JPS62230923A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、予備還元炉及び溶融還元炉を用いる溶融還元
製鉄法の改良に関するものである。詳細には上記溶融還
元システム全体のガスバランスを保証しつつ操業の安定
化を実現することに成功した溶融還元製鉄法に関するも
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る。第２図は溶融製鉄法の
プロセス原理を示す説明図であり、溶融還元炉１で発生
したＣｏ主体の高温ガスａ　（ＣＯ２，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、溶融還元炉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ガス（若しくは空
気）を吹き込んで熱源及び還元ガス（Ｃｏ）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
該溶融還元炉１に装入して最終的に還元を完成し銑鉄Ｆ
として取り出すものである。

そしてこの原理を応用した実操業用方式としては次に示
す様な方法が知られている。

（１）粉鉱石を流動層で予備還元し、これを空気によっ
てコークス充填層型溶融還元炉へ吹き込む方法（特開昭
５７−１９８２０５号公報）、（２）鉄鉱石をシャフト
炉で予備還元し、コークス充填層型溶融還元炉へ装入し
て銑鉄を製造する方法（特開昭５８−１７１５１５号公
報）、（３１予備還元炉で得られた予備還元鉄を溶融還
元炉へ装入し、該溶融還元炉に形成された鉄浴に石炭及
び酸素を吹き込み、発生ガスの一部を浴上で燃焼（ポス
トコンパッション）させつつ鉄鉱石を溶融還元し、ここ
から導出されるガスを改質して予備還元炉へ導入する方
法（特開昭５９−２２２５０８号公報）、（４）石炭と
酸素を用いて還元鉄を溶融還元する溶融還元炉に、シャ
フト炉を連結して溶鉄を１！造する方法（米国特許第４
，３１６，７３９　、同４．２３８，２２６　、同４，
２４８．ｌ１２６　）等を挙げることができる。上記（
３）の溶融還元炉においては、該還元炉内に酸素を吹き
込んで前記ＣＯ主体ガスを燃やすという処理、いわゆる
ポストコンパッション処理を行なって溶融還元炉内の鉄
浴の昇温を図る場合がある。この様なポストコンパッシ
ョン処理が行なわれると、上記ＣｏガスやＨ２ガスはＣ
ｏ２ガス及びＨ２０ガスとなり還元能力を喪失するが、
発熱反応の結果熱エネルギーが豊富になっている。そこ
でこれらをリフオーマ−へ導き、炭化水素や炭素との接
触によってＣＯ等の還元性ガスに戻してから前記予備還
元炉へ供給している。

しかし予備還元炉へ上記Ｃｏガス等が導かれると、２Ｃ
Ｏ＝Ｃ＋ＣＯ２の反応が起こって予備還元炉への配管中
に炭素が析出して配管を閉塞したり予備還元の効率を低
下させることが分かった。

［発明が解決しようとする問題点コ しかし予備還元炉へ上記Ｃｏガス等が導かれると、２Ｃ
Ｏ＝Ｃ＋ＣＯ２の反応が起こって予備還元炉への配管中
に炭素が析出して配管を閉塞したり予備還元の効率を低
下させることが分かった。

一方、予備還元炉においては、装入鉄鉱石の金属化率が
９０％程度になるまで該鉄鉱石を還元することが必要で
あるとされている。なんとなれば低金属化率の鉄鉱石は
低強度であり、予備還元炉操業時やそれに続く排出時等
に破壊して粉状となり、予備還元鉄の歩留低下を招くか
らである。

しかし予備還元炉において高金属化率（９０％程度以上
）の還元鉄を得ようとすると、予備還元炉におけるＣｏ
ガスの消費増大を招き、ひいては溶融還元システム全体
のガスバランスを悪化させる。従って高金属化率が必要
であるにもかかわらず、必ずしも該高金属化率を達成す
ることができないというのが実情である。

本発明はこうした事情を考慮してなされたものであって
、前述の如きガスバランスの悪化を防ぐことにより、予
備還元炉における高金属化を可能にすると共に溶融還元
操業の安定化を実現することのできる溶融還元製鉄法を
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］ 本発明に係る溶融還元製鉄法とは、鉄鉱石を予備還元炉
で予備還元し、次いで溶融還元炉へ導いて溶融還元を行
なうと共に溶融還元炉内で２次燃焼された高温排出ガス
を炭化水素ガスによって温度調節及び改質し、この改質
ガスを、予備還元炉排出ガスの一部に加えて予備還元炉
へ導く様に構成した溶融還元製鉄法において、予備還元
炉における金属化率が９０％以上となる迄予備還元し、
該予備還元炉から導出される還元鉄に鉄鉱石原料を加え
てから溶融還元炉へ導入する様にしたところにその要旨
が存在するものである。

