JPS6347309A - 溶融還元精錬設備 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、鉄鉱石を石炭及び石灰と共に精錬炉内の溶
銑中に吹き込み、ランス及び底部羽口から酸素ガスを吹
き込んで溶銑を得る溶融還元精錬設備に関し、更に詳述
すれば、精錬に必要な酸素ガスの少なくとも一部を溶融
還元炉からの排ガスを利用して製造する溶融還元精錬設
備に関する。

［従来の技術］ 溶融還元１１１法は高炉製鉄法に代るものであり、高炉
製鉄法においては、高炉の建設費が高く広大な敷地が必
要であるという高炉製鉄法の欠点を解消すべく、近年に
至り開発されたものである。このような溶融還元１１８
ｉｉ法においては、Ｎ諌炉内の溶銑中に炉底に設けた羽
口から予備還元された鉱石並びに粉末状の石炭及び石灰
を吹き込み、更に別の羽口からａ東ガスを溶銑中に吹き
込むと共に、炉頂部から炉内に装入されたランスを介し
て溶銑に酸素ガスを吹き付ける。そうすると、石炭が溶
銑中に溶解すると共に、石炭の炭素が酸素ガスによって
酸化される。そして、この酸化熱によって鉱石が溶融す
ると共に、鉱石が石炭中の炭素によって還元される。溶
銑から発生するＣｏガスはランスから吹き付けられる酸
素ガスによって２次燃焼されてＣＯ２ガスになる。この
ＣＯ２ガスの顕熱は溶銑上を覆っているフォーミング状
のスラグに伝達され、次いで、溶銑に戻される。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、この溶融還元プロセスにおいては、大愚の酸
素ガスを使用する。従来は、溶融還元プロセスにおいて
発生するガスを発電所に送り、このガスで発電し、電力
を利用してコンプレッサを駆動することにより酸素ガス
を製造している。しかしながら、従来は、この大量の酸
素ガスを製造するために、大容量の発電プラントｆ：設
置し、また配管系統を整備する必要があり、このため大
規模な設備投資が必要であるという問題点がある。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、
溶Ｒ還元炉にて発生する排ガスを燃焼させて得た燃焼熱
及び排ガスの持つ顕熱を利用して直接酸素ガスを製造し
、この酸素ガスを溶融還元炉に供給することにより、酸
素製造のための大規模な設備投資を回避することができ
る溶融還元精錬設備を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る溶融還元精錬設備は、溶融還元炉と、こ
の溶融還元炉の排ガスからその顕熱を蒸気として回収す
る第１の熱交換器と、この溶融還元炉からの排ガスを圧
縮するコンプレッサと、燃焼用空気を圧縮する第１の空
気コンプレッサと、圧縮された排ガス及び燃焼用空気を
導入して燃焼させる燃焼器と、燃焼器から燃焼ガスを導
入してこの燃焼ガスにより駆動されるガスタービンと、
第１の熱交換器で得られた蒸気が導入される蒸気タービ
ンと、ガスタービン及び蒸気タービンにより′駆動され
る第２の空気コンプレッサと、この第２の空気コンプレ
ッサからの圧縮空気を導入しこの圧縮空気から液体空気
を得て酸素を沸点の差により分離する酸素分離手段と、
を有し、酸素分離手段からの酸素ガスの少なくとも一部
を溶融還元炉に供給することを特徴とする。

［作用〕 コンプレッサにより圧縮された溶融還元炉の排ガスと、
空気コンプレッサにより圧縮された圧縮空気とが、燃焼
器に供給されて排ガスが燃焼する。

この高温の燃焼ガスはガスタービンに導入されてこれを
駆動する。一方、排ガスのもつ顕熱は、第１の熱交換器
により蒸気として回収され、この蒸気は蒸気タービンに
導入されてこれを駆動する。

ガスタービン及び蒸気タービンは第２の空気コンプレッ
サを駆動する。

第２の空気コンプレッサにより製造された高圧空気は、
酸素分離手段に供給される。酸素供給手段においては、
高圧空気から液体空気がつくられ、この液体空気が沸点
の差により分離されて酸素が得られる。このようにして
製造された酸素ガスは溶融還元炉に供給されて精錬に使
用される。この発明によれば、溶融還元プロセスにて使
用する酸素ガスの実質的に全量を発電所によらず、自己
プロセスにて製造することができ、発電所への投資を回
避することができる。

［実施例］ 第１図はこの発明の実施例に係る溶融還元精錬設備を示
すブロック図、第２図はその酸素分離装置を示すブロッ
ク図である。溶融還元Ｐ１にて発生した高温の排ガスは
、予備還元炉２に送られ、鉱石の予備還元に使用される
。この予備還元炉２から排出された排ガスは東１１８１
３にて除塵された後、第１の熱交換器４に供給される。

