JPH06346126A - 冶金学的方法および装置 - Google Patents
冶金学的方法および装置Info
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- JPH06346126A JPH06346126A JP6059207A JP5920794A JPH06346126A JP H06346126 A JPH06346126 A JP H06346126A JP 6059207 A JP6059207 A JP 6059207A JP 5920794 A JP5920794 A JP 5920794A JP H06346126 A JPH06346126 A JP H06346126A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 コークスの消費量を少くする。
【構成】 炭素質物質を主反応器４中で還元性ガスに転
化させる反応を行う工程；高純度酸素または酸素富化空
気を主反応器４中に導入して、前記反応の１つ以上に関
与させる工程；金属を主反応器４中にて融解させる工
程；粒状石炭を主反応器４とは別個の第２の反応器２中
で部分酸化して、粒状木炭と熱ガスを形成させる工程；
および前記木炭の少なくとも一部と前記熱ガスの幾分か
を高温にて主反応器４中に導入するか、あるいは前記木
炭の少なくとも一部を高温にて主反応器４中に導入し
て、前記木炭の一部が、前記炭素質物質の一部または全
てを形成する工程；を含む治金的方法。
化させる反応を行う工程；高純度酸素または酸素富化空
気を主反応器４中に導入して、前記反応の１つ以上に関
与させる工程；金属を主反応器４中にて融解させる工
程；粒状石炭を主反応器４とは別個の第２の反応器２中
で部分酸化して、粒状木炭と熱ガスを形成させる工程；
および前記木炭の少なくとも一部と前記熱ガスの幾分か
を高温にて主反応器４中に導入するか、あるいは前記木
炭の少なくとも一部を高温にて主反応器４中に導入し
て、前記木炭の一部が、前記炭素質物質の一部または全
てを形成する工程；を含む治金的方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は冶金学的な方法および装
置に関する。
置に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】世界
の鉄のほとんどは溶鉱炉で造られている。溶鉱炉はたて
型高炉の１つの例である。溶鉱炉の主要な機能は、鉄鉱
石を鉄に還元することである。鉄鉱石、コークス、およ
びフラックス等の成分を含んだ装入物が頂部から導入さ
れ、床を形成する。予備加熱された噴射空気を使用して
コークスを燃やし、これによって一酸化炭素を形成させ
る。一酸化炭素は鉄鉱石を鉄に還元する。得られた鉄を
溶融させるために、コークスの燃焼によって生成する熱
が使用される。鉄とスラグが、炉の底部にて溶融生成物
として取り出される。床のすぐ下に高温酸化区域を形成
するよう、炉の底部近くに空気ブラストが導入される。
炉のレースウェイ（ｆｕｒｎａｃｅ ｒａｃｅｗａｙ）
における高温（一般には２１００〜２２００℃の範囲）
の生成を容易にするために、空気ブラスト中の酸素含量
を高めてもよい。この区域は、しばしば炉の“レースウ
ェイ（ｒａｃｅｗａｙ）”と呼ばれる。このような炉に
おいてコークスの消費量を少なくするのが望ましい。こ
うした目的を達成する１つの方法は、粒状石炭を空気ブ
ラストと共に炉中に噴射するという方法である。こうし
た目的を達成するための装置が米国特許第４，８８７，
８００号に説明されている。炉中への石炭の噴射につき
ものの１つの欠点は、コークスに比べて、石炭はその燃
焼に際してより多くの酸素を必要とし、溶鉱炉に対して
より大きな熱負荷を生じる、という点である。したがっ
て、石炭を溶鉱炉中に噴射する速度が大きくなるほど、
炉のレースウェイにおいて温度を２１００〜２２００℃
の選定範囲に保持するため、ブラスト空気中の酸素含量
を高める速度もますます高くする必要がある。こうした
欠点があることから、溶鉱炉での鉄の製造において、あ
るいは他の冶金学的プロセスにおいて石炭の使用が制限
されている。
の鉄のほとんどは溶鉱炉で造られている。溶鉱炉はたて
型高炉の１つの例である。溶鉱炉の主要な機能は、鉄鉱
石を鉄に還元することである。鉄鉱石、コークス、およ
びフラックス等の成分を含んだ装入物が頂部から導入さ
れ、床を形成する。予備加熱された噴射空気を使用して
コークスを燃やし、これによって一酸化炭素を形成させ
る。一酸化炭素は鉄鉱石を鉄に還元する。得られた鉄を
溶融させるために、コークスの燃焼によって生成する熱
が使用される。鉄とスラグが、炉の底部にて溶融生成物
として取り出される。床のすぐ下に高温酸化区域を形成
するよう、炉の底部近くに空気ブラストが導入される。
炉のレースウェイ（ｆｕｒｎａｃｅ ｒａｃｅｗａｙ）
における高温（一般には２１００〜２２００℃の範囲）
の生成を容易にするために、空気ブラスト中の酸素含量
を高めてもよい。この区域は、しばしば炉の“レースウ
ェイ（ｒａｃｅｗａｙ）”と呼ばれる。このような炉に
おいてコークスの消費量を少なくするのが望ましい。こ
うした目的を達成する１つの方法は、粒状石炭を空気ブ
ラストと共に炉中に噴射するという方法である。こうし
た目的を達成するための装置が米国特許第４，８８７，
８００号に説明されている。炉中への石炭の噴射につき
ものの１つの欠点は、コークスに比べて、石炭はその燃
焼に際してより多くの酸素を必要とし、溶鉱炉に対して
より大きな熱負荷を生じる、という点である。したがっ
て、石炭を溶鉱炉中に噴射する速度が大きくなるほど、
炉のレースウェイにおいて温度を２１００〜２２００℃
の選定範囲に保持するため、ブラスト空気中の酸素含量
を高める速度もますます高くする必要がある。こうした
欠点があることから、溶鉱炉での鉄の製造において、あ
るいは他の冶金学的プロセスにおいて石炭の使用が制限
されている。
【０００３】石炭の燃焼が改良されるよう、石炭を前処
理するための種々の方法が知られている。例えば米国特
許第３，２５０，０１６号は、微細石炭を流動床ドライ
ヤーに供給する工程；トップガス（ｔｏｐ ｇａｓ）を
溶鉱炉から前記流動床ドライヤーに導入する工程；前記
ドライヤーから乾燥石炭を抜き取る工程；前記乾燥石炭
をサイズ選別して、最大約３．２ｍｍまでのサイズを有
する小さめの粒子（噴射に適している）を分離する工
程；さらなるサイズ選別を行うために大きめの石炭粒子
を粉砕する工程；および前記ドライヤーからの排ガスを
清浄化し、圧縮し、そして乾燥する工程；を含む、溶鉱
炉の羽口に噴射するための石炭の調製法を開示してい
る。この方法は、還元性雰囲気にて比較的低い温度で石
炭を乾燥する工程を含む。ヨーロッパ特許出願第４６
７，３７５号は、石炭を乾燥するのに非酸化性の雰囲気
（例えば窒素雰囲気）を使用することを開示している。
米国特許第３，２５０，０１６号とヨーロッパ特許出願
第４６７，３７５号はいずれも、前処理区域において石
炭から揮発性炭化水素を追い出す工程を開示しておら
ず、したがって、上記の欠点を解消する手段を提供して
いない。
理するための種々の方法が知られている。例えば米国特
許第３，２５０，０１６号は、微細石炭を流動床ドライ
ヤーに供給する工程；トップガス（ｔｏｐ ｇａｓ）を
溶鉱炉から前記流動床ドライヤーに導入する工程；前記
ドライヤーから乾燥石炭を抜き取る工程；前記乾燥石炭
をサイズ選別して、最大約３．２ｍｍまでのサイズを有
する小さめの粒子（噴射に適している）を分離する工
程；さらなるサイズ選別を行うために大きめの石炭粒子
を粉砕する工程；および前記ドライヤーからの排ガスを
清浄化し、圧縮し、そして乾燥する工程；を含む、溶鉱
炉の羽口に噴射するための石炭の調製法を開示してい
る。この方法は、還元性雰囲気にて比較的低い温度で石
炭を乾燥する工程を含む。ヨーロッパ特許出願第４６
７，３７５号は、石炭を乾燥するのに非酸化性の雰囲気
（例えば窒素雰囲気）を使用することを開示している。
米国特許第３，２５０，０１６号とヨーロッパ特許出願
第４６７，３７５号はいずれも、前処理区域において石
炭から揮発性炭化水素を追い出す工程を開示しておら
ず、したがって、上記の欠点を解消する手段を提供して
いない。
【０００４】最も広い態様においては、本発明は、
（ａ）炭素質物質を還元性ガスに転化させる反応を主反
応器中で行う工程；（ｂ）高純度酸素または酸素富化空
気を前記主反応器中に導入して、前記反応の１つ以上に
関与させる工程；（ｃ）金属を前記主反応器中にて融解
させる工程；（ｄ）粒状石炭を前記主反応器とは別個の
第２の反応器中で部分酸化して、粒状木炭と熱ガス（ｃ
ａｌｏｒｉｆｉｃ ｇａｓ）を形成させる工程；および
（ｅ）前記木炭の少なくとも一部と前記熱ガスの幾分か
を高温にて前記主反応器中に導入するか、あるいは前記
木炭の少なくとも一部を高温にて前記主反応器中に導入
する工程、このとき前記木炭の一部が、前記炭素質物質
の一部または全てを形成する；を含む冶金学的方法を提
供する。
