JP4317266B2 - 液状銑鉄の製造方法およびその方法を実施するためのプラント - Google Patents

Description

本発明は、溶融ガス化装置の溶融ガス化ゾーンにおいて、部分的におよび／または完全に還元された海綿鉄のような微粒子状酸化鉄キャリヤと塊状の鉄含有材料とから、液状銑鉄を製造する方法およびその方法を実施するためのプラントに関する。前記溶融ガス化装置では、事前に完全に還元していてもよい鉄含有材料が、炭素含有材料および酸素含有ガスの供給下で固体炭素キャリヤにて形成された床（bed）において溶融されると同時に還元ガスを形成し、また、鉄含有微小鉱石や鉱石ダストや酸化鉄微小ダストのような微粒子状酸化鉄キャリヤが、溶融ガス化装置から出る還元ガス流に導入されるとともに、その還元用気体はそこで形成された微粒子状材料から分離され、その分離された微粒子状材料はダスト再循環ラインを介してダストバーナーによって溶融ガス化ゾーンに導入され、かつ還元用気体は酸化鉄含有材料を還元するために使われるものである。
このタイプの方法は、欧州特許出願公開第０５７６４１４号公報により公知である。その方法では、塊状の鉱石に加えて、冶金プラントに蓄積される酸化鉄の微小ダストのような微小鉱石および／または鉱石ダストを多量に処理可能である。還元ガス流に導入された酸化微粒子は、ダスト再循環ラインを介して溶融ガス化装置の溶融ガス化ゾーンに搬送される。ダスト再循環ラインは、ダストバーナーとダストスルースと空気搬送システムとを備え、そのダストスルースは、溶融ガス化装置と、例えばサイクロンのように微粒子から還元ガスを分離する固体分離器との間の圧力差に打ち勝つものである。
しかしながら、溶融ガス化ゾーンに導入される酸化微粒子が還元されなければならないということから、問題が生じる。溶融ガス化ゾーンにおける溶融およびガス化、言い換えると、還元ガスの生成を低減させないため、この周知の方法で処理可能なこのような酸化微粒子の量は多くはないのである。
本発明の目的は、これらの不都合および困難を回避すること、および、その方法に加えて、溶融ガス化プロセスを分散することなく、かつ、多数の装置を含むことなく、冶金プラントに蓄積される酸化鉄の微小ダストのような微小鉱石および／または鉱石ダストを、多量に充填可能にするという技術的な課題を解決することにある。
本発明に従うと、この課題は、ダスト再循環ライン内で分離された微粒子材料を分離された微粒子材料および還元ガスから形成される流動床を介してダストバーナーへ搬送し、かつ、それを還元することにより解決される。
このように、還元ガス流に導入された微粒子状酸化鉄キャリヤ、例えば、微小鉱石は、ダスト再循環ラインを介して相当程度移動中に前還元される。それに要するプラントコンポーネントは、設計およびコストに関して実現が容易なものである。微粒子状酸化鉄キャリヤを十分予備加熱することにより、いかなる方法においても、溶融およびガス化を低減することなく、このような酸化鉄キャリヤを多量に処理することが可能になる。
ダスト再循環ラインに供給される還元ガスを最適に使用する変形型は、前記流動床スルースが、逆流流動床ゾーンと、好ましくは該逆流流動床ゾーンよりも実質的に多量の平行流流動床ゾーンとから成り、前記逆流流動床ゾーンは分離された前記微粒子材料により形成され該材料に対して逆流の還元ガスが流動するゾーンであり、一方、前記平行流流動床ゾーンは分離された前記微粒子材料により形成され、該材料に対して平行流の還元ガスが流動するゾーンであることを特徴とする。
すでに還元ガス流中にある微粒子状酸化鉄キャリヤの還元をある程度確実に行うために、還元ガス流が溶融ガス化装置を出ていったすぐ後に、微粒子鉄鉱石は都合よく還元ガス流に導入され、また、微粒子鉄鉱石は、好ましくは、後者が８００℃から９００℃に冷却された後、都合よくに還元ガス流中へ吹き飛ばされる。
