JP2012529569A - 鉄、セミスチールおよび還元ガスを生産する装置と方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、予熱した酸素を使って、耐火物を内張してなるガス発生装置中に生成させた還元ガスを、耐火物を内張してなる高圧高炉に、その底部運転ゾーンと中間運転ゾーンにある羽口を経由して供給し、スラグを当該高炉の頂部運転ゾーンに供給ながら、最小量のコークスと鉄鉱石を使うかこれらを使用しないで、鋳鉄もしくはセミスチールを生産する方法を開示する。生産性を高め、（上流で）使用済み還元ガスを下流でも利用ことを可能にするため、高炉は高圧で運転される。余分な酸素は、溶融鉄中の炭素含有量を減らしてセミスチールを生成させるため高炉中に供給される。炉のサイズが小型化される。当該方法は経済的である。

Description

本発明は、高圧高炉中で行う溶融鉄と還元ガスの生産に使用する装置と方法に関する。

炉中に生成された還元ガスによる鉄鉱石の溶融とその後に起こる還元ガスの復元には一般に、ホットエアーを使ってコークスを燃やして、ホットガスを生成させ、当該ガスを、コークスを満たした層を上向きに貫通させて、ここに保持されている鉄を溶融させるステップが含まれる。プロセス中に得られる副産ガスあるいは使用済みガスはＮ_２ や ＣＯ_２を豊富に含む低カロリーガスである。最近、石炭と炭化水素をベースとした燃料を酸素とスチームが存在する状態でガス化して、炭化物流動化ベッドを上向きに貫通するホットガスを生成させ、これによって、還元されたセミアイアンを溶融し、ホットガスを復旧させることができる。これらのプロセスには以下のような欠点がある：取得した副産ガスはＮ_２ やＣＯ_２を豊富に含む低カロリーガスなので、還元ガスあるいは燃料ガスとして使用することはできない上、石炭 炭化水素流動化床は不安定で、セミ還元鉄保持パワーが低いので、石炭−炭化水素流動床にセミ還元鉄を長い期間保持させることができず、鉄は出来るだけ短期間に大量のホットガスを使って溶融させなければならない。これは溶融の熱効率が低いことを意味する。

一方、溶鉱炉プロセスは、鉄鉱石のガス還元が安定した状態で進行するので有利である。溶融体には、鉄鉱石を還元したものが含まれるので、溶融／還元プロセスと比べて、耐火材の浸食により起こる問題が殆どもしくは全く発生しない。更に、溶鉱炉プロセスは、鉄鉱石のガス還元と溶融が同じ容器の中で実行されるのと言う事実に起因して、非常に高い熱効率を示し、副産ガスが他の目的で復旧される場合、エネルギーの消耗が削減される。しかしながら、溶鉱炉プロセスには、炉中における優れた浸透性と材料に安定した下降性が確保されるような、強度が高く且つ反応性が低い高品質のコークスが要求される。これらのコークスを生産するには、高い品質のコークス用炭とコークス化用の高エネルギーが必ず必要である。使用する塊状鉄鉱石は、強度が高く、高温における軟化特性が優れていなければならない。

従って、安価な原材料を用いる場合でも、溶鉱炉プロセスにおけると同等な生産性と熱効率で鋳鉄を生産することが可能なプロセスが必要であると感じられる。関連する先行技術の幾つかを次の論考の中で列記する。

溶融鉄と還元ガスを生産する先行技術には、以下が含まれる：

１． 住友金属工業社のプロセス， 日本（合衆国特許第４，５０４，０４３）コークス充填層を含む溶融／ガス化炉中で、石炭は羽口を経由して、コークス充填層を貫通して上昇を引き起こすホット還元ガスの中に吹き込まれた酸素によって、コークス充填層の頂部に支えられている還元済みの鉄を溶融させるようにガス化する。結果として生じた溶融鉄は、ホットガスを復元しながら、コークス充填層を経由して下方に流れ、コークス充填層の最低領域中に集められ、そこから放出される。このようにして復旧されたガスは鉄鉱石を還元するため、高炉の中に導入され、これによって還元されて生じた鉄は溶融／ガス化炉に供給される。石炭に加え、主に炭素と水素からなる重油、天然ガス等を含む様々な燃料がガス化に使われる。燃料は、羽口を経由して吹き込まれ、および／または、羽口の上に配置されている中間開口部を通して投入される。