（ａ）炭素質物質を還元性ガスに転化させる反応を主反
応器中で行う工程；（ｂ）高純度酸素または酸素富化空
気を前記主反応器中に導入して、前記反応の１つ以上に
関与させる工程；（ｃ）金属を前記主反応器中にて融解
させる工程；（ｄ）粒状石炭を前記主反応器とは別個の
第２の反応器中で部分酸化して、粒状木炭と熱ガス（ｃ
ａｌｏｒｉｆｉｃ ｇａｓ）を形成させる工程；および
（ｅ）前記木炭の少なくとも一部と前記熱ガスの幾分か
を高温にて前記主反応器中に導入するか、あるいは前記
木炭の少なくとも一部を高温にて前記主反応器中に導入
する工程、このとき前記木炭の一部が、前記炭素質物質
の一部または全てを形成する；を含む冶金学的方法を提
供する。
【０００５】本発明はさらに、（ａ）炭素質物質を還元
性ガスに転化させる反応を行うための、そして金属を融
解させるための主反応器、このとき前記主反応器は、高
純度酸素または酸素富化空気を前記主反応器中に導入し
て前記反応の１つ以上に関与させるための少なくとも１
つの入口を有する；（ｂ）粒状石炭を部分酸化して粒状
木炭と熱ガスを形成させるための、前記主反応器とは別
個の第２の反応器、このとき前記第２の反応器は、前記
石炭のための入口と酸化性ガスのための入口を有する；
および（ｃ）前記木炭の少なくとも一部が、前記炭素質
物質の一部または全てを供給するよう、前記木炭の少な
くとも一部と前記熱ガスの幾分かを高温にて前記主反応
器中に導入するための、あるいは前記木炭の少なくとも
一部を高温にて前記主反応器中に導入するための手段；
を含む、冶金学的方法を施すための装置を提供する。
性ガスに転化させる反応を行うための、そして金属を融
解させるための主反応器、このとき前記主反応器は、高
純度酸素または酸素富化空気を前記主反応器中に導入し
て前記反応の１つ以上に関与させるための少なくとも１
つの入口を有する；（ｂ）粒状石炭を部分酸化して粒状
木炭と熱ガスを形成させるための、前記主反応器とは別
個の第２の反応器、このとき前記第２の反応器は、前記
石炭のための入口と酸化性ガスのための入口を有する；
および（ｃ）前記木炭の少なくとも一部が、前記炭素質
物質の一部または全てを供給するよう、前記木炭の少な
くとも一部と前記熱ガスの幾分かを高温にて前記主反応
器中に導入するための、あるいは前記木炭の少なくとも
一部を高温にて前記主反応器中に導入するための手段；
を含む、冶金学的方法を施すための装置を提供する。
【０００６】前記木炭の一部は、主反応器中に連続的に
供給するのが好ましい。木炭の一部が主反応器に供給さ
れる温度は、それが第２の反応器において形成される温
度と実質的に同じであるのが好ましい（いずれにしても
少なくとも１５０℃であるのが望ましい）。
供給するのが好ましい。木炭の一部が主反応器に供給さ
れる温度は、それが第２の反応器において形成される温
度と実質的に同じであるのが好ましい（いずれにしても
少なくとも１５０℃であるのが望ましい）。
【０００７】木炭は、主反応器の上流にて、比較的微細
な粒子を含んだ第１のフラクションと比較的粗い粒子を
含んだ第２のフラクションに分けるのが好ましい。第２
のフラクションの一部または好ましくは全部が主反応器
に供給される。
な粒子を含んだ第１のフラクションと比較的粗い粒子を
含んだ第２のフラクションに分けるのが好ましい。第２
のフラクションの一部または好ましくは全部が主反応器
に供給される。
【０００８】粒状石炭の部分酸化は流動床において行う
のが好ましい。
のが好ましい。
【０００９】流動床は、その全体にわたって均一なガス
速度を有する。
速度を有する。
【００１０】これとは別に、流動床は、クレーター床カ
ラムまたは噴流床カラムのタイプであってもよく、また
１つ以上の再循環区域を設けてもよい。
ラムまたは噴流床カラムのタイプであってもよく、また
１つ以上の再循環区域を設けてもよい。
【００１１】一般には、ある割合の熱ガスが前記木炭の
一部と共に主反応器中に入っていくのを避けることは困
難である。しかしながら、主反応器における酸素の消費
速度を低く保つよう、また熱ガスを主反応器の作動温度
に予備加熱する必要が避けられるよう、主反応器中に導
入される熱ガスの割合を低く保持するのが望ましい。粒
状石炭の部分酸化が流動床で行われる場合、木炭粒子の
第１のフラクションは、部分酸化反応の結果形成される
熱ガス中への同伴にて床から外に移送することができ
る。第２のフラクションは、例えば、床の側部の１つ以
上の出口を介して流動床から抜き取ることができる。い
くらかの熱ガスが第２のフラクションと共に抜き取られ
るが、その大部分は床から垂直上方に進みやすい。
一部と共に主反応器中に入っていくのを避けることは困
難である。しかしながら、主反応器における酸素の消費
速度を低く保つよう、また熱ガスを主反応器の作動温度
に予備加熱する必要が避けられるよう、主反応器中に導
入される熱ガスの割合を低く保持するのが望ましい。粒
状石炭の部分酸化が流動床で行われる場合、木炭粒子の
第１のフラクションは、部分酸化反応の結果形成される
熱ガス中への同伴にて床から外に移送することができ
る。第２のフラクションは、例えば、床の側部の１つ以
上の出口を介して流動床から抜き取ることができる。い
くらかの熱ガスが第２のフラクションと共に抜き取られ
るが、その大部分は床から垂直上方に進みやすい。
【００１２】粒状石炭は、４００〜１２００℃の温度範
囲にて部分酸化することができる。この範囲の両端付近
は好ましくない。好ましい部分酸化温度は５００〜１０
００℃である。一般には、本発明による方法と装置を操
作して、鉄製造用の溶鉱炉中に導入するための高温ガス
流れを形成させる場合、木炭が形成される温度が高くな
るほど、炉装入物の一部として炉の頂部にコークスを供
給しなければならない速度は低くなる。７００〜８００
℃の温度で部分酸化反応を行うことによって、部分酸化
反応が行われる反応器の構造に対し何ら特別な材料を必
要とすることなく、炉によるコークスの消費速度におい
て相当程度の還元を達成できると我々は考えている。部
分酸化反応全体としては発熱反応であり、反応器にいっ
たん適切な温度が与えられると部分酸化反応は自動的に
継続して起こる。
囲にて部分酸化することができる。この範囲の両端付近
は好ましくない。好ましい部分酸化温度は５００〜１０
００℃である。一般には、本発明による方法と装置を操
作して、鉄製造用の溶鉱炉中に導入するための高温ガス
流れを形成させる場合、木炭が形成される温度が高くな
るほど、炉装入物の一部として炉の頂部にコークスを供
給しなければならない速度は低くなる。７００〜８００
℃の温度で部分酸化反応を行うことによって、部分酸化
反応が行われる反応器の構造に対し何ら特別な材料を必
要とすることなく、炉によるコークスの消費速度におい
て相当程度の還元を達成できると我々は考えている。部
分酸化反応全体としては発熱反応であり、反応器にいっ
たん適切な温度が与えられると部分酸化反応は自動的に
継続して起こる。
【００１３】部分酸化反応に使用される酸化性ガスは周
囲空気であるのが好ましい。必要に応じて、空気を予備
加熱してもよいし、あるいは空気中の酸素含量を高めて
もよい。しかしながら一般に、所望の部分酸化温度を得
るためには、空気の酸素富化も空気の予備加熱も必要と
されない。これとは逆に、空気を所望の温度に保持する
ためには、石炭中の揮発性物質の割合に応じて、部分酸
化反応の冷却を行うのが望ましい。このような冷却は、
木炭が形成される床に窒素、水、またはスチームを噴射
することによって簡単に行うことができる。
囲空気であるのが好ましい。必要に応じて、空気を予備
加熱してもよいし、あるいは空気中の酸素含量を高めて
もよい。しかしながら一般に、所望の部分酸化温度を得
るためには、空気の酸素富化も空気の予備加熱も必要と
されない。これとは逆に、空気を所望の温度に保持する
ためには、石炭中の揮発性物質の割合に応じて、部分酸
化反応の冷却を行うのが望ましい。このような冷却は、
木炭が形成される床に窒素、水、またはスチームを噴射
することによって簡単に行うことができる。
【００１４】本発明の方法または装置に使用するための
粒状石炭を製造するために石炭を粉砕する機械に対して
は、何ら特別な要件はない。一般には、粒状石炭の平均
粒径は１〜３ｍｍの範囲である。このような平均粒径
は、従来の石炭粉砕機にて容易に達成することができ
る。
粒状石炭を製造するために石炭を粉砕する機械に対して
は、何ら特別な要件はない。一般には、粒状石炭の平均
粒径は１〜３ｍｍの範囲である。このような平均粒径
は、従来の石炭粉砕機にて容易に達成することができ
る。
【００１５】熱ガスは一般に、４〜５ＭＪ／ｍ3の範囲
の発熱量（すなわち、典型的な溶鉱炉ガスより高い発熱
量）を有し、通常は一定の発熱量にて連続的に生成され
る。したがって熱ガスは本発明のプロセスの有価な副生
物であり、少なくとも一部を、主反応器と第２の反応器
の場所にて別のプロセスに連続的に供給することができ
る。必要であれば、木炭の第１のフラクションを、それ
が同伴される熱ガスから回収することもできる。第１の
フラクションの回収は、従来の気体−固体分離法によっ
