JP2001049329A - 直接精錬方法及び装置 - Google Patents

直接精錬方法及び装置

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JP2001049329A JP2000205845A JP2000205845A JP2001049329A JP 2001049329 A JP2001049329 A JP 2001049329A JP 2000205845 A JP2000205845 A JP 2000205845A JP 2000205845 A JP2000205845 A JP 2000205845A JP 2001049329 A JP2001049329 A JP 2001049329A
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slag layer
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Alexander Inzu John
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属層から上方へのガス流の運動量が不充分
な場合が起きるような状態に対し適用される直接精錬法
を与える。 【解決手段】 冶金容器中で金属層及びその上のスラグ
層を有する溶融浴を形成し、複数のランス/羽口を経て
キャリヤーガスにより金属含有供給物及び固体炭素質材
料を溶融浴中へ注入し、金属層から上方へのガス流を発
生させ、前記スラグ層と前記金属層との少なくとも界面
に乱流領域を形成し、複数のランス/羽口を経て前記ス
ラグ層中へガスを注入し、前記スラグ層の上部領域中に
乱流を発生させ、前記スラグ層より上にある容器の頂部
空間中へ、前記スラグ層から溶融材料のしぶき、液滴及
び流れを放出し、そして前記頂部空間及び(又は)前記
スラグ層の上部領域中で反応ガスを後燃焼する、工程を
有する直接精錬法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に、排他的に鉄
を意味するものではないが、金属含有供給材料、例え
ば、鉱石、部分還元鉱石、及び金属含有廃棄流から、溶
融浴の入った冶金容器中で溶融金属(この用語は金属合
金を含む)を製造するための方法及び装置に関する。
【0002】本発明は、特に金属含有供給材料から溶融
金属を製造するための溶融金属浴に基づく直接精錬法及
び装置に関する。
【0003】
【従来の技術】溶融鉄を製造するために最も広く用いら
れている方法は、溶鉱炉を用いることに基づいている。
固体材料は炉の頂部中へ導入し、溶融鉄を炉床から流出
させる。固体材料には鉄鉱石(焼結、塊又はペレット
状)、コークス、及びフラックスが含まれ、下方へ移動
する浸透性内容物を形成する。酸素含有量を多くした空
気でもよい予熱空気を炉の底へ注入し、浸透性床を通っ
て上方へ移動させ、コークスの燃焼により一酸化炭素及
び熱を発生させる。これらの反応の結果、溶融鉄及びス
ラグが生成する。
【0004】生成した鉄の融点より低い温度で鉄鉱石を
還元することにより鉄を生成させる方法は、一般に「直
接還元法」として分類されており、生成物はDRIとし
て言及されている。
【0005】FIOR(流動鉄鉱石還元)法は、直接還
元法の一例である。この方法は、一連の流動床反応器中
で、鉄鉱石微粒子を重力により各反応器中へ供給しなが
らそれら微粒子を還元する。それら微粒子は、直列にな
った一番下の反応器の底から入り、微粒子の下方への動
きに対し向流状に流れる圧縮還元ガスにより固体状態で
還元される。
【0006】他の直接還元法には、移動高炉法、静止高
炉法、回転炉床法、回転キルン法、及び製錬容器(reto
rt-based)法が含まれる。
【0007】コレックス(COREX)法は、一つの段階と
して直接還元過程を有する。コレックス法は溶鉱炉のよ
うに多量の石炭を必要とすることなく、石炭から直接溶
融鉄を生ずる。コレックス法は、(a) 鉄鉱石(塊又
はペレット状)、石炭及びフラックスの浸透性床から高
炉内でDRIを生成し、そして(b) 次に前記DRI
を冷却することなく接続された溶融ガス化器中へ導入
し、溶融する、二段階操作を含む。
【0008】溶融ガス化器中での石炭の部分的燃焼によ
り、高炉のための還元性ガスを生成する。
【0009】鉄を製造するための既知の別のグループの
方法は、上方溶融サイクロン中で酸素及び還元性ガスの
燃焼により鉄鉱石を溶融し、溶融鉄浴の入った下方溶鉱
炉中で精錬するサイクロン転炉に基づいている。下方溶
鉱炉は、上方溶融サイクロンのための還元性ガスを発生
する。
【0010】鉱石(及び部分還元鉱石)から直接溶融金
