JP5000486B2 - 直接還元方法および装置 - Google Patents
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Description
金属含有材料を第2容器の流動床に供給し、第1容器から送られてきた同伴固体を含有する高温排ガス流れを第2容器の流動床に供給し、流動床内の固体状の金属含有供給材料の少なくとも一部を還元し、少なくとも一部が還元された金属含有材料の生成物流れと同伴固体を含有する排ガス流れとを排出する工程。
(a)同伴固体を含有する高温の排ガス流れを発生させる第1容器を含み、第1の容器は供給手段を含み、供給手段は、固体炭素質材料と、流動化ガスと、酸素含有ガスとを第1容器に供給し、容器内の流動床を維持し、同伴固体を含有する高温排ガス流れを生成し、第1の容器はさらに排出手段を含み、排出手段は、同伴固体を含有する高温排ガス流れを容器から排出し、
(b)装置はさらに、流動床内で固体状の金属含有材料の少なくとも一部を還元する第2容器を含み、第2の容器は供給手段を含み、供給手段は、金属含有材料と、第1容器から来る同伴固体を含有する高温の排ガス流れと、流動化ガスとを第2容器に供給し、容器内の流動床を維持し、第2容器はさらに、少なくとも一部が還元された金属含有材料からなる固体を主とした流れを第2容器から排出する排出手段、および排ガスと同伴固体の流れを第2容器から排出する排出手段を備える。
Claims (49)
- 金属含有材料を直接還元する方法において、
固体炭素質材料および酸素含有ガスを第1容器の流動床に供給し、該酸素含有ガスと該固体炭素質材料との反応ならびに、炭化物および石炭発揮分の少なくとも一部と該流動床におけるガスとの反応を利用して熱を発生させ、同伴固体を含有する高温の排ガス流れを排出する工程と、
前記金属含有材料を第2容器の流動床に供給し、第1容器から来る前記同伴固体を含有する高温排ガス流れを第2容器の流動床に供給し、該流動床にある固体状の前記金属含有供給材料の少なくとも一部を還元し、少なくとも一部が還元された金属含有材料の生成物流れ、および同伴固体を含有する排ガス流れを排出する工程とを含む直接還元方法。 - 請求項1に記載の方法において、第1容器で発生する温度は、第2容器の運転温度よりも高いことを特徴とする直接還元方法。
- 請求項1または2に記載の方法において、第1容器は、1000℃を超える温度で運転されることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項1ないし3のいずれかに記載の方法において、第2容器は、1000℃より低い温度で運転されることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項1ないし4のいずれかに記載の方法において、第1容器への前記酸素含有ガスの供給は、第1容器に該酸素含有ガスの下降流を起こすことを特徴とする直接還元方法。
- 請求項1ないし5のいずれかに記載の方法において、第2容器への前記酸素含有ガスの供給は、細かい還元鉱粒と第2容器の流動床にある粒子との凝塊形成が行われて大きな還元鉱石粒が形成されるよう第2容器の温度が制御された状況下で行われることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項1ないし6のいずれかに記載の方法において、第2容器への前記酸素含有ガスの供給は、第2容器に該酸素含有ガスの下降流を起こすことを特徴とする直接還元方法。
- 請求項1ないし7のいずれかに記載の方法において、前記酸素含有ガスは、第1容器および/または第2容器に少なくとも1つのランスを介して注入され、該ランスは該容器側壁の内側で該容器中央部に位置する放出口を有するランス先端部を含むことを特徴とする直接還元方法。
- 請求項8に記載の方法において、前記ランス先端部は下向き、または鉛直に下を向いていることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項8または9に記載の方法において、前記ランスの位置、または前記ランス先端部の放出口の高さは、前記酸素含有ガスの注入速度、前記容器の圧力、該容器に供給される材料とその量、および第1容器および/または第2容器における前記流動床の密度という要因を参照して決められることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項8ないし10のいずれかに記載の方法において、前記ランス先端部は水冷却されることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項8ないし11のいずれかに記載の方法において、前記ランス先端部の外表面は水冷却されることