JP2024081592A - 雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多元化、低コスト、低エネルギー消費、低排出、雰囲気調整可能、安定で効率良く、及び環境に優しい等の利点を有するガスベース直接還元製鉄システム及び方法の提供。【解決手段】雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムは、シャフト炉、一次冷却装置、濾過装置、二次冷却装置、加圧装置、燃焼用ガス混合装置、還元用ガス混合装置、予熱炉、及び改質炉を含み、燃焼用ガス混合装置と還元用ガス混合装置には、それぞれ複数のガス入口通路が設けられ、シャフト炉の炉頂ガス出口が、一次冷却装置、濾過装置、二次冷却装置、加圧装置を順次介して、燃焼用ガス混合装置及び還元用ガス混合装置のそれぞれの１つのガス入口通路に管路によって接続され、還元用ガス混合装置のガス出口通路が、予熱炉及び改質炉を順次介してシャフト炉のガス入口に管路によって接続され、燃焼用ガス混合装置のガス出口通路が、改質炉のバーナーに管路によって接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システム及び方法に関し、鉄鋼製錬の技術分野に属する。

鉄鋼業界は、ＣＯ_２排出削減の巨大な圧力に直面しており、新世代のグリーン・低炭素冶金技術の開発は、鉄鋼企業が持続可能な発展を実現するために避けて通ることのできない道となっている。

ＣＯ_２排出削減のアプローチとしては、一つは、エネルギー利用効率を向上させることであり、もう一つは、クリーンエネルギー代替を求めることである。前者の研究は、主にエネルギーの高効率回収・利用及び反応器内でのエネルギーの一次利用率が低いという化学的制限を突破することに注目しているが、エネルギー代替に関して、現在最も有望なのは水素エネルギーである。水素還元は、反応速度が速く、生成物による汚染がないという特徴を有し、ＣＯ_２排出を効果的に低減できる。ガスベース直接還元（ガスを還元剤として鉄鉱石を還元する直接還元製鉄法）は、現在の水素還元の主流である。

現在、水素冶金は、主に水素ガスとＣＯの混合ガスによって鉄鉱石をガスベースシャフト炉で還元して直接還元鉄（Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｉｒｏｎ、ＤＲＩと略称される）を得て、次の工程のアーク炉製鋼の原料とする。近年、直接還元鉄の生産量は、市場のニーズ及びグリーン低炭素の実施状況から、増加傾向を保持し続けていく。国際的には、水素直接還元項目はスウェーデンＨＹＢＲＩＴやＭＩＤＲＥＸ Ｈ２などがあり、世界の鉄鋼先進国は、何れも水素冶金を突破点とする低炭素冶金戦略を加速に推進している。「カーボンピークアウト・カーボンニュートラル」戦略の実施に伴い、直接還元は水素冶金の最も主要な応用の１つとなる。そのため、従来のプロセス及び生産実践に基づき、プロセス技術及び装備を常に完備、発展しつつあり、多元化、低コスト、低エネルギー消費、低排出、安定で高効率、環境に優しい水素冶金精錬技術を開発することは、将来の発展のトレンドである。

以下、本発明に係る技術案に関連する先行技術を幾つか簡単に説明する。

本発明に関連する先行技術１：
先行技術１の技術案：
ＭＩＤＲＥＸプロセスで使用される還元ガスは、天然ガスを接触分解して得られるものであり、分解剤に炉頂ガスが使用される。炉頂ガスは、ＣＯとＨ_２を約７０％含み、加圧後に混合室内に導入され、当量の天然ガスと均一に混合される。得られた混合ガスは、まず、改質炉排ガスを熱源とする熱交換器に入り、予熱される。予熱された混合ガスは、改質炉のニッケル系触媒反応管群に送られ、接触分解反応を行い、還元ガスに改質される。還元ガス中のＣＯとＨ_２の含有量は、合計で９５％程度であり、温度は、８５０～９００℃である。

残りの炉頂ガスは、燃料として適量の天然ガスと混合室で混合された後、改質炉の反応管外の燃焼空間に供給される。また、燃焼温度を上昇させるように、燃焼促進用空気も熱交換器で予熱される。

改質炉燃焼排ガスは、１％未満のＯ_２を含有する。高温の排ガスは、まず熱交換器に送られ、燃焼促進用空気及び混合原料ガスを順次に予熱する。熱交換器から排出された排煙は、一部は洗浄、加圧されてシールガスとして炉頂及び炉底のガスシール装置に供給され、残りは排煙機により大気中に排出される。

先行技術１の欠点：
ＭＩＤＲＥＸプロセスのガス源は、天然ガスのみに適しており、ガス源の種類は単一であり、ガスの比率は制限される。一方、ＭＩＤＲＥＸプロセスは湿式集塵を採用することから、粉塵の浄化効果が低く、水処理システムが複雑である。使用される湿式集塵機の管路及び設備は腐食されやすいため、製品が不良品となり、副生成物の回収再利用にも不利である。集塵機から排出されたスラッジによって、二次汚染を起こす可能性もある。また、ある程度の水消費性を有するため、寒冷地では凍結防止に注意を払う必要があり、設備を屋外に設置した場合には、冬場に凍結される可能性がある。

本発明に関連する先行技術２：
先行技術２の技術案：
ＨＹＬプロセスの基本原理は、固定床で還元ガスにより鉄鉱石を還元することであり、使用する還元ガス炭化水素（天然ガスやコークス炉ガス）は、不完全燃焼及び還元反応器内での金属鉄の触媒作用により炉内で改質され生成するものである。本プロセスフローは、還元ガスの不完全燃焼、反応炉の還元ゾーンの底部でのガス改質、及び調整可能な反応ガス組成を特徴とする。メキシコＨＹＬ社が開発したＨＹＬ－ＺＲ技術、即ち、ガス自己改質技術（ガスをガスベースシャフト炉内の高温条件下で触媒反応させて還元ガスを生成するプロセス）によれば、ＨＹＬ法は、直接、石炭を酸素／水蒸気を酸化剤として製造したガスをガス源とすることができる。