属を生成する方法は、一般に「直接精錬法」と呼ばれて
いる。
【0011】直接精錬法の既知の一つのグループは、精
錬反応のための主要なエネルギー源として電気炉を用い
ることに基づいている。
【0012】一般にロメルト(Romelt)法と呼ばれてい
る別の既知の直接精錬法は、モスコブスキ・インスティ
テュート・スタテック・スプラボブ(Moskovsky Instit
ut Static Splavov)によるオーストラリア特許604
237に記載されている。ロメルト法は、頂部導入金属
酸化物を金属へ精錬し、ガス状反応生成物を後燃焼し、
金属酸化物の精錬を継続するのに必要な熱を移動させる
ための媒体として大きな体積の高度に撹拌されたスラグ
浴を使用することに基づいている。ロメルト法は、スラ
グの撹拌を与えるため羽口の低い方の列によりスラグ中
へ酸素に富む空気又は酸素を注入すること、及び後燃焼
を促進するため羽口の上方の列によりスラグ中へ酸素を
注入することを含んでいる。羽口の下方列より上のスラ
グ体積は「上方気泡発生領域」を形成し、羽口の下方列
よりも下のスラグ体積は「静かなスラグ溶融物領域」を
形成する。上方気泡発生領域は主たる反応領域であり、
このスラグ体積中で形成される溶融金属液滴は重力によ
りその静かなスラグ溶融領域を通って下方へ移動し、金
属層中に収集される。ロメルト法では金属層は重要な反
応媒体ではない。
【0013】スラグを基にした直接精錬法の別の既知の
グループは、一般に「深いスラグ」法として記述されて
いる。DIOS及びAISI法のようなこれらの方法
は、発砲スラグの深い層を形成することに基づいてい
る。ロメルト法のように、スラグ層の下の金属層は重要
な反応媒体ではない。
【0014】反応媒体として溶融金属層に依存し、HI
精錬法として一般に言及されている別の既知の直接精錬
法は、本出願人による国際特許出願、PCT/AU96
/00197(WO96/31627)に記載されてい
る。
【0015】その国際特許出願に記載されているHI精
錬法は、(a) 容器中に溶融した鉄及びスラグの浴を
形成し、(b) 前記浴中に、(i) 金属含有供給材
料、典型的には金属酸化物、及び(ii) 金属酸化物の
還元剤及びエネルギー源として働く固体炭素質材料、典
型的には石炭、を注入し、そして(c) 前記金属含有
供給材料を精錬して金属層中の金属にする、ことからな
る。
【0016】HI精錬法は、浴の上の空間中に浴から放
出されたCO及びH2のような反応ガスを酸素含有ガス
で後燃焼し、その後燃焼により発生した熱を浴へ移動さ
せて、金属含有供給材料を精錬するのに必要な熱エネル
ギーとして役立たせることも含んでいる。
【0017】HI精錬法は、浴の上の反応ガスを後燃焼
することにより発生した熱エネルギーを浴へ移動させる
のに効果的な媒体を与える、溶融金属及び(又は)スラ
グの上昇してから次に降下する液滴又はしぶき又は流れ
が存在する移行領域を、浴の名目上静かな表面の上に形
成することも含んでいる。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】本出願人は、HI精錬
法について広範なパイロットプラント研究を行い、その
方法に関して一連の重要な発見を行なった。本発明は、
特に、金属層から上方へのガス流が、スラグ層からの溶
融材料のしぶき、液滴及び流れを頂部空間中へ放出させ
る望ましい目的を達成するのに充分な乱流を上方領域中
に発生させるには不充分な運動量しかもたない場合が起
きるような状態に対し適用される方法を与える。
【0019】
【課題を解決するための手段】一般的に述べると、本発
明は、金属含有供給材料から金属を製造するための直接
精錬法において、(a) 冶金容器中で金属層(ここで
記述するような金属層)及びその金属層の上のスラグ層
(ここで記述するようなスラグ層)を有する溶融浴を形
成し、(b) 複数のランス/羽口を経てキャリヤーガ
スにより金属含有供給材料及び固体炭素質材料を溶融浴
中へ注入し、金属含有材料を精錬して前記金属層中の金
属とし、(c) 前記金属層から上方へのガス流を発生
させ、そのガス流が金属層中にある溶融材料を取り込
み、前記溶融材料をスラグ層中へ運び、前記スラグ層と
前記金属層との少なくとも界面に乱流領域を形成し、そ
して(d) 複数のランス/羽口を経て前記スラグ層中
へガスを注入し、然も(i) 前記スラグ層の上部領域
中に乱流を発生させ、そして(ii) 前記スラグ層より
上にある容器の頂部空間中へ、前記スラグ層から溶融材
料のしぶき、液滴及び流れを放出し、そして(e) 前
記頂部空間及び(又は)前記スラグ層の上部領域中で反
応ガスを後燃焼する、諸工程を有する直接精錬法にあ
る。
【0020】本発明の方法の利点と既知の非HI精錬、
直接精錬法との基本的相異点は、本発明の方法では主た
