JPS6169910A - 鉄鉱石の流動層還元方法 - 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、鉄鉱石を流動層方式によ）効率良く還元して
還元鉄を得る方法に関するものである。

〔従来の技術〕

鉄鋼生産は高炉−転炉に代表される間接製鉄法が主流で
あるが、シャフト炉やロータリーキルン等により還元鉄
を得る直接製鉄法も実用化されている。高炉−転炉方式
では原料鉄鉱石を事前に塊成化処理（ベレット、焼結、
ブリケット等）するか、或鉱塊状の鉄鉱石を使用する必
要があるが。

直接製鉄法でもこの点は同じである。しかしもし粉粒状
の鉄鉱石をそのまま原料としてこれを還元することがで
きれば、塊成化の為の費用が削減される。とうした期待
に沿う製鉄法として、粉粒状鉄鉱石を還元性ガスで流動
状態にして直接還元する流動層還元法が研究また紘実用
化されている。

しかし以下恍示す如く多くの問題が未解決のまま残され
ている為、工業的規模で実用化されているのは１．２例
にすぎない。

〔発明が解決しようとする間ｍ点〕

流動ｆｆｉ通元法における最大の問題は、効率よく還元
反応を進行させるために高温において還元する必要があ
）その場合、還元により生成した還元鉄粉が相互に融着
して“スティッキング”と呼ばれる流動化停止現象を生
じ、還元の進行が著しく停滞することである。そζでス
ティッキング防止対策として■粗粒鉄鉱石を使用する方
法、■流動店内を攪拌機等で機械的に攪拌する方法、■
流動Ｍ内へコークス粉等の異物を混入させる方法、■鉄
鉱石粉粒体をＭｇＯやＣａＯ等の非鉄酸化物で被覆する
方法、等が提案され、何れの方法も実験室規模では相当
の効果を有することが確認されている。しかしながら工
業的規模で実用化しようとすると、■の方法では粒度調
整に費用を要する他、粗粒化によって反応速度が低下す
る、■の方法では高温の流動層内における攪拌部材の摩
耗が著しく且つシール構造が複雑である、■の方法では
コークス粉等の消耗が著しい他、異物と鉄鉱石が流動層
内で比重差により分離し易い、■の方法は非鉄金属酸化
物による被覆が困難で高コストとなる、といった問題が
生じてくる。スティッキングを防止する他の方法として
反応温度を下げる方法もあるが、この場合反応速度が小
さいため、還元に長時間を要し、設備が大型化し設備費
が増大することが避けられない。

本発明はこうした状況のもとで、高温の流動層における
スティッキングの発生を防止し、円滑な操業性のもとて
流動層還元を効率良〈実施するための技術を提供するも
のである。

〔問題を解決する為の手段〕

本発明は流動層方式によ）鉄鉱石の還元を行なう方法に
おいて、第１流動層で粉粒状鉄鉱石の表面に炭材を付着
させた後、第２流動層において該鉄鉱石の流動層還元を
行なうことを基本構成とするものである。

〔作用〕

本発明では、流動層還元に供される粉粒状鉄鉱石の表面
に、予備処理工程用として別途設けた流動層によって小
量の炭材を付着させるが、この様にして炭材の付着され
た粉粒状鉄鉱石を流動層還元に供した場合、反応温度を
高めた場合でもスティッキング現象を生ずることがなく
、円滑な流動状態のもとて効率良く還元反応を進めるこ
とができる。

即ち後記実施例でも明らかにする如く、炭素付着処理を
施していない鉄鉱石を流動層還元に供した場合、反応温
度を８５０℃に設定すると還元率が約３３優に達した時
点でスティッキングが発生し流動化が停止してしまい、
もはや還元を進行させることかできない。そしてスティ
ッキングを生ずることなく９０分以上の還元率を得るこ
とのできる反応温度の上限は約８００℃であるが、この
様な低い反応温度では還元率が９０％に達するまでに６
０分もの長時間を要し、高い生産性を示さない。これに
対し予備処理工程を設けて粉粒状の鉄鉱石に約４チの炭
材を付着させておくと、流動層還元時の温度を９００℃
程度以上に高めた場合でもスティッキングを生ずること
がなく、わずか２５分程度でも還元率を約９０チまで高
めることができる。更に炭材付着鉄鉱石を用いる流動層
還元においては、反応系の圧力を高めることによって反
応速度を一層高めることができ、還元率が９０チに到達
するまでの所要時間は更に短縮されることが知られてい
る。

尚本発明では、粉粒状鉄鉱石に炭材を付着させる方法と
して、流動層還元部を構成する第２流動層の前に第１流
動層を設け、該第１流動層内へ粉粒状鉄鉱石と石炭系の
炭材を装入して流動状態で接触させる方法を採用する。

