JP3543837B2 - 固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する際、この含酸化鉄原料は、第１の膨張流動床（"expandierte Wirbelschicht" ；定義は〔０００６〕を参照）内において固形状含炭素還元剤及び流動化ガスの供給下かつ弱還元性条件下並びに還元ポテンシャル(Reduktionspotential )が高々ＦｅＯ段階までの還元に達する程度に短い上記流動床内の上記流動化ガスの滞留時間内に還元され、上記第１の膨張流動床から排出されたガス−固体−分散系は第２の膨張流動床内に導かれ、この第２の流動床内には強還元性ガスが流動化ガスとして導入され、この第２の流動床の上部からは強還元性ガス及び生成した炭化含炭素物(abgeschweltes kohlenstoffhaltiges Material)の大部分が排出され、この炭化含炭素物は上記強還元性ガスから分離されて上記第１の流動床内に再循環され、上記強還元性ガスの一部分はガス清浄過程及びＣＯ2除去過程を経て上記第２の流動床へ流動化ガスとして再循環され、上記第２の流動床の下部からは５０〜８０％の金属分を含む還元物が上記炭化含炭素物の残部と共に排出され、循環される上記炭化含炭素物の量は装入される上記含酸化鉄原料の量の数倍ないし数十倍に達し、上記第１の流動床から上記第２の流動床に導かれる上記ガス−固体−分散系の熱含量は上記第２の流動床内の熱消費の補償に利用される固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低品位鉄鉱石の採取及び選鉱の際、微粉粒鉱の発生がますます増大しつつある。そしてこれら微粉粒鉱を熔融温度よりも低い温度で直接還元するには流動床プロセスが特に適している。その理由はこのプロセスが物質移動及び熱移動の両面で非常に有利であるからである。このような直接還元を固形状含炭素還元剤を用いて行う際、次の諸過程が順序通りに進行することが必要である。即ち、鉱石及び石炭の加熱、石炭の低温乾留(Schwelen)、石炭のガス化、鉱石の還元及び場合によっては最終産物の冷却である。
【０００３】
ＥＰ特許公報第２５５１８０号明細書により、二つの直列に接続された流動床内で微粉粒状含酸化鉄原料を直接還元する冒頭に述べた方法が公知である。この方法の好ましい実施態様において、ａ）上記第１の流動床から排出されたのち第２の流動床内に流入するガス−固体−分散系の流入温度は上記第２の流動床の上部から排出される強還元性ガスの温度よりも３０〜８０℃高いと共に、循環される上記炭化含炭素物の量は装入される上記含酸化鉄原料の量の１０〜５０倍に達し、ｂ）上記第２の流動床の下部からの排出物から上記炭化含炭素物が分離されると共に、この分離された炭化含炭素物の少なくとも一部は上記第１の流動床内に再循環され、ｃ）上記含酸化鉄原料は上記第１の流動床内に投入される前に上記第２の流動床からの強還元性ガスによって予熱され、ｄ）上記還元物は熔融反応器内で完全に還元かつ熔融されると共に、この熔融反応器の排ガスは強還元性ガスとして上記第２の流動床内へ導かれ、ｅ）上記分離された炭化含炭素物の一部は上記熔融反応器内に装入される。この方法の利点は、流動床内で固形状含炭素還元剤を用いて直接還元を行う際に殊に含酸素ガスの供給用ノズルにおける局部的過熱及び付着物形成が回避されること及び、故障のない上記流動床内直接還元操業が可能であることである。必要な熱量を得るために含酸素ガスが導入される上記第１の流動床内には金属鉄は実質的に全く存在せず、金属鉄の再酸化も上記ノズルの局部的過熱も回避される。これらは上記第２の流動床内においても同じく回避されるが、その理由はここには含酸素ガスが導入されないからである。上記第２の流動床から上記第１の流動床内への金属鉄の再循環は同じく回避される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は冒頭に述べた含酸化鉄原料を直接還元する方法において、一次エネルギー必要量をできるだけ低く保ち、熱を自給自足するか或は低圧蒸気で例示される低品位の外来熱を使用してこの方法を実施すると共に余分なエネルギーを発生せずかつ製品品質を向上するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する際、この含酸化鉄原料は、第１の膨張流動床内において固形状含炭素還元剤及び流動化ガスの供給下かつ弱還元性条件下並びに還元ポテンシャルが高々ＦｅＯ段階までの還元に達する程度に短い上記流動床内の上記流動化ガスの滞留時間内に還元され、上記第１の膨張流動床から排出されたガス−固体−分散系は第２の膨張流動床内に導かれ、この第２の流動床内には強還元性ガスが流動化ガスとして導入され、この第２の流動床の上部からは強還元性ガス及び生成した炭化含炭素物の大部分が排出され、この炭化含炭素物は上記強還元性ガスから分離されて上記第１の流動床内に再循環され、上記強還元性ガスの一部分はガス清浄過程及びＣＯ2除去過程を経て上記第２の流動床へ流動化ガスとして再循環され、上記第２の流動床の下部からは５０〜８０％の金属分を含む還元物が上記炭化含炭素物の残部と共に排出され、循環される上記炭化含炭素物の量は装入される上記含酸化鉄原料の量より多く、例えば数倍ないし数十倍に達し、上記第１の流動床から上記第２の流動床に導かれる上記ガス−固体−分散系の熱含量は上記第２の流動床内の熱消費の補償に利用される固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する方法において、上記還元物は熔融反応器内で完全に還元かつ熔融され、この熔融物から離脱するガスは、少なくとも５０容量％の酸素含量を有する含酸素ガスがこの熔融物上に吹送されることにより、この熔融物の直上において後燃焼されて４０〜７０容量％（窒素を除いて算出）のＣＯ2＋Ｈ2Ｏを含む混合ガスを生み、上記後燃焼時の発生熱は大幅に上記熔融物に移送され、上記の部分的に後燃焼された混合ガスは含酸素ガスの供給による第２の後燃焼の際に完全に後燃焼され、上記第１及び第２の流動床内の還元系と上記熔融反応器内の処理対象系とがガス流に関しては相互に独立して操業され、上記炭化含炭素物から発生した全熱量が上記還元系内と上記処理対象系内との両方で利用されるように固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する方法を構成した。
【０００６】
