JPH0428764B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は鉄鉱石から溶鉄を生成する方法に関
し、特に周知タイプの移動床、気相還元反応装置
中で製造されたスポンジ鉄ペレツトを、製鋼に適
した溶鉄に変換する改良方法に関する。 塊状もしくはペレツト状の鉄鉱石が、たて形シ
ヤフト、移動床反応装置内で、熱還元性気体を鉱
石粒子から成る降下床中を上方に通過させること
によつて効率良く、また経済的にスポンジ鉄ペレ
ツトに変換できることは長い間知られて来た。更
に、微粉鉄鉱石が熱環元性気体中に浮遊している
流動床還元反応装置内で、微粉砕した鉱石を微粒
のスポンジ鉄に還元し得ることも知られている。
通常、これらの２方法は本質的に相互に排他的で
ある。それは一方では、微粒鉱石を、もし移動床
反応装置内で用いる場合、該微粒鉱石がその床に
よつて過剰のガス圧低下を生じ、他方では、塊状
またはペレツト状の鉱石は流動床反応装置内で満
足に流動化させることができないからである。移
動床反応装置は、鉱石を高密度の塊で処理するの
で該反応装置は流動反応装置におけるよりも、反
応装置の単位容量当り可成り大トン数の生成物を
得るという大きな利点を有している。 一般に、この種の還元方法で製造されるスポン
ジ鉄を溶融状態に変換することが望まれており、
多くのスポンジ鉄を溶融する方法が提案されて来
た。すなわち、米国特許第4238226号及び第
4248626号は、溶鉄の浴が維持されている溶融部
−ガス化部を備えた移動床反応装置を開示してい
る。還元反応装置からの生成物スポンジ鉄ペレツ
トは溶融浴の頂部に供給され、そしてこの浴は粉
末にした石炭及び酸素から成る混合物をガス化部
に供給することによつて溶融状態に保持される。
ガス化部内で発生した還元性気体は、移動床反応
装置内の鉱石を還元するために用いることができ
る。溶鉄は製鋼に用いるため、ガス化部から間欠
的に除去される。大体において類似の装置が米国
特許第4007034号中に示されている。 移動床反応装置からのスポンジ鉄ペレツトが溶
融部−ガス化部の頂部に供給される上記したよう
な方法は、スポンジ鉄が溶鉄浴の表面上を浮遊す
るスラグの層を形成する成分を含むという事実
に、可成りの程度、起因して数多くの欠点を蒙り
易い。その多孔性の故で、スポンジ鉄はスラグよ
りも低密度を示し、その結果スラグ層を貫通し、
そして下に横たわつている溶融浴中に入るよりは
むしろスラグ層の上部に蓄積される傾向を有す
る。この傾向は、少なくとも部分的にはスポンジ
鉄ペレツト用に比較的長い自由落下路を設けて、
該ペレツトにスラグ層を貫通するのに足る運動エ
ネルギーを取得させることによつて克服すること
ができる。しかし、これによつて溶融浴上に気体
空間を増加させる必要を生じ、また凡ゆる場合に
おいて、全てのスポンジ鉄ペレツトがスラグ層を
貫通することを保証できない。 更に理解されなければならないのは、可成りの
部分のスポンジ鉄をスラグ層中に迅速に貫通させ
るのに失敗すると、スラグ内及びスラグ上双方の
スポンジ鉄について沈着した不純物によるスラグ
の過剰冷却を生ずることである。この種の沈着は
異常な炉操業をもたらす。更に、多孔性スポンジ
鉄ペレツトが一度溶融浴に入つてしまうと、それ
らの比較的低い熱伝導率と大きな粒径とが所望の
熱伝達及び化学反応速度を遅らせることになる。
このことが溶融及びガス化時間を増加させ、その
結果溶融部−ガス化部よりの熱損失に基因するエ
ネルギー消費を増大させる。 たて形シヤフト移動床反応装置における還元工
程の間に、鉄鉱石の熱的及び機械的分解によつて
或る量のスポンジ鉄粉鉱が生成することは知るれ
ている。従つて、上記のような高架式連続供給装
置のもう一つの欠点は、粉鉱の部分が浴に達する
よりもむしろ発生した気体によつて押流される可
能性があり、それにより溶鉄の収量が減少し、ま
た発生した還元気体が溶融部−ガス化部を去つた
後、該気体が通過する固形物収集装置に過負荷を
かけることになる。更に、溶融部−ガス化部の上
部におけるスポンジ鉄粉鉱の存在は、この種の装
