JP5880941B2 - Method for producing reduced iron - Google Patents
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Description
本発明は、鉄鉱石粉と炭材粉の混合物をブリケット化し、このブリケットを還元処理することにより還元鉄を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing reduced iron by briquetting a mixture of iron ore powder and carbonaceous material powder and subjecting the briquette to a reduction treatment.
従来、鉄鉱石を還元する方法として、以下のような方法が知られており、それぞれ生産性を高めるために技術改善がなされてきた。
（1）高炉法
高炉法では、鉄鉱石とコークスを層状に装入し、炉下部から約１０００℃の熱風空気（酸素富化空気）を送風し、溶銑を製造する。この高炉法において、生産性を向上させるための技術改善としては、熱風温度の高温化、酸素富化率の増加、還元鉄の装入、鉄鉱石とコークスの装入方法の改善などが実施されている。基本的に高炉で使用可能な鉄鉱石は、粉状鉱石ではなく、高炉内での荷重に耐え得る品質を有する塊鉱石又は焼結鉱であり、同様にコークスにも高炉での荷重に耐え得る品質が要求される。
Conventionally, the following methods are known as methods for reducing iron ore, and technical improvements have been made to increase productivity.
(1) Blast furnace method In the blast furnace method, iron ore and coke are charged in layers, and hot air (oxygen-enriched air) at about 1000 ° C is blown from the bottom of the furnace to produce hot metal. In this blast furnace method, technical improvements to improve productivity include increasing hot air temperature, increasing oxygen enrichment, charging reduced iron, and improving iron ore and coke charging methods. ing. Basically, iron ore that can be used in a blast furnace is not a powdered ore, but is a massive ore or sintered ore that can withstand the load in the blast furnace. Similarly, coke can withstand the load in the blast furnace. Quality is required.
鉄鉱石とコークスを層状に装入しているため、鉄鉱石の還元反応は炉下部で発生するコークスのガス化により生成した還元ガス（ＣＯ、Ｈ２）に依存し、鉄鉱石とコークスとの接点での還元反応はあまり期待できない。生産性をさらに高めるために、炉内圧力を通常の操業レベル（３〜４kg／cm２-G）よりも高くすることも可能であるが、圧力増加に伴いコークスのガス化反応（Ｃ＋ＣＯ２＝２ＣＯ）が逆に阻害され、還元ガスの生成に不利となる。また、高炉法は鉄鉱石から溶銑を製造するプロセスであり、炉内は気体、固体、液体が共存するとともに、還元ガスが炉下部から炉上部に向かって流れ、還元・溶融した溶銑および溶融スラグは炉下部に向かって降下する。このようなプロセスでは、炉内圧力を高めるとガス密度および粘性が増加することから、還元・溶融した溶銑および溶融スラグの降下が阻害される恐れがある。 Because iron ore and coke are charged in layers, the reduction reaction of iron ore depends on the reducing gas (CO, H 2 ) generated by the gasification of coke generated in the lower part of the furnace. The reduction reaction at the contact cannot be expected very much. In order to further increase the productivity, the pressure in the furnace can be made higher than the normal operation level (3 to 4 kg / cm 2 -G), but the coke gasification reaction (C + CO 2 = On the contrary, 2CO) is inhibited, which is disadvantageous for the production of reducing gas. The blast furnace method is a process for producing hot metal from iron ore. Gas, solid and liquid coexist in the furnace, and reducing gas flows from the lower part of the furnace to the upper part of the furnace, reducing and melting hot metal and molten slag. Descends towards the bottom of the furnace. In such a process, when the pressure in the furnace is increased, the gas density and the viscosity are increased. Therefore, there is a possibility that the reduction and melting of molten iron and molten slag are hindered.
