JP2021172861A - Method for producing reduced iron - Google Patents

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Abstract

To provide a method for producing reduced iron from iron oxide which enables the realization of energy saving and the reduction of a CO2 output.SOLUTION: The method for producing reduced iron includes: an iron oxide filling step of filling iron oxide into a reduction furnace; a reduction gas blowing step of blowing a reduction gas into the reduction furnace; a mixing step of mixing a furnace top gas exhausted from a furnace top of the reduction furnace and a blast furnace gas exhausted from a furnace top of a blast furnace to generate a mixed gas; a separation step of separating and removing CO2 and H2O from the mixed gas to generate the reduction gas; a heating step of heating the reduction gas; and a reduction step of reducing the iron oxide by the reduction gas in the reduction furnace.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、還元鉄の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing reduced iron.

近年、地球環境問題や化石燃料枯渇問題を背景として、様々な分野において省エネルギー化並びに二酸化炭素(CO2)の排出量低減が強く求められている。このことは、製鉄所においても例外ではなく、製鉄所の各工程にて省エネルギー化への努力がなされている。 In recent years, against the background of global environmental problems and fossil fuel depletion problems, energy saving and reduction of carbon dioxide (CO 2 ) emissions have been strongly demanded in various fields. This is no exception in steelworks, and efforts are being made to save energy in each process of the steelworks.

さて、鉄の原料は主に酸化鉄であり、この酸化鉄を還元する、還元プロセスが必須となる。世界的に最も普及している、一般的な還元プロセスは高炉である。この高炉では、羽口においてコークスや微粉炭と熱風(1200℃程度に加熱した空気)中の酸素とを反応させてCOおよびH2ガス(還元ガス)を生成させ、これらの還元ガスにより炉中の鉄鉱石等の還元を行っている。近年の高炉操業技術の向上により、還元材比(溶銑1tの製造あたりのコークスおよび微粉炭の使用量)は500kg/t程度まで低減したが、還元材比の低減はすでに限界に達しており、これ以上の大幅な還元材比の低減は期待できない。 By the way, the raw material of iron is mainly iron oxide, and a reduction process for reducing this iron oxide is indispensable. The most popular and common reduction process in the world is the blast furnace. In this blast furnace, coke or pulverized coal and oxygen in hot air (air heated to about 1200 ° C.) are reacted at the tuyere to generate CO and H 2 gas (reduced gas), and these reduced gases are used in the furnace. Iron ore, etc. is being reduced. Due to recent improvements in blast furnace operation technology, the reducing agent ratio (the amount of coke and pulverized coal used per 1 ton of hot metal) has been reduced to about 500 kg / t, but the reduction of the reducing agent ratio has already reached its limit. No further significant reduction in the ratio of reducing agents can be expected.

一方、天然ガスが産出される地域では、竪型の還元炉に酸化鉄原料として焼結鉱、ペレット等の塊成化した鉄鉱石(以下、酸化鉄と総称する)を充填し、水素及び一酸化炭素を含む還元ガスを吹き込んで酸化鉄を還元して還元鉄を製造する方法もよく用いられている。この方法では、還元ガスの原料ガスとして天然ガスなどが用いられる。原料ガスは、還元炉の炉頂から排出される炉頂ガスとともに改質器内で加熱・改質されて還元ガスが生成される。生成された還元ガスは還元炉に吹き込まれ、還元炉の上部から供給される酸化鉄原料と反応し、酸化鉄が還元され、還元鉄となる。製造された還元鉄は還元炉の下部から排出される。なお、酸化鉄の還元に供した後のガスは還元炉の炉頂から炉頂ガスとして排出され、集塵・冷却ののち、一部は改質ガスの原料として改質器に送りこまれる。また、残りの炉頂ガスは、加熱・改質器の燃料ガスとして用いられる。 On the other hand, in areas where natural gas is produced, vertical reduction furnaces are filled with agglomerated iron ore (hereinafter collectively referred to as iron oxide) such as sintered ore and pellets as a raw material for iron oxide, and hydrogen and iron oxide are used. A method of producing reduced iron by blowing a reducing gas containing carbon oxide to reduce iron oxide is also often used. In this method, natural gas or the like is used as the raw material gas for the reducing gas. The raw material gas is heated and reformed in the reformer together with the top gas discharged from the top of the reduction furnace to generate a reduction gas. The generated reducing gas is blown into the reduction furnace and reacts with the iron oxide raw material supplied from the upper part of the reduction furnace, and the iron oxide is reduced to become reduced iron. The produced reduced iron is discharged from the lower part of the reduction furnace. The gas after the iron oxide is reduced is discharged from the top of the reduction furnace as the top gas, and after dust collection and cooling, a part of the gas is sent to the reformer as a raw material for the reforming gas. The remaining furnace top gas is used as fuel gas for the heater / reformer.

上記の還元鉄製造プロセスとして、例えば特許文献1には、還元炉の排ガスと天然ガスとを改質器にて改質し、主にCOとH2ガスからなる還元ガスを生成し、この還元ガスを還元炉に吹込み還元炉内の酸化鉄を還元し、還元鉄を製造することが記載されている。 As the above-mentioned reduced iron production process, for example, in Patent Document 1, the exhaust gas of the reduction furnace and the natural gas are reformed by a reformer to generate a reduced gas mainly composed of CO and H 2 gas, and this reduction is performed. It is described that gas is blown into a reduction furnace to reduce iron oxide in the reduction furnace to produce reduced iron.

