JPH1060514A - 直接還元法及び回転床炉 - Google Patents

直接還元法及び回転床炉

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JPH1060514A
JPH1060514A JP8215743A JP21574396A JPH1060514A JP H1060514 A JPH1060514 A JP H1060514A JP 8215743 A JP8215743 A JP 8215743A JP 21574396 A JP21574396 A JP 21574396A JP H1060514 A JPH1060514 A JP H1060514A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 還元に伴う可燃性ガスを効率良く燃焼させ被
加熱物への熱の供給源とすることにより回転床炉のバー
ナーの投入燃料を低減させ、燃料原単位の低減を達成す
ることができる二次燃焼用空気を用いた直接還元法及び
回転床炉を提供する。 【解決手段】 金属酸化物と石炭等との混合物等を含む
被加熱物を回転床炉１の炉床２に供給し、該回転床炉の
天井部３或いは側壁上部３ａに設けられたバーナー４の
火炎を用いて被加熱物５を加熱・還元し、被加熱物を回
転床炉１外へ排出し回収する構成の回転床炉において、
バーナー４下方の炉床２近傍に、被加熱物から発生する
可燃性ガスを燃焼させる二次燃焼用空気供給手段６を設
け、被加熱物５の近傍に二次燃焼用空気を導入すれば、
二次燃焼による火炎が形成でき、被加熱物５への着熱が
促進される。また、その二次燃焼用空気とバーナー４か
らの余剰空気とを併用し、適切な空気量配分に調整すれ
ば、被加熱物５への着熱が効果的に行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は直接還元プロセスに
関し、より詳しくは被加熱物から発生する可燃性ガスを
燃焼させるべく二次燃焼用ガスを投入する直接還元法及
び回転床炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ペレット或いはブリケット等の粒
状の金属酸化物または金属酸化物と石炭等との混合物
（以下、これらを総称して被加熱物と呼ぶことがある）
を回転床炉内に投入し、直接還元するプロセスが知られ
ている。
【０００３】上記回転床炉は、直接還元製鉄プロセス中
で被加熱物に対し複数のバーナーから熱を供給するもの
であり、炉内温度を1200〜1500℃に加熱保持するように
なっている。
【０００４】この種の直接還元に関する技術としては、
還元剤を内装した酸化金属をロータリーハース型焼成炉
に供給し、加熱する方法が知られている（例えば米国特
許第4,622,905 号公報参照）。同公報に記載の技術は、
多様なバーナを採用し微粉炭との混焼により輝炎を等量
比、或いは等量比付近で操業するというものである。
【０００５】また、米国特許第4,401,214 号公報によれ
ば、還元に伴うガスを燃焼させるのに必要な空気量をバ
ーナーのみに供給して操業しており、ガス或いは液体燃
料と予熱燃焼空気を用いれば上記の雰囲気を実現するこ
とができると記載されている。このように、上記した各
従来技術には、還元鉄を製造する上で等量空気量をバー
ナーを用いて炉内に投入する点が示されている。
【０００６】さらにまた、２段燃焼については、従来か
ら例えば鋼材加熱炉やボイラにおいて低ＮＯｘを目的と
して実施されている。この他、炉内で発生したＣＯ2 ，
Ｈ2含有の可燃性ガスを炉外で別途設置されている二次
燃焼炉内に導入して完全燃焼させる方法も知られてい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように、炉内温度
を一定に保つ操業を行えば、被加熱物を炉内に投入した
時点でＣＯ，Ｈ2 ，ＣＨ4 等の可燃性ガスが大量に発生
し、時間の経過とともにその発生した可燃性ガスが減少
する現象については従来から認識されているものの、別
