JP2002500277A - 銑鉄の製造方法 - Google Patents

銑鉄の製造方法

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JP2002500277A JP2000527675A JP2000527675A JP2002500277A JP 2002500277 A JP2002500277 A JP 2002500277A JP 2000527675 A JP2000527675 A JP 2000527675A JP 2000527675 A JP2000527675 A JP 2000527675A JP 2002500277 A JP2002500277 A JP 2002500277A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、鉄を含有する材料を燃料の存在下で還元しかつ溶融させる高炉又はその他の適当な装置を用いて銑鉄を製造する方法に関する。本発明によれば、冶金用コークスを、代用燃料ガス化のための多段階式プロセスと、ガス化プロセスの生成物を一緒に又は分離して羽口の高さで又は羽口を介して溶湯に供給する高炉プロセスを組み合わせることにより廉価な有機代用燃料を使用して還元ガス及びコークスに変換することができる。該ガス化プロセスは、鉄酸化物、粉鉱及び精鉱の前還元のためにも使用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、天然のまま、ペレット化されて又は粉鉱もしくは精鉱として調達さ
れる鉄鉱石又は鉄酸化物から、化石燃料及び再生（生え替わる）燃料、特に石炭
及び褐炭、又は塵芥及び汚泥のような別の有機燃料を用いて銑鉄を製造する方法
に関する。
【０００２】 本発明は、例えば鉱石の鉄への還元及び鉄の溶融のような多段階プロセス制御
のために適当である高炉又はその他の装置における銑鉄の製造の際に適用するこ
とができる。
【０００３】 高炉を用いた銑鉄製造の際のプロセス制御は、炉寸法の拡大及びプロセス圧の
上昇による効率向上のため、及び例えば石炭、燃料油、天然ガス、コークス炉ガ
ス、塵芥、汚泥、鉱石のような別の燃料を吹き込み並びに酸素等の使用によりコ
ークス消費量を減少させるための多数の手段が公知になっているにもかかわらず
、数１０年来殆ど変化しないままである。結果は特に、定期刊行物“Stahl und
Eisen”117 (1997) No. 6におけるグデナウ（Gudenau）著のタイトル“Versuch
zum kombiniertem Einblasen von Kohlenstaub und feinkoernigem Eisenerz in
den Hochofen”及びカイロにおける１９９７年９月２８／２９日の1st TIMS/IE
HK Metallurgical Symposiumのタイトル“Enviromental and econmical benefit
s by injecting iron containing recyclings and steel plant residues into
the blast furnace”及びデュッセルドルフにおける１９９７年９月２２及び２ ３日のゼミナールに対するＶＤＩ（ドイツ技術者協会）編、ハンドブック“Verw
ertung durch Einschmelzen, Sekundaermetallgewinnung und Energienutzung b
ei der thermischen Behandlung von Abfaellen”に報告されている。
【０００４】 高炉プロセスの原理的な記載は、殊にオスト（Ost, H）、ラッソウ（Rassow,
B）著の教本“Lehrbuch der chemischen Technologie”、第２６版、ライプチッ
ヒ、バース（Barth）出版社、１９５５に見られる。
