JPH04502648A - 複式溶解炉における鉄および鋼の製造並びに固体状態オキサイドけんだく物予備還元機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 複式溶解炉における鉄および鋼の製造並びに固体状態オキサイドけんだく物予備 還元機 技術分野 本発明は酸化鉄の還元に関するものであり、特に鉄又は鋼を製造する為に、予備 還元された酸化鉄を溶鉱炉に供給する為の方法及び装置に関するものである。

！ｉ 鉱石と還元剤の直接投入による酸化鉄の溶鉱炉法は商業的見地から魅力的である 。これは鉱石粉を直接送ることが出来、衝風炉では必要な、塊の給送が省かれる 、という事実からきている。さらに、コークスのがまの中の揮発物を前もって取 り除く事なく、気かん用石炭を還元剤として使うことができる。

しかしながら、そのようなシステムでの還元剤（通常　石炭）の消費は過剰にな ることがあり、溶鉱炉の効率的な操作の鍵は溶鉱炉の排出ガスの後燃焼である。

この概念の一つの具体化例として、酸素含有ガスが溶解槽の上部空間に入れられ 、そこに存在する一酸化炭素と水素の幾分かが酸化されて二酸化炭素と水になる ようにすることがある。このようにして遊離された熱は溶解槽にもどされ、この 熱がその方法に必要な還元剤の量を減らす。このシステムは、オーストラリア特 許明細書７４４０９／８１に報告されており、これを引用してその内容を本明細 書にとりいれる。

上記の方法からの溶鉱炉排出ガスはかなりの量の一酸化炭素と水素を含み、主槽 はかなり高温のままおかれる。（例、１６００°Ｃ）。

総工程において消費される還元剤の量をさらに減らすために、溶鉱炉にいれるに 先だってこの排出ガスで投入される鉄鉱を予備還元することが有益である。この ような提案はオーストラリア特許明細書２８０４４／８４に記載されているが、 その中に高炉内で予備還元が起ることが記されている。

予備還元状態ｊ：おける微粒子の粘着性は大きな問題である。約１０００℃以上 の温度で、微粒子が表面ｊこくっつき始め、従って装置の運転に重大な困難を生 む。これを避けるためには、予備還元温度を８００−１０００℃の範囲ｊこ保つ ようｌこ工程を調整する必要がある。８００℃よりずっと低い５ｉ度では、予備 還元はがなり遅くなり余分な滞留時間が必要になる。

ＡＵ−２８０４４でさきに述べられた提案はこの難点を、予備調整室で排出ガス を冷却することによって排除しようというものであり、そこではガスの通る特別 の格子または網のライニングによって起きる石炭の粉末とガスとの間の激しい混 合作用によって排出ガスの還元が促進される。次に、鉄鉱を還元するためにガス を高炉に通すに先だって、石炭粉と還元され冷却されｔ；排出ガスを分離するの に一つのサイクロンが必要になる。しかしながら、特別の格子または網のライニ ングおよび予備調整室の他の表面に、粘着性の微粒子の集結が起ることが懸念さ れる。

オーストラリア特許明細１６９８２７／８７は別の調整法を提案しているが、そ れは、粒径が最大０．１ｍｍまでの鉱石粉を直接、溶鉱炉からの排出ガス出口の すぐ下の高熱の還元用ガスの中に入れるというものである。

この発明の目的は上記の提案の難点を緩和するこ七であり、具体的には、改善さ れた粒径範囲で炉の排出ガスの中に、微粒子状の酸化鉄を含んだ原料の部分的な 還元を容易にすることである。

要約 この発明の第一の態様は、予備還元された酸化鉄を溶鉱炉に入れる方法であるが 、それは、溶解槽からの高熱の還元用の排出ガスを実質的に冷却することなく垂 直の立ち上がり管に導き、その還元用排出ガスを立ち上がり管を通って上の方へ と導き、微粒子状の酸化鉄を含む原料を立ち上がり管中でその高熱の還元用排出 ガスの中にはいりこませ、それによって排出ガスを冷却し、同時に立ち上がり管 を通って排出ガスによって運ばれている原料を部分的に還元し、部分的に還元さ れた原料を排出ガスから分離し、前述の還元され分離された原料の少なくとも一 部分を溶鉱炉に入れることを含むものである。

