JPS5917163B2 - 鉄鉱石のガス還元法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は比較的硫黄分を多く含有す払重質油を原料とし
て還元性のガスを製造し、この還元性ガスで鉄鉱石を固
体状態で還元する方法に関するものである。

従来、鉄鉱石を固体状態のまま還元するガス還元方法に
おいては、還元性ガス製造用原料としては以下に述べる
ような理由から、硫黄分が少ない天然ガス等のガス状石
油系燃料が利用されている。

即ち、還元性ガス中に硫黄分が存在する場合には、鉄鉱
石の還元装置内で生成金属鉄と（１）式のような反応が
生じて還元性ガス中の硫黄分は還元鉄中へ移行し、 Ｆｅ（還元鉄）十Ｓ（還元ガス中のもの）→ＦｅＳ・・
・・・・（１） 後続の製鋼過程での操業を困難にしかつ鋼材品質を劣化
させる問題があるためである。

さらに、ガス製造において特に水蒸気改質法を採用する
場合においては、改質反応を促進させるためにＮｉ等の
触媒が用いられるが、ガス製造用原料中に硫黄分が存在
する場合には、これが触媒を被毒する問題がある。

従ってガス製造用原料としては硫黄分の少ない天然ガス
等のガス状の石油系燃料が用いられている。

しかるに、これらの硫黄分の少ない燃料は、産出量が限
られしかも特定の地域に限られている。

即ち、石油系燃料を還元性ガス原料とする直接製鉄プラ
ントの立地は地域性に非常に制約を受けていた。

そこで、このようなプラント立地の地域性が片寄ること
を打破するために、どこでも比較的大量に安価に入手で
きる重質油を還元用ガス製造原料として使用する直接製
鉄法が登場してきた。

もちろん、重質油には通常硫黄分が数パーセントも含ま
れていて、改質（通常は部分酸化法による敗勢のままで
は、還元性ガス中に硫黄分が含有されているので前述の
ような還元鉄に対する悪影響があるために第１図に示す
ように、還元性ガスを還元装置に吹込む前に脱硫処理す
る。

即ち、第１図において１はガス製造装置で通常は部分酸
化炉であり、この装置にライン２より重質油、ライン３
より酸素ガス及びライン４よりスチームが供給されて改
質反応が行なわれる。

このときの出口ガス湿度は１３００〜１４５０°Ｃと高
温であるが、低温脱硫処理を行なうために、ガス製造装
置１を出た直後に冷却されている。

この冷却の際の排熱は例えば熱交換器５によりスチーム
製造用の水の加熱に使用される。

冷却された新造還元性ガスは、次にガスミキサ６に送ら
れ、こＮで後述の還元炉１１から排出されて浄化、冷却
された循環還元性ガスと混合されたのち、低温脱硫処理
装置７に送られて、こ＼で還元性ガス中の硫黄分及びＣ
Ｏ２がライン８，９より除去される。

次に低温還元性ガスは加熱器１０に送られて鉄鉱石の還
元に適当な高温（通常シャフト炉方式還元法の場合には
約８００〜９５０°Ｃ）に加熱されたのちに、還元炉１
１に吹込まれる。

１１においては上部供給ライン１２より鉄鉱石が装入さ
れ炉内を通過中に吹込まれた還元性ガスにより還元され
て金属鉄となったのちに成品取出ライン１３より還元鉄
として取出される。

一方、還元性ガスの方は鉄鉱石を還元することによりＣ
Ｏ２及びＨ２Ｏの含有率を増したのち炉外へ排出されて
、冷却浄化器１４により、ガス中よりダストとＨ２Ｏ分
とをライン１５゜１６から除去される。

しかるのちガス分配器１７を介して大部分はガスミキサ
６に送られ、一部分は分岐ガスライン１８より取出され
て加熱器１０などの燃料源として用いられる。

ところが、このような方法においては、２つの大きな欠
点がある。

即ち、第１に高温で製造される新造還元性ガスを製造後
直ちに冷却して低温脱硫処理するため、その大きな顕熱
を失なってしまい、還元炉に吹込む直前に再加熱しなく
てはならないことである。

従って、余分の熱量を必要とすることである。

第２に、低温脱硫処理後の還元性ガスの加熱に際し、シ
ェルアンドチューブ式の熱交換器１０において炭素析出
が生じ、チューブ内を閉塞する危険性があることである
。

即ち、還元性ガス中には、当然ながらＣＯガスが存在し
ており、ＣＯガスは６００〜７００°Ｃの塩度でＣ析出
反応即ち、（２）式のような反応を生じ易く、２ＣＯ−
＋県＋ＣＯ２・・・・・・・・・（２）このようす温度
域が熱交換器１０のチューブ内に必らず存在しているか
らである。

