JP2002524656A - 直接製錬法 - Google Patents

直接製錬法

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JP2002524656A JP2000569025A JP2000569025A JP2002524656A JP 2002524656 A JP2002524656 A JP 2002524656A JP 2000569025 A JP2000569025 A JP 2000569025A JP 2000569025 A JP2000569025 A JP 2000569025A JP 2002524656 A JP2002524656 A JP 2002524656A
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マッカーシイ、キャロリン、アン
ドライ、ロドニイ、ジェームズ
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テクノロジカル リソーシズ プロプライエタリー リミテッド
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Abstract

(57)【要約】 金属供給材料から金属を生産するための直接製錬法を提供する。この直接製錬法は溶融浴をベースとした方法であり、製錬は主に金属層で起こり、キャリヤーガス、金属供給材料および固体の炭素質材料はランス／羽口を介してこの金属層に注入され、そして酸素含有ガスがこの浴の上方の空間に注入され、この浴から放出される反応ガスを後燃焼させる。金属供給材料および固体の炭素質材料を注入すると、溶融材料がこの溶融浴から飛沫、液滴および流れとして放出されて転移部を形成する。この方法は、金属供給材料および炭素質材料をランス／羽口を介して注入しながら、少なくとも１つのランス／羽口の流出口で固体材料のパイプを形成することによって、ランス／羽口の有効長さを延長することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、溶融浴を収容している金属容器の中で、鉱石、部分的に還元された
鉱石および金属を含有する廃棄物の流れのような金属供給材料から、特に鉄だけ
というわけでは決してないが、（金属合金も含めた）金属を生産するための方法
に関するものである。
【０００２】 特に、本発明は、金属供給材料から溶融金属を生産するための溶融浴をベース
とした即ち溶融浴を基本とした直接製錬法に関するものである。
【０００３】 反応媒体として溶融金属層に依存し、かつ一般にＨＩ製錬法と呼ばれる公知の
直接製錬法は、本出願人の名前で国際出願ＰＣＴ／ＡＵ９６／００１９７（ＷＯ
９６／３１６２７）に記載されている。
【０００４】 この国際出願に記載されているようなＨＩ製錬法は、 （ａ）溶融鉄と溶融スラグとの浴を容器内部に形成する段階と、 （ｂ）この浴に、 （ｉ） 金属供給材料、通常は酸化金属、と、 （ｉｉ）この酸化金属の還元剤としてだけでなくエネルギー源としても作用
する固体の炭素質材料、通常は石炭、とを注入する段階と、 （ｃ）金属層中で金属供給材料を金属に製錬する段階と、 を備える。
【０００５】 本願明細書における「製錬」という用語は、酸化金属を還元する化学反応が起
こることにより液体金属が生産されるという熱による処理を意味するものである
と理解される。
【０００６】 さらに、このＨＩ製錬法は、浴から浴の上方の空間に放出されるＣＯやＨ2の
ような反応ガスを酸素含有ガスを用いて後燃焼させる段階と、この後燃焼によっ
て発生した熱をこの浴に移し、金属供給材料を製錬するのに必要な熱エネルギー
として利用する段階とを備える。
【０００７】 さらに、このＨＩ製錬法は、浴の上方に存在する反応ガスを後燃焼させること
によって発生する熱エネルギーをこの浴に移すのに効果的な媒体を与える溶融金
属および／またはスラグの一旦上昇してから下降する飛沫または液滴または流れ
が好ましいほど多量に存在する転移部を、この浴の公称静止表面の上方に形成す
る段階を備える。
【０００８】 本出願人は、このＨＩ製錬法に対して広範囲にわたるパイロットプラント規模
の研究を行い、この方法について一連の重大な発見をした。 重大な発見の１つとは、 （ａ）金属層の上方に位置し、かつこの金属層に向かって延在している複数のラ
