JP2001514701A - 鉱石還元プロセスにおける還元ガスの処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の目的は、与えられた鉱石品質に対して還元プロセスを最適化し得るような方法を提供することである。還元ガス（７）は、ガスセンサ（１）によって分析され、２つの部分流へと分けられる。第１部分流の量は、調節バルブ（３）によって制御される。その後、第１部分流は、バーナー（４）へと送られ、そこで酸化される。還元ガス（７）のうちの他の部分流（第２部分流）は、縦型炉内におけるガス要求量に応じて調節バルブ（２）によって制御される。その後、第２部分流は、熱交換器（１１）内において、要求された温度とされる。そして、還元ガスのうちの上述の酸化された部分流と混合される。ガスセンサ（１３）により、ガス成分が決定され、必要に応じて、供給ラインを通してのガス追加（１４）が、数学的公式にしたがって、調節される。本発明によると、所定鉱石品質に対して化学量論的最適化をもたらすよう還元プロセスを誘導することができる。さらなる利点は、非常に少ない酸化剤成分でもって所望温度へと、還元ガスを加熱できることである。そのため、ガス分析を、非常に幅広い範囲にわたって調節することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 鉱石還元プロセスにおける還元ガスの処理方法 本発明は、鉱石を高温において好ましくは炭素含有ガスとされた還元剤に対し て接触させるような、鉱石の還元のための方法に関するものであって、特に、鉄 鉱石の鉄への還元のための方法に関するものである。 独国特許出願公開明細書第４０ ３０ ０９３号には、縦型炉（あるいは、シ ャフト炉）内において、水素と一酸化炭素とを含有した還元ガスでもって鉄鉱石 を直接還元するための方法が開示されている。縦型炉から抽気されるトップガス は、その後、メタンリッチのガスと混合される。混合ガスは、その後、改質器内 において還元ガスへと変換される。 米国特許明細書第４，５３７，６２６号には、鉄鋼転炉から排出される還元ガ スを、熱交換器内において炭素含有材料とともに加熱して、その後、冶金還元炉 内に導入するという方法が開示されている。この方法は、還元ガスが転炉から出 た後においては還元ガスの品質を改良することができないという、重大な欠点を 有している。還元炉内においては、均等な還元プロセスが確保されず、その結果 、製品の品質が著しく悪影響を受ける。 米国特許明細書第４，１７５，９５１号には、予熱した還元ガス流を、ガス状 炭化水素材料からなる燃焼製品と混合するという、高温還元ガス流の製造方法が 開示されている。この方法であると、還元ガスの予熱のためにまた所望最終温度 にまでの還元ガスの加熱のために、外部燃料源を使用しなければならないことに より、この方法は、連続運転コストの観点から、不利と判断される。 欧州特許出願公開明細書第００４ １８６１号には、固体燃料とともにガスを 加熱するための、加熱された熱交換器が開示されている。ただし、この方法にお いては、加熱されるべきガスに対して、燃焼ガスが混合される。しかしながら、 燃焼ガスを混合するところに、この方法の欠点がある。 欧州特許出願公開明細書第０ ６６３ ４４５号には、気体−気体型の、高温用 の、チューブ束型熱交換器が開示されている。この熱交換器においては、蓋を取 り外すことによって、チューブ束を交換することができる。このシステムにおい ても、ガスを混合するところに欠点がある。 国際特許出願明細書第９４／１０５１２号には、ガスの清浄度の維持に重点が 置かれたガスヒーターが開示されている。ガスの加熱は、温度によって制御され るように構成された加熱穴開き衝突プレートによって行われる。 欧州特許出願公開明細書第０ ０５６ ６０３号には、高炉プロセスのための カウパー（Cowper）が開示されている。このカウパーは、化学的強度および熱的 強度が大きいことを特徴とする耐火セラミクスによって、内張りされている。