の燃焼炉に送って燃焼させているのが一般的であり、特
に注目されていないことから、被加熱物の加熱に対して
何ら供せられていないのが実状である。
【０００８】例えばボイラ等で実施されている２段燃焼
とは、図１２に示すように、加熱炉の各帯にバーナー３
０を有し、燃料はノズル３１から供給される。燃焼用空
気は、ノズル３１の周囲から供給される一次空気３２
と、その外側から供給される二次空気とに分かれ、一般
に、一次空気比を０．６〜０．８にして一次燃焼帯では
ＣＯ，Ｈ2 を発生させ還元ガス条件とし、さらに二次空
気をその外側から供給して一次燃焼帯で発生したＣＯ，
Ｈ2 を完全燃焼させるというものである。それにより、
燃焼が緩慢に進みFuelＮＯｘ及びThermal ＮＯｘが顕著
に低下することを実現している。しかしながら、余剰空
気を調整する方法においても、また、２段燃焼を実施す
る方法においても、被加熱物から発生した可燃性ガスを
その被加熱物近傍で燃焼させるという手法は全く存在し
ていない。
【０００９】本発明は以上のような従来の燃焼炉におけ
る課題を考慮してなされたものであり、還元に伴う可燃
性ガスを効率良く燃焼させ、被加熱物へ対し熱の供給源
として与えることにより回転床炉のバーナーの投入燃料
を低減させ、燃料原単位の低減を達成することができる
直接還元法及び回転床炉を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の直接還元法は、
金属酸化物と石炭等との混合物を含む被加熱物を回転床
炉に供給し、該回転床炉内天井部或いは側壁上部に設け
られたバーナーの火炎を用いて被加熱物を加熱・還元
し、被加熱物を回転床炉外へ排出し回収する直接還元法
において、バーナー下方の炉床近傍に、被加熱物から発
生する可燃性ガスを燃焼させるための二次燃焼用ガスを
供給し、可燃性ガスを燃焼させることにより、被加熱物
の加熱源として使用することを要旨とする。
【００１１】上記直接還元法においては、バーナーに供
給する一次燃焼用ガスと二次燃焼用ガスの供給割合を調
整することにより、被加熱物近傍の温度を制御すること
が好ましい。なお、上記制御するとは、燃料原単位が最
少となるように行うことが好ましい。
【００１２】本発明の回転床炉は、金属酸化物と石炭等
との混合物を含む被加熱物を炉床に供給し、回転床炉の
天井部或いは側壁上部に設けられたバーナーの火炎を用
いて被加熱物を加熱・還元し、被加熱物を回転床炉外へ
排出し回収する構成の回転床炉において、バーナー下方
の炉床近傍に、被加熱物から発生する可燃性ガスを燃焼
させるための二次燃焼用ガスを供給するガス供給手段を
設けたことを要旨とする。
【００１３】本発明の回転床炉においては、バーナーを
挟むようにして回転床炉の天井部から仕切部材を垂設
し、回転床炉内に複数の燃焼室を区画形成することが好
ましい。また、その仕切部材にガス供給手段を備えるこ
とができる。ガス供給手段の一例としてはヘッダーに複
数のノズルを配列したもの等が示される。
【００１４】また、本発明においては、可燃性ガスに対
して渦流を付与する渦流形成部材を仕切部材と並設する
ことが好ましい。渦流形成部材の一例としては、前記仕
切板と同じ形状の板部材等が示される。本発明における
二次燃焼用ガスの一例としては、空気、酸素富化したガ
ス等が示される。
【００１５】本発明において、被加熱物を還元するため
には炉内は1200〜1500℃に加熱、保持される。従って、
被加熱物から発生する可燃性ガスについても瞬時に被加
熱物と同じ温度となる。一般に、600 ℃を超える高温下
では、可燃性ガスの反応速度は速く、酸化剤との混合律
則となり、混合は対流と拡散により支配される。そこで
バーナーからの余剰空気（ガス）だけでなく、二次燃焼
専用のガス供給装置を設けることにより、二次燃焼を制
御することが可能になる。
【００１６】しかも、ガス供給装置を被加熱物近傍に配
置する構成のため、混合は促進され可燃性ガスを効率良
く燃焼させることができ、それにより被加熱物に対し熱
の供給源とすることができる。このように、バーナーか
