JPH0726313A - 鉄含有金属酸化物から溶融鋼を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融鋼を生産するのに使用される溶解炉のエ
ネルギ源として使用できる十分な量の還元ガスを金属酸
化物の還元により生成する酸素製鋼炉を直接還元反応炉
と組み合わせて鉄含有金属酸化物から溶融鋼を生産す
る。 【構成】 本発明は、鉄含有金属酸化物から溶融鋼を生
産する工程に関し、更に詳しくは、直接還元された鉄
（ＤＲＩ又は海綿鉄）を熱間放出により溶解炉１０から
生ずる発生炉ガスと共に融解炉５０に供給してＤＲＩを
溶融鋼に精錬する溶融鋼の直接生産方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄含有金属酸化物から
溶融鋼を生産する工程に関し、更に詳しくは、直接還元
された鉄（ＤＲＩ又は海綿鉄）を熱間放出により直接製
造炉から生ずる発生炉ガスと共に融解炉に供給してＤＲ
Ｉを溶融鋼に精錬する溶融鋼の直接生産方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＲＩ（直接還元された鉄又は海綿鉄）
を鉄含有金属酸化物の直接還元により溶融鋼を生産する
溶融状態に変換する技術は公知である。この公知技術に
開示される典型的な工程は、溶融鉄を製造して鋼の生産
にこの溶融鉄を用いる連続工程を含んでいる。米国特許
第４,５８５,４７６号明細書は、直接還元容器を基礎酸
素製鋼炉に組み合わせた製鋼方法を開示している。この
製鋼方法では、鉄含有金属酸化物の直接還元によって生
産されるＤＲＩが基礎酸素製鋼炉に装填される。酸素製
鋼炉内で溶解及び精製工程が行われている間、還元操作
で鉄鉱石をＤＲＩに還元するのに十分な量の還元ガス量
が生成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】溶融鋼を生産するのに
使用される溶解炉のエネルギ源として使用できる十分な
量の還元ガスを金属酸化物の還元により生成する酸素製
鋼炉を直接還元反応炉と組み合わせて鉄含有金属酸化物
から溶融鋼を生産する方法を提供することは当然に強く
要求されている。

【０００４】従って、本発明の主目的は鉄含有金属酸化
物から溶融鋼を生産する改良された方法を提供するもの
である。また、特に製鋼炉に組み合わせて直接還元炉を
使用する溶融鋼の製法を提供することを目的としてい
る。更に、本発明の他の目的は還元工程により融解炉の
エネルギ源として十分量の還元ガスを還元容器内で生成
する溶融鋼の製法を提供することである。以下の説明に
より、本発明の他の目的及び効果が明らかとなろう。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の前記目的及び甲
かは容易に達成される。本発明は改質ガスにより金属酸
化物を直接還元することにより鉄含有金属酸化物から溶
融鋼を作る方法に関するものである。本発明による鉄含
有金属酸化物から溶融鋼を製造する方法は、反応領域を
備えた還元反応炉と、この反応領域に配置された部分的
に金属化された酸化鉄原料及び直接還元された鉄（ＤＲ
Ｉ）を準備する工程と、０.０５〜０.０８の範囲にある
酸化度を有するＨ₂及びＣＯに富む改質された還元ガス
を反応領域で生成する工程と、反応領域内で鉄含有酸化
物原料を改質された還元ガスと接触させて酸化鉄を鉄に
還元する工程とを含む。還元反応炉から除去されたトッ
プガスは直接還元された鉄（ＤＲＩ）と共に溶融炉に供
給され、ＤＲＩが溶融鋼に精製される。トップガスは容
積基準で約２８％〜約３６％の水素と、約１７〜約２１
％の一酸化炭素と、約１３〜約１７％の二酸化炭素と、
約２〜約７％のメタンと、約１６〜約１８％の窒素と、
約１２〜約１７％の水蒸気を含む組成を有する。本発明
によれば、還元反応炉から再循環されたトップガスを天
然ガスと混合する工程と、この混合ガスを約６５０℃〜
約７５０℃の温度範囲で予熱する工程と、好ましくは酸
素に富む空気を混合する工程と、混合室内で予熱された
トップガスと天然ガスとの混合ガスを混合室内で約７５
０℃〜８００℃の温度範囲に予熱する工程と、前記ガス
混合物を部分的に燃焼させて１０００〜１１００℃の温
度及び約０.３０〜約０.３５の範囲の酸化度を有するフ
ィーダガスを生ずる工程と、前記フィーダガスを反応領
域に導入する工程とを含む。このガス混合物を反応領域
で高温のＤＲＩ金属化鉄に暴露することにより高度の吸
熱改質反応が得られる。得られた改質還元ガスは容積基
準で約４５％〜約４８％の水素、約３２〜約３４％の一
酸化炭素、約２〜約４％の二酸化炭素、約１〜約３％の
メタン、約１４〜約１６％の窒素及び約１〜約３％の水
蒸気から本質的になり、還元領域において約０.０５〜
０.０８の範囲の酸化度を有する組成を含む。

