JPS62243706A

JPS62243706A - 溶融還元製錬において発生するガスの循環方法

Info

Publication number: JPS62243706A
Application number: JP8677286A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hirata; 浩平田; Hideki Ishikawa; 英毅石川; Hiroyuki Katayama; 裕之片山; Mitsutaka Matsuo; 充高松尾
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-04-14
Filing date: 1986-04-14
Publication date: 1987-10-24

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、鉄鉱石などの酸化物系原料を予備還元及び溶
融還元して鉄系合金溶湯を製造する際に発生するガスを
有効利用するためのガス循環方法に関する。

〔従来の技術〕

鉄鉱石を還元して溶銑を製造するために、高炉を使用す
る方法、シャフト炉で還元した鉄鉱石を電気炉で溶解す
る方法等が従来から採用されている。

高炉を使用する方法においては、熱源及び還元剤として
多量のコークスを使用している。また、鉄源である鉄鉱
石は、炉内における通気性、還元性を向上させるために
通常焼結され、焼結鉱とし高炉に装入されている。この
ようなことから、該高炉法は、強粘結炭を乾溜するため
のコークス炉設備及び焼結鉱を！！ｉ＆するための焼結
設備を必要とする。したがって、該高炉法には、多大な
設備費は勿論のこと、多くのエネルギー及び労働が必要
となる。このため、高炉法には処理コストが高くなると
いう欠点があった。更に、強粘結炭は世界的に賦存量が
少なく、しかもその分布が地域的に偏っているため、供
給が不安定である。

一方、シャフト炉による鉄鉱石の還元法では、鉄鉱石を
ペレット化する前処理を行うことが必要となり、また還
元剤、熱源として高価な天然ガス等を多量に消費すると
いう欠点がある。

このような従来の溶銑製造技術に代わるものとして、熔
融還元製錬法が注目を浴びている。この方法で使用する
溶融還元炉は、使用する原料に制約を受けることなく、
より小規模な設備により鉄系合金の溶湯を製造すること
を目的として開発されたものである。

このような溶融還元法の一つとして、本発明者等は、先
に第６図に示すようなフローで構成される方法を特願昭
５９−１８４０５６号として提案した。

この方法によるとき、次のようにして溶銑が製造される
。すなわち、鉄鉱石１及び石灰石２は、流動層予熱炉３
内で石炭４と空気５との燃焼反応で生じた熱によって加
熱される。その結果、石灰石２　（ＣａＣＯｉ）は、生
石灰（Ｃａｂ）となって流動層予備還元炉６に供給され
る。

流動層予備還元炉６内では、流動状態の予熱鉱石及び生
石灰に、石炭７及び酸素又は酸素含有ガス８が吹き込ま
れる。この石炭７は、流動層予備ぶ元炉６内で予熱鉱石
と熱交換し、また酸素との反応による部分燃焼によって
熱分解する。これによって、石炭７は、還元性のガスを
発生すると共に、チャー９となる。

他方、溶融還元炉ｌＯで発生したガス又はそのガスを脱
炭酸処理して得られる還元ガス１１は、流動層予備還元
炉６からの燃料ガス１２との熱交換によって７００〜９
００℃に昇温された後、流動層予備還元炉６に吹き込ま
れる。流動層予備還元炉６に吹き込まれた還元ガス１１
は、石炭７の熱分解により生成した還元ガスと混合され
、流動状態にある高温の粉粒状鉄鉱石を還元し、還元鉱
１３を生成する。

また、流動層予熱炉３内に生成した生石灰１４は、予熱
鉱石と共に流動層予備還元炉６に装入され、流動層予備
還元炉６内にあるガスの脱硫を行う。

次いで、該生石灰１４は、還元鉱１３及びチャー９と共
に流動層予備還元炉６から排出される。

このようにして得られた還元鉱１３．チャー９及び生石
灰１４に対して、溶融還元炉ｌＯにおける熱バランス上
必要な石炭、コークス等の炭材が外部から加えられ、混
練される６次いで、混合物は、ブリケットマシン等の塊
成化装置１５によってプリケラ［６に成形された後、装
入装置１７によって溶融還元炉１０に装入される。

