JPH04505945A - 金属酸化物の予備加熱及び予備還元 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 高温度オフガスを用いる金属酸化物鉱石の予熱及び予還元発明の分野 本発明は、例えば炉からの熱オフガスを用いる金属酸化物鉱石の予熱及び予還元 の方法、処理室及び装置に関する。本発明は又、熱オフガスを急冷する方法を提 供する。

発明の背景 溶融還元炉からのオフガスは、高温度で、有意な量の還元ガス、例えば−酸化炭 素及び水素を含みうる。少なくともいくらかの顕熱を回収し、ガスの還元潜在力 （ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）のい（らかを使用することは明らかに経済的に有利であ る。

金属酸化物鉱石の予熱又は予還元のいずれかを提供する多くの先行技術方法が知 られている。二つの方法、川崎製鉄株式会社による一つと日本鋼管株式会社によ る他の一つは両特徴を結合する。

一般的に言って、既知の方法は以下の−又は他の不利益、時には一以上を伴う。

・いくつかの処理段階が必要である。

・高価なコークス又は他の還元剤が必要である。又は、・達成する低予選元、高 滞留時間又は低予熱温度に至る温度限定がありうる。

酸化物鉱石をさらす温度が高すぎると、粒子は軟化し、装置への付着及び／又は 粒子の集塊に至る。

クロマイト鉱石の場合、先行技術に記載される予熱及び／又は予還元方法は一般 的に言って約１２００℃の温度に限定され、この温度では還元は非常に遅い。

クルツブに対する米国特許第４６２９５０６号には、クロマイト鉱石の還元の低 速度に打ち勝とうとして、大過剰の還元剤を高温度と組合わせて用いている。し かしながら、この速度の改良は予熱温度を費やすことになる。付加方法段階とし て、過剰還元剤が循環する。冷却、押しつぶし、及びスクリーニングを含むこと が必要である。

川崎製鉄株式会社により開発された方法は、細かい未集塊鉱石を用いる。日本特 許５９０８０７６参照。予熱及び予還元は流動床で実施する。熱及び−酸化炭素 リッチな還元ガスは製鉄還元炉オフガスから供給し、炭化水素ガスの注入により 補足する。１３５０−１４００℃での炉ガスとより低温の炭化水素ガス、例えば メタン又はプロパンとの予混合は、結果として床温度が約１２００’Ｃである、 より低温のガス混合物となる。この温度で、１２−Ｌ５時間の滞留時間が３２５ μｍの平均粒径を有する南アフリカクロマイトの実質的還元に必要であると信じ られる。又、−酸化炭素を含む炉ガスのみを用いた場合、鉄及びクロムの酸化物 の限定還元のみが達せられると信じられる。炭化水素ガスは、クロマイトの還元 に大きな貢献をなす。

この方法の不利は、本質的還元を達成するのに炭化水素ガスの添加及び低速度の 反応を起こすが、仕込まれたクロマイトの軟化及び流動床内の粒子の集塊を防止 するのに必要である流動床の低温度を必要とすることであると信じられる。結果 として起きる高滞留時間が、予熱及び予還元されることから仕込まれる全てのク ロマイト鉄を防ぐようである。（あるクロマイト鉱石は製錬還元炉に直接注入さ れる。） 発明の要約 本発明は、ガスに乗せて運ぶ酸化物鉱石の粒子が還元条件下、互いに又は固体表 面を最小にして高温にさらされたならば、従来技術と比較して、還元のより良い 速度に達するという観察による。同時に、結果としてそれらの完全性を保有する 粒子のより大きな割合となる。

この望ましい目的は、粒子の流れが、高温還元ガスの流れと、粒子が速やかに加 熱されて流動パターン（ｆｌｏｗ　ｐａｔｔｅｒｎ）に入り、これにより粒子の 互いの及び処理室の内表面との接触が最小になり、加熱粒子は熱を失うような様 式で混合する処理室に、ガスに乗って運ばれる酸化物鉱石の粒子が出入口（ｐｏ ｒｔ）又は出入口群を経て通過することにより達成しうる。

処理鉱石は、次いで製錬器に導き、さらに処理（例えば、さらに予還元により） し又は保存する。

本発明により、従来技術の予還元方法に比べて十分により高い温度に加熱される 。即ち、粒子は非常に速やかに高温に加熱され、その温度で金属へのい（らかの 予還元がいくらかの融解と共に起きる。