先行技術２の欠点：
一方、ＨＹＬプロセスは、天然ガスと水蒸気を湿式改質して還元ガスを取得するものであるが、ガス自己改質技術を採用すると、還元ガス中の有効成分の比率が低く、還元効率が悪い。一方、ＨＹＬプロセスは、湿式集塵を採用することから、粉塵の浄化効果が低い。使用する湿式集塵機の管路及び設備は腐食されやすく、製品が不良品となり、副生成物の回収再利用にも不利である。集塵機から排出されたスラッジによって、二次汚染を起こす可能性もある。また、ある程度の水消費性を有するため、寒冷地では凍結防止に注意を払う必要があり、設備を屋外に設置した場合には、冬場に凍結する可能性がある。

従って、新規な雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システム及び方法を提供することは、当分野において緊急に解決すべき課題となっている。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムを提供することを目的とする。

本発明の別の目的は、雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法を提供することである。

上記目的を達成するために、一側面において、本発明は、シャフト炉、一次冷却装置、濾過装置、二次冷却装置、加圧装置、燃焼用ガス混合装置、還元用ガス混合装置、予熱炉、及び改質炉を含み、前記燃焼用ガス混合装置と前記還元用ガス混合装置には、それぞれ複数のガス入口通路が設けられる、雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムであって、
前記シャフト炉の炉頂ガス出口が、一次冷却装置、濾過装置、二次冷却装置、加圧装置を順次介して、前記燃焼用ガス混合装置及び前記還元用ガス混合装置のそれぞれの１つのガス入口通路に管路によって接続され、前記還元用ガス混合装置のガス出口通路が、予熱炉及び改質炉を順次介して前記シャフト炉のガス入口に管路によって接続され、
前記燃焼用ガス混合装置のガス出口通路が、前記改質炉のバーナーに管路によって接続される雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムを提供する。

本発明に係る上記の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムの具体的一実施形態として、前記システムは、還元ガス混合装置及び補充還元ガス源をさらに含み、前記改質炉のガス出口は、還元ガス混合装置を介して前記シャフト炉のガス入口に管路によって接続され、前記補充還元ガス源は、前記還元ガス混合装置の補充還元ガス入口に管路によって接続される。

本発明に係る上記の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムの具体的一実施形態として、前記シャフト炉の炉頂ガス出口は、一次冷却装置、濾過装置、二次冷却装置、加圧装置を順次介して前記還元ガス混合装置に管路によってさらに接続され、還元ガス混合装置内の混合ガスを冷却降温させる。このとき、必要に応じて降温冷却装置及び／又は加熱装置を選択的に閉じ、浄化して加圧した炉頂ガスの一部のみにより還元ガス混合装置内の混合ガスを冷却降温することができる。

本発明に係る上記の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムの具体的一実施形態として、前記システムは、降温冷却装置及び／又は加熱装置をさらに含み、改質炉のガス出口又は還元ガス混合装置の出口は、降温冷却装置及び／又は加熱装置を介して、前記シャフト炉のガス入口に管路によって接続される。そのうち、シャフト炉入口に降温冷却装置及び／又は加熱装置が設けられ、シャフト炉内に入るガスの温度を調整するために用いられ、これにより異なるガス源に対応するシャフト炉内の還元反応環境に合わせるようにする。

本発明に係る上記の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムの具体的一実施形態として、前記改質炉のバーナーの高温排煙出口は、前記予熱炉に入る目標ガスを予熱するために、前記予熱炉の予熱媒体ガス入口に管路によって接続される。

本発明に係る上記の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムの具体的一実施形態として、前記システムは、煙突をさらに含み、前記予熱炉の予熱媒体ガス出口は、煙突に管路によって接続される。

本発明に係る上記の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムの具体的一実施形態として、前記システムは、前記改質炉に空気を送風するための送風機をさらに含む。

本発明に係る上記の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムの一具体的一実施形態として、前記濾過装置は、乾式集塵機である。そのうち、乾式集塵機は、排煙やガス等の処理対象の含塵ガスから除去した灰を乾式で排出する集塵機である。乾式集塵機は、バグフィルターで濾過し、バグフィルターの濾過作用により含塵ガスを濾過する。含塵ガスがバグフィルターに入ると、粒子が大きく比重の大きい粉塵は重力により沈降してホッパーに落ちるが、比較的微細な粉塵を含むガスは濾材を通過する際に粉塵が阻止され、含塵ガスが浄化される。バグフィルターの表面の粉塵が増加していくと、プログラマーが作動し始め、パルスバルブを１つずつ開いて、スパウトから圧縮空気をバグフィルターに吹き付けて、バグフィルターを急激に膨らませ、逆方向の気流によって、バグフィルターの表面に付着した粉塵を急速にバグフィルターから離脱させて灰サイロ内に落とし、灰庫底部の粉塵排出バルブから排出する。

本発明に係る上記の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムの具体的一実施形態として、前記システムは、複数台のガスサージタンクをさらに含み、前記燃焼用ガス混合装置の複数のガス入口通路、前記還元用ガス混合装置の複数のガス入口通路及び還元ガス混合装置の補充還元ガス入口は、それぞれ前記ガスサージタンクに接続される。

本発明では、異なるガス源を利用する場合、生成する還元ガス中のＣＯとＨ_２の比率が異なり、それに応じて、シャフト炉内の直接還元反応雰囲気が異なる。したがって、本発明によって提供されるシステムにおいて、前記燃焼用ガス混合装置と前記還元用ガス混合装置には、それぞれ複数のガス入口通路が設けられ、これらのガス入口通路は、異なるガス源の発熱量、流量、圧力などのパラメータに応じて利用され得る。

かかる基本機能を実現するために、本発明によって提供される雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムは、給電システム、制御システム、及び検出システム等の主設備をさらに含むことができる。

本発明は、別の側面において、
（１）シャフト炉の炉頂ガスを冷却、浄化、加圧した後、一部を還元用ガスとして還元用ガス混合装置に送入し、１種又は複数種の還元ガス源と混合し、混合された還元用ガスを予熱炉に送入し、予熱し、他の一部を燃料ガスとして燃焼用ガス混合装置に送入し、１種又は複数種の燃料ガス源と混合し、混合された燃料ガスを改質炉のバーナーに送入し、改質炉に熱エネルギーを供給すること、及び
（２）予熱された還元用ガスを改質炉に送入し、改質触媒の触媒作用で接触改質を行って還元ガスを得、前記還元ガスを直接シャフト炉に送って鉄鉱石を還元製錬し、直接還元鉄を生成し、
或いは、前記改質炉内に改質触媒を添加していない場合には、予熱された還元用ガスを改質炉に送って再予熱し、再予熱された混合ガスをシャフト炉に送ってシャフト炉内で自己改質反応させて直接還元鉄を生成することを含む、雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法を提供する。

