JPH03503659A - 金属酸化物を含有する材料の還元方法および装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 金属酸化物を含、有する材料の還元方法および装置本発明は、最終の還元工程に 適当とされる予備還元を施した製品を製造するために、選鉱された鉱石即ち精鉱 された鉱石等の金属酸化物含有材料を予備加熱して予備還元する方法に関する。

本発明は特に、金属酸化物含有材料が最終還元段階の上方位置に配置されている 炎熱！（ｆｌａｓｅ　ｃｈａｍｂｅｒ　、）へ供給され、その炎熱室内で少な（ とも一部を精錬されて予備還元されるようになされる方法に関する。炎熱室の中 で材料は旋回運動するようになされた後、最終還元工程へ向けて下方へ導かれる 。

本発明はまた、最終の還元工程に適当とされる一品を製造するために、選鉱され た鉱石即ち精鉱された鉱石等の金属酸化物含有材料を予備加熱して予−還元する ための装置に関する。本発明は特に、炎熱室を備えていて、その下部に配備され ている精錬され予備還元された材料のための排出端部が最終還元工程に接続され て構成された装置に関する。この装置は、予備加熱された金属酸化物含有材料を 炎熱室内へ給送するための入口ゲートと、その金属酸化物含有材料を炎熱室内で 旋回運動させるための手段とを備えている。

金属酸化物含有材料の溶融金属に対して直接還元する従来方法が提案されてきた 。例えば、精錬材料の中で炭素材料を分解させることによって、精錬浴の溶融金 属に直接接触させて金ＩＩＩＩＩＩｔ物を還元させる方法が提案されてきた。金 属酸化物は炭素や油と一緒に溶解塔へ給送されるのである。この反応は Ｃ十ＭｅＯ−Ｍｅ＋ＧＯ で、溶解材料の中では吸熱反応であるので、熱を加えることが必要とされる。こ の熱は、例えばこの還元工程にて発生されたＣＯガスを燃焼させることによって 得ることができる。

しかしながら、このＣＯガスの燃焼で発生された熱を十分とされる量だけ溶解材 料に伝達することは困難である。精錬材料および金属酸化物に対するこの熱伝達 を容易とするために様々な方法が示唆されてきた。回転する反応装置の中で還元 を実施するようにして、燃焼により発生された熱を炉のライニングを通して精錬 材料に伝達させる方法が示唆された。この方法は炉のライニングを大量に必要と することになる。

還元工程に於いて必要とされる熱量を電気エネルギーによって供給することもま た示唆されてきた。この方法によれば、還元工程にて生じたガスが燃焼して発生 する熱は電気エネルギーを生じるために利用されるのであり、この電気エネルギ ーの前部もしくは一部が精錬材料を加熱するのに利用される。排気ガスが有する 熱エネルギーの全てを利用したとしても、その排気ガスから作り出された電気エ ネルギーは還元工程で必要とされるエネルギーに見合い且つ熱損失をカバーする という両方のために十分ではない。追加のエネルギーが必要となるのである。反 応装置の要求熱量に見合うようにするためには、金属酸化物を含有する材料を予 備加熱しおよび／又は予備還元するため、或いは電気エネルギーを発生させるた めに、追加の燃料が使用されることになるのである。

例えばスウェーデン国特許ＳＥ　　４１９　１２９号に開示されているように、 互いに接続された上ｓＩ３よび下部の反応室を備えて構成された循環流動床の反 応装置に於いて鉄酸化物を含有する微粉化された材料を完全に或いは部分的に還 元することも従来技術にある。精鉱された鉄鉱石は下部反応室の中へ導かれる。

炭素質材料は上部反応室の中に導かれ、還元に必要とされる還元ガスを発生する 一方、部分燃焼によって反応装置に要求される熱量に見合う熱を発生するのであ る。ｍ＊用空気は上部反応室の中へ給送される。反応室から引き出されて浄化さ れた排気ガスは反応＠１内での流動化のために使用され且つ還元剤として使用さ れる。鉄の融点よりも低い温度にて循ＩＩＩ流動床で還元が行われる。その特許 の実施例によれば、粉砕された石炭が１トンのＦ１３当り７００Ｋｇの語合で供 給された。

Ｆｅ２ｏ３−−−ＦｅＯの還元反応に係わる動的作用は例えば上述したような形 式の流動床を備えた反応装置にて生じるような低いｍ度では不利である。８００ ℃にて数分間、恐らく１０分間、を傅ることができるが、これは粒径および還元 の所望度合いによって決まる。許容できる反応速度を実現することのできる温度 の上昇は循環流動床の反応装置では論外である。何故ならば、粒子の焼結する傾 向が同時に増大してしまうからである。

流動床を備えた反応装置に於いて８００℃で金属酸化物を予備還元することは、 還元ガスに成る程度大きな還元力を要求することになる。平衡状態に於いてこの ことはそのガスが例え排出されるときでさえもかなりの量のＣＯやＨ２のような 還元成分を含有しているという事実をもたらすことになる。ガスの再循環を通じ て、他の多くの成分の中でＣＯ２やＨ２Ｏの分離と組み合って、還元成分が一層 良好に使用される。流動床に於ける炭素系還元剤の部分的なガス化を通じて、十 分な還元性能を維持することが可能であるが、その他の同時の段階がなければこ れはその工程のエネルギー効率を悪化させることになる。