また、特許文献2には、コークス炉ガスとCO2除去した還元炉の炉頂ガスを改質して還元ガスを製造し、それを還元炉に吹き込むことで還元鉄を製造する方法が記載されている。 Further, Patent Document 2 describes a method of producing reduced iron by reforming coke oven gas and the top gas of a reducing furnace from which CO 2 has been removed to produce reducing gas and blowing it into the reducing furnace. ing.

特開2017−88912号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-888912 特許第6190522号公報Japanese Patent No. 6190522

特許文献1に記載の還元鉄製造方法では、還元ガス製造のために天然ガスを用いるため、高炉よりは低位ではあるものの、ある程度のCO2排出が避けられないという、問題がある。 The method for producing reduced iron described in Patent Document 1 uses natural gas for producing reduced gas, and therefore has a problem that a certain amount of CO 2 emission is unavoidable, although it is lower than that of a blast furnace.

また、特許文献2に記載の方法は、製鉄所内で生成されるコークス炉ガスもしくは転炉ガスを用いて還元ガスを製造するものであるが、一貫製鉄所においてコークス炉ガスや転炉ガスは加熱炉や焼鈍炉などの下工程燃料ガスとして不可欠であるため、還元鉄製造プロセスに転用してしまうと、下工程において燃料ガス不足を引き起こすことになる。その結果、結局は下工程の不足ガス補償のために天然ガスを外部供給することになり、CO2排出量の削減は実現されずに課題として残るものであった。 Further, the method described in Patent Document 2 is to produce a reduction gas using coke oven gas or linz-donaw gas generated in a steel mill, but the coke oven gas and linz-donaw gas are heated in an integrated steelworks. Since it is indispensable as a fuel gas for the lower process of a furnace or an annealing furnace, if it is diverted to the reduced iron production process, it will cause a shortage of fuel gas in the lower process. As a result, in the end, natural gas was supplied externally to compensate for the shortage of gas in the lower process, and reduction of CO 2 emissions remained an issue without being realized.

さらに、特許文献2に記載の方法では、コークス炉ガスを原料として改質して還元ガスとしているが、コークス炉ガスには硫黄分が多く含まれるため、CO2分離装置内の吸着材を痛める懸念がある。また、還元鉄製造プロセスは、COに対するH2の比を1.5前後とすると適正な操業ができる、といわれている。特許文献2に記載の方法において転炉ガスを用いる場合、転炉ガスはH2含有量が少ないため、還元ガスの組成を還元製造鉄プロセスの上記操業適正組成に調整することが困難である。 Further, in the method described in Patent Document 2, the coke oven gas is reformed as a raw material to obtain a reducing gas, but since the coke oven gas contains a large amount of sulfur, the adsorbent in the CO 2 separator is damaged. There are concerns. In addition, it is said that the reduced iron production process can be operated properly when the ratio of H 2 to CO is around 1.5. When the linz-Donaw gas is used in the method described in Patent Document 2, it is difficult to adjust the composition of the reduction gas to the above-mentioned operation-appropriate composition of the reduction production iron process because the linz-Donaw gas has a low H 2 content.

本発明は、上記の現状に鑑みなされたものであって、酸化鉄から還元鉄を製造する際に、省エネルギー化の実現並びに、CO2排出量の削減を可能とする方途について与えることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned current situation, and an object of the present invention is to provide a method for realizing energy saving and reduction of CO 2 emissions when producing reduced iron from iron oxide. do.

発明者らは、従来技術が抱えている前述の課題を解決するために鋭意研究した結果、以下に述べる新規な還元鉄の製造方法を開発するに至った。
即ち、本発明の要旨は、次のとおりである。
1.還元炉を用いて酸化鉄から還元鉄を製造する方法であって、
前記酸化鉄を前記還元炉へ充填する酸化鉄充填工程と、
前記還元炉へ還元ガスを吹き込む還元ガス吹込み工程と、
前記還元炉の炉頂から排出される炉頂ガスと高炉の炉頂から排出される高炉ガスとを混合して混合ガスを生成する混合工程と、
前記混合ガスからCO2およびH2Oを分離除去して前記還元ガスを生成する分離工程と、
前記還元ガスを加熱する加熱工程と、
前記還元炉内において前記還元ガスにより前記酸化鉄を還元する還元工程と、
を有する還元鉄の製造方法。
As a result of diligent research to solve the above-mentioned problems of the prior art, the inventors have developed a new method for producing reduced iron described below.
That is, the gist of the present invention is as follows.
1. 1. A method of producing reduced iron from iron oxide using a reduction furnace.
An iron oxide filling step of filling the reduction furnace with the iron oxide, and
The reduction gas blowing process of blowing the reducing gas into the reduction furnace and
A mixing step of mixing the top gas discharged from the top of the reduction furnace and the blast furnace gas discharged from the top of the blast furnace to generate a mixed gas.
A separation step of separating and removing CO 2 and H 2 O from the mixed gas to generate the reducing gas, and
The heating step of heating the reducing gas and
A reduction step of reducing the iron oxide with the reducing gas in the reduction furnace,
A method for producing reduced iron having.

