(57)【要約】【課題】原料を加熱して、還元鉄または粒状金属鉄を製造する回転炉床炉の排ガスダクト装置において、排ガス量の増加や排ガス温度の上昇に伴う問題を回避しつつダストを捕集して、熱効率の良い長期の安定稼動が可能な回転炉床炉の排ガスダクト装置及びその運転方法を提供する。【解決手段】炭素質還元材と酸化鉄含有物質を含む原料を加熱して還元鉄または粒状金属鉄を製造する回転炉床炉の排ガスダクト装置１１において、前記回転炉床炉の排ガスダクト８に、前記回転炉床炉から排出される排ガスを冷却して、この排ガス中の金属塩を固化させる冷却手段１２と、冷却直後に前記排ガスを衝突させて、固化された前記金属塩を落下させる衝突手段１３と、次いで、衝突後の排ガスを前記金属塩の落下方向以外の方向に導く方向転換ダクト１４が、これらの順に２段配置されてなることを特徴とする。【選択図】図４
2012052746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素質還元材と酸化鉄含有物質を含む原料を加熱して還元鉄または粒状金属鉄を製造する回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記回転炉床炉の排ガスダクトに、
前記回転炉床炉から排出される排ガスを冷却して、この排ガス中の金属塩を固化させる冷却手段と、
冷却直後に前記排ガスを衝突させて、固化された前記金属塩を落下させる衝突手段と、
次いで、衝突後の排ガスを前記金属塩の落下方向以外の方向に導く方向転換ダクトが、これらの順に２段配置されてなることを特徴とする回転炉床炉の排ガスダクト装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、
前記冷却手段が、前記回転炉床炉から排出される排ガスの温度を１０００〜１２００℃に冷却する第１冷却手段と、前記衝突後の排ガスの温度を更に４５０〜９００℃に冷却する第２冷却手段とからなることを特徴とする回転炉床炉の排ガスダクト装置。
【請求項３】
請求項２に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、
前記衝突手段が、前記第１冷却手段直後の排ガスダクト内に配設された第１衝突手段と、前記第２冷却手段に後続する排ガスダクト内に配設された第２衝突手段とからなることを特徴とする回転炉床炉の排ガスダクト装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、
前記第１冷却手段が水冷ダクトを含むことを特徴とする回転炉床炉の排ガスダクト装置。
【請求項５】
請求項４に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、
前記水冷ダクトが、前記第１衝突手段直前に水平配置されてなることを特徴とする回転炉床炉の排ガスダクト装置。
【請求項６】
請求項５に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、
前記水冷ダクトの上部が、水冷構造を有していないことを特徴とする回転炉床炉の排ガスダクト装置。
【請求項７】
請求項４乃至６の何れか一つの項に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、
前記水冷ダクトが内張耐火物構造を有してなり、ダストの付着し易いダクト下部の前記耐火物の内表面温度が６００℃以下となる様に構成されてなることを特徴とする回転炉床炉の排ガスダクト装置。
【請求項８】
請求項２乃至７の何れか一つの項に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、
前記第２冷却手段が、流体を直接排ガスダクト内に噴射する方法であることを特徴とする回転炉床炉の排ガスダクト装置。
【請求項９】
請求項４乃至８の何れか一つの項に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、
前記方向転換ダクトが略垂直上方に向かう第１ライザーであると共に、
前記第１衝突手段がこの第１ライザー内壁面であって、
少なくとも前記水冷ダクト直後の排ガスが衝突する第１ライザー内壁面近傍が、耐摩耗性耐火物を被覆されてなることを特徴とする回転炉床炉の排ガスダクト装置。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、
前記方向転換ダクトが、前記第１ライザー頂部に接続して下降する逆Ｊ字状ダクトの最下部に、略水平配置された水平ダクトであると共に、
前記第２衝突手段が、前記水平ダクト内に配設されたダスト捕集槽であって、
前記第１ライザー及び／または逆Ｕ字状ダクトに前記第２冷却手段が配設され、この第２冷却手段によって前記排ガスが冷却されると共に、
冷却された排ガスが前記第２衝突手段に衝突されてなることを特徴とする回転炉床炉の排ガスダクト装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、
前記ダスト捕集槽に衝突された排ガスが第２ライザーを介して上昇され、
この第２ライザーに後続する下降ダクト内に空気予熱器が介設されてなることを特徴とする回転炉床炉の排ガスダクト装置。
【請求項１２】
請求項２乃至１１の何れか一つの項に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置の運転方法において、
前記冷却手段により冷却する排ガス冷却温度を、排ガス中の前記金属塩の種類によって変えることを特徴とする回転炉床炉の排ガスダクト装置の運転方法。
【請求項１３】
請求項２乃至１２の何れか一つの項に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置の運転方法において、
