JPH037723B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属酸化物の直接精錬方法およびそ
の装置に関し、とくに鉄鉱石粉から精錬した鋼相
当の溶融金属を直接製造する好適な技術であつ
て、鉄などの金属の乾式製錬に際し炭材乾留を同
時に起させて、タールや高カロリーガスを回収す
る一方で、その自生ガスの循環使用を図つてエネ
ルギーの節減を達成する有利な技術について提案
する。

従来鉄鉱石などの金属酸化物から溶鉄を得る方
法として各種の技術が研究されているが、今後予
想される資源、エネルギーおよび環境などからの
制約に対処するために新しい直接精錬法の開発が
強く望まれている。

酸化鉄または各種の金属酸化物を含有する鉱石
の形状は、塊状のものが減少し、粉状のものが増
加する傾向にある。この傾向は低品位鉱石の品位
を向上させるために行う浮選、磁選などの選鉱処
理によつて、今後ますます増加することが予想さ
れている。現在、稼動中の多くの製錬炉は、原料
として塊鉱石または事前処理による塊成化鉱石を
必要としており、上述した粉状鉱石はペレツト、
焼結鉱、ブリケツトなどに塊成化されて使用され
る。塊成化には溶剤、結合剤などの余分の原料、
および燃料や動力などの余分なエネルギーを必要
とする。さらに、熱間塊成化のために焼成炉を用
いる場合にはNOx，SOxおよびダストの発生を
伴い、これらがそのまゝ放散されれば大気汚染の
原因となるので、その防止設備建設が必要であ
り、これには多大の費用がかかる。

他方、粉状鉱石を直接使用できる技術として、
流動層を用いる焙焼または還元技術が一部で実用
化している。しかし、生成した粉状の予備還元物
を電炉、転炉その他の溶解炉に使用するには、バ
インダーを添加しブリケツトなどに塊成化しなけ
ればならない。これに対し、アーク炉やプラズマ
を利用して粉状のまゝ使用する方法も提案されて
いるが、電力消費量が莫大で、我が国のように電
力コストの高い地域では、国際競争力に劣るとい
う欠点があつた。

また、従来技術の中に還元および溶融に必要な
熱量として電気や純酸素を用いずに、主に空気を
用いてコークスを燃焼させ、その燃焼熱を利用す
る方法がある。例えば鉄、ニツケル、銅などの製
錬用溶鉱炉は、この方法を用いている。特に、製
鉄用溶鉱炉は操業技術の進歩と炉の大型化によつ
て製錬炉として非常に効率が良いことで知られて
いる。しかしこの製鉄用溶鉱炉は高いシヤフト炉
であり、炉内の通気性を確保するために、前述の
ような塊鉱石または塊成化鉱石が必要であるとと
もに、塊状鉱石とコークスを炉内に層状に堆積さ
せるので、強度の高いコークスを必要とする。強
度の高いコークスを製造するためには、原料炭と
して資源的に将来不足が予想され、価格が高い強
粘結炭を必要とする欠点があつた。

本発明は、上述した従来の製錬・精製と経る順
次処理による精錬する技術の問題点を克服するこ
とを目的として開発した技術であつて、最初の予
備還元工程では炭材の乾留をあわせて行うこと、
そして、次の工程では単一の反応器で溶融と還元
ならびに酸化の精錬を一挙に行い、加えて第１の
工程で生成する反応生成物の排ガスおよびチヤー
はそれぞれ有価回収物あるいは次の溶融精錬工程
の還元剤として使い、自生循環ガスを最大限利用
することによつて、エネルギーの節約と鉱石原料
から直接精錬金属を得るようにした技術について
提案する。

以下に本発明の構成の詳細について好適実施例
である鉄鉱石の乾式製錬の例で図面をもとに説明
する。

図示のＡは乾留・予備還元槽で、これは上室
A₁と下室A₂とに多孔分離板１を介して区画され
ている。その内部には供給口２を通じて石炭など
の粉状の炭材を装入し、供給口３からは金属酸化
物としての鉄鉱石を装入し、供給口４からは鉄鉱
石用フラツクスや炭材用脱硫剤などの反応助勢剤
を装入する。一方、こうした原料の装入に対し、
該乾留・予備還元槽の下室A₂には、後述する自
生循環させる高温還元ガスを導入する。その結
果、吹込んだ高温還元ガスが多孔分離板１を経て
浄昇すると、上記粉状の炭材、金属酸化物、添加
物に接触して、これらを炭材の乾留に適当な500
〜700℃の温度域で流動させる。この流動化作用
によつて、きわめて粘着し易い石炭などの炭材が
一定温度域で混合、急速加熱され、乾留反応が円
滑に進行するようになる。