「膨張流動床」("expandierte Wirbelschicht" )とは、固体粒子の沈降終速度よりも大きな流動化ガス速度で操業される(oberhalb der Schwebegeschwindigkeit der Feststoffteilchen betrieben )大きく膨張した流動床のことである。「古典的」("klassisch" )な流動床では、濃密相とその上に位置するガス空間とは著しい密度段差により互いに区分けされている。これに対して上記膨張流動床は、明確な境界面なしに種々の分布状態が存在すると云う原理的な特徴を有する。つまり濃密相とその上に位置するダスト空間との間に密度段差は存在せず、固体粒子の濃度は流動床反応器内で下から上へ向けて段々と減少する。そしてこの反応器の上部からガス−固体−分散系が排出される。この操業条件をフルード数及びアルキメデス数で規定すれば、相当する範囲は次のとおりである。
【０００７】
０．１≦（３／４）・Ｆｒ2・ρg／（ρk−ρg）≦１０、
及び／又は
０．０１≦Ａｒ≦１００、
ここで
Ａｒ＝ｄk 3 ・ｇ・（ρk−ρg）／（ρg・ν2）
及び
Ｆｒ2＝ｕ2／（ｇ・ｄk）
である。ここで、
ｕ ガスの相対速度（ｍ／ｓ）、
Ａｒ アルキメデス数、
Ｆｒ フルード数、
ρg ガス密度（ｋｇ／ｍ3）、
ρk 固体粒子密度（ｋｇ／ｍ3）、
ｄk 球形固体粒子の直径（ｍ）、
ν 動粘度（ｍ2／ｓ）及び
ｇ 重力定数（ｍ／ｓ2）。
【０００８】
上記固形状含炭素還元剤として、無煙炭から亜炭に至る全ての石炭類並びに、例えば油母頁岩、石油コークス或は選炭ボタのような含炭素鉱石や廃材が利用できる。これらはすべて常温で固体状態に在る。上記第１の流動床内に導入される含酸素ガスは少なくとも酸素冨化された空気であるのが好ましい。このガスの上記第１の流動床内での滞留時間はほぼ０．５〜３秒の範囲にある。この滞留時間はこの流動床の反応器の高さを選択して調節する。またこの滞留時間は上記限界値の範囲内でガス流速の制御により調節が可能である。上記含酸化鉄原料の上記第１の流動床内での滞留時間はほぼ０．２〜１．５分である。上記第１の流動床内の固形物の平均密度は、空の炉室空間につき１００〜３００ｋｇ／ｍ2である。遊離酸素を含むガスが上記第２の流動床内に導入されることはない。上記第２の流動床内では、ガスの滞留時間は３秒を超えるように、また上記含酸化鉄原料の滞留時間はほぼ１５〜４０分になるように調節される。上記第２の流動床の反応器の高さが上記第１の流動床の反応器の高さよりも大きいのはこの理由による。上記第１の流動床からのガス−固体−分散系の導入口より低い位置に在る、上記第２の流動床の下部内の固形物の平均密度は、空の炉室空間につき３００〜６００ｋｇ／ｍ2である。上記第２の流動床の上部内の固形物の平均密度は５０〜２００ｋｇ／ｍ2である。上記第２の流動床への上記ガス−固体−分散系の導入口は、この流動床への上記強還元性ガスの供給口より１ｍ以上高い位置かつこの流動床反応器の全高の３０％以下の位置に設置される。これらの操業条件を遵守すれば、上記第２の流動床内において炭化含炭素物及び含鉄還元物間の強力な相互分離が達成される。上記第２の流動床反応器内で必要な熱量は上記第１の流動床反応器からのガス−固体−分散系により供給されるが、この熱量の大半は熱媒体として働く上記炭化含炭素物により供給される。このために上記第１の流動床内の温度は上記第２の流動床からの排出温度よりも高い値に調節される。そしてそのために必要な上記第１の流動床の過熱度は上記炭化含炭素物の循環量に見合うように決められる。上記第１及び第２の流動床内の温度は上記炭化含炭素物の反応性に依存して８５０〜１１００℃の範囲にある。上記還元物が上記第２の流動床の下部から取り出される際、付随して或程度の量の炭化含炭素物が取り出される。上記第１及び第２の流動床は大きな加圧なしに或は２０ｂａｒ以下の加圧下で運転されることができる。上記第２の流動床からの排ガスの一部は循環経路から取り出され、循環ガスの再加熱にための燃料ガスとして利用される。上記熔融物から離脱するガスの第１の後燃焼のために使用される上記含酸素ガスはノズルを通して吹送される。これらのノズルは上記熔融反応器の側壁内に、好ましくは上記熔融物の表面に向けて傾けて設置配列され、上記含酸素ガスの噴流がこの表面に打ち当るようになっている。上記第１の後燃焼の際に発生した熱量の５０％以上、好ましくは７０％以上が上記熔融物に伝達される。第２の後燃焼は空気の供給下で行われるのが適切である。上記熔融反応器の排ガスの熱量のうち上記熔融物に伝達されなかった部分は、蒸気発生に利用されるのが好ましい。この時発生する蒸気はＣＯ2スクラバーに利用されるのが好都合である。
【０００９】
この操業方法の利点は、上記第１及び第２の流動床内の還元系と、上記熔融反応器内の処理対象系とが、ガス流に関しては相互に独立して操業される点にある。これにより上記両系はそれぞれ最適条件下で操業されることができる。上記炭化含炭素物から発生した全熱量は上記両系全体内で最適条件下で利用され、過剰量のエネルギーが放出される必要性は全くない。一次エネルギー必要量は最小に止められる。
【００１０】
上記第２の後燃焼は上記熔融反応器の上部内で含酸素ガスの吹き込みによって行われることができる。上記第２の後燃焼に必要な含酸素ガス、特に空気は上記熔融反応器の上部内に吹き込まれ、ここで上記第２の後燃焼が完全に行われる。
【００１１】
上記第２の後燃焼は上記熔融反応器の外で行われることができる。この場合、上記第２の後燃焼は、上記熔融反応器に後置された燃焼室内で行われる。
【００１２】
本発明の課題を解決するためのもう一つの手段として、固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する際、この含酸化鉄原料は、第１の膨張流動床内において固形状含炭素還元剤及び流動化ガスの供給下かつ弱還元性条件下並びに還元ポテンシャルが高々ＦｅＯ段階までの還元に達する程度に短い上記流動床内の上記流動化ガスの滞留時間内に還元され、上記第１の膨張流動床から排出されたガス−固体−分散系は第２の膨張流動床内に導かれ、この第２の流動床内には強還元性ガスが流動化ガスとして導入され、この第２の流動床の上部からは強還元性ガス及び生成した炭化含炭素物の大部分が排出され、この炭化含炭素物は上記強還元性ガスから分離されて上記第１の流動床内に再循環され、上記強還元性ガスの一部分はガス清浄過程及びＣＯ2除去過程を経て上記第２の流動床へ流動化ガスとして再循環され、上記第２の流動床の下部からは５０〜８０％の金属分を含む還元物が上記炭化含炭素物の残部と共に排出され、循環される上記炭化含炭素物の量は装入される上記含酸化鉄原料の量より多く、例えば数倍ないし数十倍に達し、上記第１の流動床から上記第２の流動床に導かれる上記ガス−固体−分散系の熱含量は上記第２の流動床内の熱消費の補償に利用される固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する方法において、上記第２の流動床の下部からの排出物は第３の流動床内に装入され、上記第２の流動床の排ガスの分流はガス清浄過程及びＣＯ2除去過程を経て上記第３の流動床へ流動化ガスとして再循環され、上記第３の流動床からの排ガスは上記第２の流動床の下部内へ二次ガスとして導入され、上記第３の流動床内の還元物は更に還元されて９５％以下の金属分を含むに至り、しかる後にこの還元物は上記第３の流動床から排出され、上記第３の流動床からの上記還元物は熔融反応器内で完全に還元かつ熔融され、この熔融物から離脱するガスは、少なくとも５０容量％の酸素含量を有する含酸素ガスがこの熔融物上に吹送されることにより、この熔融物の直上において後燃焼されて４０〜７０容量％（窒素を除いて算出）のＣＯ 