本発明に係る上記の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法の具体的一実施形態として、前記方法は、前記改質炉のガス出口から排出される還元ガスと、補充還元ガス源とを還元ガス混合装置内で混合し、得られた混合ガスを直接シャフト炉に送って鉄鉱石を還元製錬し、直接還元鉄を生成することをさらに含む。

本発明に係る上記の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法の具体的一実施形態として、前記補充還元ガス源は、水素ガスである。

本発明に係る上記の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法の具体的一実施形態として、前記方法は、浄化して加圧した炉頂ガスの一部を還元用ガス混合装置に送入し、還元ガス混合装置内の混合ガスを冷却して降温することをさらに含む。

本発明に係る上記の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法の具体的一実施形態として、前記方法は、シャフト炉のガス入口を通ってシャフト炉に入るガス（改質炉反応後に得られる還元ガスであってもよく、改質炉反応後に得られる還元ガスと補充還元ガス源との混合ガスであってもよく、改質炉で再予熱された混合ガスであってもよい）の温度を、降温冷却装置及び／又は加熱装置により調整することをさらに含む。

本発明に係る上記の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法の具体的一実施形態として、前記方法は、前記改質炉のバーナで燃焼して生成した高温の排煙により前記予熱炉内に入る目標ガスを予熱することをさらに含む。

本発明に係る上記の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法の具体的一実施形態として、前記還元ガス源及び前記燃料ガス源は、それぞれ、炭層ガス、天然ガス、コークス炉ガス、改質ガス及び水素ガスのうちの１種又は複数種の組み合わせを含み、前記改質ガスは、ＣＯ、Ｈ_２、及びＣＨ_４のうちの１種又は複数種に富む改質ガスを含む。

本発明において、前記還元ガス源と前記燃料ガス源とは、同一であっても異なってもよい。

本発明に係る上記の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法の一具体例として、混合した還元用ガスには、混合した還元用ガスの全体積に占める、Ｈ_２、ＣＯ、及びＣＨ_４の体積の合計の割合は、７０％以上であり、
好ましくは、前記方法で補充還元ガス源を用いる場合には、混合した還元用ガスと補充還元ガス源には、混合した還元用ガスと補充還元ガス源の全体積に占める、Ｈ_２（この場合のＨ_２は、混合した還元用ガス中のＨ_２及び補充還元ガス源中のＨ_２であってもよく、また、補充還元ガス源中のＨ_２のみであってもよい。）、ＣＯ、及びＣＨ_４の体積の合計の割合は、７０％以上である。

本発明に係る上記の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法の具体的一実施形態の一つとして、前記改質炉の炉温は、１０００～１１００℃である。

本発明において、改質炉の炉温は、ガス源の成分、発熱量等のパラメータに依存し、ガス源によって必要な熱エネルギーが異なるため、対応する改質炉の炉温も異なる。

本発明によって提供される上記の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法の工程（１）において、浄化して加圧した炉頂ガスの一部を還元用ガスとして還元用ガス混合装置に送入し、１種又は複数種の還元ガス源と混合し、混合された還元用ガスを予熱炉に送入し、予熱する。ここで、還元ガス源の種類に応じて、浄化、加圧後の炉頂ガスと還元ガス源の２種類のガスの混合割合を調整する。即ち、混合後の還元用ガス比率を還元ガス源に合わせるようにする必要があり、ガス源によって配合割合が異なり、生成する還元剤中のＣＯとＨ_２の比率も異なる。

本発明によって提供される上記の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法の工程（１）において、浄化、加圧後の炉頂ガスの他の一部を燃料ガスとして燃焼用ガス混合装置に送入し、１種又は複数種の燃料ガス源と混合し、混合された燃料ガスを改質炉のバーナーに送入し、改質炉に熱エネルギーを供給する。ここで、燃料ガス源の性質及びパラメータに応じて、浄化、加圧後の炉頂ガスと燃料ガス源との混合割合を合わせる。即ち、浄化、加圧後の炉頂ガスと燃料ガス源の２種類のガスを混合する場合、混合後に得られる燃焼用ガスの割合をガス源に合わせるようにする必要があり、ガス源によって触媒反応に必要な熱エネルギーが異なる。

本発明によって提供される方法において、異なるガス源は燃焼用ガス混合装置と還元用ガス混合装置の対応するガス入口通路に通される必要があり、同時にガス源に対応するガス混合割合、加熱温度、改質触媒量及び粒度を合わせることで、生成する還元ガス中のＣＯとＨ_２の比率を制御する。

本発明の好ましい実施例において、改質触媒として、炭層ガス等のガス中のメタン及び二酸化炭素を、水素及び一酸化炭素を所定の割合で含む還元性ガスに改質することができ、水素ベースシャフト炉による鉄還元の要求を満足する高活性、高選択性、耐高温、耐炭素析出性を有するニッケル系触媒を選択する必要がある。また、改質触媒は、還元ガス出口圧が水素ベースシャフト炉の入口の要求を満たすように、ガス抵抗が小さく、圧力降下が低いことを兼ねて考慮して触媒を選択する必要がある。また、改質触媒の粒径は、改質炉の高さや直径に応じて選択する必要がある。例えば、使用する改質触媒の粒径の範囲は直径として１３ｍｍであり、１０～２０ｍｍの範囲で調整可能である。

本発明で用いられる改質触媒は、当分野で用いられる一般的触媒であり、市販のものであってもよく、実験室での自家製のものであってもよい。

従来技術と比較して、本発明によって提供される雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システム及び方法は、以下の有益な技術的効果を達成することができる。

（１）本発明によって提供されるシステムにおいて、異なる発熱量のガス源に対応するシャフト炉内の反応温度を調整するために、シャフト炉のガス入口に前記シャフト炉に入るガスの温度を調整するための降温冷却装置及び／又は加熱装置が設けられる。同時に、シャフト炉設備を保護することができ、炉内に入るガスの温度が高すぎることによるシャフト炉の寿命への影響を回避することができ、これにより該システム及び方法が多様なガス源に適用可能であるという設計コンセプトを実現する。

（２）本発明は、シャフト炉の炉頂ガスに対して二重冷却＋乾式集塵プロセスを使用する。ここで、二重冷却を使用することにより、高圧集塵のための設備構成を低減し、それによりコストを低減する。乾式集塵を使用することにより、湿式集塵による環境汚染を回避し、省エネルギーとともに環境に優しい。