この方法であれは粉粒状鉄鉱石のすべてに万偏なく且つ
均一に炭材が付着し、流動層還元時のスティッキングを
効果的に阻止することができる。石炭系の炭材の種類は
特に限定されず、石炭及びその２次製品であるチャー、
コークス、タール、ピッチあるいは溶剤精製炭（ＳＲＣ
）等を使用することができるが、安価で豊富に存在する
石炭が最適である。石炭を炭材とする場合め鉄鉱石への
付着法としては、■粉粒状の石炭を粉粒状鉄鉱石と共に
流動状態で混合し３００〜６００℃程度に加熱する方法
（この温度で粉炭は粘結性を示す様になシ鉄鉱石表面へ
付着する）、戒は■石炭ガス化装置を別途設け、石炭を
熱分解してＣＯの豊富なガスを生成せしめ、これを第１
流動層で粉粒状鉄鉱石と混合処理して鉄鉱石表面にＣを
析出させる（２ＣＯ→ＣＯ，＋Ｃ）方法、■石炭乾留装
置を別途設け、石炭を乾留してタール等を発生せしめ、
これを第１流動層で粉状鉄鉱石表面に付着させる方法、
■同第１流動層中に、加温等の手段によりあらかじめ液
化したタール、ピッチ、溶剤精製炭等の炭材を吹き込ん
で粉状鉄鉱石表面に炭素分を付着させる方法、等が代表
的な方法として挙げられる。鉄鉱石表面への炭材の付着
量は特に限定されないが、実験により確認したところで
は鉄鉱石に対し２〜１０重量％、特に好ましくは３．５
〜５重量−の炭材を付着させることによって、流動層還
元時のスティッキングをより確実に防止することが出来
る。

尚鉄鉱石の流動層還元工程で石炭を添加する方法自体は
種々知られているが、これらの方法は石炭やコークス等
の炭材を単に鉄鉱石と混合した状態で流動化させている
だけであシ、本発明の様に流動層還元に先立って別の流
動層で鉄鉱石に炭材を付着させておく方法とは基本的に
異なるものである。また炭材を還元鉄に吸収させるアイ
アン・カーバイド法という技術も知られているが、この
方法は還元性ガスとしてＣＯガスを用い、下記の反応で
鉄の浸炭物であるセメンタイ）（ＦｅｓＣ）を生成させ
るものであシ、 ３Ｆｅ＋２ＣＯ−＋Ｆｅ５Ｃ＋ｃｏ。

遊離した炭素を鉄鉱石表面に付着させてスティッキング
を防止するという本発明の技術とは根本的に異質のもの
である。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る流動層還元法の基本フロー図であ
シ、図中１は第１流動層炉、２は第２流動層炉、３は溶
融還元炉を夫々示す。本例では粉粒状の鉄鉱石Ｏｒｅと
微粉状炭材Ｃを第１流動層炉１へ装入し、底部から還元
性ガス（又はＮ７等の不活性ガス）を吹込んで流動層を
形成しつつ４００〜６００℃程度に加熱する。そうする
と炭材中の揮発分が揮発した後その中の炭素分は鉄鉱石
表面に付着・析出し、炭素付着鉄鉱石（Ｃ１０ｒ　ｅ　
）が得られる。尚粘着性を有する炭材を用いる場合は微
粉状炭材が加熱により粘着性を帯び電鉄鉱石の表面に付
着する。流動層を形成する為の還元性ガスは外部から供
給してもよいが、図示した様に第２流動層炉２から排出
される還元性排ガスを利用するのが有利である。また必
要によりタール、ピッチ、ＳＲＣ等を補給して炭材の付
着を促進することもできる。こうして得られる炭材付着
鉄鉱石（Ｃ１０ｒｅ’）は第２流動磨炉２へ送シ、炉底
から吹込まれる還元性ガスにより流動層を形成しつつ９
００〜１２００℃に加熱して還元を行なう。この場合＠
鉱石の表面には炭材が付着しているので、反応温度を高
めた場合でもスティッキング現象を生ずることなく、還
元反応は高速度で円滑に進行する。尚第２流動層炉内を
２〜ｌＯ気圧程度に加圧して反応速度を更に高めること
もできる。

この様にして得た還元鉄Ｆは炭素及び酸素と共に溶ｒｉ
還元炉３へ送）、不純介在物を除いて沿融鉄とする。溶
＠還元炉３から排出される還元性の排ガスの大部分は第
２流＃層炉２の還元ガスとして循環使用し、残部は系外
へ排出して他の用途に有効利用する。

