JP2021188093A - Facility and method for producing reduced iron - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、還元鉄の製造設備および還元鉄の製造方法に関する。 The present invention relates to a reduction iron production facility and a reduction iron production method.
近年、扱いが容易な粒径であり脈石成分の少ない高品位の鉄鉱石原料が減少している。そのため、選鉱を経て脈石が除去されて粒径が小さくなった微粉鉱石や、脈石成分が多く劣質であり、微小粒径の鉱石を含む粒度範囲の広い粉状の鉄鉱石を還元処理する方法が求められている。 In recent years, the number of high-grade iron ore raw materials having a particle size that is easy to handle and having a small amount of gangue components has decreased. Therefore, fine powder ore whose gangue has been removed through mineral processing to reduce the particle size, and powdered iron ore, which has a large amount of gangue components and is inferior and has a wide particle size range, are reduced. A method is required.
上記のような微粉鉱石や粉状鉄鉱石を還元して還元鉄を製造する方法として、例えば、これらをペレット等に塊成して、当該ペレット等をシャフト炉で還元する方法や、微粉鉱石や粉状鉄鉱石を塊成することなく還元ガスと反応させる方法がある。後者の方法には、例えば、流動層を用いた方法が挙げられる。 As a method for producing reduced iron by reducing fine powder ore or powdered iron ore as described above, for example, a method of agglomerating these into pellets or the like and reducing the pellets or the like in a shaft furnace, or fine powder ore or the like. There is a method of reacting powdered iron ore with a reducing gas without agglomerating. Examples of the latter method include a method using a fluidized bed.
流動層は、容器内で粉体がガス等の流体で吹き上げられて浮遊懸濁状態となり、固体粒子が流動状態となった層である。流動層の粉体は、単位体積当たりの比表面積が大きいため、流動層は化学反応や熱交換等に適用される。シャフト炉を用いた鉄鉱石の還元に要するコストの大部分は、塊成化に要するコストである。そのため、粉状鉄鉱石から還元鉄を得る製鉄プロセスに粉状鉄鉱石の塊成化が不要な流動層を利用した方法は、コスト面で非常に有利となる可能性がある。一方で、流動層を利用した還元方法では、粉状鉄鉱石の粒子同士が還元過程で融着し、処理容器の内部が閉塞する場合がある。したがって、流動層を利用する場合、粉状鉄鉱石の還元過程での融着を防止しつつ、所定の還元率に達するような操業方法を見出すことが重要である。 The fluidized bed is a layer in which powder is blown up by a fluid such as gas in a container to be in a suspended suspension state, and solid particles are in a fluidized state. Since the powder of the fluidized bed has a large specific surface area per unit volume, the fluidized bed is applied to chemical reactions, heat exchange, and the like. Most of the cost required for the reduction of iron ore using a shaft furnace is the cost required for agglomeration. Therefore, a method using a fluidized bed that does not require agglomeration of powdered iron ore in the ironmaking process for obtaining reduced iron from powdered iron ore may be very advantageous in terms of cost. On the other hand, in the reduction method using a fluidized bed, particles of powdered iron ore may be fused in the reduction process and the inside of the processing container may be blocked. Therefore, when using a fluidized bed, it is important to find an operation method that reaches a predetermined reduction rate while preventing fusion in the reduction process of powdered iron ore.
通常、流動層で粉体を処理する際には、対象となる粉体の比重および粒度に応じて容器内に導入するガスの流速が設定され、粉体が流動状態となるために必要な最小のガス流速（最小流動化速度）以上の流速により処理容器内で流動層が実現される。 Normally, when processing powder in a fluidized layer, the flow velocity of the gas to be introduced into the container is set according to the specific gravity and particle size of the target powder, and the minimum required for the powder to be in a fluidized state. A fluidized layer is realized in the processing vessel at a flow velocity equal to or higher than the gas flow rate (minimum fluidization rate) of.
還元鉄を得るための製鉄プロセスとして粉状鉄鉱石を対象とした流動層による還元技術には多数の報告例がある。 There are many reports on the reduction technology using a fluidized bed for powdered iron ore as an ironmaking process for obtaining reduced iron.
例えば、非特許文献１には、流動層を利用して、水素ガスで粒径が０．１〜２．０ｍｍの鉄鉱石粉を還元するプロセスが開示されている。このプロセスでは、粒径が０．１ｍｍ未満の小さな微粉を処理できないことから、０．１ｍｍ未満の鉄鉱石粉やダストは、混合機でバインダーやその他の造粒助剤と混合され、処理可能な大きさに造粒される。
For example, Non-Patent
非特許文献２には、ウスタイト（Ｆｅ１−ｘＯ）を含有し、難流動性の微粉である転炉ダストを還元処理するために、転炉ダストよりも粒径が大きい流動性の媒体粒子を流動化させた一段の流動層へ転炉ダストを導入する粉粒流動層による処理方法が記載されている。 Non-Patent Document 2 describes fluid medium particles containing ustite (Fe 1-x O) and having a larger particle size than converter dust in order to reduce converter dust, which is a fine powder with poor fluidity. A treatment method using a powder flow layer that introduces converter dust into a one-stage flow layer that has been fluidized is described.
特許文献１には、微粒子状鉄を含むブリケットを製造する方法が開示されており、この方法において、０．００５ｍｍ〜１２ｍｍの微粒子状鉄鉱石が流動層で還元されている。
特許文献２には、ミクロンサイズの粒子を含む金属含有材を直接還元する工程において、金属含有材、固体炭素質材料、酸素含有ガスおよび流動化ガスを流動層容器内の流動層へ供給して該流動層容器内の流動層を維持することと、金属含有材を前記流動層容器内で少なくとも部分的に還元することと、少なくとも部分的に還元された金属含有材を含む生成物流を前記流動層容器から排出することとを含み、
（ａ）前記流動層内における炭素リッチな区域を確立および維持すること、
（ｂ）金属化された材料を含む金属含有材を前記炭素リッチな区域を通過させること、および
（ｃ）該炭素リッチな区域内に酸素含有ガスを噴射し、金属化された材料、固体炭素質材料および他の被酸化性固形物およびガスを酸化させ、粒子に調節されたアグロメレーションをもたらすことを特徴とする金属含有材を直接還元する工程が開示されている。
In Patent Document 2, in the step of directly reducing a metal-containing material containing micron-sized particles, a metal-containing material, a solid carbonaceous material, an oxygen-containing gas and a fluidized gas are supplied to the fluidized bed in the fluidized bed container. Maintaining the fluidized bed in the fluidized bed container, reducing the metal-containing material at least partially in the fluidized bed container, and flowing the generated flow containing at least the partially reduced metal-containing material. Including draining from a layered container
(A) Establishing and maintaining carbon-rich areas in the fluidized bed,
(B) Passing a metal-containing material containing a metallized material through the carbon-rich area, and (c) injecting an oxygen-containing gas into the carbon-rich area to inject an oxygen-containing gas into the metallized material, solid carbon. Disclosed are steps of directly reducing metal-containing materials, characterized in that they oxidize quality materials and other oxidizable solids and gases, resulting in regulated agglomeration of particles.
特許文献３には、３段流動床反応器に微粒の鉄鉱石を装入し、還元ガスを供給して装入された微粒の鉄鉱石を還元させて海綿鉄を製造した後、前記海綿鉄を溶融ガス化炉に装入して溶融銑鉄を製造する溶融還元法が開示されている。特許文献３に記載の技術は、溶融ガス化炉から排出された排気ガスを還元ガスとダストとに分離し、分離された還元ガスは最終流動床反応器の下部に供給し、分離されたダストのうち粒子の小さいダストを前記最終流動床反応器の分散板上部に供給して、前記各流動床反応器内に泡立って流動している微粒の鉄鉱石に被覆させることにより、微粒の鉄鉱石の相互粘着と前記分散板への粘着を防止することを特徴としている。 In Patent Document 3, fine iron ore is charged into a three-stage fluidized bed reactor, and reduced gas is supplied to reduce the charged fine iron ore to produce sponge iron, and then the sponge iron. Disclosed is a melt-reduction method for producing molten iron by charging sponge iron into a molten gasification furnace. The technique described in Patent Document 3 separates the exhaust gas discharged from the molten gasification furnace into a reducing gas and dust, and the separated reduced gas is supplied to the lower part of the final fluidized bed reactor to separate the dust. By supplying the dust with small particles to the upper part of the dispersion plate of the final fluidized bed reactor and covering it with the fine iron ore that is bubbling and flowing in each of the fluidized bed reactors, the fine iron ore It is characterized in that the mutual adhesion of the gas and the adhesion to the dispersion plate are prevented.
上記の先行技術のように、流動層は全ての粒度範囲に対応可能な粉状鉄鉱石の還元処理法ではない。多くのプロセスでは、主たる粉状鉄鉱石の粒径に合わせたガス流速が選択されているが、粉状鉄鉱石に含まれる粒径がより小さい微粉鉱石に対して、そのガス流速は大きすぎることが多い。そのため、そのような微粉鉱石は、処理容器外へ吹き飛ばされてしまうのが一般的である。また、粒径の非常に小さな粒子は付着性が高い。これに起因して、チャネリングと呼ばれる、ガス流通時に粉体層におけるガスのバイパス現象が起こることがあり、均一な流動状態を実現することが困難となる場合がある。 Unlike the above prior art, the fluidized bed is not a reduction treatment method for powdered iron ore that can handle the entire particle size range. In many processes, the gas flow velocity is selected according to the particle size of the main powdered iron ore, but the gas flow velocity is too large for the fine powder ore contained in the powdered iron ore with a smaller particle size. There are many. Therefore, such fine ore is generally blown out of the processing container. In addition, particles with a very small particle size have high adhesiveness. Due to this, a gas bypass phenomenon in the powder layer, which is called channeling, may occur during gas flow, and it may be difficult to realize a uniform flow state.
また、ガス流速を大きくして粉体をガスと同伴させて循環させる循環型流動層（Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ Ｂｅｄ；ＣＦＢ）においても、粒径が小さすぎる粉体はガスと同伴して系外へ排出される傾向がある。一般的な比重の鉄鉱石は、Ｇｅｌｄａｒｔの流動状態図で分類されているとおり、粒径が２０〜３０μｍ程度以下となると、難流動性を示す。そのため、通常は、このような微小粒径の鉄鉱石は流動層での処理の対象外とされている。また、単純に粒子に働くＶａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ力を起因とする付着力Ｆと粒子径ｄｐとの関係は、Ｆ∝ｄｐの関係が成り立つ。一方、粒子同士の分離力は、粒子の自重Ｗに比例し、Ｗ∝ρｄｐ ３となり、粒子の真密度ρより粒子径ｄｐの寄与が大きい。これらの関係から、一般的に多くの粒子において、５０〜１００μｍの粒径を境界に、付着力と自重による分離力がバランスし、粒径がこの領域より小さな粒子は付着力が相対的に大きくなり、粒子同士の凝集や壁面材との付着、閉塞などの問題が発生しやすくなる。 Further, even in a circulating fluidized bed (CFB) in which the gas flow velocity is increased and the powder is circulated along with the gas, the powder having a too small particle size is discharged to the outside of the system together with the gas. Tend to be. Iron ore with a general specific density exhibits poor fluidity when the particle size is about 20 to 30 μm or less, as classified by the flow phase diagram of Geldart. Therefore, iron ore having such a fine particle size is usually excluded from the treatment in the fluidized bed. Also, simply the relationship between the adhesive force F and the particle diameter d p which originating from Van der Waals force acting on the particles, holds the relationship Fαd p. On the other hand, the separation force between particles is proportional to the own weight W of a particle, Wαρd p 3, and the greater the contribution of the particle diameter d p than the true density ρ of the particle. From these relationships, in general, for many particles, the adhesive force and the separation force due to their own weight are balanced at the boundary of the particle size of 50 to 100 μm, and the particles having a particle size smaller than this region have a relatively large adhesive force. Therefore, problems such as aggregation of particles, adhesion to wall materials, and blockage are likely to occur.
非特許文献１に記載された技術においては、粉体を流動化させるために、微粉鉱石とバインダーを用いてより大きな造粒物を造粒しているが、流動層内での造粒物同士の衝突等による粉化を防止するために、造粒物の強度を高めている。そのため、非特許文献１に記載された技術では、造粒工程と造粒物の強度を高めるための工程にエネルギーやコストを要する。
In the technique described in Non-Patent
非特許文献２に記載された技術では、媒体粒子を用いてサブミクロン〜数十μｍ径の難流動性の微粉鉄酸化物粒子を媒体粒子と共に流動化させるが、微粉鉄酸化物粒子同士の凝集を防止するためにガス流速を大きくし、流動層から微小な還元鉄を飛び去らせて、回収している。この方法は、微粉鉄酸化物が飛び去る過程で還元が十分進行するように流動層内での滞留時間を確保する必要があるが、粒径が小さい粒子ほど滞留時間は短くなるため、処理対象粒子を非特許文献２が対象としている転炉ダストに限定しない場合、その制御は容易でない。したがって、非特許文献２に記載の技術は、対象の酸化鉄粒子の粒径がサブミクロン〜数十μｍであり、転炉ダストに限定されずより粒度分布の広い鉱石粉には対応が困難である。 In the technique described in Non-Patent Document 2, medium particles are used to fluidize low-fluidity fine iron oxide particles having a diameter of submicron to several tens of μm together with the medium particles, but aggregation of the fine iron oxide particles is performed. In order to prevent this, the gas flow velocity is increased, and minute reduced iron is blown away from the fluidized layer and recovered. In this method, it is necessary to secure a residence time in the fluidized layer so that the reduction proceeds sufficiently in the process of the fine iron oxide flying away, but the smaller the particle size, the shorter the residence time, so the treatment target. If the particles are not limited to the converter dust targeted by Non-Patent Document 2, the control thereof is not easy. Therefore, the technique described in Non-Patent Document 2 has a particle size of the target iron oxide particles of submicron to several tens of μm, and is not limited to converter dust, and it is difficult to deal with ore powder having a wider particle size distribution. be.
