JP2006522864A - 直接製錬装置 - Google Patents

Abstract

含金属供給材料から溶融金属を製造する直接製錬装置が開示されている。装置は、金属およびスラグの溶湯と溶湯上方のガス空間とを保持する固定された製錬容器を備える。装置は、また、固体およびガス供給材料を容器に供給し、溶融材料を容器から出湯する手段を備える。装置は、さらに、容器の異なる高さで装置作業員を支持する少なくとも２つの作業台を備える。金属出湯手段およびスラグ出湯手段は、鋳造ハウス作業台上の装置作業員が作業可能な位置に配置され、終末金属出湯手段および終末スラグ出湯手段は、鋳造ハウス作業台よりも低い高さにある栓端部作業台上の装置作業員が操作可能な位置に配置される。

Description

本発明は、鉱石、一部還元された鉱石および金属含有廃棄物の流れ等の、含金属供給材料から溶融金属を製造する直接製錬装置に関するものである。

主として反応媒体としての溶湯に依存し、一般にＨＩ製錬法（HIsmelt process）と称される公知の直接製錬法が、本出願人名義の国際出願 PCT/AU96/00197（WO 96/31627）（特許文献１）に記載されている。

溶融鉄を製造するという文脈で前記国際出願に記載されたＨＩ製錬法は、以下の作業を含む：
（ａ）溶融鉄とスラグから成る溶湯を容器内に作り、
（ｂ）その溶湯に以下の材料を注入し、
（ｉ）含金属供給材料（代表的には鉄酸化物）、および
（ｉｉ）鉄酸化物の還元剤およびエネルギー源として働く固体含炭素材料（代表的には石炭）、
（ｃ）金属層中で含金属供給材料を鉄に製錬する。

本明細書において、用語「製錬」とは、金属酸化物を還元する化学反応が生起して溶融金属を製造するという熱工程を意味する。

ＨＩ製錬法は、溶湯の上の空間で酸素含有ガスによって反応ガス（溶湯から放出されるＣＯやＨ_２等）を後燃焼させ、後燃焼で生じる熱を溶湯に伝達させて、含金属供給材料の製錬に必要な熱エネルギーに寄与することをも包含する。

また、ＨＩ製錬法は、溶湯の公称静止表面の上方に遷移帯域を形成することを包含し、該遷移帯域中には、溶融金属および／またはスラグから成る、好適量の、上昇し下降する液滴または飛沫または流れが存在し、これらが、溶湯上での反応ガスの後燃焼によって生じる熱エネルギーを溶湯に伝達するための有効な媒体になる。

ＨＩ製錬法では、製錬容器の側壁を貫通して下向き内方にかつ容器の下部領域内に延び、容器底部の金属層に少なくとも一部の固体材料を送出するように、鉛直軸線に対して傾斜する多数のランス／羽口を通じて含金属供給材料および含炭素固体材料が溶湯内に注入される。容器上部での反応ガスの後燃焼を促進させるために、酸素に富む熱空気の送風が下方に延びる熱空気注入ランスを通じて容器の下部領域に注入される。容器内の反応ガスの後燃焼で生じる排ガスが、排ガスダクトを通って容器上部から取り除かれる。容器はその側壁および屋根に耐火物でライニング処理された水冷パネルを備え、連続した回路のパネル中を水が連続的に循環される。

ＨＩ製錬法は、直接製錬により単一のコンパクトな容器で大量の溶融金属、例えば溶融鉄を製造することが可能である。しかし、これを達成するためには、容器へまた容器から大量の熱ガスを輸送し、大量の含金属供給材料、例えば鉄含有供給材料を容器に輸送し、処理中に生じる大量の溶融金属生成物およびスラグを容器から排出し、更に比較的限られた領域内で大量の水を水冷パネルの全てに通して循環する必要がある。これらの機能は、長期間にわたる製錬作業中に終始継続しなければならない。また、アクセスおよび取り扱いに便宜を与えて、製錬操業間に容器へのアクセス手段および機器の持ち上げを可能にする必要がある。

本出願人に譲渡されたバロウ名義の米国特許第６３９９０１６号明細書（特許文献２）に、各種機能に必要な設備を別の帯域に分離した直接製錬装置の非常に有効な配置が開示されている。この別の帯域は、各種機能間の干渉の可能性を最小限にして、製錬作業の安全性を最大限とするように、容器の周囲に位置する。

具体的に云えば、特許文献２には、固定された製錬容器、固体供給手段、酸素含有ガス注入手段、酸素含有ガス送出ダクト手段、排ガスダクト手段、金属出湯系、およびスラグ出湯系を含む直接製錬装置が開示されている。この装置は以下の配置によって特徴づけられる：
（ａ）容器の周囲で離隔した第一の３つの分離帯域にある酸素含有ガス送出ダクト手段および排ガスダクト手段、
（ｂ）第二の３つの帯域にある金属出湯系、および
（ｃ）第三の３つの帯域にあるスラグ出湯系。

特許文献２の開示は、引用によって本明細書の記載として援用する。
なお、特許文献２に関する前記説明について、同特許文献２の開示が常識の一部であると考えるべきではない。
PCT／AU96／00197（WO 96/31627） 米国特許第６３９９０１６号明細書

