JPH03501678A - エネルギを生成し且つ鋼鉄等の鉄材を製造する方法 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 エネルギを生成し且つ鋼鉄等の鉄材を製造する方法ｌ豆旦艮皇上１ 本発明は、熱電気発生方法、特に、石炭から動力を得る方法に関する。一つの方 法で二つのことが得られる本発明方法では、液化工程、または液化ＩＡ理過程中 に、燃料としての石炭から有益なオイル等が取り出される。その結果として、揮 発性の低いチャー（残漬）が得られるが、このチャーは、鉄の還元溶融処理時に 利用することができる。高温で鉄を還元処理する間にガスが発生するが、このガ スはタービンを駆動する動力や、電力の発生に直接的および／または間接的に利 用される。本発明の総合的な方法は、各処理過程や各工程の特色から引き出され る利点により比較的エネルギ効率の良い方法が促進されるシステムと深く関わり をもつ。好適実施例において、鋼鉄は鉄の還元溶融処理を介して製造される。

鉄が大気圧よりも高い圧力下で還元されると、加圧ガスが発生するが、このガス を利用すれば、タービンを効率良く駆動させたり、電気を発生できる利点がある 。本発明は、加圧溶融金属の取り扱い時に発生する問題を処ここ何十年かの間、 効率的且つ比較的安価に電気エネルギを得ることが、大きな関心事となっている 。様々なタイプがある発電所の中でも、石炭を燃焼させて電力を得る発電所が特 に普及し、広く行き渡っている。その理市は、どの地域にも比較的適合し且つ、 比較的安価な燃料が割合に広範囲に得られることによる０周知の石炭燃焼装置が 抱える問題点は、燃料の使用法にある。周知の装置では、例えば、石炭をただ隼 に燃焼させた後、残留物を廃棄していた。しかし、この方法には、重要な問題点 が二点ある。その一つは、石炭には、応々にして比較的有益な有機成分が含まれ ており、分離して不純物を取り除けば、ディーゼル燃料等の有益なオイル製品が 得られることである。従来の発電所では、通常、これらの有機成分を石炭の残り と一緒に、安価な燃料として燃やしていたが、この方法が、天然資源である石炭 を無駄に使用していることは一目瞭然である。

周知の装置では、一般的に、比較的高品質の石炭が必要とされる。これが第二の 問題点である。例えば、ナトリウムを大量に含む石炭は、あまり燃えないので、 使い勝手が悪い。しかし、斯かる物質を最初に取り出しておけば、品質の低い石 炭であっても、燃料源として有効的に使用することができる。

石炭液化法、即ち、石炭から揮発性の物質を取り除く方法も周知である。但し、 この方法は、電力を発生させる燃料として使用される石炭には用いられない。そ の大きな理由は、チャーが望ましい燃料でないことによる。

チャーにはエネルギがかなり含まれているが、一般的に通常のボイラでは、容易 且つ清潔には燃えない。このため、電力会社では、現在チャーを敬遠している。

例えば、鉱石から金属を抽出する際に使用するコークスとしての石炭も、鉄等の 金属を還元するために製鉄業界で利用されている。周知の方法では、石炭製品を 水、シリカ、生石灰、タコナイトとともにぺＩノット化した上で、溶銑炉等の高 温オーブン内で処理される。但し、金属鉄を製造するこの方法は、今日、全く注 目されていない。

これまでめられていた方法は、最大の燃料源としての石炭や石炭製品を利用して エネルギをより効率的に発生させる方法である。具体的には、単なる天然の燃料 ではなく、それ以上の価値をもつように、石炭を利用してエネルギを発生させる 方法である。その利用法には、例えば、鉄の還元処理やボイラの作動がある。そ して、特に有益な方法は、エネルギ発生時に副産物として、鋼鉄を製造する方法 である。

鉄を大気圧より高い圧力下で還元した時に発生するガスには、電気を発生させる に必要なエネルギが多く含まれているので、効率が良くなる。そして、熱効率も 良くなり、ガスの濃度が高まると共に反応速度が早まる。高圧溶銑炉は、この出 力ガスから不純物を取り除くための容器を小さくできるので、現地以外の場所で も組み立てることができ、経費を節減できる。ところで、従来、還元処理は加圧 下で行われなかったので、取り扱いの面で特別な問題が生じていた。

え豆立ｌヱ そこで、本発明の目的は、石炭を燃料として使用する前に、石炭からオイルを取 り除いた上で、原料石炭から電力を得る方法と、液化処理を行った後、還元、溶 融工程でチャーを利用して酸化鉄を還元する斯かる方法と、鉄の還元時に発生す る高圧、高温のガスを利用して、タービン装置で電気を発生する方法と、鉄還元 時に発生するガスによって直接駆動されるガスタービンと、同ガスタービンから の高温ガスによって加熱されたボイラのスチームで駆動するスチーム駆動式の発 電機とが直列に連結されたガスタービン装置を使用する斯かる方法と、チャーを 利用した鉄の還元時に発生する高温のガスで加熱されるボイラ内のスチームの一 部を用いて、石炭を液化する際に必要な熱源を提供して、チャーを製造する斯か る方法と、主要な燃料源および還元剤としての石炭を用いて、オイル製品を製造 し、酸化鉄を還元し、電力を発生させる総合的な方法と、比較的エネルギ効率が 良く、且つ比較的簡単に実施でき、特に適合性のよい訴かる方法とを提供するこ とにある。本発明の別の目的は、溶融によって得られる産物から鋼鉄を製造する 工程を含む総合的な方法を提供することにある。又、本発明の他の目的は、大気 圧より高い圧力の下で鉄を還元する方法を提供することにある。この還元によっ て生じる加圧された高温のガスは次の電力発生工程で利用される。加圧ガスには 、エネルギが多く含まれているので、効率良くエネルギを発生させることができ る。更に、加圧溶融金属が縦型のタップ装置内を金属自体の圧力により上昇した 時に、金属の自重でもって、その圧力を相殺して、金属の圧力が大気圧に近づく 高さ位置で溶融金属を取り出す方法も提供される。本発明の他の目的、および利 点は、添付図面を参照して説明する、本発明の様々な実施例の説明から明らかと なろう。

ｌ豆旦１刃 本発明は、エネルギを発生し且つ、鉄を安く還元することができる、総合的な方 法、および能率的な方法で石炭を利用する装置に関する。更に、潜在的価値のあ るオイルを燃料源である石炭から取り出し、このオイルを、ディーゼル燃料等の 燃料を製造する燃料製造業界を始めとする様々な工業界で利用できるようにする 。総合的な方法は、複数の工程および処理過程に分けることができる。但し、詳 細な説明から解るように、特定の利点は、幾つかの工程を、相互依存の関係にあ るシステム内で統合することにより得られる。このシステムでは、様々な処理過 程で得られたエネルギが、比較的能率的に利用され他の処理過程や工程での駆動 源となる。これについては、以下に詳しく説明する図示実施例から容易に理解で きよう。以上の結果として、ここでは、比較的経済的にオイルを生成し、鉄を還 元し且つエネルギを発生させる有用な発電所の総合的な構成が提供される。

５０　ｐｓｉａより高い圧力で鉄を精練する方が、加圧ガスの製造に際し有利で ある。この加圧ガスは大気圧のガスよりも、そのエネルギ含有量が多いので好ま しく、タービンの駆動に際し、より多くのエネルギを発生する。精練工程で行う 加圧溶融金属の制御に附随して生じる問題が此まで、斯かる装置の受け入れ体制 を遅らせてきた。

本発明の好適実施例では、縦型のタップ装置内部を金属がガスの圧力によって押 し上げられるが、内部を上昇すると、金属の自重がこの圧力を相殺し、ある高さ 位置で溶融金属の水頭圧が大気圧近くまで下げられるので、取り扱い面での問題 が解消される。次いで、溶融金属は安全に且つ容易に取り出される。

本発明の第一処理過程において、燃料源としての石炭は液化工程で液化処理され 、揮発性の成分が取り除かれる。同時に、望ましくない無機質も抽出される。無 機質の物質は、燃料源としての石炭の好ましい使用を妨げるので、本発明方法の 初期の段階において除去するほうが有益である。これにより、本発明では、比較 的低品質の石炭を使用することができる。従って、経済性が向上する。

様々な液化処理が液化工程で行われる。その内の一つは、溶媒による抽出の後、 高温加熱処理する方法である。この場合、フェノール溶媒を使って抽出処理をす ることが好ましい。そして、抽出処理後、スチームと酸素で適度の高温加熱処理 を行って、揮発分を除去し、別の有益な液体成分を取り除いて、次の処理過程で ある鉄の還元に使う揮発性の低いチャーを得る。