る精錬領域が金属層であり、主たる酸化(即ち、熱発
生)領域が前記金属層より充分上にあり、これらの領域
が空間的に充分分離されていて、熱移動がこれら二つの
領域の間の溶融物質の物理的移動及び相互作用によるも
のであることである。
【0021】本発明の方法は二つの乱流領域を発生し、
一つは金属層/スラグ層界面にあり、他方がスラグ層の
上部領域にある。乱流領域は大きな乱流領域であるのが
好ましい。
【0022】本発明の方法は、金属層から上方へのガス
流が、スラグ層からの溶融材料のしぶき、液滴及び流れ
を頂部空間中へ放出させる望ましい目的を達成するのに
充分な乱流を上方領域中に発生させるには不充分な運動
量しかもたない場合が起きるような状態に対し、排他的
にではないが、特に適用され、(a) 容器の頂部空間
の領域中にある容器の側壁及び天井を適切に湿潤し、そ
して(b) 頂部空間中での後燃焼中に放出されるエネ
ルギーを捕捉する、ために適用される。
【0023】そのような状況は、スラグの深い層が存在
する場合、且つ(又は)工程が金属層からの比較的低い
ガス流量を発生する場合に起き易い。
【0024】そのような状態では、スラグ層中へのガス
注入は、必要な程度の乱流を発生するのに寄与し、或は
それ自身が、必要な程度の乱流を発生する。
【0025】スラグ層と金属層との界面にある乱流領域
は、スラグ層の他の領域に比較して金属に富む領域であ
るのが好ましい。
【0026】典型的には、溶融金属が主要な部分であ
り、溶融スラグは溶融材料の少量部分であり、それは金
属層からスラグ層へ工程(c)で運ばれるものである。
【0027】スラグ層の上方領域中の乱流領域は、スラ
グ層と金属層の界面の所の乱流領域と比較してスラグに
富む領域である。
【0028】典型的には、溶融スラグが主たる部分であ
り、溶融金属が工程(d)でのスラグ層から放出された
溶融材料のしぶき、液滴及び流れの少量部分である。
【0029】工程(c)での金属層からの上方へのガス
流は、数多くの因子の一つ以上により起こされる。例え
ば、金属含有供給材料及び固体炭素質材料を金属層中へ
注入した結果としてガス流が少なくとも部分的に発生す
る。更に別の例として、注入した金属含有供給材料及び
(又は)固体炭素質材料と共に金属層中へキャリヤーガ
スを注入した結果として少なくとも部分的にガス流が発
生する。更に別の例として、ガスを金属層中へ底及び
(又は)側壁から注入した結果として少なくとも部分的
にガス流が発生する。
【0030】工程(c)での金属層からの上方へのガス
流は、金属含有供給材料及び炭素質材料及びキャリヤー
ガスを金属層の方へ注入し、然る後、その中へ導入する
ことにより発生させるのが好ましい。
【0031】固体材料及びキャリヤーガスを金属層の方
へ注入し、然る後、その中へ導入することにより次の結
果が得られる。
【0032】第一に、注入した固体材料/キャリヤーガ
スの運動量により固体材料及びガスを金属層中へ侵入さ
せる。
【0033】第二に、炭素質材料、典型的には石炭を液
化し、それによって金属層中にガスを生成させる。
【0034】第三に、炭素が主に金属中に溶解し、部分
的に未溶解固体として残る。
【0035】第四に、金属含有材料が、工程(c)で上
で述べたように、注入した炭素から誘導された炭素によ
り精錬されて金属になり、その精錬反応が一酸化炭素ガ
スを発生する。
【0036】最後に、金属中へ送入されたガス及び液化
及び精錬により発生したガスが、金属層からの溶融金
属、未溶解炭素及びスラグ(これは固体/ガス注入の結
果として金属層中に引き込まれたもの)の著しい浮力に
よる上昇を生じ、これが溶融材料の上方への運動を与え
る結果になり、この溶融材料が上昇してスラグ層中へ入
る時に更にスラグを取り込む。
【0037】工程へ供給された金属含有供給材料の少な
くとも80重量%が金属層中へ注入されるのが好まし
い。
【0038】工程(c)で発生したガス流量は、金属層
及びスラグ層の面積1m2当たり少なくとも0.04N
2/s(静止状態)であるのが好ましい。
【0039】ガス流量は少なくとも0.2Nm3/s/
2であるのが特に好ましい。
【0040】工程(d)中でスラグ層中へ注入されるガ
スは、酸素含有ガスであるのが好ましい。
【0041】別法として、又は付加的に、ガスは窒素の
ような不活性ガスにすることができる。
【0042】別法として、又は付加的に、ガスは容器か
ら放出された排気ガスでもよい。排気ガスは、スラグ層
中へ注入される前に、例えば、ガス改質又は部分的燃焼
により処理してもよい。
【0043】工程(d)は、炭素質材料及び酸素含有ガ
スをスラグ層中へ注入することを含んでいるのが好まし
い。このことは、ガスの発生を増大し、それによってス
ラグ層の上方領域中に大きな撹乱を起こす結果を与え