特許文献１に記載の技術では、微粉の還元が不十分であるとブリケットにおける鉄の含有率が低下する。このようなブリケットを製鋼の原料として用いた場合、製鋼コストが増加する。微粉は粒径が小さく、還元反応は進行しやすい一方で、還元を進行させる反応槽内からいち早く排出される傾向があるため、還元が不十分となる場合があり、ブリケット化された製品還元鉄における鉄の含有率低下をもたらす懸念がある。
In the technique described in
特許文献２に記載の技術は、流動層に炭素リッチな区域を用意するために、固形物噴射ランス等の固形物送達装置が必要であり、装置が煩雑となり、コスト増加に繋がる。 The technique described in Patent Document 2 requires a solid matter delivery device such as a solid matter injection lance in order to prepare a carbon-rich area in the fluidized bed, which complicates the apparatus and leads to an increase in cost.
特許文献３に記載の技術は、分離回収された還元が不十分なダストを流動層に導入して、当該ダストを金属鉄粒子に被覆することで金属鉄粒子同士の融着を防止するとしている。しかしながら、導入されたダストは、金属鉄粒子に付着する前にガスによって流動層から飛び去る可能性があり、そのため、金属鉄粒子同士の融着を防止することができない可能性がある。 According to the technique described in Patent Document 3, the separated and recovered dust with insufficient reduction is introduced into the fluidized bed, and the dust is coated on the metallic iron particles to prevent fusion between the metallic iron particles. .. However, the introduced dust may fly away from the fluidized bed by the gas before adhering to the metallic iron particles, and therefore it may not be possible to prevent the metal iron particles from fusing together.
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、本発明は、流動層を用い、微粉鉱石を高い歩留りかつ低コストで還元することができる、還元鉄の製造設備および還元鉄の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and the present invention provides a reduced iron production facility and a reduced iron production method capable of reducing fine powder ore with a high yield and low cost by using a fluidized layer. The purpose is to provide.
流動化困難な微小な粒子径の微粉鉱石は付着性が高く、また、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）やウスタイト（Ｆｅ１−ｘＯ）など還元が途中まで進行している微粉の場合には再酸化性が高く、再酸化による発熱を伴ってシンタリングが起こり凝集しやすい。また、流動層を用いた鉄鉱石の還元プロセスでは、鉄鉱石が微粉の場合、還元に伴って金属鉄が表層に現れると粒子同士の融着（スティッキング）により凝集しやすい。本発明者らは、これらの点に着目し、従来の流動層を用いた製鉄プロセスでは忌避される凝集現象を積極的に用いて、難流動性の微粉鉱石を取り扱いが容易なサイズの鉄鉱石に自己造粒させることを着想した。本発明者らは、具体的には、流動層で微粉鉱石を凝集させて流動化容易な粒径に造粒した後、流動層を用いた還元プロセスへ造粒粉を導入することを着想した。ただし、従来から問題となっているとおり、難流動性の微粉鉱石単体では流動化が困難であり、また、凝集現象が進行すると造粒容器内の目詰まり・閉塞が生じる。本発明者らの検討により、造粒容器内の流動層形成を補助するために流動媒体として粗粒を装入しておくことで、粗粒により形成される流動層中で微粉鉱石を流動させながら目詰まりや閉塞が生じない程度に凝集させることができることが分かった。本発明者らが想到したような、難流動性を示す粒径の微粉鉄鉱石を流動させながら流動化容易な径まで造粒させ、還元鉄生産プロセスに応用する技術は報告されていない。さらに、凝集粉（造粒粉）を用いて、流動層で微粉鉱石を歩留り良く還元することができることが分かった。 Fine particle ore with a fine particle size that is difficult to fluidize has high adhesion, and in the case of fine powder such as magnetite (Fe 3 O 4 ) and wustite (Fe 1-x O) whose reduction has progressed halfway, it is re-applied. It is highly oxidative, and syntaring occurs with heat generation due to reoxidation, and it is easy to aggregate. Further, in the reduction process of iron ore using a fluidized bed, when the iron ore is a fine powder, when metallic iron appears on the surface layer with the reduction, the particles tend to aggregate due to fusion (sticking) between the particles. Focusing on these points, the present inventors have focused on these points and positively used the agglomeration phenomenon that is avoided in the conventional steelmaking process using a fluidized bed to handle iron ore of a size that is easy to handle. I came up with the idea of self-granulation. Specifically, the present inventors have conceived that fine powder ore is aggregated in a fluidized bed to granulate it into a particle size that is easy to fluidize, and then the granulated powder is introduced into a reduction process using a fluidized bed. .. However, as has been a problem in the past, it is difficult to fluidize the fine powder ore with low fluidity alone, and when the aggregation phenomenon progresses, the inside of the granulation container is clogged or clogged. According to the study by the present inventors, by charging coarse particles as a fluidized bed to assist the formation of a fluidized bed in the granulation container, the fine powder ore is allowed to flow in the fluidized bed formed by the coarse particles. However, it was found that it can be aggregated to the extent that clogging and blockage do not occur. No technique has been reported in which fine iron ore having a particle size showing poor fluidity, as conceived by the present inventors, is granulated to a diameter that is easy to fluidize while flowing, and is applied to a reduced iron production process. Furthermore, it was found that fine powder ore can be reduced in a fluidized bed with good yield by using agglomerated powder (granulation powder).
上記知見に基づき完成された本発明の要旨は、以下の通りである。
［１］
媒体粒子が流動して形成された流動層で、鉄分を含有するメディアン径が０．０５ｍｍ以下の原料微粉から造粒粉を造粒する造粒装置と、
前記造粒粉が流動して形成された流動層で、少なくとも前記造粒粉を還元する還元装置と、を備える、還元鉄の製造設備。
［２］
前記還元装置は、循環流動層を形成する一つ以上の循環流動層還元装置または気泡流動層を形成する一つ以上の気泡流動層還元装置の少なくともいずれかを備える、［１］に記載の還元鉄の製造設備。
［３］
前記還元装置は、少なくとも一部未還元の鉄鉱石の微粒子を含むダストを捕集する捕集装置を有する、［１］または［２］に記載の還元鉄の製造設備。
［４］
前記原料微粉は、前記ダストを含有する、［３］に記載の還元鉄の製造設備。
［５］
前記造粒装置が有する前記媒体粒子は、融点が１２００℃以上である、炭化物、酸化物または窒化物の少なくとも１種以上を含む、［１］〜［４］のいずれか１項に記載の還元鉄の製造設備。
［６］
媒体粒子が流動して形成された流動層で、鉄分を含有するメディアン径が０．０５ｍｍ以下の原料微粉から造粒粉を造粒する造粒工程と、
前記造粒粉が流動して形成された流動層で、少なくとも前記造粒粉を還元する還元工程と、を有する、還元鉄の製造方法。
［７］
前記還元工程では、一つ以上の循環型流動層反応容器、一つ以上の気泡型流動層反応容器、または、一つ以上の循環型流動層反応容器および一つ以上の気泡型流動層反応容器が用いられる、［６］に記載の還元鉄の製造方法。
［８］
前記還元工程では、少なくとも一部未還元の鉄鉱石の微粒子を含むダストが捕集される、［６］または［７］に記載の還元鉄の製造方法。
［９］
前記原料微粉は、前記ダストを含有する、［８］に記載の還元鉄の製造方法。
［１０］
前記造粒工程で用いられる前記媒体粒子は、融点が１２００℃以上である、炭化物、酸化物または窒化物の少なくとも１種以上を含む、［６］〜［９］のいずれか１項に記載の還元鉄の製造方法。
The gist of the present invention completed based on the above findings is as follows.
[1]
A fluidized bed formed by flowing medium particles, and a granulation device that granulates granulated powder from raw material fine powder containing iron and having a median diameter of 0.05 mm or less.
A facility for producing reduced iron, comprising a fluidized bed formed by flowing the granulated powder and at least a reducing device for reducing the granulated powder.
[2]
The reduction according to [1], wherein the reducing device comprises at least one of one or more circulating fluidized bed reducing devices for forming a circulating fluidized bed and one or more bubble fluidized bed reducing devices for forming a bubble fluidized bed. Iron manufacturing equipment.
[3]
The reduced iron production facility according to [1] or [2], wherein the reducing device has a collecting device for collecting dust containing fine particles of at least partially unreduced iron ore.
[4]
The equipment for producing reduced iron according to [3], wherein the raw material fine powder contains the dust.
[5]
The reduction according to any one of [1] to [4], wherein the medium particles contained in the granulator contain at least one of carbides, oxides or nitrides having a melting point of 1200 ° C. or higher. Iron manufacturing equipment.
[6]
A fluidized bed formed by flowing medium particles, and a granulation process for granulating granulated powder from raw material fine powder containing iron and having a median diameter of 0.05 mm or less.
A method for producing reduced iron, which comprises a fluidized bed formed by flowing the granulated powder and at least a reduction step of reducing the granulated powder.
[7]
In the reduction step, one or more circulating fluidized bed reaction vessels, one or more bubble-type fluidized bed reaction vessels, or one or more circulating fluidized bed reaction vessels and one or more bubble-type fluidized bed reaction vessels. The method for producing a reduced iron according to [6], wherein is used.
[8]
The method for producing reduced iron according to [6] or [7], wherein in the reduction step, dust containing at least partially unreduced fine particles of iron ore is collected.
[9]
The method for producing reduced iron according to [8], wherein the raw material fine powder contains the dust.
[10]
The medium particle used in the granulation step according to any one of [6] to [9], which comprises at least one of a carbide, an oxide or a nitride having a melting point of 1200 ° C. or higher. Method for producing reduced iron.
本発明によれば、流動層を用い、微粉鉱石を高い歩留りかつ低コストで還元することができる。 According to the present invention, a fluidized bed can be used to reduce fine powder ore with a high yield and low cost.
以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付すことにより重複説明を省略する。また、図中の各構成要素の比率、寸法は、実際の各構成要素の比率、寸法を表すものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. Further, the ratio and dimensions of each component in the figure do not represent the actual ratio and dimensions of each component.
本実施形態に係る還元鉄の製造方法は、媒体粒子が流動して形成された流動層で、鉄分を含有するメディアン径が０．０５ｍｍ以下の原料微粉から造粒粉を造粒する造粒工程と、造粒粉が流動して形成された流動層で、少なくとも造粒粉を還元する還元工程と、を有する。造粒工程では造粒装置１０が用いられ、還元工程では還元装置２０が用いられる。以下に造粒装置１０および還元装置２０について説明する。 The method for producing reduced iron according to the present embodiment is a granulation step of granulating granulated powder from raw material fine powder containing iron and having a median diameter of 0.05 mm or less in a fluidized bed formed by flowing medium particles. It is a fluidized bed formed by flowing the granulated powder, and has at least a reduction step of reducing the granulated powder. The granulation device 10 is used in the granulation step, and the reduction device 20 is used in the reduction step. The granulation apparatus 10 and the reduction apparatus 20 will be described below.