本発明は、さらに、大量の供給材料（固体およびガス）をコンパクトな容器に供給し、大量のプロセス生成物（金属、スラグおよび排ガス）を容器から取り出し、大量の水を容器の水冷パネルを通して循環させ、再ライニングおよび他の保守のために容器に接近することができ、そして、機器を持ち上げるために容器に接近することができるという要求される機能を満たす装置設計を提供する問題に対処する。

本発明は、容器周囲に複数の作業台を設け、作業台上の装置作業員が機器に接近できるように、これらの作業台に関係して各種の機能（例えば、金属出湯系、スラグ出湯系、ドアの出入り等）を実施する機器が配設される。

本発明によれば、含金属供給材料から溶融金属を製造するための以下の直接製錬装置が提供される。
含金属供給材料から溶融金属を製造するための直接製錬装置において、
（ａ）金属およびスラグから成る溶湯と該溶湯の上方のガス空間とを保持する固定された製錬容器と、
（ｂ）含金属供給材料および含炭素材料を前記容器に供給する固体供給手段と、
（ｃ）下向きに前記容器内に延び、前記容器内の前記ガス空間および／または前記溶湯に酸素含有ガスを注入するためのガス注入手段と、
（ｄ）酸素含有ガスを前記ガス注入手段に供給するために、前記容器から離れたガス供給位置から前記容器の上方の供給位置まで延びるガス送出ダクト手段と、
（ｅ）前記容器から前記容器外への排ガスの流れを促進するための排ガスダクト手段と、
（ｆ）製錬作業中に前記溶湯から前記容器の外部に溶融金属を出湯して、該溶融金属を前記容器から搬出する金属出湯手段と、
（ｇ）製錬作業の終了時に前記溶湯から前記容器の外部に溶融金属を出湯して、該溶融金属を前記容器から搬出するための終末金属出湯手段と、
（ｈ）製錬作業中に前記溶湯から前記容器の外部にスラグを出湯して、該スラグを前記容器から搬出するためのスラグ出湯手段と、
（ｉ）製錬作業の終了時に前記溶湯から前記容器の外部に溶融スラグを出湯して、該溶融スラグを前記容器から搬出するための終末スラグ出湯手段と、
（ｊ）前記容器の異なる高さで装置作業員を支持する少なくとも２つの作業台とを含み、
前記金属出湯手段および前記スラグ出湯手段が、一方の作業台（以下、「鋳造ハウス作業台」と称する）上の装置作業員が接近できるように配置され、また、前記終末金属出湯手段および前記終末スラグ出湯手段が、前記鋳造ハウス作業台よりも低い高さにある別の作業台（以下、「終末出湯作業台」と称する）上の装置作業員が接近できるように配置されている直接製錬装置。

好適には、前記容器が側壁を有し、前記固体供給手段が複数の固体注入ランスを含み、該固体注入ランスは、側壁の開口を貫通して下向き内方に延びるように配設されるとともに容器から取り外し可能である。
好適には、前記固体注入ランスが、鋳造ハウス作業台の上方にある少なくとも１つの別の作業台（以下、「ランス作業台」と称する）上の作業員が接近できるように配置される。
好適には、前記固体供給手段が、直径方向で対向する複数対のランスのうち、容器の周囲に配置された４つ以上の偶数本の固体注入ランスを含む。

好適には、前記固体供給手段が、各固体注入ランス対用主供給配管と、一端で該主供給配管に接続され、他端で各ランスに接続された一対の分岐配管とを含む。
好適には、それぞれ対をなす前記分岐配管が実質的に同一長さである。
好適には、少なくとも一対の前記固体注入ランスが、含金属供給材料を注入するために配設され、別の複数対の固体注入ランスのうちの少なくとも一対が、含炭素材料および選択的にフラックスを注入するために配設される。
好適には、複数対の前記固体注入ランスが容器の周囲に配設され、隣接するランスが異なる材料を注入するために配設されたランスである。

好適には、容器の側壁にある複数のランス開口が、容器の同じ高さにあり、容器の周囲に等間隔で離隔配置されている。
好適には、含金属供給材料の少なくとも一部を予熱して、該加熱された含金属供給材料を主供給配管または含金属供給材料注入ランス用の配管に供給するための、加熱された含金属供給材料を注入する装置を、固体供給手段が含む。
好適には、前記終末出湯作業台が地面よりも上位にある。

好適には、容器が、該容器の側壁にある少なくとも２つのドアを含み、もって、容器の内部の再ライニングまたはその他の保守作業を行うために、容器の内部に進入できるようになっている。
好適には、前記進入用ドアが、側壁に溶接された板を含む。この構成では、容器内部に入る必要がある時に、前記板を側壁から切り離すことができ、容器内部での作業を終えた後に、交換用板をその箇所に溶接することができる。
好適には、前記進入用ドアが、容器の周囲に少なくとも９０°の離間間隔で配置されている。この離隔配置によって、耐火壁の取り壊し装置がドアを通じて容器内に伸張し、容器が熱い間に、耐火物でライニング処理された側壁のかなりの部分の耐火物を取り壊すことができる。

好適には、前記進入用ドアが、容器の同じ高さにある。
好適には、前記進入用ドアが、終末出湯作業台上の装置作業員が進入できるような位置にある。
好適には、前記鋳造ハウス作業台が、前記進入用ドアの直近上位に延在し、もって、前記進入用ドアの直ぐ近くの保護された作業領域になっている。