ンス／羽口を介して、金属供給材料や固体の炭素質材料のような固体材料をこの
金属層に注入し、そして （ｂ）通常は少なくとも主にスラグである固体材料のパイプを各ランス／羽口の
端部に形成し、ランス／羽口の長さを延長することによって、この方法に対して
驚くほど高いレベルの制御を実現することができることである。
【０００９】 この制御は、溶融金属の量によって自動的に変化することによってランス／羽
口の有効端とこの金属と間の間隔を実質的に一定に保つパイプの長さがもたらす
ものである。
【００１０】 ランス／羽口におけるパイプの長さは、このランス／羽口の近傍に位置する溶
融浴の内部の溶融金属の量によって決定される。特に、溶融金属の量が増えるに
つれて、金属層から跳ね掛かるかまたは放出される溶融金属がパイプの端部と接
触し、スラグよりも高い金属の熱移動のために、この端部を溶かしてしまう可能
性が高くなる。さらに、溶融金属の量が減るにつれて、溶融金属とパイプが接触
する可能性が低くなるので、パイプの端部は金属層に向かって累進的に延長する
ことができる。溶融金属の量の変化は連続式およびバッチ式金属タッピング法（
ｂａｔｃｈ ｍｅｔａｌ ｔａｐｐｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）で起こるので、本
発明はこれらの２種類の方法に関連する。
【００１１】 ＨＩ製錬法のような金属ベースの直接製錬法において重要である、金属層への
固体材料の注入に対する高度の制御を提供することに加えて、本発明は、固定さ
れた固体材料注入ランス／羽口を用いて実施することができる。これは、可動ラ
ンス／羽口はシールを必要とし、また、シールは漏れまたは故障が起こらないよ
うにするのが難しくなりやすいので、利点である。
【００１２】 前記利点に加えて、本発明は、溶融金属の飛沫帯から十分に離れたところにラ
ンス／羽口を設置することによって、ランス／羽口の有効端を金属層にできるだ
け近くなるようにしたままで、溶融金属との接触によるランス／羽口への損傷を
回避することを可能にする。これによって、安全を脅かす重大な危険を招くほど
水冷ランス／羽口を溶融金属に近づけることなく、このランス／羽口を使用する
ことが可能になる。これは、ＨＩ製錬法のような溶融層をベースとした精錬法に
おいて特に重要な問題である。従って、本発明は、（ｉ）ランス／羽口を金属層
からできるだけ遠くに設置することを要求する安全性と、（ｉｉ）ランス／羽口
を金属層に近いところに設置することによって金属層への反応物の注入を最適化
することを要求する性能という競合する２つの要求事項を調和させることができ
る。
【００１３】 本発明によれば、 （ａ）金属層と、この金属層上のスラグ層とを有する溶融浴を金属容器中で形成
する段階と、 （ｂ）金属層の表面の上方に位置し、かつこの表面に向かって延在している複数
の固体材料注入ランスを介して、キャリヤーガス（ｃａｒｒｉｅｒ ｇａｓ）、
金属供給材料および固体の炭素質材料を金属層に注入し、溶融浴から溶融材料を
飛沫、液滴および流れとして溶融浴の公称静止表面の上方の空間に放出して転移
部を形成する段階と、 （ｃ）金属層中で金属供給材料を金属に製錬する段階と、 （ｄ）１つ以上のランス／羽口を介して容器に酸素含有ガスを注入し、溶融浴か
ら放出された反応ガスを後燃焼させることによって、転移部において一旦上昇し
てから下降する溶融材料の飛沫、液滴および流れが浴への熱移動を容易にし、さ
らに、この転移部が転移部と接触している容器の側壁からの熱損失を最小限にす
る段階とを備え、そして、 金属供給材料および炭素質材料を固体材料注入ランス／羽口を介して注入しなが
ら、少なくとも１つのランス／羽口の流出口で固体材料のパイプを形成すること
によって、ランス／羽口の有効長さを延長することを特徴とする、金属供給材料
から金属を生産するための直接製錬法が提供される。
【００１４】 一般に、溶融金属は、金属層からの溶融材料の飛沫、液滴および流れの主要部
分を占め、スラグはその残りの部分である。一般に、溶融材料の飛沫、液滴およ
び流れは、上方に移動するにつれて、溶融材料（特にスラグ）をさらに取り込む
。さらに、次第に、溶融材料の飛沫、液滴および流れは勢いを失い、金属層に向
かって落下する。スラグよりも金属の方が密度が高いことに鑑みて、これらの飛
沫、液滴および流れ中の溶融材料における金属の相対量は、転移部が少量の金属
（もしあれば）を含有し得るところまで、金属層からの距離と共に減少する。