＜造粒装置１０＞
図１を参照して、造粒装置１０を説明する。図１は、本実施形態に係る造粒装置の一例を示す図である。造粒装置１０は、粉粒流動層（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｂｅｄ；ＰＦＢ）を形成する。造粒装置１０は、例えば、図１に示すように、底部に配されたガス供給口１１１と、ガス供給口１１１よりも上方に配された、複数の通気口を有し、ガスの流れを整流する分散板１１３とを有する造粒容器１１０を備える。造粒容器１１０の内部における分散板１１３より上方には、原料微粉４０３より粒径が大きな媒体粒子４０１が装入されている。粉粒流動層４００は、ガス供給口１１１から供給され、分散板１１３の複数の通気口を通って整流されたガスによって媒体粒子４０１が流動して形成される。なお、流動層を形成するためのガスの通気方法・形態は図に示す分散板１１３、多孔質板やスリット板のような平板型のほか、単純なノズル型やノズル先端に各種形態の吹き出し孔付きキャップを設けたキャップ型、チューブ側面に複数の穴をあけたグリッドチューブを配置したパイプ型など、ガスを造粒容器１１０に導入し、粒子を吹き上げて流動層を形成可能なものであればその具体的な形態は限定されない。
<Granulation device 10>
The granulation apparatus 10 will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing an example of a granulation apparatus according to the present embodiment. The granulation apparatus 10 forms a particulate fluidized bed (PFB). As shown in FIG. 1, the granulation apparatus 10 has, for example, a
粉粒流動層４００が形成された造粒容器１１０内に原料微粉４０３が供給される。粉粒流動層４００には、媒体粒子４０１と、供給ガスの気泡４０２と、原料微粉４０３が存在する。この粉粒流動層４００によって、原料微粉４０３からより大きな造粒粉が造粒される。なお、気泡４０２は流動状態に依存してその形態はさまざまであり、流動状態によっては明確な気泡が形成されない場合もある。
The raw material
原料微粉４０３は、鉄分を含有する微粉であり、例えば、選鉱された微粉鉱石、篩い分けられた微小粒径鉱石、または各種製鉄プロセスから排出・回収されるダスト等が用いられる。選鉱された微粉鉱石には、具体的には、従来ペレットの原料として用いられるペレットフィードのほか、マグネタイト精鉱、シンターフィード等が挙げられる。また、ここで言うダストとは、転炉で発生するいわゆる転炉ダストや、還元装置２０で発生し得る一部未還元の鉱石の微粒子や還元鉄の微粒子等を含む。
The raw material
原料微粉４０３は、難流動性を示すサイズであり、造粒容器１１０に供給される供給ガスの密度によるが、通常、鉄鉱石の場合は、例えば、メディアン径が０．０５ｍｍ以下である。メディアン径が０．０５ｍｍを超えるような鉄鉱石微粉は、造粒装置１０を用いて造粒せずに還元装置２０に直接供給して還元鉄を製造することができる。また、メディアン径が０．０５ｍｍ超であると、凝集により造粒粉が過度に大きくなりやすく、流動化の停止などを引き起こし、造粒容器１１０内で安定的に流動化させながら所望の粒径へ造粒することが困難となる。さらに、原料微粉４０３のメディアン径が０．０５ｍｍ超であると、原料微粉４０３が造粒した造粒粉の粒径と媒体粒子４０１の粒径との差が小さくなる。この粒径差が小さい場合、粒径差を用いて造粒粉と媒体粒子４０１とを分離する場合、これらの分離が困難になる場合がある。よって、原料微粉４０３のメディアン径は、０．０５ｍｍ以下である。原料微粉４０３のメディアン径は、好ましくは０．０３ｍｍ以下である。一方、メディアン径が０．００１ｍｍ以下の粉末は、回収・ハンドリングが困難であり、原料として用いづらい。そのため、原料微粉４０３のメディアン径は、好ましくは、０．００１ｍｍ超である。ただし、原料微粉４０３のメディアン径は、この範囲に限定されるということではなく、０．００１ｍｍ以下の粉末や０．０５ｍｍ超の粉末であっても、凝集制御のための条件調整や媒体粒子との分離操作を適切に行えば原料微粉４０３として使用可能である。
The raw material
原料微粉４０３のメディアン径は、以下の方法で測定することができる。すなわち、湿式測定装置であるレーザ回折式粒子径測定装置（Ｍａｌｖｅｒｎ Ｐａｎａｌｙｔｉｃａｌ社製、Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ ３０００）を用いて測定した篩下積算分布における体積基準の粒子径ｄ５０である。測定時の設定条件は、分散媒：水、分散媒屈折率：１．３３、粒子屈折率：２．９１８（酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３の屈折率）である。粒径の大きな粒子が混合した原料粉の場合は、乾式篩により篩分けし、篩下の原料微粉より任意にサンプリングした粉末の粒子径を３回上記のレーザ回折式粒子径測定装置により測定し、そのｄ５０平均値をメディアン径とすればよい。
The median diameter of the raw material
媒体粒子４０１は、炭化物、酸化物または窒化物の少なくとも１種以上を含む粒子であることが好ましい。造粒工程では、供給ガスとして還元性ガスが用いられ、原料微粉４０３が還元されながら造粒される場合や、酸化性ガスが用いられ、原料微粉４０３が酸化されながら造粒される場合がある。そのため、媒体粒子４０１は、原料微粉４０３の酸化反応を行う温度範囲が１２００℃程度以下、還元反応を行う温度範囲が９００℃程度以下であることから、融点が１２００℃以上であり、少なくとも１２００℃の温度で溶融熱分解が進行しない高融点材料であることが好ましい。更に、媒体粒子４０１は、還元性ガスを用いる場合には、水素やＣＯガス等の還元雰囲気下でも安定な材料、酸化性ガスを用いる場合にはＯ２ガス雰囲気下で安定な材料であることがより好ましい。このような材料として、各種の高融点材料、例えば、炭化物、窒化物または酸化物が挙げられる。炭化物としては、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＴａＣまたはＷＣ等が挙げられる。窒化物としては、Ｓｉ３Ｎ４またはＢＮ等が挙げられる。酸化物としては、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２またはＭｇＯ等が挙げられる。
The
媒体粒子４０１のメディアン径は、０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることが好ましい。媒体粒子のメディアン径が０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であると、媒体粒子４０１がガス供給により均一に流動化し、粉粒流動層４００が形成されやすい。媒体粒子４０１のメディアン径は、より好ましくは、０．３ｍｍ以上である。また、媒体粒子４０１のメディアン径は、より好ましくは、０．６ｍｍ以下である。媒体粒子４０１のメディアン径は、より一層好ましくは、上記範囲において、原料微粉４０３のメディアン径の５倍以上、更に好ましくは１０倍以上である。媒体粒子４０１のメディアン径が、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であり、かつ、原料微粉のメディアン径の１０倍以上であると、粒径の小さな原料微粉４０３自体の自重より、近接する媒体粒子４０１への付着力の効果が相対的に支配的となる。そのため、原料微粉４０３が媒体粒子４０１に付着してその周りにまとわりつくようにして原料微粉４０３も媒体粒子４０１とともに流動化しやすくなり、粉粒流動層４００が形成されやすい。
The median diameter of the
媒体粒子１３のメディアン径は、原料微粉４０３のメディアン径の測定方法と同様の方法で測定でき、この場合、使用する媒体粒子の材料によって粒子屈折率を設定する。
The median diameter of the medium particles 13 can be measured by the same method as the method for measuring the median diameter of the raw material
媒体粒子４０１と原料微粉４０３の体積の割合（以下では、媒体粒子４０１と原料微粉４０３を合わせた全体の体積に対するそれぞれの割合を単に体積割合と呼称することがある。）について、例えば、原料微粉４０３の体積の割合は１体積％以上３０体積％以下であり、好ましくは、３体積％以上である。原料微粉４０３の体積割合が３体積％以上であると、原料微粉の造粒処理効率が向上する。また、原料微粉４０３の体積割合が３０体積％以下であると、原料微粉４０３に近接して存在する媒体粒子４０１が増加し、原料微粉４０３の媒体粒子４０１への付着が増加するため、原料微粉４０３単体のまま流動化ガスにより吹き飛ばされてしまうことが抑制される。また、原料微粉４０３の体積割合が３０体積％以下であると、原料微粉４０３同士での接触頻度が減少するため、流動化が困難になったり、凝集が過大に進行したりすることが抑制される。原料微粉４０３の体積割合は、好ましくは、２０体積％未満である。
Regarding the volume ratio of the
媒体粒子４０１と原料微粉４０３を合わせた全体の体積に対する原料微粉４０３の割合および媒体粒子４０１の割合は、以下の方法で測定することができる。すなわち、媒体粒子４０１および原料微粉４０３それぞれの乾燥状態での嵩密度を予め測定し、所定の体積割合となるそれぞれの重量を嵩密度から求める。使用される媒体粒子４０１の体積割合および原料微粉４０３の体積割合は、測定された嵩密度に対応した重量に基づいて算出することができる。嵩密度の測定にはＰＯＷＤＥＲ ＴＥＳＴＥＲ ＰＴ−Ｘ（ホソカワミクロン製）を用い、ゆるめ嵩密度測定モードにより嵩密度を測定する。
The ratio of the raw material
供給ガスとしては、特段制限されず、酸化性ガス、還元性ガス、または不活性ガスを使用することができる。しかしながら、造粒容器１１０に供給されるガスは、酸化性ガスまたは還元性ガスであることが好ましい。
The supply gas is not particularly limited, and an oxidizing gas, a reducing gas, or an inert gas can be used. However, the gas supplied to the
酸化性ガスは、例えば、酸素を含むガスであり、空気であってもよい。酸化性ガスを用いることで、造粒容器１１０内の原料微粉４０３が酸化焼結し、容易に造粒することが可能となる。
The oxidizing gas is, for example, a gas containing oxygen and may be air. By using the oxidizing gas, the raw material
還元性ガスは、例えば、水素ガス、水素と窒素の混合ガス、水素とＡｒの混合ガス、ＣＯガス、または、合成ガス（一酸化炭素と水素の混合ガス）等である。還元性ガスは、水素と水蒸気の混合ガスや、水素と水蒸気、窒素の混合ガスであっても良い。還元性ガスを用いることで、造粒容器１１０内の原料微粉４０３の表面が還元して原料微粉４０３同士が融着しやすくなる。そのため、容易に造粒することが可能となる。還元性ガスは、より好ましくは、水素ガスである。水素ガスであれば、ＣＯガスに比較して還元速度が大きく、ＣＯガスまたは合成ガスを用いた場合に発生する二酸化炭素の発生もないため、環境負荷が小さい。
The reducing gas is, for example, a hydrogen gas, a mixed gas of hydrogen and nitrogen, a mixed gas of hydrogen and Ar, a CO gas, or a synthetic gas (a mixed gas of carbon monoxide and hydrogen). The reducing gas may be a mixed gas of hydrogen and water vapor, or a mixed gas of hydrogen, water vapor, and nitrogen. By using the reducing gas, the surface of the raw material
供給ガスの流速は、例えば、０．０２ｍ／ｓ以上０．８ｍ／ｓ以下である。供給ガスの流速は、より好ましくは０．０３ｍ／ｓ以上である。また、供給ガスの流速は、より好ましくは０．６ｍ／ｓ以下である。粒径の大きな媒体粒子４０１を安定的に流動化させる観点から、供給ガスの流速は、媒体粒子４０１の最小流動化速度の１．２倍以上３倍以下程度であることが好ましい。最小流動化速度とは、流動層における圧力損失がガス流速の増大に対して一定化する最小のガス流速であり、以下の方法で実験的に測定することができる。すなわち、粒子の存在する層より下部と上部の圧力差（分散板１１３下のガスだめ部分と層上部の空間部分（フリーボード部）における圧力の差）を測定し、粒子を装入しない場合の差圧（分散板のみの圧力損失）を差し引くことで粒子層の圧力損失が得られる。この粒子層の圧力損失をガス空塔速度に対してプロットし、圧力損失が一定化する最小のガス流速を求める。ただし、初期の粒子充填構造の依存性を排除し、再現性のあるデータを取得するため、ガス流速は流動化に十分な大きさから徐々に減少させることで圧力損失が一定の領域から減少し始める点として最小流動化速度を決める。
The flow velocity of the supply gas is, for example, 0.02 m / s or more and 0.8 m / s or less. The flow velocity of the supply gas is more preferably 0.03 m / s or more. The flow velocity of the supplied gas is more preferably 0.6 m / s or less. From the viewpoint of stable fluidization of the
供給ガスの流速は、造粒容器１１０に導入する単位時間当たりのガス流量を容器の断面積で除した値であり、ガス流量は、ガス導入配管に取り付けた流量計で測定することができる。
The flow velocity of the supplied gas is a value obtained by dividing the gas flow rate per unit time introduced into the
造粒容器１１０内の粉粒流動層４００における温度は、特段制限されないが、供給ガスが酸化性ガスの場合には８００℃以上１２００℃程度以下、還元性ガスの場合には５００℃以上９００℃以下であることが好ましい。粉粒流動層４００における温度がこれらの範囲であれば、原料微粉４０３の酸化反応または還元反応が促進され、効率よく造粒することが可能となる。なお、粉粒流動層４００内の温度制御方法は特に限定されないが、粉粒流動層４００の特徴として、ガスと物質の混合が極めて良好であり、粉粒流動層４００内の温度は均温化することから、粉粒流動層４００の温度制御は他の反応制御方法と比較して容易である。加熱方法としては造粒容器１１０を断熱材で囲い、所定の温度に予め加熱した粒子とガスを導入して混合することで粉粒流動層４００内の反応温度を調整することができる。また、外部から造粒容器１１０を加熱して容器壁面と熱交換させて粉粒流動層４００内の温度を所定の温度に調整することも可能である。
The temperature of the powder
供給ガスの温度は、粒子を装入した層の下部（分散板の下部）の位置で測定された温度である。 The temperature of the supply gas is the temperature measured at the position of the lower part of the layer (the lower part of the dispersion plate) in which the particles are charged.
