JPH0689387B2 - 溶融還元製鉄法 - Google Patents

溶融還元製鉄法

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JPH0689387B2
JPH0689387B2 JP61075261A JP7526186A JPH0689387B2 JP H0689387 B2 JPH0689387 B2 JP H0689387B2 JP 61075261 A JP61075261 A JP 61075261A JP 7526186 A JP7526186 A JP 7526186A JP H0689387 B2 JPH0689387 B2 JP H0689387B2
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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、予備還元炉及び溶融還元炉を用いる溶融還元
製鉄法の改良に関するものである。詳細には上記溶融還
元システム全体のガスバランスを保証しつつ操業の安定
化を実現することに成功した溶融還元製鉄法に関するも
のである。
[従来の技術] 高炉によらないで銑鉄を製造する技術としていわゆる直
接製鉄法が脚光を浴びつつある。第2図は溶融製鉄法の
プロセス原理を示す説明図であり、溶融還元炉1で発生
したCO主体の高温ガスa(CO2,H2,H2Oも含まれる)
を、熱源及び還元剤として予備還元炉3に供給する一
方、溶融還元炉1には予め銑鉄を入れて溶融状態に保持
しつつこれに炭素材及び酸素ガス(若しくは空気)を吹
き込んで熱源及び還元ガス(CO)の供給を行ない、予備
還元炉3において一部還元された鉄鉱石Pを該溶融還元
炉1に装入して最終的に還元を完成し銑鉄Fとして取り
出すものである。そしてこの原理を応用した実操業用方
式としては次に示す様な方法が知られている。
(1)粉鉱石を流動層で予備還元し、これを空気によっ
てコークス充填層型溶融還元炉へ吹き込む方法(特開昭
57−198205号公報)、(2)鉄鉱石をシャフト炉で予備
還元し、コークス充填層型溶融還元炉へ装入して銑鉄を
製造する方法(特開昭58−171515号公報)、(3)予備
還元炉で得られた予備還元鉄を溶融還元炉へ装入し、該
溶融還元炉に形成された鉄浴に石炭及び酸素を吹き込
み、発生ガスの一部を浴上で燃焼(ポストコンバッショ
ン)させつつ鉄鉱石を溶融還元し、ここから導出される
ガスを改質して予備還元炉へ導入する方法(特開昭59−
222508号公報)、(4)石炭と酸素を用いて還元鉄を溶
融還元する溶融還元炉に、シャフト炉を連結して溶鉄を
製造する方法(米国特許第4,316,739,同4,238,226,同4,
248,626)等を挙げることができる。上記(3)の溶融
還元炉においては、該還元炉内に酸素を吹き込んで前記
CO主体ガスを燃やすという処理、いわゆるポストコンバ
ッション処理を行なって溶融還元炉内の鉄浴の昇温を図
る場合がある。この様なポストコンバッション処理が行
なわれると、上記COガスやH2ガスはCO2ガス及びH2Oガス
となり還元能力を喪失するが、発熱反応の結果熱エネル
ギーが豊富になっている。そこでこれらをリフォーマー
へ導き、炭化水素や炭素との接触によってCO等の還元性
ガスに戻してから前記予備還元炉へ供給している。
しかし予備還元炉へ上記COガス等が導かれると、2CO=
C+CO2の反応が起こって予備還元炉への配管中に炭素
が折出して配管を閉塞したり予備還元の効率を低下させ
ることが分かった。
[発明が解決しようとする問題点] しかし予備還元炉へ上記COガス等が導かれると、2CO=
C+CO2の反応が起こって予備還元炉への配管中に炭素
が析出して配管を閉塞したり予備還元の効率を低下させ
ることが分かった。
一方、予備還元炉においては、装入鉄鉱石の金属化率が