この熱交換器４により、溶融還元炉１の排ガスが持つ顕
熱の一部が高圧蒸気として回収される。

熱交換器４を出た排ガスは、脱炭酸ガス装置５に導入さ
れる。溶融還元炉の排ガスは、約２０乃至５０％が炭酸
ガス（ＣＯ２）、約５乃至２０％が水素ガス（Ｈ２ガス
）、約３０乃至５０％が−酸化炭素ガス（ＣＯガス）で
ある。この構成ガスの内、ＣＯ２ガスは後述する燃焼器
７において燃焼に寄与しないので、脱炭酸ガス装置５に
よりこのＣＯ２ガスを除去する。

脱炭酸ガス装置５を出た排ガスは、軸流コンプレッサ等
のコンプレッサ６に供給され、このコンプレッサ６によ
り圧縮された後、燃焼器７に供給される。

空気コンプレッサ１０は空気を圧縮して高圧空気を燃焼
器７に供給する。燃焼器７において、高圧排ガスと高圧
空気とが混合されて燃焼し、この高温高圧（例えば、温
度が１１５Ｃ乃至１２００℃、圧力が１６ｋＯ／ｃｍ２
）の燃焼ガスはガスタービン８に供給されてこのガスタ
ービン８を駆動する。ガスタービン８を駆動した後の燃
焼ガスは約６５０乃至７００℃の温度（圧力が０．１ｋ
ｇ／ｃｍ２　）を有しており、この高温の燃焼ガスは第
２の熱交換器９に供給されてその高温源として利用され
る。熱交換器９を出た後、燃焼ガスは排出される。

蒸気タービン１２はその駆動軸をガスタービン８の駆動
軸と同軸的にして設置されている。この蒸気タービン１
２には、第１の熱交換器４にて加熱され１；蒸気と、第
２の熱交換器９にて加熱された蒸気とが供給され、この
ようにして供給された蒸気により蒸気タービン１２が駆
動される。蒸気タービン１２から出た蒸気は復水器１３
により集められた後、第１の熱交換器４及び第２の熱交
換器９に分岐供給され、蒸気タービン１２と熱交換器４
，９との間で循環使用される。

ガスタービン８及び蒸気タービン１２と空気コンプレッ
サ１０とは同軸的に設置されており、更に、このガスタ
ービン８、蒸気タービン１２及び空気コンプレッサ１ｏ
には、同期発電機１１が連結されている。空気コンプレ
ッサ１０はガスタービン８及び蒸気タービン１２により
駆動される。

同期発電鳴１１はガスタービン８及び蒸気タービン１２
の駆動時には適宜の電源（図示せず）から給電されてガ
スタービン８及び蒸気タービン１２を駆動し、定常状態
では、逆にガスタービン８及び蒸気タービン１２により
駆動されて発電する。

ガスタービン８及び蒸気タービン１２の駆動軸には、空
気コンプレッサ１４の動軸が同軸的に連結されており、
ガスタービン８及び蒸気タービン１２により空気コンプ
レッサ１４が駆動される。

空気コンプレッサ１４は圧縮空気を公知のいわゆる深冷
分ｉ１１沫による酸素分離装置１５に供給し、酸素弁Ｉ
１１装＠１５は圧縮空気からｌ！ｌ素ガスを分離して、
この酸素ガスを溶融還元炉１に供給する。

酸素弁Ｍ装置１５は、第２図に示すように、冷却Ｐ１１
６及び蒸溜塔１７を有し、空気コンプレッサ１４により
圧縮された空気は、冷却１５１１６により冷却されて液
体空気になる。この液体空気は蒸溜塔１７に供給され、
この蒸溜塔１７において、窒素と酸素との間の沸点の差
により酸素と窒素とが分離される。例えば、Ｐ素は蒸溜
塔１７の下層に溜り、窒素は上音に溜る。

このように構成された溶融；Ｗ元精錬設喝においては、
溶融還元炉１にて精錬中に発生した排ガスは、その顕然
の一部が予備還元炉２にて鉱石の予備還元に使用された
後、集廖機３により清浄にされ、熱交換器４に送給され
る。排ガスの顕熱の一部ば熱交換器４において高圧蒸気
として回収される。次いで、排ガスは脱炭酸ガス装置５
においてそのＣＯ２ガスが除去される。

