JP5033302B2

JP5033302B2 - 直接製錬法および装置

Info

Publication number: JP5033302B2
Application number: JP2002529555A
Authority: JP
Inventors: ドライ、ロドニー、ジェイムズ; ベイツ、セシル、ピーター
Original assignee: テクノロジカルリソーシズプロプライエタリーリミテッド
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2021-09-13
Also published as: EP1325159A4; KR20030048037A; EP1325159B1; US6482249B1; MXPA03002150A; CA2422905A1; BR0113971B1; AUPR023100A0; JP2004509231A; BR0113971A; ES2282287T3; CN1458981A; US20030033905A1; CN1221668C; US6596223B2; ATE356887T1; EP1325159A1; RU2276691C2; KR100806266B1; CA2422905C

Description

【０００１】
本発明は、鉄鉱石を包含する含鉄材料、鉄を含むその他の鉱石（例：クロマイト）、部分還元鉱石、および含鉄廃棄物（例：回収鋼材）から、鉄および／または鉄合金を製造するための方法と装置に関するものである。
【０００２】
具体的に言えば、本発明は、溶融鉄および／または溶融鉄合金を製造するための、溶融金属浴を用いた直接製錬法と装置に関するものである。
【０００３】
溶融鉄製造のための、溶湯を用いた一つの公知直接製錬法は、ＤＩＯＳ法である。ＤＩＯＳ法は、予備還元段階と製錬還元段階とを含む。ＤＩＯＳ法では、鉱石（８ｍｍ未満）が、製錬還元容器（鉄とスラグから成る溶湯を収容し、スラグが鉄の上に厚い層を作る）からの離脱ガスを用いた沸騰流動床で予熱され（７５０℃）、予備還元（１０〜３０％）される。鉱石の微粒成分（０．３ｍｍ未満）と粗粒成分（８ｍｍ未満）が、工程の予備還元段階において分離され、０．３ｍｍ未満の成分はサイクロンで捕集されて窒素と共に製錬還元容器に噴射され、一方で、粗粒鉱石は重力落下で装入される。予め乾燥された石炭が、頂部から、直接、製錬還元炉に装入される。石炭はスラグ層中で炭と揮発成分に分解し、鉱石は溶融スラグに溶解してＦｅＯを形成する。ＦｅＯは、スラグ／鉄界面およびスラグ／炭界面で還元されて鉄になる。鉄／スラグ界面およびスラグ／炭界面で生じる一酸化炭素が泡立ちスラグを作る。特別設計のランスを通じて酸素が噴射され、泡立ちスラグ内に酸素を導入して二次燃焼を改善する。酸素噴射は、製錬還元反応で生じる一酸化炭素を燃焼させ、それによって生じた熱が、先ず溶融スラグに伝えられ、次いで底吹きガスの強い撹拌効果でスラグ／鉄界面へ伝えられる。製錬還元容器の底部または側壁から高温の鉄浴に導入される撹拌ガスは伝熱効率を向上させ、還元のためのスラグ／鉄境界面を増加させ、もって容器の生産性と熱効率を高める。しかしながら、激しい撹拌は、酸素ジェットとスラグ中の鉄液滴との間の相互作用を増大させて二次燃焼を低下させ、その結果、生産性の低下と耐火材の消耗増加を伴うので、噴射速度は限定的でなければならない。スラグと鉄は定期的にタップ孔から排出される。
【０００４】
溶融鉄製造のための別の公知直接製錬法はＲｏｍｅｌｔ法である。Ｒｏｍｅｌｔ法は、製錬還元容器中で含鉄供給材料を鉄に製錬し、またガス状反応生成物を後燃焼させ含鉄供給材料の製錬継続に必要な熱を伝達する媒体として、大量の、強く撹拌されたスラグを用いることを基礎とする。含鉄供給材料、石炭、および溶剤が、容器天井の開口部を通してスラグ浴中に重力落下で供給される。Ｒｏｍｅｌｔ法は、必要なスラグの撹拌を引き起こすために、下段列羽口を通じて酸素富化空気からなる一次衝風をスラグ中に噴射する段階と、後燃焼を促進させるために、上段列羽口を通じて酸素富化空気または酸素をスラグ中に噴射する段階とを含む。スラグ中で生じた溶融鉄は下方に移動して鉄層を形成し、前炉を経て排出される。Ｒｏｍｅｌｔ法における鉄層は、重要な反応媒体ではない。
