JP3549911B2 - 熔融銑鉄または熔融鋼前段階生産物の製造法及びプラント - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、鉄鉱石、フラックスおよび少なくとも部分的に微細物からなる装入物質から熔融銑鉄または熔融鋼前段階生産物（Ｓｔａｈｌｖｏｒｐｒｏｄｕｋｔ）の製造法に関する。この方法において、装入物質は、少なくとも１つの還元帯において旋回層法により直接にスポンジ鉄に還元され、スポンジ鉄が熔融ガス化帯で炭素担体と酸素含有ガスの供給の下で熔融され、ＣＯとＨ２を含むガスが生成され、この生成されたガスが、上記の還元帯に注入され、そこで反応され、外部使用ガスとして取り出され、消費者に供給される。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
この種の製造法は、たとえばオーストリア国特許第ＡＴ−Ｂ ３９０ ６２２号に記載されている。この特許に開示された方法では、大きく変化する粒子径を有する装入物質が処理される。この装入物質は、予備還元され、風スクリーニングにより、異なった粒子径の部分に分けられ、次に、別々に完全に還元される。しかし、この既知の１ステップ法は、還元ガスの熱の利用度が低く、したがって、還元ガスの消費が多い。還元ガスに化学的に結合されたエネルギーの最適利用も可能でない。
【０００３】
本発明の目的は、産業上の利用分野に記載した種類の鉄鉱石、フラックスおよび少なくとも部分的に微細物からなる装入物質からの熔融銑鉄または熔融鋼前段階生産物の製造法と、この製造法を実施するためのプラントにおいて、一部に微細物を含む鉄鉱石とフラックスの使用を、炭素担体として未処理石炭を用いて経済的に、可能にすることである。ここで、還元ガスの中になお含まれている化学的結合エネルギー（ＣＯ、Ｈ２成分）が利用できる。
【０００４】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る熔融銑鉄または熔融鋼前段階生産物の製造法において、装入物質は、少なくとも１つの還元帯において旋回層法により直接にスポンジ鉄に還元され、このスポンジ鉄が熔融ガス化帯で炭素担体と酸素含有ガスの供給の下で熔融され、ＣＯとＨ２を含むガスが生成され、この生成されたガスが、上記の還元帯に注入され、そこで反応され、外部使用ガスとして取り出され消費者に供給される。すなわち、本発明に係る熔融銑鉄または熔融鋼前段階生産物の製造法は、（ａ） 鉄鉱石とフラックスとからなり、少なくとも部分的に微細物を含む装入物資を予熱するステップと、（ｂ） 予熱された装入物質を還元帯において還元して、スポンジ鉄を得るステップと、（ｃ） スポンジ鉄を炭素と酸素含有ガスの存在の下で熔融し、ＣＯとＨ２を含む還元ガスを生成するステップと、（ｄ） 還元ガスを前記の予熱された装入物質と反応して外部使用ガスを生成するステップと、（ｅ） 外部使用ガスを取り出すステップとからなる。ここで、前記の還元ガスを第１部分と第２部分に分け、第１部分を還元帯に通して旋回層を形成し、第２部分から浮遊粒子を除去することにより第２部分を浄化し、浄化された第２部分の１部を還元帯の旋回層エリアの下部におけるベッドエリアに通す。
【０００５】
オーストリア国特許第ＡＴ−Ｂ ３８７ ４０３号によれば、菱鉄鉱を含有する装入物質、および／または、水和された装入物質は、固定ベッド直接還元炉の前に位置する固定ベッド加熱帯において焼かれる。しかし、固定ベッドにおいてだけ処理可能な鉄鉱石を含有する装入物質の粗い塊だけが装入のために使用される。
本発明において本質的なことは、装入物質が、既知の固定ベッド法（オーストリア国特許第ＡＴ−Ｂ ３８７ ４０３号）の場合におけるように、材料向流においてではなく、安定なあるいは循環する旋回層において、すなわち、たとえば斜めの流れにおいて、処理されることである。これにより、微細な鉱石や微細な鉱石ダストの経済的な処理が、改善されたエネルギー利用のために可能になる。このことは重要である。なぜなら、現在、世界の鉱石の約７５％が微細鉱石として生産され、微細鉱石は塊状鉱石より安価だからである。本発明によれば、還元が、旋回層法によるだけでなく、予熱によっても実行される。本発明による多ステップ旋回層法により、追加のエネルギーを用いずに、還元ガスの最適な使用が可能になった。
【０００６】
米国特許第ＵＳ−Ａ５，０８２，２５１号に記載された直接還元法では、旋回層炉がカスケード接続されたシステムにおいて、鉄に富んだ微細鉱石は、複雑な鉱石処理、たとえば乾燥、スクリーニングおよび破壊の後で、改質天然ガスまたは油を用いて、還元される。こうして非常に狭い粒子径分布が得られる。引き続いて、鉄粉は、熱間でまたは冷間でブリケットに加工される。スモークガスは、予熱段階で流動化ガスとして使用され、空気と天然ガスを燃やして生成される。こうして、旋回ガスの顕熱のみが利用可能であり、外部エネルギーが導入されねばならない。対照的に、本発明の方法による還元は、石炭などの、固体炭素担体を用いて実行される。したがって、本発明によれば、ＣＯ還元が優勢であるのに対し、上記の米国特許による方法では、鉄鉱石の直接還元は、主にＨ２により行われる。
【０００７】
本発明による方法の著しい効果は、鉄鉱石の予熱が最終還元段階からの処理還元ガスを用いて行えることである。これに対し、上記の米国特許によれば、外部のガスを供給して行っていて、当然、コストが高い。本発明によるガス制御の他の効果は、予備還元が、予熱に加えて、還元雰囲気により行えることであり、したがって、還元ガスの特に効果的な利用が確実になされる。
熔融ガス化帯において生成された還元ガスを冷却するために、本発明によれば、熔融ガス化帯において生成された還元ガスの上記の第１の部分は、直接に還元帯に供給されて旋回層を生成する。そして、還元ガスの第２の部分が、熱サイクロンとガス洗浄装置における精製の後で、部分的に、冷却ガスとして、還元帯に供給された還元ガスの第１部分に混合される。
【０００８】
還元帯における装入物質の流動化状態を制御するために、上記の還元ガスの第１の部分が還元帯の旋回層の領域に供給され、熱サイクロンに供給された還元ガスの第２の部分の１部が、還元帯の下側部分に形成された流動ベッドに供給される。
装入物質を効率的に予熱するために、上記の還元帯から出る上記の還元ガスが予熱帯に供給され、温度上昇が、この還元ガスの部分的燃焼により起こされる。
還元において生じるダストや微細物を効果的に利用するために、好ましくは、還元帯から引き出された上記の還元ガスは、還元サイクロンにおいて微細物から遊離され、還元サイクロンにおいて分離された微細物は、分離の間に大半が完全に還元され、インジェクタを用いて熔融ガス化帯の酸素含有ガスの供給領域に供給される。
【０００９】
還元帯において既に早めに完全に還元されている微細物は、好ましくは、部分的に、還元帯の旋回層から取り出され、インジェクタを用いて熔融ガス化帯の酸素含有ガス供給領域に、流量調節システムを介して供給される。還元帯の旋回層から取り出された装入物質の上記の部分が、好ましくは、還元サイクロンにおいて分離された材料とともに熔融ガス化帯に供給される。
