JP4498470B2 - 鉱石から溶融銑鉄を製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉱石（ore）から、溶融銑鉄（molten pig iron）を製造する方法に関する。鉱石は少なくとも一つの還元領域で部分的及び／又は完全に還元された海綿鉄まで還元される。海綿鉄は、溶融ガス化装置の溶融ガス化領域にて炭素含有材料及び酸素の供給下で溶融されるとともに固形炭素担持体（solid carbon carriers）から形成される床（bed）内で還元ガスを形成する。
この種の方法は例えば欧州特許第05764141号公開公報により周知である。直立炉（shaft furnace）内で塊状鉱石から部分的又は完全に還元された海綿鉄は、溶融ガス化装置内の固形炭素担持体により形成された床内に、排出ウォーム（discharge worms）装置によって（すなわち、ほぼ均一な分配状態で）送り込まれる。溶融ガス化領域内に形成された還元ガスは、固形炭素担持体から成りかつ所定のギャップ体積（gap volume）を有した前記床を介して上方に流れ、かつ前記床内にチャージ（charge）された海綿鉄を溶融する。この方法を効果的に実施するためには、固形炭素担持体から成る所定の最小ギャップ体積を有した床が必要となる。
また、上述した如き方法は、欧州特許第0594557号公開公報によっても周知であり、この方法では、例えば微細鉱石が流動床法によって海綿鉄に還元される。ここで、一部又は完全に還元された海綿鉄は、固形炭素担持体より形成された床内に、インジェクタによる強制搬送によってほぼ均一な分配状態で入り込む。この方法でも、溶融ガス化領域内で形成された還元ガスは、固形炭素担持体より成る所定のギャップ体積を示す前記床を介して上方に流れ、床内にチャージされた海綿鉄を溶融する。この方法を効果的なものとするために、固形炭素担持体より成る所定の最小ギャップ体積を有した床が必要である。
広いレンジの粒径又は微粉を含んだ固形炭素担持体を使用する場合、ガスを均一に分布させるのに必要な前記床のギャップ体積は最初から制限される。もし、そのような固形炭素担持体の床において、海綿鉄が均一分布状態にチャージされ、しかも、海綿鉄が部分的に細粒性を有した（すなわち微粉部分を備えている）ものであると、固形炭素担持体より成る床の前記ギャップ体積は減少し、該床を介したガスの流れはもはや満足のいくものではなくなる。床の内部で、局所的な路が形成され、床内で形成された還元ガスはその路を介して上方に流れるものとなる。しかしこの場合、床の広い領域に対して、ガスが全く又は充分には通らないものとなる。
本発明はこれらの欠点及び難点を解消すべくなされたもので、その目的は、上述した如き方法を提供することにある。本発明による方法では、固形炭素担持体から成る床の低いギャップ体積においても、床全体を介した満足のいくガス流によって還元ガスの効果的な形成が保証され、かつ同時に、チャージされた海綿鉄の溶融は充分なものとなる。本発明によれば、この目的は下記の事項により達成される。すなわち、少なくとも海綿鉄は、従来技術とは異なり、固形炭素担持体の床にもはや均一分布状態ではチャージされず、積み重ねられた海綿鉄の領域の形成で溶融ガス化領域に非連続的にチャージされる。これらの領域は、炭素担持体の床内に埋設され、かつ重ねられ、かつ固形炭素担持体によって分離されている。重畳された海綿鉄の各領域は、前記溶融ガス化領域の断面に、該断面の領域の一部を残した状態で広がり、かつ、前記溶融ガス化領域内に形成される還元ガスは、前記海綿鉄を溶融しながら前記重畳された海綿鉄の領域を通り越しかつ炭素担持体から形成されて海綿鉄の存在しない前記一部領域を介して上方に流れる。
このように、チャージされる海綿鉄によってギャップ体積が減少することがなく、そのため、ギャップ体積が小さくとも、またチャージされる海綿鉄がダスト状のものであった場合においても、ガスは、固形炭素担持体から成る床を常に通過することができる。積み重ねられた海綿鉄の各領域間に、固形炭素担持体から成る床の領域が残り、この領域をガスが通過できる。従って、ともかくも、炭素担持体のガス化による充分な量の還元ガスが形成される。
好ましい実施形態では、前記海綿鉄は、前記溶融ガス化領域に、重畳海綿鉄の円形領域を形成するようにチャージされる。より好ましいのは、海綿鉄は、前記溶融ガス化領域に、各断面レベル毎に重畳海綿鉄の単一領域を形成するようにチャージされ、該重畳海綿鉄の領域は、海綿鉄の存在しない円環状の領域を形成するよう前記各断面の中央部に形成される。
