JPH0610298B2 - 金属酸化物を含有する材料の還元方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 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室
（flame chamber）へ供給され、その炎熱室内で少なく
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
接接触させて金属酸化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浴へ給送され
るのである。この反応は Ｃ＋ＭｅＯ＝Ｍｅ＋ＣＯ 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で示唆されてきた。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全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号及び
欧州特許ＥＰ００２２０９８号に開示されているよう
に、互いに接続された上部お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。燃焼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
応装置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環流動床で
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Ｆｅ当り７００kgの割合で供給され
た。

Ｆｅ_２Ｏ_３＝＝＝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温度では不利である。８００℃にて
数分間、恐らく１０分間、を得ることができるが、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、還元ガスに或る程度大きな還元
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Ｃ
ＯやＨ_２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ＣＯ_２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号及び米国特
許ＵＳ ４，０８７，２７４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、で炉胸（sh
aft）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
炉胸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
有材料はこの炉胸内に落下され、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
炉胸の下部に於いて行われるのであり、炭素系還元剤は
炉胸上部に投入され、そこでコークスとなった後に炉胸
下部へ落下して、炉胸下部に還元雰囲気を形成するので
ある。炉胸下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、炉
胸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、金属酸化物およびこの工
程に使用されるその他の補助的物質が炉胸を上昇するガ
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℃以下
の温度に迄冷却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ができる。

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
が簡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、これによって少量であると同時により一層清
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下部へ給送される。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
かる後、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備加熱および予
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高温還元ガ
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、最終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回運動を行うように
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
へ流れる。

予備還元された金属酸化物含有材料は、炎熱室の中の還
元ガスの一部又は全部が燃焼して生じる熱量を使用する
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
燃焼が行われる。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。しかし或る場合には、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得
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、予備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。

燃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時間は、
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旋回
運動を行うようになされて炎熱室の壁部に向けて投げつ
けられる。コークスの粒子はこの壁部の付近に還元領域
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
層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
は数秒であり、この時間は材料が壁部上に滞留する時間
である。

例えば、上部直径ｄ１が２４６０mm、下部直径ｄ２が１
９２０mm、高さｈが１７００mm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。溶融され予
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秒間にわたって滞留す
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高い
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。６００℃〜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
高温火災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℃〜１
３００℃を超える温度では、Ｆｅ_２Ｏ_３＝＝ Ｆｅ_２Ｏ_４＝＝ＦｅＯの反応が自然に引き起こされる。

本発明による方法で最も重要な利点の１つは、エネルギ
ーの経済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、金属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、最終還元に必要とされ
るエネルギーも、予備還元して主として溶融状態にある
金属酸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にこの保有熱量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理装置
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固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℃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出ガスは約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８
００℃の固体状態での予備還元によって、排出ガスは依
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Ｆｅ
Ｏ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ＣＯ_２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。もし酸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く６０％迄
のＣＯ_２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カバー
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７００kg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煙に保
有された。本発明によるエネルギーを必要量は１トンの
Ｆｅ当り４００kg〜５００kg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
完全な処理に貢献する。本発明による方法では、例えば
ＣＯやＨ_２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、或る最終段階にて
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ＮＯ_ｘの含有量を増大するように作
用する。

排出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を通して炎熱室の下部に接続されてい
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℃〜１８０
０℃の温度の高温ガスが下方に配置されている炎熱室か
ら開口７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
場合であつても、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Ｆｅ−酸
化物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ーを加熱するのに炎熱室からの
排出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有
していなければならない。殆どの場合、１mmより小さい
直径の粒子が適当であると見出されている。流動化ガス
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
の目的に適当な或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に戻る戻し導管１０及び炎熱室へ至る入口
導管１１を通して引き出される。装置１２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。或る種の場合には、
反応器に対する循環は不必要とされるが、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時間
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
えば酸素含有量が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、ピート、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。或る種の工程では、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。スラグフォーマーもし
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Ｈ_２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薄い層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、
この層は凝固して固体層を形成する。この固体層は壁部
を磨滅から保護する。溶融した金属酸化物は、壁部に沿
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から開口７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。或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錬浴２７を形成し、又、溶融金属の
上にスラグ層２６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錬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
の燃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。ひれらのノズル
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錬浴に伝達する。
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攪拌が
燃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。或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
その炎熱室の酸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が、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。

燃焼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ぴ／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導管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階４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、炎熱室内部で燃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
に渦流を形成する。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装置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。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−20809（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−18452（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭59−28605（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭61−31166（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許4789580（ＵＳ，Ａ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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（４）の上方位置に配置された炎熱室
   （１）に供給され、 −該炎熱室（１）の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（４）へ向けて下方へ導かれるようにな
   されている、 方法において、 a)金属酸化物含有材料は炎熱室（１）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
   （２）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器の下部へ給送され
   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（２）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
   （４）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. 【請求項２】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（２）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。
3. 【請求項３】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（１）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。
4. 【請求項４】請求項１に記載された方法であって、炎熱
   室（１）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（２）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。
5. 【請求項５】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（４）に対して（直
   接に）接続されている炎熱室（１）と、 −金属酸化物含有材料を炎熱室（１）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において、 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（１）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
   （２）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
   （２）の下部へ接続され、又、入口導管（１１）を経て
   炎熱室（１）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装置。