JPS60500722A - 鉄鉱石精鉱から銑鉄を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 鉄鉱石精鉱から銑鉄を製造する方法 本発明は、鉄を製造する方法に関する。本発明はより詳細には、反応炉を使用し その炉中に溶融浴の下刃に反応剤を吹き込む方法に関するものである。

ある程度のｈｉ２の銑鉄の生産が起るようなガス生成用の反応炉は、スウェーデ ン特許明細書（特許出願７７０６８７６−５）によｐ公知である。

前記スウェーデン特πＦにおいては、実質的に一酸化炭素＜　ＣＯ＞と水素ガス （工（２）の混合ガスを、ある程度の水分を含有している石炭から生成する方法 が開示されている。この方法は前記特許に従って実施され。

その方法では炭素は、溶融浴中に鉄の酸化物の形で吹込まれた酸素に対して化学 量論的に過剰量で吹き込捷れ、同時に酸素ガスが前記の過剰炭素を酸化するため に吹き込丑れる。

従ってこの方法はガスを生成することを目的とするか、この方法では相当量の銑 鉄も生産される。

スウェーデン特許８１０３２０１−３には１反応炉を使用して石炭のガス化を行 なう方法が記載されている。この特許によれば、炭素と酸素ガスと鉄の酸化物と が吹き込捷れ、そのうちで鉄の酸化物は冷却剤である。炭素は浴中に酸化物の形 で含まれている酸素に対して化学量論的に過剰量で吹き込まれる。前記特許によ る発明は反応炉を加圧する工程を含み、それによって実質的により大量のガスが 発生される。何故ならば大気圧が主体となっている場合に比較して、浴の大きさ に対しより大量の炭素と酸素を吹き込むことが出来るからである。この特許の目 的はガスの生産量が高いことであシ、従ってこの場合に生成される銑鉄は副に物 と考えることが出来る。

上記に言及した特許は、従って出来る限り最高のガスの生産を目的とする方法に 関するものである。更に銑鉄も生産されるということは、溶融浴の反応が、該浴 が石炭と共に導入される不純物によって、はｋはｌコしく汚染されることを防止 するために望外し７いかしである。

本発明は、上記の技術とは反対に１石炭のニ「−不ルＶ−成分か最高度に利用さ れるような銑鉄の生産力法に関するものである。石炭の最高度の利用とは、１Ｆ 複しだように思われるが、前記方法から炭酸ガス（ＣＯ，）のみか外部に放出さ れ、同時に出来るたり少量の石炭が供給されるということを意味する。

本発明は、より正確にいうならば最終還元と同様に予備還元がプロセス中で集積 され、供給された石炭の工不ルヤー成分が最高度に利用されるような方法に関す る。

従って本発明は、鉄鉱石精鉱から銑鉄を生産する方法に関するものでろって、そ こでは精鉱と１石炭と。

ろ 酸素ガスと造滓剤とが反応炉容器中の炉内の溶融浴の表面下方に吹き込まれる。

本発明の特徴は廃がス中のＣ０２／ＣＯの比が大気圧下の平衡状態に相当する値 よりも高い値まで上昇され、それによって一定量の石炭に対して浴中で著しるし く大量の熱の発生が起るととと、鉱石精鉱に対して吹き込まれた石炭の量が反応 炉中の予還元された鉱石精鉱の最終還元に十分な量に予じめ定められることと、 又廃ガス中のＣＯとＨ２が予還元工程に指向されその工程において未還元の鉱石 精鉱は予還元され、その後攻エーロ炉中に吹き込捷れることとを特徴とするもの である。

予還元工程においては、精鉱は反応炉中の最終還元に好適な予還元の状態捷で還 元される。

鉱石鞘゛鉱を最終的に反応炉中で溶融還元することによシ、ある程度の量のＣＯ が生成されて反応炉からの廃ガス中に存在するのが認められる。

廃ガスは洗浄によってＣ０２ガスから分離され、その後残留しているＣＯは、未 還元の鉱石精鉱を予還元するようにされ、それによってＣＯが酸化されてＣＯ２ になる。従って本方法によれば１石炭は反応炉に対して反応ｒ中の鉱石精鉱の最 終還元に十分な量だけ供給される。それ故、この方法においては石炭の消費量は 公知の方法よシは少ない。石炭の量が少々いということは１発生されたガス、粉 層及びスラグの量がより少ないということである。

本発明は大量のガス、粉塵及びスラグを避は石炭の使用量を最小にする目的を崩 している、なぜ力らば、大量のガス及び、粉塵スラグは取り扱い上重大な問題と なるからである。

