pipe 11b.
  • the reduced iron discharge chamber 6 has the lower wiper bar 6e as the extraction portion of the reduced iron accommodated in the accommodating portion 6b, but the present invention is not limited to this. If the reduced iron stored in the storage unit 6b can be taken out to the outside while being cut off from the atmosphere, other forms of reduced iron take-out unit (for example, a double damper or a rotary type feeder) are adopted. May be.
  • the reduced iron discharge chamber 6 may include a double damper 6f as shown in FIG.
  • the double damper 6f is installed on the downstream side of the accommodating portion 6b.
  • the double damper 6f includes a plurality of housing portions 6f1 and dampers 6f2 provided in the housing portions 6f1.
  • a plurality (two in FIG. 9) of accommodating portions 6f1 are arranged side by side in the vertical direction.
  • Each accommodating portion 6f1 has an opening on the upper surface and the lower surface.
  • the upper accommodation portion 6f1 is connected to the discharge port 6g of the accommodation portion 6b.
  • the two accommodating portions 6f1 communicate with each other in series.
  • the lower housing portion 6f1 has an opening 6f3 that opens downward.
  • the damper 6f2 has a configuration for opening and closing the opening on the upper surface side of each housing portion 6f1. When the damper 6f2 closes the opening on the upper surface side, the flow of gas and reduced iron through the opening is blocked.
  • the seal gas introduced into the reduced iron discharge chamber 6 is discharged from the chimney 21 after being removed by the dust removing unit 8 as shown in FIG. It is not limited to this.
  • the reduced iron manufacturing apparatus returns the seal gas removed by the dust removal unit 8 to the seal gas introduction unit 7 and can be reused.
  • a return unit 31 may be provided.
  • an inert gas containing nitrogen is used as the seal gas in order to suppress the reoxidation of reduced iron (hot DRI) in a high temperature state and the consumption of carbon components contained in the reduced iron.
  • the seal gas containing nitrogen is discharged from the chimney 21 after being removed by the dust removing unit 8, so that it is difficult to suppress an increase in consumption of nitrogen. There's a problem.
  • a reduced iron production apparatus including a seal gas return unit 31 is proposed.
  • the seal gas removed by the dust removal unit 8 can be reused by being returned to the seal gas introduction unit 7 by the seal gas return unit 31, the consumption of nitrogen can be suppressed.
  • the reduced iron manufacturing apparatus shown in FIG. 10 has the configuration of the reduced iron manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 1, instead of the chimney 21 (see FIG. 1) on the downstream side of the dust removal unit 8.
  • a seal gas return unit 31, an oxygen concentration detection unit 32, and an inert gas replenishment unit 33 are included.
  • the seal gas return unit 31 includes a compressor 34, a pulsation damper 35, a water drop remover 36, and a communication pipe 37, which are connected in series by the pipe.
  • the seal gas return unit 31 the dust gas after the dust removal and cooling discharged from the wet dust collector 8 c of the dust removal unit 8 is pressurized by the compressor 34, pulsation is suppressed by the pulsation damper 35, and the water droplet remover 36 is used. To remove water droplets. Thereafter, the seal gas is returned to the seal gas introduction unit 7 through the communication pipe 37.
  • the reduced iron discharge chamber 6 is supplied from the seal gas introduction part 7.
  • the seal gas introduced into the reduced iron discharge chamber 6 is removed by the dust removal unit 8 and then passed through the seal gas return unit 31 and the seal gas introduction unit 7. It is possible to circulate and use the reduced iron discharge chamber 6 again. Therefore, it becomes possible to suppress the consumption of inert gas such as nitrogen contained in the seal gas.
  • the seal gas that is circulated by the seal gas return unit 31 is cooled together with further dust collection using water by the wet dust collector 8 c of the dust removal unit 8.
  • the temperature of the seal gas returned to the iron discharge chamber 6 is lowered, and the seal gas can be circulated and used at a constant temperature.
  • the reduced iron production apparatus shown in FIG. 10 includes the oxygen concentration detection unit 32 and the inert gas replenishment unit 33, so that the inert gas is replenished when the oxygen concentration of the seal gas used in circulation is high. Is possible. Specifically, it is as follows.
  • the oxygen concentration detection unit 32 has a configuration for detecting the oxygen concentration of the seal gas removed by the dust removal unit 8, and is, for example, an oxygen sensor.
  • the inert gas replenishment unit 33 has a configuration in which the inert gas is replenished to the removed seal gas when the oxygen concentration of the removed seal gas detected by the oxygen concentration detection unit 32 exceeds a predetermined upper limit value.
  • the inert gas replenishment unit 33 includes an automatic control valve 33a and an inert gas source 33b in which an inert gas such as nitrogen is stored.
  • the automatic control valve 33a is opened when a signal is received from the oxygen concentration detection unit 32 or a control computer (not shown) when the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection unit 32 exceeds the upper limit value.
  • An inert gas such as nitrogen is sent from the inert gas source 33b to the seal gas return unit 31 (specifically, a pipe or the like connecting the compressor 34 and the wet dust collector 8c) to replenish the dust gas.
  • the seal gas removed by the dust removal unit 8 is used after being returned to the reduced iron discharge chamber 6 and circulated, there is a possibility that air outside the reduced iron manufacturing apparatus may be mixed.
  • a predetermined upper limit value for example, 1%) due to air mixing
  • the reduced iron is contained in the seal gas in the reduced iron discharge chamber 6.
  • the oxygen concentration of the seal gas after dust removal is detected by the oxygen concentration detector 32.
  • the inert gas is replenished from the inert gas replenishing unit 33 to the seal gas to lower the oxygen concentration to a certain concentration or lower (for example, 1% or lower). Therefore, it is possible to prevent reoxidation of reduced iron (especially hot DRI reoxidation).
  • a heat exchanger 38 may be further provided as a seal gas cooling unit that cools the seal gas removed by the dust removing unit 8.
  • the reduced iron manufacturing apparatus shown in FIG. 11 has a configuration in which the wet dust collector 8c and the water droplet remover 36 are deleted from the configuration of the reduced iron manufacturing apparatus shown in FIG. 10, and a heat exchanger 38 is provided instead of the wet dust collector 8c.
  • the heat exchanger 38 can cool the seal gas by exchanging heat between the seal gas and a cooling medium such as water. Further, if a source gas containing methane, which is a reducing gas source, is used as the heat exchange refrigerant, the source gas can be preheated.
  • the seal gas temperature is reduced by cooling the seal gas removed by the dust removing unit 8 with the heat exchanger 38. It is possible to lower the temperature to a temperature lower than the allowable temperature of the equipment on the downstream side of 38 (for example, the compressor 34). Moreover, it is possible to reduce the number of parts compared with the reduced iron manufacturing apparatus provided with the wet dust collector 8c and the water droplet remover 36 shown in FIG.
  • the carburizing gas containing the carbon component is heated to the cooling gas introducing unit 3. You may further provide the carburizing gas supply part 41 to supply.
  • carburizing treatment for adding a carbon component to hot DRI has been conventionally performed.
  • a plurality of supply pipes 42 for supplying the carburizing gas CBG to the peripheral wall 2c of the reduction furnace 2 are provided.
  • the supply pipe 42 is connected to the carburizing gas introduction part 40 of FIG.
  • the carburizing gas CBG is a gas containing a carbon component, such as natural gas (methane or the like).
  • the carburizing gas CBG is supplied from the plurality of supply pipes 42 to the space 2b inside the reduction furnace 2 in a state where the temperature is raised to about 400 to 500 ° C.
  • the carburizing gas is injected from the injection section 10 of the cooling gas introduction section 3 provided inside the reduction furnace 2.
  • a carburizing gas supply unit 41 is provided so that CBG can be supplied.
  • the carburizing gas supply unit 41 has a configuration in which the carburizing gas CBG is heated (for example, heated to about 400 to 500 ° C.) and supplied to the gas pipe 12 of the cooling gas introduction unit 3 and includes, for example, a heater and a compressor. .
  • the carburizing gas supply unit 41 is connected to one side or both ends of the gas pipe 12 via the connecting member 16.
  • the carburizing gas supply unit 41 is installed when the supply of the cooling gas from the cooling gas supply unit 4 to the cooling gas introduction unit 3 is stopped (for example, installed in the communication pipe 4c).
  • the open / close valve 4e is closed
  • the carburizing gas CBG is supplied to the cooling gas introduction unit 3.
  • the carburized gas CBG is sent through the gas pipe 12 to the injection unit 10 installed at the center inside the space 2 b of the reduction furnace 2.
  • the injection unit 10 of the cooling gas introduction unit 3 can introduce the carburizing gas CBG into the reduction furnace 2 for carburizing the reduced iron.