これを行うために、好ましくは、熱サイクロンにおいて分離されたダストが、熔融ガス化帯において、熔融ガス化帯に形成される微細コークス流動ベッドと粗コークス流動ベッドとの間の領域に、インジェクタと酸素ダストバーナーを用いて、流量調節システムを介して供給される。
【００１０】
好ましくは、フラックスの追加は、熔融過程で必要なフラックスの１部を、熔融ガス化帯に石炭とともに直接に装入して、フラックスの１部を、予熱帯に微細鉱石とともに装入することにより行われる。ここで、好ましくは、石炭とともに装入されたフラックスが、粗粒（好ましくは４ｍｍと１２．７ｍｍの間）として導入され、微細な鉱石（好ましくは２ｍｍと６．３ｍｍの間）とともに装入されたフラックスが微細粒として導入される。
特に好ましい還元を得るために、２つの分離して連続して配置された還元帯が設けられ、第１の還元帯を出る還元ガスが、微細鉱石の流れの方向に第１還元帯の前に位置する第２還元帯に導かれ、次に第２還元帯から加圧下で予熱帯に供給される（第２図参照）。
【００１２】
本発明に係る熔融銑鉄または熔融鋼前段階生産物を製造するプラントは、鉄鉱石とフラックスとからなり、少なくとも部分的に微細物を含む装入物質を直接にスポンジ鉄に還元する、少なくとも１つの旋回層還元炉と、流動ベッドと固定ベッドとを備え、炭素担体と酸素含有ガスの供給の下でスポンジ鉄を熔融して還元ガスを生成する熔融ガス化炉と、前記の旋回層還元炉の上流に配置され、還元ガスを装入物質と反応して外部使用ガスを得る旋回層予熱炉と、前記の旋回層還元炉に装入物質を搬送する第１搬送ダクトと、前記の熔融ガス化炉から前記の旋回層還元炉に還元ガスを供給する第１ガスダクトと、前記の旋回層還元炉において形成されたスポンジ鉄を、前記の溶融ガス化炉の前記の流動ベッドと前記の固定ベッドの少なくとも一方にまで、搬送する第２搬送ダクトと、旋回層還元炉から前記の旋回層予熱炉へ還元ガスを供給する第２ガスダクトと、酸素含有ガスと炭素を熔融ガス化炉に供給する供給手段とからなる。ここで、前記の第１ガスダクトは、その第１分岐ダクトが熱サイクロンを経て前記の旋回層還元炉の下部に入り、その第２分岐ダクトが熱サイクロンの前で分岐して、第１分岐ダクトより高いレベルで前記の旋回層還元炉に入る。
【００１３】
好ましくは、酸素ダクトが、旋回層還元炉から旋回層予熱炉まで設けられるガスダクトの中に入る。
好ましくは、還元過程は、還元炉内での（また予熱炉内での）流動化の程度により制御できる。ここに、上記の旋回層還元炉は、より小さい断面積の下部と、この下部に続き、より大きな断面積の上部とからなり、下部から上部への移行部分は、円錐状の形状を備え、還元ガスのための第１ガスダクトは、円錐状の移行部分に入る。ここで、好ましくは、上記の旋回層予熱炉が、円錐形の下端を備え、還元ガスのためのガスダクトがこの下端の中にまで設けられる。
【００１４】
旋回層還元炉から還元された微細物を完全に排出するために、旋回層還元炉は、旋回層の高さで、微細物排出手段を備え、第３搬送ダクトが、微細物排出手段から、熔融ガス化炉の中に生成された固定層または流動層の高さで熔融ガス化炉の中に入る搬送手段にまで設けられる。
好ましい実施例によれば、２つの旋回層還元炉が、装入物質の流れ方向に連続して配置される。
【００１５】
【実施例】
以下、添付の図面を参照して本発明を３つの実施例を用いてさらに詳細に説明する。図１〜図３は、それぞれ、本発明によるプラントの好ましい実施例を図式的に示す。
予熱炉１は、旋回層予熱炉として設計される。鉄とフラックスを含む装入物質は、装入ダクト３を介して予熱炉１の中に、旋回層帯２（予熱帯）の高さで横方向に装入可能である。ここで、装入ダクト３から装入される装入物質は、主にヘマタイトおよび／またはマグネタイトからなる微細鉱石および／または鉱石ダストである。高炉のように設計された旋回層予熱炉１の上端で、予熱炉の中で生成され予熱炉１から出ていくガスは、ガス清浄サイクロン４とベンチュリガス清浄装置などのガス清浄装置５を備えたガス排出ダクト６を通って排出される。これらのガスは、８０００ｋＪ／Ｎｍ３のカロリー値をもつ高品質外部使用ガスとして、種々の目的に、たとえば、酸素なしの流れ、または、酸素を含む流れを作るために、利用できる。
【００１６】
旋回層予熱炉１において予熱された全装入物質は、搬送ダクト７を介して、同様に旋回層炉として設計された還元炉８に達し、大半が、還元炉８で完全に還元される。
旋回層還元炉８において生成されたスポンジ鉄が、圧縮圧力によるスポンジ鉄搬送ダクト９（Ｎ２インジェクタを含む）を介して（任意の強制搬送が代わりに使用できるが）、熔融ガス化炉１０の中に入る。ここで、スポンジ鉄は、熔融ガス化炉１０の中に、熔融ガス化炉の中に設けられた流動ベッドＩＩＩ，ＩＩの高さで導入され、および／あるいは、それらの下の固定ベッドＩの高さで導入される。熔融ガス化炉は、石炭のための少なくとも１本の供給ダクト１１と、酸素含有ガスのための複数の高さに配置された羽口導管１２とを備える。
【００１７】
熔融ガス化帯は、固定ベッドＩ、その上に位置する粗コークス流動ベッドＩＩ、後者の上に位置する微細コークス流動ベッドＩＩＩおよび最も上に位置する空間ＩＶにより形成される。熔融ガス化炉１０にて、この熔融ガス化帯の下で、熔融銑鉄１３と液体スラグ１４が集まり、銑鉄とフラックスは、それぞれ、湯出し手段１５、１６を介して別々に流出される。熔融ガス化炉１０では、還元ガスは、炭素担体と酸素含有ガスとから生産され、この還元ガスは、流動ベッドＩＩＩの上の空間ＩＶに集まり、ガスダクト１７を通り、実質的に高炉の形状の旋回層還元炉８の円錐台締め付け部に送られる。円錐台締め付け部は、ガス分配底１９を形成し、旋回層１８すなわち旋回ベッド１８（還元帯）を形成するために設けられる。還元ガスは、環状ダクト２０を用いて、締め付け部の周辺を介して供給される。
【００１８】
大きな固体粒子は、旋回層内で浮動状態に保てず、重力の作用で中心で沈降し、中央固体排出部２１から引き抜かれる。この中央固体排出部２１の構成において、放射状ガス供給手段２２を介して、固定ベッドの流れが生じて、円錐の底２４を備えガス分配底１９の下に配置される円筒状容器部分２３の中に入る。このため、大きな粒子の還元でさえも、満足な程度に達成できる。
【００１９】
ガス分配底１９の円錐台形状のため、正味の管速度は高さとともに変わる。その結果、特殊な粒子径分布が、ガス分配底１９の高さにわたって調節される。ガス分配底１９での羽口を適当に配置することにより、内部で循環する旋回層が生成され、ここで、ガス速度は、中心の方が周辺でより大きい。この種の旋回層の生成は、還元炉８のためにも予熱炉１のためにも使用できる。
【００２０】
熔融還元炉１０を出る１部の還元ガスは、熱サイクロン２５で清浄化のために処理され、続いて配置されたガス清浄装置２６において冷却され、圧縮機２７とガスダクト２８を介して、熔融ガス化炉１０から出ていく還元ガスと再び混合される。熱サイクロン２５で分離されたダストは、Ｎ２インジェクタ２９を介して熔融ガス化炉１０に戻る。熱サイクロン２５を出てなお冷却されない１部の還元ガスは、環状ダクトにより形成されるガス供給手段２２を介して、旋回層還元炉８の円筒状容器部分２３に達する。
【００２１】
ガスダクト３０を介して旋回層還元炉８から引き抜かれたガスは、還元サイクロン３１に供給され、還元サイクロン３１において、還元ガスになお含まれる微細物は、分離され、完全に還元される。これらの微細物は、搬送ダクト３２とＮ２インジェクタ３３を介して、熔融ガス化炉１０の中に、ほぼ固定ベッドＩの上端の高さで導入される。
