JPH0159328B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は鉄鉱石を直接気体還元してスポンジ鉄
を製造する方法に関し、そしてより詳細には本発
明は、それがまだ比較的高温であるうちにブリケ
ツテイング（briquetting）するためおよび／ま
たはそれを熱い状態で直接調質炉または溶融装置
等に供給するために所定の浸炭度を有する熱スポ
ンジ鉄を製造する改良された方法に関する。 立て軸形移動床還元反応装置を組込んだ代表的
な気体還元システムは米国特許第3765872号、第
3770421号、第3779741号、および第3816102号中
に開示されている。この種のシステムにおいて、
その鉄鉱石の還元は天然ガスおよび水蒸気の混合
物についての接触改質により得られる、大部分が
一酸化炭素と水素から成る還元ガスによつて行わ
れるのが普通である。この種システムは、立て軸
形反応装置の上部に還元帯域を、そしてその下部
に冷却帯域を有する立て軸形反応装置を含んで構
成されるのが典型的である。還元すべき鉱石は反
応装置の頂部に供給され、そしてそれを通過して
下方へ流れるが、最初に還元帯域を通過し、そこ
では熱還元ガスと接触させられ、次いで冷却帯域
を通過するが、そこでは反応装置の底部から除去
される前にガス状冷却剤によつて冷却される。還
元帯域からの流出ガスはそれから水を除去するた
めに冷却され、そして殆どの場合冷却された流出
ガスの大部分は再加熱され、そして還元帯域へ再
循環される。同様に、冷却帯域から抜き出された
冷却用ガスの少なくとも一部は通常冷却され、か
つ冷却帯域へ再循環されてスポンジ鉄を冷却する
か、あるいは周囲温度を遮断する。反応装置はそ
の下端に、該反応装置からの冷却したスポンジ鉄
の排出を制御するための或る手段、たとえばロー
タリ吐出し弁、振動シユート、コンベヤベルト等
を備えている。 製鋼において使用されるべきスポンジ鉄は１％
乃至４％の炭素を望ましくは含有しており、好ま
しいのはそれが炭素原子、たとえば煤であるより
も炭化第二鉄の形状であることである。或る量の
浸炭は上記したタイプの反応装置の還元帯域内で
生ずるが、大部分の所要浸炭は冷却帯域内で予め
遂行されている。 たとえば、補給還元ガス源として米国特許第
4370162号中に示されたタイプの非化学量論的リ
フオーマー（reformer）を使用したとき、還元
帯域中のスポンジ鉄の浸炭が約0.5％を超えるこ
とはないようである。スポンジ鉄をして、たとえ
ば炭素２％までとするのに必要とされる付加的な
浸炭は、天然ガスの形態であつてよいメタンを冷
却用ガスであつて、該反応装置の冷却帯域中を循
還しているものに導入することにより達成されて
いた。 屡々、高温のスポンジ鉄を排出して、製鋼炉へ
直接送り出すこととか、熱スポンジ鉄を直ちに使
用できないときに溶融装置へ、あるいはこの種反
応装置内で生成された熱スポンジ鉄をブリケツテ
イングするための機械に送り出すことが望まし
い。ブリケツト（briquette）形状の直接還元鉄
は、それがより多孔性で、砕け易く、かつより小
さいスポンジ鉄粒子形状である場合よりもその処
理および輸送がより容易である。更に、スポンジ
鉄のブリケツテイングは、大気に触れて貯蔵され
た場合に鉄が再酸化される傾向を減少させる。し
かし、上記したように従来の反応装置はスポンジ
鉄を大気温度またはその近傍の温度で送り出す。
このような低温においてブリケツテイングするこ
とによる生成物の高密度化は、達成するのが困難
であり、高圧を必要とし、砕け易い生成物および
望ましくない微粉の高い割合のものを生成し勝ち
である。実用上の事項として、スポンジ鉄は、受
容可能な物性を有するブリケツトを生成するため
に比較的浸炭温度に近いものであるべきである。 より具体的に、スポンジ鉄のブリケツテイング
は好ましくは約700℃を超えて行われるべきであ
る。スポンジ鉄の殆どのタイプのものに関してこ
の温度以下では、典型的に必要とされる圧力が高