個々の微粒子が還元ガスに最適に接触することを確実とするために、微粒子を還元ガス流に入れた直後、微粒子酸化鉄およびキャリヤガスにより形成された中心材料噴射は、好適な実施形態に従い還元ガスに導入され、一方、二次ガスにより形成された少なくとも１つのガス噴射は、材料噴射に相対する方向を向き、前記材料噴射を微粒化し、かつその微粒子は還元ガス内で一様に分散される。
ガス噴射は、好ましくは材料噴射の軸回りのトルクをもって材料噴射へ分配され、かつ、微粒子は遠心力により材料噴射から飛び出し、互いに離散する。
微粒子の還元ガスとの接触が十分であることは、微粒子鉄鉱石を、自身の流れに対して反対方向に流れる還元ガス流内へ吹き飛ばすことによっても確実にできる。
溶融ガス化装置と酸化鉄含有材料用の還元炉とにより前記製造方法を実施するものであり、かつ、固体分離器を出発してダストバーナーを介して溶融ガス化装置内に開口しているダスト再循環手段を備えたプラントであって、前記溶融ガス化装置が、炭素含有材料を供給する供給ダクトと生成された還元ガスを引き出す固体分離器を含む還元ガスダクトと酸素含有ガスを供給するダクトとさらにスラグおよび鉄溶融タップとを備え、また、溶融銑鉄および液状スラグを収集する下部セクションとその上に位置し固体炭素還元ガスの床を備える中央セクションとさらに上に空き空間としての上部セクションとから成り、一方、前記還元炉が、前記還元ガスダクトと少なくとも部分的に還元された材料（海綿鉄）を還元炉から溶融ガス化装置へ搬送するダクトとを介して前記溶融ガス化装置に接続され、また、前記微粒子状鉄鉱石用の搬送ダクトが前記還元ガスダクトに入り込んでいるプラントにおいて、前記ダスト再循環手段が、還元ガスを供給するダクトが入る少なくとも１つの流動床反応炉を備えていることを特徴とする。
好適な実施形態では、ダスト再循環手段が、逆流流動床反応炉と逆流流動床反応炉とから構成されており、還元ガスを供給するダクトがそれら逆流流動床反応炉および逆流流動床反応炉の双方に入っている。
微粒子鉄鉱石用の搬送ダクトは好ましくは、還元ガスゾーンの出発領域、すなわち、還元ガスゾーンが溶融ガス化装置に接続された直後の領域に開放している。
好適な実施形態では、微粒子鉄鉱石のための搬送ダクトが還元ガスダクトの壁から抜けて突き出た送風ノズルを備え、該送風ノズルは、微粒子およびキャリヤガスを案内する中央管を含むとともに、その中央管の入口では二次ガスを供給するためのガスダクトに接続された少なくとも１つのノズルを有し、前記中央管の長手方向中心軸からの前記ノズルの角度が望ましくは２０°から６０°の範囲であることを特徴とする。
前記ノズルの長手方向軸は、好ましくは中央管の長手方向中心軸に対して斜めに延びており、より具体的には、中央管およびノズル入口の長手方向中心軸を含んだ面に対して垂直な前記ノズルの投影図において、前記ノズルの投影された長手方向軸と中央管の長手方向中心軸との間の角度は、３０°から６０°の範囲に形成されたものである。
他の好適な実施形態は、微粒子鉄鉱石用の搬送ダクトが、還元ガスダクト内で流れに対して反対方向を向いたランスを有する還元ガスダクトに入っていることを特徴とする。
以下では、本発明が図により詳細に説明される。図１は第一の実施形態の方法を実施するプラントを図示している。図２はその改良型のプラントの詳細を示している。図３および図４は微粒子状酸化鉄キャリヤを導入する手段を示し、図３は長手方向の断面図であり、図４は図３のIV-IVに沿っての断面図を示している。
還元炉１を形成する高炉において、塊状の鉄鉱石および／またはペレット状の鉄鉱石は、必要ならば、流動床を形成する添加剤とともに、図示されていないスルースシステムによって搬送システムを介して上端から充填される。
流動床は、流れる還元ガスに接触する移動性粒子を含む連続的に移動する材料流を意味している。好ましくは、重力によって連続的に下方に移動する材料流が使用される。
高炉１の代わりに、ヴェンチュリ型（Venturi）流動床を備える還元炉、循環流動床、流動床、移動式火床あるいは回転炉を有する流動床あるいは炉が、還元炉として使用可能である。