【００２２】
還元炉８から出てくる部分的に酸化された還元ガスは、ガスダクト３０を介して、旋回層予熱炉１に入る。しかし、この還元ガスの１部は、燃焼室３４内で還元ガスを加熱するために燃やされる。燃焼室３４には、酸素含有ガスを供給するダクト３５が入る。
【００２３】
完全に還元された装入物質の１部は、旋回層還元炉８から、ワームコンベア３６と搬送ダクト３７を用いて、旋回ベッド１８の高さで引き出され、好ましくは還元サイクロン３１からくる微細物とともに、Ｎ２インジェクタ３３を介して、熔融ガス化炉１０に、ほぼ固定ベッドＩの上端の高さで導入される。
外部使用ガスの排出ダクト６のサイクロン４で分離された微細な粒子材料は、流量調節装置（Ｓｃｈｌｅｕｓｅｎｓｙｓｔｅｍ）３９を含む搬送ダクト３８を介して、還元ガスを旋回層還元炉８に供給する環状ダクト２０を通して、装入される。流量調節装置３９は、また、部分的にまたは完全に還元された材料のために、他の搬送ダクト３２、３７にも設けられる。
【００２４】
図１に示すプラントは、詳細には、以下に示すように機能する。
処理された（ふるいにかけられ乾燥された）微細鉱石は、たとえば、次の粒子径分布を有し、約２％の湿度成分を有する。
この微細鉱石は、予熱炉１に、圧縮流体によりあるいは縦コンベヤの急なベルトを用いて装入される。予熱炉１で、微細鉱石は、旋回層帯２において約８５０℃の温度に予熱され、随意的であるが、還元性雰囲気のためにウースタイトまで予備的に還元される。
この予備還元過程のために、予熱炉１で用いられる還元ガスは、十分な還元力を得るために、少なくとも２５％のＣＯとＨ２を含むべきである。
続いて、予備加熱され、随意的に予備還元された上記の微細鉱石は、好ましくは重力により、還元炉８の中の旋回層または旋回ベッドへ流れる。微細鉱石は、旋回層または旋回ベッドで、約８５０℃の温度でＦｅ段階にまで大きく還元される。この還元過程で、還元ガスは少なくとも約６８％のＣＯ＋Ｈ２の成分を有している。
【００２５】
還元炉８では、微細鉱石のスクリーニングが行われ、０．２ｍｍより小さい部分は、還元ガスにより還元サイクロン３１の中に入れられる。還元サイクロン３１で、０．２ｍｍより小さい微細鉱石の完全な還元が、サイクロン効果により、固体を分離しつつ起こる。
排出ワーム３６を用いて還元炉８の旋回層１８から排出された、径のより小さい固体部分は、ガス熔融化炉１０に、流量調節装置３９を介して酸素含有ガスの吹き込み面の領域に、Ｎ２インジェクタ３３を用いて、還元サイクロン３１において分離された微細鉱石とともに供給される。
【００２６】
還元炉８のより低い部分からのより粗い固体部分は、流量調節装置３９を介して、かつ、Ｎ２インジェクタ９を用いて、または、重力排出を用いて、熔融ガス化炉１０の中に、微細コークス流動化ベッドＩＩＩの領域に、吹き動かされ、すなわち、装入される。
熱サイクロン２５で分離されたダスト（主にＦｅとＣを含む）は、熔融ガス化炉１０に、微細コークス流動化ベッドＩＩＩと粗コークス流動化ベッドＩＩとの間の領域に、Ｎ２インジェクタ２９を用いて、または、酸素ダストバーナを用いて、流量調節装置３９を介して供給される。
予備加熱と焙焼の目的のために、本方法において要求されるフラックスとしては、粗い粒子として、好ましくは４ｍｍと１２．７ｍｍの間に分布する粒子径を有する粒子が、石炭の通路１１を介して、装入され、微細な粒子として、好ましくは２ｍｍと６．３ｍｍの間に分布する粒子径を有する粒子が、微細鉱石の通路３を介して、装入される。
【００２７】
図２に示されるプラントでは、より長い還元時間を必要とする微細鉱石に対して、第２の還元サイクロン３１’を備える第２の（同様に、必要ならば第３の）旋回層還元炉８’が、第１還元炉８に直列にすなわち連続して設けられる。微細鉱石は、第２還元炉８’においてウースタイト段階にまで還元され、第１還元炉８でＦｅ段階にまで還元される。
この場合、第２還元炉８’の旋回層１８’から排出ワーム３６’を用いて出された固体部分は、第２還元炉８’の下側領域からのより粗い固体部分とともに、重力により第１還元炉８の中に、装入される。第２還元サイクロン３１’にて分離された微細鉱石は、第１還元サイクロン３１にて分離された微細鉱石とともに、溶解ガス化炉１０に、Ｎ２インジェクタ３３を用いて酸素含有ガスの吹き込み面の領域に供給される。
【００２８】
２台の旋回層還元炉８、８’と２台の還元炉サイクロン３１、３１’とを用いたとき、操業圧力は、本システムにおける圧力損失を釣り合わせるには不十分である。予熱炉１のために要求されるガス混合は、コンプレッサ４０を用いて、必要な圧力にされる。この場合、第２還元サイクロン３１’からのガスは、ガス清浄装置４１において清浄にされる。しかし、その後では、ガスの部分的な流れ（外部使用ガスとしてダクト４２を通って引き出される部分）のみが圧縮され、混合室４３においてダクト４４を通って供給される酸素含有ガスとほぼ混合される。続いて、還元ガスの部分的燃焼が、要求される微細鉱石予熱温度を得るために、予熱炉１において起こり得る。
【００２９】
銑鉄製造で得られた高品質の外部使用ガスは、先に示したように、酸素を伴う流れまたは伴わない流れの生成のために使用できる。図３に表される本発明の好ましい実施例により、外部使用ガスは、ＣＯ２清浄装置４５と約８５０℃への予備加熱部４６の後で、以下のように、還元ガスとして再使用される。
熱いブリケット鉄を製造するために、銑鉄を製造するために使用されたのと同じ仕様の微細鉱石が、予備加熱され、銑鉄製造において使用されたのと同じ塊状物として還元ガスにより還元される。少なくとも１つの還元炉８からの完全に還元された粒子部分と還元サイクロン３１からの完全に還元された粒子部分は、それぞれＮ２インジェクタ３３を用いて、装入バンカー４２に吹き出される。この代わりに、より粗い粒子部分は、還元炉８の下側領域から装入バンカー４７に重力排出により装入できる。
この後で、約９２％の金属化部分と少なくとも７５０℃の温度を有する完全に還元された微細鉱石は、重力により、制御可能モータを含む予備圧縮ワーム４８を介して、ロールブリケットプレス４９に達する。
【００３０】
以下の例では、図１〜図３に示された実施例によるプラントを操業して得られた、本発明による方法の典型的な特性データが集められる。以下の表１〜表４は、石炭の成分分析値、鉱石の成分分析値、微細鉱石の粒子径分布、および、フラックスの成分分析値の例を示す。
【表１】
表１ 石炭分析（乾式分析値）
Ｃ ７７ ％
Ｈ ４．５％
Ｎ １．８％
Ｏ ７．６％
Ｓ ０．５％
灰 ９．１％
Ｃｆｉｘ ６１．５％
【００３１】
【表２】
表２ 鉱石分析（湿式分析値）
Ｆｅ ６２．８４％
Ｆｅ２Ｏ３ ８７．７ ％
ＣａＯ ０．７３％
ＭｇＯ ０．４４％
ＳｉＯ２ ６．５３％
Ａｌ２Ｏ３ ０．４９％
ＭｎＯ ０．１５％
燃焼損失 ０．０８％
水分 ２ ％
【００３２】
【表３】
表３ 微細鉱石の粒子径分布
＋１０ｍｍ ０ ％
１０〜６ｍｍ ５．８％
６〜２ｍｍ ４４．０％
２〜０．６３ｍｍ ２９．６％
０．６３〜０．１２５ｍｍ １３．０％
〜０．１２５ｍｍ ７．６％
【表４】
表４ フラックス（乾式分析値）
ＣａＯ ４５．２％