液化処理方法はこの外に、熱水に接触させた後、有機溶媒を用いないで水／スチ ームによる抽出操作を行い、その後、適度の高温加熱処理する方法、スチームだ けによる抽出処理方法、高温加熱だけによる処理方法がある。エネルギ効率およ び比較的揮発性の成分を殆ど全て取り除く能力を考えると、有機溶媒と、適度の 高温加熱処理の組合せが好ましく、この組合せを用いれば、還元に必要な特に望 ましいチャーが得られる。

通常、液化処理過程で得られたチャーは、適度に活性なため、乾燥した空気中で 自然に燃焼する。従って、長時間保存する場合は、通常、不活性な雰囲気下に置 くか及び／又は、燃焼しない程度、例えば、重量で３０％の湿めり気を与えた方 が好ましい。

チャーの活性度を考慮すると、水の清浄に使用する活性炭の優れた代用品となる 。活性炭は高価なので、その分、チャーは経済的な資源といえる。浄化処理過程 で使用しても、チャーのエネルギ含有量は低減しないので、その後の処理過程で ある鉄の還元処理において、チャーの有用性に悪影響を及ぼすことはない。

活性炭として用いられた後、チャーは鉄の還元溶融処理過程で使用される。一実 施例において、チャーは、ベレット化工程で、石灰やシリカ等のバインダと混合 された後、スチームと接触して硬化する、即ち、チャーはベレット状となる。ベ レット状になると、鉄の還元時に、化学反応速度が早くなる上に、取り扱いも容 易となり、また、鉄の還元処理過程中、ガスに吹き飛ばされることもなくなる。

上述した第１工程で形成されたチャーは、タコナイト等の鉄鋼石や、クズ鉄を始 めとする鉄の還元溶融に使用される。クズ鉄を使用した場合は、上述の如く形成 されたベレットとクズ鉄を、例えば、直接混合した上で精練処理を開始する。予 め還元されたクズ鉄を使用しても、本発明で使用する製練装置の溶融処理の方が 従来の溶鉱炉のそれと比べて経済的なので、本方法は非常に経済的といえる。ま た、タコナイト等の鉄鋼石を使用した場合は、チャーの一部をタコナイトと共に ベレット化した方が好ましい。尚、繰り返しになるが、ベレットはバインダを含 んでいる。

第二工程では、酸化鉄が、例えば、オーブンや溶銑炉等の製練装置内で、還元体 として作用するチャーを介して還元される。最も一般的な第二工程での生成物は スラグ、液体金属、高温ガスである。高温ガスは、第三工程での電力の発生に直 接及び／又は間接的に利用される。

第二工程の内容は、実施例間で僅かに異なり、夫々利点を有する。例えば、ベレ ットにクロマイトを含ませてステンレス鉄を製造する。又、燃成によって直接還 元された鉄を形成してもよい。第二工程の補助処理過程で、還元された酸化鉄が 精練されて鋼鉄が形成されるが、この鋼鉄の形成は、例えば、燃成炉、又は燃成 炉にガスと無機物質を注入する手段とを用いて行う。

第二工程の還元処理は、加圧下で行う方が、加圧ガスを発生させることができる ので、有利である。第三工程で動力を効率良く発生させるには、この加圧ガスで タービンを駆動すればよい。加圧下で行われる本発明の実施例において、加圧溶 融金属の製造に附随する問題は、圧力を低下させるために設けられた、縦型のタ ップ装置により解決される。縦型のタップ装置内の金属は、ガスの圧力によって 内部を上昇する。金属が上昇すると、その自重がガス圧を相殺して、ある高さで 、水頭圧が大気圧まで下がり、溶融金属が流出、即ち取り出されて、次ぎの用途 に使用される。

第二実施例の別工程では、チャーに石灰を混ぜた上で気化する。このガスは次い で、還元溶融される鉄材と接触する。好ましいシステム内において、チャーは、 通常の溶融器／気化器であるチャンバで気化される。

鉄鋼石等の鉄材が別個のチャンバ内に供給されると、溶融器／気化器から送出さ れた高温ガスに触れる。還元された鉄鋼石は、次いで、直接、溶融器／気化器内 に供給され、そこで溶融されると共に、銑鉄として取り出される。この銑鉄は精 練されると、以下に説明するように、鋼鉄となる。

第三工程では、溶銑炉、即ち、還元溶融処理中に形成された高温ガスが利用され る。幾つかの実施例において溶銑炉は、かなり高い圧力下で作動されるので、効 率が向上し且つ滞留時間が短くなる。但し、別実流側では、比較的低い圧力を用 いてもよい。何れの場合にも、還元溶融処理によって形成された高温ガスには、 他のガスと相まって、約３０〜４０％の一酸化炭素が含まれている。溶銑炉の作 動温度は、通常、２，０００°Ｆ（最も一般的には、２，５００°　Ｆ　〜２， ９００°　Ｆ）であ゛るが、この温度と比較べて、急速に冷えつつあるガスは、 その温度が低く、華氏３００〜６００度で、チャーの塵埃等の微粒子を含む。最 も代表的な方法では、流出ガスがフィルタ等の装置にかけられ、固形微粒子が除 去される。

第三工程の好適処理過程において、排気ガスがバーナ内に導かれ、そこで、酸素 の存在下で燃焼して、−酸化炭素を酸化すると共に、ガスの温度をかなり、例え ば、２．０００’″　Ｆの温度まで上げる。多量のエネルギを有する非常に高温 のこれらのガスは、その後、ガスタービン装置に送られ、そこで、ガスのエネル ギが直接的に電力生成に利用される。ガスは、かなりの圧力で加圧される方が望 ましい。この圧力は加圧された溶銑炉から得られる。高圧ガスタービンは、産出 ガスの圧力で表されるエネルギを取り出す効率的な手段である。ガスタービンか ら排出された低温で、低エネルギのガスは、次いで、スチームを生成するボイラ に導くのが好ましい。ボイラで生成されたスチームは、蒸気タービンの駆動及び 電力生成に利用される。更に、ボイラで発生された熱蒸気は例えば、第一工程に おける溶媒の熱源及び／又はスチームの抽出／液化等、多くの処理工程での処理 を促進するために利用できる。

高温ガスはボイラから排出された後も、かなりの量の熱を有するので、効率的に 利用すれば、本発明方法の各処理を促進することができる。例えば、これらの高 温ガスを熱交換器に通して、空気を加熱することもできる。

この空気は、第二工程におけるホットブラスト溶銑炉、或は、第二工程における 他の装置等、本発明方法の様々な処理過程に利用される。

以下に詳述する図示実施例には、ボイラで生成されたスチームと還元溶融処理過 程中に生成された熱とを利用する非常に効率的なシステムが、示されている。図 面は本明細書の一部を構成し、本発明の一実施例を図示　゛した上で、様々な目 的及び特徴をそこに例示しである。

尚、略図である添付図面は、一般的な実施例を示すもので、特別な構成も、本発 明の原理に従って種々可能第１図は、本発明に係る方法を実施する為の発電設備 の概略図。

第２図は、本発明の代替実施例に係る発電設備の一部の概略図。

第３図は、溶銑炉から取り出された溶融金属が鋼鉄に精練される、本発明の実施 例に係る発電設備の一部の概略図。

第４図は、溶銑炉から取り出された溶融金属材料を鋼鉄に精練する、本発明の代 替実施例に係る発電設備の一部の概略図。

第５図は、第４図の５−５線に沿った断面図。

第６図は、本発明に係る低圧下での鉄の還元処理の実施例の概略図。

第７図は、第６図の７−７線に沿った、本発明に係る有用な配置構成の高圧溶銑 炉の底部断面図。

第８図は、第６図の８−８線に沿った、本発明に係る垂直タップ装置の断面図。

了゛　流側及び代替　流側の詳細な説 要件に応じ、本発明の詳細な実施例を本明細書中に開示する。但し、開示された 実施例は種々の形態にて実施され得る本発明の車なる代表例であることは理解さ れる。開示された特殊な構造及び機能の詳細は、限定的なものでなく、請求の範 囲の基礎を成すとともに、当業者が適切な個々のシステムにおいて本発明を様々 に実施する為の教示の基礎を成すものである。

概略的には、本発明に係る方法は、チャー（残漬）の形成と油分の除去の為に石 炭が処理される第一ステージ、チャー製品を鉄精錬操作において利用することに より、有用な高圧の高温ガスと、鋼鉄に精練され得る還元鉄とを生成する第二ス テージ、及び、第二ステージからの高圧高温ガスが電気の生成に利用される第三 ステージ、の３つのステージに関して記述される。記述されるとともに図示され た好適な配置構成においては、上記３つのステージは相互に作用し合うことから 、各ステージにおいて生成されたエネルギは、好適な手法により、処理操作全体 を通して有効に利用される。この事は、以下の説明から一層明らかになろう。

