JPH0366365B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は鉄鉱石の直接還元方法に関し、特に鉄
鉱石粒子の焼結と塊状化の問題を最小とし得る、
より高い還元温度において操作可能である最適化
方法に関する。更に本発明の目的の一つは、還元
気体発生装置の所要寸法を減少させることのでき
る鉄鉱石の直接還元方法を提供することにある。

〔従来の技術及びその問題点〕

移動層反応装置による還元方法は当該技術分野
において周知である。一般に該装置は２つの帯域
を含んで構成されるが、その第１のものは反応装
置の上部にある、いわゆる還元帯域であり、ここ
では鉄鉱石が重力によつて流化し、そして上方へ
流れる高温還元気体の流れと向流的に接触するも
のであり、この場合の還元気体は大部分がH₂と
COとから成る気体混合物である。この帯域にお
いて、鉄鉱石の予熱と還元が行われる。

第２の帯域は反応装置の下部にある、いわゆる
冷却帯域であり、ここでは降下する熱、還元鉄鉱
石粒子が冷却気体の上昇流と向流的に接触して、
還元された鉄鉱石粒子を大気中に排出する前に冷
却するのである。この冷却は、空気中に存在する
酸素によつて、還元された粒子が再酸化されるの
を回避するために必要である。

還元帯域の生産性は鉄鉱石粒子を還元するため
に要する時間によつて決定される。すなわち滞留
時間が短くなればなる程、同一還元帯域によつて
達成される生産量は大きくなる。

還元帯域の入口における還元気体の温度が高く
なればなる程、この帯域内の固体の滞留時間が短
くなることは知られている。このことはH₂とCO
とによる鉄鉱石の還元方法の動力学が温度に強く
依存しているからである。温度が高ければ高い
程、反応速度は速くなり、そして該方法の生産性
も高くなる。

通常、直接還元方法は還元帯域の入口において
750乃至900℃の範囲の温度で操業される。

この温度を更に上昇させるについての主な障害
は、温度が900℃を越えた場合に高度に還元され
た鉄鉱石の大部分が示す焼結と塊状化の傾向であ
る。

この障害は、鉄に富んだ鉄鉱石粒子、特にペレ
ツト状のものを処理する場合に特別に顕著にな
る。それはペレツトは高い鉄含有量と低い脈石含
有量を示すからである。

現在では、高鉄含有量のペレツトを直接還元法
の供給原料として用いることが好ましい。その主
な理由は、一般にペレツトが塊状鉱石よりも容易
に還元し得るからである。この性質が高度に金属
化された製品を得る上で有用である。更にペレツ
トは還元工程中でも機械的分解に対しより抵抗性
を示し、そしてこの理由によつて、ペレツトは塊
状鉱石よりも小さい微粉を生成することになる。
また、或る範囲内で脈石の化学的組成を変化させ
て、アーク炉用供給原料として還元材料の使用を
最適化させることも可能である。

最近では鉄鋼産業において、鉄含有量67％を越
えるペレツトを用いる傾向がある。この事実が塊
状化の問題を増大させることになる。それは鉄含
有量を高めると、ペレツトの焼結と塊状化の問題
が甚だしくなることが知られているからである。

移動層反応装置中で固体の塊状化が発生する
と、固体流および気体流分布について深刻な問題
に当面することになる。このことがプロセス制御
における損失をもたらし、ばらつきのある製品特
性を生ずる。

鉄鉱石の直接還元に関する移動層反応装置にお
ける塊状化の問題を解決するために数種類の解決
方法が提案されている。最も明白なものは凝集塊
を破壊する機構を用いるものであるが、これは最
適な解決方法ではない。それはこれらの機構が通
常、固体流の適路に配置されるからであり、それ
によつてその流れに乱れを生じ、問題を増大させ
ることになる。また、これらの機構は摩擦と高温
の過酷な条件下に置かれる。これらの機構は複雑
で高価である。

高温で操業される場合の、ペレツト塊状化の問
題を解決する他の周知方法には、反応装置をペレ
ツトと塊状物とで、もしくはペレツトと不定形の
不活性物質とで充填する方法がある。双方の場合
において、形状効果が認められ、これは凝集塊の
問題を最小とするのに有用である。

