JPS5811707A - 金属酸化物の製錬方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は金属酸化物の製錬方法およびその装置に関し
、とく九鉄などの金属の乾式製錬に際し炭材乾留を同時
に、起させて、タールや高カロリーガス會同収する一方
でその自生ガスの循環使用を図ってエネルギーの節減を
達成する有利な技術について提案すｂｏ 従来鉄鉱石などの金属酸化物の製錬法として各種の方法
が実用化されているが、今後予想される資源、エネルギ
ーおよび環境などからの制約に対処するために新しい製
錬法の開発が望まれている。゛酸化鉄または各種の金属
酸化物を含有する鉱石の形状は、塊状の啄のが減少し、
粉状のものが増加する傾向にある。この傾向は低品位鉱
石の品位を向上させるため（行う浮選、磁選などの選鉱
処理によって、今後ますます増加することが予想されて
いる口現在、稼動中の多くの製錬炉は、原料として塊鉱
石または事前処理にょる塊成化鉱石を必要としており、
上述した粉状鉱石はベレット、焼結鉱、ブリケットなど
に塊成化されて使用される。塊成化に嬬溶剤、結合剤な
どの余分の原料、および燃料中動力などの余分なエネル
ギー會必要とする。さらに、熱間塊成化の友め（焼成炉
を用いる場合にＢ　Ｎｏｚ　、　！Ｂｏｘおよびダスト
の発生を伴い、これらがその１１〜放散されれば大気汚
染の原因となるので、その防止設備建設が必要であり、
これ＃Ｃは多大の費用がかかる。

他方、粉状鉱石を直接使用できる技術とじて、流動層を
用いる焙４１８ま友は還′ｆ、技術が一部で実用化して
いる。１−かじ、生成した粉状の予備還元物を電炉、転
炉その他の溶解炉に使用するＶＣ＃ｉ、バインダーを添
加しブリケットなどに塊成化【、なければならない。こ
れに対し、了−り炉やプラズマを利用して粉状のま＼使
用する方法も提案されているが、電力消費量が莫大で、
我が国のように電力コストの高い地域では、国１ｌＩＩ
Ｉ争カに劣るという欠点があった。

ま交、従来技術の中に還元および溶融に必要な熱電とし
て電気セ純酸素を用いずに１主（？！気全管用てコーク
スを燃焼させ、その燃焼熱を利用する方法がある。例え
ば鉄、ニッケル、鋼などの製錬用溶鉱炉は、この方法を
用いている。特に、製鉄用溶鉱炉は操業技術の進歩と炉
の大型化によって製錬炉として非常に効率が喪いことで
知られている。しかしこの製鉄用溶鉱炉は高いシャフト
炉であり、炉内の通気性を確保するために、前述のよう
な塊鉱石ま友は塊成化鉱石が必要であるとともに、塊状
鉱石とコークスを炉内に層状に堆積させるので、強度の
高いコークスを必要とする。強度の高いコークスを製造
する食めには、原料炭としてψ源的に将来不足が予想さ
れ、価格が高い強粘結炭を必要とする欠点があった。

この発明は、上述した従来製錬技術の問題点の党服を目
的とするものであって、最初の予備還元工程で炭材の乾
留を併せて行うことにより、その反応生成物の排ガスお
よびチャーをそれぞれ有価回収物あるいは次の還元溶融
工程の還元剤として使い、熱源のほとんどを自生循環ガ
スによって賄うようにした点に９色のある製錬技術であ
る。その構成の要旨とするところは、 金属酸化物′に流動化反応によって第１の檜で予備還元
ケ第２の檜では還元溶融を起させて製錬する方法におい
て、前記第１の檜に炭材と金属酸化物と反応助勢剤の粉
を装入し、槽下部から高温の自生循環還元ガスを導入し
、主として上部内では炭材乾留反応を、また下部内では
金属酸化物の予備還元反応を起させて、チャー−７ラツ
クスーおよび金属酸化物の混合粒を生成させ、次いで、
第一の檜では、前記第１の槽生成の混合粒を、支燃性ガ
ス導入のもとて前記チャーとの間で起る燃焼反応によっ
て還元と溶融を行わせて溶融金属とスラグとを生成させ
、そして、前記＠／の楢から発生する排ガスについては
、これをセパレーター金倉してタールと炭化水素含有の
燃料ガスとに分離回収する一方、該燃料ガスは前記第２
の種発生の高温ガスとともに第７の槽内に循環導入する
ようにしたことを特徴とする金属酸化物の製錬方法と、
その製錬方法の実施に使用するものであって、装入炭材
の乾留化ならびに装入金属酸化物の予熱・予備還元化を
も友らす上室と、予備還元金属酸化物とチャーおよびフ
ラックスの混合粒を生成させる王室とからなる乾留番予
備還元槽と、その乾留・予備還元槽と輸送管を介して互
いに連通し、支燃性ガス導入のもとて燃焼・流動化反応
によって前記乾留予備還元種生成の混合粒を還元・溶融
してスラグと溶融金属とを分離生成させる溶融還元槽と
で構成される金属酸化物の製錬装置、とにある。以下に
その構成の詳細について好適実施例である鉄鉱石の乾式
製錬の例を第７図にもとづいて説明する。

