JPS62247036A - 金属酸化物の還元方法 - 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」 この発明は、流動層内で例えば鉄鉱石などの金属酸化物
を高温下で直接還元する金属酸化物の還元方法に関する
。

「従来技術とその問題点」 従来、鉄鉱石などの金属酸化物を還元して還元金属を得
ろ方法としては、炉内で粒状の炭材を浮遊させ、この浮
遊した炭材中を粒状の金属酸化物を沈降させて金属酸化
物と炭材とを混合流動化し、炭材から発生する還元ガス
により金属酸化物を直接、還元して還元金属を得る方法
などがある。そして、このような方法では、炉外で予め
プリヒータなどにより予熱されたＨ、ガスを主成分とす
る流動化ガス（プロセスガス）を炉の下部から上方に向
けて炉内に供給することによって、上記の金属酸化物お
よび炭材を炉内で混合流動化するとともに、炉内温度を
還元反応に適した温度に維持するようにしている。

しかしながら、上記のような方法にあっては、上記の流
動化ガスを予熱するのにプリヒータなどを用いているた
め、流動化ガスの温度を高温とすることができず、この
流動化ガスによって上昇する炉内温度の上限も約８５０
°Ｃ程度であった。この程度の炉内温度では、炭材の分
解や還元反応に必要とされる流動層内の熱が十分でなく
、還元を促進させることができず、その結果、還元金属
の製造効率ら低下する問題があった。

「問題点を解決するための手段」 そこで、この発明は、炉内に供給される曲のプロセスガ
スの一部または全部を炉外でプラズマ加熱して高温化し
、この高温化されたプロセスガスを残りのプラズマガス
または系外から吹き込まれたガスと混合冷却して最適温
度とし、このプロセスガスにより炉内の還元温度を９０
０℃以上に維持するようにしたことにより、上記の問題
点を解決するよ・うにした。

「作用　」 この発明の金属酸化物の還元方法にあっては、プロセス
ガスや系外から吹き込まれたメタン、プロパノ、Ｎ２０
をプラズマヒータで加熱することによって、高温化し、
ガス中に含まれろ一部ＣＯ２等の成分をプラズマ改質し
て流動化ガスとして炉内に吹き込みこれを還元に利用す
るものである。

すなわち、上記のプロセスガス中に吹き込まれた炭化水
素は、高温下において分解されるとと乙に、炉内の水分
と反応して還元性の高いＣＯガスに改質される。

ＣＨ，→　Ｃ＋　　２１（２ ＣＨ４＋　　１−（２０→　ＣＯ＋　３　Ｈ。

また、ＣＯ，ガスは、高温下において上記のプロセスガ
ス中の炭化水素と反応してやはり還元性の高いＣＯガス
に改質される。

ＣＨ４＋　　Ｃｏｔ　　→　２ＣＯ＋　　２Ｈ７また、
ガス中の各成分は、高温で一部イオン化されており、高
い反応性を存している。

「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。

図面は、この発明の金属酸化物の還元方法を実施する上
で好適に用いられる流動層反応炉を示すものである。ま
ず、この流動層反応炉（以下、炉と略称する。）１内に
圧縮機２からプラズマ発生器３およびガス混合器４を介
して所定温度にプラズマ加熱された流動化ガス（プロセ
スガス）５を供給する。ここで、上記の流動化ガス５は
、炉１内への供給前に予め例えばメタンやプロパンなど
の炭化水素と酸素とに水蒸気を添加して得たＨ　、ガス
を主成分としたガスである。この流動化ガス５は、炉ｌ
内にあって上昇気流となって、後述の炭材や金属酸化物
を混合流動化させるためのらのである。また、この流動
化ガス５が炉ｌ内へ供給されるときの温度は、金属酸化
物の還元反応に必要な反応熱および石炭等の炭材の分解
に必要な分解熱を補うことによって炉内の還元反応を十
分促進できる程度の範囲で決められ、例えば鉄鋼石の場
合、約９００℃以上１０００℃以下程度の範囲とされる
。