脱炭酸ガス装置５を出た排ガスは、ＣＯガス及びＨ２ガ
スを有しており、この排ガスはコンプレッサ６により圧
縮された後、燃焼器７に供給される。空気コンプレッサ
１０は、その起動時には同期発電機１１により駆動され
、定常状態ではガスタービン８及び蒸気タービン１２に
より駆動される。この空気コンプレッサ１０により圧縮
された高圧空気は燃焼器７に供給される。燃焼器７にお
いては、高圧排ガス及び圧縮空気が混合されて燃焼し、
この高温高圧（例えば、１１５０乃至１０００℃及び１
６ｋＯ／ｃｍ２　）　（７）燃焼−ｊｆ　スハ、ガスタ
ービン８に供給されてガスタービン８を囲動する。燃焼
器７に供給される排ガスは、非爆焼ガスである炭酸ガス
を含まないから、そのカロリーが高く、燃焼ガスはガス
タービン８を高効出で駆勤する。ガスタービン８は起動
時には同期発電機１１により駆動され、定常状態では燃
焼器７からの高温高圧の燃焼ガスにより駆動される。

ガスタービン８を出た燃焼ガスは、熱交換器９に供給さ
れて高温源（加熱源）として利用される。

蒸気は、第１の熱交換器４及び第２の熱交換器９により
、夫々排ガス及び燃焼ガスの持つ顕熱により加熱され、
蒸気タービン１２に供給される。蒸気タービン１２はこ
の蒸気により駆動され、蒸気タービン１２を出た蒸気は
復水器１３に集められて循環使用される。蒸気タービン
１２及びガスタービン８は第２の空気コンプレッサ１４
を駆動する。

空気コンプレッサ１４は圧縮空気を酸素分離装置８に供
給する。一方、同期発電機１１も逆にガスタービン８及
び蒸気タービン１２により駆動されるようになり、この
同期発電機１１は発電機として橢能する。酸素分離装置
１５においては、圧縮空気が冷却機１６により冷却され
、液体空気となる。この液体空気は蒸溜塔１７において
沸点の差により分離され、得られた酸素ガスは溶融還元
炉１に供給される。これにより、溶融還元炉１にて精錬
に使用される酸素ガスが溶融還元炉１の排ガスを利用し
て製造され、酸素ガス製造のための発電所への投資が回
避される。

この実施例によると、９９．９％の純度の酸素ガスが得
られ、この酸素ガスは溶融還元炉１の精錬ガスとして使
用される。溶融還元プロセスにおいては、約４５２’ａ
’／時の酸素ガスが必要であるが、この実施例において
は、その全農の酸素ガスが酸素ガス製造装Ｍ１５におい
て製造されるので、従来の電力による酸素ガス製造プラ
ントを使用する必要がなく、発電所に対する投資が不要
である。

なお、溶融還元炉１からの排ガスを予備還元炉２に供給
せず、直接熱交換器４に供給してもよいことは勿論であ
る。また、燃焼器７に供給される圧縮空気も加熱するこ
とが好ましい。この圧縮空気の加熱は、空気コンプレッ
サ１ｏを出た圧縮空気を、排ガス又は燃焼ガスを利用し
た熱交換器に導き、この熱交換器において加熱させるこ
とにより可能である。

［発明の効果コ この発明によれば、溶融還元プロセスにおいて発生する
排ガスを燃焼させて得た燃焼熱及びその排ガスの持つ顕
熱により付加１ｉ１！ｉ　ＩＩＩが高い酸素ガスを製造
するので、溶ａ還元炉にて使用する酸素ガスの金山を自
己供給することができ、発電所への投資を回避すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図は
その酸素弁ａｆｆ装置を示すブロック図である。 １；溶融還元炉、２；予備還元炉、４，９；熱交換器、
５；脱炭酸ガス装置、６：コンプレッサ、７：燃焼器、
８；ガスタービン、１０．１４；空気コンプレッサ、１
１：同期発電機、１２；蒸気タービン、１５；酸素ガス
製造装置、１６；冷却１．１７；蒸溜塔 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 へ 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶融還元炉と、この溶融還元炉の排ガスからその
   顕熱を蒸気として回収する第１の熱交換器と、この溶融
   還元炉からの排ガスを圧縮するコンプレッサと、燃焼用
   空気を圧縮する第１の空気コンプレッサと、圧縮された
   排ガス及び燃焼用空気を導入して燃焼させる燃焼器と、
   燃焼器から燃焼ガスを導入してこの燃焼ガスにより駆動
   されるガスタービンと、第１の熱交換器で得られた蒸気
   が導入される蒸気タービンと、ガスタービン及び蒸気タ
   ービンにより駆動される第２の空気コンプレッサと、こ
   の第２の空気コンプレッサからの圧縮空気を導入しこの
   圧縮空気から液体空気を得て酸素を沸点の差により分離
   する酸素分離手段と、を有し、酸素分離手段からの酸素
   ガスの少なくとも一部を溶融還元炉に供給することを特
   徴とする溶融還元精錬設備。
2. （２）ガスタービンからの燃焼ガスを導入しその顕熱を
   蒸気として回収する第２の熱交換器を有し、この第２の
   熱交換器で得られた蒸気を前記蒸気タービンに供給する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の溶融還
   元精錬設備。