（３）本発明は、多様なガス源に適用可能な、雰囲気調整可能な、グリーン環境保護のガスベース直接還元製鉄システム及び方法を提供する。該ガスベース直接還元製鉄システム及び方法は、ガス源の種類に応じて改質触媒の使用を調整することにより、生成した還元ガス中のＣＯとＨ_２の比率、即ち、生成した還元ガスのＨ／Ｃ比を制御することができ、多様なガス源に適用でき、生成した還元ガスの比率が調整可能であり、ガス源が単一で、及びガス比率が制限されるという課題を解決した。そして、改質炉内に改質触媒を添加していない場合には、シャフト炉内で自己改質し、改質炉内に改質触媒を添加した場合には、シャフト炉外、即ち改質炉内で改質する。

（４）本発明は、シャフト炉の炉頂ガスを二重冷却、乾式集塵及び加圧処理してから循環再利用し、即ち、ＣＯ_２を有効に循環再利用することにより、さらに省エネルギーと環境保護の目的を図る。

以上のように、本発明は、グリーン、低炭素、環境保護などの概念を実現し、多元化、低コスト、低エネルギー消費、低排出、雰囲気調整可能な、安定で効率的な、かつグリーン環境保護のガスベース直接還元製鉄システム及び方法を提供する。

本発明の実施例又は従来技術における技術案をより明確に説明するために、実施例の説明に必要な図面を以下に簡単に説明するが、明らかに、以下の説明における図面は本発明の幾つかの実施例であり、当業者にとって、創造的な労力を払わない限り、これらの図面に基づいて他の図面を得ることも可能である。
本発明の実施例１に係る雰囲気ガス調整可能なガスベース直接還元製鉄システムの構成を示す概略図である。 本発明の実施例２に係る雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムの構成を示す概略図である。 本発明の実施例３に係る雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムの構成を示す概略図である。 本発明の実施例４に係る雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムの構成を示す概略図である。

本発明の明細書、特許請求の範囲、及び上記の図面における「含む」という用語及びそれらのいかなる変形は、非排他的な包含をカーバーするという意図で用いられ、例えば、一連の工程又はユニットを含むプロセス、方法、システム、製品又は装置は、必ずしも明確に列挙されたものに限定されるものではなく、明確に列挙されていない、又は、そのようなプロセス、方法、製品又は装置に固有の他の工程又はユニットを含み得る。

本発明において、「上」、「下」、「内」、「外」、「中」等の用語で示される方位又は位置関係は、図面に示される方位又は位置関係に基づくものである。これらの用語は、主に本発明及びその実施例をより良く説明するために使用されるものであり、示された装置、素子又は構成部分が特定の方位を有するか、又は特定の方位で構成され操作されなければならないと限定するために使用されるものではない。

また、上記の用語の一部は、方位又は位置関係を表すために使用され得るだけでなく、他の意味を表すために使用され得る。例えば、「上」という用語は、場合によって、特定の付随する関係又は接続関係を表すために使用され得る。本発明におけるこれらの用語の具体的な意味は、当業者であれば特定の状況から理解することができる。

また、「配置」、「接続」という用語は、広義的に理解されるべきである。例えば、「接続」は、固定接続、取外し可能な接続、又は一体構造であってもよく、機械的接続、又は電気的接続であってもよく、直接的に接続されていてもよく、中間媒体を介して間接的に接続されていてもよく、又は２つの装置、素子又は構成部分の間の内部的な接続であってもよい。本発明における上記用語の具体的な意味は、当業者であれば特定の状況から理解することができる。

本発明に開示の「範囲」は、下限及び上限の形で示される。下限及び上限はそれぞれ１つ以上とすることができる。所定の範囲は、１つの下限と１つの上限を選定することによって規定される。選択された下限及び上限によって、特定の範囲の境界を規定される。このように定義されたすべての範囲は、組み合わせることができ、即ち、任意の下限は、任意の上限と組み合わせて範囲を形成することができる。例えば、特定のパラメータについて、６０～１２０及び８０～１１０の範囲が記載される場合、６０～１１０及び８０～１２０の範囲も想定されることが理解される。さらに、列挙された最小範囲値が１及び２であり、列挙された最大範囲値が３、４、及び５である場合、以下の範囲：１－３、１－４、１－５、２－３、２－４、及び２－５が全て想定され得る。

本発明において、「ａ－ｂ」という数値範囲は、特に断りのない限り、ａ～ｂの間の任意の実数の組み合わせを示す略語であり、ａ及びｂは共に実数である。例えば、数値範囲「０～５」は、本発明において「０～５」の間の全ての実数を列挙したものであり、「０～５」は、これらの数値の組合せを略記したものである。

本発明において、特に断りのない限り、本発明に記載の実施形態及び好ましい実施形態は、互いに組み合わせることにより新たな技術案を構成することができる。

本発明において、特に断りのない限り、本発明に記載の構成要件及び好ましい構成要件は、互いに組み合わせることにより新たな技術案を構成することができる。

本発明の目的、技術案及び利点をより明瞭にするために、以下、添付の表、図面及び実施例を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。以下に説明する実施例は、本発明を説明するために記載された一部の実施例であり、本発明のすべての実施例ではなく、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の実施例に基づき、創造的な労力を払わずに当業者によってなされる他のすべての実施例は、本発明の特許する範囲に属するものである。実施例において具体的な条件を明記していないものは、通常の条件又はメーカーの推奨する条件に従って行う。使用する試薬や機器のうち、メーカーが特定されていないものは、市販品として入手可能な通常のものである。

実施例１
本実施例は、図１に示す構造模式図を有する、雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムを提供する。図１から分かるように、前記雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムは、
シャフト炉１、一次冷却装置２、濾過装置３、二次冷却装置４、加圧装置５、燃焼用ガス混合装置６、還元用ガス混合装置７、予熱炉８、改質炉９、及び複数台のガスサージタンク（それぞれ、第１のガスサージタンク、第２のガスサージタンク、…、第ｍのガスサージタンク、及び第ｎのガスサージタンクという）を含み、
前記燃焼用ガス混合装置６と前記還元用ガス混合装置７には、それぞれ複数のガス入口通路が設けられ、
そのうち、前記シャフト炉１の炉頂ガス出口は、一次冷却装置２、濾過装置３、二次冷却装置４、加圧装置５を順次介して、前記燃焼用ガス混合装置６及び前記還元用ガス混合装置７のそれぞれの１つのガス入口通路に管路によって接続され、前記還元用ガス混合装置７のガス出口通路は、予熱炉８及び改質炉９を順次介して前記シャフト炉１のガス入口に管路によって接続され、
前記燃焼用ガス混合装置６のガス出口通路は、前記改質炉９のバーナーに管路によって接続される。

