TWI861574B - 還原鐵之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明之還原鐵之製造方法，具有：還原步驟，係以包含氫氣之還原氣體將原料即氧化鐵還原而生成還原鐵；脫水步驟，係從前述還原步驟的排氣中去除水，藉此從前述排氣分離出氫氣；冷卻步驟，係以包含碳作為元素之冷卻氣體將前述還原鐵碳化並冷卻；及分離步驟，係從前述冷卻步驟之排氣分離出氫氣與甲烷氣體；前述冷卻氣體為甲烷氣體；前述還原氣體進一步包含：前述脫水步驟所分離之氫氣、與前述分離步驟所分離之氫氣；且前述冷卻氣體進一步包含：前述分離步驟所分離之甲烷氣體。
Description
本發明涉及一種還原鐵之製造方法。
本案係依據已於2021年10月14日於日本提申之特願2021-168721號主張優先權，並於此援引其內容。
作為可從含有氧化鐵的原料獲得鐵之(還原氧化鐵)製鐵方法之一，已知一種直接還原製鐵法。直接還原製鐵法係在用以實行該製鐵法之廠房的建築成本低廉、容易運轉、及以小型廠房便能進行作業等背景下持續發展。尤其，針對豎爐方式之直接還原製鐵法施加了為了有效活用爐內之還原氣體的各種改善。
進一步，亦已知有一種方法，係在防止還原鐵於輸送時再次氧化之目的下，追加一使還原鐵碳化之步驟來製造碳化鐵。碳化鐵亦具有可減少在電爐中熔解時之消耗能量的優點。
譬如，專利文獻1、2中記載了流動層方式之直接還原製鐵法中之鐵礦石的還原及滲碳方法，並且規定了還原氣體之組成、溫度及壓力。專利文獻3中記載了豎爐方式之直接還原製鐵法中之鐵礦石的還原及滲碳方法，並且規定了還原氣體之組成、溫度及壓力。
一般而言，CH4(甲烷氣體)的分解反應為吸熱反應，越為高溫高壓就越容易進行。例如，常壓系統之MIDREX法係在將還原氣體加熱時富含O2，企圖藉此使還原氣體之溫度上升，並使還原鐵之C濃度提升。又，已知相較於MIDREX法，在高壓系統之HYL(ENERGIRON)法中還原鐵之C濃度較高。
(MIDREX法：還原鐵之C濃度0.5~2.5%，ENERGIRON)法：2.0~4.5%)
又，最近為了在MIDREX法中提升還原鐵之C濃度，而開發出ACT(註冊商標)(可調碳技術；Adjustable Carbon Technology)(非專利文獻1)。在該製程中，係將在改質爐(reformer)中改質後之天然氣的一部分進行冷卻/壓縮/膜分離，藉此將天然氣分成富CO氣體與富H2氣體。然後，將富H2氣體送回至處理氣體中(亦即吹入還原帶中)，且將富CO氣體混合於天然氣中並吹入遷移帶(Transition Zone)，藉此提升、控制還原鐵之C濃度。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本專利特開平11-343512號公報
專利文獻2：日本專利特開平5-222423號公報
專利文獻3：日本專利特開平8-120314號公報
非專利文獻
非專利文獻1：http：//www.midrex.com/wp-content/uploads/MIDREX-ACT-fpo-Brochure.pdf，2017年9月發行
非專利文獻2：水谷等人：CAMP-ISIJ,33(2020),483.
另一方面，最近為了削減源自鋼鐵業之二氧化碳排放量，仍持續進行開發利用氫氣作為還原氣體之直接還原製鐵法。作為代表例，已知HYBRIT、MIDREX+H2等，該等係將藉由水之電解等所得之氫氣利用於豎爐方式之直接還原製鐵法。然而，該等方法之製程係使用氫氣作為還原氣體，因此無法對還原鐵進行增碳，而在電爐之熔解處理中需要大量能量。
於是，本發明目的在於提供一種新穎且經改良之還原鐵之製造方
法，該方法即便在使用包含氫氣之還原氣體作為豎爐之還原氣體時，仍可對還原鐵進行增碳。
為了解決上述課題，本發明主旨如下。
(1)本發明態樣1之還原鐵之製造方法，具有：還原步驟，係以包含氫氣之還原氣體將原料即氧化鐵還原而生成還原鐵；脫水步驟，係從前述還原步驟的排氣中去除水，藉此從前述排氣分離出氫氣；冷卻步驟，係以包含碳作為元素之冷卻氣體將前述還原鐵碳化並冷卻；及分離步驟，係從前述冷卻步驟之排氣分離出氫氣與甲烷氣體；前述冷卻氣體為甲烷氣體；前述還原氣體進一步包含：前述脫水步驟所分離之前述氫氣、與前述分離步驟所分離之前述氫氣；且前述冷卻氣體進一步包含：前述分離步驟所分離之前述甲烷氣體。
(2)本發明態樣2之還原鐵之製造方法，具有：還原步驟，係以包含氫氣之還原氣體將原料即氧化鐵還原而生成還原鐵；脫水步驟，係從前述還原步驟的排氣中去除水，藉此從前述排氣分離出氫氣；冷卻步驟，係以包含碳作為元素之冷卻氣體將前述還原鐵碳化並冷卻；及分離步驟，係從前述冷卻步驟之排氣分離出CO氣體與CO2；前述冷卻氣體包含CO氣體；前述還原氣體包含：前述脫水步驟所分離之前述氫氣；且前述冷卻氣體進一步包含：前述分離步驟所分離之前述CO氣體。
(3)本發明態樣3係於態樣2之還原鐵之製造方法中進一步具有：碳氣化步驟，係以CO2氣體令炭或焦碳氣化而製造CO氣體；
在前述碳氣化步驟供給之CO2氣體包含：前述分離步驟所分離之前述CO2氣體；且前述冷卻氣體係前述碳氣化步驟所製造之前述CO氣體。