この発明の第一の態様ではさらに、予備還元された酸化鉄を溶鉱炉に入れるため の装置が提供されているが、それは、溶鉱炉を含む回路、高熱の還元用ガスの炉 からの出口、それを通る高熱排出ガスが実質的障害なく運ばれるよう調整された 垂直の立ち上がり管（この垂直の立ち上がり管は実質的に排出ガスを冷却するこ となくその中の高熱の排出ガスを受け入れるように、排出ガスの出口と連結して いる）、酸化鉄を含む原料を排出ガスを冷却するために垂直の立ち上がり管に導 き、同時に鉄の導管を通る排出ガスによって運ばれる原料を部分的に還元する手 段、部分的に還元された原料を排出ガスから分離する手段および前述の還元され た原料の少なくとも一部分を溶鉱炉に導く手段を含むものである。

この発明の第一の態様では、予備還元されｊ二酸化鉄を溶鉱炉に入れる方法と装 置を提示している。このシステムは、高熱の溶鉱炉排出ガスを（前もって実質的 に冷却することなく）微粒子状の酸化鉄原料が入れられている垂直立ち上がり管 に導入することを含む。排出ガスは管内で冷却され、同時Ｉ：Ｍ化鉄の予備還元 が起る。管は、便宜上その中に６−８ｍｍを最大とする固体を入れられて、ガス の速度を３−１５ｍ／秒に保たれる。好ましい最大の微粒子の大きさは０．１か ら６ｍｍの範囲である。供給原料は鉄鉱石を含むことが望ましいが、その他の酸 化鉄を含む原料も適している。

垂直の立ち上がり管に入る高熱の排出ガスの温度は、実質的に溶鉱炉の温度（例 えば１３００℃から１８００℃の間）であり粘着の問題を緩和するため、管内の ガスを８００から１０００℃、［しくは約９００℃に冷やすために、微粒子状の 原料であって、おもに酸化鉄を含む原料であるができれば石灰石のようなスラグ 形成剤、粘着防止剤および還元剤の一種以上が立ち上がり管に導入される。

立ち上がり管の頂点かその近くでのガスと固体の分離のための分離手段は一つの サイクロンまたは複数のサイクロンの組合せが適している。°分離手段でガスか ら離れた部分的に還元された原料は、予備還元物として直接溶鉱炉に入れること ができ、または分裂されて、一部（望ましくは主要部分）は適当な帰路を通って 、立ち上がり管の下部に戻すことができる。後者の方法は、立ち上がり管に持続 的に再投入させるために、高熱の固体を圧力の勾配に反して移動させるための装 置を要する。ループシール（循環流動床式燃焼ユニットに使われている）はこの 働きに適した一つの装置である。

分離手段から立ち上がり管の下部への固体の再循環を含む場合は循環流動床（Ｃ ＦＢ）予備還元となる。これは最も有利な操行の型である。その理由は固体の再 循環によって立ち上がり管の中により多くの固体を保つことが可能となり、従っ て予備還元環境の中に固体が滞在する時間がより長くなるからである。溶鉱炉の 排出ガスがより有効に冷却され、微粒子の粘着性がより有効に制御される。ＣＦ Ｂ操行は又立ち上がり管軸に沿って温度の均一性がより一層得られるという利点 も持ち、従って予備還元のための、より優れた化学推進力を提供する。

ＣＦＥ型において、再循環される原料の量は給送される（そして予備還元物とし て取り去られる）ものよりかなり多い。この条件のもとでは、立ち上がり管−戻 り支柱管での原料の給送と生産物取り出し点の正確な位置は、再循環量の希釈効 果により、決定的なものではなくなる。

システムからの熱の除去が、何らかの形で必要とされることがある。消費熱の回 収は多くの場所で可能であるが、一つの例はＣＦＢシステムでの使用が提起され ている拡大ループシール内の蒸気管である。しかしながら、排気ガス冷却器とし て（固体なしに、例えば、始動の間などに）予備還元装置を働かせることができ るのは有益であり、この意味から、主なガス流の通路に沿って熱回収面を設ける ことが望ましい。これは立ち上がり管の内壁および／または分離手段の内壁に冷 却面を設けることも含む。もう一つの方法として、溶鉱炉の排気ガスを二つの流 れに分け、予備還元過程に要する熱に見合う分量だけを立ち上がり管に入れるこ とが望ましい。この場合、予備還元システム内の内部熱回収面は必要なくなるだ ろう。