塊状鉱石の場合には、一般に塊状物の方がペレ
ツトよりも還元し難いこと、そしてまた、より多
量の微粉を生成するという欠点がある。更に、世
界中で直接反応において利用可能な塊状鉱石は僅
かしか存在しない。この理由によつてペレツトと
塊状物との混合物を使用することに基づいて直接
還元プラントの操業を意図することが常に都合が
良いとは言えない。

不活性物質とペレツトとの混合物を用いる場合
の欠点は、製品から不活性物質を分離する必要が
あることであり、また反応装置の生産性が減少す
ることである。

ペレツトを用いることによる長所、たとえば高
還元性、低脈石分、およびより少ない微粉の生成
に起因して、その操業を、67％を越える高い鉄含
有量を有する100％ペレツトを用いて、900℃を越
える還元温度で、焼結と塊状化の問題を伴わずに
調和して行うことのできる直接還元法の必要性が
求められている。

米国特許第4268303号には、塊状化の問題なし
に高温で操業可能な直接還元法が開示されてい
る。この特許中に開示されている方法は冷却帯域
を有さず、２つの還元帯域を有する移動層反応装
置に基づいている。

第１の帯域において、還元は高メタン含有量
（15〜40％）の気体を用い、950乃至1200℃のオー
ダーの温度で起こる。

この特許の教示によれば、第１還元段階（30乃
至80％）は、高温で、メタン含有量が高いときに
実施可能である。これはメタンの還元反応は顕著
な吸熱反応だからである。

第２の帯域において、還元はより低いメタン含
有量（２〜７％）を示す気体を用いて温度750乃
至950℃の範囲で行われる。

この方法の主たる限界は、還元を行うために高
メタン含有率の気体の温度を上昇させねばならな
い極端なレベルにある。一方では、1200℃のオー
ダーの温度で加熱装置を作動させる必要がある素
材は非常に特殊で、かつ高価なものであり、他方
では、これらの温度においてメタンの熱分解が助
長される（これは高炭素沈着の問題を生じ、この
ことが反応装置の操作上の問題に転化される）。

この特許中では、高鉄含有量のペレツトの高い
塊状化傾向は触れられておらず、またこの問題を
解決するための何らの方法も開示されていない。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕

本発明は３つの帯域、すなわち反応装置上部の
還元帯域、反応装置下部の冷却帯域、および前記
の各帯域を分離するための中間帯域を有する移動
層反応装置に基づく方法を開示するものである。

その還元帯域において、メタン４乃至10％、水
素60乃至70％、および一酸化炭素２乃至15％を含
有する気体を用いて950℃のオーダーの温度で還
元が行われる。

反応装置の下部に、生成物の冷却帯域が設けら
れている。冷却は、反応装置の前記下部、急冷装
置およびコンプレツサーを含んで成る閉ループ内
で行われる。主としてメタンから成る天然ガスの
流れは、このループに対する補給として機能す
る。この冷却ループ内には反応装置に対して外部
への気体出口がないので、このループに対して吹
き込まれたメタンは、メタン自体をそこから中間
帯域を介して還元帯域へ流すものである。

中間帯域において、冷却帯域から進んで来たメ
タンは還元帯域に吹き込まれた熱還元性気体の一
部と混合される。

冷却帯域から流れて来た冷却気体は400乃至600
℃の温度を有している。中間帯域において、冷却
気体が熱還元気体中に存在する酸化体素成分と接
触すれば、メタンの顕著な吸熱再生反応が促進さ
れる。これらの反応によつて、固体の温度は急激
に減少する。それは反応熱が下降する固体からな
る塊によつて供給されるからである。かかる熱交
換が行われることによつて、この固体の急激な冷
却が高度に金属化されたペレツトおよび粒子の塊
状化を回避するものである。それは該ペレツトお
よび粒子が高温にある時間が非常に短いからであ
る。

この方法によつて、高度に金属化されたペレツ
ト粒子の塊状化を回避し得るものである、これは
非常に高い温度（1200℃）における還元帯域を意
味する、還元気体中に高いメタン含有量を有する
必要性を伴うものではない。

