JP2003502502A - 溶融銑鉄を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は溶融鉄を製造する方法に関するものであり、ａ）鉄鉱石粒子を還元して、余剰のない炭素を有する予還元された鉄を形成する段階と、ｂ）予還元された鉄を溶解炉に高温過程で移送する段階と、ｃ）予還元された鉄を溶解炉の中で溶解して溶融鉄を得る段階とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 この発明は溶融銑鉄を製造するための方法に関する。

【０００２】 長年にわたって、特に容積の小さい製造装置を使い、材料の処理を避けること
によって、すなわち鉱石や石炭からの粉鉱を直接使用することによって、溶融銑
鉄の製造におけるブラスト炉に置き換えることができる還元−溶解法を開発する
ためにかなりの努力がなされてきた。こうした方法は興味深い。なぜなら、それ
は、コークス製造プラントや鉱石ペレット化プラントなどの大きな投資を必要と
する設備を原理的に避けることができるからである。

【０００３】 今日利用可能なこれらの方法はいくつかの欠点を有している。

【０００４】 銑鉄を製造するためのそうした方法の一つの問題は、正に、その方法の二つの
構成要素−直接還元と溶解−が異なる操作条件を必要とするという事実にある。
これは、鉄鉱石粒子を還元するときには還元雰囲気を維持するようにされ、一方
、溶解のときには、大量の酸素を注入することによって炭素を含んだ燃料中のエ
ネルギが効率よく利用される必要があるからである。

【０００５】 周知の方法においては、溶解炉からのガスは予還元(pre-reduced)炉へ注入さ
れる。溶解炉からのガスは一酸化炭素が乏しく、二酸化炭素が豊富であるため、
そうしたガスを予還元炉の中へ大量に注入すると鉄鉱石の還元がうまくいかない
。

【０００６】 この方法を改良した形においては、溶解炉からの高温ガスは予還元炉の中へ注
入されるまえに一酸化炭素が豊富にされる。溶解炉からの二酸化炭素が豊富なガ
スは石炭と接触させられて、石炭との反応によって二酸化炭素の大部分が一酸化
炭素に変換される。もちろん、溶解炉からのガスの還元能力が大きくなると、予
還元炉の中の反応は促進される。しかし、この操作はエネルギ的に高価である。

【０００７】 予還元された鉄粒子から銑鉄を直接製造する最適な方法が利用できれば有利で
ある。

【０００８】 この発明の目的は、銑鉄の最適な製造方法を提案することである。

【０００９】 この発明においては、この目的は以下の段階を有する溶融銑鉄の製造方法によ
って達成されている。 （ａ）鉄鉱石粒子を還元して、無過剰(surplus free)炭素を含んだ予還元された
鉄を形成する。 （ｂ）予還元された鉄を熱い間に溶解炉へ移す。 （ｃ）予還元された鉄を溶解炉の中で溶解して、溶融した銑鉄を得る段階。

【００１０】 第１の好ましい実施の形態においては、段階（ａ）は以下の段階を有している
。 （ａ１）鉄鉱石をいくつかの重ね合わされた炉床を有する多段炉床炉の中へ導入
し、多段炉床炉の最上部の炉床の上へ載せる。 （ａ２）鉄鉱石を下側の炉床へ徐々に移す。 （ａ３）鉄鉱石を還元し、無過剰炭素が存在するようにするのに十分な量だけ、
炭素含有還元剤を一つあるいは複数の下側炉床へ添加する。 （ａ４）多段炉床炉を加熱し、炭素含有還元剤、及び、適切な温度でこの炭素含
有還元剤によって発生するガスと接触させることによって鉄鉱石を還元する段階
。 （ａ５）前記炭素含有還元剤によって多段炉床炉の中に発生する過剰(surplus)
ガスを燃焼させ、その結果発生する熱を、上側炉床中の鉄鉱石の乾燥及び予備加
熱に利用する。

【００１１】 スラッグ形成剤を段階（ａ）あるいは段階（ｂ）のときに添加できる。これら
のスラッグ形成剤は、石灰、石灰岩フラックス、及びマグネシアと、それらの混
合物から構成されるグループから選択されるのが好ましい。

