JP2013531733A - 溶銑の製造方法及び製造プラント - Google Patents
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Abstract
【課題】
【解決手段】本発明は、溶銑の製造に関する。酸化鉄を含む粒状原材料は、流動層反応器において少なくとも８５０℃の温度で炭素質還元剤によって部分還元されて、還元混合物を得る。場合によっては高温磁気分離による磁性成分と非磁性成分との分離後、排出システムを介して、該還元混合物は、溶融還元ユニットに供給される。エネルギ消費を最適化するため、該溶融還元ユニットに供給される前に、該還元混合物は、熱交換装置において、６００〜８００℃に冷却される。予備加熱されたプロセスガスは冷却媒体として使用される。
【選択図】図１
【解決手段】本発明は、溶銑の製造に関する。酸化鉄を含む粒状原材料は、流動層反応器において少なくとも８５０℃の温度で炭素質還元剤によって部分還元されて、還元混合物を得る。場合によっては高温磁気分離による磁性成分と非磁性成分との分離後、排出システムを介して、該還元混合物は、溶融還元ユニットに供給される。エネルギ消費を最適化するため、該溶融還元ユニットに供給される前に、該還元混合物は、熱交換装置において、６００〜８００℃に冷却される。予備加熱されたプロセスガスは冷却媒体として使用される。
【選択図】図１
Description
本発明は、還元鉱石を中間生成物として用いる、溶銑の製造に関する。
酸化鉄（例えば、鉄鉱石）を含有する粉状原材料からの溶銑の回収は、主に、凝集（焼結、ペレット化）した後、（例えば、溶鉱炉内において）溶融還元することによって行われる。凝集工程は、粉状原材料を予備還元して還元鉱石にし、それに続いて、該還元鉱石を溶銑に溶融還元することによって、回避することができる。例えば、本出願人は、いわゆる「Ｃｉｒｃｏｆｅｒ」プロセスを開発した。このプロセスでは、固体状態の鉄鉱石を石炭と一緒に、例えば、温度８５０〜９５０℃、圧力４ｂａｒにて直接還元し、海綿鉄を得る（国際公開第２００５／１１６２７５号パンフレット及び国際公開第２００５／１１６２７３号パンフレット参照）。直接還元の生成物は、通常、磁気分離によって、副生成物、特に石炭、の非磁性部分と、鉄を含有する磁性部分とに分離される。中間生成物としての鉄含有磁性部分（すなわち還元鉱石）は、溶融還元にて、例えば、本出願人のいわゆる「ＡｕｓＩｒｏｎ」プロセスで又はサブマージアーク炉（ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ ａｒｃ ｆｕｒｎａｃｅ）で、更に処理されて、溶銑を得る。
溶融前に非磁性副生成物を効率的に分離するためには、（高温）磁気分離の前に、直接還元において中間生成物として取り出される、一方の還元鉱石と他方の石炭灰及び残留炭素（チャー（ｃｈａｒ））との還元混合物を、少なくとも鉄のキュリー点７６８℃より低い温度に冷却する必要がある。これまで、還元混合物を冷却するコンセプトは、わずかにあるだけである。例えば、水による間接冷却が提案されている。しかしながら、この場合、直接還元からの還元混合物の熱エネルギのかなりの部分が失われる。米国特許第４，０７３，６４２号明細書では、中間生成物は、一般的な流動層において空気で間接的に冷却される。この場合もまた、熱エネルギのかなりの部分は失われる。何故なら、冷却に使用する空気は、「Ｃｉｒｃｏｆｅｒ」プロセスに再循環させることができないからである。その他の文献においては、冷却のコンセプトは全く提案されていない。
「Ｃｉｒｃｏｆｅｒ」プロセスによる鉄鉱石の直接還元において、高温の還元流動ガスが直接還元のための流動層に供給される。温度範囲４５０〜８００℃において高浸炭雰囲気（高濃度のＣＯを含む雰囲気）を用いる場合、いわゆる「メタルダスティング」によるプラント材料の高温腐食のおそれがある。この種の損傷は同じように発生するのではなく、全体に及んだり、一部に孔があくように発生したりする。腐食生成物は、実質的にはグラファイト及び金属微粒子で構成される。「メタルダスティング」により、プラント材料は急速に材料破壊する。このような高温腐食を回避するため、高濃度のニッケル、クロム、アルミ、及び／又はシリコンを含む高価な高合金鋼を、高温流動ガスと接触する全ての部品（特にガスヒータ）に使用しなければならない。