ＭｇＯ ９．３％
ＳｉＯ２ １．２％
Ａｌ２Ｏ３ ０．７％
ＭｎＯ ０．６％
Ｆｅ２Ｏ３ ２．３％
燃焼における損失 ３９．１％
【００３３】
図１に示したプラントにおいて、４２トンの銑鉄／時間の生産のために、４２トンの石炭／時間が２９，０００Ｎｍ３のＯ２／時間を用いてガス化される。このための鉱石消費は、６４トン／時間に達し、フラックスの消費は１４トン／時間である。
生産された銑鉄は、鉄の他に、表５に示す成分を有する。
【表５】
表５ 銑鉄の成分
Ｃ ４．２％
Ｓｉ ０．４％
Ｐ ０．０７％
Ｍｎ ０．２２％
Ｓ ０．０４％
【００３４】
外部使用ガスは、銑鉄プラントから８７，０００Ｎｍ３／時間で発生し、その分析値は表６に示すとおりである。
【表６】
表６ 外部使用ガスの成分
ＣＯ ３６．１ ％
ＣＯ２ ２６．９ ％
Ｈ２ １６．４ ％
Ｈ２Ｏ １．５ ％
Ｎ２＋Ａｒ １８．１ ％
ＣＨ４ １ ％
Ｈ２Ｓ ０．０２％
カロリー値 ６７８０ｋＪ／Ｎｍ３
【００３５】
さらに、図３による熱ブラケット鉄の製造のための銑鉄プラントからの外部使用ガスを利用するとき、２９トン／時間の熱ブリケット鉄が生産できる。このために必要な再利用ガスの量は、３６，０００Ｎｍ３／時間である。熱ブラケットのスポンジ鉄は、表７に示す分析値を有する。
【表７】
表７ スポンジ鉄の成分
金属化物 ９２ ％
Ｃ １ ％
Ｓ ０．０１％
Ｐ ０．０３％
【００３６】
熱ブラケット鉄製造用プラントからの外部使用ガスの量は、７９，０００Ｎｍ３／時間であり、その分析値は表８に示すとおりである。
【表８】
表８ ガス利用ガスの成分
ＣＯ ２１．６ ％
ＣＯ２ ４４．１ ％
Ｈ２ １０．６ ％
Ｈ２Ｏ ２．８ ％
Ｎ２＋Ａｒ １９．９ ％
ＣＨ４ １ ％
カロリー値 ４２００ｋＪ／Ｎｍ３
【００３７】
銑鉄プラントと熱ブラケット鉄製造用プラントの必要な電力は、２３ＭＷである。熱ブラケット鉄製造用プラントの後の外部使用ガスは、１４５ＭＷの熱出力に相当する。
【００３８】
【発明の効果】
本発明においては、装入物質が、安定なあるいは循環する旋回層において、すなわち、たとえば斜めの流れにおいて、処理される。これにより、微細な鉱石や微細な鉱石ダストが、改善されたエネルギー利用のために経済的に処理できる。本発明によれば、還元が、旋回層法によるだけでなく、予熱によっても実行される。本発明による多ステップ旋回層法により、追加のエネルギーを用いずに、還元ガスの最適な使用が可能になった。
本発明の方法による還元は、石炭などの、固体炭素担体を用いて実行される。したがって、本発明によれば、ＣＯ還元が優勢である。
【００３９】
本発明による方法の著しい効果は、鉄鉱石の予熱が最終還元段階からの処理還元ガスを用いて行えることである。
本発明によるガス制御の他の効果は、予備還元が、予熱に加えて、還元雰囲気により行えることであり、したがって、還元ガスの特に効果的な利用が確実になされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプラントの第１の実施例を図式的に示す図である。
【図２】本発明によるプラントの第２の実施例を図式的に示す図である。
【図３】本発明によるプラントの第３の実施例を図式的に示す図である。
【符号の説明】
１…予熱炉、 ２…予熱帯、 ３…微細鉱石装入ダクト、
６…ガスダクト、 ７…第１搬送ダクト、 ８、８’…還元炉、
９…圧縮流体搬送ダクト、 １０…熔融ガス化炉、
１１、１２…供給ダクト、 １３…銑鉄、 １４…スラグ、
１４、１５…タップ、 １７…第１ガスダクト、
１８、１８’…還元帯（旋回層）、 １９…円錐状転移部分、
２３…還元炉の下側部分、 ２５…熱サイクロン、
２９…インジェクタ、 ３０…ガスダクト、
３１…還元サイクロン、 ３３…インジェクタ、
３６…微細物排出手段、 ３７…搬送ダクト、
３９…流量調節装置、 ４５…ガス清浄装置、 ４６…加熱手段、
４８、４９…圧縮・ブリケット化手段、
Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ…熔融ガス化帯、
Ｉ…固定ベッド、 ＩＩ…微細コークス流動化ベッド、
ＩＩＩ…粗コークス流動化ベッド。
【産業上の利用分野】
本発明は、鉄鉱石、フラックスおよび少なくとも部分的に微細物からなる装入物質から熔融銑鉄または熔融鋼前段階生産物（Ｓｔａｈｌｖｏｒｐｒｏｄｕｋｔ）の製造法に関する。この方法において、装入物質は、少なくとも１つの還元帯において旋回層法により直接にスポンジ鉄に還元され、スポンジ鉄が熔融ガス化帯で炭素担体と酸素含有ガスの供給の下で熔融され、ＣＯとＨ２を含むガスが生成され、この生成されたガスが、上記の還元帯に注入され、そこで反応され、外部使用ガスとして取り出され、消費者に供給される。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
この種の製造法は、たとえばオーストリア国特許第ＡＴ−Ｂ ３９０ ６２２号に記載されている。この特許に開示された方法では、大きく変化する粒子径を有する装入物質が処理される。この装入物質は、予備還元され、風スクリーニングにより、異なった粒子径の部分に分けられ、次に、別々に完全に還元される。しかし、この既知の１ステップ法は、還元ガスの熱の利用度が低く、したがって、還元ガスの消費が多い。還元ガスに化学的に結合されたエネルギーの最適利用も可能でない。
【０００３】
本発明の目的は、産業上の利用分野に記載した種類の鉄鉱石、フラックスおよび少なくとも部分的に微細物からなる装入物質からの熔融銑鉄または熔融鋼前段階生産物の製造法と、この製造法を実施するためのプラントにおいて、一部に微細物を含む鉄鉱石とフラックスの使用を、炭素担体として未処理石炭を用いて経済的に、可能にすることである。ここで、還元ガスの中になお含まれている化学的結合エネルギー（ＣＯ、Ｈ２成分）が利用できる。
【０００４】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る熔融銑鉄または熔融鋼前段階生産物の製造法において、装入物質は、少なくとも１つの還元帯において旋回層法により直接にスポンジ鉄に還元され、このスポンジ鉄が熔融ガス化帯で炭素担体と酸素含有ガスの供給の下で熔融され、ＣＯとＨ２を含むガスが生成され、この生成されたガスが、上記の還元帯に注入され、そこで反応され、外部使用ガスとして取り出され消費者に供給される。すなわち、本発明に係る熔融銑鉄または熔融鋼前段階生産物の製造法は、（ａ） 鉄鉱石とフラックスとからなり、少なくとも部分的に微細物を含む装入物資を予熱するステップと、（ｂ） 予熱された装入物質を還元帯において還元して、スポンジ鉄を得るステップと、（ｃ） スポンジ鉄を炭素と酸素含有ガスの存在の下で熔融し、ＣＯとＨ２を含む還元ガスを生成するステップと、（ｄ） 還元ガスを前記の予熱された装入物質と反応して外部使用ガスを生成するステップと、（ｅ） 外部使用ガスを取り出すステップとからなる。ここで、前記の還元ガスを第１部分と第２部分に分け、第１部分を還元帯に通して旋回層を形成し、第２部分から浮遊粒子を除去することにより第２部分を浄化し、浄化された第２部分の１部を還元帯の旋回層エリアの下部におけるベッドエリアに通す。
【０００５】
