JPS602362B2 - 酸化鉄の直接還元製鉄方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鉄鉱石等の酸化鉄を還元ガスにより固体還元し
て金属鉄を得る直接還元製鉄法、特に還元ガスを高効率
に製造する方法に関するものである。

直接還元製鉄技術は、発展途上国等を中Ｄにして小規模
製鉄技術として脚光を浴びて来ている。

この中で堅型炉方式の直接還元製鉄法としてはミドレツ
クス法（米国特許３７４８１２０、３７私１２３、３６
１７２２７等）、アームコ法（同３５５８１１８、総５
０６１６等）ピュロフアー法（同３８８３１２３ ３９
４８６４６等）、新日鉄法（同４００１０１０等）の方
式が知られている。これらの方式では還元ガス製造用ガ
スとして天然ガス等を主成分としたガスを使用し、この
ガスを改質炉にて改質して還元ガスとなしている。

この改質炉における改質反応の結果生成される還元ガス
は、一般に９００ｑｏ以上のかなりの高温ガスであり、
還元炉特に堅型還元炉に吹き込むガスとしては高温にす
ぎる。そこで従釆は改質炉で生成された高温還元ガスを
ガス冷却器等で冷却調整するとか、あるいは冷却した還
元炉排ガスを混合して冷却調整するとかの手段を講ぜざ
るを得なかった。これらの冷却調整手段の結果、還元ガ
スの有する頭熱を損失するとか、あるいは還元ガスの還
元能力を劣化させるという問題があった。またメタン等
の炭化水素の数質において、酸化剤としてＣ０２を用い
るときには特に敦質反応時に炭素析出の問題があり、還
元ガス製造においてはこの問題も解決しなければならな
い点となっている。

本発明は、直接還元製鉄法における上述の問題点を解消
しうる新しい還元ガス製造方式を含む直接還元製鉄法を
提供することを目的とする。

更に詳しくは、改質反応の際の炭素析出の問題を解消し
うる方法を提供することを目的とする。更に、敬質炉に
て生成した高温教質ガスの有する顔熱を有効に利用して
、熱損失の低減・解消を図ることのできる方法を提供す
ることを目的とする。更に改質炉設備の低減を図ること
のできる方法を提供することを目的とする。このような
目的を達成する本発明は、メタンを主成分とするガスを
政質して得た還元ガスを還元炉に吹込んで酸化鉄を還元
して金属鉄を得る直接還元製鉄法において、改質すべき
メタンを主成分とするガスを二分し、その一方を還元炉
排ガスと混合して外熱型の触媒を充填した改質炉に供Ｖ
給して高溢改質ガスを生成せしめ、その他方を加熱して
上記高溢改質ガスと混合し、これら混合ガスの有する熱
を利用して、還元炉に吹き込まれる途中において触媒存
在下で吸熱反応である改質反応を起させ、この反応を通
じて冷却調整された還元ガスを得、この還元ガスを還元
炉に吹き込むことを特徴とする直接還元製鉄方法、であ
る。

本発明の方法では、まず敬質すべきメタンを主成分とす
るガスを二分してその一方を還元炉排ガスと混合して外
熱型の触媒を充填した改質炉に供給することとしている
。

メタンを主成分とするガス、例えば天然ガスの改質反応
は、Ｃ山十日２０→ＣＯ＋３日２ Ｃ比十Ｃ０２→２ＣＯ十２日２ で起こるが、この反応に際して ２ＣＯ→Ｃ０２十Ｃ↓ Ｃ凡→２日２十Ｃ↓ という反応により炭素析出の起こる危険がある。

この反応は、成分組成（分圧）、温度等によって影響さ
れる。本発明では上記炭素析出の問題を成分組成を変え
ることによって炭素析出の抑制を図っている。これに対
して本発明は、成分組成（分氏）を変えることによって
炭素析出を抑制するものである。すなわち本発明では、
改質すべきメタンを主成分とするガスの全部を改質炉に
供艶貧するのではなく、これを二分して、その一方のみ
を故買炉に供Ｖ給することにより、還元炉排ガスとの混
合ガス中のメタンガスの分圧を低減して上記の反応を抑
制せんとするものである。この炭素析出に関して、天然
ガス（メタン）をＣ０２十日２０の酸化剤で改費する場
合、ＣＨ４／（Ｃ０２十ＱＯ）の比の変化による炭素析
出温度の変化を平衡論上の計算で調べると、第１図に示
すＦ結果となる。