る。
【0044】この工程は、更に一つ又は一つより多くの
ランス/羽口により頂部空間中へ酸素含有ガスを注入す
ることを含んでいるのが好ましい。このガスは、工程
(e)に従って頂部空間中で反応ガスを後燃焼するため
の酸素源となる。
【0045】酸素含有ガスを頂部空間中へ注入する一つ
又は一つより多くのランス/羽口の位置及び操作条件
は、(a) 酸素含有ガスがスラグ層の方へ注入され、
そして(b) 酸素含有ガスの流れが溶融材料の上方へ
放出されるしぶき、液滴及び流れ(浴中のガスにより発
生したもの)を前記ランス/羽口又はその各々の下方部
分の周りにそらせ、前記ランス/羽口又はその各々の端
部の周りに「自由空間」として記載するガス連続空間を
形成する、ように選択される。
【0046】自由空間の形成は重要な特徴である。なぜ
なら、容器の頂部空間中の反応ガスが、ランス/羽口又
はそれらの各々の端部領域中へ引き込まれ、その領域中
で後燃焼されるのを可能にするからである。これに関連
して用語「自由空間」とは、実際的に金属及びスラグを
含まない空間を意味するものと理解されたい。
【0047】更に、溶融材料の上記そらせは、或る程度
容器の側壁を、ランス/羽口又はそれらの各々の端部で
発生した燃焼領域から遮蔽する。それは、頂部空間中で
後燃焼したガスから一層多くのエネルギーを浴中へ戻す
手段も与える。
【0048】用語「精錬」とは、金属酸化物を還元する
化学反応が液体金属を生ずるように行われる熱処理をこ
こでは意味するものと理解されたい。
【0049】用語「金属層」とは、ここでは主に金属で
ある浴の領域を意味するものと理解されたい。特にこの
用語は、金属連続体積中に溶融スラグが分散したものを
含む領域を包含するものとする。
【0050】用語「スラグ層」とは、ここでは主にスラ
グである浴領域を意味するものと理解されたい。特にこ
の用語は、スラグ連続体積中に溶融金属が分散したもの
を含む領域を包含するものとする。
【0051】好ましくは、本方法は一次後燃焼(primar
y post-combustion)が大きな割合、即ち、少なくとも
40%になるようにして操作する。ここで場合一次後燃
焼は次のように定義する:
【0052】
【数1】 式中、[CO2]=排気ガス中のCO2 の体積%、 [H2O]=排気ガス中のH2 Oの体積%、 [CO]=排気ガス中のCOの体積%、 [H2]=排気ガス中のH2 の体積%。
【0053】特に、用語「一次後燃焼」とは、他の目的
のために補充炭素質材料を添加することが無い場合に精
錬工程から生ずる後燃焼を意味する。
【0054】本方法は、好ましくは50%より多く、一
層好ましくは70%より多い一次後燃焼で操作する。
【0055】本発明の方法は、比較的大きなスラグ存在
量(inventory)を維持し、工程を制御する手段として
そのスラグの量を用いるのが好ましい。更に、スラグ層
中への酸素注入が金属層に到達しないようにするために
は、大きなスラグ存在量を維持することが必要である。
【0056】用語「比較的大きなスラグ存在量」とは、
ここでは金属の量に比較したスラグの量に関連して用い
られている。
【0057】本方法が安定な条件下で操作されている
時、金属:スラグの重量比は4:1〜1:2であるのが
好ましい。一層好ましくは金属:スラグの重量比は3:
1〜1:1である。金属:スラグ重量比が3:1〜2:
1であるのが特に好ましい。
【0058】容器の側壁を通るスラグ層からの熱損失を
最小にすることに関連して、スラグの熱伝導特性が比較
的低いことが重要である。
【0059】更に、適当な工程制御により、スラグが側
壁上に増大した固結層(frozen layer)(単数又は複
数)を形成し、それによって側壁を通る熱損失に対する
抵抗性を更に大きくすることができる。従って、スラグ
存在量を変えることにより、スラグ層中のスラグの量を
増大又は減少し、それによって容器の側壁を通る熱損失
を制御することができる。
【0060】スラグは側壁上に「湿潤」層又は「乾燥」
層を形成する。「湿潤」層は、側壁に接着した固結層、
半固体〔マッシュ(mush)〕層、及び外側液体膜からな
る。「乾燥」層は、実質的に全てのスラグが固結した層
である。
【0061】スラグ層中のスラグの量は、後燃焼の程度
についての制御手段を与える。
【0062】特に、もしスラグ存在量が余りにも低いと
スラグ層中の金属の露出が増大し、従って、金属及び金
属中の溶解炭素の酸化が増大し、後燃焼を減少する可能
性が存在するが、それにも拘わらずスラグ層中の金属が
熱の金属層への伝導に対する明確な効果が存在する。
【0063】もしスラグ存在量が余りにも大き過ぎる
と、酸素含有ガスを頂部空間中に注入する一つ又は一つ
より多くの酸素含有ガス注入ランス/羽口がスラグ層中