前記第２冷却手段が、不活性ガス、気水状態の水、空気のうちの何れか１種、もしくは２種以上を組み合わせて、直接供給することにより前記排ガスを冷却してなることを特徴とする回転炉床炉の排ガスダクト装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転炉床炉の排ガスダクト装置及びその運転方法に関し、より詳しくは、炭素質還元材と酸化鉄含有物質を含む原料を加熱して還元鉄または粒状金属鉄を製造する回転炉床炉内で発生した排ガスを処理するため、集塵設備に至るダクト中間部に設けられた排ガスダクト装置及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外周壁、内周壁、及びこれら壁間に配置された円環状の回転炉床を具備する回転炉床炉が知られている。前記回転炉床は、一般に、円環状の炉体フレーム、前記炉体フレーム上に配置された炉床断熱材、及びこの炉床断熱材上に配置された耐火物により構成される。
【０００３】
この様な構造を有する回転炉床炉は、鋼材ビレット等金属の加熱処理あるいは可燃性廃棄物の燃焼処理等に用いられるが、近年は、前記回転炉床炉を用いて鉄酸化物から還元鉄を製造する方法が注目されている。このような回転炉床炉による還元鉄製造プロセスの一例を、前記回転炉床炉の設備構成の概略を示す図６を参照しながら説明する。
【０００４】
先ず、鉄酸化物（鉄鉱石、製鋼ダスト等）及び炭素質還元剤（石炭、コークス等）を混合して造粒し、ペレットまたはブリケット（塊成物）を製造する。このペレットまたはブリケットを、これらペレットまたはブリケット内から発生する可燃性揮発分が発火しない程度の温度域に加熱して付着水分を除去し、乾燥ペレットまたは乾燥ブリケットとする。
【０００５】
そして、この乾燥ペレットまたは乾燥ブリケット（還元鉄原料２４）を、適当な装入装置２３を用いて回転炉床炉２６中に供給して、回転炉床２１上にペレットまたはブリケット層を形成し、このペレットまたはブリケット層を、炉内上方に設置した燃焼バーナ２７の燃焼により輻射加熱して還元し、金属化を進める。次いで、金属化した還元鉄２５を冷却器２８により冷却し、排出時および排出後のハンドリングに耐える機械的強度を発現させてから排出装置２２により炉外に排出する。金属化した還元鉄２５を排出後、直ちに乾燥ペレットまたは乾燥ブリケット（還元鉄原料２４）を装入し、上記のプロセスを繰り返して還元鉄を製造する（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
この様な還元鉄の製造に用いられる回転炉床炉において、炉内で発生した排ガスは、回転炉床炉の円周上に設けられた排ガス排出領域から、この排ガス排出領域の天井部に接続された排気ダクトに誘引され、前記排気ダクトの途中や後流に設けられた排ガス処理設備によって処理された後、系外に排出される。しかし、還元鉄原料の還元または溶融過程における種々の揮発不純物発生に伴って、排ガスダクトの閉塞や腐食、或いは耐火物の損傷が発生することが知られている。
【０００７】
そこで、この様な従来例に係る排ガス処理装置の操業方法としては、回転炉床炉から排出される１１００℃以上の排ガスに、不活性ガス、気水状態の水、空気の何れか１種以上を供給し、排ガス吸引ダクト内の排ガス温度を９００〜１１００℃とすることにより、排ガス吸引ダクトの閉塞や内張耐火物の損傷を防止する方法が提案されている（特許文献２参照）。
【０００８】
更に近年、炭素質還元材と酸化鉄含有物質を含む原料を回転炉床炉等の還元溶融炉内で加熱し、この原料中の酸化鉄を固体還元した後、生成する金属鉄を更に加熱して溶融させると共に、スラブ成分と分離させながら凝集させることにより、高純度の粒状金属鉄を製造するプロセスが開発されている。
【０００９】
しかしながら、この粒状金属鉄の製造プロセスにおいては、排ガス量の増加や排ガス温度の上昇という問題点がある。つまり、排ガス量が増加すると下流の排ガスダクト装置や排ガス処理装置等の設備容量が大きくなるため、設備コストが増大するだけでなく、当然ダスト溜まりの問題に伴うランニングコストも増大する。また、排ガス温度が上昇すれば、下流の設備の耐熱性がより要求されるため、更に設備コストとランニングコストが増大することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１８１７２０号公報
【特許文献２】特許第４４２７２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、炭素質還元材と酸化鉄含有物質を含む原料を加熱して、還元鉄または粒状金属鉄を製造する回転炉床炉の排ガスダクト装置において、排ガス量の増加や排ガス温度の上昇に伴う問題を回避しつつダストを捕集して、熱効率の良い長期の安定稼動が可能な回転炉床炉の排ガスダクト装置及びその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置が採用した手段は、炭素質還元材と酸化鉄含有物質を含む原料を加熱して還元鉄または粒状金属鉄を製造する回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記回転炉床炉の排ガスダクトに、前記回転炉床炉から排出される排ガスを冷却して、この排ガス中の金属塩を固化させる冷却手段と、冷却直後に前記排ガスを衝突させて、固化された前記金属塩を落下させる衝突手段と、次いで、衝突後の排ガスを前記金属塩の落下方向以外の方向に導く方向転換ダクトが、これらの順に２段配置されてなることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の請求項２に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置が採用した手段は、請求項１に