JP6273891B2 - Method and apparatus for reducing metal oxide by moving hearth furnace - Google Patents
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Description
本発明は、鉄鉱石や、製鉄所で発生するダスト等の金属酸化物と、石炭やコークス等の炭材を混合して成型し、その後、移動炉床炉にて還元処理を施して金属を得る方法及び装置に関する。 The present invention mixes and forms iron ore, metal oxides such as dust generated at steelworks, and carbon materials such as coal and coke, and then performs reduction treatment in a moving hearth furnace to form metal. It relates to a method and a device to obtain.
鉄鉱石や、製鉄所で発生するダスト等の金属酸化物と、石炭やコークスなどの炭材を混合して成型したペレットやブリケット等の造粒物を、バーナーで加熱して還元処理を施し、金属精錬用の還元鉄を得る方法が、直接還元法として、近年、積極的に実施されている(例えば、非特許文献1、参照)。 Granules such as pellets and briquettes formed by mixing iron ore and metal oxides such as dust generated at steelworks and coals such as coal and coke, and reducing treatment by heating with a burner, In recent years, a method for obtaining reduced iron for metal refining has been actively implemented as a direct reduction method (for example, see Non-Patent Document 1).
生産コストの低減のため、炭材として、安価で、揮発分(VM)の高い亜瀝青炭や褐炭(以下、これらを「高VM炭」といい、逆に無煙炭等の揮発分(VM)の低い石炭を「低VM炭」ということがある。)を利用することが望まれているが、高VM炭を使用する場合、揮発分(VM)の揮発速度が速いために、造粒物内の圧力が急激に上昇して破裂するバースティングが起きるので、高VM炭の使用には限界がある(例えば、特許文献1、参照)。 In order to reduce production costs, carbonaceous materials are cheap and have low volatile content (VM), such as subbituminous coal and lignite (hereinafter referred to as “high VM coal”, and low volatile content (VM) such as anthracite. The coal is sometimes referred to as “low VM charcoal”), but when using high VM charcoal, the volatilization rate of volatile matter (VM) is high, Since bursting that bursts due to a sudden rise in pressure occurs, there is a limit to the use of high-VM coal (see, for example, Patent Document 1).
図1に、従来の移動炉床炉の断面を示す。装入口5から炉床2に装入された造粒物1は、炉床2に静置されて炉床進行方向に運ばれて行く。炉床の進行中、造粒物1はバーナー3で加熱されて、金属酸化物が鉄酸化物の場合、下式の反応で還元鉄となり、還元鉄排出装置8により還元鉄排出口6より炉外に排出される。
C(造粒物中の炭材の固定炭素)+O2→CO2
C+CO2→2CO
Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2
FIG. 1 shows a cross section of a conventional moving hearth furnace. The granulated product 1 charged into the
C (fixed carbon of carbonaceous material in the granulated product) + O 2 → CO 2
C + CO 2 → 2CO
Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe + 3CO 2
バーナー3の燃焼排ガス、及び、造粒物から発生したガスは、炉床進行方向と反対の方向に流れ、排気ダクト7’より排出される。造粒物1から発生したガスは、未燃焼成分(CO)を多量に含んでいて、排気ダクト7’側のバーナー3で燃焼するので、排気ダクト7’近傍の温度を低く制御することはできない。それ故、揮発分(VM)の揮発速度が速くなり、金属酸化物を主として間接還元で還元する場合、高VM炭を炭材として使用することは難しい。
The combustion exhaust gas from the
一方、造粒物から発生する還元性ガス(CO)を有効に利用するために、発生ガスの流れを積極的に制御する技術が提案されている(例えば、特許文献2、参照)。しかし、この技術においても、排気ダクト7’近傍の排ガスは多量の未燃成分(CO)を含むため、排気ダクト7’近傍の温度を低く制御することができず、高VM炭を炭材として使用することは難しい。
On the other hand, in order to effectively use the reducing gas (CO) generated from the granulated material, a technique for actively controlling the flow of the generated gas has been proposed (for example, see Patent Document 2). However, even in this technique, since the exhaust gas near the
一般に、鉄鉱石の直接還元において、還元温度が1300℃程度以下であると、水素による水素還元とCOによる間接還元が起きる。水素還元は、還元速度が、間接還元に比べて著しく速い(例えば、非特許文献2、参照)。炭材中の揮発分(VM)は炭化水素や水素を多量に含むので、この中の水素成分を有効に利用して水素還元を有効に利用すれば、炭材原単位を低減する可能性もある。 Generally, in direct reduction of iron ore, when the reduction temperature is about 1300 ° C. or less, hydrogen reduction by hydrogen and indirect reduction by CO occur. Hydrogen reduction is significantly faster than indirect reduction (see, for example, Non-Patent Document 2). Since the volatile matter (VM) in the carbonaceous material contains a large amount of hydrocarbons and hydrogen, if the hydrogen reduction is effectively utilized by effectively using the hydrogen component in this, there is a possibility of reducing the basic unit of the carbonaceous material. is there.
そこで、本発明は、炭材が含有する揮発分(VM)の量によらず、幅広い範囲の揮発分(VM)を含有する炭材を使用することができ、特に、安価な高VM炭を使用した場合でも、揮発分(VM)の急激な揮発による造粒物のバースティングを抑制しつつ水素還元を促進して金属化率を高め、かつ、炭材原単位を低減することを課題とし、該課題を解決する、移動炉床炉による金属酸化物の還元方法と還元装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can use charcoal materials containing a wide range of volatile matter (VM) regardless of the amount of volatile matter (VM) contained in the charcoal material. Even when it is used, the problem is to increase the metallization rate by reducing hydrogen consumption by promoting the hydrogen reduction while suppressing the bursting of the granulated product due to the rapid volatilization of the volatile matter (VM), and to reduce the carbon basic unit. An object of the present invention is to provide a metal oxide reduction method and reduction apparatus using a moving hearth furnace that solves the above problem.
