JPS5928605B2 - 金属酸化物の製錬方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は金属酸化物の製錬方法およびその装置に関し
、とくに鉄などの金属の乾式製錬に際し炭材乾留を同時
に起させて、タールや高カロリーガスを回収する一方で
その自生ガスの循環使用を図ってエネルギーの節減を達
成する有利な技術について提案する。

従来鉄鉱石などの金属酸化物の製錬法として各種の方法
が実用化されているが、今後予想される資源、エネルギ
ーおよび環境などからの制約に対処するために新しい製
錬法の開発が望まれている。

酸化鉄または各種の金属酸化物を含有する鉱石の形状は
、塊状のものが減少し、粉状のものが増加する傾向にあ
る。

この傾向は低品位鉱石の品位を向上させるために行う浮
選、磁選などの選鉱処理によって、今後ますます増加す
ることが予想されている。

現在、稼動中の多くの製錬炉は、原料として塊鉱石また
は事前処理による塊成化鉱石を必要としており、上述し
た粉状鉱石はペレット、焼結鉱、ブリケットなどに塊成
化されて使用される。

塊成化には溶剤、結合剤などの余分の原料、および燃料
や動力などの余分なエネルギーを必要とする。

さらに、熱間塊成化のために焼成炉を用いる場合にはＮ
Ｏｘ、ＳＯＸおよびダストの発生を伴い、これらがその
まメ放散されれば大気汚染の原因となるので、その防止
設備建設が必要であり、これには多大の費用がかかる。

他方、粉状鉱石を直接使用できる技術として、流動層を
用いる焙焼または還元技術が一部で実用化している。

しかし、生成した粉状の予備還元物を電炉、転炉その他
の溶解炉に使用するには、バインダーを添加しブリケッ
トなどに塊成化しなければならない。

これに対し、アーク炉やプラズマを利用して粉状のま５
使用する方法も提案されているが、電力消費量が莫大で
、我が国のように電力コストの高い地域では、国際競争
力に劣るという欠点があった。

また、従来技術の中に還元および溶融に必要な熱量とし
て電気や純酸素を用いずに、主に空気を用いてコークス
を燃焼させ、その燃焼熱を利用する方法がある。

例えば鉄、ニッケル、銅などの製錬用溶鉱炉は、この方
法を用いている。

特に、製鉄用溶鉱炉は操業技術の進歩と炉の大型化によ
って製錬炉として非常に効率が良いことで知られている
。

しかしこの製鉄用溶鉱炉は高いシャフト炉であり、炉内
の通気性を確保するために、前述のような塊鉱石または
塊成化鉱石が必要であるとともに、塊状鉱石とコークス
を炉内に層状に堆積させるので、強度の高いコークスを
必要とする。

強度の高いコークスを製造するためには、原料炭として
資源的に将来不足が予想され、価格が高い強粘結炭を必
要とする欠点があった。

この発明は、上述した従来製錬技術の問題点の克服を目
的とするものであって、最初の予備還元工程で炭材の乾
留を併せて行うことにより、その反応生成物の排ガスお
よびチャーをそれぞれ有価回収物あるいは次の還元溶融
工程の還元剤として使い、熱源のほとんどを自生循環ガ
スによって賄うようにした点に特色のある製錬技術であ
る。

その構成の要旨とするところは、 金属酸化物を流動化反応によって第１の槽で予備還元を
第２の槽では還元溶融を起させて製錬すｖ る方法にお、いて、前記第１の槽に炭材と金属酸化物と
反応助勢剤の粉を装入し、槽下部から高温の自生循環還
元ガスを導入し、主として上部内では炭材乾留反応を、
また下部内では金属酸化物の予備還元反応を起させて、
チャー・フラックス・および金属酸化物の准合粒を生成
させ、次いで、第２の槽では、前記第１の槽生成の混合
粒を、支燃性ガス導入のもとて前記チャーとの間で起る
燃焼反応によって還元と溶融を行わせて溶融金属とスラ
グとを生成させ、そして、前記第１の槽から発生する排
ガスについては、これをセパレーターを介してクールと
炭化水素含有の燃料ガスとに分離回収する一方、該燃料
ガスは前記第２の種発生の高温ガスとともに第１の槽内
に循環導入するようにしたことを特徴とする金属酸化物
の製錬方法と、その製錬方法の実施に使用するものであ
って、装入炭材の乾留化ならびに装入金属酸化物の予熱
・予備還元化をもたらす上室と、予備還元金属酸化物と
チャーおよびフラックスの混合粒を生成させる王室とか
らなる乾留・予備還元槽と、その乾留・予備還元槽と輸
送管を介して互いに連通し、支燃性ガス導入のもとて燃
焼・流動化反応によって前記乾留予備還元種生成の混合
粒を還元・溶融してスラグと溶融金属とを分離生成させ
る溶融還元槽とで構成される金属酸化物の製錬装置、 とにある。