2 ＋Ｈ 2 Ｏを含む混合ガスを生み、上記後燃焼時の発生熱は大幅 に上記熔融物に移送され、上記の部分的に後燃焼された混合ガスは含酸素ガスの供給による第２の後燃焼の際に完全に後燃焼され、上記第１〜第３の流動床内の還元系と上記熔融反応器内の処理対象系とがガス流に関しては相互に独立して操業され、上記炭化含炭素物から発生した全熱量が上記還元系内と上記処理対象系内との両方で利用されるように固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する方法を構成することができる。上記ＣＯ2スクラバーから循環される流動化ガスのうち約１０〜２０％が上記第１の流動床内に、約３５〜６０％が上記第２の流動床内に、約２５〜４５％が上記第３の流動床内に導かれる。上記第２の流動床の下部においてこの流動床反応器の全高の最大限３０％に相当する部分には、上記第３の流動床からの排ガスが二次ガスとして導入される。
【００１３】
この操業方法の利点は前述の操業方法の利点に加えて、上記直接還元が強還元性条件下で２段階に亙って行われる結果、上記還元性ガスの利用効率が向流操業により大幅に改善される点にある。即ち上記ガスの利用効率を悪化することなく、金属分をより多く含む還元物が得られる。
【００１４】
上記第２の後燃焼は上記熔融反応器の上部内で含酸素ガスの吹き込みによって行われることができる。
【００１５】
上記第２の後燃焼は上記熔融反応器の外で行われることができる。
【００１６】
上記第２の流動床の下部からの排出物からは上記炭化含炭素物の過剰量が高温下の分離操作により除去され、その際に上記還元物中の炭素含量は最大限５重量％に調節され、上記還元物は高温状態で稠密化されることができる。この高温下の分離操作は篩分け、空気選鉱(Sichten )又は磁力選鉱の操作により実行でき、６００〜８００℃の温度で行われる。上記稠密化は、ブリケッティング又は条板状物の圧延形成に続いて粉砕を行って達成できる。このようにして終わりには非常に安定な成形品が製造され、この成形品は販売されたり、或は例えば電気炉内で熔融されることができる。
【００１７】
本発明の課題を解決するための更にもう一つの手段として、上記第２の流動床の下部からの排出物からは上記炭化含炭素物の過剰量が高温下の篩分け操作により除去され、その際に上記還元物中の炭素含量は最大限５重量％に調節され、上記還元物は高温状態で稠密化されるように固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する方法を構成することができる。
【００１８】
この操業方法の利点は、得られた製品の性質がこの製品の次の加工に有利なように改良される点にある。更にこの製品の再酸化及びダスチング(Verstaubung )の危険が回避されるので、この製品の輸送及び保管にも非常に有利である。
【００１９】
【実施例】
以下本発明の実施例につき図１〜２を参照しながら説明する。図１は２基の流動床と、後置され還元熔融及び後燃焼が行われる１基の熔融反応器とによる操業方式の流れ図である。図２は３基の流動床と、後置され還元熔融及び後燃焼が行われる１基の熔融反応器とによる操業方式の流れ図である。
【００２０】
図１〜２において、微粉粒状鉄鉱石は懸濁床式熱交換器(Suspensionswaermeaustauscher)（図示せず）内で予熱された後、導管２を経て第１の流動床１内へ導入される。第１の流動床１内へは、微粉炭が導管３を、酸素が導管４を、流動化ガスが導管５をそれぞれ経て導入される。第２の流動床７内へは、ガス−固体−分散系が導管６を、流動化ガスが導管８をそれぞれ経て導入される。炭化含炭素物の大分量を含むガス−固体−分散系は導管９を経て分離用サイクロン１０へ導かれる。
【００２１】
分離された固形物は導管１１を経て第１の流動床１内へ再循環される。分離用サイクロン１０から離脱する排ガスは導管１２を経由（上記微粉粒状鉄鉱石の予熱用の懸濁床式熱交換器（図示せず）を経由）して廃熱利用ボイラー１３内に導かれる。この廃熱利用ボイラー１３内には、水が導管１４を経て導かれ、蒸気が導管１５を経て排出される。冷却された排ガスは導管１６を経てガス清浄器１７内に導かれる。ガス清浄器１７からは、分離されたダストが導管１８を、清浄排ガスが導管１９をそれぞれ経て取り出される。この清浄排ガスからは、ＣＯ2スクラバー２０内でＣＯ2が除去される。ただしこの清浄排ガスはＣＯ2スクラバー２０の前で冷却される必要がある。この冷却の際、同時に水蒸気が凝縮する（図示せず）。
【００２２】
洗浄液内に吸収されたＣＯ2は蒸気が導管２２を経て脱着器２１内に導入されることにより駆逐され、導管２３を経て排出される。ＣＯ2スクラバー２０と脱着器２１との結び付きは単に摸式的に図示されている。ＣＯ2が除去された強還元性ガスは導管２４を経て再加熱器２５内に導かれる。この再加熱器２５内には、導管１９からの清浄排ガスの分流が導管２６を、燃焼用空気が導管２７をそれぞれ経て導かれる。導管２６からのガス分流は導管２６ａを経て酸素発生器（図示せず）内に導かれる。上記再加熱された強還元性ガスは流動化ガスとして導管５及び８をそれぞれ経て第１の流動床１及び第２の流動床７に導かれる。再加熱器２５からの燃焼ガスは導管２８を経て煙突に導かれる。還元物と上記炭化含炭素物の一部とは第２の流動床７から導管２９を経て排出される。
【００２３】
図２では上記還元物が第３の流動床３０内に導かれると共に、第３の流動床３０内には上記強還元性ガスが流動化ガスとして導管３１を経て導かれる。更に還元された上記還元物は導管３２を経て排出される。第３の流動床３０からの排ガスは二次ガスとして導管３３を経て第２の流動床７内に導かれる。
【００２４】
