JPH0689389B2 - 鉱石類の流動層還元方法 - Google Patents
鉱石類の流動層還元方法Info
- Publication number
- JPH0689389B2 JPH0689389B2 JP61073755A JP7375586A JPH0689389B2 JP H0689389 B2 JPH0689389 B2 JP H0689389B2 JP 61073755 A JP61073755 A JP 61073755A JP 7375586 A JP7375586 A JP 7375586A JP H0689389 B2 JPH0689389 B2 JP H0689389B2
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- Japan
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- gas
- furnace
- sectional area
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- reducing
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- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は流動層反応装置による鉱石、特に鉄鉱石の還
元方法に関する。
元方法に関する。
（従来の技術） 鉄鉱石を還元して溶鉄を得る方法として、最も普遍的に
現用されているプロセスは高炉による方法である。しか
し、高炉製鉄法における安定した操業を維持するために
は、良質の塊成鉱やコークスを必要とし、これらを製造
するためのコスト上昇、および原料選択の制約などの問
題点が指摘されている。
現用されているプロセスは高炉による方法である。しか
し、高炉製鉄法における安定した操業を維持するために
は、良質の塊成鉱やコークスを必要とし、これらを製造
するためのコスト上昇、および原料選択の制約などの問
題点が指摘されている。
これらの課題を解決するひとつの手段として、鉄鉱石
を、石炭の部分酸化熱により加熱・溶解しながら、還元
する溶融還元プロセスが研究・開発されていた。たとえ
ば、特願昭59−184056号において、流動層反応炉内に鉄
鉱石、石炭、酸素含有ガスを装入し、反応を進行せしめ
て、鉄鉱石およびチヤーを得、この予備還元鉱石および
チヤーならびに、別の系から供給される石炭とを混合、
塊成化して得られるブリケツトを、上底吹転炉型反応器
に装入し、前記予備還元鉱石を、溶融還元することを特
徴とする製鉄法が示されている。
を、石炭の部分酸化熱により加熱・溶解しながら、還元
する溶融還元プロセスが研究・開発されていた。たとえ
ば、特願昭59−184056号において、流動層反応炉内に鉄
鉱石、石炭、酸素含有ガスを装入し、反応を進行せしめ
て、鉄鉱石およびチヤーを得、この予備還元鉱石および
チヤーならびに、別の系から供給される石炭とを混合、
塊成化して得られるブリケツトを、上底吹転炉型反応器
に装入し、前記予備還元鉱石を、溶融還元することを特
徴とする製鉄法が示されている。
また、予備還元工程については、たとえばベルギー特許
第826,521号において、循環流動層を用いて、炭材を酸
素との部分燃焼反応によりガス化し、一部をチヤー化す
ると共に、この反応で発生したガスによって、鉄鉱石を
還元するプロセスが開示されている。また特開昭51−99
671号公報においては、反応器の形状を工夫して、酸化
領域における既還元鉱石粒子の再酸化を、抑制する方法
が示されている。
第826,521号において、循環流動層を用いて、炭材を酸
素との部分燃焼反応によりガス化し、一部をチヤー化す
ると共に、この反応で発生したガスによって、鉄鉱石を
還元するプロセスが開示されている。また特開昭51−99
671号公報においては、反応器の形状を工夫して、酸化
領域における既還元鉱石粒子の再酸化を、抑制する方法
が示されている。
しかし、反応塔内のガス流速などについては、Chemical
Engineering Progress 67,58〜63（1971）及び特開昭5
1−99671号公報では、単に粒子の輸送という観点のみか
ら、ガス流速が定められており、反応塔に導入されたガ