過ぎ、その結果ブラケツテイング装置の摩耗が過
度なものとなる。更に、スポンジ鉄を適切に高密
度化することが困難になり過ぎる。密度が少くと
も５ｇ/cm³を有するブリケツトが取り扱いの便利
さ並びに不動態化（passivation）に関して望ま
しい。密度の高いブリケツトは露出表面、より低
い気孔率を減少させ、そして破砕ならびに微粉生
成をより少なくさせる傾向を有する。 熱ブリケツテイングに適切な温度、典型的には
600゜乃至800℃におけるスポンジ鉄の製造は、全
く高温において従来の反応装置の冷却帯域を作動
させるという問題ではない。上に指摘したよう
に、反応装置の冷却帯域は冷却作用ならびに浸炭
作用の双方を遂行するものであり、流量の適切な
バランス、冷却用ガスの適切な組成および温度が
維持されねばならず、その結果この二元作用が達
成されるものである。従来用いられた反応装置の
作動条件では、熱ブリケツテイングに関する最適
温度ならびに所望浸炭度双方を満足するスポンジ
鉄の製造は不可能であつた。 従つて、本発明の目的は所定の浸炭度および金
属化を伴う熱スポンジ鉄を製造する改良された方
法を提供することにある。 本発明の他の目的は熱ブリケツテイングに関し
望ましい特性を有するスポンジ鉄を製造する方法
を提供することにある。 別の本発明の目的はブリケツトしたスポンジ鉄
を製造する改良された方法を提供することにあ
る。 本発明の他の目的はある程度明らかであろう
し、また幾分は以下に指摘するものとする。 本発明は、従来の非化学量論的リフオーマーを
補給ガス源として使用する場合、天然ガスの形態
であつてよいメタンの所定の流れを還元ガスであ
つて、還元帯域内のスポンジ鉄の十分な所望浸炭
を遂行することが可能であるという本出願人の発
見に基づくものである。本発明の実施に際して粒
状鉄鉱石を、垂直に整列された移動床反応装置で
あつて、還元ガスループの部分を形成し、これを
経由して還元ガスを循環する従来の還元帯域を備
えるものに供給する。 還元ガスは、それが還元帯域中に入る前に加熱
され、かつ冷却され、そしてそれが還元帯域を去
つた後、脱水（かつ好ましくは二酸化炭素により
浄化）される。適当な供給源、たとえば接触リフ
オーマーからの補給ガス流であつて、大部分が一
酸化炭素と水素からなるものがループに供給され
る。本発明によれば、還元帯域内で生成する浸炭
の量は、メタンまたは天然ガスの別な流れを還元
ガスループに供給することにより増加せしめられ
る。メタンはリフオーマーからの従来の補給ガス
流およびループに供給された混合物と混合しても
よく、あるいはそれを別にループに添加してもよ
い。 生成物スポンジ鉄中の浸炭度は、還元帯域に加
えられたメタンの量によつて直接変化するので、
本発明によればメタンの流れを調整することによ
りスポンジ鉄生成物中の所望浸炭度の達成が可能
であることが更に見出された。必要な浸炭が全て
還元帯域内で行われるので、それが、たとえば調
質炉または溶融装置に直接供給されるか、中間貯
蔵用にブリケツトとされるかに従つて、スポンジ
鉄はそれか還元帯域を去て行く温度において使用
することもできるし、それとは関係なく制御可能
な温度に冷却することもできる。この方法を利用
する際の代表的なスポンジ鉄生成物温度は、600゜
乃至900℃のオーダーのものである。 鉄鉱石の直接気体還元のための還元システムに
対しメタンを供給することに関する一般的なアイ
デアは従来技術中に開示されているが、還元ガス
ループにメタンの制御可能な流れを添加して、還
元帯域内で達成すべき全ての所望浸炭を行わせ、
そして十分に浸炭した高温スポンジ鉄を反応装置
から除去させることは新規であると考えられる。
例えば、米国特許第4054444号は反応装置システ
ムを開示しており、そこではメタンまたはメタン
と冷却された上部ガスとの混合物が還元帯域下方
の緩衝帯域中に導入され、そして冷却帯域からの
上方へ流れるガスと混合されている。添加された
メタンは、該特許中で教示されるように吸熱性で
あり、従つてスポンジ鉄を冷却する反応によつて
