(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の直線移動炉を備えた、炭素質の還元剤で金属酸化物を還元するための設備であって、各炉が投入端部と排出端部を有し、各炉床は分離可能なセクションの列からなり、一対の直線移動炉は平行に並んでおり、各炉の投入端部は他方の炉の排出端部に隣接して、各炉床セクションは一方の炉の排出端部で切り離され、他方の炉の投入端部で連結され、各炉が所定位置に燃料ガスの出口となる煙突を有し、各炉が該煙突と投入端部との間に防火壁を有し、各炉の炉内の固体の流れと対向するようにガス流れを保持するために、各炉の投入端部と防火壁との間において各炉を連通する開口部が形成されており、煙突へ向かうガスを完全に酸化させるために炉内に向けて火炎を発する炉の側壁に設けたバーナーに燃料とともに酸素と空気が導入され、炉床の分離可能な炉床セクションは、ガス流が透過不可能なように耐火材料で覆われていることを特徴とする設備。
【請求項２】
炉床の分離可能な炉床セクションは両側に保持壁を有しており、その保持壁は炉床の移動方向と平行に延びており、且つ保持壁の高さは少なくとも炉床の塊層の高さと同じである請求項１記載の設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願は、１９９９年２月２６日に仮出願された米国特許出願６０／１２２，０８６に基づく優先権を主張している。本発明は、炭素質の還元剤で金属酸化物を還元するための設備に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
回転炉（ＲＨＦ）は、製鉄プラントにおいて、鉄鉱石または廃棄物を炭素質の還元剤と固めて造った塊状体の中の酸化鉄を還元するために使用される。現在タイ国において建設中である鉄鉱石から鉄を製造するための最大の回転炉は、本発明と比較するのに最適の先行技術である。タイ国のナコルンタイ鋼帯製造会社（ＮＳＭ）の回転炉は、炉床の幅が６．５ｍで外径が４５ｍであり、年間の生産能力は製品の金属化率に依存するが、８００ｍ2 の全炉床面積において、３０万〜５０万トンの直接還元鉄（ＤＲＩ）を製造しうる。その回転炉は、火炎によって熱が供給され、回転炉床に炭素質の還元剤を有する一つまたは二つのペレット層を形成するように設計されている。ほぼ一回転の終点で、直接還元鉄はスクリュー排出機によって排出される。
【０００３】
現在使用されている金属酸化物還元用の回転炉は、次のような欠点を有している。
（Ａ）回転炉の内側の空間は炉床の面積と本質的に同じであるため、土地の利用が効率的でない。
（Ｂ）回転部が高速で回転する。回転炉の回転速度は炉体の直径が大きくなると増加するので、各ユニットの大きさが限定される。
（Ｃ）排出作業：炉の回転速度が増加すればするほど、且つ炉床の幅が大きくなればなるほど、スクリュー排出機の排出動作がますます必要になる。
（Ｄ）回転炉の炉床のいずれかの部分を修理するために、全設備の作動を停止して低温に冷却する必要がある。これは生産量の低下につながり、また温度変化により炉のライニングの寿命を短くする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明に従って、直線的に移動する一対の炉を有する、炭素質の還元剤で金属酸化物を還元するための設備であって、各炉が投入端部と排出端部を有し、各炉床が分離可能なセクション列からなり、各炉床セクションを一方の炉の排出端部で切り離して他方の炉の投入端部で連結することができる。
【０００５】
直線的に移動する一対の炉は平行に並んでおり、各炉の投入端部は他方の炉の排出端部に隣接している。
【０００６】
各炉の分離可能な炉床セクションは耐火材料で覆われており、その部分をガスが透過することはできない。また、分離可能な各炉床セクションは、炉床の移動方向と平行に延びる保持壁を両側に有しており、その保持壁の高さは少なくとも炉床の塊層の高さと同じである。
【０００７】
その設備は、また、他方の炉の少なくとも一部をガスが流れ、金属酸化物と炭素質の還元剤とに対向するガス流れを生成するように、生成したガスを各炉の投入端部に隣接する領域から他方の炉の排出端部に隣接する領域に向けて流す手段を有している。
【０００８】
直線的に移動する各炉は、処理ゾーンと投入端部および排出端部を分離する防火壁を端部近くに有している。
【０００９】