本発明者らは、上記課題を解決する手法について鋭意研究した。その結果、本発明者らは、移動炉床炉において、間接還元を行う間接還元帯域の前に、雰囲気温度を低く設定した水素還元帯域を設ければ、高VM炭を使用した場合でも、揮発分(VM)の急激な揮発による造粒物のバースティングを抑制しつつ、揮発分(VM)中の水素成分による水素還元を促進できることを知見した。 The inventors of the present invention have intensively studied a method for solving the above-described problems. As a result, in the mobile hearth furnace, if a hydrogen reduction zone in which the ambient temperature is set low is provided before the indirect reduction zone in which indirect reduction is performed, even if high VM charcoal is used, volatilization occurs. It was found that hydrogen reduction by the hydrogen component in the volatile component (VM) can be promoted while suppressing bursting of the granulated product due to rapid volatilization of the component (VM).
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。 This invention was made | formed based on the said knowledge, and the summary is as follows.
(1)金属酸化物を含む原料と炭材を混合して成型した造粒物を、移動炉床炉の炉床に静置して加熱し、金属酸化物を還元する方法において、移動炉床炉を、造粒物の装入口から炉床進行方向に、第1帯域、第2帯域、及び、第3帯域の3つの帯域に分割し、
(x)第1帯域では、造粒物中の炭材が含む揮発分(VM)の水素成分で、金属酸化物を水素還元し、
(y)第3帯域では、造粒物中の炭素で、金属酸化物を間接還元し、
(z)第2帯域では、第1帯域と第3帯域で発生するガスを排気する
ことを特徴とする移動炉床炉による金属酸化物の還元方法。
(1) In a method in which a granulated product obtained by mixing a raw material containing a metal oxide and a carbonaceous material is placed on a hearth of a moving hearth furnace and heated to reduce the metal oxide, the moving hearth The furnace is divided into three zones, a first zone, a second zone, and a third zone, in the direction of the hearth from the inlet of the granulated material,
(x) In the first zone, the metal oxide is hydrogen-reduced with the hydrogen component of the volatile matter (VM) contained in the carbonaceous material in the granulated product,
(y) In the third zone, the metal oxide is indirectly reduced with carbon in the granulated product,
(z) A method for reducing metal oxide by a moving hearth furnace, wherein the gas generated in the first zone and the third zone is exhausted in the second zone.
(2)前記第1帯域の雰囲気温度を、炭材中の揮発分(VM)の量に基づいて設定することを特徴とする前記(1)に記載の移動炉床炉による金属酸化物の還元方法。 (2) The atmosphere temperature in the first zone is set based on the amount of volatile matter (VM) in the carbonaceous material, and the reduction of metal oxide by the moving hearth furnace according to (1) above Method.
(3)前記第1帯域の雰囲気温度を、下記式で定義するT(℃)以下に設定することを特徴とする前記(2)に記載の移動炉床炉による金属酸化物の還元方法。
T(℃)=1400−8.75×VM
VM:炭材中の揮発分(VM)の量(質量%)
(3) The metal oxide reduction method using the moving hearth furnace according to (2), wherein the atmosphere temperature in the first zone is set to T (° C.) or less defined by the following formula.
T (° C.) = 1400−8.75 × VM
VM: amount of volatile matter (VM) in the carbonaceous material (mass%)
(4)前記第1帯域の雰囲気温度の下限が、(T−50)℃であることを特徴とする前記(3)に記載の移動炉床炉による金属酸化物の還元方法。 (4) The lower limit of the atmospheric temperature of the first zone is (T-50) ° C., wherein the metal oxide reduction method using the moving hearth furnace according to the above (3).
(5)前記移動炉床炉が、直線型移動炉床炉又は回転式移動炉床炉であることを特徴とする前記(1)〜(4)のいずれかに記載の移動炉床炉による金属酸化物の還元方法。 (5) The metal by the moving hearth furnace according to any one of (1) to (4), wherein the moving hearth furnace is a linear moving hearth furnace or a rotary moving hearth furnace Reduction method of oxide.
(6)金属酸化物を含む原料と炭材を混合して成型した造粒物を移動炉床炉の炉床に静置して加熱し、金属酸化物を還元する装置において、移動炉床炉が、造粒物の装入口から炉床進行方向に、造粒物中の炭材が含む揮発分の水素成分で、金属酸化物を水素還元する第1帯域、第1帯域と第3帯域で発生するガスを排気する第2帯域、及び、造粒物中の炭素で、金属酸化物を間接還元する第3帯域の3つの帯域に分割されていて、
移動炉床の有効長をLとしたとき、
(X)第1帯域が、造粒物の装入口から0.3×L〜0.4×Lまでであり、
(Z)第2帯域が、造粒物の装入口から0.3×L〜0.4×L以降0.6×Lまでであり、該帯域内に排気ダクトを備えている
ことを特徴とする移動炉床炉による金属酸化物の還元装置。
(6) A moving hearth furnace in an apparatus for reducing the metal oxide by standing and heating the granulated material formed by mixing a raw material containing a metal oxide and a carbonaceous material to the hearth of the moving hearth furnace However, in the first zone, the first zone and the third zone where the metal oxide is a hydrogen component contained in the granulated material from the inlet of the granulated material in the direction of the hearth , and the metal oxide is reduced by hydrogen. Divided into three zones, a second zone for exhausting the generated gas , and a third zone for indirectly reducing the metal oxide with carbon in the granulated product ,
When the effective length of the moving hearth is L,
(X) the first zone is from 0.3 × L to 0.4 × L from the inlet of the granulated product,
(Z) The second zone is from 0.3 × L to 0.4 × L to 0.6 × L from the inlet of the granulated material, and has an exhaust duct in the zone. A metal oxide reduction device using a moving hearth furnace.