【００１５】 本願明細書における「金属層」という用語は、主に金属である浴の領域を意味
するものであると理解される。 特に、この用語は、金属連続量中に溶融スラグが分散されている領域または帯
を包含する。
【００１６】 本願明細書における「スラグ層」という用語は、主にスラグである浴の領域を
意味するものであると理解される。特に、この用語は、スラグが連続する容積部
中に溶融金属が分散されている領域または帯を包含する。
【００１７】 以下、浴の公称静止表面の上方の空間を「頂部空間」と呼ぶ。 溶融浴の意味合いにおける「静止表面」という用語は、気体／固体の注入がな
いので浴が攪拌されることがないという処理条件下における溶融浴の表面を意味
するものであると理解される。
【００１８】 同様に、金属層における「静止表面」という用語は、気体／固体の注入がない
ので浴が攪拌されることがないという処理条件下における金属層の表面を意味す
るものであると理解される。
【００１９】 一般に、パイプは、少なくとも主として凝固スラグから形成される。各パイプ
は、いくらかの凝固金属を含有していてもよい。 好ましくは、本発明の方法は、流出口が溶融浴の表面よりも下、および金属層
よりも上に位置するように各固体材料注入ランス／羽口を設置することを包含す
る。
【００２０】 好ましくは、本発明の方法は、流出口が金属層の静止表面の少なくとも１５０
ｍｍ上方に位置するように各固体材料注入ランス／羽口を設置することを包含す
る。
【００２１】 好ましくは、本発明の方法は、流出口が金属層の静止表面の上方５００ｍｍ以
下、さらに好ましくは４００ｍｍ以下、に位置するように各固体材料注入ランス
／羽口を設置することを包含する。
【００２２】 前出の２つの段落に記載される金属層の静止表面の上方に位置する固体材料注
入ランス／羽口の高さに関連して、これらのランス／羽口を通過する固体材料の
質量流量のようなパラメータに依存はするが、本出願人は、パイプの長さは最長
６００ｍｍ、通常は少なくとも２００ｍｍであることをパイロットプラント規模
の研究において発見した。パイプの長さが６００ｍｍ、ランス／羽口の角度が垂
線に対して３０〜６０°であるということは、パイプが金属層の静止表面の下方
に延在することができるということを必然的に意味することは容易に理解できる
。これは固体材料が金属層を貫通することを意味するので、少なくとも主として
金属層で製錬を行う方法にとっては重要な発見である。
【００２３】 好ましくは、段階（ｄ）が、金属供給材料および／または炭素質材料の吸熱性
によって固体材料注入ランス／羽口の端部の周りにスラグが凍結する温度よりも
温度が低い領域が作られるように、これらの材料を固体材料注入ランス／羽口を
介して注入することによってパイプを形成することを包含する。 従って、好ましくは、段階（ｄ）は、金属供給材料と炭素質材料を酸素不足ガ
スと一緒に注入することを包含する。
【００２４】 好ましくは、本発明の方法は、各固体材料注入ランス／羽口の同軸延長部分と
してパイプが形成されるように金属供給材料および／または炭素質材料を注入す
ることを包含する。この点に関して重要な制御パラメータは、金属供給材料およ
び炭素質材料の質量流量およびキャリヤーガス、金属供給材料およびキャリヤー
ガスの速度である。
【００２５】 好ましくは、本発明の方法は、各固体材料注入ランス／羽口の流出口をスラグ
が凍結する温度よりも低い温度に維持することによって流出口における固体材料
の初期凝固を促すことを包含する。 さらに好ましくは、各固体材料注入ランス／羽口の流出口が水冷され、この水
冷によって流出口はスラグが凍結する温度よりも低い温度に維持される。
【００２６】 好ましくは、本発明の方法は、本出願人名義の「直接製錬法」という表題のつ
いた国際出願ＰＣＴ／ＡＵ９９／００５３８に記載されているようなものであり
、その出願の開示内容は本願明細書に相互参照によって援用される。
【００２７】 本発明によれば、直接製錬法によって金属供給材料から金属を生産するための
容器であって、金属層と、この金属層上のスラグ層とを有する溶融浴を収容して
おり、そして、 （ａ）耐火材料から形成されており、かつ底部と側面が溶融金属と接触している
炉床と、 （ｂ）炉床の側面から上向きに延在し、かつスラグ層と接触している側壁と、 （ｃ）容器の内部に向かって下向きに延在し、かつ容器に酸素含有ガスを注入す
