JPH09194920A - 低硫黄・高炭素含有還元鉄の製造方法 - Google Patents
低硫黄・高炭素含有還元鉄の製造方法Info
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- JPH09194920A JPH09194920A JP8004327A JP432796A JPH09194920A JP H09194920 A JPH09194920 A JP H09194920A JP 8004327 A JP8004327 A JP 8004327A JP 432796 A JP432796 A JP 432796A JP H09194920 A JPH09194920 A JP H09194920A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低硫黄・高炭素含有還元鉄を製造するあた
り、生産コストを上げることなく生産性を向上させるこ
とのできる製造方法を提供することを目的とする。ま
た、原料鉱石中の硫黄含有量の制約を緩和することを目
的とする。加えて、ガスの利用効率を向上させ、より一
層の生産コスト低減を図ることを目的とする。 【解決手段】 還元鉄製造プロセスを第一還元工程と第
二還元工程に分け、第一還元工程では、酸化鉄の還元を
行うと共に、還元中の酸化鉄表面に硫黄を吸着させて炭
化鉄を安定化し、第二還元工程では、還元ガス中の水素
によって過剰の硫黄を除去しつつ還元を行う。
り、生産コストを上げることなく生産性を向上させるこ
とのできる製造方法を提供することを目的とする。ま
た、原料鉱石中の硫黄含有量の制約を緩和することを目
的とする。加えて、ガスの利用効率を向上させ、より一
層の生産コスト低減を図ることを目的とする。 【解決手段】 還元鉄製造プロセスを第一還元工程と第
二還元工程に分け、第一還元工程では、酸化鉄の還元を
行うと共に、還元中の酸化鉄表面に硫黄を吸着させて炭
化鉄を安定化し、第二還元工程では、還元ガス中の水素
によって過剰の硫黄を除去しつつ還元を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化鉄を固体状態
のまま還元して金属化を行う直接還元製鉄法において、
炭化鉄に富んだ低硫黄の還元鉄を鉄鉱石から効率よく製
造する方法に関するものである。
のまま還元して金属化を行う直接還元製鉄法において、
炭化鉄に富んだ低硫黄の還元鉄を鉄鉱石から効率よく製
造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の還元鉄の製造方法としては、シャ
フト炉を用いるMidrex法（従来法）や、流動層を用い
るFIOR法（従来法）、また同じく流動層を用いるIRON
CARBIDE 法［Ironmaking Conf. Proc.,1993 第333 〜33
9 頁］（従来法）がある。
フト炉を用いるMidrex法（従来法）や、流動層を用い
るFIOR法（従来法）、また同じく流動層を用いるIRON
CARBIDE 法［Ironmaking Conf. Proc.,1993 第333 〜33
9 頁］（従来法）がある。
【０００３】他方、製造された還元鉄としては、次工程
の溶解・精錬プロセスにおける熱源となる炭素を多量に
含有する点、窒素の低減を見込める点、耐候性が大きい
点、吹き込みが可能である点等から、高炭素含有還元鉄
が望まれる場合がある。
の溶解・精錬プロセスにおける熱源となる炭素を多量に
含有する点、窒素の低減を見込める点、耐候性が大きい
点、吹き込みが可能である点等から、高炭素含有還元鉄
が望まれる場合がある。
【０００４】還元鉄中の炭素含有量を多くするには、還
元プロセス中で効率良く炭化鉄を生成させることが必要
であるが、上記従来法，の方法によって製造された
還元鉄は、炭素含有量が２％と低いものである。
元プロセス中で効率良く炭化鉄を生成させることが必要
であるが、上記従来法，の方法によって製造された
還元鉄は、炭素含有量が２％と低いものである。
【０００５】一方、従来法では炭素含有量６〜８％の
還元鉄を製造することができるが、下記の理由により50
0 〜600 ℃の低温で製造しなければならず、生産性が低
いものとなる。即ち、金属鉄中に固溶した炭素が過飽和
に達すると金属鉄表面に炭化鉄が析出するのであるが、
該炭化鉄は元来熱力学的に不安定な物質である為、高温
操業によって仮に効率良く炭化鉄含有量の多い還元鉄が
できたとしても、該高温環境下ではすぐに金属鉄と固体
炭素に分解する。従って、上記従来法においては、50
0 〜600 ℃の範囲の低温で反応させる必要があり、この
様な低温では反応速度が遅く、生産性が低いものとな