他の好ましい実施形態では、前記海綿鉄は、前記溶融ガス化領域に、重畳海綿鉄のいくつかの領域を形成するようにチャージされ、これら各領域は、一つの面内で互いに一定の距離をおいた状態に配され、これにより、重畳海綿鉄の各領域間に海綿鉄の存在しない領域が形成される。
さらに、前記海綿鉄を、前記溶融ガス化領域に、重畳海綿鉄の一つの領域を形成するようにチャージし、その領域を、一つの面内に存在する円環状のものとすること、より好ましくは、海綿鉄を、前記溶融ガス化領域に、海綿鉄の存在しない断面領域を形成するようにチャージし、かつその断面領域を、重畳海綿鉄の領域の外側及び内側に存在する円環状のものすることも可能である。
好ましくは、さらに、海綿鉄のチャージ中に、該チャージ量を低減すること又は該チャージを中断することにより、固形炭素担持体も前記溶融ガス化領域に非連続的にチャージする。
適宜、海綿鉄のチャージ中に前記固形炭素担持体のチャージを停止し、次いで、該海綿鉄のチャージを所定期間停止して固定炭素担持体のみをチャージし、次に、同様に海綿鉄のみを所定期間チャージする。
ガスが、溶融ガス化領域の低い領域にある、固形炭素担持体から成る床を充分に通過できるようにするために、重畳海綿鉄の各領域は、その縁に向かって緩やかに傾斜するように形成される。
適宜、海綿鉄は、流動床プロセスにおいて微細鉱石から形成される。
さらに別の実施形態では、海綿鉄は直立炉内の鉱石塊から形成される。
以下、本発明を、二つの実施形態を例としてより詳細に説明する。図１及び図２はそれぞれ、溶融ガス化装置（melter gasifier）の縦断面の概略図である。
溶融ガス化装置１において、石炭等の固形炭素担持体２、及び、石炭の気化による炭素含有ガスから、還元ガスが生成される。排出ダクト３を出たこの還元ガスは直立炉（shaft surface）（詳細図示は省略）に誘導され、この直立炉にて塊り状の鉄鉱石は、例えば欧州特許第05764141号公開公報に記載されている如く還元され、海綿鉄４とされる。また、還元ガスが排出ダクト３を介して流動床反応器（fluidized bed reactor）（図示せず）に供給され、反応器の細鉱石が、例えば欧州特許第0 217 331号公開公報に記載の如く、流動床領域で海綿鉄に還元されることもある。
溶融ガス化装置１には、固形炭素担持体２のための供給ダクト５と、酸素含有ガスのための供給ダクト６と、海綿鉄のための供給ダクト７のほか、随意、室温で液体又は気体となる炭化水素類等の炭素担持体及び燃焼済フラックスのための複数の供給ダクトが設けられている。溶融ガス化装置１において、溶融銑鉄９及び溶融スラグ１０は溶解気化領域８の下方に集まり、タップ１１から排出される。
前記直立炉又は流動床内で海綿鉄４まで還元された鉄鉱石は、ある場合には燃焼済みフラックスと共に、例えば排出ウォーム（discharge worms）等の搬送手段あるいはインジェクタによる強制搬送によって、溶融ガス化装置まで送られる。固体炭素担持体２のための供給ダクト６と、海綿鉄４のための供給ダクト７と、還元ガスのための排出ダクト３、すなわちこれら各用途のための複数のダクトが、径方向に略対称形とされた溶融ガス化装置１のドーム領域１２に配設されている。
本発明によれば、海綿鉄４のチャージは非連続的になされる。ここにおいて、積み重ねられた複数の海綿鉄の領域１４が形成される。これらの領域は、固体炭素担持体２により形成された床１３内に、海綿鉄がもはや固形炭素担持体２の床１３内に均一には分配されずいくつかの中間層を形成するように埋め込まれている。これらの積み重なった海綿鉄の領域１４は、固形炭素担持体２のガス化工程が進行した際に床１３中を連続的に下方に移動し、固形炭素担持体２の床１３内にて、図１に示す如く円環状となって落ち着く。ここで、各断面レベルにおける重畳海綿鉄の各領域１４は、これら円環状領域の内側及び外側の双方に、海綿鉄自由断面領域１５を形成する。従って、石炭のガス化中の還元ガスの形成は、まさに固形炭素担持体２により形成された多孔床１３を介して流れることができ、かつ、図中矢印１６にて示すように、海綿鉄を溶融しながら重畳海綿鉄の領域１４を通過して流れる。従って、海綿鉄４の存在しない断面領域１５は、ガスが確実に流れて通過できる窓（windows）を形成することになり、これにより石炭のガス化が効果的になされ、よって還元ガスが充分に形成されるものとなる。明白な還元ガスの形成はまた、海綿鉄４の急速な加熱及び溶融を引き起こすことにもなる。