(7)前記移動炉床炉が、直線型移動炉床炉又は回転式移動炉床炉であることを特徴とする前記(6)に記載の移動炉床炉による金属酸化物の還元装置。 (7) The metal oxide reducing apparatus according to (6), wherein the moving hearth furnace is a linear moving hearth furnace or a rotary moving hearth furnace.
本発明によれば、金属酸化物の直接還元法において、炭材が含有する揮発分(VM)の量によらず、幅広い範囲の揮発分(VM)を含有する炭材を使用することができ、安価な高VM炭を使用した場合でも、揮発分(VM)の急激な揮発による造粒物のバースティングを抑制しつつ水素還元を促進して金属化率を高め、かつ、炭材原単位を低減することができる。 According to the present invention, in the direct reduction method of metal oxide, carbon materials containing a wide range of volatile matter (VM) can be used regardless of the amount of volatile matter (VM) contained in the carbonaceous material. Even when inexpensive high VM charcoal is used, hydrogen reduction is promoted while suppressing bursting of the granulated product due to rapid volatilization of volatile matter (VM), and the metalization rate is increased. Can be reduced.
以下、本発明について説明する。 The present invention will be described below.
本発明の移動炉床炉による金属酸化物の還元方法(以下「本発明還元方法」ということがある。)は、金属酸化物を含む原料と炭材を混合して成型した造粒物を、移動炉床炉の炉床に静置して加熱し、金属酸化物を還元する方法において、移動炉床炉を、造粒物の装入口から炉床進行方向に、第1帯域、第2帯域、及び、第3帯域の3つの帯域に分割し、
(x)第1帯域では、造粒物中の炭材が含む揮発分(VM)の水素成分で、金属酸化物を水素還元し、
(y)第3帯域では、造粒物中の炭素で、金属酸化物を間接還元し、
(z)第2帯域では、第1帯域と第3帯域で発生するガスを排気する
ことを特徴とする。
The reduction method of metal oxide by the moving hearth furnace of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “the reduction method of the present invention”) comprises a granulated product formed by mixing a raw material containing a metal oxide and a carbonaceous material, In the method of reducing the metal oxide by standing on the hearth of the moving hearth furnace and reducing the metal oxide, the moving hearth furnace is moved from the inlet of the granulated material to the hearth traveling direction in the first zone and the second zone. And divided into three bands of the third band,
(x) In the first zone, the metal oxide is hydrogen-reduced with the hydrogen component of the volatile matter (VM) contained in the carbonaceous material in the granulated product,
(y) In the third zone, the metal oxide is indirectly reduced with carbon in the granulated product,
(z) The second zone is characterized in that the gas generated in the first zone and the third zone is exhausted.
本発明の移動炉床炉による金属酸化物の還元装置(以下「本発明還元装置」ということがある。)は、金属酸化物を含む原料と炭材を混合して成型した造粒物を移動炉床炉の炉床に静置して加熱し、金属酸化物を還元する装置において、移動炉床炉が、造粒物の装入口から炉床進行方向に、造粒物中の炭材が含む揮発分の水素成分で、金属酸化物を水素還元する第1帯域、第1帯域と第3帯域で発生するガスを排気する第2帯域、及び、造粒物中の炭素で、金属酸化物を間接還元する第3帯域の3つの帯域に分割されていて、移動炉床の有効長をLとしたとき、
(X)第1帯域が、造粒物の装入口から0.3×L〜0.4×Lまでであり、
(Z)第2帯域が、造粒物の装入口から0.3×L〜0.4×L以降0.6×Lまでであり、該帯域内に排気ダクトを備えている
ことを特徴とする。
The apparatus for reducing metal oxide by the moving hearth furnace of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “the present invention reducing apparatus”) moves a granulated product formed by mixing a raw material containing a metal oxide and a carbonaceous material. In an apparatus for heating and reducing metal oxides by standing on the hearth of the hearth furnace, the moving hearth furnace moves from the inlet of the granulated material in the direction of the hearth , and the carbonaceous material in the granulated material is 1st zone for hydrogen reduction of metal oxide, 2nd zone for exhausting gas generated in the 1st zone and 3rd zone, and carbon in the granulated product When the effective length of the moving hearth is L,
(X) the first zone is from 0.3 × L to 0.4 × L from the inlet of the granulated product,
(Z) The second zone is from 0.3 × L to 0.4 × L to 0.6 × L from the inlet of the granulated material, and has an exhaust duct in the zone. To do.
鉄鉱石の直接還元法において、還元温度1300℃程度以下で、水素還元は、還元速度が間接還元に比べて著しく速い(非特許文献2、参照)。そこで、本発明者らは、鉄鉱石の水素還元と間接還元において、還元速度定数の温度依存性を確認した。 In the direct reduction method of iron ore, at a reduction temperature of about 1300 ° C. or less, hydrogen reduction is significantly faster than indirect reduction (see Non-Patent Document 2). Therefore, the present inventors have confirmed the temperature dependence of the reduction rate constant in hydrogen reduction and indirect reduction of iron ore.
図2に、非特許文献2に記載の式で試算した、鉄鉱石の水素還元速度定数と間接還元速度定数の温度依存性を示す。図2から、還元温度が600℃を超えると、水素還元速度が間接還元速度に比べて著しく速くなることが解る。
FIG. 2 shows the temperature dependence of the hydrogen reduction rate constant and indirect reduction rate constant of iron ore calculated by the formula described in
本発明者らは、水素還元速度と間接還元速度の著しい差を活用すべく、移動炉床炉内を、水素還元帯域と間接還元帯域に分けることを発想し、該発想のもとで、造粒物の昇温挙動、揮発分(VM)の発生挙動、及び、発生ガスの還元に及ぼす影響と爆裂の有無を調査した。 The present inventors have conceived that the moving hearth furnace is divided into a hydrogen reduction zone and an indirect reduction zone in order to take advantage of the remarkable difference between the hydrogen reduction rate and the indirect reduction rate. The temperature rising behavior of particles, the generation behavior of volatile matter (VM), the effect on reduction of the generated gas and the presence of explosion were investigated.