好適には、頭上クレーンによる、前記終末出湯作業台に対する材料および／または設備の上げ下ろしを容易にするために、前記終末出湯作業台から鉛直方向に延びる少なくとも１つの頭上クレーン受け入れ領域を、直接製錬装置が有する。
好適には、前記鋳造ハウス作業台が、頭上クレーン受け入れ領域の境界の少なくとも一部を画成するように形成されている。

前記金属出湯手段およびスラグ出湯手段は同一単位装置（ユニット）であってよい。
また、前記金属出湯手段および前記スラグ出湯手段が、容器の異なる高さに位置する別個の金属出湯孔および別個のスラグ出湯孔を有する異なる単位装置であってもよい。
前記金属出湯手段およびスラグ出湯手段が異なる単位装置である場合、好適には、金属出湯手段が、容器から連続的に溶融金属を出湯するために容器から外方に突出する金属流前炉床を含む。
この構成では、前記金属出湯手段が、前記金属流前炉床から溶融金属を受ける金属出湯樋を含むのが好ましい。
さらにこの配置では、好適には、前記スラグ出湯手段が、溶湯から溶融スラグを受けるスラグ出湯樋を含む。

前記終末金属出湯手段と終末スラグ出湯手段は同一単位装置（ユニット）であってよい。
また、前記終末金属出湯手段および前記終末スラグ出湯手段が、前記容器の異なる高さに位置する別個の金属終末出湯孔および別個のスラグ終末出湯孔を有する異なる単位装置であってもよい。
前記金属出湯手段が前炉床である場合、好適には、前記終末金属出湯手段が、製錬作業終了時に前記溶湯および前記前炉床から溶融金属を出湯させるようになっている。
好適には、直接製錬装置が、容器から離れて配置された取鍋等の金属保持手段を含み、該金属保持手段に溶融金属を供給するために、金属保持手段の上位位置まで前記金属出湯樋が延在する。

好適には、（ａ）前記酸素含有ガス送出ダクト手段、排ガスダクト手段および前記進入用ドアが、容器の周囲に離隔して位置して容器から外方に延びる第一の３つの帯域に位置し、（ｂ）前記金属出湯手段が第二の３つの帯域に位置し、かつ、（ｃ）前記スラグ出湯手段が第三の３つの帯域に位置する。
好適には、前記容器が垂直中心軸線の周囲に配設され、前記帯域が前記容器の外部に前記中心軸線から放射状に外方に向かって広がっている。
好適には、前記容器が鉛直姿勢の円筒状容器であり、複数の前記固体注入ランスが容器の周囲に離隔して配設される。

好適には、前記容器の側壁が水冷パネルを含む。
好適には、前記容器が屋根を含み、該屋根が水冷パネルを含む。
好適には、直接製錬装置が、前記水冷パネルに水を供給するとともに、水冷パネルから加熱された水を取り出し、その後、加熱された水から熱を取り出して、その水を水冷パネルに戻す閉鎖冷却水回路を含む。

好適には、直接製錬装置が、スラグ出湯手段および終末スラグ出湯手段からスラグを受ける手段を更に含む。
好適には、前記スラグ受け手段が、少なくとも１つのスラグ収容ピットを含む。
好適には、直接製錬装置が、終末金属出湯手段から金属を受ける手段を含む。
好適には、終末金属を受ける手段が、終末金属出湯用の少なくとも１つの金属収容ピットを含む。
前記金属収容ピットは、熱金属と水の直接接触を防止するために覆いを施すとよい。
前記スラグ収容ピットおよび金属収容ピットは、地面水準以下にあるとよい。

好適には、直接製錬装置が、容器内への注入用の前記ガス送出ダクト手段に熱ガスを供給するためのガス加熱手段をガス供給位置に有する。
好適には、前記ガス送出ダクト手段が、前記ガス供給位置から送出位置まで延びる単一のガスダクトを含む。
好適には、前記酸素含有ガスが空気または酸素に富む空気である。

以下、添付図面を見ながら、本発明の詳細を説明する。
図面に示された直接製錬装置は、国際出願に係るPCT／AU96／00197（特許文献１）に記載されているＨＩ製錬法による操業に特に好適である直接製錬容器を含む。以下の説明は、ＨＩ製錬法により鉄鉱石粉を製錬して溶融鉄を製造するという文脈になっている。

先ず図１を見ると、冶金容器が全体として符号１１で示されている。容器１１は、耐火煉瓦で形成された基底１２および側部１３を含む炉床と、炉床の側部１３から上方に延びる概ね円筒形の樽状体を形成するとともに水冷パネル（図示せず）を支持する上樽部分および下樽部分を含む側壁１４と、水冷パネル（図示せず）を支持する屋根１７と、排ガス用出口１８と、溶融金属を連続的に排出するための前炉床１９と、製錬中に溶融スラグを排出するための出湯孔２１とを有する。

ＨＩ製錬法により鉄鉱石粉を製錬して溶融鉄を製造する容器の使用時に、容器１１は鉄とスラグから成る溶湯を収容し、前記溶湯は、溶融金属層２２およびその上の溶融スラグ層２３を含む。矢印２４は、金属層２２の公称静止表面の位置を示し、矢印２５は、スラグ層２３の公称静止表面の位置を示す。用語「静止表面」は、容器内への気体および固体の注入がない時の表面を意味する。