【０００６】

【作用】本発明の製法では、直接還元反応炉の反応領域
を鉄含有酸化物原料の還元工程及び実際の直接還元に使
用される改質ガスの同時生成に使用できる。更に、本発
明の製法では、トップガスの一部をエネルギ源として使
用することにより還元反応戸の下流に設けられた融解炉
内で溶融鋼を生産することができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明による鉄含有金属酸化物から溶
融鋼を製造する方法を実施する装置を図面について説明
する。図示のように、この装置の溶融炉（還元反応炉）
１０は組合せ改質−還元反応領域１２と、酸化鉄を供給
する予熱−予備還元部１４と、溶融炉１０に鉄含有金属
酸化物を供給する入口１６と、直接還元された金属化鉄
を回収す出口１８とを備えている。溶融炉１０から回収
されるＤＲＩは保持容器６０に送られ、保持容器６０内
で融解炉５０に装填される前に溶解炉５０から排出され
るガスによって予熱される。溶融炉１０はまたトップガ
スを取出す出口２０を有する。

【０００８】溶融炉１０に導入される鉄含有金属酸化物
はペレット状に成形できる。ペレット状鉄含有金属酸化
物は一例として約６３〜約６８重量％の鉄分を含有して
いる。溶融炉１０から回収された直接還元された鉄は約
８５〜約９０重量％の鉄分を含んでいる。

【０００９】出口２０から回収されたトップガスは、容
積基準で約２８〜約３６％の水素、約１７〜約２１％の
一酸化炭素、約１３〜約１７％の二酸化炭素、約２〜約
７％のメタン、約１６〜約１８％の窒素及び約１２〜約
１７％の水蒸気から本質的になる組成を有する。その温
度は約３００℃〜約３５０℃の範囲である。また、約
０.３３〜０.３５の範囲の酸化度

【外１】 を有し、１.６〜１.７の範囲の還元力

【外２】 を有する。酸化度

【外１】及び還元力

【外２】は下式で表される。

【化１】

【化２】

【００１０】溶融炉１０から回収されたトップガスは導
管２３を経由してユニット２２を通過し、約４０〜約６
０℃の温度範囲に冷却され、水が分離される。ユニット
２２を通過した後に、ガスに残留する水分の量は容積比
率で約１〜約３％である。ユニット２２は好適な公知の
水分離装置を使用することができる。

【００１１】脱水後、トップガスが分割される。トップ
ガスの最初の部分はユニット２２から導管２８、３０、
３２及び３４を経て配送される予熱器２４、２６の燃料
として使用される。トップガスの第２の部分は導管３６
を経て天然ガスに４：１の比率で混合され、導管３８を
経て予熱器２４に再循環される。予熱器２４では、トッ
プガス−天然ガスの混合ガスが約６５０℃〜約８５０℃
の範囲、好ましくは約６８０℃〜約７２０℃の範囲の温
度に加熱される。加熱されたトップガス−天然ガスの混
合ガスは導管４０を通り、ＤＲＩ１トン当り１０００〜
１１００ＮＭ³の流量で混合室４２に流れる。トップガ
スの残留部分は導管４６を通って後述のように融解炉５
０に移動される。

