JPH0152445B2

JPH0152445B2 -

Info

Publication number: JPH0152445B2
Application number: JP55162976A
Authority: JP
Inventors: Yukinaga Katahashi; Tetsuo Horie
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1980-11-18
Filing date: 1980-11-18
Publication date: 1989-11-08
Also published as: JPS5785911A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は酸化鉄を直接に還元溶融して銑鉄を得
る方法に関する。

従来還元鉄は天然ガス又は良質の石炭を用い
て、シヤフト炉法、キルン法等で製造し、更に電
気炉により溶融して鋼としていた。しかし、天然
ガスの値上りや生産地域の制約に伴い天然ガスを
利用する直接製鉄は、エネルギー源の面で大きな
制約を受けようとしている。そのため、エネルギ
ー源として従来あまり使用されていなかつた一般
炭又は低品位炭を利用する製鉄方法等が案出され
るに至つた。従来の還元鉄製造技術としては浮遊
式直接製鉄法（特開昭53−83916号）、プラズマス
メルト法（スエーデン特許388210号）、及び液状
銑鉄及び還元ガスを発生させる方法及び装置（特
開昭55−94408号）等がある。

浮遊式直接製鉄法は第１図に示すように、還元
炉ａ上部に設けた炭素粒体投入口ｂより投入した
石炭等の炭素粒体を、該還元炉ａ下部に設けた通
気孔ｄから吹き込んだ加熱ガスにより浮遊させ流
動層ｅを形成し、前記還元炉ａ上部に設けた酸化
鉄装入口ｃより投入した酸化鉄原料を前記流動層
ｅに接触通過せしめて、該流動層ｅの還元ガス及
びチヤーにより還元して還元鉄を得る方法であ
る。しかしこの方法では海綿状の還元鉄とチヤー
とを冷却した後、切り出し、製鋼工程に移すため
顕熱ロスが大きく、且つ還元鉄と炭素粒体を分離
するために余分の工程が必要となる。

プラズマスメルト法は第２図に示すように、一
次還元炉ａに装入口ｃより鉄鉱石を装入し、該還
元炉ａ下部より熱ガスを吹き込んで鉄鉱石単独の
流動層ｆを形成して半還元鉄となし、該半還元鉄
と炭素粒体ｇとを前記熱ガスによりプラズマ発生
装置ｈを介して溶融炉ｉに噴出して、溶融還元し
銑鉄を得る方法であり、該溶融炉ｉ内に発生した
還元性の熱ガスを還元炉ａ及びプラズマ発生装置
ｈへ循環させ溶融炉ｉ排ガスを有効に利用してい
る。しかし、この方法では、鉄鉱石単独の流動層
ｆであるため750℃程度に温度を下げて焼結を防
止する必要がある。従つて、運転温度が低いため
還元率は50％程度にとどまり、十分に還元するこ
とができない。又、溶融炉ｉに発生する還元性熱
ガスは1000〜1200℃であるのに対し還元炉ａに吹
き込む熱ガス温度は焼結を防止するため800℃程
度まで冷却しなければならず顕熱ロスとなる。更
に、半還元鉄を溶融炉ｉに送るための吹込装置ｊ
を必要とし、半還元鉄を圧送するためパイプの摩
耗等の問題が生ずる。更に又、溶融炉ｉ直上での
熱輻射を防止するため投入口ｋよりコークスの投
入を必要とし、又流動層ｆ中に吹き込まれた熱ガ
スが再循環されないで放出されるため熱ロスが大
きい。

液状銑鉄及び還元ガスを発生させる方法及び装
置では、第３図に示すように、キリング室ｌと中
間部流動床ｍから成る還元炉ｎの上部口ｑから
500〜800℃に予熱された海綿鉄を、又供給口ｂか
ら炭素粒体を投入し、中間部流動床ｍにはパイプ
ｏから酸素を、パイプｐから水蒸気と炭化水素と
を吹き込み、前記キリング室ｌを1000〜1400℃と
する。該キリング室ｌを通過した炭素粒体により
前記中間部流動床ｍは2000〜2500℃及び1000〜
1400℃の範囲のコークス流動床となり、海綿鉄は
溶融銑鉄として炉底より得られ、又、流動床で発
生する還元性ガスが上部口ｑより回収される。