このように、上述の技術は、鉄含有中間生成物の冷却によりかなりのエネルギが損失するという点及び使用されるガスヒータ材料が高コストになるという点において問題が存在する。
本発明の目的は、従来技術の問題を解決することであり、エネルギが最適化される、溶銑の製造方法及び製造プラントを提供することにある。
本発明によれば、上記目的は、独立請求項１の特徴を有する方法及び独立請求項１２の特徴を有するプラントによって実現される。本発明の好ましい態様は、従属請求項に基づいて実現される。
本発明に係る溶銑の製造方法において、粒状鉄鉱石は、流動層反応器において、少なくとも８５０℃にて、還元剤で部分還元され、特に、還元混合物の磁性部分は、溶融還元ユニットにおいて溶融され溶銑となる。ここで、還元混合物は溶融還元ユニットに供給される前に、熱交換装置において、７００〜８００℃、好ましくは７４０〜７６０℃に冷却される。予備加熱されたプロセスガスは冷却媒体として使用される。
驚くべきことに、本発明によれば、熱交換装置においてわずかに冷却した後、溶融前に非磁性部分を分離する高温磁気分離器に、予備還元からの還元混合物が供給された場合、溶銑の回収に必要なエネルギを著しく抑えることができることがわかった。高温磁気分離器で得られる還元鉱石は、まだ６５０〜７５０℃の十分な高温を有しており、従って、引き続き行われる溶融還元のためのエネルギ消費を著しく抑えることができる。
好ましくは、循環する流動層を、予備還元のために更に使用するので、流動層における高い物質移動・熱移動により、最小のエネルギ消費で使用済み材料の均一還元を達成することができる。
特に効率的な手順を達成するため、プロセスガスを循環させることが提案される。好ましい実施形態によれば、プロセスガスは、好ましくは一酸化炭素（ＣＯ）と元素水素（Ｈ２）を含む再循環ガスであり、該再循環ガスは、還元反応炉から取り出され、除塵され、冷却され、還元生成物の水蒸気（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）が略除去されたものである。
好ましくは、プロセスガスは、３００〜５００℃に、好ましくは３５０〜４５０℃に、特に３９０〜４１０℃に予備加熱される。
プロセスガスを、高温腐食の温度範囲よりも低い温度に穏やかに予備加熱することによって、プロセスガスヒータに高価な高合金鋼を使用しなくとも、プラント材料の炭化（「メタルダスティング」）を防止することができる。
本発明によれば、プロセスガスは、熱交換装置において、還元混合物によって、７００〜８００℃に、好ましくは７４０〜７６０℃に加熱される。
本発明の方法によれば、還元混合物は、熱交換装置に続いて、加熱されたプロセスガスと分離され、加熱されたプロセスガスは、再循環ダクトを通って流動層反応器に、流動ガスとして供給され、還元ステージの余分な圧力を減少させた後、固体物は、本出願人が開発した排出システム（国際公開第０２／０８１０７４号パンフレット参照）を介して高温磁気分離器（図３の好ましい実施形態）に供給され、溶融還元ユニット（図３のケース１）に直接、或いは圧縮ユニット（図３のケース２）に、送られる。
本発明は以下のような効果がある。すなわち、還元混合物を、予備加熱されたプロセスガスによって、鉄のキュリー点より低い温度に冷却することにより、効果的な高温磁気分離を可能にする。更に、予備加熱されたプロセスガスによって吸収された熱エネルギが、流動層反応器における還元反応に再度供給される。この結果、本発明によれば、熱エネルギは失われず、システムにて生成され存在する熱エネルギは、より効率的に利用される。