本発明において、還元は水素と一酸化炭素とか
ら成る混合物によつて単一段階において行われ、
そしてこの混合物はメタンより速い還元速度を有
している。

中間帯域において起こる再生が凝集塊の生成を
回避し、そして天然ガス再生装置の容量の減少を
可能とする。米国特許第4046557号および第
4049440号には、移動層反応装置による還元法の
冷却ループに天然ガスを吹き込むことが開示され
ている。それにも拘らず、天然ガスの吹き込みは
常に再循環冷却還元気体の補助的な吹き込みを伴
つて行われる。上記特許の主目的は、還元ループ
からの再循環気体を冷却気体として利用すること
にあり、その際前記還元ループの影響を受けない
ことである。天然ガスは吹き込まれて、冷却ルー
プ内の天然ガスを改質することによつて再循環気
体の還元ポテンシヤルを再生し、次いでこの気体
の一部を還元ループに対し上方に流す。米国特許
第4046557号および第4049440号において、冷却帯
域に吹き込まれて、次に反応装置内で再生される
メタンの量は再生装置の容量を減少させるために
貢献することはない。それは前記再生装置から流
れて来る熱再生気体の量が還元帯域入口における
温度要件によつて固定されているからである。こ
の温度は熱還元気体と冷却帯域気体との混合物に
よつて固定されるものである。還元帯域入口にお
ける温度を低下させないで、再生装置から流れて
来る熱気体流を大幅に減少させることは不可能で
ある。すなわち、還元帯域入口における温度を還
元温度に維持するためには熱再生気体の量を一定
の量に保持しなければならない。従つて冷却ルー
プに対し吹き込まれる天然ガスを再生装置の容量
を減少させる有用な物質とすることは不可能であ
る。本発明による方法では、再生された気体は補
給として冷い状態で還元ループに吹き込まれ、そ
して補給混合物は再還元気体とともに、反応装置
の還元帯域に対するその吹き込みに先立つて加熱
される。この場合、天然ガスの吹き込みは再生装
置の寸法を減少させるための助けとなる。

前述したように、本発明の目的は塊状化を伴わ
ずに温度900乃至960℃で、67％を越える高い鉄含
有率ペレツトを用いて操作を行わせる方法を提供
することにある。当該目的を達成するために、本
願は還元帯域を循環する熱還元気体流の一部と反
応器底部に存する冷却帯域から進んで来るメタン
とでその中間帯域で再生を促進し、当該中間帯域
に下降してくる還元鉱石を吸熱反応的に急冷却す
ることによつて前記高温下でのペレツトの塊状化
を回避するものである。

本発明の他の目的は、還元反応装置と関連する
再生装置の相当する寸法を減少させる方法を提供
することにある。再生装置は直接還元プラントに
おいて最も高価な装置であるから、このことは重
要である。当該他の目的を達成するために、本願
は還元ガスを生成する再生装置に供給される天然
ガスの一部を反応器の底部に存する冷却ループに
供給し、冷却帯域において還元ガスを生成しその
一部とし、しかも前記再生器で生成された還元ガ
スと還元帯を循環する循環ガスを混合し、当該混
合ガスの温度降下を加熱器で上昇させたために、
循環ガスとの混合割合を比較的低くすることがで
き、これによつて再生ガスのガス流量を押さえ、
よつて高価な再生器の容量を減少することができ
る。

〔実施例〕

第１図は、本発明による方法を利用することが
できるタイプの直接還元プラントにおける生産性
に対する温度の効果を示すものである。このグラ
フ中に示されるように、還元温度が850から960℃
の範囲で上昇すると、プラントの生産性が17％だ
け増加し、そして使用再生気体の量が減少する。
それで、高い還元温度で操業することが望ましい
ことになる。67％を越える高い鉄含有率を示すペ
レツトを用いて高温で操業する場合の主な問題
は、ペレツトが金属化される場合のこれらの塊状
化である。凝集塊の存在は、鉄鉱石ペレツトの直
接還元に用いられる移動層反応層内の固体流およ
び気体流の乱れを生ずる。これらの乱れによつ
て、ブラント利用度は低率を示し（すなわち、生
産性の損失）、また製品の品質制御についての損
失（不均一処理による不均一マスフローに基因
し、その結果不均一製品となる）をもたらすとい
う操業上の問題を生ずる。