本発明は、このような欠点を解決するために提案された
もので、比較的大量に、かつ安価にどこでも入手できる
重質油（もちろん硫黄分を含有している）を還元ガス製
造用原料として用いて部分酸化法により改質して高温（
１３００〜１４５０℃）の還元ガスとなしたのち、ガス
混合器に送り込み、こメで還元炉から排出され浄化精製
された循環ガスと混合させて７５０〜９５０℃に調温し
たのち、この温度範囲で高温脱硫処理を行ない、しかる
のち還元炉に吹込み、鉄鉱石の還元を行なうものである
。

還元ガスは、その後、還元炉より取出し冷却、浄化後、
脱ＣＯ□処理を施こして還元番こより生成したＣＯ２，
Ｈ２Ｏの酸化性ガスを除去して還元性能を回復せしめた
のち、３００〜５００℃程度に加熱してガス混合器に送
り込んで高温の新造還元性ガスと混合調泥する。

以下図面により本発明の具体的実施例について詳細に説
明する。

第２図において１は重質油を改質するための部分酸化炉
で、この中にライン２より重質油、ライン３より酸素ガ
ス及びライン４よリスチームが供給されて改質反応を生
じて高温の還元性ガスが生成される。

通常、このガスはＣＯとＨ２とが約１：１の割合で存在
し、かつ少量のＣＯ２，Ｈ２Ｏ及び硫化ガスなどを含む
。

還元性ガスの部分酸化炉１での出口温度は１３００〜１
４５０℃の高温である。

この高温の新造還元性ガスを冷却することなくガス混合
器５に送り込む。

こ＼では後述の還元炉９から循環されてくる再生循環還
元性ガスと混合されて、その犬なる顕熱を循環還元性ガ
スに与えることによりいわゆる還元炉９への吹込還元性
ガスとしての適正な湿度が確保できる。

即ち、ガス混合器５は調温室の役割をする。

還元に必要な適正湯度に調湿した還元性ガスは、次に高
温脱硫室６に送り込み、高温の状態のまま還元性ガス中
の硫黄分をライン７より除去する。

この場合の高温脱硫処理には、例えば高温のＣａＯなど
を用いればよく、ＣａＯの場合１０００℃程度の高温で
も脱硫率９０％以上が可能である。

このように高温の状態のま５脱硫処理された還元性ガス
は還元炉９へ吹込まれ還元炉９の上部供給ライン１０よ
り装入される鉄鉱石を還元したのち炉外へ排出される。

鉄鉱石の方は還元炉９中で還元されて金属鉄となったの
ち、成品取出ライン１１より還元鉄として炉外へ取出さ
れる。

一方還元性ガスの方は、炉外へ排出されたのち、冷却、
浄化装置１２に送られて冷却、除しん処理を受けて、排
ガス中よりダスト及び水分をライン１３゜１４より除去
される。

その後、ガス分配器１５に送られ、こ＼で大部分の浄化
排ガスは炭酸ガス除去装置１６により、ガス中よりＣＯ
２を除去して、これをライン１７より除去し、還元性能
の高い循環還元性ガスとして再生される。

次いで、この再生循環還元性ガスはガス加熱器１９に送
られ、ＣＯ分解（Ｃ析出）反応の危険性の殆んどない温
度の３００〜５００℃程度迄加熱される。

なお、この湿度としては還元炉吹込温度の１点から、な
るべくＣＯ分解を生じ難い範囲で高温の方がよい。

即ち、約５ｏｏ０Ｃ程度がよい。この際の加熱々源は、
例えば分配器１５により炉頂排ガスの一部を分岐して用
いればよい。

加熱々源として用いられた後の排ガスはライン２０より
糸外に排出される。

Ｃ析出反応の危険性のない３００〜５００℃程度に加熱
された再生循環ガスは再びガス混合器５に送られて、前
述の如く高温の新造還元性ガスと混合されて約７５０〜
９００℃のいわゆる還元炉吹込用の還元性ガスを生成す
る。

このガス混合器５では、両ガスは空間で瞬間的に混合さ
れて約３００〜５００℃の低温側の循環ガスは迅速に７
５０〜９５０°Ｃ以上の高温に加熱されるのでＣＯ分解
の生じ易い危険温度の６０ドア００°Ｃを瞬時に通過す
るのでＣＯ分解の生ずる反応時間を事実上殆んど与えな
いことになりＣＯ分解（Ｃ析出）は殆んど起こらない。