る１つ以上のランス／羽口と、 （ｄ）容器の内部に向かって下向きおよび内向きに延在し、かつキャリヤーガス
、金属供給材料および炭素質材料を金属層に注入する複数の固体材料注入ランス
／羽口であって、少なくとも１つのランス／羽口の流出口は、容器内で直接製錬
法をおこなっている間は金属層の表面の上方に位置し、かつランス／羽口の流出
口の延長部分を形成する固体材料のパイプがその上で凝固することを特徴とする
複数の固体材料注入ランス／羽口と、 （ｅ）容器から溶融金属とスラグを排出するための手段とを備える、 ことを特徴とする容器が提供される。
【００２８】 好ましくは、この製錬還元用容器は、本出願人名義の「直接製錬用容器」とい
う表題のついた国際出願ＰＣＴ／ＡＵ９９／００５３７に記載されているような
ものであり、その出願の開示内容は本願明細書に相互参照によって援用される。 好ましくは、各固体材料注入ランス／羽口の流出口が溶融浴の表面の下方に位
置するように固体材料注入ランス／羽口が設置される。
【００２９】 好ましくは、各固体材料注入ランス／羽口の流出口が金属層の静止表面の少な
くとも１５０ｍｍ上方に位置するように固体材料注入ランス／羽口が設置される
。
【００３０】 好ましくは、各固体材料注入ランス／羽口の流出口が金属層の静止表面の上方
５００ｍｍ以下、さらに好ましくは４００ｍｍ以下、に位置するように固体材料
注入ランス／羽口が設置される。
【００３１】 好ましくは、パイプは、本発明の方法の種々の段階において、少なくとも２０
０ｍｍ、さらに好ましくは少なくとも３００ｍｍである。
【００３２】 さらに好ましくは、各固体材料注入ランス／羽口は、 （ａ）供給材料のための中央通路を規定し、かつ注入口および流出口を有する中
空長形部材と、 （ｂ）外部水冷ジャケットと、 を備える。
【００３３】 好ましくは、前記部材はランス／羽口の流出口において水冷ジャケットを超え
て延在している。 好ましくは、前記水冷ジャケットの外部表面は、この水冷ジャケットの露出部
分を増やすようなくぼみまたは他の特徴を有する。
【００３４】 好ましくは、固体材料注入ランス／羽口は、垂線に対して３０〜６０°の角度
で、容器の内部に向かって下向きおよび内向きに延在している。 好ましくは、各固体材料注入ランス／羽口の流出口はスラグ層内に位置する。 本発明を、例として添付図面を参照しながらさらに詳しく説明する。
【００３５】 以下の説明は、鉄鉱石を直接製錬して溶融鉄を生産するという設定におけるも
のであるが、本発明はこの用途に限定されるものではなく、予熱することができ
る、部分的に還元された金属鉱石および金属を含有する廃棄物も含めた、あらゆ
る好適な金属鉱石および／または精鉱および他の金属供給材料に適用することが
できる。
【００３６】 この図に示される容器は、耐火れんがから作られた底部３と側面５５とを有す
る炉床と、この炉床の側面５５から上向きに延在している一般に円筒形であるバ
レルを形成し、かつ上部バレル部分５１と下部バレル部分５３とを有する側壁５
と、屋根７と、脱ガス用排気口９と、溶融金属を連続して排出するための前炉５
７と、溶融スラグを排出するためのタップホール６１とを備えている。
【００３７】 使用中は、この容器は、溶融金属層１５と、この溶融金属層１５の上に溶融ス
ラグ層１６とを有する、鉄とスラグの溶融浴を収容している。１７番で示される
矢印は、金属層１５の公称静止表面の位置を示し、１９番で示される矢印は、ス
ラグ層１６の公称静止表面の位置を示す。「静止表面」という用語は、気体や固
体が容器に注入されていないときの表面を意味するものであると理解される。
【００３８】 さらに、この容器は、側壁５を貫通してスラグ層の中へ下向きおよび内向きに
延在している、酸素の不足したキャリヤーガスに取り込まれた鉄鉱石、固体の炭
素質材料およびフラックスを金属層１５に注入するための２本の固体注入ランス
／羽口１１を備えているランス／羽口１１の位置は、本発明の方法の実施中に流
出口３５が金属層１５の表面の上方に位置するように選択される。このランス／
羽口１１の位置は、溶融金属との接触によるランス／羽口１１への損傷の可能性
を低下させる。さらに、このランス／羽口１１の位置は、ランス／羽口１１の水
冷却を可能とし、水冷却と協働して、安全を脅かす危険性を低下させる。
【００３９】 使用中は、ランス／羽口１１は、その端部３５がスラグが凍結する温度よりも
低い温度に維持されるのに十分な程度に水冷却される。これによって各ランス／