この溶融還元炉ｌＯ内には、上吹きランス１８から酸素
１９が浴に向かって吹き付けられろと共に、底吹き羽口
２０から浴中に酸素及び炭材が吹き込まれている。そし
て、ブリゲット１６に含まれている炭材、底吹き羽口２
０から酸素と共に吹き込まれている炭材、装入装置１７
から供給されたコークス２１等の炭材は、上吹きランス
１８から供給された酸素と反応し、溶融還元炉ｌＯ内に
多量の熱を発生する。

この発生熱によって、ブリケット１６中の還元鉱１３が
溶解し、還元が進行して溶銑２２となる。

一方、還元鉱１３中の脈石と炭材及び生石灰１４とが反
応して、スラグ２３が生成する。このスラグ２３は、溶
融還元炉ｌＯ内に貯留し、時間が経過するにつれその量
を増していく、そこで、該スラグ２３を間欠的又は連続
的に炉外に排出する。

〔発明が解決しようとする問題点３以上に説明したように、溶融還元法における溶融還元工
程で発生した還元ガスは、流動層予備還元炉に送られ、
粉鉱石を予備還元するために利用される。しかし、単に
手近に発生するガスを利用するという見地から、溶融還
元炉で発生したガスが使用されているにすぎない、すな
わち、予備還元炉における還元杖況を好適に維持するよ
うに、溶融還元炉で発生するガスを制御することは未だ
行われていない。

また、予備還元炉から排出された還元鉱は、一旦ブリケ
ット化されるために、冷却工程を必要とする。この冷却
された製鉄原料を溶融還元炉に添加したのでは、熱の損
失が大きくなる。更に、予備還元炉で発生するガスにし
ても、系外に放出されているのが現状である。

そこで、本発明は、このような溶融還元製錬における各
工程で必要とするガス及び各工程から発生するガスの性
質に着目し、予備還元工程及び溶融還元工程を有機的に
結び付けることにより、溶融還元法の生産性及び経済性
を向上させることを目的とする。

Ｃ問題点を解決するための手段〕本発明のガス循環方法は、その目的を達成するために、
炭材投入量及び吹酸条件を１！整することにより、溶融
還元炉から排出される還元ガスの酸化度を１０〜６０％
の範囲に維持し、該還元ガスを、粉粒状鉱石の還元率を３０〜８０％に調
整している予備還元炉に吹き込み、該予備還元炉から排
出される排ガスを改質して、酸化度を４０％以下に低下
させ、この改質された排ガスを、脱水、脱水素処理した後、還
元鉱、粉状炭材等を溶融還元炉に吹き込むときのキャリ
アガスとして使用することを特徴とする。

〔作用〕

次いで、具体的なデータを使用して、本発明の詳細な説
明する。

第１′図は、本発明におけるガスの循環を示す。

溶融還元において発生ずる還元ガスは、第２図ｆａｔに
示すように、添加する炭材の量に応じて二次燃焼率（Ｃ
ｏ□十１ｈＯ）／（ＣＯｚ＋ＣＯ＋Ｉｌ□＋１１１０）
を変化させる。この図は、スラグ面（＃％正面）からの
ランスの高さを５００曹■に維持し、吹酸量を１５０Ｏ
Ｎ　ｇ　／分としたときの結果を示す。すなわち、吹酸
条件が一定であっても、コークス量の増加に伴い二次燃
焼率（ｃｏｇ＋ｎ禽０）／　（Ｃｏｔ　＋　ＣＧ　＋　
Ｈｚ　＋　Ｉｆ富Ｏ）が低下する。

また、同図中）に示すように、ランス高さ等の吹酸条件
を変えることによっても、二次燃焼率（Ｃ（ｈ＋Ｈ，Ｏ
）バＣｏｇ　＋　Ｃｏ　＋　Ｈｌ　＋　ＨｚＯ）が変化
する。この図は、溶湯６０Ｇｋｇ、スラグ量２００ｋｇ
に対し１５０ＯＮ１／分で吹酸を行ったときの結果を示
す。

