JPS62294127A - シヤフト炉における酸化鉄還元方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野コ 本発明は直接還元製鉄システムにおいて利用されること
のあるシャフト炉における酸化鉄還元方法に関し、詳細
にはシャフト炉における還元率の安定性を向上する方法
に関するものである。

［従来の技術］ 直接還元製鉄法は大型高炉を必要としない小規模製鉄技
術であると位置付けられており、発展途上国を中心とし
て実用化が進んでいる。中でもシャフト炉方式の直接還
元法については広範な研究が展開されており、Ｍ　１ｄ
ｒｅｘ法（ＵＳＰ３７４８１２０、Ｕ　Ｓ　Ｐ　３７６
４１２３　、　Ｕ　Ｓ　Ｐ　３６１７２２７等）、ＡＲ
ＭＣＯ法（Ｕ　Ｓ　Ｐ３５５８１１８　、　ｕ　Ｓ　Ｐ
３８５０Ｂ１Ｂ等）　、　　Ｐｕｒｏｆｅｒ法（Ｕ　Ｓ
　Ｐ　３８８３１２３　、　　ｔＪ　Ｓ　Ｐ３９４８６
４６等）、新日鉄法（Ｕ　Ｓ　Ｐ　４００１０１０等）
等が知られている。

これらの方式におけるシャフト炉の操業は、シャフト炉
の頂部から酸化鉄原料（以下鉄鉱石と言うこともある）
を投入し、他方中間部又は下方部の外周壁より還元性ガ
スを吹込んで炉内を上昇させ、対向流原理を利用して還
元を行うもの゛である。従って熱効率およびガス利用率
が良好であるとの評価が確立している。

［発明が解決しようとする問題点コ 上記の様な利点がある反面、炉半径方向に見たときの鉄
鉱石還元率が不均一であることに起因し　　　“てシャ
フト炉における金属化率が不安定になるという欠点があ
る。この欠点は、溶融還元製鉄プロセスにおける予備還
元炉として上記シャフト炉を利用する場合において特に
顕著な問題を生じる。

即ち溶融還元製鉄プロセスでは、シャフト炉における予
備還元率を５０〜９０％、しかもなるべく高めの還元率
に設定して操業するのが一般的であるが、シャフト炉半
径方向に見た金属化率の変幻（後に詳述する様に炉壁側
で高く、炉心側で低い）が顕著であると、シャフト炉底
部から排出されて溶融還元炉へ供給される半還元鉄の金
属化率が経時的に変化することとなり、その結果溶融還
元炉における操業管理が安定せず、ひいては、単位ステ
ップ間の相関性が高い溶融還元製鉄（第６図参照）プロ
セス全体の操業を不安定にするという問題がある（尚第
６図において、１は予備還元用シャフト炉、２は溶融還
元炉、３はガス改質器を示し、各資材及び反応生成物は
夫々矢印方向に装入乃至尤送されるものとする）。この
因果関係を更に詳述しておくと、次の通りである。

■シャフト炉内部における鉄鉱石フローパターンは常に
変動している。従って半径方向に見て金属化率の異なる
半還元鉄がシャフト炉底部に到達し、次いで排出される
ときの排出パターンも変動し、金属化率の高い部分と金
属化率の低い部分が、まったく任意のサイクルとピッチ
で（或は任意の混合率で）排出されることとなり、従っ
て経時的に見れば金属化率が大きく変動することとなる
。

■シャフト炉から溶融還元炉に供給されてくる半還元鉄
の金属化率が変動すると、溶融還元炉内の溶鉄温度も変
動することとなり、従ってここからの発生ガスを対象と
するポストコンパッション処理量の他、原料側資材とし
ての粉炭及び酸素の吹込量も複雑に制御する必要性が出
てくる。

■その為発生ガス量や組成も変動する。

■上記発生ガスは予備還元シャフト炉１の還元ガスとし
て供給されるものであるから、シャフト炉１内の鉄鉱石
還元率を半径方向だけでなく平均値としても変動させる
ことになる。