【００１２】 予還元された鉄は、それを溶解炉へ移すまえに圧縮されることが好ましい。予
還元された鉄と、無過剰炭素と、必要であればスラッグ形成剤を含んだブリケッ
トが形成される。ブリケットはそれらを形成するもととなる粒子よりも密度が大
きいため、以下の利点を有している。すなわち、溶解炉の中に収容されている溶
融銑鉄の浴により容易に広がり、溶融銑鉄を覆っているスラッグ層の中に捕捉さ
れる予還元された鉄の量が少なくなり、溶解炉から逃げるガスによって持ち去ら
れる鉄及びフリー炭素の量が少なくなる。得られたブリケットは貯蔵されるので
はなく、すぐにそして熱い間に溶解炉の中へ移されることから、それらは高い安
定性すなわち高い密度を有している必要がないため、圧縮は比較的軽くてよいと
いうことを指摘しておく。

【００１３】 段階（ａ）が終わったときの過剰炭素は、7パーセントから15パーセントの間
にあり、10パーセントに近いことが好ましい。

【００１４】 固形の炭素含有還元剤は、石炭あるいは液体あるいは固体の石油製品から選択
される。炭素含有還元剤中に含まれる揮発分は、多段炉床炉の内部に留まる間に
なくなり、硫黄も部分的に低減される。

【００１５】 過剰炭素の一部は段階（ｃ）の間に消費される。

【００１６】 特定の実施の形態においては、溶解炉は電気アーク炉である。

【００１７】 段階（ｃ）の間に酸素が注入されて、無過剰炭素が燃焼させられ、こうして段
階（ｃ）のときに溶解に必要なエネルギの大部分を賄う。また、無過剰炭素は還
元反応を終了させ、銑鉄に炭素を含ませる(carburising)のに有用である。

【００１８】 この発明による方法においては、溶解炉からのガスは還元炉の中へは注入され
ないことに留意することが重要である。そうすれば、還元プロセスは大きな酸化
能力を有するこれらのガスによって乱されることはない。

【００１９】 この発明による方法の一つの利点は、二つの反応炉の機能が最適化されている
ことである。実際、無過剰炭素を用いた予還元された製品の製造は、還元の速度
を増大させ、金属化の速度を増大させる。しかし、それは予還元された鉄粒子の
製造コストも増大させる。予還元された鉄粒子を製造する従来の方法においては
、ほんの少量の残留炭素を含む、あるいは残留炭素を含まない製品を得ることが
目的である。これは、もちろん、反応せずに最終製品の中に残った炭素は付加的
で非経済的な製造コストだからである。

【００２０】 この無過剰炭素を得るためには、適当な量の炭素含有還元剤を還元段階のとき
に添加する必要がある。

【００２１】 予還元された鉄中の無過剰炭素の別の利点は、還元反応炉の還元炉床において
は温度が非常に高く、従って炭素含有還元剤（この場合には石炭である）はその
揮発分が除去され、かなりの程度まで脱硫されるという事実にある。溶解段階の
ときに、揮発分を含まない石炭は、まだ揮発分を含んでいる石炭よりも銑鉄の浴
の中でより容易に溶解するということがわかった。さらに、炭素含有還元剤は還
元反応炉の中に滞在するときに非常に高い温度にさらされるため、硫黄の含有量
はかなり減少する。このようにして得られる銑鉄は硫黄の含有量が少ない。もち
ろん、より大きな炭素溶解性を得るために、予還元された鉄粒子の溶解のときに
石炭の代わりにコークスを使用することも可能である。しかし、石炭の代わりに
コークスを使用すると、製造コストが増大し、硫黄の問題は解決されない。実際
、コークスは揮発性材料を含んでいない。しかし、その製造のときに使用される
石炭とほぼ同じ量の硫黄を含んでいる。

【００２２】 過剰炭素は溶解炉の中で燃焼され、従って、粒子を溶解するときに電気エネル
ギを節約することが可能である。

【００２３】 多段炉床炉における最後の炉床のレベルだけで、炭素含有還元剤を添加するこ
とによって、ガスからの残留熱を利用して、鉄鉱石粒子を乾燥させ予熱し、一酸
化炭素を完全燃焼させることが可能である。別途、後燃焼を行う必要はない。ま
た、これら最後の炉床の温度を高くすることによって、フリー炭素中の硫黄含有
量がさらに減少する。