これらの図から明らかなように、炭材量を少なくし、ラ
ンスの高さを大きくすることにより、二次燃焼率を高め
ることができる。すなわち、燃焼を充分に行うことによ
って、使用する炭材量が少なくてすみ、またガス発生量
も少なくなる。しかし、二次燃焼を促進させると、ガス
の酸化度も上がる。そのため、これを予備還元に使用す
るためには、多量のガスを予備還元炉に送り込まなけれ
ばならないという欠点が表面化する。そこで、この酸化
度を１０〜６０％の範囲に維持するとき、充分な還元力
をもち、且つ溶融還元炉における炭材の使用量を節減す
ることができる。

他方、予備還元炉における還元力は、その予備還元炉に
送りこまれる還元ガスの量及びその酸化度との間に、第
３図に示すような関係を持つ、すなわち、予備還元率を
上げるためには多量のガスを予備還元炉に送り込む必要
がある。他方、低予備還元率とする場合には、予備還元
炉に送り込むガス量が少なくてすむので、循環のために
使用するエネルギー消費量の節減が図られる。

このように、低二次燃焼率−高予備還元率、高二次燃焼
率−低予備還元率という二つの組合せを考えるとき、エ
ネルギー経済面からして後者の方が有利となる。しかし
、溶融還元炉に投入される原料は、低予備還元率より高
予備還元率のものの方が、溶銑の往産性を向上させるこ
とに効果を奏する。

本発明者等の実験・考察によるとき、予備還元率を３０
〜８０％に維持することが、このエネルギー経済面及び
溶銑生産性の双方を満足させる上で効果的であることが
判明した。そして、この予備還元率３０〜８０％を得る
ためには、酸化度を１０〜６０％にすることが必要であ
ることを見出した。

そこで、酸化度が１０〜６０％の範囲に調整された溶融
還元炉からの排ガスを、予備還元炉に送り込むと、予備
還元炉内の鉄鉱石は迅速に予備還元され、予備還元率３
０〜８０％の還元鉱となる。

また、鉱石の予備還元率を３０〜８０％に調整すること
により、予備還元炉から排出される排ガスの酸化度は、
第４図に示すように、それぞれ５０〜８５％の範囲に維
持される。この予備還元炉からの排ガスは、７００〜１
０００℃の温度にあり、熱源としてを望なものである。

そこで、この予備還元炉からの排ガスに対し、微粉炭、
マイルドチャー、木炭、炭化水素等を添加することによ
り高温状態のままで酸化度を４０％以下に調整する。

次いで、この酸化度が低下した排ガスを脱水処理する。

第１図の例では、排ガスを２００℃以下に冷却すること
により、飽和水蒸気圧を越える水分を排ガスから分離し
ている。これにより、排ガスに含まれている水分の大半
が除去される。この脱水処理は、第１図の例に拘束され
るものでなく、その他種々の化学的、物理的な方法を採
用することも可能である。

脱水された排ガスは、次に脱水素処理される。

これにより、軽くて熱伝導が高い水素が取り除かれるの
で、処理後の排ガスは、熱放散特性の小さなものとなる
。このように脱水素処理された排ガスをキャリアガスと
して使用するとき、予備還元炉からの還元鉱、粉状炭材
等を高温状態のままで溶融還元炉に送給することができ
る。しかも、搬送管が粉体により閉塞されることがなく
なる。

このときのキャリアガスの酸化度を４０％以下に維持す
ることにより、第５図に示すように、搬送中における還
元鉱、粉状炭材等の粉体の変質を抑えることができる。

第５図は、該キャリアガスにより予備還元率８０％の還
元鉱を搬送した過程におけるその還元鉱が受ける酸化の
度合を示す。なおこの場合、還元鉱の表面に薄い酸化膜
が生成すると、それを溶融還元炉に投入したときに、ス
ラグとの濡れ性が良く、還元速度も上昇する。この意味
で、キャリアガスの酸化度を極端に下げる必要はない、
しかし、ＣＯ□含を量が多いと溶融還元炉内で吸熱反応
が生じ、熱的に不利な操業になることから、キャリアガ
スの酸化度を２５％以下にすることが望ましい。

