JP3081581B2 - 高金属化率還元鉄塊成物の製造方法 - Google Patents
高金属化率還元鉄塊成物の製造方法Info
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭材内装酸化鉄塊
成物を還元して還元鉄塊成物を製造する技術に属し、さ
らに詳しくは、炭材内装酸化鉄塊成物表面の還元を促進
し、炭材内装酸化鉄塊成物から高金属化率還元鉄塊成物
を製造する技術に属するものである。
成物を還元して還元鉄塊成物を製造する技術に属し、さ
らに詳しくは、炭材内装酸化鉄塊成物表面の還元を促進
し、炭材内装酸化鉄塊成物から高金属化率還元鉄塊成物
を製造する技術に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、還元鉄の製造方法としては、ミド
レックス法がよく知られており、この方法によれば天然
ガスから変成した還元性ガスを羽口から吹き込み、シャ
フト炉中を上昇させることによって炉内に充填された鉄
鉱石や酸化鉄ペレットを還元して還元鉄を得ることがで
きる。ただし、この方法では還元ガスおよび燃料として
コストの高い天然ガスを大量に供給する必要がある。
レックス法がよく知られており、この方法によれば天然
ガスから変成した還元性ガスを羽口から吹き込み、シャ
フト炉中を上昇させることによって炉内に充填された鉄
鉱石や酸化鉄ペレットを還元して還元鉄を得ることがで
きる。ただし、この方法では還元ガスおよび燃料として
コストの高い天然ガスを大量に供給する必要がある。
【０００３】そこで近年では、上記天然ガスに替えて比
較的安価な石炭を還元剤として使用することのできる還
元鉄製造方法が注目されている。例えば、米国特許第3,
443,931 号には、粉鉱石と炭材とを混合してペレット化
し、高温雰囲気下で加熱還元することにより還元鉄を製
造する方法が開示されている。この方法によれば、還元
剤が石炭ベースであることの他にも、粉鉱石を直接使用
できること、高速還元が可能であること、製品中の炭素
含有量を調整することができる等の利点を有している。
また、特願平9-326180号には、ペレットおよびブリケッ
トの表層部の還元を促進し、表層部の再酸化を防止した
炭材内装ペレットおよびブリケットから還元鉄を製造す
る方法が提案されている。
較的安価な石炭を還元剤として使用することのできる還
元鉄製造方法が注目されている。例えば、米国特許第3,
443,931 号には、粉鉱石と炭材とを混合してペレット化
し、高温雰囲気下で加熱還元することにより還元鉄を製
造する方法が開示されている。この方法によれば、還元
剤が石炭ベースであることの他にも、粉鉱石を直接使用
できること、高速還元が可能であること、製品中の炭素
含有量を調整することができる等の利点を有している。
また、特願平9-326180号には、ペレットおよびブリケッ
トの表層部の還元を促進し、表層部の再酸化を防止した
炭材内装ペレットおよびブリケットから還元鉄を製造す
る方法が提案されている。
【０００４】また、還元終了時のペレット温度は1300℃
台の高温であるため、還元ペレットをホットブリケット
等の最終製品に加工するために、ハンドリングし易いよ
うに還元炉内で還元ペレットの温度を1000℃以下に下げ
る必要がある。このため、還元炉内の後端に冷却ゾーン
を設け、ここで水冷パネル等を用いて高温の還元ペレッ
トを1000℃以下まで輻射冷却冷却する方法が、米国特許
第3,443,931 号に提案されている。
台の高温であるため、還元ペレットをホットブリケット
等の最終製品に加工するために、ハンドリングし易いよ
うに還元炉内で還元ペレットの温度を1000℃以下に下げ
る必要がある。このため、還元炉内の後端に冷却ゾーン
を設け、ここで水冷パネル等を用いて高温の還元ペレッ
トを1000℃以下まで輻射冷却冷却する方法が、米国特許
第3,443,931 号に提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の米国特許第3,44
3,931 号に開示してある方法は、炭材内装ペレットを加
熱し、内装の炭材から発生するCOガスで酸化鉄を還元す
るものである。このためペレットの内部は燃焼ガス雰囲
気にあまり影響を受けることなく還元が進み酸化鉄は金
属化される。しかし、燃焼ガス雰囲気が酸化性である
と、ペレットの表層部は還元されず、表層部 0.5〜1.0m
m は酸化鉄のままとなり、金属化率は80％代に留まる。
この対策として、上記の方法では、炉内を３つの加熱段
階に分け、各加熱段階毎に加熱温度を規定し、還元の進
行とともに雰囲気中の可燃物(H2+CO)の体積％を制御す
ることによりペレット表層部の還元を促進し高金属化率
の還元鉄を得ている。
3,931 号に開示してある方法は、炭材内装ペレットを加
熱し、内装の炭材から発生するCOガスで酸化鉄を還元す
るものである。このためペレットの内部は燃焼ガス雰囲
気にあまり影響を受けることなく還元が進み酸化鉄は金
属化される。しかし、燃焼ガス雰囲気が酸化性である
と、ペレットの表層部は還元されず、表層部 0.5〜1.0m
m は酸化鉄のままとなり、金属化率は80％代に留まる。
この対策として、上記の方法では、炉内を３つの加熱段
階に分け、各加熱段階毎に加熱温度を規定し、還元の進
行とともに雰囲気中の可燃物(H2+CO)の体積％を制御す
ることによりペレット表層部の還元を促進し高金属化率
の還元鉄を得ている。
【０００６】しかし、金属化率を高めるには、可燃物の
体積％だけでなく、酸化性ガスとの割合、すなわち還元
度が重要であり、燃料の種類が変わると可燃物の体積％
を規定するだけでは金属化率の向上は望めない。また、
雰囲気ガスの還元度を調整する方法は燃焼室全体の多量
のガス組成を変更する必要があるため、燃焼効率を低下
させるマイナス効果が現れ、雰囲気調整ゾーンへのペレ
ット滞留時間も 3分以上を必要とする。さらにペレット
に酸化性の燃焼ガスを接触させないためにペレット近傍
の燃焼ガスの線速を低下させることが特願平09-326180
に提案されているが、高温を発生するためには多量の燃
焼ガスを発生させる必要があり、低い線速に制御するこ
とは実質上難しく安定した高金属化率は得難い。
体積％だけでなく、酸化性ガスとの割合、すなわち還元
度が重要であり、燃料の種類が変わると可燃物の体積％
を規定するだけでは金属化率の向上は望めない。また、
雰囲気ガスの還元度を調整する方法は燃焼室全体の多量
のガス組成を変更する必要があるため、燃焼効率を低下
させるマイナス効果が現れ、雰囲気調整ゾーンへのペレ
ット滞留時間も 3分以上を必要とする。さらにペレット
に酸化性の燃焼ガスを接触させないためにペレット近傍
の燃焼ガスの線速を低下させることが特願平09-326180
に提案されているが、高温を発生するためには多量の燃
焼ガスを発生させる必要があり、低い線速に制御するこ
とは実質上難しく安定した高金属化率は得難い。
【０００７】還元後のペレットの冷却については、上記
の還元炉内の後端に冷却ゾーンを設ける方法は、水冷パ
ネルを冷却ゾーンに設置するため、それだけ還元のため
の有効炉床面積が小さくなり、還元炉の生産性が低下す
ることになる。
の還元炉内の後端に冷却ゾーンを設ける方法は、水冷パ
ネルを冷却ゾーンに設置するため、それだけ還元のため
の有効炉床面積が小さくなり、還元炉の生産性が低下す
ることになる。
【０００８】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、移動床型加熱炉を用いて、炭材内装酸
化鉄塊成物を還元して還元鉄塊成物を製造する方法にお
いて、全炉内滞留時間の最後の1/18〜1/3 を、表面温度
が1150℃以上の移動中の炭材内装酸化鉄塊成物表面にメ
タンまたはメタン含有ガスを吹き付けることによって炭
材内装酸化鉄塊成物の表層部の還元を促進し、また、冷
却ゾーンでメタンまたはメタン含有ガスを還元後の塊成
物表面に吹き付けることによって、これらガスの分解の
際の吸熱効果により還元塊成物を冷却し、さらに還元後
