JP3025253B1 - 鉄カ―バイドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 一酸化炭素を炭化反応ガス成分として積極的
に使用し、極めて効率的に鉄カーバイドを製造すること
ができる方法を提供すること。 【解決手段】 第一流動層炉１０に投入された含鉄粉粒
体原料を一部還元させる第一反応操作を行った後、第二
流動層炉３０において一部還元された含鉄粉粒体原料に
残りの還元と炭化を施す第二反応操作を行うことにより
鉄カーバイドを製造する。第一反応操作は水素を主成分
とする還元ガスにより行い、第二反応操作は水素、一酸
化炭素およびメタンを主として含む還元および炭化ガス
により行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄カーバイド（Ｆ
ｅ₃Ｃ）を主成分とする製鉄、製鋼用の原料、例えば電
気炉等に用いるに製鋼原料として好適な鉄カーバイドの
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】一般
的に鋼の製造は、高炉により鉄鉱石を銑鉄に転化し、そ
の後、平炉または転炉などにより銑鉄を鋼に転化する工
程からなる。このような伝統的な製法は、必要なエネル
ギー、設備規模およびコスト等が大きなものになるた
め、小規模の製鋼には、従来、直接製鋼により鉄鉱石を
製鋼炉原料に転化し、この製鋼炉原料を電気炉等により
鋼に転化する工程からなる方法が採用されている。かか
る直接製鋼には、鉄鉱石を還元鉄に転化する直接還元法
があるが、この方法で製造される還元鉄は反応活性が強
く、大気中の酸素と反応して発熱するため、輸送、貯蔵
には不活性ガスによるシール等の手当が必要となる。こ
のため、反応活性が低く、容易に輸送、貯蔵が可能で、
比較的高パーセンテージの鉄（Ｆｅ）を含有する鉄カー
バイドが、近年、電気炉等による製鋼原料として使用さ
れつつある。

【０００３】さらに、鉄カーバイドを主成分とする鉄鋼
原料は、輸送・貯蔵が容易であるばかりでなく、鉄原子
と化合している炭素が製銑あるいは製鋼炉の燃料源とな
る他、製鋼炉内では反応を促進する微細な気泡の発生源
となる利点もある。このようなことから鉄カーバイドを
主成分とする製鉄、製鋼用原料は、近年特に注目されて
いる。

【０００４】かかる鉄カーバイドを製造する方法は、従
来、鉄鉱石を粉体にして流動層式反応器等に充填し、還
元ガス（水素ガス）と炭化ガス（例えばメタンガスな
ど）の混合ガスと所定温度で反応させることで、以下の
反応式（(1),(2),(3),(4)）に示すように、鉄鉱石内の
鉄酸化物（ヘマタイト（Ｆｅ₂Ｏ₃）、マグネタイト（Ｆ
ｅ₃Ｏ₄）、ウスタイト（ＦｅＯ））を単一操作（一つの
反応器内に還元ガスおよび炭化ガスを同時に導入して行
う操作をいう）で還元および炭化させるものである。

【０００５】 ３Ｆｅ₂Ｏ₃＋Ｈ₂ →２Ｆｅ₃Ｏ₄＋Ｈ₂Ｏ ・・・（１） Ｆｅ₃Ｏ₄＋Ｈ₂ →３ＦｅＯ＋Ｈ₂Ｏ ・・・（２） ＦｅＯ＋Ｈ₂ →Ｆｅ＋Ｈ₂Ｏ ・・・（３） ３Ｆｅ＋ＣＨ₄ →Ｆｅ₃Ｃ＋２Ｈ₂ ・・・（４） さらに、上記（１）〜（３）式をまとめると、鉄酸化物
の還元と炭化の進行を支配する式は、次の（５）式と上
記（４）式の２つの化学反応式に集約することができ
る。

