JP2008255494A - 金属酸化物から金属を製造する直接製錬法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のヒスメルト法を改善した直接製錬法の提供。
【解決手段】ランス／羽口が浴内深く挿入され、未酸化反応ガスの後燃焼用酸素を供給し、加えて溶融金属の飛沫・小滴・流れを移行領域内へ吹上げさせ、それらがまた浴内へ落下するようにすることで、後燃焼区域から溶融浴への効果的な熱伝達が行われる。浴内の溶存炭素量は、≧３％、好ましくは＞４％に維持される。スラグ内のＦｅＯ量は＜８％、好ましくは＜６％または＜５％に維持される。装入物の一部として注入される固体炭素質材料量は、オフガスが、少なくとも幾らかの炭素、好ましくはオフガス内のダスト重量の５〜９０％の炭素を含有するように選定される。この重量％は、１０〜５０ｇ／Ｎｍ³に相当する。１次後燃焼は、＞４０％、好ましくは＞５０％または＞６０％に設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融浴を収容した冶金用の容器内で、例えば鉱石、一部が還元された鉱石、金属を含有する廃棄流等の冶金材料から、特に鉄だけではなく、溶融金属（この用語には合金も含まれる）を製造する方法に関するものである。

本発明は、特に、溶融金属浴を基礎にした、冶金材料から溶融金属を製造する直接製錬法に関するものである。

溶融金属製造のための、極めて広く利用されている方法は、高炉の使用を基本にしている。固体材料は炉頂から装入され、溶銑は炉床から出湯される。固体材料には、鉄鉱石（焼結物、塊鉱、ペレット）、コークス、フラックスが含まれ、下方へ移動する通過性の装入物となる。酸素を富化させた予熱空気が、炉底へ注入され、透過性の基床を通過して上昇し、一酸化炭素を発生させ、コークスの燃焼によって熱せられる。これらの反応の結果、溶銑とスラグが生成される。

製造された鉄の融点未満での鉄鉱石の還元により鉄を製造する方法は、一般に「直接還元法」に分類され、製品はＤＲＩと呼ばれる。

ＦＩＯＲ（流動鉄鉱石還元）法は、直接還元法の一例である。この方法では、一連の流動床反応器の各反応器から重力供給される鉄鉱石の微粉が還元される。これらの微粉は、圧縮還元ガスによって還元される。この圧縮還元ガスは、一連の反応器の一番下の反応器の底部から注入され、微粉の下降運動に対して逆方向に流れる。

別の直接還元法には、シャフト炉即ち堅型炉、固定シャフト炉（ｓｔａｔｉｃ ｓｈａｆｔ ｆｕｒｎａｃｅ）、回転炉床、ロータリーキルン、レトルトをそれぞれ基本とした方法が含まれる。

コレックス（ＣＯＲＥＸ）法は、コークスを要する高炉なしで、石炭から直接に溶銑を製造する。この方法は２段階の作業を含んでいる：
（ａ）ＤＲＩは、鉄鉱石（塊鉱またはペレット）と、石炭と、フラックスとの透過性床からシャフト炉内で製造され、
（ｂ）次いで、ＤＲＩは、冷却されずに、接続された溶融炉（ｍｅｌｔｅｒ）ガス化装置内へ装入される。

溶融炉ガス化装置の流動床内での石炭の部分燃焼によって、シャフト炉用の還元ガスが生成される。
溶銑を製造する別の公知の方法群は、サイクロンコンバータに基づくものである。サイクロンコンバータでは、鉄鉱石が、上部の溶融サイクロン内で酸素と還元ガスとの燃焼によって溶融され、溶銑浴の入った下部製錬装置内で製錬される。下部製錬装置は、上部溶融サイクロン用の還元ガスを発生させる。

鉱石から直接に溶融金属を製造する方法は、一般に「直接製錬法」と呼ばれている。
直接製錬法の公知の一群では、製錬反応用の主要エネルギー源として電気炉を使用するのが基本である。

別の公知の直接製錬法は、ロメルト（Ｒｏｍｅｌｔ）法と呼ばれるもので、多量の、激しく撹拌されるスラグ浴を、炉頂より装入される金属酸化物を金属に製錬するための媒体として、またガス状反応生成物の後燃焼と、金属酸化物の製錬継続に要する熱伝達とのための媒体として使用することを基本とする。ロメルト法には、酸素を富化した空気または酸素を下部羽口列を介してスラグ内へ注入し、かつ酸素を上部羽口列を介してスラグ内へ注入する作業を含み、これにより後燃焼が促進される。ロメルト法では、金属層は重要な反応媒体とはならない。