なお、炭材の乾留に関してそれが有効におこり
始めるのは、500℃前後でありそれ以下の温度で
は、反応効率が低下する。これに対し700℃以上
の反応温度で乾留を行なうことも可能であるが、
炭材中のタール成分が揮発してガス状態となるか
ら、液状タールの形で分離装置にて有効に回収す
るためには、700℃以下が望ましい。それは700℃
以上の反応温度になると、液状タール成分が分解
して炭化水素ガスに転化する割合が増加するため
である。

石炭などの炭材中の揮発分は、上記温度域で乾
留されると、タール、水素、メタンなどを含有す
る乾留ガスを発生し、このガスを上室A₁からの
排出口５よりとりだし、セパレーター６で液状タ
ールを分別して回収する一方、残りの排出ガスを
脱硫装置などを含む精製装置７を通じて、回収す
る。その回収ガスは、水素、一酸化炭素、炭化水
素ガスなどを含有し、クリーンな燃料ガスとし
て、また鉱石用還元ガス、化学工業用原料ガスな
どとして有効に利用できる。勿論後述する溶融還
元装置に供給する高温の空気の加熱源として利用
することも可能である。また、回収タールは別途
精製などの処理に廻して化学工業用原料とする。

なお、上述の槽内反応には蒸気を添加してもよ
い。

上室A₁での上述した乾留によつて揮発分が除
去された残渣（チヤー：石炭乾留の際に得られる
残留物）は、予熱された鉄鉱石の予備還元粒およ
びフラツクスとともに下室A₂に移動するが、そ
の過程で前記鉄鉱石は下室からの還元ガスならび
に乾留ガスによつて流動化しながら還元反応を起
して予備還元物を生成する。この予備還元状態の
金属酸化物（海綿鉄）は、石炭などの炭材の乾留
反応に対して、触媒的な機能を発揮し、乾留反応
が円滑に、しかもより収率高く進行させるのに有
効である。また、該乾留・予備還元槽での反応で
は炭材中の硫黄などが、乾留ガス中に移行するた
め、石炭などの粉状の脱硫剤を添加物として供給
しているが、このことによつて乾留ガス中の硫黄
をきわめて有効に吸収できるため、発生ガス処理
用精錬装置６の負担を軽減できる。

また、この乾留・予備還元槽Ａ内反応において
脱硫剤として用いられる石灰は、金属酸化物の溶
融を容易にするためのフラツクスの成分としても
有効に用いられるものであるが、ここでは上室
A₁における乾留排ガスの脱硫、後述する溶融還
元槽Ｂにおける易溶融のためのフラツクスとし
て、また金属酸化物、チヤー中の硫黄をスラグと
して捕集するといいう複数の機能を有するもので
あり、石灰利用法として本発明の構成はきわめて
効果的である。

以上説明したように、該乾留・予備還元槽の上
室においては、金属酸化物、炭材、添加物を500
〜700℃の温度域で同時に流動化させることが本
発明の特徴のひとつである。

次に、前述のように乾留・予備還元槽Ａにおい
て生成した500〜700℃の粉状生成物は、チヤー、
予備還元金属酸化物、添加物であり、上述した多
孔分離板２を通して下室A₂に移行する。下室A₂
には、溶融精錬槽Ｂの高温の排出ガスの一部ない
しは全部を、、必要に応じて、添加される前記乾
留・予備還元槽での排出ガスの一部と混合して、
ガス導入口８より導入し、該下室A₂内に移つて
いる粉状生成物を流動化させるとともに、これら
を800〜1200℃に予熱する。ここでの反応温度は
1200℃以上になると、石炭などの炭材中の灰分あ
るいは予備還元生成物の一部が溶融、粘着しはじ
めるケースが多く、該乾留・予備還元槽Ａでのト
ラブルの原因となる。しかし、溶融精錬槽Ｂで溶
融ならびに還元反応をすみやかに行わせるために
は、乾留・予備還元槽Ａでの予熱温度は高いほど
望ましい。

