JPS62230925A - 溶融還元鉄の製造方法 - 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］ 本発明は溶融還元鉄の製造方法に関し、粉粒状鉄鉱石を
出発原料とし予＠還元と溶融還元を組合せて溶融還元鉄
を製造する方法において、溶融還元炉への予備還元済み
粉粒状鉄鉱石及び粉粒状炭材の吹込みを円滑に遂行し得
ると共に、溶融還元操業を効率良く行ない得る様に改善
された方法に関するものである。

［従来の技術］ 高炉−転炉方式による直接製鉄法やシャフト炉等による
直接製鉄法では、原料鉄鉱石を事前に塊成化処理（ペレ
ット、焼結、ブリケット等）するか、或は塊状の鉄鉱石
を使用する必要があるが、粉粒状の鉄鉱石を還元性ガス
で流動状態にして還元する流動層還元方式が開発される
に及び、原料鉄鉱石の予備処理を簡略化できるという利
点から大きな期待が寄せられている。しかしこの流動層
還元方式もシステムとして完成された訳ではなく、未解
決の問題を多く残している。

［発明が解決しようとする問題点］ を記の様な流動層還元法で最も問題となるのは、スティ
ッキング現象（後述）である、即ち流動還元工程におけ
る還元率をある程度向上するには還元温度を高めればよ
いが、高温条件下では粉粒状鉄鉱石の表面に還元鉄がひ
げ状に生成し相互に絡みあって塊状化して流動状態を喪
失するスティッキング現象が発生する。その為低めの温
度に抑えた状１Ｂで流動層還元を行なわなければならず
、還元効率を十分に高めることができておらない。

そこで本発明者等はスティッキング防止対策を確立すべ
く色々研究を行なった結果、流動層還元に先立って粉粒
状鉄鉱石の表面に炭材を付着させておけばスティッキン
グが防止され、高温条件のもとでも安疋して且つ効率良
く流動層還元を進行せしめ得ることを確認し、別途特許
出願を行なった。

一方、上記の様にして流゛動層還元された鉄鉱石は、ブ
リケット等として製品化する場合を除くと一般に溶融還
元炉に吹込まれ、ここで最終的な還元及び脈石成分との
分離が行なわれる。従ってこの場合の流ｉｈＢ還元は予
＠還元として位置付けられるので、以下予＠還元という
ことがある。即ち該溶融還元炉では、酸素（又は空気）
と粉粒状の炭材の吹込みによって生成するＣｏ　（２Ｃ
＋０２→２ＣＯ）による還元が行なわれると共に、脈石
成分の分離と精練の為に還元鉄の溶融を行なう必要があ
り、当該溶融の為の必要熱量及び流動層還元炉等を含め
た４−１帯設備における必要８量を確保する為、還元性
発生ガスの鉄浴上における２次燃焼（ポストコンパッシ
ョン）が行なわれる。こうして得られる高温の燃焼排ガ
スは、温度及び成分を２１８１整し流動層還元に好適な
温度及び組成にしてから前記流動層還元炉へ送られる。

そこで上記一連の溶融還元鉄製造工程で、流動層還元さ
れた粉粒状鉄鉱石及び粉粒状炭材を溶融還元炉へ吹込む
為には何らかのキャリヤガスを使用しなければならない
が、本発明者等が種々研究を行なったところによると、
該キャリヤガスの種類によって溶融還元の作業効率が著
しく変わってくるばかりでなく、流動層還元炉における
還元効率も著しく変わってくることをつきとめた。

本発明はこうした知見を基になされたものであって、そ
の目的は、還元された粉粒状鉄鉱石及び／又は粉粒状炭
材を溶融還元炉へ吹込む為のキャリヤガスとして好適な
ガスを選定することによって、流動層還元及び溶融還元
を含めた一連の工程を効率良く遂行し得る様にすると共
に、当該キャリヤガスに要する経済的な負担を軽減して
工業的規模での実益を高めることのできる方法を提供し
ようとするものである。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明に係る製造方法の構成は、予備還元された粉粒状
鉄鉱石、粉粒状炭材及び酸素を溶融還元炉へ吹込んで溶
融還元鉄を製造する方法において、予備還元された粉粒
状鉄鉱石及び／又は粉粒状炭材を、当該溶融還元鉄製造
設備内で得られる還元性ガスをキャリヤガスとして溶融
還元炉へ吹込むところに要旨を有するものである。