【０００５】
溶融鉄の製造のための、溶湯を用いた別の公知直接製錬法がＡＩＳＩ法である。ＡＩＳＩ法は、予備還元段階と製錬還元段階とを含む。ＡＩＳＩ法では、予熱され部分的に予備還元された鉄鉱石ペレット、石炭または紛コークス、および溶剤が、炉頂から鉄とスラグの溶湯を保有する加圧製錬容器内に装入される。石炭はスラグ層中で揮発分を失い、鉄鉱石ペレットはスラグ層に溶解してスラグ中の炭素（炭）によって還元される。操業状態はスラグの泡立ちに現れる。工程で生じる一酸化炭素と水素はスラグ層中またはスラグ層直上で後燃焼し、吸熱還元反応に要する熱を供給する。中央に位置する水冷ランスを通じて炉頂から酸素が噴射され、また、十分な撹拌を確保して後燃焼エネルギーの浴への伝達を促進させるために、反応装置の底部羽口を通じて窒素が噴射される。工程の離脱ガスは、鉱石ペレットの余熱とＦｅＯまたはウスタイトへの予備還元のために縦型炉に供給される前に高温サイクロンで除塵される。
【０００６】
反応媒体を溶融鉄層に依存し、一般にＨＩｓｍｅｌｔ法と称される別の直接製錬法が、本件出願人による国際出願ＰＣＴ／ＡＵ９６／００１９７（ＷＯ９６／３１６２７）に記載されている。
【０００７】
前記国際出願に記載されているＨＩｓｍｅｌｔ法は、
（ａ）容器内に鉄層とスラグ層からなる浴を形成する段階と、
（ｂ）（ｉ）含鉄供給材料（代表的には鉄酸化物）および（ｉｉ）固体炭素材料（代表的には石炭であり、石炭は、鉄酸化物の還元剤およびエネルギー源として働く）を浴中に吹き込む段階と、
（ｃ）鉄層中で含金属供給材料を金属に製錬する段階とを含む。
【０００８】
また、ＨＩｓｍｅｌｔ法は、含酸素ガスを浴上の空間へ噴射し、溶湯から放出される反応生成ガス（ＣＯとＨ₂）を後燃焼させ、それによって生じる熱を、含金属供給材料の製錬に必要な熱エネルギーとして利用するために、浴に伝達することを含む。
【０００９】
さらに、ＨＩｓｍｅｌｔ法は、浴の静止表面上部空間に遷移帯域を形成することを含む。この遷移帯域には、上下動する好適質量の溶融材料の飛沫、液滴、および流れが存在し、それらが、浴の上での反応ガスの後燃焼によって生じた熱エネルギーを浴に伝達するための有効な手段となる。
【００１０】
本件出願人は、商業的な操業に必要な事項に関する研究開発を含む広範な研究開発を直接製錬法について行い、それらの工程について一連の重要な知見を得た。
【００１１】
本発明の核心は反応ガスの後燃焼にある。
【００１２】
反応ガスの十分な後燃焼と、それに続く溶湯への熱伝達のない、直接製錬法による溶湯（特に、予備還元段階のないもの）は、含鉄材料の還元が吸熱性であるため、不経済であり、しかも多くの場合実用性がない。
【００１３】
別の問題は、良好な後燃焼が、溶湯中の溶融金属や炭のような材料の多量の酸化消耗で行われてはならないということである。なぜなら、そのような酸化を補うために過大量の固体炭素質材料を必要とし、工程が不経済になるからである。
【００１４】
さらに、溶湯中の過大量の液状ＦｅＯは、溶融金属の公称静止面領域周囲の耐火材消耗にとって特に有害である。
【００１５】
広い意味で言えば、本発明は、鉄および／または鉄合金を製造するための、炉床、側壁、天井および少なくとも４ｍ（より好ましくは少なくとも６ｍ）の炉床内幅寸法を有する冶金容器内で商業規模により操業する直接製錬法である。
【００１６】
さらに具体的に言うと、本直製錬法は、次の段階、すなわち、
（ａ）溶融金属と溶融スラグを含む溶湯を作る段階と、
（ｂ）供給原料である含鉄材料、炭素材料および溶剤を製錬容器に供給する段階と、