る。
還元鉄を製造することができるが、下記の理由により50
0 〜600 ℃の低温で製造しなければならず、生産性が低
いものとなる。即ち、金属鉄中に固溶した炭素が過飽和
に達すると金属鉄表面に炭化鉄が析出するのであるが、
該炭化鉄は元来熱力学的に不安定な物質である為、高温
操業によって仮に効率良く炭化鉄含有量の多い還元鉄が
できたとしても、該高温環境下ではすぐに金属鉄と固体
炭素に分解する。従って、上記従来法においては、50
0 〜600 ℃の範囲の低温で反応させる必要があり、この
様な低温では反応速度が遅く、生産性が低いものとな
る。
【０００６】そこで、生成した炭化鉄の安定化を図る手
段が種々検討され、例えば硫化水素ガスを吹き込むつ
つ、550 〜950 ℃で炭化鉄を製造する方法（従来法）
が開発された［材料とプロセス，VOL.8(1995) 第110,11
1 頁］。この方法では、金属鉄表面に硫黄を吸着させる
ことによって析出した炭化鉄を安定化させるという効果
のあることが見出されている［Steel Research,66(199
5),No.6, 第254 〜258 頁］。
段が種々検討され、例えば硫化水素ガスを吹き込むつ
つ、550 〜950 ℃で炭化鉄を製造する方法（従来法）
が開発された［材料とプロセス，VOL.8(1995) 第110,11
1 頁］。この方法では、金属鉄表面に硫黄を吸着させる
ことによって析出した炭化鉄を安定化させるという効果
のあることが見出されている［Steel Research,66(199
5),No.6, 第254 〜258 頁］。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来法では、副反応によって硫化鉄が生成する為、製造
された還元鉄中に硫黄が多く含まれることになって、後
工程において脱硫する必要が生じ、その結果コストが増
大するという問題がある。硫化鉄の形成を少しでも少な
くする為には、硫化水素の吹き込み濃度を厳格に制御し
なければならず、また原料として硫黄含有量の少ない高
品質鉱石しか利用できないという制限があった。
来法では、副反応によって硫化鉄が生成する為、製造
された還元鉄中に硫黄が多く含まれることになって、後
工程において脱硫する必要が生じ、その結果コストが増
大するという問題がある。硫化鉄の形成を少しでも少な
くする為には、硫化水素の吹き込み濃度を厳格に制御し
なければならず、また原料として硫黄含有量の少ない高
品質鉱石しか利用できないという制限があった。
【０００８】一方、直接還元製鉄法における還元剤とし
て、触媒の存在下に天然ガスを分解して水素と一酸化炭
素を含有するガスに改質したものを用いることが実用化
されており、ガスを有効活用するという目的からは、還
元炉より排出された排ガスを、上記天然ガスを改質する
改質剤として循環利用するのが一般的である。しかし上
記触媒によるガス改質において、ガス中の硫黄分が高い
と、改質用の触媒が被毒されて活性が著しく低下すると
いうことから、ガスを循環利用する場合には、原料鉱石
として硫黄含有量の低いものしか利用することができな
いという問題がある。
て、触媒の存在下に天然ガスを分解して水素と一酸化炭
素を含有するガスに改質したものを用いることが実用化
されており、ガスを有効活用するという目的からは、還
元炉より排出された排ガスを、上記天然ガスを改質する
改質剤として循環利用するのが一般的である。しかし上
記触媒によるガス改質において、ガス中の硫黄分が高い
と、改質用の触媒が被毒されて活性が著しく低下すると
いうことから、ガスを循環利用する場合には、原料鉱石
として硫黄含有量の低いものしか利用することができな
いという問題がある。
【０００９】本発明は以上の問題に鑑みてなされたもの
で、原料鉱石の品位にかかわらず低硫黄・高炭素含有還
元鉄を製造し得る方法、特に生産コストを上げることな
く生産性を向上させることのできる製造方法を提供する
ことを目的とする。加えて、ガスの利用効率を向上さ
せ、生産コストのより一層の低減を図ることを目的とす
る。
で、原料鉱石の品位にかかわらず低硫黄・高炭素含有還
元鉄を製造し得る方法、特に生産コストを上げることな
く生産性を向上させることのできる製造方法を提供する
ことを目的とする。加えて、ガスの利用効率を向上さ
せ、生産コストのより一層の低減を図ることを目的とす
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る低硫黄・高
炭素含有還元鉄の製造方法は、還元鉄製造プロセスを第
一還元工程と第二還元工程に分け、第一還元工程では、
酸化鉄の第１段階の還元を行うと共に、還元反応進行中
の酸化鉄表面に硫黄を吸着させて炭化鉄を安定化させ、
第二還元工程では、還元ガス中の水素によって過剰の硫
黄を除去しつつ更に還元を進行させることを要旨とす
る。
炭素含有還元鉄の製造方法は、還元鉄製造プロセスを第
一還元工程と第二還元工程に分け、第一還元工程では、
酸化鉄の第１段階の還元を行うと共に、還元反応進行中
の酸化鉄表面に硫黄を吸着させて炭化鉄を安定化させ、
第二還元工程では、還元ガス中の水素によって過剰の硫
黄を除去しつつ更に還元を進行させることを要旨とす
る。
【００１１】即ち、前記第一還元工程においては、鉱石
の還元を行うと共に、鉱石粒子の表面が金属化し更に浸
炭に基づく炭化が進行していく段階で、硫黄を吸着させ
ることによって、炭化鉄の安定化をはかる。その結果上
記プロセスを高温で行うことが可能となり、従って生産
性が向上する。一方、鉱石の還元に用いる還元ガスは脱
硫作用も有していることから、この点を利用し、第二還
元工程において引き続き還元を行うと共に、第一還元工
程で吸着した過剰な硫黄を除去する。尚、第二還元工程
において脱硫が進行しても、直ちに炭化鉄の分解が起こ
るという訳ではなく、脱流前の硫黄によって炭化鉄の安
定が保たれているから、第二還元工程においても高温で
の操業が可能となり、炭化鉄の生成が促進される。
の還元を行うと共に、鉱石粒子の表面が金属化し更に浸
炭に基づく炭化が進行していく段階で、硫黄を吸着させ
ることによって、炭化鉄の安定化をはかる。その結果上
記プロセスを高温で行うことが可能となり、従って生産
性が向上する。一方、鉱石の還元に用いる還元ガスは脱
硫作用も有していることから、この点を利用し、第二還
元工程において引き続き還元を行うと共に、第一還元工
程で吸着した過剰な硫黄を除去する。尚、第二還元工程
において脱硫が進行しても、直ちに炭化鉄の分解が起こ
るという訳ではなく、脱流前の硫黄によって炭化鉄の安
定が保たれているから、第二還元工程においても高温で
の操業が可能となり、炭化鉄の生成が促進される。
【００１２】前記第一還元工程において、硫黄を付着さ
せる為の硫黄源については特に限定されないが、一つの
手段としては硫化鉄を添加することにより硫黄を供給す
るのが好ましい。また別の手段としては、硫黄含有炭材
を添加することが好ましい。
せる為の硫黄源については特に限定されないが、一つの
手段としては硫化鉄を添加することにより硫黄を供給す
るのが好ましい。また別の手段としては、硫黄含有炭材
を添加することが好ましい。
【００１３】また、前者の硫化鉄添加は、第二還元工程
を経て製造された還元鉄の一部を、第一還元工程及び／
または第二還元工程より出た排ガス中の硫化水素を用い
て硫化鉄とし、該硫化鉄を第一還元工程における硫黄供
給源として用いる方法が熱効率上好ましい。
を経て製造された還元鉄の一部を、第一還元工程及び／
または第二還元工程より出た排ガス中の硫化水素を用い
て硫化鉄とし、該硫化鉄を第一還元工程における硫黄供
給源として用いる方法が熱効率上好ましい。
【００１４】加えて、前記硫化鉄の製造により低硫黄化
した前記排ガスを、天然ガスから還元ガスを製造する際
の改質ガスとして循環使用することも好ましい手段とし
て例示される。更に、前記第一還元工程及び前記第二還
元工程を流動層を用いて連続的に行うことがより望まし
い。
した前記排ガスを、天然ガスから還元ガスを製造する際
の改質ガスとして循環使用することも好ましい手段とし
て例示される。更に、前記第一還元工程及び前記第二還
元工程を流動層を用いて連続的に行うことがより望まし
い。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る低硫黄・高炭
素含有還元鉄の製造フローの一例を示す図である。鉄鉱
石等の原料酸化鉄[A] は予熱炉１で乾燥且つ予熱された
後、第一還元炉２（第一還元工程）において、粒子表面
に金属鉄が生成する程度、即ち例えば還元率40％程度ま
で還元する（中間還元鉄[C] ）。次に第二還元炉３（第
二還元工程）において例えば還元率90％以上まで仕上げ
還元する（製品還元鉄[D] ）。該第二還元炉における還
元反応は、加熱炉６で温度調節された低硫黄還元ガス
[L] を用いて行われ、第一還元炉における還元反応は、
第二還元炉を経た高硫黄還元ガス[H] を用いて行われて
いる。
素含有還元鉄の製造フローの一例を示す図である。鉄鉱
石等の原料酸化鉄[A] は予熱炉１で乾燥且つ予熱された
後、第一還元炉２（第一還元工程）において、粒子表面
に金属鉄が生成する程度、即ち例えば還元率40％程度ま
で還元する（中間還元鉄[C] ）。次に第二還元炉３（第
二還元工程）において例えば還元率90％以上まで仕上げ
還元する（製品還元鉄[D] ）。該第二還元炉における還