粒子は次いでいくらか「粘着性」となりうるので、それらは速やかにより低い温 度に冷却し、集塊及び予熱と予還元室の壁への付着を減少する。

本発明の方法は以下の利点を有する。

・金属酸化物鉱石は高温に予加熱されて、いくらかの予還元を達成し、一方、粒 子完全性の損失及び装置表面への付着を限定する。

・細粒予後の保持は金属酸化物鉱石の続く加工を助ける。

本発明は又、本発明の方法による金属酸化物鉱石を予加熱及び予還元するに適し た処理室を提供する。室の内部形状及び還元ガス用入口導管は、予加熱及び予還 元を促進し一方集塊及び付着を最少にするのに選ばれる。

本発明はさらに、上記で定義した処理室を具体化する金属酸化物鉱石の精錬用装 置を提供する。

本発明の驚くべき利点は、方法が全ての粘着性固体又は他の乗せて運んだ材料が 、集塊及び付着が非常に減少するか全く防止する温度まで冷却することを確実に するのに十分にオフガスの速やかな急冷を提供することである。オフガスが比較 的高割合の粘着性固体等を含む場合は、方法のいくらかの可変部（ｖａｒｉａｂ ｌｅｓ）、例えば新しい固体粒子の注入の速度を変えることが必要でありうる。

本発明はさらに金属酸化物鉱石を予熱及び予還元するのに適した装置を提供する 。

図面の簡単な説明 図面に従って、図１は本発明の１実施態様を示す。

溶融バス反応炉からのオフガスは予熱及び予還元室へと通る。新鮮な鉱石も、こ の室に、そしてここから沈澱（ｓｅｔｔｉｎｇ）室へ、そして最終的に溶融パス リアクターへと通る。

図２は、直列に作動する２つの予熱及び予還元室を特徴づける本発明の他の実施 態様を示す。

図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の処理室の他の実施態様を示す。

発明の詳細な説明 本発明は特にクロマイト鉱石を利用して記載するが他の全ての酸化物鉱石に応用 できる。しかしながら、比較的速やかな還元が起きる温度範囲内又はそれに近い 温度に「粘看点（ｓｔｉｃｋｉｎｇ　ｐｏｉｎｔ）Ｊを有する酸化物鉱石への特 別の応用を有する。いくつかの酸化物鉱石は１以上の金属を含む。例えば、クロ マイトは、鉄及びクロムを含む。

一方又は両方の金属の予還元は利点である。予還元が全ての酸化物又は酸化物成 分を減少しないことが認められる。

本発明は、高められた温度で還元可能性と共にオフガスを生成する全てのりアク タ−と共に用いつる。

特に溶融バス反応炉、例えばクロマイト鉱石を減するのに用いられる溶融フェロ アロイバス反応炉と共に用いる。オフカスが用いられるところでは、本発明の方 法は、粒子材料の反応及び／又は加熱の作用をなし、オフガスはそれ自体、急冷 する。オフガスに乗せて運ばれる全ての粘着性又は溶融材料は細粒子に付着しう る。多くの場合、この物質がある量存在することは全く受け入れられる。

本発明は、１実施態様では、高温冶金反応炉から誘導される化学エネルギー及び 顕熱のいくらかを金属酸化物鉱石を予熱及び予還元するのに用いる。これら金属 酸化物鉱石の粒子は非常に高温に加熱して、金属酸化物の高割合の還元を得つる 。たとえ用いた温度が粒子の粘着性が有意である温度よりも低くても、本発明の 方法は、ガス流中の粒子の互いの、及び、内部表面との接触を減少することによ り、従来技術以上の改良を与える。

粒子は本質的に速やかにそれらの粘着温度以下に冷却する。

明細書において、用語「粘着温度」は、粘着性が温度範囲を越えて開始する場合 を含む。

一般的に言って、適当な起源からの熱いオフガスは、長く延びた予熱及び予還元 室の一端近くに位置する入口導管又は導管群を経て誘導される。導管又は導管群 は又、好ましくは室の軸線に軸方向又はその近くに位置する。