図２、図３に最もよく示されるとおり、容器は、地面８７上の容器の異なる高さ位置に、一連の作業台７９，８１，８３，８５を含む。作業台は、各種作業間の干渉を最小限にして、したがって作業上の安全性が最大になるように、機器の各種操作機能を分離する方法で、容器、および、コンパクトな容器周辺の後述のその他の装置機器の設置と操作を可能にする。作業台７９，８１，８３，８５の高さは、作業台上の作業員が装置設備に容易に近づけるように選択される。さらに、作業台７９，８１，８３，８５の「足場」は、下位作業台の選択された領域に頭上クレーンが近づくことができ、下位作業台の作業領域用の頭上保護がなされるように選択される。

追って更に詳述するように、作業台７９，８１は固体注入ランス作業台であり、作業台８３は鋳造ハウス作業台であり、作業台８５は終末出湯作業台である。

図５に最もよく示されているように、容器１１は、容器内部の再ライニングまたはその他の保守作業を行うために、容器１１内部に進入できるように炉床の側部１３に２つの進入用ドア３９を有する。進入用ドア３９は、側部１３に溶接された鋼板製である。容器内部に入る必要がある時は、側壁から鋼板が切り離され、容器内での作業が完了した後に、適当な箇所に代わりの鋼板が溶接される。進入用ドア３９は容器１１の同じ高さにある。進入用ドア３９は容器の外周に９０°以上離隔している。この離隔によって、機器の耐火壁の取り壊しが、容器が熱い間に、ドアを通じて容器に広がり、耐火物でライニング処理された側壁の実質的な一部の耐火物を取り壊すことが可能である。進入用ドア３９は十分に大きく、ボブキャット（bob-cat）１３９または同様の機器が容器の内部に出入りできる。

図１に最もよく示されているように、容器１１には、熱空気の送風を容器の上部領域に送るガス注入ランス２６が取り付けられている。ランス２６は、容器１１の屋根１７を貫通して容器の上部領域に下方に伸張する。使用時に、ランス２６には、熱ガス送出ダクト３１（図２および６）を経て酸素に富む熱空気の気流が送気される。ダクト３１は、還元容器１１から幾分離れた距離に位置する熱ガス供給ステーション（図示せず）から延びている。熱ガス供給ステーションは、一連の熱ガス加熱器（図示せず）および酸素装置（図示せず）を備え、酸素に富む熱空気流が、熱ガス加熱器を通過して、容器１１の上方位置でガス注入ランス２６の接続部に延びる熱ガス送出ダクト３１に導入されることを可能にする。これに代えて、加熱器で空気の気流を加熱した後、空気の気流に酸素を添加してもよい。

図面全体を見て、容器１１には、また、容器の側壁１４の開口（図示せず）を貫通して下向き内方に向かってスラグ層２３内に伸張し、鉄鉱石粉と、含炭素固体材料と、酸素欠乏キャリアガスに担持されたフラックスとを金属層２２内に注入する８つの固体注入ランス２７が取り付けられている。

容器の側壁１４のランス開口は、容器１１の同じ高さに位置し、容器の外周に等距離で離隔している。ランス２７は、それらの出口端２８がプロセス作業中に金属層２２の表面よりも上にあるように形成されてランス開口に配置されている。ランス２７のこの位置は、溶融金属との接触による損傷の危険性を減少させ、さらに、容器内の溶融金属との接触を招来する水による重大な危険性をなくし、強制的な内部水冷（冷却水の循環）によってランスの冷却を可能にする。

ランス２７は、４つのランスから成る２つの群になっており、一方の群のランス２７には熱鉱石注入系を経て供給される熱鉄鉱石粉が導入され、他方の群のランス２７には製錬作業中に含炭素材料／フラックス注入系を経て石炭およびフラックスが導入される。２群のランス２７は容器の周囲に交互に配設されている。

熱鉱石注入系は、鉄鉱石粉を加熱する予熱器（図示せず）と熱鉱石移送系を備えている。熱鉱石移送系は、熱鉱石粉を供給配管に輸送するとともに、熱鉱石粉を６８０℃程度の温度で容器内に注入する一連の供給配管とキャリアガスの供給とを含む。ランス２７の一般的な配置とランス２７の直ぐ上流の供給配管が図７に線図的に示されている。

図面全体を見ると、熱鉱石注入系には熱鉱石主供給配管７５（図２〜図５）と２本の分岐配管７６（図２〜図４）が含まれる。分岐配管７６は、直径方向に対向するランス２７に接続され、製錬作業中にこれらのランス２７に熱鉱石を供給するように配設されている。また、熱鉱石注入系には別の熱鉱石主供給配管３３（図２、図５）と２本の分岐配管３４（図２〜図５）が含まれる。分岐配管３４は、直径方向で対向する別の一対のランス２７に接続され、これらのランス２７に熱鉱石を供給するように配設されている。