【００２４】 従って、それは従来の二つの方法を並べたものではなく、二つの方法の間の相
互作用であり予期せぬ利点につながる。

【００２５】 この発明のその他の特徴や特質は、添付図面を参照した例示のための以下の有
利な実施方法の詳細な説明から明らかとなるであろう。

【００２６】 図１はこの発明による溶融銑鉄を製造するための方法を示す概略図である。こ
の図には予還元反応炉が示されており、この場合には、予還元反応炉は多段炉床
炉１０であり、この炉の中で鉄鉱石の粒子が還元されて、予還元された鉄が形成
される。次に、予還元された鉄は熱い間に溶解炉まで送られ、この場合には溶解
炉は電気炉１２である。予還元された鉄はここで溶解され、スラッグ１６によっ
て覆われた溶融銑鉄の浴１４が得られる。

【００２７】 このように、この方法の第１段階は、多段炉床炉１０の中での鉄粒子の還元に
関するものである。多段炉床炉１０は上下方向に分離された一連の環状炉床から
成っている。鉄鉱石粒子は上側の炉床において導入され、徐々に下側の炉床へ移
される。

【００２８】 矢印１８で表されているように、石炭が多段炉床炉１０の下部の中へいくつか
の炉床にわたって導入される。鉄鉱石粒子を還元して、石炭が無過剰（surplus
free）になることを確実とするために石炭は十分な量で導入される必要がある。
言い換えると、予還元された鉄は無過剰の石炭を含んでいる。多段炉床炉１０の
下側の炉床への石炭の添加は、炉１０からの出口で無過剰の石炭が約10パーセン
トとなるように行われることが好ましい。

【００２９】 鉄鉱石の還元は、石炭、及び、多段炉床炉１０を1050℃〜1200℃まで加熱する
ことによって石炭から発生するガスと接触することによって行われる。石炭によ
って発生した過剰ガスは多段炉床炉１０の中を上昇し、この炉の上部において燃
焼させられる。この燃焼を利用して、上側炉床における鉄鉱石の乾燥と予熱とが
行われる。

【００３０】 無過剰の石炭の導入は、還元の速度と金属化の速度とを増大させることを指摘
しておかなければならない。予還元の速度と生産性とが増大することから、これ
は多段炉床炉１０の機能を最適化する手段となる。

【００３１】 多段炉床炉１０の出口において、予還元された鉄は、二つの反応炉を連結する
パイプ２０を通して熱い間に電気炉１２へ送られる。

【００３２】 無過剰の石炭を含んだ予還元鉄の製造は、予還元炉の中の石炭の量をできるだ
け少なくすることを目的とする通常の製造条件とは異なる。しかし、すでに説明
したように、無過剰の石炭によれば、多段炉床炉１０の機能を最適化することが
可能である。

【００３３】 また、電気炉１２の中でフリーな石炭を使用することによって、前記電気炉の
作用を改善することも可能となる。実際、フリーな石炭の揮発分は多段炉床炉の
中ではなくなり、石炭は溶融銑鉄の浴１４により容易に溶解する。多段炉床炉１
０の中の硫化物も非常に低減し、これによって、溶融銑鉄の浴１４の中の硫黄濃
度が低減する。

【００３４】 酸素ランス２１によって酸素のジェットを注入して、過剰石炭を燃焼させるこ
とができる。これによって、予還元された鉄を溶解するためのエネルギが電気エ
ネルギに加える形で提供される。

【００３５】 溶融した銑鉄はタップ穴２３を介して電気炉１２からるつぼ２２の中へ排出さ
れる。

【００３６】 電気炉からのガスは多段炉床型の炉１０の中へは導入されずに、矢印２８によ
って示されているように電気炉１２のルーフ２６に設けられた開口部２４を介し
て取り出される。