（ｃ）含鉄供給材料を溶湯中で溶融金属に製錬し、浴中にガスを生じさせる段階と、
（ｄ）空気または最大５０％の酸素を含む空気である含酸素ガスのジェットを、３本以上のランスを通じて、溶湯の静止表面の上の空間、すなわち、最上部空間、に噴射し、工程で生じるガスを燃焼させる段階と、
（ｅ）溶湯から最上部空間への溶融材料の上方への動きを作り出し、浴への熱伝達を促進して容器からの熱損失を極小化する段階とを含み、
噴射されるガスの２〜６倍容積である、前記最上部空間容積のガスを、容器内に噴射される含酸素ガスジェットに取り込むことを特徴とする。
【００１７】
本発明は、噴射されたガス容積の２〜６倍容積の最上部空間ガスを噴射ガスジェットに取り込むことが、浴中の溶融材料を許容できない水準で酸化させることなく、最上部空間のガスの良好な後燃焼と、溶湯に対する良好な熱伝達を可能にするという認識に基づく。
【００１８】
また、本発明は、内径０.８ｍ以下（好ましくは０.６ｍ）の出口端を有するランスを通じて少なくとも１５０ｍ／秒の速度で含酸素ガスを噴射することによって、前記範囲内の最上部空間のガスを、噴射された含酸素ガスに取り込むことが可能であるという認識に基づく。
【００１９】
したがって、好ましくは本製錬法は、０.６ｍ以下の出口端内径を有するランスを通じて少なくとも１５０ｍ／秒の速度で含酸素ガスジェットを噴射することにより特徴づけられる。
【００２０】
好ましくは、前記速度は２００ｍ／秒である。
【００２１】
含酸素ガス噴射ランスの出口端は、溶湯静止表面の上７ｍ以下にあるのが好ましい。
【００２２】
好ましくは、本製錬法は、含酸素ガスを温度８００〜１４００℃まで予熱することを含む。
【００２３】
含酸素ガスジェット噴射のために３本以上のランスを用いることは、そうではなく多数のランスの合計断面積と同じ断面積を有するランス１本を用いる場合よりも製錬容器の天井高さを低くできる。これは、より小さな多数のランス端から放射するガスジェットの「表面／容積」比の増大の結果である。ガス取り込みには、自由空間がより少ないことが求められ、したがって冶金容器の高さも低いものが求められる。結果として、より小型の、容器からの熱損失の少ない、コスト上有利な直接製錬法となる。
【００２４】
好ましくは、本発明工程が、含酸素ガスを渦巻き状態で容器内に噴射することを含む。
【００２５】
渦は噴射ガスジェットへの最上部空間ガスの吸引率を高める。このため、渦の利用は、溶湯の上の含酸素ガス噴射ランスの出口端高さを、渦利用のないランスの高さよりも低くすることを可能にする。このように、与えられた内径と数の渦利用ランスを有する冶金容器は、同一内径、同数の渦利用のないランスを有するものよりも高さを低くできる。このことは、容器高さをさらに極小化する上で、したがって、そこを通って熱が容器から失われることとなる表面積をさらに極小化する上で、重要な検討材料である。
【００２６】
さらに、どのような高さの冶金容器についても、渦の利用は含酸素ガス噴射ジェット用ランスの数が渦利用のないランスの数よりも少なくできることを意味する。しかしながら、渦利用ランスの数を減らすことが好ましいとはいえ、その程度に限界がある。具体的には、一定寸法の冶金容器においてランス数が減らされると、ランス内径はかなり増大させなければならない。内径が増大すると、ランス内の渦巻き装置を冷却することがより困難になり、酸素富化予熱空気を用いている場合には、特に、焼失する傾向が高まる結果となる。内径が約０.８ｍよりも大きいランスは必要とされる操業寿命、すなわち最低６ヶ月（好ましくは１２ヶ月）にわたり、そのような渦巻き装置を保持することができそうにないと思われる。渦巻き装置に銅のような高熱伝導性材料を用いることは、予熱空気が銅のような軟質材料を速やかに浸食する小さな研摩性粒子を帯びがちであるとすれば、有望でないように思われる。
【００２７】