に埋まり、そのため頂部空間反応ガスの前記ランス/羽
口又はその各々の端部への動きが減少し、その結果後燃
焼の可能性が低下する。
【0064】容器中のスラグの量、即ち、スラグ層の深
さ又は金属:スラグの重量比に関連して測定したスラグ
存在量は、金属及びスラグの流出速度により制御するこ
とができる。
【0065】容器中のスラグの生成は容器への金属含有
供給材料、炭素質材料、及びフラックスの供給速度、及
び酸素含有ガス注入速度のような操作因子を変化させる
ことにより制御することができる。
【0066】本方法が溶融鉄を製造することに関係して
いるような状況では、本方法は、溶融金属中に溶解した
炭素含有量を少なくとも3重量%に制御し、強い還元条
件中にスラグを維持し、スラグ層及び広がった溶融浴領
域中のFeO含有量を6重量%より低く、一層好ましく
は5重量%より低くすることを含んでいるのが好まし
い。
【0067】金属含有供給材料はどのような適当な形に
なっていてもよい。例えば、鉱石、部分還元鉱石、DR
I(直接還元鉄)、炭化鉄、ミルスケール(millscal
e)、溶鉱炉ダスト、焼結微粒子、BOFダスト、又は
そのような材料の混合物の形になっていてもよい。
【0068】部分還元鉱石の場合には、予備的還元度は
比較的低いレベル(例えば、FeOまで)から比較的高
いレベル(例えば、70〜95%の金属化)の範囲にす
ることができる。
【0069】これに関連して、本方法は金属含有鉱石を
部分的に還元し、然る後、その部分還元鉱石を金属層中
へ注入することを更に含んでいる。
【0070】金属含有供給材料は予め加熱してもよい。
【0071】キャリヤーガスはどのような適当なキャリ
ヤーガスでもよい。キャリヤーガスは酸素欠乏ガスであ
るのが好ましい。キャリヤーガスは窒素からなるのが好
ましい。
【0072】本発明によれば、上述の直接精錬法により
金属含有供給材料から金属を製造する容器が与えられ、
その容器には、金属層と前記金属層の上のスラグ層とを
有する溶融浴及び前記スラグ層の上のガスの連続的頂部
空間が入っており、その容器は、(a) 前記溶融金属
に接触した底及び側面を有する炉床、(b) 前記炉床
の側面から上方へ伸び、前記スラグ層及び前記頂部空間
に接触した側壁、(c) キャリヤーガスにより金属含
有供給材料及び炭素質材料を前記溶融浴中へ注入し、前
記金属層中へ浸透させ、前記金属層と前記スラグ層との
間の少なくとも界面に乱流領域を発生させる、下方へ伸
びる複数のランス/羽口、及び(d) 前記スラグ層中
へガスを注入し、前記スラグ層の上方領域中に乱流を発
生させる、複数のランス/羽口、を具えている。
【0073】上記項目(c)の固体材料/キャリヤーガ
ス注入ランス/羽口は、垂直に対し30〜60°の角度
を持っているのが好ましい。
【0074】上記項目(d)のガス注入ランス/羽口
は、水平に対し−20°(即ち、水平に対し20°まで
の角度で上向きになっている)から水平に対し60°
(即ち、水平に対し60°までの角度で下方に傾いてい
る)のが好ましい。結局、この角度範囲は、ガスの下方
/内側注入及び上方/内側注入を包含している。
【0075】項目(c)及び(d)のランス/羽口は、
容器の側壁を通って伸びている。
【0076】容器は、更に酸素含有ガスを頂部空間へ注
入し、項部空間中及び(又は)スラグ層の上方領域中に
後燃焼反応ガスを注入する少なくとも一つのランス/羽
口を有するのが好ましい。
【0077】本発明は、更に図面を参照して例により記
述するが、その図面は、本発明の方法の好ましい態様を
模式的に例示する冶金容器を通る垂直断面図である。
【0078】次の説明は溶融鉄を製造するために鉄鉱石
を精錬することに関連しているが、本発明は、この用途
に限定されるものではなく、部分的に還元した金属鉱石
及び廃棄リサイクル材料を含めたどのような適当な金属
鉱石及び(又は)精選鉱にでも適用することができるこ
とは分かるであろう。
【0079】図面(図1)に示した容器は炉床であり、
耐火レンガで形成した底3及び側壁55;炉床の側壁5
5から上方へ伸びる全体的に円筒状のバレルを形成し、
上方バレル領域51及び下方バレル領域53を有する側
壁5;屋根7;排気ガスの出口9;溶融金属を連続的に
排出するための前炉57;及び溶融スラグを排出するた
めの流出孔61を具えた炉床を有する。
【0080】使用中、容器には鉄及びスラグの溶融浴が
入っており、それは溶融金属の層15及びその金属層1
5の上の溶融スラグの層16を有する。数字17で示し
た矢印は、金属層15の静かな表面の位置を示し、数字
19で示した矢印は、スラグ層16の静かな表面の位置
を示している。用語「静かな表面」とは、容器中へのガ
ス及び固体の注入が無い場合の表面を意味する。
【0081】容器は一対の下方の注入ランス/羽口11