図示のＡは乾留・予備還元槽で、これは上室ム。

と下室Ａ２とに多孔分離板ｌを介して区画されている。

その内部には供給ロコを通じて石炭などの粉状の炭材を
装入し、供給口３からは金属酸化物として鉄鉱石を装入
し、供給口≠からは鉄鉱石用フラックスや炭材用脱硫剤
などの反応助勢剤を装入する。一方、こうした原料の装
入に対し、蚊乾留・予備還元槽の下室ム、には、後述す
る自生循環させる高温還元ガス葡導入する０その結果、
吹込んだ高温還元ガスが多孔分離板ｌを経て上昇すると
、−ヒ紀粉状の炭材、金属酸化物、添、加物に接触して
、これらを縦材の乾留に適当なｊ００〜７００℃のａｌ
ｆ域で流動化させる。この流動化作用によって、きわめ
て粘着し易い石炭などの縦材が一定温度域で混合、急速
加熱され、乾留反応が円ｆｆ［進行するようになる。

なお、炭材の乾留に関してそれが有効におこり始めるの
は、２００℃前後でありそれ以下の温度では、反応効率
が低下する。これに対し７００　”Ｑ以上の反応温度で
乾留を行なうことも可能であるが、炭材中のタール成分
が揮発してガス状態となるから、液状タールの形で分離
装置にて有効（回収するためＫは、７００℃以下が望ま
しい。それＦ１７００℃以上の反応温度になると、液状
タール成分が分解して縦比水素ガスに転化する割合が増
加する次めである。

石炭などの炭材中の揮発分は、上記温度域で乾留される
と、タール、水素、メタンなどを含有する乾留ガスを発
生し、このガスを上室ム、からの排出口！よりと９だし
、セパレーター４で液状タールを分別して回収する一方
、残りの排出ガスを脱硫装置などを含む精Ｉｌ装置７ｆ
通じて、回収する。その回収ガスは、水素、−酸化炭素
、炭化水素ガスなどを含有し、クリーンな燃料ガスとし
て、ｔた鉱石用還元ガス、化学工業用原料ガスなどとし
て有効に利用できる。勿論後述する溶融還元装ｆＩＩｔ
に供給する高温の空気の加熱源として利用すること本可
能である。また、回収タールは別途精製などの処理に媚
して化学工業用原料とする。

なお、上述の槽内反応ＫＦｉ蒸気を添加してもよい０ 上ＷＩＡ１での上述した乾留によって揮発分が除去され
た残渣（チャー二石炭乾留の際に得られる残留物）は、
予熱された鉄鉱石の予備還元籾およびフラックスととも
に下室ム２に移動するが、その′Ａ８！で前記鉄鉱石は
王室からの還元ガスならびに乾留ガスによって流動化し
ながら還元反応を起して予備還元物を生成する。この予
備還元状態の金属酸化物（海綿鉄）は、石炭などの炭材
の乾留反応に対して、触媒的な機能を発揮し、乾留反応
が円滑に、しかもより収率高く進行させるのに有効であ
る。ま友、咳乾留・予備還元槽での反応では炭材中の硫
黄などが、乾留ガス中に移行するｔめ、石灰などの粉状
の脱硫剤食添加物として供給しているが、このことによ
って乾留ガス中の硫黄をきわめて有効に吸収できるため
、発生ガス処理用精製装置ぶの負担を軽減できる。