図１の導管２９を経て排出される上記還元物、或は図２の導管３２を経て排出される上記更に還元された還元物は、導管３４を経て熔融反応器３５内に装入される。熔融反応器３５の底部からはノズル３６を通って酸素、ノズル３７を通ってチャーが熔融物内に吹送される。スラグ排出口３８を通ってスラグ、出銑口３９を通って熔鉄が排出される。酸素はまた、上記熔融物の表面に向けて傾けて設置配列された上吹き酸素ノズル４０を通して上記熔融物の表面上に吹送され、これにより上記熔融物から離脱するガスの第１の後燃焼が行われる。空気は空気ノズル４１を通して熔融反応器３５の上部内に吹送され、これにより第２の後燃焼が行われる。排ガスは導管４２を経て熱交換器４３内に導かれる。熱交換器４３内には、導管４４を経て水が導入され、導管４５を経て蒸気が排出される。冷却された上記排ガスは導管４６を経てガス清浄器４７内に導入される。分離されたダストはガス清浄器４７からダスト排出口４８を経て排出される。清浄排ガスは導管４９を経て上記煙突に導かれる。
【００２５】
試験例：下記の部位符号は図２についてのものである。微粉粒状鉄鉱石は２段階方式により懸濁床式熱交換器内で８２０℃に予熱された。
部位２ ： 上記鉄鉱石７８．４ｔ／ｈ。
部位２９： 前還元された還元度７５％の上記鉄鉱石５８．２ｔ／ｈ及びチャー５．９ｔ／ｈ、９５０℃。
部位３８： ＣａＯ／ＳｉＯ2＝１．２のスラグ６．３ｔ／ｈ。
部位３９： １５５０℃の、２．４％Ｃを含む熔銑５２．１ｔ／ｈ。
部位３ ： 粒径＜５ｍｍの、１％Ｈ2Ｏを含む微粉炭２７．５ｔ／ｈ。
部位４ ： ９９．５％Ｏ2を含む酸素ガス１０，３００ｓｍ3／ｈ（ｓｍ3は「標準立方米」）。
部位１２： ５６０℃の、４７％ＣＯ、１９％ＣＯ2、１８％Ｈ2、１３％Ｈ2Ｏ、０．５％ＣＨ4及び３％Ｎ2を含むガス１０１，０００ｓｍ3／ｈ。
部位１９： ガス７５，２００ｓｍ3／ｈ。
部位２６： ガス１５，４００ｓｍ3／ｈ。
部位５ ： ７５０℃の、１％ＣＯ2を含むガス８，０００ｓｍ3／ｈ。
部位８ ： ７５０℃の、１％ＣＯ2を含むガス３１，８００ｓｍ3／ｈ。
部位３１： ７５０℃の、１％ＣＯ2を含むガス２０，０００ｓｍ3／ｈ。
部位３５： ９９．５％Ｏ2を含む酸素ガス５，８００ｓｍ3／ｈ：第１の後燃焼： ＣＯ2／（ＣＯ＋ＣＯ2）＝５０％
部位４１： 空気１５，０００ｓｍ3／ｈ。
部位４２： 排ガス１７，０００ｓｍ3／ｈ。
部位１５： ５ｂａｒの蒸気２４ｔ／ｈ。
部位４５： ５ｂａｒの蒸気３６ｔ／ｈ。
部位２２： ５ｂａｒの蒸気６１ｔ／ｈ。
部位２３： ＣＯ2１５，２００ｓｍ3／ｈ。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は上述のような構成であるから、一次エネルギー必要量をできるだけ低く保ち、熱を自給自足するか或は低圧蒸気で例示される低品位の外来熱を使用して冒頭に述べた方法を実施できると共に余分なエネルギーを発生せずかつ製品品質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】２基の流動床と１基の熔融反応器とによる操業の流れ図
【図２】３基の流動床と１基の熔融反応器とによる操業の流れ図
【符号の説明】
１ 第１の流動床
２ 導管
３ 導管
４ 導管
５ 導管
６ 導管
７ 第２の流動床
８ 導管
９ 導管
１０ 分離用サイクロン
１１ 導管
１２ 導管
１３ 廃熱利用ボイラー
１４ 導管
１５ 導管
１６ 導管
１７ ガス清浄器
１８ 導管
１９ 導管
２０ ＣＯ2スクラバー
２１ 脱着器
２２ 導管
２３ 導管
２４ 導管
２５ 再加熱器
２６ 導管
２６ａ 導管
２７ 導管
２８ 導管
２９ 導管
３０ 第３の流動床
３１ 導管
３２ 導管
３３ 導管
３４ 導管
３５ 熔融反応器
３６ ノズル
３７ ノズル
３８ スラグ排出口
３９ 出銑口
４０ 上吹き酸素ノズル
４１ 空気ノズル
４２ 導管
４３ 熱交換器
４４ 導管
４５ 導管
４６ 導管
４７ ガス清浄器
４８ ダスト排出口
４９ 導管
【産業上の利用分野】
本発明は、固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する際、この含酸化鉄原料は、第１の膨張流動床（"expandierte Wirbelschicht" ；定義は〔０００６〕を参照）内において固形状含炭素還元剤及び流動化ガスの供給下かつ弱還元性条件下並びに還元ポテンシャル(Reduktionspotential )が高々ＦｅＯ段階までの還元に達する程度に短い上記流動床内の上記流動化ガスの滞留時間内に還元され、上記第１の膨張流動床から排出されたガス−固体−分散系は第２の膨張流動床内に導かれ、この第２の流動床内には強還元性ガスが流動化ガスとして導入され、この第２の流動床の上部からは強還元性ガス及び生成した炭化含炭素物(abgeschweltes kohlenstoffhaltiges Material)の大部分が排出され、この炭化含炭素物は上記強還元性ガスから分離されて上記第１の流動床内に再循環され、上記強還元性ガスの一部分はガス清浄過程及びＣＯ2除去過程を経て上記第２の流動床へ流動化ガスとして再循環され、上記第２の流動床の下部からは５０〜８０％の金属分を含む還元物が上記炭化含炭素物の残部と共に排出され、循環される上記炭化含炭素物の量は装入される上記含酸化鉄原料の量の数倍ないし数十倍に達し、上記第１の流動床から上記第２の流動床に導かれる上記ガス−固体−分散系の熱含量は上記第２の流動床内の熱消費の補償に利用される固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低品位鉄鉱石の採取及び選鉱の際、微粉粒鉱の発生がますます増大しつつある。そしてこれら微粉粒鉱を熔融温度よりも低い温度で直接還元するには流動床プロセスが特に適している。その理由はこのプロセスが物質移動及び熱移動の両面で非常に有利であるからである。このような直接還元を固形状含炭素還元剤を用いて行う際、次の諸過程が順序通りに進行することが必要である。即ち、鉱石及び石炭の加熱、石炭の低温乾留(Schwelen)、石炭のガス化、鉱石の還元及び場合によっては最終産物の冷却である。
【０００３】