羽口１１の端部３５おいて固体材料の初期凝固が促され、凝固した材料は固体材
料のパイプ８１の基材となり、そしてこのパイプ８１はランス／羽口１１の各端
部３５の延長部分を形成する。この固体材料は、少なくとも主にスラグである。
【００４０】 パイプ形成の主な仕組みとは、ランス／羽口１１を介して注入された鉄鉱石お
よび炭素質材料の吸熱性であり、この吸熱性によってスラグの凍結温度よりも温
度が低い領域がランス／羽口１１の端部３５の周りに作られる。酸欠キャリヤー
ガスの使用は、吸熱反応を促進するのに重要である。
【００４１】 さらに、ランス／羽口１１からの鉄鉱石および炭素質材料の質量流量およびキ
ャリヤーガスの速度のようなパラメータを制御することによって、ランス／羽口
１１の同軸延長部分としてパイプ８１が確実に形成されることになる。
【００４２】 パイプ８１の長さは、金属層１５中の溶融金属の量によって自動的に調節され
る。特に、前述したように、この金属量が増えるにつれて、金属層１５からスラ
グ層１６へと跳ね掛かるかまたは放出される溶融金属がパイプ８１の端部と接触
し、（スラグよりも高い金属の熱移動のために）この端部を溶かしてしまう。さ
らに、この金属量が減るにつれて、溶融金属とパイプ８１の端部が接触すること
が少なくなるので、パイプ８１の端部が延長する。
【００４３】 上記から明らかなように、パイプ８１の流出口と溶融金属の間の間隔によって
パイプ８１の長さが決定する。この相互関係の重要な成果とは、ランス／羽口１
１の注入点と金属層１５の間の間隔が実質的に一定であり、このことによって本
発明の方法の制御が大きく支援されるということである。
【００４４】 ランス／羽口１１の好ましい実施態様を図２〜４に示す。ランス／羽口１１は
、好適なキャリヤーガスに取り込まれた鉄鉱石、固体の炭素質材料およびフラッ
クスを注入口７３からランス／羽口１１の端部３５にある流出口７５へと供給す
るための中央通路を規定する中空部材７１を有する。さらに、ランス／羽口１１
は、部材７１の長さのかなりの部分を囲んでいる水冷ジャケット５７を有する。
部材７１の前端部は、ジャケット７７の前端部を超えて延在する。部材７１のこ
の延長部分７８の直径は、部材７１の残りの部分の直径よりも小さい。部材７１
は、部材７１の直径の大きい部分と直径の小さい部分の間の転移部分を形成する
肩７９を有する。肩７９は、肩７９と水冷ジャケット７７の前端部８３とで一般
に８１番で識別される環状のくぼみが規定されるようにするために、ジャケット
７７の前端部８３に隣接する位置に設置される。このくぼみ８１と部材７１の延
長部分７８は、ランス／羽口１１の端部１５にスラグパイプを保持しておく補助
をする。水冷ジャケット７７は、ジャケット７７の露出面積を増やし、かつラン
ス／羽口１１を保護するスラグ層のジャケット７７上での固化を促進する補助を
する、一般に８５番で識別されるくぼみのある表面を有する。
【００４５】 使用中は、定常状態の処理状況下において、キャリヤーガス（通常はＮ2）に
取り込まれた鉄鉱石、固体の炭素質材料（通常は石炭）およびフラックス（通常
は石灰およびマグネシア）がランス／羽口１１を介して金属層１５に注入される
。この固体材料／キャリヤーガスの運動量によって、この固体材料とガスが金属
層１５を貫通する。この石炭の揮発成分が除去されることによって金属層１５内
にガスが発生する。炭素は、部分的にはこの金属に溶解し、また部分的には固体
炭素として残る。鉄鉱石は金属に製錬され、その製錬反応によって一酸化炭素ガ
スが発生する。金属層１５中に送られ、かつ脱揮発成分と製錬によって発生した
ガスは、金属層１５からの（固体／ガス注入の結果として金属層１５の上方から
この金属層内に引き込まれた）溶融金属、固体炭素および溶融スラグの強い浮力
上昇を引き起こし、この浮力上昇によって溶融材料の飛沫、液滴および流れの上
方への移動が起こり、そしてこれらの飛沫、液滴および流れはスラグ層１６を通
りぬける際にスラグを取り込む。
【００４６】 溶融材料および固体炭素の浮力上昇によって金属層１５とスラグ層１６にかな
りの攪拌が起こり、その結果、スラグ層の体積が増加し、矢印３０で示される表
面を有するようになる。攪拌の程度は、各領域全体にわたってある程度均一な温
度（通常は１，４５０〜１，５５０℃であり、各領域の温度変化量は３０℃以下
である）とある程度均一な組成が存在するという点で金属層１５とスラグ層１６
がそれぞれ実質的に均質となるような程度である。