スおよび炭素物質と、O2との反応により生成したガスの
還元に利用される効率は、必ずしも保証されていない。
Engineering Progress 67,58〜63（1971）及び特開昭5
1−99671号公報では、単に粒子の輸送という観点のみか
ら、ガス流速が定められており、反応塔に導入されたガ
スおよび炭素物質と、O2との反応により生成したガスの
還元に利用される効率は、必ずしも保証されていない。
元来、流動層反応塔は、反応物質を希薄層において反応
させるため、充填層型の反応塔に比較すると、容積当り
の生産性が低く、またガスの利用効率が悪い欠点があ
る。特に循環流動層は、通過ガス量が多く、その傾向が
顕著である。
させるため、充填層型の反応塔に比較すると、容積当り
の生産性が低く、またガスの利用効率が悪い欠点があ
る。特に循環流動層は、通過ガス量が多く、その傾向が
顕著である。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、堅型流動層還元において、還元性ガス温度、
組成の自由度を大にし、還元剤の効率のよい利用を図
り、反応塔の体積生産性を高くした還元方法を提供する
ものである。
組成の自由度を大にし、還元剤の効率のよい利用を図
り、反応塔の体積生産性を高くした還元方法を提供する
ものである。
（問題点を解決するための手段） 本発明は1000℃以下に予熱された粒径1mm以下の鉱石
と、炉頂ガスから分離捕集した鉱石を合体して、炉の下
部に供給し、還元性ガスを炉の底部から供給する循環流
動反応方法において、炉の高さ方向の１ケ所以上に、炉
体の断面積を炉下部より増加し、炉体断面積増加による
炉内ガス流速度の低下を補償するように、前記断面積増
加域から還元性ガスを導入することを特徴とする。
と、炉頂ガスから分離捕集した鉱石を合体して、炉の下
部に供給し、還元性ガスを炉の底部から供給する循環流
動反応方法において、炉の高さ方向の１ケ所以上に、炉
体の断面積を炉下部より増加し、炉体断面積増加による
炉内ガス流速度の低下を補償するように、前記断面積増
加域から還元性ガスを導入することを特徴とする。
本発明においては鉄鉱石は粒径1mm以下に整粉すること
が好ましい。又反応塔では1000℃以下で還元される。流
動層反応塔（以下反応塔という）の問題点の１つは、先
に述べたように、希薄層において反応を行なわせるため
に、還元性ガス（以下ガスという）の利用効率、ひいて
は容積当りの生産性が、他の方法に較べて低くなること
である。特に循環流動層においては、反応塔内の空隙率
が大きく、その傾向が顕著である。
が好ましい。又反応塔では1000℃以下で還元される。流
動層反応塔（以下反応塔という）の問題点の１つは、先
に述べたように、希薄層において反応を行なわせるため
に、還元性ガス（以下ガスという）の利用効率、ひいて
は容積当りの生産性が、他の方法に較べて低くなること
である。特に循環流動層においては、反応塔内の空隙率
が大きく、その傾向が顕著である。
即ち流動層内に滞留する粒子の存在比率（１−空隙率）
は、ガス線速度に依存し、ガス線速度が低くなると粒子
濃度が高くなり、結果として接触効率が高まり、ガス利
用率が高くなる。一方、還元ガスは、鉱石と接触し反応
が起ると、ガスの酸化度が上昇して、還元能力が失なわ
れてくる。これはとりも直さず反応炉内容積の全てが、
有効に利用されないことを意味する。
は、ガス線速度に依存し、ガス線速度が低くなると粒子
濃度が高くなり、結果として接触効率が高まり、ガス利
用率が高くなる。一方、還元ガスは、鉱石と接触し反応
が起ると、ガスの酸化度が上昇して、還元能力が失なわ
れてくる。これはとりも直さず反応炉内容積の全てが、
有効に利用されないことを意味する。
本発明においては、流動反応塔のこのような基本的な性
質を考慮し、反応に必要なガスの全てを、一度に底部か
ら供給するのではなく、反応塔の高さ方向の適当な位置
に、最終還元率、鉄鉱石の粒度、反応性、還元ガスの温
度、組成などによつて定まる還元速度と、予め求められ
ている比率を以つて、断面積増加域からガスの一部を分
岐し吹き込む際に、反応塔を通じてガス流速度を一定に
なるように、炉体の断面積を段階的に拡大し、これによ
つて炉の容積生産性を向上させようとするものである。
本発明により、限られたスペースにおいて、より大なる