て行うことができ、例えば、水性スクラバー中での濾過
やサイクロン中での濾過などがある。必要であれば、熱
ガスの温度をサイクロンへの導入に適したレベルにまで
下げるために、熱ガスに水やスチームを加えることがで
きる。
の発熱量（すなわち、典型的な溶鉱炉ガスより高い発熱
量）を有し、通常は一定の発熱量にて連続的に生成され
る。したがって熱ガスは本発明のプロセスの有価な副生
物であり、少なくとも一部を、主反応器と第２の反応器
の場所にて別のプロセスに連続的に供給することができ
る。必要であれば、木炭の第１のフラクションを、それ
が同伴される熱ガスから回収することもできる。第１の
フラクションの回収は、従来の気体−固体分離法によっ
て行うことができ、例えば、水性スクラバー中での濾過
やサイクロン中での濾過などがある。必要であれば、熱
ガスの温度をサイクロンへの導入に適したレベルにまで
下げるために、熱ガスに水やスチームを加えることがで
きる。
【００１６】第１のフラクションと共に分離された熱ガ
スは燃焼させることができ、こうして得られる燃焼生成
物を使用してスチームを発生させることができる。これ
とは別に、ガスタービンの一部を形成する燃焼チャンバ
ー中で熱ガスを燃焼させることもできる。必要であれ
ば、このような燃焼の上流にて、例えば加圧窒素の流れ
との間接的な熱交換によって、熱ガスから熱を回収する
ことができる。加圧窒素の流れは、このような熱交換の
下流にて、外部仕事の実施を伴ってタービン中で膨張さ
せることができる。例えば、オルタネータに連結されて
いるタービン中で膨張を行うことができ、その結果電力
を発生させることができる。
スは燃焼させることができ、こうして得られる燃焼生成
物を使用してスチームを発生させることができる。これ
とは別に、ガスタービンの一部を形成する燃焼チャンバ
ー中で熱ガスを燃焼させることもできる。必要であれ
ば、このような燃焼の上流にて、例えば加圧窒素の流れ
との間接的な熱交換によって、熱ガスから熱を回収する
ことができる。加圧窒素の流れは、このような熱交換の
下流にて、外部仕事の実施を伴ってタービン中で膨張さ
せることができる。例えば、オルタネータに連結されて
いるタービン中で膨張を行うことができ、その結果電力
を発生させることができる。
【００１７】従来の手段を使用して、前記木炭の一部を
主反応器から第２の反応器に移送することができる。
主反応器から第２の反応器に移送することができる。
【００１８】溶鉱炉にて鉄を製造する例においては、鉄
鉱石の粒子が、炉の羽口を通して炉中に導入される。一
般には、鉄鉱石全供給量の最大１０％までを羽口を通し
て導入することができる。
鉱石の粒子が、炉の羽口を通して炉中に導入される。一
般には、鉄鉱石全供給量の最大１０％までを羽口を通し
て導入することができる。
【００１９】本発明の方法は、金属鉱石から還元性ガス
との反応によって金属（例えば鉄）を製造するのに特に
適用可能である。したがって主反応器は溶鉱炉を含んで
もよい。本発明の方法は、コークスと鉄鉱石を含んだ床
を高炉中に設ける工程、および高温空気のブラストを前
記床の下方で且つ前記床と隣接している酸化区域に供給
する工程を含み、このとき前記木炭の一部および前記の
酸素もしくは酸素富化空気が前記酸化区域に導入され
る。
との反応によって金属（例えば鉄）を製造するのに特に
適用可能である。したがって主反応器は溶鉱炉を含んで
もよい。本発明の方法は、コークスと鉄鉱石を含んだ床
を高炉中に設ける工程、および高温空気のブラストを前
記床の下方で且つ前記床と隣接している酸化区域に供給
する工程を含み、このとき前記木炭の一部および前記の
酸素もしくは酸素富化空気が前記酸化区域に導入され
る。
【００２０】しかしながら、本発明の方法は、溶鉱炉に
て鉄を製造するという用途に限定されない。本発明の方
法は、コレックス法（Ｃｏｒｅｘ ｐｒｏｃｅｓｓ）に
よる鉄の製造にも適用可能である。コレックス法におい
ては、主反応器が別個の二段階を有する。第１の段階に
おいては、還元性ガスによる鉄鉱石の還元によって鉄が
生成される。第２の段階においては、鉄が溶融され、そ
して第１段階において使用される還元性ガスを形成する
よう石炭がガス化される。本発明の方法を適用するに際
しては、前記木炭の一部および酸素富化空気もしくは高
純度酸素が第２段階に導入される。したがって、石炭の
消費量を減らすことができ、また溶融鉄を他の方法より
高い温度で生成させることができる。
て鉄を製造するという用途に限定されない。本発明の方
法は、コレックス法（Ｃｏｒｅｘ ｐｒｏｃｅｓｓ）に
よる鉄の製造にも適用可能である。コレックス法におい
ては、主反応器が別個の二段階を有する。第１の段階に
おいては、還元性ガスによる鉄鉱石の還元によって鉄が
生成される。第２の段階においては、鉄が溶融され、そ
して第１段階において使用される還元性ガスを形成する
よう石炭がガス化される。本発明の方法を適用するに際
しては、前記木炭の一部および酸素富化空気もしくは高
純度酸素が第２段階に導入される。したがって、石炭の
消費量を減らすことができ、また溶融鉄を他の方法より
高い温度で生成させることができる。
【００２１】これとは別に、必要であれば、主反応器は
電気アーク炉であっても他の融解炉であってもよい。炉
中で生成される溶融体の表面の下に酸素または酸素富化
空気が導入される。前記木炭の一部が、溶融すべき金属
を含んだ装入物の一部として炉中に導入される。必要で
あれば、金属の少なくとも一部を、金属鉱石の還元によ
ってその場で形成させることもできる。
電気アーク炉であっても他の融解炉であってもよい。炉
中で生成される溶融体の表面の下に酸素または酸素富化
空気が導入される。前記木炭の一部が、溶融すべき金属
を含んだ装入物の一部として炉中に導入される。必要で
あれば、金属の少なくとも一部を、金属鉱石の還元によ
ってその場で形成させることもできる。
【００２２】以下に添付図面を参照しつつ本発明の方法
と装置を説明する。
と装置を説明する。
【００２３】図１を参照すると、図示の装置は第２の反
応器２と主反応器４を含んでいる。第２の反応器２にお
いて、粗砕石炭を、一酸化炭素と水素を燃焼性ガスとし
て含有した粒状木炭／熱ガス混合物に転化させる。粒状
石炭（一般には１〜３ｍｍの平均粒径を有する）を、入
口６を介して第２の反応器２に供給する。石炭は適切な
手段（一般には、中性雰囲気、還元性雰囲気、さらには
空気中における空気圧移送を含む）によって入口６に搬
送することができる。石炭６は、第２の反応器２におい
て、入口８を介して供給される空気と混合される。第２
の反応器２が所定の温度（一般には５００〜１０００
℃）に保持され、石炭と空気の第２の反応器２への相対
的な流入速度が、石炭の部分酸化が起こるよう選択され
る。第２の反応器２への空気供給物は一般に、０．５〜
５容量％の二酸化炭素を含有した熱ガスの生成を犠牲に
しても、炭化水素の形成を最小限に抑えるよう選択され
る。多くの異なった化学反応が起こる。メインの反応と
しては、揮発性炭化水素の生成；固体炭素の二酸化炭素
への酸化；揮発した炭化水素の二酸化炭素と水蒸気への
酸化；炭素による二酸化炭素の一酸化炭素への還元；お
よび水蒸気と炭素とが反応して一酸化炭素と水素を形成
する反応；などがある。さらに、一酸化炭素と水蒸気と
の間の、二酸化炭素と水素を形成する可逆反応も起こ
る。これらの反応は、以下のような式によって表され
る。
応器２と主反応器４を含んでいる。第２の反応器２にお
いて、粗砕石炭を、一酸化炭素と水素を燃焼性ガスとし
て含有した粒状木炭／熱ガス混合物に転化させる。粒状
石炭（一般には１〜３ｍｍの平均粒径を有する）を、入
口６を介して第２の反応器２に供給する。石炭は適切な
手段（一般には、中性雰囲気、還元性雰囲気、さらには
空気中における空気圧移送を含む）によって入口６に搬
送することができる。石炭６は、第２の反応器２におい
て、入口８を介して供給される空気と混合される。第２
の反応器２が所定の温度（一般には５００〜１０００
℃）に保持され、石炭と空気の第２の反応器２への相対
的な流入速度が、石炭の部分酸化が起こるよう選択され
る。第２の反応器２への空気供給物は一般に、０．５〜
５容量％の二酸化炭素を含有した熱ガスの生成を犠牲に
しても、炭化水素の形成を最小限に抑えるよう選択され
る。多くの異なった化学反応が起こる。メインの反応と
しては、揮発性炭化水素の生成；固体炭素の二酸化炭素
への酸化；揮発した炭化水素の二酸化炭素と水蒸気への
酸化；炭素による二酸化炭素の一酸化炭素への還元；お
よび水蒸気と炭素とが反応して一酸化炭素と水素を形成
する反応；などがある。さらに、一酸化炭素と水蒸気と
の間の、二酸化炭素と水素を形成する可逆反応も起こ
る。これらの反応は、以下のような式によって表され
る。
【００２４】Ｃ（固体） ＋ Ｏ2 → ＣＯ2 ＣnＨy（固体） → ＣnＨy（ガス） ＣnＨy（ガス） ＋ （４ ｎ＋１）Ｏ2／２ → ｎ
ＣＯ2 ＋ ｙＨ2Ｏ ＣＯ2 ＋ Ｃ → ２ＣＯ Ｃ ＋ Ｈ2Ｏ → ＣＯ ＋ Ｈ2 ＣＯ ＋ Ｈ2Ｏ ＝ ＣＯ2 ＋ Ｈ2 元素状炭素が関与する反応は、他の反応よりはるかに遅