（2）シャフト炉による還元鉄製造法
この製造法は、塊鉱石や鉄鉱石ペレットをシャフト炉に装入し（これらの原料は炉下部に向かって降下する）、炉下部より天然ガスを改質した８００〜９５０℃の還元ガス（ＣＯ、Ｈ２）を吹き込んで還元鉄を製造する方法であり、ＨＹＬIIIやＭｉｄｒｅｘなどが知られている。この方法は、還元材としてコストの高い天然ガスを使用することから、プラント立地は天然ガスの産出国に限定される。この製造法において、生産性を向上させるための技術改善としては、吹き込む改質ガス温度の高温化、還元ガス中の水素濃度の増加などが実施されている。また、この製造法も基本的には、還元ガスによる鉄鉱石還元である。生産性向上のために高圧化も可能であるが、炭素析出反応（２ＣＯ＝Ｃ＋ＣＯ２）やメタン化反応（ＣＯ＋３Ｈ２＝ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ）は高圧の方が有利であるため、還元ガスがＣやＣＨ４に変換されてしまう。また、メタン化反応は発熱反応であるため、還元温度を管理することが困難となる。
(2) Reduced iron production method using a shaft furnace This production method involves charging ore or iron ore pellets into a shaft furnace (these materials descend toward the bottom of the furnace) and reforming natural gas from the bottom of the furnace. In this method, reduced iron (CO, H 2 ) at 800 to 950 ° C. is blown to produce reduced iron, and HYLIII, Midrex, and the like are known. Since this method uses high-cost natural gas as the reducing material, the plant location is limited to the country producing the natural gas. In this manufacturing method, as technical improvements for improving productivity, the reformed gas temperature to be blown is increased, the hydrogen concentration in the reducing gas is increased, and the like. This production method is also basically iron ore reduction with a reducing gas. Although high pressure is possible to improve productivity, high pressure is more advantageous for carbon deposition reaction (2CO = C + CO 2 ) and methanation reaction (CO + 3H 2 = CH 4 + H 2 O). It would be converted to C or CH 4. Moreover, since the methanation reaction is an exothermic reaction, it is difficult to control the reduction temperature.
さらに、生産性を向上させるためには、鉄鉱石還元速度の向上が必要である。特許文献１，２には、鉄鉱石（酸化鉄）と炭材とを混合して塊成化することで、鉄鉱石と炭材との接触点を増加させる方法が開示されている。なお、これらの特許文献に示される方法は、製造した塊成化物を回転炉床炉で高温還元し、還元鉄を製造する方法である。
また、非特許文献１〜３では、高圧下での鉄鉱石の還元反応の結果が開示されている。
Furthermore, in order to improve productivity, it is necessary to improve the iron ore reduction rate.
高炉法とシャフト炉による還元鉄製造法は、数kg／cm２-G（還元鉄製造法で約５kg／cm２-G）の圧力で還元ガスを利用して鉄鉱石の還元を行うものである。生産性（還元速度）向上のための方策としては熱風温度などの高温化があるが、さらに還元速度を向上させるために還元時の圧力を高める方法が考えられる。しかしながら、圧力が高くなるとコークスのガス化反応が阻害され（高炉法）、また、炭素析出やメタン化などの反応に有利な条件となることから、逆に生産性が低下し或いは操業トラブルが発生する要因となる。 Blast furnace process and reduced iron production method according to the shaft furnace, in which by using a reducing gas at a pressure of several kg / cm 2 -G (about 5 kg / cm 2 -G with reduced iron production process) perform the reduction of iron ore is there. As a measure for improving productivity (reduction rate), there is a method of increasing the temperature such as hot air temperature, but a method of increasing the pressure during reduction can be considered in order to further improve the reduction rate. However, when the pressure increases, the coke gasification reaction is hindered (blast furnace method), and it becomes a favorable condition for reactions such as carbon deposition and methanation, which conversely reduces productivity or causes operational troubles. It becomes a factor to do.
特許文献１，２の方法は、酸化鉄と炭材の混合物を塊成化し、回転炉床炉で還元鉄を製造するものである。この方法では、回転炉床炉の炉床に塊成化物を複数層（２〜３層）装入し、炉壁ガスバーナー火炎や炉内壁からの輻射熱により酸化鉄を還元するものであるが、炉上部は燃焼空間となっており、塊成化物の充填密度が低く、このため生産性が低い。また、燃焼ガスの熱は塊成化物の昇温・還元に利用されるが、そのほとんどは上部空間を介して排ガスとして排出される（熱効率が低い）。また、回転炉床炉を用いるため、基本的には常圧での還元反応であり、高圧での操業が困難である。
The methods of
また、非特許文献１，２に示されているのは、水素気流下において圧力約１．３ＭＰａで鉄鉱石を還元する方法（炭材と混合するのではなく鉄鉱石粒子のみの還元）であり、非特許文献３に示されているのは、鉄鉱石と炭材（グラファイト、コークス）を単純に混合粉砕し、その混合物を圧力０．１〜１．５ＭＰａ条件下で還元する方法である。しかし、これらの方法では、鉄鉱石を高い生産性で効率的に還元することはできない。
Also,
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、鉄鉱石を高い生産性で効率的に還元し、還元鉄を低コストに得ることができる還元鉄の製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art, and to provide a method for producing reduced iron that can efficiently reduce iron ore with high productivity and obtain reduced iron at low cost. There is.