更に、熱交換装置において、還元混合物が、排出システムに供給するのに必要な高さに搬送されるという効果があることがわかった。ここで、排出システムの高さは、高温磁気分離器、圧縮ユニット、及び／又は溶融ユニットのような、それに続く装置によって決定される。還元混合物を搬送する熱交換装置の原動力（ｄｙｎａｍｉｃｓ）を利用することによって、鉄含有固体物を必要な高さに搬送する別個のプロセス工程を省略することができる。
簡便な手法において、流動層反応器から出る還元混合物の温度に対応して、ガスヒータにおけるプロセスガスの温度を調節することによって、高温磁気分離器におけるフロー温度を、キュリー点より低い温度に調整できる。従って、費用のかかるプロセス工程を省略することができる。
本発明の好ましい実施形態によれば、流動層反応器及び熱交換装置に存在するプラント圧は、ライザー管及び受取用容器を介して、熱交換装置に続いて設けられた排出システムにおいて完全に減少される。
溶融還元が、供給において粒状材料を許容しない場合（例えば、過剰な塵埃を失うことになるため）、或いは、安全性又は地理的な理由で、処理ステージを分断する必要がある場合、本発明によれば、還元混合物を、排出システムの後（図３のケース２）に、熱間圧縮ユニット若しくは熱間ブリケットユニットに供給すること、又は高温還元鉱石を、高温磁気分離の後（図３のケース３）に、熱間圧縮ユニット若しくは熱間ブリケットユニットに供給すること、が可能である。
本発明に係る溶銑を製造するためのプラントは、上記方法を実施することに特に適しており、該プラントは、鉄鉱石及び還元剤のための投入装置と、鉄鉱石の部分還元のための流動層反応器と、場合によっては高温磁気分離器と、場合によっては圧縮ユニットと、溶融還元炉と、を備える。該プラントにおいて、前記流動層反応器と前記溶融還元ユニット又は前記高温磁気分離器又は前記圧縮ユニットとの間に、熱交換装置が設けられる。前記熱交換装置には、前記流動層反応器からの前記還元混合物が供給され、前記熱交換装置には予備加熱されたプロセスガス用ダクトが接続され、前記熱交換装置には、排出システムを介して、前記高温磁気分離器、又は前記圧縮ユニット、又は直接に前記溶融還元ユニット、が接続される。
本発明に係るプラントにおいて、驚くべきことに、熱交換装置を設けることによって、更なる冷却ステージひいては、より複雑なプラント構成を省略することができることがわかった。それにもかかわらず、上述のように、プラントにおいて製造される還元混合物を、熱エネルギの大きな損失なしに、高温磁気分離器に必要な、キュリー点より低い温度に冷却することができる。
特に好ましい実施形態によれば、熱交換装置は、フラッシュ冷却器であり、好ましくは環状流動層を有する。本発明におけるフラッシュ冷却器は、被冷却高温媒体が導入され、更に冷却媒体を流し、該冷却媒体の速度を調整することにより、２つの媒体を激しく混合する装置であると理解される。本発明におけるフラッシュ冷却器によって、還元混合物は、冷媒として使用されるプロセスガスと素早く且つ効率的に混合されることができる。フラッシュ冷却器における高速度によって、還元混合物は、排出口高さまで搬送される。
本発明によれば、熱交換装置に続いて、予備加熱されたプロセスガスから還元混合物を分離するため、サイクロンが設けられる。予備加熱されたプロセスガス用再循環ダクトは、該サイクロンから流動層反応器に通じ、固体物シュートは、高温磁気分離器、圧縮ユニット又は溶融還元ユニットの前に、サイクロンから排出システムに通じる。
熱交換装置において還元混合物と予備加熱されたプロセスガスとを激しく混合した後、冷却された還元混合物は、サイクロンにおいて、搬送ガスから分離され、排出システムに供給される。サイクロンの代わりに、他の好適な分離手段を使用してもよい。サイクロンにおいて分離された加熱プロセスガスは、再循環ダクトを介して、好ましくは中央ノズルを介して、流動層反応器に供給される。その結果、その熱エネルギは、還元に利用することができる。