く進行する。主たる反応は、炭化水素類の生成と、これ
らの炭化水素類の一酸化炭素と二酸化炭素への酸化であ
る。種々のガス状不純物（例えば硫化水素やアンモニ
ア）も少量形成される。
ＣＯ2 ＋ ｙＨ2Ｏ ＣＯ2 ＋ Ｃ → ２ＣＯ Ｃ ＋ Ｈ2Ｏ → ＣＯ ＋ Ｈ2 ＣＯ ＋ Ｈ2Ｏ ＝ ＣＯ2 ＋ Ｈ2 元素状炭素が関与する反応は、他の反応よりはるかに遅
く進行する。主たる反応は、炭化水素類の生成と、これ
らの炭化水素類の一酸化炭素と二酸化炭素への酸化であ
る。種々のガス状不純物（例えば硫化水素やアンモニ
ア）も少量形成される。
【００２５】石炭の組成、反応器２の温度、および反応
器２に反応物を供給する相対速度に応じて、一般には４
〜５ＭＪ／ｍ3の範囲の発熱量を有する熱ガスが生成さ
れる。典型的な組成は次のとおりである。
器２に反応物を供給する相対速度に応じて、一般には４
〜５ＭＪ／ｍ3の範囲の発熱量を有する熱ガスが生成さ
れる。典型的な組成は次のとおりである。
【００２６】 この流れの組成はあまり重要なことではない。
【００２７】本発明の方法の１つの利点は、溶鉱炉ガス
のそれより大きな発熱量を有する熱ガスが生成されると
いう点である。さらに、熱ガスを所望の速度および所望
の発熱量にて生成させながら、主反応器４の運転条件の
変化に応じて、一般には第２の反応器２の運転条件を変
えることが可能である。したがって、発熱量が変動する
結果、ガスを燃焼させるために下流の装置を作動させる
際に生じる問題が最小限に抑えられる。
のそれより大きな発熱量を有する熱ガスが生成されると
いう点である。さらに、熱ガスを所望の速度および所望
の発熱量にて生成させながら、主反応器４の運転条件の
変化に応じて、一般には第２の反応器２の運転条件を変
えることが可能である。したがって、発熱量が変動する
結果、ガスを燃焼させるために下流の装置を作動させる
際に生じる問題が最小限に抑えられる。
【００２８】必要であれば、入口８を介して第２の反応
器２に供給される空気を予備加熱してもよいが、これは
一般には不必要である。なぜなら、関与している化学反
応の正味の発熱特性により、一般にはこのような予備加
熱を行わなくても好ましい反応温度を保持できるからで
ある。これとは別に、入口１０を介して第２の反応器２
に工業的純度の酸素（または酸素富化空気）を導入する
ことによって（あるいは入口８の上流でこのような酸素
と空気とをプレミックスすることによって）、空気中の
酸素含量を高めることができるけれども、この方策も同
じ理由で好ましくない。入口６を介しての外部供給源か
らの反応物として、水やスチームを加えることもでき
る。これとは別に、入口８にてまたは入口８の上流に
て、水やスチームを空気とプレミックスしてもよい。水
やスチームはさらに、温度調節体として機能し、これら
を制御された状態で加えることにより、反応器２中の温
度を調節することができる。
器２に供給される空気を予備加熱してもよいが、これは
一般には不必要である。なぜなら、関与している化学反
応の正味の発熱特性により、一般にはこのような予備加
熱を行わなくても好ましい反応温度を保持できるからで
ある。これとは別に、入口１０を介して第２の反応器２
に工業的純度の酸素（または酸素富化空気）を導入する
ことによって（あるいは入口８の上流でこのような酸素
と空気とをプレミックスすることによって）、空気中の
酸素含量を高めることができるけれども、この方策も同
じ理由で好ましくない。入口６を介しての外部供給源か
らの反応物として、水やスチームを加えることもでき
る。これとは別に、入口８にてまたは入口８の上流に
て、水やスチームを空気とプレミックスしてもよい。水
やスチームはさらに、温度調節体として機能し、これら
を制御された状態で加えることにより、反応器２中の温
度を調節することができる。
【００２９】第２の反応器２は、どのような形態のもの
でもよい。しかしながら、生成した木炭は、別の容器よ
りむしろ第２の反応器２自体において、比較的微細な粒
子を含んだ第１のフラクションと、比較的粗い粒子を含
んだ第２のフラクションに分けるのが好ましい。したが
って、流入石炭粒子の部分酸化は床中にて行うのが好ま
しく、床から流れ出るガス状燃焼生成物は、生成した木
炭の最も微細な粒子を洗い流す。このような粒子は一般
に、０．１ｍｍ〜４００メッシュ（ＵＳメッシュサイズ
？）以下の範囲のサイズを有する。したがって、比較的
粗い粒子の残りのフラクションは床中に残留し、床から
間欠的に、あるいは好ましくは連続的に抜き取ることが
できる。
でもよい。しかしながら、生成した木炭は、別の容器よ
りむしろ第２の反応器２自体において、比較的微細な粒
子を含んだ第１のフラクションと、比較的粗い粒子を含
んだ第２のフラクションに分けるのが好ましい。したが
って、流入石炭粒子の部分酸化は床中にて行うのが好ま
しく、床から流れ出るガス状燃焼生成物は、生成した木
炭の最も微細な粒子を洗い流す。このような粒子は一般
に、０．１ｍｍ〜４００メッシュ（ＵＳメッシュサイズ
？）以下の範囲のサイズを有する。したがって、比較的
粗い粒子の残りのフラクションは床中に残留し、床から
間欠的に、あるいは好ましくは連続的に抜き取ることが
できる。
【００３０】第２の反応器２中に形成される粒状木炭の
床は流動床であるのが好ましい。第２の反応器２は、床
中における木炭の比較的長い滞留時間を助長して、石炭
の完全な揮発分除去と、粗い木炭粒子を含んだ第２のフ
ラクションの抜き取りが容易になるような形状にするの
が好ましい。比較的長い滞留時間を得るために、流動床
は非流動床容積の１０〜３０％膨張するのが好ましく、
また噴流床やクレーター床のタイプであってもよく、床
内にてガスや粒子を再循環できるものであってもよい。
床は流動床であるのが好ましい。第２の反応器２は、床
中における木炭の比較的長い滞留時間を助長して、石炭
の完全な揮発分除去と、粗い木炭粒子を含んだ第２のフ
ラクションの抜き取りが容易になるような形状にするの
が好ましい。比較的長い滞留時間を得るために、流動床
は非流動床容積の１０〜３０％膨張するのが好ましく、
また噴流床やクレーター床のタイプであってもよく、床
内にてガスや粒子を再循環できるものであってもよい。
【００３１】熱ガスの第１の流れは、出口１４を介して
第２反応器２の頂部から抜き取られる。この流れは、そ
の中に石炭木炭（ｃｏａｌ ｃｈａｒ）の粒子の第１の
フラクションを同伴している。熱ガスの第２の流れは、
出口１６を介して第２の反応器２の側部から抜き取られ
る。石炭木炭の第２のフラクションが、出口１６を介し
て熱ガスの第２の流れと共に抜き取られる。一般に、第
１のフラクションは、第１と第２のフラクションを合わ
せたトータル重量の１０重量％未満を構成する。これ
は、木炭の微細粒子だけが、熱ガスの第１の流れと共に
反応器２から外に移送されるからである。第２の反応器
２から外へ出る熱ガスの第１の流れの流量は、熱ガスの
第２の流れの流量より実質的に多くなるよう調整され
る。
第２反応器２の頂部から抜き取られる。この流れは、そ
の中に石炭木炭（ｃｏａｌ ｃｈａｒ）の粒子の第１の
フラクションを同伴している。熱ガスの第２の流れは、
出口１６を介して第２の反応器２の側部から抜き取られ
る。石炭木炭の第２のフラクションが、出口１６を介し
て熱ガスの第２の流れと共に抜き取られる。一般に、第
１のフラクションは、第１と第２のフラクションを合わ
せたトータル重量の１０重量％未満を構成する。これ
は、木炭の微細粒子だけが、熱ガスの第１の流れと共に
反応器２から外に移送されるからである。第２の反応器
２から外へ出る熱ガスの第１の流れの流量は、熱ガスの
第２の流れの流量より実質的に多くなるよう調整され
る。
【００３２】熱ガスの第１の流れは、多くの異なった使
い方が可能である。例えば、最終的に燃焼させ、得られ
た燃焼生成物を使用してスチームを生成させることがで
きる。さらに、鉄の直接還元に使用することもできる。
熱ガスの第１の流れは、熱交換器（図１には示されてい
ない）において回収される顕熱を有してもよく、また必
要であれば、サイクロン（これも図１には示されていな
い）において遊離される木炭粒子の第１のフラクション
を有してもよい。（これとは別に、木炭粒子は、濾過に
よって、あるいは水性スクラバーにて分離することもで
きる。）さらに、ガスの第１の流れをその燃焼の上流に
て処理して、窒素やイオウの酸化物を除去し、流れを乾
燥することができる。熱ガスは通常、ある時間にわたっ
て一定の発熱量となるまで生成される。
い方が可能である。例えば、最終的に燃焼させ、得られ
た燃焼生成物を使用してスチームを生成させることがで
きる。さらに、鉄の直接還元に使用することもできる。
熱ガスの第１の流れは、熱交換器（図１には示されてい
ない）において回収される顕熱を有してもよく、また必
要であれば、サイクロン（これも図１には示されていな
い）において遊離される木炭粒子の第１のフラクション
を有してもよい。（これとは別に、木炭粒子は、濾過に
よって、あるいは水性スクラバーにて分離することもで
