WO1999028235A1 - Procede de fabrication de carbure de fer - Google Patents

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Torakatsu Miyashita
Mitsuharu Kishimoto
Teruyuki Nakazawa
Akio Nio
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Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha
Mitsubishi Corporation
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    • Y02P10/134—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by avoiding CO2, e.g. using hydrogen

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing iron carbide, which is suitable as a raw material for steelmaking and steelmaking, for example, a steelmaking raw material used in an electric furnace and the like. (Background technology)
  • steel production consists of converting iron ore to pig iron using a blast furnace, and then converting pig iron to steel using an open hearth furnace or a converter.
  • a method consisting of a process of converting to molten steel is adopted.
  • direct iron production there is a direct reduction method that converts iron ore into reduced iron.However, the reduced iron produced by this method has a high reaction activity and generates heat by reacting with oxygen in the atmosphere, so transportation, For storage, allowance such as sealing with an inert gas is required. For this reason, iron carbide, which has a low reaction activity, can be easily transported and stored, and contains a relatively high percentage of iron, has recently been used as a steelmaking raw material for electric furnaces and the like.
  • steel raw materials mainly composed of iron carbide are not only easy to transport and store, but also carbon combined with iron can be used as a fuel source for steelmaking or steelmaking furnaces. There is also an advantage that it becomes a source of fine bubbles that promotes the reaction. For these reasons, in recent years, steelmaking and steelmaking raw materials mainly composed of iron carbide have received special attention. Have been.
  • a conventional method for producing such iron carbide is to form a powder of iron ore, fill it into a fluidized bed reactor, and form a mixture of a reducing gas (hydrogen gas) and a carbonizing gas (for example, methane gas) at a predetermined temperature. by reacting, iron oxide in the iron ore (to Matthew preparative (F e 2_Rei 3), Magunetai bets (F e 3 ⁇ 4), Usutai bets (F e O), etc.) the single operation (one The reduction and carbonization are performed by simultaneously introducing reduction and carbonization gas into the reactor).
  • a reducing gas hydrogen gas
  • a carbonizing gas for example, methane gas
  • the method of performing reduction and carbonization in a single operation has the advantage of system simplicity.However, the reaction gas composition and reaction temperature are individually flexible so as to be optimal for each of the reduction and carbonization reactions. Since it cannot be set, it is not possible to proceed efficiently. Therefore, the present applicant has set the gas used in the first reaction operation to have an optimum composition only for the reduction reaction, and the gas used in the second reaction operation to have the optimum composition for the remaining reduction reaction and carbonization reaction.
  • the iron carbide is characterized in that, after the first reaction operation for performing a part of the reduction reaction of the iron-containing raw material for iron making, the second reaction operation for performing the remaining reduction reaction and the carbonization reaction is performed.
  • Patent Application for an invention relating to "a method and an apparatus for manufacturing a device” Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-48604. According to the present invention, it is possible to cope with various operations and to make the process flexible, which is impossible with the conventional method of manufacturing iron carbide in a single operation. There are advantages such as the flow rate of reduction and carbonization gas can be significantly reduced.
  • the method of performing the reaction in two steps when obtaining iron carbide from the iron-containing raw material has many advantages, but the second reaction Depending on the composition of the gas used in the operation, the reaction speed of the second reaction operation can be further increased. In other words, when a gas mainly containing methane is used as a reaction gas in the second reaction operation, the remaining reduction and carbonization of the iron oxide partially reduced in the first reaction operation is performed.
  • the basic reaction of the reaction operation is stoichiometrically represented by the following formula.
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to perform, after a first reaction operation for performing a part of the reduction reaction, a second reaction operation for performing the remaining reduction reaction and the carbonization reaction. It is an object of the present invention to provide a method of promoting the production of iron carbide in the method of producing iron carbide.
  • the gist of the present invention is to increase carbon potential in the reaction system (relatively lower oxygen potential) by adding carbon or a carbon-containing gas to the reaction gas of the second reaction operation.
  • carbon potential in the reaction system relatively lower oxygen potential
  • it can promote the formation of iron carbide.
  • the present invention relates to a method for producing iron carbide, wherein the first reaction operation for partially performing the reduction reaction of the iron-containing raw material is followed by a second reaction operation for performing the remaining reduction reaction and carbonization reaction.
  • a first invention is a method for producing iron carbide, which comprises adding carbon or a carbon-containing gas or a carbon-containing gas to a reaction gas for the operation.
  • the iron in which the carbon is pulverized coal or soot is used.