オーストリア国特許第ＡＴ−Ｂ ３８７ ４０３号によれば、菱鉄鉱を含有する装入物質、および／または、水和された装入物質は、固定ベッド直接還元炉の前に位置する固定ベッド加熱帯において焼かれる。しかし、固定ベッドにおいてだけ処理可能な鉄鉱石を含有する装入物質の粗い塊だけが装入のために使用される。
本発明において本質的なことは、装入物質が、既知の固定ベッド法（オーストリア国特許第ＡＴ−Ｂ ３８７ ４０３号）の場合におけるように、材料向流においてではなく、安定なあるいは循環する旋回層において、すなわち、たとえば斜めの流れにおいて、処理されることである。これにより、微細な鉱石や微細な鉱石ダストの経済的な処理が、改善されたエネルギー利用のために可能になる。このことは重要である。なぜなら、現在、世界の鉱石の約７５％が微細鉱石として生産され、微細鉱石は塊状鉱石より安価だからである。本発明によれば、還元が、旋回層法によるだけでなく、予熱によっても実行される。本発明による多ステップ旋回層法により、追加のエネルギーを用いずに、還元ガスの最適な使用が可能になった。
【０００６】
米国特許第ＵＳ−Ａ５，０８２，２５１号に記載された直接還元法では、旋回層炉がカスケード接続されたシステムにおいて、鉄に富んだ微細鉱石は、複雑な鉱石処理、たとえば乾燥、スクリーニングおよび破壊の後で、改質天然ガスまたは油を用いて、還元される。こうして非常に狭い粒子径分布が得られる。引き続いて、鉄粉は、熱間でまたは冷間でブリケットに加工される。スモークガスは、予熱段階で流動化ガスとして使用され、空気と天然ガスを燃やして生成される。こうして、旋回ガスの顕熱のみが利用可能であり、外部エネルギーが導入されねばならない。対照的に、本発明の方法による還元は、石炭などの、固体炭素担体を用いて実行される。したがって、本発明によれば、ＣＯ還元が優勢であるのに対し、上記の米国特許による方法では、鉄鉱石の直接還元は、主にＨ２により行われる。
【０００７】
本発明による方法の著しい効果は、鉄鉱石の予熱が最終還元段階からの処理還元ガスを用いて行えることである。これに対し、上記の米国特許によれば、外部のガスを供給して行っていて、当然、コストが高い。本発明によるガス制御の他の効果は、予備還元が、予熱に加えて、還元雰囲気により行えることであり、したがって、還元ガスの特に効果的な利用が確実になされる。
熔融ガス化帯において生成された還元ガスを冷却するために、本発明によれば、熔融ガス化帯において生成された還元ガスの上記の第１の部分は、直接に還元帯に供給されて旋回層を生成する。そして、還元ガスの第２の部分が、熱サイクロンとガス洗浄装置における精製の後で、部分的に、冷却ガスとして、還元帯に供給された還元ガスの第１部分に混合される。
【０００８】
還元帯における装入物質の流動化状態を制御するために、上記の還元ガスの第１の部分が還元帯の旋回層の領域に供給され、熱サイクロンに供給された還元ガスの第２の部分の１部が、還元帯の下側部分に形成された流動ベッドに供給される。
装入物質を効率的に予熱するために、上記の還元帯から出る上記の還元ガスが予熱帯に供給され、温度上昇が、この還元ガスの部分的燃焼により起こされる。
還元において生じるダストや微細物を効果的に利用するために、好ましくは、還元帯から引き出された上記の還元ガスは、還元サイクロンにおいて微細物から遊離され、還元サイクロンにおいて分離された微細物は、分離の間に大半が完全に還元され、インジェクタを用いて熔融ガス化帯の酸素含有ガスの供給領域に供給される。
【０００９】
還元帯において既に早めに完全に還元されている微細物は、好ましくは、部分的に、還元帯の旋回層から取り出され、インジェクタを用いて熔融ガス化帯の酸素含有ガス供給領域に、流量調節システムを介して供給される。還元帯の旋回層から取り出された装入物質の上記の部分が、好ましくは、還元サイクロンにおいて分離された材料とともに熔融ガス化帯に供給される。
これを行うために、好ましくは、熱サイクロンにおいて分離されたダストが、熔融ガス化帯において、熔融ガス化帯に形成される微細コークス流動ベッドと粗コークス流動ベッドとの間の領域に、インジェクタと酸素ダストバーナーを用いて、流量調節システムを介して供給される。
【００１０】
好ましくは、フラックスの追加は、熔融過程で必要なフラックスの１部を、熔融ガス化帯に石炭とともに直接に装入して、フラックスの１部を、予熱帯に微細鉱石とともに装入することにより行われる。ここで、好ましくは、石炭とともに装入されたフラックスが、粗粒（好ましくは４ｍｍと１２．７ｍｍの間）として導入され、微細な鉱石（好ましくは２ｍｍと６．３ｍｍの間）とともに装入されたフラックスが微細粒として導入される。
特に好ましい還元を得るために、２つの分離して連続して配置された還元帯が設けられ、第１の還元帯を出る還元ガスが、微細鉱石の流れの方向に第１還元帯の前に位置する第２還元帯に導かれ、次に第２還元帯から加圧下で予熱帯に供給される（第２図参照）。
【００１２】
本発明に係る熔融銑鉄または熔融鋼前段階生産物を製造するプラントは、鉄鉱石とフラックスとからなり、少なくとも部分的に微細物を含む装入物質を直接にスポンジ鉄に還元する、少なくとも１つの旋回層還元炉と、流動ベッドと固定ベッドとを備え、炭素担体と酸素含有ガスの供給の下でスポンジ鉄を熔融して還元ガスを生成する熔融ガス化炉と、前記の旋回層還元炉の上流に配置され、還元ガスを装入物質と反応して外部使用ガスを得る旋回層予熱炉と、前記の旋回層還元炉に装入物質を搬送する第１搬送ダクトと、前記の熔融ガス化炉から前記の旋回層還元炉に還元ガスを供給する第１ガスダクトと、前記の旋回層還元炉において形成されたスポンジ鉄を、前記の溶融ガス化炉の前記の流動ベッドと前記の固定ベッドの少なくとも一方にまで、搬送する第２搬送ダクトと、旋回層還元炉から前記の旋回層予熱炉へ還元ガスを供給する第２ガスダクトと、酸素含有ガスと炭素を熔融ガス化炉に供給する供給手段とからなる。ここで、前記の第１ガスダクトは、その第１分岐ダクトが熱サイクロンを経て前記の旋回層還元炉の下部に入り、その第２分岐ダクトが熱サイクロンの前で分岐して、第１分岐ダクトより高いレベルで前記の旋回層還元炉に入る。
【００１３】
好ましくは、酸素ダクトが、旋回層還元炉から旋回層予熱炉まで設けられるガスダクトの中に入る。
好ましくは、還元過程は、還元炉内での（また予熱炉内での）流動化の程度により制御できる。ここに、上記の旋回層還元炉は、より小さい断面積の下部と、この下部に続き、より大きな断面積の上部とからなり、下部から上部への移行部分は、円錐状の形状を備え、還元ガスのための第１ガスダクトは、円錐状の移行部分に入る。ここで、好ましくは、上記の旋回層予熱炉が、円錐形の下端を備え、還元ガスのためのガスダクトがこの下端の中にまで設けられる。
【００１４】
旋回層還元炉から還元された微細物を完全に排出するために、旋回層還元炉は、旋回層の高さで、微細物排出手段を備え、第３搬送ダクトが、微細物排出手段から、熔融ガス化炉の中に生成された固定層または流動層の高さで熔融ガス化炉の中に入る搬送手段にまで設けられる。
好ましい実施例によれば、２つの旋回層還元炉が、装入物質の流れ方向に連続して配置される。
【００１５】
【実施例】
以下、添付の図面を参照して本発明を３つの実施例を用いてさらに詳細に説明する。図１〜図３は、それぞれ、本発明によるプラントの好ましい実施例を図式的に示す。