スウェーデン国特許ＳＥ　　３９５　０１７号に開示されているように溶融状態 、即ち上述の温度よりも高い温度、で短脚（５ｈａｆｔ　＞内にて金属酸化物含 有材料を予備還元することも従来技術にある。酸化雰囲気の状態が優勢となって いる短脚に於ける上部に於いて、固体燃料、液体燃料又は気体燃料が燃焼するこ とで熱が発生される。

金属酸化物含有材料はこのか胸肉に落下され、発生された高温ガスに接触してそ の材料は燃焼ガスによって一部還元される。しかしながら還元は、本質的には炭 素系還元剤によって短脚の下品に於いて行われるのであり、炭素系還元剤は２胸 上部に投入され、そこでコークスとなった後に短脚下部へ落下して、短脚下部に 還元雰囲気を形成するのである。２胸上部に給送された炭素系還元剤の一部は熱 を発生するのにも使用される。別の言葉で表現すれば、短脚は金属酸化物含有材 料を加熱し、溶融し、しかも還元するための熱量を有していなければならないの である。排気ガスは従って多量のエネルギーを含むことになる。この工程の問題 点はこのエネルギーを如何にして最適に使用するかということである。

これに加えて、溶融された金属酸化物および還元剤の固体粒子の両方が落下する 際に、金ｉｉｉ＊化物およびこの工程に使用されるその他の補助的物質が短脚を 上昇するガスの流れに乗って運ばれるので、排気ガスの浄化が現在の最大の問題 となっている。金属酸化物の粒子は、全ての溶融粒子が凝固して粒子分離器やガ ス浄化器を詰まらせることのないような温度に迄ガスが冷却されたときに排気ガ スから分離されるのが好ましく、１０００’Ｃ以下の温度に迄冷１ｎされたとき に分離されるのが好ましい。

冷却および分離が行われた後、粒子は工程へ戻されることができるが、再び加熱 されねばならず、この加熱はエネルギー効率を低下させてしまう。１０００℃以 下の温度に迄ガスを冷却することは、熱回収と恐らく関連して、実際上の困難さ を与えているのである。

本発明の目的は、上述した予備還元に於ける改良を提供することである。

本発明の目的は、溶融金属製品を製造するのに要求されるエネルギー量を最少限 とするために、副工程に於いて発生されたガスの保有エネルギーが全体工程に使 用されるようになす方法を提供することである。

従って、本発明の目的は、エネルギーの経済性が良好で還元に係わる動力学が良 好な方法を提供することである。

本発明の更に他の目的は、炎熱室での予備還元段階により排気ガスと一緒に排出 される固体粒子および溶融粒子が艙単な方法で分離され且つ予備還元段階へ戻さ れることができ、これによって小量であると１ｉｉｌ＆ｖにより一層清浄な排気 ガスが生みだされるようになす方法を提供することである。

本発明によれば、上述した還元工程に於いて生じる問題は、流動床を備えている とともに炎熱室に接続されている反応器の中へ金属酸化物含有材料を給送し、そ して炎熱室へ給送する前に反応器の中で加熱するという驚く程簡単な方法によっ て、処理される。炎熱室からの高温ガスは流動化ガスとして反応器の５部へ給送 される。この高温ガスは同時に反応器の中の材料を加熱する。金属酸化物含有材 料は流動床にて予備加熱されるのであり、しかる優、反応器から流出する排気ガ スから分離されて反応器へ戻されるか、或いは炎熱室の中へ送り込まれる。

しかる後、この導入された予備加熱された金属酸化物含有材料は、最終還元段階 から送られる高温還元ガスを使用して炎熱室の中で溶融され、および／又は予備 還元されるのである。

本発明によれば金属酸化物含有材料の予価加熱および予備還元は、流動床を備え た反応器を有して構成された装置に於いて行われることができる。この装置は、 金属酸化物含有材料が炎熱室の中へ給送されるより前にその金属酸化物含有材料 を予備加熱するために、炎熱室の上部に接続される。この反応器はその下部に炎 熱室からの高温排気ガスのための入口を備えている。又、反応器から流出したガ スから予備加熱された金属酸化物含有材料を分離するために、上部にて粒子分離 器に接続されている。この粒子分離器は戻しダクトを通して反応器の下部に接続 され、又、入口ダクトを通して炎熱室へ接続される。炎熱室はその下部にて最終 還元室からの６湯速元ガスのための入口に接続されるのが好ましい。

予備加熱された金属酸化物含有材料は、本発明によれば、ＩＩＩＩ還元段階から の高温の上昇ガスが保有する熱量によって直接に炎熱室の中で溶融される。従っ て、金属酸化物含有材料は炎熱室の下部へ送られるのが好ましい。

金属酸化物含有材料は上昇するガスとの間の最良の接触を得られるように給送さ れる。従って、その金属酸化物含有材料の溶融および予備還元の両方は炎熱室の 下部にて行われる。上昇するガスは溶融され予備加熱された金属酸化物含有材料 を炎熱室の上方部分へと運ぶ。そこに於いて金属酸化物含有材料は旋口運動を行 うようになされ、炎熱室の壁部に向けて投げつけられる。溶融状態となって、溶 融材料は次に最終還元段階へ向けて下方へ流還元ガスの一部又は全部が燃焼して 生じる熱論を使用することによっても溶融されることができる。燃焼促進媒体の 給送位置に応じて炎熱室の上部又は下部に於いて予備煤煙が行われる。空気、即 ち酸素豊富な空気、或いは同様ガスがこの燃焼に使用されることができる。

