JPS6220806A - ２段吹込法による鉄鉱石の溶融還元製鉄法 - 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−１−の利用分野］ 本発明は、鉄鉱石等の酸化鉄原料を溶融還元炉（以ド弔
に溶融炉ということもある）から供給される還元性カス
によって固体還元し、次いでこの溶融炉に供給して溶融
−元することにより鉄鉱石から鉄を製造する方法に関し
、詳細には、低品位燃料を使用することが可能であると
共にここで発生し反応に利用されるガスに対し種々のコ
ントロールを施して反応効率の維持向上を図る方法に関
するものである。

［従来の技術］ 高炉によらないで銑鉄を製造する技術として、いわゆる
直接製鉄法が脚光を浴びつつあり、小規模！Ｍ鉄技術ど
して、ＫＲ法、Ｃ０ＩＮ法、用鉄Ｖ１．住金法等が開発
されている。これらの方法は予備還元炉と溶融炉を必要
設備とするものであり、予備還元炉としてはシャフト炉
及び流動床炉の２通りが考えられている。

ｌｌ′ｌ接製鉄法のプロセス原理は、第２図に小才通り
であって、溶融炉ｌで発生したＣ　Ｏｌ二体のｌ’＋＋
ｊ温カスａ　（ＣＯ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏも含まれる）を、
熱源及び還元剤としてｐ備還元炉３に供給する一力、溶
融炉１には予め銑鉄を入れて溶融状態に保持しつつこれ
に炭素材及び酸素カス（若しくは空気）を吹き込んで熱
源及び口元カスの供給を行ない、予備還元炉３において
一部還元された鉄鉱石Ｐを装入してここで最終的に口元
を完成し銑鉄Ｆとして取出すものである。これらの例示
プロセスを、特に溶融鉄製造という観点から見ると、天
然ガスを利用するプロセスに対して石炭を使用するとい
うところからコスト而でかなリイＩ利になると言われて
いる。しかし現状ではこれらの方法についても経済的に
大きな欠点がある。即ち還元鉄を８融する目的で溶融炉
に−Ｌ−分なエネルギーを供給する必要があるので、灰
分の少ない無煙炭または褐炭コークスのような高価な燃
本′ｌをしかも相巴大ｊｉｊ、に使用しなければならな
いという点が特に％ｆｉな欠点とされている。その為発
生する還元性ガスは、’Ｐ　摸ｉｉ　；Ａ元炉での必要
カス；、′、を大きく超えてしまう。従って過剰気味の
題元性カスを有効に利用することが研究されている。西
ドイツ国特許公開公報第３２４４７４４りの発明は、外
部リフオーマにおいて改？ｊされた還元ガスを竪型炉の
ド部から吹き込み、溶融炉などから発生する還元性排カ
スを竪型炉の上部から予備還元用として吹き込むことを
特徴としており、また特開昭５９−２２２５０８号にお
いては、溶融炉からのガスを改質する方法と該改質され
た還元ガスを予備還元炉に吹き込む方法について提案さ
れている。しかしこれらは高価な燃料を使用することを
前提としており、以下述べていく事項から容易に理解さ
れる様に、本発明の主旨とは根本的に異なっているもの
である。

「発りｊが解決しようとする問題点コ 本発明渚等は、直接製鉄法の経済的実施を遂行する為に
は、エネルギーの乏しい低品位石炭または揮発性成分の
高い石炭等の安価な燃料を使用することができる方法の
確立が前提になるという立場から研究を行なった。しか
しこの様な燃料を使った場合に発生する還元性カス１１
；゛は不足気味であるので、予備還元炉における鉱石還
元に必要な呈程度に石炭−ｋをコントロールすることが
でき、さらにこの溶融炉から発生する還元性ガスを鉱石
口元に適した力７ＭＩ成及び温度にアンプグレードする
ことが１−１ｒ能でなければならない。

［問題点を解決するための１没］ 従って本発明は、直接溶融還元製鉄法における一Ｌ述の
問題点を解決し得る新しい還元ガス製造方式を含む直接
溶融還元製鉄法を提供することを目的とするものである
。