好ましくは、渦巻き装置を使用する場合には使用ランスの数が３〜６本であり、他方で渦巻き装置を使用しない場合には、好ましくは使用ランスの数が６本以上である。
【００２８】
好ましくは、段階（ｂ）が、下向きに伸長する３本以上の固体噴射ランスを通じて溶湯に噴射することによって供給材料を供給すること、および、それによってガス流を作り、もって（ｉ）膨張溶湯帯域を形成するとともに（ｉｉ）該膨張溶湯帯域から上向きに溶湯の飛沫、液滴および流れを放出することを含む。
【００２９】
供給材料の噴射および、該噴射と溶湯での供給材料の反応から結果として生じるガス流が、膨張溶湯帯域に対する、材料の、かなりの出入り運動を生じさせる。
【００３０】
本発明方法は、冶金容器からの溶融鉄および／または鉄合金の定期的または連続的な排出を含むことが好ましい。
【００３１】
また、好ましくは、本発明方法が、冶金容器からの溶融スラグの定期的または連続的な排出を含む。
【００３２】
含鉄材料は、鉄鉱石、鉄を含む他の鉱石（例：クロマイト）、部分還元鉱石、および含鉄廃棄物（例：回収鋼材）を含んでよい。含鉄材料（すなわち、鉄が主成分である材料）が好ましいが、本発明は含鉄材料の使用に限定されないことに留意すべきである。
【００３３】
好ましくは、本発明方法が、方法を実行するために必要な固体材料の全重量のうち少なくとも８０重量％を固体噴射ランスから噴射することを含む。
【００３４】
好ましくは、本発明方法が、固体噴射ランスを通じて、少なくとも速度４０ｍ／秒で溶湯中に供給材料を噴射することを含む。
【００３５】
好ましくは、前記速度が８０〜１００ｍ／秒の範囲にある。
【００３６】
好ましくは、本発明工程が、固体噴射ランスを通じて、２．０ｔ／ｍ²／秒（ここでｍ²は、供給ランス管の横断面積を意味する）の流速で溶湯中に供給材料を噴射することを含む。
【００３７】
好ましくは、本発明工程が、固体噴射ランスを通じて、「固体／ガス」比１０〜１８ｋｇ／Ｎｍ³で溶湯中に供給材料を噴射することを含む。
【００３８】
本発明の文脈において、「製錬」とは、溶融鉄および／または溶融鉄合金を製造するために、供給材料を還元する化学反応が起きる熱的処理を意味する。
【００３９】
本発明の文脈において、「ランス」とは、或る範囲で製錬容器内に突出するガス／材料噴射装置を意味する。
【００４０】
好ましくは、溶湯中に生じるガス流が少なくとも０．３５Ｎｍ³／秒／ｍ²（ここで、ｍ²は炉床の最も狭い位置における水平断面積を意味する）である。
【００４１】
好ましくは、溶湯中に生じるガス流が少なくとも０．５Ｎｍ³／秒／ｍ²である。
【００４２】
好ましくは、溶湯中に生じるガス流が２Ｎｍ³／秒／ｍ²未満である。
【００４３】
溶湯中に生じるガス流は、一部、底壁および／または側壁から溶湯中へのガス噴射の結果として、生じさせてもよい。
【００４４】
溶融材料が、側壁上に「濡れ」層または「乾いた」層を形成してもよい。「濡れ」層は、側壁に付着する固化層、半固体（粥状）層および液状外皮膜を含む。「乾いた」層は、ほぼ全てのスラグが固化したものである。
【００４５】
冶金容器内でのスラグの製造は、含鉄材料、炭素材料、および溶剤の容器への供給速度、および含酸素ガス噴射速度などの操業変数（パラメーター）を変えることによって制御される。
【００４６】
本発明方法が製鉄に用いられる場合には、好ましくは、本発明方法は、溶融鉄中の溶解炭素を少なくとも３重量％になるように制御すること、および、鉄酸化物の水準が６重量％未満（より好ましくは５重量％未満）になるように、スラグを強い還元状態に維持することを含む。
【００４７】
含鉄材料と炭素材料の噴射は、同一ランスまたは別体ランスによって行ってよい。
【００４８】
好ましくは、後燃焼の水準は少なくとも４０％である。ここで、後燃焼は、次の定義による。
【００４９】
【化１】

ここで、
［ＣＯ₂］＝離脱ガス中のＣＯ₂容量％
［Ｈ₂Ｏ］＝離脱ガス中のＨ₂Ｏ容量％
