JPH0689391B2 - 鉄鉱石の流動層還元方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は鉄鉱石を流動層方式により効率良く還元して還
元鉄を得る方法の改良に関するものである。

［従来の技術］ 高炉一転炉方式による間接製鉄法やシャフト炉等による
直接製鉄法では原料鉄鉱石を事前に塊成化処理（ペレッ
ト，焼結，ブリケット等）するか、或は塊状の鉄鉱石を
使用する必要があるが、粉粒状の鉄鉱石を還元性ガスで
流動状態にして流動層還元する流動層還元方式が開発さ
れるに及び、原料予備処理が簡略できるという点から大
きな期待が寄せられている。しかしこの流動層還元方式
もシステムとして完成された訳ではなく、未解決の問題
を多く残している。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記の様な流動層還元法で最も問題となるのは、スティ
ッキング現象（後述）である。即ち流動層予備還元工程
における還元率を向上するには還元温度をある程度高め
ればよいが、高温条件下では粉粒状鉄鉱石の表面に還元
鉄がひげ状に生成して相互に絡み合い、塊状化して流動
状態を喪失するスティッキング現象が発生する。その為
低めの温度に抑えた状態で流動層予備還元を行なわなけ
ればならず、還元効率を十分に高めることができておら
ない。そこで本発明者等はスティッキング防止対策を確
立すべく色々研究を行なった結果 流動層予備還元に先立って粉粒状鉄鉱石の表面に炭材
を付着させておけばスティッキングが防止され、高温条
件のもとでも安定して且つ効率良く予備還元を進行せし
め得ること、 炭材原料としては石炭が最も経済的であり、直接還元
設備に石炭乾留流動層設備を併設し、該乾留により生成
する炭素含有気体成分又は液体成分を還元雰囲気中で粉
粒状鉄鉱石と接触させれば、該鉄鉱石表面に炭素を均一
に付着せしめ得ること、 を確認し、別途特許出願を行なった。

一方、上記の様にして予備還元された鉄鉱石（以下半還
元鉄鉱石ということがある）は、ブリケット等として製
品化する場合を除くと一般に溶融還元炉に導入され、こ
こで最終的な還元及び脈石成分との分離が行なわれる。
即ち該溶融還元炉では、酸素（又は空気）と炭材の吹込
みによって生成するCO（2C＋O₂→2CO）による還元が行
なわれると共に、脈石成分の分離と精錬の為に還元鉄の
溶融を行なう必要があり、当該溶融の為の必要熱量及び
流動層還元炉等を含めた付帯設備における必要熱量を確
保する為、還元性発生ガスの鉄浴上における２次燃焼
（ポストコンバッション）が行なわれる。こうして得ら
れる高温の燃焼排ガスは温度及び成分を調整し流動層還
元に好適な温度及び組成にしてから前記流動層還元炉へ
送られる。

更に該流動層還元炉からの排ガスを石炭乾留流動層及び
炭素被覆流動層へ導入し、上記排ガスの顕熱によって乾
留に必要な熱量及び炭素被覆（タールの分解）に必要な
熱量を補償しようとするものである。

第２図は上記一連の工程を示したフロー図であり、図中
１は炭素被覆流動層、２は流動層還元炉、３は溶融還元
炉、４は石炭乾留流動層、５は粉粒状鉄鉱石（粉鉱）予
熱器、６は粉粒状石炭（粉炭）予熱器、８はコンプレッ
サー、９は脱炭酸器を夫々示し、石炭乾留流動層４で生
成した炭化水素ガスやタール（以下タールで代表する）
は炭素被覆流動層１へ炭素源として供給すると共に、乾
留残渣であるチャーは溶融還元炉３へ供給される炭材と
して活用する例を示している。また図示例では炭素被覆
流動層１から排出される排ガスを冷却器７に通して水分
を凝縮除去し、一部はコンプレッサー８を経て脱炭酸器
９へ送り、脱CO₂処理（還元ポテンシャルの向上）した
後リサイクルガスとして循環利用すると共に、残部は余
剰ガスとして系外へ抜き出す構成を採用しているが、脱
CO₂処理に代わる還元ポテンシャル向上対策としてリフ
ォーマーを使用することもできる。

ところで上記の如く、流動層還元炉２からの排ガス顕熱
を利用して石炭乾留流動層４及び炭素被覆流動層１の必
要熱量を補償する方法は、熱経済的に見て非常に有効な
方法ではあるが、この方法で熱平衡を保つ為には溶融還
元炉３における２次燃焼（ポストコンバッション）の効
率等を含めた操業条件を極めて厳密に設定しなければな
らず、上記２次燃焼率や流動層還元率、粉炭の乾留温
度、炭素被覆流動層の温度等の変動によって熱平衡が簡
単にくずれ、熱不足となって安定した操業状態を維持で
きなくなることがある。