別の公知の直接製錬法群は、スラグ処理を基本とするもので、一般に「ディープ・スラグ法」と呼ばれるものである。例えばＤＩＯＳやＡＩＳＩ等のこれらの方法は、深くにまで達するスラグ層を形成することを基本とし、スラグ層が３帯域を有している。すなわち、注入した酸素により反応ガスを後燃焼させるための上部帯域と、金属酸化物を金属に製錬するための下部帯域と、上下帯域を分離する中間帯域とである。ロメルト法の場合同様、スラグ層の下の金属層は、重要な反応媒体とはならない。

別の公知の直接製錬法は、溶融金属層を反応媒体とすることを基本とし、一般にヒスメルト（ＨＩｓｍｅｌｔ）法と呼ばれ、本出願人の名による国際出願ＰＣＴ／ＡＵ９６／００１９７（ＷＯ ９６／３１６２７）（特許文献１）に記述されているものである。
ヒスメルト法は、前記国際出願に記述されているように、次の段階を含んでいる：
（ａ）容器内に溶銑・スラグ浴を生じさせる段階、
（ｂ）浴内へ次のものを注入する段階：
（ｉ）金属含有供給材料、通常は金属酸化物、
（ｉｉ）固体炭素質材料、通常は石炭で、金属酸化物の還元剤およびエネルギー源として働くもの、
（ｃ）金属含有供給材料を金属層内で金属に製錬する段階。

ヒスメルト法は、また浴上方の空間内の、浴から発生したＣＯおよびＨ₂等の反応ガスを酸素含有ガスにより後燃焼させ、この後燃焼により発生した熱を、金属含有供給材料の製錬に要する熱エネルギーに役立てるため、浴に伝達する段階を含んでいる。

ヒスメルト法は、また浴の公称静止表面上方に移行帯域を発生させる段階を含み、この移行帯域では、溶融金属および／またはスラグの小滴、飛沫、流れのいずれかが、昇降運動し、浴上方での反応ガスの後燃焼により発生する熱エネルギーを浴に伝達する効果的な媒体となる。

国際出願に記述されているヒスメルト法は、キャリアガスと、金属含有供給材料および／または固体炭素質材料および／または他の固体材料とを、キャリアガスと固体材料とが浴に貫入することで溶融金属および／またはスラグを浴表面上方の空間内へ吹上げさせるように、浴と接触する炉壁の一部を通して、かつ／または浴の上方から、浴内へ注入することで移行帯域を生じさせることを特徴としている。

前記国際出願に記述されたヒスメルト法は、ガスおよび／または炭素質材料を底部から注入して移行帯域を形成し、小滴と飛沫と流れとを生じさせ、溶融金属およびスラグを浴から吹上げさせる従来のヒスメルト法の改良である。
国際公開第９６／３１６２７号パンフレット

本発明の目的は、金属酸化物（部分還元金属酸化物を含む）から金属を製造する改良直接製錬法を得ることである。

本発明による、金属酸化物（部分還元金属酸化物を含む）から金属を製造する改良直接製錬法は、次の段階を含んでいる：
（ａ）冶金用の容器内に金属層と金属層上のスラグ層とを有する溶融浴を生成する段階と、
（ｂ）１つ以上のランスを介して金属層内へ金属含有材料を注入し、かつ金属含有材料を製錬して、少なくとも主に金属層内で金属にする段階と、
（ｃ）金属内の溶存炭素量が炭素と金属との総質量の少なくとも３質量％を占めるのに十分な量の固体炭素質材料を、１つ以上のランスを介して金属層内へ注入する段階と、
（ｄ）金属層に向かって下方へ延在する１つ以上のランスを介して、酸素を含有しないキャリアガスとともに固体炭素質材料および金属含有材料を注入することにより、溶融浴の金属層から上方へ移動する溶融金属および溶融スラグの飛沫、小滴および流れを生じさせる段階であって、
（ｉ）前記飛沫、小滴および流れの移動により、溶融浴のスラグ層内の金属の激しい混合が促進され、その結果、スラグ層が著しい還元状態に維持されることで、スラグ層内のスラグ総質量の８質量（重量）％未満のＦｅＯ量となり、かつまた前記上昇運動が、
（ｉｉ）前記飛沫、小滴および流れが、溶融浴の静止表面の上方の空間へ広がることにより、移行帯域（移行領域）が形成される段階と、
（ｅ）酸素含有ガスを冶金容器内へ１つ以上のランス／羽口を介して注入して、溶融浴から発生する反応ガスを後燃焼させる段階とであり、これによって、前記移行領域での溶融金属および溶融スラグの飛沫、小滴および流れの、上昇してから下降する運動により溶融浴への熱伝達が容易になり、かつ前記移行領域によって、前記移行領域に接触している側壁を介しての容器からの熱損失が減少される。