  • the carburizing gas CBG can easily reach the vicinity of the center of the reduction furnace 2, and the effect of carburizing is promoted. .
  • the reduced iron manufacturing apparatus of the present embodiment includes a reduction furnace that generates reduced iron by reducing iron oxide using a reducing gas, and a portion located inside the reduction furnace, and cools the reduced iron.
  • a cooling gas introduction part for introducing cooling gas into the reduction furnace, a cooling gas supply part for sending cooling gas to the cooling gas introduction part, and a refrigerant supply for sending refrigerant for cooling the cooling gas introduction part to the cooling gas introduction part And a section.
  • the cooling gas introduction part has a portion located inside the reduction furnace, so that the cooling gas introduction part introduces the cooling gas into the reduction furnace so that the inside of the reduction furnace
  • the reduced iron is cooled by the cooling gas, and the cold DRI can be taken out of the reduction furnace.
  • the cooling gas can be taken out in a hot DRI state.
  • the said cooling gas introduction part is cooled with the refrigerant
  • the DRI cooled from the reduction furnace when the DRI cooled from the reduction furnace is discharged, the DRI is cooled and discharged inside the reduction furnace by the cooling gas introduced into the reduction furnace from the cooling gas introduction part.
  • the hot DRI when the hot DRI is taken out from the reduction furnace, the hot DRI maintained in a hot state is discharged from the reduction furnace while the introduction of the cooling gas from the cooling gas introduction unit is stopped.
  • the cooling gas introduction unit In the state where the hot DRI is taken out, the cooling gas introduction unit is not cooled by the cooling gas, but is cooled by the refrigerant sent from the refrigerant supply unit, so that it is protected from the high heat inside the reduction furnace. Accordingly, it is not necessary to separately provide a DRI cooling unit and a hot DRI take-out unit outside the reduction furnace on the downstream side of the reduction furnace, and thus the overall height of the reduced iron production apparatus can be suppressed.
  • the cooling gas introduction unit includes an injection unit that injects a cooling gas into the reduction furnace, and a gas pipe that is connected to the injection unit and sends the cooling gas to the injection unit.
  • the refrigerant pipe of the refrigerant supply unit allows the cooling of the injection unit and the gas pipe by sending the refrigerant to the injection unit and the gas pipe of the cooling gas introduction unit. And since it is possible to support an injection part in the space apart from the surrounding wall of the said reduction furnace in the space inside a reduction furnace using at least one of refrigerant piping and gas piping, an injection part is supported. This eliminates the need for a dedicated member to reduce the number of parts. Moreover, since the injection unit is supported at a position spaced from the peripheral wall of the reduction furnace, the cooling gas can be uniformly dispersed and injected into the reduction furnace.
  • the refrigerant pipe has an outer diameter smaller than the inner diameter of the gas pipe and is disposed inside the gas pipe.
  • the gas pipe is cooled by the refrigerant pipe from the inside, the strength of the gas pipe can be maintained even in a high temperature environment inside the reduction furnace. Therefore, it is not necessary to manufacture the gas pipe with a material having high heat resistance, so that the gas pipe can be manufactured with an inexpensive material.
  • a material having high heat resistance For example, carbon steel, low alloy steel, or a structure in which a refractory is applied to the outside of these members can be used.
  • a refractory when a refractory is applied, it is difficult for the reduced iron to be cooled, so that when hot DRI is produced, it is possible to produce reduced iron at a higher temperature.
  • the refrigerant pipe since the refrigerant pipe is arranged inside the gas pipe, the refrigerant pipe does not hinder the progress of the reduced iron that descends inside the reduction furnace.
  • the apparatus further includes a connecting member that connects an outer surface of the refrigerant pipe and an inner surface of the gas pipe, and the refrigerant pipe supports the gas pipe via the connecting member in a state of being arranged inside the gas pipe. It is preferable to do this.
  • the refrigerant pipe disposed inside the gas pipe can support the gas pipe via the connecting member, and the bending rigidity of the gas pipe can be improved. Further, since the refrigerant pipe and the gas pipe are integrally connected via the connecting member, the rigidity of the refrigerant pipe and the entire gas pipe is improved.
  • the injection unit has an upper part having a tapered shape as it goes upward and a lower part having a tapered shape as it goes downward.
  • the injection port provided in the injection unit may be provided in the upper taper part, the lower taper part, or both, but a plurality of concentric circles and steps are provided in the lower taper part from the lower part. It is preferable to inject only.
  • the reduced iron discharge chamber is configured to communicate with a reduced iron discharge port in the reduction furnace and receive the reduced iron discharged from the discharge port in a state of being blocked from outside air, and the reduced iron discharge from the discharge port.
  • a seal gas introduction unit that introduces a seal gas containing an inert gas into the reduced iron discharge chamber from a position upstream from the reduced iron discharge chamber, and the reduction
  • a dust removing unit for removing the dust by extracting the seal gas introduced into the iron discharge chamber to the outside of the reduced iron discharge chamber; and a seal gas returning unit for returning the seal gas removed by the dust removing unit to the seal gas introducing unit. It is preferable to have.
  • An oxygen concentration detection unit that detects an oxygen concentration of the seal gas removed by the dust removal unit; and the oxygen concentration of the seal gas that has been detected by the oxygen concentration detection unit exceeds a predetermined upper limit value.
  • the seal gas removed by the dust removal unit is returned to the reduced iron discharge chamber and circulated for use.
  • the oxygen concentration of the seal gas after dust removal exceeds a predetermined upper limit value
  • the reduced iron discharge chamber There is a risk that the reduced iron is reoxidized by oxygen contained in the seal gas inside. Therefore, in this configuration, the oxygen concentration of the seal gas after dust removal is detected by the oxygen concentration detection unit, and when the oxygen concentration exceeds a predetermined upper limit value, the inert gas is supplied from the inert gas replenishment unit to the seal gas. Since the oxygen concentration is reduced by replenishment, it is possible to prevent reoxidation of reduced iron.
  • a seal gas cooling unit that cools the seal gas removed by the dust removal unit may be further provided.
  • the seal gas removed by the dust removal unit is cooled by the seal gas cooling unit, so that the temperature of the seal gas can be lowered to an allowable temperature of the equipment downstream of the seal gas cooling unit.
  • a carburizing gas supply unit that heats and supplies a carburizing gas such as methane gas containing a carbon component to the cooling gas introduction unit.
  • the carburizing gas supply unit introduces the cooling gas by supplying the carburizing gas to the cooling gas introducing unit when the supply of the cooling gas from the cooling gas supplying unit to the cooling gas introducing unit is stopped.
  • the part can introduce the carburizing gas into the reduction furnace for carburizing the reduced iron.
  • reduced iron is discharged from the reduction furnace in a hot state in a state where the cooling gas is not introduced from the cooling gas introduction unit to the reduction furnace.
  • the carburizing gas supply unit heats the carburizing gas such as methane containing a carbon component and supplies the carburizing gas to the cooling gas introducing unit, and the cooling gas introducing unit introduces the carburizing gas into the reduction furnace. Thereby, it is possible to promote carburization of reduced iron.

