JP2572085B2 - 金属および合金の再生方法並びに装置 - Google Patents

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塊状酸化物
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中間層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
頂部層の３つの静止石炭床層を通過するように、重力作
用下で塊状酸化物装填材料を案内するようにしたもので
ある。

上記塊状酸化物装填材料は粒径６〜50mm、さらに好ま
しくは10〜30mm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、静止床層（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。

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治金
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。

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
融気化器からの熱排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、上部に石炭および塊状酸化物
装填材料の導入用装填口と排ガス用排出ダクトを有し、
当該装置の側壁に貫通するように石炭および酸素もしく
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
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されることを特徴とする。

上記排ガス用の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。

（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の上方にガスが通過する脱気石炭から成る中間層
Ｂおよびガスが通過する塊状石炭から成る頂部層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。

上記境界領域より少し上方部、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。排出ダクト11は溶融気化器１の
上部から熱遠心分離器（熱サイクロンとも言う。）12に
おいて生成された排ガスを案内する。

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
して排出される。

本発明の方法において、溶融気化器１の上部の装填口
から石炭および塊状酸化物装填材料を一緒に導入するよ
うにすると有利である。石炭は静止床層Ｃにおいて脱気
される。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、頂部静止床層Ｃが閉鎖しないようにされる。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。

塊状酸化物装填材料は静止床層Ｂにおいて溶融される
とともに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。

【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……塊状酸化物装填材料用装填口、 10……バーナー、11……排ガス用排出ダクト、 12……熱遠心分離器、13……計量供給手段、 14および16……ダクト、 15……酸素含有ガス用ダクト、 Ａ……底部静止石炭床層、Ｂ……中間静止石炭床層、 Ｃ……上部静止石炭床層。

Claims (11)

(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、塊状の
   酸化物充填材料を頂部静止床層へ充填し、重力作用によ
   つて上記３つの静止層を通過させ、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
   スを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】前記塊状酸化物充填材料の粒径が6mm〜50m
   mである特許請求の範囲第１項記載の方法。
3. 【請求項３】前記塊状の酸化物充填材料の粒径が10〜30
   mmである特許請求の範囲第２項記載の方法。
4. 【請求項４】前記静止床層が粒径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。
5. 【請求項５】上記粒径が５〜30mmである特許請求の範囲
   第４項記載の方法。
6. 【請求項６】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。
7. 【請求項７】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。
8. 【請求項８】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７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、塊状の酸化物充填材料を頂部静止床層へ充
   填し、重力作用によって上記３つの静止層を通過させ、
   かつ前記燃焼ガスを、炭素粒子および酸素または酸素含
   有ガスを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、石炭充填用口７、塊状の酸化
   物充填材料充填口９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
   酸素含有ガス吸込み用のパイプ８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、炭素粒子供給用のダクト14および酸素または酸素含
   有ガスの供給用のダクト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に供給される前記石炭粒子と
    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により連
    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】当該ガス化炉を耐火材で内張し、バーナ
    ー10、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。