またガス混合器５内をアルミナ等の耐火物でライニング
しておけば、これらの耐火物はＣＯ分解反応に対して触
媒作用がないので、なおさらＣＯ分解は起こり難い。

以上のように本発明は還元性ガスの高温脱硫処理と炉頂
再生循環ガスの低湿予備加熱処理と、さらにこの低温予
備加熱循環ガスと高温新造還元性ガスとの混合調湿とを
組合わせることにより、大量、安価に入手可能な重質油
（もちろん硫黄分を含む）を還元性ガス製造原料として
用いることができ、かつ、熱消費量の少ない直接製鉄法
を可能ならしめる。

第３図は本発明方法の他の実施例で、第２図に示した実
施例とは本質的には相違しないが、還元用の鉄鉱石が難
還元性で、かつ粘着性が小さい場合には、高い吹込温度
を要し、かつ還元性ガス利用率の低下に伴い再生循環還
元性ガス量が多くなり、ガス混合器５での高温の新造還
元ガス量に対する約３００〜５００°Ｃ予熱の再生循環
還元性ガス量の比率が増大するために、混合後の還元性
ガス温度が８００℃程度にしかならない場合を考慮した
フローである。

このように還元性ガス吹込温度として、若干不足する場
合には高温脱硫室６の後にガス加熱器２１を設けて、還
元に適正な湿度にまで追加加熱を行なうごとくにしたも
のである。

この際の加熱燃料としては再生循環ガスの加熱の場合と
同じく、冷却、浄化後の炉頂循環ガスの一部などをガス
分配器２２より分岐して用いればよＧ）。

加熱々源として用いられた排ガスはライン２３より糸外
に排出される。

その他、第３図において第２図と同一符号は第２図と同
一部分を示す。

第４図は本発明法の他の変形例で、第２図及び第３図に
示した実施例とはやはり本質的には相違しないが、炉頂
ガス用冷却・浄化装置１２の後にガス流を３回路に分岐
するガス分配器３０を設けて、冷却・浄化後の炉頂循環
ガスを３回路に分岐し、第１回路はガス混合器３３に直
接送り、第２の回路はＣＯガス変成器３１に送り、こＮ
で（３）式の反応により、ＣＯガスをライン３２より供
給されるスチームと反応させてＣＯ２とＨ２とに変成し
たのち、 ＣＯ＋ＨＯ−＋ＣＯ２＋Ｈ２・・・・・・・・・（３）
ガス混合器３３に送り込んで第１回路からのガスと混合
したのち、第２図に示した方法と同様にＣＯ２，Ｈ２Ｏ
を炭酸ガス除去装置１６により除去して成分的に還元性
能を向上させ、循環再生還元用ガスとして用いるプロセ
スを示すものである。

また第３の回路は第２図に説明したように循環再生還元
用ガスの予熱用の燃料として用いる。

このように、炉頂排ガスの一部を分岐して又は全部をＣ
Ｏガス変成を行なうことにより吹込還元ガス中のＨ２／
ＣＯ比が自由に変えられる融通性と、さらにＨ２／ＣＯ
比を高めることにより循環再生還元性ガス用予熱器１９
でのＣＯ分解（Ｃ析出）の問題をいっそう生じ難くする
利点が生まれる。

なお第２〜４図において、還元炉９に還元性ガスを吹込
む直前に最終のガス漉度調整の目的で、低温の再生循環
還元性ガスを、ガス分配器１８により適量分岐して還元
性ガス吹込ライン上に設けたガス混合器８に送り込むよ
うにしてもよい。

このように、本発明方法は、還元性ガスの高湿脱硫処理
と、炉頂再生循環ガスの約３００〜５００℃迄低温予備
加熱処理と、さらにこの低温予備加熱循環ガスと高温新
造還元ガスとの混合調温とを有効かつ効率的に組合わせ
ることにより、いかなる場所でも比較的大量にかつ安価
に入手可能な重質油を直接還元用の還元ガス原料として
用いることができ、かつ熱消費量の少ない直接製鉄法を
可能にならしめることができて、工業実施上非常に有利
である。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来法の一例を示し、第２〜４図は本発明法の
実施例を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鉄鉱石を還元炉で還元性ガスにより還元する方法に
   おいて、重質油を部分酸化法により改質して１３００〜
   １４５０℃の高温還元性ガスを発生させてガス混合器に
   導き、この混合器に更に還元炉排ガスを冷却浄化後３０
   ０〜５００℃程度に加熱した再生還元性ガスを導入して
   両ガスを混合調湿し、混合調湿されてなお高温状態にあ
   る還元性ガスをその状態で脱硫処理を行なったのち、こ
   れを還元炉に吹込んで鉄鉱石を還元することを特徴とす
   る鉄鉱石のガス還元法。