JP3770938B2

JP3770938B2 - Reduction furnace with heating device

Info

Publication number: JP3770938B2
Application number: JP14213795A
Authority: JP
Inventors: 充晴岸本
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1995-06-08
Filing date: 1995-06-08
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2021-04-26
Also published as: JPH08337806A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、主として粉粒体状の金属酸化物を直接還元して溶融状態の金属を得ることができる溶融還元法に用いる昇温装置付還元炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、図１２に示すような設備によって粉粒体状の鉄鉱石から直接銑鉄を得る溶融還元法が提案されている。予備還元炉１には、溶融還元炉２からダクト３および風箱４を介して還元性の排ガスが供給される。風箱４の上方には分散板５が設けられ、分散板５に複数形成されている吹込みノズル６を介して還元性ガスが予備還元炉１の上方空間に吹込まれる。予備還元炉１の上方の空間には鉄鉱石粉末が装入される。分散板５の上方の空間では、吹込みノズル６から吹込まれる還元性ガスによって鉄鉱石が流動化され、流動層８が形成される。予備還元炉１からの排ガスは、排気ダクト９から排気される。
【０００３】
このような溶融還元法による製鉄プラントは、現在商業化を目指して鋭意研究中であるけれども、熱効率の向上のために予備還元率を向上することが望まれている。予備還元率を向上させるために最も重要なファクタは、予備還元炉内の温度である。予備還元炉内の温度は、溶融還元炉２から供給される還元性ガスの温度によって左右される。特開平１−１５２２１０には、溶融還元炉２から予備還元炉１まで還元性ガスを導く途中の経路に酸素を吹込み、部分的な燃焼によって温度を上昇させる先行技術が開示されている。図１２ではダクト３の途中にＯ₂ 吹込みノズル１０を設け、部分燃焼１０ａを生じさせてこの先行技術に対応させてある。
【０００４】
還元性ガスは、溶融還元炉２内で銑鉄１１およびスラグ１２を得るために、予備還元された鉄鉱石とともに、石炭１３や生石灰（ＣａＯ）１４を投入し、かつ酸素（Ｏ₂ ）ガス１５を吹込んだ場合の発生ガスとして得られる。予備還元炉１内を、たとえば８００℃にキープするためには、風箱４内の還元性ガス温度を１０００〜１２００℃にキープしなければならない。溶融還元炉２からの排ガスである還元性ガスには、ダスト成分が多く含まれ、図１３（１）に示すように分散板５の下面に付着しやすい。風箱４の温度が高いと、図１３（１）のように付着したダスト１７が図１３（２）のように溶融して成長し、融着物１８が吹込みノズル６を狭め、ひいては正常な操業継続を阻害するようになる。
【０００５】
融着ダストを取除く装置を設ける先行技術は、たとえば特開平４−４８０１３や特開平４−９９８０８などに開示されている。特開平４−４８０１３では分散板を冷却する構造を必要とし、特開平４−９９８０８では融着したダストを機械的に除去するスクレーパを設ける必要があるので、いずれも設備費が高くなり、特に特開平４−９９８０８では特殊な分散板となって流動化状態が悪化する。
【０００６】
特開平４−３０１０２１には、酸素ガスを分散板の還元性ガス吹込みノズルの入口近傍に吹込んで部分燃焼によって昇温させて付着を防ぐ先行技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特開平４−３０１０２１のような先行技術では、還元性ガスの分散板への吹込みノズルの入口付近で酸素ガスを吹込む。この先行技術の公開公報の明細書の第２欄第１６行目以下の「作用」に記載されているように、還元ガスがノズル内で冷却されると、還元ガス中に含まれている気化分がそれぞれの析出温度に達して析出して沈着したものが核となって成長する。ノズル内のガス温度をガス中のヒューム、ダストの析出温度よりも高く維持すれば、付着物の形成と成長とを防止することができる。したがって、同じく第３欄の第１８〜第１９段落に記載されているように、酸素（Ｏ₂ ）吹きはある温度（本例では９００℃）よりも高くすること、すなわち１０００℃でも１２００℃でもよいことがポイントである。しかしながら、これらの点から次のような問題が生じる。
【０００８】