衝緩帯域中の一酸化炭素および水素に関して改質
される。従つて、この先行技術方法は本出願人の
方法によつては達成可能である、十分に浸炭した
熱スポンジ鉄を生成することができない。 米国特許第4439233号、還元ガスループを備え、
これに対してメタンとプレフオームした補給ガス
の双方を添加する還元システムを開示している。
しかしながら、このシステムにおいては、ループ
が化学量論的リフオーマーを組込んでおり、そし
てメタンはその中における改質についてリフオー
マーに関し、供給ガスに対してのみ添加されるも
のである。従つて、そこにはループを経由し、還
元帯域へ制御可能に供給されて、還元帯域中の浸
炭量を調整するメタンの流れは存在しない。更
に、該特許中には浸炭制御についての教示は全く
見られない。 本明細書および添付図面中に、本出願人は本発
明の数個の好ましい実施態様を記載し、かつ各種
の代替およびそれらに対する変形を示唆したが、
これらは検討し尽くされることを意図するもので
はなく、多くの変化および変形を本発明の範囲内
で行い得るものであることが理解されるべきであ
る。本明細書の示唆は、他の当業者が本発明およ
びその原理をより十分に理解し、そしてひいては
それを変形することができ、かつ色々な形態で例
示することが可能で、そのそれぞれを特定使用の
条件に最も良く適合させるために、例示の目的に
関して選択かつ包含されるものである。 図面を参照すると、符号１０は一般に立て軸形
反応装置を示し、これはその上部に還元帯域１２
を有している。還元すべき鉱石は仕口１４を介し
て反応装置の頂部に入り、そして帯域１２内の熱
還元ガスによりスポンジ鉄に還元される。まだ熱
いにも拘らず、スポンジ鉄生成物は従来の吐出し
弁１６（高温使用に適合させたもの）を経由して
反応装置を去り、そしてこれは従来のブリツテイ
ング装置１８によつてブリケツトにされる。 図面の左方部を参照すれば、鉱石を還元する還
元ガスは、水蒸気と天然ガス（主としてメタン）
とから成る混合物を大部分が一酸化炭素および水
素から構成される還元ガスに接触転化させること
によりリフオーマーユニツト２０内で知られた方
法により生成される。このリフオーマーは、スタ
ツク２６と連通する加熱室２４内に配置された触
媒充填チユーブ２２から成るバンクを含んで構成
される。この触媒チユーブは、バーナー２８によ
り加熱され、そしてスタツク２６を経由してリフ
オーマーを去る燃焼性生成物によつて外部的に加
熱される。 水蒸気／メタン混合物を生成するための水蒸気
はパイプ３０を介してシステムに入り、そして触
媒チユーブ出口ガスと熱交換関係をもつて熱交換
器３２を通過し、次いでパイプ３４を通過してス
タツク２６内のコイル３６に達し、そこで更に加
熱される。スタツク２６を去つた直後に、その水
蒸気はパイプ３８を経由してシステムに入るメタ
ンと混合される。水蒸気／メタン混合物はスタツ
ク２６内のコイル40中で加熱され、そしてパイプ
４２を通過して触媒チユーブ２２に至り、そこで
上記したように一酸化炭素および水素に転化され
る。天然ガス中に含まれた他の炭化水素もまた、
同時に改質される。このようにして生成された還
元ガスは、その熱の一部を熱交換器３２中に入つ
て来る水蒸気に付与し、次いでそれは冷却器４４
内の急冷によつて脱水され、そこから流量調節計
４６を通過して補給ガス供給パイプ４８に至る
が、これは今や説明すべき図面の右方部分におけ
る還元ガスループに導くためのものである。 ここに示す一般的なタイプの鉱石還元システム
において、反応装置の還元帯域を通過する還元ガ
スの可成りの部分を再循環させることが慣用的で
ある。還元帯域１２を去る使用済みガスは、この
ようにしてパイプ５０を経由してループ内に流入
し、急冷装置５２に達し、そこで冷却かつ脱水さ
れ、次いでパイプ５４を介してコンプレツサー５
６に至る。再循環ガスの一部は、背圧調整装置６
０を含むパイプ５８を経由してループから引き出
され、そして貯蔵の適切な地点へ移されるか、燃
料等として使用されるか、あるいは大気中へガス
