天然ガス直接利用型高効率炭化鉄製造プロセスの開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555193
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 林 昭二 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (40024351)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 国友 和也 新日本製鐵(株), プロセス技術研究所, 主任研究員 ; 井口 義章 名古屋工業大学, 工学部, 教授 (00023268)
• Keywords: 炭化鉄 / 鉄鉱石ペレット / 新鉄源 / 天然ガス / 充填層 / ペレット状炭化鉄 / 反応プロセス

Research Abstract

近年、地球規模の資源、エネルギー、環境問題などの解決あるいは緩和のための対処技術として製鋼プロセスにおける鉄スクラップ(鉄屑)の再生リサイクルが益々重要度を増してきている。しかし、そのプロセスの発展には鉄屑中不純物の希釈剤であるピュアーな鉄源の供給が必要となる。鉄源としては従来より還元鉄や銑鉄などがあるが、さらに最近では炭化鉄(Fe3C)が注目されている。炭化鉄は熱源炭素の多量含有、鋼中窒素の大幅低減可能等の優れた特徴が期待できるからである。
このような状況の中で本研究者(林、井口)は、最近、ラボ規模の固気反応容器を用いて広い温度、広い反応ガス種及び全ガス圧、組成域にて極めて短時間(1時間弱)のうちに多種の鉄鉱石から高安定性を有する炭化鉄を100%の変換率で製造できる画期的な新合成プロセス原理を世界で初めて見出し、この新技術を主要製鉄会社と海外共同特許出願した。この新法は反応ガス中の硫黄分圧を低値に規定することを特徴とし、従来法(IC法と称す)よりも1桁高い生産性と高温安定性等にも優れている他、他の多くの有利性を期待できるものである。
本研究は上記の新法(新I法と称し、H2-CO混合ガスを使用)よりもさらに高生産性を有する新II法(H2-CO-CH4混合ガスを使用)の開発を目指し、この研究結果の実用化への可能性を見極めるために、ベンチ規模の回分式充填層反応装置にて、高品質なペレット状炭化鉄の経済的多量製造プロセス確立のための最適反応プロセス条件を明確にするために遂行される。
平成11と12年度には常圧下熱天秤反応装置を使用し、以下の結果を得た。
鉄鉱石ペレットを新II法の基本ガスであるH2-CH4混合ガスによって800-950℃の所定反応温度にて還元、炭化し、ペレット内炭化鉄の生成挙動を把握した。反応ガス中硫黄分圧と反応温度、時間に依存するが、ほぼ煤生成なしで高収率にてペレット状炭化鉄の合成に成功した。また、新II法は新I法の約2倍の炭化速度を期待できる結果が得られた。
また、試薬酸化鉄ペレットをH2-CH4混合ガスによって800-950℃の所定反応温度にて還元、炭化し、ペレット内炭化鉄の生成挙動を把握した。脈石の影響、石灰添加の影響などを調査した。
平成13年度には加圧式熱天秤反応装置を使用し、鉄鉱石ペレットをH2-CH4混合ガスによって800-950℃の所定反応温度にて還元、炭化し、ペレット内炭化鉄の生成挙動を把握した。炭化速度に及ぼす全ガス圧(3気圧まで)、全ガス流量、混合ガス組成、反応ガス中硫黄分圧、酸化性ガスCO2,H2Oの影響を調査した。トポケミカル型反応を示した。炭化速度はほぼ全ガス圧の平方根に比例して増大した。
以上の研究結果より、ベンチ規模の回分式充填層反応装置による天然ガス直接利用型高品質ペレット状炭化鉄の高効率多量製造プロセス確立のための最適反応プロセス条件の目処を付けた。

Research Products

• [Publications] 林 昭二, 井口義章: "微量H_2S含有H_2-CH_4混合ガスによるペレット中炭化鉄の生成挙動"鉄と鋼. 86巻、10号. 641-647 (2000)
• [Publications] 林 昭二, 冨田規之, 井口義章: "微量H_2S含有H_2-CH_4混合ガスによる炭化鉄ペレットの製造に及ぼす酸化性ガスと加圧の影響"材料とプロセス. 15巻、1号. 232 (2002)