この発明の第一の態様の予備還元システムは、前述のＡＵ７４４０９／８１に報 告されているように、後期燃焼の工程が行なわれる溶鉱炉で利用されるのが有利 である。この発明の第二の態様では、少なくとも部分的後期燃焼をさせられた溶 鉱炉からの排気ガスを使って部分的に還元された酸化鉄から鉄および／または鉄 合金を製造する方法が提示されている。部分的に還元された酸化鉄は、炭素含有 燃料と酸素含有ガスとの反応によりＣ溶解するために溶鉱炉に給送され、高熱の 、少なくとも部分的に後期燃焼された排出ガスが実質的に冷却されずに垂直の立 ち上がり管にいれられ、その管を通って上の方に運ばれ、微粒子状の酸化鉄が、 部分的な還元をし、同時に排出ガスを冷却するために上向きに運ばれた高熱の排 出ガスの中に同伴される。予備還元の化学反応工程は、一般に酸化鉄を含む原料 として使われる新しい鉄鉱石の金属化（すなわち３０％以上の予備還元）は必要 としないかまたは認めない。

図面の概要 この発明における方法および装置の二つの具体例を添付の図面に関して例として のみ説明する。

ｗＥ１図は予備還元された原料を一貫したシステムによって炉の中に供給するシ ステムを示している。

第２図は予備還元された原料を再循環システムによって炉中に供給するシステム を示している。

図面の簡単な説明 第１図は耐火煉瓦で内張すされた溶解槽を示している。その槽はガス用のスペー ス１を持ち、また溶融したスラグ２を含む溶融物および１３００−１８００℃の 温度で溶解されｔ；および溶解中の炭素を伴った溶融鉄３を含んでいる′。石炭 ４は所望により酸素含有ガスと共に、溶融物の下方より櫂の中に注入されて、液 相中の酸素と反応して主に一酸化炭素と水素を生成する。酸素を含んだガス５は 、ガス用スペース内に注入されて、−酸化炭素と水素の部分的な燃焼を引き起こ す。この後期燃焼の過程で発生する熱は溶融物の方に逆送され、その高熱で汚れ たガスの流れは櫂を１３００−１８００’Ｃの範囲の温度で離れる。オーストラ リア特許明細書７４４０９／８１にこのプロセスが非常に詳細に報告しである。

一旦溶解檀から離れたガスは、第２室６に入る。第２室６の機能は、ガスの膨張 によって、そのガスを溶融スラグおよび鉄から解離する事であり、室６内でガス が実質的に冷えないということが大切である。室６は、そのような一連の室に置 き換える事が可能であり、できるだけ多くのスラグや溶融原料を取り出すために サイクロンと置き換えることができるが、全部を省略してもよい。

主溶解槽の温度に近い温度を保ち、液状（幾分かは固体の）の小滴を含む溶解ガ スは、垂直の立ち上がりダクト８の底の部分に直接導入される。所望により少量 のスラグ形成剤、粘着防止剤および／または還元剤を混入された最大６ｍｍの微 粒子状の新しい富酸素の鉄の原料が、７に導入される。入ロアは、ガス流を加速 し、微粒子状の物質とガスの混合を促進する働きを持つ垂直立ち上がりダクト８ の流量制限用ネック部分に、下方に向けて直接開口している。高熱ガスの冷却と 固体の予備還元処理は垂直立ち上がりダクト８の中で行なわれるが、ダクト８は 、ガスの速度３１５ｍ／秒、平均けんだく密度２−５０ｋｇ／ｍ”で作用するよ う設計されている。その固体はウスタイト（Ｆｅｄ）以上にならない程度に還元 される。

垂直立ち上がりダクト内の温度は、一般的Ｉこ、８００−１０００℃の間であり 、冷却面（図示せず）は垂直立ち上がりダクトの壁面に、必要な熱量を取り除く ように配置されている。この冷却面は、ダクトを通るガスの流れをできるだけ妨 げないように設計されている。

垂直立ち上がりダクト８の頂部で、混合物はサイクロン９にはいる。固形物質は 下向きの流れ１１かも集められ、適切な方法によって主溶解槽に導入される。ガ ス流１′Ｏは、消費された熱の回収と微粒子除去のユニットへ導管を通って引き 出される（図示せず）。

部分的に予備還元された原料を低圧の下方流１１から主溶解槽へ移す方法で現在 好ましい図示された手段は流動化ループシール１２である。部分的に還元されｊ ；原料の密閉床は、窒素または感知できる量の酸素を含まない他のガスのような 適切なガスの流れＩ３を、ループシールの底の分配器を通って、給送することに よって、流動化された状態に保たれる。予備還元された固体は主溶解槽に連結し ているダクトに直接に流れ込む。

ループシール１２を含む移送手段は、溶解槽への入口での微粒子の集結のために 完全には満足できるものでないということは認められるので、部分的に還元され た原料を溶解槽に入れるシステム（図示されていない）が有利であり得る。