酸化鉄の還元には還元剤に対する検討が必要であり。

次の反応式で示すことかできる。

Ｆｅｄ、　＋ＸＣＯ−）　Ｆ’ｅ　＋ｘｃｏ、、　（１ａ）ＦｅｄＸ　＋　ＸＣ −＋　Ｆｅ　十　χｃｏ　（Ｉｂ）Ｆｅｄ）、十ＸＨ２−＋　Ｆｅ　十ＸＨ２Ｏ （２）（１ａ）と（２）による反応し１固相中で金属化度が１００％に達するま で進行し、その生成物は海綿鉄と呼ばれる。この海綿鉄は次に、鋳造及び加工を 行う前に、製練し更に精錬し７なければならｈい、金属イヒを完成させる丑で同 相還元を実施しない場合には、精！＆；Ｉ、予還元されたたけである。還元の程 度は次の式て示ずここでＸは０と１．５の間で変化する。

炭素を含む溶融鉄浴中で対応する反応プロセス（１ｂ）かおこる。そこで、上記 の反応から生成されたガス相は次の反応式によって決まる成分を有する。

ＣＯ２＋Ｃ四　２Ｃ○　（４） 及び Ｈ２Ｃ十　ＣＯ４ｃｏ２　＋　Ｈ２（５）反応（４）は、高温度と低酸素ポテン シャル、即ち炭５ 素が１％以上を有する溶融鉄浴中で支配的な条件下では、実質的に石側に進行す る。反応（４）と（５）は共に溶融鉄浴から９８％以上のＣＯ＋Ｈ２のガス成分 を発生する。これが上に述べたスウェーデン特許明細書、。

０９．（特許出願７７０６８７６−５）の場合である。

その代りに、固相中でより低温度で還元反応が起った場合には、発生するガスの 成分は一層酸化されたもの、すなわ′！；）Ｃ０２とＨ２Ｃの成分が一層高くな ったガスを含んだものとなる。

このことは正確な用語で言えば１反応（１１）　）、（４）及び（５）にＪ：つ て、約１．５００’Ｃで溶融鉄浴を収容している反応炉内で反応（１１））、（ ４）及び（５）によって、生成されるガスは、予還元二二ソ）に８００〜１，０ ００°Ｃで供給することができ、そこで還元作用を行ないＣＯ２とＨ２０成分を 伴なって反応炉から放出される。このガスは溶融鉄浴から発生するガスよりは濃 度が数倍高い。ガス還元が数工程で行われる場合１例えば直列に接続された１〜 ６個の反応炉又は供給される鉱石精鉱が常に向流する還元ガスと接触する場合、 ガス中の還元ポテンシャルは有効に利用される。

しかしながら、予還元工程から発生する廃ガス中には常にある割合のＣｏとＨ２ が残っている。この残留ガスはＣＯ２とＨ２Ｃとをガス中から洗浄した後再循環 させることが出来る。・このようにして還元ガス中のエイ・ルキ゛−成分は１０ ０％まで利用することが出来る。上記の検討はシステムが常に平衡状態にあると いうことに基づいている。さらに次の反応式 は発熱反応であって、反応（７）は反応（６）よりも約２５０％だけ多くの熱を 放出する。逆に１反尾、（１ｂ）は吸熱反応であり、従って実現するためにはエ イルキ゛−を必要とする。

鉄鉱石を還元して金属製品とする為には、従って熱を供給する必要があル１例え ば反応（６）又は（７）では反応（１ｂ）の必要とする以上の熱を発生ずる。

これは溶融鉄浴中で実現され、そこでは炭素を含有している材料が、酸素ガスと 酸化鉄に対する比率においてエイ・ルギーのバランスが達成されるような比率で 供給される。溶融鉄浴中で優勢な条件下では１反応（６）は反応（７）に対して 全く優勢になる。石炭を使用した場合１例えばある程度の揮発成分を含んでいる ポーラ用石炭の場合、反応（６）は発生した熱が酸化鉄の還元ばかジでなく、供 給される石炭中の灰分の製錬と石炭中に存在している炭化水素の分解もまかなう 程度でなければならない。このことは現実的条件下では、鉄を生成しさらにｃｏ とＨ２からなシ平均値が９８％以上の多量のガスが生成するという採用不能なほ どの高い石炭消費量を意味する。