上記目的点を解決することに成功した本発明の直接溶融
還元製鉄法とは、溶融５元炉で発生する還元性ガスにガ
ス状酸化剤を作用させて溶融鉄り部近傍で燃焼させると
共に、溶融還元炉から排出される高温還元ガスに高温ガ
ス状口元剤を作用させて部分的な改質反応を行なわせ、
一方予備還元炉からの排出カスの一部を循環系路に導入
し酸化性成分を除去した後、前記改質度１５後のガスに
混合し、該混合された高温還元性カスの一部を予備口元
炉の上部から吹込むと共に、残部の高温還元性ガスにガ
ス状還元剤を加え予備還元炉下部での改質反応に適した
ガスにしてｔ備還元炉の下部から吹込む様に構成した点
に要旨が存在するものである。

［作用］ 本発明では、溶融炉から発生する還元性ガスを該溶融炉
中に添加した酸素等のガス状酸化剤によって燃焼させ、
そのときに生じる燃焼熱を鉄浴に有効に伝えるという点
に第１のポイントがある。さらに第２のポイントは、溶
融炉で発生して排出ぎれる高温還元性カスを、溶融炉本
体出目部、出口部配管あるいは予備還元炉へ行く途中の
反応容器部分等任意の場所でメタンを主成分とする天然
ガスやＬＰＧ等のガス状−元側と接触せしめ、リフオー
ミンク反応を行なわせることによって改質カスを（Ｕる
点に存在する。これらの構成により、溶融炉で発生した
高温還元性ガスの有する顕熱を有効に利用すると共に、
高温還元性ガスの冷却と還元度の向■−を図ることによ
り熱損失の低減乃至解消、更には溶融炉本体出口部ある
いは出１−】油配管に設けられる１耐火物の劣化を防１
１二することに寄与する。さらに第３のポイントは、予
備還元炉からでてくる排カスの一部をリサイクルし該リ
サイクルカス中の酸化性成分を除去した後上記改質カス
と混合し、得られた還元性カスを二層して次の様に利用
する点に存在する。即ち一方の還元性ガスは、そのまま
、あるいはメタンを主成分とする天然ガス等を適当な比
−４〈で添加することによって予備還元炉上部からの吹
込みに適した温度および還元度に冷却調整された還元性
ガスとして利用され、残りの二元性カスには天然ガスを
適当な比率で添加することによって、予備５元炉下部で
の改質反応に適する吹込み温度および酸化度に冷却調整
された還元性ガスとして利用され、ここに２段吹込法が
実施される。

なお予備Ω元炉へ行く途中の部分で起こさせる顕熱を利
用した部分的なリフォーミング反応では、速度的に考え
てもメタン（メタンを含む天然カスやｔｒ’ｃ７のカス
状還元剤を、メタンで代表させるものとする）が４Ｌ衡
組成までＦ分反応する訳ではなく温度がドると共に反応
量も少なくなってくる。この様にメタンが未反応のまま
残ることはむしろ後段において好ましい結果をテえる。

即ち石炭ペースのガス組成による予＠還元では、ガス組
成が相対的にＣＯリッチなためシャフト炉等のｔ備還元
炉内で部分的な還元反応を引起こし、それによる発熱を
生しることがあり、鉄鉱右同トあるいは還元鉄同士の融
着現象であるクラスタリングの原因になっている。これ
に対し予備還元炉に吹込まれる還元性カス中にメタンが
含まれていると、このメタンの熱分解により還元鉄等の
カーボンコーティングが行なわれ、クラスタリングの発
生を防ｌ卜することができるのである。このカーボンコ
ーテングに必要なメタンは還元カスに対して２〜１３％
程度で十分である。

このように、還元炉に吹込まれる還元性ガスにはむしろ
メタンを含ませておく方が有利である。

従って溶融炉からでた高温還元性ガスに加熱メタンを添
加して行なう改質反応ではメタンの全てを改質する必要
はなく、部分的な反応で十分であり、　＋ｉｉｉ述の如
く２〜１３％程度のメタン濃度になる様に未反応メタン
を残すことが却って有意義なのである。Ｅ述の改質反応
は、混合ガス自身の保イ］する熱を利用して行なわれる
ものであり、したかって非外熱式で行なうことになる。

また反応に際しては、程合カス自身か１２００〜１５５
０°Ｃの高熱を有するため触媒方式を採用する必要はな
く非触媒方式で十分である。もっとも溶融炉から飛散し
てくる微粉鉄が触媒として作用することも期待される。