［作用］ 上記からも明らかな様に本発明では、予備還元された粉
粒状鉄鉱石及び／又は粉粒状炭材（以下粉粒原料と総称
することがある）を溶融還元炉へ吹込む為のキャリヤガ
スを特定したところに最大の特徴があるので、以下その
理由を明確にする。

粉粒体輸送用キャリヤガスとしては色々のものが知られ
ており、代表的なものとしては、■窒素やアルゴン、ヘ
リウム等の不活性ガス、■酸素や空気３の支燃性ガス、
■メタン、エタン、プロパン等のｒｊ（燃性ガス、［株
］炭酸ガスや水蒸気等の酸化性ガス、０−酸化炭素や水
素等の還元性ガス、が挙げられるが、本発明の目的（予
＠還元された粉粒状鉄鉱石及び／又は粉粒状炭材の溶融
還元炉への吹込み）に照らして上記各キャリヤガスの利
害得失を検討したところ１次の様な結論を得た。

（１）窒素やアルゴン等の不活性ガスは粉粒原料に対し
て全く悪影響を及ぼすことがなく、且つ安全に輸送・吹
込みを行なうことができる点で好ましいものと言える。

しかし本発明では、前述の如く溶融還元炉内で最終還元
を効率良く進めることが望まれるばかりでなく、該溶融
還元炉から排出される還元性排ガスは流動層還元炉へ供
給して粉粒状鉄鉱石の予＠還元を効率良く進めなければ
ならないという要請があり、キャリヤガスとして不活性
ガスを使用すると、溶融還元炉で発生する還元性ガスが
該不活性ガスによって希釈され、溶融還元炉及び流動層
還元炉における還元効率が低下するという問題が生じて
くる。

（２）酸素等の支燃性ガスは、せっかく予備還元された
粉粒状鉄鉱石を再酸化させるばかりでなく、粉粒状炭材
とも反応して燃焼する恐れがある。殊に溶融還元炉への
前記粉粒原料の吹込みは溶融還元炉における熱負荷を低
減する為ホットチャージ方式を採用することが望まれる
が、この方式を採用しようとすると前述の再酸化及び燃
焼反応が著しくなる為、ホットチャージ方式を採用する
ことができない、しかも支燃性ガスは溶融還元時の還元
率を低下させる他、溶融還元炉から流動層還元炉へ送り
込まれる排ガスの還元ポテンシャルも低下させて予備還
元効率にも悪影響を及ぼす、更に流動層還元時のスティ
ッキングを防止する為粉粒状鉄鉱石の表面に予め炭素被
覆処理をしておいた場合には、該被覆炭素が酸化性ガス
と反応して焼失する結果スティッキング防止効果も著し
く阻害される。

（３）實酸ガス等の酸化性ガスを用いた場合、上記支燃
性ガスを用いた場合はど極端ではないものの上記（２）
と同様の問題が生じる。

（４）　ｕｆ燃性ガスや還元性カスを用いた場合、粉粒
状鉄鉱石の再酸化が起こらずむしろ還元が促進され、且
つ粉粒状炭材の燃焼等も起こらないので、コールドチャ
ージはもとよりホットチャージ方式を採用した場合でも
何らの障害を生じることもなく、更には溶融還元炉やｆ
ｌｔ！ｌＩ層還元炉における還元反応も効率良く進める
ことができ、且つ流動層還元炉内でスティッキングを生
ずることもなく安定した操業状１ムを得ることができる
。

上記の様に本発明で使用するキャリヤガスとしては、あ
らゆる面から可燃性ガス及び還元性ガスが最善である。

尚Ｏｆ燃性ガスとは本来酸素の共存下で燃焼する潜在的
還元能を持ったガスであり、本発明で言う還元性ガスと
は該可燃性ガスを含む広義の還元性ガスを総称する。

しかしながらこの様な一元性ガスを外部から購入して使
用するとなれば、それに伴って経済的負担が果せられる
ので、工業的規模で実用化する際の障害となってくる。

そこで経済性を含めたトータルシステムとじて実用化を
推進すべく更に研究を進めた結果、溶融還元炉から排出
される還元性排ガス或はこの排ガスを流動層還元炉に通
した後排出される還元性排ガスの如く、当該溶融還元設
備内で得られる還元性ガスを利用すれば、経済上の問題
についても一挙に解消されることを知った。