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記冷却手段が、前記回転炉床炉から排出される排ガスの温度を１０００〜１２００℃に冷却する第１冷却手段と、前記衝突後の排ガスの温度を更に４５０〜９００℃に冷却する第２冷却手段とからなることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の請求項３に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置が採用した手段は、請求項２に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記衝突手段が、前記第１冷却手段直後の排ガスダクト内に配設された第１衝突手段と、前記第２冷却手段に後続する排ガスダクト内に配設された第２衝突手段とからなることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の請求項４に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置が採用した手段は、請求項２または３に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記第１冷却手段が水冷ダクトを含むことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の請求項５に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置が採用した手段は、請求項４に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記水冷ダクトが、前記第１衝突手段直前に水平配置されてなることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の請求項６に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置が採用した手段は、請求項５に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記水冷ダクトの上部が、水冷構造を有していないことを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の請求項７に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置が採用した手段は、請求項４乃至６の何れか一つの項に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記水冷ダクトが内張耐火物構造を有してなり、ダストの付着し易いダクト下部の前記耐火物の内表面温度が６００℃以下となる様に構成されてなることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の請求項８に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置が採用した手段は、請求項２乃至７の何れか一つの項に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記第２冷却手段が、流体を直接排ガスダクト内に噴射する方法であることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の請求項９に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置が採用した手段は、請求項４乃至８の何れか一つの項に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記方向転換ダクトが略垂直上方に向かう第１ライザーであると共に、前記第１衝突手段がこの第１ライザー内壁面であって、少なくとも前記水冷ダクト直後の排ガスが衝突する第１ライザー内壁面近傍が、耐摩耗性耐火物を被覆されてなることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の請求項１０に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置が採用した手段は、請求項８または９に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記方向転換ダクトが、前記第１ライザー頂部に接続して下降する逆Ｊ字状ダクトの最下部に、略水平配置された水平ダクトであると共に、前記第２衝突手段が、前記水平ダクト内に配設されたダスト捕集槽であって、前記第１ライザー及び／または逆Ｕ字状ダクトに前記第２冷却手段が配設され、この第２冷却手段によって前記排ガスが冷却されると共に、冷却された排ガスが前記第２衝突手段に衝突されてなることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の請求項１１に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置が採用した手段は、請求項１０に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記ダスト捕集槽に衝突された排ガスが第２ライザーを介して上昇され、この第２ライザーに後続する下降ダクト内に空気予熱器が介設されてなることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の請求項１２に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置の運転方法が採用した手段は、請求項２乃至１１の何れか一つの項に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置の運転方法において、前記冷却手段により冷却する排ガス冷却温度を、排ガス中の前記金属塩の種類によって変えることを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の請求項１３に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置の運転方法が採用した手段は、請求項２乃至１２の何れか一つの項に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置の運転方法において、前記第２冷却手段が、不活性ガス、気水状態の水、空気のうちの何れか１種、もしくは２種以上を組み合わせて、直接供給することにより前記排ガスを冷却してなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の請求項１に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置によれば、炭素質還元材と酸化鉄含有物質を含む原料を加熱して還元鉄または粒状金属鉄を製造する回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記回転炉床炉の排ガスダクトに、前記回転炉床炉から排出される排ガスを冷却して、この排ガス中の金属塩を固化させる冷却手段と、冷却直後に前記排ガスを衝突させて、固化された前記金属塩を落下させる衝突手段と、次いで、衝突後の排ガスを前記金属塩の落下方向以外の方向に導く方向転換ダクトが、これらの順に２段配置されてなるので、排ガス中に含まれる前記金属塩を二段階の冷却温度で固化させて捕集することにより、前記金属塩の固化と捕集効率が向上し、排ガスダクト内での付着や堆積の問題が極小化され、長期的な安定稼動が可能となる。
【００２６】
また、本発明の請求項２に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置によれば、請求項１に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記冷却手段が、前記回転炉床炉から排出される排ガスの温度を１０００〜１２００℃に冷却する第１冷却手段と、前記衝突後の排ガスの温度を更に４５０〜９００℃に冷却する第２冷却手段とからなるので、排ガス中に含まれる高融点金属塩及び低融点金属塩の固化を、二段階に分けて効果的に実施し得る。
【００２７】
更に、本発明の請求項３に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置によれば、請求項２に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記衝突手段が、前記第１冷却手段直後の排ガスダクト内に配設された第１衝突手段と、前記第２冷却手段に後続する排ガスダクト内に配設された第２衝突手段とからなるので、排ガス中に含まれる前記金属塩の固化を更に効果的に実施し得る。
【００２８】
一方、本発明の請求項４に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置によれば、請求項２または３に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記第１冷却手段が水冷ダクトを含むので、ダクトサイズを極小化することが可能となり、ダクトや耐火物等の設備コストを抑止できる上、メンテナンスも容易になる。
【００２９】
また、本発明の請求項５に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置によれば、請求項４に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記水冷ダクトが、前記第１衝突手段直前に水平配置されてなるので、前記第１衝突手段と組み合わされて、排ガス中に含まれる前記高融点金属塩の固化を確実に行える。
【００３０】
更に、本発明の請求項６に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置によれば、請求項５に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記水冷ダクトの上部が水冷構造を有していないので、ダストの付着し難い水冷ダクト上部の水冷構造が省略でき、設備コストの低減を可能とする。
【００３１】
また更に、本発明の請求項７に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置によれば、請求項４乃至６の何れか一つの項に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記水冷ダクトが内張耐火物構造を有してなるので、低温腐食を防止可能とすると共に、ダストの付着し易いダクト下部の前記耐火物の内表面温度が６００℃以下となる様に構成されてなるので、高融点塩を完全に固化し得る。
【００３２】
本発明の請求項８に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置によれば、請求項２乃至７の何れか一つの項に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記第２冷却手段が、流体を直接排ガスダクト内に噴射する方法であるので、スブレイノズルから流体を噴射することによって、排ガスを直接冷却できるので冷却効率が良い。
【００３３】
