JPS5810965B2 - 粒状鉄鉱石のスポンジ鉄粒子への還元方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスポンジ鉄生成用垂直シャフト移動床反応器に
おける鉄鉱石のガス還元に係り、より具体的にはこのよ
うなガス還元法における還元ユニラット源としてメタン
を約３０容量％まで含有する気体、特にコークス炉ガス
を用いる方法に関する。

垂直シャフト移動床鉄鉱石還元反応器を組み込んだ、典
型的なガス還元装置は米国特許第３．７６５．８７２号
、第３，７７０，４２１号、第３，７７９，７４１号お
よび第３，８１６．１０２号明細書中に開示されている
。

このような装置における鉱石の還元は、天然ガスおよび
蒸気の混合物についての接触改質によって得られる。

大部分が一酸化炭素および水素から成る還元ガスにより
通常行われるものである。

この種の装置は、典型的に、垂直シャフト反応器を含ん
で成っており、このものはその上部に還元域を有し、か
つ、その下部には冷却域を有している。

還元すべき鉱石は反応器の頂部より供給され、かつ該反
応器を貫通して下方へ流下し、先ず還元域を通り、そこ
で改質器からの加熱還元ガスと接触させられ、次いで冷
却域を通り、そこで気体状冷媒によって、反応器の底部
から除去されるのに先立って冷却される。

還元域からの溶離ガスは脱水のため冷却され、そして殆
どの場合、冷却された溶離ガスの大部分は再加熱され、
かつ還元域に再循環される。

同様に冷却域から取り出された冷媒ガスの少ズとも一部
分は通常冷却され、かつ冷却域へ再循環される。

その下端において、反応器は、該反応器から冷却された
スポンジ鉄の排出を制御するための若干の手段、たとえ
ば回転吐出弁、振動性シュート、コンベアベルト等を備
えている。

最近、このような反応器において生成されるスポンジ鉄
を溶鉱炉への装入物の一部分として利用するのは有利で
あることが見出されている。

スポンジ鉄を溶鉱炉装入物の一部として使用することに
より、その炉の生産性を増進することができ、かつ炉の
コークス要求量を減少させることができる。

従って、この方法により溶鉱炉操作において可成りの節
約が達成可能である。

溶鉱炉はおいて、コークスは燃料としてならびに還元剤
として両用され、かつ可成りの量用いられるので、溶鉱
炉は通常、コークスおよび還元成分を含む副産物のコー
クス炉ガスの両者を生成するコークス炉の炉団に近接し
て配置される。

スポンジ鉄が溶鉱炉装入物の一部分として使用される場
合、スポンジ鉄プラントと溶鉱炉ならびにコークスプラ
ントを統合すること、すなわちスポンジ鉄生成ユニット
を溶鉱炉の近くに設けることは経済的に有利となる。

このようなスポンジ鉄プラントと溶鉱炉の物理的並置は
数多くの利点を提供することになる。

このようにして、スポンジ鉄生成物の加工量およびスポ
ンジ鉄生成物の冷却必要性の双方を減少させることがで
きる。

高温においては、スポンジ鉄を大気に曝らした場合、再
酸化される傾向を有することが知られている。

従って、スポンジ鉄生成物が長時間に亘り、或いは可成
り長い距離を輸送するために貯蔵されねばならない場合
には、スポンジ鉄の比較的完全な冷却が重要な要因とな
る。

他方、スポンジ鉄生成物が炉等において迅速に用いられ
る場合は、充分な冷却の必要性は排除される。

このような統合したプラントの更に有力な利点は、気相
鉱石還元用反応器の還元成分源として副産物のコークス
炉ガスを利用し得ることである。

しかし、このようなアプローチに包含される一つの問題
が生ずる。

それは未熟なコークス炉ガスは必ずしも鉄鉱石にとって
非常に有利な還元剤であるという訳ではないという事実
によるものである。

勿論、コークス炉ガスを、たとえば接触改質法によって
処理してその還元効率を改良することは可能であるが、
接触改質装置の存在は、処理ガスのコストを実質的に増
加する、可成りの資本投下を要することになる。