第１図に関し、参照番号１は、石炭から石油成分を抽出すべく処理してチャーを 生成する方法の第一ステージを表す。第１図は、本発明の原理に従りて操作され る発電設備を示しているものと解される。参照番号５は、石炭供給ラインを表し ている。本発明に係る方法においては、無機成分が多過ぎて従来のボイラへの供 給物としては活用できない品質の石炭を含め、種々の品質の石炭を利用すること ができる。

第一ステージにおいては、供給された石炭から成分を除去すべく、抽出／液化方 法が採用される。本発明に係る方法においては、種々の手法を用いることが可能 である。概略的には、必要とされるのは、石炭から最終的に揮発性の成分を除去 するとともに無機成分を抽出し、低揮発性の成分を有するチャー材料を歿留せし めることである。

本発明の好適な応用例においては、石炭供給ライン５は、オートクレーブ６を含 む液化装置に導かれ、ここで、フェノール溶媒、或は、水／スチームの如き溶媒 辷より抽出される。概略的には、石炭から揮発性材料”　を迅速に抽出する為に は、３５０°乃至４２０°にて４５０　ｐｓｉａでフェノール溶媒で抽出するの が好適である。高温の溶媒はライン７を介してオートクレーブに供給されるとと もに、ライン８を介して取り出される。

以下に更に詳述される様に、第１図において、溶媒は熱交換器１０及び１１によ り少なくとも部分的に加熱される。熱交換器１５は、抽出ステップからの溶媒を 冷却する位置に置かれるとともに、溶媒を冷却器１６を介して分離器１７に導き 、分離器１７にては抽出された石油成分が溶媒から分離される。分離器１７は、 蒸留システムを含む従来の種々の型の内のいずれのものでも良く、又、石油製品 はライン１８から取り出される一方、溶媒はライン１９から取り出されてライン １７に沿って再びオートクレーブ６内に導かれる０図示された実施例においては 、溶媒はライン１９を介して熱交換器１５及び熱交換器１０及び１１に導かれ、 従って、溶媒は連続的に抽出を行なえる様に十分に加熱される。ライン１８を介 して取り出された揮発物は、ライン２０及び２１にて２つの成分に分離される。

詳述はしないが、従来の分離技術を用いて、ディーゼル燃料等として用いられる オイルの如き、より高価な石油製品がライン２０から分離され、一方、安価であ りながらも燃焼し易い成分は、ライン２１を介し、以下に述べる第三ステージの ボイラに補助燃料源として導かれる。概略的には、１トンの石炭から少なくとも ６５ガロンの有用なオイルが抽出される。

第一ステージの好適な液化システムにおける第２のステップでは、抽出後の残余 物がオートクレーブ６から高温加熱炉或はチャンバ３０内に導かれ、合理的に可 能な限り揮発物を確実に減少すべく、穏やかに高温加熱が行なわれる。これを行 なう理由は、第二ステージの鉄還元ステップにおいて、殆ど揮発成分を含まない チャーを使用するのが望ましいからである。典型的には、スチーム及び酸素の存 在下において、略６００°Ｃ且つ１気圧で高温加熱を行なえば、ライン３１を介 して残留揮発物を抽出するとともに残余物としての粉状のチャーを歿留熱は、熱 交換器１０から供給される熱によっても少なくとも部分的に満足される様な比較 的少ないエネルギ消費で済むことから、好都合である。所望であれば、ライン３ １から取り出された揮発物は従来の手法により回収され得る。もし必要乃至は所 望であれば、熱交換器１０ｈ１らライン３２を介して連続的に供給を行うべく、 従来の手法によりスチーム循環装置を配備しても良い。

上述した様な抽出及び高温加熱が、チャーからの金属塩並びに有機揮発物の除去 にも使用され得ることは理解される。チャー材料は、高温加熱炉３０からライン ３５を介して取り出される。繰り返すが、このチャー材料は揮発成分を殆ど含ん でおらず、以下に述べる第二ステージにおいて用いられるに適している。有機溶 媒に代えて、熱水子処理と水／スチーム抽出とによる２段階の液化処理を含め、 種々の代替的な液化処理を利用することは可能である。概略的には、斯かるシス テムは引き続き低温加熱を必要とする。熱水による石炭材料の前処理により、ス チーム処理による抽出が容易となる。斯かる処理操作では、例えば典型的には１ ５乃至２０分間の短時間だけ略２００°Ｃの熱水にて前処理を行ない、次に、略 ３７５°Ｃ且つ略７５０　ｐｓｉａでスチームによる抽出を行なう。上述した様 に、引き続く低温加熱は、加熱炉３０内において、例えば略６００″Ｃ且つ大気 圧下で行なわれる。

概略的には、本発明に係る設備と組み合わせて、単一ステップの液化処理過程を 採用しても良いが、斯かるシステムは、揮発成分の少ないチャーを容易に得るこ とができず、又、高価な液体製品を生成することが少ないので、効率的ではない 。成る単一ステップシステムにおいては、オートクレーブ６における抽出処理を 省略して加熱方法のみから始められる。別のものでは、加熱炉３０における加熱 を省略し、オートラ１ノープロ内における抽出のみが行なわれる。如何なる液化 処理過程を選択するかは、所望とされる、コスト、供給される石炭、及び、チャ ー製品に依存する。

活性のあるチャー材料は、例えば水の精製において活性炭として用いられるに通 している。又、このチャー材料は、精製に用いられた後に、金属を還元する為に も利用される。チャー材料を精製に用いたとしてもチャーのエネルギ含有量は殆 ど影響を受けないことから、還元に関するチャー材料の有効性は殆ど減少しない 。活性炭或はチャコールは極めて高価である。チャー材料は斯かる活性材料の安 価な資源となり、又、活性を失ったチャー製品は引き続き鋼鉄製造に用いられる 。

液化方法をどの様に選択するかに関わり無く、基本処理操作は、第二ステージへ 向けて揮発成分の少ないチャー製品を提供することである。更に、チャーの生成 は、可能な限り低コストでエネルギ効率の高い方法で行なうことが好適である。

上記において詳述した溶媒による抽出ステップ／穏やかな加熱ステップは、極端 な条件と長い反応時間とを略々回避することから、有用なもの本発明に係る方法 の第二ステージにおいては、鋼鉄等の製造に使用されるべく、鉄材料が還元、且 つ／或は、溶融される。還元及び／或は溶融されるべき鉄材料は、鉄鉱石及びク ズ鉄を含め、種々の資源からめられる。

概略的には、本発明に依れば、比較的高価なコークス材料を避け、その代わりに 、比較的安価な鉄製品及び鋼鉄製品を製造する処理過程におけるエネルギ生成の 安価な副産物としてのチャーが用いられる。これは、以下の様に行なわれる。取 出しライン３５からのチャーは略々粉妖であり、反応性が高いことが多い。もし 乾燥して酸素に晒されれば、自然に燃焼する可能性が有る。概略的には、必要が あれば、この材料は貯蔵せずに粉砕され、更に、ベレットに成形され、鉄の還元 反応等に好適に利用される。

成形されたベレットの性質は、還元及び／或は溶融される鉄材料の性質に部分的 に依存するものとする０本発明に係る方法においては、種々の鉄資源が利用され る。

最も典型的には、幾つかの主な資源が用いられ、それは、例えばタコナイトの如 き鉄鉱石形態の酸化鉄、クズ鉄、及び、例えば鋼鉄の生成及び製造処理過程にお いて発生する酸化鉄クズである。尚、クズ鉄が相当な量の酸化鉄を含むことは理 解される。

第１図には、タコナイトを利用する方法が示されている。チャー材料は、粉砕機 ４０で粉砕された後、ライン４１を介して混合・ベレット化システム４２に導か れ、ここで、チャー材料は種々のバインダ材料、及び必要であれば鉄鉱石、によ りベレット化される。システム４２の一部としては、混合粉砕機及びベレット用 ディスクを備えた種々の従来のベレット成形機構が用いられる。

概略的には、必要なことは、ライン４５を介して導入される鉄鉱石に対し、確実 にベレットを形成する手法により、チャー材料を混合することである。ベレット を形成する為には、水、シリカ、及び、生石灰の如きバインダが、少量だけ加え られる。第１図において、水、シリカ、及び石灰石は、夫々、ライン４６．４７ 及び４８を介して供給される。これらの材料は、加熱状態下で、塊状化を促進す る。

種々の変更が可能ではあるが、ベレットは、１／４乃至１／２インチ径であると ともに、重量で、１０乃至１８％のチャー、略６０乃至８０％のタコナイト、略 ８乃至１５％の水、及び、略１乃至８％の生石灰を含むのが典型的である。斯か るぺｌノットは、比較的容易に塊状になるとともに、炭素（チャー）と鉄とを十 分に会合せしめ、加熱されたときの還元処理操作を容易化する。