［作用］ 本発明は、上述の如く鉄鉱石の予備還元炉における金属
化率が９０％以上となるまで予備還元できるところに第
１の特徴を有するものである。この様に予備還元炉にお
ける金属化率を高くすることによって予備還元鉄の強度
を増すことができ、予備還元操業の安定化を果たすこと
ができる。ここで金属化率を９０％以上とすることに伴
なう還元鉄の強度上の利点等を第３図に従って説明する
。第３図はシャフト炉内ベレットの金属化率と圧潰強度
を羽口からの距離の関数として求めたグラフであるが、
これによると、金属化率５０〜７０％では圧潰強度が低
く、８０％以上では圧潰強度が大きくなっていることが
分かる。従って金属化率が５０〜７０％である還元鉄を
製造した場合においては、シ・・フト炉からの切り出し
時及びこれに続く溶融還元炉への輸送過程で上記還元鉄
の破壊が起こり、成品歩留りが低下するのみならず溶融
還元炉から多量のダストが発生する。一方金属化率が８
０％以上特に９０％以上である場合には、上述の如き問
題は生じないことが分かった。この様な金属化率の予備
還元鉄は、次いで溶融還元炉へ導かれるのであるが、金
属化率がこの様に高くなったものを溶融還元炉に入れて
も、該還元炉においては還元されるべき酸化鉄量が少な
く、従って熔融還元炉における酸化鉄の還元反応もわず
かなものとなる。その為溶融還元炉における吸熱も少な
く、且つ生成される還元ガスの量も少なくなるが一方こ
の還元ガスが供給されるべき予備還元炉では高金属化率
を達成する為に大量の還元ガスを要求しており、システ
ム全体として見た場合のガスバランスが極めて悪くなる
。

そこで本発明者等は、予備還元鉄に鉄鉱石原料を補給す
ることにより溶融還元炉へ供給されるべき予備還元鉄の
金属化率を実質的に低下させるという本発明の第２の特
徴に到達するに至った。該混合原料を用いて溶融還元を
行なえば、溶融還元炉から発生する還元ガス量を増加さ
せることができ、溶融還元システム全体のガスバランス
を確保できる。ここで本発明者等は、予備還元鉄に加え
られる鉄鉱石原料の量的目安を得る為に第４図の如きグ
ラフを作成し、これを用いて下記の如き検討を行なった
。第４図は、金属化率と溶融還元炉発生ガス量の関係（
右下がりグラフ）、及び金属化率と予備還元炉必要ガス
量の関係（右上がりグラフ）を夫々示したグラフである
。尚実線は溶融還元炉におけるポストコンパッション率
が１０％の場合を示し、破線は１５％の場合を示してい
る。各実線同士あるいは各破線同士の交点は、夫々のポ
ストコンパッション率におけるガスバランスがとれる点
であるということができる。例えばポストコンパッショ
ン率が１５％のときには、金属化率が約５８％でガスバ
ランスがとれる。

従って予備還元鉄の金属化率（９０％以上）と上記５８
％の差に相当するだけの鉄鉱石原料を、予備還元炉から
溶融還元炉へ至る過程で加えてやねばシステム全体のガ
スバランスを確保できることになる。上述の如き検討は
、リフオーマ−等を設けて冷却改質を行ないガスの酸化
度を１０％まで低下させた改質ガスの場合についても同
様に当てはまる。即ち第４図において各実線の交点を見
ると、金属化率が６８％でありこれが分かる。従って上
記と同様子備還元率値と６８％の差に基づいて鉄鉱石原
料の添加量を定めると良い。

本発明の本質的特徴は、大略以上の通りであるが、下記
（１）〜（３）の如き利点も同時に享受することができ
る。

（１）本発明に係る溶融還元製鉄法ではポストコンパッ
ションを行なうこととしているのでこれに伴なう利点を
享受することができる。

即ち第５図は鉄浴式溶融還元炉におけるポストコンパッ
ション比率、鉄浴に装入される還元鉄の金属化率１石炭
消費量の関係を示すグラフである。これによると、ポス
トコンパッションを行なうことによって石炭消費量を節
約することができるが、その効果は金属化率の高い程著
しるしいことが分かる。

（２）溶融還元炉内でポストコンパッションされた高温
排出ガスを炭化水素ガスによって温度調節及び改質した
ことに伴なう利点。

ポストコンパッションによって昇温したガスを予備還元
に適した温度まで下げることができ、またポストコンパ
ッションによって減弱された還元ポテンシャルを上昇さ
せることができる。

（３）上記（２）で得られた改質ガスを予備還元排出ガ
スの一部に加えて予備還元炉ヘリサイクルする様に構成
したことに伴なう利益。

予備還元炉においては、 ２ＣＯ＝Ｃ＋ＣＯ２ の反応が生じ例えば排出管や排熱回収ボイラーに炭素の
析出が起こる。特にこの反応は予備還元に好適とされる
９００℃前後の温度において著しるしい。しかし上述の
如く予備ユ元排出ガス（ＣＯ２リッチ）の一部を加える
ことによって、炭素析出原因であるＣＯを希釈すること
ができ、炭素の析出を抑制することができる。

以下本発明方法の実施例を挙げることによって本発明を
具体的に説明するが、本発明は該実施例のみに限定され
る性質のものではなく、必要に応じて適宜変更すること
ができる。