こ のシステムは、カウパーの構成のためにカウパーが大きな熱量を貯蔵する限りに おいて、不利である。 独国特許発明明細書第３ ２１３ ２０４号には、ヘッドと、交換用パイプが長 さ方向に配置されている高温耐性パイプと、を備えてなる、好ましくは煙道ガス を冷却するための、熱交換器が開示されている。支持ヘッドは、コンクリート製 であり、パイプは、長さ方向に移動可能な状態でヘッド内に配置されている。熱 交換器は、対向流式に動作し、ガイドヘッドは、温度変化に基づくパイプの熱膨 張を考慮して、可動とされている。構成は、非常に頑丈である。しかしながら、 材料が鉄を含有していることのために、腐食や摩耗を受けやすい。 独国特許発明明細書第３ １４２ ４８５号には、侵食性が強くかつ高温の煙道 ガスを冷却するための、ガラスチューブ熱交換器が開示されている。このシステ ムにおいては、ガラスチューブ束は、側方スリットからチューブに対して供給さ れるガス流に対して垂直に、配置される。入口スリットの断面積は、可変とされ ている。しかしながら、上記ガスの加熱のためにこのシステムを使用することは 、やや困難である。 独国特許発明明細書第３ ３３３ ０５７号には、また、ガラスチューブに対し て側方からガスを吹きつけるとともに、ハウジングが水冷されてなる熱交換器が 開示されている。加熱部材は、ハウジング壁内の中空空間内に設けられており、 高揮発性成分の凝縮を最小化している。しかしながら、このシステムは、所望領 域におけるガス加熱には適していない。 現存のプロセスでは、還元ガスは、還元容器内に供給されるよりも前に、所望 反応温度とされる。現在、そのための加熱は、金属製熱交換器によって行われて いる。この場合、金属製熱交換器のいくつかは、使い捨て型のものとして使用さ れている。ＣＯ含有量が多い場合には、従来構成であると、ＣＯの解離によって 材料内にカーバイドが形成されるという問題がある。これらカーバイドは、飽和 点を超えた途端に、材料の分解を引き起こす。Ｈ₂含有量の大きな還元ガスの場 合であってさえも、材料の分解が起こる。様々なシステムの従来構成においては 、還元ガスの部分燃焼によって、この問題を解決している。このことは、還元ガ スの品質に、悪影響をもたらす。 このことは、鉄系材料製の熱交換器では、ある種の温度領域にはほとんど適用 できないこと、また、熱交換器の摩耗が工業的許容度に従わないことのために酸 化ポテンシャル以下とすることができないこと、を意味している。 したがって、本発明の目的は、上記システムの問題点を回避し得るとともに、 与えられた特定の鉱石品質に対して還元プロセスを最適化し得るような、方法を 提供することである。 上記課題は、鉱石を還元ガスに対して接触させるに先立って、還元ガスを２つ の部分流に分割するとともに、還元ガスのうちの第１部分流を酸化し、第２部分 流の温度を所望レベルに調節し、双方の部分流を混合し、付加的に、還元ガスを 鉱石に対して接触させるに先立って、両部分流の混合ガスに対して付加的ガスを 追加することによって解決される。 本発明によると、まず最初に、与えられた鉱石品質に対しての化学量論的最適 化をもたらす方向で還元プロセスを行うことができる。表面の触媒の影響が負の 効果を及ぼしかねないことにより、１つの判断基準は、熱交換器の材料技術であ る。適切な材料が選択されている場合には、生産能力は、極端な場合で最大３０ ％も増加する。さらなる利点は、酸化剤成分を非常に少なく維持しつつ、所望温 度へと、還元ガスを加熱できることである。そのため、ガス分析を、非常に幅広 い範囲にわたって調節することができる。 本発明の特徴点の１つは、両部分流の比率（あるいは、第１部分流の量）、お よび、ガスの追加量を、それぞれ０〜１００％の範囲で調節することである。こ の範囲により、使用されているガス品質の全体的変化に対して、反応を最適化す ることを可能とする。 