生産性が得られ、固定費負担の軽減を図ることが可能と
なる。
質を考慮し、反応に必要なガスの全てを、一度に底部か
ら供給するのではなく、反応塔の高さ方向の適当な位置
に、最終還元率、鉄鉱石の粒度、反応性、還元ガスの温
度、組成などによつて定まる還元速度と、予め求められ
ている比率を以つて、断面積増加域からガスの一部を分
岐し吹き込む際に、反応塔を通じてガス流速度を一定に
なるように、炉体の断面積を段階的に拡大し、これによ
つて炉の容積生産性を向上させようとするものである。
本発明により、限られたスペースにおいて、より大なる
生産性が得られ、固定費負担の軽減を図ることが可能と
なる。
以下本発明を図面について説明する。
第１図は本発明のフローを示す説明図である。
すなわち、１は循環型流動層反応塔、２は１より排出さ
れるガスおよび鉱石粒子を分離するサイクロンである。
反応塔の下部より供給された予熱鉱石３は、サイクロン
２により、炉頂ガス７より分離された循環鉱石６ととも
に、所定反応温度に加熱された還元性ガス４により、流
動化される。
れるガスおよび鉱石粒子を分離するサイクロンである。
反応塔の下部より供給された予熱鉱石３は、サイクロン
２により、炉頂ガス７より分離された循環鉱石６ととも
に、所定反応温度に加熱された還元性ガス４により、流
動化される。
５は先に述べた還元性ガス４より分岐された還元ガスで
あり、反応塔の途中から炉内へ吹き込まれる。また必要
に応じて、さらにガスを分岐し、５′のように複数段の
位置から炉内へ分割吹き込みを行つてもよい。
あり、反応塔の途中から炉内へ吹き込まれる。また必要
に応じて、さらにガスを分岐し、５′のように複数段の
位置から炉内へ分割吹き込みを行つてもよい。
また、後述する如く、途中から吹込むガスは、化石燃料
と高濃度酸素に置換えることができる。
と高濃度酸素に置換えることができる。
本発明においては、反応炉の容積当りの生産性が向上す
るような炉の高さ方向の１ケ所以上に、炉体の断面積を
炉下部より増加し、炉体断面積増加による炉内ガス流速
の低下を補償するように、前記断面積増加域から還元性
ガスを導入する。即ち本発明の反応塔１は、その断面積
をt1＜t2＜t3の関係に設計される。
るような炉の高さ方向の１ケ所以上に、炉体の断面積を
炉下部より増加し、炉体断面積増加による炉内ガス流速
の低下を補償するように、前記断面積増加域から還元性
ガスを導入する。即ち本発明の反応塔１は、その断面積
をt1＜t2＜t3の関係に設計される。
又、断面積増加域にガス導入口５を設ける。従つて、ガ
スのトータル量は一定にして、塔内のガス流速が一定に
なるように、ガスの分配に応じて塔径を変えて、ガスの
一部をガス導入口から供給することとなる。このことは
逆に、炉の下部においてガス量が少く、断面積が小さい
ことを意味する。
スのトータル量は一定にして、塔内のガス流速が一定に
なるように、ガスの分配に応じて塔径を変えて、ガスの
一部をガス導入口から供給することとなる。このことは
逆に、炉の下部においてガス量が少く、断面積が小さい
ことを意味する。
第２図は、塔高さ方向の還元性ガスのモル分率ｘの変化
を模式的に示す。
を模式的に示す。
図の実線は分岐なし、点線は分岐して、一部を塔の途中
から吹込む場合である。Zi以下では、途中吹込の有無に
かかわらず同じ濃度分布を示す。これは、ガス流速が同
一となるよう、途中吹込の為に減らしたガスに見合った
分だけ、塔径を小さくしている為、粒子のホールドアッ
プも変化しない為である。途中吹込により、還元性ガス
のモル分率は、Ziにおいて大きく増加するが、この差は
塔頂にゆくにつれ小さくなる。これは炉内還元ガス濃度
が、平衡濃度とはなれているうちは、還元力が強いが、
平衡に近づくにつれ、還元力が小さくなる為である。
から吹込む場合である。Zi以下では、途中吹込の有無に
かかわらず同じ濃度分布を示す。これは、ガス流速が同
一となるよう、途中吹込の為に減らしたガスに見合った
分だけ、塔径を小さくしている為、粒子のホールドアッ
プも変化しない為である。途中吹込により、還元性ガス
のモル分率は、Ziにおいて大きく増加するが、この差は
塔頂にゆくにつれ小さくなる。これは炉内還元ガス濃度
が、平衡濃度とはなれているうちは、還元力が強いが、
平衡に近づくにつれ、還元力が小さくなる為である。
従つて本発明の利点は、一度平衡組成に近づき還元力が