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Abstract

ホットＤＲＩおよびコールドＤＲＩのいずれかを選択して取り出すことが可能な構成を有しながら装置全体の高さを低くすることが可能であり、かつ、ホットＤＲＩの生産効率の向上が可能な還元鉄製造装置を提供する。還元鉄製造装置１は、還元ガスを用いて酸化鉄を還元することにより還元鉄を生成する還元炉２と、還元炉２の内部に位置する部分を有し、還元鉄を冷却する冷却ガスを還元炉２内部に導入する冷却ガス導入部３と、冷却ガス導入部３へ冷却ガスを送る冷却ガス供給部４と、冷却ガス導入部３を冷却する冷媒を当該冷却ガス導入部３へ送る冷媒供給部５と、を備える。

Description

還元鉄製造装置
　本発明は、還元ガスを用いて酸化鉄を還元して還元鉄を製造する還元鉄製造装置に関する。
　従来、シャフト炉と呼ばれる竪型の還元炉の内部において水素や一酸化炭素などを含む還元ガスを用いて酸化鉄を還元して還元鉄（ＤＲＩ）を製造する製造技術が知られている。還元直後の還元鉄は高熱であり、再酸化されやすいので、還元炉から取り出された直後に、還元炉の下流側の設備（例えば電気炉）へ速やかに搬送して処理する必要がある。しかし、下流側の設備の稼働状態によっては、還元鉄の速やかな処理ができない場合がある。そのような場合、還元鉄を冷却して再酸化を抑制した状態で保管する必要がある。
　そこで、これらの点を考慮して、特許文献１記載の製造システムのように、還元炉の下流側の電気炉などの設備の状況に応じて、高温状態の還元鉄（ホットＤＲＩ）および冷却された還元鉄（コールドＤＲＩ）のいずれかを取り出すことが可能な還元鉄製造装置が提案されている。
　この製造装置１００は、図１３に示されるように、還元鉄を生成する還元炉１０１と、還元炉１０１から排出される還元鉄を冷却する冷却部１０２と、冷却部１０２とは別の経路で還元鉄を熱い状態で取り出すホットＤＲＩ取出し部１０３とを有する。この製造システム１００では、冷却部１０２とホットＤＲＩ取り出し部１０３は、還元炉１０１から排出される還元鉄を順次受けるために還元炉１０１の下方側に位置している。冷却部１０２では、還元鉄を冷却する冷却ガスが循環して使用される。冷却ガスが循環するラインには、湿式除塵機１０４、圧縮機１０５および水滴除去機１０６が設けられている。
　この製造システム１００を用いて還元鉄を製造する場合、原料となる酸化鉄を含むペレットが還元炉１０１に炉頂から投入されて還元炉１０１内部に滞留される。その状態で、天然ガスなどの原料ガスから生成された還元ガスが、還元炉１０１内部に中央付近から導入されることにより、ペレットに含まれる酸化鉄が還元されて、還元鉄が製造される。還元鉄は、重力によって徐々に下降し、還元炉１０１の下部の排出口から高熱の状態で順次排出される。
　還元炉１０１から排出された高熱の状態の還元鉄は、そのまま電気炉１０７に向かう場合には、ホットＤＲＩ取出し部１０３を経由して電気炉１０７へ搬送される。この場合、電気炉では、高熱状態の還元鉄の顕熱を利用して当該還元鉄を溶解温度まで昇温することが可能である。
　一方、電気炉１０７がメンテナンス中などの理由で使用不能の場合には、高熱の状態のまま還元鉄を還元炉の外部に放置すれば、当該還元鉄は再酸化される。そのため、還元炉１０１の下流側に設置された冷却部１０２によって還元鉄が冷却され、冷却後の還元鉄が所定の保管場所（ビンやヤード）に保管される。
　しかし、上記の還元鉄製造装置では、還元炉１０１の下方に冷却部１０２とホットＤＲＩ取り出し部１０３とが設けられた構造であるので、当該鉄製造装置の全体の高さが高くなる。このため、還元炉１０１の据え付け位置が高くなり、製造装置の材料コストおよび据え付けコストが増大し、製造装置の据え付け工期の長期化する。
　しかも、冷却部１０２は使用していない状態でも還元鉄が当該冷却１０２内部を全く流れていなければ、冷却部１０２内部で還元鉄が固着するなどの問題が生じるおそれがある。そのため、ホットＤＲＩのみ生産したい場合でも、冷却部１０２へ当該冷却部１０２内部の還元鉄が固着しない程度の一定量の還元鉄を流してコールドＤＲＩの生産を維持する必要がある。そのため、ホットＤＲＩの生産効率の向上が難しいという問題がある。
米国特許第６２１４０８６号公報
　本発明の目的は、ホットＤＲＩおよびコールドＤＲＩのいずれかを選択して取り出すことが可能な構成を有しながら装置全体の高さを低くすることが可能であり、かつ、ホットＤＲＩの生産効率の向上が可能な還元鉄製造装置を提供することである。
　本発明の還元鉄製造装置は、還元ガスを用いて酸化鉄を還元することにより還元鉄を生成する還元炉と、前記還元炉の内部に位置する部分を有し、前記還元鉄を冷却する冷却ガスを還元炉内部に導入する冷却ガス導入部と、前記冷却ガス導入部へ冷却ガスを送る冷却ガス供給部と、前記冷却ガス導入部を冷却する冷媒を当該冷却ガス導入部へ送る冷媒供給部と、を備えることを特徴とする。
本発明の実施形態に係る還元鉄製造装置のシステム構成図である。 図１の還元炉および還元鉄排出チャンバの切欠断面図である。 図１の冷却ガス導入部およびその周辺部分の切欠斜視図である。 図１の冷却ガス導入部およびその周辺部分の縦断面図である。 図４のＶ－Ｖ線断面図である。 図５の水配管およびガス配管のそれらの半径方向についての断面図である。 図１の還元鉄排出チャンバの断面図である。 本発明の還元鉄製造装置の変形例であるガス配管と冷却ガス導入部が一体に形成された構造の断面図である。 本発明の還元鉄製造装置の他の変形例である二重ダンパを備えた還元鉄排出チャンバの断面図である。 本発明の還元鉄製造装置のさらに他の変形例である還元鉄排出チャンバに導入されるシールガスを循環させるラインのシステム構成図である。 本発明の還元鉄製造装置のさらに他の変形例である還元鉄排出チャンバに導入されるシールガスを循環させるラインにシールガス冷却部として熱交換器が設けられた構造を示すシステム構成図である。 本発明の還元鉄製造装置のさらに他の変形例である浸炭ガス供給部を備えたシステム構成図である。 従来の還元鉄製造装置のシステム構成図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の還元鉄製造装置の実施形態についてさらに詳細に説明する。
　図１に示される還元鉄製造装置１は、還元鉄を生成する還元炉２と、還元炉２内部に冷却ガスＣＧを導入する冷却ガス導入部３と、当該冷却ガス導入部３に冷却ガスＣＧを供給する冷却ガス供給部４と、当該冷却ガス導入部３に冷却水ＣＷを供給する冷却水供給部５と、還元炉２から送られてきた還元鉄を排出する還元鉄排出チャンバ６と、還元炉２と還元鉄排出チャンバ６との間から還元鉄排出チャンバ６へシールガスを導入するシールガス導入部７と、還元鉄排出チャンバ６内部のシールガスを除塵する除塵部８と、還元炉２に還元ガスを導入する還元ガス導入部９とを備える。　還元炉２は、還元ガスを用いて酸化鉄を還元することにより還元鉄を生成する炉である。図１の還元炉２は、鉄皮に耐火物耐火物が内張りされた構造物で製造され、垂直方向に長い円筒形状を有する構造物である。還元炉２は、例えばシャフト炉である。還元炉２は、その上部に配置され、還元鉄の原料となる酸化鉄を含むペレットが供給される部分と、その下部に配置され、生成後の還元鉄を排出する排出口２ａとを有する。還元炉２の下部には、浸炭ガス導入部４０が接続されている。
　酸化鉄を含むペレットは、還元炉２の上部から当該還元炉２の内部に供給され、当該還元炉２の内部に滞留する。その状態で還元ガス導入部９から還元ガスが還元炉２の中央部から還元炉２内部に導入される。還元ガスは、酸化鉄を還元することが可能なガスであればよく、例えばメタンなどの天然ガスを改質することによって生成された一酸化炭素および水素などのガスである。還元炉２の内部では、ペレットが下降しながら、ペレットに含まれる酸化鉄が還元ガスによって還元されて鉄（以下、還元鉄と呼ぶ）になる。生成後の還元鉄は、還元炉２の下部の排出口２ａから順次排出され、還元鉄排出チャンバ６に送られる。一方、還元炉２内部で発生したガスの大部分は、還元炉２の上部から排出され、湿式除塵機２２によって除塵および冷却され、その後、圧縮機２３で再度圧縮される。圧縮されたガスは、メタン等の炭化水素ガスと混合され改質機で改質された後、還元ガスとして再利用される。余剰のガスは湿式除塵機２２から図示しない改質機の加熱用燃料として用いられる。