塊状化は、一般的には、熱及びスチームを加えることにより促進される。第１図 に関し、ベレット作成器に　゛より形成されたベレット５０は、ライン５１を介 し、硬化用オートクレーブ５２に導かれる。オートクレーブ５２においては、安 定した固いベレット材料を提供すべく、熱及びスチームが加えられる。典型的に は、固い粒子を生成すべく、７５乃至３００　ｐｓｉの圧力下で、略１７５°Ｃ 乃至２２５°Ｃのスチームが効率的に用いられる。但し、ベレットの特定の組成 、及び、べｌノットの使用法に依存し、種々の圧力及び温度が用いられ得ること は理解される。更に、種々のシステムに対しては、エネルギ節約を促進するとと もに所望の硬化時間を達成する為の最適の温度及び圧力を実験的に見出すことが 可能である。

上述した如きベレットは、鉄の還元の為に、溶銑炉の様な加熱炉に導かれる。但 し、幾つかの場合においては、タコナイト或は鉄鉱石ではなく、クズ鉄を利用し ても良い。その様な場合には、一般的に、チャー材料のベレットは、鉄材料を直 接的に混合すること無く、効率的な塊状化を与えるに十分なシリカ、石灰石、及 び／或は、水を含むチャー材料のみから形成される。処理過程に対する後者の改 変例に対しては、一般的に、チャーベレットはクズ鉄との混合物として溶銑炉内 に投入される。

第１図に関し、オートクレーブ５２内における硬化は比較的低温の処理過程であ ることから、ライン５５を介して供給されるとともに熱交換器５６で加熱された スチームを少なくとも部分的に用いて行なうことが可能である。好適な熱交換器 ５６はライン５７及び５８を介し、第三ステージのボイラにより少なくとも部分 的に加熱される。この事は、以下に詳述する。この長所に依れば、処理過程全体 に亙るエネルギ消費が低減される結果となる。

第１図においては、オートクレーブ５２からのベレットはライン６１を介して溶 銑炉６０内に導かれる。本発明に係る方法においては、従来の種々の溶銑炉６０ を使用することが可能である。鉄及びスラグを生成する溶銑炉の配置構造は、Ｗ ｉｌｌｔａｍ　Ｂ、による“褐炭のスラグ化及び固定床式ガス化に関するＦＪ　 Ｍ　に概ね記述されている。又、１９８３年５月１８日及び１９日にノースダコ タ州のグランドフォークにおける褐炭に関するシンポジウム１９８３年で提出さ れたＨ　ａ　ｕ　ｓ　ｅ　ｒｍａｎ及びＷａｒｒａｃｋ　Ｇ、Ｗｔｌｌｓｏｎの 論文を本明細書中に取り入れるものとする。更に、幾つかの応用例において、例 えば１００乃至３００　ｐｓｉａの比較的高圧力下における作動の為に改変され た溶銑炉は、還元処理を容易化する為に用いることができることは予見される。

斯かる応用例においては、エネルギを生成する上で加圧溶銑炉を用いることによ り、エネルギ生成が促進される。以下に記述される様に、産出ガスは圧力で表さ れるよりも多いエネルギを有するとともに一層効率的なエネルギ生成を容易化す る。幾つかの処理過程においては、焼き窯の如き他の炉システムを用いることが できる。

概略的には、溶銑炉６０に対する供給物は固形状であるとともに、空気等が通り 抜けられる様に積み上げられる。タコナイトが還元される場合、典型的には、べ ｌノットを含む鉄鉱石は溶銑炉成は溶鉱炉内に単に積み上げられる。チャー材料 の略半分はベレット形状ではなく、鉄とともに塊状となる。一方、もしクズ鉄が 含まれるときには、チャーのベレットは溶鉱炉内の積み上げ動向にクズ鉄ととも に混合される。還元処理を容易化すべく用いられるホットエアは、ライン６７を 介して熱溶銑炉６０内に供給される。ライン６７ａを介し、鋼鉄を精練する為の ガス及び無機化合物を溶銑炉６ｏ内に導入することは可能である。スラグ及び溶 融金属は、ライン６８を介して取り出される。この処理過程が、鋼鉄等の製造に おける、比較的低コスト且つエネルギ的に効率の良いステップを含むことは容易 に理解される。更に、効率が良いことから使用する溶鉱炉或は溶銑炉は比較的小 さなもので済み、従って、資本コストは比較的低くなる。

又、資本コストは、第一ステージにおける高価なオイルの抽出と、第三ステージ における効率の良いエネルギ生成とによっても更に低減化される。

溶銑炉６０から流出する高温ガスは、ライン７５を介して排出される。典型的な 溶銑炉の作動からのこれらの高温ガスは略３０％乃至４０％の一酸化炭素を含む 略３００°Ｆ乃至６００°Ｆのものであり、又、加圧溶銑炉を用いた幾つかのシ ステムにおいては、２５０乃至３００　ｐｓｉａの圧力である。典型的な溶銑炉 の作動においては、溶銑炉６０内へ吹き込まれるガスは好適には略ａＯＯ″Ｆ乃 至１，２００°Ｆであり、溶銑炉６゜内で略２．５００°Ｆ乃至２，９００’″ Ｆまで加熱される。更に、溶銑炉６０内の材料に熱エネルギを移し乍らガスは急 速に冷えていく。以下に記述される様に、上述した如き本発明に係る幾つかの好 適なシステムにおいては、より効率的なエネルギの生成の為に、溶銑炉６ｏは略 ２５０乃至３００　ｐｓｉａもの圧力下で作動され得るものである。他の場合に は、大気圧付近の圧力を用いることも可能である。

ライン７５を介して排出されたガスは、第三ステージ（参照番号７６）において 好適な手法により、電力を生成すべく使用される。

第三ステージ−発電 第三ステージでは、溶銑炉６０から放出される高温ガスは発電に利用される。更 に、高温ガスの熱は以下に述べるように本発明方法の他のステージを促進するよ うに利用される。より有利な構成に於いては、溶銑炉６０からの高温ガスは又高 圧でもあり、以下に述べるような方法で更に発電に利用される。第１図に於いて 、溶銑炉６０からの高温ガスはライン７５によってフィルタ或いはクリーナ８０ に導かれ、溶銑炉で処理されたガスから微粒子が捕捉して除去される。これらの 微粒子は例えば、チャーのべ１ノツトの高温ガス処理による生成物を含む。この スクリーン又はフィルタによる捕捉工程は主に下流側の設備を損害から守るため に用いられる。此処ではイオウも又、例えばガススクリーンに設けられた吸収剤 によって非常に効果的に除去される。

前述した如く、ライン７５中のガスはかなりの量の一酸化炭素（３０〜４０％） を含む。この−酸化炭素の含有は有利である。即ち、−酸化炭素はバーナ８１で 空気によって酸化される。これによってガスの温度は１８００〜２０００°Ｆ付 近まで上昇し、潜在的に有害な一酸化炭素が破壊される。酸化のための空気はラ イン８２によってバーナ８１に供給される。酸化された高温ガスはライン８３か ら排出される。

バーナ８１からの高温高圧のガスは発電に利用される。溶銑炉６０からのかなり 高圧のガスを利用すればタービンが効率よく作動するので有利であることが理解 されよう。大きなエネルギを有する高圧ガスは高圧ガスタービンを駆動するため に引込まれ、これによってより効率のよいエネルギ生成が行なわれる。好適なプ ラントシステムでは、ガスタービン８５は溶銑炉ガスからエネルギを生成するた めに設けられる。

ライン８６で示されるガスタービン８５を通過した後の高温ガスは約８００°　 Ｆ〜１，１００°Ｆと比較的高温であるのでいまだエネルギ源である。この排ガ スはスチームを発生させるためボイラ９０に導かれる。

スチームは種々の方法で利用される。例えば、ライン９１で導かれるスチームは 更に発電を行なうためタービン９２を駆動するために利用される。タービン９２ から排出されライン９５で導かれるスチームは、第一ステージに於ける抽出器を 駆動するために利用される熱交換器１１に供給される。又、排出管９５はライン ５７及び５８を介して熱交換器５６に接続され、第二ステージに於けるベレット 硬化のためのエネルギを供給する。最終的にはスチーム又は水はライン９６を通 フてボイラ９０に戻る。タービン８５は、例えば圧縮された燃焼用空気を溶銑炉 ６０又はライン８２に供給するコンプレッサを駆動するために用いられる。

約４００°Ｃ或いはそれ以上の非常に高温のスチームがボイラ９０からライン１ ０５によって引出される。このスチームは抽出工程及び熱分解工程を促進するた め、ライン１０５を介して熱交換機１０に導かれる。冷却されたスチーム／水は ライン１０６を介してボイラに戻される。

ボイラ９０への熱の供給源はシステムの様々なシステムから得られる。本発明に よる好適なシステムでは、熱源の大部分は溶銑炉６０からライン８６によって引 き出された高温ガスによって供給される。他の熱源はライン２１によってボイラ ９０に導かれる重要でなく価値の低い石油製品から引き出されたエネルギを含む 。