【００１２】好ましくは７：１、１：７の空気対酸素比
率を有する酸素に富む空気は、予熱器２６によって約６
５０〜約７５０℃の範囲の温度、好ましくは約６８０〜
約７２０℃の範囲の温度に加熱される。加熱された空気
はその後ＤＲＩ１トン当り７０ＮＭ³の流量で導管４４
を経て混合室４２に移送され、天然ガスとトップガスと
の混合ガスに混合される。反応領域１２内への導入前
に、空気−天然ガス−トップガスの混合ガスは部分的に
燃焼される。この部分燃焼により温度は８５０℃以上、
好ましくは１０００〜１１００℃の間に上昇する。部分
的に酸化されたガスは、反応領域１２に送られ、約０.
６３：１から約０.６７：１のＣＨ₄／(ＣＯ₂＋Ｈ₂Ｏ)比
及び０.３０〜０.３５の酸化度を得るため化学量論的平
衡が保たれる。混合室４２内では、ガス混合物は容積基
準で約３５〜約３８％の水素と、約１５〜１７％の一酸
化炭素と、約１８〜約２０％の二酸化炭素と、約１５〜
約１６％のメタンと、約２０〜約２２％の窒素と、約４
〜約７％の水蒸気と、約０.０２〜０.３％のＣ₂Ｈ₆から
実質的になる組成を有する。導入するガス混合物は好ま
しくは約０.３０〜約０.３５の範囲の酸化度及び約２％
〜３％の範囲の還元力を有する。

【００１３】燃焼混合室４２から流出するガス流はＤＲ
Ｉ１トン当り１１００ＮＭ³の流量で反応領域１２に導
入される。反応領域１２内で熱い降下するＤＲＩ原料及
び／又は部分的に金属化された酸化鉄ベッドに密接に接
触するように燃焼混合室４２からガス流が流出される。
これらの環境の下では、金属化された固体の鉄は触媒反
応に対する特定表面積として鉄１グラム当り約１２〜１
６平方メ−トルを与える触媒として作用する。その表面
からの熱により強い吸熱改質反応が発生する。この反応
は次式の通りである。 ＣＨ₄＋ＣＯ₂＝２Ｈ₂＋ＣＯ （1） この反応中の還元反応炉内の圧力は１.２atmである。

【００１４】得られた改質ガスは、容積基準で約４５〜
約４８％の水素と、約３２〜３４％の一酸化炭素と、約
２〜約４％の二酸化炭素と、約１〜約３％のメタンと、
約１４〜約１６％の窒素と、約１〜約３％の水蒸気とか
らなる組成を有する。その改質された典型的なガスは酸
化鉄原料１トン当り約１１００〜約１４５０ＮＭ³の量
で存在する。

【００１５】吸熱反応の結果として、反応領域１２での
ガスの反応温度は約８２０〜約８５０℃の範囲に減少す
ることが判明した。

【００１６】また、この改質された還元ガスが約０.０
５〜約０.０９の範囲の酸化度及び約１１〜約２９の範
囲の還元力を有することが判明した。

【００１７】吸熱反応式（1）は、下記の還元反応式の
実施に必要な水素及び一酸化炭素の量を与える。 ２ＦeＯ＋Ｈ₂＋ＣＯ＝Ｆe＋Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂ （2） この反応は反応領域１２で固体表面での改質反応と同時
に発生する。これは工程の全効率に重大な影響を与え
る。還元反応式（2）は改質反応を連続的に保持するに
必要な二酸化炭素を規定する。

【００１８】反応領域１２で生成された上昇する還元ガ
スは、メタン、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、窒素及
び水蒸気を含む組成を有する。容積組成は、５.４％の
ＣＨ₄、２５.５％のＣＯ、５.１％のＣＯ₂、４６.５％
のＨ₂、１.５％のＨ₂Ｏ及び１６.１％のＮ₂である。上
昇する還元ガスは溶融炉１０の予熱−予備還元部１４内
で下降する酸化鉄フィードを予熱かつ予備還元するのに
十分な還元力と温度とを含んでいる。