各炉は、炉内の固体の流れに対して反対方向に高温のガス流を保持し、且つ負圧を維持するように、所定位置に所定高さの煙突を有している。
【００１０】
その設備は、各炉の温度と火炎の還元能力を制御するための手段を有しているので、処理時間の経過とともに還元能力を増加した雰囲気に固体は露出され、ガスは炉から排出される前に完全に酸化される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に従って金属酸化物を還元するための一対の直線移動炉床からなる炉（本明細書において、「直線移動炉」ともいう）の詳細について後記する。従来技術と本発明の間における設備配置と大きさについて以下に説明する。
【００１２】
タイ国のＮＳＭ社の回転炉が図１（ａ）に示されており、本発明の直線移動炉が図１（ｂ）に示されている。
仮定：
（１）全炉床面積は両炉において同じとする。
（２）炉床の幅Ｗは両炉において同じとする。
回転炉において、Ｗ＝（Ｄ−ｄ）／２となる。
【００１３】
直線移動炉の長さＬは、以下のように計算できる。
直線移動炉の全炉床面積ＡPSHFは次のようになる。
0003738886.tif 000002
回転炉の全炉床面積ＡRHF は次のようになる。
ＡRHF ＝π（Ｄ2−ｄ2）／４
ＡPSHF＝ＡRHF とおいて、上式からＬを求めると、
Ｌ＝π（Ｄ＋ｄ）／４、または、Ｌ＝π（Ｄ−Ｗ）／２となる。
【００１４】
面積が８００ｍ2 ので幅が６．５ｍの直線移動炉の長さは、図１（ｂ）に示すように、６１ｍである。
回転部の速度は、同じ在炉時間の間に移動すべき距離（直線移動炉に対してはＬ、回転炉に対してはπＤ）に比例しており、直線移動炉の６１に対して、回転炉では１４１となる。または、直線移動炉の１に対して、回転炉では２．３となる。
【００１５】
本発明の全特徴を、金属産業で公知である２つの炉、すなわち、鉄鉱石の焼結またはペレット化のための回転炉および連続移動火格子炉と比較しつつ説明する。
【００１６】
図２に示すように、本発明の直線移動炉は、連続移動火格子炉内のパレットのように一列の分離可能なセクション２２を有している。隣接するセクション（パレット）２２は障壁もなく配置されている。この直線移動炉は、個々のパレット２２が排出端部１６において容易に分離され、投入端部１４において再び連結される点において、連続移動火格子炉と異なっている。
【００１７】
直線移動炉の分離可能な炉床セクション（パレット）２２は、回転炉の場合と同じように、耐火材料でライニングされているが、移動火格子炉内のパレットと異なり、ガスは透過させない。
【００１８】
本発明の直線移動炉１０、１２では、図２に示すように、固体の積載物は反対方向で且つ直線方向に移動する。化学反応によって生成したガスは、各炉１０、１２の投入端部１４の近傍の領域から他方の炉の排出端部１６の近傍の領域に向けて流れ、このガス流れは固体の移動方向に逆行するものである。その結果、還元剤中の揮発性物質の使用が効果的となり、炉から排出されるまでに金属化された製品（製鉄用の場合は直接還元鉄）が再酸化する危険性がなくなる。
【００１９】
炉床に残留熱を保持するために、製品を排出した直後、排出されたパレット２２は新しいペレットを受け入れるために、他方の炉に向かって横方向に移動する。図２に示すように、固体の積載物は直線移動炉１０、１２によって一方端から他方端へ運ばれる。すなわち、反対方向の２列の平行な固体の流れが生まれる。一般に、固体の積載物の入口と燃料ガスの出口、すなわち煙突２０との間に防火壁１８が存在していることにより、ガス流れは固体の流れと反対方向になる。防火壁１８に達するまでにペレット層に生成するガスは、炭素質の還元剤による揮発性物質に富むものである。固体の積載物は、各直線移動炉１０または１２の末端へ向けてガスを移動させる防火壁１８の直下を通る。炉の末端において、隣接する直線移動炉１０または１２から流入するガスは、そのプロセスに必要な熱を生成し、還元雰囲気を維持し、および非常に高い温度で金属化された金属の再酸化の危険性を少なくするために、空気、酸素含有ガスまたは予熱空気を噴射することによって部分的に酸化される。
【００２０】