(4)本發明態樣4之還原鐵之製造方法，具有：還原步驟，係以包含氫氣之還原氣體將原料即氧化鐵還原而生成還原鐵；脫水步驟，係從前述還原步驟的排氣中去除水，藉此從前述排氣分離出氫氣；冷卻步驟，係以包含碳作為元素之冷卻氣體將前述還原鐵碳化並冷卻；第2脫水步驟，係從前述冷卻步驟的排氣分離出水；煤碳乾餾步驟，係將煤碳進行乾餾而製造煤碳乾餾氣體；以及，單一或複數個分離步驟，係從前述第2脫水步驟後的排氣及前述煤碳乾餾氣體分離出氫氣、CO氣體與甲烷氣體之混合氣體、及CO2氣體；前述還原氣體進一步包含：前述脫水步驟所分離之前述氫氣、與前述分離步驟所分離之前述氫氣；前述冷卻氣體係前述分離步驟所分離之前述混合氣體；且在前述煤碳乾餾步驟中，使用前述分離步驟所分離之前述CO2氣體來製造前述煤碳乾餾氣體。
(5)本發明態樣5係在態樣1至態樣4之還原鐵之製造方法中使用豎爐，該豎爐係底部起依序具有：還原鐵排出部，其係在前述底部排出前述經碳化並冷卻之還原鐵者；冷卻氣體吹入口；冷卻氣體排出口；還原氣體吹入口；還原氣體排出口；及原料裝入部，其係在頂部裝入前述原料即氧化鐵者；前述還原鐵之製造方法係在前述還原步驟中，在前述還原氣體吹入口與還原氣體排出口之間的還原帶，以前述還原氣體將前述原料還原而生成前述還原鐵；並且，在前述冷卻步驟中，在前述冷卻氣體吹入口與前述冷卻氣體排出口之間的冷卻帶，以前述冷卻氣體將前述還原鐵碳化並冷卻。
根據上述觀點，即便在使用包含氫氣之還原氣體作為豎爐之還原氣體時，仍可對還原鐵進行增碳。
10-1:直接還原系統
20:豎爐
21:還原帶
22:遷移帶
23:冷卻帶
24:原料裝入部
24A:頂部
25:還原鐵排出部
25A:底部
26:冷卻氣體吹入口
27:冷卻氣體排出口
28:還原氣體吹入口
29:還原氣體排出口
30:加熱爐
40,60:冷卻裝置
50,70:壓縮機
80:分離裝置
S1,S1A,S1C:還原步驟
S2,S2A,S2B,S2C:冷卻步驟
S3,S3A,S3C:脫水步驟
S4,S4A,S4B,S4C:分離步驟
S5:碳氣化步驟
S6:第2脫水步驟
S7:煤碳乾餾步驟
圖1為流程圖，其說明本發明第1實施形態之還原鐵之製造方法。
圖2為流程圖，其說明本發明第2實施形態之還原鐵之製造方法。
圖3為流程圖，其說明本發明第3實施形態之還原鐵之製造方法。
圖4為流程圖，其說明本發明第4實施形態之還原鐵之製造方法。
圖5為流程圖，其顯示本實施形態之直接還原系統的一例。
用以實施發明之形態
以下，參照圖式並且詳細說明本實施形態。另外，使用「~」表示之數值範圍包含「~」兩端之數值。
<1.還原鐵之製造方法>
以下，參照圖1~圖4來說明本發明之還原鐵之製造方法。
本發明係還原鐵之製造方法，其係將氧化鐵當作原料來製造部分碳化的還原鐵；該方法之基本構成具有：還原步驟S1，係將氫氣當作還原氣體來還原氧化鐵原料而生成還原鐵；脫水步驟S3，係從還原步驟S1的排氣(還原排氣)中去除水，藉此從排氣分離出氫氣；冷卻步驟S2，係將包含碳作為元素之氣體當作冷卻氣體來將還原步驟S1所生成之還原鐵進行部分碳化並冷卻；及分離步驟S4，係從冷卻步驟S2的排氣(冷卻排氣)至少分離出包含碳之氣體。
視為本發明對象之原料係氧化鐵為主體的鐵礦石、或將該鐵礦石加工後之丸粒。該原料為在現有的直接還原製程中所使用者即可，不需要特別的前處理。
根據本發明，即便在以氫氣進行直接還原的情況下，仍可製造部分增碳之還
原鐵。又，由於會將分離後之氣體進行循環，故可謀求氣體的有效率使用。
本發明考慮冷卻氣體之種類、有無在系統內製造氫氣及CO氣體之步驟、及氣體生成方法的差異，而可如以下所說明這般制訂各種還原鐵之製造方法。其中，包含碳作為元素之氣體雖然從實用觀點來看係定為甲烷氣體、CO氣體或兩者之混合氣體，但亦可使用丙烷等高級烴。
(第1實施形態之還原鐵之製造方法)
第1實施形態之還原鐵之製造方法(圖1)具有：還原步驟S1，係以氫氣將原料即氧化鐵還原而生成還原鐵；脫水步驟S3，係從還原步驟S1的排氣中去除水，藉此從排氣分離出氫氣；冷卻步驟S2，係以甲烷氣體將前述還原鐵碳化並冷卻；及分離步驟S4，係從冷卻步驟S2的排氣分離出氫氣與甲烷氣體；並且，該方法係將脫水步驟S3所分離之氫氣、分離步驟S4所分離之氫氣及分離步驟S4所分離之甲烷氣體分別當作還原氣體及冷卻氣體來進行循環。
在還原步驟S1係以氫氣將氧化鐵還原成還原鐵。氫氣可從儲存槽(例如氣體槽)供給。在還原步驟S1中，還原氣體除了包含從外部(例如氣體槽)供給之氫氣外，進一步會包含：脫水步驟S3所分離之氫氣、與分離步驟S4所分離之氫氣。亦可在不妨礙本實施形態之效果的範圍內，於氫氣中混合有其他種類的氣體(例如：氮氣、CO氣體、CH4氣體等)。在還原步驟S1供給之氫氣的溫度為700~1000℃，供給量為1000~2200Nm3/t-DRI(每1噸還原鐵(DRI)之流量)。在還原步驟S1之化學反應式如式(1)所示。還原步驟S1所生成之還原鐵的金屬化率(金屬鐵濃度/總鐵份濃度×100)為65~98%。在此，金屬鐵濃度係藉由ISO 5416之測定還原鐵中之金屬鐵的溴甲醇滴定法進行測定，總鐵份濃度係藉由JIS M 8212：2005之鐵礦石-總鐵定量方法進行測定。