［ＣＯ］＝離脱ガス中のＣＯ容量％
［Ｈ₂］＝離脱ガス中のＨ₂容量％
【００５０】
広い意味で言えば、本発明は、直接製錬法による鉄および／または鉄合金の製造装置をも提供する。その装置は、炉床、側壁、天井を有するとともに、鉄とスラグの溶湯（金属に富む帯域と、該金属に富む帯域上の膨張溶湯帯域とを含む）を収容するために、少なくとも４ｍ（好ましくは６ｍ）の最小炉床内幅寸法を有する傾斜できない固定容器を含む。
【００５１】
より具体的には、（ａ）炉床は耐火材で造られ、溶融金属と接触する底と側部を有し、（ｂ）側壁が炉床側部から上方に伸長して膨張溶湯帯域およびガス連続空間と接触しており、このガス連続空間と接する場所の側壁は水冷パネルとパネル上の溶融材料層を含む。
【００５２】
より具体的には、該装置はさらに、（ａ）空気または５０％までの酸素富化空気である含酸素ガスジェットを溶湯上方の容器内領域に噴射するために、容器内へ下向きに伸長する３本以上のランス、（ｂ）供給原料である含鉄材料および／または炭素材料ならびに搬送ガスを溶湯中に供給するための手段、および（ｃ）冶金容器から溶融金属と溶融スラグを排出するための手段を含む。
【００５３】
より具体的には、各々の含酸素ガス噴射ランスは内径０．６ｍ以下の出口端を有し、少なくともその内径と等しい距離だけ容器内に突き出すとともに、含酸素ガスを少なくとも１５０ｍ／秒の速度で噴射することができる。
【００５４】
好ましくは、前記速度が少なくとも２００ｍ／秒である。
【００５５】
好ましくは、各々の含酸素ガス噴射ランスは、ガスに渦を付与するための手段を含む。
【００５６】
好ましくは、含酸素ガス噴射領域は冶金容器の中央領域である。
【００５７】
好ましくは、含酸素ガス噴射ランスの出口端が、溶湯静止表面のわずか７ｍ上方にある。
【００５８】
前記ランスの配置と容器中への突き出し長さは、後燃焼による火炎が容器側壁または天井を舐めまわすのを防ぐように選定することが強く望まれる。
【００５９】
好ましくは、供給材料を供給する手段が少なくとも３本の固体噴射ランスを含む。
【００６０】
好ましくは、固体噴射ランスの数、含酸素ガス噴射ランスの数、これらランスの相対的位置と操業条件が、
（ｉ）前記膨張溶湯帯域が、前記冶金容器内の含酸素ガス噴射領域と側壁の間にある含酸素ガス噴射周囲の隆起領域を含み、
（ｉｉ）溶融材料の飛沫、液滴および流れが前記隆起領域より上向きに投げ出されて含酸素ガス噴射領域と側壁の間の含酸素ガス噴射領域の周囲にカーテンを形成するとともに、側壁を濡らし、そして
（ｉｉｉ）前記含酸素ガス噴射ランスの下端の周囲に自由空間が生じ、該自由空間の溶融材料濃度が前記膨張溶湯帯域における溶融材料の濃度よりも低くなる、
ように選定される。
【００６１】
好ましくは、固体噴射ランスが容器側壁内水冷パネルを貫いて下向きかつ内向きに容器の炉床領域まで伸長する。
【００６２】
本発明製錬法および装置の好適例を、添付図を見ながらさらに説明する。添付図は、本発明製錬法および装置の好適例を模式的に示す縦断面図である。
【００６３】
以下の説明は、鉄鉱石を製錬して溶融鉄を製造するという文脈であり、本発明がこの用途に限られるものでなく、あらゆる適切な供給材料の製錬に適用可能である点に留意すべきである。
【００６４】
図示の直接製錬装置は、全体を１１で示す冶金容器を含む。容器１１は、耐火レンガから造られた底１２と側部１３を含む炉床、炉床側部１３から上向きに伸長して全体で円筒状の樽を形成し、水冷パネルからなる上樽部分５１と耐火レンガの内張りを有する水冷パネルからなる下樽部分５３を含む側壁１４、天井１７、離脱ガス出口１８、溶融鉄を連続的に排出するための前炉１９および溶融スラグ排出のためのタップ孔２１を含む。
【００６５】
炉床と上樽部分５１が容器内の円筒領域を構成する。下樽部分５３は、全体として截頭円錐形状の円筒状領域を容器内に画成し、より小さい直径の炉床とより大きい直径の上樽部分５１の間の遷移部分を提供する。商業規模の設備、すなわち少なくとも年間５０万トンの溶融鉄を生産する設備では、炉床直径は少なくとも４ｍ、より好ましくは６ｍである。