そして、この流動化ガス５の炉１内への単位時間当たり
の供給量（流動化開始速度）は、後述の炭材や金属酸化
物を流動化させるのに必要十分なものとされろとともに
、炭材や金属酸化物の各粒径の大きさや比重などに応じ
て適宜決められる。

上記のプラズマ発生器３は、Ｈ、ガスを主成分とする流
動化ガス５をプラズマ発生用気体とし、これをイオン化
して約３０００〜５０００℃程度にプラズマ加熱するも
のである。このようなプラズマ加熱方式にあっては、Ｈ
，ガスなどのガスを一部プラズマ化することによって、
イオン化して反応性を高める利点がある。そして、この
プラズマ発生器３の電流および電圧は、得られる流動化
ガス５の温度やプラズマの熱効率などに応じて適宜決め
られる。また、このプラズマ発生器３にあっては、高周
波誘導加熱プラズマ方式や、直流あるいは低周波を用い
て放電を行なうことによって流動化ガス５をプラズマ化
し高温加熱する直流プラズマ方式を採用することも可能
である。そして、このプラズマ発生器３でプラズマ化さ
れるプラズマ発生用気体としては、上記のＮ７を主体と
した流動化ガス５の他に、Ａｒ５Ｈｅ、Ｎ２．０．など
のガスやＮ　Ｈ３、ＣＨ、などの多原子分子も目的に応
じて適宜使用できる。

次いで、上記炉Ｉ内に炭材供給ホッパー６からスクリュ
ーフィーダ７を介して粒状の炭材８を、また粒状の金属
酸化物９を原料供給ホッパー１０からスクリューフィー
ダ７を介して炉１内に供給すろ。ここで、上記の炭材８
は、上記のプラズマ加熱された流動化ガス５の熱により
金属酸化物９を還元するＣＯガスなどの還元ガスを発生
して上記の流動化ガス５のＨ，ガスとともに炉ｌ内を還
元性雰囲気とするものである。また、この炭材８は、金
属酸化物９に対する還元反応によって生成するＣＯ２、
Ｈ２Ｏなどのプロセスガスの一部を還元性の高いＣＯガ
スなどに再生し、かつ金属酸化物９を還元して得られる
還元金属の焼結を防止する性質を有するものである。そ
して、このような炭材８としては、石炭、コークス、チ
ャー、木炭、木材などが好適に用いられる。

そして、この炉ｌ内においては、炭材８が上記の流動化
ガス５によって上方に吹き上げられて浮遊状態（浮遊層
１１）とされるとともに、流動化ガス５の熱によって所
定温度に加熱されて金属酸化物９を還元する還元ガスが
発生せしめられる。そして、この還元ガス中に含まれる
ＣＯ，ガスは、上記の流動化ガス５の熱により分解され
て還元性の高いＣＯガスとされ、このＣＯガスと流動化
ガス５のＨ，ガスとにより炉１内は高い還元性雰囲気と
される。

上記の浮遊層１１中においては、金属酸化物９が炭材８
と共に、流動化ガス５によって混合流動化仕しめられ、
金属酸化物９は炉１内の還元性雰囲気下で還元される。

また、この金属酸化物９には、鉄鉱石などの粒状のもの
が用いられる。

次に、上記のような還元反応の進行中に排出されたプロ
セス排ガスは、炉ｌの上部に設けられた除塵器１２によ
りダストが除、去された後、ガス冷却器１３により所定
温度まで冷却されてＨ，Ｏが除去される。次いで、上記
排出ガスは圧縮機２で所定圧力まで昇圧されたのち、そ
の流動化ガス５のうち、一部の流動化ガス１９、または
他の系１７より導入されたメタン、プロパン、Ｈ，Ｏ等
と混合してプラズマ発生器３でプラズマ化して約３００
０〜５０００℃程度の温度まで加熱される。次に、ガス
混合器４で高温に加熱された上記の排出ガスに未加熱の
流動化ガス１８が混合されて還元反応に適した約９００
℃程度まで冷却されたのち、再び還元ガスとして炉１内
に供給される。このようにして排出ガスは、上記のよう
な排ガス経路内を循環せしめられて再生され、流動化ガ
ス５（還元ガス）として再使用される。

