JP2572084B2 - 金属および合金の再生方法並びに装置 - Google Patents

金属および合金の再生方法並びに装置

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JP2572084B2 JP62274590A JP27459087A JP2572084B2 JP 2572084 B2 JP2572084 B2 JP 2572084B2 JP 62274590 A JP62274590 A JP 62274590A JP 27459087 A JP27459087 A JP 27459087A JP 2572084 B2 JP2572084 B2 JP 2572084B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は還元ガスを流通させる石炭床によって形成
された還元領域において金属酸化物を還元することによ
り金属または合金、特に鉄合金を再生する方法およびそ
の方法を実行する装置に関する。
（従来技術） 欧州特許公開公報第A0174291号に、鉄を含有しない微
細酸化金属鉱石（微粒子金属酸化物鉱石とも言う。）か
ら、例えば銅、鉛、亜鉛、ニッケル、コバルトおよびす
ずのような金属を溶融する方法が開示されている。そこ
では、装填（充填とも言う。）材料が溶融気化器（融解
ガス化炉とも言う。）における石炭流動層によって形成
された還元領域内に装入される。酸化物装填材料は還元
領域を通過して金属に還元され、該金属は溶融気化器の
下部に収集される。
欧州特許公開公報第A0174291号に開示されている方法
は、1000℃以下の温度で炭素単体と反応させて酸化物を
還元するのに用いると有利なもではあるが、流動層を形
成する炭素粒子と高温で反応する酸化物装填材料の接触
時間が比較的短いので、還元材として炭素単体を用いて
1000℃以上でしかそれらの酸化物から再生することがで
きない金属および合金、特にマンガン鉄、クローム鉄お
よび珪素鉄のような鉄合金を再生する場合、種々の問題
が生じることが示されている。
（発明の目的） 本発明は上記欠点および問題点を解消することを目的
とし、前述したように、溶融気化器において微粒酸化物
装填材料から1000℃以上の温度でのみ炭素単体と反応す
る程度に酸素との親和力が強い金属および合金、特に、
例えばマンガン鉄、クローム鉄および珪素鉄等の鉄合金
を再生する方法および装置を提供するものである。
（発明の構成） 上記目的を達成するために本発明の方法は、還元され
た金属およびスラグの液溜を覆う脱気石炭から成る底部
層、酸素または酸素含有ガスが導入されて実質的にCOを
含む熱還元ガスを生成するとともにそれから上方に離間
した位置から微粒酸化物装填材料が装填される中間およ
び炭素粒子と酸素もしくは酸素含有ガスとから成る燃焼
ガスが導入される頂部層３つの静止石炭床層を形成して
行うものである。
上記塊状酸化物装填材料は粒径6mm以下のものを用い
ると有利である。
各静止床層を形成するために好適な石炭は粒径５〜10
0mm、特に５〜30mmのものを用いる。
好ましい実施例として、中間静止床層および頂部静止
床層の厚さが１〜4mとされる。
本発明方法の他の実施例は、還元領域を通過する排ガ
スから塵状炭素粒子を分離し、これらの塵状炭素粒子を
好ましくは加熱状態で頂部静止床層に指向せしめられた
各バーナーに供給することを特徴とするものである。
炭素粒子を遊離せしめられた排ガスは微粒酸化物装填
材料の輸送媒体として用いられる。
石炭としては、好ましくは脱気後も塊状を維持し、そ
の粒径が５〜100mm、好ましくは５〜30mmであり、脱気
後に形成される脱気石炭の少なくとも50％が粒径５〜10
0mmまたは５〜30mmであり、その残部がより微細な網下
粒子であるものが用いられる。
本発明の方法は、化石エネルギーにより加熱された高
炉において還元処理を行うにあたり、向流熱交換、非貴
金属酸化物の還元に必要な静止床での炭素単体との冶金
反応、並びに金属およびスラグの良好な分離等、既知の
全ての長所が維持されるという利点がある。石炭の脱
気、すなわち石炭のコークス化（高温での乾留）は、タ
ールなどの凝縮性の化合物を形成することなく行うこと
ができる。石炭の脱気時に生成されたガスは該脱気石炭