本発明のある実施形態において、排出システムは、プラント圧下のバッファーホッパー（ｂｕｆｆｅｒ ｈｏｐｐｅｒ）で構成される。該ホッパーは、送り容器に通じる下降管を有する。そこから、還元混合物は、ライザーを介して、不活性搬送ガスによって上方に搬送され、オーバーフローホッパーの後、傾斜シュートを介して、分配ホッパーに供給される。この排出システムによって、高温微粒子状還元混合物の連続搬送が可能となり、同時に、ライザーの長さに沿って、過剰なプラント圧が完全に減少される。
本発明の他の改良点、効果、可能な用途が、以下の説明及び添付の図面から理解できよう。ここに記載及び／又は示す全ての特徴は、それらが請求項又は背景文献に含まれているかどうかにかかわらず、それ自体或いはそれらを組み合わせることで本発明の主題を構成する。
図１に示す溶銑製造プラントにおいて、粒状鉄鉱石は、貯蔵容器２から固体物供給シュート１を介して連続的に取り出される。必要に応じて混合タンク３において別の媒体と混合され、第１予備加熱ステージのサスペンション熱交換器（ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）４に投入される。第１予備加熱ステージにおいて、材料は、第２予備加熱ステージから取り出される排ガスによって浮遊、予備加熱されることが好ましい。続いて、粒状鉄鉱石は、ガス流によって、サイクロン５に送られ、そこで、固体物がガスから分離される。分離された固体物は、固体物シュート６を通って第２の、例えばベンチュリ式サスペンション熱交換器７に送られ、そこで、約８００℃の温度まで更に加熱され、下流側サイクロン８において、ガス流から再度分離される。
このように予備加熱された鉱石は、固体物シュート６´を通ってリアクタ９、例えば熱発生器に送られる。貯蔵容器１０から、還元剤（例えば、粒径例えば５ｍｍ未満の石炭）及び酸素が、固体物管路６´´を介して熱発生器９に追加供給される。必要に応じて、石炭を粉砕・乾燥する装置（グラインダ）１０ａを貯蔵容器１０の下流側に設けてもよい。
固体物供給シュート１、貯蔵タンク２、１０、混合タンク３、装置１０ａ及び固体物管路６´、６´´は、投入装置を構成する。
更に、プロセスガス（特に、ＣＯ／Ｈ２からなる再循環ガス）が、３００〜５００℃の温度、好ましくは約４００℃の温度の流動ガスとして、ガスダクト１１を介して熱発生器９に供給される。流動ガスは、流動層を形成することによって、熱発生器９において固体物を流動化する。
加熱された固体物−ガス混合物は、部分還元されるために、熱発生器９から連通路１２を介してリアクタ１３に連続供給される。そこで、固体物は、循環流動層が形成されることによって、ガスダクト１１を介して供給された流動ガスによって、流動化される。粒状鉄鉱石は、還元剤（特に一酸化炭素）によって、該鉄鉱石の鉄含量に基づいて、少なくとも５０％、好ましくは約７０％の金属化率まで還元される。
鉄鉱石の部分還元用の還元剤としては、この目的において当業者にとって既知である全ての物質を原理的には使用することができる。特に、石炭、半成コークス／チャー、水素分子、水素分子を含む混合ガス、一酸化炭素、一酸化炭素（例えば改質ガス）を含む混合ガスが適していることがわかった。還元剤として、ＣＯ／Ｈ２を含む混合ガス、好ましくは６０〜８０体積％のＣＯと２０〜４０体積％のＨ２との混合ガスが、チャーと組み合わせて使用される。
熱発生器９の後、懸濁物は、ガス流によって流動層反応器１３の下流側にあるサイクロン１４に送られる。そこで、固体物はガスから分離される。分離された固体物は、再循環シュート１５を通じて熱発生器９に再循環される。一方、ＣＯ、Ｈ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏを含む、温度が少なくとも８５０℃の排ガスは、ガスダクト１６を介して、先ず、第２予備加熱ステージのサスペンション熱交換器７に送られ、そこからサイクロン８及びガスダクト１６´を介して第１予備加熱ステージのサスペンション熱交換器４に送られる。そこで、排ガスは約５００℃に冷却される。排ガスは、サスペンション熱交換器４の下流側にあるサイクロン５において分離され、ガスダクト１６´´を介して、廃熱ボイラー１７ａを通過する。