JPS6053084B2 - 鉄鉱石から直接鋼を製造する方法 - Google Patents

鉄鉱石から直接鋼を製造する方法

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JPS6053084B2 JP51137709A JP13770976A JPS6053084B2 JP S6053084 B2 JPS6053084 B2 JP S6053084B2 JP 51137709 A JP51137709 A JP 51137709A JP 13770976 A JP13770976 A JP 13770976A JP S6053084 B2 JPS6053084 B2 JP S6053084B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鉄系金属の乾式冶金に関する。
高品位鉱石の欠乏および経済的因子のため製鋼に低品位
鉄鉱石を使用する必要性が増大するにつれて鉄鉱石から
の製鋼費を低減する要求が生じた。
費用低減の努力は著しく燃料を消費する高炉Jを除去す
る方向に向つた。本発明は酸化鉄を炭化物に変え、次に
塩基性酸素吹製炉で炭化物から直接鋼を製造することに
よつて高炉を使用しない方向に進む。種々の目的のため
酸化鉄の炭化物の変換は過去において注視されたけれど
、塩基性酸素ダ吹製炉で炭化物から直接製鋼することは
現在まで公知でない。もつとも近の公知法米国特許第2
,780,537号には主要な還元および炭化ガスとし
て1酸化炭素を使用する流動床で酸化鉄を炭化物に変え
る方法が示される。
この特許は還元ガスが水素を1酸化炭素の5αd量%よ
り多い量で含み得ないことを教示している。さらに鉄含
量の低い酸化鉄の還元ガスとして流動床に水素の使用を
示す公知法力弓聞されている。この文献は金属鉄製造の
ため炭化鉄生成物を鉄または鋼の融点以下で作業する製
鉄炉で使用することを示唆している。しかしこの生成物
を塩基性酸素吹製炉または電気炉のような完全溶鋼系に
導入するための使用に関する教示はない。少し遠い他の
公知法には酸化鉄の炭化物への変換でなくて金属鉄を炭
化鉄へ変換する方法が示される。さらに他の公知法には
酸化鉄を金属鉄へ直接還元するための流動床が示され、
この金属鉄はさらに炭化物に変えられる。
しかしこれらの直接還元法は生成物が発火性であり、場
合によりプリケツト化を必要とし、付着力がプロセスの
間完全に除去されないので、流動床法が困難となる欠点
がある。本発明の目的は酸化鉄から高炉を使用せすに鋼
を製造する方法を得ることである。
本発明のもう1つの目的は最初酸化鉄を炭化物に変え、
次に炭化物を直接塩基性酸素吹製炉に導入することによ
つて鋼を製造する方法を得ることである。
粒状酸化鉄または精鉱からの直接製鋼法は1低温の流動
床内で還元ガスと炭化ガスの混合.物によつて酸化鉄を
1工程で炭化鉄に変え、2次に炭化物を塩基性酸素吹製
炉または電気炉内で直接鋼に変える工程からなる。
工程1)の還元および炭化温度は約705℃!(130
0゜F)を超えることはできず、有利には480〜65
0C(900〜1200′F)の範囲にわたる。
還元された鉄の炭化は、十分な炭素が炭化鉄に残され、
塩基性酸素吹製炉内で燃焼する際十分な熱を発生してプ
ロセスを自溶性(AutO−Therrrlal)にす
るよtうに行われる。工程1)の反応ガスのCO/CO
2および水素/水蒸気の比は炭化鉄の酸化が起こる点よ
り上に維持される。1酸化炭素約90%を含む製鋼工程
からの排ガスは流動床の還元および炭化工程の還元ガス
の1部に使用するため循環することができる。
材料収支計算は排ガスの炭素含量が還元および炭化に必
