JPH06172835A - 鉄鉱石の還元方法及びその装置 - Google Patents

鉄鉱石の還元方法及びその装置

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JPH06172835A
JPH06172835A JP3129854A JP12985491A JPH06172835A JP H06172835 A JPH06172835 A JP H06172835A JP 3129854 A JP3129854 A JP 3129854A JP 12985491 A JP12985491 A JP 12985491A JP H06172835 A JPH06172835 A JP H06172835A
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reduction
zone
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reducing gas
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JP3129854A
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Jorge O Becerra-Novoa
オクタヴィオ ベセラ−ノヴォア ホルゲ
Fernando R Webb-Balderas
ロベルト ウェブ−バルデラス フェルナンド
Federico E Carranza-Almaguer
エヴェラルド カランザ−アルマグエル フェデリコ
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Hylsa SA de CV
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 鉱石をスポンジ鉄に直接還元する移動式垂直
還元炉の提供。 【構成】 鉱石は垂直移動床直接還元反応器１０の還元
帯１２の先端から投入され、重力によって降下した粉体
床は主としてＣＯと水素からなるガスによって還元さ
れ、該ガスは二方向に分けられ、一方はその中の鉱石を
還元するために還元帯１２を通って上方に移動し、他方
のガスは最適温度で床を維持するために低部排出帯を通
って下方に流出し、生成したスポンジ鉄は装置１０及び
搬送路の排出帯の底部から排出され、たとえば還元炉に
連結された電熱放電炉あるいはブリケッティング装置１
８で溶融される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は鉄鉱石のガス還元方法及
びその装置に係り、特に鉱石をスポンジ鉄に直接還元す
る移動床垂直還元炉において、生成物が熱排出されもの
であり、また本発明は特にブリケッティング装置にとっ
て、静熱生成物を電気放電炉あるいはその他のものにと
って直接導入するのに有益なものである。
【０００２】
【従来の技術】特徴的な移動床垂直還元炉におけるスポ
ンジ金属の生成物は、砂利サイズの粉体あるいは酸化金
属の塊状物を含み、鉱石あるいはそのようなものは熱還
元ガスの所定の上昇流に逆らって還元帯を通って下方に
降下する。かかる還元ガスは、主として８５０℃から１
１００℃の温度で一酸化炭素と水素からなり、好ましく
は９００℃から１０００℃の酸化鉄とし、還元反応器の
低部で還元された金属酸化物を改質あるいは炭化し、そ
していかなる適当な搬送手段による電気放電炉あるいは
そのようなものに、さらなる改変を直接加えることな
く、あるいは還元反応炉に直接連結されたブリケッティ
ング装置による排出物を熱ブリケッティングすることな
く熱金属化生成物を排出し、搬送するものである。
【０００３】このタイプの装置及びこの方法によって生
成されたスポンジ鉄は、Beggs 等による米国特許第4188
022 号と、Beggs 等による分割された米国特許第425126
7 号に開示されており、その中で鉄酸化ペレットやその
他の粉体鉄鉱石は垂直シャフト炉に供給され、かかる炉
は上部に還元帯を有し、粉体の移動堆積が形勢され、そ
してそこを通って熱還元ガスが堆積の移動とホッパーに
拡設され底部に対して向流的に上昇流となり、その底部
はガス放出室を形成しそこを通って熱不活性ガスを閉塞
する下方順流の気体流は、降下するペレットから放出さ
れる。閉塞ガス圧は装置の低部から下降する還元ガスの
漏出を回避するのに充分であるので、還元ガスの漏出量
は最小限に維持される。それ故に、排出パイプを通って
装置から漏出するガスは、基本的にＣＯとＨ2 の還元ガ
スのみをわずかに含んでいる。閉塞ガスは、好ましくは
