JPH02501074A - 熱化学的工程を実施するための方法および装置 - 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】 熱化学的工程を実施するための方法および装置技術分野 本発明は、冶金ダスト、鉱石等、溶融性および／ま友は溶融還元性物質、例えば ５１０２、ＭｇＯ，Ｔｉｅ、、Ｔａ２Ｏ３または相応の金属から成る混合物の熱 化学的工程、特に溶融および／または溶融還元を高耐火性ライニングの溶融温度 以上の作業温度で実施する方法および装置に関する。

背景技術 公知の高耐火性ライニングの溶融温度以上の温度範囲で熱化学的工程を実施する ことは、現在利用できる方法をもってしては不可能である。’Ｊ　’ｆＣｓ現在 使用されている溶融法および溶融還元法は高いエネルギーの供給を妥し、高価な 付加的装置χ設けない限り、廃ガス中に含有されたダスト排出によって環境の重 大な汚染を招く。１九、多量に発生する冶金ダストの加工は著しい諸困難に遭遇 する。

東独間特許第５−２１５８０５号には丁でに、竪炉で電気エネルギーの供給下に 装入物成分ン迅速に溶融しかつ同成分の間の速やかな反応を行う試みが記載され ており、この場合には竪炉の上部カバーを貫通する、中央に配置され友プラズマ トーチと、竪炉の底Ｓを貫通する反対電極との間にプラズマジェットが形Ｊｉｌ れかつこのプラズマジェットの周りに同心的に装入物が導入嘔れ、この際固体装 入物成分から成る保護壁か竪炉内壁に施され、装入物が同保護壁の内側からプラ ズマジェットの範囲に入る。

しかしこの方法は、形成された保護壁の溶融および／１九は化学反応の友めにプ ラズマジェットを適確に案内することを許さない。この種の竪炉の連続的操作は 実施できない。反応の際に形成される廃ガスはバーデン（Ｍｏｅｌｌｅｒ　）に よって排出されなければならないので、例えば廃がス成分の凝縮に関してこの方 法の他の欠点が生じる。

発明の開示 本発明は、冶金ダスト、鉱石等、溶融性および７１文は溶融還元性物質、例えば ５１０２、ＭｇＯ、Ｔｉｅ、、Ｔａ２０５１ｍは相応の金属から成る混合物の熱 化学的工程、特に溶融および／筐たは溶融還元を実施するための方法および装置 において、前記熱化学工程を公知の高耐火性ライニングの溶融温度をはるかに越 える温度範囲で実施することのできる前記方法および装置ｔｖ提供するという課 題を立て友。同時に熱化学的−物理的反応χ、反応温度の方法技術的制限を排し て１笑にコントロールすることも要求される。ｔｙｃ従来公知の方法に対する著 しい利点として、エネルギーの着しい節約および廃ガスに伴うダスト排出の十分 な防止も達成されるべきである。

前記の課題は、本発明の方法の態様の場合には、冒頭記載の種類の方法において 限定され九組成なπする溶融丁べきおよび７１文は還元すべき該混合物をプレス して塊となし、これらの塊を限定嘔れた空洞の形状の形成下に高いエネルギー密 度の放射源の周囲に配置し、限定され友空洞の形状を、溶融−および／または溶 融還元工程の進行に応じて該混合物塊を中央に配置され九放射源に向って前進嘔 ゼることによって維持することによって解決嘔れる。

従って本発明による方法の場曾には、プレスして塊に形成した混合物は同時に反 応媒体および冶金反応容器の”ライニングである。溶融速度に応じて該塊χ、放 射源、例えばプラズマジェットの周囲の空洞の形状が連続的に一定しているよう に前進嘔ゼる。このために、混合物塊ｔ、溶融−および／ｌたは溶融還元工程の 進行に応じて中央に配置され几放射源に向って半径方向に前進さくる。プラズマ ジェットは、次子に詳述するように適当な手段によって空洞内に維持される。