かかる下室A₂内への予備還元用導入ガスは、
後述する溶融精錬槽Ｂから発生する高温の排出ガ
ス中の主として一酸化炭素、ならびに前記乾留・
予備還元槽Ａの上室排ガス中の水素、炭化水素と
の高温混合ガスであり、それらの強力な還元作用
によつて上室における場合以上に鉄鉱石の予備還
元が進行し、例えば金属酸化物の種類などに応じ
てその還元率は30〜90％に及ぶ。要するに下室
A₂での反応は、溶融精錬槽Ｂ排出ガスの顕熱の
回収と、還元能力または上室A₁排出ガスの還元
能力を組み合わせて利用するものである。

前述のようにして生成した予備還元ならびに予
熱された金属酸化物、反応助勢剤およびチヤー
は、十分に混合された状態で、予備還元生成物排
出口９、輸送管１０、予備還元生成物導入口１１
を通じて溶融精錬槽Ｂに給送される。輸送管１０
中には、輸送量制御のための弁などの制御装置１
２が設置され、溶融還元反応の進行に応じて、機
能させることができる。

予備還元生成物導入口１１より該還元精錬槽Ｂ
に搬送された800〜1200℃に予熱されたチヤーは、
前記上室A₁から得られる排ガスなどを加熱源と
する空気加熱器１３を経て、槽下部に設置された
空気供給口１４を通じて導入される800〜1300℃
に加熱された空気などの支燃性ガスと反応して燃
焼し、それに伴つて当該精錬槽Ｂ内は1500℃以上
のチヤーの高温流動層を形成する。勿論、必要に
応じて、別途調整した高純度酸素を空気に添加し
た支燃性の気体を空気に代えて使用してもよい。

なお、上記室A₁と室A₂を合体し、室A₁を予
熱、予備還元のみに利用するときは、固体炭素の
燃料を供給系統２１，２２から供給して、高温流
動層を形成すればよい。

チヤーとともに、予備還元生成物導入口１１を
通じて供給された800〜1200℃に予熱され、30〜
90％に予備還元された粉状金属酸化物：即ち海綿
鉄は、きわめて良好に混合された粉状のフラツク
スとともに瞬時に溶融すると同時に、接触する高
温のチヤーやチヤーの流動燃焼で生成する一酸化
炭素によつて還元反応が急速に進行する。その結
果、溶融金属とスラグとが該溶融精錬槽Ｂの槽底
部の溶融金属溜り１９ならびにスラグ溜り２０に
溜まる。

さらにこの溶融精錬槽Ｂの槽底部内上記溶融金
属溜り１９に臨む槽底部、槽側部には、単管もし
くは同心２重管状の精錬気体・剤の吹込み羽口２
１，２２が設けてあり、その吹込み羽口２１，２
２から酸素ガスをを単独で吹込んで、例えば溶融
鉄を酸化精錬することにより、低炭素の鋼相当の
精錬金属を得る操業を行う。

上記羽口２１，２２からの吹込みは酸素ガス単
独の他に精錬剤として造滓剤などを一緒に吹込ん
だり、単にこの造滓剤をアルゴン等搬送気体を介
して吹込み、成分調整による精錬を行うように利
用してもよい。

要するに、こうした溶融精錬槽Ｂの操業は、直
接溶融精錬とその精（製）錬とによつて、より実
用的な金属溶湯を直接製造するところに特徴があ
る。

上述のようにして槽内底部に生成した溶融精錬
金属ならびに溶融スラグは溶融金属排出口１５、
溶融スラグ排出口１６を通じて炉外に排出され
る。なお、この溶融精錬槽Ｂ内の反応の進行状況
に応じて、例えば貯留スラグ中にチヤーが多量に
混入するようなときには高純度酸素の追加やフラ
ツクスを供給することにより反応を促進させるこ
ともできる。