非遊離酸素を含む燃焼生成物のような高窒素を含むガス
である。
【０００４】この特許の主な問題は、装置の排出口から
燃焼された有毒ガスが大気に漏出することを回避するこ
とである。この特許は単にバルブを使用したりロックを
使用することは熱排出直接還元炉では成功しないことを
述べている。というのは、そのようなバルブに漏出を引
き起こす熱還元鉄生成物の軟化と固着のために飛び出し
たり、くっついたりする傾向があるためである。熱ブリ
ケッティング装置は排出装置に連結されるが、装置の低
部において不活性閉塞ガス系統によって比較的高圧で維
持された高可燃性ガスから独立したものである。そし
て、それは排出装置に存在するガスが還元炉内に存在す
るガスの性質にもかかわらずに非燃焼性であることを補
償する傾向にある。
【０００５】この特許は熱不活性ガスを使用するもので
あり、かかる不活性ガスは還元ガスの漏出を回避する堆
積を通って下方に循環されなければならない。かかる方
法と装置は、熱不活性ガスの流動を維持するのに必要な
ブリケッティング装置がいるために投下資本の増大を招
く不利益がある。
【０００６】また、米国特許第4734128 号及び第483479
2 号には、移動床垂直還元炉（炭素量を制御するために
排出帯あるいは還元帯のどちらかに天然ガスを添加し
た）からスポンジ鉄の熱排出を示す二つの他の引用例が
示されている。降下する移動床に対して相対的に向流的
であることを教示している。
【０００７】米国特許第4536213 号におけるSanzenbach
erは、移動床垂直還元炉におけるスポンジ鉄の生成のた
めの同一方法と装置の還元ガス源として、高炭化水素の
量を含む天然ガスとあるいは生成ガスの使用について教
示している。かかる天然ガスあるいは生成ガスは降下す
る熱堆積に先立って除去され、より高い炭化水素を砕く
ために、分離、清浄、反応炉を通るガスを通過させる前
に触媒として挙動する。最初に記載された実施例におい
て、ガスは降下する熱堆積に対して向流的に還元帯を上
昇流のみ移動する。第二の実施例においては、天然ある
いは生成ガスは、還元帯の下方に位置する中間部におい
て降下する堆積とともに順流方向に移動する。天然ある
いは生成ガスが加熱されることは開示されていない。さ
らに、そのガスは引き出され、堆積物を冷却する向流的
な上昇ガスによって引き続き冷却される。本発明は、こ
の冷却効果を回避するものである。
【０００８】米国特許第4160663 号及び第4212452 号に
おけるHiseh は、鉱石と固液体( これは石炭、木炭ある
いは繊維素である) が供給される移動床垂直還元炉にお
いてなされる鉄鉱石の固液体直接還元方法とその装置を
開示している。一方、これは、熱ガスの順流を示してお
り、制御された熱排出なしにおこなわれる。
【０００９】垂直炉は三つの帯域を有し、（Ａ）最上部
で気化及び第１の還元帯であり（Ｂ）第２あるいは最後
の還元帯であり、そして（Ｃ）第３の冷却及び炭化帯で
ある。第１還元帯（Ａ）において、液体は酸素と水蒸気
と再生先端ガスを制御して導入することによって気化さ
れ、そしてその状態は鉄鉱石を予熱及び初期の還元をし
ている間、ＣＯとＨ2 を生成し、ＣＯ2 と水蒸気を希釈
するように制御さる。鉱石、液体およびガスは第２ある
いは最後の帯域（Ｂ）に対して順流的に降下する。そし
てその中で、熱水素に富んだ還元ガスが（Ｂ）帯の中間
に導入される。消費ガスは上部と第２帯域（Ｂ）から除
去され、冷却され、塵と二酸化炭素ともし必要であれば
硫黄分が清浄される。清浄ガスの一部は、空気と混合さ
れ、熱水蒸気とパワーを生み出し、空気から酸素を抜き
出すために燃焼される。残りの清浄ガスは二つの部分に
分けられ、一部はＨ2 で富化され熱水蒸気とともに第２
帯域（Ｂ）の中間に導入される。かかるガスは上昇（向
流的）と下降（順流的）との双方に下降堆積物を通して
流動する。残りの清浄された他の部分ガスは、冷却さ
れ、脱水され、そして冷却、炭化をするために炉壁の上
部と下部の装置低部近傍にある第３帯域（Ｃ）に導入さ
れる。第２帯域からのスポンジ鉄は、第３の冷却、炭化
帯域（Ｃ）に入る。そしてそこで、スポンジ鉄を冷却及
び炭化する上昇脱水ガスに向流的に降下する。最後にス
ポンジ鉄は冷却され排出される。
【００１０】米国特許第3816102 号Celadaは、スポンジ
鉄の製造のための移動床垂直還元炉の還元帯における還
元ガスの分散流を開示している（これは、一般的には還
元帯の上部では向流的であり、還元帯の低部では鉱石の
降下堆積物に対しては降下する還元ガスの流れに対して
は順流的である）。しかしこの発明は冷却帯と堆積物の
冷却排出を教示している。
【００１１】米国特許第4793856 号（その中で引用文の