本件発明者らにおける実験によれば、ノズル付近へのダスト付着の主な要因はダストが高温のため軟化または溶融して水滴状となり、それがノズルに接触して付着することである。すなわちダストを含むガスの温度が低い場合は、ダスト付着が少なく、高温になれば付着が増加する。特開平４−３０１０２１の先行技術では、(1)ノズル入口近傍で燃焼させることによって、入口付近でダストが高温になり、その結果ダストが軟化してノズル入口付近およびノズル内壁に付着するようになる。
【０００９】
▲２▼ノズル入口付近にはガス温度が低くても少量のダストが埃状に付着するけれども、融点以下の温度の場合には「さらさら」の状態であるために成長しない。この状態で先行技術のようにノズル入口部でガスを燃焼させると、「さらさら」の状態の付着ダストの温度が上昇し、溶融して固着状態になり、その結果ダストが成長しやすい。
【００１０】
▲３▼入口付近に酸素供給管を設けることはそのサポート等の点で構造上複雑になり、かりに分散板から吊下げてサポートするとすれば、分散板に付設したサポートにダストが付着しやすくなる。一般にこの種の分散板ではノズルが２００〜３００ｍｍピッチで二次元的に配列されており、このノズルに酸素を供給する配管を分散板下面に配設すると、分散板下面が網目状の配管で覆われ保安上問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、還元ガス中のダストを分散板や吹込みノズル等に融着させることなく昇温させ、還元率を向上させることができる昇温装置付還元炉を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、粉粒体状の金属酸化物を、還元性ガス中で流動化させながら酸素含有ガスを導入して部分燃焼させる昇温装置付還元炉において、
酸素含有ガスの吹込み口は、金属酸化物を流動化させるための還元性ガス吹込みノズルが設けられる分散板に、かつ該ノズルの上部開口部付近に設けられることを特徴とする昇温装置付還元炉である。
また本発明は、酸素含有ガスの吹込み口付近で、金属酸化物の流動層の温度を検出する温度検出手段と、
温度検出手段からの出力に応答して、還元性ガスとそれを酸化したガスとの混合に対する還元性ガスの含有比率が、金属酸化物の状態図における酸化状態と還元状態との平衡点よりも大きくなる範囲で酸素含有ガスを供給する酸素供給手段とを含むことを特徴とする。
また本発明の前記酸素含有ガスの吹込み口は、分散板中に設けられることを特徴とする。
また本発明は、分散板の表面を耐火物で覆い、
分散板の表面と耐火物との間かまたは耐火物中に酸素含有ガスを導入する管路を設けることを特徴とする。
また本発明の前記酸素含有ガスの吹込み口は、分散板に形成される還元性ガス吹込みノズルのほぼ中間に配置されることを特徴とする。
また本発明の前記酸素含有ガスは、外管に冷却ガスを流通させる二重管の内管を介して吹込むことを特徴とする。
【００１３】
【作用】
本発明に従えば、金属酸化物を流動化させるための還元性ガス吹込みノズルが設けられる分散板に、かつ還元性ガス吹込みノズルの上部開口部付近に、酸素含有ガスの吹込み口を設けるので、還元性ガスの酸素含有ガスによる部分燃焼は分散板上方の流動層内で発生し、流動層の温度を上昇させて予備還元率を向上させることができる。部分燃焼による温度上昇が分散板以前の還元性ガス供給系統では生じないので、還元性ガス中に含まれるダストの融着を防止することができる。
【００１４】
また本発明に従えば、酸素含有ガス供給を、流動層の示す温度の条件下で金属酸化物が還元する範囲にとどめるので、酸素含有ガスの吹込みによって予備還元率を低下させるおそれはない。
【００１５】
また本発明に従えば、酸素含有ガスの吹込み口は分散板中に設けられるので、部分的燃焼によって温度を上昇させた還元性ガスを用いて金属酸化物の流動層を形成することができる。
【００１６】
また本発明に従えば、酸素含有ガスを導入する管路を分散板と分散板の表面を覆う耐火物との間かまたは耐火物中に設けるので、管路のメンテナンスなどが耐火物を除去することによって容易に行うことができる。
【００１７】
また本発明に従えば、酸素含有ガスの吹込み口は分散板に形成される還元性ガス吹込みノズルのほぼ中間に配置されるので、分散板上面の流動層形成に酸素含有ガスも寄与させることができる。
【００１９】
また本発明に従えば、酸素含有ガスは二重管構造の内管を介して吹込み、外管には冷却ガスを流通させるので、酸素含有ガス吹込み口の耐久性を増加させることができる。
【００２０】
【実施例】