このような量のガスは、さらにＣＯとＨ２の成分が非常に高く、銑鉄のプロセス では望ましくない。勿論所要の多食の石炭を供給することも望ましくない。

要約して以上に述べたように、所要の石炭量が減少され、最終還元工程において は、予還元された鉱石精鉱を還元するだけで十分である。それによって必要な熱 量を発生させるためには、反応（７）は反応（６）上りも約２５０％も多い多量 の熱を発生するという事実を利用するのである。上に述べたように、反応炉から の廃ガス中のＣｏ２／′ＣＯ比は大気圧における比に相当する値よ！フも高く増 加するようにされるべきである。

このこと目一層多くのＣ０２，従って反応（７）の熱の生成を１反応炉内で利用 されるように何等かの手段を講じなければならないことを意味する。

しかしながら、比ＣＯ２／ＣＯは最高の場合でも、未還元の精鉱を予じめ定めら れた所望値まで予還元するのに十分な量のＣｏが廃ガス中に存在している場合に 相当する値までにすべきである。

下表は、Ｘが１，６３の場合の精鉱の還元に必要な量が１反応炉からの廃ガス中 のＣＯ２／ＣＯの比によってどのように変化するかを示す一例である。

０．００５　５２８０　１１６４０　１７６６０．００５　２６６４　５７５２ 　Ｂ７６０．５　７７４　１５．２１　４６４ この表からあきらかなように、前記のＣ０２／ＣＯ比を実質的に増加させること によって、所要石炭量を減少させることができる。鉱石精鉱の予還元を可能にす るために廃ガス中で必要なＣＯガス量は、Ｃｏ２／ＣＯ比の大きさが３を越えて はならないということを意味する。

従って石炭の供給量が少ない場合でも、Ｃｏ２／ＣＯ比は反応炉内の熱をより多 量に発生させるだめに付加的に上昇きせることか出来、廃ガス中に予還元を実施 するだめのＣＯＯ量をなお十分に得ることが出来る。

本発明によれば、６１Ｊ記の比を大気圧での平衡条件に相当する値よシも高くす るだめの２つの実施態様が存在する。それらの実施態様は、下記に添付の図面を 参照して一部を記載する。

図面中鎖１図は本発明による方法のブロックダイヤグラムであり第２図はグラフ である。

第１図には予還元工程１と最終還元工程２とが示されている。

予還元工程１は２段階式又は６段階式の流動床炉で構成することができ、そこに 鉱石精鉱は精鉱又は微小ペレット（マイクロペレット）の形で連続的に供給され 、それらは予熱装置（図示せず）により、例えば２５００Ｃに予熱されている。

挿入された材料中に必要に応じて石炭又はコークスを混合することが出来る。予 還元工程１から放出されるガスの内、ＣＯ−ＣＯ２−Ｈ２−Ｈ２Ｃを含んでいる ある程度の部分は、ザイクロン装置内で粉塵を除去し余熱装置に再循環させる。

廃ガス中の残りの部分はガス処理装置３を経由して予還元工程１に再循環される 。予還元された鉱石精鉱は必要に応じ中間貯蔵過程を経て最終還元工程２寸で矢 印４で示しであるように送られる。

予還元工程として竪炉を使用する場合には予熱装置は必要でない。

最終還元工程にはセラミックライニングを施とさ君。

炭素分が１％を越え１，４００〜１．５５０°Ｃの炭素含有溶湯を収容する反応 炉を有する。この反応炉には予還元された鉄鉱石精鉱４、石炭５、酸素ガス（０ ２）　６と造滓剤７（例えばＣａＯ）が供給される。さらに、適当ならば、冷却 剤８が供給され、それは、例えば水であってもよい。これらの材料は、好適には 吹き込みノズルを経て１反応炉の下部において、即ち鉄浴の表面下において反応 炉に供給される。しかしながら予還元された鉄鉱石精鉱は浴面の上方又はスラグ 線において供給することができる。

最終還元工程−２において形成された銑鉄９とスラグ１０は連続的に、又は非連 続的に周知の方法で圧出される。

最終還元工程２において形成された廃ガス１１はガス処理装置３に送られ、そこ で前記ガスは洗浄によって００２から分離され、一部は蒸気発生装置１２によっ て供給された水１３によって冷却され、一部は粉塵から洗浄分離される。冷却さ ねたＣＯ２は大気中に放出きれる。

ガス処理装置３は又前記のＣＯ２洗浄と粉塵除去とに関連して冷却された後のガ スの温度全上昇させるための熱交換機を南している。

前記のガス処理装置から出た還元ガス１５Ｖｔ、実質的にＣＯとＨ２からなって いる。ガス１５は予還元工程１に送られ、そこで実質的にＣＯ３とＨ、Ｏとを含 有するように酸化される。予還元工程１からの廃ガス１６はガス処理装置３に戻 さね、そこで残っているＣｏは回収されて還元ガス１５として予還元工程１に戻 される。