ま几、この乾留・予備還元槽Ａ内反応において脱硫剤と
して用いられる石灰は、金属酸化物の溶融を容易にする
ためのフラックスの成分としても有効に用いられるもの
であるが、ここでは上室ム１における乾留排ガスの脱硫
、後述する溶融還元槽ＢＫおける易溶融のためのフラッ
クスとして、ま友金属酸化物、チャー中の硫黄をスラグ
として捕集するという複数の機能を有するものであり、
石灰利用法としても本発明の構成はきわめて効果的であ
る。

以上説明したように１該乾留・予備還元槽の上室におい
ては、金属酸化物、炭材、添加物１に３００〜７００℃
の温度域で同時に流動化させることが本発明の特徴のひ
とつである。

次に、前述のように乾留・予備還元状態において生成し
２　ｔｏｏ〜７００℃の粉状生成物は、チャー。

予備還元金属酸化物、添加物であり、上述し友多孔分離
板コ全通して下室＾、に移行する。下室ム２には、溶融
還元槽Ｂの高温の排出ガスの一部ないしは全部を、必要
に応じて、添加される前記乾留９予備還元槽での排出ガ
スの一部と混合して、ガス導入口ｌより導入し、骸下室
Ａ、内に移っている粉状生成物を流動化させるととも和
、これらを１００　％　／２００℃に予熱する。ここで
の反応温度は／２００°０以上になると、石炭などの炭
材中の灰分あるいは予備還元生成物の一部が溶融、粘着
しはじめるケースが多く、該乾留・予備還元槽ムでのト
ラブルの原因となる。しかし、溶融還元槽Ｂで溶融なら
びに還元反応をすみやかに行わせるためＫは、乾留・予
備還元槽Ａでの予熱温度は高いほど＋４ましい。

かかる下室ム２内への予備還元用導入ガスは、後述する
溶融還元槽Ｂから発生する高温の排出ガス中の主として
一酸化炭素、ならびに前記乾留・予備還元槽ムの上室排
ガス中の水素、炭化水素との高温混合ガスであり、それ
らの強力な還元作用によって上室における場合以上に鉄
鉱石の予備還元が進行し、例えば金属酸化物の種類など
に応じてその還元率は３０〜２０％に及ぶ。要するに王
室ム２での反応は、溶融還元槽Ｂ排出ガスの顕熱の回収
と、還元能力ｔた上室ム、排出ガスの還元能力を組み合
わせて利用するものである。

前述のようＫして生成した予備還元ならびに予熱され友
金属酸化物１反応助勢剤およびチャーは、十分に混合さ
れた状態で、予備還元生成物排出口２、輸送管ｉｏ　、
予備還元生成物導入口／／ｆ通じて溶融還元槽Ｂに給送
される。輸送管ｉｏ中には、輸送量制御のための弁など
の制御装置／コが設置され、溶融還元反応の進行に応じ
て、機能させることができる〇 予備還元生成物導入口／／より該還元溶融槽Ｂに搬送さ
れた１００〜ｌコＯＯ℃に予熱されたチャーは、前記上
室ム、から得られる排ガスなどを加熱源とする空気加熱
器／Ｊを経て、槽下部に設置され友空気供給口１４！を
通じて導入される１００−１３００℃に加熱され冬空気
などの支燃性ガスと反応して燃焼し、それに伴って当腋
槽Ｂ内はｔ、ｔｏｏ℃以上のチャーの高温流動層を形成
する。勿論、必要に応じて、別途調成しｔ高純度酸素を
空気ＫｆＩ加した支燃性の気体を空気に代えて使用して
もよい。