２．合衆国、オハイオ州のＡｒｔｈｕｒ Ｇ． ＭｃＫｅｅ ＆ Ｃｏｍｐａｎｙが発表した論文、「ガス化装置として溶鉱炉を使用する合成ガスの生産プロセス」（合衆国特許第４，１５３，４２６号） 炉内には、通常の低グレードあるいは砕いたコークスのような炭素材料の固体粒子が石灰石、シリカのようなスラグ生成材および／または酸素転炉スラグおよび／または平炉スラグと一緒に従来の方法でチャージされる。必要に応じて、酸素含有ガスおよび石灰を混ぜた粉末石炭のような流動燃料が、炉の床ライン近くにある予備点火室中に注入される。流動燃料は予備点火室の中で点火され、一部ガス化されて、炉のレースウェーに入って、ファーネス スタック中で、チャージ材の本体を通って上向きに移動するホット還元ガスを生成する。結果として生じる高温状態で、流動燃料から発生した灰はシステムの中で液化されて液体スラグとなる。制御状態の還元性高温環境で、ホットな石灰は必然的にプロダクトガスから一切の硫黄分を取り除く。高温ガスの温度を下げるため、予備点火室上にスチームが注入される。スチームは、スタック中でホットな固体炭素材料と反応して、プロダクトガスに水素と一酸化炭素を更に富化する。オイル、タールあるいはこれらと類似な物質を例として含む液体炭素材を、スチームが注入される場所にあるファーネス スタック中に注入することができる。注入すると、当該炭素材は、炉中にチャージされた材料の本体を貫通するガスの顕熱によって破砕され、ガスを冷却して、カロリー値が富化される。

結果として生じるプロダクトガスを化学物質生産ガス、金属産業用還元ガスとして、製鋼運転における加熱目的の天然ガスの代わりに一般加熱目的並びにその他の目的で使うことができる。

３． Ｋｏｒｆ−Ｓｔａｈｌ ＡＧ．が開示した論文、「液体粗鉄および還元ガスを生産するプロセス」。 （ 合衆国特許第４，３１７，６７７号）

溶融粗鉄と還元ガスを生産するプロセスにおいて、溶融鉄とガスは、精錬ガス化装置の中に生成されると説明されている。３ｍｍと３０ｍｍの間に収まる粒子サイズの予熱されたスポンジ鉄および流動床を形成する石炭をその上部に導入し、酸素含有ガスをその下部に導入し、当該酸素含有ガスと石炭の割合を管理し、ガス化装置の下部に高温のゾーンを、またその上部に低温のゾーンをそれぞれ維持する。ここでは、当該酸素含有ガスは必然的に、ガス化装置の底部に結果として形成される溶融物の直上に導入される。

４． Ｌａｎｙｉ等が出願した合衆国特許第２０１０００４８５５号は、ブラストガスに対する高レベルの酸素富化を条件とする溶鉱炉による鉄の製造と電力生産のための統合されたシステムを起用することによって、鋼を製造する方法を教えている。統合されたシステムは、１） 溶鉱炉における生産性の向上、２） より効率的な電力生産および ３） 二酸化炭素のより経済的な獲得と隔離を可能にする。酸素は、炭素源として機能し、溶鉱炉中でガス化される石炭の能力を高め、これによって、改良された燃料含有炉頂ガスを生成させる。