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を行い、その結果、鉄鉱石粉とバイオマス炭を含むブリケットを所定レベル以上の高温・高圧下で還元処理することにより、鉄鉱石を高い還元速度で効率的に還元し、高い生産性で還元鉄を製造できることを見出した。本発明は、このような知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
［1］鉄鉱石から還元鉄を製造する方法において、鉄鉱石粉に、該鉄鉱石粉に含まれる酸化鉄由来酸素に対する炭材中固定炭素の質量比［Ｃ／Ｏ］が０．７５以上となる配合比で、粉粒状のバイオマス炭を加えて混合し、該混合物を加圧成型してブリケットとする工程（Ａ）と、前記ブリケットを９５０℃以上１１００℃以下、２．０Ｍｐａ以上の高温・高圧下で還元処理することにより還元鉄を得る工程（Ｂ）を有することを特徴とする還元鉄の製造方法。
［2］上記［1］の製造方法において、工程（Ａ）では、鉄鉱石粉にバイオマス炭とともにバインダーを加えて混合することを特徴とする還元鉄の製造方法。
［3］上記［1］又は［2］の製造方法において、工程（Ｂ）がシャフト炉で行われ、シャフト炉の炉上部から装入されたブリケットが炉下部まで降下する過程で還元処理されることを特徴とする記載の還元鉄の製造方法。
The present inventors have studied to solve the above problems, and as a result, the iron ore is reduced at a high reduction rate by reducing the briquette containing iron ore powder and biomass coal under a high temperature and high pressure of a predetermined level or higher. It has been found that reduced iron can be efficiently produced and reduced iron can be produced with high productivity. The present invention has been made based on such findings, and the gist thereof is as follows.
[1] In the method for producing reduced iron from iron ore, the iron ore powder is blended such that the mass ratio [C / O] of the fixed carbon in the carbonaceous material to the iron oxide-derived oxygen contained in the iron ore powder is 0.75 or more. Ratio (A) which adds and mixes granular biomass charcoal and press-molds this mixture into a briquette, and the briquette is at a high temperature and high pressure of 950 ° C. to 1100 ° C. and 2.0 Mpa or higher. A method for producing reduced iron, comprising a step (B) of obtaining reduced iron by performing a reduction treatment in
[2] The method for producing reduced iron according to the above [1], wherein in step (A), the iron ore powder is mixed with a biomass charcoal together with a binder.
[3] In the manufacturing method of [1] or [2] above, the step (B) is performed in the shaft furnace, and the briquette charged from the upper part of the shaft furnace is reduced to the lower part of the furnace. The method for producing reduced iron according to
本発明によれば、鉄鉱石粉とバイオマス炭を含むブリケットを所定レベル以上の高温・高圧下で還元処理することにより、鉄鉱石を高い還元速度で効率的に還元し、高い生産性で還元鉄を得ることができる。また、低品位の原料（鉄鉱石、炭材）を使用しても生産性を維持することができるので、還元鉄を低コストに製造することができる。 According to the present invention, the briquette containing iron ore powder and biomass coal is reduced at a high temperature and high pressure of a predetermined level or higher, thereby efficiently reducing the iron ore at a high reduction rate and reducing iron with high productivity. Can be obtained. Moreover, since productivity can be maintained even if a low-grade raw material (iron ore, carbon material) is used, reduced iron can be manufactured at low cost.