尚この結果は、酸化剤としてＣ０２及び日２０が実質的
に併存している系についての計算結果である。この第１
図から知られるように、改質反応における炭素析出領域
はＣＨ４／（Ｃ０２十日２０）比の上・昇と共に高温側
に広がっていく。

本発明の場合、政質すべき炭化水素ガスを二分してその
一方のみを改費炉に供給するため、全量を供給する場合
に比べて炭化水素ガス、例えば天然ガス（メタン）の量
が少なく、したがってＣＨ４／（Ｃ０２十日２０）比が
低いため、炭素析出領域はあまり高温側に広がらない。
後述するように、本発明の方法の場合の改質炉に供給さ
れる混合ガスのＣ瓜／（Ｃ０２十日２０）の比（容積比
）は、望ましくは０．３５〜０．５５であり、これを第
１図にあてはめると、炭素析出は約６７０〜７１５℃以
上では最早起らないことになる。したがって本発明の方
法において改質反応は７５０つ○とかなり低い温度で行
なっても炭素析出の問題が実質的になくなるのである。
また改質反応の速度を考えると、より高温の方が望まし
いわけであるが、上記のように炭素析出の問題をなくす
ることができるため、高活性の触媒を用いて最高でも９
５０℃で改質反応を行なわせれば還元ガスを生成できる
。尚改質反応における炭素析出抑制の補助的手段として
改質炉に供給する混合ガスの予熱は有効な手段であるが
、本発明の場合には上述したように炭素析出温度の上限
が低いため、混合ガスの子熱温度も７００〜７５０ｑ０
以下の比較的低い温度で十分である。本発明の方法では
前記した通り、更に改質すべきメタンを主成分とするガ
スの一部を改質炉に供給し、残りのメタンを主成分とす
るガスを加熱して改質炉から出る改質された高温改質ガ
スと混合し、これら混合ガスの有する熱を利用して、還
元炉に吹き込まれる途中において改質反応を起させる。

この敦質反応では混合ガス中のＣＨ４の全てを還元ガス
成分に改費する必要はない。

すなわち、還元鉄の製鋼炉での溶解・精錬時に発熱源と
して炭素をある程度（例えばＣＯ．１〜０．３％）還元
鉄に含有せしめておくことは有効であり、このため還元
炉に吹き込まれる還元ガスにＣＱを含ませておいて、こ
のＣＩＬにより、還元鉄を浸炭するのが望ましい。この
浸炭に必要なＣ伍は、天然ガスの場合に吹き込まれる還
元ガスに対して１〜的ｏｌ％程度で十分である。このよ
うに、還元炉に吹き込まれる還元ガスにはＣ日を含ませ
ておくべきなので、数質炉から出た高温改質ガスと加熱
されたメタンを主成分とするガスとの混合ガスの故質反
応ではＣＨ４の全てを改賀する必要はなく、部分的な反
応で十分である。

この混合ガスの政質反応は、混合ガス自身の保有する熱
を利用して行なわれるものである。

メタンを主成分とするガスは望ましくは改質炉と加熱源
を共用する加熱炉で８００〜９５び０に加熱される。ま
た改質炉から出る改質された高温の還元ガス中には、政
質炉に供給された混合ガスのＣ比／（ＣＱ十仏０）比が
低いため教質反応後も酸化剤としてのＣ０２及び比○が
残存しており、このＣ０２、Ｈぬを酸化剤として、上記
混合ガスの数質反応が進行する。この反応は混合ガス自
身の保有熱を利用するので、非外熱型で行なうことにな
る。