また、本発明の請求項９に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置によれば、請求項４乃至８の何れか一つの項に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記方向転換ダクトが略垂直上方に向かう第１ライザーであると共に、前記第１衝突手段がこの第１ライザー内壁面であって、少なくとも前記水冷ダクト直後の排ガスが衝突する第１ライザー内壁面近傍が、耐摩耗性耐火物を被覆されてなるので、排ガス中に含まれるダストによる前記耐火物の摩耗を極力抑えることができる。
【００３４】
そして、本発明の請求項１０に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置によれば、請求項８または９に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記方向転換ダクトが、前記第１ライザー頂部に接続して下降する逆Ｊ字状ダクトの最下部に、略水平配置された水平ダクトであると共に、前記第２衝突手段が、前記水平ダクト内に配設されたダスト捕集槽であって、前記第１ライザー及び／または逆Ｕ字状ダクトに前記第２冷却手段が配設され、この第２冷却手段によって前記排ガスが冷却されると共に、冷却された排ガスが前記第２衝突手段に衝突されてなるので、前記第１冷却手段による固化及び前記第１衝突手段による固気分離が不可能であった低融点金属塩を、更に固化すると共に固気分離しダストとして回収を図り得る。
【００３５】
更に、本発明の請求項１１に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置によれば、請求項１０に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置において、前記ダスト捕集槽に衝突された排ガスが第２ライザーを介して上昇され、この第２ライザーに後続する下降ダクト内に空気予熱器が介設されてなり、前記第１衝突手段及び第２衝突手段による２段の衝突によってダストが充分に除去されているので、予熱空気温度の上昇が図れる結果、燃焼バーナの燃料低減と排ガス処理装置のコンパクト化が可能となる。
【００３６】
一方、本発明の請求項１２に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置の運転方法によれば、請求項２乃至１１の何れか一つの項に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置の運転方法において、前記冷却手段により冷却する排ガス冷却温度を、排ガス中の前記金属塩の種類によって変えるので、金属塩の固化を効果的かつ確実に実施できる。
【００３７】
また、本発明の請求項１３に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置の運転方法によれば、請求項２乃至１２の何れか一つの項に記載の回転炉床炉の排ガスダクト装置の運転方法において、前記第２冷却手段が、不活性ガス、気水状態の水、空気のうちの何れか１種、もしくは２種以上を組み合わせて、直接供給することにより前記排ガスを冷却してなるので、排ガス中に含まれる低融点金属塩を更に効果的に固化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態に係る回転炉床炉本体の外観を示す斜視図である。
【図２】図１の回転炉床炉本体を平面視した平面図である。
【図３】図２の矢視Ａ−Ａを拡大して示す立断面図である。
【図４】図３の矢印Ｂに後続する排ガスダクト装置を示す模式的立断面図である。
【図５】本発明の比較例に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置の概略を示す模式図である。
【図６】従来例に係る回転炉床炉の設備構成の概略を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
先ず、本発明の実施の形態に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置について、粒状金属鉄を製造する回転炉床炉の排ガスダクト装置を態様例として、図１〜図４を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る回転炉床炉本体の外観を示す斜視図、図２は図１の回転炉床炉本体を平面視した平面図、図３は図２の矢視Ａ−Ａを拡大して示す立断面図、図４は図３の矢印Ｂに後続する排ガスダクト装置を示す模式的立断面図である。
【００４０】
この回転炉床炉１は、外周壁２と、その内側に設けられる内周壁３と、これら外周壁２と内周壁３との間の空間を上方から覆う天井部４と、前記外周壁２と内周壁３との間に配置される円環状の回転炉床５とを具備する。前記外周壁２、前記内周壁３、及び前記天井部４は主として断熱材により構成されている。
【００４１】
前記回転炉床５は、図示しない駆動装置によって、外周壁２と内周壁３との間を通りながら、円周上を回転する様に駆動される。この回転炉床５は、円環状の炉体フレーム５ａと、この炉体フレーム５ａ上に配設された炉床断熱材や耐火物５ｂとで構成される。そして、この回転炉床５上には、炭素質還元材と酸化鉄含有物質を含む原料（以下、還元鉄または粒状金属鉄用原料と称す）６が図示しない装入口から装入される。この還元鉄または粒状金属鉄用原料６は、回転炉床５の回転を伴いながら炉内で加熱処理及び還元処理または還元溶融処理され、これらの処理により還元鉄または粒状金属鉄が製造される。
【００４２】
この回転炉床炉１の天井部４には、排ガス排出室７が具備されている。この排ガス排出室７は、この天井部４の周方向（即ち、回転炉床５の回転方向）の一部を構成する。この排ガス排出室７は、前記天井部４の他の部分よりも上向きに突出していて、当該他の天井部４の下面よりも一段高い下面を有している。そして、回転炉床炉１から排出される排ガスを、以下に述べる排ガスダクト装置まで導出するための排ガスダクト８が、排ガス排出室７に連通する様に前記排ガス排出室７に水平向きに接続されている。