図１は、本発明の一実施例による昇温装置付予備還元炉の構成を示す。予備還元炉２１には酸素ガス供給装置２２から、部分燃焼用に酸素ガスが供給される。ダクト２３からは、風箱２４に溶融還元炉の生成ガスなどの還元性ガスが供給される。分散板２５には複数の吹込みノズル２６が設けられ、風箱２４から還元性ガスが吹込まれて粉粒体状の鉄鉱石２７が流動化され、流動層２８が形成される。流動層２８の上方には排ガスを排出する排気ダクト２９が設けられる。分散板２５に設けられる吹込みノズル２６の上面には、Ｏ₂ 吹込みノズル３０が設けられる。このＯ₂ 吹込みノズル３０から、吹込みノズル２６を介して流動層２８内に吹込まれる還元性ガスに酸素ガスを吹込む。これによって良好な混合状態で、部分的な燃焼によって温度が上昇している還元性ガスを流動層２８内に供給することができる。
【００２１】
予備還元炉２１の周囲には、酸素ガス供給装置２２から供給される酸素を循環させる供給リング３１が設けられる。供給リング３１から複数の放射状に内方に向かうＯ₂供給管３２がＯ₂吹込みノズル３０に酸素ガスを供給する。分散板２５上方の流動層２８の温度は、温度検出器３３によって検出される。この検出温度に基づいて、鉄鉱石２７が還元可能な還元性ガスと還元性ガスおよびその酸化物ガスを含む混合ガスとの含有比率、すなわち鉄鉱石２７の酸化と還元との平衡点以上となるように、バルブ３４を介して制御装置３５が酸素供給量を制御する。
【００２２】
図２は、図１のＯ₂吹込みノズル３０およびＯ₂供給管３２の平面配置状態を示し、図３はその側断面の配置状態を示す。Ｏ₂ 供給管３２は、各吹込みノズル２６からの酸素供給量ができるだけ均一となるように、供給リング３１からＯ₂ 供給管３２を介して複数の系統から酸素を供給する。なお、供給する酸素は、必ずしも純粋なものである必要はなく、酸素含有ガスであればよい。
【００２３】
図４は、本発明の他の実施例として、分散板２５の表面を耐摩耗性に優れたセラミックス製の耐火物板３６で覆い、耐火物板３６と分散板２５との間にＯ₂ 供給管３２を配置している。このようにすることによって、分散板２５の耐摩耗性を向上し、Ｏ₂ 供給管３２の耐熱性を向上させ、かつ耐火物板３６を除去することによってＯ₂供給管３２のメンテナンスを容易に行うことができる。
【００２４】
図５は、本発明のさらに他の実施例として、二重管構造の内管３７に酸素ガスを流通させ、外管３８に冷却用の窒素（Ｎ₂ ）ガスや排ガスなどを吹込む構成を示す。外管３８を冷却するので、Ｏ₂ 供給管の耐久性を増加させることができる。
【００２５】
図６は、本発明のさらに他の実施例によるＯ₂ 吹込みノズル４０付近の構成を示す。本実施例では、分散板２５に形成される還元性ガス吹込みノズル２６の出口から離れて、しかしながら２００ｍｍ以内の近接位置で、Ｏ₂ 吹込みノズル４０から酸素ガスが流動層内に吹込まれる。Ｏ₂ 供給管３２などの形成の際の作業性は、図１の実施例よりも本実施例の方が良好である。
【００２６】
図７は、本発明に関連する予備還元炉４１の構成を示す。図１の実施例に対応する部分には同一の参照符を付して説明を省略する。本実施例では、Ｏ₂ 吹込みノズル４２が予備還元炉４１の耐火物による炉壁４３に設けられていることである。分散板４５には酸素供給用の管路を形成する必要がないので、分散板４５として従来と同一のものを使用することができる。図８は、図７の実施例の分散板４５の周辺の構成を示す。Ｏ₂ 吹込みノズル４２は、炉壁４３の周方向に沿って複数箇所に設けられ、できるだけ均一な間隔がとられて均一な燃焼が可能なように配置されている。
【００２７】
図９は本発明のさらに他の実施例の構成を示す。本実施例では、吹込みノズル４６が、分散板４７に一定の間隔をあけて配置されている中間に、Ｏ₂ 吹込みノズル５０が設けられている。これによって流動層２８内における酸素の分布が均一化され、部分燃焼５１を均一に起こさせて均一な反応を促進させることができる。
【００２８】
図１０および図１１は、本発明の各実施例において酸素ガスを吹込み得る範囲に対応して、還元性ガスおよびその酸化物ガスの混合物に対する還元性ガスの含有比率と金属酸化物の平衡状態との関係を示す。図１０は、還元性ガスが一酸化炭素（ＣＯ）である場合の含有比率に関連し、鉄（Ｆｅ）、酸化鉄（ＦｅＯ）や四三酸化鉄（Ｆｅ₃Ｏ₄）との間の平衡状態を示す。鉄鉱石２７は、Ｆｅ₃Ｏ₄が主成分であり、斜線を施して示すＦｅＯの範囲にまで還元されれば、予備還元炉２１，４１の使命は達成される。図１１は、水素（Ｈ₂ ）を還元性ガスとした場合の含有比率に対する平衡状態図である。同様に斜線を施して示す範囲が予備還元可能な範囲である。図１０および図１１のグラフは、ＡＩＭＥの鉄および鉄鋼（The Iron and Steel Society)学会が１９８０年に発行したDIRECT REDUCED IRON Technology AND Economics of Production and Use から引用したものである。
【００２９】
図１の実施例の装置を、銑鉄生産量が１５００Ｔｏｎ／日の溶融還元製鉄プラントに適用すると、次の表１に示すような鉱石を投入して予備還元鉱石を得ることができる。
【００３０】
【表１】

