JP2001522936A - 炭化鉄と粒状の直接還元鉄との混合物の製造方法 - Google Patents
炭化鉄と粒状の直接還元鉄との混合物の製造方法Info
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Abstract
Description
間生成物から炭化鉄(Fe3C)を含有する最終生成物を製造する際に、DRI
を与炭反応器に供給するようにしてなる方法に関する。直接還元鉄は専門家の間
ではDRIとも、また海綿鉄とも呼ばれる。
は公知であり、その場合、複数の流動層内で粒状の酸化鉄含有材料を500〜9
00℃の温度の高温還元ガスに直接接触させている。還元ガスが水素の他にかな
りの量の一酸化炭素を含有すると、公知の還元方法の最終流動層からはFe3C
に富んだ最終生成物を取り出すことができる。しかし実際には、酸化鉄を鉄に還
元する際、発生蒸気が鉄とCO及び/又はCH4との反応による炭化鉄の同時生
成を著しく妨害することが明らかとなっている。
場合、DRIを800〜1100℃の温度で供給し、そして特に液体炭化水素を
導入している。そこでは、Fe3C含有量の高い生成物を問題としているのでは
なく、むしろ比較的高い温度で操作して、その温度で液体炭化水素を高温のDR
Iと接触させて特にすすを生成させている。生成したすすは全く又はほとんど反
応しないのでFe3Cを生成することがなく、与炭生成物とともに排出される。
接還元鉄の与炭を還元プラントの外部の与炭反応器内で行うことである。さらに
、Fe3Cをいろいろな割合で含む生成物が製造できなければならない。本発明
によれば、上記課題は冒頭に述べた方法において、500〜900℃の範囲の温
度の与炭反応器に液体炭化水素を供給し、それにより粒状DRIの少なくとも一
部を流動化させること、及び与炭反応器からFe3C5〜90重量%からなる最
終生成物を排出することにより達成される。最終生成物はFe3Cが少なくとも
10重量%であるのが好ましい。与炭反応器は連続的に又は不連続的に運転する
ことができる。
超軽質燃料油から重質燃料油までの各種の燃料油が適切に使用される。通常、与
炭反応器に供給されるDRIの1kg当たり液体炭化水素0.005〜0.2k
gが反応器の下部領域に導入される。与炭反応器に導入された液体炭化水素によ
り高温の固体層内で激しいガス形成が行われ、層が少なくとも部分的に流動化さ
れる。流動層で与炭を行いたい場合は、層の下部領域に液体炭化水素に加えて流
動化用ガスも導入するのがよい。その際、流動化用ガスの含水量が1.5容量%
以下であるように留意する。好ましくは、メタン含有流動化用ガスを用いて操作
が行われ、このガスは水素を含有していてもよい。適切な流動化用ガスは例えば
前もって脱水された、与炭反応器の排ガスである。
混合ガスが生成され、この混合ガスは排ガスとして排出される。この排ガスを冷
却すると含水凝縮物が生成し、分離される。冷却された排ガスの少なくとも一部
を再加熱し、流動化用ガスとして反応器に導入することができる。この流動化用
ガスは約40〜95容量%が水素からなり、メタン含有量が5〜50%の範囲で
ある。これらの%は無水物としてかつ、通常存在する窒素分を考慮に入れないで
計算された値である。流動化用ガスはさらに炭素酸化物を含有していてもよい。
は反応器内における炭化物の生成には全く又はほとんど関与しない。好ましくは
、炭化鉄は反応器内で液体炭化水素の分解により簡単に生成される遊離炭素によ
り主として生成される。この炭素は非常に反応性が高く、その存在する温度で金
属鉄と激しく反応して炭化鉄を生成する。したがって、流動層から少なくとも3