■上記■の変動は新たに■の結果を招き、■〜■の変動
を更に増幅する方向に作用するので結局操業管理を狂わ
せ、生産計画全体に重大な悪影響を与える。

本発明は上記の様な事情を憂慮してなされたものであっ
て、溶融還元プロセスとの組合せを行なうか否かにかか
わらず、シャフト炉における金属化率の安定を実現する
ことを目的とするものである。より具体的に言えば炉心
側と炉壁側における金属化率の差をなくすことによって
均−且つ安定した金属化率を達成することのできるシャ
フト炉操業方法の確立を目的とするものである。

［間順点を解決する為の手段コ 上記目的を達成することに成功した本発明の操業方法と
は、シャフト炉の炉心位置であって且つ前記外周壁から
の還元性ガス吹込口より高くない位置に前記還元性ガス
と同一組成若しくは異なった組成の還元性ガスを吹込む
ことによって安定した還元反応を行なわせる点に要旨を
有するものである。

［作用コ 以下本発明の詳細な説明するに先立ち従来のシャフト炉
における金属化率が半径方向に不均一であった理由の解
析結果から述べることとする。

第５図は平均金属化率が６０％である場合を想定したと
きの従来型シャフト炉における金属化率分布のシミュレ
ーション計算結果を示す説明図である。図中の実線カー
ブは金属化率が４０％に到達する位置及び８０％に到達
する位置を示す等金属化率曲線であり、破線はシャフト
炉外周壁の適所（図では見掛上２箇所）から吹込まれた
還元ガスの上昇軌跡を示す。本図から明らかである様に
炉壁側においては金属化率が高いにもかかわらず炉心側
では低く（時には４０％以下の金属化率で排出される）
なっており、金属化率の進行にアンバランスが認められ
る。これは炉壁から導入され値）を有し炉壁側ではこれ
によって速やかに還元が進行するのに対し、炉心側では
上記還元反応の進行によってＲ値の下った低還元度のガ
スが供給されることとなり、還元反応の進行が穏やかに
なるからであると考えられる。この傾向は還元性成分と
して炭化水素ガス（ＣＨ４ガス等）やＨ２ガスを多く含
む場合特に顕著に現われる。これはＣＨ４ガスやＨ２ガ
スによる還元反応が吸熱型であり、炉心側へ行くにつれ
て温度低下を招く為であると考えられる。

そこで本発明においては、炉壁側から供給される還元性
ガスとは独立して或は一部を分岐させて炉心側へ還元性
ガスを吹込むという構成を採用することとした。この様
な構成であれば炉心側へも必要なＲ値及び温度の還元性
ガスが供給されることとなるので、炉壁側と炉心側を独
立して、或は必要により相関させながら還元反応の進行
を制御することができ、従ってシャフト炉内における金
属化率の不均一を解消することが可能となるのである。

［実施例コ 第１図は炉心部への還元性ガス吹込口を設けたシャフト
炉を示す説明図、第２図は第１図におけるＩ−Ｉ線断面
図であり、４は炉心側の還元性ガス吹込口、５は炉心側
ガス導管、６は保護粱、７は炉壁側ガス導管を夫々示す
。保護粱６は、炉心側ガス導管５を図示の如き片持ち型
にした場合はぜひ必要な補助具であるが、該導管５をシ
ャフト炉１の直径方向全体へ亘って設は両持ち型とする
と共に炉心点に吹込口４を設ける場合（還元性ガスは片
側からのみ供給することとし他方側には盲蓋をつけても
良く、両側から供給する様にしても良い）、或は別の手
段（例えば支え棒）によって支持する場合等の様な荷重
対策を講じたときには保護粱を省略することもできる。