原料微粉４０３の造粒容器１１０中の平均滞留時間は、所望の造粒粉の粒径や生産性を考慮して決定すればよく、温度の高い条件であればより短時間で所望の粒径への造粒が可能となるが、例えば、３分以上６０分以下である。平均滞留時間は、造粒の処理効率の観点、造粒粉が過度に凝集することを避ける観点から、好ましくは、３０分以下である。平均滞留時間は、供給ガス速度や粉粒流動層４００の高さと造粒容器１１０からの粒子抜き出し速度等を変更して制御することができる。
The average residence time of the raw material
造粒粉のメディアン径は、好ましくは、０．０５ｍｍ超である。造粒粉のメディアン径が０．０５ｍｍ超であれば、造粒粉が流動性を示し、還元装置２０で循環流動層または気泡流動層により造粒粉を還元することができる。よって、造粒粉のメディアン径は、０．０５ｍｍ超であることが好ましい。一方、造粒粉のメディアン径は、０．１０ｍｍ未満であることが好ましい。造粒粉のメディアン径は、より好ましくは、０．０８ｍｍ以下である。これは、凝集により造粒粉のメディアン径が大きくなりすぎると、造粒容器１１０内での安定的な流動化が妨げられる惧れがあり、場合によっては分散板１１３など造粒容器１１０内の部分的な閉塞をもたらす可能性があるためである。また、造粒粉が媒体粒子４０１の粒子径と同等まで大きくなると、媒体粒子４０１と造粒粉を粒径差で分離する場合、分離が困難になるためである。
造粒粉のメディアン径は、上述した、媒体粒子４０１の成分、媒体粒子４０１のメディアン径、媒体粒子４０１の体積に対する原料微粉の体積の割合、供給ガスの種類、供給ガス速度、温度、および滞留時間等を変更して調整することができる。調整においては、一定の温度、ガス流速の条件下で、造粒容器１１０内からの粒子の抜き出し速度（単位時間当たり、もしくは一定の時間間隔毎の排出量）を変え、造粒容器１１０内での平均滞留時間を変化させて、所望の粒径に造粒される抜き出し速度を見出すことが最も容易な調整法である。
The median diameter of the granulated powder is preferably more than 0.05 mm. When the median diameter of the granulated powder exceeds 0.05 mm, the granulated powder exhibits fluidity, and the granulated powder can be reduced by the circulating fluidized bed or the bubble fluidized bed in the reducing device 20. Therefore, the median diameter of the granulated powder is preferably more than 0.05 mm. On the other hand, the median diameter of the granulated powder is preferably less than 0.10 mm. The median diameter of the granulated powder is more preferably 0.08 mm or less. This is because if the median diameter of the granulated powder becomes too large due to aggregation, there is a possibility that stable fluidization in the
The median diameter of the granulated powder is the above-mentioned component of the
造粒粉のメディアン径は、原料微粉４０３のメディアン径の測定方法と同様の方法で測定できる。
The median diameter of the granulated powder can be measured by the same method as the method for measuring the median diameter of the raw material
供給ガスが還元性ガスの場合、造粒粉の還元率は、３３％以上８０％以下であることが好ましく、さらに４０％以上７０％以下であることが好ましい。還元率は、以下の方法で算出することができる。すなわち、０．１ｇ程度の造粒粉を、窒素雰囲気のグローブボックス中で石英セルに計り取り、造粒粉が空気と接触するのを避けるため、造粒粉をベンゼンで浸す。石英セルを熱天秤(真空理工、ＴＧＤ７０００)内に設置し、系内を真空排気する。その後、窒素を２．００×１０−４ｍ３／分で流し、２０℃／ｍｉｎの昇温速度で２００℃まで昇温し、ベンゼンを蒸発させる。その後、２０℃／ｍｉｎの昇温速度で７００℃まで昇温し、温度および天秤が安定した後、酸素を系内に導入し、重量増加がなくなるまで保持する。次いで、系内を１００℃以下まで冷却した後、真空排気、窒素置換し、２０℃／ｍｉｎの昇温速度で７００℃まで再び昇温する。そして、水素ガスを２．００×１０−４ｍ３／分で流し、重量変化が認められなくなるまで保持する。上記による重量変化をもとに下記式（１）より還元率を求める。 When the supply gas is a reducing gas, the reduction rate of the granulated powder is preferably 33% or more and 80% or less, and more preferably 40% or more and 70% or less. The reduction rate can be calculated by the following method. That is, about 0.1 g of granulated powder is measured in a quartz cell in a glove box having a nitrogen atmosphere, and the granulated powder is immersed in benzene to prevent the granulated powder from coming into contact with air. A quartz cell is installed in a heat balance (vacuum science and engineering, TGD7000), and the inside of the system is evacuated. Then, nitrogen is flowed at 2.00 × 10 -4 m 3 / min, and the temperature is raised to 200 ° C. at a heating rate of 20 ° C./min to evaporate benzene. Then, the temperature is raised to 700 ° C. at a heating rate of 20 ° C./min, and after the temperature and the balance are stabilized, oxygen is introduced into the system and held until the weight increase disappears. Then, after cooling the inside of the system to 100 ° C. or lower, vacuum exhaust and nitrogen substitution are performed, and the temperature is raised again to 700 ° C. at a heating rate of 20 ° C./min. Then, hydrogen gas is flowed at 2.00 × 10 -4 m 3 / min and held until no change in weight is observed. Based on the weight change due to the above, the reduction rate is obtained from the following formula (1).
Ｘ＝｛（ｍＦｅ２０３−ｍｓａｍｐｌｅ）−０．３２９×（ｍＦｅ２０３−ｍＦｅ）｝／｛０．６７１×（（ｍＦｅ２０３−ｍＦｅ）｝ ・・・式（１）
ここで、式中、Ｘは、還元率（％）であり、ｍＦｅ２０３は酸化後の造粒粉の重量（酸素導入後、重量増加がなくなったときの造粒粉の重量）であり、ｍｓａｍｐｌｅは造粒粉の質量であり、ｍＦｅは還元後の造粒粉の重量（水素ガス導入後、重量増加がなくなったときの造粒粉の重量）である。なお、熱天秤による酸化後および還元後の造粒粉の化学形態は、Ｘ線回折によって、各々、Ｆｅ２０３およびＦｅであることを確かめることができる。
X = {(m Fe203 −m sample ) −0.329 × (m Fe203 −m Fe )} / {0.671 × ((m Fe203 −m Fe )}} ・ ・ ・ Equation (1)
Here, in the formula, X is the reduction rate (%), m Fe203 is the weight of the granulated powder after oxidation (the weight of the granulated powder when the weight increase disappears after the introduction of oxygen), and m. sample is the mass of the granulated powder, m Fe is the weight of the granulated powder after reduction (after the hydrogen gas inlet, the weight of the granulated powder at the time of no more weight gain). The chemical form of the granulated powder after and after reduction-oxidation by heat balance by X-ray diffraction, respectively, can be ascertained that the Fe 2 0 3 and Fe.
還元率が３３％以上となることによって、原料微粉の表面に金属鉄が現れ、金属鉄の接触による融着を利用して造粒を進めることが可能となる。還元率が小さいと、融着による造粒が進行しない一方、還元率が８０％を超えて大きくなり過ぎると、金属鉄同士の融着が過度に進行しやすくなり、造粒による粒径の制御が困難になる。原料微粉の形態、脈石成分の含有量にも依存するため、一概に特定することはできないが、好ましくは４０％以上７０％以下の範囲となるように条件を設定するのが良い。 When the reduction rate is 33% or more, metallic iron appears on the surface of the raw material fine powder, and it becomes possible to proceed with granulation by utilizing the fusion due to the contact of the metallic iron. If the reduction rate is small, granulation by fusion does not proceed, while if the reduction rate exceeds 80% and becomes too large, fusion between metallic irons tends to proceed excessively, and the particle size is controlled by granulation. Becomes difficult. Since it depends on the form of the raw material fine powder and the content of the gangue component, it cannot be unconditionally specified, but it is preferable to set the conditions so as to be in the range of 40% or more and 70% or less.
造粒装置１０はバッチ式の処理装置であってもよいし、連続式の処理装置であってもよい。バッチ式の場合は、造粒処理後の造粒粉は媒体粒子４０１とともに、例えば、造粒容器１１０の下部に設けられた開閉可能な取り出し口（図示せず）から抜き取られる。連続式の場合は、例えば、造粒容器１１０に設けられた開閉可能な取り出し口の弁が一定の時間間隔または連続的に開かれ、媒体粒子４０１とともに造粒粉が抜き取られるとともに、造粒容器１１０の上部より媒体粒子４０１が補給される。
The granulation apparatus 10 may be a batch type processing apparatus or a continuous processing apparatus. In the case of the batch type, the granulated powder after the granulation treatment is taken out together with the
造粒装置１０では、排ガス（オフガス）に、原料微粉４０３が含まれる場合がある。そこで、乾式集塵機１２０を用いて、オフガスに含まれる原料微粉４０３を捕集することが好ましい。乾式集塵機１２０で捕集された原料微粉４０３は、再度造粒容器１１０に装入することができる。乾式集塵機１２０としては、例えば、サイクロンやマルチクロン、セラミックフィルターなどを用いることができる。
In the granulation apparatus 10, the exhaust gas (off gas) may contain the raw material
造粒装置１０で製造された造粒粉は、造粒粉分離装置１３０（図６参照）によって媒体粒子４０１から分離回収される。造粒粉を媒体粒子４０１から分離回収する方法は、磁選、篩い分け、風力分級、または、沈降分級等の公知の方法であってよい。媒体粒子４０１とともに抜き取られた造粒粉は、例えば、十分に大きな媒体粒子４０１との粒径差を利用した篩分けによって媒体粒子４０１と分離される。この際、所定の粒径まで造粒されていない原料微粉４０３は篩分けによって所定の粒径範囲となった造粒粉と分離し、媒体粒子４０１とともに再度造粒容器１１０に戻すようにしても良い。
ここまで造粒装置１０について説明した。
The granulated powder produced by the granulation apparatus 10 is separated and recovered from the
Up to this point, the granulation apparatus 10 has been described.
＜還元装置２０＞
続いて、図２〜４を参照して還元装置２０を説明する。図２は、本実施形態に係る還元装置を構成可能な循環流動層還元装置の模式図である。図３は、気泡流動層を説明するための模式図である。図４は、本実施形態に係る還元装置を構成可能な気泡流動層還元装置の模式図である。
<Reduction device 20>
Subsequently, the reduction device 20 will be described with reference to FIGS. 2 to 4. FIG. 2 is a schematic diagram of a circulating fluidized bed reducing device capable of configuring the reducing device according to the present embodiment. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the bubble fluidized bed. FIG. 4 is a schematic view of a bubble fluidized bed reducing device capable of configuring the reducing device according to the present embodiment.
還元装置２０は、造粒装置１０で造粒された造粒粉が流動して形成された流動層で、少なくとも当該造粒粉を還元する。還元装置２０は、例えば、循環流動層を形成する一つ以上の循環流動層還元装置２００または気泡流動層（Ｂｕｂｂｌｉｎｇ ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｂｅｄ；ＢＦＢ）を形成する一つ以上の気泡流動層還元装置３００の少なくともいずれかを備える。以下に循環流動層還元装置２００および気泡流動層還元装置３００について説明する。 The reducing device 20 is a fluidized bed formed by flowing the granulated powder granulated by the granulation device 10, and at least reduces the granulated powder. The reducing device 20 is, for example, at least one of one or more circulating fluidized bed reducing devices 200 forming a circulating fluidized bed or one or more bubble fluidized bed reducing devices 300 forming a bubble fluidized bed (BFB). To prepare for. The circulating fluidized bed reducing device 200 and the bubble fluidized bed reducing device 300 will be described below.
（循環流動層還元装置２００）
循環流動層還元装置２００は、例えば、図２に示すように、造粒粉が還元される容器であるライザー部２１０、ライザー部２１０の上部に設けられた出口２１４に接続されたサイクロン２２０、および、サイクロン２２０の底部から下方に延びてライザー部２１０の下部に接続される循環ライン２３０、を備える。
(Circulating fluidized bed reducing device 200)
As shown in FIG. 2, for example, the circulating fluidized bed reducing device 200 includes a
ライザー部２１０は、底部に配され、供給ガスがライザー部２１０の内部に供給されるガス供給口２１１と、鉱石粉が供給される鉱石粉供給口２１２と、ガス供給口２１１よりも上方に配された分散板２１３と、を有する。循環ライン２３０は、サイクロン２２０の下部に接続された、サイクロン２２０でガスと分離された鉱石粉の流路であるダウンカマー２３１と、ダウンカマー２３１の下端に一端が接続され、ライザー部２１０の分散板２１３の上方に他端が接続されたループシール部２３２と、を有する。ループシール部２３２は、一時的に溜められた鉱石粉によりシールの効果を果たす。なお、造粒装置１０の造粒容器１１０における流動層と同様に、循環流動層を形成するためのガスの通気方法・形態は、分散板２１３については多孔質板やスリット板のような平板型のほか、単純なノズル型やノズル先端に各種形態の吹き出し孔付きキャップを設けたキャップ型、チューブ側面に複数の穴をあけたグリッドチューブを配置したパイプ型など、ガスをライザー部２１０に導入し、粒子を吹き上げて流動層を形成可能なものであればその具体的な形態は限定されない。
The
鉱石粉供給口２１２から供給される鉱石粉は、少なくとも、造粒装置１０で造粒された造粒粉を含む。鉱石粉は、造粒装置１０で造粒された造粒粉に限られず、例えば、流動性を示す粒径を有する微粉鉱石等を含んでもよい。
The ore powder supplied from the ore
ガス供給口２１１からライザー部２１０の内部に供給される供給ガスは、例えば、水素ガス、ＣＯガス、もしくは、合成ガス（一酸化炭素と水素の混合ガス）等の還元性ガス、または、還元性ガスと不活性ガスの混合ガスであってもよい。ライザー部２１０の内部に供給されるガスは、還元性ガスと不活性ガス、水蒸気の組み合わせであってもよい。上記の供給ガスにより鉱石が還元されて還元鉄が得られる。還元性ガスは、より好ましくは、水素ガスである。従来のシャフト炉を用いた還元鉄の製造では、還元反応で天然ガスや石炭、ＣＯガスを使用するため、地球温暖化の一因となり得るＣＯ２が発生し、環境負荷が大きい。一方で、ライザー部２１０に供給する還元性ガスに水素ガスを用いれば、還元反応によるＣＯ２の発生が無く、環境に与える負荷を抑制することができる。
The supply gas supplied from the
供給ガスの流速は、鉱石粉の粒径に依存するが、例えば、１．０ｍ／ｓ以上１０ｍ／ｓ以下である。供給ガスの流速（ガス空塔速度）は、循環流動層の利点として挙げられるガスとの反応効率の向上の観点から、平均ガス速度と粒子の平均速度の差（スリップ速度）が大きくなるように設定することが好ましい。一般的な鉄鉱石の比重と、造粒粉の粒径範囲から、供給ガスの流速は好ましくは、３．０ｍ／ｓ以上７．０ｍ／ｓ以下である。 The flow velocity of the supply gas depends on the particle size of the ore powder, but is, for example, 1.0 m / s or more and 10 m / s or less. The flow velocity of the supplied gas (gas superficial velocity) is such that the difference between the average gas velocity and the average velocity of the particles (slip velocity) becomes large from the viewpoint of improving the reaction efficiency with the gas, which is mentioned as an advantage of the circulating fluidized bed. It is preferable to set it. From the specific gravity of general iron ore and the particle size range of the granulated powder, the flow velocity of the supply gas is preferably 3.0 m / s or more and 7.0 m / s or less.