このように、本発明によるとき、溶融還元炉から発生す
る還元ガスが循環利用され、しかも予備還元炉から切り
出される高温の還元鉱をそのままの状態で溶融還元炉に
搬送することができる。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明の特徴を具体的に説明する。

炭材量及び吹酸量を制御しながら、溶融還元炉を操業し
、酸イ°ヒ度５０％のガス（組成：ＣＯ３２％、　ＣＯ
。

３８％１ｌＩｔ０１７％、　Ｈｇ　１０％）を発生させ
た。

このガスを、粉鉱石、粉石炭が流動状態に維持されてい
る予備還元炉に送り込み、予備還元率４５％の還元鉱を
製造した。なお、予備還元炉の炉内温度は、９００〜１
０００℃に保たれていた。この予備還元炉から排出され
た排ガスの組成は、Ｃｏ　１３％。

ｃｏｔ　５２％、　Ｉｂ０３０％、ＦＩｔ５％であり、
酸化度が８２冗であった。

次いで、この予備還元炉からの排ガスを、予備還元炉で
生成したチャーと接触させることによって、Ｃ０５２％
、　Ｃｏｔ　１７％、　Ｈｔｏ　１８％、Ｒｔ　１３％
の組成、酸化度３５％に改質した。

そして、改質後の排ガスを、２００℃程度に冷却するこ
とにより脱水し、膜分離により脱水素処理した。このよ
うにして得られたガスの組成は、Ｃ０６５％、　Ｃｏｔ
　２１％、　Ｈｇ０６％、　Ｈｔ　３９４Ｔ！あり、酸
化度が２８％であった。

このガスを、排熱を利用した熱交換器により４５０℃に
加熱した後、予備還元炉から切り出された粉状の還元鉱
を溶融遁元炉に吹き込むときのキャリアガスとして使用
した。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明に°おいては、溶融還元
工程において発生する還元ガスの酸化度を調整すること
により、予備還元炉で使用される還元ガスとして好適な
ものが得られる。また、予備還元炉から排出される排ガ
スを、予備還元炉から切り出された還元鉱、粉状炭材等
を溶融還元炉に吹き込むときのキャリアガスとして使用
できる。

したがって、還元鉱、粉状炭材等の粉粒体が高温状態の
ままで溶融還元炉に供給され、溶融還元炉における製錬
反応も迅速なものとなる。その結果、熔融還元製錬の生
産性が高められる。また、各工程で発生するガスを別の
工程で積極的に利用しており、本質的に系外に排出する
ガスがないので、環境汚染の問題がない溶融還元製錬を
行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるガスの循環を示す一例であり、
第２図は溶融還元の操業条件が酸化度に与える影響を示
し、第３図は予備還元炉における予備還元率、所要還元
ガス量及び酸化度の関係を示し、第４図は予備還元炉に
おける予備還元率と排ガスの酸化度との関係を示し、第
５図はキャリアガスの酸化度が粉鉱石、粉石炭等の粉体
に与える影響を示す。また、第６図は、本発明者等が先
に開発した溶融還元法のフローを示す。

Claims

【特許請求の範囲】１、炭材投入量及び吹酸条件を調整することにより、溶
融還元炉から排出される還元ガスの酸化度を１０〜６０
％の範囲に維持し、該還元ガスを、粉粒状鉱石の還元率を３０〜８０％に調
整している予備還元炉に吹き込み、該予備還元炉から排出される排ガスを改質して、酸化度
を４０％以下に低下させ、この改質された排ガスを、脱水、脱水素処理した後、還
元鉱、粉状炭材等を溶融還元炉に吹き込むときのキャリ
アガスとして使用することを特徴とする溶融還元製錬に
おいて発生するガスの循環方法。