ボイラ９０から排出される高温ガスはライン１１０で引き出される。ボイラから 排出されるガスはまだ比較的温度が高く、ライン１１２で導かれボイラ９０で使 用される空気を加熱することと、ライン６７で溶銑炉６０に導かれる空気を加熱 することを含む種々の口約に利用される。最終的にはライン１１０からのガスは ライン１１３を通って大気中に放出される。典型的にはこのガスは先ず汚染制御 のために用いられる従来から知られた構成の除去器を通る。ガスはかなりの量の 一酸化炭素を含むが、全体の放出量は石炭が効果的には使用されない従来のシス テムより低い。

本発明の効果は、エネルギの生成と鉄の精製施設の組合せに於いて石炭が非常に 効率的に利用される全体が相互依存的なシステムが提供されることにあることは 上記の記載から直ちに理解されよう。又、石炭の中の価値の高い成分、例えば石 油が初めに抽出される。前述の価値の低いチャーは鉄を還元して鉄及び鋼製品の コストを引下げること、及び効率的なエネルギ生成を促進するガス製品を生成す ることに利用される。

第二ステージに代わる　理 第二ステージに代わる処理ではベレット化処理は不要である。第２図を参照する と、第一ステージからの石炭チャーはライン２０１によって加圧された原料貯蔵 箱２００に送られ、ライン２０６によって送られる石灰と混合される。この混合 物はライン２０６によって溶解／ガス化装置２０５に加圧されて送られる。溶解 ／ガス化装置２０５では十分な熱が石炭チャーを気化するために供給される。排 ガスはライン２１１によって送られる鉱石等の酸化鉄材を含む還元炉にライン２ １０によって送られる。還元炉からの排出ガスはライン２１１によって排出され 、上述した溶銑炉からの排ガスと同様に使用される。典型的なシステムでは還元 された鉄材はライン２１２によって溶解／ガス化装置に直接送られ、溶解せしめ られてライン２１６から排出される。

鋼の製゛告のための他の　埋　法 溶銑炉で行なわれる処理、或いは溶銑炉と協同して行なわれる処理は、鋼製品を 生成するために鉄製品のみの生成の場合とは対照的に利用される。前述の如く、 第１図のライン６７ａは、鋼の製造のための選択された種々のガス及び無機物の 溶銑炉への導入を示す。鋼の製造を行なうための本発明による二つの好適な方法 及びシステムは第３．４及び５図を参照することによって理解されるであろう。

こわらの図面は溶銑炉で使用される複数のチャンバを備えた精製ユニッＩ・を模 式的に描いたものである。

第３図には鋼の製造に使用される溶銑炉３６０が示されている。第３図に示され た実施例ではペレットの溶銑炉３６０への導入はライン３６１で示され、排ガス の排出はライン３６２で示されている。溶銑炉３６０への空気又は酸素の導入は ライン３６３で示されている。溶銑炉３６０の底部３６５では作動中に還元され た鉄３６６が集められる。この鉄３６６は溶銑炉の作動圧によって仕切３７０で 仕切られた上部（第一）チャンバ３６８及び下部（第二）チャンバ３６９を有す る精製ユニット又は装置３６７に選択的に排出される。上部チャンバ３６８はラ イン３７１によって溶銑炉３６０に排出される。

典型的な処理工程では、下記の表１中で“溶銑炉排出物“と記された下に示され る成分の鉄が溶銑炉から取出される。この金属は好ましくない量の炭素、イオウ 、リン、酸素その他を有する。この金属は圧力、即ち溶銑炉３６０．３７５の作 動圧により、流出／ゲート手段によって上部チャンバ３６８に取り出される。ゲ ート３７５は選択的に開閉を行なう従来の手段を含む。

一般的に、チャンバ３６８及び３６９はガス及び無機物を選択的に導入するため の手段を備えている。上部チャンバには酸化カルシウム（石灰）がイオウ及びリ ンを除去するために発泡スラグと共に付加される。これら部に位置するライン３ ７６によって導入される。ライン３７６はアルゴン、窒素又は他のガスのガス流 をｍｉ＋−ン当り約５０キログラムの割合で供給するのに用いられる。好ましく は酸素も又溶融金属の表面より下部のチャンバ内に導入される。この酸素は炭素 と反応し一酸化炭素となり、ライン３７１によって溶銑炉３６０にガスとして排 出される。典型的な操作では上部チャンバに残された溶融金属の混合物は下記表 １中で”上部チャンバの排出物”と記された下に概略水されているとおりである 。上部チャンバ３６８に形成される鋼の表面のスラグ３７８はゲート３８２を通 ってライン３８１によって示されている如き手段によって選択的に除去される。

上部チャンバ３６底部のゲート又はゲート装置３８５は鋼３８３を下部チャンバ ３６９に選択的に排出するために使用される。ゲート３８５が再び閉じられると 、下部チャンバ３６９内の圧力はライン３９０によってチャンバ３６９を開放す ることにより大気圧付近まで減少する。ライン３９０を通るホットの放出ガスは 全プロセスの他の場所、例えばスチーム発生炉に導かれる。

下部チャンバ３６９内の減少した圧力は液状の鋼からのガスの排出を助ける。又 、アルミニウムが好ましくは強く攪拌されライン３９５によって下部チャンバ３ ６９に注入される。典型的なプロセスではアルミニウムは鋼１トンに対して約２ ０〜６０キログラムの割合で注入される。アルミニウムは酸素と反応して酸化ア ルミニウムを形成１ノ、スラグど混合される。アルゴンはライン３９５によフて 送られ、鋼３９６を泡立てて窒素及び水素を除去する。アルゴンの典型的な注入 の割合は鋼１トンに対して１分間約５０リットルである。アルゴンによって鋼を 泡立てる効果は表面に包有物を浮上がらせてこれをスラグ３９７と共に凝固させ るためである。この包有物は典型的にはアルミニウム、鉄、ケイ素等の酸化物、 硫化物、オキシ硫化物、窒化物、炭化物を含む。スラグ３９７中の大部分はＦｅ Ｏ％ＭｎＯ及びＳｉＯから成る。これらの物質はライン３９８の如き手段によっ てスラグとして速やかに除去され、最終的な鋼製品はスラグと選別されて底部ボ ート３９９から排出される。

アルミニウムーアルゴン処理後の液状の鋼の組成は表１中で“アルミニウム及び アルゴン注入”と記された下に示されている。

アルミニウムーアルゴンの注入に続いて、下部チャンバは付加されたガスを除去 するために不完全な真空の下で処理される。酸化カルシウム−フッ化カルシウム が酸素のポテンシャルが低いレベルとなったこの段階でイオ′　ウを除去するた めに添加される。約１〜３キログラムのＣａＯ−ＣａＦ２　（９０％Ｃａｂ、１ ０％ＣａＦ、）が鋼１トンに対して添加される。上記の添加は一回の処理で約３ 〜５分間行なわれる。この物資は残留した包首物をアルミン酸カルシウムに変化 させ、これは鋼製品にとっては好ましい球形の形状を有する。

表１には、酸化カルシウム−フッ化カルシウム処理後のボート３９７から排出さ れる最終製品の成分が“精製鋼”と記された下に示されている。種々の条件の下 では表１に示されるものよりも更に精製された製品が得られることが予想される 。

表１ 溶銑炉　上部チャンバ　アルミニウム及び　精製鋼排出物　排臼物　アルゴン注 入　（最大値）Ｆ　ｅ　９５．４２％ Ｃ３，０％　０．１％　０．０４％ Ｓ　Ｏ，０３％　０．０２％　０．０１５％Ｐ　０．００６％　０．０１５％ Ｎ　７０ｐｐｍ　３０ｐｐｍ　１５〜４０ｐｐｔｎＯ（溶解量）　１５０ｐｐＩ １１６０ｐｐｍ　［ｉ　ｐｐｍ０　（全量）１７〜３５ｐｐｍ Ｈ５ｐｐｍ　２　ｐｐｍ Ｃｕ　０．０１ Ｔ　ｉ　Ｏ，０１ Ｍ　ｎ　Ｏ，０８０，４０％ Ｃｒ　Ｏ，０２ Ｎ　ｉ　Ｏ，０２０，０３％　０．０２　％Ｓ　ｉ　１．４５ 第４図及び第５図に他の構成が示されている。この構成は溶銑炉から物質の連続 的な流出の処理に適用される。第４図に示される構成では溶融鉄が溶銑炉からラ イン４００によってチャンバ装置４０１に連続的に取り８される。溶融金属は第 一チャンバ４０２を横方向に離間した第二チャンバに向って流れるので、石灰及 び酸素はライン４０４の如き手段によって底部の溝に注入される。スラッジはタ ップ４１０の如き手段によって溶融鉄の上面４０５から連続的に除去される。