も有し、それは垂直に対し30°〜60°の角度で側壁
5を通って下方及び内側へ伸び、スラグ層16の中へ入
っている。ランス/羽口11の位置は、それらの下方端
部が金属層15の静かな表面17よりも上にくるように
選択されている。
【0082】使用中、キャリヤーガス(典型的には、N
2)中に乗せられた鉄鉱石(典型的には、微粒子)、固
体炭素質材料(典型的には石炭)、及びフラックス(典
型的には、石灰及びマグネシア)をランス/羽口11を
通って金属層15中へ注入する。固体材料/キャリヤー
ガスの運動量は固体材料及びキャリヤーガスを金属層1
5中へ侵入させる。石炭は液化し、それにより金属層1
5中にガスを生ずる。炭素は部分的に金属中へ溶解し、
部分的に固体炭素として残留する。鉄鉱石は精錬されて
金属になり、その精錬反応は一酸化炭素ガスを発生す
る。金属層15中へ送入されたガス及び液化及び精錬で
発生したガスは、金属層15から溶融金属、固体炭素、
及びスラグの著しい浮力による上昇を生じ(固体/ガス
/注入の結果として金属層15の中へ引き込まれる)、
それは溶融金属及びスラグの層16への上昇運動を発生
する。
【0083】溶融金属、固体炭素及びスラグのその浮力
による上昇は、金属層15とスラグ層16との界面に実
質的な撹拌を起こし、少なくともこの領域中で大きな乱
流領域を生ずる。
【0084】容器は、更に一対の上方ランス/羽口41
を有し、それは垂直から30°〜60°の角度で下方及
び内側へ側壁5を通って伸び、スラグ層16の中へ入っ
ている。
【0085】使用中、酸素ガス〔場合により固体及び
(又は)ガス状炭素質材料及び(又は)他のガス〕がラ
ンス/羽口41を通ってスラグ層16中へ注入され、そ
のスラグ層の上方領域中に高度の乱流領域を生じ、溶融
材料のしぶき、液滴及び流れをスラグ層から容器の頂部
空間43中へ放出させる。
【0086】酸素ガス注入はこの工程に二重の影響を与
える。第一は、酸素ガスはスラグ層16のこの領域中の
CO及びH2のようなどのような燃焼性反応ガスでも後
燃焼し、それによりその工程のための熱を与える。スラ
グ層16中の高度の撹拌により、後燃焼熱を金属層15
へ伝導する効果的な手段を与える。第二、少なくとも主
にスラグである溶融材料のしぶき、液滴及び流れがスラ
グ層16から放出され、それらが容器の上方バレル領域
51及び屋根と接触し、容器のこれらの領域からの熱損
失を減少する保護層を形成する。放出された溶融材料
も、付加的エネルギーを浴に戻す機構を与える。
【0087】上述の高度乱流領域中の撹拌程度は、金属
及びスラグ領域中に合理的な均一温度、典型的には14
50〜1550℃の温度が存在し、各領域での温度変化
が30℃程度になるような程度である。
【0088】容器は、更に酸素含有ガス(典型的には予
熱された酸素に富む空気)を注入するためのランス13
を有し、それは中心に位置し、容器の頂部空間43中へ
下方へ垂直に伸びている。ランス13の位置及びランス
13を通るガス流量は、酸素含有ガスがランス13の端
部の周りに本質的に金属/スラグを含まない空間25を
維持するように選択する。
【0089】ランス13を通る酸素含有ガスの注入は、
ランス13の端部の周りの自由空間25中での反応ガス
COとH2とを後燃焼し、ガス空間中に2000℃以上
の程度の高温を発生する。この熱は上で述べたように、
高度に撹拌されたスラグ層16を通って金属層15へ伝
達される。
【0090】自由空間25は高度の後燃焼を達成するの
に重要である。なぜなら、それはランス13の端部領域
中に頂部空間中のガスを取り込み、それにより利用可能
な反応ガスを更に一層後燃焼し易くするからである。
【0091】頂部空間43中のランス13の位置、ラン
ス13を通るガス流量、及びスラグ層16からの溶融材
料のしぶき、液滴及び流れの上方への動きが一緒になっ
て、ランス13の下方領域(一般に数27で示されてい
る)の周辺に、しぶき、液滴、及び流れの溶融材料を形
成する効果を与える。この形成された領域は、側壁5へ
の輻射により熱移動に対する部分的障壁を与える。
【0092】本発明の好ましい態様に従い、本方法が操
作されている時、容器中の金属層15及びスラグ層16
の液面に関して:(a) 炉床、及び金属/スラグ層、
15/16と接触する側壁5の下方バレル領域53が耐
火性材料のレンガから形成され(図の斜線で影を付ける
ことにより示されている)、(b) 側壁5の下方バレ
ル領域53の少なくとも部分的が水冷パネル(図示され
ていない)により支持されており、そして(c) 側壁
5の上方バレル領域51、及び頂部空間31と接触する
屋根7が、水冷パネル(図示されていない)から形成さ
れている、ように容器を構成する。
【0093】側壁5の各水冷パネルは、平行な上端及び