要な炭素のすべてを供給するために十分であることを示
す。したがつて第1および第2工程が互いに関連して1
つの連続作業として行われる場合、第1工程に必要なす
べての炭素は僅かな作業ロスは生ずるけれど、第2工程
から第1工程への排ガスの連続循環によつて調達するこ
とができる。これ)によつて第1工程への炭素を添加す
る必要は普通の作業で生ずる小さい損失を除いて除去さ
れる。その結果初めに炭化鉄を製造するため第1工程へ
添加した炭素は第2工程で鋼を製造する際の排ガスから
回収し、これをさらに炭化物製造のため第」1工程で再
使用することによつて繰返し使用することができる。工
程が互いに関連して実施される場合、直接第1工程から
第2工程へ移行する生成物は熱の添加を必要としない温
度にあるので、プロセスを自溶性にするために熱の添加
は必要でない。第1および第2工程を分離して実施する
場合、第2工程程の熱排ガスは炭化鉄予熱のために使用
するか、または製鋼工程を自溶性にするために必要なだ
け他の手段によつて熱を添加することができる。第1工
程で製造された炭化鉄は塩基性酸素吹製炉または電気炉
へのチャージとしてフラックス、合金材料および他の常
用添加剤とともに装入され、常用高炉を使用しない直接
製鋼が行われる。
プロセスを自溶性にするため種々の方法で熱がチャージ
に供給される。その方法には直接加熱、炭素のような燃
料の添加、または炭化物製造の際炭化物中に十分な遊離
もしくは結合炭素をを含ませることなどが挙げられる。
排ガスの顕熱を使用し、かつチャージへ熱を与えるため
排ガスを部分燃焼することができる。部分燃焼を行う場
合、燃焼ガス中のCO/CO2比は炭化鉄が所要予熱温
度で分解する点より低く維持しなければならない。次に
本発明を図面により説明する。ここで製鋼用に使用する
塩基性酸素吹製炉および電気炉法は当業者に周知である
。塩基性酸素吹製法または塩基性酸素吹製電気炉法は主
としてチャージ中の炭素および不純物(イオウ、リンな
ど)を酸化するために使用する反応成分が空気でなくて
酸素であることによつて常用の転炉および電気炉法と異
なる。酸素は溶鉄表面に対しランスによる上吹または下
吹で導入される。ここに記載の方法によつて製造される
炭化鉄はFe3cを主とするFe2c<15Fe,Cの
混合物である。
流動床反応器は常用タイプでやり、格子または他の多孔
支持体上の微細な装人材料は反応ガスを含むか、または
全部が反応ガスよりなる上向きに流れるガスによつて流
動化される。補助装置には加熱および温度制御および監
視装置、熱交換器、スクラツバ、サイクロン、ガス循環
装置その他の常用装置が含まれる。1部の補助装置はフ
ローシートに示される。
この明細書て還元および炭化工程は第1工程、製鋼工程
は第2工程と称する。
“゜水素含有ガスは単独の水素ガスを含み、゜“炭素含
有材料゛は炭素単独を含む。全プロセスの第1工程は鉄
鉱石精鉱中の酸化物をフローシートに示す流動床で炭化
鉄に換える工程である。
変換過程は塩基性酸素吹製炉または電気炉て使用するに
適した生成物を得るよう注意して制御しなければならな
い。炭化鉄はこれらの方法で使用するに適する。という
のは炭化鉄は非発火性で風化に耐え、したがつて長距離
輸送および長期の貯蔵が可能であるからである。酸化物
は還元および炭化ガスがいつしよに添加される流動床反
応器内の連続的過程て鉄に還元され、鉄は炭化物に換え
られる。
金属鉄の1時的存在によつて生ずる付着を防ぐため、温
度はつねに約705℃以下とくに480〜650℃の範
囲に維持される。還元ガスとしてl酸化炭素、炭化水素
ガスまたは水素とCOおよび炭化水素ガスの混合物を使
用することもできるけれど、水素がとくに有利に使用さ
れる。