予熱炉１は、旋回層予熱炉として設計される。鉄とフラックスを含む装入物質は、装入ダクト３を介して予熱炉１の中に、旋回層帯２（予熱帯）の高さで横方向に装入可能である。ここで、装入ダクト３から装入される装入物質は、主にヘマタイトおよび／またはマグネタイトからなる微細鉱石および／または鉱石ダストである。高炉のように設計された旋回層予熱炉１の上端で、予熱炉の中で生成され予熱炉１から出ていくガスは、ガス清浄サイクロン４とベンチュリガス清浄装置などのガス清浄装置５を備えたガス排出ダクト６を通って排出される。これらのガスは、８０００ｋＪ／Ｎｍ３のカロリー値をもつ高品質外部使用ガスとして、種々の目的に、たとえば、酸素なしの流れ、または、酸素を含む流れを作るために、利用できる。
【００１６】
旋回層予熱炉１において予熱された全装入物質は、搬送ダクト７を介して、同様に旋回層炉として設計された還元炉８に達し、大半が、還元炉８で完全に還元される。
旋回層還元炉８において生成されたスポンジ鉄が、圧縮圧力によるスポンジ鉄搬送ダクト９（Ｎ２インジェクタを含む）を介して（任意の強制搬送が代わりに使用できるが）、熔融ガス化炉１０の中に入る。ここで、スポンジ鉄は、熔融ガス化炉１０の中に、熔融ガス化炉の中に設けられた流動ベッドＩＩＩ，ＩＩの高さで導入され、および／あるいは、それらの下の固定ベッドＩの高さで導入される。熔融ガス化炉は、石炭のための少なくとも１本の供給ダクト１１と、酸素含有ガスのための複数の高さに配置された羽口導管１２とを備える。
【００１７】
熔融ガス化帯は、固定ベッドＩ、その上に位置する粗コークス流動ベッドＩＩ、後者の上に位置する微細コークス流動ベッドＩＩＩおよび最も上に位置する空間ＩＶにより形成される。熔融ガス化炉１０にて、この熔融ガス化帯の下で、熔融銑鉄１３と液体スラグ１４が集まり、銑鉄とフラックスは、それぞれ、湯出し手段１５、１６を介して別々に流出される。熔融ガス化炉１０では、還元ガスは、炭素担体と酸素含有ガスとから生産され、この還元ガスは、流動ベッドＩＩＩの上の空間ＩＶに集まり、ガスダクト１７を通り、実質的に高炉の形状の旋回層還元炉８の円錐台締め付け部に送られる。円錐台締め付け部は、ガス分配底１９を形成し、旋回層１８すなわち旋回ベッド１８（還元帯）を形成するために設けられる。還元ガスは、環状ダクト２０を用いて、締め付け部の周辺を介して供給される。
【００１８】
大きな固体粒子は、旋回層内で浮動状態に保てず、重力の作用で中心で沈降し、中央固体排出部２１から引き抜かれる。この中央固体排出部２１の構成において、放射状ガス供給手段２２を介して、固定ベッドの流れが生じて、円錐の底２４を備えガス分配底１９の下に配置される円筒状容器部分２３の中に入る。このため、大きな粒子の還元でさえも、満足な程度に達成できる。
【００１９】
ガス分配底１９の円錐台形状のため、正味の管速度は高さとともに変わる。その結果、特殊な粒子径分布が、ガス分配底１９の高さにわたって調節される。ガス分配底１９での羽口を適当に配置することにより、内部で循環する旋回層が生成され、ここで、ガス速度は、中心の方が周辺でより大きい。この種の旋回層の生成は、還元炉８のためにも予熱炉１のためにも使用できる。
【００２０】
熔融還元炉１０を出る１部の還元ガスは、熱サイクロン２５で清浄化のために処理され、続いて配置されたガス清浄装置２６において冷却され、圧縮機２７とガスダクト２８を介して、熔融ガス化炉１０から出ていく還元ガスと再び混合される。熱サイクロン２５で分離されたダストは、Ｎ２インジェクタ２９を介して熔融ガス化炉１０に戻る。熱サイクロン２５を出てなお冷却されない１部の還元ガスは、環状ダクトにより形成されるガス供給手段２２を介して、旋回層還元炉８の円筒状容器部分２３に達する。
【００２１】
ガスダクト３０を介して旋回層還元炉８から引き抜かれたガスは、還元サイクロン３１に供給され、還元サイクロン３１において、還元ガスになお含まれる微細物は、分離され、完全に還元される。これらの微細物は、搬送ダクト３２とＮ２インジェクタ３３を介して、熔融ガス化炉１０の中に、ほぼ固定ベッドＩの上端の高さで導入される。
【００２２】
還元炉８から出てくる部分的に酸化された還元ガスは、ガスダクト３０を介して、旋回層予熱炉１に入る。しかし、この還元ガスの１部は、燃焼室３４内で還元ガスを加熱するために燃やされる。燃焼室３４には、酸素含有ガスを供給するダクト３５が入る。
【００２３】
完全に還元された装入物質の１部は、旋回層還元炉８から、ワームコンベア３６と搬送ダクト３７を用いて、旋回ベッド１８の高さで引き出され、好ましくは還元サイクロン３１からくる微細物とともに、Ｎ２インジェクタ３３を介して、熔融ガス化炉１０に、ほぼ固定ベッドＩの上端の高さで導入される。
外部使用ガスの排出ダクト６のサイクロン４で分離された微細な粒子材料は、流量調節装置（Ｓｃｈｌｅｕｓｅｎｓｙｓｔｅｍ）３９を含む搬送ダクト３８を介して、還元ガスを旋回層還元炉８に供給する環状ダクト２０を通して、装入される。流量調節装置３９は、また、部分的にまたは完全に還元された材料のために、他の搬送ダクト３２、３７にも設けられる。
【００２４】
図１に示すプラントは、詳細には、以下に示すように機能する。
処理された（ふるいにかけられ乾燥された）微細鉱石は、たとえば、次の粒子径分布を有し、約２％の湿度成分を有する。
この予備還元過程のために、予熱炉１で用いられる還元ガスは、十分な還元力を得るために、少なくとも２５％のＣＯとＨ２を含むべきである。
続いて、予備加熱され、随意的に予備還元された上記の微細鉱石は、好ましくは重力により、還元炉８の中の旋回層または旋回ベッドへ流れる。微細鉱石は、旋回層または旋回ベッドで、約８５０℃の温度でＦｅ段階にまで大きく還元される。この還元過程で、還元ガスは少なくとも約６８％のＣＯ＋Ｈ２の成分を有している。
【００２５】
還元炉８では、微細鉱石のスクリーニングが行われ、０．２ｍｍより小さい部分は、還元ガスにより還元サイクロン３１の中に入れられる。還元サイクロン３１で、０．２ｍｍより小さい微細鉱石の完全な還元が、サイクロン効果により、固体を分離しつつ起こる。
排出ワーム３６を用いて還元炉８の旋回層１８から排出された、径のより小さい固体部分は、ガス熔融化炉１０に、流量調節装置３９を介して酸素含有ガスの吹き込み面の領域に、Ｎ２インジェクタ３３を用いて、還元サイクロン３１において分離された微細鉱石とともに供給される。
【００２６】
還元炉８のより低い部分からのより粗い固体部分は、流量調節装置３９を介して、かつ、Ｎ２インジェクタ９を用いて、または、重力排出を用いて、熔融ガス化炉１０の中に、微細コークス流動化ベッドＩＩＩの領域に、吹き動かされ、すなわち、装入される。
熱サイクロン２５で分離されたダスト（主にＦｅとＣを含む）は、熔融ガス化炉１０に、微細コークス流動化ベッドＩＩＩと粗コークス流動化ベッドＩＩとの間の領域に、Ｎ２インジェクタ２９を用いて、または、酸素ダストバーナを用いて、流量調節装置３９を介して供給される。
予備加熱と焙焼の目的のために、本方法において要求されるフラックスとしては、粗い粒子として、好ましくは４ｍｍと１２．７ｍｍの間に分布する粒子径を有する粒子が、石炭の通路１１を介して、装入され、微細な粒子として、好ましくは２ｍｍと６．３ｍｍの間に分布する粒子径を有する粒子が、微細鉱石の通路３を介して、装入される。