最終還元段階で発生したガスは、溶融された金属酸化物含有材料が最終還元段階 へ向けて流下するために通過する炎熱室の底部に備えられた開口を通して上方へ 給送されるのが好ましい。しかし成る場合には、このガスは、炎熱室の側部又は 上部に配備されたガス入口ゲートを経て導入されるようになされることができる 。ガスと予備加熱された金属酸化物含有材料との間の良好な接触を桿られなけれ ばならないのである。

最終還元段階からの還元ガスは炎熱室の中で完全に又は部分的に燃焼され、炎熱 室での予備還元工程に有害な影響を及ぼさずに、予価加熱された選鉱された鉱石 の溶融および還元のために使用される。これは、燃焼並びに予備還元が炎熱室内 の異なる領域にて行われるという事実によって可能とされるのである。このこと により、ガスの還元能力が最大限に使用できるようになされ、又、流出するガス の還元能力は最少限となされるのである。

［焼によって消費された還元ガスに比例してその他の還元剤が追加されて、金属 酸化物含有材料の予備還元に於ける還元剤の必要量を満たすようになされる。本 発明の１つの実施例によれば、炭素系材料が還元剤として使用される。この炭素 系材料は炎熱室に給送されるが、その給送は燃焼促進ガスと同時であることが好 ましい。燃焼促進ガスは上昇する還元ガスを燃焼させ、これによって高温の火炎 を形成すると共に燃焼能力の高い領域を形成するのであり、この領域は炎熱室の 中央であるのが好ましい。石炭に含まれる揮発性の物質も燃焼されることができ る。この高温火炎の中に炭素が滞留される＃間は、その大半が燃焼してしまう程 の長い時間ではなく、コークスになるだけの時間とされるのが好ましい。金属酸 化物含有材料はその高温の火炎に接触して溶融されるように導入される。精錬材 料および作られたコークスは１Ｍ回運動を行うようになされて炎熱室の壁部に向 寥すで投げつけられる。コークスの粒子はこの壁部の付近に還元Ｉｌｉ域を形成 するのに貢献するのであり、これにより金属酸化物は主として溶融状態で還元さ れるのである。炎熱室の壁部付近のガスは炎熱室の中央のガスと平衡状態となさ れなければならない必然性はない。

例えば炭素系材料で構成された追加の還元剤が炎熱室の中に導入されるとき、火 炎の中で即座に燃焼せずに主としてコークスとなるような十分大きな粒径を好ま しく有していなければならない。炭素系媒体は次に未燃焼状態にて壁部に向けて 投げつけられ、金属酸化物の精錬材料の中にコークス粒子として混入される。コ ークス粒子の存在は精錬材料内のガス気泡および精錬材料の上側のガス層に於け る還元能力を高めるのである。精錬材料は、数ミリメートルの溶融され予備還元 された金属酸化物の閣を形成するのであり、壁面上を下方へ向けて連続して移動 する。

上述した実施例に於ける炎熱室は好ましくはサイクロンの形状とされることがで きる。このサイクロンに於いて固体粒子および液体粒子がガスから分離されるの である。炎熱室の内側にガスが滞留する平均時間は数十秒である。このような短 時間の滞留にも拘わらずに、サイクロンに於ける意図された乱流の影響によって ガスは熱を放出して粒子を加熱し、それらを溶融させることができるのである。

乱流は、その流れに保持された粒子に対して輻射および対流の熱伝達を高めるの である。溶融された金属酸化物およびコークスとなった還元剤の滞留時間例えば 、上部直径ｄ１が２４６０ａｇ、下部直径ｄ２が１９２０ａｍ、高ざｈが１７０ ０−の炎熱室に、選鉱された鉱石が７．５トン／時間の割合で給送された。炎熱 室の中の温度は１６００℃〜１７００℃である。？ＩＦｍされ予備還元された層 が炎熱室の壁部上に形成された。ガスの滞留時間は約０．２秒である。しかしな がら、壁部に沿って流下する精錬材料は大体１０秒間にわたって８Ｉ留する。炎 熱室内での予備還元は、予備加熱の作用によって金属酸化物含有材料が還元に好 適な温度に急速に到達するので、急速に遂行される。換言すれば、金属酸化物含 有材料は既に予備段階に導入されるに於いて比較的＾い温度となされている。こ の材料は予備加熱されているが、それが粘着性となる温度よりは低い温度迄しか 予備加熱されていない。これは流動床に於ける塊状化を防止するためである。６ ００℃〜９５０℃の間の温度が適当であると見出されている。特に、金属酸化物 含有材料が高温火炎や高温還元ガスに非常に接近させて炎熱室の中に導入される ときには、その材料は予備還元に適当な温度に迄急激に加熱され、これによって 予備還元が非常に急激に実行されることになる。例えば、１２００℃〜１３００ ℃を超える温度では、Ｆｅ２０３−−Ｆｅ２０４−＝ＦｅＯの反応が自然に引き 起こされる。