高炉１にはガス化装置３が接続され、そのガス化装置３では還元ガスは石炭と酸素含有ガスとから生成され、その酸素含有ガスは還元ガスダクト４を介して高炉に供給され、その還元ガスダクト４は高温ガスサイクロンのようなガスクリーニング手段５が乾燥ダストの収集のために備えられている。
ガス化装置３は、固体炭素キャリヤ用の供給ダクト６と、酸素含有ガス用の供給ダクト７と、必要ならば、常温で液体あるいは気体である、例えば炭化水素ような炭素キャリヤ、および燃焼添加剤用の供給ダクト８とを備えている。
溶融ガス化装置３においては、タップ１２を介してタップされる溶融銑鉄１０と、溶融スラグ１１とが、溶融ガス化ゾーン下方の下部セクションＩに蓄積される。
セクションＩの上方に位置する溶融ガス化装置５のセクションＩＩでは、床１３が、好ましくは固定床としておよび／または流動床として、固体炭素キャリヤから形成される。中央セクションＩＩ上に備わるセクションＩＩＩは、溶融ガス化装置３で形成する還元ガス用および還元ガスにより形成されたガス流により運び去られる固体粒子用の空きスペースとして作用する。
高炉１の直接還元ゾーン１４で海綿鉄に還元される鉄鉱石は、例えば、放出スクリューによって、高炉１を溶融ガス化装置３に接続する搬送ダクト１５を介して直接還元ゾーン１４で燃焼された添加剤とともに、供給される。直接還元ゾーン１４で還元ガスから成る排出ガスのための排出気体放出ダクト１６は、高炉１の上部に接続されている。
排出気体放出ダクト１６を介して引き出された排出ガスは、ダスト粒子から完全に分離し、かつ、可能ならば、さらに使用可能なように蒸気含有量が低下するように、まず集塵器１７で清浄化される。
溶融ガス化装置３で形成される還元ガスの一部は、ガス清浄化手段５の下流に接続している集塵器１８と、ガス清浄化手段５内に入る前に非常に高温状態で溶融ガス化装置３から出る還元ガスを調整するため、特に高炉１の直接還元プロセスにとって好ましい温度範囲まで冷却するための気体圧縮機を有するダクト１９とを介して供給ダクト４内に再循環される。一様化ダクト２１を介して、必要ならばシステムの圧力を一定にするために、過剰還元ガスが高炉１を出る排出ガスに加えられることができる。
鉄含有微小鉱石や鉱石ダストや酸化鉄微小ダストのような微粒子状酸化鉄キャリヤは、還元ガスダクト４に入る搬送ダクト２２を介して還元ガス流に導入される。還元ガス流の方向に見られるように、搬送ダクト２２の還元ガスダクト４への入口２３は、冷却された還元ガスを供給し、微粒子が熱により固まることを防止するダクト１９の入口２４の下流に位置している。
微粒子がガスダクト２２の入口からガス清浄化手段５まで搬送される間、酸化微粒子はすでに最初の前還元を受ける。ガス清浄化手段５においては、符号２５で示されているダスト再循環手段を介して、微粒子が分離され、溶融ガス化装置５に充填される。
ガス清浄化手段５からスタートして、ダスト再循環ライン２５は搬送ダクト２６と、搬送ダクト２６に入る逆流流動床反応炉２７と、微粒子流の方向の下流で接続する流動床反応炉２８とを備えている。この平行流の流動床反応炉から、微粒子用の搬送ダクト２９が出発し、溶融ガス化ゾーン９のレベルあるいはその上方に位置するダストバーナー３０に導かれる。さらに、このダストバーナー３０には、酸素ダクト３１が入り込んでいる。
逆流流動床反応炉２７および下方平行流流動床反応炉２８の双方とも、還元ガスが供給されて、逆流および平行流流動床３２，３３の形成およびその維持をする。この還元ガスは、還元ガスダクト４から出ている枝路３４，３５を介して供給される。
ガス流が逆流流動床反応炉２７からガス清浄化手段５へ流れることを最大限抑制するため−それはガス清浄化手段５の効率を低下させるだろう−、逆流流動床反応炉２７から出発して噴射器３７を介して還元ガスダクト４に入るガス再循環ダクト３６が備えられている。
酸化鉄微粒子のための搬送ダクト２２は、好ましくはこれらの微粒子を吹き飛ばす手段を介して還元ガスダクト４に入る。その手段は、還元ガスダクト４の壁３９を突き抜けてインテイア４０に突き出ている送風ノズル３８を備えている。