【００２７】
図２に示されるプラントでは、より長い還元時間を必要とする微細鉱石に対して、第２の還元サイクロン３１’を備える第２の（同様に、必要ならば第３の）旋回層還元炉８’が、第１還元炉８に直列にすなわち連続して設けられる。微細鉱石は、第２還元炉８’においてウースタイト段階にまで還元され、第１還元炉８でＦｅ段階にまで還元される。
この場合、第２還元炉８’の旋回層１８’から排出ワーム３６’を用いて出された固体部分は、第２還元炉８’の下側領域からのより粗い固体部分とともに、重力により第１還元炉８の中に、装入される。第２還元サイクロン３１’にて分離された微細鉱石は、第１還元サイクロン３１にて分離された微細鉱石とともに、溶解ガス化炉１０に、Ｎ２インジェクタ３３を用いて酸素含有ガスの吹き込み面の領域に供給される。
【００２８】
２台の旋回層還元炉８、８’と２台の還元炉サイクロン３１、３１’とを用いたとき、操業圧力は、本システムにおける圧力損失を釣り合わせるには不十分である。予熱炉１のために要求されるガス混合は、コンプレッサ４０を用いて、必要な圧力にされる。この場合、第２還元サイクロン３１’からのガスは、ガス清浄装置４１において清浄にされる。しかし、その後では、ガスの部分的な流れ（外部使用ガスとしてダクト４２を通って引き出される部分）のみが圧縮され、混合室４３においてダクト４４を通って供給される酸素含有ガスとほぼ混合される。続いて、還元ガスの部分的燃焼が、要求される微細鉱石予熱温度を得るために、予熱炉１において起こり得る。
【００２９】
銑鉄製造で得られた高品質の外部使用ガスは、先に示したように、酸素を伴う流れまたは伴わない流れの生成のために使用できる。図３に表される本発明の好ましい実施例により、外部使用ガスは、ＣＯ２清浄装置４５と約８５０℃への予備加熱部４６の後で、以下のように、還元ガスとして再使用される。
熱いブリケット鉄を製造するために、銑鉄を製造するために使用されたのと同じ仕様の微細鉱石が、予備加熱され、銑鉄製造において使用されたのと同じ塊状物として還元ガスにより還元される。少なくとも１つの還元炉８からの完全に還元された粒子部分と還元サイクロン３１からの完全に還元された粒子部分は、それぞれＮ２インジェクタ３３を用いて、装入バンカー４２に吹き出される。この代わりに、より粗い粒子部分は、還元炉８の下側領域から装入バンカー４７に重力排出により装入できる。
この後で、約９２％の金属化部分と少なくとも７５０℃の温度を有する完全に還元された微細鉱石は、重力により、制御可能モータを含む予備圧縮ワーム４８を介して、ロールブリケットプレス４９に達する。
【００３０】
以下の例では、図１〜図３に示された実施例によるプラントを操業して得られた、本発明による方法の典型的な特性データが集められる。以下の表１〜表４は、石炭の成分分析値、鉱石の成分分析値、微細鉱石の粒子径分布、および、フラックスの成分分析値の例を示す。
【表１】
表１ 石炭分析（乾式分析値）
Ｃ ７７ ％
Ｈ ４．５％
Ｎ １．８％
Ｏ ７．６％
Ｓ ０．５％
灰 ９．１％
Ｃｆｉｘ ６１．５％
【００３１】
【表２】
表２ 鉱石分析（湿式分析値）
Ｆｅ ６２．８４％
Ｆｅ２Ｏ３ ８７．７ ％
ＣａＯ ０．７３％
ＭｇＯ ０．４４％
ＳｉＯ２ ６．５３％
Ａｌ２Ｏ３ ０．４９％
ＭｎＯ ０．１５％
燃焼損失 ０．０８％
水分 ２ ％
【００３２】
【表３】
表３ 微細鉱石の粒子径分布
＋１０ｍｍ ０ ％
１０〜６ｍｍ ５．８％
６〜２ｍｍ ４４．０％
２〜０．６３ｍｍ ２９．６％
０．６３〜０．１２５ｍｍ １３．０％
〜０．１２５ｍｍ ７．６％
【表４】
表４ フラックス（乾式分析値）
ＣａＯ ４５．２％
ＭｇＯ ９．３％
ＳｉＯ２ １．２％
Ａｌ２Ｏ３ ０．７％
ＭｎＯ ０．６％
Ｆｅ２Ｏ３ ２．３％
燃焼における損失 ３９．１％
【００３３】
図１に示したプラントにおいて、４２トンの銑鉄／時間の生産のために、４２トンの石炭／時間が２９，０００Ｎｍ３のＯ２／時間を用いてガス化される。このための鉱石消費は、６４トン／時間に達し、フラックスの消費は１４トン／時間である。
生産された銑鉄は、鉄の他に、表５に示す成分を有する。
【表５】
表５ 銑鉄の成分
Ｃ ４．２％
Ｓｉ ０．４％
Ｐ ０．０７％
Ｍｎ ０．２２％
Ｓ ０．０４％
【００３４】
外部使用ガスは、銑鉄プラントから８７，０００Ｎｍ３／時間で発生し、その分析値は表６に示すとおりである。
【表６】
表６ 外部使用ガスの成分
ＣＯ ３６．１ ％
ＣＯ２ ２６．９ ％
Ｈ２ １６．４ ％
Ｈ２Ｏ １．５ ％
Ｎ２＋Ａｒ １８．１ ％
ＣＨ４ １ ％
Ｈ２Ｓ ０．０２％
カロリー値 ６７８０ｋＪ／Ｎｍ３
【００３５】
さらに、図３による熱ブラケット鉄の製造のための銑鉄プラントからの外部使用ガスを利用するとき、２９トン／時間の熱ブリケット鉄が生産できる。このために必要な再利用ガスの量は、３６，０００Ｎｍ３／時間である。熱ブラケットのスポンジ鉄は、表７に示す分析値を有する。
【表７】
表７ スポンジ鉄の成分
金属化物 ９２ ％
Ｃ １ ％
Ｓ ０．０１％
Ｐ ０．０３％
【００３６】
熱ブラケット鉄製造用プラントからの外部使用ガスの量は、７９，０００Ｎｍ３／時間であり、その分析値は表８に示すとおりである。
【表８】
表８ ガス利用ガスの成分
ＣＯ ２１．６ ％
ＣＯ２ ４４．１ ％
Ｈ２ １０．６ ％
Ｈ２Ｏ ２．８ ％
Ｎ２＋Ａｒ １９．９ ％
ＣＨ４ １ ％
カロリー値 ４２００ｋＪ／Ｎｍ３
【００３７】
銑鉄プラントと熱ブラケット鉄製造用プラントの必要な電力は、２３ＭＷである。熱ブラケット鉄製造用プラントの後の外部使用ガスは、１４５ＭＷの熱出力に相当する。
【００３８】
【発明の効果】
本発明においては、装入物質が、安定なあるいは循環する旋回層において、すなわち、たとえば斜めの流れにおいて、処理される。これにより、微細な鉱石や微細な鉱石ダストが、改善されたエネルギー利用のために経済的に処理できる。本発明によれば、還元が、旋回層法によるだけでなく、予熱によっても実行される。本発明による多ステップ旋回層法により、追加のエネルギーを用いずに、還元ガスの最適な使用が可能になった。
本発明の方法による還元は、石炭などの、固体炭素担体を用いて実行される。したがって、本発明によれば、ＣＯ還元が優勢である。
【００３９】
本発明による方法の著しい効果は、鉄鉱石の予熱が最終還元段階からの処理還元ガスを用いて行えることである。
本発明によるガス制御の他の効果は、予備還元が、予熱に加えて、還元雰囲気により行えることであり、したがって、還元ガスの特に効果的な利用が確実になされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプラントの第１の実施例を図式的に示す図である。
【図２】本発明によるプラントの第２の実施例を図式的に示す図である。
【図３】本発明によるプラントの第３の実施例を図式的に示す図である。
【符号の説明】
１…予熱炉、 ２…予熱帯、 ３…微細鉱石装入ダクト、
６…ガスダクト、 ７…第１搬送ダクト、 ８、８’…還元炉、
９…圧縮流体搬送ダクト、 １０…熔融ガス化炉、
１１、１２…供給ダクト、 １３…銑鉄、 １４…スラグ、
１４、１５…タップ、 １７…第１ガスダクト、