Fe2O3+3H2→2Fe+3H2O (1)
氫氣會因為與氧化鐵之反應而成為水(水蒸氣)，故從還原步驟S1排出之還原
排氣係由水蒸氣與未反應之氫氣所構成。還原排氣係在還原步驟S1中於還原反應後排出的氣體。
還原排氣會在脫水步驟S3被去除水而使氫分離。脫水步驟S3係將還原排氣冷卻至其露點以下，藉此氣水分離成未反應之氫氣與水。水會排出系統外。未反應之氫氣係當作還原氣體來循環。
在冷卻步驟S2中，係以甲烷氣體來冷卻還原步驟S1所生成之還原鐵。該甲烷氣體譬如係源自天然氣的氣體。冷卻氣體除了包含從外部(液化天然氣槽)供給之甲烷氣體之外，進一步包含：分離步驟S4所分離之甲烷氣體。亦可在不妨礙本實施形態之效果的範圍內，於甲烷氣體中混合有其他種類的氣體。甲烷氣體可從儲存槽(例如液化天然氣槽)供給。導入至冷卻步驟S2時的甲烷氣體溫度為0~100℃，吹入量為大於0Nm3/t-DRI且400Nm3/t-DRI以下。在冷卻步驟S2中，還原鐵會被甲烷氣體冷卻及碳化。此時的化學反應式如下式(2)所示。還原鐵之金屬化率為70~98%，還原鐵所含之碳量相對於還原鐵之總質量為大於0Nm3/t-DRI且4.5質量%以下。分離步驟S4所分離之甲烷氣體相對於冷卻氣體總體積的體積比率譬如為45vol%~55vol%。從外部新導入之甲烷氣體相對於冷卻氣體總體積的體積比率為45vol%~55vol%。
3Fe+CH4→Fe3C+2H2 (2)
甲烷氣體會因為與還原鐵之反應而成為氫氣，故從冷卻步驟S2排出之冷卻排氣係由氫氣與未反應之甲烷氣體所構成。冷卻排氣係在冷卻步驟S2中冷卻後排出的氣體。
在分離步驟S4中，係從冷卻步驟S2之排氣(冷卻排氣)至少分離出氫氣。具體而言，在分離步驟S4中係將冷卻步驟S2之排氣分離成氫氣與甲烷氣體。分離可採用例如膜分離法。膜分離時之壓力為1.0~2.0MPa，溫度為0~100℃。分離後之甲烷氣體係當作冷卻氣體來循環，氫氣(H2)係當作還原氣體來循
環。若不在分離步驟中分離出H2，則冷卻步驟之H2濃度會上升，藉由CH4所行之增碳反應的速度會降低。還原鐵之碳濃度(C濃度)因而降低。又，藉由將所分離之H2作為還原氣體來循環，可削減還原步驟中從外部導入之H2量。藉此，可削減成本。
分離後之氫氣的濃度宜為95vol%以上。分離後之氫氣其濃度上限並無特別限定，亦可為100vol%。分離後之甲烷氣體的濃度宜為95vol%以上。
分離後之甲烷氣體其濃度上限並無特別限定，亦可為100vol%。
與後述之其他方法相較之下，第1實施形態之還原鐵之製造方法的特徵在於下述方面：冷卻氣體係使用甲烷氣體。藉由第1實施形態之還原鐵之製造方法，可在冷卻步驟S2中分解甲烷氣體，故可省略以往用以製造還原氣體之改質步驟，而可有效獲得還原氣體。
(第2實施形態之還原鐵之製造方法)
第2實施形態之還原鐵之製造方法(圖2)具有：還原步驟S1A，係以氫氣將原料即氧化鐵還原而生成還原鐵；脫水步驟3A，係從還原步驟S1A的排氣中去除水，藉此從排氣分離出氫氣；冷卻步驟S2A，係以CO氣體將前述還原步驟S1A所生成之還原鐵碳化並冷卻；及分離步驟S4A，係將從冷卻步驟S2A排出之冷卻排氣分離成CO氣體與CO2氣體；並且，將脫水步驟3A所分離之氫氣及分離步驟S4A所分離之CO氣體各自當作還原氣體及冷卻氣體來循環。
在第2實施形態之還原鐵之製造方法中，氫氣及CO氣體係從外部供給，且係在儲存槽中儲留後使用。氫氣及CO氣體亦可將藉由煤碳氣化而得之煤碳氣體分離成氫氣及CO氣體來使用。煤碳氣化係一種使用少量的氧分解煤碳而獲得氫氣與CO氣體的方法。
在第2實施形態之還原鐵之製造方法中，還原步驟S1A及脫水步驟3A係與第1實施形態之還原鐵之製造方法的還原步驟及脫水步驟相同。
在第2實施形態之還原鐵之製造方法的冷卻步驟S2A中，係以作為冷卻氣體之CO氣體將還原步驟S1A所生成之還原鐵冷卻。冷卻氣體除了包含從外部供給之CO氣體之外，進一步包含：分離步驟S4A所分離之CO氣體。亦可在不妨礙本實施形態之效果的範圍內，於CO氣體中混合有其他種類的氣體。CO氣體可從儲存槽(例如氣體槽)供給。導入至冷卻步驟S2A時的CO氣體溫度為0~100℃，吹入量為大於0Nm3/t-DRI且400Nm3/t-DRI以下。在冷卻步驟S2A中，還原鐵會被CO氣體冷卻及碳化。此時的化學反應式如下式(3)所示。還原鐵之金屬化率為70~98%，還原鐵所含之碳量相對於還原鐵之總質量為大於0質量%且4.5質量%以下。分離步驟S4A所分離之CO氣體相對於冷卻氣體總體積的體積比率宜為45vol%~55vol%。在冷卻步驟S2A中，從外部新導入之CO氣體相對於冷卻氣體總體積的體積比率宜為45vol%~55vol%。
Fe+2CO→FeC+CO2 (3)
CO氣體會因為與還原鐵之反應而成為CO2，故從冷卻步驟S2A排出之冷卻排氣係由CO2氣體與未反應之CO氣體所構成。
