JP4979940B2

JP4979940B2 - 還元鉄の製造方法

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Publication number: JP4979940B2
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Inventors: 泰高本; 広行小水流
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Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2012-07-18
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Description

本発明は、鉄鉱石を還元ガスで還元して還元鉄を製造する方法に関し、特に、還元ガス中の硫黄分を還元鉄に吸収させて、排ガス中から硫黄を除去する脱硫ガス（低濃度硫黄分ガス）の製造方法に関する。

環境対策から、Ｈ₂Ｓが含まれている燃料ガスを燃焼後に燃焼排ガス中ＳＯxを除去する方法は確立されているが、燃料ガス量に比較して空気燃焼後の燃焼排ガス量は数倍になるため、処理ガス量が大きい燃焼排ガス中のＳＯxを除去する方法よりも、燃料ガスを脱硫処理する方法は、設備が小さくなり経済的であると考えられる。

開発中の石炭ガス化発電システムにおいては、高い発電効率が得られるために、高温乾式脱硫システムが検討されていることが、非特許文献１に記載されている。

還元性ガス中のＨ₂Ｓは、（１）式に示すように酸化鉄（Ｆｅ₃Ｏ₄）との反応によってガスから除去され、（２）式に示すように金属鉄（Ｆｅ）との反応によっても、ガスから除去されることが知られている。
Ｆｅ₃Ｏ₄＋３Ｈ₂Ｓ＋Ｈ₂＝３ＦｅＳ＋４Ｈ₂Ｏ・・・（１）
Ｆｅ＋Ｈ₂Ｓ＝ＦｅＳ＋Ｈ₂ ・・・（２）

非特許文献２には、高温乾式脱硫プロセスの中で、酸化鉄との反応による脱硫は４００〜５００℃程度とすることが記載されている。

本発明者の一部が開示した特許文献１には、シャフト還元炉を用いた還元鉄製造プロセスにおいて、Ｈ₂Ｓ濃度が５２０ｐｐｍの還元ガスを用いたとき、還元炉出口におけるガス温度を４２０℃としたときは、還元炉出口ガスのＨ₂Ｓ濃度が３０ｐｐｍに低減し、還元炉出口におけるガス温度を５５０℃としたときは、還元炉出口ガスのＨ₂Ｓ濃度が２００ｐｐｍに低減していたことが記載されている。

また、硫黄を吸収した還元鉄を高炉原料として使用すると、高炉は脱硫機能を有していることにより、還元鉄中の硫黄分の大部分は高炉スラグ中に固定され、一部は溶銑中に残存する。しかし、この溶銑中に残存する硫黄分は、製鋼工程にて溶銑から溶鋼に製錬される過程で製鋼スラグ中に固定される。さらに、この還元鉄を高炉原料として使用することにより、高炉における還元材使用量の減少と生産性の向上が期待できる。

また、本発明者の一部は、特許文献２で、シャフト炉又は流動層炉を用いて、酸化鉄による還元性ガスの脱硫に適した低温の上部領域と、固体の還元鉄を製造するのに適した高温度の下部領域を形成し、脱硫された還元性ガスを製造する方法を開示した。しかし、特許文献２には、還元鉄をシャフト炉又は流動層炉に再装入する方法は開示されていない。

特開２００５−４２１４２号公報特開２００５−１０５０４６号公報石炭の高温ガス化とガス化発電技術、日本エネルギー学会ガス化委員会編、１９９４年、ｐ．２７１〜ｐ．３０７杉浦恒雄：燃料協会誌、第６８巻（１９８９）第９号、ｐ．７８７〜ｐ．７９５櫛山暁：日本エネルギー学会誌、第７３巻（１９９４）第８号、ｐ．７３７〜ｐ．７４７

特許文献１にには、シャフト還元炉を用いた還元鉄製造プロセスにおいて、Ｈ₂Ｓ濃度が５２０ｐｐｍの還元ガスを用いたとき、還元炉出口におけるガス温度が４２０℃では還元炉出口ガスのＨ₂Ｓ濃度が３０ｐｐｍに低減され、還元炉出口におけるガス温度が５５０℃では還元炉出口ガスのＨ₂Ｓ濃度が２００ｐｐｍに低減されることが開示されているが、本発明においては、大気環境保全のために、さらに還元炉出口ガスのＨ₂Ｓ濃度を下げることを、あらたな脱硫設備を設置することなく実現することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するためなされたもので、その要旨は、以下のとおりである。

