JP3007571B2 - 溶融還元の有効性増進法 - Google Patents

溶融還元の有効性増進法

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JP3007571B2 JP8125054A JP12505496A JP3007571B2 JP 3007571 B2 JP3007571 B2 JP 3007571B2 JP 8125054 A JP8125054 A JP 8125054A JP 12505496 A JP12505496 A JP 12505496A JP 3007571 B2 JP3007571 B2 JP 3007571B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属の酸化物キャ
リヤー、特に鉄鉱石の溶融還元の有効性を上昇させるた
めの方法であり、スラグ層のある溶融浴が入った反応容
器内で行われ、溶融浴から出てくる反応ガスを酸化ガス
で後燃焼（ａｆｔｅｒｂｕｒｎｉｎｇ）させてその結果
得られた熱を溶融浴に移動させ、そして反応剤、鉱石及
び炭素を、少なくとも一部分は反応容器のガス空間を通
して上部から溶融物へ供給する溶融還元法における供給
燃料の熱効率を向上させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属を対応する金属鉱石から製造する分
野における新しい開発は、主として、原価効率的な還元
剤とエネルギーキャリヤーを使用することを目的として
いる。製銑について言えば、目標は特にコークスの代わ
りに石炭を用いることである。
【０００３】金属鉱石の溶融還元は、プロセスの熱収支
を補償するためにも還元反応自体のためにも様々な品質
の石炭を使用するのに都合のよい条件を提供する。第一
の溶融還元法は、既に産業上の実施に供されている。銑
鉄の製造について言えば、これはコレックス（ＣＯＲＥ
Ｘ）法であり、非鉄金属、例えば鉛の製造について言え
ば、ＱＳＬ法に言及しなくてはならない。コレックス法
の場合には、石炭と酸素の比較的たくさんの消費量のた
め、比較的高エネルギーの排ガス（ｏｆｆ−ｇａｓ）が
産業的に再使用される場合にのみ高炉法と比較して経済
的になり得る。
【０００４】供給燃料が方法それ自体の過程でより良好
に活用される、主として銑鉄の製造のための、溶融還元
法が開発されており、場合によってはパイロット段階に
達している。刊行物“Ｅｎｔｗｉｃｋｌｕｎｇｓｌｉｎ
ｉｅｎ ｄｅｒ Ｓｃｈｍｅｌｚｒｅｄｕｋｔｉｏ
ｎ”， Ｓｔａｈｌ ｕｎｄ Ｅｉｓｅｎ １０９（１
９８９）， Ｎｏ．１６， ｐ．７２８−７４２には、
銑鉄製造用の様々な開発の概説が示されている。「溶融
還元法」という用語は、この論文では次のように定義さ
れている。「溶融鉄は、可能ならば塊成化工程を用い
ず、「理想的」には還元プロセスと溶融プロセスが同時
に起きる、コークスなしの冶金技術で直接鉄鉱石から製
造されるものである。」この定義によれば、コークスの
代わりに石炭が使用され、また鉱石又は鉱石ダストが直
接、前処理なしに使用され、そして一方ではコーキング
プラントなしに、他方では選鉱プラントなしに実施され
る。これらの規定された目標に従って、専門家は主にこ
の方向で溶融還元法を開発しようと努めている。
【０００５】いろいろな最近の刊行物は、上述の考えに
より少なくともパイロット段階の研究に達している既知
の溶融還元法を示している。それによれば、主として鉱
石ダストと石炭が投入材料として役立つ。鉱石は、前に
ある反応器において予備還元し、好ましくは溶融反応器
で製造された排ガスを活用して加熱して、それから溶融
ガス化器へ投入することができる。予備還元工程のため
には、直立炉、回転管状炉又は流動化を使用することが
できる。
【０００６】ＣＣＦ法（サイクロン転炉（ｃｙｃｌｏｎ
ｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｆｕｒｎａｃｅ）法）では、
溶融サイクロンにおいてウスタイトまでの予備還元を行
い、そこから溶融した液滴が転炉様の溶融還元容器のガ
ス空間を通ってスラグ−鉄浴に落下する。
【０００７】日本のＤＩＯＳ法（直接鉄鉱石溶融法）で
は、固形の投入物、石炭、鉄鉱石及びスラグ形成剤を、
最初に予備加熱容器で加熱し、予備還元プラントで予備
還元し、次いでこの予備還元した鉱石を転炉様の溶融還
元容器へ供給する。溶融還元容器で、その上方にある発
泡したスラグ層において鉄溶融物からの反応ガス、ＣＯ
とＨ2 の後燃焼を、ランスを通して供給される酸素を用
いて行う。更に、浴のより完全な混合と運動のために、
底部の羽口を通して窒素を流入させる。転炉の排ガス
は、溶融還元容器を出ていく前に微細に粉砕した石炭を
加えて改質（ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）し、後の用途のため
に処理することができる。
【０００８】ＨＩ溶融法では、循環流動床からの予備還
元した鉱石をドラム型の溶融還元容器へ送り、そして底