すなわち本装置はいわゆる流動層と溶融炉とを
一体化したものであるが、高温輻射熱により溶融
物が飛散し、中間部流動床ｍのシリンタリング及
び棚吊等の運転障害の発生が避けられず、又、中
間部流動床ｍが1100〜1400℃となるため低融点灰
分を含んだ低品位の石炭を使用することができな
い。更に本装置を効率よく運転するためには、中
間部流動床ｍを形成するに必要なガス量と溶融層
から発生するガス量とが一致しなければならない
が、各々単独に流量をコントロールすることは困
難である。

本発明は、以上に述べた従来法の欠点を解決
し、還元鉄製造分野であまり使用されていなかつ
た一般炭又は低品位炭をエネルギー源として利用
し、且つ効率良く酸化鉄を還元し直接に溶融銑鉄
とする方法を提供することを目的としたものであ
り、第１の発明は、加熱されたガスの雰囲気中
に、流動炉上部から投入される炭素粒体を浮遊さ
せて流動層を形成させ、該流動層内に酸化鉄を通
過させて、該流動層の還元性ガス及びチヤーによ
り、上記酸化鉄を還元しつつ還元性ガスを生成さ
せ、次いで前記チヤーにより還元鉄又は半還元鉄
の焼結を防止しつつ、該還元鉄又は半還元鉄とチ
ヤーとの混合物を流動炉下部へ導き移動層を形成
させ、該移動層より前記混合物を溶融炉にに導き
溶融又は溶融還元して溶融銑鉄を得るとともに前
記流動層排ガスを流動化ガスとして循環利用する
プロセスにおいて、前記流動層排ガスの一部を高
温加熱して溶融炉に導入することを特徴とする酸
化鉄の直接還元溶融方法にかかるものであり、第
２の発明は前記第１の発明に加えて、該溶融炉に
発生した還元性ガスを該溶融炉から、還元鉄又は
半還元鉄とチヤーとの混合物の通路とは別の通路
を通して流動炉へ送る際に、該流動炉より排出さ
れた還元性ガスを所要の温度に加熱した後混合し
て850〜1000℃に温度調節し、該混合ガスにより
炭素粒体を浮遊させて、流動層を形成させるよう
循還させることを特徴とする酸化鉄の直接還元溶
融方法にかかるものである。

以下本発明の酸化鉄の直接還元溶融方法を図面
を参照しつつ説明する。

流動層１７を形成し得るようにした流動炉１の
上部に鉄鉱石等の酸化鉄を供給するためのポツパ
２及び炭素粒体を供給するためのポツパ３を設
け、該流動炉１の下方所要位置に散気孔４を有す
る散気板５を設け、該流動炉１の下部に還元鉄及
びチヤーを排出するための移動層１８を形成する
漏斗状部６を設け、該漏斗状部６の下部に溶融炉
８を設けて該溶融炉８上部と前記流動炉１下部と
を、ロータリーフイーダ型切出し装置３０を有す
る導管３５により接続し、該溶融炉８所要位置に
炭素粒体を供給するホツパ９、酸素ガス吹込口１
０及びプラズマ発生装置１１を設け、さらに該溶
融炉８の炉底に溶融銑鉄取出口１２を設ける。該
溶融炉８上部から前記散気板５へ、溶融炉８内に
発生したガスを導く管１３を設け、前記還元炉７
上部には、流動層１７を通過したガスを吸入して
コンプレツサ１９へ導入する管１４を設け、該コ
ンプレツサ１９には、圧縮したガスの一部を散気
板５へ供給し得るよう前記管１３と接続した管１
５を接続し、該管１５にはガスヒータ２０を装着
せしめ、又、コンプレツサ１９には残りのガスを
前記プラズマ発生装置１１に導くための管１６を
接続する。前記二つの管１４，１５にそれぞれガ
ス分析装置２１，２２を設け、又管１５，１６に
はそれぞれ流量制御弁２３，２４を設け、更にホ
ツパ２，３，９には自動的に供給するための駆動
装置２５，２６，２７をそれぞれ設け、流動炉１
炭素粒体供給用ホツパ３に設けた駆動装置２６は
前記ガス分析装置２１の分析結果により、又溶融
炉８炭素粒体供給用ホツパ９に設けた駆動装置２
７は前記ガス分析装置２１，２２の分析結果によ
り、レシオセツター２８，２９を介して制御し得
るよう構成する。なお、図中３３は放散管弁であ
る。