（１）鉄鉱石を還元炉で硫黄分を含有する還元ガスを用いてガス還元して、金属鉄を含む還元鉄を製造する還元鉄の製造方法において、製造した金属鉄を含む還元鉄成品の一部を、鉄鉱石と共に前記還元炉に装入し、脱硫された排ガスを製造する還元鉄の製造方法であって、前記製造した金属鉄を含む還元鉄成品の少なくとも一部を、塊成化して塊状還元鉄とし、該塊状還元鉄を篩い分けして得られる篩下還元鉄を前記還元炉に装入することを特徴とする還元鉄の製造方法。
（２）前記還元炉は、４００〜５００℃の温度域と７００〜９００℃の温度域とを有し、前記脱硫された排ガス中のＨ_２Ｓ濃度を７〜３５ｐｐｍにすることを特徴とする（１）に記載の還元鉄の製造方法。

（３）前記還元炉の排ガスを冷却し、該排ガスの一部を還元炉に循環して、還元炉の温度を４００〜５００℃に制御することを特徴とする（１）又は（２）に記載の還元鉄の製造方法。

（４）６ｍｍ以下の前記還元鉄成品、６ｍｍ以下の前記塊状還元鉄の何れか一方又は両方の合計量が、製造した還元鉄成品の２〜１０質量％となるように、還元炉に装入することを特徴とする（１）〜（３）の何れかに記載の還元鉄の製造方法。

（５）前記還元炉が、還元ガスの流れに直列に接続された複数の流動層炉、又は、シャフト炉からなることを特徴とする（１）〜（４）の何れかに記載の還元鉄の製造方法。

本発明の還元炉において還元ガス中Ｓを除去する低濃度Ｓガスの製造方法によれば、還元炉排ガス中のＨ₂Ｓ濃度を従来以上に低下させることが可能となり、還元炉排ガスが燃料として用いられるときに大気中に放出する硫黄酸化物の量を、あらたに脱硫設備を設置することなく経済的に減少することができる。

本発明の還元炉において還元ガス中Ｓを除去する低濃度Ｓガスの製造方法は、還元鉄成品の一部を原料鉄鉱石と共に還元炉に装入することによって、ガス温度４００〜５００℃での脱硫反応の平衡Ｈ₂Ｓ濃度を低下させ、ガス中のＨ₂ＳをＦｅＳとして還元鉄中の金属鉄に吸収させて、還元炉排ガス中Ｈ₂Ｓ濃度を、数ｐｐｍから４０ｐｐｍ程度以下にすることを特徴とする。