  • Power The method for manufacturing one byte is the second invention,
  • the method for producing iron carbide in which the carbon-containing gas is coke oven gas, blast furnace exhaust gas, electric furnace exhaust gas, smelting reduction furnace exhaust gas, converter exhaust gas, or coal gasification gas is described in the third aspect. Invented.
  • Pulverized coal or soot is gas-cleaned by the exhaust gas cleaning device of each of the above reactors. It can be obtained by extracting oil from the purified water or the cooling water of a gas cooling device.
  • composition (volume / o) of a reactor exhaust gas containing a carbon-containing gas is shown in Table 1 below, from which c ⁇ ⁇ 2, H 2 and N 2 are excluded. Are preferably used.
  • the present invention is configured as described above, in the method for producing iron carbide, the first reaction operation for performing a part of the reduction reaction is followed by the second reduction operation for performing the remaining reduction reaction and carbonization reaction. It can promote the generation of force valleys.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an iron carbide manufacturing apparatus suitable for carrying out the method of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an iron carbide (Fe 3 C) conversion rate per hour depending on the amount of carbon-containing gas (co + co 2 ) added to the reaction gas in the second reaction operation.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an iron carbide manufacturing apparatus suitable for carrying out the method of the present invention.
  • the apparatus shown in Fig. 1 has a first reaction operation section 10 for partially reducing iron ore mainly containing hematite as an iron-containing raw material for ironmaking, and a second reaction section for performing the remaining reduction reaction and carbonization reaction. It consists of two reaction operation parts 30 and.
  • the flow of the reaction gas in the first reaction operation part 10 is as follows: pipe 11, pipe 12, compressor 13, pipe 14, heat exchanger 15, pipe 16, heater 17, Pipe 18, fluidized bed reactor 19, pipe 20, heat exchanger 15, pipe 21, scrubber 22, and pipe 23 constitute a loop.
  • a loop is formed in which the reaction gas circulates through the pipes 12 in order.
  • a gas having a predetermined composition is supplied to the circulation path from the pipe 24 connected to the connection between the pipes 11 and 12 and the pipe connected to the connection between the pipes 11 and 23. From 25, it is configured to discharge a predetermined amount of gas in the circulation path.
  • the scrubber 22 is composed of a hollow main body 26, a pipe 27 for injecting water into the gas, and a pipe 28 for discharging the water in the main body 26, and is discharged from the fluidized bed reactor 19. It cools the emitted gas and condenses and removes the water vapor in the gas.
  • the iron carbide manufacturing apparatus configured as described above, when powdered iron ore is supplied to the upper part of the fluidized bed reactor 19 of the first reaction operation part 10 via the pipeline 50, The partially reduced iron ore is continuously supplied from the lower part of the fluidized bed reactor 19 through a pipe 51 to the fluidized bed reactor 39 of the second reaction operation part 30. After performing the remaining reduction and carbonization in the fluidized bed reactor 39, iron carbide products are continuously removed via the pipe 52.
  • the first reaction operation only needs to consider the reduction reaction, so the reduction reaction mainly composed of hydrogen is performed, and the second reaction operation performs the reduction reaction and the carbonization reaction. Since this must be taken into account, a mixed gas consisting mainly of hydrogen and methane is used.
  • the reaction temperature in the second reaction operation is set to 610 to 65 ° C.
  • the reaction pressure is set to 3 to 6 atm
  • the carbon-containing gas ( co + when co 2) was carried out the second stage of the reaction process by adding iron Carbide de hourly by addition of large and small for the reaction gas of the second stage of the reaction process (CO + C 0 2) ( F e 3 C)
  • a test was conducted to compare the conversion rates, and the results are shown in Figure 2.
  • the child increase the amount of carbon-containing gas (co + co 2) for the reaction gas of the second stage of the reaction process This makes it possible to improve the generation speed of iron-powered one-byte.
  • the present invention is configured as described above, in an iron carbide manufacturing apparatus in which a first reaction operation for performing a part of the reduction reaction is followed by a second reaction operation for performing the remaining reduction reaction and carbonization reaction. It is suitable as a device that can promote the formation of iron carbide.