炉から排出された還元鉄塊成物を一旦貯槽内に蓄え、前
記塊成物の温度が 850℃以上の状態で、貯槽内にメタン
またはメタン含有ガスを吹き込むことによって還元鉄塊
成物の表層部の還元を促進する炭材内装酸化鉄塊成物か
ら高金属化率還元鉄塊成物を得る高金属化率還元鉄塊成
物の製造方法を提供することを目的とする。
なされたもので、移動床型加熱炉を用いて、炭材内装酸
化鉄塊成物を還元して還元鉄塊成物を製造する方法にお
いて、全炉内滞留時間の最後の1/18〜1/3 を、表面温度
が1150℃以上の移動中の炭材内装酸化鉄塊成物表面にメ
タンまたはメタン含有ガスを吹き付けることによって炭
材内装酸化鉄塊成物の表層部の還元を促進し、また、冷
却ゾーンでメタンまたはメタン含有ガスを還元後の塊成
物表面に吹き付けることによって、これらガスの分解の
際の吸熱効果により還元塊成物を冷却し、さらに還元後
炉から排出された還元鉄塊成物を一旦貯槽内に蓄え、前
記塊成物の温度が 850℃以上の状態で、貯槽内にメタン
またはメタン含有ガスを吹き込むことによって還元鉄塊
成物の表層部の還元を促進する炭材内装酸化鉄塊成物か
ら高金属化率還元鉄塊成物を得る高金属化率還元鉄塊成
物の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】その要旨は、移動床型加
熱炉を用いて、炭材内装酸化鉄塊成物を還元して還元鉄
を製造する方法において、全炉内滞留時間の最後の1/18
〜1/3 を、表面温度が1150℃以上の移動中の炭材内装酸
化鉄塊成物表面にメタンまたはメタン含有ガスを吹き付
ける高金属化率還元鉄塊成物の製造方法であって、吹き
付けるメタンまたはメタン含有ガスと燃焼ガスとの混合
分解後の還元度〔(CO+H2)/(CO+H2+CO2+H 2O) 〕が 0.7以
上のとき吹き付け時間が全炉内滞留時間の最後の1/18〜
1/9 、還元度が0.55以上のとき吹き付け時間が全炉内滞
留時間の最後の1/18〜1/3 である高金属化率還元鉄塊成
物の製造方法である。
熱炉を用いて、炭材内装酸化鉄塊成物を還元して還元鉄
を製造する方法において、全炉内滞留時間の最後の1/18
〜1/3 を、表面温度が1150℃以上の移動中の炭材内装酸
化鉄塊成物表面にメタンまたはメタン含有ガスを吹き付
ける高金属化率還元鉄塊成物の製造方法であって、吹き
付けるメタンまたはメタン含有ガスと燃焼ガスとの混合
分解後の還元度〔(CO+H2)/(CO+H2+CO2+H 2O) 〕が 0.7以
上のとき吹き付け時間が全炉内滞留時間の最後の1/18〜
1/9 、還元度が0.55以上のとき吹き付け時間が全炉内滞
留時間の最後の1/18〜1/3 である高金属化率還元鉄塊成
物の製造方法である。
【００１０】移動中の炭材内装酸化鉄塊成物表面にメタ
ンまたはメタン含有ガスのみを最大全炉内滞留時間の最
後の1/9 に吹き付ける高金属化率還元鉄塊成物の製造方
法である。
ンまたはメタン含有ガスのみを最大全炉内滞留時間の最
後の1/9 に吹き付ける高金属化率還元鉄塊成物の製造方
法である。
【００１１】還元終了後冷却ゾーンで移動中の還元塊成
物表面に、還元塊成物トン当たり6.0kgmol未満のメタン
またはメタン含有ガスを吹き付けて還元塊成物を冷却す
る高金属化率還元鉄塊成物の製造方法であって、メタン
またはメタン含有ガスの吹き付け時間が最大全炉内滞留
時間の1/9 である高金属化率還元塊成物の製造方法であ
る。
物表面に、還元塊成物トン当たり6.0kgmol未満のメタン
またはメタン含有ガスを吹き付けて還元塊成物を冷却す
る高金属化率還元鉄塊成物の製造方法であって、メタン
またはメタン含有ガスの吹き付け時間が最大全炉内滞留
時間の1/9 である高金属化率還元塊成物の製造方法であ
る。
【００１２】複数個のノズルを有し、表面が耐火物で覆
われ、内部に水冷管を設けた金属製のヘッダーを上下位
置およびノズルの向きを変更可能に還元炉内の還元ゾー
ンまたは冷却ゾーンに水平に一個以上配設し、前記ノズ
ルからメタンまたはメタン含有ガスを還元炉内に吹き込
む高金属化率還元鉄塊成物の製造に用いるガス吹き込み
装置である。
われ、内部に水冷管を設けた金属製のヘッダーを上下位
置およびノズルの向きを変更可能に還元炉内の還元ゾー
ンまたは冷却ゾーンに水平に一個以上配設し、前記ノズ
ルからメタンまたはメタン含有ガスを還元炉内に吹き込
む高金属化率還元鉄塊成物の製造に用いるガス吹き込み
装置である。
【００１３】還元炉の冷却ゾーンの天井部に設けた複数
の貫通孔に、上下位置が変更可能に垂直方向に配設した
複数のガス供給管の先端に、複数個のノズルを有するヘ
ッダーを水平方向に設け、前記ノズルからメタンまたは
メタン含有ガスを還元炉内に吹き込む高金属化率還元鉄
塊成物の製造に用いるガス吹き込み装置である。
の貫通孔に、上下位置が変更可能に垂直方向に配設した
複数のガス供給管の先端に、複数個のノズルを有するヘ
ッダーを水平方向に設け、前記ノズルからメタンまたは
メタン含有ガスを還元炉内に吹き込む高金属化率還元鉄
塊成物の製造に用いるガス吹き込み装置である。
【００１４】また、移動床型加熱炉で還元され、炉から
排出された還元鉄塊成物を一旦貯槽内に蓄え、前記塊成
物の温度が 850℃以上の状態で、貯槽内にメタンまたは
メタン含有ガスを吹き込む上記の高金属化率還元鉄塊成
物の製造方法である。
排出された還元鉄塊成物を一旦貯槽内に蓄え、前記塊成
物の温度が 850℃以上の状態で、貯槽内にメタンまたは
メタン含有ガスを吹き込む上記の高金属化率還元鉄塊成
物の製造方法である。
【００１５】さらに、上記貯槽内からの排ガスを燃料ま
たは還元末期に移動中の炭材内装酸化鉄塊成物表面に吹
き付けるメタンまたはメタン含有ガスとして利用する上
記の高金属化率還元鉄塊成物の製造方法である。
たは還元末期に移動中の炭材内装酸化鉄塊成物表面に吹
き付けるメタンまたはメタン含有ガスとして利用する上
記の高金属化率還元鉄塊成物の製造方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態例に
ついて詳細に説明する。移動床型トンネル加熱炉による
炭材内装酸化鉄塊成物の還元は、図12に示すように、 1
40〜150 ℃の温度に乾燥した直径16〜24mmの炭材内装酸
化鉄塊成物（ペレット）を移動床の上に装入し、装入さ
れたペレットは移動床の移動にともない、炉内で燃焼ガ
スの輻射熱により最高1350℃程度に加熱され、この間、
内装炭材により直接・間接還元され、 7〜13分間で還元
される。還元された炭材内装酸化鉄塊成物（ペレット）
は還元鉄ペレットとなり、炉内で1000℃以下まで冷却さ
れ、炉外に排出された後は、直接溶解炉に装入されるも
の、あるいは一旦貯槽内に蓄えられ、そのまま製品とな
るもの、ブリケット化されるもの等に分かれる。
ついて詳細に説明する。移動床型トンネル加熱炉による
炭材内装酸化鉄塊成物の還元は、図12に示すように、 1
40〜150 ℃の温度に乾燥した直径16〜24mmの炭材内装酸
化鉄塊成物（ペレット）を移動床の上に装入し、装入さ
れたペレットは移動床の移動にともない、炉内で燃焼ガ
スの輻射熱により最高1350℃程度に加熱され、この間、
内装炭材により直接・間接還元され、 7〜13分間で還元
される。還元された炭材内装酸化鉄塊成物（ペレット）
は還元鉄ペレットとなり、炉内で1000℃以下まで冷却さ
れ、炉外に排出された後は、直接溶解炉に装入されるも
の、あるいは一旦貯槽内に蓄えられ、そのまま製品とな
るもの、ブリケット化されるもの等に分かれる。
【００１７】炭材内装酸化鉄塊成物は塊成物の中心温度
が1000℃以上になると、 C+CO2→2CO のソリューション
ロス反応が活発化し、塊成物内部からCOリッチなガスが
大量に発生するため、塊成物の内部は燃焼ガス雰囲気に
あまり影響を受けることなく還元が進み酸化鉄は金属化
される。しかし、塊成物の表層部 0.5〜1.0mm は酸化鉄
のまま、あるいは還元末期に燃焼ガスにより金属鉄が再
酸化されるため金属化率は80％代に留まる。このため還
元期の最終段階で確実に高金属化率を達成するために強