通常、金属層から生じる飛沫・小滴・流れの形での溶融材料内では、溶融金属が主で、スラグはその残りの部分である。通常、溶融材料の飛沫・小滴・流れは、下方へ移動する際に、更に溶融材料（スラグを含む）を同伴する。加えて、溶融材料の飛沫・小滴・流れは次第に勢いを失い、金属層へ向かって落下する。金属の密度はスラグのそれより高いため、溶融材料の飛沫・小滴・流れ内の金属の相対量は、金属層から、移行帯域が、含むにしても僅かな量の金属を含む箇所までの間隔が増すにつれて減少する。

金属層からの溶融材料の飛沫・小滴・流れの上昇運動によって、確実に、スラグ層内の金属が効果的に混合される。また金属層内への固体炭素質材料の注入によって、確実に、スラグ層内に混入されている金属内の溶存炭素量が増す。スラグ層の金属内の溶存炭素と、スラグ層内の金属の効果的な混合との結果として、スラグ層は、スラグ内に低量のＦｅＯ（すなわち８重量％）を有するようになるのが好ましい。

「製錬」という用語は、ここでは、液状金属を製造するために、金属酸化物を還元する化学反応が行われる熱的な処理を意味している。
「金属層」という用語は、ここでは、主に金属である浴帯域を意味している。特に、この用語は、金属の連続的な体積内の分散溶融スラグを含む帯域または区域を指すものである。

「スラグ層」という用語は、主としてスラグから成る浴帯域を意味している。特に、この用語は、スラグの連続的な体積内の分散溶融金属を含む帯域または区域を指す。
溶融浴との関連で言われる「静止表面」とは、ガス／固体が注入されず、したがって浴が撹拌されていない処理状態のもとでの溶融浴の表面を意味している。

溶融浴の公称静止表面上方の空間は、以下では「頂部空間」と呼ぶ。
金属中の溶存炭素量は４重量％を超える値とするのが好ましい。
スラグ層内のＦｅＯ濃度は６重量％未満が好ましいが、５重量％未満とするのがより好ましい。

本発明の方法には、更に金属層内へ注入される固体炭素質材料量が、金属含有供給材料の製錬と反応速度維持とに要する量より多くなるように選択することが含まれ、そうすることにより、容器から出るオフガス（ｏｆｆ−ｇａｓ）に同伴するダストが少なくとも幾らかの過剰炭素を含有することになる。

容器から出るオフガス内のダストの固体炭素濃度が、好ましくは、オフガス内のダスト重量の５〜９０重量％（より好ましくは２０〜５０重量％）の範囲であり、この範囲は、オフガス内の１０〜５０ｇ／Ｎｍ³のダスト発生量に相応する。
好ましくは、本方法の段階（ｅ）は、高レベルの１次後燃焼により行う。

「１次後燃焼」という用語は次式を意味する：

この式において、［ＣＯ₂］＝オフガス内のＣＯ₂の体積百分率、
［Ｈ₂Ｏ］＝オフガス内のＨ₂Ｏの体積百分率、
［ＣＯ］＝オフガス内のＣＯの体積百分率、
［Ｈ₂］＝オフガス内のＨ₂の体積百分率である。

更に詳しく言えば、「１次後燃焼」という用語は、他の目的のための補充炭素質材料の添加なしで、製錬操業の結果として生じる後燃焼を意味している。
幾つかの例では、固体またはガスの炭素質材料（例えば石炭または天然ガス）の補充源が、容器から出るオフガス内へ注入され、それにより化学エネルギー形態の熱エネルギーが得られる。
炭素質材料のそのような補充注入の例は、天然ガスの注入である。天然ガスは、オフガスを分解し、改質し、冷却する一方、その燃料価値を高める。