ＥＰ特許公報第２５５１８０号明細書により、二つの直列に接続された流動床内で微粉粒状含酸化鉄原料を直接還元する冒頭に述べた方法が公知である。この方法の好ましい実施態様において、ａ）上記第１の流動床から排出されたのち第２の流動床内に流入するガス−固体−分散系の流入温度は上記第２の流動床の上部から排出される強還元性ガスの温度よりも３０〜８０℃高いと共に、循環される上記炭化含炭素物の量は装入される上記含酸化鉄原料の量の１０〜５０倍に達し、ｂ）上記第２の流動床の下部からの排出物から上記炭化含炭素物が分離されると共に、この分離された炭化含炭素物の少なくとも一部は上記第１の流動床内に再循環され、ｃ）上記含酸化鉄原料は上記第１の流動床内に投入される前に上記第２の流動床からの強還元性ガスによって予熱され、ｄ）上記還元物は熔融反応器内で完全に還元かつ熔融されると共に、この熔融反応器の排ガスは強還元性ガスとして上記第２の流動床内へ導かれ、ｅ）上記分離された炭化含炭素物の一部は上記熔融反応器内に装入される。この方法の利点は、流動床内で固形状含炭素還元剤を用いて直接還元を行う際に殊に含酸素ガスの供給用ノズルにおける局部的過熱及び付着物形成が回避されること及び、故障のない上記流動床内直接還元操業が可能であることである。必要な熱量を得るために含酸素ガスが導入される上記第１の流動床内には金属鉄は実質的に全く存在せず、金属鉄の再酸化も上記ノズルの局部的過熱も回避される。これらは上記第２の流動床内においても同じく回避されるが、その理由はここには含酸素ガスが導入されないからである。上記第２の流動床から上記第１の流動床内への金属鉄の再循環は同じく回避される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は冒頭に述べた含酸化鉄原料を直接還元する方法において、一次エネルギー必要量をできるだけ低く保ち、熱を自給自足するか或は低圧蒸気で例示される低品位の外来熱を使用してこの方法を実施すると共に余分なエネルギーを発生せずかつ製品品質を向上するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する際、この含酸化鉄原料は、第１の膨張流動床内において固形状含炭素還元剤及び流動化ガスの供給下かつ弱還元性条件下並びに還元ポテンシャルが高々ＦｅＯ段階までの還元に達する程度に短い上記流動床内の上記流動化ガスの滞留時間内に還元され、上記第１の膨張流動床から排出されたガス−固体−分散系は第２の膨張流動床内に導かれ、この第２の流動床内には強還元性ガスが流動化ガスとして導入され、この第２の流動床の上部からは強還元性ガス及び生成した炭化含炭素物の大部分が排出され、この炭化含炭素物は上記強還元性ガスから分離されて上記第１の流動床内に再循環され、上記強還元性ガスの一部分はガス清浄過程及びＣＯ2除去過程を経て上記第２の流動床へ流動化ガスとして再循環され、上記第２の流動床の下部からは５０〜８０％の金属分を含む還元物が上記炭化含炭素物の残部と共に排出され、循環される上記炭化含炭素物の量は装入される上記含酸化鉄原料の量より多く、例えば数倍ないし数十倍に達し、上記第１の流動床から上記第２の流動床に導かれる上記ガス−固体−分散系の熱含量は上記第２の流動床内の熱消費の補償に利用される固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する方法において、上記還元物は熔融反応器内で完全に還元かつ熔融され、この熔融物から離脱するガスは、少なくとも５０容量％の酸素含量を有する含酸素ガスがこの熔融物上に吹送されることにより、この熔融物の直上において後燃焼されて４０〜７０容量％（窒素を除いて算出）のＣＯ2＋Ｈ2Ｏを含む混合ガスを生み、上記後燃焼時の発生熱は大幅に上記熔融物に移送され、上記の部分的に後燃焼された混合ガスは含酸素ガスの供給による第２の後燃焼の際に完全に後燃焼され、上記第１及び第２の流動床内の還元系と上記熔融反応器内の処理対象系とがガス流に関しては相互に独立して操業され、上記炭化含炭素物から発生した全熱量が上記還元系内と上記処理対象系内との両方で利用されるように固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する方法を構成した。
【０００６】
「膨張流動床」("expandierte Wirbelschicht" )とは、固体粒子の沈降終速度よりも大きな流動化ガス速度で操業される(oberhalb der Schwebegeschwindigkeit der Feststoffteilchen betrieben )大きく膨張した流動床のことである。「古典的」("klassisch" )な流動床では、濃密相とその上に位置するガス空間とは著しい密度段差により互いに区分けされている。これに対して上記膨張流動床は、明確な境界面なしに種々の分布状態が存在すると云う原理的な特徴を有する。つまり濃密相とその上に位置するダスト空間との間に密度段差は存在せず、固体粒子の濃度は流動床反応器内で下から上へ向けて段々と減少する。そしてこの反応器の上部からガス−固体−分散系が排出される。この操業条件をフルード数及びアルキメデス数で規定すれば、相当する範囲は次のとおりである。
【０００７】
０．１≦（３／４）・Ｆｒ2・ρg／（ρk−ρg）≦１０、
及び／又は
０．０１≦Ａｒ≦１００、
ここで
Ａｒ＝ｄk 3 ・ｇ・（ρk−ρg）／（ρg・ν2）
及び
Ｆｒ2＝ｕ2／（ｇ・ｄk）
である。ここで、
ｕ ガスの相対速度（ｍ／ｓ）、
Ａｒ アルキメデス数、
Ｆｒ フルード数、
ρg ガス密度（ｋｇ／ｍ3）、
ρk 固体粒子密度（ｋｇ／ｍ3）、
ｄk 球形固体粒子の直径（ｍ）、
ν 動粘度（ｍ2／ｓ）及び
ｇ 重力定数（ｍ／ｓ2）。
【０００８】
上記固形状含炭素還元剤として、無煙炭から亜炭に至る全ての石炭類並びに、例えば油母頁岩、石油コークス或は選炭ボタのような含炭素鉱石や廃材が利用できる。これらはすべて常温で固体状態に在る。上記第１の流動床内に導入される含酸素ガスは少なくとも酸素冨化された空気であるのが好ましい。このガスの上記第１の流動床内での滞留時間はほぼ０．５〜３秒の範囲にある。この滞留時間はこの流動床の反応器の高さを選択して調節する。またこの滞留時間は上記限界値の範囲内でガス流速の制御により調節が可能である。上記含酸化鉄原料の上記第１の流動床内での滞留時間はほぼ０．２〜１．５分である。上記第１の流動床内の固形物の平均密度は、空の炉室空間につき１００〜３００ｋｇ／ｍ2である。遊離酸素を含むガスが上記第２の流動床内に導入されることはない。上記第２の流動床内では、ガスの滞留時間は３秒を超えるように、また上記含酸化鉄原料の滞留時間はほぼ１５〜４０分になるように調節される。上記第２の流動床の反応器の高さが上記第１の流動床の反応器の高さよりも大きいのはこの理由による。上記第１の流動床からのガス−固体−分散系の導入口より低い位置に在る、上記第２の流動床の下部内の固形物の平均密度は、空の炉室空間につき３００〜６００ｋｇ／ｍ2である。上記第２の流動床の上部内の固形物の平均密度は５０〜２００ｋｇ／ｍ2である。上記第２の流動床への上記ガス−固体−分散系の導入口は、この流動床への上記強還元性ガスの供給口より１ｍ以上高い位置かつこの流動床反応器の全高の３０％以下の位置に設置される。