のガス化により生成される還元ガスに対する還元剤とし
て作用する。
他の実施例において、装填された酸化物材料が予備還
元工程において予備還元され、この予備還元工程は鉄合
金を製造する場合非常に有利なものである。該予備還元
工程においては、装填された材料の酸化鉄部分がこの予
備還元に付される。
上記方法の特に優れた点は、例えば珪素、クローム、
マンガン等の非貴金属酸化物を電気エネルギーを用いず
に還元できることである。本発明の方法においては、石
炭を脱気するのに必要なエネルギーは簡単な手段で制御
される。何故ならば、5mm以下の小さい粒径のものが溶
融気化器からの熱ガスとともに排出され、分離され、酸
素含有ガスの上吹き領域内に戻され、酸素含有ガスによ
り酸化され、熱が放出されるからである。
粒径16〜20mmの石炭粒子フラクションを1400℃に予熱
したチャンバー内で１時間コークス化して、石炭粒子の
分解挙動を調べた。チャンバーの容積は12dm3である。
なお、冷却不活性ガスのフラッシングによって冷却した
のち、石炭粒子の粒度分布を測定した。
本発明の上記方法を実行するための耐火材で内張りし
た高炉型溶融気化装置は、上部に石炭導入用装填口およ
びガス排出ダクトを有し、当該装置の側璧に貫通するよ
うに炭素粒子および酸素もしくは酸素含有ガスを供給す
る供給ダクトを設け、下部に溶融金属および液状スラグ
を収集する耐火性ライニングを設けて構成される。この
装置は、３つの静止床層Ａ、Ｂ、Ｃが積層状に設けら
れ、底部静止床層Ａおよび中間静止床層Ｂ間の領域に複
数の酸素もしくは酸素含有ガス用吹き込みパイプをリン
グ状に設け、それから少し上方部に複数の微粒酸化物装
填材料用吹き込みパイプをリング状に設け、それからさ
らに少し上方の中間静止床層Ｂおよび頂部静止床層Ｃ間
の領域に炭素粒子および酸素もしくは酸素含有ガスを供
給する複数のバーナーを設けて構成したことを特徴とす
る。
上記ガス排出ダクトに熱遠心分離器を設けて排ガスか
ら炭素粒子を分離し、該熱遠心分離器の排出端部をリン
グ状に配置された各バーナーと流体接続するとさらに有
利なものとなる。
もう１つの実施例においては、上記熱遠心分離器に第
２熱遠心分離器か流体接続され、両熱遠心分離器間の接
続ダクトに酸化物装填材料用装入器が設けられ、上記第
２熱遠心分離器の排出端部が輸送ダクトを介してリング
状に配置された酸化物装填材料吹き込み用の各パイプと
接続される。
（実施例） 本発明の方法およびこの方法を実行するための装置
を、図面を用いて更に詳細に説明する。
符号１を付して示す高炉型溶融気化器は耐火性ライニ
ング２を有する。溶融気化器の底部領域は溶融金属３お
よび溶融スラグ４を収容するように機能する。金属用タ
ップ口は符号５を付して示し、スラグ用タップ口は符号
６を付して示す。この溶融気化器の上部に塊状石炭供給
用の装填口７および塊状酸化物装填材料用の装填口９が
設けられる。液溜３および４の上に、静止石炭床、すな
わちガスが通過しない脱気石炭から成る底部層Ａ、該底
部層Ａに積み重ねられた脱気石炭から成る中間層Ｂおよ
び該中間層Ｂに積み重ねられたガスが通過する石炭粒子
から成る頂部層Ｃが形成される。
溶融気化器１の側壁部を貫通して複数の吹き込みパイ
プ、すなわち酸素もしくは酸素含有ガス用の吹き込みパ
イプ８がリング状に配置される。これらのパイプはガス
が通過しない静止床層Ａおよび静止床層Ｂ間の境界領域
に設けられる。これらのリング状に配置された吹き込み
パイプ８から少し上方部、すなわち、中間静止床層Ｂに
おける中間部と上部間に複数のノズル型吹き込みパイプ
９がリング状に配置して挿入され、これらの吹き込みパ
イプ９を介して中間層Ｂに微粒酸化物装填材料が吹き込
まれる。
上記リング状に配置された吹き込みパイプ９より少し
上方部、すなわち層Ｂおよび層Ｃ間の境界領域に当該溶
融気化器１の側壁部を貫通した複数のバーナー10がリン
グ状に配置される。これらのバーナー10に塵状炭素粒子
と酸素もしくは酸素含有ガスとの混合物が導入される。
溶融気化器１の上部から導出されたガス排出ダクト11は
生成された排ガスを熱遠心分離器（第１熱サイクロンと
も言う。）12に移送する。
排ガス中に浮遊している塵状炭素粒子は熱遠心分離器
12において分離され、次ぎに計量供給手段13を設けた熱
遠心分離器12の排出端部からダクト14を介してリング状