在第2實施形態之還原鐵之製造方法的分離步驟S4A中，係將冷卻步驟S2A之排氣分離成CO氣體與CO2氣體。分離可應用譬如化學吸收法(https：//www.course50.com/technology/technology02/)。所謂的化學吸收法係下述方法：在吸收塔中使胺等鹼性水溶液(吸收液)與含有CO2之氣體接觸，使吸收液選擇性吸收CO2後，在再生塔中加熱吸收液，並將高純度之CO2分離且回收。分離步驟S4A所分離之CO氣體係當作冷卻氣體來循環。另一方面，關於分離步驟S4A所分離之CO2氣體的處理，在第2實施形態之還原鐵之製造方法中並無特別限定。
分離步驟S4A所分離之CO氣體的濃度宜為99質量%以上。CO氣體的濃度亦可為100%。分離步驟S4A所分離之CO2氣體的濃度宜為99質量%以
上。CO2氣體的濃度亦可為100%。
與第1實施形態之還原鐵之製造方法相較之下，第2實施形態之還原鐵之製造方法的特徵在於下述方面：冷卻氣體係使用CO氣體。由於係在分離步驟S4A中將CO分離並循環，因此可有效率地獲得冷卻氣體。
在將藉由煤碳氣化而得之煤碳氣體分離成氫氣及CO氣體來用作第2實施形態之還原鐵之製造方法所供給之氫氣及CO氣體的情況下，可藉由併用氧氣與水蒸氣作為煤碳氣化步驟中之分解氣體來調整煤碳氣體之氫氣與CO氣體的比率。因此，可藉由配合還原氣體與冷卻氣體之需求，透過煤碳氣化來提供全部的所需氣體。
在第2實施形態之還原鐵之製造方法中，還原步驟S1A所消耗之氫氣與冷卻步驟S2A所消耗之CO氣體的比大致為4：1。因此，在從含水氣體(僅以水蒸氣來分解煤碳時所得之氫氣與CO氣體為1：1之混合氣體)供給全部的冷卻用CO氣體的情況下，還原用氫氣的四分之一係從含水氣體供給。例如，可設置4座根據第2實施形態之還原鐵之製造方法的直接還原裝置、及1座含水氣體製造裝置。此構成可提供1座之份量的還原用氫氣與4座之份量的全部的冷卻用CO氣體，因此為有效的設備構成。
(第3實施形態之還原鐵之製造方法)
第3實施形態之還原鐵之製造方法(圖3)係在前述第2實施形態之還原鐵之製造方法中進一步具有：碳氣化步驟S5，該碳氣化步驟S5係以CO2氣體令炭或焦碳氣化而製造CO氣體。碳氣化反應係式(4)所示之反應。藉由使碳氣化反應在900℃以上進行，可大致令所生成之氣體為CO氣體。
C+CO2→2CO (4)
在此，為了不產生會在冷卻步驟S2B中阻礙還原鐵之碳化反應的氫氣或水蒸氣，氣化後之炭或焦碳中殘留的揮發性成分宜少。於氣化時使用之
CO2氣體係分離步驟4B所分離之CO2氣體的循環，並且會從儲存槽供給不足的部分。並且，調整從儲存槽供給至碳氣化步驟S5之CO2氣體的量，來使冷卻氣體為碳氣化步驟S5所製造之CO氣體，亦即，使碳氣化步驟S5所製造之CO量與作為冷卻氣體所需之CO量一致，藉此便不需要從外部導入CO氣體。從冷卻步驟S2B排出之冷卻排氣係由CO2氣體與未反應之CO氣體所構成。
於氣化時，亦可併用氧氣與CO2氣體。
與第2實施形態之還原鐵之製造方法相較之下，第3實施形態之還原鐵之製造方法因為追加碳氣化步驟S5，故不會釋放CO2氣體到系統外。又，第3實施形態之還原鐵之製造方法具有將CO2氣體作為碳化鐵之碳分來固定的作用，因此藉由在從儲存槽供給之CO2氣體使用所回收之CO2氣體，也有助於抑制CO2氣體的釋放。
(第4實施形態之還原鐵之製造方法)
第4實施形態之還原鐵之製造方法(圖4)具有：還原步驟S1C，係以氫氣將原料即氧化鐵還原而生成還原鐵；脫水步驟S3C，係從還原步驟S1C的排氣中去除水，藉此從排氣分離出氫氣；冷卻步驟S2C，係以冷卻氣體將還原鐵碳化並冷卻，該冷卻氣體係CO氣體與甲烷氣體之混合氣體；煤碳乾餾步驟S7，係將煤碳進行乾餾而製造煤碳乾餾氣體；另一個脫水步驟(第2脫水步驟)S6，係從冷卻步驟S2C的排氣分離出水；以及，分離步驟4C，係將脫水後之冷卻排氣及煤碳乾餾氣體分離成氫氣、CO氣體與甲烷氣體之混合氣體、及CO2氣體。分離後之氫氣及混合氣體各自係作為還原氣體及冷卻氣體之一部分或全部來循環。又，CO2氣體係在煤碳乾餾步驟S7中使用。
在第4實施形態之還原鐵之製造方法中，還原步驟S1C及脫水步驟S3C係與第1實施形態之還原鐵之製造方法的還原步驟S1及脫水步驟S3相同。
在第4實施形態之還原鐵之製造方法的冷卻步驟S2C中，係以甲
烷氣體與CO氣體之混合氣體來進行冷卻。冷卻氣體係分離步驟S4C所分離之甲烷氣體與CO氣體之混合氣體。導入至冷卻步驟S2C時的混合氣體溫度為0~100℃，吹入量為大於0Nm3/t-DRI且400Nm3/t-DRI以下。在冷卻步驟S2C中，還原鐵會被混合氣體冷卻及碳化。此時，會同時進行式(2)及(3)之碳化反應。還原鐵之金屬化率為70~98%，還原鐵所含之碳量相對於還原鐵之總質量為大於0質量%且4.5質量%以下。
此外，由於氧與氫係作為元素共存於冷卻氣體中，因此譬如依式(4)也會同時進行水之生成。為了將該水排出系統外，第4實施形態之還原鐵之製造方法具有另一個脫水步驟(第2脫水步驟)S6，該步驟係從冷卻排氣分離出水。
CO2+H2→H2O+CO (4)
於分離步驟S4C中，係將第2脫水步驟S6後之冷卻排氣及煤碳乾餾步驟S7所製造之煤碳乾餾氣體分離成氫氣、甲烷氣體與CO氣體之混合氣體、及CO2氣體。分離步驟S4C包含單一或複數個用以將脫水後之冷卻排氣及煤碳乾餾氣體分離的步驟。分離可採用例如膜分離法。可在單一步驟中，從脫水後之冷卻排氣(第2脫水步驟S6後之冷卻排氣)及煤碳乾餾氣體分離成氫氣、甲烷氣體與CO氣體之混合氣體、及CO2氣體。亦可在複數個步驟中，從脫水後之冷卻排氣及煤碳乾餾氣體分離成氫氣、甲烷氣體與CO氣體之混合氣體、及CO2氣體。