本発明による方抹で最も重要な利点の１つは、エネルギーの緩流性を改善できる ことにある。予備還元および精錬のために外部から補助エネルギーを供給する必 要性は、金ｊ［酸化物が予備加熱されている炎熱室の中に導入されるときに最少 限となる。又、最藉還元に必要とされるエネルギーも、予備還元して主として溶 融状態にある金ｊｉｌ化物を最終還元段階に導入することによって、最少限とな るのである。

発生したガスが保有するエネルギーは最大限に使用される。先ず第１にこの保有 熱徴は流動床に於いて選鉱された鉱石の予備加熱に最適に使用され、第２にこの 予備加熱は実際には完全燃焼されるガスによって遂行されるのである。流動床を 備えた従来技術による段階では、予備加熱は還元ガスを使用して遂行されるのが 好ましいとされ、かなりのエネルギーを依然として保有する処Ｊ！！！装置から の排気ガスは最適に使用することができなかったのである。

例えば流動床にて行われるような同相の金属酸化物による予備還元は、還元ガス により一層多量のＣＯの含有を要求する。これは最終還元段階からの還元ガスの 要求を増大し、その結果として最終還元に於ける炭素の要求を増大することにな る。

精錬材料に於ける予備還元は還元剤の必要性をかなり減らすことになる。他方に 於いてもしも予備還元が流動床に於いて行われるとするならば、炭素の必要性は ガスに於ける十分な還元能力を保持するためにかなり大きくされる。１５００” Ｃでの溶融状態に於ける予備還元によって、その予備還元で排出される排気ガス は約５％だけのｃｏを含有する。これに対して例えば流動床に於ける８００℃の 固体状態での予備還元によって、排気ガスは依然として約３０％のＣＯを含有す る。

溶融されたＦｅＯの金属に対する最終還元は固体のＦｅＯの最終還元よりも要求 エネルギーは一般に少ないのである。最終還元段階に於いて、ＦｅＯの還元はＣ によってＣＯを経て行われるのであり、形成されたＣＯ２は即座にＣＯに転換さ れる。これは炭素が反応状態にあるからである。本質的にＣＯはこのようにして 反応領域で得られるのである。もしＭ素や空気がその浴に供給されるならば、燃 焼はＣＯのみを発生することになる。しかしながら発生したＣＯの完全燃焼はそ の浴の表面上にて行われる。その浴の表面より上方にて行なわれる燃焼はその浴 に補助的な熱エネルギーを供給する。浴の上方のガスは、最終還元に有害な影響 を及ぼすことなり６０％迄のＣＯ２を含有することができるのである。このよう に形成されるガスは依然としてｃｏを含有し、その量は還元能力をカバーし且つ 炎熱室内に要求される熱を力。

バーするのに十分な量である。選鉱された鉱石を予備加熱するために流動床に要 求される熱量は、予備還元段階に対して予備加熱されていない選鉱された鉱石が 給送される場合の熱量よりも少ないのである。

本発明による方法に於けるエネルギー要求量および石炭の消費量は、燃焼ガスと 予備還元ガスとが混合される流動床で予備還元が行われる方法に関するそれらよ りも実質的に小さいのである。ＳＥ　　４１９　１２９に於いては１トンのＦｅ 当り７００〜の全体的な石炭要求量が与えられ、追加の石炭の大部分が燃焼熱と して排気量に保有された。本発明によるエネルギー必Ｊ！量は１トンのＦｅ当り ４００Ｋｇ〜５００都の間である。全石炭要求量の５〜３０％が予備還元段階に 供給されることができるのである。

本発明の更に他の利点は、その他の対応する工程に比較して本発明による工程で は最終的な排気量が実質的に少ないということである。これは石炭の必要量が少 ないということによる。更に、循環流動床の反応器からの排気ガスが本質的に完 全燃焼されるので、本発明は環境上の安全な処理に貢献する。本発明による方法 では、例えばＣＯやト１２を含有する未燃焼ガスのような冷却された有害ガスや 爆発性ガスによる問題は回避できる。純粋に工学上の観点から、簡単な構造が可 能とされるのである。

未燃焼ガスを生じる工程に於いては、成る最終段階にて一般に空気による燃焼が 行われる。これは大量の排気量を発生し、従って高いコストとなる。更に、空気 による燃焼は排気ガス中のＮＯｘの含有量を増大するように作用する。

排気ガス中の塵の量に関して流動床が有する有利な効果は顕著である。炎熱室か らのガスによって運ばれる溶融液滴および粒子は冷い選鉱された鉱石の粒子によ って捕捉され、反応器の温度に迄即座に冷却される。これにより、ガスが浄化さ れ或いは炎熱室へ戻されるときに問題を引き起こすことはしないのである。排気 ガスと一緒に流出する可能性のある石炭粒子は同様にして注意され、炎熱室へ戻 される。

以下の説明で、本発明は添付図面を参照してより一層詳細に説明され髪る。添付 図面において、第１図は本発明による方法を遂行する装置を概略的に示しており 、 第２図は炎熱室の壁部の拡大を示しており、第３図は他の実施例の装置を示して おり、そして第４図は更に他の実施例の装置を示している。

第１図の装置は炎熱室１、流動床反応器２、その頂部に配置されて接続された粒 子分離器３を全体的な輪郭で示している。炎熱室は最終還元手段、例えばコンバ ーター４、の頂部に配置されている。コンバーターは上部に備えられた開口５を 通して炎熱室の五部に接続されている。