図3に、上記調査のため使用した試験装置の態様を示す。試験装置10は、試験炉10aの中心部を貫通して円筒状のアルミナ製試験管10bを備えている。
FIG. 3 shows an aspect of the test apparatus used for the above investigation. The
アルミナ製試験管10bの一端は、ペレット13を収容するボード14を先端に取り付けた磁器保護管12と、アルミナ製試験管10bの内部に窒素ガスを送り込むガス管15を備える封止栓11bで封止され、他端は、アルミナ製試験管10b内の雰囲気温度を測定する熱電対を内蔵する温度測定器17と、アルミナ製試験管10b内の雰囲気ガスをガス冷却・洗浄器19へ導入するゴム管18を備える封止栓11aで封止されている。
One end of the
アルミナ製試験管10bの内部に、ガス管15から窒素ガスを吹き込んで窒素雰囲気を形成するとともに、電極16でアルミナ製試験管10bを外部から加熱する。
Nitrogen gas is blown from the
所定の温度に達したら、鉄鉱石粉と揮発分(VM)量の異なる石炭粉を混合して造粒したペレット13を、磁器保護管12の先端のボード14に静置し、アルミナ製試験管10bの中央部に装入する。なお、磁器保護管12の内部には熱電対を通してあり、熱電対の先端はペレット13に接触して、ペレット温度を測定できるようになっている。
When the predetermined temperature is reached, the
アルミナ製試験管10bの内部の雰囲気温度を温度測定器17で測定し、ペレットから発生するガスで形成される雰囲気をゴム管18で収集してガス冷却・洗浄器19へ導入する。雰囲気ガスは、冷却・洗浄後、ガス分析器(図示なし)へ送給される。
The temperature inside the
本発明者らは、雰囲気温度を所定の温度に設定し、時間の経過に伴うペレットの昇温挙動、揮発分(VM)の発生挙動、及び、発生ガスのH2/(H2+H2O)の変化を調査した。また、雰囲気温度及び石炭の揮発分(VM)量と、ペレットの爆裂との相関、及び、揮発分(VM)発生完了時間と雰囲気温度の相関についても調査した。なお、炭材中の揮発分(VM)の含有量は、JIS M8812 で測定することができる。 The inventors set the atmospheric temperature to a predetermined temperature, and the temperature rising behavior of the pellets with the passage of time, the generation behavior of volatile matter (VM), and the H 2 / (H 2 + H 2 O of the generated gas. ) Was investigated. Further, the correlation between the atmospheric temperature and the volatile matter (VM) amount of coal and the explosion of the pellets, and the correlation between the volatile matter (VM) generation completion time and the atmospheric temperature were also investigated. In addition, content of the volatile matter (VM) in carbon material can be measured by JISM8812.
図4に、雰囲気温度1300℃で試験した時の、高VM炭(VM37%の亜瀝青炭)と金属酸化物を混合して成型したペレットと低VM炭(VM7%の無煙炭)と金属酸化物を混合して成型したペレットの昇温挙動(ペレット温度の推移)と揮発分(VM)の発生挙動(VM発生量の推移)を示す。
Fig. 4 shows pellets formed by mixing high VM charcoal (VM 37% subbituminous coal) and metal oxide, low VM charcoal (
ペレット温度の昇温挙動は、1000℃までは、高VM炭を炭材とするペレットと低VM炭を炭材とするペレットとも殆ど同じであったが、高VM炭を炭材とするペレットでは、ペレット温度1000℃でバースティング(爆裂)が起き、以降、ペレット温度、VM発生量とも測定できなかった。 Up to 1000 ° C, the pellet temperature rise behavior was almost the same for pellets made from high VM charcoal and pellets made from low VM charcoal, but in pellets made from high VM charcoal. Bursting (explosion) occurred at a pellet temperature of 1000 ° C., and neither the pellet temperature nor the amount of VM generated could be measured.
図5に、雰囲気温度900℃で試験した時の、高VM炭(VM37%の亜瀝青炭)と金属酸化物を混合して成型したペレットと低VM炭(VM7%の無煙炭)と金座酸化物を混合して造粒したペレットの昇温挙動(ペレット温度の推移)と揮発分(VM)の発生挙動(VM発生量の推移)を示す。雰囲気温度900℃では、高VM炭を炭材とするペレット、低VM炭を炭材とするペレットともバースティングは起きなかった。
Fig. 5 shows pellets formed by mixing high VM charcoal (VM 37% subbituminous coal) and metal oxide, low VM charcoal (
水素還元による鉄鉱石の還元効率を調査するため、発生ガスのH2/(H2+H2O)を指標として、その経時変化を測定した。 In order to investigate the reduction efficiency of iron ore by hydrogen reduction, the change with time was measured using H 2 / (H 2 + H 2 O) of the generated gas as an index.
図6に、雰囲気温度1300℃で試験した時の、高VM炭と金属酸化物を混合して成型したペレットの昇温挙動(ペレット温度の推移)と発生するガスのH2/(H2+H2O)の変化を示す。雰囲気温度1300℃では、ペレット温度1000℃でバースティングが起き、その時のH2/(H2+H2O)は25%程度で、以後、発生した揮発分(VM)は、鉄鉱石の還元に使われずに排出されて、H2/(H2+H2O)は100%となった。 FIG. 6 shows the temperature rise behavior of the pellets formed by mixing high VM charcoal and metal oxide when the atmosphere temperature is 1300 ° C. (the transition of the pellet temperature) and the generated gas H 2 / (H 2 + H 2 O) shows the change. At an atmospheric temperature of 1300 ° C, bursting occurs at a pellet temperature of 1000 ° C, and H 2 / (H 2 + H 2 O) at that time is about 25%. Thereafter, the generated volatile matter (VM) is used to reduce iron ore. It was discharged without being used, and H 2 / (H 2 + H 2 O) became 100%.