に配置された各バーナー10に供給される。各バーナー10
と接続された酸素含有ガス用ダクトは符号15を付して示
す。計量供給手段13により熱遠心分離器12の充満度を調
節して該熱遠心分離器12の分離効果を制御することがで
きる。排ガスが熱遠心分離器12の上部からダクト16を介
して第２熱遠心分離器17に導かれる。接続ダクト16内に
装填器18が挿入され、該装填器18に微粒酸化物装填材料
を貯蔵するビン19から装填が行なわれる。ダクト16から
得られたガスは輸送媒体として作用する。微粒酸化物装
填材料は熱遠心分離器（第２熱サイクロンとも言う。）
17の排出端部から輸送ダクト20内に放出され、該輸送ダ
クト20からダクト21を介して吹き込みパイプ９に供給さ
れる。
熱遠心分離器17の上端部からダクト22が導き出され、
該ダクト22を介して過剰排ガスが排出される。該過剰排
ガスは、冷却され、圧縮され、そしてダクト23を介して
輸送媒体としてダクト21に吹き込まれる。
本発明の方法において、溶融気化器１の上部に装入さ
れた石炭が静止床層Ｃにおいて脱気されるようにすると
有利である。脱気に必要な熱量は静止床層Ｂから立ち昇
る熱還元ガスにより供給される一方、各バーナー10にお
いて酸素含有ガスにより固体炭素粒子を燃焼して得られ
た燃焼熱によっても供給される。層Ｃの垂直方向に延び
る長さは層Ｃを離れるガスの最小温度が950℃であるよ
うに選定される。これにより、タールおよびその他の濃
縮可能な化合物の分解を確実に行うことができる。この
ようにして、静止床層Ｃが閉鎖しないようにされる。こ
の静止床層Ｃの厚さは好ましくは１〜4mとする。また、
静止床層Ｂの垂直方向に延びる長さは１〜4mとすると有
利である。静止床層Ｃにおいて脱気された石炭は沈下し
て静止床層Ｂを形成する。
微粒酸化物装填材料は第２遠心分離器17において熱還
元ガスおよび微粉塵により予備還元され、ガスから再分
離される。炭素がCO2と反応し、還元反応によってCOを
生成するから微粒炭素含有粉塵と一緒に熱還元ガスを装
填することは、溶融気化器１から得られた熱ガスの強力
な還元を持続することができる。微粒粉塵により予備還
元した後に分離され微粒酸化物装填材料は層Ｂにおいて
溶融され、炭素単体によって還元される。溶融および還
元に必要な熱は吹き込みパイプ８を介して当該気化器内
に導入された酸素含有ガスにより熱い脱気石炭を気化す
ることによって供給される。静止床層Ｂにおいて形成さ
れる溶融金属および溶融スラグは下方に流れ、静止床層
Ａの下方で収集され、タップされる。
第２図に、高さ条件を縦座標にプロットするとともに
横座標に温度目盛を記入した、溶融気化器１の高さに対
する温度分布図を示す。ここで、装填石炭の温度変化を
実線で示し、ガス形成の温度変化を破線で示す。符号８
は吹き込みパイプ８のリングの高さ、符号９は微粒酸化
物装填材料（鉱石）用吹き込みパイプ９の高さ、符号10
はバーナー10を介して再循環する炭素粒子の高さ、符号
24は静止床上部限界24の高さ、および符号11は各ガス排
出ダクト11および石炭用装填口７の高さを示す。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る付属機器を装着した溶融気化器
の概略図、 第２図は、上記溶融気化器における温度分布図である。 １……高炉型溶融気化器、２……耐火性ライニング、 ３……溶融金属溜、４……溶融スラグ溜、 ５……金属用タップ口、６……スラグ用タップ口、 ７……石炭用装填口、 ８……酸素または酸素含有ガス用吹き込みパイプ、 ９……ノズル型吹き込みパイプ、10……バーナー、 11……ガス排出ダクト、 12および17……熱遠心分離器、 13……計量供給手段、 14、16、21、22および23……ダクト、 15……酸素含有ガス用ダクト、18……装填器、 19……ビン、20……輸送ダクト、 24……静止石炭床上部限界、 Ａ……底部静止石炭床層、Ｂ……中間静止石炭床層、 Ｃ……頂部静止石炭床層。

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】金属酸化物を還元することによって金属お
    よび合金を回収する方法において、 還元した金属およびスラグの液溜を覆うためのコークス