下端及び平行な側縁を有し、円筒状バレルの一部分を形
成するように湾曲している。各パネルは内部水冷パイプ
及び外部水冷パイプを有する。それらのパイプは、水平
に真っすぐな部分が湾曲した部分によって連結され、と
ぐろを巻いた形に形成されている。各パイプは、更に水
の入口及び出口を有する。それらパイプは、パネルの露
出表面、即ち容器の内部へ露出された表面から見た時、
外側パイプの直線部分が内部パイプの直線部分の直ぐ背
後に来ないように垂直に配置されている。各パネルに
は、更に各パイプの隣接した直線部分の間及びそれらパ
イプの間の空間を満たす打ち固めた耐火性材料を有す
る。各パネルは、更にそのパネルの外側表面を形成する
支持板を有する。
【0094】パイプの水入口及び水出口は水供給回路
(図示されていない)に接続されており、その回路はパ
イプを通って大きな流速で水を循環する。
【0095】使用中、水冷パネルを通る水の流量、ラン
ス/羽口11を通る固体/キャリヤーガスの流量、及び
ランス13、41を通る酸素含有ガスの流量は、パネル
と接触する充分なスラグが存在し、パネル上に固結スラ
グ層を蓄積し、維持するのに充分な熱をパネルから取り
出すように制御される。スラグ層は効果的な熱的障壁を
形成し、それは後で容器の側壁5及び屋根7からの熱損
失を250kW/m2より低く最小にする。
【0096】上に記載した容器の好ましい態様に対し多
くの修正を、本発明の本質及び範囲から離れることなく
行うことができる。
【0097】これに関連して、好ましい態様は金属含有
供給材料を全て金属層中へ注入することを含んでいる
が、容器の他の領域中へ金属含有供給材料の一部分を、
例えば容器の頂部空間中へ重力により供給することによ
り導入することは本発明の範囲内に入る。
【0098】更に、好ましい態様は、スラグ層16中へ
伸びる上方及び下方の対のランス/羽口11、41を有
するが、本発明は、そのように限定されるものではな
く、どのような適当な数のランス/羽口にも拡張できる
ものである。
【0099】更に、好ましい態様は、ランス13によっ
て酸素含有ガスを注入することを含んでいるが、本発明
は、そのように限定されるものではなく、酸素含有ガス
の注入はランス/羽口41を通してのみ行なってもよ
い。
【0100】更に、好ましい態様は、ランス/羽口41
によって酸素ガスを注入することを含んでいるが、本発
明は、これらのランス/羽口を通る酸素(又は酸素含有
ガス)の注入に限定されるものではなく、その外に或は
酸素ガス注入の別法として、他のガスの注入にも拡張す
ることができる。これらのガスには不活性ガス及び再循
環排気ガスが含まれる。
【0101】更に、ランス/羽口41を通る酸素ガスの
注入は、上述の好ましい態様ではスラグ層の上方領域中
に高度の撹乱領域を生ずるが、本発明は、そのように限
定されるものではなく、金属層15からの溶融材料の浮
力による上昇がその上方領域中の撹乱に寄与するような
方法にまで拡張することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法の好ましい態様を模式的に例示す
る冶金容器の垂直断面図である。
【符号の説明】
3 炉床の底 5 側壁 7 屋根 9 排気ガス出口 11 注入ランス/羽口 13 ランス 15 金属層 16 スラグ層 27 ランスの下方領域 41 ランス/羽口 43 項部空間 51 上方バレル領域 53 下方バレル領域 55 側壁 57 前炉
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属含有供給材料から金属を生成するた
    めの直接精錬法において、 (a) 冶金容器中で金属層及びその金属層の上のスラ
    グ層を有する溶融浴を形成し、 (b) 複数のランス/羽口を経てキャリヤーガスによ
    り金属含有供給材料及び固体炭素質材料を前記溶融浴中
    へ注入し、金属含有材料を前記金属層中で金属へ精錬
    し、 (c) 前記金属層から上方へのガス流を発生させ、そ
    のガス流が前記金属層中にある溶融材料を取り込み、前
    記溶融材料を前記スラグ層中へ運び、前記スラグ層と前
    記金属層との少なくとも界面に乱流領域を形成し、そし
    て (d) 複数のランス/羽口を経て前記スラグ層中へガ
    スを注入し、然も (i) 前記スラグ層の上部領域中に乱流を発生させ、
    そして (ii) 前記スラグ層より上にある容器の頂部空間中
    へ、前記スラグ層から溶融材料のしぶき、液滴及び流れ
    を放出し、そして (e) 前記頂部空間及び(又は)前記スラグ層の上部
    領域中で反応ガスを後燃焼する、諸工程を有する直接精
    錬法。
  2. 【請求項2】 スラグ層と金属層との界面の乱流領域