金属酸化物含有材料、例えば還元されるべき鉄を含有する精製された鉱石もしく は選鉱された鉱石６、が反応器２の下部へ給送される。同時に、約１４００℃〜 １８００℃の温度の高温ガスが下方に配置されている炎熱室から開ロアを通して 反応器の中へ流れ込み、これによりその内部に給送された選鉱された鉱石を流動 化させるのである。炎熱室の内部温度、従って排気ガスの温度も、金属酸化物が 還元予備還元されることに応じて変化される。Ｎｉ−酸化物は上述した温度より も高い温度を必要とし、又、Ｃｕ−酸化物は上述した温度よりも低い温度を必要 とする。選鉱された鉱石は反応器２の中で高温ガスによってそれが粘着性となる 温度より低い温度、即ち約６００℃から９５０℃の温度、に迄加熱される。この 場合であっても、その温度は金属酸化物が予備加熱される温度に応じて変わり、 Ｎｉ−酸化物はＦｅ−酸化物よりも高い温度を必要とし、又、Ｃｕ−酸化物はＦ ｅ−酸化５Ｉｎ温度よりも低い温度を必要とする。流入する還元ガスの温度が高 過ぎるならば、循環流動床反応器へ流入する直後又は直前に、例えば浄化され冷 却された排気ガスの循環部分によって温度を下げられることができる。一般に、 炎熱室からのガス全量は選鉱された鉱石を加熱するのに使用されるが、その選鉱 された鉱石の温度が流動床反応器にて高くなり過ぎる傾向を示すならば、空気、 燃料又はスラグフォーマ−を加熱するのに炎熱室からの排気ガスの一部を代わり に使用することができる。

選鉱された鉱石は予備加熱および還元に適当な粒径をは選鉱された鉱石を反応器 の上部へ運び、ダクト８を経て反応器から粒子分離器３へと運ぶ。この図面は垂 直サイクロン分離器の形式の粒子分離器を示しているが、この目的に適当な成る 種の他の分離器や分離装置も使用できる。浄化された排気ガスは出口９を通して 引き出される。分離された粒子はサイクロン分離器の下部から、流動床反応器２ を戻る戻し導管１０か炎熱室へ至る入口導管１１を通して引き出される。装Ｎ１ ２によって炎熱室へ直接に導かれるようになされる材料の量に対する循環される 材料の比率が調節できる。成る種の場合には、反応器に対する循環は不要とされ るが、選鉱された鉱石の均等且つ急速な加熱を得るために、流動床は殆ど全ての 場合に有利とされる。大きな流動床はエネルギーバランスを阻害することなく反 応器内の熱伝達を安定させる効果を有するのである。流動床に粒子が滞留するＷ ＃問は長くされ、容易に調整できるのであり、これにより非常に融通性の高い工 程が構成されることになる。

石炭やコークス１３のような粒子状態の還元剤および例えば＊＊含有量が１７％ 以上の酸素豊富な空気もしくは酸素ガス１４のような燃焼促進ガスが導管１１を 通る材料に混入される。本発明による方法では、ビート、亜炭および石炭のよう な低級の炭素系還元剤も使用されることができる。成る種の工程では、最終還元 段階からの還元ガスの還元能力を選鉱された鉄鉱石の予備還元に十分に使用でき る。このような場合、炎熱室に対する還元剤の供給は省略することができる。ス ラグフォーマ−もしくはフラックス剤もまた選鉱された鉱石と一緒に又は別の入 口から直接に炎熱室又は流動床反応器に供給されることができるのである。石炭 および酸素も別の入口を通して炎熱室へ直接に供給されることができる。

炎熱室に至る前に、導管１１は例えば２〜８本とされる複数の副管１５に分岐さ れている。これらの副管は円形に配置され、ノズル１６を通して炎熱室の中に入 り込んでいる。流動床反応器が幾つかの平行な粒子分離器を備えているならば、 導管１１は各個の分離器からそれぞれの別々なノズルを経て炎熱室の中に進入さ れることができる。

図示実施例に於いては、これらのノズルは炎熱室の下部に円形に配置されている 。ノズルは炎熱室に供給された材料を斜め上方且つ内方へ向けて炎熱室の内側の 仮想水平円に対して接線方向へ方向決めする。これらの円は炎熱室の横断面の直 径よりも小さい直径とされる。

最終還元段階４からのＣＯおよびＨ２を含んだ開口５を通して炎熱室の中へと上 昇する。ノズル１５を経て供給された空気又は酸素ガスは可燃ガスと十分に混合 され、炎熱室の中央の酸化領域にて上昇するガスを効果的に燃焼させ、これによ り供給された金属酸化物含有材料の溶融のための熱を発生する。炎熱室の中へ斜 め上方且つ内方へと接線方向に向けて適当速度で給送されたガスはサイクロン効 果を生じ、このサイクロン効果が炎熱室の内部で材料に旋回運動を与えてガスと 粒子との効果的な混合に貢献するのである。同時に、第２図に示すように溶融さ れた金属酸化物含有材料は炎熱室の壁部１８に向けて投げつけられ、金属酸化物 の精錬物質の簿い層１９を形成する。燃焼されていないコークス粒子２０は金属 酸化物の精錬物質１９と混合されて連続して還元を行い、これによりガスの薄い 還元層２１がこの精錬物質の上に形成される。又、その一部は壁部に接近する。