【０００６】 Ｆｅ₂Ｏ₃＋３Ｈ₂ →２Ｆｅ＋３Ｈ₂Ｏ ・・・（５） なお、この種の先行技術としては、例えば、特表平６−
５０１９８３号公報に記載のものがある。

【０００７】ところが、還元と炭化を単一操作で行う方
法では、還元反応と炭化反応の双方を併せて考慮しなけ
ればならず、還元反応または炭化反応のそれぞれに最適
になるように反応ガス組成や反応温度などをフレキシブ
ルに設定することができない。このために、反応ガス量
が多くなると同時に、電力、冷却水等のエネルギー消費
量が大きくなる。また、最適反応ガス組成を選択できな
いため、反応速度が遅くなり、反応時間（鉄カーバイド
に完全に転化するのに要する時間）が長くなる。そこ
で、本出願人は、反応時間の短縮化と、反応ガス使用量
およびエネルギー消費量を低減し得る鉄カーバイドの製
造方法として、特開平９−４８６０４号公報（特許第２
７２７４３６号）に開示されているように、「ヘマタイ
トを主成分とする鉄鉱石を還元および炭化して鉄カーバ
イドを製造する方法であって、前記ヘマタイトの還元反
応の一部を行う第一反応操作の後に、残りの還元反応と
炭化反応を行う第二反応操作を進めるとともに、前記第
一反応操作および第二反応操作をそれぞれ独立の反応ガ
ス循環ループ内を循環するガスにより行うことを特徴と
する鉄カーバイドの製造方法」を提案した。

【０００８】ところで、含鉄粉粒体原料を還元および炭
化して鉄カーバイドを製造する場合、炭化反応ガス成分
としては、一般的には、メタンまたは一酸化炭素のいず
れかが用いられている。上記特許第２７２７４３６号に
開示されている方法は、第一反応操作は水素を主とする
還元ガスにより行い、第二反応操作は水素およびメタン
を主とする還元および炭化ガスにより行う方法である。
というのは、一酸化炭素を炭化反応ガス成分とすると、
次式（６）（７）に示すように、メタンを炭化反応ガス
成分とする場合に比べて、ＣＯとＨ₂ の消費量が多くな
る。

【０００９】 ３Ｆｅ₂Ｏ₃＋２ＣＯ＋１１Ｈ₂ →２Ｆｅ₃Ｃ＋１１Ｈ₂Ｏ ・・・（６） ３Ｆｅ₂Ｏ₃＋２ＣＨ₄＋５Ｈ₂ →２Ｆｅ₃Ｃ＋ ９Ｈ₂Ｏ ・・・（７） すなわち、（６）、（７）式に示すように、一酸化炭素
を炭化反応ガス成分とする場合はメタンの場合に比べ
て、２．６倍（（２＋１１）／５）のＣＯとＨ₂の混合
ガスの供給が必要となる。このＣＯとＨ₂ は、工業的に
は、一般にメタン（ＣＨ₄）を主成分とする天然ガスと
水蒸気を高温・高圧で触媒と接触させ、その接触反応で
製造（水蒸気ガス改質法という）されている。従って、
一酸化炭素を炭化反応ガス成分として用いる場合は、高
価な水蒸気ガス改質設備の増大を伴い、同時にエネルギ
ー消費も増える欠点がある。

【００１０】一方、天然ガスに代えて石炭から反応ガス
を得ることも可能であり、この石炭をガス化することに
よって得られるガスの組成は、おおよそＣＨ₄ が２５
％、ＣＯが２５％、Ｈ₂ が５０％であり、ガス化設備で
石炭をガス化することにより、多量のＣＯを含むガスを
得ることができる。この場合は、ガス化設備が必要であ
り、ＣＯを炭化反応ガス成分として用いる場合には、上
記したように、メタンを炭化反応ガス成分とする場合に
比べて２．６倍のＣＯとＨ₂ が必要であることに変わり
はない。

【００１１】このように、ＣＯを炭化反応ガス成分とし
て用いる場合は、大規模な設備が必要であり、ガス消費
量も増えるという不都合な点がある。

【００１２】ところが、設備コストやエネルギーコスト
が多少増えても、高生産性の面が重視されることがあ
る。

【００１３】この点に関して、低〜中程度の炭化率を有
する鉄カーバイドへの転化反応を行うに際し、ＣＯを炭
化反応ガス成分として多量に含む場合は、メタンを主た
る炭化反応ガス成分とする場合に比べてその反応速度が
著しく向上することが本発明者の実験により判明した。

