JPH0246644B2 - - Google Patents

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JPH0246644B2
JPH0246644B2 JP62062811A JP6281187A JPH0246644B2 JP H0246644 B2 JPH0246644 B2 JP H0246644B2 JP 62062811 A JP62062811 A JP 62062811A JP 6281187 A JP6281187 A JP 6281187A JP H0246644 B2 JPH0246644 B2 JP H0246644B2
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JP
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gas
furnace
zone
mixture
natural gas
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JP62062811A
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Matsukusu Rabu Hooru
Jirubaato Kerii Buruusu
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Midoretsukusu Intern Bv Rotsuterudamu Chuuritsuhi Buranchi
Original Assignee
Midoretsukusu Intern Bv Rotsuterudamu Chuuritsuhi Buranchi
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Publication date
Application filed by Midoretsukusu Intern Bv Rotsuterudamu Chuuritsuhi Buranchi filed Critical Midoretsukusu Intern Bv Rotsuterudamu Chuuritsuhi Buranchi
Publication of JPS62263910A publication Critical patent/JPS62263910A/ja
Publication of JPH0246644B2 publication Critical patent/JPH0246644B2/ja
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    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/02—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in shaft furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/20—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases
    • C21B2100/22—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by reforming
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Organic Chemistry (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は一般に直接還元用竪型炉（又は装置）
において高温金属化ペレツトや高温スポンジ鉄の
ような固体状態で金属化鉄を製造する酸化鉄材料
の直接還元に関する。本願明細書に使用している
用語「金属化」とは、金属状態実質的に還元する
こと、すなわち75％以上の金属、一般に製品中の
金属が85％以上であることを意味する。かかる金
属化ペレツトまたはスポンジ鉄は電気アーク炉の
ような製鋼炉への供給材料として適するものであ
る。
従来の技術 クラーク（Clark）らの米国特許第4054444号
は直接還元竪型炉から冷間で排出されたときの直
接還元鉄ペレツトの炭素含量の制御手段を教示し
ている。クラークらの特許において注入されるガ
スはメタン、天然ガスまたは重質炭化水素ガスで
あつて、それに任意であるが直接還元炉からの使
用済のトツプ・ガス（炉頂ガス）を添加すること
ができる。そのガスは炉内の還元ゾーンと冷却ゾ
ーン間のゾーンである緩衝ゾーンに注入される。
クラークらの発明の特徴の１つは炉内の材料が冷
却ゾーンに達する前にその材料を前もつて冷却し
て冷却ゾーン内の必要な冷却を少なくすることで