要以複數個步驟進行分離時，係在第1步驟中從脫水後之冷卻排氣及煤碳乾餾氣體僅分離出CO2氣體。在第2步驟中，從分離出CO2氣體所剩下之氣體(第1殘留氣體)分離出CO氣體。在第3步驟中，從自第1殘留氣體分離出CO氣體所剩下之氣體(第2殘留氣體)分離出甲烷氣體。在第4步驟中，從自第2殘留氣體分離出甲烷氣體所剩下之氣體(第3殘留氣體)分離出氫氣。CO氣體與
甲烷氣體會混合做成混合氣體來使用。亦可變更分離方法，譬如第1步驟之CO2氣體的分離可藉由化學吸附法進行分離，第2步驟~第4步驟可藉由壓力變動吸附法進行分離等。
煤碳乾餾氣體例如為焦碳爐氣。膜分離時之壓力為1.0~2.0MPa，溫度為0~100℃。分離後之混合氣體係當作冷卻氣體來循環，氫氣係當作還原氣體來循環。關於CO2氣體，在煤碳乾餾步驟S7中，係使用分離步驟S4C所分離之CO2氣體來製造煤碳乾餾氣體。
第4實施形態之還原鐵之製造方法係在第1實施形態之還原鐵之製造方法、第2實施形態之還原鐵之製造方法中，進一步具有將煤碳乾餾而製造煤碳乾餾氣體之煤碳乾餾步驟S7。煤碳的乾餾係譬如下述之操作：使用焦碳爐將煤碳加熱至1100℃，使煤碳中的揮發成分氣化，而獲得炭或焦碳。煤碳乾餾氣體係在將煤碳乾餾時產生的氣體，其包含氫氣、甲烷氣體及CO氣體。煤碳乾餾氣體大致包含：H2：50vol%、CH4：30vol%、CO：8vol%。
第4實施形態之還原鐵之製造方法具有煤碳乾餾步驟S7，可在系統內製造還原氣體及冷卻氣體。
而且，可藉由改變煤碳種類來調整煤碳乾餾氣體中之氫氣等的比率。例如，褐煤等煤化度越低的煤碳，其氫氣的含有率越大。因此，藉由調整煤碳種類，便可僅從煤碳乾餾氣體供給還原氣體及冷卻氣體這兩者。
(第5實施形態之還原鐵之製造方法)
本發明之還原鐵之製造方法宜使用一座豎爐來進行。如圖5所示，豎爐從底部25A起依序具備：還原鐵排出部25，其係在底部25A排出經碳化及冷卻之還原鐵者；冷卻氣體吹入口26；冷卻氣體排出口27；還原氣體吹入口28；還原氣體排出口29；及原料裝入部24，其係在頂部24A裝入前述原料即氧化鐵者。
冷卻步驟S2係在冷卻氣體吹入口26與冷卻氣體排出口27之間的冷卻帶進
行。於冷卻步驟S2中，在冷卻氣體吹入口26與冷卻氣體排出口27之間的冷卻帶，以前述冷卻氣體將還原鐵碳化並冷卻。還原步驟S1係在還原氣體吹入口28與還原氣體排出口29之間的還原帶進行。於還原步驟S1中，在還原氣體吹入口28與還原氣體排出口29之間的還原帶，以還原氣體(氫氣)將原料即氧化鐵還原而生成還原鐵。
具體上，在使用豎爐之實施形態中，係從還原帶之下部吹入加熱後之氫氣，另一方面係從冷卻帶之下部吹入甲烷氣體。從豎爐之上部裝入之作為原料的氧化鐵會在還原帶中一邊被氫氣還原且一邊下降。
另一方面，氫氣會一邊將氧化鐵還原且一邊上升。未反應之氫氣及在氧化鐵還原中產生之水(水蒸氣)會從還原帶之上部作為還原排氣被提取。還原排氣會冷卻，並分離成氫氣與水(液體)。氫氣係當作還原氣體來循環。
在冷卻帶中，還原鐵會一邊被甲烷氣體冷卻及碳化且一邊下降。然後，部分碳化之還原鐵會從冷卻帶之下部排出。另一方面，甲烷氣體會一邊將還原鐵碳化且一邊上升。此時，會因為還原鐵與甲烷氣體之反應而產生氫氣。從冷卻帶之上部提取冷卻排氣，該冷卻排氣係氫氣與未反應之甲烷氣體的混合氣體。冷卻排氣會被分離成氫氣與甲烷氣體。甲烷氣體係當作冷卻氣體來循環，氫氣係當作還原氣體來循環。
關於本發明之還原鐵之製造方法，除了如前述這般使用一座豎爐並將其區分為還原帶與冷卻帶來進行該還原鐵之製造方法以外，亦可以串聯方式使用2座豎爐來進行，還可如實施例所示這般將一座豎爐用於2階段來進行。又，亦可不限於豎爐，而使用多段之流動層來進行。
<2.直接還原系統之構成>
以下，根據圖5來詳細說明使用一豎爐並將其區分為還原帶與冷卻帶進行的方法。圖5係顯示本實施形態之直接還原系統10-1之構成的圖。直接還原系統10-
1係用以實施本實施形態之還原鐵之製造方法的系統，其具備：豎爐20、加熱爐30、冷卻裝置40、壓縮機50、冷卻裝置60、壓縮機70及分離裝置80。豎爐20具備：上述原料裝入部24、還原鐵排出部25、冷卻氣體吹入口26、冷卻氣體排出口27、還原氣體吹入口28及還原氣體排出口29。
豎爐20係區分為還原帶21、遷移帶22及冷卻帶23。還原帶21係還原氣體吹入口28之中心與還原氣體排出口29之中心之間的區域，且係氧化鐵原料被還原成鐵的區域。遷移帶22係冷卻氣體排出口27之中心與還原氣體吹入口28之中心之間的區域，且係分離還原帶及冷卻帶之材料密封區域。冷卻帶23係冷卻氣體吹入口26之中心與冷卻氣體排出口27之中心之間的區域，且係將在還原帶生成的還原鐵碳化同時冷卻之區域。
在還原帶21中，係從還原帶之下部的還原氣體吹入口28吹入加熱後之氫氣作為還原氣體。氫氣除了包含從系統外供給之氣體之外，還包含在後述步驟循環之氣體。從系統外供給之氫氣例如係藉由水之電解所製造之氫氣。