フローシートは水の分離および水素と1酸化炭素の使用
を示す。水素は酸化生成物が水であり、流動床の排ガス
から容易に除去できるので、有利に使用される。それに
よつて炭素を含む還元ガスを使用する場合は1酸化炭素
および2酸化炭素である炭素の酸化生成物を除去するた
めの高価で複雑な化学装置を使用することなく、ガスの
残部の循環が可能になる。還元ガスと混合される有利な
炭化ガスはプロパンであるけれど、1酸化炭素もしくは
炭化水素ガスまたは固体炭素を低級アルキル炭化水素ガ
スとともに使用することもできる。
炭化鉄を形成する炭素を供給する限り広範囲の炭素質材
料を使用することができる。水素および炭素含有材料の
比の適当な調節によつて水素を還元機能、炭素を炭化機
能に制限することができる。この機能分担は流動床中に
存在する1酸化炭素の6喀量%を超える量の水素を含む
ガスの混合物を使用することによつて容易に達成される
。水素一炭素一酸素ガス系に含まれる平衡状態のため、
所要の水素一炭素比は自動的にガス系内に・メタンが存
在することを要求する。
存在するメタンの量は温度および圧力条件と同様炭素と
水素の比の函数である。流動床反応器中の上記還元およ
び炭化法を使用する広範な試験計画のうちの代表的試験
および結)果が次の表に示される。
最終生成物中の炭素含量は供給材料中の酸化鉄%の変化
に応じて変化する。
鉄含量の低い低品位鉱からは自動的に低い炭素含量の生
成物が得られる。表1の中の供給速度0はバッチ法であ
ることを示す。流動床装置中の水素−1酸化炭素還元お
よび炭化ガス混合物中の水素量は1酸化炭素の量の50
%を超えなければならず、水素の有利な量は存在する1
酸化炭素の約6喀量%を超える。
結果は塩基性酸素または電気炉に使用するにきわめて適
する清浄な炭化鉄の工程1による製造を示す。
X線回折試験の結果は遊離炭素または金属鉄を含まない
炭化鉄として存在する炭素を示した。生成物は非発火性
であることが明らかになつた。耐候試験の結果は生成物
が水蒸気を含む酸化雰囲気中で250℃の温度まで安定
であることを示した。試験結果はさらにプロセスの第1
工程が水素と水蒸気の比5:1〜8:1およびCO/C
O2比約1:1〜4:1を使用して550〜635℃(
1020〜1170゜F)の温度範囲て作業する場合、
直接酸化鉄から炭化鉄をきわめて有利に製造しうること
を明らかにした。
上述のように第1工程は約480〜705℃の温度範囲
、水素対水蒸気の比約2.5:1〜8:1およびCO/
CO2約1:1〜5:1で好結果をもつて作業すること
ができる。これらの条件下にメタンは水素、水蒸気、C
OおよびCO2の所定量を含むガス系の1〜7喀量%に
わたる量で存在する。第1工程はこの範囲外では炭化鉄
を有利に製造する作業が達成されないことが明らかにな
つた。全プロセスの第2工程は炭化鉄を塩基性酸素吹製
炉で鋼に変える工程である。
塩基性酸素吹製炉法の性質のため他の炉内製鋼法に比し
て特殊な条件がこの方法により炭化鉄を鋼に処理する工
程に適用される。炭化鉄が流動床装置から約595〜7
05℃(1100〜1300゜F)の温度で出て、この
温度で直接塩基性酸素吹製炉に装入されるように第1お
よび第2工程が密接に組合わされる場合、熱計算は付加
熱を必要とせず、プロセスは連続的かつ自溶性であるこ
とを示す。
排ガスが直接流動床装置に送られるフローシートに示す
改善法は第1および第2工程が時間的に密接に組合わさ
れる場合に使用される。
この改善法の場合流動床で酸化物を炭化鉄に変えるため
に使用された炭素のほぼすべては炉内でCOとして回収
され、再び炭化鉄製造に使用するように流動床へ循環さ
れる。輸送または貯蔵のため第1工程の生成物が第2工