面図の様な屋根型の梁６を設けている場合は吹込口４が
閉塞される恐れは少ないので吹込口４を上方、斜め上方
。

或は横向きに開口することもできる。尚ガス導管５自体
を斜め方向或は垂直方向に導入して取付けても差支えな
い。

この様な構造面での設計変更はともかくとして、実施例
図では炉壁側及び炉心側から夫々独立して還元性ガスが
吹込まれ、破線の様な軌跡を描いて上昇させるので、各
破線に沿って上昇するガスは均等な（必要であれば任意
に調整可能な）Ｒ値（又は他の指標で示されることのあ
る還元ポテンシャル）を有することとなり、第１．２図
中の破線（例として４０％及び６０％の等金属化率曲線
）で示す様に半径方向に見て均一な還元率を達成するこ
とが可能となる。尚炉壁側及び炉心側から吹込まれた還
元性ガスは一部半径方向に移動し還元性を若干失った状
態で混合されつつ上昇するのでこれらの混合点では還元
性能に微妙な差が生じる。しかしこれは極めてわずかで
あり殆んど無視しても差支えない。但しこの点において
も尚改良したければ短めのガス導管５を周方向から数本
挿入し、炉心と炉壁の中間点あたり数箇所から還元性ガ
スを独立して吹込むということも可能である。いずれに
しても上記実施例では、従来のガス流、即ち炉壁側から
吹込まれ、還元性を失ないつつ（または時により吸熱反
応によって温度が低下しつつ）炉心側へＵ動するという
ガス流がなくなるので炉心部に低還元領域を形成すると
いうことがなくなった。尚第１．２図の実施例では、炉
壁側への吹込みガスの一部を炉心側へまわすという構成
をとっているので炉壁側における過剰還元も抑制され、
均一還元の進行に一層寄与している。また本図では炉心
側吹込ガスラインにＣＨ４ガスを付加しＲ値の向上に努
めているがこの様な変形態様も当然本発明に含まれる。

炉壁部と炉心部における還元性ガスの分配比率は操業条
件を見合わせつつ自由に設定すれば良いが、本発明者等
が多くの還元反応実験を行なってシミュレーションした
結果によれば、炉心側吹込比率は５〜４０％の範囲から
選定するのが良い様であった。即ち第４図は６０％の金
属化率でシャフト炉における予備還元を行なうという条
件を設定した場合の、還元性ガス分配率とガス吹込口レ
ベルにおける金属化率の偏差（吹込口レベルの炉断面に
おける平均金属化率と最低金属化率の差）の関係を示し
たものである。操業条件の変化に伴って最適分配率範囲
は横軸方向にシフトすると考えられるが５〜４０％の範
囲が好適であることが分かる。尚第１．２図に示した等
金属化率曲線は炉心から２０％、炉壁から８０％に振り
分けた場合の結果であり、第３図は炉心から５０％、炉
壁から５０％である。第１．２図は第５図の従来例に比
べて大幅に改善されているが、第３図になるとかえって
炉壁側の還元反応が遅れ気味であり断面積の広い炉壁側
反応領域を十分に活用していないという欠点が現われて
いる。尚第３図の場合は炉心側吹込量を多くする為ガス
導管５が太くなっており、鉄鉱石の荷下りに悪影響を与
えるという問題もあって推奨できない。

［発明の効果］ 本発明は上記の様に構成されているので次に要約する様
な効果が得られる。

（１）シャフト炉半径方向の金属化率の不均一が解消さ
れる。

（２）ガスの利用率が向上し、シャフト炉の操業を経済
的に実施することができる。

（３）シャフト炉を溶融還元プロセスの予備還元炉とし
て用いた場合は、（１）の効果を受けてプロセス全体の
安定化が達成される。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明におけるシャフト炉の操業状況を示
す説明図、第３図は炉心側からの還元性ガス吹込量を多
くしたときの説明図、第４図は還元性ガス分配率とガス
吹込口レベルにおける金属化率の偏差の関係を示すグラ
フ、第５図は従来法によるシャフト炉の操業状態を示す
説明図、第６図は溶融還元製鉄プロセスの説明図である
。 １・・・予備還元シャフト炉 ２・・・溶融還元炉　　　３・・・ガス改質器４・・・
還元性ガス吹込口 ５・・・炉心側ガス導管　６・・・保護束７・・・炉壁
側ガス導管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 酸化鉄原料をシャフト炉に投入し、該シャフト炉の外周
   壁より還元性ガスを吹込んで前記酸化鉄原料を還元する
   方法において、シャフト炉の炉心位置であって且つ前記
   外周壁からの還元性ガス吹込口より高くない位置に前記
   還元性ガスと同一組成若しくは異なった組成の還元性ガ
   スを吹込むことによって安定した還元反応を行なわせる
   ことを特徴とするシャフト炉における酸化鉄還元方法。