從豎爐20之頂部的原料裝入部24裝入作為原料之氧化鐵。氧化鐵會在還原帶21內下降同時被氫氣還原成為還原鐵。
未反應之氫氣與在氧化鐵還原中產生之水(水蒸氣)的混合氣體會從還原帶21之上部的還原氣體排出口29被提取。經過遷移帶22後，還原鐵會從還原帶21下降至冷卻帶23。
在冷卻帶23中，係從冷卻帶23之下部的冷卻氣體吹入口26吹入甲烷氣體作為冷卻氣體(冷卻氣體吹入步驟)。
另一方面，甲烷氣體會將還原鐵碳化同時上升。藉由還原鐵與甲烷氣體之反應，會產生氫氣。氫氣及未反應之甲烷氣體的冷卻排氣會從冷卻帶之上部的冷卻氣體排出口27被提取(冷卻排氣提取步驟)。
加熱爐30係在加熱氫氣後將該氫氣吹入還原帶21之下部。冷卻裝
置40係將從還原帶21之上部提取之還原排氣(未反應之氫氣與在氧化鐵還原中產生之水(水蒸氣)的混合氣體)冷卻，藉此進行脫水來分離出氫氣(脫水步驟S3)。氫氣經壓縮機50壓縮後導入加熱爐30中。亦即，氫氣係當作還原氣體來循環。
從冷卻帶之上部提取的冷卻排氣(在冷卻帶產生之氫氣與未反應之甲烷氣體的混合氣體)係藉由冷卻裝置60進行冷卻。接著，冷卻排氣會被壓縮機70壓縮。接著，冷卻排氣會導入分離裝置80中。分離裝置80會藉由例如膜分離法等將冷卻排氣分離成氫氣與甲烷氣體(分離步驟S4)。甲烷氣體係當作冷卻氣體來循環，氫氣係當作還原氣體來循環。亦即，甲烷氣體會被吹入冷卻帶23之下部，氫氣會被導入加熱爐30中。
<3.本實施形態之還原鐵之製造方法>
接著，說明使用有上述直接還原系統10-1之還原鐵之製造方法。首先，在加熱爐30中加熱氫氣後，將該氫氣導入至還原帶21之下部。氫氣溫度大致為700~1000℃。又，氫氣之吹入量大致為1000~2200Nm3/t-DRI。另一方面，從還原帶21之上部裝入作為原料之氧化鐵。氧化鐵會在還原帶21內下降同時被氫氣還原成為還原鐵。氫氣會在還原帶21中上升同時還原氧化鐵。此時的化學反應式如上述式(1)所示。金屬化率大致為65~98%。
未反應之氫氣與在氧化鐵還原中產生之水(水蒸氣)的混合氣體、即還原排氣會從還原帶21之上部被提取。冷卻裝置40會將從還原帶21之上部提取之還原排氣冷卻而分離成水(液體)與氫氣。氫氣經壓縮機50壓縮後導入加熱爐30中。亦即，氫氣係當作還原氣體來循環。
另一方面，還原鐵會歷經遷移帶22而下降至冷卻帶23。從冷卻帶23之下部吹入甲烷氣體作為冷卻氣體(冷卻氣體吹入步驟)。甲烷氣體溫度大致設為0~100℃，吹入量設為大於0Nm3/t-DRI且400Nm3/t-DRI以下。在冷卻帶23中，還原鐵會被甲烷氣體冷卻及碳化同時下降。
然後，碳化後之還原鐵會從冷卻帶之下部排出。還原鐵之金屬化率大致為70~98%，還原鐵所含之碳量相對於還原鐵之總質量大致為大於0質量%且4.5質量%以下。
另一方面，甲烷氣體會將還原鐵碳化同時上升。藉由還原鐵與甲烷氣體之反應，會產生氫氣。氫氣及未反應之甲烷氣體的冷卻排氣會從冷卻帶23之上部被提取(冷卻排氣提取步驟)。
從冷卻帶23之上部提取的冷卻排氣係藉由冷卻裝置60進行冷卻(冷卻步驟)。接著，冷卻排氣會被壓縮機70壓縮。接著，冷卻排氣會導入分離裝置80中。分離裝置80會藉由例如膜分離法等將冷卻排氣分離成氫氣與甲烷氣體(分離步驟)。分離步驟時之壓力大致為1.0~2.0MPa，溫度為0~100℃。甲烷氣體係當作冷卻氣體來循環，氫氣係當作還原氣體來循環。亦即，甲烷氣體會被吹入冷卻帶23之下部，氫氣會被導入加熱爐30中。
如以上所說明，根據本實施形態，即便在使用包含氫氣之還原氣體作為豎爐之還原氣體時，仍可對還原鐵進行增碳。又，由於會將分離步驟所分離之甲烷氣體當作冷卻氣體來循環，因此可有效率地利用甲烷氣體。又，由於會將分離步驟所分離之氫氣吹入還原帶21中，因此可有效率地利用氫氣。另外，CO2產生量為零。
又，由於係使用甲烷氣體作為冷卻氣體，因此藉由甲烷氣體之吸熱反應可減少冷卻氣體量。結果，可將壓縮機70縮小。又，由於會將系統內所產生之氫氣當作還原氣體來循環，因此可減少從系統外供給之氫氣量。另外，藉由將還原鐵碳化，可抑制還原鐵再次氧化。又，由於還原鐵中包含碳，因此可減少電爐之消耗能量(可促進在電爐中之還原鐵熔解；藉由少量的碳，熔解性會急遽上升)。
實施例
接著，說明本實施形態之實施例。在以下實施例中，係使用非專利文獻2所記載之高度4m、徑長100mmΦ之絕熱型對流移動層豎爐模擬器(以下稱之為豎式試驗裝置，簡稱為裝置)，分開進行還原步驟與冷卻步驟。另外，以下說明之實施例為本發明之一例，本發明不限於以下實施例。
(實施例1)
在實施例1中係使用豎式試驗裝置，從頂部供給巴西產之酸性丸粒(鐵份：65.9%、SiO2：3.1%)作為氧化鐵原料，並進行以下還原處理。另外，頂部意指裝置的最上方。首先，從裝置下部吹入表1所示組成之氣體(氫氣、CO氣體、CO2氣體之混合氣體)。裝置下部係從底部往上0.75m之位置。表1之進氣(Inlet)代表在裝置下部吹入之氣體(輸入氣體)的組成，排氣(Outlet)代表從裝置上部排出之氣體(輸出氣體)的組成。裝置上部意指從裝置頂部往下0.25m之位置。另外，表1及後述各表之組成的數值代表各成分相對於全部氣體的體積%。又，氣體之組成係使用氣相層析質量分析裝置(GC/MS)進行測定。具體上，係將各氣體供給至GC/MS，並連續測定各氣體之成分。表中之數值係表示其平均值。輸入氣體之溫度定為950℃，流量定為1400Nm3/t-DRI。從裝置底部排出之還原鐵其金屬化率為96%，還原鐵中之碳量為1.5質量%。裝置底部意指裝置的最下方。碳量係依據JIS G 1211-3、燃燒-紅外線吸收法來測定。