第２図は、以下に定義される、いわゆる凝集塊
指数Ia： Ia＝lnWa／lnWb 但し：Ia＝凝集塊指数 Wa＝操業中の凝集塊重量 Wb＝プラント利用可能性および製品の
品質管理に際して問題を生ずる操
業中の凝集塊重量 に基づく、凝集塊の生成に対する充填材料の鉄含
有質の効果を示すものである。

この定義によれば、Iaが常に1.0未満であるこ
とが望ましく、これが固体および気体流について
問題を生ずることなく、プラントの安全操業に関
し受入れ可能な最大値である。

第２図中には３本の曲線が示されており、２本
の連続した実線による曲線で表わされる方法は天
然ガスを吹き込むことなく、夫々900および960℃
において操業され、一方点線による曲線で表わさ
れる方法は、天然ガスを吹き込み960℃で操業さ
れる本発明による方法である。

この情報によれば、天然ガスを吹き込まず、更
に操業上の問題をも伴わずにプラントを960℃で
操作するためには、ペレツト中に鉄含有率が66.6
％未満であることを要し、あるいは鉄含有率67％
を越えるペレツトを用いて操業することを望む場
合であつて、１％未満のIaを得るためには温度が
900℃未満であることを要する。

これに対し、本発明による方法を利用する場合
は、深刻な塊状化の問題を伴わずに67.5％のオー
ダーの高い鉄含有率を示すペレツトを用いて960
℃で操業することが可能である。非ペレツト化塊
状鉱石の使用に対して、高鉄含有率のペレツトか
ら成る充填材料を使用することにより本発明は高
い金属化および低い微粉生成をもたらすと共に高
いプラント生産性ならびに優れた製品品質を付与
するものである。

第２図によれば、天然ガスの吹き込みなしで
67.4％の鉄含有率を示すペレツトを用いて操業す
るためには、温度は900℃のオーダーに低下させ
ることを要し、これによつて10％の生産性の損失
を生ずることになる。

天然ガスを冷却帯域に吹き込む場合は、熱還元
物質の急冷ならびに還元粒子が高温で滞留する時
間を最小することによつてIa：960℃におけるＴ
の曲線を都合良く右方へ移動させることができ
る。この急冷は主として閉冷却ループに吹き込ま
れたメタンから成る上昇流によつて引き起こさ
れ、特に還元ループから入つて来る気体の酸化体
素成分によるメタンの再生によつて生ずるもので
あり、前記気体の一部は反応装置内の中間帯域に
おいて混合され、再生の吸熱反応を促進する： CH₄＋H₂O→CO＋3H₃ …(1) CH₄＋CO₂→2CO＋2H₃ …(2) 還元ループへ進む熱還元気体は、二酸化炭素含
有率が２乃至15％、そして水分含有率が１乃至４
％である。これらの酸化体素成分は中間帯域にお
いて生ずる再生に関して用いられる。

第３図は、還元プラントの再生装置の容量に対
する温度と天然ガス吹き込みの効果を示すもので
ある。960℃の操業温度に関しては、天然ガス吹
き込み方法は、天然ガスの吹き込みを行わない方
法におけるよりも約15％小さい再生装置があれば
よい。

天然ガスに基づく直接還元法においては、通常
天然ガスに２つの用途がある。天然ガスの一部は
接触再生装置に供給されて炭化水素を、鉄鉱石の
直接還元に際して還元素成分として用いられる水
素と一酸化炭素とから成る混合物に転化させる。
天然ガスの他の部分は燃料として用いられて、再
生の吸熱反応を行うために必要な熱を発生し、更
にまた、その還元反応装置への吹き込みに先立つ
て還元気体を加熱するために用いられる。

一般に、燃料として用いられる天然ガスを、低
い還元力を有するが燃料としては依然として利用
可能である。本方法からパージされた気体流と混
合する。この第２の天然ガスの気体流は本方法の
加熱装置および再生装置用の燃料として用いられ
るプロセスガスのパージを向上させるために利用
される。

本発明による方法においては、天然ガスの一部
が冷却ループに吹き込まれる。このループ中で、
天然ガスはその高い発熱容量の故で生成物の冷却
を強化し、その結果冷却はより速やかにかつより
有効に行われることになる。

冷却ループは閉ループなので、吹き込まれた天
然ガスは反応装置を介して上方に流れて中間帯域
に達し、ここで天然ガスは前述のように、この天
然ガスの一部の再生を促進する熱還元気体の一部
と接触する。

