高温気流中における微粉炭混合鉄鉱石の高速還元に関する速度論的研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05650760
• Research Institution: Akita University
• Principal Investigator: 菅原 勝康 秋田大学, 鉱山学部, 助教授 (60154457)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菅原 拓男 秋田大学, 鉱山学部, 教授 (10006679)
• Keywords: 鉄鉱石 / 溶融還元 / 急速熱分解 / 揮発分 / 予備還元 / 石炭

Research Abstract

本研究では、気流層型反応器を用いた石炭を炭素源とする鉄鉱石の高速還元プロセスの開発を目的として、以下の点につき実験ならびに検討を行った。
(1)高温場における鉄鉱石の還元速度の決定と微粉炭混合の影響
新規に購入した超高温赤外線ランプ加熱装置を用いて、ガス流通式固定層型反応器を製作し、300〜1500℃の広い温度範囲における鉄鉱石の還元挙動を追跡した。試料として、-200+250meshのオーストラリア産ハマスレー粉鉱石を使用した。窒素気流中で鉄鉱石を加熱すると、300℃から1300℃までFeOの生成が比較的穏やかに進行するが、1300℃からFeOの生成速度が急激に増大する様子が観察された。次に1000℃の水素気流中では、FeOの生成速度は大きく、また反応途中FeO量は最大値を示した後急減し、FeOがさらに還元され金属鉄が急激に生成していることがわかった。ちなみに本還元反応は、化学反応律速であることが確かめられた。さらにカーボンブラックや石炭粒子、揮発分モデル化合物と鉄鉱石をそれぞれ混合したときの鉄鉱石の還元挙動を、現在詳細に追跡中である。
(2)急速昇温かつ高温における石炭の急速熱分解特性
2x10^4Cs^<-1>の急速昇温が可能で最終到達温度が1000〜1500℃のentrained flow型反応器を試作し、炭化度の異なる石炭ならびに比重分離した石炭試料について、揮発分放出挙動を追跡した。揮発分放出速度は、炭種に依存し、とくに炭種ごとに異なる組織成分の含有割合に大きく依存することが分かった。また揮発分中のガス状成分は主にC_1からC_3成分であるが、組成の分布は温度と組織成分に依存した。さらに組織成分量と熱分解条件を利用して、鉄鉱石還元に最適な雰囲気を調製する実験を行う予定である。