本実施例において、前記改質炉９に改質触媒を装填する場合、前記システムは、還元ガス混合装置１０及び補充還元ガス源をさらに含んでもよく、前記改質炉９のガス出口は、還元ガス混合装置１０を介して前記シャフト炉１のガス入口に管路によって接続され、前記補充還元ガス源は、前記還元ガス混合装置１０の補充還元ガス入口に管路によって接続される。

本実施例において、前記システムは、降温冷却装置１１及び／又は加熱装置１２をさらに含み、改質炉９のガス出口又は還元ガス混合装置１０の出口は、加熱装置１２及び／又は降温冷却装置１１を介して、前記シャフト炉１のガス入口に管路によって接続される。

本実施例において、前記改質炉９のバーナーの高温排煙出口は、前記予熱炉８に入る目標ガスを予熱するために、前記予熱炉８の予熱媒体ガス入口に管路によって接続される。

本実施例において、前記システムは、煙突をさらに含み、前記予熱炉８の予熱媒体ガス出口は、煙突に管路によって接続される。

本実施例において、前記システムは、前記改質炉９内に空気を送風するための送風機１３をさらに含む。

本実施例において、前記濾過装置３は、乾式集塵機である。

本実施例において、前記燃焼用ガス混合装置６の複数のガス入口通路、前記還元用ガス混合装置７の複数のガス入口通路、及び還元ガス混合装置１０の補充還元ガス入口は、それぞれ第１のガスサージタンク、第２のガスサージタンク、…、第ｍのガスサージタンク及び第ｎのガスサージタンクに対応して接続される。

実施例２
本実施例は、図２に示す構造模式図を有する、雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムを提供する。図２から分かるように、前記雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムは、
シャフト炉１、一次冷却装置２、濾過装置３、二次冷却装置４、加圧装置５、燃焼用ガス混合装置６、還元用ガス混合装置７、予熱炉８、改質炉９、降温冷却装置１１、加熱装置１２、及び一台のガスサージタンク１００を含み、
前記燃焼用ガス混合装置６と前記還元用ガス混合装置７には、それぞれ複数のガス入口通路が設けられ、
そのうち、前記シャフト炉１の炉頂ガス出口は、一次冷却装置２、濾過装置３、二次冷却装置４、加圧装置５を順次介して、前記燃焼用ガス混合装置６及び前記還元用ガス混合装置７のそれぞれの１つのガス入口通路に管路によって接続され、前記還元用ガス混合装置７のガス出口通路は、予熱炉８、改質炉９、加熱装置１２及び降温冷却装置１１を順次介して、前記シャフト炉１のガス入口に管路によって接続され、
前記燃焼用ガス混合装置６のガス出口通路は、前記改質炉９のバーナーに管路によって接続される。

本実施例において、前記改質炉９のバーナーの高温排煙出口は、前記予熱炉８に入る目標ガスを予熱するために、前記予熱炉８の予熱媒体ガス入口に管路によって接続される。

本実施例において、前記システムは、煙突をさらに含み、前記予熱炉８の予熱媒体ガス出口は、煙突に管路によって接続される。

本実施例において、前記システムは、改質炉９内に空気を送風する送風機１３をさらに含む。

本実施例において、前記濾過装置３は、乾式集塵機である。

本実施例において、前記燃焼用ガス混合装置６の複数のガス入口通路の１つと前記還元用ガス混合装置７の複数のガス入口通路の１つは、それぞれ、ガスサージタンク１００に管路によって接続され、前記ガスサージタンク１００は、外気源に接続される。

実施例３
本実施例は、図３に示す構造模式図を有する、雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムを提供する。図３から分かるように、前記雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムは、
シャフト炉１、一次冷却装置２、濾過装置３、二次冷却装置４、加圧装置５、燃焼用ガス混合装置６、還元用ガス混合装置７、予熱炉８、改質炉９、還元ガス混合装置１０、降温冷却装置１１、加熱装置１２、及び２台のガスサージタンク（それぞれ第１のガスサージタンク２００、第２のガスサージタンク３００と記載する）を含み、補充Ｈ_２ガス源は、第２のガスサージタンク３００を介して、前記還元ガス混合装置１０の補充還元ガス入口に管路によって接続され、
前記燃焼用ガス混合装置６と前記還元用ガス混合装置７には、それぞれ複数のガス入口通路が設けられ、
そのうち、前記シャフト炉１の炉頂ガス出口は、一次冷却装置２、濾過装置３、二次冷却装置４、加圧装置５を順次介して、前記燃焼用ガス混合装置６及び前記還元用ガス混合装置７のそれぞれの１つのガス入口通路に管路によって接続され、前記還元用ガス混合装置７のガス出口通路は、予熱炉８、改質炉９、還元ガス混合装置１０、加熱装置１２及び降温冷却装置１１を順次介して前記シャフト炉１のガス入口に管路によって接続され、
前記燃焼用ガス混合装置６のガス出口通路は、前記改質炉９のバーナーに管路によって接続される。

本実施例において、前記改質炉９のバーナーの高温排煙出口は、前記予熱炉８に入る目標ガスを予熱するために、前記予熱炉８の予熱媒体ガス入口に管路によって接続される。

本実施例において、前記システムは、煙突をさらに含み、前記予熱炉８の予熱媒体ガス出口は、煙突に管路によって接続される。

本実施例において、前記システムは、前記改質炉９内に空気を送風するための送風機１３をさらに含む。

本実施例において、前記濾過装置３は、乾式集塵機である。

本実施例において、前記燃焼用ガス混合装置６の複数のガス入口通路の１つと前記還元用ガス混合装置７の複数のガス入口通路の１つは、それぞれ第１のガスサージタンク２００に管路によって接続され、前記第１のガスサージタンク２００は、外気源に接続される。