【００６６】
本発明は、この容器形状に限定されず、商業規模で溶融鉄を製造するために適切なその他のあらゆる形状、寸法の容器にも及ぶことに留意すべきである。
【００６７】
稼動中、容器は鉄とスラグの溶湯を保有する。
【００６８】
容器には、熱風ジェットを容器中央上部領域９１へ噴射し溶湯から放出される反応ガスを後燃焼するため、下向きに伸長する３本の熱風噴射ランス２６が取り付けられる。ランス２６の出口端３９は、０.６ｍ以下の内径Dを有する。商業規模の設備では、出口端３９は溶湯の静止面（示されていない）から少なくとも７ｍ上方にあるように設置される。
【００６９】
用語「静止表面」は、容器へのガスおよび固体の噴射がないときの溶湯の表面を意味する。
【００７０】
容器にはまた、側壁１４を貫いて下向きかつ内向きに、そして溶湯中に水平に対し２０〜７０度の角度で伸長し、原料である鉄鉱石、固体炭素材料および溶剤を酸素を含まない搬送ガスに乗せて溶湯中に噴射するための４本の固体噴射ランス２７（そのうち２本のみが図示されている）が取り付けられる。
【００７１】
ランス２７は、ランス２７の出口端３９が容器中心軸の周囲に等間隔に離隔されるよう配置される。さらに、ランス２７は出口端３９から鉛直下方に引いた線が、炉床直径の３分の２オーダーの直径を有する円上の個所７１において炉床底１２と交わるように配置される。
【００７２】
ランス２７の位置は、酸素ランス２６の位置および容器側壁１４とランス２６との間のランス２６の周囲に少なくとも実質的に溶融材料のカーテン７２を形成する目的との脈絡において選定されること、ならびに容器／ランス２６の異なった配置形状においてこの目的を達成するためには、ランス２７の異なった配置がより適切かもしれないことに留意すべきである。特に、本発明はランス２６が中央に置かれた配置に限定されないことに留意すべきである。
【００７３】
実操業では、鉄鉱石、固体炭素材料（典型的には、石炭）および溶剤（典型的には、石灰とマグネシア）が、搬送ガス（典型的には、N₂）に乗せられて、ランス２７を経て、少なくとも４０ｍ／秒、好ましくは８０〜１００ｍ／秒の速度で溶湯中に噴射される。固体材料／搬送ガスの勢いが固体材料と搬送ガスを炉床底１２の方に向けて容器中心軸の周囲に位置する領域（符号２４で示される円で囲まれた領域）へ運ぶ。これら領域は、以下の記述において、固体／ガス噴射の高濃度な領域２４と称する。石炭は揮発分を失い、それによりガスを生じる。炭素は一部が金属に溶解し、一部が固体炭素として残る。鉄鉱石は金属に製錬され、製錬反応によって一酸化炭素ガスが生じる。溶湯中に運ばれたガス、および揮発と製錬を経て生じたガスは、溶湯からの溶融材料（金属およびスラグを含む）と固体炭素の大きな浮揚隆起を作り出す。
【００７４】
溶融材料と固体炭素の浮揚隆起は、溶湯内、特に固体／ガス噴射の高濃度な領域２４の直上外側に強い撹拌を引き起こし、その結果、矢印３０で示される表面を有する膨張溶湯帯域２８が生じる。具体的に言うと、膨張溶湯帯域２８の表面は中央領域９１と容器側壁１３の間に環状隆起領域７０を形成する。この撹拌の程度は、膨張溶湯帯域内に溶湯材料の大きな動きがあり、そして帯域内を通し、温度変動が３０℃であるといった適度に均一な温度（典型的には、１４５０〜１５５０℃）であるような、溶融材料の強い混合がある程度である。
【００７５】
膨張溶湯帯域２８内の溶融材料の強い混合にもかかわらず、溶融鉄は漸進的に炉床下部へ向かって定着して金属に富む帯域２３を形成し、前炉１９を経て連続的に取り去られる。
【００７６】
膨張溶湯帯域２８と金属に富む帯域２３の間の境界面は、主として固体／ガス噴射の高濃度な領域２４によって決定される。これら領域からの溶融材料の大きな上向きの動きは、ランス２７を経ての供給材料のさらなる連続的供給とすでに溶けた材料の下向きの動きによって埋め合わされる。