還元炉排ガスに含まれるＨ₂Ｓ濃度について、式（１）及び（２）の反応で計算される平衡ガス組成に基づいて検討する。

鉄鉱石中の酸化鉄の大部分はヘマタイト（Ｆｅ₂Ｏ₃）であり、このヘマタイトが軽度に還元されて生成した酸化鉄（Ｆｅ₃Ｏ₄）による脱硫反応を、式（１）が示している。

式（１）に示す反応の平衡定数Ｋは式（３）で表せる。

式（４）、（５）、（６）より、式（１）で示す酸化鉄（Ｆｅ₃Ｏ₄）による脱硫反応での平衡Ｈ₂Ｓ濃度が計算できる。

鉄鉱石の還元には温度７００〜９００℃が好適であることが特許文献１に記載されている。鉄鉱石が還元されて生成した金属鉄による脱硫反応を式（２）は示している。

式（２）に示す反応の平衡定数Ｋは式（７）で表せる。

したがって、酸化鉄（Ｆｅ₃Ｏ₄）による脱硫反応の場合と同様に、式（５）、（８）、（９）より、式（２）で示す金属鉄による脱硫反応での平衡Ｈ₂Ｓ濃度が計算できる。

還元炉排ガス組成の代表例を表１に示す。

表１に示す還元炉排ガス中のＨ₂及びＨ₂Ｏ濃度を用い、固体の活量（ａ_Fe3O4、ａ_FeS）を１と仮定すると、式（１）で示す酸化鉄（Ｆｅ₃Ｏ₄）による脱硫反応での平衡Ｈ₂Ｓ濃度、及び、式（２）で示す金属鉄（Ｆｅ）による脱硫反応での平衡Ｈ₂Ｓ濃度は、式（４）（５）（６）、及び、式（８）（９）から計算できる。計算結果を図５に示す。

脱硫反応に好適な４００〜５００℃の温度帯では、鉄鉱石は還元炉で軽度に還元されてマグネタイト（Ｆｅ₃Ｏ₄）は生成するものの、金属鉄は７００〜９００℃程度にならないと生成しない。

そのため、還元炉排ガス温度が４００〜５００℃では、式（１）で示す酸化鉄（Ｆｅ₃Ｏ₄）による脱硫反応での平衡Ｈ₂Ｓ濃度は、図５に示すように、４０〜８０ｐｐｍ程度となり、そこまでの脱硫は可能であるが、それ以上に脱硫することは、酸化鉄（Ｆｅ₃Ｏ₄）による脱硫反応では期待できないと考えられる。

また、還元炉排ガス温度が５００℃を超えると、式（１）で示す酸化鉄（Ｆｅ₃Ｏ₄）による脱硫反応での平衡Ｈ₂Ｓ濃度は、図５に示すように急激に大きくなり、５５０℃以上では９０ｐｐｍ以上のＨ₂Ｓ濃度になる。

鉄鉱石をガス還元し還元鉄を製造する還元炉からなる還元鉄製造プロセスにおいて、還元炉が還元ガスの流れに直列に接続された複数の流動層炉からなるとき、還元炉で製造された還元鉄成品の一部、又は、還元炉で製造された還元鉄成品を成型機にて塊成化した塊状還元鉄成品を篩い分けして得られる篩下還元鉄の少なくともいずれか一方を、還元炉に装入し、必要に応じて、還元炉の排ガスを冷却し、その一部を、前記還元炉に供給することによって還元炉の温度を４００〜５００℃に制御することを特徴とする、還元炉において還元ガス中Ｓを除去する低濃度Ｓガスの製造方法の実施形態について、図１及び図２の例に基づき、詳細に説明する。

粉状の鉄鉱石１は流動層炉３１で還元されて粉状の半還元鉄２となり、さらに流動層炉３２で還元されて粉状の半還元鉄３となる。粉状の半還元鉄３は流動層炉３３でさらに還元されて金属鉄を多く含む粉状の還元鉄成品４となる。

流動層炉３３には、Ｈ₂Ｓの高い高温の還元ガス１０が導入されて、流動層炉３３において粉状の半還元鉄３は金属鉄を多く含む粉状の還元鉄成品４へと還元される。流動層炉３３に導入される粉状の半還元鉄３の温度と量に応じて、還元ガス１０の温度と量を調節することにより、流動層炉３３の温度は還元反応に適当な７００〜９００℃に制御される。

流動層炉３３においては、脱硫反応に適当な４００〜５００℃よりも高温であるために、ガス中Ｈ₂Ｓ濃度の大きな低下は期待できない。流動層炉３３から排出されるガスは流動層炉３２に還元ガス１１として導入されて、流動層炉３２において粉状の半還元鉄２は粉状の半還元鉄３へと還元される。

流動層炉３２に導入される粉状の半還元鉄２の温度と量に応じて、還元ガス１１とともに流動層炉３２に導入する循環ガス２０の温度と量を調節することにより、流動層炉３２の温度は還元反応に適当な７００〜９００℃に制御される。

流動層炉３２においては、脱硫反応に適当な４００〜５００℃よりも高温であるために、ガス中Ｈ₂Ｓ濃度の大きな低下は期待できない。そのため、流動層炉３２から排出されるガスは流動層炉３１にＨ₂Ｓ濃度の高い還元ガス１２として導入される。

