JP2000503353A - 鉄含有材料から液状銑鉄または鋼予備製造物を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 複数の固体カーボン含有体２で形成された固定床２０の上方に、微粉状の固体カーボン含有体２および鉄を含有する微粉状還元済み材料４で形成された流動床２１を形成する工程と；微粉状還元済み材料４を、酸素ジェットの周縁を包囲しかつ該酸素を取り囲むとともにリング状断面を有する小流路が形成された流動床２１に、酸素と直接接触した状態で直接投入する工程と；微粉状還元済み材料４を流動床内で溶融する工程と；を備えていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 鉄含有材料から液状銑鉄または鋼予備製造物を製造する方法 本発明は、溶融ガス化炉内で、特に還元された海綿鉄とされた微粉状鉄含有材 料から液状銑鉄または鋼予備製造物を製造する方法および該方法を実施するため のプラントに関する。さらに詳細には、溶融ガス化炉内で、炭素含有材料および 酸素を供給し、かつ同時に還元ガスを生成し、固体カーボン含有体から形成され たベッド内で鉄含有材料が溶融されるものである。完全な還元が行われる前に選 択的に、微粉状還元済み材料（fine-particulate reduced material）および酸 素が、側部からベッド内に導入されるものである。 欧州特許第０ ０１０ ６２７号公報には、特に予め還元された海綿鉄とされた 微粉状鉄含有材料から液状銑鉄または鋼予備製造物を製造する方法と、石炭を追 加投入しかつ酸素含有ガスを吹き込むことにより、コークス粒子により流動床が 形成された溶融ガス化炉内で還元ガスを生成する方法と、が開示されている。こ こでは、酸素含有ガスあるいは純酸素が、溶融ガス化炉の下部領域内に流入させ られている。特に予め還元された海綿鉄とされた微粉状鉄含有材料および塊状石 炭が、溶融ガス化炉のフード部に設けられた各投入用開口部を通過させて上方か ら供給され、下降した各粒子状の投入物が流動床内で減速され、かつ、各鉄含有 粒子が、コークスから成る流動床内を下降する間に還元されるとともに溶融され る。溶融されかつスラグに変換された金属は、溶融ガス化炉の底部で集められる 。金属およびスラグは、分離して形成された複数の取り出し用開口部を介して排 出される。 しかし、この種の方法は、溶融ガス化炉内で明らかに上方に向けられたガス流 れにより、微粉状の海綿鉄が一緒に該溶融ガス化炉から排出されてしまうおそれ があるので、微粉状海綿鉄に対する方法としては適切でない。さらに、このよう な微粉状金属含有体の排出は、溶融ガス化炉の上部領域すなわち溶け落ちガス化 領域の上方の領域の温度に打ち勝つ温度で行われることになる。この溶融ガス化 炉の上部領域の温度とは、上昇するガス流にもかかわらず溶け落ちガス化領域内 に沈み込んでしまう程の大きな粒子を投入部で形成しうる微粉粒子の塊状化すな わち溶け落ちが行われないほどの低い温度である。 欧州特許第０ ２１７ ３３１号公開公報には、流動床プロセスにおいて微粉鉱 石を直接予還元し、予還元された微粉鉱石を溶融ガス化炉へと供給し、かつ、カ ーボン含有還元剤を供給しかつ溶融する間に、プラズマバーナーを用いて完全に 還元することが記載されている。溶融ガス化炉内には、流動床が形成されており 、該流動床の上方には、コークスから成る流動床が形成されている。予還元され た微粉鉱石または海綿鉄はそれぞれ、溶融ガス化炉の下部に設けられたプラズマ バーナーに供給される。この従来技術の欠点は、下部溶融領域すなわち溶融物が 集められた領域に予還元された微粉鉱石を即座に供給するので、完全な還元を確 実に得ることができず、かつ、銑鉄のさらなる処理のために必要とされる化学成 分を得ることができないということである。さらに、溶融ガス化炉の下部領域に 形成された石炭から成る流動床または固定床とされているため、溶融製造物の十 分な部分をプラズマバーナーの高温領域から排出することができないので、多量 の予還元された微粉鉱石を投入することができない。予還元された微粉鉱石をさ らに多く投入することは、プラズマバーナーに熱的および機械的な損傷を与える ことになる。 欧州特許第０ １１１ １７６号公報には、海綿鉄粒子および鉄鉱石塊から形成 される液状銑鉄を製造する技術が開示されている。この鉄鉱石塊は、直接還元集 合物へと直接還元されるとともに、海綿鉄粒子は、粗粒部分と微粒部分に分離さ れた直接還元集合物から排出される。