図２〜図５に示されるとおり、主供給配管７５は、地面上または地面に密接して、容器から離れ終末出湯作業台８５の下の遠隔位置（図示せず）から図２、図３における位置７５ａまで伸張し、次にこの位置から終末出湯作業台８５および鋳造ハウス作業台８３を貫通するかまたは作業台８５，８３に隣接して、鋳造ハウス作業台８３上方の図２〜４中の位置７５ｂまで鉛直方向上向きに伸張している。分岐配管７６は、最初に位置７５ｂで主配管７５から反対方向に水平に伸張し、次いで配管位置７６ａ（図２、図３）で鉛直方向上向きに位置７６ｂ（図２〜図４）まで伸張し、更に短い直線部分７６ｃのランス２７入口まで内向き下方に伸張している。

また、図２、図３に示されているように、主供給配管３３は、地面上または地面に密接して容器から離れた遠隔位置（図示せず）から図５中の位置３３ａに延び、この位置で配管は分岐配管３４に分岐している。これらの分岐配管はＶ字形状に屈折している。分岐配管３４は、終末出湯作業台８５の下の地面上またはこれに密接して位置３４ａ（図２、図３）に伸張し、次いでこれらの位置から終末出湯作業台８５および鋳造ハウス作業台８３を貫通するかまたは作業台８５，８３に隣接して位置３４ｂ（図２）まで鉛直方向上向きに伸張し、更に短い直線部分３４ｃ（図２：一方のみを示す）のランス２７入口まで内向き下方に伸張している。

前記対をなす主配管および分岐配管の配置は、容器周囲の限られた空間で配管間の干渉を避けている。
前記含炭素材料／フラックス注入系は、それぞれ、直径方向に対向するランス２７対に接続する同様の主供給配管３９，９１および分岐供給配管４０，９２を含む。
ランス２７は容器１１に取り外し可能に取り付けられる。

容器１１の排ガス出口１８は、容器１１から処理ステーション（図示せず）に排ガスを排出する排ガスダクト３２（図２、図６、図７に示す）に接続されている。処理ステーションでは、排ガスが、容器１１に供給される材料を予熱する熱交換器で浄化され、熱交換器を通過する。ＨＩ製錬法は、好適には空気または酸素に富む空気を用いて作動させ、したがって、かなりの量の排ガスが発生し、比較的大きな直径の排ガスダクト３２が要求される。図２に最もよく示されているように、排ガスダクトは、容器１１の排ガス出口１８から延びる緩やかに傾斜した第一の部分３２ａと、第一の部分３２ａから伸張するとともに鉛直方向に伸張する第二の部分３２ｂとから成る。

熱ガス送出ダクト３１および排ガスダクト３２は、容器１１の上部から遠隔位置（図示せず）に伸張し、そのため容器の当該領域に占有空間がある。したがって、容器と、容器１１の側壁１４および屋根１７の水冷パネル用冷却水回路との保守に必要な装置機器、例えば頭上クレーンまたは他の可動操縦機器の位置決めに影響を与える。

先に述べたように、容器１１の側壁１４および屋根１７は水冷パネル（図示せず）を支持し、前記装置は冷却水回路を有する。冷却水回路は、水冷パネルに水を供給し、水冷パネルから加熱された水を取り出して、その後水を水冷パネルに戻す前に加熱された水から熱を抜き出す。

ＨＩ製錬法による製錬作業では、鉱石粉および好適なキャリアガスと石炭および好適なキャリアガスとが、ランス２７を介して溶湯に注入される。固体材料およびキャリアガスの運動量によって、固体材料が金属層１５に進入する。石炭は脱揮発化され、それによって金属層１５中にガスを生成する。炭素が金属中に一部溶解していて、一部が固体炭素として残留している。鉱石粉は金属に精錬され、製錬反応により一酸化炭素が発生する。金属層に送られるとともに脱揮発化反応および製錬反応により発生するガスによって、溶融金属、固体炭素およびスラグ（固体／ガス／注入の結果として金属層に引き寄せられる）を金属層１５から浮揚させる顕著な揚力が生じる。揚力は、溶融金属およびスラグの飛沫、液滴および流れの上昇運動を生じさせ、これらの飛沫、液滴および流れがスラグ層を通る際にスラグを取り込む。溶融金属、固体炭素およびスラグの浮揚は、スラグ層１６の実質的な撹拌をもたらし、その結果スラグ層の体積が膨張する。さらに、溶融金属、固体炭素およびスラグの浮揚力によって生じる、 溶融金属およびスラグの飛沫、液滴および流れの上昇運動は、溶湯上方の空間に広がり、遷移帯域を形成する。ランス２７を介する酸素含有ガスの注入は、容器の上部で一酸化炭素や水素等の反応ガスを後燃焼させる。容器内の反応ガスの後燃焼で生じる排ガスは、排ガスダクト３２を通って容器の上部から排出される。

製錬作業中に生成する熱金属は、前炉床１９とこれに接続された熱金属樋４１とを含む金属出湯系を介して容器１１から放出される。熱金属樋４１の出口端部は、熱金属取鍋ステーション（図示せず）の上方に位置決めされ、溶融金属をステーションに位置する取鍋に下方に供給する。