Description

明 細 書 鉄カーバイ ドの製造方法 〔技術分野〕
本発明は、 製鉄、 製鋼用の原料、 例えば電気炉等に用いる製 鋼原料と して好適である鉄カーバイ ドの製造方法に関するもの である。 〔背景技術〕
一般的に鋼の製造は、 高炉により鉄鉱石を銑鉄に転化し、 そ の後、 平炉又は転炉などにより銑鉄を鋼に転化する工程からな つているが、 このような伝統的な製法は、 必要なエネルギー、 設備規模、 およびコス ト等が大きなものになるため、 小規模の 製鋼には、 直接製鉄により鉄鉱石を製鋼炉原料 （固体） に転化 し、 この製鋼炉原料を電気炉等により溶融鋼に転化する工程か らなる方法が採用されている。 かかる直接製鉄には、 鉄鉱石を 還元鉄に転化する直接還元法があるが、 この方法で製造される 還元鉄は反応活性が強く、 大気中の酸素と反応して発熱するた め、 輸送、 貯蔵には不活性ガスによるシール等の手当が必要に なる。 このため、 反応活性が低く、 容易に輸送、 貯蔵が可能で、 比較的高パーセンテージの鉄を含有する鉄カーバイ ドが、 近年、 電気炉等による製鋼原料と して使用されつつある。
さらに、 鉄カーバイ ドを主成分とする鉄鋼原料は、 輸送 ·貯 蔵が容易であるばかりでなく、 鉄と化合している炭素が製鉄あ るいは製鋼炉の燃料源となる他、 製鋼炉内では反応を促進する 微細な気泡の発生源となる利点もある。 このようなことから、 近年鉄カーバイ ドを主成分とする製鉄、 製鋼用原料は特に注目 されている。
かかる鉄カーバイ ドを製造する従来の方法は、 鉄鉱石を粉体 にして流動層式反応器に充填し、 還元ガス （水素ガス） と炭化 ガス （例えば、 メタンガスなど） の混合ガスと所定温度で反応 させることで、 鉄鉱石内の鉄酸化物 （へマタイ ト （F e 2〇3 ) 、 マグネタイ ト （F e 3〇4) 、 ウスタイ ト （F e O ) など） を単 一操作 （一つの反応器内に還元および炭化ガスを同時に導入し て行う操作をいう） で還元および炭化させるものである。 この 種の先行技術と しては、 特表平 6 - 5 0 1 9 8 3号公報に記載 のものがある。
還元と炭化を単一操作で行う方法は、 システム的に単純であ るという利点はあるが、 還元反応または炭化反応のそれぞれに 最適になるように反応ガス組成や反応温度を個別にフレキシブ ルに設定することはできないため、 効率的に反応を進めること ができない。 そこで、 本出願人は、 第一反応操作において使用 するガスを還元反応のみに最適な組成に、 また第二反応操作に おいて使用するガスを残りの還元反応と炭化反応に最適な組成 にすることができるように、 「製鉄用含鉄原料の還元反応の一 部を行う第一反応操作の後に、 残りの還元反応と炭化反応を行 う第二反応操作を進めることを特徴とする鉄カーバイ ドの製造 方法および製造装置」 に関する発明について特許出願をした （ 特開平 9 - 4 8 6 0 4号公報） 。 この発明によれば、 単一操作 で鉄カーバイ ドを製造する従来の方法では不可能な、 各操作ご との各種対応がとれ、 プロセスと してフレキシブルになるので、 反応時間の短縮を図るとともに還元および炭化ガスの流量を大 幅に低減しうる等の利点がある。
このように、 含鉄原料から鉄カーバイ ドを得るに際して反応 を 2段階に分けて行う方法には多くの利点があるが、 第二反応 操作において使用するガスの組成によつては第二反応操作の反 応速度をより速めることが可能になる。 すなわち、 第二反応操 作の反応ガスと してメタンを主と して含有するガスを使用する 場合、 第一反応操作で部分的に還元された酸化鉄に残りの還元 と炭化を施す第二反応操作の基本反応は、 化学量論的には、 次 の①式で表される。
3 F e O 2 / 3 + C H 4 → F e 3 C + 2 H 2 0 ① このように、 鉄カーバイ ド （F e 3 C ) が生成するときに同時 に水蒸気 （H 2〇） が生成するので、 反応系内に存在する H 2 0 の量が少なければ、 鉄カーバイ ドの生成を促進しうるはずであ る。
本発明は、 かかる点に着目 してなされたものであって、 その 目的は、 還元反応の一部を行う第一反応操作の後に、 残りの還 元反応と炭化反応を行う第二反応操作を進める鉄カーバイ ドの 製造方法において、 鉄カーバイ ドの生成を促進しうる方法を提 供することにある。