還元性のガスを酸化鉄のままである炭材内装酸化鉄塊成
物表面に吹き付ける方法が特願平09-195812 に提案され
ている。
が1000℃以上になると、 C+CO2→2CO のソリューション
ロス反応が活発化し、塊成物内部からCOリッチなガスが
大量に発生するため、塊成物の内部は燃焼ガス雰囲気に
あまり影響を受けることなく還元が進み酸化鉄は金属化
される。しかし、塊成物の表層部 0.5〜1.0mm は酸化鉄
のまま、あるいは還元末期に燃焼ガスにより金属鉄が再
酸化されるため金属化率は80％代に留まる。このため還
元期の最終段階で確実に高金属化率を達成するために強
還元性のガスを酸化鉄のままである炭材内装酸化鉄塊成
物表面に吹き付ける方法が特願平09-195812 に提案され
ている。
【００１８】本発明は、還元期の最終段階でメタンまた
はメタン含有ガスを炭材内装酸化鉄塊成物表面に吹き付
けて、塊成物表層部の未還元酸化鉄を還元し、かつ再酸
化を防止して金属化率を向上させるものである。
はメタン含有ガスを炭材内装酸化鉄塊成物表面に吹き付
けて、塊成物表層部の未還元酸化鉄を還元し、かつ再酸
化を防止して金属化率を向上させるものである。
【００１９】この方法として、全炉内滞留時間の最後の
1/18〜1/3 を、表面温度が1150℃以上の移動中の炭材内
装酸化鉄塊成物表面にメタンまたはメタン含有ガスを吹
き付ける。これによって、無触媒で1100℃以上の温度で
分解するメタンまたはメタン含有ガスは、燃焼ガスおよ
び還元生成排ガスの存在のもとで、CH4+H2O →CO+3H2ま
たはCH4+CO2 →2CO+2H2 に分解改質し、塊成物表面の未
還元の酸化鉄を還元して金属化する。この方法は、全炉
内滞留時間の最後の1/18〜1/3 に移動床上の塊成物が移
動する範囲のみに、メタンまたはメタン含有ガスを塊成
物表面に吹き付けるだけでよい。また、図１に示すよう
に触媒が共存しない場合には、メタンまたはメタン含有
ガスの分解改質は1200℃以上で活発になるため、吹き付
けは塊成物表面温度が1200℃以上で行なうのがより望ま
しい。メタン含有ガスには、天然ガス、コークス炉ガス
等メタンを 5体積％以上含むガスを利用することができ
る。なお、図１は不完全燃焼ガス中にメタンが10体積％
存在するときのメタンの分解と加熱温度との関係を示す
図である。
1/18〜1/3 を、表面温度が1150℃以上の移動中の炭材内
装酸化鉄塊成物表面にメタンまたはメタン含有ガスを吹
き付ける。これによって、無触媒で1100℃以上の温度で
分解するメタンまたはメタン含有ガスは、燃焼ガスおよ
び還元生成排ガスの存在のもとで、CH4+H2O →CO+3H2ま
たはCH4+CO2 →2CO+2H2 に分解改質し、塊成物表面の未
還元の酸化鉄を還元して金属化する。この方法は、全炉
内滞留時間の最後の1/18〜1/3 に移動床上の塊成物が移
動する範囲のみに、メタンまたはメタン含有ガスを塊成
物表面に吹き付けるだけでよい。また、図１に示すよう
に触媒が共存しない場合には、メタンまたはメタン含有
ガスの分解改質は1200℃以上で活発になるため、吹き付
けは塊成物表面温度が1200℃以上で行なうのがより望ま
しい。メタン含有ガスには、天然ガス、コークス炉ガス
等メタンを 5体積％以上含むガスを利用することができ
る。なお、図１は不完全燃焼ガス中にメタンが10体積％
存在するときのメタンの分解と加熱温度との関係を示す
図である。
【００２０】メタンまたはメタン含有ガスの吹き付け時
間は、吹き付けたガスと燃焼ガスとが混合したガスの塊
成物表面に吹き付けられたときの還元度〔(CO+H2)/(CO+
H2+CO2+H2O) 〕によって決まり、還元度が高いときには
短時間、還元度が低いときには長時間になる。図２は、
雰囲気温度1300℃における金属化率に及ぼす、メタンの
分解率を77％として算出した還元度とメタン吹き付け時
間との関係を示した図である。図２に示すように、金属
化率を90％以上にするには、還元度0.55で全炉内滞留時
間の最後の1/3 、還元度 0.7で全炉内滞留時間の最後の
1/9 、還元度 1で 全炉内滞留時間の最後の1/18が必要
である。したがって、本発明では、還元度〔(CO+H2)/(C
O+H2+CO2+H2O) 〕が 0.7以上のとき吹き付け時間は全炉
内滞留時間の最後の1/18〜1/9 、還元度が0.55以上のと
き吹き付け時間は全炉内滞留時間の最後の1/18〜1/3 に
限定した。なお、メタンまたはメタン含有ガスの吹き付
けは、塊成物表面に近い位置の還元度を、例えばガスク
ロマトグラフィで測定し、この還元度と塊成物の移動速
度とに基づいて吹き付け範囲を制御し、また、燃焼ガス
との混合を少なくして還元度を上げ、吹き付けガスを有
効に利用するため、バーナー位置よりも低く塊成物表面
に近い位置で塊成物の表面を覆う形で行なう。
間は、吹き付けたガスと燃焼ガスとが混合したガスの塊
成物表面に吹き付けられたときの還元度〔(CO+H2)/(CO+
H2+CO2+H2O) 〕によって決まり、還元度が高いときには
短時間、還元度が低いときには長時間になる。図２は、
雰囲気温度1300℃における金属化率に及ぼす、メタンの
分解率を77％として算出した還元度とメタン吹き付け時
間との関係を示した図である。図２に示すように、金属
化率を90％以上にするには、還元度0.55で全炉内滞留時
間の最後の1/3 、還元度 0.7で全炉内滞留時間の最後の
1/9 、還元度 1で 全炉内滞留時間の最後の1/18が必要
である。したがって、本発明では、還元度〔(CO+H2)/(C
O+H2+CO2+H2O) 〕が 0.7以上のとき吹き付け時間は全炉
内滞留時間の最後の1/18〜1/9 、還元度が0.55以上のと
き吹き付け時間は全炉内滞留時間の最後の1/18〜1/3 に
限定した。なお、メタンまたはメタン含有ガスの吹き付
けは、塊成物表面に近い位置の還元度を、例えばガスク
ロマトグラフィで測定し、この還元度と塊成物の移動速
度とに基づいて吹き付け範囲を制御し、また、燃焼ガス
との混合を少なくして還元度を上げ、吹き付けガスを有
効に利用するため、バーナー位置よりも低く塊成物表面
に近い位置で塊成物の表面を覆う形で行なう。
【００２１】本発明では、燃焼ガスとの混合を避けて移
動中の還元鉄塊成物表面にメタンまたはメタン含有ガス
のみを最大全炉内滞留時間の最後の1/9 に吹き付けるこ
とにより、塊成物表層部の還元を促進する。還元鉄塊成
物表面にメタンまたはメタン含有ガスのみを最大全炉内
滞留時間の最後の1/9 に吹き付ける理由は、図３に示す
ように、1300℃の還元鉄塊成物表面に 100％のメタンま
たは 100％のコークス炉ガスを全炉内滞留時間の最後の
1/9 に吹き付けることによって、メタンを10％混合した
ガスを全炉内滞留時間の最後の1/9 に吹き付けるよりも
金属化率が 5％以上向上するからである。このときのガ
スの吹き付けは、燃焼ガスとの混合を避けるために、例
えば、還元鉄塊成物を排出する炉の終端部分に、還元鉄
塊成物が全炉内滞留時間の1/9 に移動する距離に相当す
る長さの覆いを還元鉄塊成物を覆うように炉内に設け、
この覆いの中にメタンまたはメタン含有ガスのみを吹き
付ける。なお、図３のコークス炉ガスの主な成分はCH4:
28体積％、H2:60 体積％、CO:6体積％、CO2: 2体積％、
N2:4体積％である。
動中の還元鉄塊成物表面にメタンまたはメタン含有ガス
のみを最大全炉内滞留時間の最後の1/9 に吹き付けるこ
とにより、塊成物表層部の還元を促進する。還元鉄塊成
物表面にメタンまたはメタン含有ガスのみを最大全炉内
滞留時間の最後の1/9 に吹き付ける理由は、図３に示す
ように、1300℃の還元鉄塊成物表面に 100％のメタンま
たは 100％のコークス炉ガスを全炉内滞留時間の最後の
1/9 に吹き付けることによって、メタンを10％混合した
ガスを全炉内滞留時間の最後の1/9 に吹き付けるよりも
金属化率が 5％以上向上するからである。このときのガ
スの吹き付けは、燃焼ガスとの混合を避けるために、例