【００１４】本発明は、鉄カーバイドの製造における以
上のような実情に鑑みてなされたものであって、その目
的は、一酸化炭素を炭化反応ガス成分として積極的に使
用し、極めて効率的に鉄カーバイドを製造することがで
きる方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】メタンと水蒸気を高温・
高圧で触媒と接触させること（リフォーミング）によ
り、次式に示すように、一酸化炭素と水素が生成する。

【００１６】 ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ →ＣＯ＋３Ｈ₂ ・・・（８） そして、以下のシフト反応を行わせることにより、二酸
化炭素と水素が生成する。

【００１７】 ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ →ＣＯ₂＋Ｈ₂ ・・・（９） 上記シフト反応で得られた二酸化炭素を除去することに
より、水素を主として含むガスを得ることができる。こ
のようにして得た水素とリフォーミング反応で得られた
一酸化炭素を用いて、次式（１０）に示すように金属鉄
を炭化して、鉄カーバイドを生成することができる。

【００１８】 ３Ｆｅ＋ＣＯ＋Ｈ₂ →Ｆｅ₃Ｃ＋Ｈ₂Ｏ ・・・（１０） （１０）式において、ＣＯを添加することにより、反応
が右辺に進むので、Ｆｅ₃Ｃの生成が促進される。とこ
ろが、（８）式に示すリフォーミング反応は金属鉄を触
媒として生起する反応であって、金属鉄の割合が低い還
元反応前期や炭化反応後期にはＣＯ発生速度が遅く、そ
のために（１０）式で示す反応速度も遅くなる。

【００１９】そこで、粉粒体原料から鉄カーバイドを製
造するに当たり、還元反応の一部を行う第一反応操作
と、残りの還元反応と炭化反応を行う第二反応操作に分
け、一酸化炭素を比較的多く含むガスを炭化反応ガス成
分として用いることにより、鉄カーバイドを極めて迅速
且つ効率的に製造することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】すなわち、本発明は、第一流動層
炉に投入された含鉄粉粒体原料を一部還元させる第一反
応操作を行った後、別の流動層炉において一部還元され
た含鉄粉粒体原料に残りの還元と炭化を施す第二反応操
作を行うことにより鉄カーバイドを製造する方法であっ
て、第二反応操作が前半と後半からなり、前半の反応を
行う第二流動層炉において、（ＣＯ＋ＣＯ₂ ）の割合が
１５容積％超である、水素と一酸化炭素とメタンを主と
して含む還元および炭化ガスにより一部還元された含鉄
粉粒体原料に残りの還元反応と炭化反応の一部を施し、
次いで、後半の反応を行う第三流動層炉において、一酸
化炭素とメタンを主として含む炭化ガスにより残りの炭
化反応を施すことを特徴とする鉄カーバイドの製造方法
を第一の発明とし、上記第一の発明において、第二流動
層炉における反応温度が５００〜６００℃であり、第三
流動層炉における反応温度が６００〜８００℃である鉄
カーバイドの製造方法を第二の発明とし、第一流動層炉
に投入された含鉄粉粒体原料を一部還元させる第一反応
操作を行った後、別の流動層炉において一部還元された
含鉄粉粒体原料に残りの還元と炭化を施す第二反応操作
を行うことにより鉄カーバイドを製造する方法であっ
て、第二反応操作が前半と後半からなり、炭化水素含有
ガスを酸素含有ガスで燃焼することによって得られる水
素と１５容積％超の一酸化炭素とを含むガスを前半の反
応を行う第二流動層炉に供給し、上記ガスによる第二流
動層炉における反応後に一部のガスをブリードすること
によって得られる水素を主として含むガスによって、一
部還元された含鉄粉粒体原料に残りの還元反応と炭化反
応の一部を施し、後半の反応を行う第三流動層炉におい
て、一酸化炭素とメタンを主として含む炭化ガスにより
残りの炭化反応を施すことを特徴とする鉄カーバイドの
製造方法を第三の発明とし、上記第三の発明において、
第二流動層炉における反応温度が６００〜８００℃であ
り、第三流動層炉における反応温度が５００〜６００℃
である鉄カーバイドの製造方法を第四の発明とし、上記
第三の発明において、第二流動層炉における反応温度が
６００〜８００℃であり、第三流動層炉における反応温
度が６００〜８００℃である鉄カーバイドの製造方法を
第五の発明とし、上記第二、第三、第四または第五の発
明において、還元および炭化ガス中の一酸化炭素および
二酸化炭素の合計の割合が１５容積％超である鉄カーバ
イドの製造方法を第六の発明とする。