0重量%のFe3Cからなる与炭生成物を排出することができる。
すす状に遊離した状態でも存在してよい炭素の全量を意味する。多くの場合、最
終生成物の炭素含有量は3重量%以下である。しかし、それより高い炭素含有量
を有する最終生成物を得ることは容易に可能である。炭素含有量が3重量%の場
合、最終生成物はFe3C約50重量%を含有し、さらに場合により少量の遊離
炭素を含有する。
液体炭化水素のみを供給することである。この場合、望ましい炭化物生成が行わ
れる温度は580〜700℃、好ましくは600〜680℃の範囲である。この
温度が高すぎると、Fe3Cの生成が大きく低下する。流動層の温度を640〜
700℃に維持すると比較的Fe3C含量の低い最終生成物が得られ、その場合
の炭素含有量はおよそ1重量%である。このような生成物は、後続の不活性雰囲
気下でのロ−ルプレスによる高温製団によく適していることがわかっている。最
終生成物に2重量%を超える炭素含有量に相当する、さらに高いFe3C含有量
を得たい場合は、流動層内を580〜640℃の範囲の比較的低い温度になるよ
うにする。
。この反応器形状の場合、ガスの生成により固体層は流動層が形成されるように
激しく流動化される。この流動層は物質交換を、したがって炭化物の生成を促進
する。通常、円錐形与炭反応器内の流動層は1〜4mの高さを有する。さらに、
反応速度を増すように、反応器内に約10バ−ルまでの高い圧力を維持するのが
好ましい。
プラントではDRIは最終還元工程の流動層内で処理されたものである。この流
動層に、H2含有量が少なくとも90容量%で温度が600〜1000℃のガス
が流動化用還元ガスとして導入される。このような還元プラントの詳細は米国特
許第5527379号及び同第5603748号に記載されている。そこでは、
鉄鉱石がまず500〜900℃の温度に加熱され、次いで、第一還元工程に供給
される。この第一還元工程は循環流動層として設計され、この層にH2含有量が
少なくとも75容量%の流動化用ガスが供給される。第一還元工程の温度は60
0〜800℃の範囲である。次いで、金属化率が通常50〜80%の部分還元鉄
鉱石が第二(同時に最終)還元工程に供給される。この最終還元工程では静止流
動層が用いられ、この層は、あふれぜきで互いに分離されて都合よく並んだ複数
の区画を有する。これも前記の両米国特許に記載されている。この様にして得ら
れたDRIは85%を超える、そして通常は少なくとも90%の金属化率を有す
る。
1参照)から供給される粒状酸化鉄から先ず還元によりDRIが得られる。還元
はそれ自体公知のいずれの方法で行ってもよい。有利な方法は前記の米国特許第
5527379号及び同第5603748号に記載されている。乾燥−加熱工程
2の後に第一還元工程3とそれに続く第二還元工程4がある。両還元工程におい
て還元は流動層内で行われ、その際還元−流動化用ガスとして高温の水素含有ガ
スが用いられる。
層として構成され、ここへは第二工程4から出る使用済みの水素含有還元ガスの
少なくとも一部が管路5を通って供給される。第一工程の排ガスは管路6を通っ
て処理プラント7へ再循環され、そこでまた水素に富んだ新鮮なガスが作られる
。このガスは高温還元ガスとして管路8を通って第二還元工程4に供給され、そ
こでは固形物が静止流動層を形成する。通常、管路8のガスは少なくとも90容
量%の水素を含有する。管路8の還元ガスの部分流が管路8aを通って直接第一
工程3へ供給されるのが有利である。管路3aを通る部分還元鉄鉱石の金属化率
は50〜80%である。
鉄は650〜900℃の範囲の温度を有し、与炭のために通路10を通って送ら