らの余剰空気と二次燃焼用のガス供給装置とを併用する
とともに、両者の供給量を適切に制御すれば、燃料を節
約して被加熱物を効率良く加熱することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図面に示した好ましい実施
の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本
発明の二次燃焼空気を用いた直接還元法を実施するため
に使用される回転床炉の一実施形態を示す平面図であ
り、図２はその要部正面図としてのＡ方向矢視図であ
る。
【００１８】両図に示す回転床炉１は、金属酸化物と石
炭等との混合物を含む被加熱物を炉床２に供給し、回転
床炉１内の天井部３に設けられたバーナー４の火炎を用
いて被加熱物５を加熱・還元し、被加熱物を回転床炉１
外へ排出し回収するように構成されている。
【００１９】本発明の特徴部分は、バーナー４下方の炉
床２近傍に、可燃性ガス燃焼用の二次燃焼用空気を供給
する、ガス供給手段としての二次燃焼空気供給装置６を
設けたことにある。以下、各部の構成について詳細に説
明する。
【００２０】回転床炉１において被加熱物５は被加熱物
供給装置７から炉床２上に装入され、回転する炉床２上
でバーナー４により加熱され、被加熱物回収装置８から
回収される。なお、加熱された被加熱物から発生した可
燃性ガスＧａは、煙道９へ向かう。
【００２１】可燃性ガスＧａの発生量は、場所（時間）
によって異なるものであり、従って二次燃焼用空気の供
給量も当然に異なることになる。本実施形態における二
次燃焼用空気供給装置６は、回転床炉１にて可燃性ガス
が発生する部位を狙って配置されている。具体的には回
転床炉２において、その半径方向にパイプ状のヘッダ６
ａが放射状に３本架設されている。各ヘッダ６ａには、
被加熱物５の移動方向に向けて複数のノズル６ｂが配列
されている。また、二次燃焼用空気供給装置６は、バー
ナー４と被加熱物５との間の、被加熱物５寄りに配置さ
れており（図２参照）、被加熱物５から発生する可燃性
ガスＧａに対して二次燃焼用空気を供給することができ
るようになっている。
【００２２】また、図３は回転床炉１内の温度を制御す
るための構成を示したものであり、回転床炉１内を複数
の領域に分割し得る仕切部材としての仕切壁１０が設け
られている。この仕切壁１０内に二次燃焼用空気供給装
置１１が備えられ、水平方向及び水平方向から３０゜上
向きの範囲内で二次燃焼用空気を供給することができる
ようになっている。この構成によれば、領域Ｂのガス流
れ上流側に相当する領域Ｃから流れてくる可燃性ガスＧ
ａ1 についても効率良く燃焼させることができる。
【００２３】また、図６に示すように、被加熱物を炉内
に投入した直後の領域１，２については、図１１に示す
ように多量の可燃性ガスが発生するため、二次燃焼空気
を水平から下向きの角度で供給すれば、被加熱物を再酸
化させることなく、より効率良く二次燃焼を促進させる
ことができる。一方、被加熱物が加熱される後半となる
図６の領域３では、可燃性ガスの発生量が少ないため、
被加熱物に向けて二次燃焼空気を吹き付けると、還元さ
れた被加熱物が再酸化される恐れがある。
【００２４】図４は図３と同様に回転床炉１内の温度を
制御するものであるが、回転床炉１内を複数の領域に区
画し得る仕切壁１２を設けるとともに、その仕切壁１２
の下方に、その仕切壁１２と並んで渦流形成部材として
の第二の仕切壁１３を垂設し、その第二の仕切壁１３に
二次燃焼用空気供給装置１４を配置したものである。こ
の構成によれば、第二の仕切壁１３におけるガス流れ下
流側に渦流Ｇａ2 が形成されるため、可燃性ガスの対流
時間を長くすることが可能になる。従って、可燃性ガス
と二次燃焼用空気との混合がさらに促進され、被加熱物
５への熱の供給がより効率良く実施される。
【００２５】図５は二次燃焼用空気を回転床炉１の側壁
から供給する場合を示したものである。この構成は、回
転床炉１における半径方向長さが比較的小さい場合に有
効である。二次燃焼用空気を供給するノズル孔１５は、