【００２１】上記のように構成される本発明によれば、
以下のようにして鉄カーバイドを製造することができ
る。

【００２２】すなわち、水素を主成分とするガスを還元
ガスとして用いて第一流動層炉において含鉄粉粒体原料
を一部還元し、第二流動層炉においては、水素、一酸化
炭素およびメタンを主として含むガスを還元および炭化
ガスとして用いて残りの還元反応と炭化反応を行うこと
から、第一流動層炉において使用するガスを還元反応の
みに最適な組成にし、また、第二流動層炉において使用
するガスを残りの還元反応と炭化反応に最適な組成にす
ることができるので、還元ガスおよび炭化ガスの混合ガ
スによる単一の操作で鉄カーバイドを製造する方法より
も反応速度を高め、反応時間（含鉄粉粒体原料を鉄カー
バイドに転化するために要する時間）の短縮化を図るこ
とができる。特に、第二流動層炉における炭化反応を行
うガスとして一酸化炭素が含まれているので、鉄カーバ
イドへの転化を促進することができる。しかし、一酸化
炭素を過剰に含むと、反応の結果生成する水蒸気（Ｈ₂
Ｏ）により鉄カーバイドへの転化が抑制され、一定の炭
化率以上に炭化が進行しないが、一方、高濃度のＣＯで
炭化した場合、鉄カーバイド以外の鉄化合物はＦｅ₃ Ｏ
₄が主体となり、このＦｅ₃Ｏ₄ は常温で安定しており、
輸送・保管時に発火の心配がないという利点を有する。

【００２３】第一の発明によれば、第二反応操作を前半
と後半に分け、前半の反応を行う第二流動層炉におい
て、一部還元された含鉄粉粒体原料に残りの還元反応と
炭化反応の一部を施し、後半の反応を行う第三流動層炉
において、残りの炭化反応を施すことから、第二流動層
炉において使用するガスを残りの還元反応と炭化反応に
最適な組成にし、第三流動層炉において使用するガスを
炭化反応に最適な組成にすることができるので、極力反
応速度を高め、反応時間の大幅な短縮を図ることができ
る。

【００２４】ところで、鉄酸化物の中でマグネタイト
（Ｆｅ₃Ｏ₄）は最も安定な物質であり、製品鉄カーバイ
ド中に残る鉄カーバイド（Ｆｅ₃Ｃ） 以外の鉄分は極力
最も安定なマグネタイトにすることが望まれる。ところ
が、５９０℃以下の反応温度では、Ｆｅ−Ｈ−Ｏ系還元
平衡においてマグネタイトの存在領域が広くなる。この
マグネタイトが還元反応の過程で長く存在すると、鉄カ
ーバイドへの炭化反応の最終段階で漸進性を示し、最終
的に鉄カーバイドに転化するのに要する時間が長くな
る。そのため、反応温度をマグネタイトの存在領域から
遠くなるように、５９０℃以上にするのが好ましいが、
低〜中炭化率の範囲ではその影響が少ないので、第二の
発明のように、第二流動層炉における反応温度が５００
〜６００℃の範囲でも、低〜中程度の炭化（約７０％ま
での炭化）は速やかに進行する。そして、引き続き、第
三流動層炉において、約６００〜８００℃の反応温度
で、高炭化率の鉄カーバイド製品を速やかに得ることが
できる。