以下にその構成の詳細について好適実施例である鉄鉱石
の乾式製錬の例を第１図にもとづいて説明する。

図示のＡは乾留・予備還元槽で、これは上室Ａ１と下室
Ａ２とに多孔分離板１を介して区画されている。

その内部には供給口２を通じて石炭などの粉状の炭材を
装入し、供給口３からは金属酸化物として鉄鉱石を装入
し、供給口４からは鉄鉱石用フラックスや炭材用脱硫剤
などの反応助勢剤を装入する。

一方、こうした原料の装入に対し、該乾留・予備還元槽
の下室Ａ２には、後述する自生循環させる高温還元ガス
を導入する。

その結果、吹込んだ高温還元ガスが多孔分離板１を経て
上昇すると、上記粉状の炭材、金属酸化物、添加物に接
触して、これらを炭材の乾留に適当な５００〜７００℃
の温度域で流動化させる。

この流動化作用によって、きわめて粘着し易い石炭など
の炭材が一定温度域で混合、急速加熱され、乾留反応が
円滑に進行するようになる。

なお、炭材の乾留に関してそれが有効におこり始めるの
は、５００℃前後でありそれ以下の温度では、反応効率
が低下する。

これに対し７００℃以上の反応温度で乾留を行なうこと
も可能であるが、炭材中のタール成分が揮発してガス状
態となるから、液状クールの形で分離装置にて有効に回
収するためには、７００°Ｃ以下が望ましい。

それは７００℃以上の反応温度になると、液状クール成
分が分解して炭化水素ガスに転化する割合が増加するた
めである。

石炭などの炭材中の揮発分は、上記温度域で乾留される
と、クール、水素、メタンなどを含有する乾留ガスを発
生し、このガスを上室Ａ１からの排出口５よりとりだし
、セパレーター６で液状クールを分別して回収する一方
、残りの排出ガスを脱硫装置などを含む精製装置７を通
じて、回収する。

その回収ガスは、水素、一酸化炭素、炭化水素ガスなど
を含有し、クリーンな燃料ガスとして、また鉱石用還元
ガス、化学工業用原料ガスなどとして有効に利用できる
。

勿論後述する溶融還元装置に供給する高温の空気の加熱
源として利用することも可能である。

また、回収タールは別途精製など処理に廻して化学工業
用原料とする。

なお、上述の槽内反応には蒸気を添加してもよい。

王室Ａ１での上述した乾留によって揮発分が除去された
残渣（チャー二石炭乾留の際に得られる残留物）は、予
熱された鉄鉱石の予備還元籾およびフラックスとともに
下室Ａ２に移動するが、その過程で前記鉄鉱石は下室か
らの還元ガスならびに乾留ガスによって流動化しながら
還元反応を起して予備還元物を生成する。

この予備還元状態の金属酸化物（海綿鉄）は、石炭など
の炭材の乾留反応に対して、触媒的な機能を発揮し、乾
留反応が円滑に、しかもより収率高く進行させるのに有
効である。

また、該乾留・予備還元槽での反応では炭材中の硫黄な
どが、乾留ガス中に移行するため、石灰などの粉状の脱
硫剤を添加物として供給しているが、このことによって
乾留ガス中の硫黄をきわめて有効に吸収できるため、発
生ガス処理用精製装置６の負担を軽減できる。

また、この乾留・予備還元槽Ａ内反応において脱硫剤と
して用いられる石灰は、金属酸化物の溶融を容易にする
ためのフラックスの成分としても有効に用いられるもの
であるが、ここでは上室Ａ１における乾留排ガスの脱硫
、後述する溶融還元槽Ｂにおける易溶融のためのフラッ
クスとして、また金属酸化物、チャー中の硫黄をスラグ
として捕集するという複数の機能を有するものであり、
石灰利用法としても本発明の構成はきわめて効果的であ
る。

以上説明したように、該乾留・予備還元槽の上室におい
ては、金属酸化物、炭材、添加物を５００〜７００°Ｃ
の温度域で同時に流動化させることが本発明の特徴のひ
とつである。

次に、前述のように乾留・予備還元槽Ａにおいて生成し
た５００〜７００℃の粉状生成物は、チャー、予備還元
金属酸化物、添加物であり、上述した多孔分離板２を通
して下室Ａ２に移行する。

下室Ａ２には、溶融還元槽Ｂの高温の排ガスの一部ない
しは全部を、必要に応じて、添加される前記乾留・予備
還元槽での排出ガスの一部と混合して、ガス導入口８よ
り導入し、該下室Ａ２内に移っている粉状生成物を流動
化させるとともに、これらを８００〜１２００℃に予熱
する。