微粒部分は、溶融ガス化炉へと供給され、 海綿鉄を溶融するために必要とされる熱と、直接還元集合物に供給される還元ガ スとは、投入された石炭および供給された酸素含有ガスから生成される。微粒部 分は、溶融ガス化炉のヘッド部から石炭から成る流動床の近傍まで突出する下降 パイプを介して、溶融ガス化炉内へと供給される。下降パイプの端部には、微粒 部分の流速を最小化させるために、整流プレートが設けられており、これにより 、下降パイプから排出される微粒部分の出口速度が非常に低いものとされている 。投入部において、溶融ガス化炉内部の温度が非常に低いものとされており、こ のため、供給された微粒部分を即座に溶融することができない。このことと、下 降パイプにおける低い出口速度とにより、溶融ガス化炉において生成された還元 ガ スと共に、供給された微粒部分の大部分が、溶融ガス化炉から排出されることに なる。この方法によれば、より多くの微粒部分、または微粒部分のみを投入する ことができない。 欧州特許第０ ５７６ ４１４号公開公報には、塊状の鉄鉱石を含有する投入物 質を、溶け落ちガス化領域で生成された還元ガスを用いて、還元シャフト炉内で 直接還元する方法が開示されている。続けて、このように得られた海綿鉄が、溶 け落ちガス化領域へと供給される。微粉鉱石及び／又は冶金プラントに適用され る微粉酸化鉄ダスト等の鉱石ダストをさらに利用しうるために、この既知の方法 では、微粉鉱石及び／又は鉱石ダストは、固体カーボン含有体と共に、溶け落ち ガス化領域内に作用するダストバーナーへと供給され、かつ当量比以下（substo ichiometric）の燃焼により反応する。この種の方法は、微粉鉱石及び／又は冶 金用プラントに適用される鉱石ダストの効率的な処理を可能とし、全投入鉱石の ２０〜３０％程度まで効率を上昇させ、これにより、塊状鉱石の処理と微粉鉱石 の処理とを組み合わせることができる。この方法の欠点は、金属の過剰な領域と 、カーボンの過剰な領域とが、溶け落ちガス化領域を形成しうることである。 欧州特許第０ ４９３ ７５２号公開公報には、サイクロン内で、溶融ガス化炉 等のガス化反応炉から各高温ダストを分離させること、および、サイクロンとガ ス化炉との圧力差を解消するために、堰（sluice）システムすなわちバーナーを 介して循環させることが記載されている。既知の堰システムは、製造するのに非 常に高価であり、該堰システムを機械的に操作することで、ダスト状の固体物に よりさらに磨耗してしまうことになる。 欧州特許第０ ５９４ ５５７号公開公報には、最初に記載した種の方法であっ て、運搬用ガスを用いて海綿鉄の微粒部分を、溶融ガス化炉内で溶け落ちガス化 領域により形成された流動床内に直接的に投入する技術が開示されている。しか し、以下の欠点を有している；流動床を詰まらせてガスを十分に循環させること ができず、ときにはガスをせき止めてガスの噴出を招くことになり、これにより 、詰まった流動床を破損させてしまうことになる。これでは、カーボン含有体の ガス化プロセスおよび還元済み鉄鉱石の溶け落ちプロセスが、かなり妨げられて しまうことになる。 本発明の目的は、上記各欠点および各困難性を解決することであり、この目的 を達成する最初に説明した形式の方法と、該方法を実施するためのプラントとを 提供することである。この方法およびプラントは以下のようである。ブリケット 化することなく、少なくとも部分的に還元された微粉状鉄含有材料を処理する方 法であって、溶け落ちガス化領域内で生成された還元ガスにより供給された微粉 粒子が排出されるのを確実に回避し、投入された微粉状還元済み材料により害さ れることなく、ガス化を行うことができるものである。これにより、溶け落ちガ ス化領域に微粉状鉄含有還元済み材料を負担させることが回避されることになり 、この場合には、１００％以上の微粉鉄含有還元済み材料が溶融ガス化炉内に投 入されることになる。 本発明によれば、この目的は以下の手段により達成することができる。それは 、複数の固体カーボン含有体で形成された固定床の上方に、微粉状固体カーボン 含有体および鉄を含有する微粉状還元済み材料で形成された流動床を形成する工 程と、前記微粉状還元済み材料を、好ましくは酸素ジェットの周縁を包囲しかつ 該酸素を取り囲むとともにリング状断面を有する小流路（strand）が形成された 流動床に、酸素と直接接触した状態で直接投入する工程と、前記微粉状還元済み 材料を前記流動床内で溶融する工程とを備えている。 