翻訳された内容）のPrice-Falcon等は、スポンジ鉄の製
造のための方法を開示しており、移動床垂直還元炉の還
元帯における一般的な熱還元ガスの上昇向流的流れは、
反応器の壁に沿った冷却ガスの下方順流によって補足さ
れる（堆積物が壁に凝集し、付着する傾向を減じるため
に、それゆえに正常温度よりもより高い温度で還元反応
を引き起こし、その結果より効率的な操業をするため
に）。しかし、向流的な流れは、冷却流ばかりでなく反
応器が冷却帯を有しており、冷却された堆積物の排出を
教示している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、移動
床垂直還元炉における鉄鉱石の還元ガスにより、より金
属化の高いスポンジ鉄を生成する方法およびその装置を
提供することであり、垂直炉の排出帯に沿って床が通過
する間に熱損失を適当に回避し及び／又は補償すること
によって、素早い溶融化や熱ブリケッティング装置に最
適な水準で維持される平均的な温度で、スポンジ鉄が熱
排出されることをその目的としている。
【００１３】本発明の他の目的及びその利点は、一部は
明白となり、また一部は以下に述べる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、移動床垂直還
元炉における鉄鉱石の還元ガスにより、より金属化の高
いスポンジ鉄を生成する方法およびその装置を提供する
ものである。当該還元炉は上部には還元帯と下部には排
出帯の二つの帯域を有する。鉱石は、還元炉の頂部より
投入され、その中で重力で降下する床を形成し、適当な
排出バルブによって排出される。主に鉄鉱石の還元は、
主として一酸化炭素と水素からなる熱還元ガスの流れに
よって、還元帯において鉱石が下方に垂下する間に引き
起こされる。還元ガスは、還元帯の底部で還元炉に供給
され、その後二つの流れに分けられ、一方は垂直炉の上
部にある鉱石に対して向流的に還元する流れとなり、他
方の下方向の流れは床とともに順流的に流れ、、排出帯
の下方あるいは排出帯を通って床が通過する間の熱損失
を補償する。そして、その中で床が改質され炭化され、
そのために最適な水準で生成物の平均的温度が保たれ
る。このような高水準は４５０℃から１１００℃の範囲
てあり、より典型的にはブリケッティング装置は６５０
℃以上であり、生成物の金属化には８５０℃から１００
０℃である（特にスポンジ鉄では９００℃から９７０℃
である）。好ましくは、分散された流れは９０％は上昇
方向であり１０％は下方向である。下方向の流れは、ス
ポンジ鉄の炭化を制御するために流速に応じて変えられ
る。その後、熱粉体は床から排出され、溶融のための電
気放電炉その他のものに直接転化されることなく、ある
いは反応炉に連結さたブリケッティング装置によって熱
ブリケッティングされずに排出される。
【００１５】本発明のより広い観点から、分散流の利点
は還元帯と排出帯との合流点の範囲にある反応炉にガス
の二つの分散流を供給することによって同様に成しう
る。二つの分散流は、還元帯を通って上昇する還元ガス
として、また他方の流れは排出帯を流れるために、還元
ガス、不活性ガス、天然ガス、その他炭化ガスあるいは
熱ガスとしてのものである。
【００１６】本発明は、排出帯において外部粉体を同時
に冷却する間に、反応炉から排出された粉体の平均的温
度を維持する上では驚くべき有益性がある（1988年2 月
16日に発行された米国特許第4725309 号（その中で引用
文の翻訳された内容）のMackayよって開示されているよ
うに、スポンジ鉄の付着を回避するためにである) 。よ
り驚くべきことは、本発明と前述した米国特許第479385
6 号に開示された内容を本発明者が組み合わせたことで
ある。それによると、分離された冷却順流ガスは反応炉
の壁に沿って起こり( しかし、中間帯よりもむしろ排出
帯において) 、一方同時に熱順流ガスは、そのような帯
域における粉体の塊を含む排出帯の中心を通過する。こ
のことは、塊平均温度を維持する間は付着を回避でき
る。
【００１７】
【実施例】第１図を参照すると、１０は上部に還元帯１
２を有する垂直軸炉を示す。還元されるべき鉄鉱石粉体
は、供給パイプ１４を通り、反応器１０の先端部に投入
される。その中で、粉体の降下床１５は前記鉱石をスポ
ンジ鉄に変えるために、還元帯１２において熱還元ガス
の向流的ガス流１７に接触する。スポンジ鉄の生成物は
還元炉から排出パイプ１６を通して熱排出される。そし
て、慣用されているブリケッティング装置１８によって
搬出されるか、あるいは電気放電炉、誘導加熱炉あるい
はその他同分野で使用されている装置に搬送される。
【００１８】還元ガスは、知られた方法、例えば触媒改