本発明の還元鉄の製造方法は、鉄鉱石粉にバイオマス炭を加えて混合し、この混合物を加圧成型してブリケットとする工程（Ａ）と、前記ブリケットを９５０℃以上１１００℃以下、２．０Ｍｐａ以上の高温・高圧下で還元処理することにより還元鉄を得る工程（Ｂ）を有する。この工程（Ｂ）の還元処理は、２．０Ｍｐａ以上という高圧下で行われるため、反応によりブリケット内で生じたガスが外部に放出されにくく、ブリケット内部に留まりやすいので、ブリケット内部において、（a）最初に炭材と酸化鉄との還元反応でＣＯが生じ、（b）このＣＯがさらに酸化鉄と反応してＣＯ２を生じ、（c）このＣＯ２が炭材と反応してＣＯを生じ、その後、上記（b）→（c）の反応が繰り返される、という一連の反応で鉄鉱石の還元がなされるので、効率的な還元処理が行われる。さらに、炭材粉としてバイオマス炭を用いることにより、上記（c）のＣＯ２と炭材が反応してＣＯを生じる速度が増加する。その結果、ブリケットの還元速度も高められ、この面からも還元処理の効率が向上する。これは、バイオマス炭は石炭粉やコークス粉に較べて高比表面積であり、しかも、バイオマス炭中の炭素は、石炭やコークス中の炭素のような強固なグラファイトではなく、反応性の高いサイトを多く有し、ＣＯ２や鉄鉱石等と反応しやすいためである。以上の結果、本発明の還元鉄の製造方法では、非常に効率的な還元処理がなされ、高い生産性が得られる。 The method for producing reduced iron according to the present invention comprises a step (A) of adding biomass charcoal to iron ore powder, mixing the mixture, and press-molding the mixture to form a briquette; A step (B) of obtaining reduced iron by reducing treatment at a high temperature and high pressure of 0 Mpa or more. Since the reduction treatment in this step (B) is performed under a high pressure of 2.0 Mpa or more, the gas generated in the briquette due to the reaction is not easily released to the outside, and tends to stay inside the briquette. ) first CO occurs in the reduction reaction of the carbonaceous material and the iron oxide, the (b) produce a CO 2 reacts with the CO is further oxidized iron, CO reacts with (c) the CO 2 is carbonaceous material Then, the iron ore is reduced by a series of reactions in which the reaction of (b) → (c) is repeated, so that efficient reduction treatment is performed. Furthermore, by using biomass charcoal as the carbonaceous material powder, the rate at which CO 2 and the carbonaceous material (c) react with each other to generate CO increases. As a result, the briquette reduction speed is also increased, and the efficiency of the reduction treatment is improved from this aspect. This is because biomass charcoal has a higher specific surface area than coal powder and coke powder, and carbon in biomass charcoal is not a strong graphite like carbon in coal or coke, but a highly reactive site. has many, because easily react with CO 2 and iron ore. As a result, in the method for producing reduced iron of the present invention, a very efficient reduction treatment is performed, and high productivity is obtained.
本発明において、工程（Ａ）でブリケット化する鉄鉱石粉に特別な制限はなく、劣質の粉状鉄鉱石などを用いてもよい。鉄鉱石粉の粒度は、製造するブリケットのサイズにもよるが、ブリケットサイズの１／１０以下が好ましい。一般的には、粒径３ｍｍ以下が好ましい。
また、炭材であるバイオマス炭は、木、草、下水汚泥などのような炭素を含む物質を炭化処理したものでよく、木炭が代表的なものであるが、これに限定されるものではない。
バイオマス炭は粉粒状であり、その粒度は、製造するブリケットのサイズにもよるが、ブリケットサイズの１／１０以下が好ましく、鉄鉱石粉の粒度に対して同等がそれ以下の粒度が好ましい。一般的には、粒径３ｍｍ以下が好ましい。
鉄鉱石粉に対するバイオマス炭の配合比は、鉄鉱石を還元するのに必要な炭素量を考慮して決められるが、一般的には、鉄鉱石粉に含まれる酸化鉄由来酸素に対する炭材中固定炭素の質量比［Ｃ／Ｏ］が０．７５以上となるような配合比が好ましい。
In this invention, there is no special restriction | limiting in the iron ore powder briquetted by a process (A), You may use inferior quality powdered iron ore. The particle size of the iron ore powder is preferably 1/10 or less of the briquette size, although it depends on the size of the briquette to be produced. In general, a particle size of 3 mm or less is preferable.
Biomass charcoal, which is a charcoal material, may be a carbonized material such as wood, grass, sewage sludge, and the like, and charcoal is typical, but is not limited thereto. .
Biomass charcoal is granular, and the particle size thereof is preferably 1/10 or less of the briquette size, although it depends on the size of the briquette to be produced, and is preferably equal to or smaller than the particle size of the iron ore powder. In general, a particle size of 3 mm or less is preferable.