ある。
最近では、直接還元鉄製品の炭素含量を高める
ための３つの方法が知られている。これらの方法
は全て工業的に実施されている。これらの３つの
方法は、(1)炉のバツスル（bustle）部における還
元ガスの温度を下げる方法；(2)天然ガスを添加す
ることによつてバツスルへの還元ガスのメタンま
たは他の炭化水素の含量を増加させる方法；およ
び(3)天然ガスを炉の下部または排出部へ注入する
方法である。
これらの方法はいずれも直接還元鉄製品の炭素
含量を高めるけれども、いずれの方法も正常な炉
の操作に制約を与える。
還元（バツスル）ガスの温度を下げることは、
世界中の炭接還元プラントの操業における製品の
炭素含量を高めることを示しているけれども、還
元反応が遅くなるためプラントの生産高が減少す
る欠点をもつ。還元ガス温度の低下に伴うこの生
産力の低下は多年に渡るプラント操業の歴史によ
つて実証されてきた。
天然ガスを添加することによりバツスルにおけ
る還元ガスを富化することによる還元ガスの炭素
含量を高めることは、製品の炭素含量を高めるた
めに試みられた。還元ガスに添加した炭化水素は
高い炉の温度で分解して、より多くの炭素を製品
に添加する。
これらの炭化水素の分解は製品に吸収される炭
素と、水素を生成する。その水素は竪型炉を上方
に流れて、さらに余分の還元ガスとして作用して
炉の上部還元ゾーンにおいて酸化鉄を金属化鉄
（又は直接還元鉄）に還元する。炉に添加できる
炭化水素の量は、炭化水素の分解が吸熱反応であ
るために限定される。還元ガス中の炭化水素の過
多は、分解して炭素(c)と水素ガス（H2）を生成
するときに竪型炉における冷却傾向をもたらす。
炉内材料温度の低下は還元ガスと酸化鉄間の還元
反応を緩慢にさせ、結局生産高を下げる。その
上、高温排出／高温ブリケツテイング（HD／
HB）直接還元プラントにおいては、加えられた
冷却は金属化鉄製品のブリケツト化能力に悪影響
を与えるから、その状態は常に回避しなければな
らない。
竪型炉の下部コーン（冷却および排出）領域へ
の天然ガスの注入も直接還元プラントにおける製
品に炭素を添加することを立証した方法である。
冷間製品排出プラントにおいては、これは炭素を
製品に添加する優れた経済的な方法である。それ
は炉の生産高または製品の性質を余り低下させる
ことなく炉の上部還元部分において許容できる冷
却量によつてのみ限定される。製品に添加する炭
素の普通の必要な水準は、環境温度近くで製品を
排出することが望ましいから、炉内の材料を過冷
却する点に達することなく容易に達成できる。
HD／HBプラントにおいては、生産速度および
製品の性質の外に、さらに製品の仕様を満さなけ
ればならない；製品はブリケツトに成形されるた
めに排出時に十分高温でなければならない。高温
排出炉の下部に注入される天然ガスの量を厳しく
限定するのが、この製品の必要条件である。天然
ガスを分解する吸熱反応は炉内の材料を好適なブ
リケツテイングに必要な最低温度以下に冷却する
恐れがある。前述の３つの方法は全て同じ温度制
約を受ける。炉内の還元温度は少なくとも760℃
以上の温度に維持しなければならない。HD／
HB炉の場合には、良好なブリケツテイングを保
証するためには高排出温度（約700℃以上）も維
持しなければならない。高温排出プラントに対す
るこの最終温度の必要性は、製品に必要な炭素を
析出さすためのこれら３つの方法の効果を著しく
妨げる。
発明が解決しようとする問題点 問題点は２つあり、第１は製品に炭素を添加す
ること、そして第２は炉内の材料に対する著しい
吸熱負荷の寄与を回避することである。本発明は
これらの両方の問題点を環境温度で天然ガスを富
化した高温の「吸熱ガス」の混合体を炉の排出ゾ
ーンへ所定量添加することによつて解決する。吸
熱ガスは触媒改質装置において天然ガスと空気お
よび／または酸素との混合体を反応さすことによ
つて生成した熱風改質炭化水素である。本願明細
書における用語「吸熱ガス」は、改質を空気の使
用によつて行う場合は約20〜60％の一酸化炭素
と、残留二酸化炭素と、１％以下の水蒸気および
窒素を含有するガスを含む。一般に得られる吸熱
ガスは約20％CO、40％H2、0.4％以下の残留H2O
蒸気およびCO2、および残り約40％N2を含む。
これら両方の目的の達成は、吸熱ガスと天然ガ
スとのガス混合体が反応熱の見地から平衡な系を
形成することにある。炉に天然ガスのみを添加す
ることの欠点は炉内に冷却をもたらす吸熱の分解
反応である。吸熱ガス／天然ガスの混合体におい
ては、分解反応：2CO(g)＝Ｃ（ｓ）＋CO2(g)に対す
る平衡反応がある（上式の(g)はガス、（ｓ）は固
体を表わす）。これはBoudouard反応である。こ
の反応は吸熱ガス中のCO含量が高いために可能
である。天然ガスの分解による冷却作用のために
炉内の温度が降下し始めると、Boudouard反応
の平衡は炭素の析出を著しく容易にする。