元反応は、加熱炉６で温度調節された低硫黄還元ガス
[L] を用いて行われ、第一還元炉における還元反応は、
第二還元炉を経た高硫黄還元ガス[H] を用いて行われて
いる。
【００１６】製品還元鉄[D] の一部[F] は、脱硫炉４で
排ガス[O] 中の硫黄（硫化水素）を用いて硫化鉄[G] に
され（下記反応−１参照）、第一還元炉２に添加され
る。
排ガス[O] 中の硫黄（硫化水素）を用いて硫化鉄[G] に
され（下記反応−１参照）、第一還元炉２に添加され
る。
【００１７】第一還元炉２では、還元ガス中の水素と硫
化鉄[H] の反応によって硫化水素が発生し、原料酸化鉄
の粒子表面の金属鉄に硫黄を吸着させる反応が起こる。
この様な硫黄の吸着によって、金属鉄表面に生成した炭
化鉄が安定化し、第一還元炉２及び第二還元炉３におい
て高温での操業が可能となり、従って金属鉄中への浸炭
ならびに炭化鉄の生成を促進させることができる（下記
反応−２参照）。
化鉄[H] の反応によって硫化水素が発生し、原料酸化鉄
の粒子表面の金属鉄に硫黄を吸着させる反応が起こる。
この様な硫黄の吸着によって、金属鉄表面に生成した炭
化鉄が安定化し、第一還元炉２及び第二還元炉３におい
て高温での操業が可能となり、従って金属鉄中への浸炭
ならびに炭化鉄の生成を促進させることができる（下記
反応−２参照）。
【００１８】また更に第二還元炉３では、未反応の硫化
鉄[H] や金属鉄中に侵入した過剰な硫黄分が、還元ガス
中の水素で除去され（下記反応−３参照）、硫黄含有量
の低い製品還元鉄[D] が製造される。
鉄[H] や金属鉄中に侵入した過剰な硫黄分が、還元ガス
中の水素で除去され（下記反応−３参照）、硫黄含有量
の低い製品還元鉄[D] が製造される。
【００１９】第二還元炉３から排出される排ガス[M] 中
の硫化水素は、第一還元炉２における硫黄吸着に利用さ
れ、次に第一還元炉２から排出される排ガス[N] は、予
熱炉１を経て排出される。この排ガス[O] 中に残った硫
化水素は、前述の様に、脱硫炉４で還元鉄[F] を用いて
脱硫処理される。
の硫化水素は、第一還元炉２における硫黄吸着に利用さ
れ、次に第一還元炉２から排出される排ガス[N] は、予
熱炉１を経て排出される。この排ガス[O] 中に残った硫
化水素は、前述の様に、脱硫炉４で還元鉄[F] を用いて
脱硫処理される。
【００２０】脱硫炉からの排ガス[P] には、水蒸気と二
酸化炭素が含まれており、該排ガス[P] は改質炉５にお
いて天然ガス[Q] の改質反応に利用され（下記反応−
４，５）、還元ガス[J] を製造する。該還元ガス[J]
は、上述の様に、加熱炉６で温度調節され、低硫黄還元
ガス[L]として第二還元炉３に供給される。
酸化炭素が含まれており、該排ガス[P] は改質炉５にお
いて天然ガス[Q] の改質反応に利用され（下記反応−
４，５）、還元ガス[J] を製造する。該還元ガス[J]
は、上述の様に、加熱炉６で温度調節され、低硫黄還元
ガス[L]として第二還元炉３に供給される。
【００２１】図１に示すプロセスにおいては、前述の様
に、鉱石に含まれる硫黄は、第二還元炉３から第一還元
炉２及び予熱炉１を経て排出された排ガス[O] 中へと移
行し、脱硫炉４において硫化鉄[G] となり、硫化鉄[H]
として再び第１還元炉２に戻されることになるが、硫黄
含有量の高い鉱石を原料として用いた場合は、プロセス
内の硫黄が多くなり、第二還元炉３における負荷が大き
くなって脱硫が不十分になってしまう恐れがある。そこ
で、この様に高硫黄含有鉄鉱石を用いる場合は、製品還
元鉄[D] の一部[F] を用いて排ガス[O] の硫黄を除き、
硫化鉄[I] として系外へ抜き出す様にすれば良いから、
高硫黄含有鉄鉱石の利用も可能となる。
に、鉱石に含まれる硫黄は、第二還元炉３から第一還元
炉２及び予熱炉１を経て排出された排ガス[O] 中へと移
行し、脱硫炉４において硫化鉄[G] となり、硫化鉄[H]
として再び第１還元炉２に戻されることになるが、硫黄
含有量の高い鉱石を原料として用いた場合は、プロセス
内の硫黄が多くなり、第二還元炉３における負荷が大き
くなって脱硫が不十分になってしまう恐れがある。そこ
で、この様に高硫黄含有鉄鉱石を用いる場合は、製品還
元鉄[D] の一部[F] を用いて排ガス[O] の硫黄を除き、
硫化鉄[I] として系外へ抜き出す様にすれば良いから、
高硫黄含有鉄鉱石の利用も可能となる。
【００２２】 反応−１：Ｆｅ＋Ｈ2 Ｓ→ＦｅＳ＋Ｈ2 反応−２：３Ｆｅ＋ＣＯ＋Ｈ2 →Ｆｅ3 Ｃ＋Ｈ2 Ｏ 反応−３：ＦｅＳ＋Ｈ2 →Ｆｅ＋Ｈ2 Ｓ 反応−４：ＣＨ4 ＋ＣＯ2 →２ＣＯ＋２Ｈ2 反応−５：ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2