重畳された海綿鉄の各領域１４は、好ましくは、その外周縁に向かって傾斜するように重畳される。これにより、重畳された領域１４が下方に移動する間に、該重畳領域１４の径が溶融作用によって減少し、また、溶融ガス化装置１の下方のより狭い領域においてさえ、固形炭素担持体２の床１３を介したガスの適切な流れが保証され、あるいは、自由断面領域１５のサイズを、ガスがより好ましく流れる所望の大きさに随意増大させることができる。
図２に示すように、重畳海綿鉄の領域１４を、上から見た際に環状をなすように形成することも可能である。これにより、溶融ガス化領域８の上部において、床１３のエッジのガス化がより明白なものとなる。その結果、固形炭素担持体２から成る床１３の、より急速な加熱とガス抜き（degassing）が行われるものとなる。
要求によっては、円及び円環状にチャージされた重畳海綿鉄の領域１４を形成することもできる。これにより、最適なガス化操作及び溶融操作が保証される。図２では、溶融ガス化領域８の下部に、円環状の重畳領域１４を形成したものとなっている。
海綿鉄４及び固形炭素担持体２を断続的にチャージするための装置としては種々のものが考えられる。例えば、外部から操作される回動弁を有し、溶融ガス化装置１のドーム領域１２内に配される分配スクリーン、又は、調節可能なスロート外装（throat armor）又は回転シュートを有したベルシール（bell seal）などがある。
この種の装置は、例えば高炉技術

から周知であるが、これらの装置が、高炉内に積層構造を得られるようにした高炉チャージ手段（blast furnace charging means）を用い、異なった材料すなわちフラックス及び鉄鉱石から成る連続層を全断面にわたって広がるように不変的に形成するのに対し、本発明による重畳海綿鉄の各領域１４は全断面には広がらないことに留意すべきである。

Claims (6)

1. 鉱石が、少なくとも一つの還元領域で、部分的及び／又は完全に海綿鉄（４）に還元され、該海綿鉄が、溶融ガス化装置（１）の溶融ガス化領域（８）にて炭素含有材料及び酸素の供給下で溶融されるとともに固形炭素担持体（２）から形成される床（１３）内に還元ガスが形成される、鉱石から溶融銑鉄（９）を製造する方法において、
   前記海綿鉄（４）が、前記溶融ガス化領域（８）に不連続的にチャージされ、前記チャージは、炭素担持体（２）の床（１３）内に埋められ、重ねられ、かつ固形炭素担持体（２）により分離された、重畳された海綿鉄の領域（１４）の形成のもとでなされ、
   重畳された海綿鉄の各領域（１４）は、前記溶融ガス化領域（８）の断面に、該断面の一部領域（１５）を残した状態で広がり、
   前記海綿鉄（４）は、前記溶融ガス化領域（８）に、各断面レベル毎に重畳海綿鉄の単一領域（１４）を形成するようにチャージされ、該重畳海綿鉄の領域（１４）は、海綿鉄（４）の存在しない円環状の領域（１５）を形成するよう前記各断面の中央部に形成されるか、
   該重畳海綿鉄の領域（１４）自身が一つの面内に存在する円環状のものとされることにより、海綿鉄（４）の存在しない断面領域（１５）が重畳海綿鉄の領域（１４）の外側に円環状にかつ重畳海綿鉄の領域（１４）の内側に円形に形成され、
   前記溶融ガス化領域（８）内に形成される還元ガスは、前記海綿鉄を溶融しながら重畳された該海綿鉄の領域（１４）を通り越しかつ炭素担持体（２）から形成されて海綿鉄の存在しない前記一部領域（１５）を介して上方に流れることを特徴とする、鉱石から溶融銑鉄を製造する方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記海綿鉄のチャージ中に、該チャージ量を低減すること又は該チャージを中断することにより、前記固形炭素担持体（２）も前記溶融ガス化領域（８）に非連続的にチャージすることを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、海綿鉄（４）のチャージ中に前記固形炭素担持体のチャージを停止し、次いで、該海綿鉄のチャージを所定期間停止して固定炭素担持体（２）のみをチャージし、次に、同様に海綿鉄（４）のみを所定期間チャージすることを特徴とする方法。
4. 請求項１ないし３の何れかに記載の方法において、前記重畳海綿鉄の各領域（１４）は、その縁に向かって緩やかに傾斜するように形成されることを特徴とする方法。
5. 請求項１ないし４の何れかに記載の方法において、前記海綿鉄は、流動床プロセスにおいて細鉱石から形成されることを特徴とする方法。
6. 請求項１ないし５の何れかに記載の方法において、前記海綿鉄は、直立炉において鉱石塊から形成されることを特徴とする方法。

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