前記装置は、製錬作業の終了時に容器１１から容器の下部で溶融金属を出湯し、容器１１から溶融金属を排出する終末金属出湯系を備える。終末金属出湯系は、容器の金属終末出湯孔６３と、容器１１から出湯孔を経由して地面にある金属収容ピット９１に放出される溶融金属を移送する樋３８とを有する。理想的には、このピット９１は、ピット中の熱金属と水の直接接触を防止する部材で被覆されている（図示せず）。終末金属出湯系は、また、前炉床１９の金属出湯孔４３と、前炉床１９から出湯孔を経由して主熱金属樋３８に放出される溶融金属を移送する樋４０とを有する。また、終末出湯開口機構（drill）５９が設けられ、出湯孔６３，４３を開放して容器および前炉床から金属を放出する。

前記装置は、容器１１から周期的に容器の下部で溶融スラグを出湯し、製錬作業中に容器１１から溶融スラグを排出するスラグ出湯系を備える。スラグ出湯系は、容器１１のスラグ切欠き２１と、鋳造ハウス作業台８３の高さから下向きにスラグ切欠き２１を経由して、容器１１から地面８７にある別々のスラグ収容ピット９３，９５に放出される溶融スラグを移送する２つの分岐路８０，８２を有する樋４４とを有する。一方のピットが稼働中で溶融スラグを収容している間は、他方のピットは稼働することができず、スラグが取り出される前に冷却されるように、２つのピットが設けられている。スラグ切欠きのプラグおよび開口器６１が設けられ、スラグ切欠き２１を開閉して容器１１からスラグを放出する。

前記装置は、製錬作業の終了時に容器１１からスラグを排出するスラグ出湯系を備える。終末スラグ出湯系は、容器１１のスラグ出湯孔４６と、スラグ出湯孔４６を経由して容器１１から収容ピット９３に放出される溶融材料を移送する主樋７０および分岐樋７２とを有する。分岐樋９５がスラグ樋７０を熱金属樋３８に接続している。分岐樋９５は、出湯孔４６が始めに金属収容ピット９１に開放された時、容器から通常流れる溶融金属を移送するために用いられる。終末出湯に先行して分岐樋７２が閉鎖され、分岐樋９５を経由して金属収容ピット９１に溶融材料の流れだけが可能である。金属の流れの端部に向けて分岐樋９５が閉鎖され、分岐樋７２が閉鎖されずに、溶融材料の流れの進路がスラグピット９３に変更される。スラグ排出ドリル６８が、出湯孔４６を開放するために設けられ、容器からスラグを放出する。マッドガン６６が設けられ、開放された出湯孔４６を閉鎖する。

先に述べたように、容器は、その異なる高さに一連の作業台７９，８１，８３，８５を地面８７上方に含む。作業台は、容器および他の装置機器の設置および作動を可能にする。

最下位作業台、すなわち終末出湯作業台８５は、容器１１に関して選択された高さに位置決めされ、作業台上の作業員が、終末金属出湯系（金属終末出湯孔６３、樋３８、金属出湯孔４３、樋４０および終末出湯開口機構５９）、終末スラグ出湯系（スラグ出湯孔４６、樋７０、分岐樋９５、スラグ排出ドリル６８およびマッドガン６６）、および進入用ドア３９に容易に近づける。金属終末出湯開口機構、スラグ排出ドリル６８およびマッドガン６６等の機器は、作業台に直接取り付けられている。また、作業台は、機器および材料を持ち上げて、例えば容器１１の内部を容易に再ライニングできる本質的に障害物のない空間である２つの頭上クレーン接近領域５５を含む。

次に高い作業台、すなわち鋳造ハウス作業台８３は、容器１１に関して選択された高さに位置決めされ、作業台上の作業員が、金属出湯系（前炉床１９および熱金属樋４１）、およびスラグ出湯系（スラグ切欠き２１と、樋４４と、スラグ切欠きのプラグおよび開口器６１）に容易に近づける。作業台８３の足場は、作業台が終末出湯作業台８５の頭上接近領域５５の上方空間に延びないように選択的に形成されていて、これらの領域５５に接近可能に見通しのきく頭上クレーンが存在する。作業台８３の足場は、また、終末出湯作業台８５上の直ぐ近くに隣接する金属および終末スラグ出湯系と進入用ドア３９との作業領域の上方に作業台が延びるように選択的に形成されていて、これらの領域に作業員用の頭上保護部が設けられている。

次に高い作業台、すなわちランス作業台７９，８１は、容器１１に関して選択された高さに位置決めされ、作業台上の作業員がランス２７に容易に近づける。

作業台８１の足場が図３に示されている。作業台８１の足場は、作業台が終末出湯作業台８５の頭上接近領域５５の上方空間に延びないように選択的に形成されていて、これらの領域５５に接近可能に見通しのきく頭上クレーンが存在する。足場は、また、直ぐ近くに隣接する金属およびスラグ出湯系の作業領域の上方に作業台が延びるように選択的に形成されていて、これらの領域で作業する作業員用の頭上保護部が設けられている。

一連の作業台７９，８１，８３，８５に配置されている前述の装置機器に加えて、さらに、周辺および垂直に延びる一連の帯域内の作業台上に機器が配置されている。ここで、帯域はコンパクトな容器１１の周辺に全ての前記機器の設置および操作を更に可能にし、各種操作間の干渉を最小限にして、したがって操作上の安全性が最大となるように、機器の各種操作上の機能を分離している。