実施例４
本実施例は、図４に示す構造模式図を有する、雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムを提供する。図４から分かるように、前記雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムは、
シャフト炉１、一次冷却装置２、濾過装置３、二次冷却装置４、加圧装置５、燃焼用ガス混合装置６、還元用ガス混合装置７、予熱炉８、改質炉９、降温冷却装置１１、加熱装置１２、及び２台のガスサージタンク（それぞれ第１のガスサージタンク２００、第２のガスサージタンク３００と記載する）を含み、
前記燃焼用ガス混合装置６と前記還元用ガス混合装置７には、それぞれ複数のガス入口通路が設けられ、
そのうち、前記シャフト炉１の炉頂ガス出口は、一次冷却装置２、濾過装置３、二次冷却装置４、加圧装置５を順次介して、前記燃焼用ガス混合装置６及び前記還元用ガス混合装置７のそれぞれの１つのガス入口通路に管路によって接続され、前記還元用ガス混合装置７のガス出口通路は、予熱炉８、改質炉９、加熱装置１２及び降温冷却装置１１を順次介して、前記シャフト炉１のガス入口に管路によって接続され、
前記燃焼用ガス混合装置６のガス出口通路は、前記改質炉９のバーナーに管路によって接続される。

本実施例において、前記改質炉９のバーナーの高温排煙出口は、前記予熱炉８に入る目標ガスを予熱するために、前記予熱炉８の予熱媒体ガス入口と管路によって接続される。

本実施例において、前記システムは、煙突をさらに含み、前記予熱炉８の予熱媒体ガス出口は、煙突に管路によって接続される。

本実施例において、前記システムは、前記改質炉９内に空気を送風するための送風機１３をさらに含む。

本実施例において、前記濾過装置３は、乾式集塵機である。

本実施例において、前記燃焼用ガス混合装置６の複数のガス入口通路の１つのガス入口通路と前記還元用ガス混合装置７の複数のガス入口通路の１つのガス入口通路は、それぞれ第１のガスサージタンク２００に管路によって接続され、前記第１のガスサージタンク２００は、外気源に接続され、
補充Ｈ_２ガス源は、第２のガスサージタンク３００を介して前記還元用ガス混合装置７の複数のガス入口通路のもう１つのガス入口通路に管路によって接続される。

実施例５
本実施例は、実施例２によって提供される雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムと以下の点のみで異なる雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムを提供する。

還元ガス混合装置及び補充還元ガス源をさらに含み、前記改質炉のガス出口は、還元ガス混合装置、加熱装置及び降温冷却装置を順次介して、前記シャフト炉のガス入口に管路によって接続され、前記補充還元ガス源は、前記還元ガス混合装置の補充還元ガス入口に管路によって接続され、
前記シャフト炉の炉頂ガス出口は、一次冷却装置、濾過装置、二次冷却装置、加圧装置を順次介して、前記還元ガス混合装置に管路によって接続される。

実施例６
本実施例は、実施例２によって提供される雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムを利用した雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法を提供する。該方法は、以下の詳細工程を含む。

（１）シャフト炉で発生した炉頂ガス（プロセスガス）は、一次冷却装置によりその温度を濾過装置が結露を生じない温度まで一次冷却した後、高圧集塵設備の性能パラメーターとコストを大きく低下させるために、濾過装置に送入し、浄化して集塵する。浄化・集塵後のガスは、二次冷却装置と加圧装置に順次送入し、二次冷却と加圧を順次行い、浄化・加圧した炉頂ガスを得る。浄化・加圧した炉頂ガスの一部は、還元用ガスとして還元用ガス混合装置に送入し、還元用ガス混合装置で炭層ガス（補充ガス）と混合してから、予熱炉に送入して予熱し、浄化・加圧した炉頂ガスの他の一部は、燃料ガスとして燃焼用ガス混合装置に送入し、燃焼用ガス混合装置で炭層ガス（補充ガス）と混合し、混合した燃料ガスは、改質炉のバーナーに送入し、改質炉の炉温、即ち、接触改質反応温度が１０００～１１００℃になるように、改質炉に熱エネルギーを供給する。

なお、本実施例で使用した炉頂ガス及び炭層ガス、並びに燃焼用ガス混合装置及び還元用ガス混合装置におけるガス配合割合等のデータは、下記の表１に示す通りである。

（２）予熱された還元用ガスは、改質触媒が充填されるとともに、予熱された還元用ガスが流通するための耐高温ラジアントチューブが設けられる改質炉に送入され、バーナーの燃焼により発生した熱エネルギーは、耐高温ラジアントチューブを介して管内の還元用ガス（混合ガス）に伝達され、混合ガスは、加熱されて昇温し、改質触媒の触媒作用により、ＣＯ_２とＣＨ_４は改質炉内で接触改質吸熱反応を起こし、ＣＨ_４はＣＯ＋Ｈ_２＞９０ｖ％、Ｈ_２／（ＣＯ＋Ｈ_２）＞５０ｖ％、ガス酸化度が５％を超えないように変換される。接触改質後に高温還元ガス、即ち、還元ガスを生成し、改質炉のバーナー内で燃焼して発生した高温排煙は、排出された後に一度予熱炉に入り、改質炉に入る前の還元用ガスを予熱した後に排出される。

さらに、シャフト炉入口の降温冷却装置と加熱装置により、シャフト炉内の直接還元反応に必要な好適温度、即ち高温還元ガスの温度を調整し、調整後の入炉温度９５０～１０５０℃の高温還元ガスは、直接シャフト炉に送入され、鉄鉱石（又はペレット）を還元製錬して直接還元鉄を生成し、直接還元転化率＞７０％を達成することができる。

実施例７
本実施例は、実施例３によって提供される雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムを利用した雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法を提供する。該方法は、以下の詳細工程を含む。

（１）シャフト炉で発生した炉頂ガス（プロセスガス）は、一次冷却、浄化、二次冷却、及び加圧し、前記浄化・加圧した炉頂ガスの一部は、還元用ガスとして還元用ガス混合装置に送入し、還元用ガス混合装置内で炭層ガス（補充ガス）と混合した後、予熱炉に送入して予熱される。前記浄化・加圧した炉頂ガスの他の一部は、燃料ガスとして燃焼用ガス混合装置に送入し、燃料用ガス混合装置内で炭層ガス（補充ガス）と混合し、混合した燃料ガスは、改質炉のバーナーに送入し、改質炉の炉温、即ち、接触改質反応温度が１０００～１１００℃になるように改質炉に熱エネルギーを供給する。