予熱及び予還元室の横断面積は、対応する導管群の横断面積よりも実質的に大き くあるべきで、オフガスの室の壁との直接接触を最少にする。

酸化物粒子は、好ましくはオフガスの加入点のごく近くの点又は魚群で室に導入 すべきである。鉱石入口又は入口群は、好ましくはオフガスのバルク（ｂｕｌｋ ）流の方向に実質的に一直線に、そして室の軸にいくらか延びて位置すべきであ る。渦の程度も、又、酸化物粒子を運ぶガスに供給されうる。

酸化物粒子はバルク倉庫から、又は初めに述べた室と同に操作される他の室から 生じつる。酸化物粒子は、完全に酸化されたオフガスを含む全ての適当なガスに より室に運ばれる。

酸化物粒子は、処理室内のオフガス流に、ガスのバルク流に乗って運ばれるよう な方法で、粒子間の及び内部表面との接触を最少にして導入される。細かい金属 酸化物粒子は、熱オフガスとの接触を経て非常に高い温度に速やかに加熱される 。室の壁の近くの室内に起きたある流様式は付着及び集塊の提示に大きな役割を 有することが推量される。熱は室の壁を経て失われる。室から排出の段階で、流 様式中の粒子は温度を粘着温度以下に落とす。

熱酸化物粒子間の接触は熱ガスと金属酸化物の相対割合を変えることにより最少 としうる。通常、利用できるガスの量は「与えられた」例えば炉の操作に依存す る。即ち、金属酸化物の供給割合は、可能な限り、酸化物粒子間の望ましくない 衝突を避け、空間の標的温度を調節するためにガスの流れに調和する。この因子 は、又、例えば不必要なせまい通路を避け、又、ガス流を促進するため室のデザ インを考慮に置くべきで、室に入ったのち、実質的に軸上にあるべきである。

室は、立ち管（ｒｉｓｅｒ）と調和しこの場合、粒子は粒子を次の処理段階に導 く手段に入る前にさらに冷却する。

既に述べたように、室及び入口口の内部形状は、予熱及び予還元を促進するため 、又、粒子の集塊及び内側表面への付着を最少にするために選択される。

その又はおのおのの口の又は入口導管の形は、円滑な、円い内部表面に最少のデ ッドスペースを与えるために選択され、口又は導管の囲りの溶融バス反応炉から 粒子の集塊を減少又は削除する。

粒子が望ましい温度になると、それらは室から取り出され、次の工程、例えばサ イクロンに移しつる。

適当な温度分配は外部冷却により違しうる。

高められた温度区域での粒子の滞留時間は炉オフガス及び担体ガスの一方又は両 方の流速を適合することにより調節しうる。

酸化物粒子は、−回、必要により再三、室を通過しうろことに注意すべきである 。

本発明の一実施態様では、溶剤又は溶剤類が新しい酸化物供給又はリサイクル酸 化物供給のいずれかに加えうる、溶剤又は溶剤類はエントレインメントガスに乗 って運ばれる。

ある炭質材料及び酸素含有ガス、これらは燃焼した場合、室内の温度を押し上げ るのに用いられ、還元速度を増加する、を注入することは利点でありうる。

一酸化炭素及び水素の比較的高濃度を含む、例えば溶融バス反応炉からのオフガ スの使用により詳細な考慮を向けると、これらのガスの外出温度は１４００から １８００℃の範囲でありうる。

これらのオフガスは図１に示される処理室１に送られ、ここでそれらは入口導管 ２から室内に退出する。導管２は、担体ガス中の新鮮な鉱石を通す口３及び４か ら上流に位置して示される。（上流用地（ｌｏｃａｔｉｏｎ）は通常の用地であ る。）導管２の口３及び４並びに１の内部ひろがりに対する空間関係は、口３及 び４に近い一般的地域中の鉱石粒子の速やかな還元を促進するよう選択され、次 いでそれらが室にさらに浸透するように冷却する。この方法で、粒子の溶融は最 小となり粘着性が減する。導管２及び口３と４及びそれらの空間関係は、粒子の 室の壁との接触を減少するよう選択され、壁への蓄積を減し又は防ぐ。