補充炭素質材料は、容器の上部区域に添加されるか、またはオフガスが容器を出た後にオフガス導管内で添加できる。
補充炭素質材料は、容器内での主製錬処理とは事実上無関係に下方での１次後燃焼に使用することができる。

本発明による方法では、１次後燃焼により４０％を超える操業が行われる。
好ましくは、１次後燃焼より５０％を超える操業を行うことである。
更に好ましいのは、１次後燃焼により６０％を超える作業を行うことである。

既述の段階（ｄ）の（ｉｉ）で形成される移行帯域は、３つの理由から重要である。
第１に、溶融材料の飛沫・小滴・流れが上昇した後に下降する運動は、公称静止表面上方の頂部空間内の反応ガスの後燃焼で発生する熱を溶融材料に伝達する効果的な手段となること。
第２に、移行帯域内の溶融材料、特にスラグは、容器側壁を介しての輻射による熱損失を最少化する効果的な手段となること。
第３に、移行帯域内の炭素を含むダストは、容器側壁を介しての輻射による熱損失を低減すること。

本発明の方法と先行技術による方法との基本的な相違は次の点にある。すなわち、本発明の方法では、主製帯域が金属層であり、主ガス酸化（すなわち熱発生）帯域が、金属層から分離されている点、より詳しく言えば、移行帯域にあり、これらの帯域が、空間的に明瞭に分離され、２つの帯域間で溶融材料が物理的に運動することによって熱伝達が行われる点である。

溶融材料、特にスラグの飛沫、小滴および流れの、移行領域（移行帯域）を形成する上昇運動は、キャリアガス内の金属含有供給材料および／または固体炭素質材料を、下向きに延在する１つ以上のランスを介して金属層へ向けて注入することで発生させる。
より好ましいのは、既述のように、１つ以上のランスを容器側壁を斜め下向きに内部へ貫通させることである。

固体材料を金属層へ向けて注入し、その後で金属層内へ注入することで、次の結果が生じる。
（ａ）固体材料／キャリアガスの勢いにより、固体材料およびガスが金属層に貫入する、
（ｂ）炭素質材料、通常は石炭が、液化され、それにより金属層内にガスが発生する、
（ｃ）炭素は、大部分は固溶し、一部が固体のまま残る、
（ｄ）金属含有材料が、前項（ｃ）に記載のように、注入した炭素質材料から得られる炭素により製錬され金属にされ、且つ製錬反応は一酸化炭素ガスを発生させる、
（ｅ）金属層内へ装入されたガスと、液化および製錬により発生したガスとが、溶融材料、すなわち溶融金属（溶存炭素を含む）とスラグ（固体／ガス注入の結果として、金属層の上方から金属層内へ引入れられる）とに浮揚圧力を生じさせ、かつ金属層中の固体炭素が溶融金属の飛沫・小滴・流れの上昇運動を惹起し、これらの飛沫・小滴・流れが、スラグ層を通って移動するさい、更にスラグを同伴する。

溶融金属の飛沫・小滴・流れの上昇運動を発生させる別の選択手段は、これが唯一の別の選択手段という訳ではないが、金属含有供給材料と炭素質材料とを１つ以上の羽口を介して、容器底部内へ、または金属層と接触している容器側壁内へ注入することである。
金属含有供給材料と炭素質材料との注入は、同一の、または別のランス／羽口を介して行うことができる。

キャリアガスと、炭素質材料および／または金属含有供給材料および／または固体材料とを浴へ注入するには、噴水形式で浴上方の空間内へ溶融材料の飛沫・小滴・流れを吹上げさせれば十分であるようにするのが好ましい。

冶金用の容器は、次のものを含むのが好ましい。すなわち、
（ａ）容器内へ酸素含有ガスを注入するための前記ランス／羽口、および例えば金属含有材料、炭素質材料、フラックス等の固体材料を注入するためのランス／羽口、
（ｂ）溶融金属およびスラグを排出する出湯口、
（ｃ）１つ以上のオフガス出口。