Boudouard反応からの炭素の析出は発熱反応で
ある。従つて、吸熱ガスと天然ガスを適当な割合
に混合することによつて、炉内の吸熱と発熱の平
衡が実現される。天然ガスが分解によつて炉内の
材料を冷却すると、COがCO2と固体炭素に分解
することによつて損失熱を取り戻す。
天然ガスと吸熱ガスの混合体は良好なブリケツ
テイングを保証するのに必要な最低温度またはそ
れ以上の温度で炉の下部コーン（円すい部）に注
入される。この入口の温度は高温吸熱ガスを富化
するために使用する冷却天然ガスの量によつて制
御される。下部コーンへの吸熱ガスと天然ガスの
混合体は高温であるから、プラントの始動中に付
加的な利益を提供する。
吸熱ガスと天然ガスの混合体は、炉の下部コー
ン領域においてより低い温度であるために、富化
バツスル・ガス法よりも多くの炭素を与える。バ
ツスル・ガスの温度は天然ガス中の重質炭化水素
を分解するのに十分高いけれども、その温度は炭
素を析出させるBoudouard反応には高過ぎる。
下部コーン領域における温度はバツスル・ガス温
度より低い。それらはBoudouard反応が炭素の
析出を容易にさせるのに十分冷たいが、混合体の
天然ガス部分の炭化水素を分解さすのに十分暖か
い。この方法をバツスル・ガスを単に天然ガスで
富化する方法よりも良好にさせるのは、下部コー
ンにおけるこの僅かに冷たい環境である。これら
の冷たい温度では、バツスルの温度で実現できな
い二重の炭素の利点がある。
炉内の材料の冷却が生じない混合比での高温吸
熱ガスと天然ガスとの混合体の添加は炉の還元ゾ
ーンに高温の上昇ガスを提供する。天然ガス単独
の添加は下部コーン領域が還元ゾーンの中心部へ
上昇する低温ガスを提供するが、吸熱ガスと天然
ガスの混合体は炉の中心部へさらに高温のガスを
提供する。
問題点を解決するための手段 本発明の主目的は、直接還元炉において炉の操
作に悪影響を与えることなく、高炭素含量の直接
還元鉄製品を製造する方法および装置を提供する
ことである。
また、本発明の目的は直接還元炉の被処理材料
との著しい吸熱反応を回避する手段を提供するこ
とである。
本発明のもう１つの目的は、炉の操作に悪影響
を与えることなく、直接還元炉の冷却および排出
ゾーンに注入するガス混合体を制御する方法およ
び装置を提供することである。
作 用 本発明の方法により、直接還元炉の下部排出領
域（又はコーン）に添加または注入された吸熱ガ
スと天然ガスの混合体は、製品に天然ガス単独よ
りも著しく多い炭素含量を提供する。その混合比
を制御することによつて炉内の材料の冷却を防ぐ
ことができると共に、始動時に本法は炉内材料の
加熱および初期還元相をスピードアツプすること
ができる。本発明は協同作用の結果、すなわちよ
り多くの炭素含量でかつ非冷却の効果を提供す
る。
実施例 図面に示すように、本発明の方法は炉の上部領
域に上部還元ゾーン１２と、炉の中心領域にバツ
スル・ガス導入ゾーン１４と、炉の底部に炭素制
御および製品排出領域１６を有する竪型還元炉１
０を利用する。酸化鉄ペレツトや塊のような他の
材料は重力によつて竪型炉に装入されて、炉内に
微粒酸化鉄を含有する材料、または炉内で溶融さ
れる材料の床を形成する。金属化または還元され
た材料は炉底の出口２０を介して炉から除去され
る。２４で総称するバツスル（Bustle）および羽
口系が竪型炉１０を囲んでいる。高温還元ガスは
バツスル・ガス系内のガス・ポートを介して還元
ゾーンに導入される。高温還元ガスは炉内の材料
の重力移動に対して向流関係で還元ゾーンを内方
および上方へ流通する。還元ガスは炉内の材料と
反応して、炉頂にあるガス取出管３０から排出す
るトツプ・ガス（炉頂ガス）を生成する。
燃料燃焼バーナ（図示せず）と、外部加熱され
る複数の間接熱交換器触媒管３６を有する改質炉
（又は改質装置）３４が高温還元ガスを発生する。
改質装置３４は源Ｇからプロセス・ガスを供給さ
れる。還元ガスは触媒含有管３６から被改質ガス
管３８を通つてバツスルおよび羽口系２４へ流れ
る。
燃料燃焼バーナ（図示せず）と外部加熱される
複数の間接熱交換器触媒管４２を有する第２の触
媒改質炉４０が吸熱ガスを発生する。吸熱ガスは
触媒含有管４２から被改質ガス管４４を通つて高
温ベンチユリ５０へ流れる。ガス管５２はベンチ
ユリ５０と弁５４とを連結する。弁５４は次に管
５６によつて炉１０の下部円すい形部１６へ連接
される。
天然ガス源Ｎはジエツト６０および流量制御弁
６２を内蔵する天然ガス管５８によつて管５６へ
連接される。
本法の電気制御装置は高温ベンチユリ５０およ
び制御弁５４からの信号を受ける流量制御器６
８、天然ガス・ジエツト６０からの信号を受けて
信号を弁６２へ送る流量制御器７０を含む。流量
制御器６８と７０は共に電算機化制御器である比
率ステーシヨン７２へ接続されている。竪型炉の
底部内の熱電対７４は必要ならば比率ステーシヨ
ン７２に接続するが、一般に作業者用の光学読取