【００３７】 スラッグ形成剤がまえもって、あるいは予還元された鉄を電気炉１２へ移すと
きに多段炉床炉１０の中へ導入される。後の処理のためにスラッグを回収する目
的で、電気炉１２の壁にはスラッグを排出するための開口部２４が設けられてい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による溶融銑鉄を製造するための方法を示す概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── 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)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 モナイ，ジャン ルクセンブルク国 Ｌ−4751 ペタンジ ュ，ルート ドゥ ロングゥイ 144 Ｆターム(参考） 4K045 AA03 AA04 BA02 RB21 RB22 4K056 AA02 BC01 CA02 DA02 DA33

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融銑鉄を製造するための方法であって、 （ａ）鉄鉱石粒子を還元して、無過剰炭素を含んだ予還元された鉄を形成する段
   階と、 （ｂ）前記予還元された鉄を熱い間に溶解炉へ移す段階と、 （ｃ）前記予還元された鉄を溶解炉の中で溶解して、溶融銑鉄を得る段階と、 を有する方法。
2. 【請求項２】 前記段階（ａ）が、 （ａ１）鉄鉱石を少なくとも二つのゾーンを有する炉の第１のゾーンの中へ導入
   する段階と、 （ａ２）前記鉄鉱石を第２のゾーンへ徐々に移す段階と、 （ａ３）前記鉄鉱石を還元し、無過剰炭素が存在するようにするのに十分な量だ
   け、炭素含有還元剤を第２のゾーンへ添加する段階と、 （ａ４）前記炉を加熱し、前記炭素含有還元剤、及び、適切な温度で前記炭素含
   有還元剤によって発生されるガスと接触させることによって鉄鉱石を還元する段
   階と、 （ａ５）前記炭素含有還元剤によって発生される過剰ガスを第１のゾーンで燃焼
   させ、その結果発生する熱を、鉄鉱石の乾燥及び予熱に利用する段階と、 を有する請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 前記段階（ａ）が、 （ａ１）鉄鉱石をいくつかの重ね合わされた炉床を有する多段炉床炉の中へ導入
   し、多段炉床型の炉の最上部の炉床の上へ載せる段階と、 （ａ２）前記鉄鉱石を下側の炉床へ徐々に移す段階と、 （ａ３）前記鉄鉱石を還元し、無過剰炭素が存在するようにするのに十分な量だ
   け、炭素含有還元剤を一つあるいは複数の下側炉床へ添加する段階と、 （ａ４）前記多段炉床炉を加熱し、炭素含有還元剤、及び、適切な温度で前記炭
   素含有還元剤によって発生されるガスと接触させることによって鉄鉱石を還元す
   る段階と、 （ａ５）前記炭素含有還元剤によって多段炉床型の炉内で発生する過剰ガスを燃
   焼させ、その結果発生する熱を、鉄鉱石の乾燥及び予熱に利用する段階と、 を有する請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 前記段階（ａ）あるいは段階（ｂ）の際に、スラッグ形成剤
   が添加される請求項１もしくは請求項２記載の方法。
5. 【請求項５】 前記スラッグ形成剤が、石灰、石灰岩フラックス、及びマグ
   ネシアと、それらの混合物とからなるグループから選択される請求項３記載の方
   法。
6. 【請求項６】 前記予還元された鉄が、それを溶解炉へ移すまえに圧縮され
   る請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の方法。
7. 【請求項７】 前記過剰炭素の量が7パーセントから15パーセントの間であ
   り、好ましくは10パーセントに近い請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の方
   法。
8. 【請求項８】 前記炭素含有還元剤が石炭である請求項１〜請求項７のいず
   れか１項記載の方法。
9. 【請求項９】 前記炭素含有還元剤の揮発分が段階（ａ）の間に除去される
   請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記炭素含有還元剤が段階（ａ）の間に脱硫される請求項
    １〜請求項９のいずれか１項記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記過剰炭素が段階（ｃ）の間に消費される請求項１〜請
    求項１０のいずれか１項記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記溶解炉が電気炉である請求項１〜請求項１１のいずれ
    か１項記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記無過剰炭素の一部を燃焼させるために段階（ｃ）の間
    に酸素が注入される請求項１〜請求項１２のいずれか１項記載の方法。