また反応に際しては、無触媒方式よりも触媒方式で行な
うことが望ましい。すなわち非外熱型の触媒方式で行な
うことが望ましく、この反応容器はアフターリアクター
と称される。メタンを主成分とするガスの改質炉への供
給及び加熱炉への供給（したがって加熱炉を出て高温教
質ガスへの混合）の分配は、改質炉十加熱炉供給分に対
する加熱炉供給分０．４〜０．６にするのが望ましい。

尚加熱炉に供繋台するメタンを主成分とするガスの比率
が高くなると、Ｃ比／（ＣＱ＋日２０）の比が高くなり
、炭素析出温度領域が高温側に拡大してくるが、上述の
ように、この部分での改質は部分的なもので十分なので
、あまり問題にならない。加熱されたメタンを主成分と
するガスと改費炉から出た高温改費ガスは、混合時の温
度が前述の通り８００〜９５０℃であり、この保有熱に
より吸熱山字応である敢質反応が進行する。

この改費反応により混合ガス温度は５０〜２０ぴ０降下
し、還元炉への吹込み温度として通した温度に冷却調整
されることになる。尚途中に補助的に加熱器あるいは冷
却器を設けて吹込み温度のより正確な調整を行なえばさ
らによい。次に本発明の方法についての実施例を示す。

第２図は本発明の方法のプロセスフローを示す図である
。第２図において、１は堅型還元炉、２は政質炉、３は
加熱炉であり、堅型還元炉１から排出された還元排ガス
ａはスクラバー４で除塵、冷却、日２０除去されｂ、そ
の後二分されて一方が政質炉２及び加熱炉３用燃料とな
り、他方ｂ′は天然ガス様５からの天然ガスの一部ｃと
混合され、混合ガスｄとなって改費炉２に供蔓溝される
。改質された高温還元ガスｅ及び天然ガスの他の一部ｆ
を加熱炉一３にて加熱した加熱天然ガスｇとは改質炉出
側で混合され、この混合ガスｈは還元炉に吹込まれる途
中において触媒を充填した非外熱望塾のアフターリアク
ター６で混合ガス自身の保有熱で改質反応を起こし、同
時に燐熱仮応により冷却調整され、堅型還元炉１への吹
込みに適した還元ガスｊとなる。以上述べて来たように
、本発明によれば、メタンを主成分とするガスの敦質に
よる直接還元製鉄用還元ガスの製造において、敬質時の
炭素析出の防止・抑制を、敦質炉に供給する炭化水素ガ
スの量を少なくして酸化剤との含有比率を下げることに
より達成しており、この結果改質炉設備の低減を図るこ
とができる。

更に上記改質炉で生成する高温改質ガスだけでは不足す
る還元ガスは、高温教質ガスの保有する熱を有効に利用
し、これに加熱健一で加熱された炭化水素ガスを混合し
、敢費反応を起させて還元炉吹き込みに必要な還元ガス
を得ると共に、この改費反応（隣熱反応）を通じて吹込
み用還元ガスとして好適な温度に冷却調整できるので、
熱損失の低減をも図ることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｃ０２十日２０による天然ガス（メタン）の
数質反応におけるＣ比／（ＣＱ＋ＱＯ）と炭素析出温度
との関係を示した図である。 第２図は本発明のプロセスフローを示した図である。１
・・・・・・堅型還元炉、２・・・・・・改質炉、３・
・…・加熱炉、４…・・・スクラバ−、５・…・・天然
ガス源、６・・・…アフターリアクター。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ メタンを主成分とするガスを改質して得た還元ガス
   を還元炉に吹き込んで酸化鉄を還元して金属鉄を得る直
   接還元製鉄法において、改質すべきメタンを主成分とす
   るガスを二分し、その一方を還元炉排ガスと混合して改
   質炉に供給して高温改質ガスを生成せしめ、その他方を
   加熱して上記高温改質ガスと混合し、これら混合ガスの
   有する熱を利用して還元炉に吹き込まれる途中において
   触媒存在下で吸熱反応である改質反応を起させ、この反
   応を通じて還元炉への吹込みに適した温度に冷却調整さ
   れた還元ガスを得ることを特徴とする酸化鉄の直接還元
   製鉄方法。