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項8ないし12のいずれかに記載の方法において、前記酸素含有ガスは前記ランスの中央管を通って注入されることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項8ないし13のいずれかに記載の方法において、前記酸素含有ガスは通常よりも早い速度で注入されて前記ランス先端部領域に固体のない区域を形成し、該酸素含有ガス注入の妨げとなり得る付着物が該ランス先端部に形成されないようにすることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項8ないし14のいずれかに記載の方法において、前記ランスの中央管の下端を覆う保護ガスが注入されて該中央管の下端部を覆うことを特徴とする直接還元方法。
- 請求項15に記載の方法において、前記保護ガスは、窒素および/または蒸気であることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項1ないし16のいずれかに記載の方法において、前記金属含有材料、および第1容器から来る前記同伴固体を含有する高温排ガス流れは、第2容器の流動床に供給されることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項1ないし17のいずれかに記載の方法において、第2容器の流動床におけるバルク温度と第2容器側壁の内側面の平均温度との差は100℃以下、または50℃以下に制御されることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項1ないし18のいずれかに記載の方法において、前記金属含有材料は鉄鉱石微粉であり、第2容器の流動床における前記バルク温度は850℃〜1000℃の範囲、または少なくとも900℃もしくは少なくとも950℃であることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項1ないし19のいずれかに記載の方法において、第2容器の流動床内の温度変化量を50℃以下に制御することを特徴とする直接還元方法。
- 請求項1ないし20のいずれかに記載の方法において、少なくとも第2容器内の圧力は絶対圧1〜10バールの範囲、または絶対圧4〜8バールの範囲に制御されることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項1ないし21のいずれかに記載の方法において、前記金属含有材料は鉄鉱石微粉であり、該微粉の粒度は6mm以下であることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項22に記載の方法において、前記微粉の平均粒径は0.1〜0.8mmの範囲であることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項1ないし23のいずれかに記載の方法において、前記固体炭素質材料は石炭、または6mm以下に破砕された中または高揮発分炭であることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項1ないし24のいずれかに記載の方法において、前記流動化ガスは非酸化ガスを含むことを特徴とする直接還元方法。
- 請求項1ないし25のいずれかに記載の方法において、第2容器における流動化ガスは前記金属含有供給材料を還元する還元ガスを含むことを特徴とする直接還元方法。
- 請求項26に記載の方法において、前記還元ガスは、COおよびH 2 であることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項27に記載の方法において、第2容器における流動化ガス中のH2の量は、該ガス中のCOおよびH2の総量の少なくとも10%を占めるように選択されることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項1ないし28のいずれかに記載の方法において、前記少なくとも一部が還元された金属含有供給材料と炭化物の少なくとも一部とは、第2容器から来る前記生成物流れから分離されることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項29に記載の方法において、前記生成物流れから分離された炭化物の少なくとも一部は、第1容器および/または第2容器に戻されることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項1ないし30のいずれかに記載の方法において、前記固体の少なくとも一部は第2容器から来る排ガス流れから分離されることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項31に記載の方法において、前記出力排ガス流れから分離された固体は第1容器に供給されることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項1ないし32のいずれかに記載の方法において、金属含有供給材料を第2容器から来る排ガスで予熱することを特徴とする直接還元方法。