【００４３】
本発明の実施の形態に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置１１は、前記排ガスダクト８に後続すると共に、図４に図示しない冷却器、集塵機及び排気ファン等の排ガス処理設備に至るまでの中間ダクト部に設けられた装置である。
【００４４】
そして、この排ガスダクト装置１１には、先ず前記回転炉床炉１から排出される排ガスを急冷して、この排ガス中の金属塩を固化させる冷却手段１２と、冷却直後に前記排ガスを衝突させて、固化された前記金属塩を落下させる衝突手段１３と、次いで、衝突後の排ガスを前記金属塩の落下方向以外に導く方向転換ダクト１４とが配設されている。
【００４５】
前記冷却手段１２は、前記回転炉床炉１から排出される１２００℃以上の排ガスの温度を、１０００〜１２００℃に冷却して、高融点金属塩を固化させる水冷ダクト（第１冷却手段）１２−１と、衝突後の前記排ガスの温度を更に４５０〜９００℃に冷却して、低融点金属塩を固化させるスプレイノズル（第２冷却手段）１２−２ａ，１２−２ｂとからなる。
【００４６】
前述の如く、回転炉床炉１からの排出ガスを二段階に分けて冷却する理由は、粒状金属鉄原料を還元処理する過程で生成し、前記排ガス中に含まれる金属塩（例えば、Ｎａ２ＳＯ４，Ｋ２ＳＯ４，Ｎａ３Ｆｅ(ＳＯ４)３，Ｋ３Ｆｅ(ＳＯ４)３等）の融点が４５０〜１２００℃の広範囲に渡り、一段の冷却で多くの金属塩を固化することは不可能であるためである。
【００４７】
また、前記衝突手段１３については、詳細は後述するが、前記水冷ダクト１２−１（第１冷却手段）直後の排ガスダクト内に配設された第１ライザー内壁面（第１衝突手段）１３−１と、スプレイノズル（第２冷却手段）１２−２ａ，１２−２ｂに後続する排ガスダクト内に配設された第２ダスト捕集槽（第２衝突手段）１３−２とからなる。更に、前記方向転換ダクト１４が、前記第１ライザー内壁面（第１衝突手段）１３−１に衝突した排ガスを略垂直上方に方向転換させる第１ライザー（第１方向転換ダクト）９ａと、前記第２ダスト捕集槽（第２衝突手段）１３−２に衝突した排ガスを水平方向に方向転換させる水平ダクト（第２方向転換ダクト）９ｂとからなる。
【００４８】
そして、水冷ダクト１２−１は水冷ジャケット８ａを有し、第１ライザー内壁面（第１衝突手段）１３−１直前に水平配置されるが、水冷ダクト１２−１上部にはダストが付着し難いので、水冷構造を有していなくても良いし、ダクトの下部のみが水冷ジャケット８ａを有するものでも良い。一方、第１ライザー内壁面（第１衝突手段）１３−１はこの水冷ダクト１２−１直後にあって、水冷ダクト１２−１内の排ガスが衝突して、第１ライザー９ａ内面に沿って略垂直上方に方向転換する様に配設されている。この様な排ガスダクト装置１１によって、回転炉床炉１から排出される排ガスに含まれる種々の金属塩のうち、１０００〜１２００℃の融点を有する金属塩が効果的に固化されてダストとなり、排ガスとの固気分離が効率的に行なわれる。
【００４９】
固気分離された排ガスは第１ライザー９ａを上昇していく一方、固化された高融点金属塩はダストとして落下し、第１ダスト捕集槽１６に捕集される。そして、この第１ダスト捕集槽１６に捕集されたダストを定期的あるいは連続的に排出することによって、排気ダクト内での金属塩の付着や堆積の問題が極小化され、排ガスダクト装置１１や前記排ガス処理設備の長期的な安定稼動が可能となるのである。
【００５０】
前記方向転換ダクト９ａは、必ずしも略垂直上方に向かうダクト（第１ライザー９ａ）でなくとも、図４紙面に対して斜交する方向或いは図４紙面に対して略直交する方向でも良い。但し、前記第１ライザー(方向転換ダクト)９ａは、水冷ダクト１２−１直後の排ガスの水平流方向に対して、少なくとも７０度以上方向転換するものが好ましい。
【００５１】
更に、前記第１ライザー９ａ頂部に接続して、反転下降する方向に逆Ｊ字状ダクト１０ａが配設され、第１ライザー９ａにスプレイノズル１２−２ａ，逆Ｊ字状ダクト１０ａにスプレイノズル１２−２bが配設されている。また更に、この逆Ｊ字状ダクト１０ａの最下部には、第２ダスト捕集槽１３−２が配設され、この第２ダスト捕集槽１３−２の槽が前記第２衝突手段としての役目を果たしている。
【００５２】
そして、第１ライザー９ａによる上昇及び後続の逆Ｊ字状ダクト１０ａによる下降に伴って排ガスが冷却され、冷却された排ガスが第２ダスト捕集槽（第２衝突手段）１３−２に衝突する様に配設されている。その際、固化された低温金属塩を捕集するための第２ダスト捕集槽１３−２が、衝突後の前記排ガスを方向転換させる水平ダクト９ｂ内に配設されている。その結果、第１冷却手段１２−１による固化と第１衝突手段１３−１による固気分離が不可能であった低融点金属塩を、更に固化すると共に固気分離して、第２ダスト捕集槽１３−２に捕集し回収を図り得る。
【００５３】
一方、水冷ダクト１２−１、第１ライザー９ａ及び逆Ｊ字状ダクト１０ａのダクト内壁は耐火物１５が被覆されており、これらの排気ダクト１２−１，９ａ，１０ａの熱による損傷を防止している。これらの排気ダクト１２−１，９ａ，１０ａのうち、水冷ダクト１２−１は、ダストの付着し易いダクト下部の耐火物１５の内表面温度が６００℃以下、好ましくは５００℃以下となる様に、耐火物の種類と厚さを勘案して構成されている。また、少なくとも前記水冷ダクト１２−１直後の排ガスが衝突する第１ライザー内壁面１３−１は、耐摩耗性耐火物１５ａを被覆されているので、排ガス中に含まれるダストによって前記耐火物１５ａの摩耗を極力抑えることができる。
【００５４】