混合物塊ｔエネルギー源に正確に供給するために有利には案内要素を使用する。

塊状にも几ら嘔れ九装入物質は有利には乾燥し、この際送り装置の要件に基いて 該塊の一定の寸法安定性および低温圧縮強さが保持されなければならない。

本発明による方法ｔ、冶金ダストの加工に適用する場合には、有利には次子の方 式で行うことができ、例えば次表から認められる装入物質から出発してよい：表 　１ ＦＳ　マ過ダスト ＫＲクリボジーロッグ（Ｋｒｉｖｏｊ−Ｒｏｇ）（酸性鉱石ダスト）ＧＳ　炉頂 ダスト に８　コークスダストからのコークス灰（濾過ダスト）冶金ダストの混合割合（ 重ｉ１％）：　ＦＳ　３Ｂ・８ＫＲ２５，６ ０８３１，０ 表１に記載し几装入物質を有利には水約９重量優と十分に混合し、プレスして適 当な大＠嘔の塊ン形成し、次に乾燥する。乾燥塊を、混合物置の正確な供給ン保 証する案内要素の作用下に中央の放射源の周囲の半径方向に配置する。この放射 源、例えばプラズマジェットの周囲には限定逼れた形状を有する空洞が形成され る。本発明の有利な実施態様によればプラズマジェットはオーストリア国特許第 ３７６７０２号に記載されたようにして設計されでもよい。グラファイトを極か ら放射されるプラズマジェットをアルプンガスニヨッて点火した後、アルゴンと 一緒に炭化水素および／または微細分散グラファイトをプラズマジェット中に導 入する。高いプラズマ温度によって炭素（グラファイト）が気相に変わり、炭素 ガスのイオン化によって還元プロセスが加速される。嘔らに高イオン化された炭 素ガス雰囲気によってグラファイト電極の消耗が著しく阻止される。電極間のプ ラズマジェットの点火後に、プラズマジェットを空洞状に包囲する混仕物塊が溶 融し始める。混合物置が溶融するのと同じ割合で回置が外側から前進されるので 、空洞の形状は常に同一形状である。混合物置の溶融の間に同時に直接還元の熱 化学的反応も起る。

この反応は本発明の場合には空気排除下に起るので、支配的な高い温度ではプラ ズマガスとしてのアルゴンの他に廃ガスとしては一酸化炭素および水素しか発生 しない。このガスは公知技術によりエネルギー再循環に供給することができろ。

装入物質中に含有芒れた重金属成分は進行する工程で蒸発し、大部分はガス排出 フードまたはがス排出管中に取付けられた凝縮要素で凝縮されうる。

この工程で生じる液状の鉄は連続的に流出されうるし、同様に形成場れるスラグ も連続的に導出される。

また本発明による方法は、鉄鉱石抽出時に生じるスラリー、例えばオーストリア 国シュタイエルマルク（Ｓｔｅｉｅｒｍａｒｋ　）地方のエルツベルク（Ｅｒｚ ｂｅｒｇ　）で得られるスラリーの加工に適している。表２は鉄鉱石のスラリー 分析の平均値を示す： チ 強熱損失（ｃｏ２＋　Ｈ２０発生）　２６．６上我が示すように、このスラリー の組成はすでに自動供給バーテンである。この装入物質は、化学量論的要求によ る炭素の混入後、プレスされて相応の塊となり、本発明による溶融還元の前記方 法で供給される。

この場合にもまた全工程の進行の間空洞の形状？相応に形成し、維持することは 、本発明方法の経過にとって極めて重要である。

前記原理によればすべての種類の金属鉱石を熱化学的方法で還元することができ る。同様に、極めて高い温度で進行する丁ぺての溶融工程も本発明による方法を 用いて実施することができる。濾過ダスト、および燃焼装置、例えばゴミ焼却炉 からの燃滓の後処理が極めて有利である。前記燃滓は、蒸発性重金属が部分的Ｍ 縮によって回収嘔れ、場合によって残存する痕跡元素がガラスセラミック最終生 成物中に結合されて同生成物から前記元素が抽出され得ない限り、溶融されうる 。

ボーキサイから金属アルミニウムを形成する直接還元の几めの本発明方法は極め て有利な適用である。この場合には、前粉砕ボーキサイトを化学量論的要求に応 じて炭素と十分に混合し、前記のようにしてプレスして相応の１７作り、これを 乾燥し、限定逼れた空洞形状ができて引続く反応の進行中にも維持されるように 回置を放射源に送る。ボーキサイト混合物はプラズマジェットの点火後に表面か ら溶融される。この嘩先づ酸化鉄が還元され、受は容器で集められて、アルミニ ウムで飽和１れかつ炭素の富化され−ｆｃ！ｉ！ｊｃプール（Ｅｉｓｅｎｓｕｍ ｐｆ−）となる。次に酸化アルミニウムが溶ｍ′ａＩ＜ムル石溶融？）として得 られ、さらにエネルギーを供給して２０００℃より高い温度で、２Ａｔ２０３＋ ９０−〉Ａｔ４Ｃ３＋６ＣＯにより　ＡＬ３＋イオンおよびＣ′−イオンから主 として炭化アルミニウム（ＡｔａＣｓ　）に変えられる（生成熱ΔＨ−４９−９ ｋｃａｌ　／　Ｍｏｌン。１，５００℃から約６６０℃に徐々に冷却すると、Ａ ｔ４Ｃ３は Ａｔ４Ｃ３−一一一一〉　４　Ａｔ　＋　３０により金属アルミニウムとグラフ ァイトの形の炭素に分解する。１九該炭化物は反応： Ａｔ、Ｃ３＋　Ａｌ２Ｏ３−一÷　６ＡＡ＋３ＣＯによりＡｔ２０３と反応する こともできろ。