部の羽口を通して石炭を加える。溶融物からの反応ガス
は、反応器において上部から吹き込まれた高温空気で後
燃焼される。更に別の固形物とやはり微細に粉砕した鉱
石を、底部の羽口を通してプロセスへ供給することがで
きる。
【０００９】ドイツ特許第４２３４９７４号明細書に記
載された、冶金容器での反応を増進するための方法は、
特に反応ガスの後燃焼から放出された熱が冶金反応容器
内の溶融浴に再移動するのを増進するのに役立つ。それ
は、浴下の羽口を通して流入したガスにより噴水のよう
に溶融物から吐きだされる溶融物の小部分（ｆｒａｃｔ
ｉｏｎｓ）がこれらの冶金反応容器のガス空間内の弾道
飛行路を溶融物の小滴、飛沫及び大きな粒子の形態でも
って移動することを特徴とする。このドイツ特許の方法
は、主としてＨＩ溶融法に適用される。
【００１０】ヨーロッパ特許出願第０４１８９２７号明
細書には、溶融還元を実施するための方法が記載されて
いる。浴表面１ｍ2 当たり少なくとも２０００ｋｇとい
う大量のスラグが不可欠なものとして強調されている。
処理中は、スラグは少なくとも２ｍから４ｍを超える厚
さの層の発泡スラグとして存在する。スラグ層の高さの
尺度は発泡スラグ層の密度を指示し、そして石炭、酸素
及び鉱石の添加速度は発泡スラグ層を所望の密度に維持
するように制御される。
【００１１】脱炭のための羽口と後燃焼のための更に別
の羽口が酸素用の上部の吹き込みランスを備えた転炉様
の容器に配置される別の溶融還元法が、ヨーロッパ特許
出願第０３０８９２５号明細書に記載されている。攪拌
用ガスが、鉄溶融物における完全な混合と濃度バランス
のためとその上方に所望の発泡スラグを生じさせるため
に底部と側壁の羽口を通して供給される。鉄鉱石、炭素
質燃料及びスラグ形成剤のような、全ての固形投入材料
は、場合に応じて、溶融物の上方の溶融還元容器へ投入
され、あるいは側部から羽口を通して吹き込まれる。
【００１２】従来技術には更に、ドイツ特許出願公開第
３４２１８７８号明細書に記載されている銑鉄の連続製
造のための方法とプラントが含まれる。鉄含有原料、特
に鉄鉱石から、プロセスガスを同時に製造しながら銑鉄
を連続製造するためのこの方法は、鉄含有原料をグリー
ンペレット、ブリケット、スキャブ（ｓｃａｂ）その他
の形態で移動グレートへ供給して予熱し、乾燥させ、そ
の上でプロセスガスの助けを借りて約９０％の還元度の
海綿鉄に還元し、そしてこの海綿鉄を鉄浴の入った石炭
ガス化反応器へ直接上部から供給して溶融させて、鉄と
スラグを別々に連続的に排出し、石炭と酸素を好ましく
は下方から石炭ガス化反応器内の鉄浴へ吹き込み、そし
てこの石炭をガス化させて硫黄分なしのプロセスがスと
還元ガスとにし、これを上記の移動グレートに供給して
上記のブリケットを還元、予熱及び乾燥することを特徴
とする。この方法の石炭ガス化反応器には約２ｂａｒの
超過圧力があり、そして製造された高温のプロセスガス
は反応器のフードの領域で反応器を出て高温ガスサイク
ロンに供給され、同伴ダストを除去される。その後、ガ
スは鉄鉱石を還元するため焼結ベルトの還元室で使用さ
れる。
【００１３】既知の方法から出発して鉄鉱石から銑鉄を
製造する経済的方法を捜し求める普通の専門家は、これ
らの新しい方法の肯定的な側面と一緒に多数の不都合を
認めよう。この所見は、大量の余剰ガスとかなりの酸素
消費量という不都合のあるコレックス法を別として、コ
ークスを使用せずに鉱石から銑鉄を製造するための方法
はこれまで工業的に大規模に実施されるに至っていない
という事実により強められる。
【００１４】従来技術の一覧において、製造されたプロ
セスガス、ＣＯとＨ2 を大量に後燃焼し且つ熱の再移動
が良好な溶融還元法は、エネルギー収支において明らか
な利点を示す。排ガスと一緒のダストの放出が比較的多
く、それゆえに鉄と炭素が損失することは、不都合であ
ることが分かる。これらの不都合は、もちろん、石炭と
鉱石を加えるやり方に関係していると見なくてはならな
い。排ガスに同伴される溶融物の高温の液体成分の制御
は、同じように、これらの別法でもってまだ十分に解決
されていない。とは言え、後燃焼とプロセス反応とが発
泡スラグにおいて起こるやいなや、その所望の発泡スラ
グ層を密度と高さとに関して維持することとそれらの反
応において関係する制約は、新たな問題を提起する。
【００１５】高温の予備還元された鉱石を上部から、す
なわち溶融還元容器のガス空間を通して、加えること
は、金属化された鉱石に対する酸化の危険のために、溶
融物からの反応ガスの後燃焼を許容しない。更に、ダス
トの放出は、予備還元された投入原料のこの加え方にあ
って無視することができず、ガスの清浄装置を新たに必
要として、原料の損失をそのままにする。
【００１６】溶融還元法を銑鉄の製造のために適用して
経済的条件を高炉法以上に向上させようとする誘因は、
殊にそれがそのほかの別法と比較して、例えばＨｏｗｅ
Ｍｅｍｏｒｉａｌ Ｌｅｃｔｕｒｅ，１９８７年３月
３０日，ＡＩＭＥ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｐｉｔｔｓｂ
ｕｒｇｈにより示されたようにプロセスガスの後燃焼を
含む場合において特に、高いエネルギー密度を達成する
のを可能にするので、専門家にとって明白である。ドイ
ツ特許第３９０３７０５号明細書に従って高温空気と有
利な上部吹き込み羽口を使用することは、有効なことが
分かっている。例えば、再現性があり且つ信頼性のある
様式でもって鉄溶融物への８０％の熱の再移動を伴って
５５％の後燃焼度を得ることができる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、反応ガスの
後燃焼を伴う既知の溶融還元法の利点を利用して供給燃
料の熱効率を上昇させ、またこれらの方法の有効性を、
鉄鉱石から原価効率的に銑鉄を製造するためそれらの経
済条件と信頼性に関して明らかに上昇させるという課題
に基づいている。既知の方法の工程の利点をそれらの不
都合を加え合わせることなく利用する共働効果が、再現
性のある様式でもって比較的簡単な手段で実現されるべ
きものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】この課題に対する解決策
は、反応剤の鉱石及び炭素を、更に別の同伴物質ととも
にあるいはそのような同伴物質なしに、複合原料として
コンパクトの形態でもって溶融物へ加えることである。
【００１９】本発明は、凝集体（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔ
ｅ）又は複合原料での、反応剤の鉱石及び炭素間の緊密
な接触は、酸化鉄と炭素間の直接の還元反応に至るとい
う発見に基礎を置いている。従って、還元工程の前に最
初に鉄鉱石を溶融させる必要がない。その結果得られる
利点は、特に還元の反応速度に、また溶融浴の上方での
反応ガスのＣＯ及びＨ2 の後燃焼に、効果を発揮する。
これは、発泡したスラグから独立したガス空間のある溶
融還元法、例えばＨＩ溶融法にも、またいわゆるディー
プスラグ法におけるように、発泡したスラグ中での後燃
焼にも適用できる。そして本発明においては、反応剤
は、ペレット、ブリケット、コンパクト、このほかの凝
集体の形態でもって、単独に又はこれらの複合原料の混
合物として溶融物に加えることができる。また、複合原
料は、グリーンの、焙焼した、又は焼結した、予備還元
された複合原料あるいはこれらの凝集体の混合物として
溶融物に供給することができる。
【００２０】複合原料を溶融物にコンパクトの形態でも
って加えるべきであるという発見が、本発明の本質的な
特徴と考えなくてはならない。従って、複合原料又は凝
集体、例えばペレット又はブリケットを、コンパクト単
位として、すなわち分解あるいは破裂の兆候なしに、溶
融物に必ず浸漬するようにすべきである。この要件は、
本発明の驚くべき利点、金属の酸化物キャリヤー、特に
鉄鉱石の溶融還元の有効性の増進、そしてこの溶融還元
法における供給燃料の熱効率の向上を十分に得るのに重
要であることが分かった。複合原料をコンパクトの形態
でもって溶融物に浸漬するやいなや、溶融還元容器から
の排ガスと一緒のダストの排出は少なくとも２０％減少
し、供給された燃料の熱効率は少なくとも１０％向上す
るが、これは一部分は後燃焼自体が増加するためであ
り、また一部分はこの後燃焼から溶融浴への熱移動が向
上するためである。
【００２１】更に別の同伴物質がありあるいはそのよう
な同伴物質がない反応剤、鉱石及び炭素は、コンパクト
の形態の複合原料として反応容器内の溶融物に加えられ
る。本発明のこの本質的特徴は、凝集体、例えばペレッ
ト又はブリケット中の炭素含有量は、同伴された金属酸
化物、特に鉄酸化物の完全な還元にとって少なくとも十
分な量であることを意味するものである。その上に、複
合原料中に更なる炭素を遊離の又は結合した形態で、例
えば炭化水素として入り込ませることは、本発明の範囲
内である。鉱石のための実際の還元剤に加えてこの燃料
は、溶融還元法の作業中の熱収支を補償するのに役立
つ。実際のところ、燃料のうちの一部が、更に選択的な
プロセス制御のために、例えば底部の羽口を通して、溶
融物へ供給される。とは言うものの、本発明によれば、
プロセスのために必要とされる燃料の全量を複合原料を
介して溶融物へ供給することもできる。
【００２２】本発明によれば、鉱石は、塊の及び／又は
微細に粉砕された形態でもって凝集体中に存在すること
ができる。それは原鉱石でよく、あるいは還元の度合が
様々な予備還元された鉱石でよく、完全に金属化したも
のでもよい。同じように、炭素は任意の所望のやり方で
取り入れることができ、例えば種々の品質の石炭の形態
で取り入れることができ、また高揮発性の成分とともに
取り入れることもできる。コークスやこのほかの固形の
炭素キャリヤー及び炭化水素も、いろいろな品質と沸点
の油の形態の液体炭化水素、タール、ピッチ及び製油所
廃棄物も、複合原料において使用することができる。
【００２３】選ばれた石炭の品質は、全く重要でないこ
とが分かっており、これは本発明の方法にとって殊の外
有利である。詳しく言えば、高級な無煙炭から揮発性成
分含有量がかなりである石炭、例えばガス炎炭（ｇａｓ
