JPS62202007A

JPS62202007A - 酸化鉄の還元方法

Info

Publication number: JPS62202007A
Application number: JP61043389A
Authority: JP
Inventors: Shoji Furuya; 古谷　昌二; Makoto Shimizu; 信清水; Sadao Higuchi; 貞夫樋口; Tetsuo Horie; 徹男堀江
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1986-02-28
Filing date: 1986-02-28
Publication date: 1987-09-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は粉鉄鉱石を焼成、造粒することなく、直接流動
還元し、電気炉、転炉、溶融還元炉等の溶解炉に供給し
て銑鉄・鋼の原料とする工程、又は脈石分の少ない高純
度鉱石を流動還元して鉄粉を製造する工程等にお（ブる
酸化鉄の還元方法に関するものである。

［従来の技術］従来の酸化鉄の還元方法としては、特公昭６０−１２４
０５Ｍ公報におけるような還元炉内に炭素質粒体を浮遊
させ、該浮遊層内に酸化鉄原材料を導入して通過させこ
の間に炭素とＣＯ雰囲気とにより酸化鉄原材料を還元し
つつ生成したＣＯ２を炭素質粒体と反応させてＣＯとし
、更に酸化鉄原祠科を還元し生成された還元鉄を浮遊層
下部より炉外に排出する方法が知られている。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、斯かる従来の方法では以下のような問題点があ
った。

（ｉ）　　炭素質粒体の浮遊層に酸化鉄粒体を通過させ
る方法のため、ガスとの接触時間を多くとれない。

（ｉｉ）　　炭素質粒体が存在するため９００’Ｃ以上
の還元を行なっても焼結を防止できるが、反面９００〜
１ｏｏｏ℃の高温還元でもＣＯによる還元は時間がかか
る。

（資）炭素質粒体は浮遊し、ＣＯ２＋Ｃ−＋ＧＯの反応
で消費され、その不足分だけを供給する方式のため、微
粒化と共にダストとして排出され、排ガスを循環ガスと
して使用する場合、ダスト回収量が増加してしまう。

［問題点を解決するための手段］上述の従来の問題点を解決することを目的として本発明
では、還元炉内に加熱された還元性ガスの上昇流を形成
し、この上昇気流中に酸化鉄粒体と炭素質粒体を供給し
て両粒体の混合流動層を形成し、酸化鉄粒体を還元した
後、還元炉外に排出されたガスの１」２モル比を４０〜
６０％、００モル比を４５％以下の範囲に維持しつつ還
元炉下部より循環導入するようにした。

［作　　用コ酸化鉄粒体と炭素質粒体の粒径及び還元性ガスの流速を
適宜選択すると混合流動層が形成され、炭素質粒体から
水素及び水素系ガスが発生してチャー化すると共に、酸
化鉄粒体は還元性ガス、水素及び水素系ガス等により還
元され、該還元反応により生成された１」２ｏ及びＣＯ
２との下記反応Ｈ２Ｏ＋Ｃ→　Ｈ２＋ＧＯＣＯ２＋Ｃ→　２ＣＯにより炭素質粒体の一部が消費され、残りの炭素質粒体
がチャーとして、前記還元性ガス等により還元された還
元鉄と共に還元炉外に排出される。

以上の還元反応において、炉外に排出されるガス中の還
元性成分Ｈ２、ＣＯを所定の比率まで高めて加熱再循環
させることにより、高還元率が得られ生産性が向上する
。

［実　施　例］以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図は本発明の方法の実施に使用する酸化鉄還元設備
の一例を示すもので、１は流動層式の還元炉、２は循環
する高温の還元性ガス、３は酸化鉄粒体、４は炭素質粒
体、５は流動層内の酸化鉄粒体、６は流動層内の炭素質
粒体、７は半還元鉄又は還元鉄、８はチャー、９は排ガ
ス、１０はダスト、１１は清浄排ガス、１２は加熱器、
１３は散気管、１４は散気管用のヘッダー、１５はホッ
パー、１６は装入装置、１７はシュートであり、還元炉
１の頂部に接続した排ガスダクト２５の下流側にサイク
ロン１８を設けて排ガス９がらダスト１０を分離し、更
に下流側にＧＯ２リムーバー１９、Ｈ２Ｏリムーバー２
Ｏ＠設置して清浄排ガス１１から夫々ＣＯ２、Ｈ２Ｏを
除去し、還元性成分を多量に含む還元性ガスをファン２
１で昇圧し加熱器１２により加熱した俊、高温の還元性
ガス２として散気管１３用のヘッダー１４から散気管１
３により還元炉１内に送給するようにしである。