【００２５】第三の発明において、炭化水素含有ガスと
して、例えばメタンを主成分とする天然ガスを使用し、
この天然ガスを酸素ガスで燃焼させることにより下記
（１１）式に示すように、一酸化炭素と水素を含むガス
を得ることができる。

【００２６】２ＣＨ₄＋Ｏ₂→２ＣＯ＋４Ｈ₂
・・・（１１） この一酸化炭素
と水素は流動層炉で反応することによりメタンと水蒸気
を生成する。一方、第二流動層炉では、還元反応のため
に水素が消費されるので、反応ガス中にメタンと水蒸気
が蓄積する恐れがある。そこで、第二流動層炉で反応後
の一部のガスを系外にブリードすることによって反応ガ
ス中へのメタンと水蒸気の蓄積を防止し、水素を主とし
て含み、その他の成分として一酸化炭素とメタンを含
む、還元と炭化のバランスのとれた組成のガスを得るこ
とができる。このような組成のガスによって、一部還元
された含鉄粉粒体原料に残りの還元反応と炭化反応の一
部を施し、後半の反応を行う第三流動層炉において、残
りの炭化反応を施すことから、第二流動層炉において使
用するガスを残りの還元反応と炭化反応に最適な組成に
し、第三流動層炉において使用するガスを炭化反応に最
適な組成にすることができるので、極力反応速度を高
め、反応時間の大幅な短縮を図ることができる。

【００２７】そして、第四の発明のように、第二の流動
層炉における反応温度を６００〜８００℃の範囲とし、
第三流動層炉における反応温度を約５００〜６００℃の
範囲とすることにより、低〜中程度の炭化（約７０％ま
での炭化）は速やかに進行する。また、第五の発明のよ
うに、第二の流動層炉における反応温度と第三流動層炉
における反応温度を約６００〜８００℃の範囲とするこ
とにより、高炭化率の鉄カーバイド製品を速やかに得る
ことができる。

【００２８】炭化水素含有ガスとしては、例えば、天然
ガスを使用することができ、酸素含有ガスとしては、純
酸素が好ましいが、空気を使用することもできる。

【００２９】本明細書において、「水素を主として含む
ガス」とは、「水素の容積％が５０％以上であるガス」
をいい、「水素を主成分とするガス」とは、「水素の容
積％が９０％以上であるガス」をいう。他のガスについ
ても、「主として含む」または「主成分とする」の意味
は同じである。

【００３０】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。図１は、本発明の方法を適用するに好適な鉄
カーバイドの製造装置の全体構成を示す配置図である。
図１において、１は含鉄粉粒体原料の部分的な還元反応
を行う第一反応操作部分、２０は残りの還元反応と炭化
反応を行う第二反応操作部分である。第一反応操作部分
１の反応ガスの流れは、管路２、管路３、圧縮機４、管
路５、熱交換器６、管路７、加熱器８、管路９、第一流
動層炉１０、管路１１、熱交換器６、管路１２、スクラ
バ１３および管路１４がループを構成している。つま
り、第一流動層炉１０の底部ガス入口に、管路３、圧縮
機４、管路５、熱交換器６、管路７、加熱器８、管路９
を順に経てガスが供給され、第一流動層炉１０の頂部ガ
ス出口から、管路１１、熱交換器６、管路１２、スクラ
バ１３、管路１４、管路２、管路３へ順に流れて反応ガ
スが循環するループが形成されている。さらに、管路２
と管路３との連結部分に連結した管路１５により循環経
路に所定組成のガスを補給し、また管路１４と管路２と
の連結部分に連結した管路１６により循環経路から所定
量のガスを抜き出すことにより、第一流動層炉１０に流
入する反応ガスの組成を一定になるようにし、反応によ
りガス組成が変化し反応速度が低下することを防止する
ことができる。第二反応操作部分２０の反応ガスの流れ
も、図１に示すように、第一反応操作部分１と同様であ
るため、共通する箇所に第一反応操作部分１の各番号に
２０を加算した番号を付して説明を省略する。