2.前記高炉が、送風に酸素ガスを用いる高炉である前記1に記載の還元鉄の製造方法。 2. The method for producing reduced iron according to 1 above, wherein the blast furnace is a blast furnace that uses oxygen gas for blowing air.

本発明によれば、従来天然ガスを用いて酸化鉄原料の還元ガスを製造していたのに対し、還元炉の排ガスと高炉から排出される高炉ガスとを混合し、この混合ガスからCO2およびH2Oを適切に除去して組成調整して還元ガスを製造し、この還元ガスを酸化鉄の還元処理に供するという、高炉ガスを利用する還元鉄製造プロセスが実現される結果、還元鉄製造プロセスにおけるCO2排出量を大幅に削減することができる。また、送風ガスとして酸素ガスを用いる、高炉の高炉ガスを用いて還元ガスを製造する場合は、得られる還元ガスの濃度を高く維持できるために、還元鉄製造プロセスにおける還元効率をより高めることができる。 According to the present invention, in contrast to the conventional method of producing reduced gas as a raw material for iron oxide using natural gas, the exhaust gas from the reducing furnace and the blast furnace gas discharged from the blast furnace are mixed, and CO 2 is produced from this mixed gas. As a result of realizing a reduced iron production process using blast furnace gas, which appropriately removes H 2 O and adjusts the composition to produce reduced gas, and uses this reduced gas for the reduction treatment of iron oxide, reduced iron. CO 2 emissions in the manufacturing process can be significantly reduced. Further, when the reduction gas is produced by using the blast furnace gas of the blast furnace, which uses oxygen gas as the blowing gas, the concentration of the obtained reduction gas can be maintained high, so that the reduction efficiency in the reduced iron production process can be further improved. can.

本発明の一実施形態に用いる還元鉄製造設備を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the reduced iron production facility used in one Embodiment of this invention. 比較例に用いる還元鉄製造設備を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the reduced iron production facility used for a comparative example. 比較例に用いる還元鉄製造設備を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the reduced iron production facility used for a comparative example.

本発明は、還元炉を用いて酸化鉄から還元鉄を製造する方法であって、
前記酸化鉄を前記還元炉へ充填する酸化鉄充填工程と、前記還元炉へ還元ガスを吹き込む還元ガス吹込み工程と、前記還元炉の炉頂から排出される炉頂ガスと高炉の炉頂から排出される高炉ガスとを混合して混合ガスを生成する混合工程と、前記混合ガスからCO2およびH2Oを分離除去して前記還元ガスを生成する分離工程と、前記還元ガスを加熱する加熱工程と、前記還元炉内において前記還元ガスにより前記酸化鉄を還元する還元工程と、を有するものである。
以下に、本発明の還元鉄の製造方法について実施形態に従って詳しく説明する。
The present invention is a method for producing reduced iron from iron oxide using a reduction furnace.
From the iron oxide filling step of filling the reduction furnace with the iron oxide, the reduction gas blowing step of blowing the reduction gas into the reduction furnace, and the top gas discharged from the top of the reduction furnace and the top of the blast furnace. A mixing step of mixing the discharged blast furnace gas to generate a mixed gas, a separation step of separating and removing CO 2 and H 2 O from the mixed gas to generate the reduced gas, and heating the reduced gas. It has a heating step and a reduction step of reducing the iron oxide with the reducing gas in the blast furnace.
Hereinafter, the method for producing reduced iron of the present invention will be described in detail according to the embodiment.

本発明の一実施形態について、図1に模式的に示す還元鉄製造設備を参照して説明する。図中、符号1は還元炉、2は酸化鉄、3は還元鉄、4は除塵装置、5は混合装置、6は脱水装置、7は加熱装置、8は分離装置、11は高炉、12は羽口、13は脱水装置および14はバーナーである。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the reduced iron production facility schematically shown in FIG. In the figure, reference numeral 1 is a reduction furnace, 2 is iron oxide, 3 is reduced iron, 4 is a dust remover, 5 is a mixing device, 6 is a dehydrating device, 7 is a heating device, 8 is a separation device, 11 is a blast furnace, and 12 is. The tuyere, 13 is a dehydrator and 14 is a burner.

[還元炉の操業方法]
この実施形態では、次の手順に従って還元鉄を製造する。まず、還元鉄製造プロセスの中心となる還元炉1に、上部から酸化鉄2を装入し、該酸化鉄2を徐々に降下させる。その酸化鉄2の降下過程において、還元炉1の中間部から高温のCOおよびH2を含む還元ガスを吹き込むことによって酸化鉄2を還元し、還元炉1の下部から還元鉄3を排出する。この還元炉1内での還元処理において、還元炉1の上部からは主にCO、CO2、H2およびH2Oを含む炉頂ガスが排出される。この炉頂ガスは除塵装置4にて除塵されてから、一部は還元ガスの原料ガスとして混合装置5に送り込まれる。残りの炉頂ガスは、脱水装置6にて脱水ののち、加熱装置7において加熱用燃料として用いる。なお、加熱装置7にて炉頂ガスを燃焼させる際は、助燃ガスとして空気を用いればよい。
[Operation method of reduction furnace]
In this embodiment, reduced iron is produced according to the following procedure. First, iron oxide 2 is charged from above into the reduction furnace 1 which is the center of the reduced iron production process, and the iron oxide 2 is gradually lowered. In the process of lowering the iron oxide 2, the iron oxide 2 is reduced by blowing a reducing gas containing high temperature CO and H 2 from the intermediate portion of the reduction furnace 1, and the reduced iron 3 is discharged from the lower part of the reduction furnace 1. In the reduction treatment in the reduction furnace 1, the furnace top gas containing CO, CO 2 , H 2 and H 2 O is mainly discharged from the upper part of the reduction furnace 1. After the furnace top gas is dust-removed by the dust removing device 4, a part of the furnace top gas is sent to the mixing device 5 as a raw material gas for reducing gas. The remaining furnace top gas is dehydrated by the dehydrating device 6 and then used as heating fuel in the heating device 7. When the furnace top gas is burned by the heating device 7, air may be used as the combustion assisting gas.