第２図において、予備還元システムの循環流動床（ＣＦＢ）型の運行は、第１図 ｊ：示された非循環の対応型と一つの主要な意味においてのみ異なる。新しい微 粒子状の酸化鉄を含む原料は予備還元環境を離れる前に、立ち上がりダクト８を 通る機会を複数回与えられる。第２図に示すように、再循環用導管１４．１５が 付設され、これによって、立ち上がりダクトの複数回通過が可能になる。この導 管はループシール１２と同じ型のループシールであり、これも通気ガス１３によ って流動化される。導管１５は、ダクト内の流量制限不ツタ部分のすぐ下方で、 立ち上がりダクト８内に開口している。

供給固体は、都合のよい場所で（即ち、８．９．１１．１４および１５）ＣＦＢ システムに導入できるが、好ましい場所は導管１５に開口している入口１６であ る。還流固体は、７００−９００℃の温度である。

立ち上がり管内の浮遊密度は、−回通過システムでのそれよりも高＜、１０−３ ００ｋｇ／ｍ”である。ガスと固体との接触回数は、この方法により増加し、よ り効果的に微粒子の粘着性を制御できる。

ＣＦＢの管の回りの微粒子状の原料の流れの増大は温度を平均化し、それによっ て予備還元反応に、より強く、均一の化学推進力を生み出す。

哀鳳撚 ［非還流予備還元］ 試験プラントの垂直反応塔は、その（垂直）頂上温度８０ｏ℃に保たれ、４４． ６ｍ”７時間の割合でガスが給送される。このガスの組成は（体積比で）次の通 りである。

−酸化炭素　１８．２％ 二酸化度素　１６．４％ 水素　３．９％ 水　６．５％ 窒素　５５．３％ 垂直塔内のガスの速度は６．２ｍ／秒！：設定され、最大１ｍｍのサイズの鉄鉱 石は１時間に３７ｋｇの割合で給送される。１２％の予備還元レベルが達成され る。

［再還流式予備還元］ ＣＦＢ方式予備還元反応塔試験プラントは、塔の頂点が９００”ｌ：！に保たれ 、一時間に４４．６Ｎｍ”の割合でガスが給送され、る。このガスの組成は次の 通りである。　、 −酸化炭素　２０．１％ 二酸化炭素　１７．１％ 水素　５．４％。

水　５．２％２ 窒素　５２．２％ 塔内のガス速度は、６ｍ／秒に設定され、最大１ｍｍまでの鉄鉱石が１４．３ｋ ｇ／時間の割合で給送される。固、体の循環は１．２００ｋｇ／時間に保たれて おり、塔内の平均浮遊密度は１９０ｋｇ／ｍ３に保Ｉ；れている。

固体の平均塔内滞留時間は２９分であり、予備還元レベル２４゜１％を達成する 。

［石灰添加による再循環式予備還元］ ＣＦＢ式予備還元反応器は、塔の頂点での温度９７５℃に保ｔ；れ、４４．６Ｎ ｍ”７時間でガスが給送されている。このガスの組成は次の通りである。

一酸化炭素　１９．１％ 二酸化炭素　１７．６％ 水素　４．５％ 水　５．６％ 窒素　５３．１％ 塔内のガス速度は６．１ｍ／秒に設定され、最大１ｍｍのサイズの鉄鉱石が１時 間に１７．１ｋｇの割合で給送される。鉄鉱石に加えて、石灰がそのＣＤＦ式度 応塔に０．９ｋｇ／時間の割合で給送される。固体の循環は５００　ｋ　ｇ／待 時間保たれ、塔内の平均浮遊密度は８９ｋｇ／ｍ”に保たれる。

固体の塔内平均滞留時間は１０分であり、２３．７％のレベルの予備還元が達成 される。

この技術に熟達した人達はこの明細書に報告されている発明が、具体的に記載さ れたもの以外に変形や修正が可能であることを見いだすだろう。この発明は、そ の理念とその範囲内にあるそのような全ての変形や修正をも含むと理解されるべ きである。この発明はまた、この明細書中に含まれたり示されたりしている全て の工程、特色、組成物および化合物を個別に、または集合的に含み、上記の工程 や特色の二つまたはそれ以上の組合せも含むものである。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８）