供給ガスの流速は、鉱石粉を吹き上げるライザー部２１０の位置での空塔速度であり、導入する単位時間当たりのガス流量を容器のライザー部２１０の断面積で除した値であり、ガス導入配管に取り付けた流量計で測定することができる。
The flow velocity of the supply gas is the superficial velocity at the position of the
還元装置２０内の還元反応温度は、５００℃以上９００℃以下であることが好ましい。還元装置２０内の還元反応温度が５００℃以上９００℃以下であれば、鉱石粉の還元反応が促進され、製造性が向上する。還元装置２０内の還元反応温度は、鉱石粉の還元速度を向上させ、効率よく還元鉄を得る観点から、より好ましくは、５５０℃以上である。また、還元装置２０内の還元反応温度は、鉱石粉同士の融着による凝集の過度な進行を抑制する観点から、より好ましくは、７５０℃以下である。 The reduction reaction temperature in the reduction apparatus 20 is preferably 500 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. When the reduction reaction temperature in the reduction apparatus 20 is 500 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, the reduction reaction of the ore powder is promoted and the manufacturability is improved. The reduction reaction temperature in the reduction apparatus 20 is more preferably 550 ° C. or higher from the viewpoint of improving the reduction rate of the ore powder and efficiently obtaining the reduced iron. Further, the reduction reaction temperature in the reduction apparatus 20 is more preferably 750 ° C. or lower from the viewpoint of suppressing excessive progress of aggregation due to fusion of ore powders.
サイクロン２２０は、排ガスとともに飛散する粒子を捕集する。捕集された粒子は、循環ライン２３０を通ってライザー部２１０に戻され、排ガスは、乾式集塵機２４０を介して循環流動層還元装置２００外へ排出される。
The
鉱石粉供給口２１２から供給された鉱石粉は、ガス供給口２１１から供給され、分散板２１３の複数の通気口を通って整流された供給ガスによって流動化される。詳細には、鉱石粉は、ライザー部２１０の内部において、下方から上方へ輸送され、サイクロン２２０および循環ライン２３０を通り、循環流動層還元装置２００の内部を循環する。したがって、循環流動層還元装置２００の内部が循環流動層となっている。なお、ループシール部２３２では、鉱石粉が暫く滞留している。鉱石粉は、主にライザー部において流動しながら供給ガスによって還元されて還元鉄となる。還元鉄は、開閉可能な還元鉄取り出し口（図示せず）から排出される。一般的には、循環流動層のサイクロン２２０の下部（ダウンカマー２３１途中）に取り出し口が設けられる場合が多い。循環流動層還元装置２００による還元反応がバッチ式の処理の場合は、還元処理後の粉末は、例えば、サイクロン２２０の下部（ダウンカマー２３１途中）に設けられた開閉可能な取り出し口（図示せず）から抜き取られる。還元処理が連続式の場合は、例えば、ライザー部２１０に設けられた開閉可能な取り出し口の弁が一定の時間間隔または連続的に開かれ、処理後の粉末が抜き取られるとともに、鉱石粉供給口２１２より鉱石粉が補給される。
The ore powder supplied from the ore
循環流動層還元装置２００内に滞留する鉱石粉の平均滞留時間は、還元反応の温度に依存するが、３分以上１２０分以下であることが好ましい。平均滞留時間が３分以上であれば、高い還元率の還元鉄が得られる。一方、平均滞留時間が１２０分以下であると、還元装置としての処理効率が高く維持される。また、平均滞留時間が１２０分以下であると、過剰な還元の進行による鉱石粉の強度低下、または循環中の鉱石同士もしくは鉱石と装置との衝突により鉱石が微粉化し、還元鉄としての回収効率が低下することが抑制される。よって、平均滞留時間は１２０分以下であることが好ましい。循環流動層還元装置２００内に滞留する鉱石粉の平均滞留時間は、より好ましくは、５分以上６０分以下である。平均滞留時間の調整は、時間当たりに取出し口から抜き取る鉱石粉の量を調整することで行う。 The average residence time of the ore powder retained in the circulating fluidized bed reduction apparatus 200 depends on the temperature of the reduction reaction, but is preferably 3 minutes or more and 120 minutes or less. If the average residence time is 3 minutes or more, reduced iron with a high reduction rate can be obtained. On the other hand, when the average residence time is 120 minutes or less, the processing efficiency as a reducing device is maintained high. Further, when the average residence time is 120 minutes or less, the strength of the ore powder is lowered due to the progress of excessive reduction, or the ore is pulverized due to the collision between the ores in circulation or the ore and the device, and the recovery efficiency as reduced iron. Is suppressed from decreasing. Therefore, the average residence time is preferably 120 minutes or less. The average residence time of the ore powder retained in the circulating fluidized bed reducing device 200 is more preferably 5 minutes or more and 60 minutes or less. The average residence time is adjusted by adjusting the amount of ore powder extracted from the outlet per hour.
鉱石粉の平均滞留時間は、以下の方法で算出することができる。すなわち、トレーサー粒子として、例えば、メディアン径が等しく、脈石成分の異なる鉱石粉を一定量投入し、排出される還元鉄の脈石成分の含有率の時間変化を調べる。これにより得られる、投入したトレーサー鉱石粉を特徴づける脈石成分の含有率が最も高くなるピークの時間帯を鉱石粉の平均滞留時間とする。上記の方法から、平均滞留時間を実験的に測定することが可能である。 The average residence time of ore powder can be calculated by the following method. That is, for example, as tracer particles, a certain amount of ore powder having the same median diameter and different gangue components is added, and the time change of the content of the gangue components of the discharged reduced iron is investigated. The peak time zone in which the content of the gangue component that characterizes the input tracer ore powder is highest, which is obtained by this, is defined as the average residence time of the ore powder. From the above method, it is possible to measure the average residence time experimentally.
ここまで循環流動層還元装置２００を説明した。続いて、気泡流動層還元装置３００を説明する。 Up to this point, the circulating fluidized bed reducing device 200 has been described. Subsequently, the bubble fluidized bed reducing device 300 will be described.
（気泡流動層還元装置３００）
気泡流動層還元装置３００は、例えば、図３に示すような、鉱石粉５０１による流動層においてガスによる気泡５０２が形成されている状態の流動層である気泡流動層５００を形成する。気泡５０２は流動状態に依存してその形態はさまざまであり、流動状態によっては明確な気泡が形成されない場合もある。気泡流動層還元装置３００は、例えば、図４に示すように、気泡流動層５００を形成し、鉱石粉５０１が還元される容器である反応器３１０を備える。反応器３１０は、基本的に循環流動層還元装置２００のライザー部２１０と同様である。
(Bubble fluidized bed reducing device 300)
The bubble fluidized bed reducing device 300 forms, for example, the
気泡流動層５００は、ガス供給口３１１から供給され、分散板３１３の複数の通気口を通って整流されたガスによって鉱石粉が流動して形成される。なお、造粒装置１０の造粒容器１１０における流動層や循環流動層と同様に、気泡流動層を形成するためのガスの通気方法・形態は、分散板３１３については多孔質板やスリット板のような平板型のほか、単純なノズル型やノズル先端に各種形態の吹き出し孔付きキャップを設けたキャップ型、チューブ側面に複数の穴をあけたグリッドチューブを配置したパイプ型など、ガスを反応器３１０に導入し、粒子を吹き上げて流動層を形成可能なものであればその具体的な形態は限定されない。
The
鉱石粉５０１は、循環流動層還元装置２００に使用される鉱石粉と同様であり、少なくとも、造粒装置１０で造粒された造粒粉を含む。鉱石粉５０１は、造粒装置１０で造粒された造粒粉に限られず、例えば、流動性を示す粒径を有する微粉鉱石等を含んでもよい。
The
ガス供給口３１１から反応器３１０の内部に供給される供給ガスは、例えば、水素ガス、ＣＯガス、もしくは、合成ガス（一酸化炭素と水素の混合ガス）等の還元性ガス、または、還元性ガスと不活性ガスの混合であってもよく、還元性ガスと不活性ガス、水蒸気の組み合わせであってもよい。還元性ガスは、環境負荷低減の観点から、好ましくは、水素ガスである。
The supply gas supplied from the
供給ガスの流速は、鉱石粉の粒径に依存するが、例えば、０．２ｍ／ｓ以上１．０ｍ／ｓ未満である。気泡流動層還元装置３００に導入される供給ガスの流速（ガス空塔速度）は、循環流動層還元装置２００に使用される供給ガスの流速より小さく、気泡流動層５００から飛び出す鉱石粉は極めて少ない。気泡流動層還元装置３００に導入される供給ガスの流速は、好ましくは、０．３ｍ／ｓ以上０．８ｍ／ｓ以下である。
The flow velocity of the supply gas depends on the particle size of the ore powder, but is, for example, 0.2 m / s or more and less than 1.0 m / s. The flow velocity of the supply gas introduced into the bubble fluidized bed reduction device 300 (gas superficial velocity) is smaller than the flow velocity of the supply gas used in the circulating fluidized bed reduction device 200, and the amount of ore powder ejected from the
供給ガスの流速は、鉱石粉の気泡流動層５００が実現される気泡流動層還元装置３００内での空塔速度であり、導入する単位時間当たりのガス流量を気泡流動層還元装置３００の反応器３１０の流動層部断面積で除した値であり、ガス導入配管に取り付けた流量計で測定することができる。
The flow velocity of the supplied gas is the superficial velocity in the bubble fluidized bed reducing device 300 in which the
気泡流動層還元装置３００内の還元反応温度は、５００℃以上９００℃以下であることが好ましい。気泡流動層還元装置３００内の還元反応温度が５００℃以上９００℃以下であれば、鉱石粉の還元反応が促進され、製造性が向上する。気泡流動層還元装置３００内の還元反応温度は、鉱石粉の還元速度を向上させ、効率よく還元鉄を得る観点から、より好ましくは、５５０℃以上である。また、気泡流動層還元装置３００内の還元反応温度は、鉱石粉同士の融着による凝集の過度な進行を抑制する観点から、より好ましくは、７５０℃以下である。 The reduction reaction temperature in the bubble fluidized bed reducing device 300 is preferably 500 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. When the reduction reaction temperature in the bubble fluidized bed reducing device 300 is 500 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, the reduction reaction of the ore powder is promoted and the manufacturability is improved. The reduction reaction temperature in the bubble fluidized bed reducing device 300 is more preferably 550 ° C. or higher from the viewpoint of improving the reduction rate of the ore powder and efficiently obtaining reduced iron. Further, the reduction reaction temperature in the bubble fluidized bed reducing device 300 is more preferably 750 ° C. or lower from the viewpoint of suppressing excessive progress of aggregation due to fusion of ore powders.
気泡流動層還元装置３００内に滞留する鉱石粉の平均滞留時間は、３分以上１８０分以下であることが好ましい。平均滞留時間が３分以上であれば、高い還元率の還元鉄が得られる。一方、平均滞留時間が１８０分以下であると、還元装置としての処理効率が高く維持される。また、平均滞留時間が１８０分以下であると、過剰な還元の進行による鉱石粉の強度低下、または循環中の鉱石同士もしくは鉱石と装置との衝突により鉱石が微粉化し、還元鉄としての回収効率が低下することが抑制される。よって、平均滞留時間は１８０分以下であることが好ましい。気泡流動層還元装置３００内に滞留する鉱石粉の平均滞留時間は、より好ましくは、５分以上１５０分以下である。平均滞留時間の調整は、循環流動層還元装置２００の場合と同様に、時間当たりに取出し口から抜き取る鉱石粉の量を調整することで行う。平均滞留時間の測定は、循環流動層還元装置２００における鉱石粉の平均滞留時間の測定方法と同様の方法で行うことができる。 The average residence time of the ore powder retained in the bubble fluidized bed reducing device 300 is preferably 3 minutes or more and 180 minutes or less. If the average residence time is 3 minutes or more, reduced iron with a high reduction rate can be obtained. On the other hand, when the average residence time is 180 minutes or less, the processing efficiency as a reducing device is maintained high. If the average residence time is 180 minutes or less, the strength of the ore powder decreases due to the progress of excessive reduction, or the ore is pulverized due to the collision between the ores in circulation or between the ore and the device, and the recovery efficiency as reduced iron. Is suppressed from decreasing. Therefore, the average residence time is preferably 180 minutes or less. The average residence time of the ore powder retained in the bubble fluidized bed reducing device 300 is more preferably 5 minutes or more and 150 minutes or less. The average residence time is adjusted by adjusting the amount of ore powder extracted from the take-out port per hour, as in the case of the circulating fluidized bed reducing device 200. The average residence time can be measured by the same method as the method for measuring the average residence time of the ore powder in the circulating fluidized bed reducing device 200.
鉱石粉供給口３１２から供給された鉱石粉は、ガス供給口３１１から供給され、分散板３１３の複数の通気口を通って整流された供給ガスによって流動化される。詳細には、鉱石粉は、反応器３１０の内部において、気泡流動層５００を形成し、流動しながら供給ガスによって還元されて還元鉄となる。還元鉄は、開閉可能な還元鉄取り出し口（図示せず）から排出される。
The ore powder supplied from the ore
上記の反応器３１０は、一段の気泡流動層を形成する反応器であるが、気泡流動層還元装置３００に備えられる反応器は、反応器３１０に限られず、例えば、図５に示すような、内部に複数の還元室を有する反応器３１０Ａであってもよい。図５は、同実施形態に係る気泡流動層還元装置の反応器の別の例を示す模式図である。
The above-mentioned
反応器３１０Ａは、例えば、長手方向の一方の側面に設けられた鉱石粉供給口３１２と、長手方向の他方の側面設けられた出口３１４と、長手方向に並列した複数のガス供給口３１１と、各ガス供給口３１１の上方に設けられた分散板３１３と、隣り合うガス供給口３１１の間に設けられた仕切り板３１５と、を備えてもよい。反応器３１０Ａの内部には、仕切り板３１５により複数の還元室が形成されている。仕切り板３１５の高さは、気泡流動層５００の高さよりも短い。このような構成の反応器３１０Ａは、鉱石粉の平均滞留時間を長くすることができ、到達還元率を高めることができる。なお、鉱石粉供給口の設置位置および設置数、出口の設置位置および設置数、ならびに仕切り板の設置位置および設置数等は、図５に示す態様に限られず、適宜変更されてよいことは言うまでもない。
ここまで気泡流動層還元装置３００を説明した。
The
Up to this point, the bubble fluidized bed reducing device 300 has been described.