　一方、冷却ガス供給部４においては、還元炉２内部で還元鉄の冷却のために用いられた冷却ガスＣＧが再度冷却され、当該冷却ガスＣＧは循環利用される。
　図２～５に示されるように、冷却ガス導入部３は、還元炉２内部の還元鉄を冷却する冷却ガスＣＧを当該還元炉２内部に導入する構成を有する。具体的には、冷却ガス導入部３は、還元炉２の内部に冷却ガスＣＧを噴射する噴射部１０と、噴射部１０に接続され、冷却ガスＣＧを噴射部１０へ送るガス配管１２とを有する。
　図４では本冷却ガスＣＧは還元炉２の両端から導入されているが、本発明はこれに限定されるものでなく、還元炉２の片側からのみ導入しても問題は無い。
　噴射部１０は、垂直方向に長い中空の構造物である。噴射部１０は、上方へ向かうにつれて先細りの形状を有する上部１０ｂと、下方へ向かうにつれて先細りの形状を有する下部１０ｃとを有する。すなわち、噴射部１０の上部１０ｂは、上方に突出した円錐状を有し、下部１０ｃは、下方に突出した円錐形状を有する。噴射部１０の下部には複数の噴射口１０ａが形成されている。各噴射口１０ａは、下方を向いて開口している。
　噴射部１０が上方へ向かうにつれて先細りの形状を有する上部１０ｂと、下方へ向かうにつれて先細りの形状を有する下部１０ｃとを有することにより、還元炉２内の中央部の還元鉄が噴射部１０の上部１０ｂおよび下部１０ｃの表面に沿って降下することにより、還元炉２の外周部の還元鉄よりも速く降下することを防ぐことができる。すなわち、還元炉２の中央部の還元鉄だけが優先的に排出されることを防ぐとともに、還元鉄がスムースに還元炉２から排出される。これにより、従来技術（上記の特許文献１等）で使用されていた還元鉄を還元炉２から円滑に排出するために使用される専用部材（例えば（ＦＡＩ（Ｆｌｏｗ　Ａｉｄ　Ｉｎｓｅｒｔ））等）の効果も発揮するため、別途そのような装置を設置する必要が無く、部品点数の増加を抑えることが可能である。
　図３～５に示される噴射部１０は、上方へ向かうにつれて先細りの形状を有する上部１０ｂと、下方へ向かうにつれて先細りの形状を有する下部１０ｃとを有するが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の形状であってもよい。
　また、噴射部１０に設けられる噴射口１０ａは、上部先細り部１０ｂ、もしくは下部先細り部１０ｃ、もしくはその両方に設けても良いが、下部先細り部１０ｃに同心円状上にかつ階段状に複数設け、下部からのみ噴射するのが好ましい。
　噴射部１０は、還元炉２の空間部２ｂの垂直方向に延びる中心軸Ｃに沿う位置に配置され、後述の水配管１１およびガス配管１２によって支持されている。
　ガス配管１２は、例えば、円筒状のパイプであり、炭素鋼などからなる金属製の管からなる。ガス配管１２は、還元炉２を水平方向に貫通して配置されている。ガス配管１２の両端の部分は、還元炉２の外部に突出している。ガス配管１２は、還元炉２の空間部２ｂにおいて、噴射部１０を水平方向に貫通し、かつ、噴射部１０に結合している。ガス配管１２のうち噴射部１０の内部に位置する部分には、冷却ガスＣＧを噴射部１０へ送る開口１２ａ（図４参照）が形成されている。
　ガス配管１２の両端の部分は、連結部材１６（図３～４参照）を介して冷却ガス供給部４に連通する。また、ガス配管１２の両端の部分において、連結部材１６と還元炉２の周壁２ｃとの間には螺旋管などの伸縮可能な部材１７（例えばエクスパンジョン）が設けられている。部材１７は、還元炉２表面の鉄皮から外方に延びるノズルなどに取り付けられ、ガス配管１２の長手方向の熱膨張を吸収する。
　冷却ガス供給部４は、冷却ガス導入部３へ冷却ガスを送る構成を有する。冷却ガス供給部４は、具体的には、図１に示されるように、湿式集塵機４ａと、圧縮機４ｂと、水滴除去機４ｃとを備える。還元炉２で還元鉄冷却時に使用したガスは、湿式集塵機４ａにおいて水を用いて集塵されるとともに冷却される。そして、冷却後のガスは、圧縮機４ｂで圧縮された後、水滴除去機４ｃによってガスに含まれる水滴が除去される。その後、水滴が除去されたガスは、冷却ガスＣＧとして、冷却ガス導入部３の噴射部１０へ連結部材１６を介して循環使用される。
　冷却水供給部５は、冷却ガス導入部３を冷却する冷媒として冷却水を当該冷却ガス導入部３へ送る構成を有する。具体的には、冷却水供給部５は、図１に示されるように、冷媒である水を冷却する冷却部５ａと、水を加圧する加圧機５ｂと、連絡配管５ｃ、５ｄと、還元炉２を貫通する水配管１１とを有する。水配管１１の注水側の端部１４（図３参照）は、連絡配管５ｃを介して圧縮機５ｂに連通する。水配管１１の排水側の端部１５（図３参照）は、連絡配管５ｄを通して冷却部５ａに連通する。これにより、冷却水供給部５は、冷却水を循環して使用することが可能である。
　水配管１１は、図２～５に示されるように、冷却水を噴射部１０およびガス配管１２へ送るように還元炉２の内部に位置する部分を有する構成を有する。具体的には、水配管１１は、例えば、円筒状のパイプであり、炭素鋼などからなる金属製の管からなる。水配管１１の外径は、ガス配管１２の内径よりも小さい。水配管１１は、ガス配管１２の内部に配置された状態で、還元炉２を水平方向に貫通して配置されている。すなわち、水配管１１は、還元炉２の内部に延びている。この構成では、ガス配管１２は、その内部から水配管１１によって冷却されるので、還元炉２内部の高温の環境下においても当該ガス配管１２の強度を維持することが可能である。そのため、ガス配管１２は耐熱性の高い材料で製造する必要がなくなるので、安価な材料で製造が可能である。例えば炭素鋼や低合金鋼もしくはそれら部材の外部に耐火物を施した構造のものが使用可能となる。特に耐火物を施工した場合には還元鉄も冷却されにくいことからホットＤＲＩを製造する時にはより高温の還元鉄を製造することが可能となる。しかも、水配管１１がガス配管１２の内部に配置された構造であるので、水配管１１が還元炉２内部を下降する還元鉄の進行を妨げない。
　本実施形態では、ガス配管１２の内部には、図６に示されるように、水配管１１の外面とガス配管１２の内面とを連結する連結部材として複数のリブ１９が設けられている。複数のリブ１９は、水配管１１の外面から放射状に延びるように等間隔に当該水配管１１の外面に配置されている。これにより、水配管１１は、ガス配管１２の内部において当該ガス配管１２から離間した状態でかつ当該ガス配管１２と同心状に配置される。しかも、水配管１１は、リブ１９を介して、ガス配管１２を支持する。そのため、ガス配管１２の曲げ剛性を向上させることが可能である。また、水配管１１とガス配管１２がリブ１９を介して一体に連結されるので、水配管１１およびガス配管１２全体の剛性が向上する。
　ガス配管１２内部では、水配管１１とガス配管１２とで形成された環状の空間１２ａを通って冷却ガスの流通が可能である。したがって、水配管１１およびガス配管１２によって、ガス配管１２の内部に、冷却水が通る空間１１ａと、冷却ガスが通る空間１２ａが形成される。
　なお、図６の二点鎖線で示されるように、水配管１１の空間１１ａ内部にさらに内管２０が配置されてもよい。この場合、冷却水は、水配管１１と内管２０との隙間を通って流れることが可能である。内管２０を設ける場合、内管２０の両端が閉じられ、当該内管２０の内部に水などの冷媒を充填してもよいし、あるいは戻り水用の配管として利用してもよい。
　水配管１１は、還元炉２の空間部２ｂにおいて、噴射部１０を貫通している。水配管１１は、噴射部１０の内部において、支持部材１８を介して噴射部１０に連結されている。
　水配管１１の両端の部分は、還元炉２の外部に突出し、さらに、ガス配管１０の両端に取り付けられた連結部材１６の外側に突出している。水配管１１の両端の部分は、支持部１３によってそれぞれ支持されている。この支持部１３は固定支持でも良いが、軸受け支持（すなわち水配管１１を回転自在に支持）にすることで噴射部１０の角度を容易に調整することが可能になる。