抜きされる。背圧調整装置６０は反応装置１０な
らびに関連装置を所望圧力に維持するために役立
つものである。除去された部分が還元ガスループ
内の窒素の蓄積あるいは他の不所望ガスの過剰量
を阻止する。 ブロアー５６からの排出によつて、再循環ガス
はパイプ６２、二酸化炭素除去ユニツト６４、パ
イプ６６、ヒーター７０のコイル６８、そしてパ
イプ７２を順次通過するが、前記ヒーター７０に
おいては、前記ガスが好ましくは温度約900℃乃
至950℃に加熱され、また前記パイプ７２は熱還
元ガスを帯域１２の底部に導いて還元ガスループ
を完成させる。図示のように、リフオーマー２０
からの新鮮な還元ガスはパイプ４８を経由してパ
イプ６６に至り、そこで再循環ガスと混合され、
そしてこの混合ガスは反応装置の帯域１２に供給
される以前にヒーター７０内で加熱される。 本発明に従つて、メタンまたはメタン含有ガス
は還元ガスループ内に導入される。このようにし
て、パイプ３８を通過する天然ガスの一部は調整
弁７６を備えるパイプ７４を経由してわきへ逸ら
され、そしてパイプ４８に送られる。リフオーマ
ー２０からの補給ガスとの混合物中の添加メタン
はパイプ６６中の再循環ガスと組み合わされ、そ
して得られた混合物がパイプ７２を介して還元帯
域１２へ供給される前に、ヒーター７０のコイル
６８中で加熱される。採用される還元ガス供給温
度は、直接還元法に関して、たとえば850℃乃至
950℃が慣用的である。 上に指摘したように、生成物スポンジ鉄の浸炭
量は添加するメタンの量により直接的に変動する
ことが判明している。しかし、この関係を正確に
特定することが可能であるとは理解されていな
い。それは厳密な比例関係を有するものではない
し、また処理される鉱石の性質ならびに反応装置
における操業条件のようなフアクターの関数とし
て変動するものだからである。本発明により得る
ことができる結果を例示するために、異なつた浸
炭度を有するスポンジ鉄生成物を生成した条件の
組をもつて以下に実施例を示す。 実施例 １ 金属化92.1％、炭化第二鉄として炭素含有量
0.63％、全鉄含有量93.4％および吐出し温度750
℃を伴うスポンジ鉄生成物を反応装置内で生成す
るが、この場合還元ガスの入口温度は775℃、そ
して流出ガス温度は450℃であつた。F1乃至F7と
固定される７種類のガス流の流量と組成を以下の
第表中に示す。これら７種類の流れの位置は図
面上に示す。 表中、ガス流は生成したスポンジ鉄の標準立法
メートル／メートルトンにより表される。ガス組
成はモル百分率で示される。

【表】 実施例 ２ 金属化93.1％、炭素含有量2.31％、全鉄含有量
92.6％および吐出し温度750℃を伴うスポンジ鉄
生成物を、還元ガス温度775℃をもつて供給され、
かつ流出温度440℃である反応装置内で生成した。
７種類のガス流F1乃至F7の流量および組成を以
下に示す。

【表】 実施例 ３ 炭素含有量1.8％および吐出し温度800℃を伴う
スポンジ鉄生成物を、供給ガス温度925℃および
流出ガス温度430℃を有する反応装置内で生成し
た。ガス流F1乃至F7の流量および該ガス流のい
くつかのものの組成を以下に示す。

【表】 前述の記載から、本発明がブリケツテイングに
適した温度で所定、所望の浸炭度を有するスポン
ジ鉄を製造するための能率の良い、効果的な方法
を提供するものであることが明白である筈であ
る。本発明はまた、製鋼炉、溶融装置等に直接供
給するための適切に浸炭したスポンジ鉄を900℃
のオーダーの温度で製造するために利用すること
もできる。本発明のより広い特徴の一つにおい
て、その他の浸炭源、たとえばガス化装置ガス、
プロセスガス、粉末木炭、低級炭化水素ガス等
を、メタンまたは天然ガスの代わりに、あるいは
それに加えて使用してもよい。 パイプ７４からの浸炭ガスは、CO₂除去ユニツ
ト６４およびヒーター７０間の第一ガス流のルー
プ中に供給され、混合され、あるいは混合されな
いのが最適である。広く考えれば、この供給は