以上の構成よりなる直接還元溶融方法の流動炉
１の中にホツパ３から炭素粒体を投入し、散気孔
４より850〜1000℃に昇温したガスを噴出せしめ
て炭素粒体を流動化する。炭素粒体中のガス化成
分は直ちにガス化して一酸化炭素を主成分とする
還元性の強いガスとなり、炭素粒体からガス化成
分が抜けた炭素質の固型分であるチヤーは流動層
１７を形成する。酸化鉄をホツパ２より流動炉１
内に投入し、還元性ガス雰囲気及び炭素質の流動
層１７を通過せしめて還元し、金属化率約90％の
還元鉄とする。この金属化率は後述の条件を変え
ることにより調整可能である。該還元鉄はチヤー
と共に散気板５を通過し、漏斗状部６に移動層１
８を形成する。該漏斗状部６では溶融炉８で発生
した高温の還元性ガスを遮断して、流動層１７で
の高温ガスによる還元鉄の焼結を防止する。該還
元鉄及びチヤーを前記漏斗状部６に設けた切出し
装置３０により一定量ずつ溶融炉８へ連続的に又
はバツチで投入し、流動炉１ガスの一部をプラズ
マ発生装置１１に導きプラズマ化した還元性ガス
により溶融又は溶融還元して溶融銑鉄を得る。こ
のとき溶融炉８へ供給された高温化還元性ガス
は、溶融還元の際一部酸化されるが、炭素粒体供
給用ホツパ９から投入される炭素粒体と高温下で
接触することにより、改質されて還元成分が増加
する。還元鉄と共に切出したチヤーは還元剤とし
て作用するとともに、下記式のように溶融炉８ガ
スとして散気板５へ送り再利用する。

Ｃ＋CO₂＝2CO 更に、溶融炉８内での、炭素による酸化鉄の還
元反応は吸熱反応であるので、該吸熱反応が著し
い場合には部分酸化剤として酸素を酸素ガス吹込
口１０より吹込む。又、溶融炉８内に発生する還
元性ガスの還元成分CO又は流動層１７滞在時間
を適当な範囲に調節して、流動層１７での還元反
応を効率良く行なうように流動炉１への炭素粒体
の投入量を調節する。前記溶融炉ガスは高温のガ
スであるので、散気板５へ送る際流動炉１ガスの
一部をガスヒータ２０により所要の温度に予熱し
て混合することにより850〜1000℃に調節して散
気板５へ送り酸化鉄を還元を効率よく行なう。

次に、流動層１７の温度制御方法について説明
する。流動層１７の温度は操業条件の違いにもよ
るが、温度が高すぎるとシンタリング若しくは棚
を起し、低すぎると炭素粒体等炭素質のガス化及
び酸化鉄の還元速度が遅れ、且つ還元率が低下す
るので、850〜1000℃の範囲にコントロールして
おく必要がある。流動層１７の温度は、散気孔４
から吹込む溶融炉ガスの流量及び温度に応じて流
動炉１ガスをガスヒータで予熱して混合し調節す
る。例えば、溶融炉８ガスが充分高温で流量も多
ければ流動炉ガスのガスヒータ２０による予熱を
少なくし、又溶解炉ガスが低温で最も少なけれ
ば、流動炉ガスを充分予熱し高温状態として混合
する。溶融炉８内でガスの発生がなければ、溶解
炉ガスと流動炉ガスとの総和はもともとの循環ガ
ス量にほかならないが、溶融炉８の中でチヤーと
半還元鉄若しくは還元鉄の未還元部分とが反応し
て発生するガス、及び新たに供給した炭素粒体や
チヤーから発生するガスであつて、管１３を通じ
て送られる溶融炉ガスは、管１６を通じて送られ
るプラズマガスとして吹込んだ還元ガスよりも増
加しており、又温度もかなり高温の状態となるた
め、管１５を通じて送られるガスは溶融炉ガスの
温度を850〜1000℃まで下げるために使用される
のが一般である。