れ、サイクロン分離器12に接続した流動層反応器11に供給される。与炭を行
うために液体炭化水素、例えば燃料油、が管路13を通って供給される。反応器
内の温度は500〜900℃の範囲である。水素とメタンとを含有した高温の流
動化用ガスが管路15を通って反応器に供給される。ガス−固形物サスペンシヨ
ンは反応器11の上部領域から通路16を通って分離器12に流入し、分離され
た固形物は管路17を通って反応器11に再循環される。反応器11の下部領域
から通路18を通っり排出される与炭後の最終生成物は金属鉄とFe3Cを含有
し、Fe3C含有量は少なくとも30重量%であり、最終生成物のC含有量は少
なくとも2重量%である。
スとして管路19から分離器12を出る。冷却されるためにこの排廃ガスは先ず
熱交換器20に流入し、次いで管路21を通って洗浄冷却器22に送られる。こ
の洗浄冷却器には管路23を通って水に富んだ凝縮物が噴射される。ダストを含
有した凝縮物は管路24を通って排出され、固形物含有液体の一部は管路25を
通って工程から除去され、残りの凝縮物は管路26を通って冷却器27へ送られ
る。ここへは清水が管路28を通って供給される。冷却器内では水に富んだ液体
が約30〜70℃の温度に冷却された後、循環ポンプ29により洗浄冷却器22
へ再循環される。
流は管路31を通って工程から除去され、残りの排ガスは管路32を通って熱交
換器20に流入して加熱され、次いで管路33を通って火力ヒータ−34に流入
し、300〜700℃の温度の排ガスとなって管路15を通って与炭反応器11
へ再循環される。
る。この反応器11aは円錘形状を有し、垂直線Sに対して測定したテ−パ角度
Xは通常10〜30゜の範囲である。液体炭化水素が管路13から供給され、反
応器11a内の高温固体層中で蒸発する。炭化水素分子の少なくとも一部は金属
鉄と反応してFe3Cを生成する。これらの及びその他の反応により激しくガス
が発生する。このガスは水素とメタンを含有し、固形物を流動化して流動層を形
成する。その際、反応器11aの円錐形状は望ましい流動層の形成を促進する。
%、好ましくは10%以上である与炭最終生成物が排出される。管路19から排
出される排ガスは水素とメタンとをかなりの量含有している。従って、この排ガ
スの全部又は一部を、破線管路15aで示すようにプラント7に導入するのが好
ましい。しかし図1に示す通り、排ガスは処理プラント40で処理した後、管路
15から流動化用ガスとして反応器11aに再循環させてもよい。残りの参照番
号は図1について既に説明した意味を有する。
67重量%である鉄鉱石から600000トン/年のFe3Cの生産が行われる
。この鉄鉱石は他の脈石の他にSiO2を2.4重量%含有する。以下のデータ
は一部計算されたものであり、その際、米国特許第5603748号に記載され
ているような還元プラントに基づいている。
流動層として構成されかつ温度が630℃である第一還元工程3に達する。工程
3に供給される高温の還元性流動化用ガスはその85容量%が水素からなる。鉄
鉱石1kg当たり3Nm3のH2を第一工程3に供給する。部分還元された金属
化率75%の鉄鉱石を、温度680℃の静止流動層として操作される第二の還元
工程に供給する。固形物1kg当たり2Nm3の高温水素ガスを流動化用ガスと
して工程4に供給する。管路8を通るこのガスはその90容量%がH2からなり
、さらにN29容量%とH2O1容量%とを含有する。
を、600℃に維持された圧力1.3バールの反応器11に炭化物生成のために
送る。このDRIはその88重量%が金属鉄Fe、8.5重量%がFeO、3.