さらに、投入および排出操作を含む本発明の特徴が図３（ａ）と図３（ｂ）に示されている。防火壁１５と１７の間に高温領域が存在する。防火壁１８はガス流れを制御するために使用される。図３（ａ）に示すように、還元された製品を運搬する直線移動炉１０または１２の各セクション２２は、直線移動炉の端部にある防火壁１７を通過した後、受け入れホッパー２４内に製品を排出するために切り離すことができる。可能な排出方法については、後記する。図３（ｂ）に示すように、空のセクション２２は、新しいペレットを受け入れるために隣接する直線移動炉の投入端部１４に直ぐに移動する。直線移動炉１０または１２の両端において、同じような機構でセクションの移動が行われ、すべてのセクション２２が循環使用される。
【００２１】
図４において、例えば、１９９８年１１月１６日に出願された米国特許出願０９／１９２，９２７に記載されているように、層高がより高くて、より高温の火炎下で塊層が使用されるならば、生産性（還元塊の単位面積・単位時間当たりの生産量（トン／ｍ2 ／hr））が向上する。側面の保持壁２８は、少なくとも塊層と等しい高さを有するものが使用される。しかし、保持壁が存在することによって、炉床の移動方向と直角の方向に還元製品を移動させるスクリュー排出機の操作上の問題が提起される。本発明の特徴として、各炉床セクション２２は防火壁１７を通過した後に切り離され、保持壁２８から干渉を受けることなく還元製品を排出する。
【００２２】
投入と排出操作は、高温領域の外側ではあるが、囲い３０の内側で行われる（図５）。
【００２３】
（１）投入
炉床にペレットまたはブリケットを投入および分配するためのシステムは、鉄鉱石のペレット化のための火格子炉を有する一般的なシステムのものを使用できる。しかし、炉と外気との間にガスが流れないようにする密封装置、例えば、二重ホッパー配置を環境保護のために採用すべきである。
【００２４】
（２）排出
上記したように、排出プロセスが本発明の特徴である。排出プロセスは３つの工程からなる。
【００２５】
工程１  速度アップと切り離し
パレット（炉床セクション２２）は、排出端部にある防火壁１７を通過した後、速度向上装置によって速度が増加される。パレット列を移動するための主駆動装置とは独立である、この速度向上装置は、主駆動装置よりも高速でパレットを動かす。パレット列から切り離すために速度を向上させた後、切り離されたパレットは、排出装置により制御される。
【００２６】
工程２  排出
パレット２２の直下の受け入れホッパー２４に還元鉄を排出するために、排出装置は次の中のどれか１つの方法で作動する。
・ダンプカーのように、重力の作用下で（もし必要ならば、機械装置の補助の下で）還元鉄を下方に滑動させるためにパレットを傾けること。
・受け入れホッパー２４に還元鉄を投入するためにパレット全部を逆さまに回転させること。
・固体または走行スクレーパによって、機械的に且つ水平方向に移動パレットから還元鉄を除去すること。
【００２７】
工程３  パレット２２を隣接する炉の投入端部において取り付けること
排出装置は、キャリア上にまっすぐに空のパレット２２を置いていく。キャリアは、パレット列に連結するために隣接する炉の投入端部１４までそのパレットを移動させる。キャリアは、また、メンテナンスのためにこのパレット２２を循環列から取り出して、パレット列のわきに置く。
【００２８】
鉄鉱石を還元するための従来型回転炉において、炉床はれんがをライニングした鋼製ターンテーブルの非常に大きなユニットである。直接還元鉄は、スクリュー排出機によって半径方向に排出される。回転炉の利点は駆動機構が比較的シンプルなことである。しかし、しばしばメンテナンスが必要とされる炉床およびスクリュー排出機のいずれかの部分を修理するときは、全ユニットの操作を停止して冷却する必要がある。これは、炉の耐火物にとって有害であり、金属酸化物の還元のために回転炉の使用頻度を低下させる大きな要因となる。
【００２９】
本発明において、投入または排出操作のために高温領域に移動部分がなく、炉床は分離可能なセクション２２（パレット）の列から形成される。各パレット２２は、修理が必要なときには列から取り出されて、操業の邪魔をすることなく予備のパレットと交換される。列から取り出されたパレットは、オフラインで修理される。
【００３０】
図５に示すように、直線移動炉は、回転炉と同じように、囲い３０によって完全に囲まれており、負圧下で操業される。図３に示すように、直線移動炉１０または１２の両端のドア２６は、パレット２２の移動のために開放することができる。高温ガスの移動によって負圧は維持され、周囲への燃料ガスとダストの飛散は殆ど起こらない。
【００３１】