現発明の目的は、鋳鉄あるいはセミスチールおよび還元ガスを高炉中で生産する機構並びに方法を提供することである。

現発明の更なる目的は、鋳鉄あるいはセミスチールおよび還元ガスを高炉中で生産する機構並びに方法を提供することである。

現発明のもう１つの目的は、鋳鉄あるいはセミスチールおよび還元ガスを生産する経済的な方法を提供することである。

現発明の更なるもう１つの目的は、鋳鉄あるいはセミスチールを生産するため、小型な炉を使用することである。

現発明の更なるもう一つの目的は、コークスを灰分含有量が高い石炭と取り替え、最適な効率を提供することである。

現発明のもう１つの目的は、下流で再使用される使用済み還元ガスを生産する方法を提供することである。

現発明の更なるもう一つの目的は、炉のサイズおよび溶融鉄１トンあたりの体積流量をかなり削減することである。

現発明の更なるもう一つの目的は、鉄の量と生成される還元ガス量の比率を、要件に従って容易に変更することである。

現発明の更なる目的は、溶融鉄の炭素含有量を削減することによって、セミスチールを提供することである。

現発明のもう１つの目的は、炉のサイズを更に小さくするため、炉に低灰分の粉末石炭を送り込むことである。

現発明に基づき、以下のステップを含むことを条件として、頂部運転ゾーン、底部運転ゾーンおよび中部運転ゾーンを持ち且つ耐火物で内張された高圧高炉を５ ｋｇ／ｃｍ２ｇと５０ ｋｇ／ ｃｍ^２ｇ の間に収まる圧力で運転して使用することによって、鋳鉄あるいはセミスチールを提供するプロセスが提供される：

（ｉ） 鉄鉱石を頂部運転ゾーンの中に装備されたインレットから、石灰石のようなスラグ生成材と一緒に供給するステップ；（ｉｉ） ５バールから５０バールまでの範囲に収まる圧力で運転される、耐火物を内張してなる別なガス化装置の中で炭素質材料を予熱された酸素を使ってガス化して、低くとも１４００度Ｃの温度で還元ガスを提供するステップ；（ｉｉｉ） 底部運転ゾーンに装備されている羽口を経由して、還元ガスを一部供給するステップ； （ｉｖ） 溶融鉄と溶融スラグを提供するため、高圧高炉の中で還元ガスを使用することによって鉄鉱石とスラグ材を精錬するステップ； （ｖ） 温度を１４００度Ｃと１７００度Ｃの間に収まる鉄鉱石の還元に要する温度になるように制御し且つ維持し、運転中に高圧高炉の底部運転ゾーンの中で鉄鉱石を溶融させるステップ； （ｖｉ） 溶融鉄と溶融スラグを底部運転ゾーンの中に集めるステップ； （ｖｉｉ） 溶融鉄と溶融スラグを底部運転ゾーンから放出するステップ； 並びに （ｖｉｉｉ） 使用済み還元ガスを頂部運転ゾーンから放出するステップ。

現特許に基づくプロセスには大抵、還元ガスの温度を制御するため、スチームおよび／または二酸化炭素を、耐火物を内張してなるガス化装置中に、予熱した酸素および石炭と一緒に吹き込むステップが含まれる。

現特許に基づくプロセスには大抵、高圧高炉に要求された温度プロフィールを維持するため、当該高炉の底部運転ゾーンと中部運転ゾーンに装備された羽口を通してスチームおよび／または二酸化炭素を還元ガスと酸素に加えて注入するステップが含まれる。

現発明に基づくプロセスには、代替えステップとして、底部運転ゾーンと中部運転ゾーンに装備した羽口を通して還元ガスを供給するステップが含まれる。

現発明に基づくプロセスには、追加として、底部運転ゾーンと中部運転ゾーンに装備した羽口を通して追加の酸素を還元ガスと一緒に供給するステップが含まれる。

現発明に基づくプロセスにはなるべく、高圧高炉の中部運転ゾーンと底部運転ゾーン中で、鉄鉱石とスラグ材を還元溶融させるステップを含める。

現発明に従って使用する鉄鉱石の形状をなるべくペレットあるいは塊にする。

現発明に基づくプロセスには大抵、約５％−４０％の灰分を含む石炭、タール、重残渣オイル、バイオマスおよび天然ガスからなるグループの中から選んだ少なくとも１つの炭素質材料をガス化するステップが含まれる。

現発明に基づくプロセスにはなるべく、ダストや硫黄を抽出するため、使用済み還元ガスを浄化するステップを含める。

現発明に基づくプロセスには、Ｈ_２、ＣＯ、ＣＯ_２ および Ｎ_２を含む水素に富んだ再利用可能な還元ガスを提供するため、スチームが存在する状態で、浄化された使用済み還元ガスを、シフト触媒を貫通させるステップが更に含まれる。

現発明に基づくプロセスには大抵、アンモニア、メタノールおよび尿素を合成するため、下流にある水素に富み且つ再利用可能な還元ガスを汎用燃料として利用するか、あるいは酸素、スチームおよび二酸化炭素を予熱する目的で利用するステップが含まれる。