−ｆｌａｍｅ ｃｏａｌ）のようなものに至るまでの入
手できる任意の石炭を使用することができる。石炭の乾
留と分解後に生成するコークス又は炭素成分は、大き
さ、形状及び密度がいろいろになりうる。対照的に、揮
発分含有量の多い石炭は既知の方法では不利になる。例
えば、反応容器のガス空間で自然に起きる石炭の破裂
は、これが排ガスとともに排出される炭素粒子を増加さ
せるので、望ましくない。複合ペレットを使用する本発
明にあっては、例えば、凝集体が燃焼する前にそれらは
発泡したスラグに深く浸漬され、そしてその結果生じた
炭素粒子は発泡スラグの層中に比較的むらなく分配され
て、それを安定化するのに寄与する。
【００２４】全く思いも寄らぬことに且つ驚くべきこと
に、本発明でこれらの凝集体又は複合原料を使用するこ
とは、溶融還元法の有効性を明らかに増大させることに
なる。溶融還元容器から排ガスとともに排出されるダス
トはかなり減少して、多数の更に別の利点をもたらす。
最も明白なのは、スラグ中の酸化鉄含有量の減少であ
る。
【００２５】本方法を発泡したスラグを用いて実施する
場合には、既知の石炭及び鉱石の添加と比べて発泡スラ
グ中における遊離炭素が少なく且つ加炭された鉄の小滴
の数が少なくなる。これは発泡スラグの層を調節するの
を容易にし、そして明らかに後燃焼の度合をより高くす
ることができる。
【００２６】スラグ中の還元された小滴と溶融物の小部
分（ｆｒａｃｔｉｏｎｓ）の数がより少ないことはスラ
グのＦｅＯ含有量の調節をもたらし、そしてこの関係は
酸化用の後燃焼ジェットとスラグ中の炭素との間でのガ
ス還元を減らすことになる。スラグ中の炭素含有量は、
凝集体中の反応剤、鉱石及び炭素の直接還元のために、
既知の方法と比較して少ない。概算から、スラグ中の炭
素含有量はこのようにして約５０％減らすことができる
ことが示された。これらの低炭素含有量は、スラグを排
出する際の炭素の損失が減り、かくして供給燃料の出力
が多くなるため、追加の利点をもたらす。
【００２７】向上した後燃焼、すなわち溶融物からの反
応ガス、ＣＯ及びＨ2 が後燃焼してＣＯ2 及びＨ2 Ｏに
なる度合が上昇することは、現在の知識のレベルによれ
ば、恐らくは、排ガス中の炭素含有量がより少ないこと
により後燃焼した反応ガスの還元がより少ないことのた
めである。排ガス中のダスト含有割合が低いことは、第
一に本発明の方法において効果を発揮し、そして更に、
ダスト中の炭素含有量が低下する。これらの二つの改良
は最終的に、ガス空間又は発泡スラグにおいて後燃焼の
排ガスとの逆反応のために利用可能である炭素をより少
なくする。言い換えれば、後燃焼してＣＯ2 及びＨ2 Ｏ
になった反応ガス中には、それらの還元のための、すな
わちＣＯ及びＨ2 への逆反応のための自由な炭素粒子が
より少なくなっている。この考えは、本発明の方法を適
用した場合の反応ガスの後燃焼における思いも寄らぬ改
良を、従って供給した燃料の向上した熱効率を、説明す
ることができる。
【００２８】本発明の方法は、ほかの点では同一の運転
条件下で、発泡スラグでの運転と発泡スラグなしの運転
の両方で、反応ガスの後燃焼の度合を５５％から最高で
７０％まで上昇させ、また鉄溶融物への熱の再移動を８
０％から最高で９０％まで増加させた。
【００２９】既知の添加手法と比較して、主として反応
剤の石炭と鉱石について、本発明の方法は溶融還元法を
実施するのに多数の利点を有する。この方法のエネルギ
ー収支を、増加した後燃焼と溶融物への増加した熱の再
移動とにより全体として向上させることができる。この
方法についてのこれらの経済的な利点と一緒に、溶融速
度が同時に上昇し、かくして単位時間当たりに製造され
る鉄が増加する。従って、これらの利点は、溶融還元法
の有効性を増大させる。更に、本発明の方法の工程はま
た耐火材料の消費量も減少させることが分かった。この
方法の制御された且つ選択的な運転は、例えば製銑の際
の溶融物における頻繁な超過温度の回避は、恐らく、反
応容器の耐火性ライニングの摩耗の速度に有利な効果を
及ぼす。
【００３０】本発明によれば、複合原料をある一定の高
さから、とは言え溶融還元容器内の溶融物より少なくと
も０．２ｍ上方から、浴へ落下させることが有利である
ことが分かった。この距離を、例えば１ｍ／ｓ以上の平
均速度で、降下する際に、温度が上昇し、それにつれて
凝集体の熱含量が増加する。複合原料のこの加熱につい
ては、それらの形態が保持されそしてそれらがコンパク
トのブリケットとして溶融物に浸漬されると好都合であ
ることが分かった。言い換えると、溶融還元容器のガス
空間での凝集体の分解又は***は望ましくない。
【００３１】本発明によれば、凝集体又は複合原料は基
本的に任意の幾何学的形状と寸法を有することができ
る。立方体のブリケットが球形のブリケットと正に同じ
ように可能である。実際には、通常のもっと丸みを帯び
た、球形や長円形の形状が、例えば卵形のブリケット
が、有効なことが分かっている。これらの凝集体の寸法
は、落下の距離を通過する際に達することができる予熱
温度に関連して落下距離の長さに依存することができ