【００７７】
加えて、固体／ガス噴射の高濃度な領域２４からの上向きのガス流はいくらかの溶融材料（主としてスラグ）を飛沫、液滴および流れとして膨張溶湯帯域２８の隆起領域７０を越えて投げ出し、上述のカーテン７２を形成する。カーテン７２中の溶融材料は膨張溶湯帯域上方の、側壁１４の上樽部分５１および天井１７に接触する。
【００７８】
広義の観点で言えば、膨張溶湯帯域２８とは、その中にガスによる空隙を持つ液状連続体である。
【００７９】
上述の溶融材料の動きは、膨張溶湯帯域２８の隆起領域７０と溶融材料のカーテン７２を形成する、固体／ガス噴射の高濃度な領域に起源した噴水列と見ることもできる。
【００８０】
実際の操業では前記に加え、温度８００〜１４００℃の熱風が少なくとも速度１５０ｍ／秒でランス２６を経て容器中央領域９１へ噴射される。この熱風ジェットは同領域内の、上向きに投げ出された溶融材料の方向を逸らせて、実質的に金属、スラグともに存在しない自由空間２９をランス２６の先端周囲に形成させる。この下向きの熱風ジェットは投げ出された溶融材料を上述のカーテン７２の形にするのに寄与する。
【００８１】
ランス２６を経て噴射された熱風はランス２６の先端周囲の自由空間および周辺の溶融材料内の反応ガス（一酸化炭素および水素）を後燃焼し、２０００℃以上のオーダーの高温を生む。熱はガス噴射領域内の溶融材料へ伝達され、次に一部が溶融材料経由で金属に富む帯域２３へ伝達される。
【００８２】
自由空間２９は、それが膨張溶湯帯域２８上方空間のガスをランス２６出口端３９周囲の自由空間２９へ流れ込むことを可能にし、このガス流が、ある限りの反応ガスの後燃焼への接触を増すため、高水準の後燃焼達成にとって重要である。
【００８３】
上述の装置および工程操業条件が、熱風の２〜６倍もの多量の最上部空間のガスを、噴射された熱風へ取り込むことを可能とする。本出願人は、この範囲の取り込み比率が、良好な後燃焼と溶湯への良好な熱伝達達成を、溶融材料の許容範囲の再酸化のもとで可能にすることを発見した。
【００８４】
カーテン７２もまた、後燃焼の火炎から側壁への放射エネルギーに対し部分的な遮蔽を提供することで重要である。
【００８５】
そのうえ、カーテン７２内の上下動する溶融材料の液滴、飛沫および流れは後燃焼で生み出された熱を溶湯に伝達する効果的な手段である。
【００８６】
本発明は図に基づいて説明された細目に限定されることなく、多くの修正と変更が本発明の精神および範疇に入ることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製錬法および装置の好適例を模式的に示す縦断面図。

Claims

炉床、側壁および天井を有するとともに、少なくとも４ｍの炉床内幅寸法を有する冶金容器内で動作する、鉄および／または鉄合金を製造するための直接製錬法であり、この方法が、
（ａ）溶融金属と溶融スラグを含む溶湯を作る段階と、
（ｂ）供給原料である含鉄材料、炭素材料および溶剤を製錬容器に供給する段階と、
（ｃ）含鉄供給材料を溶湯中で溶融金属に製錬し、浴中にガスを生じさせる段階と、
（ｄ）空気または最大５０％の酸素を含む空気である含酸素ガスのジェットを少なくとも１５０ｍ／秒の速度で、それぞれが内径０.８ｍ以下の出口端を有する３本以上のランスを通じて、溶湯の静止表面の上の最上部空間に噴射し、工程で生じるガスを燃焼させる段階と、
（ｅ）溶湯から最上部空間への溶融材料の上方への動きを作り出し、浴への熱伝達を促進して容器からの熱損失を極小化する段階と
を含み、
前記最上部空間内のガスであって、容器内に噴射した含酸素ガスの２〜６倍の容積のガスを、該含酸素ガスのジェットに取り込むことを特徴とする直接製錬法。
前記ランスを通じて含酸素ガスを少なくとも２００ｍ／秒の速度で噴射することを含む請求項１に記載された直接製錬法。