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．予備還元された酸化鉄類を溶解槽に供給する方法であって、高熱の還元性排 出ガスを槽から垂直の立ち上がりダクトへ、排出ガスを実質的に冷却することな く導入すると共に、還元性排出ガスを立ち上がりダクト中で上行させ、立ち上が りダクト中の高熱の還元性排出ガス中に微粒子状酸化鉄を含む原料を同伴させ、 それによって排出ガスを冷却し、同時に立ち上がりダクトを通る排出ガスによっ て運ばれる時に原料を部分的に還元し、部分的に還元された原料を排出ガスから 分離し、上記の分離された還元原料の少なくとも一部分を溶解槽に導入すること を含む方法。
2. ２．垂直立ち上がりダクトを通る排出ガスの流れが３−１５ｍ／秒に保たれる請 求項１記載の方法。
3. ３．排出ガスの中に同伴される微粒子状の原料が、最大８ｍｍ以下のサイズを持 つ請求事１記載の方法。
4. ４．微粒子の最大のサイズが０．１から６ｍｍである請求項３記載の方法。
5. ５．垂直立ち上がり管に入る前に、排出ガスに入って溶解槽から運ばれた固体ま たは溶けた原料が、実質的に排出ガスを冷却する事なく排出ガスから分離される 分離工程を、高熱の排出ガスが通る請求項１記載の方法。
6. ６．高熱の還元性排出ガスが垂直の立ち上がりダクトに最低１３００℃で入る請 求項１記載の方法。
7. ７．排出ガス中への微粒子状の原料導入後の垂直立ち上がりダクト内の温度が実 質的に８００−１０００℃に保たれる請求項１記載の方法。
8. ８．スラグ形成剤、粘着防止剤および還元剤からなる群から選択された一つまた はそれ以上の添加剤が垂直立ち上がりダクト内の排出ガスに入れられる請求項１ 記載の方法。
9. ９．少なくとも部分的に還元された原料が、一つまたはそれ以上のサイクロン中 で排出ガスから分離される請求項１記載の方法。
10. １０．上記の分離された還元原料を、高熱の還元排出ガス中に同伴させるために 、垂直立ち上がりダクトに還流する請求項１記載の方法。
11. １１．微粒子状の酸化鉄を含む原料を、垂直の立ち上がりダクト内の排出ガスに 同伴させる前に、還流されるべき上記の分離された還元原料と混ぜ合わせる請求 項１０記載の方法。
12. １２．少なくとも部分的後期燃焼をされた、溶解槽からの排出ガスを使って部分 的に還元された酸化鉄類から鉄および／または鉄合金を製造する方法であり、部 分的に還元された酸化鉄は炭素含有燃料と酸素含有ガスとの反応による溶解のた めに溶解槽に給送される方法において、高熱の、少なくとも部分的に後期燃焼さ れた排出ガスを実質的に冷却する事なく垂直立ち上がり管に導入し、それを通っ て上方に運び、排出ガスの上記の部分的還元と同時冷却のために、微粒子状の酸 化鉄を上方に運ばれた高熱の排出ガス中に同伴させることを特徴とする方法。
13. １３．予備還元された酸化鉄類を溶解槽に供給する装置であって、溶解槽を含む 回路、高熱還元性排出ガスの槽からの出口、通過する排出ガスを実質的障害なく 運ぶよう調整された垂直立ち上がりダクト（上記垂直立ち上がりダクトは排出ガ スを実質的冷やすことなくその中に高熱の排出ガスを受け入れるように排出ガス の出口に連結されている）、排出ガスを冷却し、同時に垂直立ち上がりダクトを 通る排出ガスによって運ばれる間に：原料を部分的に還元するために、酸化鉄を 含む原料を垂直立ち上がりダクトに導入する手段、部分的に還元された原料を排 出ガスから分離する手段および上記の還元された原料の少なくとも一部分を溶解 槽に導入する手段を含む装置。
14. １４．溶解槽から運ばれる固体または溶融状態の原料を、排出ガスを実質的に冷 やすことなく、排出ガスから分離するための、溶解槽からの排出ガス出口と垂直 立ち上がりダクトの間に設けられた手段を含む請求項１３記載の装置。
15. １５．固体または溶融状態の原料の分離のための手段が拡張室を含む請求項１４ 記載の装置。
16. １６．垂直立ち上がりダクトが、酸化鉄を含む原料を導入する手段のすぐ上流で 排出ガスの流れを加速する手段を含む請求項１３記載の装置。
17. １７．少なくとも部分的に還元された原料を排出ガスから分離する装置が一つま たはそれ以上のサイクロンを含む請求項１３記載の装置。
18. １８．少なくとも部分的に還元された原料の一部を垂直立ち上がりダクトへ戻す ために、少なくとも部分的に還元された原料を分離する手段と上記の還元原料を 溶解槽に導入する手段との間に戻り用支管を設けた請求項１３記載の装置。
19. １９．酸化鉄を含む原料を導入するための手段が上記の戻り用支管を持つ請求項 １８記載の装置。