好ましい実施形態によれば、微粉状還元済み材料は、流動化ガスを用いて、好 ましくは吹き込むことにより、流動床内に投入される。 好ましくは、溶融領域として流動床の中央部分をも使用するために、流動床の 中央部内に、好ましくは上方から、酸素が追加的に吹き込まれる。 特に微粉状還元済み材料を単位時間当たり多量に処理しなければならないとき に、流動床への出口部において微粉状還元済み材料のために形成された中空空間 を形成するように、輸送用ガスを用いて加圧下で流動床内に微粉状還元済み材料 が吹き込まれた場合に有利である。 微粉状還元済み材料の供給と、溶け落ちガス化領域との差圧をバランスさせる ために、微粉状還元済み材料は、流動床内に投入される前に、流動床が形成され た容器内に適切に集められるとともに、輸送用及び／又は流動化ガスを用いて、 流動床から流動床内へと前方に向けて輸送される。ここで、流動床は、差圧を維 持するための堰を形成している。 ここで、微粉状還元済み材料のための輸送用ガスは、加圧下で、好ましくは流 動床に打ち勝つ圧力以上の圧力で、流動床内に適切に供給される。 上記方法を実施するためのプラントは、カーボン含有材料および鉄含有微粉状 還元済み材料を付加するための、発生した還元ガスを引き出すための、および酸 素を供給するための供給あるいは排出するための複数のダクトを有する溶融ガス 化炉と、スラグおよび溶融鉄のための取り出し口とを備えているプラントにおい て、前記溶融ガス化炉の下部には溶融銑鉄および液状スラグを集めるための収集 部が、該下部の上に設けられた中央部には複数の固体カーボン含有体の固定床が 、該中央部に連続して配置された上部には流動床が、それぞれ形成され、前記上 部の上方には空間部（calming space）が設けられ、前記微粉状還元済み材料の ための輸送用ダクトの少なくとも一つの開口部が、前記流動床の高さ位置でかつ 前記溶融ガス化炉の側壁部に形成され、かつ、酸素供給ダクトが、前記微粉状還 元済み材料のためのリング状輸送空間を形成するように、該微粉状還元済み材料 のための前記輸送用ダクトの中央を貫通するとともに前記溶融ガス化炉内に突出 するよう設けられていることを特徴とする。 好ましくは、微粉状還元済み材料のための流動化ガスを、輸送用ダクトに対し て適用することができる。 好ましくは、流動床内で還元済み材料を溶融する効率を促進するために、さら に、前記溶融ガス化炉内に突出する酸素供給ランスが設けられており、該酸素供 給ランスの酸素用出口開口部が、前記流動床の高さでかつ該流動床の断面に関し て中央に位置している。 前記微粉状還元済み材料の供給部と溶融ガス化炉との差圧を維持するために、 前記微粉状還元済み材料の輸送用ダクトは、流動床堰（fluidized bed sluice） を介して前記溶融ガス化炉へと走行している。 好ましくは、前記微粉状還元済み材料のための輸送ガスを供給するダクトが、 前記流動床堰内に走行している。 本発明は、各添付図面に示した二つの実施形態を参照してさらに詳細に説明さ れる。図１および図２のそれぞれは、溶融ガス化炉の概略を示した縦断面図であ る。 溶融ガス化炉１内では、石炭等の固体カーボン含有材料２を酸素含有ガスでガ ス化することにより、還元ガスが生成される。この還元ガスは、排出ダクト３を 介して、微粒鉱石を海綿鉄４へと還元する流動床反応炉（図示せず）に流入され る。溶融ガス化炉１は、固体カーボン含有体２用の供給ダクト５と、酸素含有ガ ス用の供給ダクト６と、海綿鉄用の供給ダクト７と、さらに選択的に、室温にお いて液状あるいはガス状とされた炭化水素等のカーボン含有体用および燃焼フラ ックス（burnt fluxes）用の複数の供給ダクトと、を備えている。溶融ガス化炉 １内において、溶融銑鉄９および溶融スラグ１０が底部領域に集められ、タップ １１を介して排出される。 流動床反応炉内で海綿鉄４に既に還元された鉄鉱石は、例えば複数の排出用ウ ォーム等の輸送手段を用いて、ときには燃焼フラックスとともに流動床反応炉か ら排出されるとともに、溶融ガス化炉１へと供給される。固体カーボン含有体２ 用の供給ダクト５および還元ガス用の排出ダクト３はそれぞれ、放射状に略対称 とされた溶融ガス化炉１のドーム状領域１２に設けられている。 排出ダクト３は、高温サイクロンとして構成された固体選別機１３内に開口し ている。この高温サイクロン１３内において、還元ガスとともに輸送される石炭 、海綿鉄等の微粉粒子１４が選別されるとともに、縦樋１５を介して、流動床堰 １６内に導入される。