    化石炭・底部静止床層と、金属酸化物を還元するための
    石炭・中間静止床層と、燃焼ガスが供給される石炭・頂
    部静止床層とを、順次、積層して設け、 中間静止床層内に、酸素または酸素含有ガスを導入して
    実質的にCOからなる熱還元ガスを生成すると共に、この
    酸素／酸素含有ガス導入位置から上方へ離れた当該中間
    静止床層内に微粒子状の酸化物充填材料を導入し、かつ 前記燃焼ガスを、炭素粒子および酸素または酸素含有ガ
    スその原料として用いて形成することを特徴とする方
    法。
  2. 【請求項２】前記微粒子状の酸化物充填材料が6mm以下
    である特許請求の範囲第１項記載の方法。
  3. 【請求項３】前記３つの静止床層が粒径５〜100mmの石
    炭から形成された特許請求の範囲第１項記載の方法。
  4. 【請求項４】上記粒径が５〜30mmである特許請求の範囲
    第３項記載の方法。
  5. 【請求項５】中間静止床層および頂部静止床層の厚さが
    １〜4mに維持される特許請求の範囲第１項記載の方法。
  6. 【請求項６】頂部静止床層に供給される前記燃焼ガス原
    料用の前記炭素粒子として、当該頂部静止床層から排出
    された排ガスから分離した塵状炭素粒子を使用する特許
    請求の範囲第１項記載の方法。
  7. 【請求項７】排ガスから分離した前記塵状炭素粒子は高
    温の状態である特許請求の範囲第６項記載の方法。
  8. 【請求項８】前記微粒子状酸化物充填材料の移送媒体と
    して、炭素粒子を分離させた上記排ガスを用いる特許請
    求の範囲第６項記載の方法。
  9. 【請求項９】金属酸化物を還元することによって金属お
    よび合金を回収する方法にあたり、還元した金属および
    スラグの液溜を覆うためのコークス化石炭・底部静止床
    層と、金属酸化物を還元するための石炭・中間静止床層
    と、燃焼ガスが供給される石炭・頂部静止床層とを、順
    次、積層して設け、中間静止床層内に、酸素または酸素
    含有ガスを導入して実質的にCOからなる熱還元ガスを生
    成すると共に、この酸素／酸素含有ガス導入位置から上
    方へ離れた当該中間静止床層内に微粒子状の酸化物充填
    材料を導入し、かつ前記燃焼ガスを、炭素粒子および酸
    素または酸素含有ガスその原料として用いて形成するこ
    とからなる方法を実施するための融解ガス化炉１におい
    て、 当該ガス化炉１の上部に、石炭充填口７および排ガス用
    のダクト11を設け、 底部静止床層と中間静止床層の間の領域に、酸素または
    酸素含有ガス吹込み用のパイプ８を挿入し、 かかるパイプ８の挿入位置から上方へ離れた位置に微粒
    子状酸化物充填材料吹込み用のパイプ９を挿入し、 中間静止床層と頂部静止床層の間の領域に、燃焼ガス形
    成用のバーナー15を挿入すると共に、当該バーナー15
    に、炭素粒子供給用ダクト14および酸素または酸素含有
    ガスの供給用ダクト15を設けること を特徴とするガス化炉。
  10. 【請求項１０】バーナー15に供給される前記炭素粒子と
    して、排ガス用のダクト11から排出された排ガスから第
    １熱サイクロン12によって分離した石炭粒子を用いると
    共に、バーナー15と第１サイクロン12をダクト14によっ
    て連通させる特許請求の範囲第９項記載のガス化炉。
  11. 【請求項１１】前記パイプ９に供給される前記微粒子状
    酸化物充填材料として、第２熱サイクロン17を介し供給
    される金属酸化物を用い、 第１サイクロン12と第２サイクロン17をダクト16により
    連通させ、このダクト16内にビン19下部に設けた充填手
    段18を挿入させると共に、第２サイクロン17とパイプ９
    とをダクト20によって連通させる特許請求の範囲第９項
    記載のガス化炉。
  12. 【請求項１２】当該ガス化炉を耐火材で内張し、バーナ
    ー15、パイプ９またはパイプ８を当該ガス化炉の周囲に
    リング状に配置する特許請求の範囲第９項記載のガス化
    炉。
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