【００３１】原料および製品の流れは、粉状にした鉄鉱
石を管路４１を経て第一流動層炉１０にその上部から定
常的に供給し、部分的な還元反応が完了した鉄鉱石は第
一流動層炉１０の下部から管路４２を介して第二流動層
炉３０に連続的に供給される。この第二流動層炉３０で
残りの還元反応と炭化反応を行い、所定の炭化率に達し
た鉄カーバイドが管路４３を通って連続的に取り出され
る。

【００３２】各操作で用いる反応ガスの組成について、
第一反応操作は還元反応のみを考慮すればよいことか
ら、水素を主成分とする還元ガスで行う。このため水素
濃度が大きく、還元反応の反応スピードが速く、単一操
作で行う場合よりも反応時間を短縮できる。また、第二
反応操作は還元反応および炭化反応を考慮しなければな
らず、水素と一酸化炭素とメタンの混合ガスで行う。し
かし、第一反応操作で還元反応が部分的に進行している
ため、炭化反応を重視することができる。従って、一酸
化炭素の濃度を上げて炭化反応の反応スピードを上昇さ
せ、反応時間を短縮できる。例えば、還元率６０％の粉
状ヘマタイトを反応温度５５０℃、反応圧力４kg／cm²
の条件で、反応ガス中のＣＯ濃度を０、３、１６、２
３、３０容積％と変化させ、ＣＯを除く他の反応ガス組
成は、Ｈ₂とＣＨ₄を１：２とした場合の鉄カーバイドへ
の転化率（Ｆｅ₃Ｃ（％））と反応時間との関係の一例
を示す図２に明らかなように、ＣＯ＝０％、３％の場合
には、反応時間に比例して鉄カーバイドへの転化率は上
昇するということが分かる。そして、ＣＯ濃度が１５％
超であれば、一定の転化率に達すると、反応時間を増や
してもそれ以上に鉄カーバイド化は進まなくなるもの
の、鉄カーバイドへの転化スピードは著しく速くなる。

【００３３】具体的には、直径０．５mm以下の鉄鉱石を
用いて、第一流動層炉の反応温度＝５９０℃、反応圧力
＝４kg／cm² とし、第二流動層炉の反応温度＝５５０
℃、反応圧力＝４kg／cm² とし、反応ガス組成（容積
％）を以下の表１に示すような比率とした場合、第二流
動層炉投入から０．２５時間で鉄鉱石の約７０重量％が
鉄カーバイドに変化したことが、メスバウアー分光法に
より分かった。

【００３４】

【表１】

【００３５】しかし、同じ鉄鉱石を用いて、第一流動層
炉の反応温度＝６５０℃、反応圧力＝４kg／cm² とし、
第二流動層炉の反応温度＝６５０℃、反応圧力＝４kg／
cm²とし、反応ガス組成（容積％）を以下の表２に示す
ように、第二流動層炉のＣＯ比率を極めて低くした場
合、第二流動層炉投入から３．２５時間で鉄鉱石の約６
０重量％が鉄カーバイドに変化したことが、メスバウア
ー分光法により分かった。

【００３６】

【表２】

【００３７】以上の実験から明らかなように、炭化反応
ガス中のＣＯ比率を高めることによって、鉄カーバイド
化が１０倍以上の速度で達成されることが分かる。これ
は、工業的に生産するに当たり、流動層炉の大きさが１
／１０以下になることに等しい。