現発明に従って、シフト触媒をなるべく、銅、プラチナ、亜鉛、アルミニウム、鉄およびクロムから成るグループの中から選択する。

本発明に従って、使用済みの還元ガスに対する鉄生産の比率は、質量率で０．１から２．０までを範囲として変化する。

現発明に従うと、高圧高炉の単位容積あたりのアウトプットは、従来の溶鉱炉のアウトプットの５倍 − ２５倍となる。

現発明に基づくプロセスには、セミスチールを生産するため、余剰酸素を、高圧高炉の底部運転ゾーンにある羽口を通して供給するステップが含まれる。

現発明に基づくプロセスには、高圧高炉の底部運転ゾーンと中部運転ゾーンにある羽口を経由して、低灰分の粉末石炭を還元ガスや酸素に添加して供給するステップが更に含まれる。

現発明に基づくプロセスには、代替えステップとして、高圧高炉の底部運転ゾーンから、石炭灰スラグを鉄鉱石スラグと一緒に分離させるステップが含まれる。

現発明に基づくプロセスには大抵、溶融鉄および溶融スラグを加圧容器の中に放出し、その後これらをトラフの中に放出するため、当該容器を減圧するステップが含まれる。

現発明に基づくプロセスには、代替えステップとして、溶融鉄および溶融スラグを加圧容器の中に放出し、その後これらをトラフの中に別々に放出するため、当該容器を減圧するステップが含まれる。

本発明について、以下の添付図面を参照しながら説明する；
現発明に基づき鋳鉄あるいはセミスチールおよび還元ガスを生産するための装置の望ましい実施形態を例証する概略図である。

本発明の範囲と領域を制限しない添付図面を参照しながら、本発明について説明する。提供した説明は純粋に例やイラストを代用するものである。

“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”、“ｈａｖｉｎｇ”、“ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ”および“ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ”なる単語並びにその変形は、意味に関して制限することなく同等であるよう意図して使用されたもので、これらの単語のいずれかの１つの後に続くアイテムは、当該アイテムの徹底的なリストを意味しないか、列記されたアイテムにだけ限定することを意味するかを限定しないよう意図されている。

本書並びに付加された請求項に使われている単数を示す“ａ”、“ａｎ”および“ｔｈｅ”なる冠詞には、文脈から明らかに別な指示がなされない限り、複数も含まれることにも注目しなければならない。本書に説明されているこれらと類似しているか同等なシステムおよび方法は実用あるいは現発明の実施形態のテストに使うことができるが、これから、より好ましいシステムと方法について説明する。

現発明は、耐火物を内張りしてなる高圧高炉の中で鋳鉄あるいはセミスチールおよび還元ガスを生産するための装置と当該生産の方法を想定したものである。現発明に従って、最高４０％の灰分を含む石炭が使われる。但し、石炭は、予熱された酸素とスチームおよび／またはリサイクルされた炭素酸化物が存在している状態で、ガス化され、摂氏１４００度と摂氏１７００度の間に収まる温度のホットガスを生成する。当該ホットガスは、５ｋｇ／ ｃｍ^２ｇ と５０ｋｇ／ ｃｍ^２ｇ の間に収まる圧力で運転され、耐火物を内張してなる高炉の中で鉄鉱石を還元溶融させるために使われて、溶融鉄あるいはセミスチールおよび使用済みの還元ガスが生産される。プロセス中に生成された使用済み還元ガスは、成分調整用リアクターに受け取られ、ここで、シフト触媒を使って、還元ガス中の水素含有量を増やして、下流での再利用に適したものにされる。

図１は、現発明の好ましい実施形態に従って鋳鉄あるいはセミスチールおよび還元ガスを生産する装置とその使用方法の概要を１００なる識別番号を付けて開示している。当該装置１００には、耐火物を内張してなる高圧高炉１１６で、構造が溶鉱炉あるいはスラグ加圧ガス化装置と類似しているものが含まれている。高圧高炉１１６は頂部運転ゾーン１３４、底部運転ゾーン１３０および中部運転ゾーン１３２からなる３つのゾーンに分かれている。大抵ペレットか塊の形に成形してなる鉄鉱石および石灰石のようなスラグ材はレギュレータ１６２を使って、投入装置１０２の中に貯蔵するよう制御する方法で、ホッパー１０４を経由して供給される。投入装置１０２は、鉄鉱石とスラグ材の高圧高炉１１６中に向かう流れを制御するレギュレータ１６８に接続して運転することができる。鉄鉱石は、必要量の石灰石のようなスラグ生産材と共に高炉１１６の頂部運転ゾーン中の開口部を通って供給される。当該スラグ材は別途もしくは鉄鉱石と混ぜて投入される。鉄鉱石とスラグ材の流れの方向は、図１に矢印１０６によって示す通りである。