雰囲気温度1300℃では、ペレットのバースティングにより、鉄鉱石と石炭が分離したため、発生した揮発分(VM)の還元への寄与が少なくなったと考えられる。 At an atmospheric temperature of 1300 ° C., iron ore and coal were separated by the bursting of pellets, and thus it was considered that the contribution to reduction of the generated volatile matter (VM) was reduced.
図7に、雰囲気温度900℃で試験した時の、高VM炭と金属酸化物を混合して成型したペレットの昇温挙動(ペレット温度の推移)と発生するガスのH2/(H2+H2O)の変化を示す。雰囲気温度900℃では、H2/(H2+H2O)は6分で0%程度まで低下し、発生したH2ガスが、鉄鉱石の還元に有効に使われたことが解る。雰囲気温度900℃では、バースティングが起きなかったので、揮発分(VM)が還元に有効に使われたと考えられる。 FIG. 7 shows the temperature rise behavior of a pellet formed by mixing high VM charcoal and a metal oxide (change in pellet temperature) and the generated gas H 2 / (H 2 + H) when tested at an ambient temperature of 900 ° C. 2 O) shows the change. At an atmospheric temperature of 900 ° C., H 2 / (H 2 + H 2 O) decreases to about 0% in 6 minutes, and it can be seen that the generated H 2 gas was effectively used for the reduction of iron ore. Since bursting did not occur at an atmospheric temperature of 900 ° C., it is considered that volatile matter (VM) was effectively used for reduction.
石炭の揮発分(VM)量及び雰囲気温度と爆裂の関係について調査した。図8に、揮発分(VM)量が異なる4種類の石炭をそれぞれ金属酸化物と混合して成型したペレットを、雰囲気温度を変えて試験した時の、石炭の揮発分(VM)量と爆裂の関係を示す。 The relationship between the volatile matter (VM) amount of coal and the ambient temperature and explosion was investigated. Fig. 8 shows the amount of volatile matter (VM) and explosion when coal pellets formed by mixing four types of coal with different amounts of volatile matter (VM) with metal oxide are tested at different ambient temperatures. The relationship is shown.
図8に示すように、下記直線の温度(T)以下で、爆裂は起きない。
T(℃)=1400−8.75×VM
VM:石炭の揮発分(VM)量(%)
As shown in FIG. 8, explosion does not occur below the temperature (T) of the following straight line.
T (° C.) = 1400−8.75 × VM
VM: Coal volatile matter (VM) amount (%)
また、石炭の揮発分(VM)量を変えて、揮発分(VM)の揮発が完了する時期を調査した。図9に、揮発分(VM)量が異なる3種類の石炭(褐炭(VM:50%)、高VM炭(VM:37%の亜瀝青炭)、低VM炭(VM:7%の無煙炭))をそれぞれ金属酸化物と混合して成型したペレットを、雰囲気温度を変えて試験した時の揮発分(VM)の揮発完了時間を示す。 In addition, the amount of volatile matter (VM) in the coal was changed, and the time when volatile matter (VM) volatilization was completed was investigated. Fig. 9 shows three types of coal with different amounts of volatile matter (VM) (brown coal (VM: 50%), high VM coal (VM: 37% subbituminous coal), low VM coal (VM: 7% anthracite coal)) The volatile matter (VM) volatilization completion time when the pellets formed by mixing each of the above with a metal oxide was tested while changing the ambient temperature is shown.
図9から、雰囲気温度900℃の雰囲気では、揮発分(VM)の量によらず、5〜7分で揮発分(VM)の揮発が完了していることが解る。また、雰囲気温度が上昇すると、揮発分(VM)の揮発完了時間は短くなることが解る。 From FIG. 9, it can be seen that in an atmosphere having an atmospheric temperature of 900 ° C., volatilization of the volatile matter (VM) is completed in 5 to 7 minutes regardless of the amount of volatile matter (VM). Further, it can be seen that when the ambient temperature rises, the volatilization completion time of the volatile matter (VM) is shortened.
以上の試験結果を踏まえ、本発明者らは、金属酸化物を含む原料と炭材を混合して成型した造粒物を加熱して金属酸化物を還元する移動炉床炉において、(i)雰囲気温度を低く設定し、造粒物のバースティングを防止しつつ、炭材中の揮発分(VM)中の炭化水素や水素による水素還元を促進し得る第1帯域を、炭素による間接還元を行う第3帯域の前に設け、(ii)二つの帯域の間に、両帯域で発生するガスを排気する排気ダクトを備える遷移・排気帯域を設けた本発明を成すに至った。 Based on the above test results, the present inventors, in a moving hearth furnace that reduces a metal oxide by heating a granulated material formed by mixing a raw material containing a metal oxide and a carbonaceous material, (i) The first zone that can promote hydrogen reduction by hydrocarbons and hydrogen in the volatile matter (VM) in the carbonaceous material while setting the atmosphere temperature low and preventing bursting of the granulated material, indirect reduction by carbon The present invention has been achieved in which a transition / exhaust zone is provided in front of the third zone to be performed, and (ii) a transition / exhaust zone having an exhaust duct for exhausting gas generated in both zones is provided between the two zones.