The mixing ratio of biomass charcoal to iron ore powder is determined in consideration of the amount of carbon necessary to reduce iron ore, but in general, the amount of fixed carbon in the carbonaceous material relative to iron oxide-derived oxygen contained in iron ore powder is limited. A blending ratio such that the mass ratio [C / O] is 0.75 or more is preferable.
原料をブリケット化するために、鉄鉱石粉にバイオマス炭とともにバインダーを加えてもよい。このバインダーとしては、例えば、デンプン、エタノール、高級アルコール、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸、糖蜜、リグニンなどの有機系バインダー、セメント、高炉水砕スラグ微粉末、石膏、リン酸、粘土、ベントナイト、硫酸マグネシウムなどの無機系バインダーが挙げられ、これらの１種以上を用いることができる。バインダーの配合量は、鉄鉱石粉とバイオマス炭の合計１００質量部に対して１質量部以上が好ましい。なお、ブリケット化の際には適宜水分を加えてもよい。 In order to briquette the raw material, a binder may be added to the iron ore powder together with biomass coal. Examples of the binder include organic binders such as starch, ethanol, higher alcohol, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, polyacrylic acid, molasses, and lignin, cement, ground granulated blast furnace slag, gypsum, phosphoric acid, clay, bentonite. And inorganic binders such as magnesium sulfate, and one or more of these may be used. As for the compounding quantity of a binder, 1 mass part or more is preferable with respect to a total of 100 mass parts of iron ore powder and biomass charcoal. In addition, you may add a water | moisture content suitably in the case of briquetting.
工程（Ａ）では、鉄鉱石粉にバイオマス炭を加え、さらに必要に応じてバインダーを加えて（さらに必要に応じて水を加える）混合し、この混合物を加圧成型してブリケットとする。通常、この加圧成型は成型用のダイスを備えたブリケットマシーンを用いて行う。加圧成型条件は、鉄鉱石粉の種類などに応じて適宜選択される。加圧成型後、必要に応じて乾燥処理する。
ブリケットのサイズは、還元するための炉形式にもよるが、通気性を阻害しない程度のサイズであって、工業的に使用されているサイズであればよい。一般には、６ｃｃ以上のサイズが好ましい。
In the step (A), biomass charcoal is added to the iron ore powder, a binder is further added if necessary (and water is added if necessary), and the mixture is pressure-molded to form a briquette. Usually, this pressure molding is performed using a briquette machine equipped with a molding die. The pressure molding conditions are appropriately selected according to the type of iron ore powder. After pressure molding, it is dried as necessary.
Although the briquette size depends on the furnace type for reduction, the briquette size may be a size that does not impair air permeability and that is industrially used. In general, a size of 6 cc or more is preferable.
続く工程（Ｂ）では、上記ブリケットを所定の高温・高圧下で還元処理する。通常、この還元処理はシャフト炉で行われ、この場合、シャフト炉の炉上部から装入されたブリケットが炉下部まで降下する過程で還元処理される。
ブリケットの還元条件として、温度が９５０℃未満、圧力が２．０Ｍｐａ未満では、十分な還元速度が得られないので、還元処理の温度は９５０℃以上、圧力は２．０Ｍｐａ以上とする。
また、還元処理の温度の上限は１１００℃以下とする。これは、還元処理の温度が１１００℃を超えると還元されたブリケットが軟化溶融し、ブリケットどうしが融着するためである（炭素濃度４．３％で融点１１５０℃）。このようなブリケットどうしの融着は、後述する図１のようなシャフト炉で還元処理をする際に棚つり等のトラブルの原因となる。
また、還元処理の時間は、装入されたブリケットの昇温、還元に要する時間であり、通常は１時間以上を必要とする。
この工程（Ｂ）により、鉄鉱石粉に含まれる酸化鉄の還元率が９０％以上の還元鉄を得ることができる。
In the subsequent step (B), the briquette is reduced at a predetermined high temperature and high pressure. Usually, this reduction process is performed in a shaft furnace, and in this case, the reduction process is performed in the process in which briquettes charged from the upper part of the shaft furnace descend to the lower part of the furnace.
As briquette reduction conditions, if the temperature is less than 950 ° C. and the pressure is less than 2.0 Mpa, a sufficient reduction rate cannot be obtained. Therefore, the reduction treatment temperature is 950 ° C. or more and the pressure is 2.0 Mpa or more.