反応装置内部のメタンを再生する場合は還元素
成分が生成され、このものは還元帯域で用いられ
て前記還元を、より有効なものとする（更に、再
生装置容量の要件を減じる）。

中間帯域内の未再生メタンは還元帯域へ流れ
て、該還元帯域内で行われる酸化鉄の加熱を促進
するために寄与する熱運搬体素成分として機能す
る。

最終的に、このメタン（水素、一酸化炭素、二
酸化炭素、および水分と混合された）は反応装置
を去り、そしてこの混合物の一部は、燃料として
使用されるパージ用気体として本方法の系から去
る。

要約すれば、冷却ループに吹き込まれたメタン
は本方法において一連の利点をもたらすものであ
る。すなわち、冷却帯域内の生成物の冷却を向上
させ、中間帯域において急激な吸熱冷却によりペ
レツトの塊状化を回避し、中間帯域内で行われる
再生によつて再生装置容量の要件を減じ、還元帯
域中で熱運搬体として機能し、そして最後に再生
装置および加熱装置バーナー中で燃料として用い
られるパージ用気体の混合物を富化するものであ
る。

ここで重要なのは、これら全ての利点が本発明
による方法においてのみ達成されるものであるこ
とを指摘すべきことである。それは本発明方法が
還元ループの外部に再生装置および還元帯域に進
んで行く還元入口気体用の加熱装置を有している
からである。

化学量論的再生装置を備え、一方再循環気体流
用の加熱装置は備えていない。前述の特許中に開
示されたような方法においては、冷却ループに対
する天然ガスの吹き込みによつて、必要とされる
再生装置の寸法を減少できる利点を有することは
不可能である。それは還元帯域の入口における温
度を低下させることなく、再生装置からの熱気体
の流れを減少させることは不可能だからであり、
その結果プラントの生産性を減少させることにな
る。

還元ループ内に再生装置を配置する場合、冷却
ループに吹き込まれるメタンは結局、再生装置に
達し、それ故この場合、再生装置の容量を減少さ
せる利点は達成することはできない。

本発明は由来する再生装置の容量を減少すると
いう利点は、それがペレツト状か、塊状鉱石か、
もしくはそれら両者の混合物であるか、という反
応装置用充填材料の形状とは独立の問題であるこ
とは明らかである。

第４図は本発明の目的を達成する方法の好まし
い実施態様を示すものである。

鉄鉱石の還元は参照符号１で表わされる移動層
反応装置中で起こり、該反応装置１は３つの帯
域、すなわち還元帯域２、中間帯域３、および冷
却帯域４を含んで構成される。若干大気圧よりも
高く、たとえば代表的には５Kg／cm²で操業するの
が好ましい。鉄鉱石は供給ダクト５を経由して反
応装置１に連続的に装填され、そして該鉱石は重
力によつて反応装置の３つの帯域内を流れる。固
体流の速度は反応装置の底部に設けられた回転弁
６によつて制御される。固体流を制御することに
よつて、この弁は更に固体の滞留時間および反応
装置の生産を制御する。

還元帯域２の下部において、還元気体７の流れ
が900℃乃至960℃の温度で吹き込まれる。この流
れは還元帯域２を経由して上方へ流れるが、還元
帯域では下降する固体と接触する。熱気体が鉄鉱
石と接触すると、前記物質の還元が行われる。

還元気体はパイプ８を経由して反応装置の上部
から去る。この還元気体は急冷装置９内で冷却さ
れ、そこで水素による還元反応によつて生成され
た水分を凝縮により除去する。この方法により、
反応装置からの気体流出物の還元力が増加する。
急冷装置９よりの気体流出物２つの流れ１０およ
び１３に分割される。そのうちの一つの流れ１０
（特許請求の範囲の欄に記載の第１の熱還元気体
に該当する）はコンプレツサー１１によつて加熱
装置１２を経由して、還元帯域２の下部に熱還元
気体を吹き込む地点で再循環される。