高炉１１６の運転圧力は５ ｋｇ／ｃｍ^２ｇ から５０ ｋｇ／ｃｍ^２ｇ までの範囲の中に収まることを条件に変えることができるが、なるべく２０−３０ ｋｇ／ｃｍ^２ｇ で運転する。最高４０％までの灰分、タール、重油残渣、バイオマスおよび天然ガスを含む石炭の中から選んだ少なくとも１つの炭素材料が、耐火物を内張してなり、図１に１０８なる識別番号を付けて開示され、５バールと５０バールの間に収まる圧力で運転される別なガス化装置の中でガス化される。当該炭素材料は、インレット１１０を経由して投入され；流れの方向が矢印１３８で示されている導入手段１３６を経由して受け取った予熱酸素の面前で実施されるガス化により、１４００〜１７００度Ｃのホット還元ガスが提供される。 （高炉の排出ガスを再生してなる）スチームあるいは二酸化炭素を酸素と一緒に注入して、還元ガスの温度を制御する。ガス化プロセスで生成させたスラグを、ガス化装置１０８中のアウトレット１１４から排出する。ホット還元ガスを矢印１１２で識別される流れ方向のコンジットを通して高炉１１６の中に入れる。還元ガスの温度を制御するため、ガス化プロセスで、スチームあるいはリサイクルした二酸化炭素を随意に追加することができる。ガス化装置１０８から溶融スラグとして、石炭灰を除去するため、石灰石のようなスラグ生成材も石炭と一緒に添加する。このようにして、（４０％かそれ以上の）灰分を含む石炭でも、高炉に悪影響を及ぼすことなく使用することができる。

このようにして生成させた還元ガスは、低くとも１４００度Ｃの温度を持ち、鉄鉱石とスラグ材を還元溶融させるため、底部運転ゾーンと中部運転ゾーンにそれぞれ設置してある羽口１７０と１７２からその一部を高炉１１６に供給する。高炉１１６に送ったホット還元ガスの流速は、導管器具１２８に沿って取り付けたレギュレータ１２６と１２４によって制御される。ここでは、ホット還元ガスの流速を、使用済みの還元ガスに対する鉄の量の望みの比率に基づき、流速レギュレータ１２４と１２６を使って制御する。高炉１１６中に望みの温度を維持するため、還元ガスに加え、スチーム、二酸化炭素あるいは酸素を、羽口１１８を通して注入することができる。高炉１１６の温度を制御するため、粉末低灰分炭を底部運転ゾーン１３０の中に設けた羽口１１８を通して随意に添加することができる。

還元ガスの一部を必要に応じて酸素と一緒に、高炉１１６の底部運転ゾーンにある羽口１７０を通して供給する。セミスチールを生産するとき、余分な酸素を底部運転ゾーンにある羽口１１８を通して供給する。このようにして形成されたホットな還元性環境は、還元された鉄並びにスラグにこれらを溶融させるに適した熱を提供する。ホットな還元性環境は、溶融鉄中にある炭素の量に削減をもたらし、これによって、セミスチールの生産をももたらす。鉄鉱石変換の為の熱ならびに還元剤と提供するため、必要なら酸素を追加した上、残りの還元ガスを、羽口１７２を経由して中部運転ゾーンに供給する。鉄鉱石とスラグ材は頂部運転ゾーンの中で、上昇中の還元ガスによって加熱され、鉄鉱石は中部運転ゾーンの中で還元される。還元され鉄は最後に底部運転ゾーン１３０と中部運転ゾーン１３２の中で溶融し、高炉１１６の中に取り付けられているアウトレット１２２から採取される。溶融スラグもプロセス中に底部運転ゾーンの中に生成され、これは高炉１１６の中に用意されたアウトレット１２２から取り出される。オプションとして、溶融スラグを溶融鉄と一緒にまとめて取り出すことができる。現発明に基づく高圧高炉の単位体積あたりのアウトプットは、従来の溶鉱炉のそれの１５倍〜２５倍である。溶融鉄と溶融スラグは底部運転ゾーン１３０の中から、別々あるいは纏めて（図には開示されていない）加圧容器の中に放出された後、取り出される。溶融鉄と溶融スラグは底部運転ゾーン１３０の中から、別々あるいは纏めて（図の中には開示されていない）加圧容器の中に放出された後、取り出される。 溶融鉄と溶融スラグを含む加圧容器は減圧した後、鉄とスラグをそれぞれ（図の中には開示されていない）独立したトラフの中に放出させる。