（２）予熱された還元用ガスは、改質触媒が充填されるとともに、予熱された還元用ガスが流通するための耐高温ラジアントチューブが設けられる改質炉に送入され、バーナーの燃焼により発生した熱エネルギーは、耐高温ラジアントチューブを介して管内の還元用ガス（混合ガス）に伝達され、混合ガスは、加熱されて昇温し、改質触媒の触媒作用により、ＣＯ_２とＣＨ_４は改質炉内で接触改質吸熱反応を起こし、ＣＨ_４はＣＯ＋Ｈ_２＞９０ｖ％、Ｈ_２／（ＣＯ＋Ｈ_２）＞５０ｖ％、ガス酸化度が５％を超えないように変換される。接触改質後に高温還元ガス（還元ガス）を生成し、該高温還元ガスは、９５％前後のＣＯとＨ_２を含み、改質炉のバーナー内で燃焼して発生した高温排煙は、排出された後に一度予熱炉に入り、改質炉に入る前の還元用ガスを予熱した後に排出される。

なお、本実施例で使用した炉頂ガス及び炭層ガス、並びに燃焼用ガス混合装置及び還元用ガス混合装置（還元ガス混合装置を含む）におけるガス配合割合等のデータは、下記表２に示す通りである。

還元ガス混合装置において、該高温還元ガスをＨ_２と比例的に混合し、シャフト炉入口の冷却装置及び加熱装置によりシャフト炉内の直接還元反応に必要な好適温度を調整し、即ち、得られた混合還元ガスの温度を調整し、調整後の入炉温度９５０～１０５０℃の混合還元ガスは、直接シャフト炉に送入して鉄鉱石（又はペレット）を還元製錬し直接還元鉄を生成し、直接還元転化率＞７０％を達成することができる。

実施例８
本実施例は、実施例４によって提供される雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムを利用した雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法を提供する。該方法は、以下の詳細工程を含む。

（１）シャフト炉で発生した炉頂ガス（プロセスガス）は、一次冷却、浄化、二次冷却、及び加圧した後、浄化・加圧した炉頂ガスの一部は、還元用ガスとして還元用ガス混合装置に送入し、還元用ガス混合装置で炭層ガス（補充ガス）及びＨ_２（補充ガス）と混合し、予熱炉に送入して予熱される。そのうち、Ｈ_２は７０～９０ｖ％、炭層ガスは３０～１０ｖ％である。浄化・加圧した炉頂ガスの他の一部は、燃料ガスとして燃焼用ガス混合装置に送入し、燃焼用ガス混合装置で炭層ガス（補充ガス）と混合し、混合した燃料ガスは、改質炉のバーナーに送入し、改質炉の炉温が１０００～１１００℃になるように改質炉に熱エネルギーを供給する。この実施例において、予熱炉を１段予熱装置とし、改質炉を２段予熱装置とし、改質炉内に改質触媒が添加されていない。

なお、本実施例で使用した炉頂ガス及び炭層ガス、並びに燃焼用ガス混合装置及び還元用ガス混合装置におけるガス配合割合等のデータは、下記の表３に示す通りである。

（２）予熱された還元用ガスは、改質炉に送入して再予熱され、シャフト炉の入口の降温冷却装置と加熱装置によりシャフト炉内の直接還元反応に必要な好適温度を調整し、即ち再予熱後に得られた混合ガスの温度を調整し、調整後の入炉温度８５０～９５０℃の混合ガスは、シャフト炉に送入し、鉄鉱石とシャフト炉内で自己改質反応させて直接還元鉄を生成する。

ここで、自己改質反応過程において、ＣＨ_４は、ＣＯ＋Ｈ_２＞６０ｖ％、Ｈ_２／（ＣＯ＋Ｈ_２）＞４０ｖ％、ガス酸化度が５％を超えないように転換される。

先行技術と比較して、本発明の実施例によって提供される雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システム及び方法は、以下の有益な技術的効果を達成できる。

（１）本発明の実施例によって提供されるシステムにおいて、異なる発熱量のガス源に対応するシャフト炉内の反応温度を調整するために、シャフト炉のガス入口に、前記シャフト炉に入るガスの温度を調整するための降温冷却装置及び／又は加熱装置が設けられる。同時に、シャフト炉設備を保護することができ、炉内に入るガスの温度が高すぎることによるシャフト炉の寿命への影響を回避することができ、これにより該システム及び方法が多様なガス源に適用可能であるという設計コンセプトを実現する。

（２）本発明の実施例は、シャフト炉の炉頂ガスに対して二重冷却＋乾式集塵プロセスを使用する。ここで、二重冷却を使用することにより、高圧集塵のための設備構成を低減し、それによりコストを低減する。乾式集塵を使用することにより、湿式集塵による環境汚染を回避し、省エネルギーとともに環境に優しい。

（３）本発明の実施例によって、多様なガス源に適用可能な、雰囲気調整可能な、グリーン環境保護のガスベース直接還元製鉄システム及び方法を提供する。該ガスベース直接還元製鉄システム及び方法は、ガス源の種類に応じて改質触媒の使用を調整することにより、生成した還元ガス中のＣＯとＨ_２の比率、即ち、生成した還元ガスのＨ／Ｃ比を制御することができ、多様なガス源に適用でき、生成した還元ガスの比率が調整可能であり、ガス源が単一で、及びガス比率が制限されるという課題を解決した。そして、改質炉内に改質触媒を添加していない場合には、シャフト炉内で自己改質し、改質炉内に改質触媒を添加した場合には、シャフト炉外、即ち改質炉内で改質する。

（４）本発明は、シャフト炉の炉頂ガスを二重冷却、乾式集塵及び加圧処理してから循環再利用、即ち、ＣＯ_２を有効に循環再利用することにより、さらに省エネルギーと環境保護の目的を図る。

以上のように、本発明の実施例によって、グリーン、低炭素、環境保護などの概念を実現し、多元化、低コスト、低エネルギー消費、低排出、雰囲気調整可能な、安定で効率的な、かつグリーン環境保護のガスベース直接還元製鉄システム及び方法を提供する。

以上の説明は、本発明の具体的な実施例に過ぎず、本発明が実施される範囲を限定しようとするものではないため、その等価な構成要素の置換、又は本発明の請求の範囲に基づく等価な変更と修飾は、いずれも本発明の範疇に属するものと解釈されるべきである。なお、本発明における構成要件同士の間、構成要件と技術案との間、及び技術案同士の間は、いずれも自由に組み合わせて用いることができる。