CO₂除去ユニツトに先行して、冷却した第一ガス
流に対して可能である（それはF1およびF7が現
存するCO₂を伴うからである）。しかしながら、
このことはCO₂ユニツトの寸法ならびにコストを
増加させることになり、しかも微量の付加的CO₂
の除去によつては十分なコスト的利益が得られな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の好ましい実施態様（ここで
は、熱ブリケツテイングに関して用いられる）を
実施するために使用可能な装置を線図的に示して
おり、ここにおいて天然ガスの調整された流れが
還元ガスループ内へ導入されて、スポンジ鉄生成
物の所望浸炭を生成するものである。 符号の説明 １０…立て軸形反応装置、１２…
還元帯域、１８…ブリケツテイング装置、２０…
リフオーマーユニツト、２４…加熱室、３２…熱
交換器、４４…冷却器、６４…二酸化炭素除去ユ
ニツト、７０…ヒーター。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 還元すべき鉱石を下記還元帯域の上部に供給
   する工程と、大部分が一酸化炭素と水素から成る
   第一のガス流を下記還元ガスループを経由して循
   環させる工程と、前記第一のガス流を、それが前
   記還元帯域中に入る前に加熱し、かつそれが前記
   還元帯域を去つた後に冷却および脱水する工程
   と、補給ガスとして前記ループに、第二のガス流
   であつて、前記還元帯域のための一酸化炭素およ
   び水素源としてその大部分が機能するものを供給
   する工程とを含んで成り、それを経由して還元ガ
   スが循環する還元ガスループの部分を形成する還
   元帯域を備える垂直に整列された移動床反応装置
   内で高温において粒状鉄鉱石からスポンジ鉄を製
   造する方法において、大部分がメタンから成る第
   三のガス流を送り込んで前記ループに対し、該メ
   タンを実質的に改質されていない還元帯域中へ導
   入し、そしてこのように入手し得るものが前記メ
   タンをして前記還元帯域においてスポンジ鉄を浸
   炭させるようなやり方で供給する工程と、前記還
   元帯域に対するメタンの流れを調整して前記スポ
   ンジ鉄中の所定浸炭度を維持する工程と、所定の
   度合いに浸炭させた熱スポンジ鉄を前記反応装置
   から取り出す工程とを特徴とする方法。 ２ 更に、大部分が一酸化炭素と水素から成る改
   質ガスであつて、前記第二のガス流を構成するも
   のを生成させる工程を含んで成る特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ３ 前記第二および第三のガス流が混合され、次
   いでそれらが前記冷却した第一のガス流に供給さ
   れる特許請求の範囲第１項または第２項記載の方
   法。 ４ 前記第二および第三のガス流が別々に前記冷
   却した第一のガス流に供給される特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の方法。 ５ 前記第三のガス流が天然ガスである前記特許
   請求の範囲のいずれかに記載の方法。 ６ 前記第三のガス流が、スポンジ鉄の0.5％乃
   至4.0％の浸炭を生成する割合で前記ループに対
   し供給される前記特許請求の範囲のいずれかに記
   載の方法。 ７ 反応装置から取り出された熱スポンジ鉄がブ
   リケツトになつている前記特許請求の範囲のいず
   れかに記載の方法。 ８ 反応装置へ供給したとき、前記第一のガス流
   のガス温度が850℃乃至950℃である前記特許請求
   の範囲のいずれかに記載の方法。 ９ 更に、前記冷却した第一のガス流から二酸化
   炭素を除去する工程を含んで構成される前記特許
   請求の範囲のいずれかに記載の方法。 １０ 反応装置から除去された熱スポンジ鉄が、
   温度600℃乃至800℃でブリケツトとされる特許請
   求のいずれかに記載の方法。