ガス処理装置３内では１反応炉からの廃ガス１１は洗浄されて粉塵が除かれる。

粉塵１７は最終還元工程２において反応炉内に吹き込まれる。

廃ガス１１中のＣ○酸成分比較的に高い場合は、廃ガス１１を反応炉から還元工 程壕で、還元ガス１５と混合した状態で直接送ることが出来、そして予還元工程 を通過した後は、ガス処理装置３内で洗浄することによってＣＯ２から分離され る。

予還元された鉄鉱石精鉱４を冷却するために冷却機１８を設けてもよい。

上述のように、Ｃｏ２／Ｃ○比を大気圧下の平衡状態に相当する値を越えるよう に増加させるだめの２つの実施態様がちる。

これらのうちの第１の実施例では１反応炉は全圧力が大気圧を越えて５０バール まで、好適には２〜１０バ一ル寸でにされる。

前に述べたスウェーデン特許明細書８１０３２０１−３では、既に述べたように 反応炉は加圧されている。本発明による反応炉が加圧される理由は、反応炉を通 過する流過量を、容積流量を増加することなく増加するためである。これによっ てガスの量が、大気圧でのガス量を実質的に越えるように発生させることか可能 である。

＋ｉｆ前記のスウェーデン特許８１０３２０１−３により。

上記の反応４ｉｉ上何した圧力では左側に進行しそれによってＣＯ３／′ＣＯ比 は上昇する。

しかしながら第１の実施態様に関して、本発明は。

上列１−だ圧力が反応炉の鉄浴の動力学的条件に影響しその結果反応（４）によ る平衡条件が達成される為の時間が１問題とする圧力では十分でなくなるという 見解に基いている。

この条件は第２図に説明され、０２．Ｃ０２及びＣＯの比率を、浴面位と圧力の 関数として示している。そのグラフは主要なものの一つである。何故ならばそれ らの比率は吹き込み速度に影響されるからである。

酸素ガスは反応炉の底部から吹き込まれる。その場所では酸素のポテンシャルが 高く、酸素ガスは浴中で炭素を酸化してＣＯ２にする。ガスの滞留期間中ＣＯ２ は浴中で反応（４）を経て炭素によって還元されＣＯに変化する。反応（５）に よりＨ２０／Ｈ２の比が決−止る。

平衡状態に達する以前にガスが浴から離れると、発生した燃焼熱は還元のために 利用される。上昇した圧力とは、グラフから明らかなようにＣＯ２の８ｉ゛が浴 面ＣＯの量に対して浴面位約０．４ｍの上方で増加していることを意味する。実 線は大気圧で発生１〜でいる動的効果に対して調整きれた比率を示している。破 線は１０バールの測圧における比率に対応する値を示している。

圧力が高い程、又吹き込み速度が高いオ々、動的効果Ｃ」、一層強くなる。従っ て、反応炉を加圧することにより、廃ガスは大気圧での場合よりばＣＯに対する ＣＯ３の量を多量に含有するようになる。

浴面位が約１．２ｍで、全圧力が１０バールの場合、廃ガスは、Ｃｏ２／ＣＯ比 が約６の状態で発生する。グラフから明らかなように、前記の比か実質的に高く なったシ又は実質的に低くなったりするように液面位を選定することが出来る。

ある好適実施例によれば１反応炉の全圧力を適宜の装置によって、廃ガス中の前 記のＣＯ２／ＣＯの比を所定の値になるように調整する。

別の実施態様によれば、金属浴の浴面位を、廃ガス中のＣｏ２／ＣＯの比を所望 の値に調整するために吹き込んだり注出する材料の量を調節することにより調整 することができる。

勿論浴面位と圧力は、当業者が支配的な条件、例えば所要の反応炉の容積１反応 炉の能力及び次の予還元の為の廃ガス中のＣＯの所望量などを考慮し石炭の所要 装量を最小限にするように配慮したうえで１選定しなければならない。、 反応炉を加圧することによってＣｏ２／ＣＯを増加させると、供給された一定量 の石炭に対して浴中に発生する熱は大量になり１強い発熱反応（７）が利用され る、そ７’ｌ−故、実質的に比較的少量の石炭でも、１１丁記の動的影響に加え て、さらに反応式（４）か左側に進行する影響が加わることにより、高圧下では 、大気圧の場合よりは、予還元された鉄鋼石精鉱の還元に必要な熱を一層十分に 発生させる。しかしながら、高圧て反応４が左側に進行することは、上記の動的 影響に比較すれば、増加しくｒｌ　ＣＣＩ、／　ＣＯＯ比に対しては僅かに貢献 するのに過ぎない。