こうした問題の改善策として、第２図に破線で示す如く
溶融還元炉３から排出される高温（1500℃程度以上）の
還元性排ガスの一部を直接石炭乾留流動層４へ導入する
ことも考えられる。しかしながら上記の如き高温ガスを
移送したり分岐させる為には高価な耐熱性配管材料を使
用しなければならないので経済的負担が加重されるばか
りでなく、還元能力の高い該排ガスの一部を流動層還元
以外の用途に使用することは得策と言えない。

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであっ
て、その目的は、殊に石炭乾留流動層４及び炭素被覆流
動層１における必要熱量を外部から簡単に補給すること
のできる技術を確立し、設備全体の熱平衡を安定に維持
することのできる流動層還元方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］ 本発明に係る流動還元方法の構成は、流動層方式によっ
て鉄鉱石の還元を行なう方法において、石炭乾留流動層
で得られる気体成分及び／又は液体成分を炭素被覆流動
層へ送り、該炭素被覆流動層において粉粒状鉄鉱石の表
面に炭材を付着させた後、流動層還元炉で該鉄鉱石の流
動層還元を行なう方法であって、前記石炭乾留流動層及
び炭素被覆流動層に、上記流動層還元炉から排出される
還元性排ガスを吹き込むと共に酸化性ガスを吹込んで該
還元性排ガスを燃焼せしめ、石炭乾留流動層及び炭素被
覆流動層における必要熱量を補償するところに要旨を有
するものである。

［作用及び実施例］ 第１図は本発明に係る流動層還元方法を例示する全体フ
ロー図であり、基本的構成は第２図に示したフロー図と
同様であるので、同一部分については同一の符号を付す
ことにより重複説明は省略する。

本発明における特徴的構成は、石炭乾留流動層４及び炭
素被覆流動層１に、流動層還元炉２から誘導される還元
性排ガスを導入すると共に酸化性ガス（酸素や空気等）
を吹込み、酸化性ガスと還元性排ガスを反応（燃焼）さ
せることにより燃焼熱を発生せしめ、この熱によって石
炭乾留流動層４及び炭素被覆流動層１における熱不足を
補い、石炭の乾留を効率良く進行せしめると共に、炭素
被覆流動層１内におけるタール等の熱分解を促進して粉
鉱表面への炭素被覆を効率良く進行させようとするもの
である。

即ち石炭乾留流動層４における適正な乾留温度は粉炭の
種類等によって相当変動し、また炭素被覆流動層１にお
ける適正操業温度は粉鉱の品種（産地等を含む）や目標
炭素被覆率等によって変わり、更に流動層還元炉２から
排出される排ガスの温度は溶融還元炉３への炭材吹込み
量や２次燃焼率によってかなり変わってくる為、上記の
様な操業条件によっては、流動層還元炉２から炭素被覆
流動層１へ供給される排ガスや石炭乾留流動層４へ供
給される排ガスの顕熱に過不足が生じてくる。この場
合顕熱過剰となったときは、各排ガス，の流量を絞
ったり低温ガスを混入させる等の手段で容易に対応する
ことができる。しかしながら逆に顕熱不足となったとき
は、溶融還元炉３への炭材供給量や２次燃焼率等を微妙
に調整しなければならなくなり、それに伴って溶融還元
炉３から排出される排ガスの還元ポテンシャルも変動す
るのでリサイクルガス量を変える必要が生じてくる等、
操業条件を全面的に再調整しなければならなくなる。

そこで本発明では、排ガス，が顕熱不足となったと
きに行なっていた前述の如き煩雑な再調整作業を省略す
る目的で、石炭乾留流動層４及び炭素被覆流動層１に適
量の酸化性ガスを吹込み、前記排ガス及びと反応さ
せることによって燃焼熱を発生せしめ、不足分の熱を補
う方法を採用している。即ち石炭乾留流動層４及び炭素
被覆流動層１の操業に必要な最適熱量と排ガス，の
有する顕熱を比較し、その不足分に相当する燃焼熱を発
生し得るだけの量の酸化性ガスを各流動層4,1へ吹込む
ことによって、各流動層4,1内を適正な操業温度にする
ことができる。

この場合、石炭乾留流動層４内では粉炭が酸化性ガスと
接触して燃焼し、また炭素被覆流動層１内で炭素被覆の
原料であるタール等が酸化性ガスと接触し燃焼して消費
されることが考えられる。しかしながら本発明では、前
述の如く還元性を有する排ガス，が同時に供給され
ており、該排ガス，中の還元性成分が優先的に酸化
性ガスと反応するので、固体物質（石炭）や液状物質
（タール等）が燃焼して消費される恐れは殆んどなく、
熱量補給（昇温）の目的のみを効果的に達成することが
できる。