また予備ａ元炉へ行く途中で前述の如く特別の反応容器
を設置１ｔシて迅速に反応させても良い。

溶融炉で発生する高温還元性カスと加熱メタンとの混合
ガス自身は前述の如＜　１２００〜１５５０°Ｃであり
、この保有熱によって吸熱反応である改質反応が進行し
、この改質反応により混合ガス温度は５０〜３００℃降
丁する。したがって溶融炉本体内に吹込めば溶融炉本体
の熱負荷の低減を図ることができる。

ざらに予備還元炉から出てくるトンブガス（排カス）の
一部をリサ・ｒクルし、リサイクルカス中の酸化性成分
を除去してからヒ記改質済みの還元性カスに程合するこ
とにより、適当な温度および５元度に冷却調整されたρ
元性カスを得ることができる。

この得られた還元性ガスは二層され、二１分されたうち
の一力の還元性ガスは、　ｒｔ’−独のまま、あるいは
メタンを適当な比率で添加することによって、シャフト
炉弐等の予備還元炉−Ｌ部からの吹込みに適した温度お
よび還元度に冷却調整された還元性カスを（）ることが
できる。尚途中に加熱器あるいは冷却器を補助的に設け
て吹込温度をより正確に調整をすることもできる。後者
のように予熱したメタン等のガス状還元剤を添加してか
ら予備ａ元炉へ吹込む方法では、メタンの分解による鉄
鉱石等へのカーボンコーティングをｕｌ能にし、クラス
タリング防止に゛ジグーする。

−二層ごれたうちの残りの還元性カスは、メタンを適当
な比率で添加することによって、予備−元　−炉下部に
おける改質反応に適した吹込温度および酸化度に冷却調
整されたΩ元性ガスを得ることができる。本発明によれ
ば予備還元炉下部内において還元鉄鉱石を利用する改質
反応を行なうことにより、前記−元性カスは口元度が向
１−されながら予備還元炉」二部へ」ニジ１し、予備還
元炉上部羽目から吹き込まれた還元性ガスと混合される
ことになる。この混合カスは鉄鉱石客を二元するのに最
適なガス組成つまり二元度を有することになる。

尚Ｆ記説明では溶融炉から回収する改質ガスにリサイク
ルガスを混合した後二層すると述へたが、改質ガスを二
分してから夫々にリサイクルガスを混合する様にしても
よく、混合比を独立して制御することができるという、
低味では後者の方が有利である。本発明はこの様な実施
態様も技術的範囲に含むものとする。

なお予備還元には一般的なシャフト炉（竪型炉）タイプ
や原料として粉鉱が使用できる流動床タイプのいずれか
を使用し、予備−元での金属化率はシャフト炉（竪型炉
）タイプでは７０〜９６％好ましくはモ均８５％以ヒ、
流動床タイプでは５０〜８０％好ましくはモ均７０％以
上とすることが推奨される。

シャフト炉等から取出すリサイクルガス中の酸化性成分
を除去する手段としては、公知のＣＯ２吸収法・吸若法
等を任意に採用することができる。

更に溶融炉中にスラグ形成剤、特に石灰を添加して、溶
融炉中におけるスラグの塩基度を約１．８〜３．１に調
整することにより、最適な脱硫を達成することができる
。なお溶融炉中の操業圧力を１．５〜５．５ｋｇ／ｃ＋
ａ２・ｇとすれば、系内で発生する流れ抵抗を十分上回
ることができ、還元性ガス江縮装置を特別に設置する必
要はない。このように本発明は予＠還元炉への吹込みを
２段にし、上部は還元用、下部は改質用として予備還元
炉内での機能を分割するので、効果的な予＠還元が行な
われることとなった。