ここでの反応温度は１２００°Ｃ以上になると、石炭な
どの炭材中の灰分あるいは予備還元生成物の一部が溶融
、粘着しはじめるケースが多く、該乾留・予備還元槽Ａ
でのトラブルの原因となる。

しかし、溶融還元槽Ｂで溶融ならびに還元反応をすみや
かに行わせるためには、乾留・予備還元槽Ａでの予熱温
度は高いほど望ましい。

かかる下室Ａ２内への予備還元用導入ガスは、後述する
溶融還元槽Ｂから発生する高温の排出ガス中の主として
一酸化炭素、ならびに前記乾留・予備還元槽Ａの上室排
ガス中の水素、炭化水素との高温混合ガスであり、それ
らの強力な還元作用によって王室における場合以上に鉄
鉱石の予備還元が進行し、例えば金属酸化物の種類など
に応じてその還元率は３０〜９０優に及ぶ。

要するに下室Ａ２での反応は、溶融還元槽Ｂ排出ガスの
顕熱の回収と、還元能力また上室Ａ１排出ガスの還元能
力を組み合わせて利用するものである。

前述のようにして生成した予備還元ならびに予熱された
金属酸化物、反応助勢剤およびチャーは、十分に混合さ
れた状態で、予備還元生成物排出口９、輸送管１０、予
備還元生成物導入口１１を通じて溶融還元槽Ｂに給送さ
れる。

輸送管１０中には、輸送量制御のための弁などの制御装
置１２が設置され、溶融還元反応の進行に応じて、機能
させることができる。

予備還元生成物導入口１１より該還元溶融槽Ｂに搬送さ
れた８００〜１２００℃に予熱されたチャーは、前記上
室Ａ１から得られる排ガスなどを加熱源とする空気加熱
器１３を経て、槽下部に設置された空気供給口１４を通
じて導入される８００〜１３００°Ｃに加熱された空気
などの支燃性ガスと反応して燃焼し、それに伴って当該
槽Ｂ内は１５００℃以上のチャーの高温流動層を形成す
る。

勿論、必要に応じて、別途調成した高純度酸素を空気に
添加した支燃性の気体を空気に代えて使用してもよい。

チャーとともに、予備還元生成物導入口１１を通じて供
給された８００〜１２００℃に予熱され、３０〜９０係
に予備還元された粉状金属酸化物：即ち海綿鉄は、きわ
めて良好に混合された粉状のフラックスとともに瞬時に
溶融すると同時に、接触する高温のチャーやチャーの流
動燃焼で生成する一酸化炭素によって還元反応が急速に
進行する。

その結果、溶融金属とスラグとが図中の４２口で示すよ
うに、該還元溶融槽Ｂの下部に溜まる。

それらは、溶融金属排出口１５、溶融スラグ排出口１６
を通じて排出する。

なお、この還元溶融槽Ｂ内の反応の進行状況に応じて、
例えば貯留スラグ中にチャーが多量に混入するようなと
きには高純度酸素の追加やフラックスを供給することに
より反応を促進させることもできる。

一方、該還元溶融槽Ｂ内でのチャーの流動燃焼や予備還
元金属酸化物の溶融還元に伴って発生するガスは、ガス
排出口１７を経て排出するが、前述のようにその一部あ
るいは全部を前記乾留・予備還元槽Ａに導入し、残部は
排熱回収装置を含む排ガス処理装置１８に回送して処理
する。

この槽Ｂ内発生のガスは、一酸化炭素、窒素を主成分と
するガスであり、空気加熱装置の熱源の一部として有効
であるだけでなく、一般用の燃料ガス、化学工業用原料
ガスとして、その価値が高い。

以下に本発明について図面で示すところの試験設備によ
る鉄製錬の場合における操業の実施例を示す。

（１）粉状鉄鉱石の銘柄二ＭＢＲ鉱石 溶融還元装置 （１）供給空気 量： ６０３ｒｒｌ／ｈｒ１（温度
：９８０°Ｃ） （２）銑鉄生成量：４８７ｋｇ／ｈｒ （９）スラグ排出量二 ７０ ｋｇ／ ｈ ｒ以下に本
発明の効果を述べる。

（１）粉状の鉄鉱石および／または他の金属酸化物を塊
成化することなしに使用できるので、塊成化のためのエ
ネルギーや原材料が不要であり、塊成化に伴なうＮＯｘ
、ＳＯＸおよびダストの発生がない。