溶融鉄はボート４１５から第二チャンバ４０３に流出する。このチャンバ内では アルミニウム（無機物）及びアルゴン（ガス体）がライン４２０の如き手段によ って注入される。一般的には、第二チャンバ４０３は減少した圧力（不完全な真 空）を維持しそのプロセスを促進することが予想できる。カルシウム化合物がラ イン４２１を通って第二チャンバに付加的な不活性ガスを共に注入される。アル ミニウム、アルゴン、カルシウム、酸素、フッ化カルシウムの注入は上述の如く 鋼の製造をもたらす。鋼製品４２６の上部に浮ぶスラグ４２５はスラグタップ４ ２７の如き手段によって除去され、プロセスの最後には鋼はボート４２８から速 やかに排出される。第４図ではチャンバ４０３に接続された付加的なアルゴンの ライン４３０が示されており、チャンバ４０１に接続された付加的な酸素のライ ン４３１が示されている。排出ガスはライン４３５及び４３６によってシステム から排出される。この排出ガスは効果的な利用のために本発明による処理の他の 場所、例えばスチーム発生装置に導かれる。４４０は加熱フィルである。突出部 ４４２の開口４４１はスラグの流路となる。突ａ部４４２それ自体は第一チャン バ４０２に於いて混合を行ない、精製を促進する。第５図には桶状の外形を描く チャンバ構造４０１の断面が示されている。

第３図及び第４図に示された複数のチャンバを有する精製ユニットは夫々二つの チャンバを含んでいるが、本発明の原理に従って二つ以上のチャンバを含む構成 とすることも可能である。

本発明の典型的なプロセスは以下に示す例から理解されるであろう。

圧力下に於いて第二ステージを　行するための有利な１威 より有利な構成に於いては、鉄の製造は大気圧よりも大きな圧力下で行なわれる 。ガスの圧力はかなりのエネルギを貯えている。このエネルギは篤三ステージに 於いて高圧ガスタービンを駆動するために使用され、より効果的なエネルギ生成 を促進する。有利な構成に於いては還元はその効力を高めるためかなりの圧力下 で行なわれ、加圧された排ガスの利益を得る。この構成は又溶融金属の圧力を低 下させ、以下に記述する如き方法で処理上の問題を克服する。

第６図に示す如く、供給材がライン６６１を通って加圧された溶銑炉６６０に送 られる。作動圧力は少なくとも５０　ｐｓｉａ以上であり、供給材、温度及び流 量にもよるが、ある場合には２５０〜３００　ｐｓｉａの範囲にあることが好ま しい。供給材は溶銑炉６６０の下端でタップ孔６６２から流出する前に溶解する 。還元用の空気はライン６９２を通ってコンプレッサ６９６から供給され、タッ プ孔６６２上部の羽口６６６を通って溶銑炉６６０に送り込まれる。溶解した鉄 材は圧力下で下部チャンバ６７０のプールに集められる。鉄材は更に下部チャン バ６７０内で精製される。ガス及び／又は無機物は流入口６７３に導入され精製 を促進する。表面に生成するスラグは溶融金属から除去されてライン６６８から 排出される。

歿った鉄材は、流入口６７ヱが溶融金属の表面下に沈むように溶融鉄中に挿入さ れた導管から成る垂直タップ構成体６７２の流入口６７１から上方へ移動する。

溶銑炉６６０の高圧は溶融鉄を垂直タップ構成体６７２中で上方に追いやり、金 属の重量はガスの圧力と反対に作用する。溶融金属が上昇すると、水頭圧は減少 する。好適な高さでは金属の重さは水頭圧を補い、溶融金属はタッブで取り出さ れて比較的安全に処理される。これによって加圧された溶融金属を扱う上での問 題が克服される。

２５０〜３００　ｐｓｉａ′？′−稼動している溶銑炉では流出口６７４は溶銑 炉の下部チャンバ６７０の溶融鉄の表面から約５０フイート上方の高さにある。

然しながら、縦型タップ装置６７２は大気圧よりも大きい圧力に於いては同様の 機能を発揮する。タップ装置６７２の高さを変化させれば異なる圧力に適応する が、タップ装置６７２はそれが一定の圧力で作動する場合には調節可能である必 要はない。ある実施例に於いては、取出口６７４は圧力の変化の範囲に互って作 動するように鉛直方向に調節可能であるが、取外し可能な導管部品の如き高さを 変化させる他の方法を用いてもよい。

好ましい実施例では、第８図に示す如き縦型タップ装置６７２は溶解し難いライ ニング８１０を有している。

非溶解性物質８１０は間隔を置いて配置された加熱コイル８１２、或いは他の加 熱手段によって取囲まれる。好ましくは、タップ構成体６７２は２，５００°Ｆ 以上の温度を維持して溶融金属の凝固を防ぐため隔離Ｎ８１４を含む。溶融鉄が 垂直タップ構成体６７２の上端の流出口６７４に達すると、その圧力は略大スチ ーム圧となり、第３図、第４図及び第５図で示したように更に精製される。

第７図は第６図の溶銑炉６６０の下部６７０の断面図を示す。タップ孔６６２の 下部リング７１０はチャンバ７１４の冷却水によって囲まれている。溶融鉄は下 部リング７１０を通りて下部チャンバ７１６に流入する。下部チャンバ７１６を 取り囲むチャンバ７１８からの酸素及びチャンバ７２０からのメタンはライン７ ２２及び７２４を夫々通過して精製プロセスを促進する。下部チャンバ７１６か らは鉄が更なる精製のために他の種々のチャンバに流れ込む。

第６図に於いて、溶銑炉６６０からの大気圧より高い圧力の排出ガスはライン６ ７５を通ってフィルタ６８０及びイオウ除去チャンバ６８２に導かれる。清浄な ガスが発電のために高圧ガスタービン６８５に導かれる。このガスは第二タービ ン（図示せず）を通り、及び／又はボイラー６９０で更なる発電のためにスチー ムを発生するのに利用される。タービン６８５は又、溶銑炉６６０に加圧された ガスを供給するコンプレッサ６９６を駆動するためにも用いられる。ボイラー６ ９０で発生した炎管のガスはライン６９８によってボイラー６９０から排出され る。

例」２ 以下に、本発明による一般的に有用な規模の典型的な゛処理設備の作動について 述べる。設備の大きさ及び稼動条件は前述した原理に従フて変更することができ る。この例では、装置の原料石炭は１時間あたり約７９トン程度であるとする。

抽出及び熱分解によって、典型的な原料石炭から１時間あたり約３１トンの石油 及び１時間あたり２１トンの揮発性ガスが得られ、１時間あたり約２７トンのチ ャー組成物が得られる。

ベレット化は還元される鉄の性質に左右される。タコナイトの如き鉄鉱石が用い られるときは、１時間あたり２７トン生成するチャーのうちの約１３トンのチャ ーが固められて上述したスチーム硬化により完全なベレットが形成されるよう十 分な水と石灰が供給されてタコナイトを含まないベレットが得られる。１時間あ たり１４トンのベレットが１時間あたり７０トンの鉄鉱石、４．５トンの石灰及 び１１．５トンの水と混合され、１時間あたり１００トンのベレットが形成され る。典型的には、スチーム硬化処理ではベレットから水分を発させるため乾燥工 程が行なわれ、１時間あたり約９０トンの鉱物を含むベレットが形成されて溶銑 炉に供給される。溶銑炉には又、１時間あたり１３トンの鉱物を含まないチャー が供給される。

前記したように、溶銑炉は各種条件下で作動させることができる。典型的な操業 としては、毎時約１６１トンの排出ガスと、毎時１８トンのスラグと、前記した ように容易に鋼に変換させることが可能な、毎時４０トンの還元鉄即ち銑鉄とを 形成するために、毎時約１１６トンの燃焼用空気をこの溶銑炉内に導入させるこ とがきる。

溶銑炉内の各種ガスは、該溶銑炉内の材料中を通過していくと共に、急激に冷却 されていく。しかし此等ガスは、燃料工程において、比較的高温度まで再加熱さ れる。これは、ガスタービン及びそれに続くボイラー／スチームシステムを介し て効率的なエネルギー発生を可能としている。これを達成するためには従来の設 備を一般的には利用することがきる。

以上、本発明のいくつかの実施例を説明してきたが、本発明は、添付の請求の範 囲によりて提供されるものは別として、ここに記載した特殊な構成に限定される べきものではない。