程前に冷却しているか、または冷却される場合、熱は再
加熱の形または第2工程へとくに燃料を添加することに
よつて与えられる。
熱収支計算によれば室温の炭化鉄は塩基性酸素吹製炉で
行われる反応がチャージへ熱を与えずに自溶性であるた
めに十分な燃料価を含まない。
反応を自続性にするために必要な付加的熱は種々の方法
で供給することができる。炭化鉄の処理によつて発生す
る塩基性酸素吹製炉の排ガスな多量の顕熱とともに約9
0%の1酸化炭素を含む。この顕熱は熱交換器または他
の方法で炭化鉄予熱のために使用することができる。排
ガス1部の燃焼によつて工程を自溶性にするため炭化鉄
予熱に必要な顕熱を増大するに十分な熱が得られる。条
件によつては顕熱のみで十分である。予熱のための熱は
排ガスの燃焼によつて完全に得ることができる。有利な
予熱温度範囲は約705〜1095℃(1300〜20
000F)である。排ガスの部分燃焼により生ずる燃焼
生成物と同様のガス媒体中で行われた炭化鉄の試験によ
り、炭化鉄はこれらの条件下に安定であるのみならず、
普通は主たるFe3cからFe2c炭化物が生成するた
め、実際には炭素含量を5.9%から7.1%へ上・昇
することが明らかになつた。
この結果を得るため燃焼ガス中のCO/CO2比は予熱
温度が480〜705℃(900〜1300゜F)に達
する場合1:1〜2:1でなければならない。プロセス
を自溶性にするため与える熱はFe3c.チャージの外
部熱源による直接加熱によつて全部または1部を供給す
ることができる。十分な炭素を炭化鉄に添加して所要の
付加的熱を工程中の燃焼によつて得ることができる。添
加する炭素量は炭化鉄チャージの約3〜5重量%の間を
変化すlる。炭素は炭化鉄を1:1より大きいCO/C
O2比の炭素含有ガス中で予熱することによつて直接添
加することができる。熱は塩基性酸素吹製炉排ガスとチ
ャージされる炭化鉄の反応によつて供給することができ
る。
燃焼の際所要の熱を与える炭化鉄の所要炭素含量は前記
プロセスの第1工程の間に、Fe3c生成物中に十分な
Fe2cが生成するように流動床の反応ガス混合物中の
炭素質材料の含量を調節することによつて供給すること
ができる。フローシートに示すように加熱したスクラッ
プ金属を塩基性酸素吹製炉にチャージすることができる
。第2工程は塩基性酸素吹製炉および電気炉中の炭化鉄
チャージに銑鉄を添加することも含む。
この方法の重要な利点はその際炭化鉄は常用塩基性酸素
吹製炉へ冷却のため添加しうるスクラップ鉄の3倍の量
で冷却のため添加しうることである。この目的の炭化鉄
は炭化鉄一銑鉄チャージの約60重量%までの量で添加
することができる。その1つの利点は既存の銑鉄吹製炉
を本発明の方法との関連において使用を続けうることに
ある。本発明は塩基性酸素吹製炉内の反応を自溶性にす
るように炭化鉄チャージに必要な熱を与えるため、単独
または組合わせた前記すべての方法を含む。
第2工程を電気炉で実施する場合、所要の付加的熱をこ
のタイプの炉に普通使用される電気エネルギーによつて
供給することができる。
本法の第1工程は低品位非磁性鉱から脈石を分離して精
鉱を得る容易かつ有込な手段を与える。
J非磁性鉱から製造される炭化鉄は磁性を有するので、
酸化されたタコナイトのような非磁性鉱を第1工程でそ
の中に含まれる酸化鉄を炭化鉄に変えるように処理し、
処理した鉱石を磁力選鉱により磁性炭化鉄を脈石に分離
する。回収された炭化鉄二本発明の第2工程に使用する
ことができる。本発明の多数の利点は前記説明から明ら
かである。その主要な利点は鉄鉱石を鋼に変換する際に
高価な中間的高炉を使用しないことである。2つの工程
を連続して実施する場合、第2工程のために付加的熱を
必要とせず、第2工程からの1酸化炭素は第1工程で還