【００３１】
このときの入口ガスの状態を、次の表２に示す。
【００３２】
【表２】

【００３３】
予備還元率２０％と流動層内温度７００℃を保つためには、入口ガス温度９３０℃では不可能である。すなわち９３０℃をたとえば１０３２℃まで高める必要がある。このためにＯ₂ を引込んで部分燃焼させる必要があり、その流量は８５０Ｎｍ³／Ｈとなる。燃焼後のガス性状を、次の表３に示す。
【００３４】
【表３】

【００３５】
なお、ＣＯとＣＯ＋ＣＯ₂ との比率Ａは４４．１÷（４４．１＋２１．２）＝０．６７５であり、Ｈ₂ とＨ₂＋Ｈ₂Ｏとの比率Ｂは１６．２÷（１６．２＋１３．６）＝０．５４４である。一方図１０および図１１から７００℃におけるＦｅＯ−Ｆｅ₃Ｏ₄平衡点におけるガス比は、それぞれ０．３６および０．５０である。前述のＡとＢの値はいずれも平衡点ガス比よりも大きくなるので許容される。もし予備還元炉において、ＦｅＯを超えてＦｅまで還元する場合は、それぞれのガス比をＦｅ／ＦｅＯ平衡点のガス比よりも大きくする必要がある。なお、溶融還元法以外のダストを含む還元ガス中で鉱石を還元する還元炉にも、本発明を同様に適用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、分散板の還元性ガス吹込みノズルの出口付近に酸素含有ガス吹込みノズルを設けるので、部分的燃焼による温度上昇は流動層内で生じ、分散板や還元性ガス吹込みノズルでのダスト融着を防止することができる。
【００３７】
また本発明によれば、酸素含有ガスの供給量を流動層の温度に対応する平衡点以上に、還元性ガスを酸化したガスとの混合ガスに対する還元性ガスの含有比率が大きくなるようにするので、還元率を低下させるおそれはない。
【００３８】
また本発明によれば、酸素含有ガスの吹込み口は分散板中に設けられるので、分散板から還元性ガスが流動層に吹出される際に充分に酸素含有ガスと混合した状態とすることができ、確実に部分燃焼させることができる。
【００３９】
また本発明によれば、分散板の表面を耐火物で覆って酸素含有ガスの管路を設けるので、分散板表面の耐久性を増大させることができる。
【００４０】
また本発明によれば、分散板の還元性ガス吹込みノズルのほぼ中間に酸素含有ガスの吹込み口を配置するので、局部的な温度上昇を防止し、成分の拡散を均一に行うことができる。
【００４２】
また本発明によれば、酸素含有ガスは、外管を冷却する二重管の内管を介して吹込むので、耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による昇温装置付予備還元炉の概略的な構成を示す正面断面図である。
【図２】図１の実施例の簡略化した平面断面図である。
【図３】図１の実施例の分散板付近の断面図である。
【図４】本発明の他の実施例による分散板の表面構成を示す断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施例によるＯ₂ ガス供給管の構成を示す断面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施例によるＯ₂ ガス吹込みノズル付近の構成を示す断面図である。
【図７】本発明に関連する予備還元炉の構成を示す正面断面図である。
【図８】図７の予備還元炉の簡略化した平面断面図である。
【図９】本発明のさらに他の実施例の分散板の表面付近の断面図である。
【図１０】鉄およびその酸化物のＣＯとＣＯ₂ との混合ガスに対する平衡状態図である。
【図１１】鉄およびその酸化物のＨ₂とＨ₂Ｏとの混合ガスに対する平衡状態図である。
【図１２】従来からの溶融還元プラントの概略的な構成を示す簡略化した断面図である。
【図１３】図１２のプラントでダスト融着が生じる過程を示す簡略化した断面図である。
【符号の説明】
２１，４１予備還元炉
２２酸素ガス供給装置
２４風箱
２５，４５，４７分散板
２６，４６吹込みノズル
２７鉄鉱石
２８流動層
３０，４０，４２，５０Ｏ₂ 吹込みノズル
３３温度検出器
３４バルブ
３５制御装置
３６耐火物板
３７内管
３８外管
４３炉壁[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a reduction furnace with a temperature raising device used in a smelting reduction method in which mainly a metal oxide in a granular form can be directly reduced to obtain a molten metal.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a smelting reduction method has been proposed in which pig iron is directly obtained from a granular iron ore using equipment as shown in FIG. Reducing exhaust gas is supplied from the smelting reduction furnace 2 through the duct 3 and the wind box 4 to the preliminary reduction furnace 1. A dispersion plate 5 is provided above the wind box 4, and reducing gas is blown into the upper space of the preliminary reduction furnace 1 through a plurality of blowing nozzles 6 formed on the dispersion plate 5. Iron ore powder is charged into the space above the prereduction furnace 1. In the space above the dispersion plate 5, iron ore is fluidized by the reducing gas blown from the blow nozzle 6, and the fluidized bed 8 is formed. The exhaust gas from the preliminary reduction furnace 1 is exhausted from the exhaust duct 9.
[0003]
Although such a steelmaking plant based on the smelting reduction method is currently under intensive research aiming at commercialization, it is desired to improve the preliminary reduction rate in order to improve the thermal efficiency. The most important factor for improving the pre-reduction rate is the temperature in the pre-reduction furnace. The temperature in the preliminary reduction furnace depends on the temperature of the reducing gas supplied from the smelting reduction furnace 2. Japanese Patent Laid-Open No. 1-152210 discloses a prior art in which oxygen is blown into a path in the middle of introducing a reducing gas from the smelting reduction furnace 2 to the preliminary reduction furnace 1 and the temperature is increased by partial combustion. In FIG. 12, an O ₂ blowing nozzle 10 is provided in the middle of the duct 3 to generate a partial combustion 10a, which corresponds to this prior art.
[0004]
In order to obtain pig iron 11 and slag 12 in the smelting reduction furnace 2, the reducing gas is supplied with coal 13 and quicklime (CaO) 14 together with the pre-reduced iron ore and oxygen (O ₂ ) gas 15. It is obtained as generated gas when blown. In order to keep the inside of the preliminary reduction furnace 1 at, for example, 800 ° C., the reducing gas temperature in the wind box 4 must be kept at 1000 to 1200 ° C. The reducing gas that is the exhaust gas from the smelting reduction furnace 2 contains a large amount of dust components, and tends to adhere to the lower surface of the dispersion plate 5 as shown in FIG. When the temperature of the air box 4 is high, the dust 17 adhering as shown in FIG. 13 (1) melts and grows as shown in FIG. 13 (2), and the fused material 18 narrows the blowing nozzle 6 and is thus normal. It will hinder continued operation.
[0005]
Prior art for providing an apparatus for removing fusion dust is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 4-48013 and 4-99808. JP-A-4-48013 requires a structure for cooling the dispersion plate, and JP-A-4-99808 requires a scraper for mechanically removing the fused dust. In Kaihei 4-99808, it becomes a special dispersion plate and the fluidization state deteriorates.
[0006]
Japanese Patent Laid-Open No. 4-301021 discloses a prior art for preventing adhesion by blowing oxygen gas in the vicinity of the inlet of the reducing gas blowing nozzle of the dispersion plate and raising the temperature by partial combustion.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the prior art such as Japanese Patent Laid-Open No. 4-301021, oxygen gas is blown in the vicinity of the inlet of the blowing nozzle to the dispersion plate of reducing gas. As described in “Action” in the second column, line 16 and below, in the specification of this prior art publication, when the reducing gas is cooled in the nozzle, vaporization contained in the reducing gas. Minutes that have reached their respective precipitation temperatures and precipitated and deposited grow as nuclei. If the gas temperature in the nozzle is maintained higher than the fume and dust deposition temperature in the gas, the formation and growth of deposits can be prevented. Therefore, as also described in the 18th to 19th paragraphs of the third column, the oxygen (O ₂ ) blowing should be higher than a certain temperature (900 ° C. in this example), that is, 1000 ° C. or 1200 ° C. The point is good. However, the following problems arise from these points.