【００４７】 さらに、溶融金属、固体炭素およびスラグの浮力上昇によって起こる溶融金属
およびスラグの飛沫、液滴および流れの上方への移動は、容器内の溶融材料の上
方の頂部空間３１にまでおよび、そして （ａ）転移部２３を形成し、そして （ｂ）少量の溶融金属（主にスラグ）を、この転移部を超えて、転移部２３の上
方に位置する壁面５の上部バレル部分５１の一部と屋根７とに向けて放出する。
【００４８】 一般的な言い方では、スラグ層１６は、気泡と（通常は液滴の形態である）金
属とを含有する液体の連続する容積部であり、転移部２３は、（この段階では少
なくとも主にスラグである）溶融材料の飛沫、液滴および流れを含有する気体連
続部である。
【００４９】 前記浮力上昇によって起こる金属層１５とスラグ層１６の相当な攪拌によって
、スラグ層１６中で金属が激しく混合されることになる。金属層１５に固体の炭
素質材料を意図的に注入することによって、スラグ層で混合される金属中に多量
の炭素が溶解することになる。スラグ層中の金属への炭素の溶解およびスラグ層
中の金属の激しい攪拌の結果として、スラグ層は、スラグ内に好ましいほど少な
い（通常は５重量％よりも少ない）量のＦｅＯを有することになる。
【００５０】 さらに、前記容器は、前記容器の中央に位置し、かつ下向きに垂直に延在して
いる、酸素含有ガスを注入するためのランス１３を備えている。ランス１３の位
置およびランス１３を通り抜けるガスの流速は、定常状態の状況下において、酸
素含有ガスが転移部２３の中央領域を貫通し、ランス１３の端部の周りに本質的
に金属／スラグの存在しない空間２５を保持するように選択される。
【００５１】 使用中は、定常状態の状況下において、ランス１３を介して酸素含有ガスを注
入すると、転移部２３およびランス１３の端部の周りの空間２５内の反応ガスＣ
ＯとＨ2が後燃焼し、このガス空間に約２，０００℃以上の高い温度を発生させ
る。この熱は、ガス注入領域内の溶融材料の上昇中および下降中の飛沫、液滴お
よび流れへと移行し、そして金属／スラグが金属層１５に戻るときに金属層１５
に部分的に移行する。
【００５２】 好ましくは、後燃焼の程度は少なくとも４０％であり、この後燃焼は以下のよ
うに定義される。 ［ＣＯ2］＋［Ｈ2Ｏ］ ［ＣＯ2］＋［Ｈ2Ｏ］＋［ＣＯ］＋［Ｈ2］ 式中、 ［ＣＯ2］ ＝ 排ガス中のＣＯ2の容量％ ［Ｈ2Ｏ］ ＝ 排ガス中のＨ2Ｏの容量％ ［ＣＯ］ ＝ 排ガス中のＣＯの容量％ ［Ｈ2］ ＝ 排ガス中のＨ2の容量％
【００５３】 ランス１３の端部の周りの空間２５は、転移部２３の上方の頂部空間内のガス
をランス１３の端部領域に取り込むことによって後燃焼に曝される反応ガスの量
を増やすことができるので、高いレベルの後燃焼を実現するのに重要である。
【００５４】 ランス１３の位置と、ランス１３を通り抜けるガスの流速、および溶融金属お
よびスラグの飛沫、液滴および流れの上方への移動とを組み合わせた効果とは、
ランス１３の、一般に２３番で識別される下方領域の周りに転移部２３が形成さ
れることである。この形成された領域は、壁面５に対して、放射による熱移動に
対する部分的な障壁を与える。
【００５５】 さらに、定常状態の加工状況下において、溶融スラグの上昇中および下降中の
液滴、飛沫および流れは、熱を転移部２３から溶融浴へ移す効果的な手段であり
、この結果、壁面５の領域の転移部２３の温度が約１，４５０〜１，５５０℃に
なる。
【００５６】 前記容器は、前記方法が定常状態の加工状況下において実施されているときの
前記容器内の鉄層１５、スラグ層１６および転移部２３の量と、前記方法が定常
状態の加工状況下において実施されているときの転移部２３の上方の頂部空間３
１に放出される溶融材料の飛沫、液滴および流れとに応じて、 （ａ）金属層１５およびスラグ１６に接触する炉床と側壁５の下部バレル部分５
３とが耐熱材料のれんが（図中、断面線で表示）から作られ、 （ｂ）側壁５の下部バレル部分５３の少なくとも一部が水冷パネルで裏打ちされ
ており、そして （ｃ）転移部２３および頂部空間３１に接触する側壁５の上部バレル部分５３と
屋根７とが水冷パネル５７と５９から作られる、 ように組み立てられる。
【００５７】 側壁５の上部バレル部分５３の水冷パネル８、５７および５９（図示されてい
ない）は、それぞれ、平行な上端部および下端部と平行な側端部とを有し、かつ
湾曲しており、円筒形バレルの一面を定めている。各パネルは、内部水冷パイプ