金属含有供給材料は、適当であればどのような形態でもよい。例えば、鉱石、部分還元鉱石、ＤＲＩ（直接還元鉄）、鉄炭化物、黒皮、高炉ダスト、焼結微粉、ＢＯＦダスト、これらの材料の混合物のいずれかでよい。
部分還元鉱石の場合、前還元の度合が、比較的低レベル（例えばＦｅＯ）から比較的高レベル（金属化率は例えば７０〜９５％）までの範囲である。
このことと関連して、本方法は、更に金属含有鉱石を部分還元した後、この部分還元鉱石を金属層内へ注入することを含んでいる。

金属含有供給材料は、予熱することができる。
キャリアガスは、適当なガスであればどのようなガスでもよい。
キャリアガスは、酸素を含有しないガスが好ましい。
キャリアガスは、窒素を含有するガスが好ましい。
酸素含有ガスは、酸素、空気、酸素を最高４０体積％含有する酸素富化空気のいずれかでよい。
酸素含有ガスは、空気であるのが好ましい。
特に、空気は予熱されるのが好ましい。

以下で本発明の実施例を添付図面につき説明する。図面は、本発明の方法の一好適実施例を略示する冶金容器の縦断面図である。

以下の説明は、溶銑を製造するための鉄鉱石の製錬に関連して行われるが、本発明は、該用途に限定されるものではなく、適当な、どのような金属鉱石および／または精鉱 −部分還元金属鉱石および廃棄物を含む− にも適用可能である。
図示の容器は、底部３と、概して円筒形のバレル（ｂａｒｒｅｌ）を形成する側壁５と、ルーフ（ｒｏｏｆ）７と、オフガス（ｏｆｆ−ｇａｓ）用上部出口９と、金属とスラグとを排出する出湯口（図示せず）とを有している。

底部３と側壁５の下部８とは、耐火材料で形成されている。
ルーフ７と側壁５の上部１０とは、水冷パネルで形成されている。これらのパネルは、本出願人のオーストラリア仮特許出願ＰＰ４４２６に詳しく記述されており、該出願の開示内容は、相互参照により本明細書に取り入れられている。

使用中、容器は、鉄とスラグの溶融浴を含み、該溶融浴には、溶融金属層１５と金属層１５の上の溶融スラグ層１６とが含まれている。符号１７の矢印は、金属層１５の公称静止表面の位置を示し、符号１９の矢印は、スラグ層１６の公称静止表面の位置を示している。「静止表面」という用語は、容器内へガスおよび固体が注入されない状態の場合の表面を意味している。

容器は、また側壁５を内部へ貫通して下方へスラグ層１６内へ延びる２つの固体注入ランス／羽口１１を有している。ランス／羽口１１の位置は、下端が金属層１５の静止表面１７上方に達するように選択されている。

使用中、キャリアガス（通常はＮ₂）に同伴される鉄鉱石、固体炭素質材料（通常は石炭）、フラックス（通常は石灰およびマグネシア）は、ランス／羽口１１を介して金属層１５内へ注入される。固体材料／キャリアガスの勢いによって、固体材料とガスが金属層１５内へ貫入する。石炭は、液化され、それにより金属層１５内でガスを発生する。炭素は、一部が金属中へ溶解され、一部が固体炭素として残存する。鉄鉱石は、製錬され金属となり、製錬反応によって一酸化炭素ガスが発生する。金属層１５内へ送入され、かつ液化と製錬とにより発生したガスは、金属層１５から溶融金属、固体炭素、溶融スラグ（固体／ガス注入の結果として金属層１５の上方から金属層内へ引込まれた）を浮揚させるかなりの浮揚圧力を生じさせ、これによって、溶融材料と固体炭素との飛沫・小滴・流れの上昇運動が発生し、これらの飛沫・小滴・流れは、スラグ層１６を通過する際、スラグを同伴する。

溶融材料と固体炭素との浮揚圧力により、金属層１５とスラグ層１６内に著しい撹拌運動が生じ、その結果、スラグ層１６は体積が増大し、矢印３０で示す表面となる。この撹拌は、金属層１５とスラグ層１６とが、それぞれ実質的に均質になる程度まで行われ、それにより、各層にわたって相応に一様な温度になり−通常は１４５０〜１５５０゜Ｃ−、かつ各層にわたって相応に一様な配合状態となる。