これらの操業条件を遵守すれば、上記第２の流動床内において炭化含炭素物及び含鉄還元物間の強力な相互分離が達成される。上記第２の流動床反応器内で必要な熱量は上記第１の流動床反応器からのガス−固体−分散系により供給されるが、この熱量の大半は熱媒体として働く上記炭化含炭素物により供給される。このために上記第１の流動床内の温度は上記第２の流動床からの排出温度よりも高い値に調節される。そしてそのために必要な上記第１の流動床の過熱度は上記炭化含炭素物の循環量に見合うように決められる。上記第１及び第２の流動床内の温度は上記炭化含炭素物の反応性に依存して８５０〜１１００℃の範囲にある。上記還元物が上記第２の流動床の下部から取り出される際、付随して或程度の量の炭化含炭素物が取り出される。上記第１及び第２の流動床は大きな加圧なしに或は２０ｂａｒ以下の加圧下で運転されることができる。上記第２の流動床からの排ガスの一部は循環経路から取り出され、循環ガスの再加熱にための燃料ガスとして利用される。上記熔融物から離脱するガスの第１の後燃焼のために使用される上記含酸素ガスはノズルを通して吹送される。これらのノズルは上記熔融反応器の側壁内に、好ましくは上記熔融物の表面に向けて傾けて設置配列され、上記含酸素ガスの噴流がこの表面に打ち当るようになっている。上記第１の後燃焼の際に発生した熱量の５０％以上、好ましくは７０％以上が上記熔融物に伝達される。第２の後燃焼は空気の供給下で行われるのが適切である。上記熔融反応器の排ガスの熱量のうち上記熔融物に伝達されなかった部分は、蒸気発生に利用されるのが好ましい。この時発生する蒸気はＣＯ2スクラバーに利用されるのが好都合である。
【０００９】
この操業方法の利点は、上記第１及び第２の流動床内の還元系と、上記熔融反応器内の処理対象系とが、ガス流に関しては相互に独立して操業される点にある。これにより上記両系はそれぞれ最適条件下で操業されることができる。上記炭化含炭素物から発生した全熱量は上記両系全体内で最適条件下で利用され、過剰量のエネルギーが放出される必要性は全くない。一次エネルギー必要量は最小に止められる。
【００１０】
上記第２の後燃焼は上記熔融反応器の上部内で含酸素ガスの吹き込みによって行われることができる。上記第２の後燃焼に必要な含酸素ガス、特に空気は上記熔融反応器の上部内に吹き込まれ、ここで上記第２の後燃焼が完全に行われる。
【００１１】
上記第２の後燃焼は上記熔融反応器の外で行われることができる。この場合、上記第２の後燃焼は、上記熔融反応器に後置された燃焼室内で行われる。
【００１２】
本発明の課題を解決するためのもう一つの手段として、固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する際、この含酸化鉄原料は、第１の膨張流動床内において固形状含炭素還元剤及び流動化ガスの供給下かつ弱還元性条件下並びに還元ポテンシャルが高々ＦｅＯ段階までの還元に達する程度に短い上記流動床内の上記流動化ガスの滞留時間内に還元され、上記第１の膨張流動床から排出されたガス−固体−分散系は第２の膨張流動床内に導かれ、この第２の流動床内には強還元性ガスが流動化ガスとして導入され、この第２の流動床の上部からは強還元性ガス及び生成した炭化含炭素物の大部分が排出され、この炭化含炭素物は上記強還元性ガスから分離されて上記第１の流動床内に再循環され、上記強還元性ガスの一部分はガス清浄過程及びＣＯ2除去過程を経て上記第２の流動床へ流動化ガスとして再循環され、上記第２の流動床の下部からは５０〜８０％の金属分を含む還元物が上記炭化含炭素物の残部と共に排出され、循環される上記炭化含炭素物の量は装入される上記含酸化鉄原料の量より多く、例えば数倍ないし数十倍に達し、上記第１の流動床から上記第２の流動床に導かれる上記ガス−固体−分散系の熱含量は上記第２の流動床内の熱消費の補償に利用される固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する方法において、上記第２の流動床の下部からの排出物は第３の流動床内に装入され、上記第２の流動床の排ガスの分流はガス清浄過程及びＣＯ2除去過程を経て上記第３の流動床へ流動化ガスとして再循環され、上記第３の流動床からの排ガスは上記第２の流動床の下部内へ二次ガスとして導入され、上記第３の流動床内の還元物は更に還元されて９５％以下の金属分を含むに至り、しかる後にこの還元物は上記第３の流動床から排出され、上記第３の流動床からの上記還元物は熔融反応器内で完全に還元かつ熔融され、この熔融物から離脱するガスは、少なくとも５０容量％の酸素含量を有する含酸素ガスがこの熔融物上に吹送されることにより、この熔融物の直上において後燃焼されて４０〜７０容量％（窒素を除いて算出）のＣＯ 2 ＋Ｈ 2 Ｏを含む混合ガスを生み、上記後燃焼時の発生熱は大幅 に上記熔融物に移送され、上記の部分的に後燃焼された混合ガスは含酸素ガスの供給による第２の後燃焼の際に完全に後燃焼され、上記第１〜第３の流動床内の還元系と上記熔融反応器内の処理対象系とがガス流に関しては相互に独立して操業され、上記炭化含炭素物から発生した全熱量が上記還元系内と上記処理対象系内との両方で利用されるように固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する方法を構成することができる。上記ＣＯ2スクラバーから循環される流動化ガスのうち約１０〜２０％が上記第１の流動床内に、約３５〜６０％が上記第２の流動床内に、約２５〜４５％が上記第３の流動床内に導かれる。上記第２の流動床の下部においてこの流動床反応器の全高の最大限３０％に相当する部分には、上記第３の流動床からの排ガスが二次ガスとして導入される。
【００１３】
この操業方法の利点は前述の操業方法の利点に加えて、上記直接還元が強還元性条件下で２段階に亙って行われる結果、上記還元性ガスの利用効率が向流操業により大幅に改善される点にある。即ち上記ガスの利用効率を悪化することなく、金属分をより多く含む還元物が得られる。
【００１４】
上記第２の後燃焼は上記熔融反応器の上部内で含酸素ガスの吹き込みによって行われることができる。
【００１５】
上記第２の後燃焼は上記熔融反応器の外で行われることができる。
【００１６】
上記第２の流動床の下部からの排出物からは上記炭化含炭素物の過剰量が高温下の分離操作により除去され、その際に上記還元物中の炭素含量は最大限５重量％に調節され、上記還元物は高温状態で稠密化されることができる。この高温下の分離操作は篩分け、空気選鉱(Sichten )又は磁力選鉱の操作により実行でき、６００〜８００℃の温度で行われる。上記稠密化は、ブリケッティング又は条板状物の圧延形成に続いて粉砕を行って達成できる。このようにして終わりには非常に安定な成形品が製造され、この成形品は販売されたり、或は例えば電気炉内で熔融されることができる。