［実施例］ 第１図は本発明方法のプロセスフローの一例を示す図で
ある。

第１図において１は溶融炉、２は溶融炉本体の出口部配
管、３は予備還元炉（シャフト炉）、３ａはリフォーミ
ング部、３ｂは還元部、４は熱交換器、５はＣＯ２スク
スクラバ６は圧縮機であり、溶融炉１で発生する高温還
元性カスａは溶融炉出口部配管２内でメタンｂと混合さ
れ、改質反応により冷却２１！Ｉ整された調整還元性ガ
スＣを生成する。一方シャフト炉３から排出された電元
性排ガスｊの一部は熱交換器４で冷却され冷却カスにと
なってＣ０２スクラ八−５に導入されＣＯ２が除去され
る。なおＣＯ２スクラバー５に導入される前にＡ圧され
る場合もある。さらに圧縮機６で昇圧され昇圧ガスｄと
なってから前記ガスＣと混合されてシャフト炉３への混
合ガスｅとなる。この混合カスｅはシャフト炉３への吹
込みに適した温度に冷却調整されている。次にこの二元
性混合ガスｅを二分し、一方のガスｅ１にメタンｇを適
当な比＝（へで添加することによって、シャフト炉−ヒ
部羽目からの吹込みに適した温度および還元度に冷却調
整された還元カスｆを得る。残りのガスｅ２にも適当な
比率でメタンｈを添加することによって、シャフト炉下
部内での改質反応に適する吹込温度および還元度に冷却
調整された還元性ガスｉを得る。なおガスｅｌについて
はメタンの混合を受けないままで還元ガスｆとして還元
炉上部に導入される場合もある。

＋ｉｉ７述の通りガス組成がＣＯリッチなためシャツＩ
・炉内では部分的な・還元反応による発熱を生じること
があり、クラスタリングを引き起こす原因となる。これ
を防ぐため本実施例では還元性ガス中にメタンを含ませ
ておき、カーボン析出により還元鉄等をカーボンコーテ
ィングするものである。

第１表は本発明方法のプロセスフローによるバランスシ
ートの一例を示すものであり、溶融炉から出て来る溶融
鉄を４０〜５０万Ｔ／Ｙ規模に換算した時のイ（ｉであ
る。

溶融炉から発生した高温還元性ガス（１５９６°Ｃ，２
８７６Ｋｇ番ｍｏｌ／ｈ）は溶融炉出口部及び出口部配
管でメタン（３３９Ｋｇ・ｍｏｌ／ｈ）と接触させるこ
とによりリフォーミング反応を起こさせる。その結果溶
融炉で発生した高温還元性ガスの有する顕熱を有効に利
用することにより、高温還元性カスの冷却（１５９６℃
→１０６１℃）とＨ２／ＣＯ比の増加（０，２８→０．
４３）が達成され、熱損失の低減乃至解消、溶融炉出口
部および出口部配管内の耐火物の劣化の防止、予備還元
炉内でのクラスタリングの防止を夫々図ることができる
。尚クラスタリング防止について補足説明すると、シャ
フト炉に吹き込まれる還元性ガスのＨ２／Ｃｏ比の向−
ヒ及び添加メタンによる還元鉄のカーボンコーティング
によってクラスタリングを防ぐのである。本実施例にお
けるクラスタリング防１にの為の必要メタン量は還元性
ガスに対して約１０％程度であった。

以上述べたように、シャフト炉に吹込まれる還元性カス
にはメタンを含ませておくべきであるから、溶融炉から
出た高温還元性ガスａと加熱メタンｂとの混合による改
質反応ではメタンの全てを改質に消費する必要はなく、
むしろ部分的な反応で終える方が好ましい、なお本実施
例によるとメタン濃度はｌ０９５％（反応前）から６．
７％（改質後）に減少していることが明らかになった。

この改質反応は、混合ガス自身の保有する熱を利用して
行なわれるものであり、実施例によると５４１℃に加熱
されたメタｙ　（３３９Ｋｇ＋１＋ａｏｌ／ｈ　）と溶
融炉から排出される１５９６℃の高温還元性ガス（２８
７６Ｋｇ−ＩＩｏ１／ｈ）は、吸熱反応である改質反応
が進行して１０６１℃となった。

したがってガスの混合および改質反応の両効果により、
還元性ガス温度は５３５℃降下したことになる。さらに
シャフト炉からのリサイクルガスをｔ７１４Ｋｇ・ｍｏ
ｌ／ｈ混合することにより鉄鋸石の還元に適した吹込温
度（７５５℃）にコントロールすることができる。