置において用いられている耐火物ライニングに対
する過酷な化学的攻撃及び或る種の分解を招く可
能性がある。 流動床還元法において生成される微粉スポンジ
鉄の液化に関連して、米国特許第4045215号には、
微粒の鉄鉱石を最初予熱し、そして向流熱交換器
中で部分的に還元し、次いで流動床反応装置内で
還元してスポンジ鉄を生成することが記載されて
いる。微粉スポンジ鉄は炭塵と混合し、そしてこ
の混合物は溶融部−ガス化部中の溶鉄浴に供給さ
れるが、前記溶融部−ガス化部には元素酸素もま
た供給されて炭塵と反応し、そして流動床反応装
置中で流動溶媒体として用いられる還元気体を発
生する。上に指摘したように、この種の流動床法
は、この流動床の膨張させた特性の故で反応装置
の単位容量当り比較的少量の生成物スポンジ鉄を
生成するという欠点を有している。また、米国特
許第4008074号には、微粒スポンジ鉄を溶融部−
ガス化部の溶融浴に供給する方法が記載されてい
る。 従つて、本発明の目的は、鉄鉱石を溶鉄に変換
する改良方法を提供することにある。 本発明の他の目的は、移動床反応装置に関連し
て得られる比較的高い生産速度の利点を実現する
一方、同時に上記概略説明したような従来提案さ
れて来た組合せ装置の欠点を排除するように、気
体鉄鉱石還元反応装置と溶融−ガス化装置との効
率的かつ有効な組合せ方法を提供することにあ
る。 更に本発明の他の目的は、特に良好な熱及び材
料的効率を示すこの種の組合せ装置を提供するこ
とにある。 本発明の他の目的は、部分的には本開示の結果
事実上理解されるであろうし、また他の部分につ
いては以下の記述中に指摘されることになろう。 通常、本発明の目的と効果は、移動床反応装置
と溶融−ガス化装置とを以下のように一体化する
ことによつて達成される。すなわち、それは移動
床反応装置よりのスポンジ鉄ペレツトが微粉砕さ
れた形状に変換され、そして微粉末の石炭と混合
され、更にこれが元素酸素と共に溶融−ガス化装
置に対し該装置内の溶融浴の上面の下方点に供給
されるように一体化するものである。この種の
「下込め（underfeed）」システムは、上記のよう
な先行技術に係る高架式供給装置に用いれば、遭
遇する問題を回避し得るものである。スポンジ鉄
と石炭との微粉末化した混合物は、たとえばスポ
ンジ鉄ペレツトを別に粉砕または摩砕し、そして
石炭を粉砕した材料と引続いて混合するか、ある
いはスポンジ鉄と石炭を予め混合し、そしてこの
混合物を粉砕または摩砕することにより得ること
ができる。この混合物を溶融−ガス化装置に供給
するに先立つて、均質化することは不可欠ではな
いが、好ましい。スポンジ鉄と石炭の微粒化され
た混合物を用いれば、スポンジ鉄の迅速な溶融と
装置内の高い熱効率が達成される。 本明細書及び添付図面においては、本発明の好
ましい実施態様が示され、かつ説明されており、
また多くのその変更あるいは変形が示唆されてい
るが、それらはその全ての網羅を意図するもので
はなく、本発明の範囲内で多くの他の変更及び変
形が可能であることを理解すべきである。本明細
書中の示唆は、当業者が本発明及びその原理をよ
り詳細に理解し、その結果それを数多くの形式で
変形することができるようにするための例示の目
的について選択され、かつ包含されるものであ
り、その各々は特定用途の条件に最も適したもの
と成り得る。 添付図面を参照すると、符号１０はペレツトも
しくは塊状の鉄鉱石をスポンジ鉄に還元するため
の、周知で、かつ工業的に用いられるタイプの垂
直に配置された移動床気体還元反応装置を一般に
示している。反応装置１０は、その上部に還元域
１２、そしてその下部に冷却域１４を備えてい
る。還元すべき鉱石のペレツトは入口１６を経由
して反応装置へ入り、そして還元域１２を経由し
て流下するが、該還元域において鉱石ペレツトは
還元気体流を上方へ流すことによつてスポンジ鉄
に還元される。次に、このようにして生成された
スポンジ鉄は冷却域１４を通過するが、この冷却
域においてスポンジ鉄は上方へ流れる冷却気体流
によつて冷却される。冷却されたスポンジ鉄は回