【０００５】 高炉におけるプロセス制御の従来の技術にとって特徴的なことは、コークス及
びその他の燃料のガス化が鉄鉱石に対して向流で行われるので、プロセス熱需要
及び鉱石のそれぞれの酸化段階はガス組成、ひいては実地の運転において燃料の
酸化能力に対してほぼ７５％に達する高炉内の最大可能な燃料利用を決定する。
従って、高炉プロセスの不可避的な成分は、高炉の外部で高炉ガスの化学的エン
タルピーの一部を利用しかつひいてはプロセス内に戻るプロセス空気の再生予熱
である。従って、良好な高炉装置は燃料として高い割合の高価な限られた冶金用
コークスを使用すると約８３％の燃料利用率を達成する。
【０００６】 ドイツ国特許出願公開第１９３９３５４号明細書には、高炉又は衝風炉プロセ
スと外部還元ガス製造との結合が記載され、この場合には炉からの高炉ガスを好
ましくは１〜１３個の炭素原子を有する、ガス状、液状又は固体の炭化水素と管
型加熱器及び／又は熱交換器内で間接的熱供給下に反応させる。しかしながら、
このような同質異形の方法は、反応温度が約８００℃〜最高９５０℃に制限され
るという欠点を有する。従って、比較的高い割合のＣＯ2及びＨ2Ｏを有しかつひ
いては鉄酸化物に対して低い還元能力を有する還元を得ることができるに過ぎな
い。その結果として、炉に大量のガスを装入しなければならず、このことは効率
損失をもたらす。さらに、還元ガス内に含有されるＣＯ2及び水蒸気は高炉内の 灼熱するコークスで還元され、このことは同様に炉の効率の低下に関与する。
【０００７】 しかし、この同質異形の還元製造方法において最高９５０℃までの比較的低い
反応温度は、通常品質的に価値の低い燃料、例えば石炭及び褐炭、塵芥又は汚泥
内に含有されるような無機成分の溶融温度の下にある。このことから、この方法
は極めて純粋な、ひいては高価な燃料のためにのみ適当であるに過ぎないことが
明らかである。
【０００８】 ドイツ国特許出願公告第２４１３５５８号明細書においては、プラズマバーナ
ーを用いた還元ガスの外部製造が行われ、この場合には燃料のガス化のために必
要な反応エンタルピーは電気エネルギーによりもたらさねばならない。それによ
って、この方法は極めてコスト高であり、かつ、廉価な電気エネルギーを利用で
きる場合にのみ実施可能であるの過ぎない。この方法では、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2及
びＨ2Ｏを含有する戻された高炉ガス及び場合により炭素及び／又は炭化水素を アーク内でイオン化しかつ高炉ガス及び炭素及び／又は炭化水素の別の分流と混
合室内で接触させ、それによって吸熱的後反応が進行する。しかしながら、該方
法は同様に炭化水素又は高価な炭素粉末のような極めて純粋な出発物質のために
のみ適当であるに過ぎない。それというのも、燃焼室から並びにまた還元ガス製
造の混合室もしくは反応室からのスラグ排出が不可能であるからである。
【０００９】 特に例えばエネルギー税金の導入により生態学的に惹起されるエネルギー騰貴
の見地において、この方法の経済性は低下しかつ本発明におけるような、還元ガ
ス製造のための別の技術的手段が必要とされる。
【００１０】 英国特許第８５８５６１号明細書から、固体燃料を空気及び／又は酸素と反応
させて反応ガスを生成することが公知であり、この場合には熱い燃焼生成物を約
１１００〜１６００℃の温度で分離した管系から高炉又は衝風炉に吹き込まねば
ならない。この方法の工業的実施は極めて複雑でありかつ費用がかかる。さらに
、ガスをこの温度で補助ノズルに供給しなければならないこのような方式は、実
地にはその成果は認められていない。高いガス温度は直接高炉に外部ガス化装置
を設置することを必要とし、このことは周知の如く高炉プラントの構造的実状に
基づき実際には実現不可能である。
【００１１】 従って、本発明の技術的課題及び目的は、燃料の一層良好な利用並びに冶金用
コークスの別の品質的に低下値の燃料、好ましくは褐炭及び石炭、さらにまた塵