このようにして炉Ｉ内に所定時間流動状態で滞留した金
属酸化物９は、還元されて還元金属１４となり、また炭
材８は、揮発分が消費されて天分の多いチャー１５とな
る。次いで、還元金属１４とチャー１５とは共に混合物
として、炉ｌの下部に設けられたスクリューフィーダ１
６により炉ｌ外に排出されたのち、両者は、図示しない
篩により篩分けされ分離されて、不純物が混合されてい
ない還元金属１４が得られる。

このような金属酸化物の還元方法によれば、次のような
優れた実施例効果を得ることができる。

Ｃ１）炉ｌ内に供給される而に流動化ガス１９をプラズ
マ加熱したので、炉ｌ内の温度を還元反応に適した高温
とすることができ、よって還元ガスおよび炉ｌ内に発生
するプロセスガスの高温化（約９００℃以上）を図るこ
とができる。また、還元反応時、生成されるＣＯｌ、Ｈ
ｔ　Ｏ等の不要のガスを還元性を有するガス等に分解す
ることができるとともに、還元反応の促進化を図ること
ができる。

〔２〕還元ガスの活性化を図ることができるので、炉ｌ
内で還元ガスを発生させる炭材８の原単位を低減するこ
とができ、よって製造コストの削減を実現することがで
きる。

〔３〕流動化ガス５中のＣＯ，ガスなどの不要ガス成分
を分解することができるので、排ガス系統に従来設けて
いた高価なＣＯ，リムーバーを設ける必要がなくなり、
よってこの点からも製造コストの削減を行なうことがで
きる。

上記の実施例では、排出ガスの一部をプラズマ発生器３
で高温に加熱し、このプラズマ加熱された排出ガスに未
加熱の還元ガスを混合器４において混合して炉１内に供
給する流動化ガス５の温度を調節するようにしているが
、排出ガス全部をプラズマ発生器３により流動化ガス５
の温度程度にプラズマ加熱するようにしてもよいし、ま
た前述したようにメタン、プロパン、Ｈ，Ｏ等を混合し
てプラズマ化してらよく、この場合、上記の実施例と同
様の効果を得ることができる。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、次のような優
れた効果を得ることができる。

［１］炉内に供給される前にプロセスガスをプラズマ加
熱したので、炉内の温度を還元反応に適した高温とする
ことができ、よって還元反応の促進化を図ることができ
る。

〔２〕プロセスガスをプラズマ化することによって活性
化を図ることができるので、炉内でプロセスガスを発生
させる炭材の原単位を低減することができ、よって製造
コストの削減を実現することができろ。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の金属酸化物の還元方法を実施する上
で好適に用いられる反応炉を示す概略構成図である。 ｌ・・・流動層反応炉（炉）、３・・・プラズマ発生器
、５・・・流動化ガス（プロセスガス）、９・・・金属
酸化物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 炉内で流動化された金属酸化物を、炉外で高温化して炉
   内に循環供給するプロセスガスにより還元する金属酸化
   物の還元方法において、 上記のプロセスガスの一部または全部を炉内に吹き込ま
   れる前に炉外でプラズマ加熱して高温化し、この高温化
   されたプロセスガスを残りのプラズマガスまたは系外か
   ら吹き込まれたガスと混合冷却して最適温度とし、この
   プロセスガスにより炉内の還元温度を９００℃以上に維
   持するようにしたことを特徴とする金属酸化物の還元方
   法。