還元装置２０では、排ガス（オフガス）に、微粉化した還元率が低い鉱石や還元鉄が含まれる場合がある。そこで、乾式集塵機２４０、３２０を用いて、オフガスに含まれる微粉化した還元率が低い鉱石や還元鉄を捕集することが好ましい。乾式集塵機２４０、３２０で捕集された鉱石や還元鉄は、造粒装置１０に供給される原料微粉として利用することができる。これにより、ダストロスを低減して投入原料の総重量に対する製品還元鉄重量の歩留りを向上させた還元システムの実現が可能である。つまり、造粒装置１０では、原料微粉４０３として、例えば、粒径の小さなペレットフィード等の微粉鉱石や、粒度分布の広いシンターフィードなどの粉鉱石から篩分けした微粒子の鉱石、または、還元が途中まで進行しウスタイトを多く含む転炉ダストやマグネタイト精鉱等の再酸化性のある微粉を対象に、還元装置２０の前段に設けた造粒装置１０によってこれらの微粉を造粒する。流動化容易な粒径に造粒された造粒粉は、その後段で還元装置２０に移送されて十分な滞留時間で還元処理されるが、還元装置２０内では新たにダストが生成される。ダストは、オフガスから回収して再度造粒装置１０へ戻すことで、原料微粉４０３を出発原料とした還元処理を高歩留りで効率的に行うことが可能となる。なお、乾式集塵機２４０、３２０は、発明に係る捕集装置に対応する。
In the reduction device 20, the exhaust gas (off gas) may contain pulverized ore or reduced iron having a low reduction rate. Therefore, it is preferable to use
乾式集塵機２４０、３２０としては、例えば、サイクロンやマルチクロン、セラミックフィルターなどを用いることができる。循環流動層還元装置２００では、例えば、サイクロン２２０の後方に乾式集塵機２４０としてサイクロン２２０より小型のサイクロンを直列に設けてもよい。また、気泡流動層還元装置３００では、例えば、反応器３１０の上部に設けられた出口３１４の後方に乾式集塵機としてサイクロンが設けられる。
As the
また、循環流動層還元装置２００および気泡流動層還元装置３００の供給ガスの流速は、造粒装置１０における供給ガスの流速より大きく設定することが好ましい。これにより、循環流動層還元装置２００のライザー部２１０内および気泡流動層還元装置３００の反応器３１０内のそれぞれにおいて、鉱石粉は造粒装置１０内より激しく流動することで互いに融着せず、鉱石粉が造粒装置１０で造粒された粒径を大きく超えてさらに凝集が進行することを抑制することができる。その結果、ライザー部２１０または反応器３１０の閉塞を防止することができ、高い生産性を維持することができる。
Further, it is preferable that the flow velocity of the supply gas of the circulating fluidized bed reducing device 200 and the bubble fluidized bed reducing device 300 is set to be larger than the flow velocity of the supplied gas in the granulation device 10. As a result, in each of the
還元装置２０は、一つの循環流動層還元装置２００または一つの気泡流動層還元装置３００であってもよいし、複数の循環流動層還元装置２００または複数の気泡流動層還元装置３００であってもよいし、一つ以上の循環流動層還元装置２００および一つ以上の気泡流動層還元装置３００を組み合わせたものであってもよい。循環流動層は、供給ガスの平均流速と鉱石の平均移動速度の差（スリップ速度）が大きいため、鉱石粉に接触する還元性ガスの交換頻度が高く、鉱石粉の周囲が平衡状態に近づいて還元反応が停滞することが避けられ、鉱石粉が効率よく還元される。一方で、鉱石粉の平均移動速度自体も大きいため、鉱石粉同士の衝突等により、機械的な摩耗や破壊が起こり、ダストが生じやすい。気泡流動層は、循環流動層と比較して供給ガスの平均流速と鉱石の平均移動速度の差（スリップ速度）が小さいため、気泡流動層による鉱石粉の還元効率は、循環流動層による鉱石粉の還元効率に劣る。一方で、ダストの発生については、循環流動層よりも抑制される傾向があるほか、ガス流速を抑えることでガス導入のためのエネルギー・コストを抑えることが可能である。循環流動層および気泡流動層の特徴、ならびに鉱石のメディアン径やＦｅ含有量等を考慮して、還元装置２０の構成を決定することが好ましい。 The reducing device 20 may be one circulating fluidized bed reducing device 200 or one bubble fluidized bed reducing device 300, or may be a plurality of circulating fluidized bed reducing devices 200 or a plurality of bubble fluidized bed reducing devices 300. Alternatively, it may be a combination of one or more circulating fluidized bed reducing devices 200 and one or more bubble fluidized bed reducing devices 300. In the circulating fluid layer, the difference between the average flow velocity of the supplied gas and the average moving speed of the ore (slip speed) is large, so the frequency of exchanging the reducing gas that comes into contact with the ore powder is high, and the circumference of the ore powder approaches an equilibrium state. Stagnation of the reduction reaction is avoided, and the ore powder is efficiently reduced. On the other hand, since the average moving speed of the ore powder itself is high, mechanical wear and destruction occur due to collisions between the ore powders, and dust is likely to be generated. Since the difference (slip speed) between the average flow velocity of the supplied gas and the average moving speed of the ore is smaller in the bubble fluidized bed than in the circulating fluidized bed, the reduction efficiency of the ore powder by the bubble fluidized bed is the ore powder by the circulating fluidized bed. Is inferior in reduction efficiency. On the other hand, the generation of dust tends to be suppressed more than that of the circulating fluidized bed, and it is possible to reduce the energy cost for introducing gas by suppressing the gas flow velocity. It is preferable to determine the configuration of the reducing device 20 in consideration of the characteristics of the circulating fluidized bed and the bubble fluidized bed, the median diameter of the ore, the Fe content, and the like.
ここで、図６〜９を参照して、還元鉄の製造設備の構成例を説明する。図６は、還元装置２０として一つの循環流動層還元装置２００が備えられた還元鉄の製造設備の一例を示す概略構成図である。図７は、還元装置２０として一つの気泡流動層還元装置３００が備えられた還元鉄の製造設備の一例を示す概略構成図である。図８は、還元装置２０として、一つの循環流動層還元装置２００および三つの気泡流動層還元装置３００が備えられた還元鉄の製造設備の一例を示す概略構成図である。図９は、還元装置２０として、一つの循環流動層還元装置２００および内部に複数の還元室を有する一つの気泡流動層還元装置３００が備えられた還元鉄の製造設備の一例を示す概略構成図である。なお、図６〜９中の実線矢印は、粉体の流れを示し、破線矢印は、ガスの流れを示している。 Here, a configuration example of a reduced iron manufacturing facility will be described with reference to FIGS. 6 to 9. FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an example of a reduced iron manufacturing facility provided with one circulating fluidized bed reducing device 200 as the reducing device 20. FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an example of a reduced iron manufacturing facility provided with one bubble fluidized bed reducing device 300 as the reducing device 20. FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing an example of a reduced iron manufacturing facility provided with one circulating fluidized bed reducing device 200 and three bubble fluidized bed reducing devices 300 as the reducing device 20. FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing an example of a reduced iron manufacturing facility provided with one circulating fluidized bed reducing device 200 and one bubble fluidized bed reducing device 300 having a plurality of reducing chambers as the reducing device 20. Is. The solid line arrows in FIGS. 6 to 9 indicate the powder flow, and the broken line arrows indicate the gas flow.
例えば、図６に示した還元鉄の製造設備では、以下のようにして還元鉄が製造される。まず、媒体粒子４０１が造粒容器１１０に装入され、造粒容器１１０の下部からガスが導入されている。媒体粒子４０１は、ガス４０２とともに、造粒容器１１０の内部で粉粒流動層４００を形成している。原料微粉４０３が造粒容器１１０に供給され、粉粒流動層４００により凝集し、造粒粉４０４が造粒される。
For example, in the reduced iron production facility shown in FIG. 6, reduced iron is produced as follows. First, the
造粒粉４０４と媒体粒子４０１との混合物は造粒粉分離装置１３０に輸送され、造粒粉分離装置１３０により、造粒粉４０４と媒体粒子４０１とに分離される。分離された媒体粒子４０１は、再度造粒容器１１０に装入される。造粒粉４０４は、循環流動層還元装置２００のライザー部２１０に供給される。
The mixture of the
ライザー部２１０に供給された造粒粉４０４は、ライザー部２１０の下部から導入された供給ガス４０２により、循環流動層を形成する。造粒粉４０４と循環流動層内で新たに発生したダスト４０５を含むガスは、サイクロン２２０で分離され、造粒粉４０４はライザー部２１０に再度送入される。この際、造粒粉４０４は、循環流動層内で、供給ガス４０２によって還元されて還元鉄４０６となる。ダスト４０５を含むオフガスは、乾式集塵機２４０に送られる。ダスト４０５は、乾式集塵機２４０によってオフガスと分離されて回収され、リターン原料微粉として造粒容器１１０に供給される。
The
上記のように、例えば、造粒装置１０と、還元装置２０として一つの循環流動層還元装置２００が備えられた還元鉄の製造設備によって、還元鉄が製造可能である。 As described above, reduced iron can be produced by, for example, a granulation device 10 and a reduced iron manufacturing facility provided with one circulating fluidized bed reducing device 200 as the reducing device 20.
また、例えば、図７に示した還元鉄の製造設備では、以下のようにして還元鉄４０６が製造される。造粒粉４０４と媒体粒子４０１とが造粒粉分離装置１３０によって分離され、媒体粒子４０１が再度造粒容器１１０に装入されるまでは、図６を用いて説明した例と同様であるため省略する。
Further, for example, in the reduced iron manufacturing equipment shown in FIG. 7, reduced
造粒粉４０４は、気泡流動層還元装置３００の反応器３１０に供給される。反応器３１０に供給された造粒粉４０４は、反応器３１０の下部から導入された供給ガス４０２により、反応器３１０内で気泡流動層５００を形成する。造粒粉４０４は、気泡流動層５００内で還元されて還元鉄４０６となる。ダスト４０５を含むオフガスは、乾式集塵機３２０Ｂを経て、乾式集塵機３２０Ａに送られる。ダスト４０５は、乾式集塵機３２０Ａによってオフガスと分離されて回収され、リターン原料微粉として造粒容器１１０に供給される。図７に示したように、気泡流動層還元装置３００は、複数の乾式集塵機３２０、例えば、乾式集塵機３２０Ａ、３２０Ｂを有していてもよい。これにより、粒度の異なる粉体を、それぞれ回収することができる。そのため、乾式集塵機３２０Ｂでは、オフガスに含まれ得る造粒粉４０４を回収することもできる。乾式集塵機３２０Ｂで回収された造粒粉４０４は、再度反応器３１０に装入される。
The
上記のように、例えば、造粒装置１０と、還元装置２０として一つの気泡流動層還元装置３００が備えられた還元鉄の製造設備によって、還元鉄が製造可能である。 As described above, reduced iron can be produced by, for example, a granulation device 10 and a reduced iron manufacturing facility provided with one bubble fluidized bed reducing device 300 as the reducing device 20.
また、例えば、図８に示した還元鉄の製造設備では、以下のようにして還元鉄４０６が製造される。造粒粉４０４と媒体粒子４０１とが造粒粉分離装置１３０によって分離され、媒体粒子４０１が再度造粒容器１１０に装入されるまでは、図６を用いて説明した例と同様であるため省略する。
Further, for example, in the reduced iron manufacturing equipment shown in FIG. 8, reduced
造粒粉４０４は、循環流動層還元装置２００のライザー部２１０に供給される。ライザー部２１０に供給された造粒粉４０４は、循環流動層内で供給ガス４０２によってその還元が進行する。一部還元した造粒粉４０４は、気泡流動層還元装置３００における一段目の反応器３１０に装入され、反応器３１０で造粒粉４０４と供給ガス４０２とにより形成された気泡流動層５００で、造粒粉４０４の還元が進行する。反応器３１０内の造粒粉４０４は、順次、二段目の反応器３１０、および三段目の反応器３１０に供給されて還元される。造粒粉４０４は、最終的に三段目の反応器３１０内の気泡流動層５００で還元されて、還元鉄４０６となる。
The
反応器３１０のそれぞれに接続された乾式集塵機３２０Ｂは、オフガスに含まれ得る造粒粉４０４を回収し、回収された造粒粉４０４は各反応器３１０に再度送入される。
The
循環流動層還元装置２００のサイクロン２２０、気泡流動層還元装置３００の乾式集塵機３２０Ｂで分離された、ダスト４０５を含むオフガスは、乾式集塵機２４０に送られる。乾式集塵機２４０でオフガスと分離されて回収されたダスト４０５は、リターン原料微粉として再度造粒容器１１０に供給される。
The off-gas containing the
上記のように、例えば、還元装置２０として、一つの循環流動層還元装置２００および三つの気泡流動層還元装置３００が備えられた還元鉄の製造設備によって、還元鉄が製造可能である。循環流動層還元装置２００の後段に気泡流動層還元装置３００が設けられた還元装置２０によれば、鉱石粉表面に到達する還元ガスの供給律速で還元反応が急速に進む傾向がある還元初期段階の還元時間を短時間で行い、還元速度が鉱石内部の物質拡散律速となり還元速度が停滞する傾向がある還元後期段階は還元ガスの過剰な利用を省くことができる。また、気泡流動層還元装置３００を多段にすることで、鉱石粉の平均滞留時間を確保するとともに滞留時間のばらつきを抑制し、目的とする到達還元率の還元鉄を品質のばらつき少なく得ることができる。 As described above, for example, as the reducing device 20, reduced iron can be produced by a reducing iron manufacturing facility provided with one circulating fluidized bed reducing device 200 and three bubble fluidized bed reducing devices 300. According to the reduction device 20 provided with the bubble flow layer reduction device 300 after the circulation flow layer reduction device 200, the reduction reaction tends to proceed rapidly due to the rate-determining supply of the reducing gas reaching the surface of the ore powder. The reduction time is short, and the reduction rate becomes the rate-determining rate of material diffusion inside the ore, and the reduction rate tends to be stagnant. In the late stage of reduction, excessive use of the reducing gas can be eliminated. Further, by increasing the number of stages of the bubble fluidized bed reduction device 300, it is possible to secure the average residence time of the ore powder, suppress the variation in the residence time, and obtain the reduced iron having the desired ultimate reduction rate with less variation in quality. can.