羽口１７０と１７２を経由して供給される還元ガスの量は、使用済みの還元ガスの要件に従って下流でのプロセス用に増やされる。生産された使用済み還元ガスに対する鉄の量の比率はマスによって０．１と２の間に収まる値に変えることができる。使用済み還元ガスは高炉１１６の頂部運転ゾーンから通気孔１６６を通って放出される。高炉１１６から出た使用済みの還元ガスは、ダストと硫黄を除去するため、（図には開示されていない）サイクロン式離器と（同じく図には開示されていない）スクラバーを含むガス洗浄ユニット１５２を通過することによって浄化される。ガス洗浄ユニット１５２から出た使用済み還元ガスはコンジット手段１５４を通って成分調整用リアクター１４０に受け取られる；ここでは、使用済みの還元ガスは、既知の下流プロセスの要件に従って水素含有量を調整するため、インレット１５６を通ってリアクター１４０に入るスチームの面前で、銅、プラチナ、亜鉛、アルミニウム、鉄およびクロームからなるグループの中から選んだシフト触媒を通過して、Ｈ_２， ＣＯ， ＣＯ_２ およびＮ_２を含む再利用可能な還元ガスで、水素富化されたものが提供される。副産物はリアクター１４０の中にあるアウトレット１５８を通って放出される。

最初のアウトレット１５０でリアクター１４０を出た（水素を富化した）再利用可能な還元ガスは下流で、アンモニア、メタノール、酢酸および尿素の合成に使われる。これは一般燃料としても使用されると共に供給酸素、スチームおよび二酸化炭素の予熱にも使われる。第２のアウトレット１７４を経由して放出された、再利用可能な水素富化済み還元ガスの一部はプロセスで使われた酸素、スチームあるいは二酸化炭素を予熱するために使用される。再利用可能な水素富化済み還元ガスの流速は、リアクター１４０を予熱装置１４６に動作可能に接続するコンジット手段１４４上に設置したレギュレータ１４２によって制御される。なるべく石炭および／または還元ガス炊き管形炉で構成する予熱装置の中で、予熱装置１４６のインレット１４８を経由して入るフィード酸素、スチームあるいは二酸化炭素は、最高７５０度Ｃの温度に予熱される。熱が引き抜かれた還元ガスは予熱装置１４６からアウトレット１６０を通って放出される。

典型的な溶鉱炉では、鉄鉱石はさておき、３０ｋｇから８０ｋｇの石炭、４００ｋｇ〜５１０Ｋｇのコークス、１３００ｋｇ〜１４００ｋｇの空気、５０ｋｇ 〜１１０ｋｇの酸素が、１メトリックトンの溶融状態の鉄を生産するのに使用されることが知られている。

これと比較して我々は、以下に示す限定されない単なる例のような、鋳鉄、セミスチールおよびアンモニア、メタノールあるいは酢酸のために使用すべき３種類の再利用可能な水素富化済み還元ガスを生産するプロセスを発明した：

発明した方法で生成させた再利用可能な水素富化済みの還元ガスをアンモニアの合成に使用しなければならない場合、高圧高炉の中で、９００〜１２００ ｋｇの高灰分の石炭、８０〜１２０ｋｇのコークス、６００〜８００Ｋｇの空気、６００〜 ８００ｋｇの酸素および ５００〜６９０ｋｇのスチームが、５００ 〜７００ ｋｇのＮＨ３を合成するのに適した量の再利用可能な水素富化済みの還元ガスと一緒に溶融状態の鉄を１メトリックトン生産するのに使用される。

発明した方法で生成させた再利用可能な水素富化済みの還元ガスをアンモニアの合成に使用しなければならない場合、高圧高炉の中で、８００〜１２００ ｋｇの高灰分の石炭、８０〜１２０ｋｇのコークス、１０００〜８００Ｋｇの空気、−１２５０〜 ８００ｋｇの酸素および ５００〜６９０ｋｇのスチームが、６５０ 〜７００ ｋｇのＮＨ３を合成するのに適した量の再利用可能な水素富化済みの還元ガスと一緒に溶融状態の鉄を１メトリックトン生産するのに使用される。