転羽根弁２０を備えた吐出し導管１８を経由して
去るが、前記弁は反応装置を通過する物質の流れ
を調節するためのものである。冷却気体は、たと
えば反応装置からの消費還元気体または窒素のよ
うな不活性気体であればよく、この冷却気体はパ
イプ２２を経由して域１４の底部近傍において反
応装置に供給され、そしてパイプ２４を経由して
反応装置を去る。 反応装置１０内で生成されたスポンジ鉄ペレツ
トは石炭と混合され、そして得られた混合物は摩
砕して微細形状とする。より具体的には、スポン
ジ鉄ペレツトを吐出し導管１８によつてピン固定
デイスクグラインダー２６の頂部に導くのであ
る。同時に、ホツパ２８よりの石炭をスクリユー
コンベヤ３０により導管３２を経由してグライン
ダーの頂部に供給する。石炭とスポンジ鉄から成
る摩砕混合物の吐出しは回転羽根弁３４によつて
調整される。混合物は粒径３mm以下に摩砕するの
が好ましい。 上に示したように、必須という訳ではないが、
石炭とスポンジ鉄の摩砕混合物は溶融−ガス化装
置に供給される以前に均質化されることが好まし
い。この種の均質化は図面に示すような再循環タ
イプの均質化装置中で行うことができる。図示さ
れた装置はホツパ３６、回転弁４０を備えたパイ
プ３８及び復帰パイプ４０であつて、共に閉鎖ル
ープを形成し、このループを経由して摩砕された
物質が同伴ガスにより循環されるものを含んで構
成されている。弁３４を通過する摩砕物質は再循
環ループのパイプ４２に流入し、その結果均質化
ホツパ３６に流入することになるが、該ホツパに
おいて固形物は同伴ガスから分離され、そして固
形物はパイプ３８及び４２を介して再循環され
る。ホツパ３６からの同伴ガスはパイプ４４を経
由してサイクロン分離器４６に流れ、ここで固形
物は同伴ガスから分離され、そしてパイプ４８を
経由してホツパ３６に戻される。 微細に摩砕された物質を選ぶために用いられる
同伴ガスは、弁５２を備えたパイプ５０を経由し
て均質化ループに供給されるが、この同伴ガスは
数種類の供給源のいずれかに由来するものであれ
ばよい。このようにして、サイクロン分離器４６
中で分離された気体はポンプ５６を備えたパイプ
５４を経由してパイプ５０に再循環させればよ
く、その結果該気体は均質化ループへ再循環され
ることになる。反応装置１０よりの消費気体は同
伴ガスとして用いることができ、そして添付図面
に示すように、ポンプ６０と弁６２を備えた消費
気体供給パイプ５８を経由してパイプ５０に供給
してもよい。また、気体は外部供給源から流量調
整器６６を備えたパイプ６４を経由して供給して
もよい。 石炭とスポンジ鉄から成る摩砕かつ均質化され
た混合物は、通常符号７０で表わされる溶融−ガ
ス化装置に対し供給材料として用いられる。溶融
−ガス化装置は周知、かつ先行技術において用い
られるタイプのものでよく、そしてこれは溶鉄及
びその上を浮遊するスラグ７６の層から成る浴７
４を備えた耐火性ライニングを施した容器７２を
含んで構成されている。石炭／スポンジ鉄混合物
は回転弁８０を備えたパイプ７８を経由してホツ
パ３６の底部から取出され、そして該混合物は、
技管８２を経由してパイプ５０から供給される同
伴ガスにより、パイプ８４及び入口８６を介して
溶融−ガス化装置の底部に導かれる。適当な供給
源からの酸素はパイプ８８を経由して溶融−ガス
化装置に供給されるが、該パイプは入口８６の中
心を経由して上方へ延びている。石炭／スポンジ
鉄混合物及び酸素の両者は羽口を介して溶融−ガ
ス化装置に導入されるのが望ましい。 溶融−ガス化装置内では、石炭と酸素が反応し
て浴７４を溶融状態に維持し、そして入つて来る
スポンジ鉄粒状体を溶融するのに十分な熱を提供
する。しかし、酸素流は石炭の完全な燃焼を行う
のに必要な量未満に維持される。生じた石炭の部
分燃焼は、反応装置１０に供給された鉄鉱石の還
元に用いるのに適した還元性気体混合物を発生す
る。溶融−ガス化装置７０は吐出し導管９０及び
吐出し導管９２を備えており、溶鉄は吐出し導管
９０を介して浴７４から取出すことができ、ま