この流動床堰１６内には、還元後の微粉粒子材料用の、す なわち微粉鉱石から製造されるとともに流動床反応炉から引き出された海綿鉄４ 用の供給ダクト１７が挿入されている。高温サイクロンの下方滞留物および供給 された微粉海綿鉄４から流動床堰１６内に形成された流動床１８は、底部分散板 １９を介して流動床堰１６へと供給される流動化ガスにより維持されている。海 綿鉄４用の供給ダクト７により、流動床堰１６から、溶融ガス化炉１内のカーボ ン含有材料の固定床２０上に形成された流動床２１の高さ位置へと導かれる。こ の流動床２１は、微粉カーボン含有材料２と海綿鉄４とから形成されている。流 動床２１を維持するためのキャリアガスは、固定床２０から流出する還元ガスと されている。この還元ガスは、カーボン含有材料２のガス化により生成されるも のである。 海綿鉄４用の輸送ダクトとして構成された供給ダクト７に対して、流動化ガスが 少なくとも出口領域２２において混合され、該流動化ガスにより海綿鉄４が溶融 ガス化炉１内に輸送される。輸送ダクト７内の中央位置に同軸となるように、酸 素供給ダクト２３が設けられており、該ダクト２３の出口部２４が、輸送用ダク ト７のリング状出口部２５を超えるように溶融ガス化炉１内に突出している。酸 素供給ダクト２３を通過して供給される酸素ジェットは、包囲、すなわち供給さ れた海綿鉄４により取り囲まれている。その結果として、海綿鉄４の溶融は、高 温に調節されているので、流動床２１内で直接的に行われることになる。 好ましくは、溶融ガス化炉１の周りに、複数の流動床堰１６を分散させて配置 し、これにより、半径方向に対称に、しかも溶融ガス化炉１の断面全体にわたっ て均一に海綿鉄４を供給することができる。海綿鉄用の各供給ダクト７間に、さ らに複数の酸素供給ダクト２６を溶融ガス化炉１内に開口させ、溶融操作の効率 をさらに向上させることができる。流動床２１の中央部をさらに溶融領域として 利用するために、流動床２１の略中央部でかつ固定床２０の上方近傍に出口部２ ８を位置させた酸素ランス２７が設けられている。この酸素ランス２７は、溶融 ガス化炉１内の中央部に上方から突出するように、適切に配置されている。 固定床２０および流動床２１の全高さ２９は、流動床２１上方の空間部（calm ing space）３０内で還元ガス温度が約１０５０℃となるように調節されている 。固定床表面の位置は、供給される石炭の粒径の選択及び／又は固定床２０およ び流動床２１中の全酸素含有率の分布により変化させることができる。 図２に示した実施形態によれば、流入ガスの衝突により流動床２１内に中空空 間３２が出口部２５において形成されるような流出量で、例えば冷却された還元 ガス等の生成された輸送用ガスを、ダクト３１を介して流動床堰１６の上部に供 給する。 本発明は、図示した実施形態に限定されることはなく、種々の変形を加えるこ とができる。例えば、酸素供給ダクト２３を供給ダクト７内に同軸的に設ける必 要はない。本質は、流動床２１内で海綿鉄４の溶融を全体的に行うことができる ように、溶融ガス化炉１内に供給された後の海綿鉄４が酸素と直接接触すること である。したがって、少なくとも出口部２５の領域で海綿鉄４が酸素ジェットを 取り囲む場合が最良の結果が得られるけれども、供給ダクト７と酸素供給ダクト ２３とを近接して配置することもできる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 リサーチ インスティテュート オブ イ ンダストリアル サイエンス アンド テ クノロジー インコーポレイテッド ファ ンデイション 大韓民国 ポハン シティ ヒョーチャ― トン サン―32 (72)発明者 ナグル，マイケル オーストリア国 アー―4204 ライクナー ランベルク 36 (72)発明者 シェンク，ヨハネス―レオポルト オーストリア国 アー―4040 リンツ ク ナーベンセミナールストラッセ ８ (72)発明者 ケプリンゲル，レオポルト ヴェーナー オーストリア国 アー―4060 レオンディ ンク ラーホールドストラッセ ７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 溶融ガス化炉（１）内に炭素含有材料（２）および酸素を供給するととも に同時に還元ガスを生成し、複数の固体カーボン含有体（２）から形成されたベ ッド（２０，２１）内で鉄を含有する微粉状材料（４）が溶融され、完全な還元 が行われる前に選択的に、前記微粉状還元済み材料（４）および酸素が側部から 