加えて、溶融金属、固体炭素、スラグの浮揚圧力によって生じる溶融材料の飛沫・小滴・流れの上昇運動が、容器内の溶融材料上方の頂部空間内へ延び、移行帯域２３を形成する。
概括的に言って、スラグ層１６は、液状の連続的な体積であって、気泡および金属（通常は小滴）を含んでおり、移行帯域２３は、ガスの連続的な体積であって、溶融金属の飛沫・小滴・流れ（この段階では少なくとも主にスラグ）を含んでいる。

前述の浮揚圧力により生ぜしめられる、金属層１５およびスラグ層１６の著しい撹拌により、スラグ層１６内で金属が効果的に混合される。固体炭素質材料を意図的に金属層１５内へ注入することによって、スラグ層内に混合されている金属内の溶存炭素量が増加する。スラグ層の金属内の溶存炭素と、スラグ層の金属の効果的な混合との結果として、スラグ層には、少量（通常は８重量％未満）のＦｅＯが含有されるようになるのが望ましい。

ランス１３を介して酸素含有ガスを注入することによって、移行帯域２３内と、ランス１３の端部周辺の自由空間２５内との反応ガスＣＯおよびＨ₂が後燃焼され、かつ２０００゜Ｃ程度以上の高温が、ガス空間内に発生する。この熱は、溶融金属の、ガス注入区域内で昇降する飛沫・小滴・流れに伝達され、次いで、この熱の一部は、金属／スラグが金属層に戻るさいに、金属層１５に伝達される。

自由空間２５は、高レベルの、すなわち４０％を超えるレベルの後燃焼を達成するために重要である。なぜなら、自由空間２５が存在することによって、移行区域２３上方の空間内のガスがランス１３の端区域へ同伴され、それによって、利用可能な反応ガスの後燃焼度が増すからである。
ランス１３の位置と、ランス１３を通るガス流量と、溶融材料の飛沫・小滴・流れの上昇運動との組合わせ効果によって、ランス１３の下方区域−おおよそ符号２７で示す−に移行帯域２３を形成することができる。形成されたこの区域は、側壁５への輻射による熱伝達に対する部分的な障壁となる。

更に、溶融材料の、昇降する小滴・飛沫・流れは、移行帯域２３から溶融浴への効果的熱伝達手段であり、その結果、側壁５の区域の移行帯域２３の温度は１４５０゜Ｃ〜１５５０゜Ｃ程度である。
本発明の方法の好適実施例では、浴に添加される固体炭素質材料量を、浴に装入される鉄鉱石の製錬に要する量より多く選択することが含まれ、それによって、煤形態またはチャー形態の固体炭素が、浴と移行帯域２３とを通して運ばれる。その結果、炭素が、容器からのオフガス内のダストに多量に含まれることになる。炭素は、また容器から排出されるスラグ内に少量含まれている。

金属層１５内へ注入される固体炭素質材料は、次のことが十分に維持される量でなければならない：すなわち、
（ａ）浴の金属内の炭素が少なくとも３重量％の濃度を有すること、
（ｂ）スラグ層１６および移行帯域２３内のスラグのＦｅＯ含有量が８重量％未満であること、
（ｃ）容器から出るオフガスに同伴するダスト内の炭素が少なくとも５％であること。

過剰炭素を用いる本発明の方法を実施することの利点は、２つある。
第１は、既述のように、浴内の金属に高レベルの溶存炭素が含有され、スラグ層１６内で金属が効果的に混合されることで、スラグ層が、金属とスラグとの混合によって十分な還元状態に確実に維持されることである。こうして得られた低ＦｅＯ含有量のスラグによって、高ＦｅＯ含有量のスラグと高炭素含有量の金属との、制御されない高速反応の可能性があることに関連する操業上の問題点が回避される。

第２に、浴が、溶存炭素と金属の炭素含有量とに関し飽和に近い状態で維持されることで、明確な制御は不要となる。金属からの炭素損失は、プラント操業の観点からすれば重大な問題である。なぜなら、金属の液相線（鉄−炭素系の）が、共晶のいずれかの側で著しく変化するからである。浴内に過剰炭素が存在することは、その系が、ある程度まで自己修正することを意味し、それによって、プロセスに障害が生じた場合に作業員が利用できる修正行動に、より多くの時間的余裕が与えられる。