内周側壁１６及び外周側壁１７にそれぞれ備えられてお
り、二次燃焼用空気を回転床炉１内に対向して供給する
ことができるようになっている。
【００２６】
【実施例】図６は４つの領域から構成される回転床炉１
を展開して示したものである。同図においてフィーダー
２０から装入されたペレットＰは４つの領域を移動する
間に加熱され還元され、ディスチャージ２１から排出さ
れる。
【００２７】図７は上記領域の内の１つの領域を示した
ものである。同図において、回転床炉１における領域１
〜領域３内には、発生する可燃性ガス量に応じ二次燃焼
用空気供給装置２２がそれぞれ配置されている。即ち、
この構成では、領域内に１つの二次燃焼用空気供給装置
２２を設けた例を示している。
【００２８】上記各領域内は1250〜1450℃の温度に制御
され、バーナー４から得られる余剰空気と、二次燃焼用
空気供給装置２２から得られる二次燃焼用空気とが、可
燃性ガスとの反応に供せられる。同図に示す構成では、
二次燃焼用空気はペレット移動方向と平行する方向に向
けて供給される。これにより、ペレットＰの燃焼によっ
てその上方に浮遊する可燃性ガスＣＯは、余剰空気及び
二次燃焼用空気の供給によって二次燃焼され、ペレット
Ｐ加熱用の加熱源として利用される。
【００２９】なお、図６において、領域４では二次燃焼
用空気供給装置２２が設けられていない。これは領域４
では可燃性ガスがほとんど発生せず、通常の還元雰囲気
下で燃焼すれば足りるからである。しかしながら、二次
燃焼用空気供給装置を配置することを妨げるものではな
い。なお、煙道９はわずかに発生する可燃性ガスをも無
駄に排気しないように領域１〜４のほぼ中央に配置され
ている。
【００３０】また、図８( ａ) 〜( ｃ) は二次燃焼用空
気供給装置の配置の変形例を示したものである。図８(
ａ) は二次燃焼用空気供給装置の配置を、領域内におけ
るペレット移動方向下流側に配置したものである。図８
( ｂ) はバーナー４の火炎が、ペレットＰの移動方向と
逆の方向に向けられるようにバーナー４を配置したもの
である。図８( ｃ) はバーナー４の火炎が、ペレットＰ
の移動方向と逆の方向に向けられるようにバーナー４を
配置し、且つ二次燃焼用空気供給装置の配置を、領域内
におけるペレット移動方向下流側に配置したものであ
る。
【００３１】次に、被加熱物を鉄鉱石と石炭との混合物
とし、外径８．７ｍ、内径５．８ｍからなる回転床炉を
用い、炉内温度を１３５０〜１４５０℃にて実験を行っ
た結果を図９に示す。同図は二次燃焼空気に対する余剰
空気の比と、ペレット近傍温度の関係を示したものであ
る。同グラフにおいて、１．５〜１．８の範囲で空気量
を制御すれば、好ましいペレット近傍温度が得られるこ
とになる。
【００３２】また、図１０は二次燃焼用空気に対する余
剰空気の比と、燃料原単位との関係を示したものであ
る。同グラフにおいて、燃料原単位は空気量の比１．６
付近で最小となり、２．０以上、即ちバーナーを主とし
て空気を投入する場合と比較すると、空気量の比１．４
〜１．７の範囲で３０〜５０％の燃料原単位の低減とな
る。同様に、二次燃焼空気量を絞り、バーナーからのみ
空気を投入する場合と比較すると、３０〜５０％の燃料
原単位の低減が見込まれる。
【００３３】燃料原単位の低減に影響を与える、二次燃
焼用空気に対する余剰空気の比は、被加熱物の組成、供
給量、炉の形状、炉内温度によって左右されるものの、
図９，１０に示されるグラフの傾向に従うことになり、
空気量の比において好ましい範囲が存在することが確認
された。
【００３４】従って、これらのグラフに基づいてバーナ
ーに送る空気量及び二次燃焼用空気供給装置に送る空気
量を調整すれば、被加熱物近傍温度を制御することがで
き、燃料原単位を低減させることができる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明の直接還元法によれば、被加熱物の近傍で二次燃
焼用空気が投入されて二次燃焼による火炎が形成される
ため、被加熱物への着熱が促進される。また、バーナー
からの余剰空気と組み合わせて適切な二次燃焼用空気の
