JPH0422963B2 - - Google Patents

Description

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する装置の一例を示す説
明図、第２図乃至第５図は本発明における制御条
件と成品還元率との関係を示す説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 反応塔から排出された排ガスに随伴する鉱石
   を回収し、下降連結管を介して再度反応塔に装入
   し反応させるようにした鉱石類の循環流動還元方
   法において、成品還元率および出入口還元ガス組
   成、反応塔の出入口圧力を測定し、予め定めた成
   品還元率の目標値との差を補正するように成品抽
   出速度、鉱石循環流量、還元ガス供給量、還元ガ
   ス入口酸化度の少くとも１条件を制御することを
   特徴とする鉱石類の循環流動還元方法。 ※説（産業上の利用分野） 本発明は、流動層反応装置による鉱石、特に鉄
   鉱石の還元方法に関するものである。 （従来の技術） 鉄鉱石を還元して溶鉄を得る方法として、最も
   普遍的な現用されているプロセスは高炉による方
   法である。しかし、高炉製鉄法における安定した
   操業を維持するためには、良質の塊成鉱やコーク
   スを必要とし、これらを製造するためのコスト上
   昇、および原料選択の制約などの問題点が指摘さ
   れている。 これらの課題を解決するひとつの手段として、
   鉄鉱石を、石炭の部分酸化熱により加熱・溶解し
   ながら、還元する溶融還元プロセスが研究・開発
   されてきた。たとえば、特願昭59−184056号にお
   いて、流動層反応炉内に鉄鉱石、石炭、酸素含有
   ガスを装入し、反応を進行せしめて、鉄鉱石およ
   びチヤーを得、この予備還元鉱石およびチヤーな
   らびに、別の系から供給される石炭とを混合、塊
   成化して得られるブリケツトを、上底吹転炉型反
   応器に装入し、前記予備還元鉱石を、溶融還元す
   ることを特徴とする製鉄法が示されている。 また、予備還元工程については、たとえばベル
   ギー特許第826521号公報において、循環流動層を
   用いて、炭材を酸素との部分燃焼反応によりガス
   化し、一部をチヤー化すると共に、その反応で発
   生したガスによつて、鉄鉱石を還元するプロセス
   が開示されている。また特開昭51−99671号公報
   においては、反応器の形状を工夫して、酸化領域
   における既還元鉱石粒子の再酸化を、抑制する方
   法が示されている。 しかし、反応塔内のガス流速などについては、
   Chemical Engineering Progress6、58−63
   （1971）及び特開昭51−99671号公報では、単に粒
   子の輸送という観点のみから、ガス流速が定めら
   れており、反応塔に導入されたガスおよび炭素物
   質と、O₂との反応により生成したガスの還元に
   利用される効率は、必ずしも保証されていない。 元来、流動層反応塔は、反応物質を希薄層にお
   いて反応させるため、充填層型の反応塔に比較す
   ると、容積当りの生産性が低く、またガスの利用
   効率が悪い欠点がある。特に循環流動層は、通過
   ガス量が多く、その傾向が顕著である。 このため循環型流動層においては、生産性を確
   保するとともに、安定した還元率の成品を生産す
   ることが重要なポイントとなり、そのための運転
   方法の確立が課題となつている。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上記のような問題点を考慮し、循環
   型流動層において、目標とする還元率の成品を安
   定して得られる制御法を提供するものである。 （問題点を解決するための手段） 本発明は反応塔から排出された排ガスに随伴す
   る鉱石を回収し、下降連結管を介して再度反応塔
   に装入し反応させるようにした鉱石類の循環流動
   還元方法において、成品還元率および出入口還元
   ガス組成、反応塔の出入口圧力を測定し、予め定
   めた成品還元率の目標値との差を補正するように
   成品抽出速度、鉱石循環流量、還元ガス供給量、
   還元ガス入口酸化度の少くとも１条件を制御する
   ことを特徴とするものである。 以下図面により本発明について説明する。 第１図は本発明を実施するための装置の一例を
   示す説明図で、反応塔２に供給された鉱石１は該
   反応塔内の鉱石とともに、反応塔底部より、鉱石
   １を上方に輸送するに充分な速度を持つ還元制ガ
   ス７により、還元されながら上部に吹きあげら
   れ、鉱石のみサイクロン３により捕集され、ホツ
   パー４、下降連結管５、ニユーマチツクバルブ６
   を経て再度反応塔へ戻る。 還元能力に見合つた速度で、成品１０を抽出す
   れば定常的に半還元鉱を取り出すことができ、一
   般に、鉱石の循環質量速度は、成品の抽出質量速
   度の十倍から百数十倍の範囲で運転される。反応
   塔の下部及び上部において、圧力計１１ａ，ｂ、
   ガス分析計１２ａ，ｂにより、それぞれの値を檢
   出し、炉内の状況を把握する。 すなわち圧力値及びその変動は、炉内において
   粒子の上方への輸送が安定的に行なわれているか
   どうかの指標となる。本発明者の得た研究結果に
   よると、圧力計１１ａと圧力計１１ｂとの圧力差
   ΔPが、(1)式により求まるΔPmax以下に管理する
   必要がある。 ΔPmax＝0.15・ρs・Ｌ×10^-4 (1) ΔPmax：許容最大差圧（Kg／cm²） ρs：鉱石密度（Kg／m³） Ｌ：反応塔高さ（ｍ） ΔPがΔPmax以上の値を示すと、粒子層が濃厚