【００２３】以上の様に、還元を第一還元と第二還元の
２段階に分割し、第一還元段階では原料酸化鉄粒子表面
に生成した金属鉄の表面に硫黄を吸着させて炭化鉄を安
定化させ、また、第二還元段階では一酸化炭素による浸
炭を促進して金属鉄と共に炭化鉄を生成させ、同時に過
剰な硫黄を水素ガスでガス側に除去する。これにより炭
素含有量が高く、硫黄含有量の低い還元鉄を製造するこ
とが可能となる。
２段階に分割し、第一還元段階では原料酸化鉄粒子表面
に生成した金属鉄の表面に硫黄を吸着させて炭化鉄を安
定化させ、また、第二還元段階では一酸化炭素による浸
炭を促進して金属鉄と共に炭化鉄を生成させ、同時に過
剰な硫黄を水素ガスでガス側に除去する。これにより炭
素含有量が高く、硫黄含有量の低い還元鉄を製造するこ
とが可能となる。
【００２４】また鉄原料に吸着した硫黄は、一酸化炭素
の分解反応（下記反応−６参照）に対する金属鉄の触媒
作用を抑制し、還元ガスの利用効率を向上させるという
作用も有している。 反応−６：２ＣＯ→ＣＯ2 ＋Ｃ 加えて第一還元工程と第二還元工程を連続的に行うこと
によって熱効率も良いものとしている。
の分解反応（下記反応−６参照）に対する金属鉄の触媒
作用を抑制し、還元ガスの利用効率を向上させるという
作用も有している。 反応−６：２ＣＯ→ＣＯ2 ＋Ｃ 加えて第一還元工程と第二還元工程を連続的に行うこと
によって熱効率も良いものとしている。
【００２５】表１に上記作用を示す実験結果の一例を示
す。粒径0.15〜0.21mmの粉状鉄鉱石6gをセラミック製ボ
ートに入れ、800 ℃の電気加熱炉を用いてCO/H2 ＝50/5
0vol％の混合ガス3Nl/min.で１時間還元したものを基準
還元鉄とした。また硫化鉄を14wt％添加した混合物（硫
化鉄添加混合物）を還元したものを硫化鉄添加還元鉄と
した。
す。粒径0.15〜0.21mmの粉状鉄鉱石6gをセラミック製ボ
ートに入れ、800 ℃の電気加熱炉を用いてCO/H2 ＝50/5
0vol％の混合ガス3Nl/min.で１時間還元したものを基準
還元鉄とした。また硫化鉄を14wt％添加した混合物（硫
化鉄添加混合物）を還元したものを硫化鉄添加還元鉄と
した。
【００２６】
【表１】
【００２７】表１から分かる様に、硫化鉄の添加によっ
てフリーの炭素が減少し、炭化物中の炭素が増加してい
る。また、メスバウワー分析により炭化鉄はＦｅ3 Ｃで
あり、しかも炭化物中炭素は全てＦｅ3 Ｃになっている
ことが確認できた。全鉄中における鉄元素のＦｅ3 Ｃと
しての分配率をセメンタイト化率として表し、基準還元
鉄と硫化鉄添加還元鉄を同じく１時間の還元を行った場
合について比較すると、セメンタイト化率が３１．３％
から４９．０％と向上している。この結果から、硫化鉄
の添加が浸炭促進と一酸化炭素分解抑制の両作用を有す
ることが確認できる。
てフリーの炭素が減少し、炭化物中の炭素が増加してい
る。また、メスバウワー分析により炭化鉄はＦｅ3 Ｃで
あり、しかも炭化物中炭素は全てＦｅ3 Ｃになっている
ことが確認できた。全鉄中における鉄元素のＦｅ3 Ｃと
しての分配率をセメンタイト化率として表し、基準還元
鉄と硫化鉄添加還元鉄を同じく１時間の還元を行った場
合について比較すると、セメンタイト化率が３１．３％
から４９．０％と向上している。この結果から、硫化鉄
の添加が浸炭促進と一酸化炭素分解抑制の両作用を有す
ることが確認できる。
【００２８】また物質収支の面から見ると、硫化鉄由来
の硫黄分は還元時間１時間で１１．５％が脱硫されてお
り、水素による脱硫作用も確認できる。２時間の還元で
は、５２．４％の脱硫率と９３．２％のセメンタイト化
率を示し、反応時間が増してもセメンタイトの分解は起
こらずに、浸炭と脱硫が進行することが確認できる。残
留硫黄量を低減するには硫化鉄添加率を下げれば良く、
硫化鉄の添加率と反応時間の調整により硫黄含有量が低
く炭化鉄含有量の多い還元鉄が得られる。
の硫黄分は還元時間１時間で１１．５％が脱硫されてお
り、水素による脱硫作用も確認できる。２時間の還元で
は、５２．４％の脱硫率と９３．２％のセメンタイト化
率を示し、反応時間が増してもセメンタイトの分解は起
こらずに、浸炭と脱硫が進行することが確認できる。残
留硫黄量を低減するには硫化鉄添加率を下げれば良く、
硫化鉄の添加率と反応時間の調整により硫黄含有量が低
く炭化鉄含有量の多い還元鉄が得られる。
【００２９】前述の様に、従来の還元ガスの製造法にお
いても、触媒を用いて天然ガスを改質し還元ガスとする
ことが技術的に確立されているが、この際に用いられる
改質触媒は硫黄の吸着によって活性を失う為、ガス中の
硫黄濃度は非常に低い値でなければならない。一方、天