この実施形態では、前記酸素の製造や、後述するCO2およびH2Oの分離、を行うためのエネルギー源にCO2フリーの電力を用いれば、原理的にはCO2排出をゼロとすることができる。ここで、CO2フリーの電力としては、例えば太陽光発電、原子力発電によって生成された電力を用いればよい。 In this embodiment, if CO 2- free electric power is used as an energy source for producing the oxygen and separating CO 2 and H 2 O, which will be described later, in principle, CO 2 emissions are reduced to zero. Can be done. Here, as the CO 2- free electric power, for example, electric power generated by solar power generation or nuclear power generation may be used.

本実施形態において、還元ガスの原料ガスには前記炉頂ガスに加えて高炉ガスを混合した混合ガスを用いる。従来は、炉頂ガス成分(CO、CO2、H2およびH2O)を還元成分(COおよびH2)に改質するための炭化水素ガスとして、天然ガスを外部から供給していたことは上述の通りであるが、本発明に従う実施形態では、天然ガス等の外部から供給される炭化水素ガスの代わりに、高炉11から排出される高炉ガスと炉頂ガスとの混合ガスを調整して還元ガスとすることが肝要である。
この実施形態は、溶銑を製造する高炉のある製鉄所において、還元鉄製造プロセスを併設する場合に有利に成立する手法である。
In the present embodiment, a mixed gas in which a blast furnace gas is mixed in addition to the furnace top gas is used as the raw material gas for the reduction gas. Conventionally, natural gas has been supplied from the outside as a hydrocarbon gas for reforming the furnace top gas components (CO, CO 2 , H 2 and H 2 O) into reducing components (CO and H 2). Is as described above, but in the embodiment according to the present invention, a mixed gas of the blast furnace gas and the furnace top gas discharged from the blast furnace 11 is adjusted instead of the hydrocarbon gas supplied from the outside such as natural gas. It is important to use it as a reducing gas.
This embodiment is a method that is advantageous when a reduced iron production process is installed in a steel mill having a blast furnace for producing hot metal.

[高炉の操業方法]
まず、本発明の実施形態において前記還元ガスの原料ガスとなる高炉ガスの供給元である、高炉の操業方法について説明する。図1に示すように、高炉11の炉頂部から高炉内へ原料となる焼結鉱や塊鉱石、ペレット(以下、鉱石原料ともいう)やコークスなどが装入される(図示せず)。また、高炉11下部に設置された羽口12から高炉11内へ、送風ガスと還元材とが吹込まれる。なお、羽口12から高炉11内へ吹込む還元材を、コークスと区別するため、吹込み還元材ともいう。
そして、送風ガスと還元材の反応により生じた一酸化炭素ガスや水素ガスによって、高炉11内に装入した鉱石原料が還元される。この鉱石原料の還元反応において、二酸化炭素が発生し、鉱石原料と反応しなかった一酸化炭素や水素などとともに、副生ガスとして、高炉の炉頂部から排出される。高炉11の炉頂部は2.5気圧程度の高圧条件となっているので、この高炉の炉頂部から排出される高炉ガス(副生ガス)が、常圧に戻る際の膨張冷却で水蒸気が凝縮し、脱水装置13において、その凝縮水が除去される。
[Blast furnace operation method]
First, the operation method of the blast furnace, which is the supply source of the blast furnace gas which is the raw material gas of the reduction gas in the embodiment of the present invention, will be described. As shown in FIG. 1, sinter, lump ore, pellets (hereinafter, also referred to as ore raw materials), coke, etc., which are raw materials, are charged into the blast furnace from the top of the blast furnace 11 (not shown). Further, the blowing gas and the reducing agent are blown into the blast furnace 11 from the tuyere 12 installed in the lower part of the blast furnace 11. The reducing agent blown from the tuyere 12 into the blast furnace 11 is also referred to as a blown reducing material in order to distinguish it from coke.
Then, the ore raw material charged in the blast furnace 11 is reduced by the carbon monoxide gas and hydrogen gas generated by the reaction between the blower gas and the reducing agent. In the reduction reaction of the ore raw material, carbon dioxide is generated, and it is discharged from the top of the blast furnace as a by-product gas together with carbon monoxide and hydrogen that did not react with the ore raw material. Since the top of the blast furnace 11 is under a high pressure condition of about 2.5 atm, the blast furnace gas (by-product gas) discharged from the top of the blast furnace is condensed by expansion and cooling when it returns to normal pressure. Then, in the dehydrator 13, the condensed water is removed.