[0008]
According to the experiments by the present inventors, the main factor of dust adhesion to the vicinity of the nozzle is that the dust is softened or melted due to high temperature to form water droplets, which adhere to the nozzle and adhere. That is, when the temperature of the gas containing dust is low, dust adhesion is small, and when the temperature is high, the adhesion increases. In the prior art disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-301021, (1) By burning near the nozzle inlet, the dust becomes high in the vicinity of the inlet, and as a result, the dust softens and adheres to the vicinity of the nozzle inlet and the inner wall of the nozzle. .
[0009]
{Circle around (2)} Even though the gas temperature is low, a small amount of dust adheres like dust even when the gas temperature is low. However, when the temperature is lower than the melting point, it does not grow because it is in a “smooth” state. In this state, if the gas is burned at the nozzle inlet portion as in the prior art, the temperature of the attached dust in the “smooth” state rises and melts into a fixed state, and as a result, the dust tends to grow.
[0010]
(3) Providing an oxygen supply pipe in the vicinity of the inlet is complicated in terms of its support and the like, and if it is supported by being suspended from the dispersion plate, the dust tends to adhere to the support attached to the dispersion plate. . In general, in this type of dispersion plate, nozzles are two-dimensionally arranged at a pitch of 200 to 300 mm. When a pipe for supplying oxygen to the nozzle is disposed on the lower surface of the dispersion plate, the lower surface of the dispersion plate is covered with a network of pipes. I have security problems.
[0011]
An object of the present invention is to provide a reduction furnace with a temperature raising device that can raise the temperature of dust in a reducing gas without fusing it to a dispersion plate, a blowing nozzle or the like and improve the reduction rate.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a reduction furnace with a heating device for introducing a partial combustion by introducing an oxygen-containing gas while fluidizing a granular metal oxide in a reducing gas.
An oxygen-containing gas blowing port is provided on a dispersion plate provided with a reducing gas blowing nozzle for fluidizing a metal oxide and in the vicinity of an upper opening of the nozzle. It is a reduction furnace.
Further, the present invention provides a temperature detection means for detecting the temperature of the fluidized bed of metal oxide in the vicinity of the oxygen-containing gas inlet,
In response to the output from the temperature detecting means, the content ratio of the reducing gas to the mixture of the reducing gas and the gas obtained by oxidizing the reducing gas is more than the equilibrium point between the oxidation state and the reduction state in the phase diagram of the metal oxide. And oxygen supply means for supplying an oxygen-containing gas within a large range.
Further, the oxygen-containing gas blow-in port according to the present invention is provided in a dispersion plate.
The present invention also covers the surface of the dispersion plate with a refractory,
A conduit for introducing an oxygen-containing gas is provided between the surface of the dispersion plate and the refractory or in the refractory.
Further, the oxygen-containing gas blowing port according to the present invention is arranged substantially in the middle of the reducing gas blowing nozzle formed in the dispersion plate .
The oxygen-containing gas of the present invention is blown through an inner pipe of a double pipe that allows a cooling gas to flow through the outer pipe.
[0013]
[Action]
According to the present invention, the oxygen-containing gas blowing port is provided in the dispersion plate provided with the reducing gas blowing nozzle for fluidizing the metal oxide and in the vicinity of the upper opening of the reducing gas blowing nozzle. Since it is provided, partial combustion by the oxygen-containing gas of the reducing gas occurs in the fluidized bed above the dispersion plate, and the preliminary reduction rate can be improved by raising the temperature of the fluidized bed. Since the temperature rise due to partial combustion does not occur in the reducing gas supply system before the dispersion plate, it is possible to prevent the dust contained in the reducing gas from being fused.
[0014]
Further, according to the present invention, the supply of the oxygen-containing gas is limited to the range in which the metal oxide is reduced under the temperature condition indicated by the fluidized bed, so there is no possibility of reducing the preliminary reduction rate by blowing in the oxygen-containing gas.
[0015]
Further, according to the present invention, since the oxygen-containing gas inlet is provided in the dispersion plate, a fluidized bed of metal oxide can be formed using a reducing gas whose temperature has been raised by partial combustion. .
[0016]
Further, according to the present invention, since the pipe for introducing the oxygen-containing gas is provided between or in the refractory covering the surface of the dispersion plate and the dispersion plate, the maintenance of the pipe removes the refractory. This can be done easily.
[0017]