接著，將排出之還原鐵從豎式試驗裝置之頂部再次供給，並從裝置下部吹入表2A所示組成之氣體(甲烷氣體)。表2A之進氣(Inlet)代表在裝置下部吹入之氣體(輸入氣體)的組成，排氣(Outlet)代表從裝置上部排出之氣體的組成。輸入氣體之溫度定為25℃，流量定為150Nm3/t-DRI。從裝置底部排出之還原鐵其金屬化率為97%，還原鐵中之碳量為4.5質量%。使用分離膜將冷卻排氣分離成氫氣與甲烷氣體。於表2B列示所得之各分離氣體的濃度。在將冷卻排氣冷卻後進行了分離。將分離所得之氫氣與表1之組成的還原氣體混合來還原氧化鐵，結果還原鐵之金屬化率為96%，還原鐵中之碳量為1.5質量%。同樣將分離所得之甲烷氣體與表2A之冷卻氣體混合來進行冷卻，結果還原鐵之金屬化率為97%，還原鐵中之碳量為4.5質量%。冷卻步驟中之來自分離步驟的甲烷氣體量定為相對於冷卻氣體之總體積為55vol%，新導入之甲烷氣體量定為相對於冷卻氣體之總體積為45vol%。
由於係使分離後之氣體循環來進行還原及冷卻，因此可減少在還原中原本應供給之氫量，進而可獲得減少能量基本單位或減少成本之效果。
如以上所述，根據實施例1，即便在使用氫氣(以氫氣為主體之氣體)作為還原氣體的情況下，仍成功製造出碳量4.5質量%之還原鐵。
(實施例2)
在實施例2中，係使用與實施例1相同的原料且使用豎式試驗裝置來進行以下的還原處理。首先，從裝置下部吹入表3所示組成之氣體、亦即氫氣(包含微量氮氣)。表3之進氣(Inlet)代表在裝置下部吹入之氣體(輸入氣體)的組成，排氣(Outlet)代表從裝置上部排出之氣體(輸出氣體)的組成。輸入氣體之溫度定為980℃，流量定為1200Nm3/t-DRI。從裝置底部排出之還原鐵其金屬化率為85%，還原鐵中之碳量小於0.1質量%。
接著，將被排出之還原鐵再次供給至豎式試驗裝置中，並從裝置下部吹入表4A所示組成之氣體(甲烷氣體)。表4A之進氣(Inlet)代表在裝置下部吹入之氣體(輸入氣體)的組成，排氣(Outlet)代表從裝置上部排出之氣體的組成。輸入氣體之溫度定為30℃，流量定為250Nm3/t-DRI。從裝置底部排出之還
原鐵其金屬化率為90%，還原鐵中之碳量為4.0質量%。接著，使用分離膜將冷卻排氣分離成氫氣與甲烷氣體。於表4B列示所得之各分離氣體的濃度。在將冷卻排氣冷卻後進行了分離。將所得之氫氣與表3之組成的還原氣體混合來還原氧化鐵，結果還原鐵之金屬化率為85%，還原鐵中之碳量小於0.1質量%。同樣將分離所得之甲烷氣體與表4A之組成的冷卻氣體混合來進行冷卻，結果還原鐵之金屬化率為90%，還原鐵中之碳量為4.0質量%。冷卻步驟中之來自分離步驟的甲烷氣體量定為相對於冷卻氣體之總體積為46vol%，新導入之甲烷氣體量定為相對於冷卻氣體之總體積為54vol%。
由於係使分離後之氣體循環來進行還原及冷卻，因此可減少在還原中原本應供給之氫量，進而可獲得減少能量基本單位及減少成本之效果。
如以上所述，根據實施例2，即便在使用氫氣作為還原氣體的情況下，仍成功製造出碳量4.0質量%之還原鐵。
(實施例3)
在實施例3中，係針對與實施例1相同的原料使用豎式試驗裝置進行以下的還原處理。首先，從裝置下部吹入表5所示組成之氣體、亦即氫氣(包含微量氮氣)。表5之進氣(Inlet)代表在裝置下部吹入之氣體(輸入氣體)的組成，排氣(Outlet)代表從裝置上部排出之氣體(輸出氣體)的組成。輸入氣體之溫度定為980℃，流量定為1200Nm3/t-DRI。從裝置底部排出之還原鐵其金屬化率為85%，還原鐵中之碳量小於0.1質量%。
接著，將排出之還原鐵再次供給至豎式試驗裝置中，並從裝置下部吹入表6A所示組成之氣體(CO氣體)。表6A之進氣(Inlet)代表在裝置下部吹入之氣體(輸入氣體)的組成，排氣(Outlet)代表從裝置上部排出之氣體的組成。輸入氣體之溫度定為30℃，流量定為200Nm3/t-DRI。從裝置底部排出之還原鐵其金屬化率為90%，還原鐵中之碳量為3.5質量%。使用分離膜將冷卻排氣分離成CO氣體與CO2氣體。於表6B列示所得之分離氣體的濃度。在將冷卻排氣冷卻後進行了分離。將分離所得之CO與表6A之組成的冷卻氣體混合來冷卻還原鐵，結果還原鐵之金屬化率為90%，還原鐵中之碳量為3.5質量%。冷卻步驟中之來自分離步驟的CO氣體量定為相對於冷卻氣體之總體積為55vol%，新導入之CO氣體量定為相對於冷卻氣體之總體積為45vol%。
由於係使分離後之氣體循環來進行冷卻，因此可減少在還原中原本應供給之CO量，進而可獲得減少能量基本單位及減少成本之效果。
如以上所述，根據實施例3，即便在使用氫氣作為還原氣體的情況下，仍成功製造出碳量3.5質量%之還原鐵。
(實施例4)