前記した高炉の操業において発生した、高炉ガスの少なくとも一部を、上記した混合装置5に導入する。そして、混合装置5において、前記還元炉1の炉頂ガスと混合して混合ガスを生成する。なお、高炉内は還元性雰囲気であるため、高炉ガス中には、のちの分離工程において吸着材の劣化トラブルを引き起こす、硫黄分がほとんど含まれない。また、高炉ガス中には5〜20%の水素が含まれているため、還元鉄プロセスの適正なガス組成、すなわちH2/CO比を適正に調整しやすいメリットがある。 At least a part of the blast furnace gas generated in the operation of the blast furnace is introduced into the mixing device 5 described above. Then, in the mixing device 5, the mixed gas is generated by mixing with the top gas of the reduction furnace 1. Since the inside of the blast furnace has a reducing atmosphere, the blast furnace gas contains almost no sulfur content, which causes deterioration trouble of the adsorbent in the later separation step. Further, since the blast furnace gas contains 5 to 20% hydrogen, there is an advantage that it is easy to properly adjust the proper gas composition of the reduced iron process, that is, the H 2 / CO ratio.

ここで、生成される混合ガスにおける高炉ガスおよび炉頂ガスの混合比率は特に規制する必要はないが、混合後のガス組成においてH2/COの値が0.5から4の間となるように混合比に調整することが、還元鉄プロセスの安定操業の観点からは好ましい。 Here, the mixing ratio of the blast furnace gas and the furnace top gas in the generated mixed gas does not need to be particularly regulated, but the value of H 2 / CO should be between 0.5 and 4 in the gas composition after mixing. It is preferable to adjust the mixing ratio to the above from the viewpoint of stable operation of the reduced iron process.

次いで、前記混合ガスに対して、還元ポテンシャルを高めるために、分離装置8にてCO2およびH2Oを分離除去する。この分離工程によって、還元成分(COおよびH2)の濃度を高めて混合ガスから還元ガスを生成する。ここで、CO2およびH2Oの分離除去では、CO2およびH2Oを可能な限り除去することが好ましい。 Next, CO 2 and H 2 O are separated and removed by the separation device 8 in order to increase the reduction potential of the mixed gas. By this separation step, the concentration of the reducing component (CO and H 2 ) is increased to generate a reducing gas from the mixed gas. Here, the CO 2 and H 2 O separation and removal, it is preferable to remove as much as possible CO 2 and H 2 O.

なお、分離装置8には、たとえばCO2分離に関してはPSA用い、H2O分離に関しては、気液分離槽を用いることができるが、これら装置構成に限定されない。 For the separation device 8, for example, PSA can be used for CO 2 separation, and a gas-liquid separation tank can be used for H 2 O separation, but the device configuration is not limited to these.

かくして得られた還元ガスは、上記した加熱装置7によって加熱して高温の還元ガスとして還元炉1へ供給する。 The reduction gas thus obtained is heated by the heating device 7 described above and supplied to the reduction furnace 1 as a high-temperature reduction gas.

この実施形態では、高炉からのCO2を還元鉄プロセスの還元ガスの原料として再利用しているので、高炉からのCO2排出が削減できる効果がある。高炉と還元鉄製造プロセスのトータルCO2排出を想定したとき、還元鉄製造プロセスを増設した際の製鉄所のCO2排出増分はゼロであるため、実質的に本発明の還元鉄製造プロセス増設によるCO2排出はゼロとなる。なお、還元炉1にて製造された還元鉄を高炉11に原料として装入することによって、高炉の還元材比を削減でき、さらなるCO2削減を行うことも可能である。 In this embodiment, since CO 2 from the blast furnace is reused as a raw material for the reducing gas in the reduced iron process, there is an effect that CO 2 emissions from the blast furnace can be reduced. Assuming the total CO 2 emissions of the blast furnace and the reduced iron manufacturing process, the increase in CO 2 emissions of the steelworks when the reduced iron manufacturing process is added is zero. CO 2 emissions will be zero. By charging the reduced iron produced in the reduction furnace 1 into the blast furnace 11 as a raw material, the ratio of the reducing material in the blast furnace can be reduced, and further CO 2 reduction can be performed.

ここで、本実施形態において、羽口12には、送風ガスとして、熱風(1200℃程度に加熱した空気)ではなく、酸素ガスを使用することが好ましい。
すなわち、送風ガスとして、熱風(1200℃程度に加熱した空気)を使用する場合、燃焼ガス中に燃焼反応に寄与しない50体積%程度の窒素が含まれ、高炉ガスに約50%の窒素ガスが含まれることになるため、この高炉ガスを原料ガスに用いて得られる還元ガスとしての濃度が低くなってしまう不利をまねく。そこで、送風として酸素ガスを用いる高炉から排出される高炉ガスを、原料ガスに用いることが有利である。このとき、高炉ガス中の窒素濃度はほぼゼロとなり、高炉ガスはほぼCO、CO2およびH2のみとなるため還元ガスの原料として好適になる。
Here, in the present embodiment, it is preferable to use oxygen gas as the blowing gas for the tuyere 12 instead of hot air (air heated to about 1200 ° C.).
That is, when hot air (air heated to about 1200 ° C.) is used as the blowing gas, about 50% by volume of nitrogen that does not contribute to the combustion reaction is contained in the combustion gas, and about 50% of the nitrogen gas is contained in the blast furnace gas. Since it is contained, it causes a disadvantage that the concentration as a reducing gas obtained by using this blast furnace gas as a raw material gas becomes low. Therefore, it is advantageous to use the blast furnace gas discharged from the blast furnace that uses oxygen gas as a blower as the raw material gas. At this time, the nitrogen concentration in the blast furnace gas becomes almost zero, and the blast furnace gas contains only CO, CO 2 and H 2, which makes it suitable as a raw material for the reducing gas.