Further, according to the present invention, the oxygen-containing gas blowing port is disposed substantially in the middle of the reducing gas blowing nozzle formed on the dispersion plate, so that the oxygen-containing gas also contributes to the formation of the fluidized bed on the upper surface of the dispersion plate. be able to.
[0019]
Further, according to the present invention, the oxygen-containing gas is blown through the inner pipe having the double pipe structure, and the cooling gas is circulated through the outer pipe, so that the durability of the oxygen-containing gas blowing port can be increased. .
[0020]
【Example】
FIG. 1 shows the configuration of a preliminary reduction furnace with a temperature raising device according to an embodiment of the present invention. Oxygen gas is supplied to the preliminary reduction furnace 21 from the oxygen gas supply device 22 for partial combustion. A reducing gas such as a product gas of a smelting reduction furnace is supplied from the duct 23 to the wind box 24. The dispersion plate 25 is provided with a plurality of blowing nozzles 26, reducing gas is blown from the wind box 24, and the granular iron ore 27 is fluidized to form a fluidized bed 28. An exhaust duct 29 that exhausts exhaust gas is provided above the fluidized bed 28. An O ₂ blowing nozzle 30 is provided on the upper surface of the blowing nozzle 26 provided on the dispersion plate 25. Oxygen gas is blown from the O ₂ blowing nozzle 30 into the reducing gas blown into the fluidized bed 28 through the blowing nozzle 26. As a result, the reducing gas whose temperature has risen due to partial combustion can be supplied into the fluidized bed 28 in a well mixed state.
[0021]
A supply ring 31 that circulates oxygen supplied from the oxygen gas supply device 22 is provided around the preliminary reduction furnace 21. A plurality of radially inward O ₂ supply pipes 32 supply oxygen gas to the O ₂ blowing nozzle 30 from the supply ring 31. The temperature of the fluidized bed 28 above the dispersion plate 25 is detected by a temperature detector 33. Based on this detected temperature, the content ratio of the reducing gas that can be reduced by the iron ore 27 and the mixed gas containing the reducing gas and its oxide gas, that is, the equilibrium point between the oxidation and reduction of the iron ore 27 is reached. As described above, the control device 35 controls the oxygen supply amount via the valve 34.
[0022]
FIG. 2 shows a planar arrangement state of the O ₂ blowing nozzle 30 and the O ₂ supply pipe 32 of FIG. 1, and FIG. 3 shows an arrangement state of its side cross section. The O ₂ supply pipe 32 supplies oxygen from a plurality of systems from the supply ring 31 via the O ₂ supply pipe 32 so that the oxygen supply amount from each blowing nozzle 26 is as uniform as possible. Note that the supplied oxygen is not necessarily pure and may be any oxygen-containing gas.
[0023]
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention, in which the surface of the dispersion plate 25 is covered with a ceramic refractory plate 36 having excellent wear resistance, and O ₂ is interposed between the refractory plate 36 and the dispersion plate 25. A supply pipe 32 is arranged. By doing so, the wear resistance of the dispersion plate 25 is improved, the heat resistance of the O ₂ supply pipe 32 is improved, and the refractory plate 36 is removed to facilitate maintenance of the O ₂ supply pipe 32. It can be carried out.
[0024]
FIG. 5 shows, as still another embodiment of the present invention, a configuration in which oxygen gas is circulated through an inner tube 37 having a double-pipe structure and cooling nitrogen (N ₂ ) gas or exhaust gas is blown into an outer tube 38. Show. Since the outer tube 38 is cooled, the durability of the O ₂ supply tube can be increased.
[0025]
FIG. 6 shows a configuration in the vicinity of the O ₂ blowing nozzle 40 according to still another embodiment of the present invention. In the present embodiment, oxygen gas is blown into the fluidized bed from the O ₂ blowing nozzle 40 away from the outlet of the reducing gas blowing nozzle 26 formed on the dispersion plate 25 but at a close position within 200 mm. . The workability in forming the O ₂ supply pipe 32 and the like is better in the present embodiment than in the embodiment of FIG.
[0026]
FIG. 7 shows a configuration of a prereduction furnace 41 related to the present invention. Portions corresponding to the embodiment of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In this embodiment, the O ₂ blowing nozzle 42 is provided on the furnace wall 43 of the refractory material of the prereduction furnace 41. Since there is the distribution plate 4 5 is required to form a conduit for oxygen supply, may use conventional same as the distribution plate 45. FIG. 8 shows a configuration around the dispersion plate 45 of the embodiment of FIG. The O ₂ blowing nozzles 42 are provided at a plurality of locations along the circumferential direction of the furnace wall 43, and are arranged so that uniform combustion is possible at as uniform intervals as possible.
[0027]
FIG. 9 shows the configuration of still another embodiment of the present invention. In the present embodiment, the O ₂ blowing nozzle 50 is provided in the middle where the blowing nozzle 46 is disposed at a certain interval on the dispersion plate 47. As a result, the distribution of oxygen in the fluidized bed 28 is made uniform, and the partial combustion 51 can be caused uniformly to promote a uniform reaction.
[0028]
FIGS. 10 and 11 show the ratio of the reducing gas to the reducing gas and its oxide gas mixture and the equilibrium state of the metal oxide corresponding to the range in which oxygen gas can be blown in each embodiment of the present invention. Shows the relationship. FIG. 10 relates to the content ratio when the reducing gas is carbon monoxide (CO), and the equilibrium among iron (Fe), iron oxide (FeO), and iron trioxide (Fe ₃ O ₄ ). Indicates the state. The iron ore 27 is composed mainly of Fe ₃ O ₄ , and the mission of the