ガス分析装置２１の測定結果から流動炉１への
炭素粒体の投入量を調節し、又散気板５へ送るガ
スのガス分析装置２２の測定結果により溶融炉８
への炭素粒体の投入量を調節し、更に炭素粒体供
給用ホツパ３，９から流動炉１、溶融炉８への炭
素粒体投入量を連動して操作することにより、主
として流動炉１ガス及び溶融炉８ガス中の還元成
分を調節し、更に又、流量制御弁２３，２４及び
ガスヒータ２０により散気孔４から吹込むガスの
温度、量ひいては還元成分を最適範囲に調節す
る。従つて、流動層１７の温度が常に850〜1000
℃の範囲で一定とすることにより高温時に生ずる
棚吊を防止することが可能となると同時に低融点
灰分を含む低品位石炭の使用が可能となり、又流
動炉１への炭素粒体の投入量も酸化鉄の還元に充
分な量且つ流動層１７のシンタリングを生じない
最小限度の量とすることが可能となる。このこと
は流動層１７での還元鉄の生産性が増加すること
であり、又炭素粒体等の流動層１７内での熱分解
に伴なう熱損失を最小限にすることが可能となる
ことを意味する。

操業例還元炉流動層鉱石１mm以下 MBR鉱石鉱石供給量 35.6Kg／hr 還元剤（石炭）供給量 25.2Kg／hr 溶解炉からの発生ガス 29.9Nm³／hr 循環ガス量 74.8Nm³／hr 反応温度 920℃ 炉頂ガス量 97.6Nm³／hr 炉頂ガス組成 H₂：38.2％ H₂O：9.6％ CO：43.7％ CO₂：6.3％還元鉄製造量 25Kg／hr 還元鉄還元率 92.5％チヤー 12.2Kg／hr［Ｃ：49％，Ash：50％］溶融炉吹込みO₂量 4.5Nm³／hr 溶解鉄製造量 23.3Kg／hr 溶解鉄温度 1500℃ 発生ガス量 29.9Nm³／hr この結果によると、還元炉７の流動層１７で
は、還元率が92.5％となり、流動層７排ガスの一
部を高温加熱して溶融炉８に導入すること、及び
該溶融炉８で発生した還元性ガスを残りの流動層
１７排ガスと混合させて流動層１７に供給するこ
とにより、流動層１７で高い還元率を得られるこ
とが確認された。

本実施例においてはロータリーフイーダ型の還
元鉄及びチヤーの切り出し装置を使用したが、第
５図に示したようにスクリユーフイーダ３１を使
用することにより、移動層１８が溶融炉８の高温
輻射熱に直接さらされることを防止することがで
きる。３２はスクリユーフイーダ３１の駆動装
置、３４はガス吹込口である。

なお、本発明は上述の実施例に限定されるもの
ではなく、移動層１８から溶融炉８への還元鉄及
びチヤーを投入する方法として循環ガスの一部を
用いて吹込むこと等、本発明の要旨を逸脱しない
範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の酸化鉄の直接還元溶融方法は上述の如
き構成を有するから、〈〉流動層排ガスの一部を高温加熱して溶融
炉に導くようにしたので、流動層排ガスにより
溶融炉内における還元鉄又は半還元鉄とチヤー
との混合物の溶融還元を行なわせることがで
き、且つ該溶融還元により一部酸化された流動
層排ガスを溶融炉内で還元性ガスへ改質させる
ことができる。

〈〉流動層排ガスが溶融炉内で改質された還
元性ガスと、流動炉からの残りの流動層排ガス
とを混合させて流動層に供給するようにしてい
るため、流動層の温度を自由に調節して流動層
の温度を酸化鉄の還元に最適な850〜1000℃に
保つことができ、それにより還元速度を速め且
つ還元率も高めることができる。