更にコークス炉ガスは、周知の接触改質装置に通常用い
られている触媒に悪影響を与えることとなる比較的高い
イオウ含量を示す。

従って、もしコークス炉ガスを周知のタイプの接触改質
剤で改質しようとすれば、先ずそのガスのイオウ含量を
非常に低いレベルに減少させなければならない。

このような訳で、未熟なコークス炉ガスの還元効率を高
めるための改良された方法の必要性が存在することにな
る。

従って、本発明の目的は、コークス炉ガスを改質して、
鉄鉱石還元剤としての、その効果を増強する改良された
方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、溶鉱炉の生産性の総合的な増加お
よび燃料経済における改良を達成するために、スポンジ
鉄生産プラントと１若しくはそれ以上の溶鉱炉およびコ
ークス炉団とを統合するのを容易にする鉄鉱石還元法を
提供することにある。

更に本発明の他の目的は、コークス炉ガスの還元効率を
高めるため、別個の接触ガス改質装置の必要性を排除す
ることにある。

より明白に、本発明の目的は、垂直シャフト移動床鉄鉱
石還元法において還元ユニット源としてメタン３０容量
％までを含有するガスを用いる改良された方法を提供す
ることにある。

本発明のその他の目的は一部は明瞭であろうし。

また一部は以下に示すものとする。

本発明の目的は、通常の還元域および冷却域の他に、還
元された鉱石が冷却域に入る前に流入通過する中間気体
改質域を有する移動床反応器を利用することにより一般
に達成される。

メタン含有気体の混合物、たとえばコークス炉ガスと蒸
気は予備加熱され、この改質域へ供給され、そしてこの
帯域における還元された鉱石、すなわちスポンジ鉄は、
コークス炉ガス中のメタン成分の一酸化炭素および水素
への転化について効果的な触媒作用を及ぼす。

次に改質されたコークス炉ガスは、上方へ流れ、反応器
の還元域へ流入する。

本方法においては、装入コークス炉ガスを完全に脱硫す
る必要の無いことが見出されている。

それは冷却域におけるスポンジ鉄上のイオウの析出がそ
の活性には悪影響を及ぼさず、かつ如何なる場合にも、
スポンジ鉄は継続的に回復する触媒塊を形成するからで
ある。

スポンジ鉄上に析出したイオウの量は、引続く製鋼工程
中で容易に調整可能である。

このようにして、脱硫コストは本方法により減少される
ものである。

本発明の目的および効果は、本発明方法の好ましい実施
態様を実施するに際し利用するようにした直接還元装置
の図解的例示である添付図面を参照することによって、
最も良く理解かつ評価し得るものである。

図面を参照すると、符号１０は、還元域１２、改質域１
４、および冷却域１６を含んで成る垂直シャフト移動床
反応器を広く示す。

還元すべき鉄鉱石は入口１８を介して反応器１０の頂部
に装入され、そしてスポンジ鉄は出口２０を介して反応
器の底部から排出される。

コークス炉ガスは、流量調整器２４を備えたパイプ２２
を介して装置中に入り、そして流量調整器２８を備えた
パイプ２６を介して供給される蒸気と混合される。

蒸気は下記の式に従って、コークス炉ガスのメタン成分
と反応し、一酸化炭素と水素になるために充分な量を添
加される。

、ＣＨ４＋Ｈ２０→ＣＯ＋３Ｈ２ 望ましくは、化学量論的に過剰の蒸気を用いて反応器内
の望ましくない炭素析出を抑制する。

代表的な蒸気のモル比はメタンに対し、１：１乃至１．
５：１の範囲にあればよい。

コークス炉ガスと蒸気の混合物は加熱器３０に流入し、
そこで温度、たとえば７００°乃至９００℃に加熱され
、それからパイプ３２を経由して反応器１０に流入する
。

より詳細に述べれば、反応器１０には内部円錐台形そら
せ板３４が設けられ、該そらせ板は反応器の側面と共に
環状空間３６を形成し、その中にガス混合物が流入する
。

空間３６からガスは、そらせ板３４の底部周囲に流れ、
改質域１４へ流入し、そこで鉄含有原料から成る降下床
と接触するようになり、該原料は反応器中のこの水準に
おいて大部分スポンジ鉄に還元される。