ちなみに、羽口12では、吹込み還元材および酸素ガスが混合され、この混合ガスが、羽口12から高炉11内に吹込まれた直後に、急速着火・急速燃焼する。そして、羽口12の先の高炉内に、再生メタンガス等の吹込み還元材やコークスと酸素ガスとが反応する領域であるレースウェイが形成される。 Incidentally, in the tuyere 12, the blowing reducing agent and the oxygen gas are mixed, and the mixed gas is rapidly ignited and rapidly burned immediately after being blown into the blast furnace 11 from the tuyere 12. Then, in the blast furnace at the tip of the tuyere 12, a raceway is formed, which is a region where a blown reducing agent such as regenerated methane gas or coke reacts with oxygen gas.

なお、送風ガス中の酸素濃度が増加すると、炉内ガス量が少なくなり、高炉上部における装入物の昇温が不十分となる場合がある。この場合には、図1に示すように、脱水装置13の下流の高炉ガスの一部を、800℃〜1000℃程度となるようにバーナー14により部分燃焼させた後、高炉シャフト部に吹込む予熱ガス吹込みを行うことが好ましい。 If the oxygen concentration in the blown gas increases, the amount of gas in the furnace decreases, and the temperature rise of the charged material in the upper part of the blast furnace may become insufficient. In this case, as shown in FIG. 1, a part of the blast furnace gas downstream of the dehydrator 13 is partially burned by the burner 14 so as to be about 800 ° C. to 1000 ° C., and then blown into the blast furnace shaft portion. It is preferable to blow in preheated gas.

以下、本発明の実施例を記載する。なお、ここでは、還元鉄(DRI)1t製造あたりの原単位として操業諸元を記載する。たとえば、3000t/日の還元鉄プラントを考える場合は、下記を3000倍すれば1日当たりの諸元となる。
[発明例1]
図1に模式的に示した高炉に併設した還元鉄製造設備を用いて、次に示す還元炉操業を行った。すなわち、還元炉1の上部から酸化鉄2として1394kg/tの焼結鉱を装入し、炉1の中間部からは800℃に加熱した高温還元ガス2205Nm3/t(H2:42体積%、CO:57体積%)の吹き込みを行った。このとき、炉1の上部からは2205Nm3/t(H2:32体積%、CO:43体積%、CO2:15体積%、H2O:10体積%)の炉頂ガスが排出された。
Hereinafter, examples of the present invention will be described. Here, the operating specifications are described as the basic unit for producing 1 ton of reduced iron (DRI). For example, when considering a reduced iron plant of 3000 tons / day, multiplying the following by 3000 gives the specifications per day.
[Invention Example 1]
The following reduction furnace operation was performed using the reduced iron production equipment attached to the blast furnace schematically shown in FIG. 1. That is, 1394 kg / t of sinter was charged as iron oxide 2 from the upper part of the reduction furnace 1, and the high temperature reducing gas 2205 Nm 3 / t (H 2 : 42% by volume) heated to 800 ° C. from the middle part of the furnace 1. , CO: 57% by volume) was blown. At this time, 2205 Nm 3 / t (H 2 : 32% by volume, CO: 43% by volume, CO 2 : 15% by volume, H 2 O: 10% by volume) of furnace top gas was discharged from the upper part of the furnace 1. ..

一方、送風ガスとして酸素ガスを使用する高炉から発生した高炉ガス(H2:24体積%、CO:33体積%、CO2:43体積%)は脱水後に1430Nm3/t相当を取り出し、降雨豪装置5にて上記炉頂ガスと混合して還元ガスの原料ガスとして用いた。次いで、炉頂ガスと高炉ガスとを混合した混合ガス3280Nm3/tを分離装置8に送給し、脱水(H2O分離除去)およびCO2分離を行って、混合ガスから154kg/tの水および885Nm3/tのCO2を取り除いた。脱水及びCO2分離が行って得られた還元ガス2205Nm3/tは、加熱装置7にて加熱され、高温還元ガスとした。ここで、加熱装置7には、炉頂ガスのうち原料ガスとして使われなかった残りのガス354Nm3/tを加熱燃料ガスとして用いた。この加熱燃料ガスは、脱水ののち加熱装置の燃焼室にて燃焼し、還元ガス加熱の熱源とした。 On the other hand, the blast furnace gas (H 2 : 24% by volume, CO: 33% by volume, CO 2 : 43% by volume) generated from the blast furnace that uses oxygen gas as the blast gas is taken out equivalent to 1430 Nm 3 / t after dehydration, and it rains heavily. In the apparatus 5, it was mixed with the above-mentioned furnace top gas and used as a raw material gas for the reduction gas. Then, feeds feeding a mixed gas 3280Nm 3 / t of a mixture of top gas and blast furnace gas to the separation device 8, performs dehydration (H 2 O separated off) and CO 2 separated from a mixed gas of 154 kg / t Water and 885 Nm 3 / t CO 2 were removed. The reducing gas 2205 Nm 3 / t obtained by dehydration and CO 2 separation was heated by the heating device 7 to obtain a high-temperature reduced gas. Here, in the heating device 7, the remaining gas of the furnace top gas, which was not used as the raw material gas, was 354 Nm 3 / t, which was used as the heating fuel gas. This heated fuel gas was dehydrated and then burned in the combustion chamber of the heating device to serve as a heat source for heating the reduced gas.

