JPS6220808A - ２段吹込みによる鉄鉱石の溶融還元製鉄方法 - 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、鉄鉱石等の酸化鉄原料を溶融還元炉（以下中
に溶融炉ということもある）から供給される還元性ガス
によって固体還元し、次いでこの溶融炉に供給して溶融
還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、小規模製鉄技術とし
て、ＫＲ法、Ｃ０ＩＮ法、用鉄法、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、を備電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。

直接製鉄法のプロセス原理は、第２図に示す通りであっ
て、溶融炉１で発生したＣＯＬ体の高温ガスａ　（ＣＯ
２、Ｈ２、Ｈ２０も含まれる）を、熱源及び還元剤とし
て予備還元炉３に供給する一方、溶融炉ｌ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ガ
ス（若しくは空気）を吹き込んで熱源及び還元ガスの供
給を行ない、予備原光重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還元を完成し銑鉄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
面でかなり有利になると註われている。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５元鉄を溶融する目的で溶融炉に十分なエネルギーを
供給する必要があるので、灰分の少ない無煙炭または？
１５炭コークスのような高価な燃料をしかも相当大Ｉｎ
ｋに使用しなければならないという点が特に重要な欠点
とされている。その為発生する口元性ガスは、Ｙ・備還
光重での必要ガスｒＭを大きく超えてしまう。従って過
剰気味の還元性ガ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１作公開公報第３２４４７４４号の
発明は、外部リフオーマにおいて改質された還元ガスを
竪型炉の上部から吹き込み、溶融炉などから発生する還
元性排ガ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５９−２２２５０
８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−光重に吹き込む方法につい
て提案されている。しかしこれらは外部リフォーミング
を併用したり、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Ｆ旨とは根本的に異なっているものである。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明者等は、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Ｘｒが前提になるというσ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ガスｌ
ｉ）は不足気味であるので、予備還元炉における鉱石還
元に必要な品程度に石炭賃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還
元に適したガス組成及び温度にアップグレートすること
が可能でなければならない。

［問題点を解決するための−ｒ段コ 従って本発明は、直接溶融還元製鉄法における上述の問
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［１的とするものである
。

」−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」二面近傍で燃焼させ
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
せて改質ガスを得、−・方を備還光重からの排出ガスの
一部を循環系路に導入し酸化性成分を除去した後、）１
（を記改質ガスの一部に混合し、Ｍ’ｌＡ合された高温
還元性ガスを予備還元炉の上部から吹込むと共に、残部
の前記改質ガスにガス状還元剤及び予＠還元炉からのｒ
ｍ記υト出ガスの一部を加え、予＠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ｌｖ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される高温還元性ガスを、溶融炉
本体出口部、出口部配管あるいは予＠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等のガス状還元剤と接触せしめ、リフォ
ーミング反応を行なわせることによって改質ガスを得る
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−光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、更には溶融炉本体内「１部
あるいは出口部配管に設けられる耐火物の劣化を防１に
することに寄与する。さらに第３のポイントは、次に述
べる２段吹込法を採用する点に存在する。即ち予備還元
炉からでてくる排ガスの一部をリサイクルしＩ該すサイ
クルガス中の酸化性成分を除去した後上記改質ガスの一
部と混合し、得られた還元性ガスを、そのまま、あるい
はメタンを）二成分とする天然ガス等を適当な比率で添
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５元度に冷却調整された還元性ガスとして
利用され、一方上記改質ガスの残部については、ガス状
−元側及び予備還元炉内らの前記排出ガスの一部を適当
な比率で添加することによって、予備還元炉下部での改
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。

なお予備還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（メタンを含む天然ガスやＬＰＧ等のガス状
還元剤を、メタンで代表させるものとする）が平衡組成
まで十分反応する訳ではなく温度が下ると共に反応量も
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与える。即ち
石炭ベースのガス組成による予備還元では、ガス組成が
相対的にＣＯリッチなためシャフト炉等の予備還元炉内
で部分的な還元反応を引起こし、それによる発熱を生じ
ることがあり、鉄鉱石同士あるいはρ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ガ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
防止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ガスに対して２〜１３％程度で
十分である。

このように、−光重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、前述の如く２〜１
３％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。上述の改質反応は、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
、したがって非外熱式で行なうことになる。また反応に
際しては、混合ガス自身が１２００〜１５５０℃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。また予備還元
炉へ行く途中で前述の如く特別の反応容器を設置して迅
速に反応させても良い。

溶融炉で発生する高温還元性ガ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
下する。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。

さらに予備還元炉から出てくるトップガス（排ガス）の
一部をリサイクルし、リサイクルガス中の酸化性成分を
除去してから上記改質済みの還元性ガスに混合すること
により、適当な温度および還元度に冷却調整された還元
性ガスを得ることができる。

この得られた還元性ガスは部分Ｓれ、部分されたうちの
一方の還元性ガスは、屯独のまま、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；光性ガスを得ることができる。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；光重へ
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可飽にし、クラスタリング防Ｉ［、
に′Ｓラリ−る。

二６分されたうちの残りの還元性ガスは、メタン等のガ
ス状還元剤、並びにシャフト炉等から取出すリサイクル
ガス（当該ガス中の酸化性成分は除去してもよい）を適
当な比率で添加することによって、ｐ備還元炉下部にお
ける改質反応に適した吹込温度および酩化度に冷却調整
された還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一元鉄鉱石を利用する改質反
応を行なうことにより、前記還元性ガスは還元度が向」
二されながら予備還元炉上部へ上昇し、予備ロ光重−ヒ
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。この混合ガスは鉄鉱石等を５元するのに最適なガ
ス組成つまり還元度を有することになる。