えば、還元鉄塊成物を排出する炉の終端部分に、還元鉄
塊成物が全炉内滞留時間の1/9 に移動する距離に相当す
る長さの覆いを還元鉄塊成物を覆うように炉内に設け、
この覆いの中にメタンまたはメタン含有ガスのみを吹き
付ける。なお、図３のコークス炉ガスの主な成分はCH4:
28体積％、H2:60 体積％、CO:6体積％、CO2: 2体積％、
N2:4体積％である。
【００２２】また、還元後の還元塊成物の冷却は、冷却
ゾーンで移動中の還元塊成物表面に還元塊成物トン当た
り6.0kgmol未満のメタンまたはメタン含有ガスを最大全
炉内滞留時間の1/9 吹き付ける。還元塊成物表面に吹き
付けるメタンまたはメタン含有ガスは高温で、H2とCOに
分解する。この分解反応は吸熱反応であり周囲から多量
の熱を奪うことになる。したがって、高温の還元塊成物
表面にメタンまたはメタン含有ガスを吹き付けることに
よって、還元塊成物を冷却することができる。メタンま
たはメタン含有ガスの吹き付け量は、還元塊成物トン当
たり6.0kgmol未満で、吹き付け時間は最大全炉内滞留時
間の1/9 である。その理由は、吹き付け量が6.0kgmol以
上を超え、かつ吹き付け時間が全炉内滞留時間の1/9 を
超えると、必要以上に冷却が進み後工程で必要な温度が
確保できなくなるためである。また、設備上、冷却ゾー
ンを長く取ることができる場合は、還元塊成物は自然の
輻射冷却でも冷却されるため、必要冷却温度に応じてメ
タンまたはメタン含有ガスの吹き付け量は還元塊成物ト
ン当たり6.0kgmol未満の範囲で、吹き付け時間は最大全
炉内滞留時間の1/9 の範囲でそれぞれ調整する。
ゾーンで移動中の還元塊成物表面に還元塊成物トン当た
り6.0kgmol未満のメタンまたはメタン含有ガスを最大全
炉内滞留時間の1/9 吹き付ける。還元塊成物表面に吹き
付けるメタンまたはメタン含有ガスは高温で、H2とCOに
分解する。この分解反応は吸熱反応であり周囲から多量
の熱を奪うことになる。したがって、高温の還元塊成物
表面にメタンまたはメタン含有ガスを吹き付けることに
よって、還元塊成物を冷却することができる。メタンま
たはメタン含有ガスの吹き付け量は、還元塊成物トン当
たり6.0kgmol未満で、吹き付け時間は最大全炉内滞留時
間の1/9 である。その理由は、吹き付け量が6.0kgmol以
上を超え、かつ吹き付け時間が全炉内滞留時間の1/9 を
超えると、必要以上に冷却が進み後工程で必要な温度が
確保できなくなるためである。また、設備上、冷却ゾー
ンを長く取ることができる場合は、還元塊成物は自然の
輻射冷却でも冷却されるため、必要冷却温度に応じてメ
タンまたはメタン含有ガスの吹き付け量は還元塊成物ト
ン当たり6.0kgmol未満の範囲で、吹き付け時間は最大全
炉内滞留時間の1/9 の範囲でそれぞれ調整する。
【００２３】次に、本発明の高金属化率還元鉄塊成物の
製造方法において、還元炉内にガスを吹き込むガス吹き
込み装置について説明する。請求項７に提案している還
元ゾーンと冷却ゾーンで用いるガス吹き込み装置の例を
図５に示す。図(a) はガス吹き込み装置の縦断面図で、
図(b) は図(a) のA-A 線矢視図である。図に示すよう
に、ヘッダー１は炭素鋼、ステンレス鋼等の金属製管
で、還元炉２の両側壁を貫通して移動床３の上方に水平
に配設されている。そしてヘッダーの一端は盲板で閉塞
され、他端にはガス供給管４が接続されている。ヘッダ
ー１の還元炉内に位置する部分には、ガスを吹き出す丸
穴またはスリット状のノズル５が複数個設けてある。図
には丸穴状ノズルが例示してある。
製造方法において、還元炉内にガスを吹き込むガス吹き
込み装置について説明する。請求項７に提案している還
元ゾーンと冷却ゾーンで用いるガス吹き込み装置の例を
図５に示す。図(a) はガス吹き込み装置の縦断面図で、
図(b) は図(a) のA-A 線矢視図である。図に示すよう
に、ヘッダー１は炭素鋼、ステンレス鋼等の金属製管
で、還元炉２の両側壁を貫通して移動床３の上方に水平
に配設されている。そしてヘッダーの一端は盲板で閉塞
され、他端にはガス供給管４が接続されている。ヘッダ
ー１の還元炉内に位置する部分には、ガスを吹き出す丸
穴またはスリット状のノズル５が複数個設けてある。図
には丸穴状ノズルが例示してある。
【００２４】また、ヘッダー１には、ヘッダーの中心線
に沿ってヘッダーを貫通する水冷管６を設け、ヘッダー
と水冷管はヘッダーの両端でシール溶接されている。水
冷管６には、一端から軸方向に冷却水が流され、他端か
ら排出される。冷却水によって冷却された水冷管表面か
らの輻射冷却によってヘッダーが冷却される。
に沿ってヘッダーを貫通する水冷管６を設け、ヘッダー
と水冷管はヘッダーの両端でシール溶接されている。水
冷管６には、一端から軸方向に冷却水が流され、他端か
ら排出される。冷却水によって冷却された水冷管表面か
らの輻射冷却によってヘッダーが冷却される。
【００２５】また、ヘッダー１の表面は、還元炉内の輻
射熱を遮るために、還元炉内に露出する範囲が耐火物７
で覆われている。ノズル部分には、丸穴またはスリット
と同じ大きさでヘッダーの表面から耐火物の表面まで貫
通する吹き出し穴を設ける。耐火物７の施工に当たって
は、施工を容易にするために、丸穴またはスリットと同
じ大きさで、かつ耐火物の厚さのノズル形状のものをノ
ズル位置に設けておくとよい。なお、本ヘッダーを冷却
ゾーンに配設する場合は、還元炉内雰囲気温度が低いた
め、上記の水冷管および耐火物施工を省略することがで
きる。
射熱を遮るために、還元炉内に露出する範囲が耐火物７
で覆われている。ノズル部分には、丸穴またはスリット
と同じ大きさでヘッダーの表面から耐火物の表面まで貫
通する吹き出し穴を設ける。耐火物７の施工に当たって
は、施工を容易にするために、丸穴またはスリットと同
じ大きさで、かつ耐火物の厚さのノズル形状のものをノ
ズル位置に設けておくとよい。なお、本ヘッダーを冷却
ゾーンに配設する場合は、還元炉内雰囲気温度が低いた
め、上記の水冷管および耐火物施工を省略することがで
きる。
【００２６】吹き込みガスは、ガス供給管４からヘッダ
ー１に導入され、ヘッダーと水冷管６の間を通ってヘッ
ダーの軸方向に流れ、ノズル５から還元炉内に吹き込ま
れる。ガスが一様な流れで、ノズルから吹き出るよう
に、ヘッダーは十分に大きな容積を持たせることが重要
である。この点における基本的な構造は工業的に広く使
用されている一般的なヘッダーと同じである。
ー１に導入され、ヘッダーと水冷管６の間を通ってヘッ
ダーの軸方向に流れ、ノズル５から還元炉内に吹き込ま
れる。ガスが一様な流れで、ノズルから吹き出るよう
に、ヘッダーは十分に大きな容積を持たせることが重要
である。この点における基本的な構造は工業的に広く使
用されている一般的なヘッダーと同じである。
【００２７】ヘッダー１は還元炉２の両側の外壁に設け
られた支持パイプ８で支持され、ヘッダー１と支持パイ
プ８の間に装入されたグランドパッキン９をパッキン押
さえ10で押圧することによりヘッダー１を支持パイプ８
に固定するとともに、還元炉内外のシールを行なってい
る。また、パッキン押さえ10によるグランドパッキン９
の押圧を緩めることにより、ヘッダー１の回転が可能に
なり、ノズルからのガス吹き出し角度を変更することが
できる。
られた支持パイプ８で支持され、ヘッダー１と支持パイ
プ８の間に装入されたグランドパッキン９をパッキン押
さえ10で押圧することによりヘッダー１を支持パイプ８
に固定するとともに、還元炉内外のシールを行なってい
る。また、パッキン押さえ10によるグランドパッキン９
の押圧を緩めることにより、ヘッダー１の回転が可能に
なり、ノズルからのガス吹き出し角度を変更することが
できる。
【００２８】ヘッダーの上下位置（高さ）を変更する場
合は、一例として図６に示す高さ変更機構を有するヘッ
ダー支持装置を使用する。図はヘッダー支持装置の縦断
面図である。ヘッダーの高さを変更する偏心ボス11は、
フランジ板12、ガイドパイプ13、ヘッダー装入パイプ14
から構成されており、ヘッダー装入パイプ14はフランジ