きる。）さらに、ガスの第１の流れをその燃焼の上流に
て処理して、窒素やイオウの酸化物を除去し、流れを乾
燥することができる。熱ガスは通常、ある時間にわたっ
て一定の発熱量となるまで生成される。
【００３３】反応器２の運転を開始させるために、１つ
以上のバーナー（図示せず）を使用して所望の運転温度
に予備加熱される。いったん所望の運転温度が達成され
ると、バーナーの作動が停止する。
以上のバーナー（図示せず）を使用して所望の運転温度
に予備加熱される。いったん所望の運転温度が達成され
ると、バーナーの作動が停止する。
【００３４】粒状木炭の第２のフラクションを第２の反
応器２から連続的に抜き取って、これを、第２の反応器
２を出るときの温度と実質的に同じ温度にて主反応器４
中に連続的に導入できるようにするのが望ましい。主反
応器４は、例えば、コレックスプラントのガス化融解炉
（ｇａｓｉｆｉｅｒ／ｍｅｌｔｅｒ）、金属融解炉（例
えば電気アーク炉）、または金属鉱石溶解炉によって与
えられる。しかしながら、本発明の方法は、溶鉱炉の操
作に対して特に適している。したがって、主反応器４は
溶鉱炉であってもよい。主反応器４は通常、反応器２よ
り実質的に高い温度にて作動する。鉄を製造するのに使
用される溶鉱炉の例においては、２１００〜２２００℃
の範囲の最大温度が使用される。したがって、粒状石炭
木炭の第２のフラクションは、導管１８を通って入口２
０を介して反応器４に直接供給されるのが好ましい。こ
のとき滞留時間が長くなることはなく、この滞留時間中
に顕熱が失われる。木炭の第２のフラクションは、反応
器２において高温で生成されるので、火災や爆発の危険
性が最小限に抑えられるよう、第２のフラクションは還
元性もしくは中性のガス媒体中で入口２０に移送される
のが好ましい。反応器２から出口１６を介して抜き取ら
れる熱ガスの第２の流れは、キャリヤーガスとして使用
することができる。必要であれば、反応器２から反応器
４への第２のフラクションの流れは、重力作用によって
促進させることができる。
応器２から連続的に抜き取って、これを、第２の反応器
２を出るときの温度と実質的に同じ温度にて主反応器４
中に連続的に導入できるようにするのが望ましい。主反
応器４は、例えば、コレックスプラントのガス化融解炉
（ｇａｓｉｆｉｅｒ／ｍｅｌｔｅｒ）、金属融解炉（例
えば電気アーク炉）、または金属鉱石溶解炉によって与
えられる。しかしながら、本発明の方法は、溶鉱炉の操
作に対して特に適している。したがって、主反応器４は
溶鉱炉であってもよい。主反応器４は通常、反応器２よ
り実質的に高い温度にて作動する。鉄を製造するのに使
用される溶鉱炉の例においては、２１００〜２２００℃
の範囲の最大温度が使用される。したがって、粒状石炭
木炭の第２のフラクションは、導管１８を通って入口２
０を介して反応器４に直接供給されるのが好ましい。こ
のとき滞留時間が長くなることはなく、この滞留時間中
に顕熱が失われる。木炭の第２のフラクションは、反応
器２において高温で生成されるので、火災や爆発の危険
性が最小限に抑えられるよう、第２のフラクションは還
元性もしくは中性のガス媒体中で入口２０に移送される
のが好ましい。反応器２から出口１６を介して抜き取ら
れる熱ガスの第２の流れは、キャリヤーガスとして使用
することができる。必要であれば、反応器２から反応器
４への第２のフラクションの流れは、重力作用によって
促進させることができる。
【００３５】主反応器４の操作に関して、主反応器が溶
鉱炉であるとき、一般にはコークスと鉄鉱石を含んだ床
（図示せず）がその中に保持される。粒状木炭粒子の第
２のフラクションが、主反応器４における床の下方の実
質的にガス状の酸化性区域または火炎区域に入る。した
がって木炭粒子は、速やかに燃焼して二酸化炭素を形成
する。いくらかの灰も形成される。二酸化炭素はそれ自
体速やかに炭素と反応して一酸化炭素と反応し、一酸化
炭素は、鉄の製造において鉄鉱石を金属鉄に還元する。
基本的な反応は以下のような式で表される。
鉱炉であるとき、一般にはコークスと鉄鉱石を含んだ床
（図示せず）がその中に保持される。粒状木炭粒子の第
２のフラクションが、主反応器４における床の下方の実
質的にガス状の酸化性区域または火炎区域に入る。した
がって木炭粒子は、速やかに燃焼して二酸化炭素を形成
する。いくらかの灰も形成される。二酸化炭素はそれ自
体速やかに炭素と反応して一酸化炭素と反応し、一酸化
炭素は、鉄の製造において鉄鉱石を金属鉄に還元する。
基本的な反応は以下のような式で表される。
【００３６】Ｃ ＋ Ｏ2 ＝ ＣＯ2 ＣＯ2 ＋ Ｃ ＝ ２ＣＯ ２Ｆ2Ｏ3 ＋ ３ＣＯ ＝ ２Ｆｅ ＋ ３ＣＯ2 溶鉱炉操作の当技術者には容易にわかることであるが、
溶鉱炉においては他の多くの化学反応が起こる。しかし
ながら、要するに溶鉱炉の生成物は、溶融鉄、炉の底部
から抜き取られるスラグ、および炉の頂部から抜き取ら
れる還元性ガスである。
溶鉱炉においては他の多くの化学反応が起こる。しかし
ながら、要するに溶鉱炉の生成物は、溶融鉄、炉の底部
から抜き取られるスラグ、および炉の頂部から抜き取ら
れる還元性ガスである。
【００３７】反応器４内に必要な高温燃焼条件を得るた
めに、空気のブラストが入口２２を介して反応器４に供
給される。空気は、１０００〜１２００℃の範囲の温度
に予備加熱するのが好ましい。さらに、高純度酸素また
は酸素富化空気（好ましくは少なくとも９０％純度）の
流れが、入口２４を介して反応器４に噴射される。一般
には、反応器４には複数の羽口（図１には示されていな
い）が設けられており、各羽口は、入口２０、入口２
２、および入口２４に対応した別個の通路を有してい
る。これとは別に、酸素を空気とプレミックスしてもよ
い。一般には、空気と酸素の反応器４への相対的な通過
速度は、実際、空気中の酸素濃度が２５〜３０容量％の
範囲の値に上昇するような速度である。
めに、空気のブラストが入口２２を介して反応器４に供
給される。空気は、１０００〜１２００℃の範囲の温度
に予備加熱するのが好ましい。さらに、高純度酸素また
は酸素富化空気（好ましくは少なくとも９０％純度）の
流れが、入口２４を介して反応器４に噴射される。一般
には、反応器４には複数の羽口（図１には示されていな
い）が設けられており、各羽口は、入口２０、入口２
２、および入口２４に対応した別個の通路を有してい
る。これとは別に、酸素を空気とプレミックスしてもよ
い。一般には、空気と酸素の反応器４への相対的な通過
速度は、実際、空気中の酸素濃度が２５〜３０容量％の
範囲の値に上昇するような速度である。
【００３８】木炭は第２の反応器２において実質的に揮
発分除去されるので、揮発分の完全燃焼のために主反応
器４において必要とされる酸素量は、石炭の供給によっ
て完全に満たされるべき炭素に対してトータルとして必
要とされる量より少ない。さらに、主反応器４にかかる
熱負荷は、主として第２の反応器２における揮発分除去
の結果として減少するが、しかし木炭が高温にて主反応
器４に供給される。第２の反応器２を運転することによ
り生じるさらなる利点は、揮発性炭化水素の生成が第２
の反応器２において起こり、主反応器４においては起こ
らないということである。このように揮発性炭化水素の
ほとんどを主反応器４から排除することによって、この
ような揮発性炭化水素の分解の結果生じる煤の付着が低
く抑えられる。このような付着が起こると、溶鉱炉にお
いては装入物の透過が妨げられ、その効率的な運転が損
なわれる。さらに、主反応器４の上流にて木炭の微細粒
子が分離されると、これら粒子の反応器４への移送が妨
げられる。
発分除去されるので、揮発分の完全燃焼のために主反応
器４において必要とされる酸素量は、石炭の供給によっ
て完全に満たされるべき炭素に対してトータルとして必
要とされる量より少ない。さらに、主反応器４にかかる
熱負荷は、主として第２の反応器２における揮発分除去
の結果として減少するが、しかし木炭が高温にて主反応
器４に供給される。第２の反応器２を運転することによ
り生じるさらなる利点は、揮発性炭化水素の生成が第２
の反応器２において起こり、主反応器４においては起こ
らないということである。このように揮発性炭化水素の
ほとんどを主反応器４から排除することによって、この
ような揮発性炭化水素の分解の結果生じる煤の付着が低
く抑えられる。このような付着が起こると、溶鉱炉にお
いては装入物の透過が妨げられ、その効率的な運転が損
なわれる。さらに、主反応器４の上流にて木炭の微細粒
子が分離されると、これら粒子の反応器４への移送が妨
げられる。
【００３９】図２を参照すると、石炭が入口３４を介し
て流動床反応器３０に供給され、流動床反応器３０で
は、緻密な相を有する流動床３２が７５０℃の温度に保
持されている。石炭は通常、窒素ガスまたは空気中での
懸濁物のかたちで反応器に供給される。一般には、石炭
２３．３重量部当たり約１重量部の窒素が使用される
（あるいは１容量部の石炭に対して３容量部の窒素）。
一般には、窒素キャリヤーガスが３〜６バール（絶対）
のオーダーの圧力にて使用される。
て流動床反応器３０に供給され、流動床反応器３０で