図中２２はクーラー、２３は排出装置、２４はスクリー
ンである。

還元炉１に加熱された還元性ガス２をヘッダー１４を介
して還元炉１内の散気管１３より導入し、上昇流を形成
する。この上昇気流中に還元炉１上部よりホッパー１５
、装入装置１６、シュート１７を介して酸化鉄粒体３と
炭素質粒体４を連続的に供給し、還元炉１内に所定の高
さＨの流動層を形成する。流動層内に於て′＝環導入さ
れた還元性ガス２のＨ２とＣＯにより酸化鉄粒体５を還
元する。更に炭素質粒体６より発生ずるＨ２及びＨ２系
ガスによっても還元させると共に、生成されたＨｚＯを
炭素質粒体６のＣと反応させてＨ２とＣＯとし還元させ
る。還元炉１より排出された排ガス９は、サイクロン１
８でダスト１０を除塵された後、ＣＯ２リムーバー１９
、Ｈ２Ｏリムーバー２Ｏにより夫々ＣＯ２、Ｈ２Ｏを順
次除去され、ファン２１で昇圧され、加熱器１２で加熱
後還元炉１に循環導入される。

一方還元炉１内の酸化鉄粒体５は還元され還元鉄７とな
り、炭素質粒体６は揮発分がぬけてチャー８となる。還
元炉１内に於て、流動層高Ｈの圧損につり合った量の酸
化鉄粒体５と炭素質粒体６が滞留しているが、通常はこ
の圧損を一定に保ちつつ供給と排出を行なう。滞留時間
は排出の速度を変えることにより、又はこれらと共に圧
損を変えることにより制御する。排出された還元鉄７と
チャー８はクーラー２２で冷却後排出装置２３を通り炉
外に排出される。そして例えば粒径差を利用したスクリ
ーン２４により或は磁選により分離される。

ところで、流動層方式による還元では酸化鉄粒体５の還
元炉１内での滞留時間か短く、この場合にはＣＯよりも
１」２による還元が有効である。

従って、還元速度を早め生産性を高めるためには１」２
による還元が望ましい。

一方、還元ガスのコスト面ではＣＯの方が好演的であり
、又還元反応による吸熱弁の熱補償の面でもＣＯ還元の
方が少なく有利である。

本発明で、還元性ガス２源としては炭素質粒体４を使用
し、これから発生する水素、炭化水素、−酸化炭素を利
用するもので、この炭素質粒体６の炉内滞留量と滞留時
間を制御することにより、炉内還元ガス中のＨ２とＣＯ
を最適の範囲に維持させようとするものである。

流動層に於ては、炉内の滞留時間、滞留量はここで、Ａ
Ｔ：滞留時間　　　ｍ１ｎＡＰ：流動層内圧損　ｋｇ／Ｃｍ’ Ｓ：流動層断面積　ｃｍ２Ｑ：排出量　　　　ｋｇ／ｍｉｎ又、滞留量は流動層圧損に見合って決まり、４Ｐ−３と
なる。この式より例えば、ＡＰ一定でＱを増せばａＴは
短かくなるので、ＡＴを長くするにはＡＰを増すか、Ｑ
を少なくすればよい。　ところで、流動層内に供給され
る炭素質粒体４として、石炭を使用した場合、高温還元
雰囲気内に於て、揮発分が気化し、水素、炭化水素系の
ガスを発生してコークス（チャー）化し、更に炭化水素
の一部は熱分解或は酸化鉄粒体５との還元反応により生
成したＨ２Ｏ或はＣＯ２と反応し、Ｈ２及びＣＯを生成
する。