質炉２０の中でパイプ２２から導入され、熱交換器２
４、パイプ２６を通過した水蒸気と、パイプ２８を通過
した天然ガスとが混合され、大部分が一酸化炭素及び水
素から構成される還元ガスに転化されることによって生
成される。一方、還元ガスは米国特許番号４５２８０３
０で開示された方法によって還元反応炉１０の内部で生
成される。そのように生成された還元ガスは冷却器３０
で脱水され、パイプ３２，３４を通過してヒータ３６に
導入されガス取入パイプ３８を通して還元帯１２の底部
に供給される。天然ガスの一部はパイプ４０に分岐さ
れ、その後パイプ３２を流れる改質ガスと混合される。
還元ガスの流れは二つの部分１７と４１に分けられる。
第１の部分１７は上方に逆流し、鉱石のの下降床を金属
化鉄に還元する。消費された還元ガスはガス出口４２と
パイプ４４を通って還元反応炉から離脱し、急冷装置４
６で冷却及び脱水される。冷却され、さらに脱水された
ガスの一部はパイプ４８から排出口パイプ５０を通過
し、別の領域に導入されるか或いは処理され、そして残
りの大部分はコンプレッサー５２、パイプ５４、二酸化
炭素除去ユニット５６、パイプ３４及び再循環ガスが、
その中で好ましくは９００℃から９５０℃の温度に加熱
するヒータ３６を通って連続的な再循環ガスとして供給
される。加熱された再循環ガスはパイプ３８を通過して
還元域１２の底部に供給される。
【００１９】粉体の炉床に対して順方向下方に流れる還
元ガスの第２の部分４１は、反応器の排出域５８を通過
して炉床を通過する間、熱損失を補うために供給され
る。還元ガスは還元炉にその導入に先立って高品質であ
るために、当該ガスに含まれる一酸化炭素の量が一定に
制御されているために、生成された一部として（例えば
パイプ４０を介して）加えられる。それゆえに、下方に
流れる還元ガスは予定した程度に下方床を改質され或い
は炭化される。
【００２０】前記したように本願のより広い観点から、
分散流１７と４１は反応器に二つの分離したガス流を供
給することによってなされる。すなわち、先立ってパイ
プ３８を介してガス流１７と分離したパイプ室７０によ
ってガス流４１のようなものである。
【００２１】複数の断熱交換ジャケット（図示していな
いが、米国特許番号４７２５３０９に開示されたよう
に）に囲まれた壁６０は、適宜制御されるように適応さ
れ、そこを通って循環する冷却流体の量を停止して適応
する。その結果、壁６０の温度は、均質化と装置の当該
排出域を通過して粉体の床での滑らかな流れを保証する
ために、壁への棚吊りを回避する所望の水準に維持され
る。一方、上記したように、壁６０に沿った外周の冷却
は米国特許番号４７９３８５６に開示されたように順流
冷却ガス（冷却ガスは壁６０に沿って下方に排出室６２
に流れ、そして排出域の中心を通って熱順流ガス４１か
ら分離する）はパイプ室７２に導入される。幾分複雑で
はあるが、これは還元域に比較して排出域のさらなる独
立した制御を可能とする利点を有する。
【００２２】粉体の床が排出域の底部を下方に進行する
とき、当該ガスは室６２を通過してその後脱水をするた
めにパイプ６４に戻り、循環回路を上昇し、その後再び
ガス取り入れ口３８を通って供給される。
【００２３】再生ガスの一部は、低温排出の場合に一時
的に必要かあるいはさもなくばより好ましくは（例え
ば、電気放電装置を維持する間にあるいは正常に熱排出
が供給される他の装置である場合に、スポンジ鉄を開口
的に潜在的に蓄えるのに困難であり、支障となる）、パ
イプ６６を迂回して清浄な上昇ガスと冷却ガスを提供す
るために排出帯５８に供給される（バルブ６８を閉じる
ことによって）。
【００２４】前述したことから、本発明は溶融あるいは
ブリケッティングする温度でスポンジ鉄を製造するため
に効率的な方法及び装置を提供することが明らかであ
る。本願は、反応器の排出帯に沿って床が通過する間
に、鉄鉱石の床の直接還元を成するための同一還元ガス
の一部を、熱損失を補償するために使用される（この方
法によると、特別な装置やその熱源を提供するための別
のガスを使用する必要性を回避することによって投資資
金と操業資金を最小限に押さえられる）。生成されたス
ポンジ鉄は、熱排出でのいかなる他の方法によって得ら
れる生成物と同様の性質を有する。
【００２５】
【発明の効果】以上により、本発明は移動床垂直還元炉
における鉄鉱石の還元ガスにより、より金属化の高いス
ポンジ鉄を生成する方法およびその装置を提供すること
であり、垂直炉の排出帯に沿って床が通過する間に熱損
失を適当に回避し及び／又は補償することによって、素
早い溶融化や熱ブリケッティング装置に最適な水準で維
持される平均的な温度で、スポンジ鉄が熱排出されるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施態様を実施するために使