は、緻密な相を有する流動床３２が７５０℃の温度に保
持されている。石炭は通常、窒素ガスまたは空気中での
懸濁物のかたちで反応器に供給される。一般には、石炭
２３．３重量部当たり約１重量部の窒素が使用される
（あるいは１容量部の石炭に対して３容量部の窒素）。
一般には、窒素キャリヤーガスが３〜６バール（絶対）
のオーダーの圧力にて使用される。
【００４０】入口３６を介して反応器３０の底部に導入
される空気の流れによって、床３２が流動される。空気
の供給圧力は通常、３〜６バール（絶対）のオーダーで
ある。一般に、反応器３０に導入される空気対石炭の質
量比は１：１．４のオーダーである。このような運転条
件下においては、反応器内の温度を７５０℃の選定温度
に保持するよう、一般には反応器３０に水を導入するの
が望ましい。したがって、石炭が搬送される窒素ガスに
水またはスチームを加えてもよい。必要であれば、床３
２の温度を測定する温度センサー（図示せず）によっ
て、水を加える速度を制御することができる。床３２に
おいては、図１に示した反応器２に関して説明した種類
の一連の反応が起こり、その正味の結果は、石炭が揮発
分除去され、そして木炭に転化されることであり、この
とき同時に、主として窒素、水素、一酸化炭素、二酸化
炭素、および水蒸気を含んだ熱ガスが形成される。一般
には石炭は、その組成に応じて、反応器３０内の揮発分
除去によって２０〜６０％程度の重量損失を受ける。熱
ガスは一般に約４．２ＭＪ／ｍ3の発熱量を有するが、
燃焼していない炭化水素が存在すると、その発熱量を実
質的に増大させる。こうして生成する熱ガスのほとんど
は、流動床３２の上部を通り、出口４０を介して反応器
３０を出る。このガス流れは、熱ガスの第１の流れを構
成する。この第１のガス流れは、その中に、床３２から
洗い流された石炭木炭の微細粒子を含んだ第１のフラク
ションを同伴している。石炭木炭の第２のフラクション
が、入口３４より高いレベルにて出口４２を介して床３
２から抜き取られる。床３２において形成される熱ガス
の一部が、出口４２を介して石炭木炭の第２のフラクシ
ョンを含んだ第２の流れとして出ていく。一般には、反
応器３０において形成される石炭木炭の約９９重量％が
第２のフラクションとして取り出され、約１重量％が第
１のフラクションとして取り出される。そして燃焼によ
るガス状生成物の少なくとも７５％が、出口４０を介し
て反応器３０から流れ出る。熱ガスの第１の流れがサイ
クロン４４に流れ、そこで同伴されていた木炭の粒子が
遊離される。こうして得られる微細炭素生成物を、例え
ば燃焼させて熱を生成させることができる。（しかしな
がら、必要に応じて、サイクロンは取り除いてもよ
い。）炭素の粒子が遊離された第１の熱ガス流れはスク
ラビング装置へと進み、そこでイオウ酸化物や窒素酸化
物等の不純物が除去される。装置４６はさらに、ガス流
れから水蒸気含量のほとんどを取り除くよう作動しうる
凝縮器を含んでもよい。このようにして得られた清浄化
ガスは次いでボイラー４８に進み、そこでスチームを生
成するよう使用される。これとは別に、清浄化ガスをガ
スタービン（図示せず）の燃焼チャンバーに通し、得ら
れる燃焼生成物を膨張させることができる。このガスタ
ービンを使用して電力を発生させることができる。
される空気の流れによって、床３２が流動される。空気
の供給圧力は通常、３〜６バール（絶対）のオーダーで
ある。一般に、反応器３０に導入される空気対石炭の質
量比は１：１．４のオーダーである。このような運転条
件下においては、反応器内の温度を７５０℃の選定温度
に保持するよう、一般には反応器３０に水を導入するの
が望ましい。したがって、石炭が搬送される窒素ガスに
水またはスチームを加えてもよい。必要であれば、床３
２の温度を測定する温度センサー（図示せず）によっ
て、水を加える速度を制御することができる。床３２に
おいては、図１に示した反応器２に関して説明した種類
の一連の反応が起こり、その正味の結果は、石炭が揮発
分除去され、そして木炭に転化されることであり、この
とき同時に、主として窒素、水素、一酸化炭素、二酸化
炭素、および水蒸気を含んだ熱ガスが形成される。一般
には石炭は、その組成に応じて、反応器３０内の揮発分
除去によって２０〜６０％程度の重量損失を受ける。熱
ガスは一般に約４．２ＭＪ／ｍ3の発熱量を有するが、
燃焼していない炭化水素が存在すると、その発熱量を実
質的に増大させる。こうして生成する熱ガスのほとんど
は、流動床３２の上部を通り、出口４０を介して反応器
３０を出る。このガス流れは、熱ガスの第１の流れを構
成する。この第１のガス流れは、その中に、床３２から
洗い流された石炭木炭の微細粒子を含んだ第１のフラク
ションを同伴している。石炭木炭の第２のフラクション
が、入口３４より高いレベルにて出口４２を介して床３
２から抜き取られる。床３２において形成される熱ガス
の一部が、出口４２を介して石炭木炭の第２のフラクシ
ョンを含んだ第２の流れとして出ていく。一般には、反
応器３０において形成される石炭木炭の約９９重量％が
第２のフラクションとして取り出され、約１重量％が第
１のフラクションとして取り出される。そして燃焼によ
るガス状生成物の少なくとも７５％が、出口４０を介し
て反応器３０から流れ出る。熱ガスの第１の流れがサイ
クロン４４に流れ、そこで同伴されていた木炭の粒子が
遊離される。こうして得られる微細炭素生成物を、例え
ば燃焼させて熱を生成させることができる。（しかしな
がら、必要に応じて、サイクロンは取り除いてもよ
い。）炭素の粒子が遊離された第１の熱ガス流れはスク
ラビング装置へと進み、そこでイオウ酸化物や窒素酸化
物等の不純物が除去される。装置４６はさらに、ガス流
れから水蒸気含量のほとんどを取り除くよう作動しうる
凝縮器を含んでもよい。このようにして得られた清浄化
ガスは次いでボイラー４８に進み、そこでスチームを生
成するよう使用される。これとは別に、清浄化ガスをガ
スタービン（図示せず）の燃焼チャンバーに通し、得ら
れる燃焼生成物を膨張させることができる。このガスタ
ービンを使用して電力を発生させることができる。
【００４１】出口４２を介して反応器３０から抜き取ら
れた、石炭木炭の比較的粗い粒子を含んだ第２のフラク
ションは、溶鉱炉５０の羽口５２に送られる。（図２に
は１つだけの羽口５２が示してある。）石炭木炭が、羽
口５２を介して溶鉱炉５０のレースウェイ５４中に噴射
される。レースウェイは、コークス、酸化鉄、および石
灰石もしくは他のフラックス成分を含んだ床もしくはバ
ーデン（ｂｕｒｄｅｎ）５６に隣接している。
れた、石炭木炭の比較的粗い粒子を含んだ第２のフラク
ションは、溶鉱炉５０の羽口５２に送られる。（図２に
は１つだけの羽口５２が示してある。）石炭木炭が、羽
口５２を介して溶鉱炉５０のレースウェイ５４中に噴射
される。レースウェイは、コークス、酸化鉄、および石
灰石もしくは他のフラックス成分を含んだ床もしくはバ
ーデン（ｂｕｒｄｅｎ）５６に隣接している。
【００４２】羽口５２はさらに、パイプライン５８から
１１００℃の温度に予備加熱された空気の流れが、また
パイプライン６０から最大１０容量％までのガス状不純
物を含有した酸素の流れが供給される。木炭の粒子は、
炉５０のレースウェイ５４に入るまで、酸素や予備加熱
空気とは離しておく。レースウェイ５４においては比較
的強い燃焼が起こり、一般には約２１６０℃の温度が得
られる。このような環境においては、木炭粒子の過半量
が灰とガス状燃焼生成物とに転化される。レースウェイ
５４とバーデン５６において起こる主な反応は次のとお
りである。
１１００℃の温度に予備加熱された空気の流れが、また
パイプライン６０から最大１０容量％までのガス状不純
物を含有した酸素の流れが供給される。木炭の粒子は、
炉５０のレースウェイ５４に入るまで、酸素や予備加熱
空気とは離しておく。レースウェイ５４においては比較
的強い燃焼が起こり、一般には約２１６０℃の温度が得
られる。このような環境においては、木炭粒子の過半量
が灰とガス状燃焼生成物とに転化される。レースウェイ
５４とバーデン５６において起こる主な反応は次のとお
りである。
【００４３】Ｃ ＋ Ｏ2 ＝ ＣＯ2 Ｃ ＋ ＣＯ2 ＝ ２ＣＯ ＣＯ ＋ ＦｅＯ ＝ ＣＯ2 ＋ ２Ｆｅ 水蒸気や水素が関与する反応も含めて、他のいくつかの
反応が起こることは周知のとおりである。
反応が起こることは周知のとおりである。
【００４４】要するに、溶鉱炉５０の操作は殆ど従来ど
うりである。一酸化炭素による鉄鉱石の還元の結果とし
て形成される鉄が、レースウェイにおける炭素の燃焼に
よってつくりだされる強熱の結果として溶融され、こう
して得られる溶融鉄が、出口６２を介して炉の底部から
取り出される。さらに、溶融スラグが溶融鉄の表面上に
集まり、出口６４を介して取り出される。バーデン５６
の底部は、レースウェイ５４においてつくりだされる強
い燃焼区域にて連続的に消費されるので、炉５０のシャ
フト中にフレッシュな装入物がその頂部から時々装入さ
れる。さらに、溶鉱炉ガスが炉５０の頂部から流れ出て
捕集される。