図１に示すように、還元ガス１２を流動層炉３１に導入することによって、流動層炉３１の温度が脱硫反応に適当な４００〜５００℃になると、ガス中のＨ₂Ｓが酸化鉄に吸収されてＦｅＳとなる反応が進行し、排ガス１３中のＨ₂Ｓ濃度は低下する。

流動層炉３１の温度が４００℃未満のときは、還元ガス１０の温度と量、又は、循環ガス２０の温度と量を調節することにより、流動層炉３１の温度を４００〜５００℃に制御することが可能である。

流動層炉３１の温度が５００℃を超えるときは、図２に示すように、排ガス１３をスクラバー４０で冷却除塵したガスの一部を循環ガス１６として流動層炉３１に還元ガス１２とともに導入することにより、流動層炉３１の温度を４００〜５００℃に制御することが可能である。

脱硫反応に適当な４００〜５００℃となった流動層炉３１において、ガス中のＨ₂Ｓが酸化鉄に吸収されてＦｅＳとなる反応が進行し、排ガス１３中のＨ₂Ｓ濃度は好ましくは４０ｐｐｍ以下、より好ましくは３０ｐｐｍ以下、更に好ましくは２０ｐｐｍ以下に低下する。

流動層炉３３から排出される粉状の還元鉄成品４は、好ましくは成型機３５で塊成化されて塊状還元鉄成品６となる。塊状還元鉄成品６は篩３６にかけられて６ｍｍ超の還元鉄製品７と、６ｍｍ以下の篩下還元鉄８となる。

６ｍｍ以下の篩下還元鉄８と粉状の還元鉄成品４の一部（還元鉄成品５）を、流動層炉３１に再装入することにより、粉状の鉄鉱石１及び粉状の半還元鉄２に含まれる酸化鉄による脱硫反応に加えて、篩下還元鉄８及び粉状の還元鉄成品５に含まれる金属鉄とガス中のＨ₂Ｓとの反応により、排ガス１３中のＨ₂Ｓ濃度は、流動層炉３１で酸化鉄による脱硫のみの場合よりも、さらに低下する。

図１では、３段の流動層炉からなる還元プロセスを示したが、流動層炉３１に相当する脱硫反応に適当な４００〜５００℃の流動層炉と流動層炉３２に相当する還元反応に適当な７００〜９００℃の流動層炉を最小構成要素とする２段以上の流動層炉からなる還元プロセスでも本発明の効果を得ることができるのは言うまでもない。

鉄鉱石をガス還元し還元鉄を製造する還元炉からなる還元鉄製造プロセスにおいて、還元炉がシャフト炉からなるとき、還元炉で製造された還元鉄成品の一部、又は、還元炉で製造された還元鉄成品を成型機にて塊成化した塊状還元鉄成品を篩い分けして得られる篩下還元鉄の少なくともいずれか一方を還元炉に装入し、必要に応じて、還元炉の排ガスを冷却しその一部を、前記還元炉に供給することによって還元炉の炉頂温度を１００〜５００℃に制御することを特徴とする、還元炉において還元ガス中Ｓを除去する低濃度Ｓガスの製造方法の実施形態について、図３及び図４の例に基づいて詳細に説明する。

塊状の鉄鉱石１はシャフト炉３４の炉頂に装入されて、シャフト炉３４の上部の低温部で還元されてから、シャフト炉３４の内部を降下して、シャフト炉３４の下部の高温部でさらに還元されて金属鉄を多く含む塊状の還元鉄成品４となる。

還元シャフト炉３４の下部にはＨ₂Ｓの高い還元ガス１０が導入され、還元ガス１０の温度と量とを調節することにより、還元シャフト炉３４の下部に、還元反応に適当な７００〜９００℃の領域が存在するように制御する。

還元シャフト炉３４の下部の還元反応に適当な７００〜９００℃の領域では、脱硫反応に適当な４００〜５００℃よりも高温であるために、還元シャフト炉３４の下部ではガス中Ｈ₂Ｓ濃度の大きな低下は期待できない。そのため、還元シャフト炉３４の下部から還元シャフト炉３４の上部に還元シャフト炉３４の内部を上昇するガスはＨ₂Ｓ濃度が高い。