金属酸化物の還元プロセスは、塊層上の火炎に対して矛盾した要求、すなわち、燃料内の最大の化学反応熱を引き出すことと、金属化された金属が再酸化されるのを防止することの２点を要求する。炭素のより多くの化学エネルギーを熱に変換するには、燃焼生成物（火炎）が金属製品のためにより酸化されることが必要である。本発明の利点を以下の２つの実施例に基づいて説明する。
【００３２】
高炉においては、含鉄原料の移動方向と反対方向にガスは流れる。ガス相温度は、すべてのガスと固体の接触点において固体温度よりも高い。高金属化率の含鉄原料は、最も温度と還元性の高いガスと接触する。金属鉄が再酸化する危険性はない。レースウエイから排出された後、炭素の化学エネルギーをすべて得るようにそのガスをさらに酸化させるために空気または酸素を導入する手段はない。そこで、炉頂のガスには、５０％の炭素酸化物がＣＯ2 の形態で存在し、残りはＣＯである。
【００３３】
現状の回転炉において、ガスと固体が反対方向に流れるような流動技術は確立されていない。直接還元鉄の再酸化を防止するために、火炎中の炭素酸化物の比率は、ＣＯ／ＣＯ2 ＝２／１に維持されている。そこで、炭素の化学エネルギーの殆ど半分が反応のために炉内で利用されない。
【００３４】
層高の高いペレット層に対して、ある金属化率、例えば８５％を達成するために、火炎からペレット層への集中的な熱の供給と熱の伝達が必要であると信じられており、比較的強い酸化能力を許容することができる。防火壁１５と１７の間の低および中間金属化領域の塊層とバーナーの上のガスは、完全燃焼を目標としている。
【００３５】
ある金属化率、例えば９０％になった後、金属製品の層は火炎が高温に保持されることを必要とし、その火炎がある還元能力を有することを必要とする。これは、図３の防火壁１７の近くの高金属化領域のことである。もし必要ならば、非常に強い還元能力を有するガスが隣接する炉の投入端部から高金属領域に導入される。炉床のＬ／Ｗ比が大きいために、ガス流と固体流の効果的な反対方向の流れが十分良好に保持される。この領域において、側壁から導入される酸化剤は、高温で低流量の火炎を促進するために酸素（または予熱空気）とすべきである。さらに煙突２０へ向かう下流のガス流れにおいて、完全燃焼のために酸素に加えて空気と燃料がバーナーに導入され、集中的な熱の供給と熱の伝達が達成される。
【００３６】
要するに、直線移動炉において、還元された塊製品の製造におけるエネルギー消費量は大幅に低下され、直接還元鉄の再酸化の危険性は本質的になくなる。
本発明の利点は以下のとおりである。
Ａ  土地の有効使用
Ｂ  炭素質材料から生成する還元剤および熱の有効使用
Ｃ  還元ユニット内で使用される燃料の化学エネルギーの完全利用
Ｄ  鉄鉱石、クロマイト、イルメナイトなど及び重金属の酸化物を含有する廃棄物の処理および金属製品の再酸化防止のために、異なる反応操作段階で必要な熱を提供するために雰囲気の酸化および還元能力を効果的に制御すること
Ｅ  層高が高い一様なペレット層の形成
Ｆ  新規である投入および排出機構の単純化
Ｇ  炉床のメンテナンスの単純化と効率化
本発明の他の実施例および利点は当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は公知の回転炉の炉床の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す回転炉と同じ炉床面積を有する本発明の直線移動炉の炉床の平面図である。
【図２】図１（ｂ）に示す直線移動炉内のガスと固体の流動方向を示す図である。
【図３】図３（ａ）は直線移動炉の側面図、図３（ｂ）はその平面図である。
【図４】直線移動炉で使用される分離可能な炉床パレットの断面図である。
【図５】直線移動炉が囲いで覆われている状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０、１２…直線移動炉
１４…投入端部
１６…排出端部
１５、１７、１８…防火壁
２０…煙突
２２…分離可能なセクション（パレット）
２４…ホッパー
２６…ドア
２８…保持壁
３０…囲い
【図１】
0003738886.tif 000003
【図２】
0003738886.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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