と外部水冷パイプとを備えている。これらのパイプは、水平な部分が湾曲した部
分によって連結されている曲がりくねった構造になっている。さらに、各パイプ
は、水注入口と水排出口とを備えている。これらのパイプは、前記パネルの露出
面、すなわち、前記容器の内部に露出している面から見たときに、前記外部パイ
プの水平な部分が前記内部パイプの水平な部分の真後ろにならないように垂直方
向にずらされる。さらに、各パネルは、各パイプの隣接する真っ直ぐな部分の間
およびパイプの間の空間を埋める詰め込まれた耐火材料を備えている。さらに、
各パネルは、前記パネルの外部表面を形成する支持板を備えている。
【００５８】 前記パイプの水注入口と水排出口は、前記パイプ中に高い流速で水を循環させ
る水供給循環器（図示されていない）に接続されている。
【００５９】 本出願人によって行われたパイロットプラント規模の研究によって、前記方法
および装置が鉄鉱石を精錬するのに効果的かつ効率的な技術であることが証明さ
れた。 本発明の趣旨および範囲から逸脱しない範囲で、前述のような本発明の好まし
い実施態様に数多くの変更を加えることができる。
【００６０】 例として、前記好ましい実施態様では各ランス／羽口１１を介して鉄鉱石、固
体の炭素質材料およびフラックスを注入しているが、本発明はこれに限定されず
、これらの供給材料のうちの１種類または２種類を各ランス／羽口１１を介して
注入するという構成にも適用されることは容易に理解できる。
【００６１】 さらに、前記好ましい実施態様では前炉５７を介して金属を連続的に排出して
いるが、本発明はこれに限定されず、溶融金属のバッチ式タッピング法にも適用
される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法の好ましい実施態様を模式化した金属容器の垂直断面図を示す。
【図２】 固体材料を注入するためのランス／羽口の好ましい実施態様の切断断面図を示
す。
【図３】 図２でＣと印を付けた矢印の方向からのランス／羽口の端面図を示す。
【図４】 図２の線Ａ−Ａに沿った断面図を示す。
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｃ２２Ｂ 5/10 Ｃ２２Ｂ 5/10 (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)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ゴールズワーシイ、タラ、エレン オーストラリア国 ウェスタン オースト ラリア、 サウス パース、アンジェロ ストリート 143 Ｆターム(参考） 4K001 AA10 BA05 DA05 EA03 EA04 GA01 GB03 JA01 4K012 CA04 CA05 CA06 CA08 DC04 DC08 DC09 4K070 AA08 AB10 AB20 BA05 BB08 BE08 CF01 CF08 CG01 DA05 DA07 EA15 EA16

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ）金属層と、前記金属層上のスラグ層とを有する溶融浴
    を金属容器中で形成する段階と、 （ｂ）前記金属層の表面の上方に位置し、かつ前記表面に向かって延在している
    複数の固体材料注入ランス／羽口を介して、キャリヤーガス、金属供給材料およ
    び固体の炭素質材料を前記金属層に注入し、前記溶融浴から溶融材料を飛沫、液
    滴および流れとして前記溶融浴の公称静止表面の上方の空間に放出して転移部を
    形成する段階と、 （ｃ）前記金属層中で金属供給材料を金属に製錬する段階と、 （ｄ）１つ以上のランス／羽口を介して前記容器に酸素含有ガスを注入し、前記
    溶融浴から放出された反応ガスを後燃焼させることによって、前記転移部におい
    て一旦上昇してから下降する溶融材料の飛沫、液滴および流れが前記浴への熱移
    動を容易にし、さらに、前記転移部が前記転移部と接触している前記容器の側壁
    からの熱損失を最小限にする段階とを備える、金属供給材料から金属を生産する
    ための直接製錬法であって、 前記金属供給材料および前記炭素質材料を前記固体材料注入ランス／羽口を介
    して注入しながら、少なくとも１つのランス／羽口の流出口で固体材料のパイプ