ここで、還元シャフト炉３４の上部の温度を脱硫反応に適当な４００〜５００℃に制御すると、ガス中のＨ₂Ｓが酸化鉄に吸収されてＦｅＳとなる反応が進行し、排ガス１３中のＨ₂Ｓ濃度は好ましくは４０ｐｐｍ以下、より好ましくは３０ｐｐｍ以下、更に好ましくは２０ｐｐｍ以下に低下する。

還元シャフト炉３４の下部からから排出される還元鉄成品４は、好ましくは成型機３５で塊成化されて塊状還元鉄成品６となる。塊状還元鉄成品６は篩３６にかけられて６ｍｍ超の還元鉄製品７と、６ｍｍ以下の篩下還元鉄８となる。

６ｍｍ以下の篩下還元鉄８と還元鉄成品４の一部（還元鉄成品５）を、還元シャフト炉３４の炉頂に再装入することにより、塊状の鉄鉱石１及びシャフト炉３４の上部の低温部で還元された半還元鉄に含まれる酸化鉄による脱硫反応に加えて、篩下還元鉄８及び還元鉄成品５に含まれる金属鉄とガス中のＨ₂Ｓとの反応により、排ガス１３中のＨ₂Ｓ濃度は、シャフト炉３４の上部で酸化鉄による脱硫のみの場合よりも、さらに低下する。

還元シャフト炉３４の炉頂温度が５００℃を超えるときは、排ガス１３をスクラバー４０で冷却除塵したガスの一部を循環ガス１６として還元シャフト炉３４に導入することにより、還元シャフト炉３４の炉頂温度を５００℃以下に制御することが可能である。

還元シャフト炉３４の炉頂温度が４００℃未満のときは、還元シャフト炉３４の下部の温度を還元反応に適当な７００〜９００℃に制御していれば、還元シャフト炉３４の内部で炉頂に達するまでの間に、脱硫反応に適した４００〜５００℃の範囲が存在する。

なお、還元シャフト炉３４の炉頂温度が１００℃未満のときは、排ガス１３中の水分が排ガスダクト等に凝縮して、ダクト閉塞等のトラブルの原因となるので、還元ガス１０の温度と量とを調節することにより、還元シャフト炉３４の下部に、還元反応に適当な７００〜９００℃の領域を存在させ、かつ、炉頂温度が１００℃以上となるように制御する。

鉄鉱石をガス還元し還元鉄を製造する還元炉からなる還元鉄製造プロセスにおいて、還元炉で製造した還元鉄の一部を原料鉄鉱石と共に還元炉に装入し、還元炉において還元ガス中Ｓを除去する低濃度Ｓガスの製造方法の実施例を以下に示す。

図１に基づく実施例１と図２に基づく実施例２の操業結果を表２に、図３に基づく実施例３と図４に基づく実施例４の操業結果を表３に示す。

（実施例１）
全鉄分６７．０質量％、ＦｅＯ分０．２質量％、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃及びＣａＯを主成分とする脈石分４．２質量％からなる粉状の鉄鉱石１を１００ｔ／ｈと、還元鉄成品４の２質量％に相当する篩下還元鉄８を流動層炉３１に装入した。流動層炉３１に導入される還元ガス１２の温度は７２０℃で、流動層炉３１の温度は脱硫反応に適当な４５０℃になった。排ガス１３中のＨ₂Ｓ濃度は２０ｐｐｍになった。

排ガス１３をスクラバー４０で冷却除塵した循環ガス１７を炭酸ガス吸収塔４２でアミン系吸収液によって炭酸ガスを除去し、コンプレッサー４３で昇圧し、ガス加熱炉４４で９００℃に昇温した７７，０００Ｎｍ³／ｈの循環ガス２０を流動層炉３２に導入した。流動層炉３２に導入される還元ガス１１の温度は８８０℃、流動層炉３２に装入される粉状の半還元鉄２の温度は４５０℃で、流動層炉３２の温度は還元反応に適当な７２０℃になった。