そこで、排ガスは、蒸気（約４ｂａｒ）を発生させることによって、約２００℃に冷却される。そして、サイクロン１７ｂ（マルチクロン）とベンチュリスクラバ１７ｃとで構成される装置において塵埃及び水分から遊離され、約３０℃に更に冷却される。続いて、ＣＯ２吸収装置１８において、排ガスから二酸化炭素が除去される。そのように洗浄された混合ガスは、ガスヒータ１９において約４００℃に加熱される。そして、該混合ガスは、流動ガスとして、管路１１を通じて熱発生器９、流動層反応器１３及びフラッシュ冷却器（国際公開第２００４／０５６４６２号パンフレット参照）として設計された熱交換装置２１に導入される。
冷却媒体が、フラッシュ冷却器２１の円筒リアクタの下部に導入される。冷却媒体の一部は、中央ノズルを介してフラッシュ冷却器に導入され、残りの冷却媒体は、リアクタ下部において環状流動層を流動化するために用いられる。ガス速度は、以下のように調整されることが好ましい。すなわち、中央ノズルにおいて、粒子フルード数は１〜１００、環状流動層において、粒子フルード数は０．０２〜２、中央ノズル及び環状流動層の上のリアクタ空間において、粒子フルード数は０．３〜３０である。ここで、粒子フルード数は以下の式で定義される。
ここで、
ｕ ＝ ガスフローの有効速度［ｍ／ｓ］
ρｓ ＝ 固体物粒子の密度［ｋｇ／ｍ３］
ρｆ ＝ 流動ガスの有効密度［ｋｇ／ｍ３］
ｄｐ ＝ リアクタ動作中に存在するリアクタインベントリ（ｒｅａｃｔｏｒ ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ）の粒子（又は形成された粒子）の平均直径［ｍ］
ｇ ＝ 重力定数［ｍ／ｓ２］
ｕ ＝ ガスフローの有効速度［ｍ／ｓ］
ρｓ ＝ 固体物粒子の密度［ｋｇ／ｍ３］
ρｆ ＝ 流動ガスの有効密度［ｋｇ／ｍ３］
ｄｐ ＝ リアクタ動作中に存在するリアクタインベントリ（ｒｅａｃｔｏｒ ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ）の粒子（又は形成された粒子）の平均直径［ｍ］
ｇ ＝ 重力定数［ｍ／ｓ２］
被冷却媒体が、フラッシュ冷却器２１の下部に、好ましくは環状流動層の直ぐ上に、投入される。環状流動層では、被冷却微粒子媒体が解放点（ｌｏｏｓｅｎｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）より上で流動化される。被冷却媒体が中央ノズルの端を超えると、被冷却媒体は、そこに入ってくる冷却媒体によって取り込まれ、混合されて、上部へと送られる。
流動層反応器１３から、温度約９５０℃の、還元鉱石とチャーとの混合物が、好ましくは空気圧式の固体物管路２０を介して連続的に引き出され、フラッシュ冷却器２１の下部に供給される。フラッシュ冷却器２１において、固体混合物は、約４００℃に予備加熱された再循環ガスと混合され、高速で上部に送られる。再循環ガスは固体混合物を約７５０℃に冷却し、再循環ガス自身は、固体混合物によって約７５０℃に加熱される。
フラッシュ冷却器２１の上部において、固体混合物と再循環ガスとの懸濁物は、排出管路２２を介してサイクロン２３に供給される。そこで、固体混合物が再循環ガスから分離される。再循環ダクト２４を介して、温度約７５０℃の分離された再循環ガスは、環状流動層として実行される流動層反応器１３の中央ノズルに供給される。その熱エネルギは、粒状鉄鉱石の還元に利用可能である。