送風ノズル３８は、微粒子の材料流が入口４２で形成されるように、搬送ダクト２２が接続され、かつキャリヤガスにより吹き飛ばされた微粒子が入口４２へ抜ける中央管４１を備えている。
中央管４１の入口４２には、中央管４１を囲繞する複数のノズル４３が周辺に設けられている。これらのノズルは、ガス案内管４５を介して二次気体を供給するためのガスダクト４４に接続されている。これらのガス案内管４５は、中央管４１を周辺に囲繞し、かつガスダクト４１が入る環状空間に入る中央管４１の長手方向中央軸４６に平行に配置する管として設けられている。
この環状空間４７は、入口４２で終端面および終端フランジ４９，５０の反対終端面で閉じられた外部のジャケット４８により境界が形成されている。ガス案内管４５は、気体密閉ベアリング５１，５２により終端フランジ４９，５０に対して回転可能である。
互いに向かい合うガス案内管４５の両端はフランジ５３，５４により閉じられている。外側フランジ５４には、環状空間４７と境界を有する外側終端フランジ５０の近傍で外へ突出しているピボット５５が取り付けられている。ピボット５５には、詳細は図示しないが、ガス案内管４５をその長手方向軸まわりに回転させるための駆動装置が備えられている。ガス案内管４５の内側フランジ５３では、中央管の長手方向中央軸に対して角度αの位置に、ノズル４３が配置している。
ガス案内管４５と、最終的には、ノズル４３とには、環状空間４７とガス案内管４５の開口部５７とを経由したガスが供給される。
ガス案内管４５を長手方向軸５６回りに回転させることによって、ノズル４３から流れるガス噴出物は、そのガス噴出物が、中央管４１の長手方向中央軸４６を横切る位置から長手方向中央軸４６に関して斜め方向の位置へ運ばれるように、材料噴出物に対する位置に関して、変化に富んでいるものになりうる。ガス案内管４５を長手方向中央軸５６まわりに回転する手段は、材料噴出物に対するガス噴出物の位置を周期的に変化させることができる。中央管４１の長手方向中央軸４６に対するガス噴出物の角度αは、好ましくは、２０°から６０°の範囲であり、全ガスに対して等しい値である必要はない。
図３および図４に示された実施形態によれば、複数のノズル４３は、入口４２かつ中央管４１の円周全体に一様に分散されている。しかしながら、複数のノズル４３を中央管４１の入口４２の円周の一半分にだけに備えることで十分かもしれない。
ガス噴出物は好ましくは、不活性ガスからなる。不活性ガスは、さらにキャリヤガスとしても使われ得る。ノズル４３の代わりに、環状ギャップは、終端フランジ４９に備えてもよく、その終端フランジを通ってファン形状ガス噴出物が材料噴出物に相対する方向を向いている。
材料噴出物に対するガス噴出物の位置を変える必要がないならば、ガス案内管４５は必要ではない。この場合、ノズル４３は、終端フランジ４９に挿入固定される。
還元ガスダクト４に入った直後に二次ガスによって、還元ガスへ吹き飛ばされ、かつ最終的には還元ガス内に分散される鉄鉱石は、このダクト４内で、少なくとも部分的還元される。
鉄鉱石に加えて、酸化物および／または金属である微小グレイン冶金廃棄物あるいはその再利用物、及びさらには炭素含有材料も、本発明に従う手段を介して充填されうる。
図２に示す如く、酸化物含有微粒子は、還元ガスダクト４の内部に開口しているランス５８により還元ガスダクト４の内部へ導入される。このランス５８では、微粒子から形成された鉱石が、キャリヤガスにより運ばれる。ランスの終端部５９では、鉱石は、還元ガス流に逆向きに排出され、かつ、ただちに最終的には渦巻くことより分散される。よって、この実施形態では、入った直後に始まる還元ガスダクト４内での前還元も保証する。
以下には、本発明を４０［t/h］の容量の銑鉄を生産するプラントに対する実施形態によってさらに詳細に説明する。このプラントは、本発明に従うタイプのダスト再循環手段２５を２台備えたことを特徴とするものである。示された数値は２台のダスト再循環手段２５のいずれかに適用可能である。表におけるすべての値は概数であり、１００％からの小さなずれにつながるかもしれない。