図10に、本発明の移動炉床炉の断面を示す。図10には、移動炉床炉の断面を直線型で示したが、本発明の移動炉床炉は、以下に説明する第1帯域、第2帯域、及び、第3帯域を備え得る移動炉床炉であればよい。したがって、本発明の移動炉床炉は、直線型に限られず、例えば、回転式移動炉床炉でもよい。 In FIG. 10, the cross section of the moving hearth furnace of this invention is shown. Although the cross section of the mobile hearth furnace is shown in FIG. 10 in a straight line shape, the mobile hearth furnace of the present invention can have a first zone, a second zone, and a third zone described below. Any floor furnace may be used. Therefore, the moving hearth furnace of the present invention is not limited to a linear type, and may be, for example, a rotary moving hearth furnace.
図10に示す移動炉床炉において、装入口5から炉床2に装入され、炉床2に静置された造粒物1は、炉床進行方向に運ばれて行く間に、バーナー3で加熱され、造粒物1内で金属酸化物の還元が進行する。第1帯域、第2帯域、第3帯域の3つの帯域において温度制御を行い、第1帯域における水素還元、第2帯域における排気、及び、第3帯域における間接還元を最適化する。
In the mobile hearth furnace shown in FIG. 10, the granulated material 1 charged into the
第1帯域は、揮発分の急激な揮発による造粒物のバースティングを防止しつつ、造粒物中の炭材が含む揮発分(VM)中の水素成分で、金属酸化物を水素還元し、石炭中の揮発分(VM)の揮発を完了させる帯域である。 The first zone is a hydrogen component in the volatile matter (VM) contained in the carbonaceous material in the granulated product, while preventing the bursting of the granulated product due to rapid volatilization of the volatile matter, and the metal oxide is hydrogen reduced. , A zone that completes volatilization of volatile matter (VM) in coal.
第1帯域の雰囲気温度T(℃)は、
T=1400−8.75×VM(質量%)
VM:石炭の揮発分(VM)量(%)
以下に設定する。この温度設定で、揮発分(VM)の急激な揮発による造粒物のバースティングを防止することができる。
The atmosphere temperature T (° C.) of the first zone is
T = 1400-8.75 × VM (mass%)
VM: Coal volatile matter (VM) amount (%)
Set as follows. By this temperature setting, bursting of the granulated product due to rapid volatilization of the volatile matter (VM) can be prevented.
高VM炭を炭材として使用する場合は、第1帯域の雰囲気温度を低く設定し、低VM炭を炭材として使用する場合は、第1帯域の雰囲気温度を高く設定することが好ましい。第1帯域の雰囲気温度の下限は特に限定しないが、低すぎると、還元速度の低下が起こり生産性の低下を招くので、(T−50)℃以上が好ましい。 When using high VM charcoal as the carbon material, it is preferable to set the atmosphere temperature in the first zone low, and when using low VM charcoal as the carbon material, it is preferable to set the atmosphere temperature in the first zone high. The lower limit of the atmospheric temperature in the first zone is not particularly limited, but if it is too low, the reduction rate is lowered and the productivity is lowered, so (T-50) ° C. or higher is preferable.
高VM炭を炭材として使用した場合、第1帯域では、主に、以下の水素還元により、金属酸化物の還元が進行する。
CH4→C+2H2
Fe2O3+3H2(VM中のH2とCH4の分解で生じたH2)→2Fe+3H2O
2C(VM中のCH4の分解で生じたC)+O2→2CO
Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2
When high VM charcoal is used as the charcoal, reduction of the metal oxide proceeds mainly by the following hydrogen reduction in the first zone.
CH 4 → C + 2H 2
Fe 2 O 3 + 3H 2 (
2C (C generated by decomposition of CH 4 in VM) + O 2 → 2CO
Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe + 3CO 2
低VM炭を炭材として使用した場合、バースティングが起き難いので、第1帯域の温度を高く設定でき、造粒物中の炭材の固定炭素による間接還元による金属酸化物の還元も進行する。 When low VM charcoal is used as a charcoal material, since bursting is difficult to occur, the temperature of the first zone can be set high, and the reduction of metal oxide by indirect reduction of the carbonaceous material in the granulated product by indirect reduction also proceeds. .
C(造粒物中の炭材の固定炭素)+O2→CO2
C+CO2→2CO
Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2
C (fixed carbon of carbonaceous material in the granulated product) + O 2 → CO 2
C + CO 2 → 2CO
Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe + 3CO 2
高VM炭を炭材として使用した場合、及び、低VM炭を炭材として使用した場合のいずれの場合でも、揮発分(VM)の揮発は、第1帯域で完了するので、第2帯域及び第3帯域では、雰囲気温度を高く設定することができ、その結果、造粒物中の炭材の固定炭素による間接還元により、鉄酸化物の還元を効率よく行うことができる。 In both cases where high VM charcoal is used as charcoal and low VM charcoal is used as charcoal, volatilization of volatile matter (VM) is completed in the first zone, so the second zone and In the third zone, the atmospheric temperature can be set high, and as a result, iron oxide can be efficiently reduced by indirect reduction of the carbonaceous material in the granulated product with fixed carbon.
還元鉄は、従来の移動炉床炉の場合と同様に、還元鉄排出装置8により、還元鉄排出口6より炉外に排出される(図10、参照)。還元鉄の再酸化を防止するため、第3帯域では、雰囲気を還元雰囲気とする必要がある。第2帯域には排気ダクトを設けている。第2帯域に排気ダクトを設ける理由は後述する。
The reduced iron is discharged out of the furnace from the reduced iron discharge port 6 by the reduced
造粒物中の炭材が含む揮発分(VM)の揮発を完了させ、揮発分(VM)中の水素成分で金属酸化物を水素還元する第1帯域は、移動炉床の有効長をLとして、造粒物の装入口から0.3×L〜0.4×Lまでとする。 The first zone that completes volatilization of the volatile matter (VM) contained in the carbonaceous material in the granulated material and reduces the metal oxide to hydrogen with the hydrogen component in the volatile matter (VM) reduces the effective length of the moving hearth to L As above, it is assumed to be 0.3 × L to 0.4 × L from the inlet of the granulated product.