温度約７５０℃の分離された固体混合物は、固体物シュート２５を介して排出システムに供給される。このシステムは、実質的にバッファーホッパー（ｂｕｆｆｅｒ ｈｏｐｐｅｒ）２６で構成される。バッファーホッパー２６は、下降管２５´を介して送り容器（ｓｅｎｄｉｎｇ ｖｅｓｓｅｌ）２７に接続される。プラント内における例えば４ｂａｒの圧力は、接続されたライザー（ｒｉｓｅｒ）２５´´を介して減らされる。上部に移動した還元混合物（還元鉱石及び石炭灰と残留炭素とで構成されるチャー）は、オーバーフローホッパー（ｏｖｅｒｆｌｏｗ ｈｏｐｐｅｒ）２８から傾斜シュート２５´´´を介して分配容器２９へ送られ、そこから磁気分離器３０（国際公開第２００８／１４２１９１号パンフレット参照）に投入される。そこで、還元鉱石は磁性部分として、鉄のキュリー点（７６８℃）未満である６５０〜７５０℃の温度において、灰と炭素とで略構成される非磁性チャー部分から、分離され、そして、磁性部分は溶融還元炉３１に投入される。図１において、好ましい態様であるサブマージアーク炉（ＳＡＦ）が示されている。しかしながら、溶融還元は、溶鉱炉や、或いはＡｕｓＩｒｏｎ（図２参照）又はＨＩｓｍｅｌｔのような鉄浴式溶融還元プロセス（ｂａｔｈ ｓｍｅｌｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）で行ってもよい。
約１４５０〜１６００℃で運転される溶融還元炉３１では、金属鉄含有量が９４重量％より多い溶銑が製造される。サブマージアーク炉３１からの排ガスのＣＯ含有量は９０体積％より多い。該排ガスは、後燃えチャンバ（ａｆｔｅｒ−ｂｕｒｎｉｎｇ ｃｈａｍｂｅｒ）（図示せず）において又は好ましくは再循環ガスを加熱するガスヒータ１９において、除塵（ｄｅｄｕｓｔｉｎｇ）を行った後、燃焼される。図２のＡｕｓＩｒｏｎ炉からの排ガスは、同様に、ほとんど完全燃焼させられ、廃熱ボイラー（図示せず）にて冷却され、それによって生成された蒸気は、上述の方法のＣＯ２吸収及び発電に使用される。
本発明は、溶銑の製造について、中間生成物としての還元鉱石を参照して説明されてきた。しかしながら、一般に、本発明は、溶銑を回収する際に金属化中間生成物を製造する方法及びプラントに適用可能である。その場合、高温磁気分離による非金属部分の分離は、溶融する際のエネルギ節約だけでなく、例えば、不純物除去等にも好適である。従って、本発明は、例えば、本出願人の独国特許出願公開第１０２００４０５３６７６号明細書に記載されているような、チタン鉄鉱からのチタンスラグの製造にも用いることができる。
高温磁気分離による非金属部分の分離は、還元鉱石を溶融還元ユニットにおいて更に処理する前に、該還元鉱石を熱間ブリケット（ｈｏｔ−ｂｒｉｑｕｅｔｔｅｄ）或いは熱間圧縮（ｈｏｔ−ｃｏｍｐａｃｔｅｄ）を行う場合にも好適である。
本発明は、原材料の予備還元（「Ｃｉｒｃｏｆｅｒ」プロセス）とそれに続く溶融還元（特にサブマージアーク炉における溶融還元、或いは、例えば、「ＡｕｓＩｒｏｎ」プロセス）とを組み合わせることにより、エネルギ効率の優れた、鉄鉱石からの溶銑の回収方法を提供する。この場合、中間生成物としての予備還元された材料は、高温磁気分離の前に、予備加熱されたプロセスガスで冷却される。回収されたエネルギは、プロセスガスによる予備還元に再度供給されることができる。これにより、「メタルダスティング」の温度範囲の温度よりも低い温度である約４００℃までプロセスガス全体を加熱することで十分足りる。本発明により、ガスヒータに対して、より費用のかからないプラント材料を使用することができ、また、中間生成物の冷却におけるエネルギ損失を最小に抑えることができる。
本発明はまた、溶融（例えば、溶鉱炉、ＡｕｓＩｒｏｎ又はＨＩｓｍｅｌｔ）のために炭素を主なエネルギ担体として用いる、溶融還元プロセスにおける溶銑の効率的な回収方法を提供する。この場合、非金属チャーの組成により、高温磁気分離は適当ではない。これは、例えば、わずかな量の灰を含有する高純度炭素担体を還元に使用する場合も同様である。この場合、図２に示すように、還元のために再循環ガスを４００℃から加熱し、溶融還元３１、熱間ブリケット又は熱間圧縮３２に必要な高さ或いは高温搬送システムに必要な高さに還元混合物を運ぶために、フラッシュ冷却器２１が用いられる。一方、固体物冷却からのエネルギは、還元に供給され、ガスヒータは、「メタルダスティング」より低い温度範囲において、再び動作させることができる。高温磁気分離器の省略及び熱間圧縮３２（図１の実施形態でも使用可能）の使用以外は、手順は、図１の実施形態に対応する。更に、サブマージアーク炉の代わりに、ＡｕｓＩｒｏｎプロセスに係る石炭燃焼に基づく溶融還元炉３１が示されている。なお、図１に関する上記記載を参照のこと。