Ｈ₂Ｓ濃度１，０００ｐｐｍ、１，０００℃の還元ガス１０（Ｈ₂：３１ｖｏｌ％，Ｈ₂Ｏ：６ｖｏｌ％，ＣＯ：５４ｖｏｌ％，ＣＯ₂：６ｖｏｌ％，その他微量成分：３ｖｏｌ％）を流動層炉３３に６７，０００Ｎｍ³／ｈで導入した。流動層炉３３に導入される粉状の半還元鉄３の温度は７２０℃で、流動層炉３３の温度は還元反応に適当な８８０℃になった。流動層炉３３から排出される還元鉄成品４の還元率は９０％であった。

流動層炉３３から排出される粉状の還元鉄成品４の全量を成型機３５で塊成化して塊状還元鉄成品６とした。塊状還元鉄成品６を篩３６にかけて得られる６ｍｍ以下の篩下還元鉄８のうち、還元鉄成品４の２質量％に相当する６ｍｍ以下の篩下還元鉄を流動層炉３１に再装入し、余分に発生した６ｍｍ以下の篩下還元鉄は還元鉄成品４とともに成型機３５で塊成化して塊状還元鉄成品６とした。

すなわち、Ｈ₂Ｓ濃度１，０００ｐｐｍ、鉄鉱石１の１００ｔ／ｈ当たり６７，０００Ｎｍ³／ｈの還元ガス１０は、還元鉄成品４の２質量％に相当する篩下還元鉄８を、脱硫反応に適当な４５０℃に制御された流動層炉３１に装入することにより、排ガス１３中のＨ₂Ｓ濃度は２０ｐｐｍになった。

（実施例２）
全鉄分６７．０質量％、ＦｅＯ分０．２質量％、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃及びＣａＯを主成分とする脈石分４．２質量％からなる粉状の鉄鉱石１を１００ｔ／ｈと、還元鉄成品５と篩下還元鉄８の合計量が還元鉄成品４の１０質量％に相当する量を流動層炉３１に装入した。

排ガス１３をスクラバー４０で冷却除塵した循環ガス１５をコンプレッサー４１で昇圧した２０，０００Ｎｍ³／ｈの循環ガス１６を流動層炉３１に導入した。流動層炉３１に導入される還元ガス１２の温度は７２０℃で、流動層炉３１の温度は脱硫反応に適当な４５０℃になった。排ガス１３中のＨ₂Ｓ濃度は２０ｐｐｍになった。

排ガス１３をスクラバー４０で冷却除塵した循環ガス１７を炭酸ガス吸収塔４２でアミン系吸収液によって炭酸ガスを除去し、コンプレッサー４３で昇圧し、ガス加熱炉４４で９００℃に昇温した３６，０００Ｎｍ³／ｈの循環ガス２０を流動層炉３２に導入した。流動層炉３２に導入される還元ガス１１の温度は８９０℃、流動層炉３２に装入される粉状の半還元鉄２の温度は４５０℃で、流動層炉３２の温度は還元反応に適当な７２０℃になった。

Ｈ₂Ｓ濃度３，０００ｐｐｍ、９５０℃の還元ガス１０（Ｈ₂：３１ｖｏｌ％，Ｈ₂Ｏ：６ｖｏｌ％，ＣＯ：５４ｖｏｌ％，ＣＯ₂：６ｖｏｌ％，その他微量成分：３ｖｏｌ％）を流動層炉３３に１３４，０００Ｎｍ³／ｈで導入した。流動層炉３３に導入される粉状の半還元鉄３の温度は７２０℃で、流動層炉３３の温度は還元反応に適当な８９０℃になった。流動層炉３３から排出される還元鉄成品４の還元率は９０％であった。

流動層炉３３から排出される粉状の還元鉄成品４の４質量％に相当する量を還元鉄成品５（再装入用）とし、還元鉄成品４の９６質量％に相当する量を成型機３５で塊成化して塊状還元鉄成品６とした。塊状還元鉄成品６を篩３６にかけて得られる６ｍｍ以下の篩下還元鉄８の量は還元鉄成品４の６質量％に相当する量であった。還元鉄成品５（再装入用）と篩下還元鉄８をあわせた量は、還元鉄成品４の１０質量％に相当し、これを流動層炉３１に再装入した。