〈〉流動層の温度を1000℃以下に保つて運転
することができるため、低溶融点灰分を含む低
品位炭を使用することが可能となる。

〈〉流動層排ガスを溶融炉内で還元性ガスに
改質した上で流動層へ再供給しているので、流
動層内の還元成分が増加し、流動層の還元率を
高めることができる。

〈〉上記した〈〉，〈〉等の結果、流動層
における還元率を90％以上とすることができ
る。

〈〉流動層における還元率を90％以上とする
ことができるので、溶融炉における還元量が少
なくて済み、これに伴つて溶融炉に供給する還
元剤の量や熱量や部分酸化剤としてのO₂の量
を少なくすることができ、且つ溶融炉における
溶融時間を短くすることができる。

〈〉溶融炉における還元量が少なくなつて、
供給する還元剤や部分酸化剤としてのO₂の量
が少なくなるので、溶融炉で発生するガスの量
が少なくなり、これにより系外へ捨てるガスの
ほとんどないクローズシステムを構成すること
ができるため、流動層排ガスの熱及び還元成分
を有効に利用することができる。

等種々の優れた効果を発揮する。

〈〉流動層排ガスの一部を高温加熱して溶融
炉に導くようにしたので、流動層排ガスの熱及
び還元成分を有効に利用することができ、炭素
粒体及び酸素の投入量等を大幅に削減すること
ができ、省エネルギー化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の浮遊式直接製鉄法の説明図、第
２図は従来のプラズマスメルト法の説明図、第３
図は従来の液状銑鉄及び還元ガスを発生させる方
法及び装置の説明図、第４図は本発明の直接還元
溶融方法の説明図、第５図は第４図の切出し装置
の他の実施例の説明図である。図中、１は流動炉、２，３，９はホツパ、４は
散気孔、５は散気板、６は漏斗状部、８は溶融
炉、１１はプラズマ発生装置、１７は流動層、１
８は移動層、２１，２２はガス分析装置を示す。

Claims

【特許請求の範囲】１加熱されたガスの雰囲気中に、流動炉上部か
ら投入される炭素粒体を浮遊させて流動層を形成
させ、該流動層内に酸化鉄を通過させて、該流動
層の還元性ガス及びチヤーにより、上記酸化鉄を
還元しつつ還元性ガスを生成させ、次いで前記チ
ヤーにより還元鉄又は半還元鉄の焼結を防止しつ
つ、該還元鉄又は半還元鉄とチヤーとの混合物を
流動炉下部へ導き移動層を形成させ、該移動層よ
り前記混合物を溶融炉に導き溶融又は溶融還元し
て溶融銑鉄を得るとともに前記流動層排ガスを流
動化ガスとして循環利用するプロセスにおいて、
前記流動層排ガスの一部を高温加熱して溶融炉に
導入することを特徴とする酸化鉄の直接還元溶融
方法。２加熱されたガスの雰囲気中に、流動炉上部か
ら投入される炭素粒体を浮遊させて流動層を形成
させ、該流動層内に酸化鉄を通過させて、該流動
層の還元性ガス及びチヤーにより、上記酸化鉄を
還元しつつ還元性ガスを生成させ、次いで前記チ
ヤーにより還元鉄又は半還元鉄の焼結を防止しつ
つ、該還元鉄又は半還元鉄とチヤーとの混合物を
流動炉下部へ導き移動層を形成させ、該移動層よ
り前記混合物を溶融炉に導き溶融又は溶融還元し
て溶融銑鉄を得るとともに前記流動層排ガスを流
動化ガスとして循環利用するプロセスにおいて、
前記前記流動層排ガスの一部を高温加熱して溶融
炉に導入し、該溶融炉に発生した還元性ガスを該
溶融炉から、還元鉄又は半還元鉄とチヤーとの混
合物の通路とは別の通路を通して流動炉へ送る際
に、該流動炉より排出された還元性ガスを所要の
温度に加熱した後混合して850〜1000℃に温度調
節し、該混合ガスにより炭素粒体を浮遊させて、
流動層を形成させるよう循環させることを特徴と
する酸化鉄の直接還元溶融方法。