粒子を含むコークスの一部は精錬物質と一緒に最終還元段階へ向けて進むのであ る。

炎熱室の中へ給送されるべき材料は一般に調節ノズルを使用しないで炎熱室の壁 部又は屋根に備えられている開口を通して供給されることができる。その材料は 所望される方向へ向けて供給されるのが好ましい。選鉱された鉱石や酸素、そし て恐らく空気、のような全ての物質は炎熱室へ至る迄は混合されていない。しか し、燃焼促進ガスは炎熱室の中で効果的に混合され、又、金属酸化物含有材料は 火炎から効果的に熱を吸収するということが基本である。

炎熱室の壁部は膜形式に作られるのが好ましく、そのチューブを通して水や蒸気 が流される。この膜形式の壁部は壁部に最も近い溶融酸化物の精錬物質の層を冷 却し、沿って連続的に流下し、溶融状態で且つ予備還元されてコンバーター４の ような炎熱室に接続されている最終還元段階へ向けて流下する。

炎熱室内を上昇する還元ガスはその炎熱室内の酸化領域にて供給され且つ炎熱室 ２から開ロアを通して反応器２へ導かれた酸素によって完全燃焼する。

第１図に於いて、材料を炎熱室の下部へ給送する手段を備えた装置が示されてい る。成る種の場合には材料を炎熱室の中央又は上部に給送するのが好ましいとさ れることがある。このようなときでもノズルは、上昇する還元ガスが炎熱室の中 央の高温火炎にて燃焼するように、且つ又同時に炎熱室の壁部付近に還元層を保 存するように、方向決めする妙のである。

第３図に示した本発明の実施例では、ノズル１６は炎熱室の上部に円形に配列さ れている。これらのノズルは材料を斜め下方で且つ内方へ向け、且つ又、炎熱室 の内側の仮想水平円に対して接線方向へ向けて方向決めする。

これらの円は炎熱室の直径よりも小さい直径を有するものとされる。材料は旋回 運動されるようになされ、これにより溶融材料が炎熱室の壁部１８に向けて投げ つけられるようになされる。上昇するガスおよびノズルは精錬材料が所望される 方法で壁部の上に分配されるように方向決めされることができる。

還元され少なくとも部分的に溶融された金属酸化物含有材料は炎熱室の壁部に沿 って流下して最終還元反応器４へ向かう。この反応器は例えばコンバーターとさ れる。

この反応器に於いて、完全に還元された金属がコンバーターの底部の上に精練浴 ２７を形成し、又、溶融金属の上にスラグ１１２６を形成する。

予備還元され流下された溶融材料の最終還元は、このスラグおよびスラグと精練 浴との間の還元ガスを形成する層の中で実質的に行われ、少なくとも２つのノズ ル２４がスラグ層の直ぐ上の反応器壁部に配備され、還元ガスのｍ焼が行われる ようになすために酸素もしくは酸素含有ガスを噴射するようになされている。こ れらのノズルは反応器の直径よりも小さな直径の仮想水平円に対して接線方向に 方向決めされており、これによりコンバーター内部でガスの混合体がサイクロン 運動が起こされるようになっている。酸素含有ガスはスラグ層の表面を一掃し、 スラグ層の直ぐ上で形成された還元ガスを燃焼させ、これにより熱をスラグ層お よび精練浴に伝達する。

１７％〜１００％の酸素を含有するガスが使用されるのが好ましい。例えば不活 性ガスによる浴の良好な撹拌が！！焼ガスから浴に対する熱伝達を良好にするよ うに作用する。最終還元段階で形成された還元ガスは炎熱室の中へ直接に上昇し 、予備還元された材料の流下に逆らって流れる。成る種の場合にはガスを側方か ら炎熱室の中に導くのが有利とされる。これは、炎熱室に於ける燃焼がその炎熱 室の層化領域にて主として行われ、還元領域も炎熱室の内部に保持されるように して達成することができる。

石炭やコークスのような最終還元剤はコンバーターへ与えられ、入口２８から精 錬物質の中へ与えられるか、入口を通してスラグ層の中又はその上方へ与えられ ることができる。酸素は入口２９を通して供給される。

燃料および酸素含有ガスはコンバーターに於ける未溶融金属酸化物の最終還元に 必要なエネルギー量に見合うように、スラグ層の中へ、或いは精錬物質の中へ射 出される。形成された還元ガスの２０％〜６０％がコンバーターの内部でスラグ 層の上方で燃焼されることができる。

精錬物質に対する追加のエネルギーが電極によって供給される場合には、形成さ れた還元ガスの４％〜２０％だけがスラグ層の上方で燃焼されることができる。

高い温度は電極に有害である。

プラズマ加熱された酸素ガス、又は再生されもしくは復熱されて加熱された酸素 ガスおよび／又は空気がスラグ層の上方の燃焼ガスの形成に使用される。熱はプ ラズマ加熱されたガスに於ける発光アークによって精錬物質に伝達されることが できる。

形成されたガスの一部は復熱又は再生による予備加熱のために最終還元段階から 取り出される。

第４図は本発明による多少異なった実施例のための手段を示している。炎熱室１ はこの場合はテーパー形の下端３４を有しており、この下端に対して予備加熱さ れた金属酸化物含有材料の入口専管１１が接続されている。