然ガスの改質には前記反応−４，５に示す様に、水蒸気
や二酸化炭素が用いられるから、還元工程から排出され
る排ガスを循環利用することが望まれるが、前述の如
く、改質触媒に対して被毒作用をもつ硫黄分を低濃度に
管理する必要がある。そこで本発明においては、製品還
元鉄の一部を前記反応−１に示す様に、排ガスの脱硫剤
として使用し、前述の様に、硫化鉄を製造すると同時に
処理後のガスを天然ガスの改質用として利用できるよう
にしている。従ってガス利用効率が向上する。
いても、触媒を用いて天然ガスを改質し還元ガスとする
ことが技術的に確立されているが、この際に用いられる
改質触媒は硫黄の吸着によって活性を失う為、ガス中の
硫黄濃度は非常に低い値でなければならない。一方、天
然ガスの改質には前記反応−４，５に示す様に、水蒸気
や二酸化炭素が用いられるから、還元工程から排出され
る排ガスを循環利用することが望まれるが、前述の如
く、改質触媒に対して被毒作用をもつ硫黄分を低濃度に
管理する必要がある。そこで本発明においては、製品還
元鉄の一部を前記反応−１に示す様に、排ガスの脱硫剤
として使用し、前述の様に、硫化鉄を製造すると同時に
処理後のガスを天然ガスの改質用として利用できるよう
にしている。従ってガス利用効率が向上する。
【００３０】ガス中の水素濃度が高い第二還元炉では、
前記反応−３が進行し、還元反応（例えば下記反応−
７）によって水素濃度が低下した排ガス[O] が供給され
る脱硫炉４では、反応−１が進行する。以上の様に、硫
黄は反応サイクル中で循環しており、外部から供給する
必要がない。また原料酸化鉄の硫黄含有量が高い場合に
は、硫化鉄[H] として第一還元炉２に供給する量を低減
すれば良く、前述の様に、過剰な硫黄は硫化鉄[I] とし
て濃縮し、排出する。従って硫黄含有量の高い原料酸化
鉄であっても、還元鉄原料として有効利用ができる。 反応−７：ＦｅＯ＋Ｈ2 →Ｆｅ＋Ｈ2 Ｏ
前記反応−３が進行し、還元反応（例えば下記反応−
７）によって水素濃度が低下した排ガス[O] が供給され
る脱硫炉４では、反応−１が進行する。以上の様に、硫
黄は反応サイクル中で循環しており、外部から供給する
必要がない。また原料酸化鉄の硫黄含有量が高い場合に
は、硫化鉄[H] として第一還元炉２に供給する量を低減
すれば良く、前述の様に、過剰な硫黄は硫化鉄[I] とし
て濃縮し、排出する。従って硫黄含有量の高い原料酸化
鉄であっても、還元鉄原料として有効利用ができる。 反応−７：ＦｅＯ＋Ｈ2 →Ｆｅ＋Ｈ2 Ｏ
【００３１】図２は、石炭を添加する場合の還元鉄製造
プロセスを示す図である。第１還元炉２に石炭等の硫黄
含有炭材[Q] を添加し、炭材の熱分解において発生する
ガス状硫黄によって金属鉄の全表面を吸着し、浸炭を促
進させる。石炭チャー等の熱分解後の余剰炭材[R] 中に
は、揮発しなかった硫黄分が残存するので、分離装置７
において還元鉄[C']と分離除去して第二還元炉３での脱
硫負荷を軽減させる。
プロセスを示す図である。第１還元炉２に石炭等の硫黄
含有炭材[Q] を添加し、炭材の熱分解において発生する
ガス状硫黄によって金属鉄の全表面を吸着し、浸炭を促
進させる。石炭チャー等の熱分解後の余剰炭材[R] 中に
は、揮発しなかった硫黄分が残存するので、分離装置７
において還元鉄[C']と分離除去して第二還元炉３での脱
硫負荷を軽減させる。
【００３２】また、炭材[Q] 中の残留硫黄が少なく、脱
硫負荷に影響しない場合は、これを分離せずに第二還元
炉３に装入し還元剤として利用することができる。そし
て製品還元鉄の品質要求に応じて、第二還元の後工程で
余剰炭材[R] を分離除去すれば良い。還元鉄からの余剰
炭材の分離方法としては、粒度差による篩い分け法や、
密度差による浮選、磁性による磁選等の選別方法を用い
ることができる。
硫負荷に影響しない場合は、これを分離せずに第二還元
炉３に装入し還元剤として利用することができる。そし
て製品還元鉄の品質要求に応じて、第二還元の後工程で
余剰炭材[R] を分離除去すれば良い。還元鉄からの余剰
炭材の分離方法としては、粒度差による篩い分け法や、
密度差による浮選、磁性による磁選等の選別方法を用い
ることができる。
【００３３】
【実施例】下記表２，３は、図１に示すプロセスによっ
て、還元鉄を製造した場合の、各工程における成分バラ
ンスを示した表である。尚、各成分は製品還元鉄[E] 中
の鉄100Kmol に対する量として表す。
て、還元鉄を製造した場合の、各工程における成分バラ
ンスを示した表である。尚、各成分は製品還元鉄[E] 中
の鉄100Kmol に対する量として表す。
【００３４】
【表２】
【００３５】
【表３】
【００３６】表２は、原料酸化鉄として硫黄含有率約0.