発明した方法で生成させた再利用可能な水素富化済みの還元ガスをアンモニアの合成に使用しなければならない場合、高圧高炉の中で、８００〜１２００ ｋｇの高灰分の石炭、１００〜１２０ｋｇのコークス、１３６０〜８００Ｋｇの空気、２００〜 ８００ｋｇの酸素および ５００〜６９０ｋｇのスチームが、８００ 〜７００ ｋｇのＮＨ３を合成するのに適した量の再利用可能な水素富化済みの還元ガスと一緒に溶融状態の鉄を１メトリックトン生産するのに使用される。

上に述べた例では、現発明を使用する場合、窒素がなく、２５ Ｋｇ／ｃｍ２未満の圧力で還元プロセスが実施されるので、鉄あるいは鋼の生産が、従来の溶鉱炉を使用する場合に比べて、１５〜２５倍に強化される。

現発明に従って高圧高炉を使用することによって、鋳鉄あるいはセミスチールおよび還元ガスを生産する装置とその方法には、以下の実現を限定することなく含む幾つかの技術的進歩が起用されている：
・鋳鉄あるいはセミスチールおよび還元ガスを生産するための経済的方法の提供；
・鋳鉄あるいはセミスチールの生産における小型炉の使用；
・効率を最適化する目的で行う、大部分もしくは全部のコークスを灰分濃度が高い石炭との取り替え；
・下流で再利用される使用済み還元ガスを生産する方法の提供；
・炉の大きさと溶融鉄１トンあたりの容積フローレートにもたらす大幅な低減；
・生成される鉄の量と還元ガスの量の比率の要件に基づく容易な変更；
・溶融鉄の炭素含有量を減らして行うセミスチールの供給；並びに
・炉の大きさを更に小さくするため行う灰分濃度が低い粉末石炭の投入。

様々な物理的パラメータ、寸法あるいは量に対して言及され数値は近似値に過ぎないので、パラメータ、寸法あるいは量に割り当てられた数値より高いか低い値は、仕様の中で相反する陳述がなされない限り発明の範囲に収まるものと思われる。

現発明の原理が適用され得る多種多様な実施形態から判断すると、例証された具体化例は模範的なものに限られていると理解されるべきである。本発明の持つ特徴が本書の中でかなり強調されているが、望ましい実施形態の中でも、本発明の原理から越脱することなく、様々な改良や多くの変更を施すことができることが高く評価される。

本発明あるいはその望ましい実施形態の性質の中に含まれるこれらおよびその他の修正は、本発明の分野の技術に精通した人々にとって、本書に開示した内容から明白なものである。従って、前述の記述問題は発明を限定するものではなく、発明を例証するだけのものであると明白に理解すべきである。

Claims (19)

1. 以下のステップを含むことを特徴とし、頂部運転ゾーン、底部運転ゾーンおよび中部運転ゾーンを持ち且つ耐火物で内張された高圧高炉を５ ｋｇ／ｃｍ^２ｇと５０ ｋｇ／ ｃｍ^２ｇ の間に収まる圧力で運転して使用することによって、鋳鉄あるいはセミスチールを提供するプロセス：
   （ｉ） 鉄鉱石を、石灰石のような材料を生成するスラグと一緒に、頂部運転ゾーンに設けられたインレットから供給するするステップ；
   （ｉｉ） 耐火物を内張してなる別なガス化装置を最低１４００度Ｃの温度と５バールと５０バールの間に収まる圧力で運転して、予熱済みの酸素を使って、その中の炭素質材料をガス化して還元ガスを提供するステップ；
   （ｉｉｉ） 底部運転ゾーンに取り付けた羽口を経由して還元ガスを一部供給するステップ；
   （ｉｖ） 還元ガスを使って、鉄鉱石とスラグを精錬して溶融鉄と溶融スラグを供給させるステップ；還元ガスを使って、鉄鉱石とスラグを精錬して溶融鉄と溶融スラグを供給させるステップ；
   （ｖ） 運転中に鉄鉱石を高圧高炉の底部運転ゾーンの中で還元し且つ精錬するに要する温度、すなわち１４００度Ｃと１７００度Ｃの間に収まる温度になるよう制御し、当該温度に維持するステップ；
   （ｖｉ） 溶融鉄および溶融スラグを底部運転ゾーン中に集めるステップ；
   （ｖｉｉ） 溶融鉄および溶融スラグを底部運転ゾーン中に集めるステップ；
   （ｖｉｉｉ） 頂部運転ゾーンから使用済み還元ガスを放出するステップ。
   