板12の中心から所要高さ調整代の1/2 だけ偏心させた位
置に、また支持パイプ８の内径より小さい外径を有する
ガイドパイプ13は、このガイドパイプ13の中心がフラン
ジ板12の中心と一致するようにフランジ板12に取り付け
られている。
合は、一例として図６に示す高さ変更機構を有するヘッ
ダー支持装置を使用する。図はヘッダー支持装置の縦断
面図である。ヘッダーの高さを変更する偏心ボス11は、
フランジ板12、ガイドパイプ13、ヘッダー装入パイプ14
から構成されており、ヘッダー装入パイプ14はフランジ
板12の中心から所要高さ調整代の1/2 だけ偏心させた位
置に、また支持パイプ８の内径より小さい外径を有する
ガイドパイプ13は、このガイドパイプ13の中心がフラン
ジ板12の中心と一致するようにフランジ板12に取り付け
られている。
【００２９】偏心ボス11は、支持パイプ８および支持パ
イプ８と同径でくり貫かれた還元炉壁の貫通孔に偏心ボ
スのガイドパイプ13を装入することによって、支持パイ
プ８に装着され、偏心ボスのフランジ板12をルーズフラ
ンジ15を用いて支持パイプ８にボルトとナットで締めつ
けて固定される。ヘッダー１はヘッダーと偏心ボスのヘ
ッダー装入パイプ14の間に装入されたグランドパッキン
９をパッキン押さえ10で押圧することによって偏心ボス
のヘッダー装入パイプ14に固定されるとともに、還元炉
内外のシールを行なっている。ヘッダーの高さを変更す
るときは、ルーズフランジ15を緩め、偏心ボスを回転さ
せることによってヘッダーの高さを変更することが可能
となる。偏心ボスのフランジ板12、ガイドパイプ13、ヘ
ッダー装入パイプ14で囲まれる還元炉側は、高温による
これらの変形・劣化を防止するために耐火物が施工され
ている。
イプ８と同径でくり貫かれた還元炉壁の貫通孔に偏心ボ
スのガイドパイプ13を装入することによって、支持パイ
プ８に装着され、偏心ボスのフランジ板12をルーズフラ
ンジ15を用いて支持パイプ８にボルトとナットで締めつ
けて固定される。ヘッダー１はヘッダーと偏心ボスのヘ
ッダー装入パイプ14の間に装入されたグランドパッキン
９をパッキン押さえ10で押圧することによって偏心ボス
のヘッダー装入パイプ14に固定されるとともに、還元炉
内外のシールを行なっている。ヘッダーの高さを変更す
るときは、ルーズフランジ15を緩め、偏心ボスを回転さ
せることによってヘッダーの高さを変更することが可能
となる。偏心ボスのフランジ板12、ガイドパイプ13、ヘ
ッダー装入パイプ14で囲まれる還元炉側は、高温による
これらの変形・劣化を防止するために耐火物が施工され
ている。
【００３０】還元炉の冷却ゾーンに上記のガス吹き込み
装置を配設する場合は、既述のように、冷却ゾーンは還
元ゾーンに比べて雰囲気温度が低いため、ヘッダーの強
度面からは必ずしも表面を耐火物で覆う必要はない。水
冷管による冷却についても、同じ理由によりその必要は
ないが、還元塊成物の冷却効果を高めるためには、冷却
媒体による冷却構造とすることによって、ヘッダー表面
の温度を下げ還元塊成物表面の放射冷却を促進すること
は望ましい。
装置を配設する場合は、既述のように、冷却ゾーンは還
元ゾーンに比べて雰囲気温度が低いため、ヘッダーの強
度面からは必ずしも表面を耐火物で覆う必要はない。水
冷管による冷却についても、同じ理由によりその必要は
ないが、還元塊成物の冷却効果を高めるためには、冷却
媒体による冷却構造とすることによって、ヘッダー表面
の温度を下げ還元塊成物表面の放射冷却を促進すること
は望ましい。
【００３１】図８に冷却ゾーンに配設する還元ゾーンと
同形のガス吹き込み装置の一例を示す。図に示すよう
に、ヘッダー１は炭素鋼、ステンレス鋼等の金属製管
で、還元炉２の両側壁を貫通して移動床３の上方に水平
に配設されている。そしてヘッダーの先端はキャップ17
で閉塞され、他端にはガス供給管４が接続されている。
ヘッダーの還元炉内に位置する部分には、ガスを吹き出
す丸穴ノズル18またはスリットノズル19が複数個設けて
ある。また、ヘッダーのガス供給管側にはヘッダーを支
持パイプ８に固定するための固定リング20が設けてあ
る。吹き込みガスは、ガス供給管４からヘッダー１に導
入され、ヘッダーの軸方向に流れ、ノズル５から還元炉
内に吹き込まれる。ガスが一様な流れで、ノズルから吹
き出されるように、ヘッダーは十分に大きな容積を持た
せることが重要である。この点における基本的な構造は
工業的に広く使用されている一般的なヘッダーと同じで
ある。
同形のガス吹き込み装置の一例を示す。図に示すよう
に、ヘッダー１は炭素鋼、ステンレス鋼等の金属製管
で、還元炉２の両側壁を貫通して移動床３の上方に水平
に配設されている。そしてヘッダーの先端はキャップ17
で閉塞され、他端にはガス供給管４が接続されている。
ヘッダーの還元炉内に位置する部分には、ガスを吹き出
す丸穴ノズル18またはスリットノズル19が複数個設けて
ある。また、ヘッダーのガス供給管側にはヘッダーを支
持パイプ８に固定するための固定リング20が設けてあ
る。吹き込みガスは、ガス供給管４からヘッダー１に導
入され、ヘッダーの軸方向に流れ、ノズル５から還元炉
内に吹き込まれる。ガスが一様な流れで、ノズルから吹
き出されるように、ヘッダーは十分に大きな容積を持た
せることが重要である。この点における基本的な構造は
工業的に広く使用されている一般的なヘッダーと同じで
ある。
【００３２】ヘッダーは還元炉の両側の外壁に設けられ
た支持パイプ８によって支持され、ヘッダーの固定リン
グ20をルーズフランジ15で支持パイプ８のフランジに挟
み込むことによって支持パイプ８に固定されるととも
に、還元炉内外のシールを行なっている。ヘッダー先端
側の支持パイプ８は盲フランジ21で閉塞されている。ヘ
ッダー先端と盲フランジ21との間には、熱膨張によるヘ
ッダーの伸びを吸収可能な隙間を設けている。また、ル
ーズフランジ15を緩めることにより、ヘッダーの回転が
可能になり、ヘッダーのノズルからのガス吹き出し角度
を変更することができる。さらに図６に示したヘッダー
の高さ変更機構（偏心ボス）との組み合わせにより、ヘ
ッダーの高さも変更が可能である。
た支持パイプ８によって支持され、ヘッダーの固定リン
グ20をルーズフランジ15で支持パイプ８のフランジに挟
み込むことによって支持パイプ８に固定されるととも
に、還元炉内外のシールを行なっている。ヘッダー先端
側の支持パイプ８は盲フランジ21で閉塞されている。ヘ
ッダー先端と盲フランジ21との間には、熱膨張によるヘ
ッダーの伸びを吸収可能な隙間を設けている。また、ル
ーズフランジ15を緩めることにより、ヘッダーの回転が
可能になり、ヘッダーのノズルからのガス吹き出し角度
を変更することができる。さらに図６に示したヘッダー
の高さ変更機構（偏心ボス）との組み合わせにより、ヘ
ッダーの高さも変更が可能である。
【００３３】図９に冷却ゾーンに配設するガス吹き込み
装置の他の例を示す。図に示すガス吹き込み装置は還元
炉の冷却ゾーンの天井部に設けた複数の貫通孔に、上下
位置が変更可能に垂直方向に配設した複数のガス供給管
４の先端に、炭素鋼、ステンレス鋼等の金属製のヘッダ
ー１を水平方向（逆Ｔ字状）に設けたものである。ヘッ
ダーの両端は側板またはキャップで閉塞され、ヘッダー
の下面側にはガス吹き出しのノズル５が複数個設けてあ
る。ガス供給管４は、還元炉の天井部に設けた貫通孔な
らびにこの貫通孔と同心に取り付けられた支持パイプ８
を介して還元炉外まで導かれている。支持パイプ８とガ
ス供給管４との間にはグランドパッキン９が装入され、
このグランドパッキン９をパッキン押さえ10で押圧する
ことによりガス供給管は支持パイプ８に固定されるとと
もに、還元炉内外のシールを行なっている。また、パッ
キン押さえ10を緩めることによって、ガス供給管４は上
下位置の変更が可能となり、ひいてはヘッダーの高さ変
更が可能となる。吹き込みガスは、ガス供給管からヘッ
ダーに導入され、ヘッダーの軸方向に流れ、ノズル５か
ら還元炉内に吹き込まれる。ガスが一様な流れで、ノズ