　上記のように、水配管１１およびガス配管１２は、噴射部１０を、還元炉２内部の空間２ｂ内部における当該還元炉２の周壁２ｃから離間した位置に支持する。本実施形態では、水配管１１は、支持部材１８を介して噴射部１０を支持し、それとともに、ガス配管１２は、その外周面が噴射部１０に当接した状態で噴射部１０を支持する。そのため、噴射部１０を支持するための専用の部材が不要になり、部品点数の増加を抑えることが可能である。しかも、噴射部１０は、還元炉２の周壁から離間した位置に支持されるので、還元炉２内部に冷却ガスを均一に分散して噴射することが可能である。
　シールガス導入部７は、排出口２ａから還元鉄排出チャンバ６への還元炉２内部のガスの流出を防ぐために、還元鉄排出チャンバ６より上流側の位置から（具体的には、排出口２ａと還元鉄排出チャンバ６との間から）、当該還元鉄排出チャンバ６内部へ不活性ガスを含むシールガスを当該還元鉄排出チャンバ６へ導入する。シールガスとして用いられる不活性ガスは、高温状態の還元鉄（ホットＤＲＩ）の再酸化の抑制や還元鉄に含まれる炭素成分の消費の抑制のために、燃焼排ガスや、窒素などの不活性ガスが望ましい。
　還元鉄排出チャンバ６は、図１～２に示されるように還元炉２の下側に設置される。還元鉄排出チャンバ６は、還元炉２の排出口２ａに連通し、当該排出口２ａから排出された還元鉄を外気から遮断した状態で受け、当該還元鉄の排出速度を調整しながら排出する構成を有する。
　具体的には、還元鉄排出チャンバ６は、図７に示されるように、収容部６ｂを有する本体６ａと、導入管６ｃと、上部ワイバーバー６ｄと、下部ワイパーバー６ｅとを有する。
　本体６ａは、中空の筐体であり、還元鉄を収容する収容部６ｂを有する。収容部６ｂは、垂直方向に長い空間であり、本体６ａの下部に位置する。収容部６ｂの下部には還元鉄が排出される排出口６ｇが形成されている。
　導入管６ｃは、本体６ａの天板を貫通して設けられている。導入管６ｃは、還元炉２の排出口２ａに連通している。導入管６ｃを通して、還元炉２から送られる還元鉄と、シールガス導入部７から送られるシールガスとが本体６ａ内部に導入される。本体６ａ内部は、シールガスで満たされている。収容部６ｂには還元鉄Ｐ（図７参照）が満たされているので、収容部６ｂ下部の排出口６ｇから多量のシールガスが流出することは無い。
　導入管６ｃの内径は、炉内ガス流出を防ぐ為のシールガスの流量を削減するために、小さい方が好ましい。
　上部ワイパーバー６ｄは、本体６ａ内部において、導入管６ｃの下部に設けられている。上部ワイパーバー６ｄは、例えば、揺動軸６ｄ１と、揺動軸６ｄ１の両端部に接続された扇状の一対のガイドプレート６ｄ２と、そのガイドプレート６ｄ２間に設置されたワイパーブレード６ｄ３と有する構造体である。ガイドプレート６ｄ２およびワイパーブレード６ｄ３の下方には、下方に湾曲した板状の部材６ｄ４が配置されている。ワイパーブレード６ｄ３がガイドプレート６ｄ２とともに揺動軸６ｄ１を回転中心として水平方向に揺動することにより、導入管６ｃを通して落下してくる還元鉄は本体６ａの内部へ送出速度を調整されながら下方へ送り出される。本体６ａに導入された還元鉄は、篩いなどを通って耐火物の破片等の異物が除去された後に、本体６ａ下部の収容部６ｂに収容される。
　下部ワイパーバー６ｅは、収容部６ｂの下部に形成された排出口６ｇの下側（すなわち収容部６ｂの外側）に設けられている。すなわち、下部ワイパーバー６ｅは排出口６ｇの直下の位置に配置されている。下部ワイパーバー６ｅは、上部ワイパーバー６ｄと同様の構成を有しており、揺動軸と、ガイドプレートと、ワイパーブレードとを有する。下部ワイパーバー６ｅのワイパーブレードが揺動軸の揺動とともに水平方向に揺動することにより、収容部６ｂに収容された還元鉄Ｐは、排出速度が調整されながら、シールガスから隔離された排出口６ｇの位置から当該還元鉄排出チャンバ６の外部へ取り出される。このように、下部ワイパーバー６ｅは、本発明の還元鉄取出し部として機能することが可能である。これによって、還元鉄排出チャンバ６から外部へ洩れ出るシールガスの量を抑えながら、還元鉄を外部へ取り出すことが可能である。　
　本実施形態では、下部ワイパーバー６ｅの揺動速度を調整することによって、所望の還元鉄を外部へ取り出す速度を調整する。これにより、収容部６ｂ内部に滞留する還元鉄の量が変化するが、これを上部ワイパーバー６ｄの速度を制御して、収容部６ｂ内部が常時還元鉄で満たされている状態を維持することが可能である。その結果、還元鉄排出チャンバ６の排出口６ｇからシールガスや還元炉２内のガスが下流のコンベアＣの周囲に漏洩するおそれが低減する。
　還元鉄排出チャンバ６の外部へ取り出された還元鉄は、コンベアＣによって所定の設備に搬送される。
　除塵部８は、図１に示されるように、還元鉄排出チャンバ６の内部に導入されたシールガスを当該還元鉄排出チャンバ６の外部へ抜き出して除塵する構成を有する。具体的には、除塵部８は、乾式集塵機８ａと、水封チャンバ８ｂと、湿式集塵機８ｃとを有する。図１に示される還元鉄製造装置１では、シールガスは、除塵部８の乾式集塵機８ａおよび湿式集塵機８ｃによって除塵されるとともに湿式集塵機８ｃで冷却される。除塵および冷却されたシールガスは、煙突２１から外部へ排出される。また、還元鉄排出チャンバ６内部のガスの圧力が高くなったとき（例えば、還元炉２内部のガスの吹き抜けなど）などの緊急時には、乾式集塵機８ａで除塵されたシールガスは、水封チャンバ８ｂを通して外部に安全に排出される。
　上記のように構成された還元鉄製造装置１では、還元炉２から冷却された還元鉄（コールドＤＲＩ）を排出する場合には、冷却ガス供給部４から冷却ガスＣＧが冷却ガス導入部３へ供給される。冷却ガス導入部３では、図３～４に示されるように、冷却ガス供給部４から送られた冷却ガスＣＧは、連結部材１６を介してガス配管１２に導入される。ガス配管１２内部の冷却ガスＣＧは、還元炉２の内部において、ガス配管１２の開口１２ａを通して噴射部１０に導入される。そして、噴射部１０内部の冷却ガスＣＧは、噴射部１０の下向きの噴射口１０ａから還元炉２の空間部２ｂに導入され、還元鉄を冷却する。これにより、還元炉２内部においてコールドＤＲＩが生成される。これにより、コールドＤＲＩを還元炉２から直接取り出すことが可能であるので、還元炉２の外部には冷却部が不要になる。
　一方、還元炉２から高温の状態の還元鉄（ホットＤＲＩ）を高温を維持しながら取り出す場合には、冷却ガス導入部３からの冷却ガスの導入を止めた状態で、還元炉２から熱い状態が維持されたホットＤＲＩを排出する。これにより、１つの還元炉２からホットＤＲＩおよびコールドＤＲＩのいずれかを選択して取り出すことが可能である。
　ホットＤＲＩを取り出す状態では、冷却ガス導入部３は、冷却ガスによって冷却されないが、冷却水供給部５から送られる冷却水によって常時冷却されている。具体的には、冷却水供給部５の水配管１１の注水側の端部１４には、冷却部５ａで冷却された冷却水ＣＷが加圧機５ｂおよび連絡配管５ｃを介して送られる。冷却水ＣＷは、水配管１１を通ることにより、冷却ガス導入部３のガス配管１２および噴射部１０へ送られる。これにより、冷却水ＣＷは、水配管１１を介してガス配管１２および噴射部１０から熱を吸収し、当該ガス配管１２および噴射部１０を冷却することが可能である。ガス配管１２および噴射部１０の熱は、輻射熱として水配管１１へ直接伝達されるか、またはリブ１９（図６参照）を介して水配管１１へ伝導される。以上のようにして、冷却ガス導入部３のガス配管１２および噴射部１０は、冷却水供給部５から送られる冷却水ＣＷによって常時冷却されることによって還元炉２内部の高熱から保護される。よって、還元炉２の下流側において還元炉２の外部にＤＲＩの冷却部およびホットＤＲＩ取り出し部を別途設ける必要がなくなる。その結果、還元鉄製造装置１全体の高さを抑えることが可能である。
　ガス配管１２および噴射部１０の冷却を行った後の水は、温排水ＥＷとして水配管１１の排出側の端部１５から排出される。温排水ＥＷは、連絡配管５ｄを介して冷却部５ａに戻され、冷却されて冷却水ＣＷとして再利用される。
　しかも、この構成では、冷却ガス導入部３から還元炉２内部への冷却ガスの導入を止めた状態では、コールドＤＲＩの生産を全くしないでホットＤＲＩのみを還元炉２から排出、すなわち全量排出することが可能になる。よって、ホットＤＲＩの生産効率の向上が可能である。また、これにより、還元炉２の下流側の設備、たとえば電気炉などにおいて、ホットＤＲＩの全量の受け入れが可能な状態では、還元炉２から電気炉へホットＤＲＩを全量送り込むことにより、電気炉での電気消費量の削減が可能になる。一方、還元炉２の下流側の設備がホットＤＲＩを受け入れられない状態では、コールドＤＲＩを排出すれば、ビンやヤードで保管することが可能になる。これにより、還元炉２およびそれを含む還元鉄製造装置１の全体の稼働率が向上する。