在實施例4中，係針對與實施例1相同的原料使用豎式試驗裝置進行以下的還原處理。首先，從裝置下部吹入表7所示組成之氣體、亦即氫氣(包含微量氮氣)。表7之進氣(Inlet)代表在裝置下部吹入之氣體(輸入氣體)的組成，排氣(Outlet)代表從裝置上部排出之氣體(輸出氣體)的組成。輸入氣體之溫度定為980℃，流量定為1200Nm3/t-DRI。從裝置下部排出之還原鐵其金屬化率為85%，還原鐵中之碳量小於0.1質量%。
接著，將排出之還原鐵再次供給至豎式試驗裝置中，並從裝置下部吹入表8A所示組成之氣體(甲烷氣體與CO氣體之混合氣體)。表8A之進氣(Inlet)代表在裝置下部吹入之氣體(輸入氣體)的組成，排氣(Outlet)代表從裝置上部排出之氣體的組成。輸入氣體之溫度定為30℃，流量定為150Nm3/t-DRI。從裝置底部排出之還原鐵其金屬化率為91%，還原鐵中之碳量為3.0質量%。使用分離膜將冷卻排氣分離成氫氣、CO氣體、CO2氣體及甲烷氣體。於表8B列示所得之各分離氣體的濃度。在將冷卻排氣冷卻後進行了分離。H2O會在將冷卻排氣冷卻後變成液態的水而分離。將分離後之氫氣導入表7A之組成的還原氣體中來還原氧化鐵，結果還原鐵之金屬化率為85%，還原鐵中之碳量小於0.1質量%。將分離所得之CO氣體及甲烷氣體的混合氣體與表8A之組成的氣體混合來冷卻還原鐵，結果還原鐵之金屬化率為91%，還原鐵中之碳量為3.0質量%。在分離步驟獲得之混合氣體量定為相對於冷卻氣體之總體積為55vol%，新導入之表8A之混合氣體量定為相對於冷卻氣體之總體積為45vol%。
由於係使分離後之氣體循環來進行還原及冷卻，因此可減少在還原中原本應供給之CO量，進而可獲得減少能量基本單位及減少成本之效果。
如以上所述，根據實施例4，即便在使用氫氣作為還原氣體的情況下，仍成功製造出碳量3.0質量%之還原鐵。
以上，已參照所附圖式詳細說明了本發明之較佳實施形態，惟本發明不受該等例子限定。且顯而易見地，若為具有本發明所屬技術領域之通識的人士，皆可在申請專利範圍所記載之技術思想範疇內思及各種變更例或修正例，並知悉該等亦理當歸屬本發明之技術範圍。
S1:還原步驟
S2:冷卻步驟
S3:脫水步驟
S4:分離步驟
Claims (5)
- 一種還原鐵之製造方法，具有： 還原步驟，係以包含氫氣之還原氣體將原料即氧化鐵還原而生成還原鐵； 脫水步驟，係從前述還原步驟的排氣中去除水，藉此從前述排氣分離出氫氣； 冷卻步驟，係以包含碳作為元素之冷卻氣體將前述還原鐵碳化並冷卻；及 分離步驟，係從前述冷卻步驟之排氣分離出氫氣與甲烷氣體； 前述冷卻氣體為甲烷氣體； 前述還原氣體進一步包含：前述脫水步驟所分離之前述氫氣、與前述分離步驟所分離之前述氫氣；且 前述冷卻氣體進一步包含：前述分離步驟所分離之前述甲烷氣體。
- 一種還原鐵之製造方法，具有：還原步驟，係以包含氫氣之還原氣體將原料即氧化鐵還原而生成還原鐵；脫水步驟，係從前述還原步驟的排氣中去除水，藉此從前述排氣分離出氫氣；冷卻步驟，係以包含碳作為元素之冷卻氣體將前述還原鐵碳化並冷卻；及分離步驟，係從前述冷卻步驟之排氣分離出CO氣體與CO 2； 前述冷卻氣體包含CO氣體； 前述還原氣體包含：前述脫水步驟所分離之前述氫氣；且 前述冷卻氣體進一步包含：前述分離步驟所分離之前述CO氣體。
- 一種還原鐵之製造方法，係於如請求項2之還原鐵之製造方法中進一步具有：碳氣化步驟，係以CO 2氣體令炭或焦碳氣化而製造CO氣體； 在前述碳氣化步驟供給之CO 2氣體包含：前述分離步驟所分離之前述CO 2氣體；且 前述冷卻氣體係前述碳氣化步驟所製造之前述CO氣體。
- 一種還原鐵之製造方法，具有：還原步驟，係以包含氫氣之還原氣體將原料即氧化鐵還原而生成還原鐵；脫水步驟，係從前述還原步驟的排氣中去除水，藉此從前述排氣分離出氫氣；冷卻步驟，係以包含碳作為元素之冷卻氣體將前述還原鐵碳化並冷卻；第2脫水步驟，係從前述冷卻步驟的排氣分離出水；煤碳乾餾步驟，係將煤碳進行乾餾而製造煤碳乾餾氣體；以及，單一或複數個分離步驟，係從前述第2脫水步驟後的排氣及前述煤碳乾餾氣體分離出氫氣、CO氣體與及甲烷氣體之混合氣體、及CO 2氣體； 前述還原氣體進一步包含：前述脫水步驟所分離之前述氫氣、與前述分離步驟所分離之前述氫氣； 前述冷卻氣體係前述分離步驟所分離之前述混合氣體；且 在前述煤碳乾餾步驟中，使用前述分離步驟所分離之前述CO 2氣體來製造前述煤碳乾餾氣體。
- 如請求項1至4中任一項之還原鐵之製造方法，其係使用豎爐，該豎爐從底部起依序具有：還原鐵排出部，其係在前述底部排出前述經碳化並冷卻之還原鐵者；冷卻氣體吹入口；冷卻氣體排出口；還原氣體吹入口；還原氣體排出口；及原料裝入部，其係在頂部裝入前述原料即氧化鐵者； 前述還原鐵之製造方法係在前述還原步驟中，在前述還原氣體吹入口與還原氣體排出口之間的還原帶，以前述還原氣體將前述原料還原而生成前述還原鐵； 並且，在前述冷卻步驟中，在前述冷卻氣體吹入口與前述冷卻氣體排出口之間的冷卻帶，以前述冷卻氣體將前述還原鐵碳化並冷卻。
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