JP2021188093A - 還元鉄の製造設備および還元鉄の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(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。
[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。
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。
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。
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。
ここまで造粒装置10について説明した。
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。
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。
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。
ここまで気泡流動層還元装置300を説明した。
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。
「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
「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
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。
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
Claims (10)
- 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。 - 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、請求項1に記載の還元鉄の製造設備。
- 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、請求項1または2に記載の還元鉄の製造設備。
- 前記原料微粉は、前記ダストを含有する、請求項3に記載の還元鉄の製造設備。
- 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、請求項1〜4のいずれか1項に記載の還元鉄の製造設備。
- 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。 - 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、請求項6に記載の還元鉄の製造方法。
- 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、請求項6または7に記載の還元鉄の製造方法。
- 前記原料微粉は、前記ダストを含有する、請求項8に記載の還元鉄の製造方法。
- 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、請求項6〜9のいずれか1項に記載の還元鉄の製造方法。
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