ガス及び運ばれる固体は、そこから廃ガスをガス清浄に送る分離器５に送る。５ からの固体は、依然ガスに乗って運ばれ、流分離器６に送られる。全ての固体は 、溶融バス反応炉７に送られるか、又は、一部分は処理室１に返りうる。

図２に向けて、２つの処理室８と９は連続して供給される。溶融バス反応炉１０ からのオフガス類は室８に送られ、そこで、それらは分離器、室９、そして最後 に新しい供給源（示さず）から生じる運ばれた固体と混合する。室８からのガス 及び固体は、分離器１２に送られ、分離ガスは室９にそして固体は裂き器１３に 送られる。裂き器１３からの固体は分けられて、一部は反応炉１０に、他の部分 は室９に送られる。室８及び９の導管及び口は図１に示される実施態様の室１に おけるものと類似している。

図２に示される実施態様において、新鮮な固体は分離器１１を経てより温かい室 ８に送られる前により冷たい処理室９に注入される。

図１及び２に示される両方の実施態様において、それぞれの溶融バス反応炉に送 られる固体は便利には反応炉の頂上から入れられるが反応炉の他の点でも注入し うる。反応炉の頂上で、入口口は、分離されるか又は例えば酸素含有ガス用入口 口の囲りの環を経て酸素含有ガス用入口口と組合せつる。

図３（ａ）及び（ｂ）の実施態様において、より冷却した粒子材料は室出口に近 い室１４に、しかし、内側表面に近接する、より冷却した粒子の落下がカーテン を提供するよう室壁の近くに導入される。これらの粒子は、それらが室のオフガ ス加入導管に向かって落ちるので、オフガスの流れに乗って運ばれるようになり 、ガス及び固体出口導管を経て室を離れる。粒子は内部環状分配器１５を経て室 １４に入る。落下カーテンは図３（ｂ）の１６に示され、それは図３（ａ）の線 Ａ・・・Ａに沿った横断図形を表す。導管１７並びに口１８及び１９は、図１に 示されるものと類似する。

一般的に言って、前処理の間に集塊する傾向のある熱い固体は、羽口又はインジ ェクターを経て溶融バスにただちに導入される傾向はない。それらの細かい粒径 の結果、本発明により生成された予熱固体は、溶融バス方法に運び、導入するの によく適している。

図１及び２に示す実施態様において、図の左への点線の失点は、炭質材料及び酸 素含有ガスの導入を示す。しかしながら、導入の領域は、冷却に続（粒子の速や かな加熱のメカニズムにじゃましないように注意して選択しなければならない。

還元の速度も又、例えば導管２を通って一酸化炭素の導入により増加しうる。

本明細書において用語「酸素含有ガス」は、純粋酸素及び空気と酸素強化空気を 含む酸素を含むガスを言う。

本明細書において、用語「炭質材料」は、適当な高温を生じるよう燃焼すること ができ、無煙炭、瀝青炭又は亜瀝青炭、粘結炭又は蒸し炭、コークス、亜炭又は 褐炭、亜炭又は褐炭から誘導される炭、重油残査及び天然ガスを含む全ての炭素 を基礎とする材料を言う。

亜炭又は褐炭は、オーストラリア特許第５６１５８４号及び５８８５６５号及び 消滅した出願５２４２２／８６に開示された方法を用いて付加剤をしみ込ませ得 た。かかる付加剤をしみ込ませた生成物から炭を製造する方法はオーストラリア 特許出願５２２３４／８６に開示される。

本明細書において、熱オフガスが供給される溶融バス反応炉は、例えば以下のい ずれかでありうる。溶融鉄反応炉、深部鉱滓方法反応炉、フェロアロイバス反応 炉、非鉄バス反応炉、又は熱いオフガスを放出する他の高温冶金方法バス反応炉 。

本発明は又、 １、酸化物粒子及び高温還元ガスの流れを制限し、導くのに適応した容器 ２、輸送ガスに乗せて運ばれる酸化杭用の蒸気口又は蒸気０群、及び ３、還元ガス用入口導管又は導管類 蒸気口（群）及び入口導管（類）は、酸化物粒子が初めに還元条件にさらされて 次いで調節集塊及び粘着へと冷却されるように配列するを含む酸化物鉱石の予熱 及び予還元用処理室を提供する。