ルから吹き出されるように、ヘッダーは十分に大きな容
積を持たせることが重要である。この点における基本的
な構造は工業的に広く使用されている一般的なヘッダー
と同じである。
装置の他の例を示す。図に示すガス吹き込み装置は還元
炉の冷却ゾーンの天井部に設けた複数の貫通孔に、上下
位置が変更可能に垂直方向に配設した複数のガス供給管
４の先端に、炭素鋼、ステンレス鋼等の金属製のヘッダ
ー１を水平方向（逆Ｔ字状）に設けたものである。ヘッ
ダーの両端は側板またはキャップで閉塞され、ヘッダー
の下面側にはガス吹き出しのノズル５が複数個設けてあ
る。ガス供給管４は、還元炉の天井部に設けた貫通孔な
らびにこの貫通孔と同心に取り付けられた支持パイプ８
を介して還元炉外まで導かれている。支持パイプ８とガ
ス供給管４との間にはグランドパッキン９が装入され、
このグランドパッキン９をパッキン押さえ10で押圧する
ことによりガス供給管は支持パイプ８に固定されるとと
もに、還元炉内外のシールを行なっている。また、パッ
キン押さえ10を緩めることによって、ガス供給管４は上
下位置の変更が可能となり、ひいてはヘッダーの高さ変
更が可能となる。吹き込みガスは、ガス供給管からヘッ
ダーに導入され、ヘッダーの軸方向に流れ、ノズル５か
ら還元炉内に吹き込まれる。ガスが一様な流れで、ノズ
ルから吹き出されるように、ヘッダーは十分に大きな容
積を持たせることが重要である。この点における基本的
な構造は工業的に広く使用されている一般的なヘッダー
と同じである。
【００３４】以上に示したガス吹き込み装置を還元炉内
幅方向に複数個配設した場合、吹き出すガス量を個々の
ヘッダー毎に独立して調整することが可能となるので、
この装置は吹き付け場所によって吹き出しガス量を調整
する必要がある場合には有効な装置である。
幅方向に複数個配設した場合、吹き出すガス量を個々の
ヘッダー毎に独立して調整することが可能となるので、
この装置は吹き付け場所によって吹き出しガス量を調整
する必要がある場合には有効な装置である。
【００３５】さらにガス吹き込み範囲を広く確保したい
ときは、長方形断面の箱形ヘッダーが有効である。図10
に冷却ゾーンに配設する箱形ヘッダーを有するガス吹き
込み装置の一例を示す。図(a) は平面図で、図(b) は正
面図である。炭素鋼、ステンレス鋼等の金属製の箱形ヘ
ッダー22は還元炉の両側壁を貫通して配設され、還元炉
２の両側壁の外面に設けた矩形支持パイプ23で支持され
ている。箱形ヘッダー22の下面側には、丸穴状のノズル
５が複数個設けてある。ヘッダーを箱形にすることによ
って、ヘッダーの下面側には幅を持たせて複数列の多数
個のノズル５を設けることができるため、ガス吹き込み
範囲を広く確保することができる。
ときは、長方形断面の箱形ヘッダーが有効である。図10
に冷却ゾーンに配設する箱形ヘッダーを有するガス吹き
込み装置の一例を示す。図(a) は平面図で、図(b) は正
面図である。炭素鋼、ステンレス鋼等の金属製の箱形ヘ
ッダー22は還元炉の両側壁を貫通して配設され、還元炉
２の両側壁の外面に設けた矩形支持パイプ23で支持され
ている。箱形ヘッダー22の下面側には、丸穴状のノズル
５が複数個設けてある。ヘッダーを箱形にすることによ
って、ヘッダーの下面側には幅を持たせて複数列の多数
個のノズル５を設けることができるため、ガス吹き込み
範囲を広く確保することができる。
【００３６】また、箱形ヘッダー22の一端にはガス供給
管４が接続されており、ガス供給管に設けた矩形フラン
ジ24と矩形支持パイプ23のフランジをボルトとナットで
締めつけて固定することによって、箱形ヘッダー22は矩
形支持パイプ23に固定されるとともに、還元炉内外のシ
ールを行なっている。ガス供給側と反対側に位置する矩
形支持パイプ23の端部は矩形盲フランジ25で閉塞されて
いる。箱形ヘッダー先端と矩形盲フランジ25との間に
は、熱膨張による箱形ヘッダーの伸びを吸収可能な隙間
を設けている。吹き込みガスはガス供給管から箱形ヘッ
ダー内に導入され、ノズルから還元炉内に吹き込まれ
る。
管４が接続されており、ガス供給管に設けた矩形フラン
ジ24と矩形支持パイプ23のフランジをボルトとナットで
締めつけて固定することによって、箱形ヘッダー22は矩
形支持パイプ23に固定されるとともに、還元炉内外のシ
ールを行なっている。ガス供給側と反対側に位置する矩
形支持パイプ23の端部は矩形盲フランジ25で閉塞されて
いる。箱形ヘッダー先端と矩形盲フランジ25との間に
は、熱膨張による箱形ヘッダーの伸びを吸収可能な隙間
を設けている。吹き込みガスはガス供給管から箱形ヘッ
ダー内に導入され、ノズルから還元炉内に吹き込まれ
る。
【００３７】還元炉内の還元ゾーンと冷却ゾーンの間に
は、炉内の輻射熱を遮断するために耐火物の隔壁を設け
ることが多いが、還元ゾーンおよび／または冷却ゾーン
にガス吹き込み装置を配設することで、これが輻射熱を
遮断する隔壁を兼ねることができ、特に箱形ヘッダーは
輻射熱を遮断する効果が大きい。また、還元炉内へのヘ
ッダーの配設数は、移動床上の塊成物の移動速度と塊成
物表面へのガス吹き付け時間とから決める。
は、炉内の輻射熱を遮断するために耐火物の隔壁を設け
ることが多いが、還元ゾーンおよび／または冷却ゾーン
にガス吹き込み装置を配設することで、これが輻射熱を
遮断する隔壁を兼ねることができ、特に箱形ヘッダーは
輻射熱を遮断する効果が大きい。また、還元炉内へのヘ
ッダーの配設数は、移動床上の塊成物の移動速度と塊成
物表面へのガス吹き付け時間とから決める。
【００３８】また、本発明では、移動床型加熱炉で還元
され、炉から排出された還元鉄塊成物を一旦貯槽内に蓄
え、前記塊成物の温度が 850℃以上の状態で、貯槽内に
メタンまたはメタン含有ガスを吹き込むことによって、
塊成物表層部の還元を促進し、かつ高温での塊成物表層
部の再酸化を防止する。前述のように還元鉄塊成物は、
燃焼ガスが酸化性のときは塊成物表層部の酸化鉄は未還
元のままであり、また高温時は貯槽内で表層部が再酸化
される。この貯槽内での再酸化は、窒素雰囲気等の不活
性雰囲気にすれば防止することができる。しかし、塊成
物表層部の酸化鉄を還元するには、高温時、貯槽内に還
元ガスを吹き込む必要がある。このため、本発明では、
塊成物の温度が 850℃以上の状態で、貯槽内にメタンま
たはメタン含有ガスを吹き込む。
され、炉から排出された還元鉄塊成物を一旦貯槽内に蓄
え、前記塊成物の温度が 850℃以上の状態で、貯槽内に
メタンまたはメタン含有ガスを吹き込むことによって、
塊成物表層部の還元を促進し、かつ高温での塊成物表層
部の再酸化を防止する。前述のように還元鉄塊成物は、
燃焼ガスが酸化性のときは塊成物表層部の酸化鉄は未還
元のままであり、また高温時は貯槽内で表層部が再酸化
される。この貯槽内での再酸化は、窒素雰囲気等の不活
性雰囲気にすれば防止することができる。しかし、塊成
物表層部の酸化鉄を還元するには、高温時、貯槽内に還
元ガスを吹き込む必要がある。このため、本発明では、
塊成物の温度が 850℃以上の状態で、貯槽内にメタンま
たはメタン含有ガスを吹き込む。
【００３９】メタンまたはメタン含有ガスは、無触媒で
は1100℃以上の温度で分解するが、金属鉄がある場合
は、金属鉄が触媒となって、 850℃以上の温度でH2とCO
に分解改質する。すなわち、メタンの多くは CH4→C+2H
2 に分解し、一部は還元反応によって生成したH2O と反
応して、 CH4+H2O→CO+3H2、さらにCO2 と反応してCH4+
CO2 →2CO+2H2 の分解反応を起こす。そして、H2とCOが
塊成物表層部の酸化鉄を還元する。したがって、移動床
型トンネル加熱炉から排出され、貯槽内に蓄えられた還
元鉄塊成物の温度は 900〜1000℃以上であり、この温度
でメタンまたはメタン含有ガスを吹き込むことで十分に
塊成物表層部の酸化鉄を還元することができる。図４は
貯槽内にメタンを吹き込んだときの効果を示したもの
で、直径17mmの還元鉄塊成物500gを 900℃に保持し、メ