図３は、高温磁気分離を使用しない場合の、排出システムから溶融ユニットへ還元混合物を直接供給する変形例の概略を示す。更に、排出システム又は高温磁気分離から取り出される還元鉱石の圧縮を行う場合及び行わない場合の変形例も示す。
本発明において考慮される以下の手法：
・融点より低い温度での直接還元
・溶融前の副生成物の分離
・還元鉱石の溶融ユニットへの高温投入
によって、溶融還元において、省エネルギ化が達成できる。
・融点より低い温度での直接還元
・溶融前の副生成物の分離
・還元鉱石の溶融ユニットへの高温投入
によって、溶融還元において、省エネルギ化が達成できる。
１…固体物供給シュート
２…粒状鉄鉱石用貯蔵容器
３…混合タンク
４…第１予備加熱ステージの熱交換器
５…第１予備加熱ステージのサイクロン
６、６´、６´´…固体物シュート
７…第２予備加熱ステージの熱交換器
８…第２予備加熱ステージのサイクロン
９…熱発生器
１０…石炭用貯蔵容器
１０ａ…粉砕乾燥装置
１１…再循環ガス用ガスダクト
１２…連通路
１３…流動層反応器
１４…流動層反応器のサイクロン
１５…固体物戻しシュート
１６、１６´、１６´´…ガスダクト
１７ａ…廃熱ボイラー
１７ｂ…サイクロン
１７ｃ…スクラバ
１８…ＣＯ２吸収装置
１９…ガスヒータ
２０…固体物管路
２１…フラッシュ冷却器（熱交換装置）
２２…排出シュート
２３…フラッシュ冷却器のサイクロン
２４…再循環ダクト
２５、２５´、２５´´、２５´´´…固体物シュート
２６…バッファーホッパー
２７…送り容器
２８…オーバーフローホッパー
２９…分配ホッパー
３０…高温磁気分離器
３１…溶融還元炉
３２…熱間圧縮ユニット
２…粒状鉄鉱石用貯蔵容器
３…混合タンク
４…第１予備加熱ステージの熱交換器
５…第１予備加熱ステージのサイクロン
６、６´、６´´…固体物シュート
７…第２予備加熱ステージの熱交換器
８…第２予備加熱ステージのサイクロン
９…熱発生器
１０…石炭用貯蔵容器
１０ａ…粉砕乾燥装置
１１…再循環ガス用ガスダクト
１２…連通路
１３…流動層反応器
１４…流動層反応器のサイクロン
１５…固体物戻しシュート
１６、１６´、１６´´…ガスダクト
１７ａ…廃熱ボイラー
１７ｂ…サイクロン
１７ｃ…スクラバ
１８…ＣＯ２吸収装置
１９…ガスヒータ
２０…固体物管路
２１…フラッシュ冷却器（熱交換装置）
２２…排出シュート
２３…フラッシュ冷却器のサイクロン
２４…再循環ダクト
２５、２５´、２５´´、２５´´´…固体物シュート
２６…バッファーホッパー
２７…送り容器
２８…オーバーフローホッパー
２９…分配ホッパー
３０…高温磁気分離器
３１…溶融還元炉
３２…熱間圧縮ユニット
Claims (17)
- 酸化鉄を含む粒状原材料を、流動層反応器において少なくとも８５０℃の温度で炭素質還元剤によって部分還元して、還元混合物を得る工程と、
前記還元混合物を排出システムを介して溶融還元ユニットに供給する工程と、
を有する溶銑を製造する方法であって、
前記還元混合物を前記溶融還元ユニットに供給する前に、前記還元混合物を熱交換装置において６００〜８００℃の温度に冷却し、予備加熱されたプロセスガスは冷却媒体として使用されることを特徴とする溶銑を製造する方法。 - 請求項１記載の方法において、前記プロセスガスは、前記流動層反応器から取り出された再循環ガスであることを特徴とする方法。
- 請求項１又は２記載の方法において、前記プロセスガスは、一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は元素水素（Ｈ２）を含有することを特徴とする方法。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法において、前記プロセスガスは、前記熱交換装置に導入される前に３００〜５００℃に予備加熱されることを特徴とする方法。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法において、前記プロセスガスは、前記熱交換装置において前記還元混合物によって６００〜８００℃に予備加熱されることを特徴とする方法。