た、吐出し導管９２を経由してスラグを取出すこ
とができる。 溶融−ガス化装置内で発生した熱還元気体はパ
イプ９４及び９６を経由して反応装置１０に流れ
る。溶融浴７４の表面を去る際の還元気体の温度
は1500℃のオーダーであればよく、すなわち、こ
れより実質的に高ければ反応装置の還元域におい
て利用する目的にとつて望ましい。従つて、更に
以下に記載するように、溶融−ガス化装置からの
熱気体は、900℃のオーダーの温度を有する混合
物を生成するに足る量をもつて反応装置からの冷
い費消気体と混合される。 このようにして混合された気体はパイプ９６を
経由して還元域１２の下端へ流れ、その結果その
中にある鉱石の床を上方へ通過して、該鉱石をス
ポンジ鉄に還元する。消費還元気体はパイプ９８
を経由して反応装置１０の頂部を去り、急冷冷却
器１００を経由してパイプ１０２に流れ、そして
次に数個の流れに分割される。消費気体の一部は
ポンプ１０４によつて際循環され、そしてパイプ
９６を流れる新しい還元気体と混合されて上記の
ように、その温度が下げられる。消費気体の第２
の部分は流量調整器１０８を備えたパイプ１０６
を通過してポンプ６０の吸気側に流れ、その結果
パイプ５８を経由して同伴ガス供給パイプ５０に
流れる。費消気体の残部は、背圧調整器１１２を
備えたパイプ１１０を介してこの系から除去さ
れ、そして使用もしくは廃棄の適当な地点へ流れ
る。 溶融−ガス化装置の供給材料として使用される
石炭とスポンジ鉄の相対量は、その石炭とスポン
ジ鉄の組成によつて或る範囲にわたつて変動す
る。代表的には、石炭対スポンジ鉄の重量比は
0.25：１乃至1.2：１の範囲にある。使用される
酸素の量もまた、石炭とスポンジ鉄の組成の函数
として変動する。すなわち、酸素対スポンジ鉄の
重量比は通常0.35：１乃至0.7：１の範囲内にあ
る。所望により、石灰を酸素流に添加して溶融浴
のイオウ分と反応させることもできる。 以上の記載から、本発明方法が本明細書の冒頭
で述べた数種類の長所をもたらすことは明らかで
ある。微細に摩砕した石炭とスポンジ鉄の混合物
を用い、この混合物を同伴ガスと共に溶融−ガス
化装置の底部に導入することによつて、スポンジ
鉄粒状体の迅速な分布と溶融が達成され、同時に
極端に効果的な気体生成が達成されるものであ
る。その結果、比較的高い、熱的及び材料的効率
が得られる。例えば、各工程での物質重量比（還
元反応炉に導入された物質重量と排出された物質
重量の収支をいう）は、以下の通りである。すな
わち鉄鉱石1.46tonが入口１６に導入され、スポ
ンジ鉄1.07tonが吐出し導管１８から排出される
と導管１８から排出されたスポンジ鉄は92％に金
属化され、２％の炭素重量比を有し、残りは非金
属である（代表的には約６％の重量比）。このス
ポンジ鉄は、0.95tonの石炭と混合される（この
石炭には62.5％Ｃ、4.4％H₂、0.9％N₂、1.4％Ｓ、
17.2％O₂、および13.5％灰が含まれる）。ここで
表−を説明すると、上欄に記載された記号は図
面に記載されたガス流の位置を示す。例えばＳ９
６は図面におけるパイプ９６を通過して還元反応
炉の還元帯１２に導入されるガス流を表示するも
のであり、表−に使用される物質重量比の単位
は（pound mole／Fe Ton）で表示される。こ
れは例えば前記Ｓ９６においては、66.6pound
moleのH₂と155.0pound moleのCOが存在するこ
とを意味する。「pound mole」で示されるガス
の組成は、略体積の組成に近似される。これは、
1pound moleのガスは全て同一温度で、同一圧
の下では同一の容積を有するためである。そこ
で、溶融−ガス化装置７０で生成される鉄1tonあ
たりのパイプ９６を通過する水素の重量は66.6×
2.016poundとなる。ガス0.07ton N₂が溶融−ガ
ス化装置に導入される。鉄1tonは炭素0.1tonとス
ラグ0.17tonに再生される。 表−の枠外に記載されているFH₂O−15.7は、
パイプ９８を通過するガス流から冷却器１００に
よつて脱水される重量を表示し、この量は