ム 命も次 ＦＩＧ。３ ＦＩＧ、７ 請求の範囲 １．　燃料材料の比較的に効率的な使用によフて電気を生成する方法において、 （ａ）石炭燃料を提供する工程と、 （ｂ）油系分及び揮発系分を取り除いて石炭チャーを生成するために前記石炭燃 料に約ｓｏｏ　＠ｃ又はそれ以下の温度下で液化処理を施す工程と、 （Ｃ）鉄材料の還元及び溶解と高温ガスの形成のための処理工程において、前記 石炭チャーを利用する工程と、（ｃｌ）前記高温ガスから電気を生成する工程と 、を備えることから成る電気生成方法。

２、（ａ）前記液化処理工程は、高温加熱処理が追従させられる、溶媒を用いた 前記石炭燃料の抽出操作を含むことから成る前記請求の範囲１に記載の電気生成 方法。

３、（ａ）前記溶媒は水及び有機フェノールを含む部類中から選択され、 （ｂ）前記高温加熱処理は、約６００″Ｃ又はそれ以下の温度下で揮発系分の駆 動をなすべく、抽出操作済みの石炭燃料の処理をなすことを含むことから成る前 記請求の範囲２に記載の電気生成方法。

４、（ａ）還元・溶解処理に前記石炭チャーを利用する前記工程は、酸化鉄材料 中の鉄を還元する空気存在下でベレットを形成すべく、前記石炭チャーの少なく とも一部を該酸化鉄材料と混合することを含むことから成る前記請求の範囲１に 記載の電気生成方法。

２７、金属の還元処理において使用される装置において、 （ａ）雰囲気圧よりも大きい圧力で作動可能であり、前記金属の還元をなすタワ 一部分と該還元金属の収集をなすボトム部分を含む溶銑炉と、 （ｂ）互いに絶縁されて垂直方向に沿フて配置する第１及び第２反応チャンバを 含む多重チャンバ精製ユニットであフて、 （ｉ）前記第１反応チャンバは上方チャンバであり、前記溶銑炉のボトム部分と の選択的な連通を提供する連通手段を含み、 （ｉｉ）前記第２反応チャンバは前記上方チャンバの略々下方に配置する下方チ ャンバであり、 （ｉｆｆ）前記第１及び第２チヤンバの各々はそれぞれに関連するスラグ除去手 段を有し、 （ｉｖ）前記第１及び第２チヤンバの各々はそれぞれの内にある溶融材料内に精 製用材料を導入する独立手段を有することから成る多重チャンバ精製ユニツＩ・ と、を備えて成り、 （Ｃ）前記多重チャンバ精製ユニットは、前記上方チャンバと下方チャンバの間 で精製された金属材料の選択的な流出を提供するためのゲート装置を有すること から成る装置。

２８、金属の還元処理に使用される装置において、（ａ）雰囲気圧よりも大きい 圧力で作動可能であり、前記金属の還元をなすタワ一部分と該還元金属の収集を なすボトム部分を含む溶銑炉と、 （ｂ）前記溶銑炉のボトム部分からの略々連続的な材料の流れを受け入れるに適 合し且つ横方向に離間する第１及び第２流動チヤンバを有する多重チャンバ精製 ユニットと、を備えて成り、 （ｉ）前記第１流動チヤンバは、前記溶銑炉からの材料流を略々連続的に受け入 れて該材料を前記第２流動チヤンバに向けて略々連続的に通過させることに適合 し、（ｉ　ｉ）前記第２流動チヤンバは、前記第１流動チヤンバからの材料流を 受け入れて精製された金属材として略々連続的に外部に流出させることに適合し 、（ｉｉｉ）前記第１及び第２チヤンバの各々はそれぞれからのスラグを除去す るための手段を含み、（ｉｖ）前記第１及び第２チヤンバの各々はそれぞれの内 にガス及び無機物材料を選択的に導入する手段を有することから成る装置。

２９、燃料材料の比較的に効率的な使用によって電気を生成する方法において、 （ａ）石炭燃料を提供する工程と、 （ｂ）油系分及び揮発系分を除去して石炭チャーを生成すべく、前記石炭燃料に 液化処理を施す工程と、（ｃ）鉄材料を還元及び溶融し且つ雰囲気圧よりも大き い圧力を有する高温ガスを形成する処理工程において、雰囲気圧よりも大きい圧 力下で石炭チャーを利用する工程と、 （ｄ）　ｆｆ囲気圧よりも大きい圧力を有する前記高温ガスより電気を生成する 工程と、 （ｅ）前記溶融鉄材料をより安全且つより容易に制御すべく、還元溶融鉄材料の 水頭圧力を前記工程（ｃ）のものから雰囲気圧近くまで低下させる工程と、を含 むことから成る電気生成方法。

３０、前記工程（Ｃ）は３４５゜０００パスカルより大きい圧力下で実行される ことから成る前記請求の範囲２９に記載の電気生成方法。

３１、溶融鉄の水頭圧力を低下させる前記工程は、該鉄材料が上昇すると共に該 水頭圧力が減少するように、前記縦をタップ機構の頭部アウトレフトに上昇する に及んで該水頭圧力を低下させるべく、該鉄材料の縦型タップ機構内の上昇を強 いるガスを使用する工程を含むことから成る前記請求の範囲２９に記載の電気生 成方法。

３２、前記水頭圧力低下工程は、前記鉄材料を流動自在状態に保持すべく、前記 縦型タップ機構を加熱することを更に含むことから成る前記請求の範囲３１に記 載の電気生成方法。

Ｉ＠消謹査報告 ｍｗｐｍａｍｎａ１＾一番’ｌｌａｌ１Ｍ！ｉ１．ｐ（τ／υ５８８１０２９９ ３国際調査報告 υＳ　８８０２９９３ ＳＡ　２４１６７

Claims (32)