、さらにシャフト炉内でのクラスタリングを防ぐために
、この７５５°Ｃにコントロールされた還元性カスｅの
一部すなわちシャフト炉」二部羽目へ導く還元性ガス（
２０５８Ｋｇ−ｍａｌ／ｈ）ｅ　ｔに６７Ｋｇ　壷ｍｏ
ｌ／ｈのメタンを添加した。これによりシャフト炉羽目
のガス温度は７４３°Ｃ，還元度Ｒ値［（ＣＯ＋Ｈ２）
／　（ＣＯ２＋Ｈ２０）］は７．６となり、鉄鉱石の還
元に適する温度とガス組成に調整され、クラスタリング
も起こらずに十分な還元が可能となった。

また分岐された残りの還元性ガスｅ２にもメタン（１０
０Ｋｇ参ｍｏｌ／ｈ）を添加し、シャフト炉下部の吹込
み羽ロヘ導かれる。この調整された吹込みガスは７４３
℃であり吹込みに適したガス温度を有し、なおかつシャ
フト炉内での一部改質反応を起こさせるのに適したガス
組成［ＣＨ４／（ＣＯ２＋Ｈ２０）　＝１．０　］　と
なっている。このガスがシャフト炉下部羽目から吹込ま
れて上部へト昇していく間に改質反応が起こり、シャフ
ト炉上部羽目付近では、実施例によるとメタンは１０．
４％から６．５％まで減少することが明らかになった。

従って還元度Ｒ値は７．６から１３，４に向上しており
、シャフト炉り部での鉄鉱石の５元に４１効なガス組成
が１１）られることも明らかになった。この改質ガスは
シャフト炉内を−に昇し、上部羽目から吹込まれたＲ値
７．６の前記ガスｆと合流することによってＲ値が１０
．５となり、鉄鉱石の口元に適するガス組成になる。し
たがって上部においてもクラスタリングが起こらず、正
常に還元された鉄鉱石を得ることが可能となった。

尚本発明者等は同［１＋１で「２段吹込みによる鉄鉱石
の溶融還元製鉄方法」を特許出願している。

同出願発明は溶融炉から排出されてくる改質反応後のガ
スの一部に予備還元炉からのリサイクルカスの一部を混
合して予備還元炉の４＝部へ供給し、前記改質ガスの残
部にガス状還元剤及び前記リサイクルガスの一部を加え
て予（ＩＴｌ還元炉の下部へ供給する様に構成している
。従って該発明に比べると本発明はプロセス面で簡素化
されており、予備還元炉をコンパクト（例えば予備還元
炉の上部及び下部におけるＲ値は本願発明が１０．５で
あるのに対し別出願発明では８．２）にすることができ
［発明の効果］ 本発明は上記の様に構成されているから、安価な燃料を
使った場合に発生する還元性ガスについて、これを予備
還元に適した温度及び組成に改良することができ、直接
製鉄法の操業コストを低下させつつ安定で効率の良い還
元反応を実施し得る様になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法のプロセスフローの−・例を示す図
、第２図は直接製鉄法のプロセス原理を示す説明閲であ
る。 １・・・溶融炉　　　　　２・・・溶融炉の出口部配管
３・・・還元炉（シャフト炉） ４・・・熱交換器　　　　５・・・ＣＯ２スクラバー６
・・・圧縮機

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 予備還元炉及び溶融還元炉を備え、予備還元炉では溶融
   還元炉から導入される還元性ガスによって、固体状態の
   酸化鉄原料を予備還元し、該予備還元された酸化鉄原料
   を溶融還元炉に供給し還元剤の存在下に溶融還元する方
   法において、溶融還元炉で発生する還元性ガスにガス状
   酸化剤を作用させて溶融鉄上面近傍で燃焼させると共に
   、溶融還元炉から排出される高温還元ガスに高温ガス状
   還元剤を作用させて部分的な改質反応を行なわせ、一方
   予備還元炉からの排出ガスの一部を循環系路に導入し酸
   化性成分を除去した後、前記改質反応後のガスに混合し
   、該混合された高温還元性ガスの一部を予備還元炉の上
   部から吹込むと共に、残部の高温還元性ガスにガス状還
   元剤を加え予備還元炉下部での改質反応に適したガスに
   して予備還元炉の下部から吹込むことを特徴とする２段
   吹込法による鉄鉱石の溶融還元製鉄法。