〔発明の開示〕
上記目的を達成するために本発明の要旨は、 炭素または炭素 含有ガスを第二反応操作の反応ガスに添加することにより、 反 応系内の炭素ポテンシャルを高め （相対的に酸素ポテンシャル を下げ） 、 鉄カーバイ ドの生成を促進することができる。
すなわち、 本発明は、 含鉄原料の還元反応の一部を行う第一 反応操作の後に、 残りの還元反応と炭化反応を行う第二反応操 作を進める鉄カーバイ ドの製造方法において、 第二反応操作の 反応ガスに炭素または炭素含有ガスあるいはそれらを添加する ことを特徴とする鉄カーバイ ドの製造方法を第一の発明と し、 上記第一の発明において、 炭素が微粉炭または煤である鉄力 一バイ ドの製造方法を第二の発明と し、
上記第一の発明において、 炭素含有ガスがコ ークス炉ガス、 高炉排ガス、 電気炉排ガス、 溶融還元炉排ガス、 転炉排ガスま たは石炭ガス化ガスである鉄カーバイ ドの製造方法を第三の発 明とする。
上記のように構成される本発明によれば、 第二反応操作の反 応ガス （メタンを主と して含有するガス） に炭素 （C) を添加 する場合、 第二反応操作の基本反応は化学量論的には、 以下の 式②で表される。
6 F e O 3 + C + C H4 → 2 F e 3 C + 2 H 2 O ② この場合、 炭素に代えて炭素含有ガス （C O) を添加すると、 第二反応操作の基本反応は化学量論的には、 以下の式③で表さ れる。
6 F e O i/3+ CO+ CH4+H2 → 2 F e 3C + 3 H 2〇 ③ 上記①式と②式または③式を比べてみると明らかなように、 第二反応操作の反応ガスに何も添加しない場合 （①式） 、 酸化 鉄 1モルに対して 2 Z 3モルの水蒸気 （H20) が生成する。
しかし、 第二反応操作の反応ガスに炭素 （C) を添加すると (②式） 、 酸化鉄 1モルに対して 1 Z 3モルしか水蒸気 （HzO) は生成しない。 また、 炭素に代えて、 第二反応操作の反応ガス に炭素含有ガス （C O) を添加すると （③式） 、 酸化鉄 1 モル に対して生成する水蒸気 （H20) は 1 / 2モルである。
このように、 第二反応操作の反応ガスに炭素または炭素含有 ガスを添加することにより、 反応系内の炭素ポテンシャルが高 められ、 部分的に還元された含鉄原料を還元および炭化するに 際して生成する水蒸気 （H20) の量を減少することができる ので、 鉄カーバイ ドの生成を促進することが可能になる。
微粉炭または煤は、 上記各反応炉の排ガス洗浄装置のガス洗 浄水またはガス冷却装置の冷却水から油で抽出することにより 得ることができる。
炭素含有ガスを成分とする反応炉排ガスの組成 （容積。 /o ) の 一例を示せば、 以下の表 1のとおりであり、 この組成から c〇 〇 2、 H 2および N 2などを除いたものが好適に用いられる。
【表 1 】
Figure imgf000007_0001
本発明は上記のとおり構成されているので、 還元反応の一部 を行う第一反応操作の後に、 残りの還元反応と炭化反応を行う 第二反応操作を進める鉄カーバイ ドの製造方法において、 鉄力 一バイ ドの生成を促進することができる。
特に、 請求の範囲第 3項記載の発明によれば、 各反応炉の排 ガスを有効利用できるので、 省エネルギーを図ることができる <
〔図面の簡単な説明〕 第 1図は、 本発明の方法を実施するに好適な鉄カーバイ ドの 製造装置の一例を示す概略構成図である。
第 2図は、 第二反応操作の反応ガスに対する炭素含有ガス （ c o + c o 2 ) の添加量の大小による時間当たりの鉄カーバイ ド （F e 3 C ) 化率を示す図である。
〔発明を実施するための最良の形態〕