うりである。一酸化炭素による鉄鉱石の還元の結果とし
て形成される鉄が、レースウェイにおける炭素の燃焼に
よってつくりだされる強熱の結果として溶融され、こう
して得られる溶融鉄が、出口６２を介して炉の底部から
取り出される。さらに、溶融スラグが溶融鉄の表面上に
集まり、出口６４を介して取り出される。バーデン５６
の底部は、レースウェイ５４においてつくりだされる強
い燃焼区域にて連続的に消費されるので、炉５０のシャ
フト中にフレッシュな装入物がその頂部から時々装入さ
れる。さらに、溶鉱炉ガスが炉５０の頂部から流れ出て
捕集される。
【００４５】前述したように、溶鉱炉５０の操作は実質
的に従来どおりであるけれども、羽口５２を介して炉５
０中に木炭の粒子を噴射することによって、ある特定の
変化が可能となる。特に、コークスの消費速度が減少す
る。例えば、生成される高温金属１トン当たり４８０ｋ
ｇの割合でコークスを、そして６０ｋｇの割合で石炭を
供給する溶鉱炉は、例えば、木炭を７５０℃の温度にて
羽口５２を介して炉５０中に噴射し、酸素を高温金属１
トン当たり５０ｋｇの割合（このような酸素導入割合
は、羽口を介して炉中に入る酸素分子のトータル流れの
８％になる）にて炉５０中に導入するとき、そのコーク
ス供給割合を、高温金属１トン当たり約３６０ｋｇにま
で減少させる。こうした条件下にて生成される溶鉱炉ガ
スの発熱量は２．５ＭＪ／ｍ3のオーダーである。
的に従来どおりであるけれども、羽口５２を介して炉５
０中に木炭の粒子を噴射することによって、ある特定の
変化が可能となる。特に、コークスの消費速度が減少す
る。例えば、生成される高温金属１トン当たり４８０ｋ
ｇの割合でコークスを、そして６０ｋｇの割合で石炭を
供給する溶鉱炉は、例えば、木炭を７５０℃の温度にて
羽口５２を介して炉５０中に噴射し、酸素を高温金属１
トン当たり５０ｋｇの割合（このような酸素導入割合
は、羽口を介して炉中に入る酸素分子のトータル流れの
８％になる）にて炉５０中に導入するとき、そのコーク
ス供給割合を、高温金属１トン当たり約３６０ｋｇにま
で減少させる。こうした条件下にて生成される溶鉱炉ガ
スの発熱量は２．５ＭＪ／ｍ3のオーダーである。
【００４６】溶鉱炉ガスの発熱量を高めるのに必要であ
れば、羽口５２を介して炉５０のレースウェイ５４中に
さらに鉄鉱石を噴射してもよい。一般には、鉄鉱石のト
ータル供給量の最大５％までをこのように噴射すること
ができる。木炭供給物の温度を７５０℃とし、空気ブラ
スト中の酸素含量を高めるための酸素導入割合を高温金
属１トン当たり酸素１００ｋｇにすると、溶鉱炉ガスの
発熱量をほぼ３ＭＪ／ｍ3にまで増大させることができ
る。
れば、羽口５２を介して炉５０のレースウェイ５４中に
さらに鉄鉱石を噴射してもよい。一般には、鉄鉱石のト
ータル供給量の最大５％までをこのように噴射すること
ができる。木炭供給物の温度を７５０℃とし、空気ブラ
スト中の酸素含量を高めるための酸素導入割合を高温金
属１トン当たり酸素１００ｋｇにすると、溶鉱炉ガスの
発熱量をほぼ３ＭＪ／ｍ3にまで増大させることができ
る。
【図１】本発明によるプロセスを示した概略流れ図であ
る。
る。
【図２】本発明にしたがって操作可能な溶鉱炉と補助的
装置を示した概略流れ図である。
装置を示した概略流れ図である。
Claims (26)
- 【請求項１】 （ａ） 炭素質物質を還元性ガスに転化
させる反応を主反応器中で行う工程； （ｂ） 高純度酸素または酸素富化空気を前記主反応器
中に導入して、前記反応の１つ以上に関与させる工程； （ｃ） 金属を前記主反応器中にて融解させる工程； （ｄ） 粒状石炭を前記主反応器とは別個の第２の反応
器中で部分酸化して、粒状木炭と熱ガスを形成させる工
程；および （ｅ） 前記木炭の少なくとも一部と前記熱ガスの幾分
かを高温にて前記主反応器中に導入するか、あるいは前
記木炭の少なくとも一部を高温にて前記主反応器中に導
入する工程、このとき前記木炭の一部が、前記炭素質物
質の一部または全てを形成する；を含む冶金学的方法。 - 【請求項２】 前記木炭の一部が前記主反応器中に連続
的に導入される、請求項１記載の冶金学的方法。 - 【請求項３】 前記木炭が、前記主反応器の上流にて、
比較的微細な粒子を含んだ第１のフラクションと比較的
粗い粒子を含んだ第２のフラクションとに分離され、前
記第２のフラクションの少なくとも一部が前記主反応器
に供給される、請求項１または２に記載の冶金学的方
法。 - 【請求項４】 前記第２のフラクションの全てが前記主
反応器に供給される、請求項１〜３のいずれか一項に記
載の冶金学的方法。 - 【請求項５】 木炭粒子の前記第１のフラクションが、
前記熱ガスの過半量の流れにおいて床から移送され、前
記熱ガスの半量未満の流れが前記第２のフラクションと
共に抜き取られる、請求項３または４に記載の冶金学的
方法。 - 【請求項６】 前記部分酸化が流動床にて行われる、請
求項１〜５のいずれか一項に記載の冶金学的方法。 - 【請求項７】 前記流動床が、その非膨張体積より１０
〜３０％大きい膨張体積を有する、請求項６記載の冶金
学的方法。 - 【請求項８】 前記流動床が少なくとも１つの再循環区
域を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の冶金
学方法。 - 【請求項９】 前記部分酸化が５００〜１０００℃の範
囲の温度で行われる、請求項１〜８のいずれか一項に記
載の冶金学的方法。 - 【請求項１０】 前記温度が７００〜８００℃の範囲で
ある、請求項９記載の冶金学的方法。 - 【請求項１１】 前記石炭の部分酸化において空気が使
用される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の冶金
学的方法。 - 【請求項１２】 前記石炭の部分酸化において温度を適
度にするために、スチーム、窒素、または水が使用され
る、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の冶金学的方
法。 - 【請求項１３】 前記粒状石炭の平均粒径が１〜３ｍｍ
の範囲である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の
冶金学方法。 - 【請求項１４】 前記熱ガスが一定の発熱量を有する、
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の冶金学的方法。 - 【請求項１５】 前記熱ガスの少なくとも一部を、前記
第１および第２の反応器と同じ場所にて別のプロセスに
連続的に供給する工程を含む、請求項１〜１４のいずれ
か一項に記載の冶金学的方法。 - 【請求項１６】 前記金属が、前記主反応器中にて、前
記金属の鉱石と前記還元性ガスとの反応によって形成さ
れる、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の冶金学的
方法。 - 【請求項１７】 前記金属が鉄である、請求項１６記載
の冶金学的方法。 - 【請求項１８】 前記主反応器が溶鉱炉である、請求項
１７記載の冶金学的方法。 - 【請求項１９】 コークスと鉄鉱石を含んだ床を高炉中
に設ける工程、および高温空気のブラストを前記床の下
方で且つ前記床と隣接している酸化区域に供給する工程
をさらに含み、このとき前記木炭の一部および前記の酸
素もしくは酸素富化空気が前記酸化区域に導入される、
請求項１８記載の冶金学的方法。 - 【請求項２０】 粒状の鉄鉱石が前記酸化区域に噴射さ
れる、請求項１９記載の冶金学的方法。 - 【請求項２１】 前記主反応器がガス化−融解炉であ
る、請求項１７記載の冶金学的方法。 - 【請求項２２】 前記主反応器が金属融解炉または金属
溶解炉である、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の
冶金学的方法。 - 【請求項２３】 添付図面の図１または図２に関して本
明細書に実質的に説明されている冶金学的方法。 - 【請求項２４】 （ａ） 炭素質物質を還元性ガスに転
化させる反応を行うための、そして金属を融解させるた
めの主反応器、このとき前記主反応器は、高純度酸素ま
たは酸素富化空気を前記主反応器中に導入して前記反応
の１つ以上に関与させるための少なくとも１つの入口を
有する； （ｂ） 粒状石炭を部分酸化して粒状木炭と熱ガスを形
成させるための、前記主反応器とは別個の第２の反応
器、このとき前記第２の反応器は、前記石炭のための入
口と酸化性ガスのための入口を有する；および （ｃ） 前記木炭の少なくとも一部が、前記炭素質物質
の一部または全てを供給するよう、前記木炭の少なくと
も一部と前記熱ガスの幾分かを高温にて前記主反応器中
に導入するための、あるいは前記木炭の少なくとも一部
を高温にて前記主反応器中に導入するための手段；を含
む、冶金学的方法を施すための装置。 - 【請求項２５】 前記反応器が、前記部分酸化を行うこ
とのできる流動床を含むべく造られている、請求項２４
記載の装置。 - 【請求項２６】 添付図面の図１または図２に関して本