90%程度になるまで該鉄鉱石を還元することが必要であ
るとされている。なんとなれば低金属化率の鉄鉱石は低
強度であり、予備還元炉操業時やそれに続く排出時等に
破壊して粉状となり、予備還元鉄の歩留低下を招くから
である。
しかし予備還元炉において高金属化率(90%程度以上)
の還元鉄を得ようとすると、予備還元炉におけるCOガス
の消費増大を招き、ひいては溶融還元システム全体のガ
スバランスを悪化させる。従って高金属化率が必要であ
るにもかかわらず、必ずしも該高金属化率を達成するこ
とができないというのが実情である。
本発明はこうした事情を考慮してなされたものであっ
て、前述の如きガスバランスの悪化を防ぐことにより、
予備還元炉における高金属化を可能にすると共に溶融還
元操業の安定化を実現することのできる溶融還元製鉄法
を提供しようとするものである。
[問題点を解決する為の手段] 本発明に係る溶融還元製鉄法とは、鉄鉱石を予備還元炉
で予備還元し、次いで溶融還元炉へ導いて溶融還元を行
なうと共に溶融還元炉内で2次燃焼された高温排出ガス
を炭化水素ガスによって温度調節及び改質し、この改質
ガスを、予備還元炉排出ガスの一部に加えて予備還元炉
へ導く様に構成した溶融還元製鉄法において、予備還元
炉における金属化率が90%以上となる迄予備還元し、該
予備還元炉から導出される還元鉄に鉄鉱石原料を加えて
から溶融還元炉へ導入する様にしたところにその要旨が
存在するものである。
[作用] 本発明は、上述の如く鉄鉱石の予備還元炉における金属
化率が90%以上となるまで予備還元できるところに第1
の特徴を有するものである。この様に予備還元炉におけ
る金属化率を高くすることによって予備還元鉄の強度を
増すことができ、予備還元操業の安定化を果たすことが
できる。ここで金属化率を90%以上とすることに伴なう
還元鉄の強度上の利点等を第3図に従って説明する。第
3図はシャフト炉内ペレットの金属化率と圧潰強度を羽
口からの距離の関数として求めたグラフであるが、これ
によると、金属化率50〜70%では圧潰強度が低く、80%
以上では圧潰強度が大きくなっていることが分かる。従
って金属化率が50〜70%である還元鉄を製造した場合に
おいては、シャフト炉からの切り出し時及びこれに続く
溶融還元炉への輸送過程で上記還元鉄の破壊が起こり、
成品歩留りが低下するのみならず溶融還元炉から多量の
ダストが発生する。一方金属化率が80%以上特に90%以
上である場合には、上述の如き問題は生じないことが分
かった。この様な金属化率の予備還元鉄は、次いで溶融
還元炉へ導かれるのであるが、金属化率がこの様に高く
なったものを溶融還元炉に入れても、該還元炉において
は還元されるべき酸化鉄量が少なく、従って溶融還元炉
における酸化鉄の還元反応もわずかなものとなる。その
為溶融還元炉における吸熱も少なく、且つ生成される還
元ガスの量も少なくなるが一方この還元ガスが供給され
るべき予備還元炉では高金属化率を達成する為に大量の
還元ガスを要求しており、システム全体として見た場合
のガスバランスが極めて悪くなる。
そこで本発明者等は、予備還元鉄に鉄鉱石原料を補給す
ることにより溶融還元炉へ供給されるべき予備還元鉄の
金属化率を実質的に低下させるという本発明の第2の特
徴に到達するに至った。該混合原料を用いて溶融還元を
行なれば、溶融還元炉から発生する還元ガス量を増加さ
せることができ、溶融還元システム全体のガスバランス
を確保できる。ここで本発明者等は、予備還元鉄に加え
られる鉄鉱石原料の量的目安を得る為に第4図の如きグ
ラフを作成し、これを用いて下記の如き検討を行なっ
た。第4図は、金属化率と溶融還元炉発生ガス量の関係
(右下がりグラフ)、及び金属化率と予備還元炉必要ガ
ス量の関係(右上がりクラフ)を夫々示したグラフであ
る。尚実線は溶融還元炉におけるポストコンバッション
率が10%の場合を示し、破線は15%の場合を示してい
る。各実線同士あるいは各破線同士の交点は、夫々のポ