他方の流れ１３は、以下に述べる加熱装置１２
および再生装置１４のバーナー中で燃料として用
いるために燃料母管に送られる。再循環気体流１
０は、加熱装置１２を通過する前に、再生装置１
４から進んで来る冷たい再生気体と混合される。
再生装置１４において、天然ガスと水蒸気の接触
的転化が行われて、主として水素と一酸化炭素と
から成る気体混合物を生成する。天然ガス１５の
流れと水蒸気１６の流れとが再生装置に供給され
て、前記接触的転化を行う。再生装置１４は典型
的なものであり、これはニツケル触媒を用いて天
然ガス中に含まれるメタンの再生を促進する。過
剰の炭素沈着から再生装置１４の触媒を保護する
ために、この種の装置は一般に再生反応を行うた
めに化学量論的に必要とされる量に関して過剰の
水蒸気と共に操作されるものである。この水蒸気
は還元系に関する補給用還元気体中に望ましい素
成分なので、未反応水蒸気は再生装置１４の気体
流出物から除去する必要がある。この目的で、急
冷装置１７が用いられ、該装置は実質的に水分を
含まず、かつ水素と一酸化炭素とを高含有率で有
する流れ１８を提供する。流れ１８は再循環気体
１０と混合され、そして加熱装置１２へ供給さ
れ、ここでその温度を、還元帯域２への吹き込み
に先立つて、上昇される。

冷却帯域４の下部において、冷い気体流が吹き
込まれて下降する固体に対し向流的に流れる。こ
の冷却気体（特許請求の範囲の欄の第２の冷却気
体に該当する）は、冷却帯域４の上部に位置する
パイプ２０を経由して反応装置を出る。次にこの
気体は急冷装置２１で冷却される。次いで、この
冷い気体は閉ループ内で、コンプレツサー２２に
よつて冷却帯域４の下部に再循環される。

冷い天然ガス流２３（特許請求の範囲の欄の第
３の気体流に該当する）は冷却ループに対する補
給として吹き込まれ、再循環冷却気体と共に流れ
１９を形成し、この流れは次に冷却帯域４に吹き
込まれる。

冷却ループは閉ループなので、流れ１９の一部
は矢印２４によつて示されるように冷却帯域４か
ら中間帯域３へ内方的に流れる（特許請求の範囲
の欄の第４の気体流に該当する）。中間帯域３で
は、冷却帯域４から上昇してきたメタンが熱還元
気体流７中に存在する酸化性素成分と接触して、
吹き込まれたメタンの一部の再生を促進する。

還元気体を冷却し過ぎないようにし、かつ還元
帯域２内の還元反応に悪影響を及ぼさないように
するために、流れ７と比べて流れ２３を小さくせ
ねばならないことを指摘するのは重要な事項であ
る。本発明による方法において、流れ２３の流量
は流れ７の流量の１乃至２％の値を有している。
天然ガス流１５および２３（両者とも本方法にお
いて用いられ、そのうちの一つの流れは再生装置
１４に吹き込まれ、そして他方の流れは反応装置
１の閉ループに吹き込まれる）に加えて、もう一
つの天然ガス流２５があり、これは燃料として用
いられる。前記流れ２５はパージ用気体流１３と
混合される。この混合物を用いて必要な熱を加熱
装置１２のバーナー２６および再生装置１４のバ
ーナー２７に供給する。

当業者にとつては、本発明の精神を逸脱しない
好ましい実施態様に関する変形が存在することは
明白である。流れ１０からCO₂を浄化し、更に流
れ１８の一部を冷却ループへの補給の少量部分と
して利用するためのCO₂吸収装置を包含するよう
な変形はその広範な特徴から本発明精神の範囲内
にあるものと考えられる。更に流れ１０のみを加
熱し、そしてこれを再生装置から進んでくる熱還
元気体と混合することも本発明精神の範囲内にあ
ると考えるべきである。

〔発明の効果〕

本発明の好ましい実施態様は３つの領域を含ん
で構成される移動層反応装置を包含する。上部帯
域において、鉄の還元は４乃至10％低メタン気体
含有量を示す還元気体および高い含有量を示す還
元成分、すなわち75乃至90％の水素および一酸化
炭素によつて、還元温度900乃至960℃で行われ
る。この還元気体の流れは、別の再生装置から供
給される補給還元気体を伴う閉ループ中にある。
反応装置の下部帯域は冷却帯域であり、これは急
冷装置およびコンプレツサーと共に閉冷却ループ
に結合されている。冷却ループに対する補給気体
の気体組成は少なくともメタン含有率75％を示す
冷却気体を含んで成ることが好ましい。天然ガス
流はこのループに対する補給として代表的に有用
なものである。この天然ガス補給の量は還元気体
流（還元帯域の入口における）の量の１乃至２％
である。