【００３８】次に、第一流動層炉に投入された含鉄粉粒
体原料を一部還元させる第一反応操作を行った後に、第
二流動層炉と第三流動層炉において、一部還元された含
鉄粉粒体原料に残りの還元と炭化を施す第二反応操作を
行う場合の具体的な反応条件について説明する。なお、
以下のガス組成は容積％である。 （１）図１に示す第一流動層炉１０において約６０％ま
で還元された粉状鉄鉱石を図３の第二流動層炉５０に投
入する。第二流動層炉５０の反応温度は５００〜６００
℃、反応圧力は１〜２０kg／cm² 、反応ガス組成は、１
５％＜ＣＯ≦３０％、２０％≦Ｈ₂ ≦３０％、ＣＨ₄ ≦
５０％とすることで、約７０％までの炭化（鉄カーバイ
ドへの転化）を速やかに行い、この部分的に炭化された
鉄鉱石を図３の第三流動層炉６０に投入して、第三流動
層炉６０の反応温度は６００〜８００℃、反応圧力は１
〜２０kg／cm² 、反応ガス組成は、０．５％≦ＣＯ≦１
５％、４０％≦ＣＨ₄ ≦６５％とすることで、約７０〜
９９％まで鉄カーバイドに転化された鉄カーバイド製品
を速やかに得ることができる。 （２）図１に示す第一流動層炉１０において約６０％ま
で還元された粉状鉄鉱石を図３の第二流動層炉５０に投
入する。第二流動層炉５０の反応温度は６００〜８００
℃、反応圧力は１〜２０kg／cm² とし、天然ガスを酸素
で燃焼することによって得られる一酸化炭素と水素を第
二流動層炉５０に供給し、且つ第二流動層炉で反応後の
ガスの一部を系外にブリードすることによって、反応ガ
ス組成を、１５％＜ＣＯ、５０％≦Ｈ₂ 、ＣＨ₄ ≦６０
％とし、約３０％までの炭化（鉄カーバイドへの転化）
を速やかに行い、この部分的に炭化された鉄鉱石を図３
の第三流動層炉６０に投入して、第三流動層炉６０の反
応温度は５００〜６００℃、反応圧力は１〜２０kg／cm
² 、反応ガス組成は、１５％＜ＣＯ≦３０％、１５％≦
ＣＨ₄ ≦４０％とすることで、約７０％まで鉄カーバイ
ドに転化された鉄カーバイド製品を速やかに得ることが
できる。 （３）図１に示す第一流動層炉１０において約６０％ま
で還元された粉状鉄鉱石を図３の第二流動層炉５０に投
入する。第二流動層炉５０の反応温度は６００〜８００
℃、反応圧力は１〜２０kg／cm² とし、天然ガスを酸素
で燃焼することによって得られる一酸化炭素と水素を第
二流動層炉５０に供給し、且つ第二流動層炉で反応後の
ガスの一部を系外にブリードすることによって、反応ガ
ス組成を、１５％＜ＣＯ、５０％≦Ｈ₂、２０％≦ＣＨ
₄ ≦５０％とし、約７０〜８５％までの炭化（鉄カーバ
イドへの転化）を速やかに行い、この部分的に炭化され
た鉄鉱石を図３の第三流動層炉６０に投入して、第三流
動層炉６０の反応温度は６００〜８００℃、反応圧力は
１〜２０kg／cm² 、反応ガス組成は、０．５％≦ＣＯ≦
１５％、４０％≦ＣＨ₄ ≦６０％とすることで、約７０
〜９９％まで鉄カーバイドに転化された鉄カーバイド製
品を速やかに得ることができる。

【００３９】なお、図３では第二流動層炉５０と第三流
動層炉６０を別の炉としたが、図４に示すように、一つ
の流動層炉を２つに仕切り、一方を第二流動層炉７０、
他方を第三流動層炉８０とすることもできる。

【００４０】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、次の効果を奏する。 （１）本発明によれば、ＣＨ₄ を改質すること（リフォ
ーミング反応）で得られる一酸化炭素を利用するのでは
なく、一酸化炭素を炭化反応ガス成分として積極的に添
加使用し、極めて効率的に鉄カーバイドを製造すること
ができる。特に、請求項１、３記載の発明によれば、第
二反応操作を前半と後半に分け、前半の反応を行う第二
流動層炉において使用するガスを炭化速度の速いＣＯ１
５容積％超の組成にし、後半の反応を行う第三流動層炉
において使用するガスをより高濃度の鉄カーバイドを得
るような組成にすることができるので、極力反応速度を
高め、反応時間の大幅な短縮を図ることができる。 （３）請求項２、５記載の発明によれば、高炭化率の鉄
カーバイド製品を速やかに得ることができる。 （４）請求項４記載の発明によれば、低〜中炭化率の鉄
カーバイド製品を速やかに得ることができる。 （５）請求項６記載の発明によれば、鉄カーバイド製品
のより経済的な製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鉄カーバイドの製造方法を実施するに
好適な装置の全体構成を示す配置図である。