005wt ％のヘマタイト系鉄鉱石（全鉄含有量67.8wt％）
を用い、還元鉄を製造した場合である。還元温度を800
℃程度とした場合は、還元ガスの利用率は15〜30％（平
均25％）であり、鉄１kmolに対しての還元ガス量として
は5 〜10kmol（平均6kmol ）が必要である。
005wt ％のヘマタイト系鉄鉱石（全鉄含有量67.8wt％）
を用い、還元鉄を製造した場合である。還元温度を800
℃程度とした場合は、還元ガスの利用率は15〜30％（平
均25％）であり、鉄１kmolに対しての還元ガス量として
は5 〜10kmol（平均6kmol ）が必要である。
【００３７】仮に、原料鉄鉱石に含有される硫黄0.005w
t ％の全てが、ガス側に移行したとしても、還元炉内の
ガスの硫化水素濃度は17ppm 程度である。しかも実際に
は鉄鉱石に含有されている硫黄の一部しかガス側に移行
しないので、硫化水素濃度は数ppm にしかならない。こ
の様にガス中の硫黄が少ないと、全金属鉄表面に硫黄を
吸着させることができず、従って炭化鉄がほとんど生成
しなくなる。
t ％の全てが、ガス側に移行したとしても、還元炉内の
ガスの硫化水素濃度は17ppm 程度である。しかも実際に
は鉄鉱石に含有されている硫黄の一部しかガス側に移行
しないので、硫化水素濃度は数ppm にしかならない。こ
の様にガス中の硫黄が少ないと、全金属鉄表面に硫黄を
吸着させることができず、従って炭化鉄がほとんど生成
しなくなる。
【００３８】しかし本発明の様に、脱硫炉４で製造した
硫化鉄を循環させて、硫黄／鉄比で１％程度を添加する
ことによって、ガス中の硫化水素濃度を高め、全金属鉄
表面を硫黄で吸着させることが可能となる。そして該吸
着硫黄の作用によって炭化鉄を生成させ、高炭素還元鉄
を製造することができる。
硫化鉄を循環させて、硫黄／鉄比で１％程度を添加する
ことによって、ガス中の硫化水素濃度を高め、全金属鉄
表面を硫黄で吸着させることが可能となる。そして該吸
着硫黄の作用によって炭化鉄を生成させ、高炭素還元鉄
を製造することができる。
【００３９】表３は、硫黄含有率0.1wt ％程度のヘマタ
イト系鉄鉱石（全鉄量：67.8wt％）を原料酸化鉄として
用いて還元鉄を製造した場合である。0.1wt ％の硫黄含
有量では、全金属鉄表面を硫黄で吸着させるのに十分な
300ppm程度の硫化水素濃度が第一還元炉２内ガスに得ら
れる。その結果、炭化鉄の生成は可能であるが、硫黄が
循環し排ガス[O] に含まれる硫黄分が高くなり過ぎる
と、脱硫炉４で硫黄を除去しきれずガス[P] を改質炉で
利用することができない。そこで脱硫炉４で原料酸化鉄
中の硫黄分を硫化鉄として濃縮し、抜き出すことによっ
て、プロセス全体のバランスをとることができる。
イト系鉄鉱石（全鉄量：67.8wt％）を原料酸化鉄として
用いて還元鉄を製造した場合である。0.1wt ％の硫黄含
有量では、全金属鉄表面を硫黄で吸着させるのに十分な
300ppm程度の硫化水素濃度が第一還元炉２内ガスに得ら
れる。その結果、炭化鉄の生成は可能であるが、硫黄が
循環し排ガス[O] に含まれる硫黄分が高くなり過ぎる
と、脱硫炉４で硫黄を除去しきれずガス[P] を改質炉で
利用することができない。そこで脱硫炉４で原料酸化鉄
中の硫黄分を硫化鉄として濃縮し、抜き出すことによっ
て、プロセス全体のバランスをとることができる。
【００４０】
【発明の効果】以上の様に本発明によれば、還元工程を
２つに分けたことで硫黄吸着の効果を高め、高い温度で
炭化鉄を製造できるとともに低硫黄とすることができ、
従って低硫黄・高炭素の還元鉄を生産性が高く且つ低コ
ストで製造することができる。また一酸化炭素の分解を
抑制することによって、ガス利用効率を改善することが
できる。
２つに分けたことで硫黄吸着の効果を高め、高い温度で
炭化鉄を製造できるとともに低硫黄とすることができ、
従って低硫黄・高炭素の還元鉄を生産性が高く且つ低コ
ストで製造することができる。また一酸化炭素の分解を
抑制することによって、ガス利用効率を改善することが
できる。
【００４１】加えて、反応に必要な硫黄を硫化鉄の形で
循環使用することによって、排ガスを還元ガス作製の為
の改質剤として利用することができ、より一層のガス利
用効率の向上と熱効率の改善を図ることができる。また
過剰な硫黄を硫化鉄として抜き出すことで、硫黄含有量
の高い酸化鉄も原料鉄鉱石として利用することができ
る。
循環使用することによって、排ガスを還元ガス作製の為
の改質剤として利用することができ、より一層のガス利
用効率の向上と熱効率の改善を図ることができる。また
過剰な硫黄を硫化鉄として抜き出すことで、硫黄含有量
の高い酸化鉄も原料鉄鉱石として利用することができ
る。
【図１】本発明に係る低硫黄・高炭素含有還元鉄の製造
フローの一例を示す図。
フローの一例を示す図。
【図２】本発明に係る低硫黄・高炭素含有還元鉄の製造
フローの他の例を示す図。
フローの他の例を示す図。
１ 予熱炉 ２ 第一還元炉 ３ 第二還元炉 ４ 脱硫炉 ５ 改質炉 ６ 加熱炉 ７ 分離装置
Claims (6)
- 【請求項１】 還元鉄製造プロセスを第一還元工程と第