更に、前記水平ダクト９ｂには、第２ダスト捕集槽１３−２に衝突された排ガスを上方向に導くための第２ライザー１０ｂと、この第２ライザー１０ｂに後続して、前記排ガスを下方向に下降させる下降ダクト１０ｃと、後続の排ガス処理設備に連結するための水平ダクト１０ｄが接続されている。そして、前記下降ダクト１０ｃ内に空気予熱器１７が介設されている。下降ダクト１０ｃ内の空気予熱器１７に堆積することなく落下するので、ダストによる閉塞のない空気予熱が可能となり、その結果、予熱空気の温度を上げて熱回収効率も高く維持可能となる。更に、予熱空気温度の上昇が図れる結果、回転炉床炉１の燃焼バーナの燃料低減と排ガス処理装置のコンパクト化が可能となる。
【００５５】
尚、前記排気ファンが突然故障したとしても、回転炉床炉１から排出される排ガスを大気放出できる様に、水冷ダクト１２−１、第１ライザー９ａ、Ｊ字状ダクト１０ａ及び第２ライザー１０ｂのうち、少なくとも一つ以上に、図示しない大気開放弁を設置するのが好ましい。また、排ガスダクト内のドラフトを考慮すれば、第１ライザー９ａの頂部や第２ライザー１０ｂと下降ダクト１０ｃ間の頂部等、排ガスダクトの最も高い位置に設置するのが更に好ましい。
【００５６】
次に、本発明の回転炉床炉の排ガスダクト装置の運転方法に係る実施の形態を、以下前図３，４を参照しながら排ガスの流れに沿って説明する。
【００５７】
先ず、回転炉床炉１から排出される排ガスを、排ガスダクト８を介して水平配置された水冷ダクト１２−１に導入し、この水冷ダクト１２−１によって第１の冷却温度に急冷して、排ガス中の一部の高融点金属塩を固化すると共に、冷却直後の前記排ガスを直進させて、第１ライザー内壁面１３−１に衝突させると、固化された前記高融点金属塩が落下して第１ダスト捕集槽１６に捕集される。
【００５８】
一方、衝突後の排ガスは、方向転換して第１ライザー９ａに沿って略垂直上方へ上昇しつつ、スプレイノズル１２−２ａから噴射された流体を直接排ガスに噴射して冷却した後、更に第１ライザー９ａの頂部を経て反転し、逆Ｊ字状ダクト１０ａを介して下降しつつ、再度、スプレイノズル１２−２ｂから噴射された流体を噴射して、前記第１の冷却温度より更に低温の第２の冷却温度にまで冷却し、排ガス中の低融点金属塩を固化する。
【００５９】
ここで、前記水冷ダクト１２−１及びスプレイノズル１２−２ａ，１２−２ｂにより排ガスを冷却する前記第１の冷却温度及び第２の冷却温度は、排ガス中の前記金属塩の種類によって夫々変えることが肝要である。例えば、前記第１の冷却温度は１０００〜１２００℃、前記第２の冷却温度は４５０〜９００℃の範囲とするのが良い。また、前記スプレイノズル１２−２ａ，１２−２ｂによる冷却は、不活性ガス、気水状態の水、空気のうちの何れか１種、もしくは２種以上の流体を組み合わせて、直接排ガス中に供給するのが好ましい。更に、前記スプレイノズル１２−２ａ，１２−２ｂは、第１ライザー９ａと逆Ｊ字状ダクト１０ａの何れか一方に配設しても良い。
【００６０】
次いで、冷却された排ガスは、逆Ｊ字状ダクト１０ａに沿って下降し、第２ダスト捕集槽１３−２に衝突して、排ガス中の低融点金属塩が第２ダスト捕集槽１３−２に捕集される。一方、衝突後の排ガスは、水平ダクト９ｂに沿って水平方向に方向転換し、更に、第１ライザー１０ｂに沿って略垂直上方へ上昇して頂部に至り、更に下降ダクト１０ｃにより略垂直下方向に向かう。前記第１ダスト捕集槽１６や第２ダスト捕集槽１３−２に捕集されたダストは、捕集効率と槽容量に応じて連続的または定期的に排出する。ダストの排出方法としては、スクレーパ式排出装置による連続排出を図ることができるが、排ガス温度が高い場合は、機械式よりむしろ、スラリーとして排出可能な水封式による方が容易で確実である。
【００６１】
そして、下降ダクト１０ｃ内に介設された空気予熱器１７によって、この空気予熱器１７に投入された空気と熱交換する。熱交換された予熱空気は、回転炉床炉１を加熱する燃焼バーナの燃焼空気として使用される。一方、熱交換後の排ガスは、水平ダクト１０ｄを経て、図示しない冷却器により更に冷却後、集塵機により集塵処理され排気ファンを経て大気放出される。
【実施例】
【００６２】
＜比較例＞
先ず、比較例に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置につき、図５を参照しながら説明する。図５は、本発明の比較例に係る回転炉床炉本体の排ガスダクト装置の概略を示す模式図である。
この排ガスダクト装置１１ａは、回転炉床炉１の排ガス排出室７に連通する排ガスダクト８に接続され、排ガスを逆Ｖ字状に吸引するＶ字ダクト１８と、排ガスの下降に伴ってこの排ガスを冷却する冷却器１９と、冷却後の排ガスと熱交換する空気予熱器１７により空気を予熱する予熱器２０とからなる。次いで、図示省略するが、ダストを集塵する集塵機と、集塵後の排ガスを吸引して大気放出する排気ファンが、後続して設けられている。
【００６３】
この様な構成からなる回転炉床炉１の排ガスダクト装置１１ａを用いて、連続稼動運転した。即ち、回転炉床炉１から排出される１３００℃の排ガスをＶ字ダクト１８に吸引し、冷却器１９に導入して排ガスを冷却した後、冷却された排ガスを予熱器２０内において空気と熱交換後、集塵機を経て排気ファンにより大気に排出する連続稼動運転を行なった。
【００６４】
上記連続稼働中、冷却器１９出口における排ガス温度を測定したところ７２６℃であった。そして、連続運転開始して２３日経過後、前記予熱器２０が閉塞したため運転停止した。この予熱器２０における２３日間連続稼動後の熱回収効率は、稼動開始直後と比較して３７．９％も低下した。運転停止後、排ガスダクト装置１１ａ内のダストの堆積状況を検査したところ、単位時間に換算したダスト量としては表１に示す通りであった。
【００６５】
【表１】
2012052746.tif 000003
【００６６】