チャーとともに１予備還元生成物導入口ｉｔ’ｉ（通じ
て供給されｘ　ｔｏｏ〜ｉ、２ｏｏ　”０に予熱され、
３０〜り０％に予備還元された粉状金属酸化物：即ち海
綿鉄は、真わめて良好に混合された粉状のフラックスと
ともに瞬時に溶融すると同時に、接触する高温のチャー
やチャーの流動燃焼で生成する一酸化炭素によって還元
反応が急速に進行する。その結果、溶融金属とスラグと
が図中のイ、ｃ口）で示すように、咳還元溶融槽Ｂの下
部に溜まる。それらに、溶融金属排出口ｌ！、溶融スラ
グ排出口／４を通じて排出する。なお、この還元溶融槽
Ｂ内の反応の進行状況に応じて、例えば貯留スラグ中に
チャーが多量に混入するようなときＫｔ；Ｉｔ高純贋酸
素の追加やフラックスを供給することにより反応を促進
させることもできる。

一方、咳還元溶融槽Ｂ内でのチャーの流動燃焼や予備還
元金属酸化−の溶融還元（伴って発生するガスは、ガス
排出口／７ｆ経て排出するが、前述のようにその一部あ
るいは全ａｔ前記乾留・予備還元槽ムに導入し、残部は
排熱回収装置を含む排ガス処理装ｆｆｉ／ｒＫ回送して
処理する。この檜Ｂ内発生のガスは、−酸化員素、窒素
を主成分とするガスであり、空気加熱装置の熱源の一部
として有効であるだけでなく、一般用の燃料ガス、化学
工業用原料ガスとして、その価値が高い。

以下に本発明について図面で示すところの試験設備によ
る鉄製鋳の場合における操業の実施例を示す。

（１）粉状鉄鉱石の銘柄：　ＭＢＲ鉱石粒径：、２Ｗ以
下、供給量：　７ａｒ　Ｖｈｒ（２）　　炭材の種類：
　ワークワース炭粒径二ＪＩＥＩＩ以下、所供量：亭コ
’＃／ｈｒ（３）添加物 石灰：　４’　＃／　ｈｒ＋　　珪石：　ｔｔ　＃／　
ｈｒ粒径：ｌＷ以下 ｒ４１　　　Ｊｌ　　　気　　　　　　　　Ｊコｋｇ／
ｈｒ（５）　　上室反応温［：４１０℃、圧カニ０．コ
峠／（ｍ２Ｇ下室反応温［：　／１００℃、圧カニ　０
．１　＃／、、２Ｇ（６）粉鉱石予備還元率　　　４１
％ ｌ　予熱温度　　　ｔｔｏｏ”０ （ハ　発生ガス量　　　　　タＯコｍ、へ１発熱量　　
　　　ｔｉＪｓ　ｋｏ＆ｌ／−ガス成分　　　　Ｈ，：
　　ｔ％、００：　　コ！％。

ＯＨ４：　／％、　Ｏｏ、：　１１％。

ｏｍａｎ　：　／％、　Ｎ、：　ｒｅ％。

（８）　　タール生成量　　参〇　ｋｇ／　ｈｒ溶融還
元装置 （１）　　供給空気　　　　量；　４０３　ｍ　／ｈｒ
　、　（温度：２１０　　℃　） （２）　　銑鉄生成量：　　　＄７７　＃Ｉ／ｈｒ（３
）　　スラグ排出量：　　１７０　ｋｇ／ｈｒ以下に本
発明の効果を述べる。

を、塊成化することなしに使用できるので、塊成化のた
めのエネルギーや原材料が不要であり、塊成化に伴なう
ＮＯｘ　、　ＳＯＸおよびダストの発生がない。

（２）予備遺児用ガスとして、還元溶融槽で発生する高
温のガスや乾留・予備還元槽の発生ガスを利用するので
、還元ガス製造設備が不要である。

（３）第７の檜で予備還元された粉状の鉄鉱石や金属酸
化物を、その１１第コの檜で溶融還元するので、ブリケ
ットなどの塊成化が不要である〇（４）炭材は一般炭な
ど安価なもので十分であり、強粘結炭などは一切不要で
ある。製鉄用電炉のように強度の高い塊コークスを必要
としないことは非常に有利である。