すなわち、Ｈ₂Ｓ濃度３，０００ｐｐｍ、鉄鉱石１の１００ｔ／ｈ当たり１３４，０００Ｎｍ³／ｈの還元ガス１０は、還元鉄成品４の１０質量％に相当する還元鉄成品５（再装入用）と６ｍｍ以下の篩下還元鉄８を、脱硫反応に適当な４５０℃に制御された流動層炉３１に装入することにより、排ガス１３中のＨ₂Ｓ濃度は２０ｐｐｍになった。

（実施例３）
全鉄分６７．０質量％、ＦｅＯ分０．２質量％、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃及びＣａＯを主成分とする脈石分４．２質量％からなる粉状の鉄鉱石１を１００ｔ／ｈと、還元鉄成品４の２質量％に相当する篩下還元鉄８をシャフト炉３４に装入した。

Ｈ₂Ｓ濃度１，０００ｐｐｍ、１，０５０℃の還元ガス１０（Ｈ₂：３１ｖｏｌ％，Ｈ₂Ｏ：６ｖｏｌ％，ＣＯ：５４ｖｏｌ％，ＣＯ₂：６ｖｏｌ％，その他微量成分：３ｖｏｌ％）をシャフト炉３４に６７，０００Ｎｍ³／ｈで導入した。シャフト炉３４の炉頂温度は２００℃であり、排ガス１３中のＨ₂Ｓ濃度は２０ｐｐｍになった。シャフト炉３４の炉内には脱硫反応に適当な４００〜５００℃の範囲が存在するためと考えられる。シャフト炉３４から排出される還元鉄成品４の還元率は６０％であった。

シャフト炉３４から排出される還元鉄成品４の全量を成型機３５で塊成化して塊状還元鉄成品６とした。塊状還元鉄成品６を篩３６にかけて得られる６ｍｍ以下の篩下還元鉄８のうち、還元鉄成品４の２質量％に相当する６ｍｍ以下の篩下還元鉄をシャフト炉３４に再装入し、余分に発生した６ｍｍ以下の篩下還元鉄は還元鉄成品４とともに成型機３５で塊成化して塊状還元鉄成品６とした。

すなわち、Ｈ₂Ｓ濃度１，０００ｐｐｍ、鉄鉱石１の１００ｔ／ｈ当たり６７，０００Ｎｍ³／ｈの還元ガス１０は、還元鉄成品４の２質量％に相当する６ｍｍ以下の篩下還元鉄８を、炉頂温度２００℃のシャフト炉３４の炉頂に装入することにより、排ガス１３中のＨ₂Ｓ濃度は２０ｐｐｍになった。

（実施例４）
全鉄分６７．０質量％、ＦｅＯ分０．２質量％、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃及びＣａＯを主成分とする脈石分４．２質量％からなる粉状の鉄鉱石１を１００ｔ／ｈと、還元鉄成品５と篩下還元鉄８の合計量が還元鉄成品４の１０質量％に相当する量をシャフト炉３４に装入した。

Ｈ₂Ｓ濃度３，０００ｐｐｍ、１，０００℃の還元ガス１０（Ｈ₂：３１ｖｏｌ％，Ｈ₂Ｏ：６ｖｏｌ％，ＣＯ：５４ｖｏｌ％，ＣＯ₂：６ｖｏｌ％，その他微量成分：３ｖｏｌ％）をシャフト炉３４に１３４，０００Ｎｍ³／ｈで導入した。排ガス１３をスクラバー４０で冷却除塵した循環ガス１５をコンプレッサー４１で昇圧した５４，０００Ｎｍ³／ｈの循環ガス１６をシャフト炉３４に導入した。

シャフト炉３４の炉頂温度は３９０℃となり、排ガス１３中のＨ₂Ｓ濃度は２０ｐｐｍになった。シャフト炉３４の炉内には脱硫反応に適当な４００〜５００℃の範囲が存在するためと考えられる。シャフト炉３４から排出される還元鉄成品４の還元率は９０％であった。