前記ベッド（２０，２１）内に導入される、特に還元済み海綿鉄とされた前記微 粉状材料（４）から液状銑鉄（９）または鋼予備製造物を製造する方法において 、 複数の前記固体カーボン含有体（２）で形成された固定床（２０）の上方に、 微粉状の前記固体カーボン含有体（２）および鉄を含有する前記微粉状還元済み 材料（４）で形成された流動床（２１）を形成する工程と、 前記微粉状還元済み材料（４）を、好ましくは酸素ジェットの周縁を包囲しか つ該酸素を取り囲むとともにリング状断面を有する小流路が形成された流動床（ ２１）に、酸素と直接接触した状態で直接投入する工程と、 前記微粉状還元済み材料（４）を前記流動床内で溶融する工程と、 を備えていることを特徴とする方法。 ２． 前記微粉状還元済み材料（４）は、流動化ガスを用いて、好ましくは吹き 込むことにより、前記流動床（２１）内に投入されることを特徴とする請求項１ 記載の方法。 ３． 酸素が、前記流動床（２１）の中央領域内に、好ましくは上方から追加的 に吹き込まれることを特徴とする請求項１または請求項２記載の方法。 ４． 前記微粉状還元済み材料（４）は、前記流動床（２１）への出口部におい て前記微粉状還元済み材料（４）のために形成された中空空間（３２）を形成す るように、輸送ガスを用いて加圧下で前記流動床（２１）内に吹き込まれること を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法。 ５． 前記微粉状還元済み材料（４）は、前記流動床（２１）内に投入される前 に、流動床（１８）が形成された容器（１６）内に集められるとともに、 輸送ガス及び／又は流動化ガスを用いて、前記容器内に形成された前記流動床 （１８）から前記流動床（２１）内へと前方に向けて輸送されることを特徴とす る請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。 ６． 前記微粉状還元済み材料（４）のための輸送ガスは、加圧下で、好ましく は前記流動床（２１）内の圧力に打ち勝つ圧力で、前記容器内に形成された前記 流動床（１８）内に供給されることを特徴とする請求項４または請求項５記載の 方法。 ７． カーボン含有材料（２）および鉄を含有する微粉状還元済み材料（４）を 付加するための、発生した還元ガスを引き出すための、および酸素を供給するた めの供給あるいは排出するための複数のダクト（３，５，６，７）を有する溶融 ガス化炉（１）と、スラグおよび溶融鉄のための取り出し口（１１）と、を備え ている請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法を実施するためのプラント において、 前記溶融ガス化炉（１）の下部（８）には溶融銑鉄（９）および液状スラグ（ １０）を集めるための収集部が、該下部の上に設けられた中央部には複数の固体 カーボン含有体の固定床（２０）が、該中央部に連続して配置された上部には流 動床（２１）が、それぞれ形成され、 前記上部の上方には空間部が設けられ、 前記微粉状還元済み材料（４）のための輸送用ダクト（７）の少なくとも一つ の開口部が、前記流動床（２１）の高さ位置でかつ前記溶融ガス化炉（１）の側 壁部に形成され、かつ、 酸素供給ダクト（２３）が、前記微粉状還元済み材料（４）のためのリング状 輸送空間を形成するように、該微粉状還元済み材料（４）のための前記輸送用ダ クト（７）の中央を貫通するとともに前記溶融ガス化炉（１）内へと突出するよ う設けられていることを特徴とするプラント。 ８． 流動化ガスが、前記微粉状還元済み材料（４）のための輸送用ダクト（７ ）に対して用いられていることを特徴とする請求項７記載のプラント。 ９． 前記溶融ガス化炉（１）内へと突出する酸素供給ランス（２７）が設けら れており、該酸素供給ランスの酸素用出口開口部（２８）が、前記流動床（２１ ）の高さでかつ該流動床の断面に関して中央に位置していることを特徴とする請 求項１から請求項８のいずれかに記載のプラント。 １０． 前記微粉状還元済み材料の前記輸送用ダクトは、流動床堰を介して前記 溶融ガス化炉へと走行していることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれ かに記載のプラント。 １１． 前記微粉状還元済み材料（４）のための輸送ガスを供給するダクト（３ １）が、前記流動床堰（１６）内へと走行していることを特徴とする請求項１０ 記載のプラント。