上述したように、スポンジ鉄は蒸気／メタン反応に触媒
作用を及ぼして一酸化炭素および水素を生成し、これら
生成物は鉄鉱石用の効果的な還元剤であり、そして次に
改質されたガスは上方に流れて還元域１２へ流入し、そ
こで入来鉄鉱石が還元される。

還元性気体の利用効率を高めるために、その一部分を再
循環させる。

このようにして、反応器１０中の鉄含有床の頂部を通過
するガスはパイプ３８を介して回収され、かつ急冷冷却
器４０に流入、通過し、そこで冷却されて水分が除去さ
れる。

次に、冷却ガスはパイプ４２、ポンプ４４およびパイプ
４６を経由して加熱器４８中へ流入し、そこで、たとえ
ば７５０°乃至１０００℃に再加熱される。

加熱器４８から加熱ガスがパイプ５０を経由して内部そ
らせ板５４と隣接する、反応器側壁とによって形成され
る環状空間５２に流入し、それから還元域１２後方のそ
らせ板５４の底部周囲に流れる。

このようにして、還元ガスは、冷却器４０、ポンプ４４
、再加熱器４８および新鮮な還元性ガスを伴う反応器の
還元域１２を包含して成る閉鎖ループ中に流入し、前記
の新鮮な還元ガスは改質域１４から前記ループ中に供給
されるものである。

所定量の再循環還元ガスは、流量調整器５７を備えるパ
イプ５６を経由して還元ガスループから取り出され、そ
して図面の下部に示されるように冷却ループに流入する
。

このようにして、パイプ５６からの冷却ガスはパイプ５
８に流入し、それから反応器の冷却域１６の底部に流れ
る。

より詳細に述べれば、パイプ５８から流入するガスは、
円錐台形そらせ板６２と反応器の側壁の隣接部とによっ
て形成される環状空間６０中に進入する。

次に冷却ガスは、そらせ板６２の底部下方に流れそして
冷却域内のスポンジ鉄の床を経由して上方流れる。

冷却域を通過した後、ガスは、円錐台形そらせ板６６と
反応器の隣接側壁とから形成される環状空間６４中に流
入し、それからバイブロ８を経由して反応器の外へ流出
し、急冷冷却器７０へ流入、かつ通過し、そこで冷却お
よび脱水される。

冷却器７０から冷却ガスかパイプ７２および７４を経由
してポンプ７６に流入し、ここからパイプ５Ｂ中に排出
され、そして冷却域１６に帰還する。

再循環冷却ガスの一部分は、流量調整器８０を備えてい
るパイプ７８を経由して冷却ループから取り出され、そ
して貯蔵に相応しい地点若しくはガスを燃熱として使用
し得る地点に流出させる。

所望により、コークス炉ガスは、流量調整器８４を備え
るパイプ８２を経由してパイプ２２から取り出すことが
でき、そしてそのガスをパイプ５８に供給して、冷却ル
ープ用の新鮮な供給物とすることができる。

前述の記載から、本発明がスポンジ鉄製造のための鉄鉱
石の直接還元に際して改質されたコークス炉ガスを調整
かつ利用する非常に効果的な方法を提供するものである
ことは明らかである。

先に指摘したように、スポンジ鉄を溶鉱炉の鉄鉱石床と
有利に混合し得て、その生産性を改良することができる
のは周知である。

更に溶鉱炉は、一般に副産物のコークス炉ガスを入手可
能な場所に設置されるものである。

このようなコークス炉ガスは燃料として使用可能であり
、また現在使用されているが、本方法におけるその価値
は、コークス炉ガスが化学的還元反応原料の１種類とし
て利用されるという点で実質的に強化されているのであ
る。

更に反応器１０の改質域１４内で蒸気／メタン混合物の
接触的転化を行うことにより、別の接触改質装置の必要
性は排除され、かつ非常に経済的なガス改質工程が提供
されるものである。

前述したところから、本発明は本明細書の冒頭に述べた
目的を達成し得る方法および装置を提供するものである
ことが明らかである。

従って、メタン含有気体を改質して、鉄鉱石還元剤とし
てのその効果を増強する方法が提供される。

コークス炉ガスを用いる場合、この増強された効果は、
部分的にはその副産物のコークス炉ガスが燃料として使
用されるのでなければ、化学的原料として利用されると
いう事実に基づくものであり、また部分的には改質反応
が別個の接触改質装置において行われるというよりは還
元反応器内で行われるという事実に基因するものである
。