４．５［t/h］の鉄鉱石が、２台のダスト再循環手段２５のいずれかに吹き飛ばされる。この鉄鉱石が以下の分析（重量％）を示す。

グレインサイズの分布は以下の通りである。

38,320［Nm³/h］の体積の還元ガスが、溶融ガス化装置３を出る。再循環冷却ガス体積は3,360［Nm³/h］に達し、還元ガスの全体積は41,680［Nm³/h］となり、それがガス清浄化手段５に入る。還元ガスダクト４につながる搬送ダクト２２の入口２３の上流の還元ガスの分析が、以下の表３に示されている（体積％）。

搬送ダクト２２の入口２３での還元ガスの温度は、９００℃である。溶融ガス化装置を出る還元ガスは、ガスに運搬される。１３０［g/Nm³］に対するダスト含有量、およびダスト分析が以下に示される（重量％）。

流動床スルース２５を形成する、逆流および平行流流動床反応炉２７，２８を使用するために、2,800［Nm³/h］の体積の還元ガスが必要であり、２０［Nm³/h］に対して５０［Nm³/h］の体積が逆流流動床反応炉２７に加えられる。ここで加えられる還元ガスの分析が、以下の表５に示されている。

還元ガス７５０℃から８００℃の間の温度を有している。
本発明に従う方法は、還元ガスダクト４内に充填された鉄鉱石において３０％の割合の前還元を保証する。平行流流動床反応炉２８を出た後は、鉄鉱石はすでに６５％の割合の前還元を有している。

Claims (14)

1. 溶融ガス化装置（３）の溶融ガス化ゾーン（９）にて、微粒子状酸化鉄キャリヤと部分的におよび／または完全に還元された海綿鉄とから、液状銑鉄（１０）を製造する方法であって、固体炭素キャリヤおよび酸素含有ガスの供給下で、鉄含有材料が固体炭素キャリヤからなる床（１３）において溶融されると同時に還元ガスが形成され、微粒子状酸化鉄キャリヤが前記溶融ガス化装置（３）から出る還元ガス流に導入され、これにより形成された微粒子状材料から前記還元ガスが分離され、この分離された微粒子状材料はダスト再循環ライン（２６，２７，２８，２９）を介してダストバーナー（３０）によって溶融ガス化ゾーン（９）に導入され、かつ前記還元ガスが酸化鉄含有材料を還元するために使われる方法において、
   前記ダスト再循環ライン（２６から２９）中で分離された前記微粒子材料は、その分離された微粒子材料と前記還元ガスとから成る流動床スルース（２５）を介して前記ダストバーナー（３０）に搬送され、そこで還元されることを特徴とする製造方法。
2. 請求項１に記載の製造方法において、前記流動床スルース（２５）が、逆流流動床ゾーン（３２）と平行流流動床ゾーン（３３）とから成り、前記逆流流動床ゾーン（３２）は分離された前記微粒子材料により形成され該材料に対して逆流の還元ガスが流動するゾーンであり、一方、前記逆流流動床ゾーン（３２）は分離された前記微粒子材料により形成され該材料に対して平行流の還元ガスが流動するゾーンであることを特徴とする製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の製造方法において、前記微粒子状酸化鉄キャリヤは、前記還元ガス流が前記溶融ガス化装置を出た直後に前記還元ガス流に導入されることを特徴とする製造方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の製造方法において、前記微粒子状酸化鉄キャリヤは、前記還元ガス流内に導入され、前記還元ガス流８００℃から９００℃の間に冷却することを特徴とする製造方法。
5. 請求項４記載の製造方法において、前記微粒子状酸化鉄キャリヤおよびキャリヤガスから成る中心材料噴射を前記還元ガスに導入し、二次ガスか成る少なくとも１つのガス噴射を前記材料噴射に噴射し、該材料噴射を還元ガス内で一様に分散させる（図３、図４）ことを特徴とする製造方法。