第1帯域と第2帯域の境界が、0.3×L〜0.4×Lを超えると、第2帯域の範囲を所定の範囲とした場合、造粒物中の炭素で間接還元を行う第3帯域の範囲が狭くなり、金属酸化物の金属化率が低下する。好ましくは、造粒物の装入口から0.35×Lまでである。
The first band and the boundary of the second band region is more than 0.3 × L~0.4 × L, when the range of the second band region to a predetermined range, the indirect reduction in carbon in granule in The range of the 3rd zone which performs is narrowed, and the metalization rate of a metal oxide falls. Preferably, it is 0.35 × L from the inlet of the granulated product.
第2帯域は、第1帯域の雰囲気温度と第3帯域の雰囲気温度を滑らかに繋ぐとともに、第1帯域と第3帯域で発生したガスを排気する排気ダクトを備える遷移・排気帯域である。第2帯域は、装入口から0.3×L〜0.4×L以降0.6×Lまでとし、この帯域内に排ガスダクトを配置する。 The second zone is a transition / exhaust zone that smoothly connects the ambient temperature of the first zone and the ambient temperature of the third zone and includes an exhaust duct that exhausts the gas generated in the first zone and the third zone. The second zone is from 0.3 × L to 0.4 × L to 0.6 × L from the charging inlet, and the exhaust gas duct is disposed in this zone.
第2帯域と第3帯域の境界が、装入口から0.6×Lを超えると、第3帯域の雰囲気が酸化性となり、還元された金属が再酸化されて金属化率が低下するので、第2帯域と第3帯域の境界は0.6×Lまでとする。好ましくは、造粒物の装入口から0.5×Lまでである。 When the boundary between the second zone and the third zone exceeds 0.6 × L from the inlet, the atmosphere in the third zone becomes oxidizing, and the reduced metal is re-oxidized and the metallization rate is reduced. The boundary between the second band and the third band is up to 0.6 × L. Preferably, it is up to 0.5 × L from the inlet of the granulated product.
第1帯域で発生する、バーナーの燃焼排ガスと造粒物の発生ガスは、炉床進行方向と同じ方向に流れ、第2帯域に配置した排気ダクト(図10中「7」、参照)より排出され、炭素による間接還元を行う第3帯域には浸入しないので、第3帯域における間接還元を阻害しない。 The burner flue gas and granulated gas generated in the first zone flow in the same direction as the hearth travel direction and are discharged from the exhaust duct (see “7” in FIG. 10) arranged in the second zone. In addition, since it does not enter the third zone where indirect reduction with carbon is performed, indirect reduction in the third zone is not inhibited.
水素還元速度定数は、間接還元速度定数に比べ著しく大きいので(図2、参照)、炭材として高VM炭を使用した場合、第1帯域で発生するガス中の水素成分は殆ど還元に使われ、未燃焼分はCH4の分解によって生じるCOだけであり、温度上昇も少ない。それ故、バーナーの燃焼制御により、雰囲気温度を容易に制御することが可能である。 Since the hydrogen reduction rate constant is significantly larger than the indirect reduction rate constant (see Fig. 2), when high VM charcoal is used as the charcoal, most of the hydrogen components in the gas generated in the first zone are used for reduction. The unburned component is only CO generated by the decomposition of CH 4 and the temperature rise is small. Therefore, the atmospheric temperature can be easily controlled by burner combustion control.
なお、炭材として低VM炭を使用する場合、第1帯域の雰囲気温度を高くして、第1帯域で間接還元を行うことも可能である。 In addition, when using low VM charcoal as a carbon material, it is also possible to raise the atmospheric temperature of a 1st zone and to perform indirect reduction in a 1st zone.
第3帯域で発生する、バーナーの燃焼排ガスと造粒物の発生ガスは、炉床進行方向と反対の方向に流れ、第2帯域に配置した排気ダクト(図10中「7」、参照)より排出される。第3帯域で発生したガスを、炉床進行方向と反対の方向に流して第2帯域で排気することにより、第3帯域において、還元して得た金属の再酸化を防止することができる。 The burner combustion exhaust gas and granulated product generated gas in the third zone flow in the direction opposite to the hearth traveling direction, and from the exhaust duct (see “7” in FIG. 10) arranged in the second zone. Discharged. By flowing the gas generated in the third zone in the direction opposite to the hearth traveling direction and exhausting in the second zone, reoxidation of the metal obtained by reduction in the third zone can be prevented.
なお、図10に示す移動炉床においては、排気ダクトを、第1帯域の雰囲気温度を900℃とする場合(図9、参照)に対応できるように、装入口からほぼ0.35×Lの位置に配置した。 In the moving hearth shown in FIG. 10, the exhaust duct is approximately 0.35 × L from the inlet so that it can cope with the case where the atmosphere temperature in the first zone is 900 ° C. (see FIG. 9). Placed in position.
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。 Next, examples of the present invention will be described. The conditions in the examples are one example of conditions used for confirming the feasibility and effects of the present invention, and the present invention is based on this one example of conditions. It is not limited. The present invention can adopt various conditions as long as the object of the present invention is achieved without departing from the gist of the present invention.
(実施例1)
高VM炭又は低VM炭と鉄鉱石を混合して造粒物を製造した。この造粒物を、図10に示す移動炉床炉の炉床に静置して還元処理を施し、還元鉄を製造した。
Example 1
The granulated material was manufactured by mixing high or low VM charcoal and iron ore. This granulated product was left standing on the hearth of the moving hearth furnace shown in FIG. 10 and subjected to reduction treatment to produce reduced iron.