ストコンバッション率におけるガスバランスがとれる点
であるということができる。例えばポストコンバッショ
ン率が15%のときには、金属化率が約58%でガスバラン
スがとれる。従って予備還元鉄の金属化率(90%以上)
と上記58%の差に相当するだけの鉄鉱石原料を、予備還
元炉から溶融還元炉へ至る過程で加えてやればシステム
全体のガスバランスを確保できることになる。上述の如
き検討は、リフォーマー等を設けて冷却改質を行ないガ
スの酸化度を10%まで低下させた改質ガスの場合につい
ても同様に当てはまる。即ち第4図において各実線の交
点を見ると、金属化率が68%でありこれが分かる。従っ
て上記と同様予備還元率値と68%の差に基づいて鉄鉱石
原料の添加量を定めると良い。
本発明の本質的特徴は、大略以上の通りであるが、下記
(1)〜(3)の如き利点も同時に享受することができ
る。
(1)本発明に係る溶融還元製鉄法ではポストコンバッ
ションを行なうこととしているのでこれに伴なう利点を
享受することができる。
即ち第5図は鉄浴式溶融還元炉におけるポストコンバッ
ション比率,鉄浴に装入される還元鉄の金属化率,石炭
消費量の関係を示すグラフである。これによると、ポス
トコンバッションを行なうことによって石炭消費量を節
約することができるが、その効果は金属化率の高い程著
じるしいことが分かる。
(2)溶融還元炉内でポストコンバッションされた高温
排出ガスを炭化水素ガスによって温度調節及び改質した
ことに伴なう利点。
ポストコンバッションによって昇温したガスを予備還元
に適した温度まで下げることができ、またポストコンバ
ッションによって減弱された還元ポテンシャルを上昇さ
せることができる。
(3)上記(2)で得られた改質ガスを予備還元排出ガ
スの一部に加えて予備還元炉へリサイクルする様に構成
したことに伴なう利益。
予備還元炉においては、 2CO=C+CO2 の反応が生じ例えば排出管や排熱回収ボイラーに炭素の
析出が起こる。特にこの反応は予備還元に好適とされる
900℃前後の温度において著じるしい。しかし上述の如
く予備還元排出ガス(CO2リッチ)の一部を加えること
によって、炭素析出原因であるCOを希釈することがで
き、炭素の析出を抑制することができる。
以下本発明方法の実施例を挙げることによって本発明を
具体的に説明するが、本発明は該実施例のみに限定され
る性質のものではなく、必要に応じて適宜変更すること
ができる。
[実施例] 第1図は本発明方法の一実施例を示すフロー図である。
(1)溶融還元炉1内の鉄浴中に酸素及び石炭を夫々矢
印4及び矢印5の如く吹き込み石炭をガス化する。一方
溶融還元炉1内にはポストコンバッション用酸素を矢印
6の如く吹き込みこの時発生する熱と、上記石炭ガス化
に伴なう部分燃焼熱とを利用して鉄鉱石と還元鉄を溶融
還元し溶鉄(矢印1a)を製造する。これらの過程におい
て硫黄濃度の調節の為、石灰石を矢印5に示す如く石炭
と混合して吹き込みスラグ塩基等を調節する。溶融還元
炉からは、ポストコンバッションの結果として生成され
るCO2及びH2Oガス(これらの量はポストコンバッション
率に支配される、ここに とし、又百分率で表わす場合もある)を含む1500〜1600
℃の高温ガスが発生する。
(2)上記溶融還元炉発生ガスを、矢印7の如くガス改
質設備8へ導くと共にここにメタン等の炭化水素ガスを
矢印9に添って吹き込み、下記(1)及び(2)の反応
に基づき酸化性ガス成分であるCO2及びH2OをCO及びH2
に変換し、これによって還元ポテンシャルを上昇させ
る。
CO2+CH4=2CO+2H2−49.3kcal/mol ……(1) H2O+CH4=CO+3H2−59.1kcal/mol ……(2) また上記(1)及び(2)の反応は吸熱反応であるか
ら、該吸熱作用を利用することによってガス温度を900
〜1100℃まで容易に低下させることができる。ここに触
媒としてはダスト中の鉄分が加えられる。