第２図は本発明の他の実施例を示すもので、基本的な構
成は第１図の例と同様である。但し本例では第１流動層
１の上流側にサイク四ン分子３６４を介してガス化Ｐ５
が設けられている。そしてこのガス化炉５に石炭Ｃ等の
炭材を装入し５００〜６００℃程度の温度で熱分解せし
め、生成するＣＯＫ富んだガスをサイクロン分離器４で
浄化した後第１流動層炉１へ送シ、５００〜６００℃程
度の温度で粉粒状鉄鉱石Ｏｒｅと流動状態で接触させ、
（２ＣＯ−＋ＣＯ２＋Ｃ］の反応によって生成するＣを
鉄鉱石の表面に付着・析出させる。尚ガス化炉５は図示
した様な流動層ラソ定層、移動層式の炉も利用できる。

乾留炉を利用する場合、別に設置した固定層、移動層あ
るいは流動層によって石炭を乾留し、分屏揮発した乾留
生成物を第１流動層において鉄鉱石と接触させ、鉄鉱石
上に炭素を被覆させることができる。またガス化炉もし
くは乾留炉５で副生する；−クスは、脱灰後溶融還元炉
３へ供給する炭材として利用することもできる。

図中６．７は循環用排ガスを浄化する為のサイクロン分
離器を示す。

尚この実施例は本発明を溶融還元法の予備還元炉として
適用した場合のものであるが、本発明はこの実施例に限
定されるものではなく、溶融還元炉のない一般の還元鉄
製造法として独立させることももちろん可能であシ、そ
の場合還元炉２から得られた還元鉄粉はブリケット化さ
れ成品となシ、電気炉等の原料となる。

上記の様な方法で流動層還元を行なった場合の効果を従
来例と対比すると、例えば第３図に示す様な結果が得ら
れた。即ち第３図は、還元性ガスとして水素（流速４０
ｃｍ／５ｅｃ）を用いて鉄鉱石の流動層還元を行なう場
合において、炭材が付着していない鉄鉱石及び４．３チ
の炭材を付着させた鉄鉱石を用いた場合の還元速度を調
べた結果を示したグラフである。この図からも明らかな
様に炭材の付着していない鉄鉱石を使用した場合８００
℃の反応温度ではスティッキングを起ζすことはないが
、還元率が９０％に達するのに約６０分の時間を要する
。又第３図には示していないが、反応温度を８５０℃に
高めると還元率が約３３チに達した時点でスティッキン
グが発生し、流動化しなくなることが確認されている。

これに対し４．３チの炭材を付着させた鉄鉱石を使用す
ると、反応温度を９００℃に高めた場合でもスティッキ
ングを起こすことなく還元反応を円滑に進めることがで
き、約２５分で９０％の還元率が得られている。

また反応系の圧力を５ｋｇ／？：＋Ｔ＋”・Ｇに高める
と還元速度は更に高まシ、８５０℃の温度でも約１５分
で還元率９０％に達している。

次に第４図は、バッチ式流動層を使用した場合の炭材付
着試験結果を示したグラフである。即ち内径５０ｍｍφ
の反応管内に粉粒状鉄鉱石５００ｇをＮ２により流動化
させておき、温度を５５０℃に保って微粉状石炭を２５
ｇずつ５〜１０分毎に添加し、底部よシ少量のサンプル
を採取して鉄鉱石への炭材付着量を調べた。但し遊離炭
材は磁選により除去した。結果は第４図の通）であり、
炭材装入量を増加するにつれて鉄鉱石への炭材付着量は
増大し、鉄鉱石５００ｇに対して約２００ｇの石炭粉を
使用すれば、４％以上の炭材を付着させることができる
。即ち鉄鉱石に４−程度の炭材を付着させる為には相当
過剰の石炭を必要とするが、実際の操業においては炭材
を循環使用することができる為それほどの経済的負担が
強いられることはない。また炭材添加量と付着率の関係
は炭材の種類や処理条件によっても相轟異なるもので、
第４図はその一例を示したものにすぎない。

〔発明の効果〕

本発明は以上の様に構成されるが、要は流動層還元に先
立って粉粒状鉄鉱石の表面に適量の炭材を付着させてお
くことにより、還元反応温度を高めた場合でもスティッ
キングの発生を確実に防止することができ、流動層還元
を高い反応効率のもとて円滑に遂行し得ることになった
。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明の実施例を示す概略フロー図、第３
図は流動層還元の時間と還元率の関係を示すグラフ、第
４図は炭素付着処理時間と炭素付着量の関係を示すグラ
フである。 １・・・第１流動洒炉（炭素付着処理炉）２・−・第２
流動層炉（流動層還元炉）３・・・溶融還元炉

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 流動層方式により鉄鉱石の還元を行なう方法において、
   第１流動層で粉粒状鉄鉱石の表面に石炭系の炭材から直
   接あるいは間接的に供給される炭素分を付着させた後、
   第２流動層において該鉄鉱石の流動層還元を行なうこと
   を特徴とする鉄鉱石の流動層還元方法。