JPS61253309A - 竪型炉を用いる直接製鉄方法 - 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】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、シャフト炉に代表される竪型炉を用いて直接
製鉄法を実施するに当たり、操業中にクラスタリングが
発生するのを防止し、これにより操業効率及び操業安定
性を高める技術に関するものである。

［従来の技術］ 直接製鉄法は、小規模生産に適しており且つ還元剤とし
て石炭や天然ガス等を使用し得るといった多様性を有し
ているところから、実操業例は最近徐々に増大しつつあ
る。

直接製鉄法として現在主流となっているのは、シャフト
炉に代表される竪型炉を還元炉として使用するＮ１ｄｒ
ｅｘ方式及びＨＹＩ、方式である。シャフト炉装入原料
としては塊状の鉄鉱石（塊鉱石）やペレット（粒鉱を球
状に固めたもの）を使用するが、これらはシャフト炉内
における高温の還元雰囲気でしばしばクラスタリングと
呼ばれる現象を起こし操業性を著しく阻害することが知
られている。即ちクラスタリングとは、塊鉱石やペレッ
トがシャフト炉内における高温の還元雰囲気で相互に融
着して大塊状となる現象を言い、こうした現象が起こる
とシャフト炉下部からの還元鉄の排出が困難になったり
、或はシャフト炉内で棚づりと呼ばれる装入鉱石類（以
下単に荷ということがある）のブリッジ現象が起こって
荷の順調な降下が阻害され、操業性が著しく低下してく
る。　この様なところから通常のシャフト炉操業におい
ては、最高還元温度を低めに抑えてクラスタリングの発
生を防止しており、その為、還元速度を十分に高めるこ
とができず生産性を満足のいく程度まで向上させること
ができていない。また最高還元温度はシャフト炉へ吹込
まれる還元ガスの温度によって決まってくるが、一般の
還元ガス発生装置から出る還元ガスの温度は上記最高還
元温度よりもかなり高いのが普通であるから、この還元
ガスをシャフト炉へ供給する為には前記最高還元温度ま
で降温させなければならず、熱エネルギーのロスを招く
、殊に最近活発に研究されている溶融還元法においては
発生する還元ガスが非常に高温である為、この還元ガス
を前記最高還元温度まで降温させることによって生ずる
熱エネルギーの損失は軽視できない。

ちなみに現在稼動しているシャフト炉の最高還元温度は
旧ｄｒｅ！方式の場合で約８３０℃であり、他の方式で
も殆んどはこれ以下の温度で操業が行なわれている。こ
れに対し還元ガス製造装置であるリフオーマの運転温度
は約１１００℃であって、この装置で製造される還元ガ
スは約９７０℃であるから、シャフト炉への吹き込みに
邑たってはこれを８５０〜９００℃まで冷却しなければ
ならず、この間に約１００℃の熱ロスが生じてくる。

また溶融還元法では、金属鉄の溶融温度以上で還元ガス
の製造が行なわれる為、発生する還元ガスの温度は約１
５００℃にも達することがあるが、その予ｗ４還元炉と
してシャフト炉を採用する場合、コ元ガスを約１５００
℃から８５０〜９００℃程度まで降温させなければなら
ず、この間の熱ロスは甚大となる。

更に原料鉱石の還元反応速度から見た場合、理論的には
操業温度を１００℃高めることによって還元反応速度は
約１．３倍になることが確認されており、こうした昇温
効果がそのまま生産性に生かされるとしたら、約３０％
の生産性向上が可能となる。

しかしながら、最高還元温度を高めようとすると前述の
如くクラスタリングが発生して操業安定性が著しく阻害
される為、やむを得ず還元温度を低めに抑えて操業を行
なっているのが実情であこの様なところから、クラスタ
リングを防止しつつ還元反応温度を高めようとする研究
も一部で進められている０例えば特公昭５１−３５３６
６号公報に開示された方法によると、原料鉱石とは別に
Ｏ，］ｍｍ以下の微細炭素質或は煤状炭素質粒子を１〜
４０Ｋｇ／ｍ３　（容積比）竪型炉に装入し、該炭素質
粒子によって原料鉱石のクラスタリングを防止しようと
するものである。しかしながらこの方法では、装入した
炭素質粒子の大部分が吹込みガス流に乗って炉外へ持ち
出され、添加効果が有効に発揮されなくなるばかりでな
く、炭素質粒子が炉外へ飛散し作業環境の汚染等の問題
を引き起こす。また炭素質粒子の装入量が多くなると、
該粒子が原料鉱石間のすき間につまって通気抵抗が増大
し、還元効率がかえって阻害されることもある。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上記の様な状況のもとで、竪型炉を用いた二元
鉄製造工程で生ずる鉱石のクラスタリングを効率良く防
止し操業安定性を高めると共に、還元温度の上昇による
還元効率の向上及び還元ガスの熱ロス低減を実現するこ
とのできる直接製鉄法を提供しようとするものである。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明に係る直接製鉄法の構成は、直接製鉄用の竪型炉
内へ装入される原料鉄鉱石（塊鉱石、ベレットを含む）
の表面を炭素材で被覆しておくところに要旨を有するも
のである。