15.7pound moleであることを示す。 表−は鉄1ton当たりのエネルギ量（Giga
calory）を示す。これは、溶融−ガス化装置７０
で生成される鉄1ton当たりに総量で6.27Giga
caloryのエネルギを消費することを意味する。電
気（O₂）は、ガス化するために必要な酸素を生
成するための電気エネルギの量を示すものであ
る。

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示す一部断面説明図で
ある。 符号の説明、１０……移動床気体還元反応装
置、１２……還元域、１４……冷却域、１６，８
６……入口、１８，９０，９２……吐出し導管、
２０，３４……回転羽根弁、２２，２４……パイ
プ、２６……ピン固定デイスクグラインダー、２
８，３６……ホツパ、４０……復帰パイプ、４６
……サイクロン分離器、５２，６２……弁、５
６，６０，１０４……ポンプ、６６，１０８……
流量調整器、７０……溶融−ガス化装置、７２…
…容器、７４……浴、７６……スラグ、８０……
回転弁、１００……急冷冷却器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １(a) 塊状またはペレツト状の鉄鉱石を、下方部
   に移動する床を有した竪て形シヤフト還元反応
   装置に当該鉄鉱石を供給する工程と、 (b) 少なくとも前記床の上部に位置する還元帯を
   上方向に経由するように熱還元気体を流し、こ
   のようにして前記鉄鉱石を還元し、微細粒のス
   ポンジ鉄に変換する工程と、 (c) 前記床の下部にある微細粒スポンジ鉄を経由
   して上方に冷却ガスを流すことによつて、その
   ようなスポンジ鉄を摩砕化するのに必要となる
   温度に当該スポンジ鉄を冷却する工程と、 (d) 前記還元帯から流出された前記熱還元気体の
   少なくとも一部を、脱水する工程と、 (e) 前記竪て形シヤフト還元反応装置により生成
   された前記スポンジ鉄と石炭とを微細粉粒体に
   摩砕化する工程と、 (f) 耐化物ライニング容器からなる溶融−ガス化
   装置内の溶融浴の中に、石炭とスポンジ鉄が混
   合された前記微細粉粒体搬送及び導入する工程
   と、 (g) 溶融−ガス化装置内の溶融浴の上面の下方点
   に酸素を供給し、それによつて前記石炭を部分
   燃焼させて還元気体を生成するとともに入つて
   くる前記微細粉粒体中のスポンジ鉄を溶融する
   のに十分な熱量を発生させ溶融浴を維持する工
   程と、 (h) このようにして生成された還元気体の少なく
   とも一部を前記脱水された熱還元気体ととも
   に、前記還元帯に再循環させる工程と、 (i) 溶融鉄を前記溶融−ガス化装置から取り出す
   工程とを含んで成ることを特徴とする鉄鉱石を
   溶鉄に変換する方法。 ２ 石炭とスポンジ鉄が、前記溶融−ガス化装置
   に供給される摩砕混合物を得るために摩砕する以
   前に混合される特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ３ 石炭とスポンジ鉄が、混合され、かつ前記溶
   融−ガス化装置に供給される以前に別々に摩砕さ
   れる特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４ 前記の微細に摩砕された混合物が、前記溶融
   −ガス化装置に供給される以前に均質化される特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ５ 前記微細に摩砕された混合物が同伴ガス中に
   分散され、そしてそれによつて前記溶融−ガス化
   装置に運ばれる特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ６ 前記還元反応装置よりの消費気体の少なくと
   も一部が同伴気体として用いられて、前記摩砕混
   合物を前記溶融−ガス化装置に運ぶ特許請求の範
   囲第５項記載の方法。