（５）乾留・予備還元槽Ａの上室では、■　炭材の乾留
・ガス化。

■　酸化物の予備還元。

（／う　添加剤との混合。

のＪつの機能が同時に進行し、炭材の乾留に部分遺児は
れた金属酸化物が触媒として作用するので、乾留反応を
円滑に進行させる利点を有しており、本発明はこの作用
ｆきわめて効率的に利用している。ｔた、還元溶融槽Ｂ
での円滑な＊融ならびＫｌ１元反応の進行を左右するの
は、フラックスの存在であるが、これが乾留・予備量元
種ムの上室、下室を通じて鉱石予備還元籾やチャーと十
分混合され、予熱された状態で槽内に供給されるので反
応効率が高い〇 （６）石灰などの添加物は、炭材からの乾留ガスの脱硫
剤として、還元溶融槽Ｂ内でＦｉ為溶融のフラックスと
して、ｔた金属酸化物やチャー中の留置の捕集剤として
の３機ｍをもつものである。

（７）　　多孔分離板などを用いて、乾留・予備還元槽
ＡＦＰ３ｔコ室に分割し、ＳＯＯ〜７００℃という液状
タールの収率の高い状態を維持して、炭材の乾留を効率
的に行わせ、下室においては、還元溶融槽Ｂ内での負荷
をできるだけ軽減するために１予熱と予備還元を十分に
行わせ、王室、下室の機能を十分に全うさせている。

（８）　　良好に混合され、予熱、予備還元された鉱石
はチャーの高温流動層中で溶融と還元が瞬時にしておこ
り、溶融状態の金属とスラグを製造しう１０ （９）石炭などの炭材から、液状タール、水素や炭化水
素を含有する燃料ガス、−酸化炭素を含有する燃料ガス
など付加価値の高いエネルギーが製造できる。このよう
なエネルギーの製造と溶融金属の製造が主たるエネルギ
ーとして電気や酸素を使用せずに可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示す製錬装置の断面図である
。 ム・・・乾留・予備還元槽、Ｂ・・・溶融還元槽、ｌ・
・・多孔分離板、コ・・・炭材供給口、！・・・金属酸
化物供給口、参・・・添加物供給口、！発生ガス排出口
、６・・・セパレーター、７・・・精製製蓋、！・・・
ガス導入口、り・・・予備還元生成物排出口、１０・・
・輸送管、／ｌ・・・予備還元生成物導入口、Ｉコ・・
・制御装置、／Ｊ・・・空気加熱器、／４Ｃ・・・空気
供給口、／ｊ・・・溶融金属排出口、１４・・・溶融ス
ラダ排出口、１７・・・発生ガス排出口、／Ｉ・・ガス
処理装置、イ・・・溶融金属層、ロー・・溶融スラグ層
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属酸化物を流動化反応によって第１の槽で予備還
   元を第コの檜では還元溶融を起させて製錬する方法にお
   いて、 前記第１の槽に炭材と金属酸化物と反応助勢剤の粉を装
   入し、槽下部から高温の自生循環還元ガスを導入し、主
   として上部内では炭材乾１反応を、ｔ７を下部内では金
   属酸化物の予備還元反応を起させて、チャー〇フラック
   ス・および金属酸化物の混合粒を生成させ、次いで、第
   コの檜では、前記第１の槽生成の混合粒を、支燃性ガス
   導入のもとて前記チャーとの間で起る燃焼反応によって
   還元と溶融を行わせて溶融金属とスラグとを生成させ、
   そして、前記第１の槽から発生する排ガスについては、
   これをセパレーターを介してタールと炭化水素含有の燃
   料ガスとに分離回収する一方、咳燃料ガスは前記第コの
   槽発生の高温ガスとともに＠／の槽内に循環導入するよ
   うにしたことを特徴とする金属酸化物の製錬方法。 ２、装入炭材の乾留化ならびに装入金属酸化物の予熱・
   予備還元化をもたらす上室と、予備還元金属酸化物とチ
   ャーおよびフラックスの混合粒を生成させる王室とから
   なる乾留予備還元槽と、その乾留予備還元槽と輸送管１
   介して互いに連通し、支燃性ガス導入のもとて燃焼・流
   動化反応によって前記乾留予備還元種生成の混合粒を還
   元・溶融してスラグと溶融金属とを分離生成させる溶融
   還元槽とで構成される金属酸化物の製錬装置。