Moreover, the upper limit of the temperature of reduction treatment shall be 1100 degrees C or less. This is because when the temperature of the reduction treatment exceeds 1100 ° C., the reduced briquettes are softened and melted, and the briquettes are fused (melting point is 1150 ° C. at a carbon concentration of 4.3%). Such fusion of briquettes causes troubles such as shelf hanging when reduction processing is performed in a shaft furnace as shown in FIG.
The time for the reduction treatment is the time required for raising the temperature and reducing the charged briquette, and usually requires 1 hour or more.
By this step (B), reduced iron having a reduction rate of 90% or more of iron oxide contained in the iron ore powder can be obtained.
図１は、本発明の工程（Ｂ）をシャフト炉で行う場合の一実施形態を示すものであり、工程（Ａ）で得られたブリケットは、シャフト炉１の上部の装入口２から炉内に装入される。装入されたブリケットは炉内を降下し、炉下部まで降下する過程で還元処理され、最終的に炉下端部の取出口３から取り出される。なお、シャフト炉には、吹き込み口４から９００℃以上に予熱されたＣＯなどの還元性ガスなどが供給され、炉内が高温に維持される。シャフト炉から取り出された還元鉄（ブリケット）は、例えば、図１に示すような電気炉などの溶解炉で溶解され、溶鉄が得られる。
FIG. 1 shows an embodiment in which the step (B) of the present invention is carried out in a shaft furnace, and the briquette obtained in the step (A) is introduced into the furnace from the
実験試料は、酸化鉄として鉄鉱石粉（粒径４４〜１００μｍのヘマタイト鉱石）とヘマタイト粉（平均粒径０．５μｍ、純度９９．９９％）の２種類を使用し、炭材粉として純度９８％のグラファイト粉（平均粒径２０μｍ）と４５０℃で乾留した木炭粉（粒径５３〜１５０μｍ）の２種類を使用した。表１に鉄鉱石粉の組成を、表２に木炭粉の組成をそれぞれ示す。
Two types of experimental samples were used: iron ore powder (hematite ore having a particle size of 44 to 100 μm) and hematite powder (average particle size 0.5 μm, purity 99.99%) as iron oxide, and purity 98% as carbonaceous material powder. Graphite powder (
酸化鉄と炭材を酸化鉄由来酸素に対する炭材中固定炭素の質量比［Ｃ／Ｏ］が０．８となるように秤量後、十分に混合し、直径１８ｍｍのＳＵＳ製ダイスに入れて３０ＭＰａで３０秒間加圧成型し、高さ約１０ｍｍのブリケット（成型体）を作製した。なお、ヘマタイト粉と木炭粉の組み合わせの際には、ブリケット強度が弱かったため、加圧成型時に混合試料にバインダーとしてエタノールを添加して成型する方法を採用した。ブリケットは１０５℃で６時間以上保持することで十分乾燥させた後、実験に供した。 Iron oxide and carbonaceous material are weighed so that the mass ratio [C / O] of carbon in the carbonaceous material relative to iron oxide-derived oxygen is 0.8, and then sufficiently mixed. For 30 seconds to produce a briquette (molded body) having a height of about 10 mm. In addition, when combining hematite powder and charcoal powder, since briquette strength was weak, a method of molding by adding ethanol as a binder to the mixed sample at the time of pressure molding was adopted. The briquette was sufficiently dried by holding at 105 ° C. for 6 hours or more, and then subjected to the experiment.