この場合の目的は、最終還元段階からの高温還元ガスによって予備加熱された材 料を精錬し且つ又予備還元することであり、これは実質的に高温ガスの如何なる 燃焼も、又、如何なる還元剤の追加も伴わない。これ迄は予備加熱された材料と 最終還元段ｐＩｉ４からの高温還元ガスとの間の非常に良好な接触が炎熱室内に て行われるように構成されねばならなかった。、図示実施例では炎熱室の下部が テーパー形とされて効果的な混合を行なえるようになっているのである。この下 部に於ける温度は１０００℃〜１７００℃に迄上昇し、これによって精錬および 還元が速やかに遂行されるのである。

この方法による反応は如何なる燃焼促進ガスも実際的に使用せずに行われる。こ れにより、最終還元に於いて形成された還元ガスは、炎熱室の内部に於ける燃焼 工程に還元ガスが必要とされる場合よりも大量の還元ガスが、その形成に関連し てコンバーター内部で燃焼できるのである。コンバーター内部でのガスの燃焼は 経済的であり、炎熱室内部でＭ焼が行われるよりも有利である。

壁部に対して溶融材料が投げつけられるようになされることが必要であり、且つ 又、流動床反応器２に迄導びかれる必要性はない炎熱室内部での材料の旋回運動 は、導管３３を通して流動床反応器から炎熱室内への排気ガスの給送を引き起こ す。排気ガスはその一部が粒子分離器３から熱交換器３０を経てその工程から取 り出され、又、導管３３を経て炎熱室の上部へと導かれ、炎熱室内にＩＡ流を形 成する。この旋回運動はその他の手段、例えば炎熱室に近いガス発生＠瞳からガ スを送り込むことによっても発生させることができる。このガスは炎熱室内で燃 焼でき、従って炎熱室の内部の熱量を増大させることができる。

本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、添付した請求の範囲に記載 の範囲内で様々に変化させることができるのである。