　また、冷却ガス導入部３（具体的には、それを構成する噴射部１０およびガス配管１２）は、ホットＤＲＩを取り出すときに冷却ガスの導入が停止されているときでも、冷却水供給部５から供給される冷却水によって冷却されるので、還元炉２内部の高い温度（７００～９００度程度）環境下でも使用可能である。したがって、冷却ガス導入部３は、高ＮｉＣｒ鋼などの高熱に耐えられる材料で製造する必要がなくなり、安価な材料、例えば炭素鋼や低合金鋼もしくはそれら部材の外部に耐火物を施した構造のものが使用可能となる。特に耐火物を施工した場合には還元鉄も冷却されにくいことからホットＤＲＩを製造する時にはより高温の還元鉄を製造することが可能となる。
　なお、上記実施形態では、冷却ガス導入部３を冷却する冷媒として、水を例にあげて説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の冷媒（例えば油などの液体）を冷却媒体として用いてもよい。また、冷媒としてガスを用いてもよい。
　上記実施形態では、冷却ガス導入部３の噴射部１０は、水配管１１およびガス配管１２の両方によって支持されている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、水配管１１およびガス配管１２の少なくとも１つによって噴射部１０が支持されていればよい。したがって、水配管１１のみまたはガス配管１２のみによって、噴射部１０が支持されてもよい。
　例えば、本発明の変形例として、図８に示されるように、冷却ガス導入部３を構成する噴射部１０およびガス配管１２が炭素鋼などで一体に形成されることにより、当該ガス配管１２が噴射部１０を支持するようにしてもよい。この場合、水配管１１は、噴射部１０を支持する必要が無いので、水配管１１は、複数の細いパイプ１１ｂによって構成されることも可能である。
　上記実施形態では、還元鉄排出チャンバ６は、当該収容部６ｂに収容された還元鉄の取出し部として下部ワイパーバー６ｅを有しているが、本発明はこれに限定されるものではない。収容部６ｂに収容された還元鉄を大気と遮断した状態で外部へ取り出すことが可能な構成であれば、他の形態の還元鉄取出し部（例えば二重ダンパやロータリータイプのフィーダなど）を採用してもよい。
　例えば、本発明の他の変形例として、還元鉄排出チャンバ６は、還元鉄取出し部として図９に示されるような二重ダンパ６ｆを備えてもよい。
　二重ダンパ６ｆは、収容部６ｂの下流側に設置される。二重ダンパ６ｆは、複数の収容部分６ｆ１と、各収容部分６ｆ１に設けられたダンパ６ｆ２とを有する。複数（図９では２個）の収容部分６ｆ１は、垂直方向に並んで配置されている。各収容部分６ｆ１は、上面および下面において開口を有する。上側の収容部分６ｆ１は、収容部６ｂの排出口６ｇに接続されている。２個の収容部分６ｆ１は、互いに直列に連通している。下側の収容部分６ｆ１は、下方に開く開口６ｆ３を有する。ダンパ６ｆ２は、各収容部分６ｆ１の上面側の開口を開閉する構成を有する。ダンパ６ｆ２が上面側の開口を閉じたときには、開口を通してのガスおよび還元鉄の流れは遮断される。
　上記の二重ダンパ６ｆでは、下側のダンパ６ｆ２が閉じた状態で上側のダンパ６ｆ２が開いたときに、収容部６ｂ内部の還元鉄Ｐが上側の収容部分６ｆ１へ重力により移動する。次いで、上側のダンパ６ｆ２を閉じて下側のダンパ６ｆ２が開いたときには、上側の収容部分６ｆ１内部の還元鉄が、下側の収容部分６ｆ１へ重力により移動し、開口６ｆ３を通して外部へ排出される。このとき、収容部６ｂから上側の収容部分６ｆ１へのガスの流れは上側のダンパ６ｆ２によって遮断されるので、収容部６ｂ内部のガスが還元鉄Ｐとともに外部へ洩れるおそれがない。
　上記実施形態では、還元鉄排出チャンバ６の内部に導入されたシールガスは、図１に示されるように、除塵部８によって除塵された後に煙突２１から外部へ排出されているが、本発明はこれに限定されるものではない。
　本発明のさらに他の変形例として、図１０に示されるように、還元鉄製造装置は、除塵部８によって除塵されたシールガスをシールガス導入部７に戻して再利用できるように、シールガス戻し部３１を備えてもよい。
　シールガスは、上記のように、高温状態の還元鉄（ホットＤＲＩ）の再酸化の抑制や還元鉄に含まれる炭素成分の消費の抑制のために、窒素を含む不活性ガスが用いられている。図１に示される上記の実施形態の構造では、窒素を含むシールガスは、除塵部８によって除塵された後に煙突２１から外部へ排出されるので、窒素の消費量の増大を抑えることが難しいという問題がある。
　そこで、上記の問題を解決するために、本発明のさらに他の変形例として、図１０に示されるように、シールガス戻し部３１を備えた還元鉄製造装置が提案される。この装置では、除塵部８によって除塵されたシールガスをシールガス戻し部３１によってシールガス導入部７に戻して再利用できるので、窒素の消費量を抑制することが可能になる。
　具体的には、図１０に示される還元鉄製造装置は、上記図１に示される還元鉄製造装置１の構成において、除塵部８の下流側において、煙突２１（図１参照）の代わりに、シールガス戻し部３１と、酸素濃度検出部３２と、不活性ガス補充部３３とを有する。
　シールガス戻し部３１は、圧縮機３４と、パルセーションダンパ３５と、水滴除去機３６と、連絡配管３７とを有し、これらは配管によって直列に接続される。
　このシールガス戻し部３１では、除塵部８の湿式集塵機８ｃから排出された除塵および冷却後のシールガスは、圧縮機３４によって加圧され、パルセーションダンパ３５で脈動を抑制され、水滴除去機３６で水滴が除去される。その後、シールガスは、連絡配管３７を通して、シールガス導入部７に戻される。
　図１０に示される還元鉄製造装置では、還元炉２の排出口２ａから還元鉄排出チャンバ６への還元炉２内部のガスの流出を防ぐために、シールガス導入部７から当該還元鉄排出チャンバ６へ不活性ガスを含むシールガスを導入する構成において、還元鉄排出チャンバ６の内部に導入されたシールガスを除塵部８で除塵した後に、シールガス戻し部３１およびシールガス導入部７を介して再び還元鉄排出チャンバ６へ循環して使用することが可能である。そのため、シールガスに含まれる窒素などの不活性ガスの消費量を抑えることが可能になる。
　また、図１０に示される構成では、シールガス戻し部３１によって、循環して使用されるシールガスは、除塵部８の湿式集塵機８ｃによって水を用いて更なる集塵とともに冷却されるので、還元鉄排出チャンバ６に戻されるシールガスの温度が下がり、一定温度でシールガスを循環利用することが可能となる。
　また、図１０に示される還元鉄製造装置では、酸素濃度検出部３２および不活性ガス補充部３３を備えているので、循環して使用されるシールガスの酸素濃度多い場合に不活性ガスを補充することが可能である。具体的には以下の通りである。
　酸素濃度検出部３２は、除塵部８によって除塵されたシールガスの酸素濃度を検出する構成を有しており、例えば、酸素センサなどである。
　不活性ガス補充部３３は、酸素濃度検出部３２によって検出された除塵されたシールガスの酸素濃度が所定の上限値を上回るときに、除塵されたシールガスへ不活性ガスを補充する構成を有する。具体的には、不活性ガス補充部３３は、自動制御弁３３ａと、窒素などの不活性ガスが貯留された不活性ガス源３３ｂとを有する。自動制御弁３３ａは、酸素濃度検出部３２で検出された酸素濃度が上限値を上回ったときに、酸素濃度検出部３２または図示しない制御用のコンピュータなどから信号を受けたときに開くことにより、不活性ガス源３３ｂから窒素などの不活性ガスをシールガス戻し部３１（具体的には、圧縮機３４と湿式集塵機８ｃとを連通する配管など）へ送って除塵されたシールガスへ補充する。