元された鉄を炭化するに必要な炭素を与え、炭素は両工
程で連続的に再使用することができる。
第1工程は副生成物しての水の製造を含み、副生成物炭
素含有ガスの回収が簡単・化される。この工程は製鋼過
程を自溶性にするように塩基性酸素吹製炉チャージ中の
十分高い炭素含量を得るため、Fe2cとFe3cの十
分高い比を有する生成物を得るように実施することがで
きる。第2工程の利点は他の材料を使用せずにこの工程
を自溶性にする熱源が得られることであり、すなわち排
ガス顕熱が使用できるか、もしくは排ガス中のCOを燃
焼して所要の熱を得るか、またはCOを第1工程からの
炭化鉄と反応させてチャージ中のFe2cとFe3cの
比を上昇し、第2工程を自溶性にする付加的熱を供給す
るために燃焼する十分な炭素を得ることができる。銑鉄
をチャージに添加する場合、多量の炭化鉄を冷却のため
添加することができる。全プロセスはほとんど環境を汚
染せず、最高のエネルギー利用および中間生成物再利用
が達成される。さらにこの方法の利点は炭化鉄が酸化鉄
より高い%の有効材料を含ので、炭化鉄が製鋼炉へ輸送
する前に鉱山の近くで製造される場合も輸送費が節約さ
れる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の方法を示すフローシートである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1工程で酸化鉄を流動床内で水素および炭素質材
    料を含むガスの混合物によつて炭化鉄に変え、第2工程
    で炭化物の鉄を塩基性酸素吹製炉で直接鋼に変える、酸
    化鉄から直接鋼を製造する方法において、流動床中に存
    在する1酸化炭素の60容量%を超える量の水素を含む
    ガスの混合物を使用し、480〜705℃の温度で反応
    を実施することを特徴とする酸化鉄から直接鋼を製造す
    る方法。 2 水素と流動床中で形成された水の比を2.5:1〜
    8:1に維持し、COとCO_2の比を1:1〜5:1
    に維持し、CO:CO_2の比およびH_2:H_2O
    の比がメタンとほぼ平衡している特許請求の範囲第1項
    記載の方法。 3 炭化鉄の炭素を1酸化炭素に酸化することによつて
    生ずる熱を塩基性酸素吹製炉の作業に使用する特許請求
    の範囲第1項記載の方法。 4 塩基性酸素吹製炉からの排ガスを第1工程の酸化物
    の流動化および炭化に使用する特許請求の範囲第1項ま
    たは第3項記載の方法。 5 第1工程からの炭化鉄が第2工程実施前に熱を失い
    、かつ塩基性酸素吹製炉内の反応を自溶性にするため予
    熱工程で十分な熱を炭化鉄に与える特許請求の範囲第1
    項、第3項および第4項のいずれか1項に記載の方法。 6 塩基性酸素吹製炉の排ガスの少なくとも一部を第1
    工程からの炭化鉄と反応させてFe_2Cを製造するこ
    とによつて予熱のための熱を得る特許請求の範囲第5項
    記載の方法。7 塩基性酸素吹製炉内の炭化鉄に銑鉄を
    添加し、炉内の炭化鉄の温度を炭化鉄の添加によつて制
    御する特許請求の範囲第1項、第3項から第6項までの
    いずれか1項に記載の方法。 8 第1工程で製造した炭化鉄を電気炉内で直接鋼に変
    える特許請求の範囲第1項記載の方法。 9 鉱石の酸化鉄を第1工程で炭化鉄に変え、磁力選鉱
    により炭化鉄と脈石に分離し、得られた炭化鉄を第2工
    程に送る特許請求の範囲第1項記載の方法。
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