［実施例］ 第１図は本発明方法の一実施例を示すフロー図である。

（１）溶融還元炉１内の鉄浴中に酸素及び石炭を夫々矢
印４及び矢印５の如く吹き込み石炭をガス化する。一方
溶融還元炉１内にはポストコンパッション用酸素を矢印
６の如く吹き込みこの時発生する熱と、上記石炭ガス化
に伴なう部分燃焼熱とを利用して鉄鉱石と還元鉄を溶融
還元し溶鉄（矢印１ａ）を製造する。これらの過程にお
いて硫黄濃度の調節の為、石灰石を矢印５に示す如く石
炭と混合して吹き込みスラグ塩基度を調節する。溶融還
元炉からは、ポストコンパッションの結果として生成さ
れるＣｏ２及びＨ２０ガス（これらの量はポストコンパ
ッション率に支配される、こことし、又百分率で表わす
場合もある）を含む１５００〜１６００℃の高温ガスが
発生する。

（２）上記溶融還元炉発生ガスを、矢印７の如くガス改
質設備８へ導くと共にここにメタン等の炭化水素ガスを
矢印９に添って吹き込み、下記（１）及び（２）の反応
に基づき酸化性ガス成分であるｃｏ２及び）（２０をｃ
ｏ及びＨ２等に変換し、これによって還元ポテンシャル
を上昇させる。

００２　＋（：Ｈ４＝２ＧＯ＋２８２−４９．３　ｋｃ
ａＪＺ　／ｍｏｂ・・・・・・　（１） Ｈ２０＋ＣＩ４　＝ＣＯ＋３８２−５９．１　ｋｃａｌ
／　ｍｏＩＬ・・・・・・　（２） また上記（１）及び（２）の反応は吸熱反応であるから
、該吸熱作用を利用することによってガス温度を９００
〜１１００℃まで容易に低下させることができる。ここ
に触媒としてはダスト中の鉄分が加えられる。

（３）上記ガス改質設備８から導出されたガスに、予備
還元炉３から排出されたＣＯ２濃度の高いガスの一部を
リサイクルして混合しく矢印１０）、配管系内若しくは
シャフト炉内でカーボンデポジション（炭素析出）の生
じないガス酸化度（η＝０．１〜０．１２）に調整する
。肖リサイクルガスは排熱回収ボイラー１１によって冷
却されており、該リサイクルガスを混合することによっ
て予備還元炉導入ガスの温度を若干低下させることが可
能となる。

（４）更に上記混合ガスの一部を冷却塔１２へ分流して
冷却し、これを矢印１３に示す如く本流１４ら再合流さ
せることによフてシャフト炉導入ガス１５の温度を７０
０〜９００℃まで低下させる。ここでは炭素析出が生じ
ないことは前述の通りである。

（５）シャフト炉（又は予備還元炉）３においては、上
記シャフト炉導入ガス１５によって炉頂からの鉄鉱石（
又はベレット）１６が金属化率９０％以上に還元される
。尚シャフト炉３から導出されるガスは、前述の如く排
熱回収ボイラー１１を経由してその一部が自らの成分調
整に利用される。

（６）上記シャフト炉で還元製造された高金属化率の還
元鉄１７は、鉄鉱石１８が添加されることによって低金
属化率の還元鉄１９となって溶融還元炉１へ装入される
。この鉄鉱石１８の添加によって溶融還元製鉄システム
全体のガスバランスを確保することができるが、該鉄鉱
石１８の添加量は前記の如きグラフに基づき定められる
。

尚下記第１表には各プロセスにおける操業実施原単位を
、下記第２表には溶融還元炉、ガス改質設備、シャフト
炉におけるガス成紙等を示した。

［発明の効果］ 本発明は上述の如く構成されているので下記の如き優れ
た効果が発揮される。

（１）予備還元炉における鉄鉱石の金属化率を高めるこ
とができ、これによって予備還元鉄は該還元鉄の排出時
及び輸送時等に破壊及び粉化されない強固なものとなり
、予備還元の確実な操業を保証することができた。

（２）上記高金属化に伴なうガスバランスの悪化を改善
することができ、もって溶融金属製鉄法の操業安定化を
実現することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例を示すフロー図、第２図
は溶融還元製鉄法の原理を示す図、第３図はシャフト炉
ベレットの金属化率と圧潰強度を羽口からの距離の関数
として求めたグラフ、第４図は鉄鉱石原料の添加量を求
める為に用いられるグラフ、第５図は鉄浴式溶融還元炉
におけるポストコンパッション比率、鉄浴に装入される
還元鉄の金属化率１石炭消費量の関係を示すグラフであ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鉄鉱石を予備還元炉で予備還元し、次いで溶融還元炉へ
   導いて溶融還元を行なうと共に溶融還元炉内で２次燃焼
   された高温排出ガスを炭化水素ガスによって温度調節及
   び改質し、この改質ガスを、予備還元炉排出ガスの一部
   に加えて予備還元炉へ導く様に構成した溶融還元製鉄法
   において、予備還元炉における金属化率が９０％以上と
   なる迄予備還元し、該予備還元炉から導出される還元鉄
   に鉄鉱石原料を加えてから溶融還元炉へ導入する様にし
   たことを特徴とする溶融還元製鉄法。