ＦＩＧ、　１ ＦＩＧ、４ 国際調査報告

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. １．最終還元に適当な予備還元製品を製造するために、精鉱された鉱石即ち選鉱 された鉱石のような金属酸化物含有材料を予備加熱し且つ予備還元する方法であ り、金属酸化物含有材料が、 −最終還元段階の上方位置に配置された炎熱室に供給され、 −該炎熱室内部で少なくとも部分的に溶融され且つ予備還元され、 −旋回運動するようになされ、そして −最終還元段階へ向けて下方へ導かれるようになされている、 方法であって、 前記方法が、 ａ）金属酸化物含有材料は炎熱室へ給送されるより前に、流動床を備え且つ炎熱 室に接続された反応器の中へ給送され、そこで加熱され、 −炎熱室からの高温排気ガスが反応室の下部へ給送されて反応器内部での材料の 流動化および予備加熱を行うようになされ、 −予備加熱された金属酸化物含有材料が反応器から流出する排気ガスから分離さ れ、そして−分離された金属酸化物含有材料の一部が反応器に向けて再循環され 、一部が炎熱室の中へ給送されるようになされており、そして ｂ）予備加熱された金属酸化物含有材料が最終還元段階からの還元ガスを使用し て少なくとも部分的に精錬され、および／又は予備還元されるようになされる、 ことを特徴とする金属酸化物含有材料の予備加熱および予備還元方法。
2. ２．請求項１に記載された方法であって、燃焼促進ガスが炎熱室の内部へ給送さ れることを特徴とする金属酸化物含有材料の予備加熱および予備還元方法。
3. ３．請求項２に記載された方法であって、燃焼促進ガスが空気であることを特徴 とする金属酸化物含有材料の予備加熱および予備還元方法。
4. ４．請求項２に記載された方法であって、燃焼促進ガスが酸素ガスであることを 特徴とする金属酸化物含有材料の予備加熱および予備還元方法。
5. ５．請求項２に記載された方法であって、金属酸化物含有材料の精錬のために最 終還元段階から上昇する高温還元ガスを燃焼させるために炎熱室の中に燃焼促進 ガスが給送されることを特徴とする金属酸化物含有材料の予備加熱および予備還 元方法。
6. ６．請求項２に記載された方法であって、炭素系材料が炎熱室の中に給送される ことを特徴とする金属酸化物含有材料の予備加熱および予備還元方法。
7. ７．請求項２に記載された方法であって、炭素糸材料および燃焼促進ガスが炎熱 室の中に給送され、これにより炎熱室の内部に激しく燃焼する、或いは高温の火 炎による高温領域と、炎熱室の壁部に接近した還元領域とが形成されることを特 徴とする金属酸化物含有材料の予備加熱および予備還元方法。
8. ８．請求項７に記載された方法であって、予備加熱された金属酸化物含有材料が 炎熱室の内部の激しく燃焼する領域の中へ給送され、そこで少なくとも部分的に 精錬されることを特徴とする金属酸化物含有材料の予備加熱および予備還元方法 。
9. ９．請求項８に記載された方法であって、炭素系材料および燃焼促進物質が、 −金属酸化物含有材料を精錬し、少なくとも部分的に炭素系材料の粘着性が現れ るようになすための高温酸化領域が形成され、そして −溶融された金属酸化物含有材料および粘着性となった炭素系材料が炎熱室の壁 部に向けて外方へ投げつけられ、その部分に溶融された金属酸化物含有材料の還 元のための還元領域が形成される、 ような方法によって給送される、ことを特徴とする金属酸化物含有材料の予備加 熱および予備還元方法。
10. １０．請求項１に記載された方法であって、予備加熱された金属酸化物含有材料 が最終還元段階からの高温還元ガスの給送位置の近くにて炎熱室の下部に対して 供給され、該還元ガスと金属酸化物含有材料との間に良好な接触が行われるよう になされる、ことを特徴とする金属酸化物含有材料の予備加熱および予備還元方 法。
11. １１．請求項１に記載された方法であって、ガスが炎熱室の中に供給されて該炎 熱室の中に給送された金属酸化物含有材料に旋回運動を与え、溶融された金属酸 化物含有材料が炎熱室の壁部に向けて外方へ投げつけられるようになされる、こ とを特徴とする金属酸化物含有材料の予備加熱および予備還元方法。
12. １２．請求項１１に記載された方法であって、流動床反応器からの排気ガスが炎 熱室へ再循環され、材料に旋回運動を引き起こすようになす、ことを特徴とする 金属酸化物含有材料の予備加熱および予備還元方法。
13. １３．請求項１１に記載された方法であって、炭素系材料が炎熱室の近くでガス 化され、炎熱室の内部の材料に旋回運動を碾き起こすようになす、ことを特徴と する金属酸化物含有材料の予備加熱および予備還元方法。
14. １４．請求項１に記載された方法であって、炎熱室の内部の金属酸化物含有材料 が最終還元段階からの還元ガスによって主に還元される、ことを特徴とする金属 酸化物含有材料の予備加熱および予備還元方法。
15. １５．請求項１に記載された方法であって、金属酸化物含有材料の還元のために 還元剤が炎熱室に供給される、ことを特徴とする金属酸化物含有材料の予備加熱 および予備還元方法。
16. １６．請求項１に記載された方法であって、金属酸化物含有材料は、その材料が 粘着性となる温度を超えない温度、好ましくは６００℃〜９５０℃、に迄流動床 反応器にて予備加熱される、ことを特徴とする金属酸化物含有材料の予備加熱お よび予備還元方法。
17. １７．請求項１に記載された方法であって、金属酸化物含有材料は、その材料が 主に溶融される温度、好ましくは１４００℃〜１８００℃、に迄炎熱室の内部で 加熱される、ことを特徴とする金属酸化物含有材料の予備加熱および予備還元方 法。
18. １８．請求項１に記載された方法であって、炎熱室の中でその材料が蒸発され精 錬され、そして炎熱室からの排気ガスによって流動床反応器の中へ運ばれて濃縮 され且つ凝固され、或いは別の手段で流動床に於ける冷えた粒子として捕捉され る、ことを特徴とする金属酸化物含有材料の予備加熱および予備還元方法。
19. １９．請求項１に記載された方法であって、溶融された金属製品が以下の３つの 連続した工程段階、即ちａ）第１である工程段階の金属酸化物含有材料の予備加 熱、 ｂ）第２の段階である予備加熱された材料の予備還元および少なくとも部分的な 精錬、 ｃ）第３の段階である予備還元された材料の最終還元、 にて金属酸化物含有材料から作り出され、第２および第３の工程段階で発生した ガスの保有するエネルギーが同じ又は直ぐ後の工程段階で使用されて溶融金属製 品の製造に必要とされるエネルギー量を最少限とするようになされている、 ことを特徴とする金属酸化物含有材料の予備加熱および予備還元方法。
20. ２０．請求項１に記載された方法であって、予備還元され且つ少なくとも部分的 に溶融された金属酸化物含有材料が溶融金属の浴およびその上方に浮遊するスラ グ層によって反応器の内部で完全に還元され、又、最終還元段階で発生されたガ スがスラグ層の表面を一掃するように運ばれた燃焼促進ガスによって部分的に燃 焼される、ことを特徴とする金属酸化物含有材料の予備加熱および予備還元方法 。
21. ２１．最終還元に適当な予備還元された製品を作り出すために、選鉱された鉱石 即ち精鉱された鉱石のような金属酸化物含有材料を予備加熱し且つ予備還元する 装置であり、 −炎熱室の下部に配置されている溶融され予備還元された材料のための出口が最 終還元段階に対して（直接に）接続されている炎熱室と、 −金属酸化物含有材料を炎熱室の中に供給するための手段と、 −金属酸化物含有材料に炎熱室の内部で旋回運動を与えるための手段と、 を含んで構成された装置であって、 前記装置が、 ａ）炎熱室（１）の中へ給送するより前に金属酸化物含有材料を予備加熱するた めに該炎熱室の上部に連結された流動床反応器（２）であって、 −該反応器（２）は炎熱室（１）からの高温排気ガスのための入口（７）を下部 に備えているとともに、反応器から流出するガスより予備加熱した物質を分離す るための粒子分離器（３）に対して上部で接続されており、そして −粒子分離器（３）は戻し導管（１０）を通して反応器の下部へ接続され、又、 入口導管（１１）を経て炎熱室に接続されている、 流動床反応器（２）と、 ｂ）炎熱室（１）の下部（３４）に接続された最終還元段階（４）からの高温還 元ガスのための入口と、を含んで構成されたことを特徴とする金属酸化物含有材 料の予備加熱および予備還元装置。