即ち、本比較例に係る排ガスダクト装置１１ａとその運転結果によれば、冷却器１９における排ガスの冷却により、冷却器１９出口における排ガス温度が７２６℃となっており、高融点金属塩の固化には充分であるが、一段の冷却であるためこれ以上の温度低下には至らず、排ガス中の低融点金属塩の固化が不充分と言える。その結果、排ガスダクト装置１１ａ内のダスト量は、ダスト捕集装置が設けられていないのにも拘わらず、表１に示す如く、Ｖ字ダクト１８の頂部においては比較的少ない。しかしながら、空気予熱器１７は排ガスが上昇する予熱器２０内に配設されているので、ダストが空気予熱器１７の上部等に滞留し易く、付着したダストは多量であった。
【００６７】
＜実施例＞
一方、実施例として用いた回転炉床炉の排ガスダクト装置は、図４を用いて説明した本発明の実施の形態に係る排ガスダクト装置１１と同一であり、また、この様な構成からなる回転炉床炉１の排ガスダクト装置１１を用いた実施例に係る連続運転を、図４を用いて説明した本発明の実施の形態に係る排ガスダクト装置１１の運転方法と同様に行なった。
【００６８】
実施例に係る上記連続運転結果につき、図４を参照しながら以下説明する。この運転中、第１ライザー内壁面１３−１に衝突した後、第１ライザー９ａに沿って上昇し始める位置での排ガス温度は１０８１℃、また、逆Ｊ字状ダクト内を下降して第２ダスト捕集槽液面１３−２に衝突した後、水平ダクト９ｂに沿って移動し始める位置での排ガス温度は６８５℃であった。
【００６９】
そして、運転開始後ダクト内部を閉塞することもなく１８０日間連続稼動できた。また、空気予熱器１７における１８０日間連続稼動後の熱回収効率は、稼動開始直後と比較しても４．８％の低下に抑えることができた。稼動停止後、排ガスダクト装置１１内のダストの堆積状況を検査し、単位時間に換算したダスト量しては表２に示す通りであった。
【００７０】
【表２】
2012052746.tif 000004
【００７１】
即ち、本実施例に係る排ガスダクト装置１１とその運転結果によれば、水冷ダクト１２−１による第１冷却手段によって排ガス中の高融点金属塩を固化し、次いで、スプレイノズル１２−２ａ，１２−２ｂによる第２段冷却手段によって排ガス中の低融点金属塩を固化する二段階の効果的な固化が可能なので、表２に示す如く、第１ダスト捕集槽１６及び第２ダスト捕集槽１３−２におけるダスト捕集量は非常に多量である。
【００７２】
しかしながら、これらダスト捕集槽１６，１３−２内に捕集されたダストは、連続的または定期的に排出することによって、排ガスダクト装置１１内の排ガス通過領域を閉塞させることはない。一方、空気予熱器１７は排ガスが下降する下降ダクト１０ｃ内に介設されているので、ダストは排ガスと共に下方に落下し易く、空気予熱器１７上部等に滞留したり付着したダストは０．５ｋｇ／ｈと少量であった。また、排ガスダクト装置１１内の他のダクト内においても、滞留したり付着したダストは極く少量であった、
【００７３】
以上説明した通り、本発明に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置によれば、排ガスダクトに、前記回転炉床炉から排出される排ガスを冷却して、この排ガス中の金属塩を固化させる冷却手段と、冷却直後に前記排ガスを衝突させて、固化された前記金属塩を落下させる衝突手段と、次いで、衝突後の排ガスを前記金属塩の落下方向以外の方向に導く方向転換ダクトが、これらの順に２段配置されてなるので、排ガス中に含まれる前記金属塩を二段階の冷却温度で固化させて捕集することにより、前記金属塩の固化と捕集効率が向上し、排ガスダクト内での付着や堆積の問題が極小化され、長期的な安定稼動が可能となる。
【００７４】
また、本発明に係る回転炉床炉の排ガスダクト装置の運転方法によれば、前記冷却手段により冷却する排ガス冷却温度を、排ガス中の前記金属塩の種類によって変えるので、金属塩の固化を効果的かつ確実に実施できる。更に、前記第２冷却手段が、不活性ガス、気水状態の水、空気のうちの何れか１種、もしくは２種以上を組み合わせて、直接供給することにより前記排ガスを冷却してなるので、排ガス中に含まれる低融点金属塩を更に効果的に固化させることができる。
【符号の説明】
【００７５】
１：回転炉床炉，                  ２：外周壁，
３：内周壁，                      ４：天井部，
５：回転炉床，                    ５ａ：炉体フレーム，
５ｂ：炉床断熱材や耐火物，
６：粒状金属鉄用原料，
７：排ガス排出室，
８：排ガスダクト，                ８ａ：水冷ジャケット，
９ａ：第１ライザー（第１方向転換ダクト），
９ｂ：水平ダクト（第２方向転換ダクト），
１０ａ：逆Ｊ字状ダクト，            １０ｂ：第２ライザー，
１０ｃ：下降ダクト，                １０ｄ：水平ダクト，
１１，１１ａ：排ガスダクト装置，
１２：冷却手段，
１２−１：水冷ダクト（第１冷却手段），
１２−２ａ，１２−２ｂ：スプレイノズル（第２冷却手段），
１３：衝突手段，
１３−１：第１ライザー内壁面（第１衝突手段），
１３−２：第２ダスト捕集槽（第２衝突手段），
１４：方向転換ダクト，
１５：耐火物，                      １５ａ：耐摩耗性耐火物，
１６：第１ダスト捕集槽，
１７：空気予熱器，
１８：Ｖ字ダクト，                  １９：冷却器，
２０：予熱器
【図１】
2012052746.tif 000005
【図２】
2012052746.tif 000006
【図３】
2012052746.tif 000007
【図４】
2012052746.tif 000008
【図５】
2012052746.tif 000009
【図６】
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