2. 還元ガスの温度を制御するため、スチームおよび／または二酸化炭素を、耐火物を内張してなるガス化装置中に、予熱済み酸素と一緒に吹き込むステップを含むことを特徴とする、請求項１に規定したプロセス。
   
3. 高圧高炉に要求された温度プロフィールを維持するため、当該高炉の底部運転ゾーンと中部運転ゾーンに装備された羽口を通してスチームおよび／または二酸化炭素を還元ガスと酸素に加えて注入するステップを含むことを特徴とする、請求項１に規定したプロセス。
   
4. 底部運転ゾーンと中部運転ゾーンに装備した羽口を通して還元ガスを供給するステップを含むことを特徴とする、請求項１に規定したプロセス。
   
5. 底部運転ゾーンと中部運転ゾーンに装備した羽口を通して、還元ガスと一緒に、酸素を更に供給するステップを含むことを特徴とする、請求項１に規定したプロセス。
   
6. 高圧高炉の中部運転ゾーンと底部運転ゾーン中で、鉄鉱石とスラグ材を溶融させるステップを含むことを特徴とする、請求項１に規定したプロセス。
   
7. 鉄鉱石がペレット状あるいは塊状であることを特徴とする、請求項１に規定したプロセス。
   
8. 最高４０％の灰分、タール、重油残渣、バイオマス、天然ガスを含む石炭からなるグループから選んだ少なくとも１種類の炭素質材料をガス化するステップを含むことを特徴とする、請求項１に規定したプロセス。
   
9. ダストや硫黄を抽出して使用済み還元ガスを浄化するステップを含むことを特徴とする、請求項１に規定したプロセス。
   
10. Ｈ_２、ＣＯ、ＣＯ_２ および Ｎ_２を含む水素に富んだ再利用可能な還元ガスを提供するため、スチームが存在する状態で、浄化された使用済み還元ガスを、シフト触媒を貫通させるステップを含むことを特徴とする、請求項９に規定したプロセス。
    
11. アンモニア、メタノールおよび尿素を合成するため、下流にある水素に富み且つ再利用可能な還元ガスを汎用燃料として利用するか、あるいは酸素、スチームおよび二酸化炭素を予熱する目的で利用するステップを含むことを特徴とする、請求項１０に規定したプロセス。
    
12. シフト触媒が銅、プラチナ、亜鉛、アルミニウム、鉄およびクロムから成るグループの中から選択されることを特徴とする、請求項１０に規定したプロセス。
    
13. 使用済みの還元ガスに対する鉄の生産の比率は、質量率で０．１から２．０までを範囲として変化する。
    
14. 高圧高炉の単位容積あたりのアウトプットが、従来の溶鉱炉のアウトプットの５倍 − ２５倍であることを特徴とする、請求項１に規定したプロセス。
    
15. セミスチールを生産するため、余剰酸素を、高圧高炉の底部運転ゾーンにある羽口を通して供給するステップを含むことを特徴とする、請求項１に規定したプロセス。
    
16. 高圧高炉の底部運転ゾーンと中部運転ゾーンにある羽口を経由して、低灰分の粉末石炭を還元ガスや酸素に添加して供給するステップを含むことを特徴とする、請求項１そして ５ に規定しプロセス。
    
17. 高圧高炉の底部運転ゾーンから、石炭灰スラグを鉄鉱石スラグと一緒に分離させるステップを含むことを特徴とする、請求項１に規定に規定したプロセス。
    
18. 溶融鉄および溶融スラグを加圧容器の中に放出し、その後これらをトラフの中に放出するため、当該容器を減圧するステップを含むことを特徴とする、請求項１に規定したプロセス。
    
19. 溶融鉄および溶融スラグを加圧容器の中に放出し、その後これらをトラフの中に別々に放出するため、当該容器を減圧するステップを含むことを特徴とする、請求項１に規定したプロセス。

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