尚、酸化性ガスと排ガス，との燃焼反応によって、
炭素被覆流動層１から排出される排ガス中の酸化性成分
（CO₂やH₂O）濃度は若干高くなるが、これらの酸化性成
分はリサイクルに当たり冷却器７（水分の凝縮除去）及
び脱炭酸器９（CO₂の除去）で夫々除去されるので、流
動層還元炉２における還元効率が悪影響を受ける恐れは
ない。第１図に示した冷却器７及び脱炭酸器９の代わり
にリフォーマを配設し、炭化水素等を吹込んでリサイク
ルガスの還元ポテンシャルを高めることも勿論可能であ
る。但し、本発明の如くCO濃度の高い排ガスをリフォー
マにより改質しようとした場合、リフォーマ内の触媒上
に炭素が沈着（2CO→Ｃ＋CO₂）して短時間で活性低下を
起こす可能性があるので、本発明を実施するに当たって
は、冷却器及び脱炭酸器を併設して酸化性成分を除去す
る前者の方法の方が有利である。尚脱炭酸器９として採
用される脱CO₂法は格別限定されないが、例えばアミン
系の溶媒を用いるアミンガード法、熱炭酸カリ系の溶媒
を使用するベンフィールド法等が好ましい方法として挙
げられる。

本発明における代表的な実施の態様は以上の通りである
が、本発明は、前述の如く炭素被覆流動層１及び石炭乾
留流動層４への流動層還元炉２から誘導される還元性の
排ガス，を送給すると共に、上記炭素被覆流動層１
及び石炭乾留流動層４のに酸化性ガスを吹込み、燃焼熱
によって熱量不足を補うところに特徴を有するものであ
るから、こうした特徴を有効に発揮せしめ得る限度で必
要に応じて種々の設計変更を加えることができ、それら
はすべて本発明の技術的範囲に含まれる。例えば石炭乾
留流動層４や炭素被覆流動層１の適正操業温度及び実測
操業温度、排ガス，の顕熱並びに不足熱量等を自動
的に測定・演算すると共に、不足熱量を補充するのに必
要な酸化性ガス量の演算・供給等をコンピュータで自動
的に管理し得る様な演算制御システムを組込んで全自動
化を図ることも勿論可能である。また図例では、石炭乾
留流動層４で副生するチャーを溶融還元炉３への炭材と
して有効利用する例を示しており、それにより石炭乾留
流動層併設の利点を一層有効に活用し得る例を示した
が、溶融還元炉３へ供給する炭材としてチャー以外のも
のを使用することも勿論可能である。更に本発明を実施
するに当たっては、溶融還元炉３自体を省略し、流動層
還元炉２から排出される還元鉄（少量の未酸化鉄及び脈
石成分含有）を中間原料として回収し、鉄源として他の
用途に使用することも可能である。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、石炭乾留流動層や
炭素被覆流動層の併設によて生じ易くなった熱量不足
を、流動層還元の基本的な操業条件を変えることなく夫
々の熱不足部分で確実に補給することができ、熱平衡を
簡単な操作で安定に維持し得ることになった。しかも熱
補給用として石炭乾留流動層や炭素被覆流動層へ供給さ
れる酸化性ガスは、同時に吹込まれる還元性排ガス（第
２流動層からの）と優先的に反応し燃焼するので、粉鉱
表面への炭素被覆用炭素源を無駄に消費するといった問
題を生ずることもなく、実用に即した方法ということが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すフロー図、第２図は本発
明の基本となった流動層還元法を例示するフロー図であ
る。 １…炭素被覆流動層 ２…流動層還元炉、３…溶融還元炉 ４…石炭乾留流動層、５、６…予熱器 ７…冷却器、８…コンプレッサー ９…脱炭酸器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流動層方式によって鉄鉱石の還元を行なう
   方法において、石炭乾留流動層で得られる気体成分及び
   ／または液体成分を炭素被覆流動層へ送り、該炭素被覆
   流動層において粉粒状鉄鉱石の表面に炭材を付着させた
   後、流動層還元炉で該鉄鉱石の流動層還元を行なう方法
   であって、前記石炭乾留流動層及び炭素被覆流動層に、
   上記流動層還元炉から排出される還元性排ガスを吹き込
   むと共に酸化性ガスを吹き込んで該還元性排ガスを燃焼
   せしめ、石炭乾留流動層及び炭素被覆流動層における必
   要熱量を補償することを特徴とする鉄鉱石の流動層還元
   方法。