【００１９】前述のように、溶融炉１０から取り出され
たされたＤＲＩは、融解炉５０に接続された高温排ガス
管の好適位置に設けられた保持容器６０に装填される。
この方法で、最終的に融解炉５０中に装填されるまでＤ
ＲＩは保持容器６０内に蓄積されかつ高温に保持され
る。溶融炉１０で生成されたＤＲＩは約１２％〜約１７
％の炭素含有量を有する。ＤＲＩの他に、スクラップ金
属も同様に保持容器６２内に貯蔵され、融解炉５０の排
出ガスで加熱される。溶融鋼を生成するため、高温のＤ
ＲＩは予熱されたスクラップ、また必要に応じて溶融金
属又は溶融前の鉄と共に保持容器６０から融解炉５０に
供給される。

【００２０】前記のように、溶融炉１０からのトップガ
スはＤＲＩを溶解しかつ融解炉５０内で溶融鋼に精錬す
るためのエネルギ源として使用される。トップガスは導
管６４を経て融解炉５０に送られ、導管６６からの天然
ガスに混合することができる。更に、ＤＲＩを溶解し溶
解鉄を精錬するために、融解炉５０の底に射出される石
炭、燃料油、重炭化水素、酸素、酸素含有ガス及びこれ
らの混合物等の付加的燃料源をトップガスと天然ガスと
の混合ガスに補充することができる。

【００２１】溶解のため高炭素又はＤＲＩ自動燃料供給
用ペレットの炭素を調節することが要求されるとき、搬
送ガスとしてメタン又はプロパン等の炭化水素又は窒素
を用いて微粉炭が空動的に装填される。蒸留する炭化水
素によって底部射出ノズルを冷却できる。

【００２２】溶融金属の溜りが形成されたときに融解炉
５０の底部を通すか又はスラグの中性度及び鋼の要求量
に従ってトップランスと共に微粉フラックスが射出され
る。鋼１トン当たりに生成されるガスの量は融解炉５０
内での液体装填物と固体装填物との関連性、石炭組成、
炭素の予熱されたガス及びＤＲＩの金属化度によって決
定される。溶解及び精製工程中に主に一酸化炭素と水素
との混合物として７０〜９５％の総量で生成されたガス
の全後燃焼を確保するためトップ酸素ランスが用いられ
る。溶融金属スラグ浴の頂部で生ずる後燃焼は、システ
ムの温度を２０００℃まで上昇し、融解炉５０内でのエ
ネルギ効率を改善する。

【００２３】冷却−洗浄システム７０に入る前に溶解シ
ステムから放出される高熱ガスは、好適な耐熱材料で内
張りされた管６８を通して固体熱交換システムに導入さ
れ、直接接触又は間接接触によりスクラップを予熱する
と共に溶融炉１０及び融解炉５０とに接続された保持容
器６０内に含まれるＤＲＩを間接接触によって予熱し、
溶融炉５０に導入される前に予熱器７２内で酸素富裕の
空気を予熱する。次に、ガスは冷却−洗浄システム７０
に入り、ここで冷却水が通過しかつ塵埃が除去される。
ファンはシステムの外部にある煙突にガスを排出する。

【００２４】本発明の実施態様は、前記の実施例に限定
されず本発明の主旨又は本質から逸脱することなく他の
種々の変更が可能であり、他の方法で実施することがで
きる。従って、本発明の実施例は前述したものに制限さ
れるものではない。

【００２５】

【発明の効果】前記のように、本発明の製法では、直接
還元反応炉の反応領域を鉄含有酸化物原料の還元工程及
び実際の直接還元に使用される改質ガスの同時生成に使
用でき、トップガスの一部をエネルギ源として使用する
ことにより還元反応戸の下流に設けられた融解炉内で溶
融鋼を生産することができる。従って、溶融鋼を生産す
るのに使用される溶解炉のエネルギ源として使用できる
十分な量の還元ガスを金属酸化物の還元により生成する
酸素製鋼炉を直接還元反応炉と組み合わせて鉄含有金属
酸化物から溶融鋼を生産する方法が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による製鋼方法を行う装置のブロック
図である。