    が、スラグ層の他の領域と比較して金属に富む領域であ
    る、請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 スラグ層の上部領域中の乱流領域が、ス
    ラグ層と金属層との界面の乱流領域に比較してスラグに
    富む層である、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 工程(c)が、金属含有供給材料及び
    (又は)固体炭素質材料及びキャリヤーガスを溶融浴中
    へ注入し、前記固体材料及びキャリヤーガスが金属層中
    へ浸透し、前記金属層から上方へのガス流を発生するこ
    とを含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 【請求項5】 工程へ供給される金属含有供給材料の少
    なくとも80重量%を溶融浴中へ注入し、金属層中へ浸
    透させる、請求項4に記載の方法。
  6. 【請求項6】 工程(c)中で発生したガスの流量が、
    金属層及びスラグ層の面積1m2当たり少なくとも0.
    04Nm3/sである、請求項1〜5のいずれか1項に
    記載の方法。
  7. 【請求項7】 工程(d)中でスラグ層中へ注入される
    ガスを、酸素含有ガス、不活性ガス、例えば窒素及び容
    器から放出された排出ガスを含む群から選択する、請求
    項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
  8. 【請求項8】 工程(d)が、スラグ層中へ炭素質材料
    及び酸素含有ガスを注入することを含む、請求項1〜7
    のいずれか1項に記載の方法。
  9. 【請求項9】 工程(e)が、一つ又は一つより多くの
    ランス/羽口を経て頂部空間中へ酸素含有ガスを、前記
    頂部空間中の後燃焼反応ガスのための酸素源として注入
    することを含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の
    方法。
  10. 【請求項10】 一つ又は一つより多くのランス/羽口
    の位置及び操作条件を、 (a) 酸素含有ガスがスラグ層の方へ注入され、そし
    て (b) 酸素含有ガスの流れが、溶融材料の上方へ放出
    されるしぶき、液滴及び流れ(浴中のガスにより発生し
    たもの)を、前記ランス/羽口又はその各々の下方部分
    の周りにそらせ、前記ランス/羽口又はその各々の端部
    の周りに「自由空間」として記載するガス連続空間が形
    成される、ように選択する、請求項9に記載の方法。
  11. 【請求項11】 比較的大きなスラグ存在量を維持し、
    前記スラグ量を工程を制御する手段として用いることを
    含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
  12. 【請求項12】 金属層とその金属層の上のスラグ層と
    を有する溶融浴及び前記スラグ層の上のガスの連続的頂
    部空間が入っている、前記直接精錬法により金属含有供
    給材料から金属を生成するための容器において、 (a) 前記溶融金属に接触した底及び側面を有する炉
    床、 (b) 前記炉床の側面から上方へ伸び、前記スラグ層
    及び前記頂部空間に接触した側壁、 (c) キャリヤーガスにより金属含有供給材料及び炭
    素質材料を前記溶融浴中へ注入し、前記金属層中へ浸透
    させ、前記金属層と前記スラグ層との間の少なくとも界
    面に乱流領域を発生させる、下方へ伸びる複数のランス
    /羽口、 (d) 前記スラグ層中へガスを注入し、前記スラグ層
    の上方領域中に乱流を発生させる、複数のランス/羽
    口、及び (e) 酸素含有ガスを前記頂部空間中へ注入し、後燃
    焼反応ガスを前記頂部空間及び(又は)前記スラグ層の
    上方領域中へ注入する少なくとも一つのランス/羽口、
    を具えた容器。
  13. 【請求項13】 項目(c)の固体材料/キャリヤーガ
    ス注入ランス/羽口が、垂直に対し30〜60°の角度
    になっている、請求項12に記載の容器。
  14. 【請求項14】 項目(d)のガス注入ランス/羽口
    が、水平に対し−20°(即ち、水平に対し20°まで
    の角度で上向き)〜水平に対し+60°(即ち、水平に
    対し60°までの角度で下向き)の範囲の角度になって
    いる、請求項12又は13に記載の容器。
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