容器内で達せられる後燃焼の度合は、オフガス内のダストとして容器から排出される過剰炭素量によって効果的に制御される。その結果、容器から排出される未使用の炭素は、容器へリサイクルすることができる。
本出願人は、以上に説明した、図示の容器を有する大規模なパイロットプラントを、既述の処理条件で操業した。

パイロットプラントの操業では、広範囲の異なる
（ａ）供給材料、
（ｂ）固体およびガスの注入率、
（ｃ）スラグ：金属比、
（ｄ）操業温度、
（ｅ）装置のセットアップ
のもとで、容器を評価し、方法を検査した。

次の表１は、パイロットプラントでの操業の一部のための安定的な操業状態の間の関連データを示したものである。

鉄鉱石は、ハマーズリー（Ｈａｍｅｒｓｌｅｙ）産の標準微細直接積出し（ｄｉｒｅｃｔ ｓｈｉｐｐｉｎｇ）鉱石で、無水ベースで６４．６％の鉄、４．２１％のＳｉＯ₂、２．７８％のＡｌ₂Ｏ₃を含有するものだった。
無煙炭は、還元剤としても、燃焼用並びにプロセスへのエネルギー供給用の炭素源および水素源としても、使用した。石炭は、発熱量が３０．７ＭＪ／ｋｇ、灰分１０％、揮発分９．５％であった。このほかの特性には、炭素総量が７９．８２％、Ｈ₂Ｏが１．８％、Ｎ₂が１．５９％、Ｏ₂が３．０９％、Ｈ₂が３．０９％であることが含まれている。
石灰とマグネシアの組合わせを使用することで、スラグの塩基度が１．３（ＣａＯ／ＳｉＯ₂比）に維持されるように処理した。マグネシアは、これによりスラグ内に適量に維持され、スラグの腐食性を低減し耐火性を高めることに寄与した。

安定的な操業条件下で、比較的低い８ＭＷの熱損失が記録された。生産性は、溶銑６．１ｔ／ｈだった。固体注入率は、鉱石微粉９．７ｔ／ｈ、石炭６．１ｔ／ｈ、フラックス１．４ｔ／ｈだった。溶銑ｔ当たり石炭１０００ｋｇの率が達成された。これらの条件下での操業の結果、ダスト炭素量２５重量％、スラグ内のＦｅＯ量４重量％、浴中の炭素量４重量％だった。
本発明の方法の好適実施例に対しては、本発明の精神および範囲を逸脱することなしに、多くの変更態様が可能である。

本発明の方法の好適実施例を略示する冶金用の容器の垂直断面図である。

Claims (1)

1. 金属酸化物から金属を製造する直接製錬法において、前記方法が、
   （ａ）冶金用の容器内で金属層と金属層上のスラグ層とを有する溶融浴を生成する段階と、
   （ｂ）１つ以上のランスを介して金属層内へ金属含有材料を注入し、かつ金属含有材料を製錬して、少なくとも主に金属層内で金属にする段階と、
   （ｃ）金属内の溶存炭素量が炭素と金属との総質量の少なくとも３質量％を占めるのに十分な量の固体炭素質材料を、１つ以上のランスを介して金属層内へ注入する段階と、
   （ｄ）金属層に向かって下方へ延在する１つ以上のランスを介して、酸素を含有しないキャリアガスとともに固体炭素質材料および金属含有材料を注入することにより、溶融浴の金属層から上方へ移動する溶融金属および溶融スラグの飛沫、小滴および流れを生じさせる段階であって、
   （ｉ）前記飛沫、小滴および流れの移動により、溶融浴のスラグ層内の金属の十分な混合が促進され、その結果、スラグ層が著しい還元状態に維持されることで、ＦｅＯ量が、スラグ層内のスラグ総質量の８質量％未満となり、
   （ｉｉ）前記飛沫、小滴および流れが、溶融浴の静止表面の上方の空間へ広がることにより、移行領域が形成される段階と、
   （ｅ）酸素含有ガスを容器内へ１つ以上のランスを介して注入して、溶融浴から発生する反応ガスを後燃焼させる段階を含み、
   これにより前記移行領域での溶融金属および溶融スラグの飛沫、小滴および流れの、上昇してから下降する運動により溶融浴への熱伝達が容易になり、かつ前記移行領域によって、前記移行領域に接触している側壁を介しての容器からの熱損失が減少される、金属酸化物から金属を製造する直接製錬法。

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