明細書に実質的に説明されている冶金学的方法を施すた
めの装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9306497:0 | 1993-03-29 | ||
| GB9306497A GB2281311B (en) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | Metallurgical processes and apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06346126A true JPH06346126A (ja) | 1994-12-20 |
Family
ID=10732937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6059207A Pending JPH06346126A (ja) | 1993-03-29 | 1994-03-29 | 冶金学的方法および装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0618302A1 (ja) |
| JP (1) | JPH06346126A (ja) |
| KR (1) | KR940021742A (ja) |
| CN (1) | CN1042141C (ja) |
| AU (1) | AU680212B2 (ja) |
| CA (1) | CA2115625A1 (ja) |
| GB (1) | GB2281311B (ja) |
| ZA (1) | ZA941288B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| FR2786196A1 (fr) * | 1998-11-20 | 2000-05-26 | Air Liquide | Procede de combustion, notamment pour l'elaboration de la fonte ou la fabrication de ciment |
| AT507525B1 (de) * | 2008-10-23 | 2010-09-15 | Siemens Vai Metals Tech Gmbh | Verfahren und vorrichtung zum betrieb eines schmelzreduktionsverfahrens |
| AT510273B1 (de) * | 2011-03-17 | 2012-03-15 | Siemens Vai Metals Tech Gmbh | Verfahren zur heizwertregelung für abgase aus anlagen zur roheisenherstellung oder für synthesegas |
| CN115786706A (zh) * | 2022-11-28 | 2023-03-14 | 郴州金铖环保科技有限公司 | 一种生物质气用于铅、铋等还原熔炼的方法 |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3190746A (en) * | 1962-09-28 | 1965-06-22 | Great Lakes Carbon Corp | Process for use of raw petroleum coke in blast furnaces |
| US3250016A (en) * | 1962-11-08 | 1966-05-10 | United States Steel Corp | Method and apparatus for preparing powdered coal for injection into a blast furnace |
| SE300996B (ja) * | 1963-12-19 | 1968-05-20 | United States Steel Corp | |
| DE1508069A1 (de) * | 1966-04-29 | 1970-03-05 | Salzgitter Huettenwerk Ag | Verfahren zum Betrieb von Schachtoefen |
| GB1438999A (en) * | 1972-11-25 | 1976-06-09 | Nippon Kokan Kk | Blast furnace operating methods |
| LU71434A1 (ja) * | 1974-12-06 | 1976-11-11 | ||
| GB1573455A (en) * | 1976-11-12 | 1980-08-20 | Hazen Research | Production of steel from iron carbide |
| US4260412A (en) * | 1980-01-16 | 1981-04-07 | Midrex Corporation | Method of producing direct reduced iron with fluid bed coal gasification |
| DE3031680A1 (de) * | 1980-08-22 | 1982-03-11 | Klöckner-Werke AG, 4100 Duisburg | Verfahren zur gaserzeugung |
| AT382165B (de) * | 1983-08-18 | 1987-01-26 | Voest Alpine Ag | Verfahren zur herstellung von fluessigem roheisen oder stahlvorprodukten sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
| DE3437913C2 (de) * | 1984-10-12 | 1987-05-07 | Korf Engineering GmbH, 4000 Düsseldorf | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Eisenschwamm und/oder flüssigem Roheisen |
| DE3626027A1 (de) * | 1986-08-01 | 1988-02-11 | Metallgesellschaft Ag | Verfahren zur reduktion feinkoerniger, eisenhaltiger materialien mit festen kohlenstoffhaltigen reduktionsmitteln |
| DE3644775A1 (de) * | 1986-12-23 | 1988-07-14 | Korf Engineering Gmbh | Verfahren zur herstellung von roheisen |
| JPS63171818A (ja) * | 1987-01-09 | 1988-07-15 | Nkk Corp | 酸素高炉の羽口 |
| DE4041689C2 (de) * | 1990-04-20 | 1995-11-09 | Orinoco Siderurgica | Verfahren und Anlage zum Herstellen von flüssigem Stahl aus Eisenoxiden |
| JPH0742491B2 (ja) * | 1990-07-20 | 1995-05-10 | 川崎製鉄株式会社 | 高炉吹込み微粉炭乾燥装置 |
| US5194213A (en) * | 1991-07-29 | 1993-03-16 | Inco Limited | Copper smelting system |
| ES2122021T3 (es) * | 1992-06-24 | 1998-12-16 | British Telecomm | Metodo y aparato para la medicion objetiva de la calidad del habla de equipos de telecomunicacion. |
-
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- 1993-03-29 GB GB9306497A patent/GB2281311B/en not_active Expired - Fee Related
-
1994
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- 1994-03-28 KR KR1019940006164A patent/KR940021742A/ko not_active Application Discontinuation
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