タンを1.7 l/min 、メタンとCO2 を1.7/1.7 l/min 、メ
タンとCO2 を1.7/5.4 l/min 、N2を1.7 l/min の割合で
それぞれ10分間吹き込んだときの金属化率を示してい
る。N2を1.7 l/min の割合で10分間吹き込んだものは、
塊成物表層部の再酸化防止を目的としたもので、このと
きの金属化率に対して、メタンの吹き込み量が増すと塊
成物表層部の酸化鉄は還元され金属化率が向上している
ことが分かる。
は1100℃以上の温度で分解するが、金属鉄がある場合
は、金属鉄が触媒となって、 850℃以上の温度でH2とCO
に分解改質する。すなわち、メタンの多くは CH4→C+2H
2 に分解し、一部は還元反応によって生成したH2O と反
応して、 CH4+H2O→CO+3H2、さらにCO2 と反応してCH4+
CO2 →2CO+2H2 の分解反応を起こす。そして、H2とCOが
塊成物表層部の酸化鉄を還元する。したがって、移動床
型トンネル加熱炉から排出され、貯槽内に蓄えられた還
元鉄塊成物の温度は 900〜1000℃以上であり、この温度
でメタンまたはメタン含有ガスを吹き込むことで十分に
塊成物表層部の酸化鉄を還元することができる。図４は
貯槽内にメタンを吹き込んだときの効果を示したもの
で、直径17mmの還元鉄塊成物500gを 900℃に保持し、メ
タンを1.7 l/min 、メタンとCO2 を1.7/1.7 l/min 、メ
タンとCO2 を1.7/5.4 l/min 、N2を1.7 l/min の割合で
それぞれ10分間吹き込んだときの金属化率を示してい
る。N2を1.7 l/min の割合で10分間吹き込んだものは、
塊成物表層部の再酸化防止を目的としたもので、このと
きの金属化率に対して、メタンの吹き込み量が増すと塊
成物表層部の酸化鉄は還元され金属化率が向上している
ことが分かる。
【００４０】実操業においては、図11に一例を示すよう
に、貯槽26の下部に吹き込み口27を、上部に排ガス口28
を設け、吹き込み口27からメタンまたはメタン含有ガス
を吹き込み、貯槽26内で分解し、還元鉄塊成物表層部の
酸化鉄と反応したガスおよび未反応のガス（含む未分解
ガス）を排ガス口28から回収する。なお、図中の矢印は
吹き込みガスの流れを模式的に示したものである。回収
したガスは下記で説明するように、燃料または還元末期
に移動中の炭材内装酸化鉄塊成物表面に吹き付けるメタ
ンまたはメタン含有ガスとして利用する。また、吹き込
み口27から吹き込むガスの量は、図４に示した値を参考
にして、貯槽内の還元鉄塊成物29の量に見合った量のメ
タンまたはメタン含有ガスを貯槽内に吹き込む。
に、貯槽26の下部に吹き込み口27を、上部に排ガス口28
を設け、吹き込み口27からメタンまたはメタン含有ガス
を吹き込み、貯槽26内で分解し、還元鉄塊成物表層部の
酸化鉄と反応したガスおよび未反応のガス（含む未分解
ガス）を排ガス口28から回収する。なお、図中の矢印は
吹き込みガスの流れを模式的に示したものである。回収
したガスは下記で説明するように、燃料または還元末期
に移動中の炭材内装酸化鉄塊成物表面に吹き付けるメタ
ンまたはメタン含有ガスとして利用する。また、吹き込
み口27から吹き込むガスの量は、図４に示した値を参考
にして、貯槽内の還元鉄塊成物29の量に見合った量のメ
タンまたはメタン含有ガスを貯槽内に吹き込む。
【００４１】さらに、上記貯槽内から回収した反応排ガ
スおよび未反応排ガスを燃料または還元末期に移動中の
炭材内装酸化鉄塊成物表面に吹き付けるメタンまたはメ
タン含有ガスとして利用する。貯槽内に吹き込んだガス
の一部が分解し、さらに分解したガスの一部が還元鉄塊
成物表層部の酸化鉄と反応する。すなわち、吹き込みガ
スの約20体積％以上が還元鉄塊成物表層部の酸化鉄と反
応し、残りは未反応ガス（含む未分解ガス）である。し
たがって、貯槽内から回収した排ガスは燃料または還元
末期に移動中の炭材内装酸化鉄塊成物表面に吹き付ける
メタンまたはメタン含有ガスとして十分に利用すること
ができる。また、これによって、貯槽内の還元鉄塊成物
の顕熱を回収し、炭材内装酸化鉄塊成物の加熱に有効に
利用することができる。
スおよび未反応排ガスを燃料または還元末期に移動中の
炭材内装酸化鉄塊成物表面に吹き付けるメタンまたはメ
タン含有ガスとして利用する。貯槽内に吹き込んだガス
の一部が分解し、さらに分解したガスの一部が還元鉄塊
成物表層部の酸化鉄と反応する。すなわち、吹き込みガ
スの約20体積％以上が還元鉄塊成物表層部の酸化鉄と反
応し、残りは未反応ガス（含む未分解ガス）である。し
たがって、貯槽内から回収した排ガスは燃料または還元
末期に移動中の炭材内装酸化鉄塊成物表面に吹き付ける
メタンまたはメタン含有ガスとして十分に利用すること
ができる。また、これによって、貯槽内の還元鉄塊成物
の顕熱を回収し、炭材内装酸化鉄塊成物の加熱に有効に
利用することができる。
【００４２】本発明は、以上のようにして移動床型加熱
炉を用いて、炭材内装酸化鉄塊成物を還元することによ
って、金属化率90％以上の高金属化率還元鉄塊成物を製
造することができる。
炉を用いて、炭材内装酸化鉄塊成物を還元することによ
って、金属化率90％以上の高金属化率還元鉄塊成物を製
造することができる。
【００４３】
【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明によれば、移動床型加熱炉を用いて、炭材内装酸
化鉄塊成物を還元して還元鉄塊成物を製造する最終段階
である還元末期に、炭材内装酸化鉄塊成物表面にメタン
またはメタン含有ガスを吹き付けることによって炭材内
装酸化鉄塊成物の表層部の還元を促進し、還元後は還元
鉄塊成物の表面にメタンまたはメタン含有ガスを吹き付
け表層部の酸化を防止しながら冷却し、さらに還元後炉
から排出された還元鉄塊成物を一旦貯槽内に蓄え、貯槽
内にメタンまたはメタン含有ガスを吹き込むことによっ
て還元鉄塊成物の表層部の還元を促進するため、炭材内
装酸化鉄塊成物から金属化率90％以上の高金属化率還元
鉄塊成物を得ることができる。
本発明によれば、移動床型加熱炉を用いて、炭材内装酸
化鉄塊成物を還元して還元鉄塊成物を製造する最終段階
である還元末期に、炭材内装酸化鉄塊成物表面にメタン
またはメタン含有ガスを吹き付けることによって炭材内
装酸化鉄塊成物の表層部の還元を促進し、還元後は還元
鉄塊成物の表面にメタンまたはメタン含有ガスを吹き付
け表層部の酸化を防止しながら冷却し、さらに還元後炉
から排出された還元鉄塊成物を一旦貯槽内に蓄え、貯槽
内にメタンまたはメタン含有ガスを吹き込むことによっ
て還元鉄塊成物の表層部の還元を促進するため、炭材内
装酸化鉄塊成物から金属化率90％以上の高金属化率還元
鉄塊成物を得ることができる。
【図１】不完全燃焼ガス中にメタンが10体積％存在する
ときのメタンの分解と加熱温度との関係を示す図であ
る。
ときのメタンの分解と加熱温度との関係を示す図であ
る。
【図２】雰囲気温度1300℃における金属化率に及ぼす、
メタンの分解率を77％として算出した還元度とメタン吹
き付け時間との関係を示す図である。
メタンの分解率を77％として算出した還元度とメタン吹
き付け時間との関係を示す図である。
【図３】1300℃の還元鉄塊成物表面に、 100％のメタ
ン、 100％のコークス炉ガスおよびメタンを10％混合し
たガスをそれぞれ 1分間吹き付けたときの金属化率を示
す図である。
ン、 100％のコークス炉ガスおよびメタンを10％混合し
たガスをそれぞれ 1分間吹き付けたときの金属化率を示
す図である。
【図４】直径17mmの還元鉄塊成物500gを 900℃に保持
し、メタンを1.7 l/min 、メタンとCO2 を1.7/1.7 l/mi
n 、メタンとCO2 を1.7/5.4 l/min 、N2を1.7 l/min の
割合でそれぞれ10分間吹き込んだときの金属化率を示す
図である。
し、メタンを1.7 l/min 、メタンとCO2 を1.7/1.7 l/mi
n 、メタンとCO2 を1.7/5.4 l/min 、N2を1.7 l/min の