二還元工程に分け、第一還元工程では、酸化鉄の還元を
行うと共に、還元中の酸化鉄表面に硫黄を吸着させて炭
化鉄を安定化し、第二還元工程では、還元ガス中の水素
によって過剰の硫黄を除去しつつ還元を行うことを特徴
とする低硫黄・高炭素含有還元鉄の製造方法。 - 【請求項２】 前記第一還元工程において硫化鉄を添加
することにより硫黄を供給する請求項１に記載の低硫黄
・高炭素含有還元鉄の製造方法。 - 【請求項３】 前記第一還元工程において硫黄含有炭材
を添加することにより硫黄を供給する請求項１に記載の
低硫黄・高炭素含有還元鉄の製造方法。 - 【請求項４】 第二還元工程を経て製造された還元鉄の
一部を、第一還元工程及び／または第二還元工程より出
た排ガス中の硫化水素を用いて硫化鉄とし、該硫化鉄を
第一還元工程における硫黄供給源として用いる請求項１
または２に記載の低硫黄・高炭素含有還元鉄の製造方
法。 - 【請求項５】 請求項４に記載の製造方法において、前
記硫化鉄の製造により低硫黄化した前記排ガスを、天然
ガスから還元ガスを製造する際の改質ガスとして循環使
用する低硫黄・高炭素含有還元鉄の製造方法。 - 【請求項６】 前記第一還元工程及び前記第二還元工程
を流動層を用いて連続的に行う請求項１〜５のいずれか
に記載の低硫黄・高炭素含有還元鉄の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8004327A JPH09194920A (ja) | 1996-01-12 | 1996-01-12 | 低硫黄・高炭素含有還元鉄の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8004327A JPH09194920A (ja) | 1996-01-12 | 1996-01-12 | 低硫黄・高炭素含有還元鉄の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09194920A true JPH09194920A (ja) | 1997-07-29 |
Family
ID=11581362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8004327A Withdrawn JPH09194920A (ja) | 1996-01-12 | 1996-01-12 | 低硫黄・高炭素含有還元鉄の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09194920A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030052369A (ko) * | 2001-12-21 | 2003-06-27 | 주식회사 포스코 | 탄화철의 제조방법 |
| JP2007507608A (ja) * | 2003-10-03 | 2007-03-29 | コラス、テクノロジー、ベスローテン、フェンノートシャップ | 金属−酸素化合物を還元する方法および装置 |
| JP2007177281A (ja) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Nippon Steel Engineering Co Ltd | 還元鉄の製造方法 |
| JP2011213545A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Nippon Steel Corp | 合成ガスの製造方法及び還元鉄の製造方法 |
-
1996
- 1996-01-12 JP JP8004327A patent/JPH09194920A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030052369A (ko) * | 2001-12-21 | 2003-06-27 | 주식회사 포스코 | 탄화철의 제조방법 |
| JP2007507608A (ja) * | 2003-10-03 | 2007-03-29 | コラス、テクノロジー、ベスローテン、フェンノートシャップ | 金属−酸素化合物を還元する方法および装置 |
| JP4879743B2 (ja) * | 2003-10-03 | 2012-02-22 | タタ、スティール、ネダーランド、テクノロジー、ベスローテン、フェンノートシャップ | 金属−酸素化合物を還元する方法および装置 |
| JP2007177281A (ja) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Nippon Steel Engineering Co Ltd | 還元鉄の製造方法 |
| JP2011213545A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Nippon Steel Corp | 合成ガスの製造方法及び還元鉄の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030401 |