5重量%がSiO2からなる。
量88.5容量%、CH4含有量8.5容量%、N2含有量1.5容量%及びH 2 含有量1.5容量%の再循環廃ガス25000Nm3/時を管路15から供給
する。各種の管路内を次のガス量が流れる。
、さらに8重量%がFeO、3重量%がSiO2及び48重量%が金属鉄からな
る。与炭されたDRIの炭素含有率は2.9重量%であり、その90%はFe3 Cとして結合している。
高度に与炭された最終生成物を得る。この目的で、反応器11には与炭のために
軽質燃料油5.9トン/時を供給し、H2含有量63容量%、CH4含有量34
容量%、N2含有量2.5容量%及びH2含有量0.5容量%の再循環排ガス5
2900Nm3/時を管路15から供給する。各種の管路内を次のガス量が流れ
る。
、そしてFeO8重量%及びSiO23重量%からなる。
だし、DRIは750℃の温度を有する。63.6トン/時のDRIを与炭反応
器11aに供給する。この反応器は高さが4.5mで、円錘形に構成され、流動
化用ガスの供給を行なわないで操作される。反応器11a内には、管路13の入
口から測定して高さ3mの流動層が存在する。この反応器内の圧力は2バールで
あり、流動層の温度は680℃に維持されている。400℃に予熱された、軽質
燃料油0.7トン/時を管路13から供給する。反応器11aからは、Fe3C
含有量が12重量%で、金属鉄以外に、FeO9重量%及びSiO23重量%を
有する与炭最終生成物が排出される。この生成物のC含有量は0.8重量%であ
る。管路19の排ガスはN2870Nm3/時とCH4130Nm3/時とを含
有する。
Fe含有量95重量%、FeO含有量8.5重量%及びSiO2含有量3重量%
で、750℃のDRI228トン/時を供給する。DRIは実質的にはCを含有
しない。与炭の目的で、400℃に予熱された超軽質燃料油5.7トン/時を用
いる。生成物の総Fe含有量を基準にしてC含有量1.8重量%、温度600℃
で、与炭最終生成物232.1トン/時が排出される。この最終生成物はFe3 C26.5重量%、FeO8.4重量%及びSiO22.9重量%を含有する。
管路19の排ガスはN27000Nm3/時とCH41300Nm3/時とを含
有する。
Claims (8)
- 【請求項1】 鉄鉱石還元プラントから出る粒状の直接還元鉄(DRI)からなる中間生成物
から炭化鉄(Fe3C)を含有する最終生成物を製造する際に、DRIを与炭反
応器に供給するようにしてなる方法において、500〜900℃の範囲の温度の
与炭反応器に液体炭化水素を供給し、それにより粒状DRIの少なくとも一部を
流動化させること、及び与炭反応器から5〜90重量%がFe3Cからなる最終
生成物を排出させることを特徴とする方法。 - 【請求項2】 与炭反応器から排出される最終生成物が炭素3重量%以下を含有することを特
徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 与炭反応器に、供給DRIの1kg当たり液体炭化水素0.005〜0.2k
gを供給することを特徴とする請求項1又は2記載の方法。 - 【請求項4】 メタンと水素とを含有した排ガスを与炭反応器から排出し、冷却し、分離する
こと、及び冷却された排ガスの少なくとも一部を加熱して与炭反応器に再循環さ
せることを特徴とする請求項1、2又は3記載の方法。 - 【請求項5】 与炭反応器が円錐形であり、下方に向かって先細りしていることを特徴とする
請求項1又はそれに続く請求項のいずれかに記載の方法。 - 【請求項6】 粒状DRIは還元プラントから出てきたものであり、このプラントの最終還元
工程の流動層内で処理され、この流動層に、水素含有量が少なくとも90容量%
で温度が600〜1000℃のガスを流動化用還元ガスとして導入することを特
徴とする請求項1又はそれに続く請求項のいずれかに記載の方法。 - 【請求項7】 500〜900℃に加熱された鉄鉱石を還元プラントの第一還元工程において
循環流動層内で、H2含有量が少なくとも75重量%の流動化用ガスにより60
0〜800℃の温度で部分還元すること、及び前記第一工程で部分還元された鉄
鉱石を、粒状DRIが排出される最終還元工程に供給することを特徴とする請求
項6記載の方法。 - 【請求項8】 与炭反応器内の圧力が1〜10バールであることを特徴とする請求項1又はそ
れに続く請求項のいずれかに記載の方法。
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