用可能な装置を線図的に示しており、ここにおいて天然
ガスの調整された流れが還元ガスループ内へ導入され、
所望のスポンジ鉄を生成するものである。
【符号の説明】
１０垂直軸型反応装置 １２還元帯 １７分散流（上昇流） １８ブリケッティング装置 ２０改質炉 ２８天然ガス ４１分散流（下降流） ５２コンプレッサー ５６二酸化炭素除去ユニット ５８排出帯
フロントページの続き (72)発明者 フェルナンド ロベルト ウェブ−バルデ ラス メキシコ合衆国、ヌエボ レオン、サン ニコラス デ ロス ガルザ、コロニア ヴィリャズル、コリェ ４、ナンバー 406 (72)発明者 フェデリコ エヴェラルド カランザ−ア ルマグエル メキシコ合衆国、ヌエボ レオン、モンタ レー、コル．ラス ブリサス、プエルト アルヴァラド 5443−１

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】還元ガスで処理することによって、還元帯
    及び排出帯を有する移動床垂直還元反応器内の鉄鉱石を
    ガス還元して、熱排出高金属化スポンジ鉄を生成する方
    法において、前記移動床に形成された還元帯の頂部に鉱
    石を投入し、前記反応器に主として一酸化炭素と水素か
    らなる熱還元ガスを供給し、鉱石をスポンジ鉄に変える
    ために、少なくとも前記熱還元ガスの一部を前記還元帯
    の中の鉄鉱石の床を通り、向流的に上方の流れとして流
    出し、消費還元ガスを前記還元反応器の上部から抜き出
    し、前記反応器から熱スポンジ鉄生成物を排出する鉄鉱
    石の還元方法において、熱スポンジ鉄ガスを所定の上昇
    した水準にて、床の平均塊状温度を維持するのに充分な
    速度で前記排出帯の中のスポンジ鉄の床を通り順流下方
    に流し、消費ガスを排出帯の底部にて取り去ることを特
    徴とする鉄鉱石の還元方法。
  2. 【請求項２】前記熱還元気体を前記反応器に分流する場
    合に第１の部分は前記順流として又前記向流的な流れと
    してより少ない第２の部分の各々を形成する特許請求の
    第１項に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記排出帯を通って循環する熱順流の流れ
    の特質を調整することによってスポンジ鉄の床の炭化を
    制御することを特徴とする請求項第１及び第２に記載の
    方法。
  4. 【請求項４】前記消費流を供給段階で循環し、その後に
    脱水をし、一酸化炭素を除去し、生成ガスを上質とし、
    そして少なくとも前記反応器に前記還元ガスとして供給
    されるガスを再加熱することを特徴とする前記請求項に
    記載されたいづれかの方法。
  5. 【請求項５】前記排出帯の中心部を通って熱順流を流す
    間に、排出帯の最外部に最も隣接した粉体を冷却するこ
    とを特徴とする前記請求項の意連れかに記載の方法。
  6. 【請求項６】その中で少なくとも収束した部分におい
    て、前記排出帯の外周に沿って第２の順流を流す前記請
    求項のいづれかに記載の方法。
  7. 【請求項７】前記スポンジ鉄が９００℃から９７０℃の
    範囲の温度で排出する前記請求項のいづれかに記載の方
    法。
  8. 【請求項８】反応器に供給される熱還元ガスの分流が向
    流的な流れが９０％であり、熱順流が１０％である前記
    請求項のいづれかに記載の方法。
  9. 【請求項９】前記順流と前記向流的な流れが前記反応器
    に個別に供給される請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】還元ガスで処理することによって、還元
    帯及び排出帯を有する移動床垂直還元反応器内の鉄鉱石
    をガス還元して、熱排出高金属化スポンジ鉄を生成する
    装置において、垂直軸反応炉と、重力によって下降する
    前記酸素粉体金属の移動床に調整されさるように適応さ
    れた上部還元帯と、低部排出帯と、排出出口と、前記上
    部還元帯の底部で、熱還元ガスを供給する手段と、還元
    反応器の頂部で熱還元ガスの第１の消費流を取り除く手
    段とを有する鉄鉱石の還元装置において、前記熱還元ガ
    スを第１の上方流と第２の下方流に分割手段と、前記排
    出帯の底部で熱還元ガスの前記第２の流れを取り除くこ
    とを特徴とする鉄鉱石の還元装置。
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