芥及び汚泥並びに還元ガス製造の際に生成するコークス粉末によるさらなる代用
及び高炉の効率上昇のための新たな可能性を提供することである。
【００１２】 前記課題は、鉄−炭素−水素−酸素からなる熱力学的系を用いた鉄鉱石還元及
び鉄精錬の徹底的プロセス経過の分析により解決される。
【００１３】 本発明によれば、高炉プロセスを、好ましくは粉末状の化石燃料及び再生燃料
並びに別の有機燃料及び／又はガス化プロセス自体で生成するコークスをガス化
するための外部多段式プロセスとを組合せ、前記ガス化プロセスにおいて、第１
プロセス段階で燃料の一部を空気及び／又は酸素と一緒に高炉プロセスからの高
炉ガス及び／又は水蒸気を加えながら、羽口の高さで高炉内の圧力よりも高い圧
力でかつ９００〜１８００℃の温度で発熱的に還元ガスにガス化し、その際該還
元ガスの品質は鉄−炭素−水素−酸素からなる熱力学的系における鉄／ウスタイ
トの相境界での平衡ガスの品質に相当し、かつ、別の燃料を第２プロセス段階に
吹き込み、該燃料をそこで第２のガス化プロセスで部分的に還元ガスと化学的−
吸熱的に反応させ、還元ガスの品質を該ガスがガス化プロセスから出る前に、一
酸化炭素及び水素からなる還元ガス成分の二酸化炭素及び水蒸気からなる酸化成
分に対するモル比が３：１であるように改良し、かつ羽口の高さ又は羽口を介し
て３００〜１０００℃で高炉に吹き込むことを提案する。
【００１４】 第１プロセス段階での燃料のガス化は、好ましくは無機成分の融点よりも高い
温度で行う。その際には、次いで不純物をスラグの形で第２プロセス段階から取
り出すことができる。
【００１５】 本発明によれば、第２プロセス段階で反応しなかった、コークス粉末として還
元ガス内に存在する燃焼粉末を、還元ガスと一緒に高炉内に吹き込むか又はガス
化プロセスと高炉の間に配置された、従来の技術の装置を用いて還元ガスから堆
積させる。
【００１６】 有利には、高炉内への第２のプロセスからのコークス粉末の意図した吹き込み
を介して高炉の還元帯域内の温度勾配の調節を行いかつそうして高炉の熱収支を
制御することができる。
【００１７】 現代の方法は、燃料の殆ど残渣の無い利用を保証すべきである。このことは、
好ましくはコークス粉末の付加的な吹き込みを許容しない作業状態において、本
発明に基づきこのような作業状態で生成するコークス粉末を好ましくは再びガス
化プロセスに戻すことができることにより保証され、しかもこの場合生成するコ
ークス粉末の戻しにとって有利になるように新鮮な燃料のガス化プロセスへの供
給を減少又は調整することができる。この場合には、コークス粉末を第１ガス化
プロセスにもまた第２ガス化プロセスに戻すことができる。
【００１８】 生成したコークス粉末は、一般に外部燃料よりも反応し難い。従って、第２プ
ロセス段階に戻す際に十分な反応を保証するために好ましくはまず反応し難いコ
ークス粉末を第１プロセス段階からの熱いガス化剤にその流動方向で熱活性化の
ために供給して、高い温度レベルを反応し難いコークス粉末の活性化のために利
用する。その後初めて新鮮な燃料を、既にコークス粉末の吹き込みにより冷却さ
れた、但しその低い温度レベルは新鮮な燃料の十分なガス化のために十分である
ガス化剤に供給する。
【００１９】 コークス粉末は、有利にプロセスから排出しかつほかの方法で使用することも
できる。
【００２０】 さらに本発明によれば、粉末状の燃料又はコークス粉末にガス化プロセスの第
２プロセス段階への吹き込み前に鉄鉱石又は鉄酸化物を粉鉱又は精鉱の形で配合
しかつこれらをガス化の第２プロセス段階で少なくとも部分的に還元し、生成す
る混合物コークス粉末／前還元された鉄鉱石／海綿鉄を反応ガスと一緒に高炉内
へ吹き込むか、又はこれらをガス化の第２プロセス段階を出た還元ガスから分離
し、かつ研磨性（Abrasivitaet）を回避するために還元ガスには依存せずシール