なお予備還元には一般的なシャフト炉（竪型炉）タイプ
や原料として粒鉱が使用できる流動床タイプのいずれか
を使用し、予＠還元での金属化−（イはシャフト炉（竪
型炉）タイプでは７０〜９６％好ましくはモ均８５％以
４二、流動床タイプでは５０〜８０％好ましくは平均７
０％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Ｃ，０２吸収法・吸着
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１．６〜３．１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／ｃｍ
２伊ｇとすれば、系内で発生する流れ抵抗を十分り回る
ことができ、還元性ガス圧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備還元炉への吹込みを２
段にし、Ｌ部は還元用、Ｆ部は改質用として予＠還元炉
内での機能を分割するので、効果的な予備還元が行なわ
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スローの一例を示す図で
ある。

第１図においてｌは溶融炉、２は溶融炉本体の出口部配
管、３は予＠還元炉（シャフト炉）、３ａはリフオーミ
ンク部、３ｂは還元部、４は熱交換器、５はＣＯ２スク
ラバー、６は圧ｍ機であり、溶融炉１で発生する高温還
元性ガス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調整された調整還元性ガス（改
質ガスに相Ｍ）ｃを生成する。一方シャフト炉３から排
出された還元性排ガスｉの一部は熱交換器４で冷却され
冷却ガスｊとなって００２スクラバー５に導入されＣＯ
２が除去される。なおＣ０２スクラバー５に導入される
前に昇圧される場合もある。さらに圧縮ａ６で昇圧され
昇圧ガスｄとなってから前記ガスＣの一部と混合されて
シャフト炉３への混合ガスｅとなる。この混合ガス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。尚必要であればメタンｇ１を更に追加配合するこ
ともでき、シャフト炉上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一元ガスｆを得る。一
方調整口元性ガスＣの残部りにも適当な比率でメタンｇ
を添加し、更にリサイクルガスｉの一部文を添加するこ
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ｊを得
る。

前述の通りガス組成がＣＯリッチなためシャフト炉内で
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値である。

溶融炉から発生した高温還元性ガス（１５９６°Ｃ１２
８７６Ｋｇ　１１ｍｏｌ／ｈ）は溶融炉出口部及び出口
部配管でメタン（３３９ＫｇｌＩｍｏｌ／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５元性ガスの冷却（１５
９６℃→１０６２°Ｃ）とＨ２／ＣＯ比の増加（０，２
８→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１１部配管内の１ｍｌ大物の劣化の
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比の向上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ｌ二の為の必要メタ
ン量はρ元性ガスに対して６．６％程度であった。

以」−述へたように、シャフト炉に吹込まれる５元性ガ
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。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５８０°Ｃに加熱された
メタン（３３９Ｋｇ−ｍｏｌ／ｈ　）と溶融炉から排出
される１５９６℃の高温還元性ガス（２８７６Ｋｇ−Ｉ
ｌｏｌ／ｈ　）は、吸熱反応である改質反応が進行して
１０６２°Ｃ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５３４℃降下したことになる。こうし
て得られるガスＣの一部にシャフト炉からのリサイクル
ガスｄを１１０１Ｋｇ１１ｍＯ１／ｈ混合することによ
り鉄鉱石の還元に適した吹込温度（７４３℃）、及び還
元度Ｒ値［（ＣＯ＋Ｈ２）／　（ＣＯ２＋Ｈ２０）］　
７．６にコントロールすることができ、この口元性ガス
ｆをシャフト炉３の」一部３ｂに還元用として吹込む。

また分岐された残りの調整還元性ガスＣ１には、シャフ
ト炉３からの排出ガス（９６３Ｋｇ・ｍｏｌ／ｈ）　ｉ
を前記調整還元性ガス（１０６２℃）の一部（１３７４
Ｋｇ・ｍｏｌ／ｈ）と混合し、更に５８０℃に予熱され
たメタン（１６７Ｋｇ１１ｆｆｌＯ１／ｈ）を添加し、
シャフト炉下部３ａの吹込み羽目へ導かれる。この調整
された吹込みガスｊは８３０℃（２５０４Ｋｇ−ｍａｔ
／ｈ）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Ｉｊｉ、［ＣＨａ／（ＣＯ２＋Ｈ２０）’　＝０
．８７］　となっている、このガスがシャフト炉下部羽
目から吹込まれてと部ヘト昇していく間に改質反応が起
こり、シャフト炉−上部羽口付近では、還元度Ｒ値は９
．Ｏ、メタン４．３％になることが分かった。そして上
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８．２．メタン５．５％となり、
鉄鉱石の還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６尚木発明者等は同
日付で「２段吹込法による鉄鉱石の溶融還元製鉄法」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に予備還元炉からのリサイクル
ガスを混合して部分し、一方を予ｆｉ還元炉の上部から
吹込むと共に他方にはガス状還元剤を加えて予備還元炉
の下部から吹込む様に構成している。従って該発明に比
較して本発明はプロセス面で若−Ｆ複雑になるが、ＣＯ
２吸収装置は小さくて済み、予４１０ｉ元炉の下部にお
けるリフォーミング効果が高いる。

［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一例を示す図、
第２図は直接製鉄法のプロセス原理を示す説明図である
。 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・・・Ｃ０２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て改質
   ガスを得、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、前記改質ガスの
   一部に混合し、該混合された高温還元性ガスを予備還元
   炉の上部から吹込むと共に、残部の前記改質ガスにガス
   状還元剤及び予備還元炉からの前記排出ガスの一部を加
   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段吹込み
   による鉄鉱石の溶融還元製鉄方法。