上述したブリケットに対して、通常の電気炉を用いて還元実験を実施した。この還元実験では、炉内に所定量のＮ２を供給し、このＮ２は炉内発生ガスとともに炉外に排出されるようにした。炉内に供給されるＮ２はマスフローコントローラで制御し（〜２０．０ＮＬ／min）、炉内圧力は電気炉出口に設けられた圧力調整器により制御した（〜１０．０ＭＰａ）。還元実験は、Ｎ２（純度：６Ｎ５）を系内に導入し、所定圧力に到達後、流量を０．５ＮＬ／minに制御し、昇温速度１０℃／minで所定温度まで加熱を開始し、排出されたガスの分析を行った。このガス分析の結果は、還元の状況を確認するために用いた。また、下記する試験例１の「還元率」と試験例２の「質量減少率」は、回収された試料の質量測定と元素分析により求めた。 A reduction experiment was performed on the above briquettes using a normal electric furnace. In this reduction experiment, a predetermined amount of N 2 was supplied into the furnace, and this N 2 was discharged out of the furnace together with the gas generated in the furnace. N 2 supplied into the furnace was controlled by a mass flow controller (˜20.0 NL / min), and the pressure in the furnace was controlled by a pressure regulator provided at the outlet of the electric furnace (˜10.0 MPa). In the reduction experiment, N 2 (purity: 6N5) was introduced into the system, and after reaching a predetermined pressure, the flow rate was controlled to 0.5 NL / min, and heating was started to a predetermined temperature at a heating rate of 10 ° C./min. The exhausted gas was analyzed. The results of this gas analysis were used to confirm the reduction status. Further, the “reduction rate” in Test Example 1 and the “mass reduction rate” in Test Example 2 described below were determined by mass measurement and elemental analysis of the collected sample.
［試験例１］
酸化鉄として鉄鉱石粉を、炭材粉としてグラファイト粉をそれぞれ用いて上述のブリケットを製造し、このブリケットの還元実験を行った。還元実験での圧力を０．３ＭＰａ（No.４）、１．０ＭＰａ（No.１）、３．０ＭＰａ（No.２）、５．０ＭＰａ（No.３）とし、種々の温度で還元実験を行った。各ブリケットの還元率を表３に示す。表３によれば、炭材粉としてグラファイト粉を用いた場合には、１１００℃以下の温度ではブリケットを十分に還元できないことが判る。
[Test Example 1]
The briquette described above was produced using iron ore powder as iron oxide and graphite powder as charcoal powder, and a reduction experiment of this briquette was conducted. The pressure in the reduction experiment was 0.3 MPa (No. 4), 1.0 MPa (No. 1), 3.0 MPa (No. 2), 5.0 MPa (No. 3), and the reduction experiment was performed at various temperatures. went. Table 3 shows the reduction rate of each briquette. According to Table 3, when graphite powder is used as charcoal powder, it can be seen that briquettes cannot be sufficiently reduced at a temperature of 1100 ° C. or lower.
［試験例２］
炭材粉として木炭粉、酸化鉄としてヘマタイト粉を用いたブリケットと、炭材粉としてグラファイト粉、酸化鉄としてヘマタイト粉を用いたブリケットを、それぞれ上述のようにして製造し、これらのブリケットの還元実験を行った。この還元実験では、炭材粉として木炭粉を用いたブリケットについては、圧力を０．３ＭＰａ、１．０ＭＰａ、２．０ＭＰａおよび３．０ＭＰａとし、炭材粉としてグラファイト粉を用いたブリケットについては、圧力を０．３ＭＰａ、１．０ＭＰａ、２．０ＭＰａ、３．０ＭＰａおよび５．０ＭＰａとし、それぞれ９５０℃の温度で実施した。各試験例のブリケットの質量減少率を図２に示す。この質量減少率とは、ブリケット中の炭素と酸化鉄由来の酸素が全て除去される理論上の最大質量減少率を１００％として表したものである（後述する図３の質量減少率も同様）。
[Test Example 2]
Briquette using charcoal powder as charcoal powder, hematite powder as iron oxide, briquette using graphite powder as charcoal powder, and hematite powder as iron oxide are manufactured as described above, and reduction of these briquettes The experiment was conducted. In this reduction experiment, for briquettes using charcoal powder as charcoal powder, the pressure was 0.3 MPa, 1.0 MPa, 2.0 MPa and 3.0 MPa, and for briquettes using graphite powder as charcoal powder, The pressure was 0.3 MPa, 1.0 MPa, 2.0 MPa, 3.0 MPa, and 5.0 MPa, and each was performed at a temperature of 950 ° C. The mass reduction rate of the briquette of each test example is shown in FIG. This mass reduction rate represents the theoretical maximum mass reduction rate from which all carbon and iron oxide-derived oxygen in the briquette are removed as 100% (the same applies to the mass reduction rate in FIG. 3 described later). .