具体的には、設備レイアウトは、以下の３つの機能帯域に分割され、これらの帯域は、鉛直方向に延在し、容器１１の周囲で離隔して、容器の鉛直中心軸線から放射状に外方に向かって広がっている。
帯域１：一般的な出入りと修理
この帯域は、容器１１の周囲にほぼ１８０°に亘って延在し、以下を含む：
＊頭上の熱ガス送出ダクト３１および排ガスダクト３２の足場
＊容器１１の進入用ドア３９
帯域２：金属の出湯
この帯域は、以下を含む：
＊金属出湯系（前炉床１９および熱金属樋４１）
＊終末金属出湯系（金属終末出湯孔６３、樋３８、金属出湯孔４３、樋４０および終末出湯開口機構）
帯域３：スラグの出湯
この帯域は、以下を含む：
＊スラグ出湯系（スラグ切欠き２１と、樋４４と、スラグ切欠きのプラグおよび開口器６１）
＊終末スラグ出湯系（スラグ出湯孔４６、樋７０、分岐樋９５、スラグ排出ドリル６８およびマッドガン６６）

また、直接製錬装置は、機器および材料を終末出湯作業台に持ち上げ、終末出湯作業台から取り出すことを可能にする前記頭上クレーン接近領域５５の上方に帯域、すなわち空間を含む。頭上の接近は、容器内部の再ライニングまたは他の保守作業に必要な材料および機器の効率の良い持ち上げに特に重要である。

前記本発明の具体例は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく種々の変更が可能である。

本発明の一例である直接製錬装置の一部を形成する直接製錬容器の縦断面図。 一例に係わる直接製錬装置の主要部を形成する容器と容器周囲の作業台および作業台上の設備の配置とを示す側面図。 図２中の矢印「Ａ」で示される固体注入ランスおよび熱鉱石供給配管の拡大側面図。 一例に係わる直接製錬装置の主要部を形成する容器の下部と容器周囲の作業台および作業台上の設備の配置とを示す側面図であり、図２において容器を見た位置から９０°回転した位置から見たものである。 一例に係わる直接製錬装置の鋳造ハウス作業台のレイアウトを示す。 一例に係わる直接製錬装置の終末出湯作業台のレイアウトを示す。 コンピュータで作成した、一例に係わる直接製錬装置の平面図であり、鋳造ハウス作業台および同作業台上の設備と、鋳造ハウス作業台よりも上位の容器および設備（直接製錬装置を見やすくするために鋳造ハウス作業台よりも上位にある設備を省略している）の高さ位置で容器を経由する部分とを示す。 容器周囲の固体注入ランスの配置およびランスの供給配管の概略図。

Claims (29)