更に本発明方法は、スポンジ鉄製造プラントと現行の溶
鉱炉およびコークス炉プラントの統合を容易にして溶鉱
炉生産性の全般的増加ならびに改良された熱的経済性を
達成する。

勿論、上記したところは単に例示的なものであり、そし
て添付された特許請求の範囲に示される本発明の趣旨か
ら逸脱することなく、記載された方法および装置に２い
て、多くの変形を為し得ることが理解されるべきである
。

たとえば、冷却域を経由して循環するガスが還元性有効
物質を含有する場合は、その冷却域を循環ガスの一部分
が上方に流れて還元域へ流入するように操作することが
望ましいであろう。

【図面の簡単な説明】

図は本発明方法を実施するための直接還元装置を示す概
略図である。 １０……垂直筒動床反応器、１２……還元域、１４……
改質域、１６……冷却域、３０……加熱器、４０．７０
……急冷冷却器、４４．７６……ポンプ、４８……再加
熱器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 還元域、冷却域および中間域を有する垂直シャフト
   移動床反応器であって、その上部に設けられた還元域に
   おいて熱還元ガスを前記床の一部を介して流すことによ
   り鉄鉱石をスポンジ鉄に還元し、反応器の下部に設けら
   れた冷却域において前記スポンジ鉄を冷却し、かつ前記
   中間域が前記還元および冷却域間に配置されているもの
   における粒状鉄鉱石をスポンジ鉄粒子に還元する方法に
   おいて、蒸気とメタン３０容量％までを含む気体との混
   合物を調整し、前記ガス状混合物を温度７００゜乃至９
   ００℃に加熱し、前記加熱ガス状混合物を前記中間域を
   介して通過させ、該域内のスポンジ鉄と接触せしめて前
   記ガスを改質し、そしてその中の還元性成分の割合を増
   加させ、かつ前記改質ガスを前記還元域内へ上方に流入
   させることを特徴とする粒状鉄鉱石のスポンジ鉄粒子へ
   の還元方法。 ２ 冷却域がループの部分を形成し、該ループを介して
   冷却ガスをポンプで送り、冷却ガスを前記ループから制
   御した速度で排出し、かつメタン３０容量％までを含有
   する気体を調製ガスとして前記ループに供給することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の粒状鉄鉱石のス
   ポンジ鉄への還元方法。 ３ 還元域がループの部分を形成し、該ループを介して
   還元性ガスをポンプで送り、還元域を出て行く還元ガス
   を冷却して該ガスから水分を除去し、次に前記還元域に
   再流入する前に再加熱し、そして還元ガス・ループから
   の冷却した循環還元ガスの・一部分を調製ガスとして冷
   却域へ移送することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の粒状鉄鉱石のスポンジ鉄への還元方法。 ４ メタン含有気体がコークス炉ガスであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の粒状鉄鉱石のスポン
   ジ鉄への還元方法。 ５ メタン含有気体がコークス炉ガスであることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の粒状鉄鉱石のスポン
   ジ鉄への還元方法。 ６ 冷却域がループの部分を形成し、該ループを介して
   冷却ガスをポンプで送り、冷却ガスを前記ループから制
   御した速度で排出し、かつ調製ガスを前記冷却ループに
   供給し、そして前記調製ガスはコークス炉ガスおよび還
   元域からの冷却還元ガスの両者を含んで成ることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の粒状鉄鉱石のスポン
   ジ鉄への還元方法。 ７ 冷却域がループの部分を形成し、該ループを介して
   還元ガスをポンプで送り、冷却ガスを前記ループから制
   御した速度で排出し、そして調製ガスを前記冷却域へ、
   該冷却域からガスの流れが上方へ生じ、かつ中間域へ流
   入するような速度で供給することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の粒状鉄鉱石のスポンジ鉄への還元方
   法。 ８ 蒸気対ガス状混合物中のメタンの割合が１：１乃至
   １．５：１であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の粒状鉄鉱石のスポンジ鉄への還元方法。