他の特徴点においては、本発明は、好ましくは還元用縦型炉とされた還元容器 であって、還元容器のための還元ガスを供給するための供給ラインであるととも にガスセンサと調節バルブと還元ガス加熱用の熱交換器とを有した供給ラインを 備えた還元容器を特徴とする。この場合、熱交換器は、非鉄ベース材料から形成 されている。供給ラインに対しては、ガスセンサの上流側箇所と熱交換器の下流 側箇所とにおいて、バイパスラインが連結されていて、このバイパスラインは、 調節バルブと、還元ガスの部分流を酸化するためのバーナーと、を有している。 還元ガスの供給ラインは、さらに、バイパスラインの下流側連結箇所よりも下流 側に設置されたガスセンサと、このガスセンサの下流側に設置された、付加的ガ スの追加のためのさらなる供給ラインと、を有している。付加的には、還元ガス の供給ラインは、さらなる供給ラインの上流側に配置することができまた下流側 に配置することもできる、第３ガスセンサを有している。この構成により、オン ライン式の観測によって、プロセスの最適化を行うことができる。 本発明の他の特徴点は、熱交換器のうちの、還元ガスに対して接触するような 部分を、ガラス製とすることである。熱交換器をガラスでもって構成することに より、材料の摩耗や表面触媒影響の阻害が起こらないことが保証される。ある種 の表面コーティング材料は、非鉄ベース材料と見なすことができる。すなわち、 金属ダストに関しての酸化ポテンシャルの差に反応する表面コーティング材料は 、非鉄ベース材料と見なすことができる。本発明においては、還元ガスの処理量 および／または還元ガスの還元ポテンシャルは、ガスセンサによって制御される 。本発明のこの特徴点は、最適化に関して極めて有利である。上記還元ガス分析 およびガスセンサにより、要望に応じた、還元ガス温度の調整、および、還元ガ ス組成の調整、すなわち、還元ポテンシャルの調整、が可能とされる。 本発明を、プロセスフローを詳細に例示した図面を参照して説明する。 供給ライン７を通して流通する還元ガスは、ガスセンサ１によって分析され、 ２つの部分流へと分けられる（図面参照）。第１部分流の量（あるいは、スルー プット）は、調節バルブ３によって制御される。その後、第１部分流は、バーナ ー４へと送られ、バーナー４において酸化される。還元ガスの第２部分流は、還 元容器６内におけるガス要求量に応じて調節バルブ２によって制御される。その 後、第２部分流は、熱交換器１１内において、要求された温度とされる。そして 、還元ガスのうちの上述の酸化された部分流と混合される。ガスセンサ１３によ り、ガス成分が決定され、必要に応じて、供給ライン１４を通してのガスの追加 が、数学的公式にしたがって、調節される。 温度は、ガスセンサ５によって計測され、ガスセンサ５と調節バルブ３とから なる制御回路が、それに応じて調節される。その後、還元ガスは、還元容器６へ と搬送される。使用済みの還元ガス８は、還元容器６の頂部から排気される。鉱 石９は、還元容器６内において、最適化された還元ガスと緊密に接触し、反応済 み鉱石１０すなわちスポンジ状鉄として抽出される。 付加的に、ガスセンサ１３は、ガス供給ライン１４の下流側に配置することが できる。その場合、ライン１４を通してのガス供給は、測定された成分に応じて 調節される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１２月７日（１９９８．１２．７） 【補正内容】 請求の範囲 １．高温において鉱石を好ましくは炭素を含有した処理済み還元ガスといった処 理済み還元ガスに対して接触させるような、金属鉄含有鉱石の還元方法、特に鉄 鉱石の還元方法であって、 前記接触に先立って、前記還元ガスから部分流を分割するとともに、この部分 流を酸化し、 他の部分流の圧力に基づく圧力損失を補償し、 必要であれば、前記他の部分流の温度および／または圧力を調節し、 前記２つの部分流を混合してから、還元されるべき鉱石に対して供給する、 という方法であって、 前記還元ガスの還元ポテンシャルが、前記部分流の酸化により、前記還元ガス の温度により、および、ガス追加により、調節できるようになっていることを特 徴とする方法。 ２．請求項１記載の方法において、 前記部分流の量、あるいは、前記ガス追加を、それぞれ０〜１００％の範囲で 調節することを特徴とする方法。 ３．還元容器（６）に導入するための還元ガスを供給するための供給ライン（７ ）と、前記還元ガスの一部を酸化するための燃焼チャンバ（４）と、を具備して なり、請求項１または２記載の方法を実行するための装置であって、 制御バルブ（３）と前記燃焼チャンバ（４）とを備えたバイパスライン（１２ ）が、前記供給ライン（７）から分岐して設けられ、 前記供給ライン（７）からの前記バイパスラインの前記分岐箇所よりも下流側 に、ガスセンサ（１）、制御バルブ（２）、および、非鉄ベース材料製の熱交換 器（１１）が、配置され、 前記両ライン（７，１１）は、連結されており、 必要であれば、ガス供給用の１つの供給ライン（１４）および他のガスセンサ （５）が、前記両ラインの前記連結箇所の下流側かつ前記還元容器（６）に対し ての前記ラインの導入箇所よりも上流側に、設けられていることを特徴とする装 置。 ４．請求項３記載の装置において、 前記熱交換器のうちの、前記還元ガスに対して接触するような部分は、ガラス から形成されていることを特徴とする装置。 ５．請求項３または４記載の装置において、 前記還元ガスの量および前記還元ガスの還元ポテンシャルは、前記ガスセンサ （１）および／または前記ガスセンサ（５）によって制御することができるよう になっていることを特徴とする装置。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 ことができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．鉱石を高温において還元ガスに対して接触させるような鉱石還元プロセスに おける特に鉄鉱石の鉄への還元プロセスにおける、還元ガスの処理のための方法 であって、 前記鉱石を前記還元ガスに対して接触させるに先立って、前記還元ガスを２つ の部分流に分割するとともに、前記還元ガスのうちの第１部分流を酸化し、 第２部分流の温度を所望レベルに調節し、 双方の部分流を混合し、 付加的に、前記還元ガスを前記鉱石に対して接触させるに先立って、前記両部 分流の前記混合ガスに対して付加的ガスを追加することを特徴とする方法。 ２．請求項１記載の方法において、 前記両部分流の比率、および、ガスの追加量を、それぞれ０〜１００％の範囲 で調節することを特徴とする方法。 ３．請求項１または２記載の方法を実行するための装置であって、 好ましくは還元用縦型炉とされた、鉱石還元のための、特に鉄鉱石の鉄への還 元のための、還元容器（６）と、 前記還元容器のための還元ガスを供給するための供給ライン（７）であって、 ガスセンサ（１）、調節バルブ（２）、および、還元ガス加熱用の熱交換器（１ １）を有した供給ライン（７）と、 該供給ライン（７）に対して前記ガスセンサ（１）の上流側箇所と前記熱交換 器（１１）の下流側箇所とにおいて連結されたバイパスライン（１２）であって 、調節バルブ（３）、および、還元ガスの部分流を酸化するためのバーナー（４ ）を有したバイパスライン（１２）と、 を具備してなり、 前記供給ライン（７）は、さらに、前記バイパスライン（１２）の前記下流側 連結箇所よりも下流側に設置されたガスセンサ（５）と、該ガスセンサ（５）の 下流側に設置された、前記付加的ガスの追加のための供給ライン（１４）と、を 有し、 この場合において、 前記熱交換器（１１）は、非鉄ベース材料から形成されていることを特徴とす る装置。 ４．請求項３記載の装置において、 前記熱交換器（１１）のうちの、前記還元ガスに対して接触するような部分は 、ガラス製とされていることを特徴とする装置。 ５．請求項３または４記載の装置において、 前記還元ガスの処理量および／または前記還元ガスの還元ポテンシャルは、前 記ガスセンサ（１）および／または前記ガスセンサ（５）によって制御されるこ とを特徴とする装置。