　除塵部８によって除塵されたシールガスは、還元鉄排出チャンバ６に戻して循環して使用されるので、還元鉄製造装置外部の空気の混入のおそれを有する。空気の混入によって、循環して使用されるシールガスの酸素濃度が所定の上限値（例えば１％）を上回っている場合には、還元鉄排出チャンバ６内部において還元鉄がシールガスに含まれる酸素によって再酸化されるおそれがある。そこで、この構成では、除塵後のシールガスの酸素濃度を酸素濃度検出部３２で検出する。当該酸素濃度が所定の上限値を上回っているときには、不活性ガス補充部３３からシールガスへ不活性ガスを補充して酸素濃度を一定濃度以下（例えば１％以下）に下げる。そのため、還元鉄の再酸化（とくにホットＤＲＩの再酸化）を防ぐことが可能である。
　図１１に示されるように、除塵部８によって除塵されたシールガスを冷却するシールガス冷却部として熱交換器３８をさらに備えていてもよい。
　図１１に示される還元鉄製造装置は、図１０に示される還元鉄製造装置の構成において、湿式集塵機８ｃおよび水滴除去機３６を削除し、湿式集塵機８ｃの代わりに熱交換器３８を備えた構成を有する。
　熱交換器３８では、シールガスを水などの冷却媒体と熱交換することにより、シールガスの冷却をすることが可能である。また熱交換用の冷媒として、還元ガスの原料となるメタンを含む原料ガスを用いれば、原料ガスの予熱をすることが可能である。
　上記のようにシールガス冷却部として熱交換器３８を備えた還元鉄製造装置では、除塵部８によって除塵されたシールガスを熱交換器３８によって冷却することによって、シールガスの温度を熱交換器３８の下流側の機器（例えば、圧縮機３４など）の許容温度以下まで下げることが可能である。また、図１０に示される湿式集塵機８ｃおよび水滴除去機３６を備えた還元鉄製造装置と比較して部品点数を減少させることが可能である。
　本発明の還元鉄製造装置１のさらに他の変形例として、ホットＤＲＩの浸炭を促進させるために、図１２に示されるように、冷却ガス導入部３へ炭素成分を含む浸炭ガスを加熱して供給する浸炭ガス供給部４１をさらに備えていてもよい。
　ホットＤＲＩを排出する場合において、ホットＤＲＩに炭素成分を添加する浸炭処理が施されることが従来からなされている。例えば、図１２に示されるように、還元炉２の周壁２ｃに浸炭ガスＣＢＧを供給するための複数の供給管４２が設けられている。供給管４２は、図１の浸炭ガス導入部４０に接続されている。浸炭ガスＣＢＧは、炭素成分を含むガスであり、例えば天然ガス（メタンなど）などである。浸炭ガスＣＢＧは、４００～５００℃程度に昇温した状態で、複数の供給管４２から還元炉２内部の空間２ｂに供給される。これにより、還元炉２内部では、還元鉄が浸炭ガスＣＢＧから炭素成分を添加されて浸炭処理が施される。しかし、浸炭ガスＣＢＧは、還元炉２の周壁２ｃに設けられた供給管４２から還元炉２の内部へ供給された場合には、還元炉２の内部で均等に分散されにくいので、浸炭の促進が難しい。
　そこで、図１２に示されるように、還元炉２の周壁２ｃの供給管４２に代わってもしくは供給管４２とともに、還元炉２の内部に設けられた冷却ガス導入部３の噴射部１０から浸炭ガスＣＢＧを供給できるように、浸炭ガス供給部４１が設けられている。
　浸炭ガス供給部４１は、浸炭ガスＣＢＧを加熱（例えば４００～５００℃程度に昇温）して冷却ガス導入部３のガス配管１２に供給する構成を有し、例えばヒータおよび圧縮機などを有する。浸炭ガス供給部４１は、ガス配管１２の片側もしくは両端の部分に連結部材１６を介して接続される。
　図１２に示される還元鉄製造装置では、浸炭ガス供給部４１は、冷却ガスが冷却ガス供給部４から冷却ガス導入部３への供給が停止されているとき（例えば、連絡配管４ｃに設置された開閉弁４ｅが閉じている状態）に、浸炭ガスＣＢＧを冷却ガス導入部３へ供給する。冷却ガス導入部３では、浸炭ガスＣＢＧは、ガス配管１２を通って還元炉２の空間２ｂ内部の中央に設置された噴射部１０に送られる。これによって、冷却ガス導入部３の噴射部１０は、還元鉄の浸炭のために、浸炭ガスＣＢＧを還元炉２内部へ導入することが可能になる。換言すれば、ホットＤＲＩを生産するときには、冷却ガス導入部３から還元炉２へ冷却ガスが導入されない状態で還元炉２から還元鉄が高熱の状態で排出される。このときに、浸炭ガス供給部４１が炭素を含む浸炭ガスＣＢＧを高温に加熱して冷却ガス導入部３へ供給し、それによって、冷却ガス導入部３が浸炭ガスＣＢＧを還元炉２内部へ導入する。これにより、還元炉２の周壁２ｃの供給管４２だけでなく、還元炉２の中央に設置された噴射部１０から浸炭ガスＣＢＧを還元炉２内部に導入することにより、還元鉄の浸炭を促進することが可能である。すなわち、ホットＤＲＩ生産時に冷却ガス導入部３の噴射部１０の噴射口１０ａから浸炭ガスを噴射することにより、還元炉２の中央付近まで浸炭ガスＣＢＧが届きやすくなり、浸炭の効果が促進される。
　なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。
　本実施形態の還元鉄製造装置は、還元ガスを用いて酸化鉄を還元することにより還元鉄を生成する還元炉と、前記還元炉の内部に位置する部分を有し、前記還元鉄を冷却する冷却ガスを還元炉内部に導入する冷却ガス導入部と、前記冷却ガス導入部へ冷却ガスを送る冷却ガス供給部と、前記冷却ガス導入部を冷却する冷媒を当該冷却ガス導入部へ送る冷媒供給部と、を備えることを特徴とする。
　本実施形態の還元鉄製造装置では、冷却ガス導入部が還元炉内部に位置する部分を有しているので、冷却ガス導入部が還元炉内部に冷却ガスを導入することにより、還元炉内部で還元鉄を当該冷却ガスによって冷却してコールドＤＲＩを還元炉の外部に取り出すことを可能にする。一方、冷却ガスの導入を止めることによって還元鉄をホットＤＲＩの状態で取り出すことを可能にしている。そして、ホットＤＲＩを取り出すときでも、当該冷却ガス導入部は冷媒供給部から供給される冷媒によって冷却されているので、当該冷却ガス導入部を還元炉内部の高熱から保護することが可能にする。
　すなわち、還元炉から冷却されたＤＲＩを排出する場合には、冷却ガス導入部から還元炉内部に導入された冷却ガスによって、還元炉内部でＤＲＩを冷却して排出する。一方、還元炉からホットＤＲＩを取り出す場合には、冷却ガス導入部からの冷却ガスの導入を止めた状態で、還元炉から熱い状態が維持されたホットＤＲＩを排出する。これにより、ホットＤＲＩおよびコールドＤＲＩのいずれかを選択して取り出すことが可能である。ホットＤＲＩを取り出す状態では、冷却ガス導入部は、冷却ガスによって冷却されないが、冷媒供給部から送られる冷媒によって冷却されるので、還元炉内部の高熱から保護される。よって、還元炉の下流側において還元炉の外部にＤＲＩの冷却部およびホットＤＲＩ取り出し部を別途設ける必要がなくなるので、還元鉄製造装置全体の高さを抑えることが可能である。
　しかも、この構成では、冷却ガス導入部から還元炉内部への冷却ガスの導入を止めた状態では、コールドＤＲＩの生産を全くしないでホットＤＲＩを還元炉から全量排出することが可能になる。よって、ホットＤＲＩの生産効率の向上が可能である。
　また、前記冷却ガス導入部は、前記還元炉の内部に冷却ガスを噴射する噴射部と、前記噴射部に接続され、冷却ガスを前記噴射部へ送るガス配管とを有し、前記冷媒供給部は、冷媒を前記噴射部および前記ガス配管へ送るように前記還元炉の内部に位置する部分を有する冷媒配管を有し、前記冷媒配管および前記ガス配管のうちの少なくとも１つは、前記噴射部を、前記還元炉内部の空間内部における当該還元炉の周壁から離間した位置に支持するのが好ましい。
　かかる構成によれば、冷媒供給部の冷媒配管は、冷却ガス導入部の噴射部およびガス配管へ冷媒を送ることにより、当該噴射部およびガス配管の冷却を可能にする。そして、冷媒配管およびガス配管のうちの少なくとも１つを用いて、噴射部を還元炉内部の空間内部における当該還元炉の周壁から離間した位置に支持することが可能であるので、噴射部を支持するための専用の部材が不要になり、部品点数の増加を抑えることが可能である。しかも、噴射部は、還元炉の周壁から離間した位置に支持されるので、還元炉内部に冷却ガスを均一に分散して噴射することが可能である。
　前記冷媒配管は、前記ガス配管の内径よりも小さい外径を有し、前記ガス配管の内部に配置されているのが好ましい。