preliminary reduction furnaces

21 and 41 can be achieved if the iron ore 27 is reduced to the range of FeO shown by hatching. FIG. 11 is an equilibrium diagram for the content ratio when hydrogen (H ₂ ) is used as the reducing gas. Similarly, the range indicated by hatching is a range where preliminary reduction is possible. The graphs of FIGS. 10 and 11 are quoted from DIRECT REDUCED IRON Technology AND Economics of Production and Use published in 1980 by AIME's The Iron and Steel Society Society.
[0029]
When the apparatus of the embodiment of FIG. 1 is applied to a smelting reduction steelmaking plant with a pig iron production of 1500 Ton / day, ore as shown in the following Table 1 can be introduced to obtain a pre-reduction ore.
[0030]
[Table 1]

[0031]
The state of the inlet gas at this time is shown in Table 2 below.
[0032]
[Table 2]

[0033]
In order to maintain the pre-reduction rate of 20% and the fluidized bed temperature of 700 ° C., it is impossible at the inlet gas temperature of 930 ° C. That is, it is necessary to increase 930 ° C. to, for example, 1032 ° C. For this purpose, it is necessary to draw in O ₂ and cause partial combustion, and the flow rate is 850 Nm ³ / H. The gas properties after combustion are shown in Table 3 below.
[0034]
[Table 3]