別の実施態様によれば、反応炉が大気圧になっている場合には、酸素ガス１９は ランスを使って反応炉の表面」二に吹き込まれる。大気圧では反応炉の浴面の廃 ガス中のＣｏ２／ＣＯの比の値は低い。表面上で酸素ガスを用いてＣＯを燃焼さ せてＣＯ２にさせることにより。

多量の熱が発生し浴表面から下方に反応炉の浴内を通過し浴によって利用される 。それ故最終還元工程２がらの廃ガス１１中のＣｏ２／ＣＯ比は、主として大気 圧下にあシ酸素ガスが添加されない浴面での平衡状態に対応する場合に比較する と、この実施態様に於ても実質的に高くなっている。

しかしながら、第１の実施態様に従って加圧を行うことが好ましく、又この実施 態様においてはＣ０２／Ｃ０比を調整しさらに増加させるために第２の実施態様 を利用するのが好寸しい。

このような調整は、予還元工程１に必要な邦のＣ０を考慮に入社て行なう。この ｃｏの量（ｄｌ、未還元の鉄鋼石Ａ′ｎ鉱を予還元するの（（必要な量に相当す るか又は。

それを僅かに上寸わる量にすべきである。勿論、この調整を行なう際には、廃ガ ス中の水素ガス（Ｈ２）を考慮に入れなければならない、何故ならばこれが還元 性ガスであるからである。

上記の点から１本発明の構想は予還元された鉄鋼石精鉱を溶解し還元するために 、最終還元工程において十分な熱を発生させることであるのは明白である。

最終還元工程からの排出ガスの燃焼度を炭素含有鉄浴の大気圧下の平衡状態の場 合の燃焼度によるより高めることにより石炭の消費量の低下が達成できる。最も 有効な熱の発生は熱が浴中で発生する場合であシ。

それは最終還元工程が加圧されている場合である。廃ガス中のＣＯＯ量か予還元 に利用される。予還元とは、最終還元において予還元された鉄鋼石精鉱だけが最 終的に還元されなければならないということを意味する。

以−上述べたように本発明は１反応炉を使用する公知の方法に比較して、生成さ れる銑鉄の量に関し、石炭消費量の低下、ガス量の低下及び粉塵量のへ下をもた らすものである。勿論本発明は同業渚にとっては明らかな多くのやり方で、特に 含１れる別の装置の設計に関し変更することが可能である。

従って本発明は上記の実施態様に限定されるものと解すべきものではなく、添付 の請求の範囲内で変更することが可能である。

４□仏あ１成　浄書（内容に変更なし）・り　〆ｌ・′ｔ 、ｌ−、−′−Ａ 手続補正書（方式） ％式％ ２、発明の名称 鍬拡石祷嬉０ら柾妨乞鮭蓬１鮎シム ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ８、補正の内容　別紙のとおり 図面の鯖黒文の浄＠　（内容に変更なし）国際調査−報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １０反応炉容器内に、鉄鉱石精鉱と、石炭と、酸素ガスと造滓剤とを溶融鉄浴の 浴面下に吹き込み鉄鉱石精鉱から銑鉄を製造する方法において：廃ガス中のＣ０ ２／ＣＯ比を大気圧での平衡条件に相当する値よりも高くなるようにして一定量 の石炭に対し浴中でより大部の熱が発生するようにし。 前記精鉱の量に対し吹き込捷れる石炭の量を前記反応炉中での予還元鉄鉱石精鉱 の最終還元に十分なように予め設定し、前記廃ガス中のＣＯとＨ２を予還元工程 に送り未還元鉄鉱石精鉱を予還元してから前記反応炉中に吹き込むようになって いることを特徴とする鉄鉱石精鉱から銑鉄を製造する方法。 ２、前記反応炉が大気圧を越え５０パールまでの全圧力で好適には約２から１０ バールまでの全圧力を有し、それによｐＣＯ２／Ｃ○の比が増加するようになっ ていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ６、前記ＣＯ２／ＣＯの比を一層高い値に移行させるために浴面に対して酸素ガ スを吹き込み、それによって前記反応炉に対し熱を供給することを特徴とする請 求の範囲第１項寸たは第２項に記載の方法。 ４、前記廃ガス中のＣ０２／ＣＯの比を予め定められた所望値に調整するために 反応炉の全圧力を制御するようになっていることを特徴とする請求の範囲第２項 又７ は第３項に記載の方法。 ５、前記反応炉の金属浴の浴面位を前記廃ガス中のＣ０２／ＣＯを予め定められ た所望値に調整するために側法。 １