なお、図８には示されていないが、ライザー部２１０および反応器３１０には、造粒粉４０４以外にも例えば、流動性を示す粒径を有する微粉鉱石等が供給されてもよい。
Although not shown in FIG. 8, the
また、例えば、図９に示した還元鉄の製造設備では、以下のようにして還元鉄４０６が製造される。循環流動層還元装置２００内で一部還元した造粒粉４０４が供給ガス４０２によって還元されるまでは、図８を用いて説明した例と同様であるため省略する。
Further, for example, in the reduced iron manufacturing equipment shown in FIG. 9, reduced
一部還元した造粒粉４０４は、気泡流動層還元装置３００における内部に複数の還元室を有する反応器３１０Ａに装入される。造粒粉４０４は、反応器３１０Ａの複数の還元室を移動する。反応器３１０Ａ内に形成された気泡流動層により造粒粉４０４が還元されて還元鉄４０６となる。反応器３１０Ａに接続された乾式集塵機３２０Ｂおよび乾式集塵機２４０は、図８に示したものと同様である。また、サイクロン２２０、乾式集塵機３２０Ｂを経て、乾式集塵機２４０でオフガスと分離されて回収されたダスト４０５は、リターン原料微粉として造粒容器１１０に供給される。
The partially reduced
上記のように、例えば、還元装置２０として、一つの循環流動層還元装置２００および一つの気泡流動層還元装置３００が備えられた還元鉄の製造設備によって、図８の多段にした気泡流動層と同様に、鉱石粉の平均滞留時間を確保するとともに滞留時間のばらつきを抑制し、目的とする到達還元率の還元鉄を品質のばらつき少なく得ることができる。 As described above, for example, as the reducing device 20, the reduced iron manufacturing facility provided with one circulating fluidized bed reducing device 200 and one bubble fluidized bed reducing device 300 provides the multi-stage bubble fluidized layer of FIG. Similarly, it is possible to secure the average residence time of the ore powder, suppress the variation in the residence time, and obtain the reduced iron having the desired ultimate reduction rate with less variation in quality.
なお、図９には示されていないが、ライザー部２１０、反応器３１０Ａには、造粒粉４０４以外にも例えば、流動性を示す粒径を有する微粉鉱石等が供給されてもよい。
Although not shown in FIG. 9, the
還元装置２０によって得られる還元鉄の還元率は、プロセスの目的に沿って設定される。このプロセスを、電気炉で精錬するための一般的な還元鉄製造法として用いる場合には、到達還元率は９０％以上であることが好ましい。還元率が９０％以上であれば、還元鉄の最終製品として、例えば電気炉で精錬を行うユーザーに提供することができる。なお、高炉に原料として投入し、高炉におけるコークスなどの還元材比使用率を下げる目的であれば、半還元鉄製品として、到達還元率は９０％を超えるものである必要はなく、例えば７０％程度の到達還元率であってもよい。還元鉄の還元率は、造粒粉の還元率と同様の方法で算出することができる。 The reduction rate of the reduced iron obtained by the reducing device 20 is set according to the purpose of the process. When this process is used as a general method for producing reduced iron for refining in an electric furnace, the ultimate reduction rate is preferably 90% or more. When the reduction rate is 90% or more, it can be provided as a final product of reduced iron to, for example, a user who refines in an electric furnace. If the purpose is to reduce the ratio of reducing material such as coke in the blast furnace by putting it into the blast furnace, the ultimate reduction rate does not have to exceed 90% as a semi-reduced iron product, for example, 70%. It may be a degree of reached reduction rate. The reduction rate of reduced iron can be calculated by the same method as the reduction rate of granulated powder.
本実施形態に係る還元鉄の製造方法は、造粒工程で流動層を用いて難流動性を示す微粉から流動性を示す造粒粉を造粒し、還元工程で流動層を用いてこの造粒粉から還元鉄を製造することができる。そのため、高い歩留りで還元鉄を製造することができる。また、本実施形態に係る還元鉄の製造方法は、従来の塊成化を行う必要がないため、低コストで還元鉄を製造することができる。また、造粒装置および還元装置は複雑ではないため、設備導入コストも低い。 In the method for producing reduced iron according to the present embodiment, a fluidized bed is used in the granulation step to granulate granulated powder showing fluidity from fine powder showing poor fluidity, and this granulation is made using the fluidized bed in the reduction step. Reduced iron can be produced from granules. Therefore, reduced iron can be produced with a high yield. Further, since the method for producing reduced iron according to the present embodiment does not require conventional agglomeration, it is possible to produce reduced iron at low cost. Moreover, since the granulation device and the reduction device are not complicated, the equipment introduction cost is low.
なお、図面に示された造粒装置、循環流動層還元装置および気泡流動層還元装置は、あくまでも一例であって、本実施形態に係る造粒装置、循環流動層還元装置および気泡流動層還元装置は、図面に示された態様に限られないことは言うまでもない。例えば、造粒容器は、当該造粒容器の内部に当該造粒容器と同軸の供給ラインを有し、原料微粉は、この供給ラインから造粒容器の内部に送入されてもよい。還元装置を構成する反応器も同様である。 The granulation apparatus, the circulating fluidized bed reducing apparatus and the bubble fluidized bed reducing apparatus shown in the drawings are merely examples, and the granulation apparatus, the circulating fluidized bed reducing apparatus and the bubble fluidized bed reducing apparatus according to the present embodiment are merely examples. Needless to say, is not limited to the embodiment shown in the drawings. For example, the granulation container has a supply line coaxial with the granulation container inside the granulation container, and the raw material fine powder may be fed into the inside of the granulation container from this supply line. The same applies to the reactors constituting the reducing device.
次に本発明の実施例を示すが、実施例での条件は、本発明の実施可能性および効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、以下の実施例で用いた条件に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。 Next, an example of the present invention will be shown. The conditions in the examples are one condition example adopted for confirming the feasibility and effect of the present invention, and the present invention is used in the following examples. It is not limited to the conditions. The present invention can adopt various conditions as long as the gist of the present invention is not deviated and the object of the present invention is achieved.
表１〜３に示す条件で原料微粉を造粒し、造粒粉を得た。Ｎｏ．８〜１０の例は、造粒工程が行われなかった例である。なお、表１〜３に示す体積割合は、媒体粒子と合わせた全体の体積に対する原料微粉の体積の割合を意味する。 The raw material fine powder was granulated under the conditions shown in Tables 1 to 3 to obtain granulated powder. No. Examples of 8 to 10 are examples in which the granulation step was not performed. The volume ratio shown in Tables 1 to 3 means the ratio of the volume of the raw material fine powder to the total volume including the medium particles.
原料微粉、媒体粒子、および造粒粉のメディアン径は、以下の方法で測定した。すなわち、湿式測定装置であるレーザ回折式粒子径測定装置（Ｍａｌｖｅｒｎ Ｐａｎａｌｙｔｉｃａｌ社製、Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ ３０００）を用いて、分散媒：水、分散媒屈折率：１．３３とし、粒子屈折率は、原料微粉および造粒粉の場合は２．９１８、媒体粒子の場合は使用する媒体粒子に合わせて設定した。例えば、媒体粒子がＳｉＯ２の場合は、その屈折率は１．５５、である。それぞれの粉体は、投入された粉体を等分に分割することが可能な縮分機により１００ｇまで分割した後、円錐四分法で２ｇまで取り出し、ここから任意に３回サンプリングした粉末の粒子径を上記のレーザ回折式粒子径測定装置により測定し、測定した篩下積算分布における体積基準の粒子径ｄ５０の平均値をメディアン径とした。 The median diameters of the raw material fine powder, the medium particles, and the granulated powder were measured by the following methods. That is, using a laser diffraction type particle size measuring device (Mastersizer 3000 manufactured by Malvern Panasonic), which is a wet measuring device, the dispersion medium: water, the dispersion medium refractive index: 1.33, and the particle refractive index is the raw material fine powder and In the case of granulated powder, it was set to 2.918, and in the case of medium particles, it was set according to the medium particles to be used. For example, when the medium particle is SiO 2 , its refractive index is 1.55. Each powder is divided into 100 g by a splitter capable of dividing the charged powder into equal parts, then taken out to 2 g by a conical quadrant, and the powder particles are arbitrarily sampled three times. the diameter was measured by the above laser diffraction particle size measuring apparatus, the average particle size d 50 of volumetric basis in the measured cumulative under sieve distribution was median diameter.
媒体粒子と合わせた全体の粒子体積に対する原料微粉の体積は、以下の方法で測定した。すなわち、媒体粒子および原料微粉それぞれの乾燥状態での嵩密度を測定し、所定の体積割合となるそれぞれの重量を嵩密度から求めて投入した。嵩密度の測定にはＰＯＷＤＥＲ ＴＥＳＴＥＲ ＰＴ−Ｘ（ホソカワミクロン製）を用い、ゆるめ嵩密度測定モードにより嵩密度を測定し、投入重量を導出した。 The volume of the raw material fine powder with respect to the total particle volume including the medium particles was measured by the following method. That is, the bulk densities of the medium particles and the raw material fine powder in a dry state were measured, and the weights of each of the predetermined volume ratios were obtained from the bulk densities and charged. POWDER TESTER PT-X (manufactured by Hosokawa Micron) was used for measuring the bulk density, and the bulk density was measured in the loose bulk density measurement mode to derive the input weight.
鉱石粉の平均滞留時間は、以下の方法で算出した。すなわち、トレーサー粒子としてメディアン径が原料微粉と等しく、脈石成分の異なる鉱石粉として、化学分析値においてＭｇを５倍以上の成分濃度で含む鉱石を用意した。これを原料微粉を連続的に投入するフィーダーに投入した。このとき、原料微粉が還元鉄として排出される一定の物質流れが実現されている状態であり、そのまま装置を連続運転しながら排出される還元鉄の脈石成分Ｍｇの含有率の時間変化を調べた。これにより得られた、投入したトレーサー鉱石粉を特徴づける脈石成分Ｍｇの含有率が最も高くなるピークの時間帯を平均滞留時間とした。 The average residence time of the ore powder was calculated by the following method. That is, as tracer particles, ores having a median diameter equal to that of the raw material fine powder and having different gangue components were prepared as ores containing Mg at a component concentration of 5 times or more in the chemical analysis value. This was put into a feeder that continuously puts the raw material fine powder. At this time, a constant material flow is realized in which the raw material fine powder is discharged as reduced iron, and the time change of the content rate of the gangue component Mg of the reduced iron discharged while continuously operating the device is investigated. rice field. The peak time zone in which the content of the gangue component Mg that characterizes the added tracer ore powder was the highest was defined as the average residence time.
還元率は、以下の方法で測定した。すなわち、０．１ｇ程度の造粒工程後の造粒粉又は還元工程後の還元粉を、窒素雰囲気のグローブボックス中で石英セルに計り取り、造粒粉又は還元工程後の還元粉が空気と接触するのを避けるため、ベンゼンで浸した。石英セルを熱天秤(真空理工、ＴＧＤ７０００)内に設置し、系内を真空排気した。その後、窒素を２．００×１０−４ｍ３／分で流し、２０℃／ｍｉｎの昇温速度で２００℃まで昇温し、ベンゼンを蒸発させた。その後３℃／ｓの昇温速度で７００℃まで昇温した。温度および天秤が安定した後、酸素を系内に導入し、重量増加がなくなるまで保持した。その後系内を１００℃以下まで冷却した後、真空排気、窒素置換し、２０℃／ｍｉｎの昇温速度で７００℃まで再び昇温した。次いで、水素ガスを２．００×１０−４ｍ３／分で流し、重量変化が認められなくなるまで保持した。重量変化をもとに下記式（１）より還元率を求めた。 The reduction rate was measured by the following method. That is, about 0.1 g of the granulated powder after the granulation step or the reduced powder after the reducing step is measured in a quartz cell in a glove box having a nitrogen atmosphere, and the granulated powder or the reduced powder after the reducing step is with air. Soaked in benzene to avoid contact. A quartz cell was installed in a heat balance (vacuum science and engineering, TGD7000), and the inside of the system was evacuated. Then, nitrogen was flowed at 2.00 × 10 -4 m 3 / min, and the temperature was raised to 200 ° C. at a heating rate of 20 ° C./min to evaporate benzene. After that, the temperature was raised to 700 ° C. at a heating rate of 3 ° C./s. After the temperature and balance were stable, oxygen was introduced into the system and held until there was no weight gain. After that, the inside of the system was cooled to 100 ° C. or lower, vacuum exhausted, replaced with nitrogen, and the temperature was raised again to 700 ° C. at a heating rate of 20 ° C./min. Then, hydrogen gas was flowed at 2.00 × 10 -4 m 3 / min and held until no change in weight was observed. The reduction rate was calculated from the following formula (1) based on the change in weight.