次にチャー８は還元反応により生成したＨｚＯ或はＣＯ
２と反応し、Ｈ２及びＣＯを生成する。この時の反応を
式で表わすと以下となる。

今、前記式■、■の反応が１回づつ進むと、結果として
Ｃを３モル消費し、１」２は変わらず、ＣＯが３モル発
生する。

次に、前記式■、■の反応を２回づつ繰り返すと、結果
としてＣを６モル消費し、Ｈ２は変わらず、ＣＯが６モ
ル発生する。

又、前記式■、■の反応の場合は、繰り返す毎にＣの消
費モル分だけＣＯが増加する。

実際の還元炉１内の反応は、温度、圧力とＨ２Ｏ／Ｈ２
、ＣＯ２／Ｃｏの分圧等の関係から完全に上式が進むわ
けではないが傾向として、Ｃの消費量の増加と共に還元
炉内の還元性ガス中の８２／Ｇｏのモル比はＣＯが増加
する方向に進む。

このことから、石炭の供給初期には、揮発分からのＨ２
により還元性ガス中のＨ２モル比が増え、その後チャー
８の滞留時間と共にＣＯのモル比が徐々に増加すること
がわかる。

ところで酸化鉄粒体５とチャー８の混合流動層に於ては
、チャー８の器量時間を短くすれば上述の理由により還
元性ガス中のＨ２のモル比が増加するが、酸化鉄粒体５
の滞留時間も短くなるので、所期の還元率を達成できな
くなることにもなり得るため、この点から滞留時間の制
約を受ける。

以上のことから、酸化鉄粒体の還元率、生産性、還元性
ガスの経済性の観点からの最適な炭素質粒体の供給量、
滞留時間、還元性ガス組成を確認するための線試験を第
１図に示す設備により行なった。結果を表−１に示す。

又表−２に酸化鉄粒体３として使用した鉄鉱石、表−３
に炭素質粒体４として使用した種々石炭の成分と粒径を
示す。

表−２鉱石の成分・粒径この試験より以下の知見が得られた。

（１）還元温度９２Ｏ℃、圧［１３０〜２５０ｍｍ　Ａ
Ｑ　。

滞留時間２Ｏ〜４５分で循環ガス中のＨ２を４０〜６０
％、ＣＯを４５％以下の範囲に維持することができ、金
属化率９０％の還元鉄が安定して得られた。

（２）炭種により固定炭素（Ｆ、Ｃ，＞、ｖ。

Ｍ、が異なるが、炭種の供給量と滞溜時間を制御するこ
とにより前記（１）のガス組成を維持できた。

（３）排出されたチャーの組成を残余のＦ、Ｃと灰分と
すると、表−４に示すごとく流動層内滞留中に１７．５
〜４０％消費され、６０〜８２゜５％の「、Ｃ１と灰分
が未消費となっている。

表−４石炭中のＦ、　Ｃ，の還元炉内消費率（４）炭素
質粒体との混合流動層のため、９２Ｏ’Ｃの高温還元操
業がシンタリングを起すことなく安定して維持される。

（５）種々の水素含有量の褐炭に於て、いずれも高い金
属化率が得られたことから、炭化度の若い草炭或は乾燥
木材でも還元が可能であることがうかがえる。

（６）石炭中の灰分１は、金属化率には影響しない。

以上の試験は還元温度９２Ｏ℃で行なったが、９２Ｏ〜
１０００’Ｃでも前記循環ガス組成の範囲内で９０％以
上の金属化率の達成を確認している。

次に、本発明の還元方法をコストの面から検討する。

前記第１図に示した還元設備において、第２図に示すよ
うに還元ガスとして１００％Ｈ２或はＨ２＋Ｎ２の種々
の割合の混合ガスを供給し、種々石炭／鉱石比に於ける
滞留時間と金属化率の試験を行なった。その結果は第２
図に示す如くであり、１００％Ｈ２の時短い滞留時間で
９０％の金属化率が得られた。その結果と表・−１の循
環試験の試験Ｎｏ、１．２の結果の諸比較を表−５に示
す。

表−５１００％Ｈ２、循環ガス試験諸比較該表−５より
還元性ガスと石炭の単位消費量の点から単純コスト比較
をＨ２：６０円／Ｎｍ３．石炭２Ｏ円／ｋｇとして行ウ
ド、１００％Ｈ２の場合：Ｈ２：　１．４３〜１．４６　Ｎｍ３／ｋｃｌ−鉱石　
８５．８〜８７．６円石炭：０．４３〜０．３４ｋａ　
／ｋｇ−鉱石　　　８．６〜６．８円循環ガスの場合：循環ガス：ＯＯ石炭　　：　０．４３〜０．８２ｋｇ／ｋＧ−鉱石、８
．６〜１６．４円（循環ガス源は供給石炭でおり、材料
費はＯ）となり、循環ガス方式の方が大幅に安くなる。