【００１７】
本発明の課題を解決するための更にもう一つの手段として、上記第２の流動床の下部からの排出物からは上記炭化含炭素物の過剰量が高温下の篩分け操作により除去され、その際に上記還元物中の炭素含量は最大限５重量％に調節され、上記還元物は高温状態で稠密化されるように固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する方法を構成することができる。
【００１８】
この操業方法の利点は、得られた製品の性質がこの製品の次の加工に有利なように改良される点にある。更にこの製品の再酸化及びダスチング(Verstaubung )の危険が回避されるので、この製品の輸送及び保管にも非常に有利である。
【００１９】
【実施例】
以下本発明の実施例につき図１〜２を参照しながら説明する。図１は２基の流動床と、後置され還元熔融及び後燃焼が行われる１基の熔融反応器とによる操業方式の流れ図である。図２は３基の流動床と、後置され還元熔融及び後燃焼が行われる１基の熔融反応器とによる操業方式の流れ図である。
【００２０】
図１〜２において、微粉粒状鉄鉱石は懸濁床式熱交換器(Suspensionswaermeaustauscher)（図示せず）内で予熱された後、導管２を経て第１の流動床１内へ導入される。第１の流動床１内へは、微粉炭が導管３を、酸素が導管４を、流動化ガスが導管５をそれぞれ経て導入される。第２の流動床７内へは、ガス−固体−分散系が導管６を、流動化ガスが導管８をそれぞれ経て導入される。炭化含炭素物の大分量を含むガス−固体−分散系は導管９を経て分離用サイクロン１０へ導かれる。
【００２１】
分離された固形物は導管１１を経て第１の流動床１内へ再循環される。分離用サイクロン１０から離脱する排ガスは導管１２を経由（上記微粉粒状鉄鉱石の予熱用の懸濁床式熱交換器（図示せず）を経由）して廃熱利用ボイラー１３内に導かれる。この廃熱利用ボイラー１３内には、水が導管１４を経て導かれ、蒸気が導管１５を経て排出される。冷却された排ガスは導管１６を経てガス清浄器１７内に導かれる。ガス清浄器１７からは、分離されたダストが導管１８を、清浄排ガスが導管１９をそれぞれ経て取り出される。この清浄排ガスからは、ＣＯ2スクラバー２０内でＣＯ2が除去される。ただしこの清浄排ガスはＣＯ2スクラバー２０の前で冷却される必要がある。この冷却の際、同時に水蒸気が凝縮する（図示せず）。
【００２２】
洗浄液内に吸収されたＣＯ2は蒸気が導管２２を経て脱着器２１内に導入されることにより駆逐され、導管２３を経て排出される。ＣＯ2スクラバー２０と脱着器２１との結び付きは単に摸式的に図示されている。ＣＯ2が除去された強還元性ガスは導管２４を経て再加熱器２５内に導かれる。この再加熱器２５内には、導管１９からの清浄排ガスの分流が導管２６を、燃焼用空気が導管２７をそれぞれ経て導かれる。導管２６からのガス分流は導管２６ａを経て酸素発生器（図示せず）内に導かれる。上記再加熱された強還元性ガスは流動化ガスとして導管５及び８をそれぞれ経て第１の流動床１及び第２の流動床７に導かれる。再加熱器２５からの燃焼ガスは導管２８を経て煙突に導かれる。還元物と上記炭化含炭素物の一部とは第２の流動床７から導管２９を経て排出される。
【００２３】
図２では上記還元物が第３の流動床３０内に導かれると共に、第３の流動床３０内には上記強還元性ガスが流動化ガスとして導管３１を経て導かれる。更に還元された上記還元物は導管３２を経て排出される。第３の流動床３０からの排ガスは二次ガスとして導管３３を経て第２の流動床７内に導かれる。
【００２４】
図１の導管２９を経て排出される上記還元物、或は図２の導管３２を経て排出される上記更に還元された還元物は、導管３４を経て熔融反応器３５内に装入される。熔融反応器３５の底部からはノズル３６を通って酸素、ノズル３７を通ってチャーが熔融物内に吹送される。スラグ排出口３８を通ってスラグ、出銑口３９を通って熔鉄が排出される。酸素はまた、上記熔融物の表面に向けて傾けて設置配列された上吹き酸素ノズル４０を通して上記熔融物の表面上に吹送され、これにより上記熔融物から離脱するガスの第１の後燃焼が行われる。空気は空気ノズル４１を通して熔融反応器３５の上部内に吹送され、これにより第２の後燃焼が行われる。排ガスは導管４２を経て熱交換器４３内に導かれる。熱交換器４３内には、導管４４を経て水が導入され、導管４５を経て蒸気が排出される。冷却された上記排ガスは導管４６を経てガス清浄器４７内に導入される。分離されたダストはガス清浄器４７からダスト排出口４８を経て排出される。清浄排ガスは導管４９を経て上記煙突に導かれる。
【００２５】
試験例：下記の部位符号は図２についてのものである。微粉粒状鉄鉱石は２段階方式により懸濁床式熱交換器内で８２０℃に予熱された。
部位２ ： 上記鉄鉱石７８．４ｔ／ｈ。
部位２９： 前還元された還元度７５％の上記鉄鉱石５８．２ｔ／ｈ及びチャー５．９ｔ／ｈ、９５０℃。
部位３８： ＣａＯ／ＳｉＯ2＝１．２のスラグ６．３ｔ／ｈ。
部位３９： １５５０℃の、２．４％Ｃを含む熔銑５２．１ｔ／ｈ。
部位３ ： 粒径＜５ｍｍの、１％Ｈ2Ｏを含む微粉炭２７．５ｔ／ｈ。
部位４ ： ９９．５％Ｏ2を含む酸素ガス１０，３００ｓｍ3／ｈ（ｓｍ3は「標準立方米」）。
部位１２： ５６０℃の、４７％ＣＯ、１９％ＣＯ2、１８％Ｈ2、１３％Ｈ2Ｏ、０．５％ＣＨ4及び３％Ｎ2を含むガス１０１，０００ｓｍ3／ｈ。
部位１９： ガス７５，２００ｓｍ3／ｈ。
部位２６： ガス１５，４００ｓｍ3／ｈ。
部位５ ： ７５０℃の、１％ＣＯ2を含むガス８，０００ｓｍ3／ｈ。
部位８ ： ７５０℃の、１％ＣＯ2を含むガス３１，８００ｓｍ3／ｈ。
部位３１： ７５０℃の、１％ＣＯ2を含むガス２０，０００ｓｍ3／ｈ。
部位３５： ９９．５％Ｏ2を含む酸素ガス５，８００ｓｍ3／ｈ：第１の後燃焼： ＣＯ2／（ＣＯ＋ＣＯ2）＝５０％
部位４１： 空気１５，０００ｓｍ3／ｈ。
部位４２： 排ガス１７，０００ｓｍ3／ｈ。
部位１５： ５ｂａｒの蒸気２４ｔ／ｈ。
部位４５： ５ｂａｒの蒸気３６ｔ／ｈ。
部位２２： ５ｂａｒの蒸気６１ｔ／ｈ。
部位２３： ＣＯ2１５，２００ｓｍ3／ｈ。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は上述のような構成であるから、一次エネルギー必要量をできるだけ低く保ち、熱を自給自足するか或は低圧蒸気で例示される低品位の外来熱を使用して冒頭に述べた方法を実施できると共に余分なエネルギーを発生せずかつ製品品質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】２基の流動床と１基の熔融反応器とによる操業の流れ図