り器を備える。ガスの混合点である管５８と連接
する炉側の管５６内の熱電対７６も比率ステーシ
ヨン７２に接続される。炉の近くの管５６にあつ
て比率ステーシヨン接続されるガス分析装置７８
が管５６内のガスのメタン組成を分析する。
操作において、源Ｇからのプロセス・ガス（そ
れは炉の排出口３０からの使用済トツプ・ガスに
することができる）は触媒式改質装置３４内で実
質的にCOとH2に改質される。改質されたガスは
バツスルおよび羽口系２４内へ還元ガスとして直
接導入される。吸熱ガスは、改質装置４０内で天
然ガスと空気中の空気とのガス比が約１／２〜
３／１の混合体を反応させることによつて生成さ
れる。必要ならば、空気の全部または一部を酸素
に代えることができる。さらに、天然ガスの代り
にガス状または液化炭化水素を使用することがで
きる。かく生成された吸熱ガスは、特定の設定点
に流量を維持するために、信号を流量制御器６８
へ送つて高温弁５４を作動さすとろの高温ベンチ
ユリ５０を介して計量される。源Ｎからの天然ガ
スは環境温度で系に供給され、ジエツト６０を通
して計量される。ジエツト６０は流量制御器７０
への信号を発生する。被改質ガス高温ベンチユリ
からの流量信号は流量制御器６８から比率ステー
シヨン７２へ送られる。
比率ステーシヨン７２において、天然ガスの流
量制御器７０の設定点は計算されて制御器７０へ
送信され、実行される。この制御システムによつ
て、改質ガスと天然ガスとの固定混合体比が維持
される。ガス分析装置７８は炉下部コーンに注入
する前のガス混合体のメタン（CH4）の含量を決
定して、このメタンの読取値を比率ステーシヨン
７２へ送る、そしてこの比率ステーシヨンが天然
ガス流量と吸熱ガス流量との比を調節して所望の
メタン含量を与える。
炉１０の製品排出室１６内に配置された熱電対
７４は、ガス混合体注入点を通過後の炉内材料の
温度を記録する。その温度がガス混合体の注入時
に低下し過ぎる場合には、ステーシヨン７２は混
合体中の天然ガスの量を下げるか、或いは炉内へ
の混合体を流量を下げることができる。排出室１
６内の温度が高くなり過ぎる場合は、天然ガスの
流量を増大させるか、又はガス混合体の流量を増
大する、そのいずれもその温度を所望の範囲に低
下させる。ステーシヨン７０は、熱電対７６によ
つて記録された混合体の温度に従つて、いずれの
コースにすべきか、すなわち混合体比を変える
か、或いは混合体比の流量を変えるかを決定す
る。天然ガスの添加量が少なくなると、この温度
は高温吸熱ガスの温度に近づき、配管を介した固
有の熱損失を少なくする。製品排出室内の熱電対
の示す温度の急上昇はCO反応の多過ぎることを
示す、その場合には炉内材料の局部的過熱を防ぐ
ために天然ガスの流量を増す必要がある。
発明の効果 以上の記載からわかるように、本発明は、メタ
ンを吸熱的に分解させて炭素を生成するか、また
は一酸化炭素を発熱的に解離して炭素を得ること
により、竪型炉の排出部内の吸熱反応と発熱反応
とを釣り合わすことによつて直接還元鉄の冷却問
題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の操作及び装置を示す模式的フロー
シートである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 上部還元ゾーン、中間還元ゾーン、下部の炭
    素制御および製品排出ゾーン、竪型炉の両端の中
    間部に還元ガスを導入する手段、炉底から金属化
    製品を取り出す手段、および炉頂から反応した炉
    頂ガスを除去する手段を備えた竪型還元炉におい
    て、 プロセス・ガス源； 第１の触媒を含有する改質炉； 該改質炉にプロセス・ガスを導入する手段； 前記改質炉のガス出口とプロセス・ガス導入手
    段とを接続する第１の導管； 第２の触媒を含有する改質炉； 該第２の改質炉へ空気とガス状炭化水素の混合
    体を導入する手段； 前記第２の改質炉のガス出口と竪型炉の炭素制
    御および製品排出ゾーンとを接続する第２の導
    管； 天然ガス源； 前記天然ガス源と前記第２の導管とを接続する
    第３の導管；および 前記第２の改質炉および前記天然ガス源から前
    記製品排出ゾーンへ導入されるそれぞれのガス量
    を制御する手段； からなることを特徴とする竪型還元炉。 ２ 前記第２の導管が高温ベンチユリと、第１の
    流量制御弁と、該高温ベンチユリによつて発生さ
    れた信号に対応して前記第１の弁を調節する手段
    を内蔵することを特徴とする特許請求の範囲第１
    項に記載の装置。 ３ 前記第３の導管がジエツトと、第２の流量制
    御弁と、前記天然ガス・ジエツトによつて発生さ
    れた信号に対応して前記第２の弁を調節する手段
    を含むことを特徴とする特許請求の範囲第２項に
    記載の装置。 ４ 前記第１の弁および第２の弁を調節する手段