- 請求項33に記載の方法において、前記予熱工程後に前記排ガスは処理され、該処理された排ガスの少なくとも一部は第1容器および/または第2容器に流動化ガスとして戻されることを特徴とする直接還元方法。
- 請求項34に記載の方法において、前記排ガス処理は、(a)固体除去、(b)冷却、(c)H2O除去、(d)CO2除去、(e)圧縮、および(f)再加熱のうち、1つ以上の工程を含むことを特徴とする直接還元方法。
- 請求項34または35に記載の方法において、前記排ガス処理は前記分離した固体の少なくとも一部を、第1容器および/または第2容器に戻す工程を含むことを特徴とする直接還元方法。
- 請求項1ないし36のいずれかに記載の方法において、前記酸素含有ガスは少なくとも90容量%の酸素を含むことを特徴とする直接還元方法。
- 請求項1ないし37のいずれかに記載の方法において、該方法はさらに、前記一部が還元された金属含有材料を溶かし、さらに還元して溶融金属にする溶解工程を含むことを特徴とする直接還元方法。
- 金属含有材料を直接還元する装置において、該装置は、
(a)同伴固体を含有する高温の排ガス流れを発生させる第1容器を含み、第1の容器は供給手段を含み、該供給手段は、固体炭素質材料、流動化ガス、および酸素含有ガスを第1容器に供給し、該容器内の流動床を維持し、前記同伴固体を含有する高温排ガス流れを生成し、第1容器はさらに排出手段を含み、該排出手段は、該同伴固体を含有する高温排ガス流れを該容器から排出し、
前記装置はさらに、(b)第2容器を含み、第2容器は該容器の流動床にある固体状の金属含有材料を少なくとも部分的に還元し、第2容器はさらに供給手段を含み、該供給手段は、該金属含有材料、第1容器から来る前記同伴固体を含有する高温排ガス流れ、および流動化ガスを第2容器に供給し、該容器内の流動床を維持し、第2容器はさらに、少なくとも一部が還元された前記金属含有材料を有する固体流れを第2容器から排出する排出手段と、排ガスおよび同伴固体の流れを第2容器から排出する排出手段とを含むことを特徴とする直接還元装置。 - 請求項39に記載の装置において、第1容器は、前記固体炭素質材料、前記流動化ガス、および前記酸素含有ガスをそれぞれ第1容器に供給する個々の供給手段を含むことを特徴とする直接還元装置。
- 請求項40に記載の装置において、前記酸素含有ガスを第1容器に供給する供給手段はランスを含み、該ランスは該容器側壁の内側で該容器中央部に位置する放出口を有するランス先端部を含むことを特徴とする直接還元装置。
- 請求項41に記載の装置において、前記ランス先端部は、第2容器の中央部に下向きに配されて前記酸素含有ガスを下方に注入することを特徴とする直接還元装置。
- 請求項39ないし42のいずれかに記載の装置において、第2容器は前記金属含有供給材料、第1容器から来る同伴固体を含有する高温排ガス流れおよび前記流動化ガスを第2容器にそれぞれ供給する個々の供給手段を含むことを特徴とする直接還元装置。
- 請求項39ないし43のいずれかに記載の装置において、第2容器はさらに、酸素含有ガスを第2容器に供給する供給手段を含むことを特徴とする直接還元装置。
- 請求項44に記載の装置において、第2容器に酸素含有ガスを供給する供給手段はランスを含み、該ランスは該容器側壁の内側で該容器中央部に位置する放出口を有するランス先端部を含むことを特徴とする直接還元装置。
- 請求項45に記載の装置において、前記ランス先端部は第2容器の中央部に下向きに配されて前記酸素含有ガスを下方に注入することを特徴とする直接還元装置。
- 請求項39ないし46のいずれかに記載の装置において、該装置はさらに、第2容器から来る前記排ガス流れから同伴固体を分離する手段を含むことを特徴とする直接還元装置。
- 請求項47に記載の装置において、第1容器はさらに、前記排ガス分離手段から来る分離された固体を第1容器に供給する供給手段を含むことを特徴とする直接還元装置。
- 請求項47または48に記載の装置において、該装置はさらに、第2容器から来る前記排ガス流れを処理して、第1容器および/または第2容器用の流動化ガスの少なくとも一部を生成する手段を含むことを特徴とする直接還元装置。
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