【符号の説明】

１０・・溶融炉、１２・・反応領域、１４・・予熱−予
備還元領域、１６・・入口、１８・・出口、２２・・ユ
ニット、２３・・導管、２４・・予熱器、２８、３０、
３２、３４・・導管、４２・・混合室、５０・・融解炉

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘンリ− ア−ル ブエノ シ− ベネズエラ 8015、ボリ−バル、ア−バン ロライマ プト オルダス エド、カ− サ ナンバ− ３、マンス ５、パ−セラ ４ (72)発明者 ジェラルド エ− コントレラス エル ベネズエラ 8015、ボリ−バル、ア−バン ロライマ プト オルダス エド、カ− サ ナンバ− 14、マンス ８ (72)発明者 ユラ ガンクセブ ブイ ベネズエラ 8015、ボリ−バル、ア−バン ロライマ プト オルダス エド、カ− サ ナンバ− ５、マンス 12、カレ ト ランスバ−サル ６ (72)発明者 ニコラス オ− ゲバラ ア−ル ベネズエラ 8015、ボリ−バル、ア−バン カシャマイ プト オルダス エド、カ −サ ナンバ− 68、カレラ バランカス

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（a） 部分的に金属化された酸化鉄原料
   及び直接還元された鉄のベッドを含む反応領域を有する
   還元反応炉を準備する工程と、 （b） 予熱スクラップ、溶融金属、金属鉄及びこれら
   の混合物からなるグループから選択された原料を含む反
   応領域を有する融解炉を準備する工程と、 （c） 酸素含有ガス及び天然ガスを含むフィーダガス
   を前記反応領域に供給し、前記部分的に金属化された酸
   化鉄原料を直接還元された鉄と接触させて、水素と一酸
   化炭素が富有の改質された還元ガスを生成し、更にこれ
   を前記酸化鉄原料に接触させてＤＲＩ（直接還元された
   鉄）生成物を作る工程と、 （d） 前記還元反応炉からＤＲＩ生成物を回収し、そ
   の後、前記融解炉の反応領域に前記ＤＲＩ生成物を供給
   する工程と、 （e） 前記還元反応炉からトップガスを回収し、その
   トップガスを燃料源として融解炉の反応領域に供給し
   て、前記ＤＲＩを溶解して溶解鋼を精製する工程と、 を含むことを特徴とする鉄含有金属酸化物から溶融鋼を
   製造する方法。
2. 【請求項２】 改質された還元ガスを生成する工程は、
   ４５％〜４８％の水素、３２〜３４％の一酸化炭素、２
   〜４％の二酸化炭素、１〜３％のメタン、１４〜１６％
   の窒素及び１〜３％の水蒸気から本質的になる改質ガス
   を生成する工程を含む「請求項１」に記載の鉄含有金属
   酸化物から溶融鋼を製造する方法。
3. 【請求項３】 前記ガス供給工程は、前記還元反応炉か
   ら得られた前記トップガスの一部を天然ガスと混合する
   工程と、 前記トップガスと天然ガスとの前記混合ガスを６５０℃
   〜７５０℃の温度範囲で予熱する工程と、 ７５０℃〜８００℃の温度範囲で予熱された空気を混合
   室内で前記混合ガスと混合する工程と、 前記トップガス、天然ガス及び空気富裕の混合物を部分
   的に燃焼させて、０.３０〜０.３５の範囲の酸化度、２
   ％〜３％の範囲の還元力及び１０００〜１１００℃の温
   度を有するフィーダガスを生成する工程を含む「請求項
   １」に記載の鉄含有金属酸化物から溶融鋼を製造する方
   法。
4. 【請求項４】 前記改質ガス生成工程は、更に前記反応
   領域で直接還元された鉄の加熱表面に前記ガスを暴露す
   ることにより前記反応領域で高度の吸熱改質反応を生ず
   る工程を含み、 前記直接還元された鉄は触媒（鉄１グラムあたり１２−