ランス出口端が、溶湯静止表面の上方７ｍ未満にあるようにランスを配置することを含む請求項１または請求項２に記載された直接製錬法。
含酸素ガスを、温度８００〜１４００℃に予熱することを含む請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された直接製錬法。
含酸素ガスを渦巻き流の態様で容器内に噴射することを含む請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された直接製錬法。
前記段階（ｂ）において、下向きに伸長する３本以上の固体噴射ランスを通じて溶湯中に供給材料を噴射することによって供給材料を供給し、もってガス流を作り出し、該ガス流が、
（ｉ）膨張溶湯帯域を作り、
（ｉｉ）該膨張溶湯帯域から上方に投げ出された溶融材料の飛沫、液滴および流れをもたらすことを含む請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された直接製錬法。
請求項６に記載された直接製錬法を実行するために必要な固体材料の全重量のうち少なくとも８０重量％を固体噴射ランスを通じて噴射することを含む請求項６に記載された直接製錬法。
固体噴射ランスを通じて少なくとも４０ｍ／秒の速度で供給材料を溶湯中に噴射することを含む請求項６または請求項７に記載された直接製錬法。
固体噴射ランスを通じて８０〜１００ｍ／秒の速度で供給材料を溶湯中に噴射することを含む請求項８に記載された直接製錬法。
固体噴射ランスを通じて、２．０ｔ／ｍ²／秒（ここでｍ²は、供給ランス管の横断面積を意味する）の流速で供給材料を溶湯中に噴射することを含む請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載された直接製錬法。
固体噴射ランスを通じて、「固体／ガス」比：１０〜１８ｋｇ／Ｎｍ³で溶湯中に供給材料を噴射することを含む請求項６から請求項１０までのいずれか１項に記載された直接製錬法。
溶湯中に生じるガス流が少なくとも０.３５Ｎｍ³／秒／ｍ²（ここで、ｍ²は炉床の最小幅位置における水平断面積を意味する）である請求項６から請求項１１までのいずれか１項に記載された直接製錬法。
（ａ）炉床、側壁および天井を有し、かつ、金属に富む帯域と該金属に富む帯域の上方の膨張溶湯帯域とを含む鉄およびスラグから成る溶湯を収容するために、少なくとも４ｍの炉床内最小幅寸法を有する固定冶金容器と、（ｂ）空気または最大５０％の酸素富化空気である含酸素ガスのジェットを少なくとも１５０ｍ／秒の速度で溶湯の上の容器内領域へ噴射するための、下向きに容器内に伸長する３本以上のランスであって、それぞれが内径０.８ｍ以下の出口端を有するランスと、（ｃ）供給材料である含鉄材料および／または炭素材料および搬送ガスを溶湯中に供給するための手段と、（ｄ）容器から溶融金属とスラグを排出するための手段とを含み、
前記含酸素ガス噴射ランスが、最上部空間ガスであって、容器内に噴射した含酸素ガスの２〜６倍の容積のガスを、該含酸素ガスのジェットに取り込むように配置されていることを特徴とする、直接製錬法により鉄および／または鉄合金を製造するための装置。
前記含酸素ガス噴射ランスの各々が内径０.８ｍ以下の出口端を有し、少なくとも該内径と等しい距離だけ容器内に突出するとともに、少なくとも１５０ｍ／秒の速度で含酸素ガスを噴射することのできる請求項１３に記載された直接製錬法により鉄および／または鉄合金を製造するための装置。
前記含酸素ガス噴射ランスの各々が、噴射するガスに渦巻き流を与える請求項１３または請求項１４に記載された直接製錬法により鉄および／または鉄合金を製造するための装置。
使用中の各含酸素ガス噴射ランスの出口端が容器内溶湯の静止表面の上位７ｍ以下にあることを含む請求項１４または請求項１５に記載された直接製錬法により鉄および／または鉄合金を製造するための装置。