落ちたガスを、再度還元力の高いレベルに上げられるこ
とにあり、塔径を小さくして、単位容積当りの生産性を
向上させることができる利点がある。
落ちたガスを、再度還元力の高いレベルに上げられるこ
とにあり、塔径を小さくして、単位容積当りの生産性を
向上させることができる利点がある。
一般に時間当りの送風量Ｗのとき、還元性ガスのモル分
率が塔の入、出口で、x1からx0に変化したときの時間当
りの反応量Ｐは、Ｋを比較定数として、（１）式で与え
られる。
率が塔の入、出口で、x1からx0に変化したときの時間当
りの反応量Ｐは、Ｋを比較定数として、（１）式で与え
られる。
Ｐ＝Ｋ・Ｗ（x1−x0） （１） 従つて第２図の場合、吹込なしのケースの時間当り反応
量P0は、（２）式となる。
量P0は、（２）式となる。
P0＝Ｋ・Ｗ（x0−x4） （２） 吹込有のケースの時間当りの反応量P1は、（３）式とな
る。
る。
P1＝Ｋ・αＷ（x0−x1）＋KW（x2−x3） （３） ここでαは、全量Ｗのガスのうち、炉の下部から吹入れ
た比率である。またx2は、塔の途中から吹込んだガスの
還元性ガスモル分率を、xiとすると、（４）式で与えら
れる。
た比率である。またx2は、塔の途中から吹込んだガスの
還元性ガスモル分率を、xiとすると、（４）式で与えら
れる。
Ｗx2＝Ｗ（αx1＋（１−α）xi） （４） 炉内ガス流速一定の条件により、炉下部断面積の減少を
考慮すると、容積当りの生産性の向上代P1′／P0′は
（５）式となる。
考慮すると、容積当りの生産性の向上代P1′／P0′は
（５）式となる。
（４），（５）式を用いて、分配比αと生産性の間の関
係をうることができる。
係をうることができる。
第３図はこのようにして求めたα＝0.6における吹込位
置と、容積生産性の関係を示す。
置と、容積生産性の関係を示す。
燃料吹込高さを高くすると、塔頂での還元性ガスのモル
分率は上昇する。従つて塔頂での還元性ガス比率が、ど
こまで高く許容できるかによつて容積生産性の向上代は
制限を受けるが、前述の様に、いかなる位置で燃料を吹
込んでも容積生産性は向上する。
分率は上昇する。従つて塔頂での還元性ガス比率が、ど
こまで高く許容できるかによつて容積生産性の向上代は
制限を受けるが、前述の様に、いかなる位置で燃料を吹
込んでも容積生産性は向上する。
（実施例） 目標予備還元率60％として時間当り鉄分68％の鉄鉱石14
70kgを炉内に装入し、入口ガスの組成および温度が、
H2;15.0.％、CO;82.5％、H2O;0.5％、CO2;2.0％、900℃
の条件において、時間当り2240Nm3のガスを、分岐せず
に全てを、炉下部から吹込んだ場合の炉内ガス濃度分布
を、第４図に実線で示す。
70kgを炉内に装入し、入口ガスの組成および温度が、
H2;15.0.％、CO;82.5％、H2O;0.5％、CO2;2.0％、900℃
の条件において、時間当り2240Nm3のガスを、分岐せず
に全てを、炉下部から吹込んだ場合の炉内ガス濃度分布
を、第４図に実線で示す。
これから（２）式の定数を決定し、これにもとづいて先
に述べた式により、吹込み位置、および分配比を変え
て、第３図のようにシミユレーシヨンを行つた結果、α
＝0.6炉頂での還元性ガス比率67％以下では、無次元高
さ0.45で、容積生産性が最大になることがわかった。
に述べた式により、吹込み位置、および分配比を変え
て、第３図のようにシミユレーシヨンを行つた結果、α
＝0.6炉頂での還元性ガス比率67％以下では、無次元高
さ0.45で、容積生産性が最大になることがわかった。
そこでこの条件でガスを分岐し、炉内形状をガス速度一
定となるように設計して行つた実験結果が、第４図の点
線である。この結果、ガス側の利用率は低下したが、反
応塔積が約20％減少したことにより、容積生産性は向上
した。
定となるように設計して行つた実験結果が、第４図の点
線である。この結果、ガス側の利用率は低下したが、反
応塔積が約20％減少したことにより、容積生産性は向上
した。
（発明の効果） 本発明は堅型流動層反応装置において、炉の高さ方向の
１ケ所以上に炉体の断面積を炉下部より増加し、炉体断
面積増加による炉内ガス流速度の低下を補償するよう
に、前記断面積増加域から還元性ガスを導入するので、
小容量の反応装置によつて効率の高い還元反応を得て、