1. 含金属供給材料から溶融金属を製造するための直接製錬装置において、
   （ａ）金属およびスラグから成る溶湯と該溶湯の上方のガス空間とを保持する固定された製錬容器と、
   （ｂ）含金属供給材料および含炭素材料を前記容器に供給する固体供給手段と、
   （ｃ）下向きに前記容器内に延び、前記容器内の前記ガス空間および／または前記溶湯に酸素含有ガスを注入するためのガス注入手段と、
   （ｄ）酸素含有ガスを前記ガス注入手段に供給するために、前記容器から離れたガス供給位置から前記容器の上方の送出位置まで延びるガス送出ダクト手段と、
   （ｅ）前記容器から前記容器外への排ガスの流れを促進するための排ガスダクト手段と、
   （ｆ）製錬作業中に前記溶湯から前記容器の外部に溶融金属を出湯して、該溶融金属を前記容器から搬出する金属出湯手段と、
   （ｇ）製錬作業の終了時に前記溶湯から前記容器の外部に溶融金属を出湯して、該溶融金属を前記容器から搬出するための終末金属出湯手段と、
   （ｈ）製錬作業中に前記溶湯から前記容器の外部にスラグを出湯して、該スラグを前記容器から搬出するためのスラグ出湯手段と、
   （ｉ）製錬作業の終了時に前記溶湯から前記容器の外部に溶融スラグを出湯して、該溶融スラグを前記容器から搬出するための終末スラグ出湯手段と、
   （ｊ）前記容器の異なる高さで装置作業員を支持する少なくとも２つの作業台とを含み、
   前記金属出湯手段および前記スラグ出湯手段が、鋳造ハウス作業台上の装置作業員が接近できるように配置され、また、前記終末金属出湯手段および前記終末スラグ出湯手段が、前記鋳造ハウス作業台よりも低い高さにある終末出湯作業台上の装置作業員が接近できるように配置されている直接製錬装置。
2. 前記容器が側壁を有し、前記固体供給手段が複数の固体注入ランスを含み、該固体注入ランスは、前記側壁の開口を貫通して下向き内方に延びるように配設されるとともに前記容器から取り外し可能である請求項１に記載された直接製錬装置。
3. 前記固体注入ランスが、前記鋳造ハウス作業台の上方にあるランス作業台上の作業員が接近できるように配置されている請求項２に記載された直接製錬装置。
4. 前記固体供給手段が、直径方向で対向する複数対のランスのうち、前記容器の周囲に配置された４つ以上の偶数本の固体注入ランスを含む請求項２または請求項３に記載された直接製錬装置。
5. 前記固体供給手段が、各固体注入ランス対用主供給配管と、一端で該主供給配管に接続され、他端で各ランスに接続された一対の分岐配管とを含む請求項４に記載された直接製錬装置。
6. それぞれ対をなす前記分岐配管が、実質的に同一長さである請求項５に記載された直接製錬装置。
7. 少なくとも一対の前記固体注入ランスが、含金属供給材料を注入するために配設され、別の複数対の前記固体注入ランスのうちの少なくとも一対が、含炭素材料および選択的にフラックスを注入するために配設されている請求項４から請求項６までのいずれか一項に記載された直接製錬装置。
8. 複数対の前記固体注入ランスが前記容器の周囲に配設され、隣接するランスが異なる材料を注入するために配設されたランスである請求項４から請求項７までのいずれか一項に記載された直接製錬装置。
9. 前記容器の前記側壁にある複数のランス開口が、前記容器の同じ高さにあり、前記容器の周囲に等間隔で離隔配置されている請求項２から請求項８までのいずれか一項に記載された直接製錬装置。
10. 前記含金属供給材料の少なくとも一部を予熱して、該加熱された含金属供給材料を主供給配管または前記含金属供給材料注入ランス用の配管に供給するための、加熱された含金属供給材料を注入する装置を、前記固体供給手段が含む請求項７に記載された直接製錬装置。
11. 前記終末出湯作業台が、地面よりも上位にある請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載された直接製錬装置。
12. 前記容器が、該容器の側壁にある少なくとも２つのドアを含み、もって、前記容器の内部の再ライニングまたはその他の保守作業を行うために、前記容器の内部に進入できるようになっている請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載された直接製錬装置。
13. 進入のための前記ドアが、前記側壁に溶接された板を含む請求項１２に記載された直接製錬装置。
14. 前記進入用ドアが、前記容器の周囲に少なくとも９０°の離間間隔で配置されている請求項１２または請求項１３に記載された直接製錬装置。
15. 前記進入用ドアが、前記容器の同じ高さにある請求項１２から請求項１４までのいずれか一項に記載された直接製錬装置。
16. 前記進入用ドアが、前記終末出湯作業台上の装置作業員が進入できるような位置にある請求項１２から請求項１５までのいずれか一項に記載された直接製錬装置。
17. 前記鋳造ハウス作業台が、前記進入用ドアの直近上位に延在し、もって、前記進入用ドアの直ぐ近くの保護された作業領域になっている請求項１２から請求項１５までのいずれか一項に記載された直接製錬装置。
18. 頭上クレーンによる、前記終末出湯作業台に対する材料および／または設備の上げ下ろしを容易にするために、前記終末出湯作業台から鉛直方向に延びる少なくとも１つの頭上クレーン受け入れ領域を有する請求項１から請求項１７までのいずれか一項に記載された直接製錬装置。
19. 前記鋳造ハウス作業台が、前記頭上クレーン受け入れ領域の境界の少なくとも一部を画成するように形成されている請求項１８に記載された直接製錬装置。
20. 前記金属出湯手段および前記スラグ出湯手段が、前記容器の異なる高さに位置する別個の金属出湯孔および別個のスラグ出湯孔を有する異なる単位装置である請求項１から請求項１９までのいずれか一項に記載された直接製錬装置。
21. 前記金属出湯手段が、前記容器から連続的に溶融金属を出湯するために前記容器から外方に突出する金属流前炉床を含む請求項２０に記載された直接製錬装置。
22. 前記金属出湯手段が、前記金属流前炉床から溶融金属を受ける金属出湯樋を含む請求項２１に記載された直接製錬装置。
23. 前記スラグ出湯手段が、前記溶湯から溶融スラグを受けるスラグ出湯樋を含む請求項２０から請求項２３までのいずれか一項に記載された直接製錬装置。
24. 前記終末金属出湯手段および前記終末スラグ出湯手段が、前記容器の異なる高さに位置する別個の金属終末出湯孔および別個のスラグ終末出湯孔を有する異なる単位装置である請求項１から請求項２３までのいずれか一項に記載された直接製錬装置。
25. 前記終末金属出湯手段が、製錬作業終了時に前記溶湯および前記前炉床から溶融金属を出湯させるようになっている
    請求項２４に記載された直接製錬装置。
26. （ａ）前記酸素含有ガス送出ダクト手段、排ガスダクト手段および進入のための前記ドアが、前記容器の周囲に離隔して位置して前記容器から外方に延びる第一の３つの帯域に位置し、（ｂ）前記金属出湯手段が第二の３つの帯域に位置し、かつ、（ｃ）前記スラグ出湯手段が第三の３つの帯域に位置している請求項１２から請求項１７までのいずれか一項に記載された直接製錬装置。
27. 前記容器が垂直中心軸線の周囲に配設され、前記帯域が前記容器の外部に前記中心軸線から放射状に外方に向かって広がっている請求項２６に記載された直接製錬装置。
28. 前記容器の前記側壁が水冷パネルを含む請求項１から請求項２７までのいずれか一項に記載された直接製錬装置。
29. 前記水冷パネルに水を供給するとともに、前記水冷パネルから加熱された水を取り出し、その後、加熱された水から熱を取り出して、その水を前記水冷パネルに戻す閉鎖冷却水回路を含む請求項２８に記載された直接製錬装置。

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