る。例えば、１ｍの最小の落下距離では直径が６ｍｍの
球状の小さなブリケットを使用することができ、また高
い転炉様の溶融還元容器における最高で１０ｍまでの大
きな落下距離では１５〜５０ｍｍの直径の大きなブリケ
ットを使用することができる。このように、凝集体の重
量−表面比は、反応剤の物質特性を考慮して、予熱され
た複合原料が溶融物に浸漬されたときになおもコンパク
トの形態を持つように調整される。複合原料の最高の平
均予熱温度についての大ざっぱな標準値として、およそ
２００℃を採用すべきである。とは言え、ここに記載し
た予熱温度は、例えば複合原料の落下距離が増加する場
合には、更に上昇させることができる。これは、例えば
ペレットを予熱するための排ガス系を利用して行うこと
ができる。複合原料は、溶融還元容器の上方に配置した
排ガス管又は廃熱ボイラーを通って落下することがで
き、そのため最高でおよそ５００℃までの最高予熱温度
に相当する２５ｍの落下距離、そしてことによってはそ
れ以上の落下距離を実現することができる。５００℃を
超えての凝集体の予熱のそれ以上の増加は望ましくな
い。明らかにそれより高い温度では、例えば投入された
石炭の揮発性成分の放出のために、凝集体が破裂する可
能性が増大する。凝集体が溶融物に浸る前のこの分解あ
るいは***は、本発明の方法と相いれない。
【００３２】複合原料、例えばペレット又はブリケット
の溶融物への浸漬は、本発明の方法においては、それら
が浸漬後に少なくとも溶融物によって完全に覆われる
が、とは言え好ましくはそれらは溶融物中のある一定の
浸漬深さに達する、ということを意味する。発泡スラグ
の層を用いて実施される溶融還元法では、最小の浸漬深
さはおよそ０．５ｍである。発泡スラグ層の厚さは非常
に大きく、例えば２ｍと４ｍ以上の間で変動することが
あるので、浸漬深さは発泡スラグの高さに関連して非常
に大ざっぱに定めることができるに過ぎない。２ｍとい
う比較的小さな発泡スラグ層の高さについて言えば、複
合原料の０．５ｍという最小浸漬深さは発泡スラグの高
さの１／４を意味する。
【００３３】発泡スラグなしに実施される、すなわち後
燃焼が溶融物より上の自由なガス空間で起きる溶融還元
法では、標準的にスラグ層の厚さは１ｍ未満と薄く、典
型的には０．１〜０．５ｍである。従って、複合原料の
最小の浸漬深さは浅いが、とは言え常に、それらがスラ
グで完全に覆われるのに十分なだけ深い。
【００３４】最小の浸漬深さに達した後に、凝集体は、
それらが例えば放出される石炭の揮発性成分のために部
分的にあるいは完全に分解するまで、加熱することがで
きる。複合原料が溶融物中の、好ましくはそのスラグ層
中の、最小浸漬深さに達した後に、凝集体は分解するこ
とができる。固形の分解生成物、例えば高炭素粒子は、
発泡スラグを安定化するのに寄与する。標準的なスラグ
層では、すなわち発泡スラグのない還元溶融法では、溶
融物全体にわたる強い浴の運動があり境界層においてス
ラグの小部分と金属の小部分とが混合するので、分解し
た複合原料の粒子は溶融浴により非常に素早く吸収され
る。
【００３５】発泡したスラグ層を用いて実施する溶融還
元法のために本発明による方法を有利に適用すると、お
よそ１ｇ／ｃｍ3 の所望の平均密度を持つ所望の発泡ス
ラグを維持し且つ安定化するのに都合のよい条件が得ら
れる。この発泡したスラグは絶えず動いており、溶融浴
からスラグ表面へ向かうスラグの流れもそのまた逆の流
れも認めることができるが、この好ましい流れの方向を
横切る流れも起きる。発泡スラグのこの移動する層にお
いては、発泡スラグ中での凝集体の分解後に放出された
炭素／コークス粒子は、既知の方法におけるように発泡
スラグ表面に集まらずに、発泡スラグそれ自体とともに
流動しあるいは流れ、驚くほどむらなくその中に分配さ
れる。発泡スラグと比べて高い凝集体又はペレットの調
節された密度のために、これらの複合原料はそれらが分
解する前にスラグ中に沈み、発泡スラグ中での反応の有
効性を増大させる。ペレットが分解する際に放出された
ガスは固形粒子に、例えばコークス粒子に付着してそれ
らに浮力を付け加える傾向がある。とは言うものの、本
発明の方法を適用すると、およそ１．５ｇ／ｃｍ3以上
というペレットの密度は既に、発泡したスラグ中の炭素
／コークス粒子の均一な分配を保証するのに十分であ
る、ということが分かった。こうして、通常の方法から
知られているような発泡スラグ表面でのコークス粒子の
望ましくない蓄積とそれらの固化（ｃａｋｉｎｇ）を確
実に防ぐことができる。
【００３６】既知の方法では、供給された石炭はスラグ
中で炭素粒子として集成される前に完全に炭化される。
浴表面より上で放出された石炭の揮発性成分は、酸化用
の後燃焼ガスジェットに還元効果を及ぼし、後燃焼の度
合を低下させて、プロセスの熱収支あるいは揮発性成分
を含有する供給石炭の熱効率を低下させる。このため
に、石炭中の揮発性成分の含有量は、発泡スラグ法にお
いては２０％未満に制限される。本発明の方法では、発
泡スラグ浴表面より下方での揮発性の石炭成分の放出が