フローコンベアシステム（Dichtstromfoerdersystem）を用いて高炉又は別の公 知の装置、例えば溶湯槽内に吹き込みかつそこで溶融させることを提案する。
【００２１】 本発明の経済的利点は、設備費用の廉価なガス化装置を用いて冶金用コークス
に比較して明らかに廉価な燃料のガス化による還元ガス及びコークス粉末の外部
製造により設備費用の高い高炉プラント及びコーク製造工場の負担の軽減並びに
それにより３０％まで可能な、高炉の銑鉄生産の向上から生じる。
【００２２】 実施例 以下に、本発明を２つの適用例に関して説明する。
【００２３】 適用例１ ２段階式ガス化プロセス１と高炉２を組み合わせた適用例１の説明を、図１を
用いて行う。バーナー３を介して、ガス化プロセスの第１プロセス段階４に、シ
ールフローコンベアシステム１０を介して供給される石炭燃料粉末が外部燃料し
てかつガス化剤として清浄装置１１内で除塵されかつ圧縮機１２内で圧力が高め
られた高炉ガスと、空気を高炉プラントの圧縮空気系１５を介して取り入れる空
気分解装置１４からの酸素と、蒸気システム１３からの水蒸気と、場合によりカ
ウパー装置１６からの熱気が吹き込まれ、かつ、そこで温度１５００℃及び圧力
７バールで化学的発熱反応により還元ガスに変換される。この場合、燃料の灰は
溶融せしめられかつ第１プロセス段階４から第２プロセス段階５を経て水浴６内
に流入し、そこで耐溶離性に凝固する。
【００２４】 高炉プラントの圧縮空気系１５からの空気取出しは、カウパー装置１６におけ
る再生熱風発生に対する要求を減少させる。ガス化剤空気、酸素、高炉ガス及び
水蒸気の混合のための与えられた可能性を用いて、ガス化プロセス１内の流量、
ひいてはまた高炉プロセス２における熱輸送を制御することができる。
【００２５】 ガス化プロセス１の第１プロセス段階４からの還元ガスは、約２０ｍ／秒の速
度で第２プロセス段階５に吹き込まれかつそこで同様にシールフローコンベアシ
ステム１０及びランス７を介して供給された石炭燃料粉末と一緒に装入される。
燃料粉末は第２プロセス段階５で１５００℃の熱い還元ガスと化学的吸熱反応し
、それにより還元ガスの温度は第２プロセス段階５で７００℃の低下する。この
場合、残留コークスが生成し、該残留コークスはガスと一緒にガス出口８を介し
てガス化プロセスからサイクロン９に排出される。以下の表は、ガス化プロセス
１の第１プロセス段階及び第２プロセス段階後の還元ガスのガス組成の比較を示
す。
【００２６】
【表１】
【００２７】 第１プロセス段階及び第２プロセス段階後に吹き込まれたコークス粉末全部に
対して、石炭燃料粉末ｋｇ当たり標準状態で還元ガス１．１ｍ3及び残留コーク ス３９０ｇが形成される。還元ガス及び残留コークスは、サイクロン９から分離
して取り出されかつ研磨の回避のために分離して羽口を介して又はその高さで高
炉に吹き込まれる。
【００２８】 適用例２ 適用例２では、ガス化プロセス１は適用例１に記載されかつ図１に示されてい
るように実施される。ガス化プロセス１の第１プロセス段階のバーナー３及び第
２プロセス段階５のランス７に、同様に外部燃料のみがシールフローコンベアシ
ステム１０を介して供給され、その際ランス７を介して第２プロセス段階５に供
給される燃料に粉鉱又は精鉱が計量供給装置１８を用いて混合される。
【００２９】 サイクロン９内せ生成した還元ガスは、適用例１におけと同様に羽口を介して
高炉プロセス１及び／又は圧力上昇後にガス化剤としてバーナー３を介してガス
化プロセス１の第１プロセス段階４に供給されるか又は別の形で使用され、一方
同様にサイクロン９内で生成する、残留コークス、海綿鉄及び前還元された鉱石
からなる混合物はシールフローコンベアシステム１７により羽口を介して又は羽
口の高さで高炉プロセス１に吹き込まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による方法を実施するため装置のフローチャートである。
【符号の説明】