【図２】反応ガス中のＣＯ濃度をパラメーターとした場
合の反応時間と鉄カーバイドへの転化率の関係を示す図
である。

【図３】本発明の鉄カーバイドの製造方法を実施するに
好適な装置の概略構成図である。

【図４】本発明の鉄カーバイドの製造方法を実施するに
好適な装置の別の例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１…第一反応操作部分 １０…第一流動層炉 ２０…第二反応操作部分 ３０、５０、７０…第二流動層炉 ６０、８０…第三流動層炉

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川井 通弘 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号 川崎重工業株式会社 神戸工場内 (72)発明者 中澤 輝幸 東京都千代田区丸の内２丁目６番３号 三菱商事株式会社内 (56)参考文献 特開 平９−48604（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−278428（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 31/30 C21B 15/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第一流動層炉に投入された含鉄粉粒体原
   料を一部還元させる第一反応操作を行った後、別の流動
   層炉において一部還元された含鉄粉粒体原料に残りの還
   元と炭化を施す第二反応操作を行うことにより鉄カーバ
   イドを製造する方法であって、第二反応操作が前半と後
   半からなり、前半の反応を行う第二流動層炉において、
   （ＣＯ＋ＣＯ₂ ）の割合が１５容積％超である、水素と
   一酸化炭素とメタンを主として含む還元および炭化ガス
   により一部還元された含鉄粉粒体原料に残りの還元反応
   と炭化反応の一部を施し、次いで、後半の反応を行う第
   三流動層炉において、一酸化炭素とメタンを主として含
   む炭化ガスにより残りの炭化反応を施すことを特徴とす
   る鉄カーバイドの製造方法。
2. 【請求項２】 第二流動層炉における反応温度が５００
   〜６００℃であり、第三流動層炉における反応温度が６
   ００〜８００℃である請求項１記載の鉄カーバイドの製
   造方法。
3. 【請求項３】 第一流動層炉に投入された含鉄粉粒体原
   料を一部還元させる第一反応操作を行った後、別の流動
   層炉において一部還元された含鉄粉粒体原料に残りの還
   元と炭化を施す第二反応操作を行うことにより鉄カーバ
   イドを製造する方法であって、第二反応操作が前半と後
   半からなり、炭化水素含有ガスを酸素含有ガスで燃焼す
   ることによって得られる水素と１５容積％超の一酸化炭
   素とを含むガスを前半の反応を行う第二流動層炉に供給
   し、上記ガスによる第二流動層炉における反応後に一部
   のガスをブリードすることによって得られる水素を主と
   して含むガスによって、一部還元された含鉄粉粒体原料
   に残りの還元反応と炭化反応の一部を施し、後半の反応
   を行う第三流動層炉において、一酸化炭素とメタンを主
   として含む炭化ガスにより残りの炭化反応を施すことを
   特徴とする鉄カーバイドの製造方法。
4. 【請求項４】 第二流動層炉における反応温度が６００
   〜８００℃であり、第三流動層炉における反応温度が５
   ００〜６００℃である請求項３記載の鉄カーバイドの製
   造方法。
5. 【請求項５】 第二流動層炉における反応温度が６００
   〜８００℃であり、第三流動層炉における反応温度が６
   ００〜８００℃である請求項３記載の鉄カーバイドの製
   造方法。
6. 【請求項６】 還元および炭化ガス中の一酸化炭素およ
   び二酸化炭素の合計の割合が１５容積％超である請求項
   ２、３、４または５記載の鉄カーバイドの製造方法。