尚、本発明の酸化鉄の還元方法は上述の実施例のみに限
定されるものではなく、炭素質粒体による循環還元性ガ
ス組成の制御に、補助的にＨ２、Ｈ２Ｏ，Ｃｏ、炭化水
素系のガス、オイル等を加えることより、８２モル比を
４０〜６０％に高めて還元速度を早めたり又は８２モル
比を６０％以上にして酸化鉄の還元を行なってもよいこ
と、或は、例えば本方法の下流に溶融還元炉を組合わせ
、本方法により酸化鉄粒体の予備還元を行ない、生成さ
れた半還元鉄を溶融還元炉で最終還元と溶解・精錬を行
なって銑鉄・鋼を製造することも可能であること等本発
明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得
ることは勿論である。

［発明の効果］以上説明したように本発明の酸化鉄の還元方法にれば、
下記の如き種々の優れた効果を発揮する。

＜Ｉ＞　　炭素質粒体のみの供給により８２モル比の高
い還元ガスを維持することができ、しかも生産性、金属
化率の高い操業が連続して可能である。

＜ｎ＞　　循環導入する還元性ガスは、還元炉排ガスを
除塵、Ｈ２Ｏ，ＣＯ２除去するだけで得られ、別にガス
発生炉やガス改質炉を必要としない。

皿）チャーが酸化鉄粒体と混合流動しているため、９０
０℃以上の高温還元でも還元化の過程で還元鉄の焼結が
起らず、安定した操業を維持できる。

■　還元性ガス源としての炭素質粒体は低品質な石炭で
よく、経済的である。

（Ｖ）　　排出されたチャーはシステム内で例えば循環
還元ガスの加熱の熱源として有効利用できる。又、水素
及び水素系のガスを合んでいないことから、例えば溶融
還元炉等炭材溶解炉用炭材として有効である。

＜ｖｐ　　混合流動層のため酸化鉄とチャーの滞留時間
が一致し、同時制御できる。

偕　炉外の排出されたガスの還元性成分を所定の割合に
調整して循環使用するので、水素を使用する場合に比ベ
コス］〜が大幅に低減する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の還元方法の実施に用いる酸化鉄還元設
備の一例を示す説明図、第２図は各種供給還元性ガス、
石炭／鉱石比に於ける平均滞留時間と金属化率との関係
を示す線図でめる。１は還元炉、２は還元性ガス、３は酸化鉄粒体、４は炭
素質粒体、５は流動層内の酸化鉄粒体、６は流動層内の
炭素質粒体、７は半還元鉄又は還元鉄、８はチャー、９
は排ガス、１１は清浄排ガス、１２は加熱器、１３は散
気管、１４は散気管用のヘッダー、１５はホッパー、１
６は装入装置、１７はシュート、１８はサイクロン、１
９はＣＯ２リムーバー、２ＯはＨ２Ｏリムーバー、２１
はファン、２２はクーラー、２３は排出装置を示す。

Claims

【特許請求の範囲】１）還元炉内に加熱された還元性ガスの上昇流を形成し
、この上昇気流中に酸化鉄粒体と炭素質粒体を供給して
両粒体の混合流動層を形成し、酸化鉄粒体を還元した後
、還元炉外に排出されたガスのＨ＿２モル比を４０〜６
０％、ＣＯモル比を４５％以下の範囲に維持しつつ還元
炉下部より循環導入することを特徴とする酸化鉄の還元
方法。２）炭素質粒体として水素含有の炭素質粒体を供給し、
且つ系外から炭素質粒体以外の水素源の補給を行なわず
、流動層内で水素及び水素系ガスを揮発させた後チャー
化し、酸化鉄粒体の還元により生成されたＨ＿２Ｏ、Ｃ
Ｏ＿２のＨ＿２Ｏ＋Ｃ→Ｈ＿２＋ＣＯＣＯ＿２＋Ｃ→２ＣＯの反応に消費されるチャーの量を制御することにより、
Ｈ＿２、ＣＯモル比の範囲を維持して還元する特許請求
の範囲第１項記載の酸化鉄の還元方法。３）還元温度が９００〜１０００℃である特許請求の範
囲第１項又は第２項記載の酸化鉄の還元方法。