シャフト炉３４から排出される還元鉄成品４の４質量％に相当する量を還元鉄成品５（再装入用）とし、還元鉄成品４の９６質量％に相当する量を成型機３５で塊成化して塊状還元鉄成品６とした。塊状還元鉄成品６を篩３６にかけて得られる６ｍｍ以下の篩下還元鉄８の量は還元鉄成品４の６質量％に相当する量であった。還元鉄成品５（再装入用）と篩下還元鉄８をあわせた量は、還元鉄成品４の１０質量％に相当し、これをシャフト炉３４に再装入した。

すなわち、Ｈ₂Ｓ濃度３，０００ｐｐｍ、鉄鉱石１の１００ｔ／ｈ当たり１３４，０００Ｎｍ³／ｈの還元ガス１０は、還元鉄成品４の１０質量％に相当する還元鉄成品５（再装入用）と６ｍｍ以下の篩下還元鉄８を、炉頂温度３９０℃のシャフト炉３４の炉頂に装入することにより、排ガス１３中のＨ₂Ｓ濃度は２０ｐｐｍになった。

本発明の還元炉において流動層炉を用い、循環ガスで還元に適した温度に制御する一例を示す図である。本発明の還元炉において流動層炉を用い、冷却した循環ガスで脱硫に適した温度に制御する一例を示す図である。本発明の還元炉においてシャフト炉を用いる一例を示す図である。本発明の還元炉においてシャフト炉を用い、冷却した循環ガスで脱硫に適した温度に制御する一例を示す図である。（Ｆｅ₃Ｏ₄）又は金属鉄（Ｍ．Ｆｅ）と平衡状態にあるＨ₂Ｓ濃度の計算結果の一例を示す図である。

符号の説明

１鉄鉱石
２半還元鉄
３半還元鉄
４還元鉄成品
５還元鉄成品（再装入用）
６塊状還元鉄成品
７還元鉄製品
８篩下還元鉄
１０還元ガス
１１還元ガス
１２還元ガス
１３排ガス
１４プロセスガス
１５循環ガス（排ガス）
１６循環ガス（排ガス）
１７循環ガス（排ガス）
１８循環ガス（排ガス）
１９循環ガス（排ガス）
２０循環ガス（排ガス）
２１ガス加熱炉燃料ガス
２２プロセスガス
３１流動層炉
３２流動層炉
３３流動層炉
３４シャフト炉
３５成型機
３６篩
４０スクラバー
４１コンプレッサー
４２炭酸ガス吸収塔
４３コンプレッサー
４４ガス加熱炉

Claims

鉄鉱石を還元炉で硫黄分を含有する還元ガスを用いてガス還元して、金属鉄を含む還元鉄を製造する還元鉄の製造方法において、製造した金属鉄を含む還元鉄成品の一部を、鉄鉱石と共に前記還元炉に装入し、脱硫された排ガスを製造する還元鉄の製造方法であって、前記製造した金属鉄を含む還元鉄成品の少なくとも一部を、塊成化して塊状還元鉄とし、該塊状還元鉄を篩い分けして得られる篩下還元鉄を前記還元炉に装入することを特徴とする還元鉄の製造方法。
前記還元炉は、４００〜５００℃の温度域と７００〜９００℃の温度域とを有し、前記脱硫された排ガス中のＨ_２Ｓ濃度を７〜３５ｐｐｍにすることを特徴とする請求項１に記載の還元鉄の製造方法。
前記還元炉の排ガスを冷却し、該排ガスの一部を還元炉に循環して、還元炉の温度を４００〜５００℃に制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の還元鉄の製造方法。
６ｍｍ以下の前記還元鉄成品、６ｍｍ以下の前記塊状還元鉄の何れか一方又は両方の合計量が、製造した還元鉄成品の２〜１０質量％となるように、還元炉に装入することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の還元鉄の製造方法。
前記還元炉が、還元ガスの流れに直列に接続された複数の流動層炉、又は、シャフト炉からなることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の還元鉄の製造方法。