尚溶融還元設備内で得られる還元性ガスの具体例として
は、前述の如く溶融還元炉から排出される排ガスやこの
排ガスを流動層還元炉を通した後排出される排ガスの他
、これらの排ガスを必要によりリフオーミングし、或は
ＣＯ２やＨ２０の如き酸化性ガスを除去して還元ポテン
シャルを高めたガスを挙げることができ、更には、流動
層還元時のスティッキング防止用被覆炭素源を得る為に
石炭乾留設備が併設されている様な場合は、石炭の乾留
によって生じる分解ガスを利用することもできる。

［実施例］ 第１図は本発明の最も基本的な実施例を示すフロー図で
あり、図中１は流動層還元炉、２は溶融口元炉、３は排
ガス改質器を夫々示す、即ち粉粒状鉄鉱石を流動層還元
炉１へ供給し、溶融還元炉２から送られてくる還元性排
ガスの共存下に加熱して予備還元を行なった後、溶融還
元炉？へ吹込む、溶融還元炉２には粉粒状の炭材と酸素
が吹込まれ、該炭材と酸素の反応によって生ずるＣＯガ
スによって最終還元を行なうと共に、造滓剤として装入
される生石灰によって脱燐等を進め下層部から溶融鉄を
、また上層部からスラグを排出する。また該溶融還元炉
２の鉄浴上では、溶融還元工程で生ずる還元性排ガスの
一部を２次燃焼（ポストコンパッション）することによ
り、当該溶融還元炉２における必要８量を確保する。そ
して還元能を残している高温燃焼排ガスは、温度及びガ
ス組成を調整し、流動層還元に好適な温度及び組成にし
てから流動層還元炉ｌへ送り、更に該流動層還元炉１か
らの排ガスは改質器３で還元ポテンシャルを高めた後、
リサイクルガスとして前記燃焼排ガスと合流させて流動
層還元炉１へ送り込む、こうした一連の溶融５元鉄製造
工程において、本例では、改質器３で還元ポテンシャル
の高められた排ガスの一部を抜き出し、溶融還元炉２へ
吹込まれる粉粒状の炭材及び／又は予備還元された粉粒
状鉄鉱石のキャリヤガスとして利用するものであり、こ
れにより上述の様な作用効果を得ることができる。この
場合、必要によっては当該キャリヤガスの一部を生石灰
の吹込みに利用することも可能である。尚改質ツ３とし
ては、脱Ｈ２０・脱ＣＯ２処理により還元性ガス濃度を
高める方式、或は炭化水素ガス等との反応によってＣＯ
２やＨ２０を還元性ガスにリフォーミングする方式等、
任意の改質方式を採用したものを用いることができる。

また排ガス中の還元性ガス濃度が十分に高い場合は、改
質器３を通すことなく直接キャリヤガスとして利用する
ことも可能である。

第２図は本発明を利用したより実用性の高い溶融還元鉄
の製法を例示するフロー図であり、本例では、流動層還
元炉ｌ内におけるスティッキングを防止しつつ高い予備
還元率を得る為、流動層還元炉ｌの前に）貸素被覆流動
層４を設けて粉粒状鉄鉱石の表面に炭素を付着させる工
程が付加されると共に１石炭乾留流動層５を併設して、
乾留生成物（ガスやタール）を被覆用炭素源として炭素
被覆流動層４へ供給し、且つ乾留残渣であるチャーは溶
融還元炉２への供給炭材として利用できる様に構成して
いる。