以上の操業では、加熱装置7にて炉頂ガスの一部を燃焼させた際にCO2が発生するが、一方で高炉から排出されたCOおよびCO2が還元鉄プロセスにて再利用されることによってCO2削減が実現し、トータルで見ると、還元鉄プロセスを増設した際の製鉄所からのCO2排出の増減はゼロであった。 In the above operation, CO 2 is generated when a part of the furnace top gas is burned in the heating device 7, while CO and CO 2 discharged from the blast furnace are reused in the reducing iron process. As a result, CO 2 reduction was realized, and when viewed in total, the increase or decrease in CO 2 emissions from the steelworks when the reduced iron process was added was zero.

さらに、上記した還元鉄製造プロセスで得られた還元鉄を高炉11に原料として装入して高炉操業を行ったところ、高炉におけるコークス使用量を削減でき、さらなるCO2削減効果を得られた。 Further, when the reduced iron obtained in the above-mentioned reduced iron production process was charged into the blast furnace 11 as a raw material and operated in the blast furnace, the amount of coke used in the blast furnace could be reduced, and a further CO 2 reduction effect was obtained.

[比較例1]
図2に示す還元鉄製造設備を用いる一般的な還元炉操業を行った。この一般的な還元炉操業は、上記した発明例において、原料ガスとする炉頂ガスに加える原料を天然ガスとする比較例1である。すなわち、還元炉1の中間部から800℃に加熱した高温還元ガス2200Nm3/t(H2:62体積%、CO:38体積%)を吹き込み、還元炉操業を行った。このとき、炉上部からは2200Nm3/t(H2:46体積%、CO:29体積%、CO2:10体積%、H2O:15体積%)の炉頂ガスが排出された。この炉頂ガスを除塵したのち、1501Nm3/tを原料ガスに、残りの699Nm3/tの炉頂ガスを改質器10の加熱燃料ガスとして用いた。原料ガスとする炉頂ガスは、水分調整のために86kg/tの水を脱水装置9にて取り除いてから、改質器10に送り込んだ。加熱燃料ガスは、脱水ののち、改質器10の燃焼室にて空気で燃焼され、燃焼排ガスは大気放散した。改質器10では、前記原料ガスとともに天然ガス269Nm3/tを流し込み、還元ガスを製造した。
以上の操業において、改質器10の燃焼排ガスとして放出されるCO2を換算すると、528kg−CO2/tとなり、CO2の排出を抑制できなかった。
[Comparative Example 1]
A general reduction furnace operation using the reduced iron production equipment shown in FIG. 2 was carried out. This general reduction furnace operation is Comparative Example 1 in which the raw material added to the furnace top gas as the raw material gas is natural gas in the above-mentioned invention example. That is, the reduction furnace was operated by blowing 2200 Nm 3 / t (H 2 : 62% by volume, CO: 38% by volume) of high-temperature reduction gas heated to 800 ° C. from the middle portion of the reduction furnace 1. At this time, 2200Nm 3 / t from the furnace top (H 2: 46 vol%, CO: 29 vol%, CO 2: 10 vol%, H 2 O: 15% by volume) furnace top gas is discharged. After removing the dust from the top gas, 1501 Nm 3 / t was used as the raw material gas, and the remaining 699 Nm 3 / t of the top gas was used as the heating fuel gas for the reformer 10. As the raw material gas, the furnace top gas was sent to the reformer 10 after removing 86 kg / t of water with the dehydrator 9 for adjusting the water content. After dehydration, the heated fuel gas was burned with air in the combustion chamber of the reformer 10, and the combustion exhaust gas was released to the atmosphere. In the reformer 10, natural gas 269 Nm 3 / t was poured together with the raw material gas to produce a reduced gas.
In the above operation, the CO 2 emitted as the combustion exhaust gas of the reformer 10 was converted to 528 kg-CO 2 / t, and the CO 2 emission could not be suppressed.