6. 請求項５記載の製造方法において、前記ガス噴射は、前記材料噴射の軸回りのトルクをもって材料噴射へ分配され、かつ、前記微粒子は遠心力により材料噴射から飛び出し、互いに離散することを特徴とする製造方法。
7. 請求項４記載の製造方法において、前記微粒子状酸化鉄キャリヤは、前記還元ガス流内でその流れに対して反対方向に導入される（図２）ことを特徴とする製造方法。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の製造方法を実施するためのプラントであって、該プラントは、炭素含有材料を供給する供給ダクト（６）と生成された還元ガスから微粒子材料を分離する固体分離器（５）を含む還元ガスダクト（４）と酸素含有ガスを供給するダクト（７）とさらにスラグおよび鉄溶融タップ（１２）とを有する溶融ガス化装置（３）と、前記固体分離器（５）を出発してバーナー（３０）を介して前記溶融ガス化装置（３）内に開放するダスト再循環手段（２５）とを具備し、前記溶融ガス化装置は、溶融銑鉄と液状スラグとを収集する下部セクション（Ｉ）とその上に位置し固体炭素キャリヤからなる床を備える中央セクション（II）とさらにその上に空き空間としての上部セクション（III）と酸化鉄含有材料のための還元炉（１）とを有し、該還元炉（１）が、前記還元ガスダクト（４）と少なくとも部分的に還元された材料（海綿鉄）を前記還元炉（１）から前記溶融ガス化装置（３）へ搬送するダクト（１５）を介して前記溶融ガス化装置（３）に接続され、また、微粒子鉄鉱石用の搬送ダクト（２２）が前記還元ガスダクト（４）内に入り込むように構成されたプラントにおいて、前記ダスト再循環手段（２５）が、還元ガスを供給するダクト（３４，３５）が入る少なくとも１つの流動床反応炉（２７，２８）を備えていることを特徴とするプラント。
9. 請求項８に記載のプラントにおいて、前記ダスト再循環手段（２５）が、逆流流動床反応炉（２７）と、該逆流流動床反応炉に連続して配置された平行流流動床反応炉（２８）とを備えて成り、還元ガスを供給するダクト（３４，３５）がそれぞれ逆流および平行流流動床反応炉に連結されていることを特徴とするプラント。
10. 請求項８または請求項９に記載のプラントにおいて、前記微粒子状酸化鉄キャリヤのための前記搬送ダクト（２２）が、前記溶融ガス化装置（３）との接続部の直後で、前記還元ガスダクト（４）内に開口していることを特徴とするプラント。
11. 請求項８から請求項１０のいずれかに記載のプラントにおいて、前記微粒子状酸化鉄キャリヤのための前記搬送ダクト（２２）が、前記還元ガスダクト（４）の壁（３９）から突き抜けて突出した送風ノズルを備え、該送風ノズルは、微粒子およびキャリヤガスを案内する中央管（４１）を含むとともに、その中央管（４１）の入口（４２）には、二次ガスを供給するためのガスダクト（４４）に接続された少なくとも１つのノズル（４３）が設けられ、該ノズル（４３）の長手方向軸が前記中央管（４１）の長手方向中心軸（４６）から角度α内にあることを特徴とするプラント。
12. 請求項１１に記載のプラントにおいて、前記角度αが、２０°から６０°の範囲にあることを特徴とするプラント。
13. 請求項１１または請求項１２に記載のプラントにおいて、前記ノズル（４３）の長手方向軸は、中央管（４１）の長手方向中心軸（４６）に対して斜めに延びており、前記中央管（４１）およびノズル入口の長手方向中心軸を含む面に対して垂直な前記ノズル（４３）の投影図上において、前記ノズルの投影された長手方向軸と前記中央管（４１）の長手方向中心軸（４６）との間の角度は、３０°から６０°の範囲に形成されていることを特徴とするプラント。
14. 請求項８または請求項９に記載のプラントにおいて、微粒子鉄鉱石のための前記搬送ダクト（２２）が、前記還元ガスダクト内の流れに対して反対方向を向いたランス（５８）によって、前記還元ガスダクト（４）に開放している（図２）ことを特徴とするプラント。

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