１８、１８’…還元帯（旋回層）、 １９…円錐状転移部分、
２３…還元炉の下側部分、 ２５…熱サイクロン、
２９…インジェクタ、 ３０…ガスダクト、
３１…還元サイクロン、 ３３…インジェクタ、
３６…微細物排出手段、 ３７…搬送ダクト、
３９…流量調節装置、 ４５…ガス清浄装置、 ４６…加熱手段、
４８、４９…圧縮・ブリケット化手段、
Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ…熔融ガス化帯、
Ｉ…固定ベッド、 ＩＩ…微細コークス流動化ベッド、
ＩＩＩ…粗コークス流動化ベッド。
Claims (17)
- （ａ） 鉄鉱石とフラックスとからなり、少なくとも部分的に微細物を含む装入物質を予熱するステップと、
（ｂ） 予熱された装入物質を還元帯において還元して、スポンジ鉄を得るステップと、
（ｃ） スポンジ鉄を炭素と酸素含有ガスの存在の下で溶融し、ＣＯとＨ２を含むガスを生成するステップと、
（ｄ） 還元ガスを前記の予熱された装入物質と反応して外部使用ガスを生成するステップと、
（ｅ） 外部使用ガスを取り出すステップとからなる、熔融銑鉄または熔融鋼前段階生産物の製造法であって、
前記の還元ガスを第１部分と第２部分とに分け、第１部分を還元帯に通して旋回層を形成し、第２部分から浮遊粒子を除去することにより第２部分を浄化し、浄化された第２部分の１部を還元帯の旋回層エリアの下部におけるベッドエリアに通すことを特徴とする製造法。 - 請求項１に記載された製造法において、上記の熔融ガス化帯において生成された還元ガスの第１の部分が、直接に還元帯に供給されて旋回層を生成し、還元ガスの第２の部分が、熱サイクロンとガス洗浄装置における精製の後で、部分的に、冷却ガスとして、還元帯に供給された上記の還元ガスの第１部分に混合されることを特徴とする製造法。
- 請求項２に記載された製造法において、上記の還元ガスの第 1 の部分が還元帯の旋回層の領域に供給され、熱サイクロンに供給された還元ガスの第２の部分の１部が、還元帯の下側部分に形成された流動ベッドに供給されることを特徴とする製造法。
- 請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載された製造法において、上記の還元帯から出る上記の還元ガスは、予熱帯に供給され、温度上昇が、この還元ガスの部分的燃焼により起こされることを特徴とする製造法。
- 請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載された製造法において、還元帯から引き出された上記の還元ガスは、還元サイクロンにおいて微細物から遊離され、還元サイクロンにおいて分離された微細物は、分離の間に大半が完全に還元され、インジェクタを用いて、熔融ガス化帯の酸素含有ガスの供給領域に供給されることを特徴とする製造法。
- 請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載された製造法において、装入物質の１部は、上記の還元帯の旋回層から取り出され、インジェクタを用いて熔融ガス化帯の酸素含有ガス供給領域に、流量調節システムを介して供給されることを特徴とする製造法。
- 請求項６に記載された製造法において、還元帯の旋回層から取り出された装入物質の上記の部分が、還元サイクロンにおいて分離された上記の微細物材料とともに熔融ガス化帯に供給されることを特徴とする製造法。
- 請求項６または請求項７に記載された製造法において、熱サイクロンにおいて分離されたダストが、熔融ガス化帯において、熔融ガス化帯に形成される微細コークス流動ベッドと粗コークス流動ベッドとの間の領域に、インジェクタと酸素ダストバーナーを用いて、流量調節システムを介して供給されることを特徴とする製造法。
- 請求項１から請求項８までのいずれかの請求項に記載された製造法において、熔融過程で必要なフラックスの１部が、熔融ガス化帯に石炭とともに直接に装入され、フラックスの他の１部が、予熱帯に微細鉱石とともに装入されることを特徴とする製造法。
- 請求項９に記載された製造法において、石炭とともに装入された上記のフラックスが、粗粒として導入され、微細鉱石とともに装入された上記のフラックスが微細粒として導入されることを特徴とする製造法。
- 請求項１から請求項１０までのいずれかの請求項に記載された製造法において、２つの分離して連続して配置された還元帯が設けられ、第１の還元帯を出る還元ガスが、微細鉱石の流れの方向に第１還元帯の前に位置する第２還元帯に導かれ、次に第２還元帯から加圧下で予熱帯に供給されることを特徴とする製造法。
- 鉄鉱石とフラックスとからなり、少なくとも部分的に微細物を含む装入物質を直接にスポンジ鉄に還元する、少なくとも１つの旋回層還元炉と、
流動ベッドと固定ベッドとを備え、炭素担体と酸素含有ガスの供給の下でスポンジ鉄を溶融して還元ガスを生成する溶融ガス化炉と、
前記の旋回層還元炉の上流に配置され、還元ガスを装入物質と反応して外部使用ガスを得る旋回層予熱炉と、
前記の旋回層還元炉に装入物質を搬送する第１搬送ダクトと、
前記の溶融ガス化炉から前記の旋回層還元炉に還元ガスを供給する第１ガスダクトと、
前記の旋回層還元炉において形成されたスポンジ鉄を、前記の溶融ガス化炉の前記の流動ベッドと前記の固定ベッドの少なくとも一方にまで、搬送する第２搬送ダクトと、
前記の旋回層還元炉から前記の旋回層予熱炉へ還元ガスを供給する第２ガスダクトと、
酸素含有ガスと炭素をそれぞれ溶融ガス化炉に供給する供給手段と
からなる溶融銑鉄または溶融鋼前段階生産物を製造するプラントであって、
前記の第１ガスダクトは、その第１分岐ダクトが熱サイクロンを経て前記の旋回層還元炉の下部に入り、その第２分岐ダクトが熱サイクロンの前で分岐して、第１分岐ダクトより高いレベルで前記の旋回層還元炉に入ることを特徴とするプラント。 - 請求項１２に記載されたプラントにおいて、酸素ダクトが、旋回層還元炉から旋回層予熱炉まで設けられるガスダクトの中に入ることを特徴とするプラント。
- 請求項１２または請求項１３に記載されたプラントにおいて、上記の旋回層還元炉は、より小さい断面積の下部と、この下部に続き、より大きな断面積を有する上部とからなり、下部から上部への移行部分は、円錐状の形状を備え、還元ガスのための第１ガスダクトは、この円錐状の移行部分に入ることを特徴とするプラント。
- 請求項１２から請求項１４までのいずれかの請求項に記載されたプラントにおいて、上記の旋回層予熱炉が、円錐形の下端を備え、還元ガスのための第２ガスダクトがこの下端の中にまで設けられることを特徴とするプラント。
- 請求項１２から請求項１５までのいずれかの請求項に記載されたプラントにおいて、旋回層還元炉は、旋回層の高さで、微細物排出手段を備え、第３搬送ダクトが、微細物排出手段から、熔融ガス化炉の中に生成された固定層または流動層の高さで熔融ガス化炉の中に入る搬送手段にまで設けられることを特徴とするプラント。
- 請求項１２から請求項１６までのいずれかの請求項に記載されたプラントにおいて、２つの旋回層還元炉が、装入物質の流れ方向に連続して配置されることを特徴とするプラント。
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