Ｘ＝｛（ｍＦｅ２０３−ｍｓａｍｐｌｅ）−０．３２９×（ｍＦｅ２０３−ｍＦｅ）｝／｛０．６７１×（（ｍＦｅ２０３−ｍＦｅ）｝ ・・・式（１）
ここで、式中、Ｘは、還元率（％）であり、ｍＦｅ２０３は酸化後の造粒粉又は還元粉の重量（酸素導入後、重量増加がなくなったときの造粒粉又は還元粉の重量）であり、ｍｓａｍｐｌｅは造粒粉又は還元粉の質量であり、ｍＦｅは水素ガス中保持後の造粒粉又は還元粉の重量（水素ガス導入後、重量増加がなくなったときの造粒粉又は還元粉の重量）である。なお、熱天秤による酸化後および水素ガス中保持後の造粒粉および還元粉の化学形態は、Ｘ線回折によって、各々、Ｆｅ２０３およびＦｅであることを確かめた。
X = {(m Fe203 −m sample ) −0.329 × (m Fe203 −m Fe )} / {0.671 × ((m Fe203 −m Fe )}} ・ ・ ・ Equation (1)
Here, in the formula, X is the reduction rate (%), and mFe203 is the weight of the granulated powder or the reduced powder after oxidation (the granulated powder or the reduced powder when the weight increase disappears after the introduction of oxygen). (Weight), m sample is the mass of granulated powder or reduced powder, and m Fe is the weight of granulated powder or reduced powder after holding in hydrogen gas (production when the weight increase disappears after the introduction of hydrogen gas). The weight of the granulation powder or the reduced powder). The chemical form of the granulated powder and a reducing powder after retention and hydrogen gas after oxidation by heat balance by X-ray diffraction, respectively, was confirmed to be a Fe 2 0 3 and Fe.
得られた造粒粉又は造粒粉と鉱石粉の混合粉を表４〜６の条件で還元した。表４〜６には、２段の流動層の構成からなる還元槽の場合は、１段目と２段目の還元ガスの流速を記載している。表４〜６に示す滞留時間は、還元装置に設けられた循環流動層を有するライザー部または気泡流動層を有する反応器に造粒粉が滞留した合計の時間である。 The obtained granulated powder or a mixed powder of granulated powder and ore powder was reduced under the conditions shown in Tables 4 to 6. Tables 4 to 6 show the flow velocities of the reducing gas in the first and second stages in the case of the reduction tank having the structure of the two-stage fluidized bed. The residence time shown in Tables 4 to 6 is the total time for the granulated powder to stay in the riser portion having a circulating fluidized bed or the reactor having a bubble fluidized bed provided in the reducing device.
また、表４〜６に示すダスト循環の有無とは、流動層で発生したダストが回収されて造粒装置に再度導入されたか否かであり、「有り」は、当該ダストが造粒装置に再度導入されたことを意味し、「無し」は、当該ダストが造粒装置に導入されなかったことを意味する。Ｎｏ．Ｂ７、Ｂ１１〜Ｂ３０の例は、循環流動層および気泡流動層を有する容器のそれぞれから発生するダストを回収した。なお、ダストの回収には、乾式集塵装置として小型のサイクロンからなるマルチクロンを使用した。 The presence or absence of dust circulation shown in Tables 4 to 6 indicates whether or not the dust generated in the fluidized bed was recovered and reintroduced into the granulation apparatus, and "Yes" means that the dust was collected in the granulation apparatus. It means that it was introduced again, and "none" means that the dust was not introduced into the granulator. No. In the examples of B7 and B11 to B30, dust generated from each of the container having the circulating fluidized bed and the bubble fluidized bed was recovered. For dust recovery, a multi-cron consisting of a small cyclone was used as a dry dust collector.
歩留りは、以下のようにして算出した。すなわち、安定した連続処理状態で、単位時間あたりに還元工程に供した鉱石粉に含まれる鉄分の総質量に対して、同じ単位時間当たりに得られる還元鉄に含まれる鉄分の総質量の割合（％）を歩留りとした。 The yield was calculated as follows. That is, the ratio of the total mass of iron contained in the reduced iron obtained per unit time to the total mass of iron contained in the ore powder subjected to the reduction step in a stable continuous treatment state ( %) Was used as the yield.
還元率について、表１〜６では以下のように記載した。
「Ａ」：９０％以上、９５％以下
「Ｂ」：８５％以上、９０％未満
「Ｃ」：８０％以上、８５％未満
「Ｄ」：７５％以上、８０％未満
「Ｅ」：７０％以上、７５％未満
「Ｆ」：６０％以上、７０％未満
「Ｇ」：５０％以上、６０％未満
「Ｈ」：４０％以上、５０％未満
The reduction rates are described as follows in Tables 1-6.
"A": 90% or more, 95% or less "B": 85% or more, less than 90% "C": 80% or more, less than 85% "D": 75% or more, less than 80% "E": 70% More than 75% "F": 60% or more, less than 70% "G": 50% or more, less than 60% "H": 40% or more, less than 50%
歩留りについて、表４〜６では以下のように記載した。
「Ａ」：９８％以上
「Ｂ」：９５％以上、９８％未満
「Ｃ」：９０％以上、９５％未満
「Ｄ」：８０％以上、９０％未満
「Ｅ」：７０％以上、８０％未満
「Ｆ」：６０％以上、７０％未満
The yields are described in Tables 4 to 6 as follows.
"A": 98% or more "B": 95% or more, less than 98% "C": 90% or more, less than 95% "D": 80% or more, less than 90% "E": 70% or more, 80% Less than "F": 60% or more, less than 70%
表１〜６に示すように、媒体粒子が流動して形成された流動層で、鉄分を含有するメディアン径が０．０５ｍｍ以下の原料微粉から造粒粉を造粒する造粒工程と、造粒粉が流動して形成された流動層で、少なくとも造粒粉を還元する還元工程と、により、微粉鉱石および微粉鉱石を含む粉状鉄鉱石を高い歩留りで還元することができた。
一方、造粒工程を実施しなかったＮｏ．Ｂ８〜Ｂ１０の例は、原料微粉単体で還元装置に投入したために流動化・ハンドリングが困難であり、気泡流動層での流動化不良や、循環流動層のダウンカマー部での滞留・詰まりにより還元鉄の安定な処理と排出が困難であった。そのため、Ｎｏ．Ｂ８〜Ｂ１０の例については、処理後の還元鉄が得られず、歩留りの算出自体が不可能であったため、歩留りおよび還元率の算出は行わなかった。しかしながら、Ｎｏ．Ｂ８〜Ｂ１０の例は、還元鉄の安定な処理と排出が困難であったため、これらの例の歩留りは、表に示した本発明例と比較して、明らかに低かった。
Ｎｏ．Ｂ１３、Ｂ１４の例は原料微粉のメディアン径が０．０５ｍｍ超であり、粉粒流動化が困難であったほか、造粒容器内で凝集が始まると造粒粉が過度に大きくなり、流動化の停止によって造粒粉の取出しができなかった。そのため、Ｎｏ．Ｂ１３、Ｂ１４の例は、還元工程が実施されず、還元鉄の製造ができなかった。よって、Ｎｏ．Ｂ１３、Ｂ１４の例では、歩留りおよび還元率の算出は行わなかった。
また、媒体粒子の粒径が異なるＮｏ．Ｂ１９〜Ｂ２３の例を比較すると、媒体粒子のメディアン径が大きいＮｏ．Ｂ２３の例では、原料微粉の粒径に対して媒体粒子を流動化させる流速が相対的に大きくなり、原料微粉の造粒容器からの散逸が増加した。その結果、媒体粒子のメディアン径がより小さいＮｏ．Ｂ１９〜Ｂ２２の例は、Ｎｏ．Ｂ２３の例に比べて歩留りが高かった。
また、原料微粉の体積割合が異なるＮｏ．Ｂ７、Ｂ２４〜Ｂ２６の例を比較すると、原料微粉の体積割合が小さいほど、造粒容器からガスとともに散逸してしまう原料微粉の割合が小さくなる傾向があり、歩留りが向上した。
造粒粉の粒径を大きくしたＮｏ．Ｂ２９の例は、造粒粉と媒体粒子の粒径差が小さく、造粒容器から抜き出された媒体粒子と造粒粉の分離がやや困難であった。
Ｎｏ．Ｂ３０の例では、還元装置で還元する鉱石粉として、造粒容器で造粒された造粒粉に加え、流動性を示す粒径メディアン径７０μｍの鉱石（シンターフィード：ピソライト鉱石）を用いたものであり、他の実施例と同様に粉状鉄鉱石を高い歩留りで還元することができた。
As shown in Tables 1 to 6, a granulation step of granulating granulated powder from raw material fine powder containing iron and having a median diameter of 0.05 mm or less in a fluidized layer formed by flowing medium particles, and granulation. In the fluidized layer formed by the flow of the granules, at least the reduction step of reducing the granulated powder was able to reduce the fine powder ore and the powdered iron ore including the fine powder ore with a high yield.
On the other hand, No. 1 in which the granulation process was not carried out. In the examples of B8 to B10, it is difficult to fluidize and handle the raw material fine powder alone because it is charged into the reducing device, and it is reduced due to poor fluidization in the bubble fluidized bed and retention / clogging in the downcomer portion of the circulating fluidized bed. Stable treatment and discharge of iron was difficult. Therefore, No. For the examples of B8 to B10, the yield and the reduction rate were not calculated because the reduced iron after the treatment could not be obtained and the yield could not be calculated. However, No. In the examples of B8 to B10, stable treatment and discharge of reduced iron were difficult, so the yield of these examples was clearly lower than that of the examples of the present invention shown in the table.
No. In the examples of B13 and B14, the median diameter of the raw material fine powder was more than 0.05 mm, and it was difficult to fluidize the powder. In addition, when aggregation started in the granulation container, the granulated powder became excessively large and fluidized. The granulated powder could not be taken out due to the stoppage of. Therefore, No. In the examples of B13 and B14, the reduction step was not carried out and the reduced iron could not be produced. Therefore, No. In the examples of B13 and B14, the yield and the reduction rate were not calculated.
In addition, No. 1 having different particle sizes of the medium particles. Comparing the examples of B19 to B23, No. 1 having a large median diameter of the medium particles. In the example of B23, the flow velocity for fluidizing the medium particles became relatively large with respect to the particle size of the raw material fine powder, and the dissipation of the raw material fine powder from the granulation container increased. As a result, No. 1 having a smaller median diameter of the medium particles. Examples of B19 to B22 are No. The yield was higher than that of B23.
In addition, No. 1 in which the volume ratio of the raw material fine powder is different. Comparing the examples of B7 and B24 to B26, the smaller the volume ratio of the raw material fine powder, the smaller the ratio of the raw material fine powder that dissipates with the gas from the granulation container, and the yield is improved.
No. 1 with a larger particle size of the granulated powder. In the example of B29, the difference in particle size between the granulated powder and the medium particles was small, and it was somewhat difficult to separate the medium particles and the granulated powder extracted from the granulation container.
No. In the example of B30, as the ore powder to be reduced by the reducing device, in addition to the granulated powder granulated in the granulation container, an ore (sinter feed: pisolite ore) having a particle size median diameter of 70 μm showing fluidity is used. As in the other examples, the powdered iron ore could be reduced with a high yield.
前述したように、本発明によれば、流動層を用い、難流動性の微粉鉱石および難流動性の微粉鉱石を含む粉状鉄鉱石を高い歩留りで還元することができる。還元されて得られた還元鉄は、スクラップや通常の直接還元鉄（ＤＲＩ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｉｒｏｎ）製品と同様に、電気炉で溶解精錬し、粗鋼製造用の鉄源として用いることができる。また、到達還元率の低いプロセスを設計した場合には、高炉における還元材使用率を下げる半還元鉄として高炉へ投入する鉄源として用いることもできる。 As described above, according to the present invention, the fluidized bed can be used to reduce the powdery iron ore containing the poorly fluid fine powder ore and the poorly fluid fine powder ore with a high yield. The reduced iron obtained by reduction can be melt-refined in an electric furnace and used as an iron source for producing crude steel, in the same manner as scraps and ordinary direct reduced iron (DRI) products. Further, when a process having a low ultimate reduction rate is designed, it can also be used as an iron source to be input to the blast furnace as semi-reducing iron that lowers the reduction material usage rate in the blast furnace.
１０ 造粒装置
２０ 還元装置
１１０ 造粒容器
１１１、２１１、３１１ ガス供給口
１１２ 原料微粉供給口
１１３、２１３、３１３ 分散板
１１４、２１４、３１４ 出口
１２０、２４０、３２０、３２０Ａ、３２０Ｂ 乾式集塵機
１３０ 造粒粉分離装置
２００ 循環流動層還元装置
２１０ ライザー部
３１０、３１０Ａ 反応器
２１２、３１２ 鉱石粉供給口
２２０ サイクロン
２３０ 循環ライン
２３１ ダウンカマー
２３２ ループシール部
３００ 気泡流動層還元装置
３１５ 仕切り板
４００ 粉粒流動層
４０１ 媒体粒子
４０２、５０２ 気泡（ガス、オフガス、供給ガス）
４０３ 原料微粉
４０４ 造粒粉
４０５ ダスト
４０６ 還元鉄
５００ 気泡流動層
５０１ 鉱石粉
10 Granulation device 20
403 Raw material
Claims (10)
前記造粒粉が流動して形成された流動層で、少なくとも前記造粒粉を還元する還元装置と、を備える、還元鉄の製造設備。 A fluidized bed formed by flowing medium particles, and a granulation device that granulates granulated powder from raw material fine powder containing iron and having a median diameter of 0.05 mm or less.
A facility for producing reduced iron, comprising a fluidized bed formed by flowing the granulated powder and at least a reducing device for reducing the granulated powder.
前記造粒粉が流動して形成された流動層で、少なくとも前記造粒粉を還元する還元工程と、を有する、還元鉄の製造方法。 A fluidized bed formed by flowing medium particles, and a granulation process for granulating granulated powder from raw material fine powder containing iron and having a median diameter of 0.05 mm or less.
A method for producing reduced iron, which comprises a fluidized bed formed by flowing the granulated powder and at least a reduction step of reducing the granulated powder.
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|---|---|---|---|---|
| WO2023100936A1 (en) * | 2021-11-30 | 2023-06-08 | 日本製鉄株式会社 | Facility for producing reduced iron and method for producing reduced iron |
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