【図２】３基の流動床と１基の熔融反応器とによる操業の流れ図
【符号の説明】
１ 第１の流動床
２ 導管
３ 導管
４ 導管
５ 導管
６ 導管
７ 第２の流動床
８ 導管
９ 導管
１０ 分離用サイクロン
１１ 導管
１２ 導管
１３ 廃熱利用ボイラー
１４ 導管
１５ 導管
１６ 導管
１７ ガス清浄器
１８ 導管
１９ 導管
２０ ＣＯ2スクラバー
２１ 脱着器
２２ 導管
２３ 導管
２４ 導管
２５ 再加熱器
２６ 導管
２６ａ 導管
２７ 導管
２８ 導管
２９ 導管
３０ 第３の流動床
３１ 導管
３２ 導管
３３ 導管
３４ 導管
３５ 熔融反応器
３６ ノズル
３７ ノズル
３８ スラグ排出口
３９ 出銑口
４０ 上吹き酸素ノズル
４１ 空気ノズル
４２ 導管
４３ 熱交換器
４４ 導管
４５ 導管
４６ 導管
４７ ガス清浄器
４８ ダスト排出口
４９ 導管
Claims (8)
- 固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する際、この含酸化鉄原料は、第１の膨張流動床内において固形状含炭素還元剤及び流動化ガスの供給下かつ弱還元性条件下並びに還元ポテンシャルが高々ＦｅＯ段階までの還元に達する程度に短い上記流動床内の上記流動化ガスの滞留時間内に還元され、上記第１の膨張流動床から排出されたガス−固体−分散系は第２の膨張流動床内に導かれ、この第２の流動床内には強還元性ガスが流動化ガスとして導入され、この第２の流動床の上部からは強還元性ガス及び生成した炭化含炭素物の大部分が排出され、この炭化含炭素物は上記強還元性ガスから分離されて上記第１の流動床内に再循環され、上記強還元性ガスの一部分はガス清浄過程及びＣＯ2除去過程を経て上記第２の流動床へ流動化ガスとして再循環され、上記第２の流動床の下部からは５０〜８０％の金属分を含む還元物が上記炭化含炭素物の残部と共に排出され、循環される上記炭化含炭素物の量は装入される上記含酸化鉄原料の量より多く、上記第１の流動床から上記第２の流動床に導かれる上記ガス−固体−分散系の熱含量は上記第２の流動床内の熱消費の補償に利用される固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する方法において、
上記還元物は熔融反応器内で完全に還元かつ熔融され、この熔融物から離脱するガスは、少なくとも５０容量％の酸素含量を有する含酸素ガスがこの熔融物上に吹送されることにより、この熔融物の直上において後燃焼されて４０〜７０容量％（窒素を除いて算出）のＣＯ2＋Ｈ2Ｏを含む混合ガスを生み、上記後燃焼時の発生熱は大幅に上記熔融物に移送され、上記の部分的に後燃焼された混合ガスは含酸素ガスの供給による第２の後燃焼の際に完全に後燃焼され、上記第１及び第２の流動床内の還元系と上記熔融反応器内の処理対象系とがガス流に関しては相互に独立して操業され、上記炭化含炭素物から発生した全熱量が上記還元系内と上記処理対象系内との両方で利用されることを特徴とする方法。 - 上記第２の後燃焼が上記熔融反応器の上部内で含酸素ガスの吹き込みによって行われる請求項１の方法。
- 上記第２の後燃焼が上記熔融反応器の外で行われる請求項２の方法。
- 上記第２の流動床の下部からの排出物からは上記炭化含炭素物の過剰量が高温下の篩分け操作により除去され、その際に上記還元物中の炭素含量は最大限５重量％に調節され、上記還元物は高温状態で稠密化される請求項１の方法。
- 固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する際、この含酸化鉄原料は、第１の膨張流動床内において固形状含炭素還元剤及び流動化ガスの供給下かつ弱還元性条件下並びに還元ポテンシャルが高々ＦｅＯ段階までの還元に達する程度に短い上記流動床内の上記流動化ガスの滞留時間内に還元され、上記第１の膨張流動床から排出されたガス−固体−分散系は第２の膨張流動床内に導かれ、この第２の流動床内には強還元性ガスが流動化ガスとして導入され、この第２の流動床の上部からは強還元性ガス及び生成した炭化含炭素物の大部分が排出され、この炭化含炭素物は上記強還元性ガスから分離されて上記第１の流動床内に再循環され、上記強還元性ガスの一部分はガス清浄過程及びＣＯ2除去過程を経て上記第２の流動床へ流動化ガスとして再循環され、上記第２の流動床の下部からは５０〜８０％の金属分を含む還元物が上記炭化含炭素物の残部と共に排出され、循環される上記炭化含炭素物の量は装入される上記含酸化鉄原料の量より多く、上記第１の流動床から上記第２の流動床に導かれる上記ガス−固体−分散系の熱含量は上記第２の流動床内の熱消費の補償に利用される固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する方法において、
上記第２の流動床の下部からの排出物は第３の流動床内に装入され、上記第２の流動床の排ガスの分流はガス清浄過程及びＣＯ2除去過程を経て上記第３の流動床へ流動化ガスとして再循環され、上記第３の流動床からの排ガスは上記第２の流動床の下部内へ二次ガスとして導入され、上記第３の流動床内の還元物は更に還元されて９５％以下の金属分を含むに至り、しかる後にこの還元物は上記第３の流動床から排出され、上記第３の流動床からの上記還元物は熔融反応器内で完全に還元かつ熔融され、この熔融物から離脱するガスは、少なくとも５０容量％の酸素含量を有する含酸素ガスがこの熔融物上に吹送されることにより、この熔融物の直上において後燃焼されて４０〜７０容量％（窒素を除いて算出）のＣＯ 2 ＋Ｈ 2 Ｏを含む混合ガスを生み、上記後燃焼時の発生熱は大幅に上記熔融物に移送され、上記の部分的に後燃焼された混合ガスは含酸素ガスの供給による第２の後燃焼の際に完全に後燃焼され、上記第１〜第３の流動床内の還元系と上記熔融反応器内の処理対象系とがガス流に関しては相互に独立して操業され、上記炭化含炭素物から発生した全熱量が上記還元系内と上記処理対象系内との両方で利用されることを特徴とする方法。 - 上記第２の後燃焼が上記熔融反応器の上部内で含酸素ガスの吹き込みによって行われる請求項５の方法。
- 上記第２の後燃焼が上記熔融反応器の外で行われる請求項５又は６の方法。
- 上記第２の流動床の下部からの排出物からは上記炭化含炭素物の過剰量が高温下の分離操作により除去され、その際に上記還元物中の炭素含量は最大限５重量％に調節され、上記還元物は高温状態で稠密化される請求項５の方法。
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