［作用］ 竪型炉を用いた直接還元における還元温度がクラスタリ
ング発生温度に応じて決められることは先に説明した通
りであるが、このクラスタリング発生温度は、原料鉄鉱
石にあってはその鉄品位や脈石成分、ペレットにあって
は添加されるカルシウム化合物やマグネシウム化合物［
ＣａＯ。

Ｃａ　（ＯＨ）２　　、ＣａＣＯ３、（Ｃａ、Ｍｇ）Ｃ
０３］等の塩基性成分などによって夫々影響を受ける。

塊鉱石の場合その含有成分を人為的に変化させることは
できないので、鉱石生産地特有の性状や成分組成を有し
ており、それらに応じてクラスタリング発生温度は変わ
ってくる。またベレー、トの場合は、添加物の種類や量
、更には焼成温度等によってもクラスタリング温度は変
わってくる。しかし直接製鉄（還元後電気炉で溶融する
方法）用の鉄鉱石原料としては、電気炉操業コスト低減
の為元々高品位の鉄鉱石が選択されるという事情があり
、添加材の種類や量等でクラスタリング発生温度を調整
するという余地は少ない、ちなみにペレットでは、ライ
ム系の鉱物を加えて鉱石中の（Ｓ　ｉ　０２　／Ｃａｏ
）比、即ち塩基度を大きくすることによりクラスタリン
グ温度を高め得ることが確認されているが、この方法で
はライム系鉱物の添加によって鉄品位が低下する。一方
直接製鉄用原料として最低限必要な鉄品位は「６７％以
上」であるとされており、こうした制約のもとでは、ラ
イム系鉱物を添加するにしてもその添加量には自ずと制
限があり、クラスタリングを有効に防止することができ
ない。

ところが本発明者等がクラスタリング防止対策について
色々の実験を行なったところによると、原料鉄鉱石の表
面を特定量の炭素材で被覆しておけば、クラスタリング
の発生を極めて効果的に防止することができ、それに伴
って還元温度をかなり高め得ることが確認された。

この理由は次の様に考えることができる。即ち鉄鉱石の
還元後期に発生する鉄鉱石同士の融着は、金属鉄同士の
相互拡散やひげ状突出物の絡み合い、或は低融点スラブ
の生成による溶融付着等によって生ずるものと考えられ
ているが、炭素材は高温条件下においても殆んど変化し
ないので、炭素材で原料鉄鉱石表面を被覆しておくこと
によって前述の様な相互付着の原因が排除され、クラス
タリングが防止されるものと考えられる。

この様なりラスタリング防止効果を有効に発揮させる為
の好ましい炭素付着量は原料鉄鉱石に対して０．５〜４
重量％の範囲であり、０．５重量％未満では還元工程で
発生するＨ２０やＣＯ２との反応によって表面の炭素材
が消費されてクラスタリング防止効果が有効に発揮され
難くなり、一方４重量％を超えると竪型炉から排出され
る還元鉄中の炭素量が過大となり、電気炉における脱炭
コストの増大を招く。

原料鉄鉱石の表面に付着される炭素材は前述の如く優れ
たクラスタリング防止効果を発揮するが、これによって
還元速度が阻害される様な恐れはない。即ちこの炭素材
は還元工程で一部が還元剤として作用するので、還元効
率はむしろ向上し、還元温度の上昇とも相まって還元効
率は大幅に高められる。