即ち粉粒状石炭（粉炭）を予熱器７を通して石炭乾留流
動層５へ供給し、所定温度に加熱することにより乾留を
行なっておく、一方、粉粒状鉄鉱石（粒鉱）は予熱器６
を通した後炭素被曜流動層４へ送り込み、石炭乾留流動
層５から供給されてくる炭化水素ガスやタールと還元性
雰囲気で接触させ、タール等の熱分解によって生成する
炭素を粒鉱表面に付着させる。炭素で表面被覆された粒
鉱は次いで流動層還元炉ｌへ送られ、溶融還元炉２から
送られてくる高温の還元性排ガスの共存下で予＠還元が
行なわれた後溶融還元炉２へ送られる。この場合、荊述
の如く粒鉱表面を予め炭素で被覆しておくと、該予＠還
元工程でスティッキング現象（流動層還元工程で還元鉄
が粒鉱表面にひげ状に生成し、これが絡み合って粒鉱が
塊状化する現象を言い、この現象が生ずると流動層を形
成し得なくなって還元効率が極端に低下してくる）を生
じることなく、流動層還元を効率良く円滑に進めること
ができる。

流動層還元炉ｌから出た排ガス（高温で且つ相当の還元
力を残している）は炭素被覆流動層４方向へ流して炭素
付着の為の熱を確保すると共に。

その一部は石炭乾留流動層４へ送って乾留に必要な熱を
補給し、更に炭素被覆流動層４を出た排ガスは冷却器８
に通して水分を凝縮除去した後、コンプレッサー９を通
して脱炭酸器ｌＯへ送り、脱ＣＯ２により還元ポテンシ
ャルを高めた後リサイクルガスとして前記溶融還元炉排
ガスと合流して流動還元炉ｌへ送る。

一方溶融還元炉２では、第１図の例と同様、炭材と酸素
の吹込みによる粒鉱の溶融と最終還元、生石灰等による
脱燐等、及びポストコンパッションが行なわれるが、本
例においても、脱炭酸器１０で還元ポテンシャルの高め
られたガスの一部を抜き出して、予備還元された粒鉱及
び／又は炭材のキャリヤガスとして利用する方式が採用
される。又本例では、石炭乾留流動層５で得られる粉粒
状のチャーを、溶融還元炉２へ吹込む炭材として利用可
能とし、石炭を最大限有効に活用できる様にしている。

尚第２図では、脱炭酸器ｌＯを通し還元ポテンシャルを
高めた後のリサイクルガスの一部をキャリヤガスとして
用いる例を示したが、この他、たとえば溶融還元炉２か
ら排出される排ガスの一部をキャリヤガスとして使用し
たり、或は石炭乾留流動層５で得られる炭化水素系のガ
スをキャリヤガスとして利用してもよく、要は当該溶融
還元鉄製造設備で得られる還元性ガスであればどの様な
ガスを使用してもよい。

［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
ると次の通りである。

（１）予備還元された粒鉱及び／又は炭材を溶融還元炉
へ吹込む為のキャリヤガスとして還元性ガスを用いる方
法であるから、輸送乃至吹込み工程で粒鉱が再酸化され
たり炭材が酸化消費される様な恐れがない。

（２）その為予備還元粒鉱や炭材をホットチャージ方式
で溶融還元炉へ吹込むことができ、溶融還元炉の熱負荷
を低減することができる。

（３）シかも溶融還元炉内へ吹込まれたキャリヤガスは
還元剤として作用するので溶融還元効率自体も高めるこ
とができ、更には溶融還元炉から排出されるガスの還元
ポテンシャルが低下する恐れもないので、流ｉ層還元炉
内でスティッキング現象等を生ずることもなく高レベル
の流動層還元効率が保障される。

（４）キャリヤガスとして用いる還元性ガスは、当該溶
融還元鉄製造設備内から自給されるので、経済的な負担
も少なくてすむ。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明の実施例を示すフロー図である。 ■・・・流動層還元炉　　２・・・溶融還元炉３・・・
改質器　　　　　４・・・炭素被覆流動層５・・・石炭
乾留流動層　８，７・・・予熱器８・・・冷却器　　　
　　９・・・コンプレッサーｌＯ・・・脱炭酸器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 予備還元された粉粒状鉄鉱石、粉粒状炭材及び酸素を溶
   融還元炉へ吹込んで溶融還元鉄を製造する方法において
   、予備還元された粉粒状鉄鉱石及び／又は粉粒状炭材を
   、当該溶融還元鉄製造設備内で得られる還元性ガスをキ
   ャリヤガスとして溶融還元炉へ吹込むことを特徴とする
   溶融還元鉄の製造方法。