１ ガス化プロセス、 ２ 高炉、 ３ バーナー、 ４ 第１プロセス段階
、 ５ 第２プロセス段階、 ６ 水浴、 ７ ランス、 ８ ガス出口 ９
サイクロン、 １０ シールフローコンベアシステム、 １１ 清浄装置、 １
２ 圧縮装置、 １３ 蒸気システム、 １４ 空気分解装置、 １５ 圧縮空
気システム、 １６ カウパー装置、 １７ シールフローコンベアシステム、
１８ 計量供給装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，Ｂ Ｙ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，Ａ Ｍ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ， ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，Ｉ Ｄ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料の外部ガス化を用いた高炉プロセスで、天然のまま又は
    処理されて、例えば焼結体、ペレット、粉鉱又は精鉱として調達される鉄鉱石又
    はその他の鉄酸化物から、化石燃料及び再生燃料、特に石炭及び褐炭、又は塵芥
    及び汚泥のような別の有機燃料を用いて銑鉄を製造する方法において、 −第１プロセス段階でのガス化の際に燃料の一部を空気及び／又は酸素と一緒に
    高炉プロセスからの高炉ガス及び／又は水蒸気を加えながら、羽口の高さで高炉
    内の圧力よりも高い圧力でかつ１０００〜１８００℃の温度で化学的−発熱的に
    還元ガスにガス化し、 −第２ガス化プロセスでさらなる燃料を第１プロセス段階からの熱還元ガス内に
    吹き込み、そこで部分的に還元ガスと化学的−吸熱的に反応させかつ一酸化炭素
    及び水素からなる還元ガス成分の二酸化炭素及び水蒸気からなる酸化成分に対す
    るモル比が３：１であり、かつ −第２のガス化プロセスからの還元ガスを羽口の高さで３００〜１０００℃の高
    炉に吹き込む ことを特徴とする銑鉄の製造方法。
  2. 【請求項２】 高炉の還元帯域内の温度勾配をガス化プロセスの第２プロセ
    ス段階で生成するコークス粉末を還元ガスと一緒に吹き込むことにより調節する
    ことを特徴とする請求項１記載の銑鉄の製造方法。
  3. 【請求項３】 還元ガスから堆積したコークス粉末をガス化プロセスに戻し
    、その際ガス化プロセスで戻されたコークス粉末のために新鮮な燃料の装入を減
    少させ、かつ、第２プロセス段階に戻す際に十分な反応を保証するためにまずコ
    ークス粉末を第１プロセス段階からの熱いガス化剤にその流動方向で熱活性化の
    ために供給しかつその後初めて新鮮な燃料をコークス粉末の吹き込みにより冷却
    されたガス化剤に供給することを特徴とする請求項１又は２記載の銑鉄の製造方
    法。
  4. 【請求項４】 −外部の、好ましくは粉末状の、燃料にガス化プロセスの第
    ２プロセス段階への吹き込み前に鉄酸化物粉末、粉鉱及び／又は鉱石精鉱を配合
    し、 −この混合物を第２プロセス段階に吹き込み、そこで鉄酸化物、粉鉱及び／又は
    精鉱を部分的に海綿鉄まで前還元し、 −残留コークス、海綿鉄及び前還元された鉱石からなる生成する固体混合物をガ
    ス化プロセスからの還元ガスと一緒に粉末堆積に導き、 −還元ガスから分離された固体混合物を高炉プロセス又は溶湯槽に吹き込み、そ
    れにより残留コークスを空気及び／又は酸素でガス化しかつさらに微粒子状鉱石
    を海綿鉄を還元する ことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の銑鉄の製造方法。
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