一方、該溶融精錬槽Ｂ内でのチヤーの流動燃焼
や予備還元金属酸化物の溶融還元に伴つて発生す
るガスは、ガス排出口１７を経て排出するが、前
述のようにその一部あるいは全部を前記乾留・予
備還元槽Ａに導入し、残部は排熱回収装置を含む
排ガス処理装置１８に回送して処理する。この槽
Ｂ内発生のガスは、一酸化炭素、水素、窒素を主
成分とするガスであり、空気加熱装置の熱源の一
部として有効であるだけでなく、一般用の燃料ガ
ス、化学工業用原料ガスとして、その価値が高
い。

以下に本発明について図面で示すところの試験
設備による鋼鉄製鉄の場合における操業の実施例
を示す。

(1) 粉状鉄鉱石の銘柄：MBR鉱石 品位Ｔ・Fe FeO 脈石 65％ 0.6％ ３％ 粒径：２mm以下、供給量：740Kg／hr (2) 炭材の種類：ワークワース炭 品位F.C V.M. 脈石 58％ 36％ ７％ 粒径：２mm以下、供給量：417Kg／hr (3) 添加物 石灰：59Kg／hr、硅石：11Kg／hr 粒径：１mm以下 (4) 蒸気 32Kg／hr (5) 上室反応温度：610℃、圧力0.2Kg／cm²Ｇ 下室反応温度：1100℃、圧力：0.5Kg／cm²Ｇ (6) 粉鉱石予備還元率 60％ 〃 予熱温度 1100℃ (7) 発生ガス量 934m³／hr 発熱量 1135kcal／m³ ガス成分 H₂：１％，CO：25％ CH₄：１％，CO₂：18％ CmHn：１％，N₂：54％， (8) タール生成量 40Kg／hr 溶融精錬装置 (1) 供給空気量：量：546m³／hr，（温度：980℃） (2) 槽底部吹込み羽口からの酸素供給量 20.5N
m³／hr (3) 低炭素鋼生成量：482Kg／hr (4) スラグ排出量：168Kg／hr 以下に本発明の効果を述べる。

(1) 粉状の鉄鉱石および／または他の金属酸化物
を塊成化することなしに使用できるので、塊成
化のためのエネルギーや原材料が不要であり、
塊成化に伴なうNOx，SOxおよびダストの発
生がない。

(2) 予備還元用ガスとして、溶融精錬槽で発生す
る高温のガスや乾留・予備還元槽の発生ガスを
利用するので、還元ガス製造設備が不要であ
る。

(3) 第１の槽で予備還元された粉状の鉄鉱石や金
属酸化物を、そのまま第２の槽で溶融還元と酸
化精錬とを行うので、工程途中でのブリケツト
などの塊成化が不要直接精錬が可能である。

(4) 炭材は一般炭など安価なもので十分であり、
強粘結炭などは一切不要である。製鉄用高炉の
ように強度の高い塊コークスを必要としないこ
とは非常に有利である。

(5) 乾留・予備還元槽Ａの上室では、 ○イ炭材の乾留・ガス化， ○ロ酸化物の予備還元， ○ハ添加剤との混合， の３つの機能が同時に進行し、炭材の乾留に部
分還元された金属酸化物が触媒として作用する
ので、乾留反応を円滑に進行させる利点を有し
ており、本発明はこの作用をきわめて効率的に
利用している。また、溶融精錬槽Ｂでの円滑な
溶融ならびに還元反応の進行を左右するのは、
フラツクスの存在であるが、これが乾留・予備
還元槽Ａの上室、下室を通じて鉱石予備還元粒
がチヤーと十分混合され、予熱された状態で槽
内に供給されるので反応効率が高い。

(6) 石灰などの添加物は、炭材からの乾留ガスの
脱硫剤として、溶融精錬槽Ｂ内では易溶融のフ
ラツクスとして、また金属酸化物やチヤー中の
硫黄の捕集剤としての３機能をもつものであ
る。

(7) 多孔分離板などを用いて、乾留・予備還元槽
Ａ内を２室に分割し、500〜700℃という液状タ
ールの収率の高い状態を維持して、炭材の乾留
を効率的に行わせ、下室においては、溶融精錬
槽Ｂ内での負荷をできるだけ軽減するために、
予熱と予備還元を十分に行わせ、上室、下室の
機能を十分に全うさせている。