割合でそれぞれ10分間吹き込んだときの金属化率を示す
図である。
【図５】還元ゾーンと冷却ゾーンで用いるガス吹き込み
装置の一例を示す図で、図(a)はガス吹き込み装置の縦
断面図で、図(b) は図(a) のA-A 線矢視図である。
装置の一例を示す図で、図(a)はガス吹き込み装置の縦
断面図で、図(b) は図(a) のA-A 線矢視図である。
【図６】ヘッダーの高さ変更機構を有するヘッダー支持
装置の一例を示す図である。
装置の一例を示す図である。
【図７】冷却ゾーンに配設する還元ゾーンと同形のガス
吹き込み装置の一例を示す図である。
吹き込み装置の一例を示す図である。
【図８】冷却ゾーンに配設するガス吹き込み装置の他の
例を示す図である。
例を示す図である。
【図９】冷却ゾーンに配設する箱形ヘッダーを有するガ
ス吹き込み装置の一例を示す図で、図(a) は平面図で、
図(b) は正面図である。
ス吹き込み装置の一例を示す図で、図(a) は平面図で、
図(b) は正面図である。
【図10】実操業における貯槽内へのメタンまたはメタン
含有ガスの吹き込みの一例を示す図である。
含有ガスの吹き込みの一例を示す図である。
【図11】移動床型加熱炉を用いた、炭材内装酸化鉄塊成
物を還元して還元鉄塊成物を製造する方法の説明図であ
る。
物を還元して還元鉄塊成物を製造する方法の説明図であ
る。
１…ヘッダー、２…還元炉、３…移動床、４…ガス供給
管、５…ノズル、６…水冷管、７…耐火物、８…支持パ
イプ、９…グランドパッキン、10…パッキン押さえ、11
…偏心ボス、12…フランジ板、13…ガイドパイプ、14…
ヘッダー装入パイプ、15…ルーズフランジ、16…ルー
フ、17…キャップ、18…丸穴ノズル、19…スリットノズ
ル、20…固定リング、21…盲フランジ、22…箱形ヘッダ
ー、23…矩形支持パイプ、24…矩形フランジ、25…矩形
盲フランジ、26…貯槽、27…吹き込み口、28…排ガス
口、29…還元鉄塊成物、30…塊成物、31…炉内隔壁。
管、５…ノズル、６…水冷管、７…耐火物、８…支持パ
イプ、９…グランドパッキン、10…パッキン押さえ、11
…偏心ボス、12…フランジ板、13…ガイドパイプ、14…
ヘッダー装入パイプ、15…ルーズフランジ、16…ルー
フ、17…キャップ、18…丸穴ノズル、19…スリットノズ
ル、20…固定リング、21…盲フランジ、22…箱形ヘッダ
ー、23…矩形支持パイプ、24…矩形フランジ、25…矩形
盲フランジ、26…貯槽、27…吹き込み口、28…排ガス
口、29…還元鉄塊成物、30…塊成物、31…炉内隔壁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 孝夫 兵庫県加古川市金沢町１番地 株式会社 神戸製鋼所 加古川製鉄所内 (72)発明者 橋本 澄人 兵庫県加古川市金沢町１番地 株式会社 神戸製鋼所 加古川製鉄所内 (72)発明者 竹中 芳通 兵庫県加古川市金沢町１番地 株式会社 神戸製鋼所 加古川製鉄所内 (72)発明者 城内 章治 兵庫県加古川市金沢町１番地 株式会社 神戸製鋼所 加古川製鉄所内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C21B 13/10
Claims (10)
- 【請求項１】 移動床型加熱炉を用いて、炭材内装酸化
鉄塊成物を還元して還元鉄塊成物を製造する方法におい
て、全炉内滞留時間の最後の1/18〜1/3 を、表面温度が
1150℃以上の移動中の炭材内装酸化鉄塊成物表面にメタ
ンまたはメタン含有ガスを吹き付けることを特徴とする
高金属化率還元鉄塊成物の製造方法。 - 【請求項２】 移動中の炭材内装酸化鉄塊成物表面に吹
き付けるメタンまたはメタン含有ガスと燃焼ガスとの混
合分解後の還元度〔(CO+H2)/(CO+H2+CO2+H2O) 〕が 0.7
以上のとき、吹き付け時間が全炉内滞留時間の最後の1/
18〜1/9 である請求項１記載の高金属化率還元鉄塊成物
の製造方法。 - 【請求項３】 移動中の炭材内装酸化鉄塊成物表面に吹
き付けるメタンまたはメタン含有ガスと燃焼ガスとの混
合分解後の還元度〔(CO+H2)/(CO+H2+CO2+H2O) 〕が0.55
以上のとき、吹き付け時間が全炉内滞留時間の最後の1/
18〜1/3 である請求項１記載の高金属化率還元鉄塊成物
の製造方法。 - 【請求項４】 移動中の炭材内装酸化鉄塊成物表面にメ
タンまたはメタン含有ガスのみを最大全炉内滞留時間の
最後の1/9 に吹き付けることを特徴とする高金属化率還
元鉄塊成物の製造方法。 - 【請求項５】 還元終了後冷却ゾーンで移動中の還元塊
成物表面に、還元塊成物トン当たり6.0kgmol未満のメタ
ンまたはメタン含有ガスを吹き付けて還元塊成物を冷却
することを特徴とする高金属化率還元鉄塊成物の製造方
法。 - 【請求項６】 還元終了後冷却ゾーンで移動中の還元塊
成物表面に吹き付けるメタンまたはメタン含有ガスの吹
き付け時間が最大全炉内滞留時間の1/9 である請求項５
記載の高金属化率還元鉄塊成物の製造方法。 - 【請求項７】 複数個のノズルを有し、表面が耐火物で
覆われ、内部に水冷管を設けた金属製ヘッダーを上下位
置およびノズルの向きを変更可能に還元炉内の還元ゾー
ンまたは冷却ゾーンに水平に一個以上配設したことを特
徴とするガス吹き込み装置。 - 【請求項８】 還元炉の冷却ゾーンの天井部に設けた複
数の貫通孔に、上下位置が変更可能に垂直方向に配設し
た複数のガス供給管の先端に、複数個のノズルを有する
ヘッダーを水平方向に設けたことを特徴とするガス吹き
込み装置。 - 【請求項９】 移動床型加熱炉で還元され、炉から排出
された還元鉄塊成物を一旦貯槽内に蓄え、前記塊成物の
温度が 850℃以上の状態で、貯槽内にメタンまたはメタ
ン含有ガスを吹き込む請求項１、２、３、４、５または
６記載の高金属化率還元鉄塊成物の製造方法。 - 【請求項10】 上記貯槽内からの排ガスを燃料または還
元末期に移動中の炭材内装酸化鉄塊成物表面に吹き付け
るメタンまたはメタン含有ガスとして利用する請求項
１、２または３記載の高金属化率還元鉄塊成物の製造方
法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10074443A JP3081581B2 (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | 高金属化率還元鉄塊成物の製造方法 |
| CA002266139A CA2266139A1 (en) | 1998-03-23 | 1999-03-19 | Method of producing reduced iron agglomerates |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10074443A JP3081581B2 (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | 高金属化率還元鉄塊成物の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
ID=13547389
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|---|---|---|---|
| JP10074443A Expired - Fee Related JP3081581B2 (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | 高金属化率還元鉄塊成物の製造方法 |
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| EP (1) | EP0952231A1 (ja) |
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1999
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