以下に本発明の実施例を説明する。 第 1図は本発明の方法を 実施するに好適である鉄カーバイ ドの製造装置の概略構成図で ある。 第 1図の装置は、 製鉄用含鉄原料と してへマタイ トを主 に含有する鉄鉱石の部分的な還元を行う第一反応操作部分 1 0 と、 残りの還元反応と炭化反応を行う第二反応操作部分 3 0と から構成されている。 第一反応操作部分 1 0の反応ガスの流れ は、 管路 1 1、 管路 1 2、 圧縮機 1 3、 管路 1 4、 熱交換器 1 5、 管路 1 6、 加熱器 1 7、 管路 1 8、 流動層式反応炉 1 9、 管路 2 0、 熱交換器 1 5、 管路 2 1、 スクラバ 2 2および管路 2 3がループを構成している。 すなわち、 流動層式反応炉 1 9 の底部ガス入口に、 管路 1 2、 圧縮機 1 3、 管路 1 4、 熱交換 器 1 5、 管路 1 6、 加熱器 1 7、 管路 1 8を順に経て反応ガス が供給され、 流動層式反応炉 1 9の頂部出口から、 管路 2 0、 熱交換器 1 5、 管路 2 1、 スクラバ 2 2、 管路 2 3、 管路 1 1、 管路 1 2を順に経て反応ガスが循環するループが形成されてい る。 管路 1 1 と管路 1 2 との連結部分に連結した管路 2 4より 循環経路に所定組成のガスを補給し、 管路 1 1 と管路 2 3 との 連結部分に連結した管路 2 5より循環経路内のガスを所定量排 出するように構成されている。 この補給ガスおよび排出ガスの 流量を調整することにより、 流動層式反応炉 1 9に流入する反 応ガスの組成を一定にし、 反応によりガス組成が変化し反応速 度が低下することを防止できる。 スクラバ 2 2は、 中空の本体 2 6、 ガス中に水を噴射する管路 2 7、 および本体 2 6内の水 を排出する管路 2 8より構成され、 流動層式反応炉 1 9から排 出されたガスを冷却し、 ガス中の水蒸気を凝縮させて除去する ものである。
第二反応操作部分 3 0の反応ガスの流れも第一反応操作部分 1 0 と同様であるため、 共通する箇所に第一反応操作部分 1 0 の各番号に 2 0を加えた番号を付して説明を省略する。
以上のように構成される鉄カーバイ ドの製造装置において、 粉状にした鉄鉱石を管路 5 0を介して第一反応操作部分 1 0の 流動層式反応炉 1 9の上部に供給すると、 部分的に還元された 鉄鉱石は流動層式反応炉 1 9の下部から管路 5 1 を経て第二反 応操作部分 3 0の流動層式反応炉 3 9に連続的に供給され、 こ の流動層式反応炉 3 9内で残りの還元と炭化を行った後、 鉄力 ーバイ ド製品が管路 5 2を経て連続的に取り出される。 以上の 反応に用いる反応ガスの組成については、 第一反応操作は還元 反応のみを考慮すればよいことから、 水素を主体とする還元ガ スにより行い、 第二反応操作は還元反応および炭化反応を考慮 しなければならないので、 水素とメタンを主体とする混合ガス で行う。
そこで、 第二反応操作における反応温度を 6 1 0〜 6 5 0 °C と し、 反応圧力を 3〜 6気圧とし、 管路 4 4を経て第二反応操 作の循環ガスに炭素含有ガス （c o + c o 2) を添加して第二 反応操作を行った場合に、 第二反応操作の反応ガスに対する （ C O + C 0 2 ) の添加量の大小による時間当たりの鉄カーバイ ド （F e 3 C ) 化率を比較する試験を行ったので、 その結果を 第 2図に示す。 第 2図に示すように、 第二反応操作の反応ガス に対する炭素含有ガス （c o + c o 2) の添加量を多くするこ とにより鉄力一バイ ドの生成速度を向上することが可能になる。
〔産業上の利用の可能性〕
本発明は以上説明したように構成されているので、 還元反応 の一部を行う第一反応操作の後に、 残りの還元反応と炭化反応 を行う第二反応操作を進める鉄カーバイ ドの製造装置において、 鉄カーバイ ドの生成を促進しうる装置と して適している。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 含鉄原料の還元反応の一部を行う第一反応操作の後に、 残 りの還元反応と炭化反応を行う第二反応操作を進める鉄カー バイ ドの製造方法において、 第二反応操作の反応ガスに炭素 または炭素含有ガスあるいはそれらを添加することを特徴と する鉄カーバイ ドの製造方法。
2 . 炭素が微粉炭または煤である請求の範囲第 1項記載の鉄力 一バイ ドの製造方法。
3 . 炭素含有ガスがコークス炉ガス、 高炉排ガス、 電気炉排ガ ス、 溶融還元炉排ガス、 転炉排ガスまたは石炭ガス化ガスで ある請求の範囲第 1項記載の鉄カーバイ ドの製造方法。
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