【特許請求の範囲】
1. １． 燃料材料の比較的に効率的な使用によって電気を生成する方法において、 （ａ）石炭燃料を提供する工程と、 （ｂ）油系分及び揮発系分を取り除いて石炭チャーを生成するために前記石炭燃 料に液化処理を施す工程と、（ｃ）鉄材料の還元及び溶解と高温ガスの形成のた めの処理工程において、前記石炭チャーを利用する工程と、（ｄ）前記高温ガス から電気を生成する工程と、を備えることから成る電気生成方法。
2. ２．（ａ）前記液化処理工程は、高温加熱処理が追従させられるところの、溶媒 を用いた前記石炭燃料の抽出操作を含むことから成る前記請求の範囲１に記載の 電気生成方法。
3. ３．（ａ）前記溶媒は水及び有機フェノールを含む部類中から選択され、 （ｂ）前記高温加熱処理は、少なくとも約６００℃の温度下で揮発系分の駆動を なすべく、抽出操作済みの石炭燃料の処理をなすことを含むことから成る前記請 求の範囲２に記載の電気生成方法。
4. ４．（ａ）還元・溶解処理に前記石炭チャーを利用する前記工程は、酸化鉄材料 中の鉄を還元する空気存在下でベレットを形成すべく、前記石炭チャーの少なく とも一部を該酸化鉄材料と混合することを含むことから成る前記請求の範囲１に 記載の電気生成方法。
5. ５．（ａ）前記加熱工程は溶銑炉内を少なくとも１，３７０℃まで加熱すること を含むことから成る前記請求の範囲４に記載の電気生成方法。
6. ６．（ａ）前記溶銑炉内の加熱工程は少なくとも３４５，０００パスカルの圧力 下で加熱することを含むことから成る前記請求の範囲５に記載の電気生成方法。
7. ７．（ａ）前記混合工程は、前記チャー及び鉄材料に、シリカ、生石灰、水及び 此等の混合物を含む部類中から選択されるバインダを混合することを含むことか ら成る前記請求の範囲４に記載の電気生成方法。
8. ８．（ａ）前記ガスから電気を生成する前記工程は、該ガスをガスタービンに通 過させて電力を発生させ、そしてボイラーを通過させてスチームを発生させ、該 スチームの少なくとも一部はタービンを駆動させて電力を発生させるために使用 されることから成る前記請求の範囲１に記載の電気生成方法。
9. ９．（ａ）前記液化処理工程は、高温加熱処理が追従させられるところの、高温 溶媒を用いての前記石炭燃料の抽出処理を含み、 （ｂ）前記高温溶媒を加熱し且つ前記高温加熱処理を駆動するためのエネルギー は、前記ガスから前記ボイラーにおいて発生させられた前記スチームによって少 なくとも部分的には供給されることから成る前記請求の範囲８に記載の電気生成 方法。
10. １０．（ａ）還元・溶解処理操作において前記石炭チャーを利用する前記工程は 、 （ｉ）前記石炭チャーをガス化させること、（ｉｉ）前記石炭チャーからの石炭 ガスを酸化鉄材料中に通過させること、 を含むことから成る前記請求の範囲９に記載の電気生成方法。
11. １１．（ａ）前記石炭チャーのガス化処理操作は、該チャーを石灰存在下で加熱 することを含むことから成る前記請求の範囲１０に記載の電気生成方法。
12. １２．（ａ）前記鉄材料を前記石炭チャーがガス化されているチャンバに通過さ せ、該チャンバ内で該鉄材料を溶解させること、 （ｂ）前記鉄材料中に各種の無機物及びガスを導入させてそこから鋼材を生成す ることは、前記鉄材料が前記溶解によって依然として溶融状態であるときに、該 ガス及び無機物を該鉄材料に導入させることを含むことから成る前記請求の範囲 １１に記載の電気生成方法。
13. １３．前記圧力は１，７００，０００〜２，１００，０００パスカルを含むこと から成る前記請求の範囲６に記載の電気生成方法。
14. １４．還元済溶融鉄材料の水頭圧力を雰囲気圧力近くまでに低下させる工程を含 むことから成る前記請求の範囲６に記載の電気生成方法。
15. １５．溶融鉄の水頭圧力を低下させる前記工程は、前記鉄材料の上昇と共に該溶 融鉄の水頭圧力が減少するように、該鉄材料が縦型タップ機構を上昇するように 付勢する前記溶銑炉内のガス圧を使用する工程を含むことから成る前記請求の範 囲１４に記載の電気生成方法。
16. １６．前記水頭圧力低下工程は、前記鉄材料を流動状態に維持すべく、前記縦型 タップ機構の加熱をなすことを更に含むことから成る前記請求の範囲１５に記載 の電気生成方法。
17. １７．前記工程（ｂ）における石炭チャーは活性炭として使用され、その使用に 次いで、該チャーは前記工程（ｃ）の還元処理に利用されることから成る前記請 求の範囲１に記載の電気生成方法。
18. １８．前記鉄材料は鉄屑を含むことから成る前記請求の範囲１に記載の電気生成 方法。
19. １９．石炭燃料を用いての鉄部材の比較的に効率的な生成をなす施設を備える発 電設備において、（ａ）前記石炭燃料から油系分を抽出するために構成されたオ ートクレーブ装置と前記石炭燃料から揮発系分を除去して石炭チャーを生成する 高温加熱システムとを含む石炭液化施設又はシステムと、 （ｂ）酸化鉄材料を前記石炭チャーによって還元するべく構成された製錬装置で あって、高温ガスを形成する手段とそこに形成された溶融鉄から鋼材を生成する システムとを含む製錬装置と、 （ｃ）前記高温ガスによって選択的に駆動されて電気を発生するタービンシステ ムと、 （ｄ）前記高温ガスから高温スチームの生成をなすべく構成されたスチームボイ ラーと、 （ｅ）前記石炭液化システムに関連して構成されて、前記スチームボイラーによ って発生させられた高温スチームにより該石炭液化システムを少なくとも部分的 に駆動する熱交換機構と、 を備えることから成る発電設備。
20. ２０．前記製錬装置約１，７００，０００〜２，１００，０００パスカルにまで 加圧する手段を更に備えることから成る前記請求の範囲１９に記載の発電設備。
21. ２１．金属の還元処理に使用される装置において、（ａ）雰囲気圧力よりも大き い圧力で作動可能であり、前記金属の還元のためのタワー部分と該還元金属の収 集のためのボトム部分とを含む溶銑炉と、 （ｂ）縦型タップ機構であって、 （ｉ）前記ボトム部分に収集された前記溶融金属中に沈められたインレットと、 （ｉｉ）前記ボトム部分から立ち上がる垂直導管と、（ｉｉｉ）前記作動圧力が 前記溶融金属を前記縦型タップ機構内に上方に向って付勢することで、この溶融 金属の上昇につれて、該金属の重量が前記作動圧力と反対に作用することなり、 よってその水頭圧力が雰囲気圧力と等しくなるまで該金属が上昇することになっ て該作動圧力が減じられて、該金属は通常の手段を用いて更なる取り扱いが可能 となるように、前記ボトム部分の上方に配置された前記垂直導管のアウトレット と、 を含むことから成る縦型タップ機構と、を備えることから成る装置。
22. ２２．前記製錬部を約１，７００，０００〜２，１００，０００パスカルに加圧 する手段を更に備えることから成る前記請求の範囲２１に記載の装置。
23. ２３．（ａ）精製ユニットであって、前記溶銑炉のボトム部分からの溶融金属材 料の流れを該ユニット内に方向づける手段と、該ユニット内の溶融鉄材料からの 鋼材生成の促進化をなすべく、無機物及びガス等を選択的に該ユニット内に導入 させる手段と、を含む精製ユニットを備えることから成る前記請求の範囲２１に 記載の装置。
24. ２４．前記タップ機構は、前記金属を溶融流動状態に保持する加熱手段を含むこ とから成る前記請求の範囲２１に記載の装置。
25. ２５．略々雰囲気圧の水頭圧力で前記溶融金属が前記頭部アウトレットから流れ 出すことが可能となるべく、該頭部アウトレットの高さを調整するための垂直方 向調整自在頭部アウトレットを備えることから成る前記請求の範囲２４に記載の 装置。
26. ２６．前記垂直調整自在頭部アウトレットは前記溶銑炉の作動条件に応じての調 整がなせる手段を含むことから成る前記請求の範囲２４に記載の装置。
27. ２７．金属の還元処理において使用される装置において、 （ａ）雰囲気圧よりも大きい圧力で作動可能であり、前記金属の還元をなすタワ ー部分と該還元金属の収集をなすボトム部分を含む溶銑炉と、 （ｂ）互いに絶縁されて垂直方向に沿って配置する第１及び第２反応チャンバを 含む多重チャンバ精製ユニットであって、 （ｉ）前記第１反応チャンバは上方チャンバであり、前記溶銑炉のボトム部分と の選択的な連通を提供する連通手段を含み、 （ｉｉ）前記第２反応チャンバは前記上方チャンバの略々下方に配置する下方チ ャンバであり、 （ｉｉｉ）前記第１及び第２チャンバの各々はそれぞれに関連するスラグ除去手 段を有し、 （ｉｖ）前記第１及び第２チャンバの各々はそれぞれの内にある溶融材料内に精 製用材料を導入する独立手段を有することから成る多重チャンバ精製ユニットと 、を備えて成り、 （ｃ）前記多重チャンバ精製ユニットは、前記上方チャンバと下方チャンバの間 で精製された金属材料の選択的な流出を提供するためのゲート装置を有すること から成る装置。
28. ２８．（ａ）前記多重チャンバ精製ユニットは、前記溶銑炉のボトム部分からの 略々連続的な材料の流れを受け入れるに適合し且つ横方向に離間する第１及び第 ２流動チャンバを有して成り、 （ｉ）前記第１流動チャンバは、前記溶銑炉からの材料流を略々連続的に受け入 れて該材料を前記第２流動チャンバに向けて略々連続的に通過させることに適合 し、（ｉｉ）前記第２流動チャンバは、前記第１流動チャンバからの材料流を受 け入れて精製された金属材として略々連続的に外部に流出させることに適合し、 （ｉｉｉ）前記第１及び第２チャンバの各々はそれぞれからのスラグを除去する ための手段を含み、（ｉｖ）前記第１及び第２チャンバの各々はそれぞれの内に ガス及び無機物材料を選択的に導入する手段を有することから成る前記請求の範 囲２７に記載の装置。
29. ２９．燃料材料の比較的に効率的な使用によって電気を生成する方法において、 （ａ）石炭燃料を提供する工程と、 （ｂ）油系分及び揮発系分を除去して石炭チャーを生成すべく、前記石炭燃料に 液化処理を施す工程と、（ｃ）鉄材料を還元及び溶融し且つ雰囲気圧よりも大き い圧力を有する高温ガスを形成する処理工程において、雰囲気圧よりも大きい圧 力下で石炭チャーを利用する工程と、 （ｄ）雰囲気圧よりも大きい圧力を有する前記高温ガスより電気を生成する工程 と、 （ｅ）前記溶融鉄材料をより安全且つより容易に制御すべく、還元溶融鉄材料の 水頭圧力を前記工程（ｃ）のものから雰囲気圧近くまで低下させる工程と、を含 むことから成る電気生成方法。
30. ３０．前記工程（ｃ）は３４５，０００パスカルより大きい圧力下で実行される ことから成る前記請求の範囲２９に記載の電気生成方法。
31. ３１．溶融鉄の水頭圧力を低下させる前記工程は、該鉄材料が上昇すると共に該 水頭圧力が減少するように、前記縦型タップ機構の頭部アウトレットに上昇する に及んで該水頭圧力を低下させるべく、該鉄材料の縦型タップ機構内の上昇を強 いるガスを使用する工程を含むことから成る前記請求の範囲２９に記載の電気生 成方法。
32. ３２．前記水頭圧力低下工程は、前記鉄材料を流動自在状態に保持すべく、前記 縦型タップ機構を加熱することを更に含むことから成る前記請求の範囲３１に記 載の電気生成方法。