本発明は又、 １、鉱石の製錬用溶融バス反応炉 ２、反応炉からオフガスを導（手段 ３、上で定義した処理室又は室群 ４、新鮮な金属酸化物鉱石或は予熱又は部分的に予還元した金属酸化物鉱石を室 または室群に注入する手段５、ガスに乗せて運ばれる酸化物粒子を室又は室群か らガス固体分離器又は分離器類に導く手段 ６、少なくとも分離固体及びいくらかの運ぶガスの反応炉に対する割合を導き、 所望の場合、室又は室群に対する割合に導く手段の組合せを含む、金属酸化物鉱 石の溶融用装置を提供する。

一般的様相で本発明の以上に引用した特異的詳細に限定されないことは明らかに 理解される。

Ｆ１９２ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成３年１１月２９日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 発明を定義する請求の範囲は以下の通りである。 １．ガスで運ばれる酸化物鉱石の粒子を出入口または出入口群を経て処理室に導 入し、そこで粒子の流れを、粒子が速やかに加熱され粒子相互の、及び粒子と処 理室の内部表面との接触が最小となる流動パターンに入るような方法で高温還元 ガスの流れと合流させ、上記ガス及び運ばれる粒子のバルクフローは実質的に並 流（ｃｏ−ｃｕｒｒｅｎｔ）であることを含む熱オフガスを用いる金属酸化物鉱 石の予熱及び予還元方法。 ２．室の寸法が ・望ましい程度の予還元を達し、そして・室を離れる酸化物粒子の平均温度は、 粒子及び次の装置の内部表面への粒着の集塊が受け入れられる程度に減少するも のである請求項１の方法。 ３．室がバルクフローの方向に伸びる請求項２の方法。 ４．高温度還元ガスが伸びた室の一端に近く位置する入口導管又は導管群を経て 導入される請求項３の方法。 ５．入口導管又は導管群が室の縦軸の区域に位置する請求項４の方法。 ６．室の横断面積が入口導管又は導管群の対応する横断面よりも実質的に大きく それによりオフガスの室の壁への直接接触を最小にする請求項４又は請求項５の 方法。 ７．出入口又は出入口群が入口導管又は導管群のごく近くに位置する請求項４な いし６のいずれか１項の方法。 ８．出入口又は出入口群がバルクフローの方向と実質的に一直線に向く請求項７ の方法。 ９．向きが室の縦軸にある程度向き、これにより酸化物粒子の流れパターンは、 粒子と室の壁との接触を最小にするため軸に実質的に並んでいる請求項８の方法 。 １０．出入口又は出入口群の適当な造形及び／又は配向によりある程度の渦を酸 化物粒子を運ぶガスに与えて酸化物粒子の室の壁との接触を最小にする請求項５ 又は請求項９の方法。 １１．処理した酸化物粒子を室へのリサイクルにより部分的に又は全体にさらに 処理する先行請求項のいずれかに１項の方法。 １２．溶剤又は溶剤類を酸化物フィードに加える先行請求項のいずれか１項の方 法。 １３．添付に図面に関して実質的に記載される請求項１の方法。 １４．酸化物鉱石の予処理及び予還元のための処理室であって、１．酸化物粒子 及び高温度還元ガスの流れを制限し、方向づけるのに適応する容器 ２．担体ガスに運ばれる酸化物粒子用の出入口又は出入口群３．入口導管又は導 管群 を含み、 出入口（群）及び入口導管（群）は、酸化物粒子が初めに還元条件にさらされて 次いで冷却されて集塊及び固着を調節するよう配列する。 １５．添付の図面に関して実質的に記載されたように請求項１４の処理室。 １６．金属酸化物鉱の溶融用装置であって、１．鉱石の溶融用溶融バス反応炉 ２．反応炉からオフガスを導く手段 ３．請求項１４に定義した処理室又は室群４．新鮮な金属酸化物鉱石又は、予熱 され、そして部分的に還元された金属酸化物鉱石を室又は室群に注入する手段５ ．ガスに運ばれる酸化物粒子を室又は星群からガス固体分離器又は分離器群に導 く手段 ６．少なくとも反応炉に対する分離固体及び幾らかの運搬ガスの割合、そして、 所望ならば室又は室群に対する割合に導く手段を組合せて含む。 １７．添付図面に関して実質的に記載された請求項１６の装置。