- 請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法において、前記熱交換装置に続いて、前記還元混合物は前記加熱されたプロセスガスから分離され、前記加熱されたプロセスガスは前記流動層反応器に、流動ガス又は還元ガスとして供給され、前記還元混合物は前記溶融還元ユニットに供給されることを特徴とする方法。
- 請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法において、前記熱交換装置の後且つ前記排出システムの後、前記還元混合物は、非磁性物質を分離する高温磁気分離器に供給されることを特徴とする方法。
- 請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法において、前記熱交換装置において、前記還元混合物は、前記排出システム又はそれ以降の装置に必要な高さに搬送されることを特徴とする方法。
- 請求項７又は８記載の方法において、前記高温磁気分離器のフロー温度は、前記予備加熱されたプロセスガスの温度を介して制御されることを特徴とする方法。
- 請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法において、前記熱交換装置に続いて設けられた排出システムにおいて、前記流動層反応器及び前記熱交換装置におけるプラント圧は、ライザー及びオーバーフローホッパーを介して完全に減少されることを特徴とする方法。
- 請求項７〜１０のいずれか１項に記載の方法において、前記排出システム後の前記還元混合物又は前記高温磁気分離器後の前記高温還元鉱石は、熱間ブリケットユニット又は熱間圧縮ユニットに供給されることを特徴とする方法。
- 鉄鉱石及び還元剤を投入する装置と、
鉄鉱石を部分還元する流動層反応器（１３）と、
溶銑を製造する溶融還元ユニット（３１）と、
を備えた溶銑を製造するプラントであって、
前記流動層反応器（１３）と前記溶融還元ユニット（３１）との間に熱交換装置（２１）が設けられ、
前記熱交換装置（２１）には、前記流動層反応器（１３）からの前記還元混合物が供給され、前記熱交換装置（２１）には、予備加熱されたプロセスガス用ダクト（１１）が接続され、前記熱交換装置（２１）には、排出システム（２５〜２９）を介して前記溶融還元ユニット（３１）が接続されることを特徴とする溶銑を製造するプラント。 - 請求項１２記載のプラントにおいて、前記熱交換装置（２１）はフラッシュ冷却器であることを特徴とするプラント。
- 請求項１３記載のプラントにおいて、前記フラッシュ冷却器は環状流動層を有することを特徴とするプラント。
- 請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のプラントにおいて、前記熱交換装置（２１）に続いて、前記プロセスガスから前記鉄含有固体物を分離するためのサイクロン（２３）が設けられ、再循環ダクト（２４）は前記サイクロン（２３）から前記流動層反応器（１２）へ通じ、固体物シュート（２５）は前記サイクロン（２３）から前記排出システム（２６〜２９）に通じることを特徴とするプラント。
- 請求項１２〜１５のいずれか１項に記載のプラントにおいて、前記排出システム（２５〜２９）に続いて、高温磁気分離器（３０）が設けられることを特徴とするプラント。
- 請求項１２〜１５のいずれか１項に記載のプラントにおいて、前記排出システム（２５〜２９）又は前記高温磁気分離器（３０）に続いて、熱間ブリケットユニット又は熱間圧縮ユニット（３２）が設けられることを特徴とするプラント。
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