(3)上記ガス改質設備8から導出されたガスに、予備
還元炉3から排出されたCO2濃度の高いガスの一部をリ
サイクルして混合し(矢印10)、配管系内若しくはシャ
フト炉内でカーボンデポジション(炭素析出)の生じな
いガス酸化度(η=0.1〜0.12)に調整する。尚リサイ
クルガスは排熱回収ボイラー11によって冷却されてお
り、該リサイクルガスを混合することによって予備還元
炉導入ガスの温度を若干低下させることが可能となる。
(4)更に上記混合ガスの一部を冷却塔12へ分流して冷
却し、これを矢印13に示す如く本流14ら再合流させるこ
とによってシャフト炉導入ガス15の温度を700〜900℃ま
で低下させる。ここでは炭素析出が生じないことは前述
の通りである。
(5)シャフト炉(又は予備還元炉)3においては、上
記シャフト炉導入ガス15によって炉頂からの鉄鉱石(又
はペレット)16が金属化率90%以上に還元される。尚シ
ャフト炉3から導出されるガスは、前述の如く排熱回収
ボイラー11を経由してその一部が自らの成分調整に利用
される。
(6)上記シャフト炉で還元製造された高金属化率の還
元鉄17は、鉄鉱石18が添加されることによって低金属化
率の還元鉄19となって溶融還元炉1へ装入される。この
鉄鉱石18の添加によって溶融還元製鉄システム全体のガ
スバランスを確保することができるが、該鉄鉱石18の添
加量は前記の如きグラフに基づき定められる。
尚下記第1表には各プロセスにおける操業実施原単位
を、下記第2表には溶融還元炉,ガス改質設備,シャフ
ト炉におけるガス成組等を示した。
[発明の効果] 本発明は上述の如く構成されているので下記の如き優れ
た効果が発揮される。
(1)予備還元炉における鉄鉱石の金属化率を高めるこ
とができ、これによって予備還元鉄は該還元鉄の排出時
及び輸送時等に破壊及び粉化されない強固なものとな
り、予備還元の確実な操業を保証することができた。
(2)上記高金属化に伴なうガスバランスの悪化を改善
することができ、もって溶融金属製鉄法の操業安定化を
実現することができた。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明方法の一実施例を示すフロー図、第2図
は溶融還元製鉄法の原理を示す図、第3図はシャフト炉
ペレットの金属化率と圧潰強度を羽口からの距離の関数
として求めたグラフ、第4図は鉄鉱石原料の添加量を求
める為に用いられるグラフ、第5図は鉄浴式溶融還元炉
におけるポストコンバッション比率,鉄浴に装入される
還元鉄の金属化率,石炭消費量の関係を示すグラフであ
る。 1……溶融還元炉、3……予備還元炉 8……ガス改質設備、9……メタン 17……還元鉄、18……鉄鉱石
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水上 俊一 兵庫県明石市朝霧山手町24−7 (72)発明者 菊池 晶一 兵庫県神戸市灘区篠原伯母野山町2−3− 1 (56)参考文献 特開 昭59−129707(JP,A) 特開 昭59−123707(JP,A) 特開 昭49−98716(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鉄鉱石を予備還元炉で予備還元し、次いで
    溶融還元炉へ導いて溶融還元を行なうと共に溶融還元炉
    内で2次燃焼された高温排出ガスを炭化水素ガスによっ
    て温度調節及び改質し、この改質ガスを、予備還元炉排
    出ガスの一部に加えて予備還元炉へ導く様に構成した溶
    融還元製鉄法において、予備還元炉における金属化率が
    90%以上となる迄予備還元し、該予備還元炉から導出さ
    れる還元鉄に鉄鉱石原料を加えてから溶融還元炉へ導入
    する様にしたことを特徴とする溶融還元製鉄法。
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