その工業的効果は大である。
１ケ所以上に炉体の断面積を炉下部より増加し、炉体断
面積増加による炉内ガス流速度の低下を補償するよう
に、前記断面積増加域から還元性ガスを導入するので、
小容量の反応装置によつて効率の高い還元反応を得て、
その工業的効果は大である。
第１図は本発明のフローの説明図、第２図、第３図は還
元性ガスモル分率と塔高さの図表、第４図は相対生産性
とガス吹込位置との図表である。 １……反応塔、２……サイクロン ５……還元ガス、６……循環鉱石
元性ガスモル分率と塔高さの図表、第４図は相対生産性
とガス吹込位置との図表である。 １……反応塔、２……サイクロン ５……還元ガス、６……循環鉱石
Claims (2)
- 【請求項１】1000℃以下に予熱された粒径1mm以下の鉱
石と、炉頂ガスから分離捕集した鉱石を合体して、炉の
下部に供給し、還元性ガスを炉の底部から供給する循環
流動反応方法において、炉の高さ方向の１ケ所以上に、
炉体の断面積を炉下部より増加し、炉体断面積増加によ
る炉内ガス流速度の低下を補償するように、前記断面積
増加域から還元性ガスを導入することを特徴とする鉱石
類の流動層還元方法。 - 【請求項２】断面積増加域から、化石燃料と酸素を供給
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の鉱石
類の流動層還元方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61073755A JPH0689389B2 (ja) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | 鉱石類の流動層還元方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61073755A JPH0689389B2 (ja) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | 鉱石類の流動層還元方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62230910A JPS62230910A (ja) | 1987-10-09 |
| JPH0689389B2 true JPH0689389B2 (ja) | 1994-11-09 |
Family
ID=13527378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61073755A Expired - Lifetime JPH0689389B2 (ja) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | 鉱石類の流動層還元方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0689389B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01242724A (ja) * | 1988-03-25 | 1989-09-27 | Nippon Steel Corp | 紛粒体循環流動層反応装置 |
| JPH0610021A (ja) * | 1992-06-24 | 1994-01-18 | Kawasaki Steel Corp | 流動層還元装置およびその操業方法 |
| KR102090550B1 (ko) * | 2018-11-26 | 2020-03-18 | 주식회사 포스코 | 유동로 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH062893B2 (ja) * | 1986-03-28 | 1994-01-12 | 川崎製鉄株式会社 | 粉状鉱石からの溶融金属製造方法 |
-
1986
- 1986-03-31 JP JP61073755A patent/JPH0689389B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62230910A (ja) | 1987-10-09 |
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