１．シャフト炉 ２．一次冷却装置 ３．ろ過装置 ４．二次冷却装置 ５．加圧装置 ６．燃焼用ガス混合装置 ７．還元用ガス混合装置 ８．予熱炉 ９．改質炉 １０．還元ガス混合装置 １１．降温冷却装置 １２．加熱装置 １３．送風機 １００．ガスサージタンク ２００．第１のガスサージタンク ３００．第２のガスサージタンク

Claims (19)

1. シャフト炉、一次冷却装置、濾過装置、二次冷却装置、加圧装置、燃焼用ガス混合装置、還元用ガス混合装置、予熱炉、及び改質炉を含み、前記燃焼用ガス混合装置と前記還元用ガス混合装置には、それぞれ複数のガス入口通路が設けられる、雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システムであって、
   前記シャフト炉の炉頂ガス出口が、一次冷却装置、濾過装置、二次冷却装置、加圧装置を順次介して、前記燃焼用ガス混合装置及び前記還元用ガス混合装置のそれぞれの１つのガス入口通路に管路によって接続され、前記還元用ガス混合装置のガス出口通路が、予熱炉及び改質炉を順次介して前記シャフト炉のガス入口に管路によって接続され、
   前記燃焼用ガス混合装置のガス出口通路が、前記改質炉のバーナーに管路によって接続されることを特徴とする雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システム。
2. 還元ガス混合装置及び補充還元ガス源をさらに含み、前記改質炉のガス出口が、還元ガス混合装置を介して前記シャフト炉のガス入口に管路によって接続され、前記補充還元ガス源が、前記還元ガス混合装置の補充還元ガス入口に管路によって接続されることを特徴とする請求項１に記載の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システム。
3. 前記シャフト炉の炉頂ガス出口が、一次冷却装置、濾過装置、二次冷却装置、加圧装置を順次介して前記還元ガス混合装置に管路によってさらに接続されることを特徴とする請求項２に記載の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システム。
4. 降温冷却装置及び／又は加熱装置をさらに含み、前記改質炉のガス出口が、前記降温冷却装置及び／又は加熱装置を介して、前記シャフト炉のガス入口に管路によって接続されることを特徴とする請求項１に記載の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システム。
5. 降温冷却装置及び／又は加熱装置をさらに含み、前記還元ガス混合装置の出口が、前記降温冷却装置及び／又は加熱装置を介して、前記シャフト炉のガス入口に管路によって接続されることを特徴とする請求項２に記載の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システム。
6. 前記改質炉のバーナーの高温排煙出口が、前記予熱炉に入る目標ガスを予熱するために、前記予熱炉の予熱媒体ガス入口に管路によって接続されることを特徴とする請求項１に記載の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システム。
7. 煙突をさらに含み、前記予熱炉の予熱媒体ガス出口が、前記煙突に管路によって接続されることを特徴とする請求項６に記載の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システム。
8. 前記改質炉内に空気を送風するための送風機をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システム。
9. 前記濾過装置が、乾式集塵機であることを特徴とする請求項１に記載の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システム。
10. 複数台のガスサージタンクをさらに含み、前記燃焼用ガス混合装置の複数のガス入口通路、前記還元用ガス混合装置の複数のガス入口通路、及び還元ガス混合装置の補充還元ガス入口が、それぞれ前記ガスサージタンクに接続されることを特徴とする請求項１に記載の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄システム。
11. （１）シャフト炉の炉頂ガスを冷却、浄化、加圧した後、一部を還元用ガスとして還元用ガス混合装置に送入し、１種又は複数種の還元ガス源と混合し、混合された還元用ガスを予熱炉に送入し、予熱し、他の一部を燃料ガスとして燃焼用ガス混合装置に送入し、１種又は複数種の燃料ガス源と混合し、混合された燃料ガスを改質炉のバーナーに送入し、改質炉に熱エネルギーを供給すること、及び
    （２）予熱された還元用ガスを改質炉に送入し、改質触媒の触媒作用で接触改質を行って還元ガスを得、前記還元ガスを直接シャフト炉に送って鉄鉱石を還元製錬し、直接還元鉄を生成し、
    或いは、前記改質炉内に改質触媒を添加していない場合には、予熱された還元用ガスを改質炉に送って再予熱し、再予熱された混合ガスをシャフト炉に送ってシャフト炉内で自己改質反応させて直接還元鉄を生成することを含むことを特徴とする雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法。
12. 前記改質炉のガス出口から排出される還元ガスと、補充還元ガス源とを還元ガス混合装置内で混合し、得られた混合ガスを直接シャフト炉に送って鉄鉱石を還元製錬し、直接還元鉄を生成することをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法。
13. 浄化して加圧した炉頂ガスの一部を還元ガス混合装置に送入し、還元ガス混合装置内の混合ガスを冷却して降温することをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法。
14. シャフト炉のガス入口を通ってシャフト炉に入るガスの温度を、降温冷却装置及び／又は加熱装置により調整することをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法。
15. 前記改質炉のバーナで燃焼して生成した高温の排煙により前記予熱炉内に入る目標ガスを予熱することをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法。
16. 前記還元ガス源及び前記燃料ガス源が、それぞれ、炭層ガス、天然ガス、コークス炉ガス、改質ガス及び水素ガスのうちの１種又は複数種の組み合わせを含み、前記改質ガスが、ＣＯ、Ｈ_２、及びＣＨ_４のうちの１種又は複数種に富む改質ガスを含むことを特徴とする請求項１１に記載の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法。
17. 混合した還元用ガスには、混合した還元用ガスの全体積に占める、Ｈ_２、ＣＯ、及びＣＨ_４の体積の合計の割合が、７０％以上であることを特徴とする請求項１１に記載の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法。
18. 補充還元ガス源を用いる場合には、混合した還元用ガスと補充還元ガス源には、混合した還元用ガスと補充還元ガス源の全体積に占める、Ｈ_２、ＣＯ、及びＣＨ_４の体積の合計の割合が７０％以上であることを特徴とする請求項１２に記載の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法。
19. 前記改質炉の炉温が、１０００～１１００℃であることを特徴とする請求項１１に記載の雰囲気調整可能なガスベース直接還元製鉄方法。
    

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