    を形成することよって、前記ランス／羽口の１つまたはそれ以上の有効長さを延
    長することを特徴とする直接製錬法。
  2. 【請求項２】 前記パイプ形成段階（ｄ）が、前記金属供給材料および／ま
    たは前記炭素質材料の吸熱性によって前記固体材料注入ランス／羽口の流出口の
    周りにスラグが凍結する温度よりも温度が低い領域が作られるように、これらの
    材料を固体材料注入ランス／羽口を介して注入することによってパイプを形成す
    ることを包含する、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 段階（ｂ）のキャリヤーガスが酸素不足ガスを含む、請求項
    １に記載の方法。
  4. 【請求項４】 各固体材料ランス／羽口の同軸延長部分として各パイプが形
    成されるように段階（ｂ）において前記金属供給材料および／または前記炭素質
    材料を注入することを包含する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記金属供給材料および前記炭素質材料の質量流量および／
    またはキャリヤーガス、金属供給材料および前記炭素質材料の速度を制御するこ
    とを包含する、請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 各固体材料注入ランス／羽口の流出口をスラグが凍結する温
    度よりも低い温度に維持することによって前記流出口における固体材料の初期凝
    固を促す、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記流出口が、前記溶融浴の表面よりも下、および前記金属
    層よりも上に位置するように、各固体材料注入ランス／羽口を設置することを包
    含する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 直接製錬法によって金属供給材料から金属を生産するための
    容器であって、金属層と前記金属層上のスラグ層とを有する溶融浴を収容してお
    り、そして、 （ａ）耐火材料から形成されており、かつ底部と側面が溶融金属と接触している
    炉床と、 （ｂ）前記炉床の側面から上向きに延在しており、かつ前記スラグ層と接触して
    いる側壁と、 （ｃ）前記容器の内部に向かって下向きに延在しており、かつ前記容器に酸素含
    有ガスを注入する１つ以上のランス／羽口と、 （ｄ）前記容器の内部に向かって下向きおよび内向きに延在しており、かつキャ
    リヤーガス、金属供給材料および炭素質材料を前記金属層に注入する複数の固体
    材料注入ランス／羽口であって、少なくとも１つのランス／羽口の流出口は、前
    記容器内で直接製錬法を行っている間は前記金属層の表面の上方に位置し、かつ
    前記ランス／羽口の流出口の延長部分を形成する固体材料のパイプがその上で凝
    固することを特徴とする複数の固体材料注入ランス／羽口と、 （ｅ）前記容器から溶融金属およびスラグを排出するための手段とを備えること
    を特徴とする容器。
  9. 【請求項９】 各固体材料注入ランス／羽口の流出口が、前記金属層の静止
    表面の少なくとも１５０ｍｍ上方に位置する、請求項８に記載の容器。
  10. 【請求項１０】 各固体材料注入ランス／羽口の流出口が、前記金属層の静
    止表面の上方５００ｍｍ以下に位置する、請求項８または請求項９に記載の容器
    。
  11. 【請求項１１】 各固体材料注入ランス／羽口が、 （ａ）前記供給材料のための中央通路を規定し、かつ注入口および前記流出口を
    有する中空長形部材と、 （ｂ）外部水冷ジャケットと、 を備える、請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の容器。
  12. 【請求項１２】 前記部材が、各ランス／羽口の流出口において前記水冷ジ
    ャケットを超えて延在している、請求項１１に記載の容器。
  13. 【請求項１３】 各固体材料注入ランス／羽口が、垂線に対して３０〜６０
    °の角度で、前記容器の内部に向かって下向きおよび内向きに延在している、請
    求項８乃至１２のいずれか１項に記載の容器。
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