    が流量制御装置であることを特徴とする特許請求
    の範囲第３項に記載の装置。 ５ 前記流量制御装置が計算機制御の比率ステー
    シヨンに接続されていることを特徴とする特許請
    求の範囲第４項に記載の装置。 ６ さらに、前記第２の導管と前記製品排出手段
    の高さとの間の前記竪型炉の製品排出部内の熱電
    対からなることを特徴とする特許請求の範囲第１
    項に記載の装置。 ７ さらに、前記第２の導管内にあつて内部のガ
    スを分析する手段からなることを特徴とする特許
    請求の範囲第１項に記載の装置。 ８ さらに、前記第２の導管と第３の導管との交
    差点の直下にあつてガスの温度を測定および報告
    する手段からなることを特徴とする特許請求の範
    囲第１項に記載の装置。 ９ 上記還元ゾーンと下部製品排出ゾーンを有す
    る実質的に竪型の炉の内部に微粒酸化鉄を導入し
    て炉内に溶融される材料を提供し； 前記冷却ゾーンの底部から前記材料の一部を除
    去して、該材料の重力降下をもたらし； 前記炉の還元ゾーンに高温還元ガスを導入し
    て、前記降下材料と反応させて被反応炉頂ガスを
    生成させ； 前記竪型炉の製品排出ゾーンに、(a)ガス状炭化
    水素、酸素、空気または空気の混合体との混合体
    を反応させることによつて触媒改質装置に生成さ
    れた高温被改質吸熱ガスと；(b)冷却天然ガスとの
    混合体を導入し；そして 前記混合体の各成分の前記製品排出ゾーンへの
    ガス流入量を変化させることによつて、金属化鉄
    ペレツト製品の炭素含量を制御する工程からなる
    ことを特徴とし、炉内の降下移動をする酸化鉄材
    料に対して高温還元ガスを向流で流通させること
    によつて生成された高温金属化鉄ペレツトの炭素
    含量を制御する方法。 １０ 前記高温還元ガスはメタン、天然ガス、直
    接還元炉の還元ゾーンからの反応炉頂ガス、およ
    びそれらの混合体からなる群から選んだ触媒的に
    改質されたガスであることを特徴とする特許請求
    の範囲第９項に記載の方法。 １１ 前記吸熱ガスは天然ガスと熱風の混合体を
    反応させることによつて生成されることを特徴と
    する特許請求の範囲第９項に記載の方法。 １２ 酸化鉄がガス状還元剤と反応する上部還元
    ゾーンと、炭素の制御および製品の排出をする下
    部ゾーンを有する竪型炉の内部に微粒酸化鉄を導
    入して炉内に溶融される材料の充てん床を提供
    し； 前記下部ゾーンから前記材料の一部を除去し
    て、該材料の重力降下をもたらし； 前記還元ゾーンにおける降下材料に高温ガス状
    還元剤を導入して、前記材料と反応させて金属化
    鉄製品と被反応炉頂ガスを生成させ； 前記炉頂から前記炉頂ガスを除去して、前記降
    下材料を流通する前記還元ガスの向流を提供し； 前記竪型炉の製品排出部に、(a)天然ガスと熱風
    の混合体を反応させることによつて触媒改質装置
    に生成された高温、改質二酸化炭素含有吸熱ガス
    と、(b)冷却天然ガスとの炭化水素ガス混合体を注
    入することによつて、混合体の成分を適当な割合
    に混合させて炉排出部内の吸熱反応と発熱反応と
    を平衡させることにより決定された混合体の炭素
    ガス含量に、金属化鉄ペレツト製品の炭素含量を
    対応させる工程からなることを特徴とする竪型炉
    における高温、炭化、金属化鉄製品の製造方法。 １３ 前記吸熱ガスは空気中で空気と天然ガスと
    を２／１〜３／１のガス比で反応させることによ
    り生成されることを特徴とする特許請求の範囲第
    １２項に記載の方法。
JP62062811A 1986-03-21 1987-03-19 竪型直接還元炉における高炭素含量還元鉄を製造する方法および装置 Granted JPS62263910A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US842513 1986-03-21
US06/842,513 US4702766A (en) 1986-03-21 1986-03-21 Method of increasing carbon content of direct reduced iron and apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62263910A JPS62263910A (ja) 1987-11-16
JPH0246644B2 true JPH0246644B2 (ja) 1990-10-16

Family

ID=25287498

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