　かかる構成によれば、ガス配管は、その内部から冷媒配管によって冷却されるので、還元炉内部の高温の環境下においても当該ガス配管の強度を維持することが可能である。そのため、ガス配管は耐熱性の高い材料で製造する必要がなくなるので、安価な材料で製造が可能である。例えば炭素鋼や低合金鋼もしくはそれら部材の外部に耐火物を施した構造のものが使用可能となる。特に耐火物を施工した場合には還元鉄も冷却されにくいことからホットＤＲＩを製造する時にはより高温の還元鉄を製造することが可能となる。しかも、冷媒配管がガス配管の内部に配置された構造であるので、冷媒配管が還元炉内部を下降する還元鉄の進行を妨げない。
　前記冷媒配管の外面と前記ガス配管の内面とを連結する連結部材をさらに備え、前記冷媒配管は、前記ガス配管の内部に配置された状態で、前記連結部材を介して、前記ガス配管を支持するのが好ましい。
　かかる構成によれば、ガス配管の内部に配置された冷媒配管はガス配管を連結部材を介して支持することが可能になり、ガス配管の曲げ剛性を向上させることが可能である。また、冷媒配管とガス配管が連結部材を介して一体に連結されるので、冷媒配管およびガス配管全体の剛性が向上する。
　また、前記噴射部は、上方へ向かうにつれて先細りの形状を有する上部と、下方へ向かうにつれて先細りの形状を有する下部とを有するのが好ましい。
　この場合、還元炉内の中央部の還元鉄が噴射部の上部および下部の表面に沿って降下することにより、還元炉の外周部の還元鉄よりも速く降下することを防ぐことができる。これにより従来技術（上記の特許文献１等）で使用されていた還元鉄を還元炉から円滑に排出するために使用される専用部材（例えば（ＦＡＩ（Ｆｌｏｗ　Ａｉｄ　Ｉｎｓｅｒｔ））等）の効果も発揮するため、別途そのような装置を設置する必要が無く、部品点数の増加を抑えることが可能である。　ここで、上記の噴射部に設けられる噴射口は、上部先細り部、もしくは下部先細り部、もしくはその両方に設けても良いが、下部先細り部に同心円状上にかつ階段状に複数設け、下部からのみ噴射するのが好ましい。
　また、前記還元炉における還元鉄の排出口に連通し、当該排出口から排出された還元鉄を外気から遮断した状態で受ける構成を有する、還元鉄排出チャンバと、前記排出口から前記還元鉄排出チャンバへの前記還元炉内部のガスの流出を防ぐために、前記還元鉄排出チャンバより上流側の位置から不活性ガスを含むシールガスを当該還元鉄排出チャンバへ導入するシールガス導入部と、前記還元鉄排出チャンバの内部に導入されたシールガスを当該還元鉄排出チャンバの外部へ抜き出して除塵する除塵部と、前記除塵部によって除塵されたシールガスを前記シールガス導入部へ戻すシールガス戻し部と、を有するのが好ましい。
　かかる構成によれば、還元炉の排出口から還元鉄排出チャンバへの還元炉内部のガスの流入を防ぐために、当該還元鉄排出チャンバへ不活性ガスを含むシールガスを導入する構成において、還元鉄排出チャンバの内部に導入されたシールガスを除塵部で除塵した後に、シール戻し部およびシールガス導入部を介して再び還元鉄排出チャンバへ循環して使用することが可能である。そのため、シールガスに含まれる不活性ガスの消費量を抑えることが可能になる。
　また、前記除塵部によって除塵されたシールガスの酸素濃度を検出する酸素濃度検出部と、前記酸素濃度検出部によって検出された当該除塵されたシールガスの前記酸素濃度が所定の上限値を上回るときに、当該除塵されたシールガスへ不活性ガスを補充する不活性ガス補充部とをさらに備えているのが好ましい。
　除塵部によって除塵されたシールガスは、還元鉄排出チャンバに戻して循環して使用されるが、除塵後のシールガスの酸素濃度が所定の上限値を上回っている場合には、還元鉄排出チャンバ内部において還元鉄がシールガスに含まれる酸素によって再酸化されるおそれがある。そこで、この構成では、除塵後のシールガスの酸素濃度を酸素濃度検出部で検出し、当該酸素濃度が所定の上限値を上回っているときには、不活性ガス補充部からシールガスへ不活性ガスを補充して酸素濃度を下げるので、還元鉄の再酸化を防ぐことが可能である。
　前記除塵部によって除塵されたシールガスを冷却するシールガス冷却部をさらに備えていてもよい。
　かかる構成によれば、除塵部によって除塵されたシールガスをシールガス冷却部によって冷却することによって、シールガスの温度をシールガス冷却部の下流側の機器の許容温度以下まで下げることが可能である。
　また、前記冷却ガス導入部へ炭素成分を含むメタンガスなどの浸炭ガスを加熱して供給する浸炭ガス供給部をさらに備えているのが好ましい。
　この構成では、浸炭ガス供給部は、冷却ガスが冷却ガス供給部から前記冷却ガス導入部への供給が停止されているときに、浸炭ガスを冷却ガス導入部へ供給することによって、冷却ガス導入部は、還元鉄の浸炭のために、浸炭ガスを還元炉内部へ導入することが可能になる。換言すれば、ホットＤＲＩを生産するときには、冷却ガス導入部から還元炉へ冷却ガスが導入されない状態で還元炉から還元鉄が高熱の状態で排出される。このときに、浸炭ガス供給部が炭素成分を含むメタンなどの浸炭ガスを加熱して冷却ガス導入部へ供給し、それによって、冷却ガス導入部が浸炭ガスを還元炉内部へ導入する。これにより、還元鉄の浸炭を促進することが可能である。

Claims (9)

  1. 　還元ガスを用いて酸化鉄を還元することにより還元鉄を生成する還元炉と、
    　前記還元炉の内部に位置する部分を有し、前記還元鉄を冷却する冷却ガスを還元炉内部に導入する冷却ガス導入部と、
    　前記冷却ガス導入部へ冷却ガスを送る冷却ガス供給部と、
    　前記冷却ガス導入部を冷却する冷媒を当該冷却ガス導入部へ送る冷媒供給部と、
    を備える還元鉄製造装置。
  2. 　前記冷却ガス導入部は、前記還元炉の内部に冷却ガスを噴射する噴射部と、前記噴射部に接続され、冷却ガスを前記噴射部へ送るガス配管とを有し、
    　前記冷媒供給部は、冷媒を前記噴射部および前記ガス配管へ送るように前記還元炉の内部に位置する部分を有する冷媒配管を有し、
    　前記冷媒配管および前記ガス配管のうちの少なくとも１つは、前記噴射部を、前記還元炉内部の空間内部における当該還元炉の周壁から離間した位置に支持する、
    　請求項１に記載の還元鉄製造装置。
  3. 　前記冷媒配管は、前記ガス配管の内径よりも小さい外径を有し、前記ガス配管の内部に配置されている、
    請求項２に記載の還元鉄製造装置。
  4. 　前記冷媒配管の外面と前記ガス配管の内面とを連結する連結部材をさらに備え、
    　前記冷媒配管は、前記ガス配管の内部に配置された状態で、前記連結部材を介して、前記ガス配管を支持する、
    請求項３に記載の還元鉄製造装置。
  5. 　前記噴射部は、上方へ向かうにつれて先細りの形状を有する上部と、下方へ向かうにつれて先細りの形状を有する下部とを有する、
    請求項２から４のいずれかに記載の還元鉄製造装置。
  6. 　前記還元炉における還元鉄の排出口に連通し、当該排出口から排出された還元鉄を外気から遮断した状態で受ける構成を有する、還元鉄排出チャンバと、
    　前記排出口から前記還元鉄排出チャンバへの前記還元炉内部のガスの流出を防ぐために、前記還元鉄排出チャンバより上流側の位置から不活性ガスを含むシールガスを当該還元鉄排出チャンバへ導入するシールガス導入部と、
    　前記還元鉄排出チャンバの内部に導入されたシールガスを当該還元鉄排出チャンバの外部へ抜き出して除塵する除塵部と、
    　前記除塵部によって除塵されたシールガスを前記シールガス導入部へ戻すシールガス戻し部と、
    をさらに有する、
    請求項１から４のいずれかに記載の還元鉄製造装置。
  7. 　前記除塵部によって除塵されたシールガスの酸素濃度を検出する酸素濃度検出部と、
    　前記酸素濃度検出部によって検出された当該除塵されたシールガスの前記酸素濃度が所定の上限値を上回るときに、当該除塵されたシールガスへ不活性ガスを補充する不活性ガス補充部と
    をさらに備えている、
    請求項６に記載の還元鉄製造装置。
  8. 　前記除塵部によって除塵されたシールガスを冷却するシールガス冷却部をさらに備えている、
    請求項６に記載の還元鉄製造装置。
  9. 　前記冷却ガス導入部へ炭素成分を含む浸炭ガスを加熱して供給する浸炭ガス供給部をさらに備えている、
    請求項１から４のいずれかに記載の還元鉄製造装置。
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