   になり過ぎ安定的な循環流動が得られなくなり、
   従つて、後述するような粒子層を濃厚にする制御
   は行なえない。 また、圧力値が５秒以内に0.2Kg／cm²以上の変
   動を示す時には、塔下部に粗い粒子が蓄積してい
   ると推察され、ガス流速を増加させるか、粗粒を
   集中的に抜き出す必要がある。 一方、ガス分析値は反応の進行状況の把握に有
   効であり、特に還元反応が平衡に達しているかど
   うかで、制御方法が異なるために重要である。 例えば鉄鉱石Fe₂O₃を、FeにCOガスもしくは
   H₂ガスにより還元する場合、(2)、(3)式に示す平
   衡が律速段階となりうる。 FeO＋CO←→Fe＋CO₂ (2) FeO＋H₂←→Fe＋H₂O (3) 例えば900℃での還元においては、平衡上COガ
   ス還元ではCO：CO₂≒７：３、H₂ガス還元では
   H₂：H₂O≒３：２以上の比にCO₂もしくはH₂O
   を増加する反応は進行せず、還元反応は事実上終
   了することが知られている。 従つて出口ガス組成が平衡に達していない場合
   は、より平衡に近づく様に、また、平衡に達して
   いる場合は、出口ガス利用率一定でも還元率を制
   御できる手段を取らねばならない。 次に操業条件と成品還元率制御の関係について
   述べる。 成品抽出速度は、反応塔内の粒子量や還元ガス
   流速等に影響を与えることなく、成品の還元率を
   変化させることができる。成品抽出速度と成品還
   元率との関係は、種々の鉱石についての調査によ
   り、第２図に示す様に、上に凸のグラフで表現で
   きることがわかつた。 これから明らかな様に、比較的生産量の高い範
   囲においては、有効な制御が可能であるが、低生
   産率では還元率制御の効果は少なくなることに注
   意を要する。 なお定常状態で操業している時には、成品の抽
   出速度と鉱石の供給速度が等しく、抽出速度に合
   せて供給速度も変化させる。 鉱石の循環流量は反応塔内の粒子ホールドアツ
   プの制御に有効であり、循環量を増加させると、
   ガスと粒子とのスリツプ速度はほぼ一定であるた
   めに、空間率は減少し、反応塔内の粒子の量を増
   加させることができる。 この制御は、塔上部でのガスの酸化度が平衡に
   達していない時に有効であり、この範囲では第３
   図に示す様に循環速度の増加により、成品の還元
   率を上昇させることができる。なお、循環管をふ
   やすとホールドアツプが増えるために、塔内に圧
   力損失は上昇するため、(1)式に示すΔPmax以下
   の圧損の時にのみ有効な制御が可能である。 還元ガス供給量の変更は、効果がやや複雑であ
   るが、解析の結果次の事実が判明した。 すなわち炉頂でのガスの酸化度が平衡の組成に
   達している時には、よりガス流速を上げる事によ
   り、成品還元率を上昇させることができる。これ
   は炉頂ガスの酸化度一定のもとで、還元ガスの絶
   対量を添加させることに他ならず、還元は促進す
   る。一方、炉頂でのガスの酸化度が平均に達して
   いない時には、ガス流速の増加により、粒子層が
   希薄になる効果が大となり、還元性は悪くなり、
   かえつて成品の還元率は低下する。この様子を第
   ４図に示す。 還元性ガス入口の酸化度の変更は、供給ガスの
   還元能力そのものの変更であり、効果は大きい
   が、通常、供給ガスの酸化度は脱CO₂、脱H₂O設
   備により、かなり下げて操業しているため、必ず
   しも制御範囲は大きくない場合が多い。 しかしこれら脱CO₂、脱H₂Oにかかわるコスト
   との関係において、有効な制御になり得るととも
   に、出口ガス組成が平衡に達しても、有効な制御
   手段である。効果は第５図の様になる。 以上述べたように、出入口還元ガス組成、及び
   圧力の検出を行ない、それぞれの状況に応じて成
   品抽出速度、鉱石循環流量、還元ガス供給量、還
   元ガス入口酸化度の各条件のうち、少なくとも１
   つ以上を制御することにより、成品の還元率を目
   標値に近ずけることができる。 （実施例） 以上述べた制御方法を、実際の循環型鉱石還元
   流動層において、適用した例について述べる。 標準的な操業条件は、目標還元率60％で、鉄分
   68％の鉄鉱石10t／m²hrを炉内に装入し、入口の
   ガス組成および温度がH₂：15.0％、CO：82.5％、
   H₂O：0.5％、CO₂：2.0％、900℃の条件で、
   10.500Nm³／m²hrのガスを吹込んでいる。 この時の操業指標として、還元率が目標値より
   も低い時に採用すべき制御手段の決定方法の例を
   第１表に示す。 成品還元率は10分に１回測定し、目標値との差
   が３％以上かつ20％以上その状態が継続した時に
   は、第１表により必要なアクシヨンを判断し、操
   業条件を変更した。変更幅は標準値の10％とし、
   最高30％までの変更アクシヨンをとつた。 この結果、成品の92％が目標還元率±５％に収
   まり、良好な制御性を得た。 なお第１表ではコストや生産性に比較的影響の
   少ない循環速度や、ガス流速アクシヨンを、成品
   抜取速度や入口ガスの酸化度変更より優先させ、
   かつ基本的には１回に１つの条件のみを変更する
   ものとしているが、アクシヨンの優先順位は、そ
   の状況に応じて変更しても良く、また１回に変更
   する条件もひとつに限るものではない。 【表】 【表】 −は比較不要を示す。
   （発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば鉱石の循
   環流動還元において、成品の還元率を常に目標範
   囲内の値に制御することができ、従つて常に安定
   した品質の成品を得ることができる。