供給量配分を行えば、被加熱物に対し効率的な着熱が実
現できるため、燃料原単位の低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回転床炉の一実施形態の構成を示
す平面図である。
【図２】図１に示す二次燃焼用酸化剤供給装置の配置を
示す要部正面図である。
【図３】二次燃焼用酸化剤供給装置の取付け例を示す図
１相当図である。
【図４】二次燃焼用酸化剤供給装置の他の取付け例を示
す図１相当図である。
【図５】二次燃焼用酸化剤供給装置のさらに他の取付け
例を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る回転床炉の展開図である。
【図７】回転床炉における１つの領域の拡大図である。
【図８】バーナー及び二次燃焼用酸化物供給装置の配置
例を示す図７相当図である。
【図９】本発明に係る余剰空気／二次燃焼空気とペレッ
ト近傍温度との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明に係る余剰空気／二次燃焼用空気と燃
料原単位との関係を示すグラフである。
【図１１】被加熱物装入後の可燃性ガス発生量の推移を
示すグラフである。
【図１２】従来例の二段燃焼方式を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 回転床炉 ２ 炉床 ３ 天井部 ３ａ 側壁上部 ４ バーナー ５ 被加熱物 ６，１１，１４ 二次燃焼用空気供給装置 ７ 被加熱物供給装置 ８ 被加熱物回収装置 ９ 煙道 １０，１２ 仕切壁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２７Ｂ 7/38 Ｆ２７Ｂ 7/38

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属酸化物と石炭等との混合物を含む被
    加熱物を回転床炉に供給し、該回転床炉内天井部或いは
    側壁上部に設けられたバーナーの火炎を用いて前記被加
    熱物を加熱・還元し、前記被加熱物を前記回転床炉外へ
    排出し回収する直接還元法において、 前記バーナー下方の炉床近傍に、前記被加熱物から発生
    する可燃性ガスを燃焼させるための二次燃焼用ガスを供
    給し、前記可燃性ガスを燃焼させることにより、前記被
    加熱物の加熱源として使用することを特徴とする直接還
    元法。
  2. 【請求項２】 前記バーナーに供給する一次燃焼用ガス
    と前記二次燃焼用ガスの供給割合を調整することによ
    り、前記被加熱物近傍の温度を制御する請求項１記載の
    直接還元法。
  3. 【請求項３】 金属酸化物と石炭等との混合物を含む被
    加熱物を炉床に供給し、回転床炉の天井部或いは側壁上
    部に設けられたバーナーの火炎を用いて前記被加熱物を
    加熱・還元し、前記被加熱物を前記回転床炉外へ排出し
    回収する構成の回転床炉において、 前記バーナー下方の炉床近傍に、前記被加熱物から発生
    する可燃性ガスを燃焼させるための二次燃焼用ガスを供
    給するガス供給手段を設けたことを特徴とする回転床
    炉。
  4. 【請求項４】 前記バーナーを挟むようにして前記回転
    床炉の天井部から仕切部材を垂設し、前記回転床炉内に
    複数の燃焼室を区画形成した請求項３記載の回転床炉。
  5. 【請求項５】 前記仕切部材に前記ガス供給手段を備え
    てなる請求項３または４に記載の回転床炉。
  6. 【請求項６】 前記可燃性ガスに対して渦流を付与する
    渦流形成部材を前記仕切部材と並設してなる請求項４ま
    たは５に記載の回転床炉。
JP21574396A 1996-08-15 1996-08-15 直接還元法及び回転床炉 Expired - Lifetime JP3296974B2 (ja)

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