高VM炭(VM:37%)と鉄鉱石を混合して造粒物を製造した。この造粒物を、図10に示す移動炉床炉の炉床に静置して還元処理を施し、還元鉄を製造した。このとき、第1帯域の雰囲気温度を900℃に設定し、第3帯域の温度を1300℃に設定し、第2帯域の雰囲気温度を900℃から滑らかに1300℃まで上昇するように1100℃に設定した。 High VM charcoal (VM: 37%) and iron ore were mixed to produce a granulated product. This granulated product was left standing on the hearth of the moving hearth furnace shown in FIG. 10 and subjected to reduction treatment to produce reduced iron. At this time, the atmosphere temperature in the first zone is set to 900 ° C., the temperature in the third zone is set to 1300 ° C., and the atmosphere temperature in the second zone is increased from 900 ° C. to 1100 ° C. so as to rise smoothly to 1300 ° C. Set.
還元時間が20分となるよう炉床進行速度を調整した。金属化率は93%であった。排出された還元造粒物のバースティングはなかった。 The hearth speed was adjusted so that the reduction time was 20 minutes. The metallization rate was 93%. There was no bursting of the discharged reduced granulate.
次に、低VM炭(VM:7%)と鉄鉱石を混合して造粒物を製造した。この造粒物を、図10に示す移動炉床炉の炉床に静置して還元処理を施し、還元鉄を製造した。このとき、第1帯域から第3帯域までの雰囲気温度を1300℃に設定した。還元時間が18分となるよう炉床進行速度を調整した。金属化率は92%であった。排出された還元造粒物のバースティングはなかった。 Next, low VM charcoal (VM: 7%) and iron ore were mixed to produce a granulated product. This granulated product was left standing on the hearth of the moving hearth furnace shown in FIG. 10 and subjected to reduction treatment to produce reduced iron. At this time, the atmospheric temperature from the first zone to the third zone was set to 1300 ° C. The hearth speed was adjusted so that the reduction time was 18 minutes. The metallization rate was 92%. There was no bursting of the discharged reduced granulate.
前述したように、本発明によれば、金属酸化物の直接還元において、炭材が含有する揮発分(VM)の量によらず、幅広い範囲で揮発分(VM)を含有する炭材を使用することができ、安価な高VM炭を使用した場合でも、揮発分(VM)の急激な揮発による造粒物のバースティングを抑制して、金属化率を高め、かつ、炭材原単位を低減することができる。よって、本発明は、鉄鋼産業において利用可能性が大きいものである。 As described above, according to the present invention, in the direct reduction of the metal oxide, regardless of the amount of volatile matter (VM) contained in the carbonaceous material, the carbonaceous material containing volatile matter (VM) in a wide range is used. Even when inexpensive high VM charcoal is used, the bursting of the granulated product due to rapid volatilization of the volatile matter (VM) is suppressed, the metallization rate is increased, and the carbon material basic unit is reduced. Can be reduced. Therefore, the present invention has great applicability in the steel industry.
1 造粒物
2 炉床
3 バーナー
4 バーナー
5 装入口
6 還元鉄排出口
7、7’ 排気ダクト
8 還元鉄排出装置
10 試験装置
10a 試験炉
10b アルミナ製試験管
11a、11b 封止栓
12 磁器保護管
13 ペレット
14 ボード
15 ガス管
17 温度測定器
18 ゴム管
19 ガス冷却・洗浄器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
(x)第1帯域では、造粒物中の炭材が含む揮発分の水素成分で、金属酸化物を水素還元し、
(y)第3帯域では、造粒物中の炭素で、金属酸化物を間接還元し、
(z)第2帯域では、第1帯域と第3帯域で発生するガスを排気する
ことを特徴とする移動炉床炉による金属酸化物の還元方法。 In a method of reducing the metal oxide, the granulated product formed by mixing the raw material containing the metal oxide and the carbonaceous material is placed on the hearth of the mobile hearth furnace and heated. Divided into three zones, the first zone, the second zone, and the third zone, in the direction of hearth progression from the inlet of the granulated material,
(x) In the first zone, metal oxide is reduced by hydrogen with volatile hydrogen components contained in the carbonaceous material in the granulated product,
(y) In the third zone, the metal oxide is indirectly reduced with carbon in the granulated product,
(z) A method for reducing metal oxide by a moving hearth furnace, wherein the gas generated in the first zone and the third zone is exhausted in the second zone.
T(℃)=1400−8.75×VM
VM:炭材中の揮発分の量(質量%) The method for reducing metal oxide by a moving hearth furnace according to claim 2, wherein the atmosphere temperature in the first zone is set to T (° C) or less defined by the following formula.
T (° C.) = 1400−8.75 × VM
VM: Amount of volatile matter in the carbonaceous material (% by mass)
移動炉床の有効長をLとしたとき、
(X)第1帯域が、造粒物の装入口から0.3×L〜0.4×Lまでであり、
(Z)第2帯域が、造粒物の装入口から0.3×L〜0.4×L以降0.6×Lまでであり、該帯域内に排気ダクトを備えている
ことを特徴とする移動炉床炉による金属酸化物の還元装置。 In an apparatus for reducing the metal oxide by placing the granulated material formed by mixing the raw material containing metal oxide and carbonaceous material on the hearth of the moving hearth furnace and heating it, the moving hearth furnace Gas generated in the first zone, the first zone, and the third zone, in which the metal oxide in the granulated material contains hydrogen components contained in the granulated material in the direction of the hearth in the direction of the hearth , and reduces the metal oxide to hydrogen. Is divided into three zones, a second zone for exhausting the gas , and a third zone for indirectly reducing the metal oxide with carbon in the granulated product ,
When the effective length of the moving hearth is L,
(X) the first zone is from 0.3 × L to 0.4 × L from the inlet of the granulated product,
(Z) The second zone is from 0.3 × L to 0.4 × L to 0.6 × L from the inlet of the granulated material, and has an exhaust duct in the zone. A metal oxide reduction device using a moving hearth furnace.
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