(8) 良好に混合され、乾留・予備還元された鉱石
はチヤーの高温流動層中で溶融と還元が瞬時に
しておこり、さらにまた酸素吹込みによる酸化
精錬、あるいは精錬剤吹込みによる成分調整が
可能で、溶融状態の精錬金属を製造しうる。そ
の他本発明法は、フエロマンガン、フエロニツ
ケル等の合金鉄製造にも効果がある。

(9) 石炭などの炭材から、液状タール、水素や炭
化水素を含有する燃料ガス、一酸化炭素を含有
する燃料ガスなど付加価値の高いエネルギーが
製造できる。このようなエネルギーの製造と溶
融金属の製造が主たるエネルギーとして電気や
酸素を使用せずに可能である。

【図面の簡単な説明】

図面の第１図および第２図は、いずれも本発明
の好適実施例を示す精錬装置の断面図である。 Ａ……乾留・予備還元槽、Ｂ……溶融精錬槽、
１……多孔分離板、２……炭材供給口、３……金
属酸化物供給口、４……添加物供給口、５……発
生ガス排出口、６……セパレーター、７……精錬
装置、８……ガス導入口、９……予備還元生成物
排出口、１０……輸送管、１１……予備還元生成
物導入口、１２……制御装置、１３……空気加熱
器、１４……空気供給口、１５……溶融金属排出
口、１６……溶融スラグ排出口、１７……発生ガ
ス排出口、１８……ガス処理装置、１９……溶融
金属溜り、２０……溶融スラグ溜り、２１……槽
底部の精錬気体・剤の吹込み口、２３……槽側部
の精錬気体・剤の吹込み口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鉄鉱石等の金属酸化物を流動層形式の第１の
   槽内に、炭材ならびに反応助勢剤とともに粉状で
   装入し、該槽下部から高温の還元性ガスを導入
   し、主として上部域では炭材乾留反応を、また下
   部域では該金属酸化物の流動化予備還元反応を起
   させて、チヤー、フラツクスおよび金属酸化物か
   らなる混合粒を生成させ、 次に、第１の層で生成した混合粒を溶融たて型
   炉である第２の槽に移送させ、当該槽ではまず槽
   側部から導入する支燃性ガスと前記チヤーとの間
   で起る燃焼反応によつて還元と溶融を行わせて溶
   融金属と溶融スラグとを生成させ、 引き続き当該第２の槽の槽底に溜つた溶融金属
   に対しては、酸素含有気体を単独または精錬剤と
   ともに吹込んで酸化精錬を行なわせ、精錬金属を
   出湯するようにしたことを特徴とする金属酸化物
   の直接精錬法。 ２ 鉄鉱石等の金属酸化物を流動層形式の第１の
   槽内に、炭材ならびに反応助勢剤とともに粉状で
   装入し、該槽下部から高温の還元性ガスを導入
   し、主として上部域では炭材乾留反応を、また下
   部域では該金属酸化物の流動化予備還元反応を起
   させて、チヤー、フラツクスおよび金属酸化物か
   らなる混合粒を生成させ、 次に、第１の層で生成した混合粒を溶融たて型
   炉である第２の槽に移送させ、当該槽ではまず槽
   側部から導入する支燃性ガスと前記チヤーとの間
   で起る燃焼反応によつて還元と溶融を行わせて溶
   融金属と溶融スラグとを生成させ、 引き続き当該第２の槽の槽底に溜つた溶融金属
   に対しては、搬送気体を介して精錬剤を吹込んで
   成分調整の精錬を行なわせ、精錬金属を出湯する
   ようにしたことを特徴とする金属酸化物の直接精
   錬法。 ３ 装入炭材の乾留化ならびに装入金属酸化物の
   予熱・予備還元化をもたらす上室と、予備還元金
   属酸化物とチヤーおよびフラツクスの混合粒を生
   成させる流動層を構成する下室とからなる乾留予
   備還元槽と、その乾留予備還元槽と輸送管を介し
   て互いに連通し、槽側部には支燃性ガス導入口を
   有し、溶融金属滞溜域に臨む槽底部あるいはその
   近傍に精錬気体・剤の吹込み羽口を有し、該支燃
   性ガス導入による溶融還元反応と精錬気体等導入
   による精錬反応とによつて前記乾留予備還元槽生
   成の混合粒を還元、溶融、精錬してスラグと精錬
   金属とを分離生成させる溶融精錬槽とで構成され
   る金属酸化物の直接精錬装置。