還元帯域と冷却帯域との間には中間帯域が存在
し、ここでは制御された条件下で還元帯域から進
んで来る熱還元気体の一部と冷却帯域から進んで
来るメタンとの間の混合が促進される。この中間
帯域において、かなりの熱を吸収することによつ
てメタンの再生が起こり、これが急速に固体を冷
却し、その結果高い金属鉄含有率を示すペレツト
の塊状化が回避される。

反応装置内で、冷却帯域に吹き込まれたメタン
を再生することにより還元遺体発生装置として必
要とされる再生装置の寸法は減少される。

【図面の簡単な説明】

第１図は操業温度に対する直接還元プラントの
生産性についての関係を示すグラフ、第２図は塊
状化指数に対するペレツト中の鉄含有率の効果を
示す略図、第３図は２つの異なつた場合について
還元気体発生装置の所要寸法に対する操業温度の
効果を示すものであつて、一方は冷却ループに対
する天然ガス吹き込みを伴い、他方はこの主の吹
き込みを伴わない場合を示すグラフ、そして第４
図は本発明による方法の好ましい実施態様を示す
概略図である。 符号の説明 １…移動層反応装置、２…還元帯
域、３…中間帯域、４…冷却帯域、７…還元気
体、９，１７，２１…急冷装置、１０，１３，１
８，１９…流れ、１１，２２…コンプレツサー、
１２…加熱装置、１４…再生装置、１５，２３，
２５…天然ガス、１６…水蒸気。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ３つの帯域、すなわち反応装置の上部に配置
   された還元帯域、該反応装置の下部における冷却
   帯域、そして前記還元帯域と冷却帯域との間に位
   置する中間帯域を有する移動層反応装置内でペレ
   ツト状、塊上または両者の混合物の形態で鉄鉱石
   からスポンジ鉄を生成する鉄鉱石の直接還元方法
   において、 前記反応装置の上部に67重量％を越える鉄含有
   率を有するペレツト状の鉄鉱石を供給し、 主として水素および一酸化炭素から構成され、
   更に水と二酸化炭素の形態の酸化体素成分の微量
   を含有し、900乃至960℃の温度で還元帯域へ吹き
   込まれる第１の熱還元気体流を、前記還元帯域、
   急冷装置、コンプレツサー、および前記還元気体
   のための加熱装置を含む還元ループ内で循環さ
   せ、 主としてメタンから構成される第２の冷却気体
   を、前記冷却帯域、急冷装置、およびコンプレツ
   サーを含んで構成される冷却ループ内で循環さ
   せ、 メタン含有率が少なくとも75％である第３の気
   体流を前記冷却ループへ供給し、それによつて前
   記第２の気体流を反応装置内で上方に流し、そし
   て第４の気体流を形成し、 前記第１気体流の一部を前記第４の気体流と混
   合し、それによつて第４の気体流中に存在するメ
   タンを第１の気体流中に存在する酸化体素成分に
   よつて再生し、そして前記中間帯域に入つて来る
   還元鉱石を吸熱反応的に冷却し、そして 冷却した還元鉄鉱石を前記反応装置の下部を経
   由して排出することを特徴とする鉄鉱石の直接還
   元方法。 ２ 前記第１気体流のメタン含有率が４乃至10容
   量％である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 前記第１気体流の水分含有率が１乃至４％で
   あり、また一酸化炭素含有率が２乃至15％である
   特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４ そのメタン含有率に換算して前記第３気体流
   の流量が前記第１気体流の前流量の１乃至２容量
   ％である特許請求の範囲第３項記載の方法。 ５ 前記第１気体流が前記還元帯域からの再循環
   気体と接触的再生装置からの補給気体との混合物
   である特許請求の範囲第４項記載の方法。 ６ 再循環された還元気体が加熱され、次いで再
   生装置から進んで来る熱還元気体流と混合される
   特許請求の範囲第５項記載の鉄鉱石の直接還元方
   法。 ７ 二酸化炭素が再循環された気体流から浄化さ
   れる特許請求の範囲第６項記載の鉄鉱石の直接還
   元方法。