図２によれば、炭材粉としてグラファイト粉を用いたブリケットは、圧力を高めても質量減少率に変化がみられない。これに対して、炭材粉として木炭粉を用いたブリケットは、圧力が高くなるにしたがい質量減少率が増加し、２．０ＭＰａ以上では９５％以上の質量減少率となっている。これは、木炭粉を用いた方が鉄鉱石の還元速度が速いことを示している。
また、上記と同様のブリケットについて、各圧力において温度条件を変えた還元試験を行った。各試験例のブリケットの質量減少率を図３に示す。これによれば、炭材粉として木炭粉を用いたブリケットの方が、炭材粉としてグラファイト粉を用いたブリケットよりも酸化鉄（鉄鉱石）の還元速度が速く、約１００℃低温側から還元されることが示されている。
According to FIG. 2, the briquette using the graphite powder as the carbonaceous material powder does not change in the mass reduction rate even when the pressure is increased. On the other hand, the briquette using charcoal powder as the charcoal powder increases the mass reduction rate as the pressure increases, and the mass reduction rate is 95% or more at 2.0 MPa or more. This shows that the reduction rate of iron ore is faster when charcoal powder is used.
Moreover, about the briquette similar to the above, the reduction test which changed temperature conditions in each pressure was done. The mass reduction rate of the briquette of each test example is shown in FIG. According to this, briquette using charcoal powder as charcoal powder has a faster reduction rate of iron oxide (iron ore) than briquette using graphite powder as charcoal powder, and it is reduced from the low temperature side by about 100 ° C. Has been shown to be.
［試験例３］
炭材粉として木炭粉を、酸化鉄として鉄鉱石粉をそれぞれ用いて上述のブリケットを製造し、このブリケットの還元実験を行った。この還元実験において、還元処理時の圧力とガス化開始温度における相対還元率との関係を調べた結果を図４に示す。ここで、相対還元率とは、圧力が５ＭＰａでの還元率を１．０とした還元率である。また、ガス化開始温度とは、ブリッケト内で起き得る反応は、還元反応とガス化反応のみであると考えられ、下記（2）式が起こる温度である。
ＦeＯＸ＋ＣＯ＝ＦeＯＸ−１＋ＣＯ２ …（1）
Ｃ＋ＣＯ２＝２ＣＯ …（2）
図４によれば、圧力が０．３ＭＰａの場合に較べて１．０ＭＰａでは相対還元率の向上がみられるが、圧力が２ＭＰａ以上であれば十分に還元されることが示されている。
[Test Example 3]
Using the charcoal powder as the charcoal powder and the iron ore powder as the iron oxide, the above briquette was manufactured, and the reduction experiment of this briquette was conducted. FIG. 4 shows the result of examining the relationship between the pressure during the reduction process and the relative reduction rate at the gasification start temperature in this reduction experiment. Here, the relative reduction rate is a reduction rate with a reduction rate of 1.0 at a pressure of 5 MPa. Further, the gasification start temperature is a temperature at which the following equation (2) occurs, since the reactions that can occur in the brickket are considered to be only the reduction reaction and the gasification reaction.
FeO X + CO = FeO X-1 + CO 2 (1)
C + CO 2 = 2CO (2)
FIG. 4 shows that the relative reduction rate is improved at 1.0 MPa as compared to the pressure of 0.3 MPa, but that the pressure is sufficiently reduced when the pressure is 2 MPa or more.
１ シャフト炉
２ 装入口
３ 取出口
４ 吹込み口
DESCRIPTION OF
Claims (3)
鉄鉱石粉に、該鉄鉱石粉に含まれる酸化鉄由来酸素に対する炭材中固定炭素の質量比［Ｃ／Ｏ］が０．７５以上となる配合比で、粉粒状のバイオマス炭を加えて混合し、該混合物を加圧成型してブリケットとする工程（Ａ）と、
前記ブリケットを９５０℃以上１１００℃以下、２．０Ｍｐａ以上の高温・高圧下で還元処理することにより還元鉄を得る工程（Ｂ）を有することを特徴とする還元鉄の製造方法。 In a method for producing reduced iron from iron ore,
To the iron ore powder, the powdered biomass charcoal is added and mixed at a compounding ratio that the fixed carbon mass ratio [C / O] of the carbonaceous material relative to the iron oxide-derived oxygen contained in the iron ore powder is 0.75 or more , A step (A) of pressure-molding the mixture to form a briquette;
A method for producing reduced iron, comprising a step (B) of obtaining reduced iron by subjecting the briquette to reduction treatment at a high temperature and high pressure of 950 ° C. to 1100 ° C. and 2.0 Mpa or higher.
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