（２）予備還元用ガスとして、還元溶融槽で発生する高
温のガスや乾留・予備還元槽の発生ガスを利用するので
、還元ガス製造設備が不要である。

（３）第１の槽で予備還元された粉状の鉄鉱石や金属酸
化物を、そのまま第２の槽で溶融還元するので、ブリケ
ットなどの塊成化が不要である。

（４）炭材は一般炭など安価なもので十分であり、強粘
結炭などは一切不要である。

製鉄用高炉のように強度の高い塊コークスを必要としな
いことは非常に有利である。

（５）乾留・予備還元槽Ａの上室では、 ■ 炭材の乾留・ガス化、 ◎ 酸化物の予備還元、 Ｏ添加剤との混合、 の３つの機能が同時に進行し、炭材の乾留に部分還元さ
れた金属酸化物が触媒として作用するので、乾留反応を
円滑に進行させる利点を有しており、本発明はこの作用
をきわめて効率的に利用している。

また、還元溶融槽Ｂでの円滑な溶融ならびに還元反応の
進行を左右するのは、フラックスの存在であるが、これ
が乾留・予備還元槽Ａの王室、下室を通じて鉱石予備還
元籾やチャーと十分混合され、予熱された状態で槽内に
供給されるので反応効率が高い。

（６）石灰などの添加物は、炭材からの乾留ガスの脱硫
剤として、還元溶融槽Ｂ内では易溶融のフラックスとし
て、また金属酸化物やチャー中の硫黄の捕集剤としての
３機能をもつものである。

（力 多孔分離板などを用いて、乾留・予備還元槽Ａ内
を２室に分割し、５００〜７００°Ｃという液状クール
の収率の高い状態を維持して、炭材の乾留を効率的に行
わせ、王室においては、還元溶融槽Ｂ内での負荷をでき
るだけ軽減するために、予熱と予備還元を十分に行わせ
、上室、王室の機能を十分に全うさせている。

（８）良好に混合され、予熱、予備還元された鉱石はチ
ャーの高温流動層中で溶融と還元が瞬時にしておこり、
溶融状態の金属とスラグを製造しうる。

（９）石炭などの炭材から、液状クール、水素や炭化水
素を含有する燃料ガス、一酸化炭素を含有する燃料ガス
など付加価値の高いエネルギーが製造できる。

このようなエネルギーの製造と溶融金属の製造が主たる
エネルギーとして電気や酸素を使用せずに可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示す製錬装置の断面図である
。 Ａ・・・・・・乾留・予備還元槽、Ｂ・・・・・・溶融
還元槽、１・・・・・・多孔分離板、２・・・・・・炭
材供給口、３・・・・・・金属酸化物供給口、４・・・
・・・添加物供給口、５・・・・・・発生ガス排出口、
６・・・・・・セパレーク−１７・・・・・・ｎＨ装置
、８・・・・・・ガス導入口、９・・・・・・予備還元
生成物排出口、１０・・・・・・輸送管、１１・・・・
・・予備還元生成物導入口、１２・・・・・・制御装置
、１３・・・・・・空気加熱器、１４・・・・・・空気
供給口、１５・・・・・・溶融金属排出口、１６・・・
・・・溶融スラグ排出口、１７・・・・・・発生ガス排
出口、１８・・・・・・ガス処理装置、イ・・・・・・
溶融金属層、口・・・・・・溶融スラグ層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属酸化物を流動化反応によって第１の槽で予備還
   元を第２の槽では還元溶融を起させて製錬する方法にお
   いて、 前記第１の槽に炭材と金属酸化物と反応助勢剤の粉を装
   入し、槽下部から高温の自生循環還元ガスを導入し、主
   として上部内では炭材乾留反応を、また下部内では金属
   酸化物の予備還元反応を起させて、チャー・フラックス
   ・および金属酸化物の混合粒を生成させ、 次いで、第２の槽では、前記第１の槽生成の混合粒を、
   支燃性ガス導入のもとて前記チャーとの間で起る燃焼反
   応によって還元と溶融を行わせて溶融金属とスラグを生
   成させ、 そして、前記第１の槽から発生する排ガスについては、
   これをセパレーターを介してタールと炭化水素含有の燃
   料ガスとに分離回収する一方、該燃料ガスは前記第２の
   種発生の高温ガスとともに第１の槽内に循環導入するよ
   うにしたことを特徴とする金属酸化物の製錬方法。 ２ 装入炭材の乾留化ならびに装入金属酸化物の予熱・
   予備還元化をもたらす王室と、予備還元金属酸化物とチ
   ャーおよびフラックスの混合粒を生成させる下室とから
   なる乾留予備還元槽と、その乾留予備還元槽と輸送管を
   介して互いに連通し、支燃性ガス導入のもとて燃焼・流
   動化反応によって前記乾留予備還元種生成の混合粒を還
   元・溶融してスラグと溶融金属とを分離生成させる溶融
   還元槽とで構成される金属酸化物の製錬装置。