[0035]
The ratio A between CO and CO + CO ₂ is 44.1 ÷ (44.1 + 21.2) = 0.675, and the ratio B between H ₂ and H ₂ + H ₂ O is 16.2 ÷ (16.2 + 13). .6) = 0.544. On the other hand, from FIGS. 10 and 11, the gas ratios at the FeO—Fe ₃ O ₄ equilibrium point at 700 ° C. are 0.36 and 0.50, respectively. The above-mentioned values A and B are both allowed because they are larger than the equilibrium point gas ratio. If the pre-reduction furnace is used to reduce Fe beyond FeO, each gas ratio needs to be larger than the gas ratio at the Fe / FeO equilibrium point. The present invention can be similarly applied to a reduction furnace that reduces ore in a reducing gas containing dust other than the smelting reduction method.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the oxygen-containing gas blowing nozzle is provided in the vicinity of the outlet of the reducing gas blowing nozzle of the dispersion plate, the temperature rise due to partial combustion occurs in the fluidized bed. It is possible to prevent dust fusion at the reactive gas blowing nozzle.
[0037]
Further, according to the present invention, the supply amount of the oxygen-containing gas is equal to or higher than the equilibrium point corresponding to the temperature of the fluidized bed so that the reducing gas content ratio with respect to the mixed gas with the gas obtained by oxidizing the reducing gas is increased. Therefore, there is no possibility of reducing the reduction rate.
[0038]
According to the present invention, since the oxygen-containing gas blowing port is provided in the dispersion plate, when the reducing gas is blown from the dispersion plate to the fluidized bed, the oxygen-containing gas is sufficiently mixed with the oxygen-containing gas. And partial combustion can be ensured.
[0039]
Further, according to the present invention, since the surface of the dispersion plate is covered with a refractory and the oxygen-containing gas conduit is provided, the durability of the dispersion plate surface can be increased.
[0040]
Further, according to the present invention, since the oxygen-containing gas injection port is arranged approximately in the middle of the reducing gas injection nozzle of the dispersion plate, a local temperature rise can be prevented and the components can be diffused uniformly. it can.
[0042]
Moreover, according to this invention, since oxygen-containing gas blows in through the inner tube | pipe of the double tube | pipe which cools an outer tube | pipe, durability can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view showing a schematic configuration of a prereduction furnace with a temperature raising device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a simplified plan sectional view of the embodiment of FIG.
3 is a cross-sectional view of the vicinity of the dispersion plate of the embodiment of FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a surface configuration of a dispersion plate according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of an O ₂ gas supply pipe according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration in the vicinity of an O ₂ gas blowing nozzle according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a front sectional view showing the configuration of a prereduction furnace related to the present invention.
8 is a simplified plan sectional view of the prereduction furnace of FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view of the vicinity of the surface of a dispersion plate according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an equilibrium diagram of iron and its oxide with respect to a mixed gas of CO and CO ₂ .
FIG. 11 is an equilibrium diagram of a mixed gas of H ₂ and H ₂ O of iron and its oxide.
FIG. 12 is a simplified cross-sectional view showing a schematic configuration of a conventional smelting reduction plant.
13 is a simplified cross-sectional view showing a process in which dust fusion occurs in the plant of FIG.
[Explanation of symbols]
21, 41 Preliminary reduction furnace 22 Oxygen gas supply device 24

Wind box

25, 45, 47

Dispersion plate

26, 46 Blow nozzle 27 Iron ore 28

Fluidized bed

30, 40, 42, 50 O ₂ blow nozzle 33 Temperature detector 34 Valve 35 Control device 36 Refractory plate 37 Inner pipe 38 Outer pipe 43 Furnace wall

Claims

In a reduction furnace with a heating device that introduces an oxygen-containing gas while fluidizing powder metal oxide in a reducing gas and partially burns it,
An oxygen-containing gas blowing port is provided on a dispersion plate provided with a reducing gas blowing nozzle for fluidizing a metal oxide and in the vicinity of an upper opening of the nozzle. Reducing furnace.

Temperature detecting means for detecting the temperature of the fluidized bed of metal oxide in the vicinity of the oxygen-containing gas inlet;
In response to the output from the temperature detecting means, the content ratio of the reducing gas to the mixture of the reducing gas and the gas obtained by oxidizing the reducing gas is more than the equilibrium point between the oxidation state and the reduction state in the phase diagram of the metal oxide. The reducing furnace with a temperature raising device according to claim 1, further comprising an oxygen supply means for supplying an oxygen-containing gas within a large range.

The reducing furnace with a temperature raising device according to claim 1, wherein the oxygen-containing gas blowing port is provided in a dispersion plate.

Cover the surface of the dispersion plate with refractory,
3. A reduction furnace with a heating device according to claim 1, wherein a pipe for introducing an oxygen-containing gas is provided between the surface of the dispersion plate and the refractory or into the refractory.

5. The reduction with a temperature raising device according to claim 1, wherein the oxygen-containing gas blowing port is disposed substantially in the middle of a reducing gas blowing nozzle formed in a dispersion plate. Furnace.

It said oxygen-containing gas is temperature-raising device with reduction furnace according to any one of claims 1-5, characterized in that blowing through the inner tube of the double tube for circulating a cooling gas to the outer tube.