[比較例2]
図3に示す還元鉄製造設備を用いる一般的な還元炉操業を行った。この一般的な還元炉操業は、上記した発明例において、原料ガスとする炉頂ガスに加える原料をコークス炉ガスとする比較例2である。すなわち、比較例2は、比較例1において、天然ガスの代わりに524Nm3/tのコークス炉ガスをガス加熱装置10に流し込むことで還元鉄を製造するものである。従って、比較例1と同様に、ガス加熱装置10の燃焼排ガスとして放出されるCO2を換算すると、456kg−CO2/tとなるが、これは製鉄所内で発生したコークス炉ガスの一部を還元鉄プロセスに流用したものなので、コークス炉側のCO2排出も456kg−CO2/t減少しており、製鉄所としては差し引きゼロとなる。しかし、コークス炉ガスは高炉ガスとは異なり下工程でプロセスガスとして用いられているものなので、CO2フリー電力やCO2フリー電力を用いた水電解によって得られる水素によって代替することはできない。したがって、比較例2の方法では下工程で284Nm3/tの外部メタン(天然ガス等)を導入する必要がある。これにより製鉄所全体としてみると、557kg/tのCO2排出増となり、CO2の排出を抑制できなかった。また、コークス炉ガスは硫黄を多量に含んでおり、ガス加熱装置の中に設けた反応促進用触媒は硫黄に弱いため、追加で大規模な脱硫設備も設ける必要があった。
[Comparative Example 2]
A general reduction furnace operation using the reduced iron production equipment shown in FIG. 3 was carried out. This general reduction furnace operation is Comparative Example 2 in which the raw material added to the furnace top gas as the raw material gas is the coke oven gas in the above-mentioned invention example. That is, in Comparative Example 2, in Comparative Example 1, reduced iron is produced by pouring 524 Nm 3 / t coke oven gas into the gas heating device 10 instead of natural gas. Therefore, as in Comparative Example 1, the CO 2 emitted as the combustion exhaust gas of the gas heating device 10 is 456 kg-CO 2 / t, which is a part of the coke oven gas generated in the steelworks. Since it was diverted to the reduced iron process, CO 2 emissions on the coke oven side are also reduced by 456 kg-CO 2 / t, which is zero for a steel mill. However, unlike blast furnace gas, coke oven gas is used as a process gas in the lower process, so it cannot be replaced by hydrogen obtained by CO 2- free power or water electrolysis using CO 2-free power. Therefore, in the method of Comparative Example 2, it is necessary to introduce 284 Nm 3 / t of external methane (natural gas or the like) in the lower step. When this by viewed as a whole steelworks, become a CO 2 emission increase of 557kg / t, it was not able to suppress the emission of CO 2. Further, since the coke oven gas contains a large amount of sulfur and the reaction promoting catalyst provided in the gas heating device is vulnerable to sulfur, it is necessary to additionally install a large-scale desulfurization facility.

なお、この比較例2にて使用したコークス炉ガスは、一貫製鉄所において下工程プロセスの燃料、例えば加熱炉のバーナー燃料などに用いられる重要なプロセスガスなので、還元鉄プロセスで多量に使ってしまうと下工程の燃料が不足してしまう問題が起こる。10000t/日の高炉を持つ製鉄所において使用されるコークスを製造する際に発生するコークス炉ガスは169万Nm3/日となる。還元鉄の製造量を3000t/日とすると、本発明の還元鉄製造プロセスにて消費されるコークス炉ガスは157万Nm3/tであり、発生するコークス炉ガスのほぼ全量を使い切ってしまうことになる。よって、比較例2の方法は実際の製鉄所に適用することは不可能である。 Since the coke oven gas used in Comparative Example 2 is an important process gas used as a fuel for the lower process in an integrated steel mill, for example, a burner fuel for a heating furnace, it is used in a large amount in the reduced iron process. And the problem of running out of fuel in the lower process occurs. The amount of coke oven gas generated when producing coke used in a steel mill with a blast furnace of 10000 t / day is 1.69 million Nm 3 / day. Assuming that the production amount of reduced iron is 3000 tons / day, the coke oven gas consumed in the reduced iron production process of the present invention is 1.57 million Nm 3 / t, and almost all of the generated coke oven gas is used up. become. Therefore, the method of Comparative Example 2 cannot be applied to an actual steel mill.

1 還元炉
2 酸化鉄
3 還元鉄
4 除塵装置
5 混合装置
6 脱水装置
7 加熱装置
8 分離装置
9 脱水装置
10 改質器
11 高炉
12 羽口
13 脱水装置
14 バーナー
1 Reduction furnace 2 Iron oxide 3 Reduced iron 4 Dust remover 5 Mixing device 6 Dehydrating device 7 Heating device 8 Separator 9 Dehydrating device 10 Reformer 11 Blast furnace 12 Tuft 13 Dehydrating device 14 Burner

Claims (2)

還元炉を用いて酸化鉄から還元鉄を製造する方法であって、
前記酸化鉄を前記還元炉へ充填する酸化鉄充填工程と、
前記還元炉へ還元ガスを吹き込む還元ガス吹込み工程と、
前記還元炉の炉頂から排出される炉頂ガスと高炉の炉頂から排出される高炉ガスとを混合して混合ガスを生成する混合工程と、
前記混合ガスからCO2およびH2Oを分離除去して前記還元ガスを生成する分離工程と、
前記還元ガスを加熱する加熱工程と、
前記還元炉内において前記還元ガスにより前記酸化鉄を還元する還元工程と、
を有する還元鉄の製造方法。
A method of producing reduced iron from iron oxide using a reduction furnace.
An iron oxide filling step of filling the reduction furnace with the iron oxide, and
The reduction gas blowing process of blowing the reducing gas into the reduction furnace and
A mixing step of mixing the top gas discharged from the top of the reduction furnace and the blast furnace gas discharged from the top of the blast furnace to generate a mixed gas.
A separation step of separating and removing CO 2 and H 2 O from the mixed gas to generate the reducing gas, and
The heating step of heating the reducing gas and
A reduction step of reducing the iron oxide with the reducing gas in the reduction furnace,
A method for producing reduced iron having.
前記高炉が、送風に酸素ガスを用いる高炉である請求項1に記載の還元鉄の製造方法。 The method for producing reduced iron according to claim 1, wherein the blast furnace is a blast furnace that uses oxygen gas for blowing air.
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