プロセスの有効性の増大をもたらす。と言うのは、この
石炭の分解から生じる還元ガスが発泡スラグ中を上昇す
るからである。この事実は、プロセスの運転にいくつか
の利点をもたらす。石炭及びすす分の分解の際に放出さ
れる還元ガスのＣＯとＨ2 は、酸化鉄含有スラグと直接
接触して酸化鉄の金属化をもたらす。同様に、これらの
還元ガスは溶融物中に部分的に入り込む酸化用の後燃焼
ジェットとの反応にも利用できる。後燃焼ガスジェット
が溶融物に入り込むのは、後燃焼のエネルギーが溶融物
へよりたくさん再移動するのに貢献するので望ましいこ
とである。石炭からの揮発性成分と後燃焼ガスジェット
との浴表面より下方での反応から追加して生成された反
応ガスは、スラグにおける増大した有利な浴の運動をも
たらす。こうして、この増大した浴の運動は、浴下の羽
口を通る循環ガスの量を減らしてスラグにおける所望の
熱移動と発泡スラグの所望の密度とを調整するのを可能
にする。
【００３７】本発明によれば、複合原料の密度は溶融還
元容器における液体スラグの密度より高くなるように設
定すべきである。例えば、鉱石ダスト、石炭、石灰及び
結合剤の混合物をおよそ２．０ｇ／ｃｍ3 の嵩密度に達
するように高圧で圧縮してブリケットにすることが有効
であることが分かった。ほぼ同じ組成にあって、嵩密度
１．６ｇ／ｃｍ3 のペレットが作られた。本発明により
溶融還元容器においてこれらの凝集体を使用すると、鉄
浴上のスラグは、組成が４９％ＣａＯ、３２％Ｓｉ
Ｏ2 、３％ＦｅＯ、１７％Ａｌ2 Ｏ3 であり、密度が
２．６ｇ／ｃｍ3 であった。発泡スラグにすると、密度
はおよそ０．８ｇ／ｃｍ3 に低下する。
【００３８】本発明の方法は、溶融還元容器から排ガス
とともに排出されるダストを驚くべきほど大きく減少さ
せた。例えば、ＨＩ溶融法により運転しているパイロッ
トプラントで、時間当たり約１０ｔの液体の鉄が製造さ
れる。鉱石と石炭を使用する場合、すなわち鉄鉱石の予
備還元工程がない場合には、６３％Ｆｅ、２．６％Ｓｉ
Ｏ2 、１％Ａｌ2 Ｏ3 の組成を持つ鉱石ダストが時間当
たりおよそ１６ｔ、そして同時に揮発分含有量がおよそ
１０％の石炭がおよそ８ｔ供給される。容器の発泡スラ
グのないガス空間での後燃焼はおよそ５０％、そして鉄
浴への熱の再移動（伝熱効率）はおよそ８０％である。
これらの運転条件下では、排ガスはおおよその炭素含有
量が１５％のダストをおよそ６０ｇ／Ｎｍ3 含有する。
しかし、鉱石ダストが上部から溶融還元容器のガス空間
を通って、凝集体、特に複合ペレットとして還元炭素と
一緒に溶融物にやって来る場合には、ダストの排出は３
０ｇ／Ｎｍ3 −排ガスまで低下する。同時に、後燃焼の
度合は、そのほかの点では同一の条件下で６０％に上昇
し、鉄溶融物への熱の再移動は約８５％になる。
【００３９】従って、溶融還元容器からのダストの排出
は本発明の方法を適用することにより、通用の溶融還元
操作と比べておよそ５０％だけ低下させることができ
る。最高のダスト排出量はおよそ４５ｇ／Ｎｍ3 −排ガ
スであると予想される。ダスト中の炭素含有量が低下す
ることには更に別の利点である。本発明の方法にあって
は、排ガスダスト中の炭素含有量は８％未満の値に設定
することができた。本発明の方法を適用する以前には、
排ガス中の炭素含有量は発泡スラグの場合におよそ１５
％であった。
【００４０】ダストの排出自体のこの減少及び特に排ガ
スダスト中の還元された炭素の含有量の減少は、排ガス
を予備還元又は予熱のために、また主としてガス清浄化
プラントで使用する場合に有利である。鉄溶融物からの
反応ガスの後燃焼における上述の改良及び発泡スラグを
調節し安定化させることの簡素化とともに、排ガスを取
り扱う上での改良自体が、本発明に従う方法により反応
剤の鉱石と炭素を複合原料として加えることで思いも寄
らぬ明らかな利点を示す。
【００４１】増加した後燃焼は、主として発泡スラグの
層において後燃焼する場合に、スラグの酸化鉄含有量の
無視できない低下に関係していると考えられる。後燃焼
のためのガスジェットとスラグとの間で起きる酸化反応
は、恐らくはより少ない。同時に、スラグ中のＦｅＯ粒
子含有量がより少ないことは、上部から吹き込まれる酸
化用ガスがＦｅＯ分子を酸化する可能性を低下させる。
同時に、スラグにおける低下したＦｅＯ濃度は、耐火容
器ライニングの摩耗を明らかに改善させる。耐火ライニ
ングの摩耗速度は半分よりも更に低下させることができ
よう。スラグ中のＦｅＯ含有量が低下することはまた、
よりたくさんの金属生産量をもたらし、かくして既知の
方法と比較してプロセスの有効性の増大をもたらす。
【００４２】次に、典型的な図面と非限定の例を参照し
て本発明を一層詳しく説明する。
【００４３】図１は、発泡したスラグの層を用いて処理
を行う転炉様の溶融還元容器の縦断面を模式的に示す図
である。
【００４４】金属ジャケット付きのこの溶融還元容器１
は、ライニング２を有し、これの底部領域を羽口３が貫
通している。上部の吹き込みランス４には、酸化反応用
の上部吹き込み羽口の開口５と反応ガスＣＯとＨ2 を後
燃焼させるための後燃焼用羽口６がある。