炭素源の種類は特に制限されないが、好ましいものとし
ては石油系液体燃料、石炭系或は石油系のタール、ピッ
チ、アスファルト等、比較的低温域（１５０〜２００℃
）で液化する炭化水素系燃料、及びＣＯガス、メタン、
エタン等の炭素含有ガスなどが挙げられ、液体燃料の場
合は原料鉄鉱石に吹き付けることにより、又炭素含有ガ
スを用いる場合は還元性雰囲気中で原料鉄鉱石と炭素含
有ガスを接触させ、原料鉄鉱石の表面に炭素を沈着させ
る方法等が採用される。尚基本的には後者に属する方法
として、石炭の乾留ガスを原料鉄鉱石に接触させて該鉄
鉱石表面に炭素を付着させる方法（例えば後記第１図参
照）も好ましいものとして推奨される。

［実施例］ 第１図（概略縦断面図）に示す如ぐ、レトルトｌを２段
に仕切って下部に石炭Ｃを投入し、その上部に原料鉄鉱
石ペレッ）ｐを充填し、これを電気炉２へ入れて５００
℃に加熱する。この熱で石炭Ｃを乾留し、発生するター
ル含有ガスをペレットｐ充填層に接触させることによっ
て、ペレットｐの表面にタール質の炭素材を付着させた
０図中３は排ガスバーナ、Ｔ１．Ｔ２は温度計を示す。

原料ペレット及び炭素材付着ペレットの化学分析値は第
１表に示す通りであり、上記炭素材付着処理によって炭
素は０．０２％から０．６２％に増大し、原料ペレット
の表面に０．６％の炭素材が付着してい第　　　１　　
　表 この炭素材被覆ペレット及び非処理ペレットを使用し、
下記の方法でクラスタリング評価試験を行なった。

即ち還元ガスとして、天然ガスから変性したガス組成を
想定して第２表に示す組成の還元ガス（９１０℃）を使
用し、上記各ペレット５００ｇを約５０■の厚さで充填
し上部より加圧板で２　Ｋｇ／Ｃｌ１２の荷重を作用さ
せながら９１０℃で３時間還元を行なう。従って還元物
は上部からの加圧によって収縮しながら互いに融着する
ことになる。還元終了後冷却して各還元物を取出し、１
２０ＩＩＩｌφＸ７００＋ｓｍの円筒に入れて３Ｏｒｐ
腸で５分間回転させた後円筒から取出し、２個以上のペ
レットが融着している塊状物の割合いをクラスタリング
指数として求めた。

ｗ４２表 結果は第３表に示す通りであり、還元反応中の収縮率は
両者共殆んど差が認められないが、クラスタリング指数
を比較すると、非処理ペレットでは４９％と非常に大き
な値を示しているのに対し、炭素材被覆処理を施したも
ののクラスタリング指数はＯであり、クラスタリングを
全く生じていない。

第　　　３　　　表 この実験からも明らかの様に、極く僅かな炭素材の付着
でもクラスタリングを効果的に防止することができ、少
なくとも本実験で採用した還元温度である９１０℃まで
は、シャフト炉による操業温度を高めることが可能であ
る。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、その効果を要約す
れば下記の通りである。

（＋）極く少量の炭素材を被覆するだけでクラスタリン
グを可及的に防止することができ、竪型炉の操業安定性
を高めることができる。

（２）クラスタリングの防止に伴って還元温度をかなり
高めることができ、還元速度の向上及びそれに伴う生産
性の向上、更には還元ガス発生装置からの還元ガスの熱
ロス低減（即ち降温量の減少）が可能となる。

（３）極く少量の炭素材被覆で十分な効果が得られるの
で、原料鉄鉱石の鉄品位を殆んど低下させることがなく
、また炭素材の一部は還元剤としても有効に作用するの
で還元効率が低下する様な恐れもない。

（４）微粉状炭素材を装入する従来法で指摘される炭素
材の飛散や還元時の通風性不良といった問題を一切生じ
ることがなく、又電気炉での脱炭コストアップも殆んど
問題にならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で採用される原料鉄鉱石の炭素材被覆法
を例示する概略縦断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）竪型炉を用いて直接製鉄法を実施するに当たり、
   原料鉄鉱石の表面を炭素材で被覆しておくことを特徴と
   する直接製鉄方法。
2. （２）炭素材の表面被覆量が原料鉄鉱石に対して０．５
   〜４重量％である特許請求の範囲第１項に記載の直接製
   鉄方法。