   １６平方メ−トル）として働き、前記ガスの温度が８０
   ０℃〜８５０℃の温度範囲で減少する「請求項３」に記
   載の鉄含有金属酸化物から溶融鋼を製造する方法。
5. 【請求項５】 前記改質反応は、 ＣＨ₄＋ＣＯ₂＝２Ｈ₂＋ＣＯ である「請求項４」に記載の鉄含有金属酸化物から溶融
   鋼を製造する方法。
6. 【請求項６】 前記改質反応で生成された前記Ｈ₂＋Ｃ
   Ｏを用いて前記反応領域で前記酸化鉄を下記の反応式： ２ＦeＯ＋Ｈ₂＋ＣＯ＝Ｆe＋Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂ に従って鉄に還元させる工程を更に含む「請求項５」に
   記載の鉄含有金属酸化物から溶融鋼を製造する方法。
7. 【請求項７】 更に、前記還元反応炉に酸化鉄を供給す
   る工程と、 前記改質された上昇する還元ガスに接触するように前記
   酸化鉄フィードを配置することにより前記酸化鉄フィー
   ドを予熱及び予備還元する工程を含む「請求項６」に記
   載の鉄含有金属酸化物から溶融鋼を製造する方法。
8. 【請求項８】 更に、前記還元反応炉から放出される前
   記トップガスを浄化かつ脱水する工程と、 前記浄化かつ脱水されたトップガスの一部を予熱器に供
   給して、前記トップガスと天然ガスとの混合ガス及び前
   記空気を予熱する工程を含む「請求項３」に記載の鉄含
   有金属酸化物から溶融鋼を製造する方法。
9. 【請求項９】 前記空気混合工程はＯ₂に富む加熱され
   た空気を加熱された前記トップガスと天然ガスの混合ガ
   スと共に混合する工程を含む「請求項３」に記載の鉄含
   有金属酸化物から溶融鋼を製造する方法。
10. 【請求項１０】 前記触媒は鉄１グラム当たり１２〜１
    ６平方メ−トルの表面積を有する「請求項４」に記載の
    鉄含有金属酸化物から溶融鋼を製造する方法。
11. 【請求項１１】 前記トップガスは２８％〜３６％の水
    素、１７〜２１％の一酸化炭素、１３〜１７％の二酸化
    炭素、２〜７％のメタン、１６〜１８％の窒素、及び１
    ２〜１７％の水蒸気を含む「請求項１」に記載の鉄含有
    金属酸化物から溶融鋼を製造する方法。
12. 【請求項１２】 前記トップガスは脱水ユニットに供給
    され、前記融解炉に前記トップガスを供給する前に前記
    トップガスの水蒸気含有量を１％〜３％に調節する「請
    求項１１」に記載の鉄含有金属酸化物から溶融鋼を製造
    する方法。
13. 【請求項１３】 前記トップガスを含む前記融解炉に第
    二の燃料源を供給する工程を含む「請求項１」に記載の
    鉄含有金属酸化物から溶融鋼を製造する方法。
14. 【請求項１４】 前記第二の燃料源は、石炭、燃料オイ
    ル、天然ガス、重炭化水素及びこれらの混合物からなる
    グループから選択された原料である「請求項１３」に記
    載の鉄含有金属酸化物から溶融鋼を製造する方法。
15. 【請求項１５】 前記融解炉から回収された前記ＤＲＩ
    は、前記融解炉の反応領域に前記ＤＲＩを供給する前に
    前記融解炉からの排ガスによって加熱される「請求項
    １」に記載の鉄含有金属酸化物から溶融鋼を製造する方
    法。
16. 【請求項１６】 融解炉から回収された前記ＤＲＩは１
    ２％〜１７％の炭素含有量を有する「請求項１」に記載
    の鉄含有金属酸化物から溶融鋼を製造する方法。
17. 【請求項１７】 前記融解炉からの高熱ガスは前記融解
    炉の反応領域に導入する前に前記スクラップ及び前記Ｄ
    ＲＩを予熱する「請求項１５」に記載の鉄含有金属酸化
    物から溶融鋼を製造する方法。