【００４５】ライニング２を備えた溶融還元容器１には
溶融浴７が入っており、その深さが矢印８で示されてい
る。溶融浴７の上には、矢印１０で浴レベルが指示され
た発泡スラグ９がある。溶融物中の気泡１１は、それに
応じて小さな淡い領域で示されており、その一方、供給
口１３を通して溶融還元容器に入る複合原料１２、この
例においてペレットは、薄黒い点で示されている。
【００４６】小さな矢印で示された排ガス１４は、排ガ
ス管１５を通って溶融還元容器を出てゆく。排ガス１４
とともに、すす及び石炭の粒子を含むダスト粒子が容器
の外に運び出される。
【００４７】図１に示した容器での溶融還元法は、いわ
ゆるディープスラグ法について普通であるように、発泡
したスラグと酸素の上部吹き込みランスを使って実施さ
れる。全部の固形反応剤は、ペレット１２の形でもって
供給口１３を通して溶融物へ供給される。これらのペレ
ットは６５％の鉄鉱石及び２５％の石炭（組成はＣが８
０％、灰分が１０％、２％のＨ2 Ｏを含む揮発性物質が
１０％である）を含有し、またスラグ形成剤及び結合剤
として８％のＣａＯを含有する。それらは嵩密度２．５
ｇ／ｃｍ3 のグリーンのペレットである。鉄溶融物７は
処理の開始時に２０ｔの重量があり、そして４０ｔの最
大重量時に、Ｃが３．５％、Ｆｅが９５％の組成の銑鉄
２０ｔが容器から出湯孔（図示せず）を通して排出され
る。同時に、３８％がＣａＯ、２７％がＳｉＯ2 、１７
％がＡｌ2 Ｏ3 、１２％がＭｇＯ、３％がＦｅＯ x とい
う組成のスラグ８．５ｔが、スラグ排出孔（同様に図示
せず）を通して容器から抜き出される。
【００４８】処理中に、およそ７００ｋｇ／ｍｉｎの規
定されたペレット１２が溶融物に供給される。同時に、
ランス４を通して７５００Ｎｍ3 ／ｈの酸素が吹き込ま
れる。およそ１５００Ｎｍ3 ／ｈが上部吹き込み口５を
通って流れ、６０００Ｎｍ3／ｈが後燃焼用の羽口６を
通って流れる。
【００４９】排ガス管１５を通って、ダスト含有量３５
ｇ／Ｎｍ3 の排ガス１７０００Ｎｍ 3 ／ｈが溶融還元容
器を出てゆく。
【００５０】更に、１０００Ｎｍ3 ／ｈの攪拌用ガス、
主として窒素を、底部の羽口３を通して溶融物へ吹き込
んで、鉄溶融物の浴の必要な運動と発泡スラグ層の蓄積
を保証する。
【００５１】発泡スラグでのこの操作では、本発明の方
法を適用することにより８５％の熱再移動で６０％の後
燃焼度が達成された。これと比較して、通常の操作で且
つ反応剤を底部の羽口を通してあるいは非ペレット化固
形物をガス空間を通して混合して加えた場合には、８０
％の熱の再移動で５０％の後燃焼が達成された。これか
ら、本発明の方法では通常の操作よりも、製造された銑
鉄１ｔ当たり２００ｋｇの石炭の節約ということにな
る。同時に、生産性が銑鉄８ｔ／ｈから１０ｔ／ｈに上
昇する。
【００５２】排ガス中のダストの量は、本発明の方法を
用いれば既知の操作と比べて２５ｇ／Ｎｍ3 低下させる
ことができた。通常の操作で１５％という排ガスダスト
中の炭素含有量は本発明による方法では６％に低下させ
ることができた。この結果、特にガス清浄化プラントで
の、排ガスの後燃焼について多数の利点が得られる。
【００５３】金属の酸化物キャリヤー、特に鉄鉱石の溶
融還元の有効性を上昇させるための方法であり、スラグ
の層のある溶融浴が入った反応容器内で行われ、溶融浴
から出てくる反応ガスを酸化ガスで後燃焼させてその結
果得られた熱を溶融浴に移動させ、そして反応剤の鉱石
及び炭素を、反応容器のガス空間を通して上部から溶融
物へ供給する溶融還元法における供給燃料の熱効率を向
上させる方法であって、これらの反応剤の鉱石及び炭素
を更に別の同伴物質とともにあるいはそのような同伴物
質なしに、複合原料としてコンパクトの形態でもって溶
融浴へ加えることを特徴とする本方法は、本発明の範囲
を越えることなく幅広く変更することができる。反応剤
の鉱石及び炭素がコンパクトの形態でもって凝集体とし
て溶融浴に加えられる限り、例えば、たとえその複合原
料が異なる方向と高さから溶融還元容器に加えられると
しても、それは本発明の範囲内にある。もちろん、溶融
還元法自体にもかなりの変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための溶融還元容器の断面図
である。
【符号の説明】
１…溶融還元容器 ４…吹き込みランス ７…溶融浴 ９…発泡スラグ １１…気泡 １２…複合原料 １３…供給口 １４…排ガス １５…排ガス管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−65009（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−119631（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−246308（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−247513（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−316406（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−287708（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−285106（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−238311（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C21B 11/00 - 13/00

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属の酸化物キャリヤーである鉱石の溶
    融還元の有効性を増進するための方法であり、スラグ層
    のある溶融浴が入った反応容器内で行われ、溶融浴から
    出てくる反応ガスを酸化ガスで後燃焼させてその結果得
    られた熱を溶融浴に移動させ、そして反応剤の鉱石及び
    炭素を、少なくとも一部分は当該反応容器のガス空間を
    通して上部から落下させて溶融物へ供給する溶融還元法
    における供給燃料の熱効率を向上させる方法であって、
    これらの反応剤の鉱石及び炭素を更に別の同伴物質とと
    もにあるいはそのような同伴物質なしに、複合原料とし
    てコンパクトの形態でもって上記溶融浴へ加える、溶融
    還元の有効性増進法。
  2. 【請求項２】 前記反応剤を、ペレット、ブリケット、
    コンパクト、このほかの凝集体の形態でもって、単独に
    又はこれらの複合原料の混合物として前記溶融物に加え
    る、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 グリーンの、焙焼した、及び焼結した、
    予備還元された複合原料あるいはこれらの凝集体の混合
    物を前記溶融物に供給する、請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記複合原料中の炭素含有量を当該複合
    原料の含有金属酸化物を完全に還元するのに少なくとも
    十分であるように設定する、請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記複合原料中の燃料含有量を当該溶融
    還元法の熱収支をまかなうのに十分であるように設定す
    る、請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記反応剤の炭素を、種々の品質の石
    炭、コークス、このほかの固形の炭素キャリヤー及び炭
    化水素の形で、また種々の品質及び沸点の液体炭化水
    素、タール、ピッチ、製油所廃棄物の形で、前記複合原
    料でもって前記溶融物に供給する、請求項１記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 前記反応剤の鉱石を、塊の及び／又は微
    細に粉砕された未処理の又は還元の度合が様々な予備還
    元された鉱石、あるいは完全に金属化された物質とし
    て、前記複合原料でもって前記溶融物に供給する、請求
    項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記反応剤の緊密な接触により完全な還
    元に至るまでの予備還元が前記複合原料において既にな
    される、請求項１記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記複合原料又は凝集体が、前記溶融物
    に浸漬する前に当該溶融還元容器内を落下する過程で昇
    温する、すなわち予熱される、請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記複合原料を泡立たない金属浴表面
    の上方少なくとも０．２ｍの高さから及び／又は少なく
    とも１ｍ／ｓの速度で加える、請求項１記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記凝集体の重量−表面比を、前記反
    応剤の物質特性を考慮して、予熱された複合原料が前記
    溶融物に浸漬されたときになおもコンパクトの形態を持
    つように調整する、請求項１記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記凝集体又は複合原料が前記溶融物
    に浸漬されるときに５００℃の平均最高温度を有する、
    請求項１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記凝集体又は複合原料の密度が前記
    溶融浴上の発泡スラグの層の密度より高い、請求項１記
    載の方法。
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