存在するＡｔ２０３、つ’！！１１ムル石溶融物の完全な反応を達底するために 、有利には次の操作ン行う：先づ溶融ｖＪ（ムル石溶融物）として得られるＡｔ 、Ｏ。

ｔ１生成される熱ガス（Ｃｏ／Ｅ２ガス）ケ作用させながら炭化アルミニウムの 生成および次に起るこのものの不均化の下で清澄容器の方向に送る。反応せずに 残存している尼、０３溶融物を再び反応ゾーンに復帰嘔セて完全な反応を行う。

清澄ゾーンの領域から、最大炭素分Ｏ，ＯＳ　係、珪素公約１％、チタン分約１ チおよび鉄を含む不純物最大１．８４程度を含有する金属アルミニウムを流出嘔 ゼる。反応ゾーンの下に存在する受け容器からは、アルミニウムで飽和てれかつ 炭素で富化された鉄を連続的に取出す。

既述のよ−うに、本発明による方法の場合にはプラズマジェットを空洞内で保持 する。つ１９プラズマジエツトの高いエネルギー密度を十分に利用することがで きる几めには、プラズマジエッ）Ｙ限定された空洞内で正確に案内することが必 要であろう。さらに溶融−および還元工程の最適化の友めＫは、熱化学的工程を 英雄するために必要なエネルギー、つまり溶融エンタルピーおよび還元エンタル ピーを正確に守りかつプラズマジェットにおけるグラファイトのガス化エンタル キーンプラズマジェットに供給されろ全エネルギーに最適に適合させることも不 可欠であろう。このような課題は従来のプラズマジェット技術では不十分にしか 解決することができない。この従来技術の設計によれば、２個邂極、丁なわち頭 Ｓｔ極と底部電極との間および／ｌｙ′ｃは頭部電極および２個または６個の側 部電極の間にプラズマジェットが取付けられろ。しかしこの場合にはプラズマジ ェットは炉の内部で片側から空洞の外に燃え出るおそれがある、七れというのも プラズマジェットχ制御的に案内することができないからである。

本発明、方法の他の有利な実施態様によれば、エネルギー人力を正確に維持しか つ限定され几空洞内でプラズマジェットを制御的に案内するとめう前記の課題は 、主要電極、つ１９空洞内に突出している頭部電極と、空洞直下に配置されてい る多数の半径方向電極（ａ・−ｈ）との間でプラズマジェットを点火することに よって解決することができろ。半径方向電極はサイリスタ制御によってガス雰囲 気のイオン化のための基本負荷で負荷され、他方主要負荷は、空洞表面内で一様 の溶融温度が保証逼れるように１案内要素の前縁に取付けられている熱素子χ介 してサイリスタへと分配される。

他の有利な実施態様によれば、受は容器に収容される溶融物は、浴温度測定器に よりコントロールされる底部電極を介してさらに半径方向電極からエネルギー人 カケ得ることができ、これによって浴温度を一定に保つことができる。

不発明方法は、他の見地からすれば冒頭記載の方法χ実施するための装置に関し ており、該装置は、主として溶融丁べきおよび／または溶融還元すべき混合物か ら成る塊によって形成される、中央に配置されに限定的形状の空洞、該混合物塊 χ中央に前進さゼる友めの、好’ＥＬ、（は半径方向に配置ちれ九案内要素、空 洞下部に配置されていて、金属溶融物および液状スラグの出口の設けられ几受は 容器、中央電極装置、空洞上に配置されたカバー、ガス排出フードおよびガス排 出管から構成されることを特徴としている。

図面の簡単な説明 添付図面には本発明による装量の笑庁例馨図示しである。第１図は本発明による 装置の一実施形の断面図であり、第２図は該装置の平面図である。第３図および 第４図は特にボーキサイトの直接還元のために適当な、本発明による他の装置の 断面図および平面図である。第５図は本発明による装置の他の実施形の斜視図で あって、この実施形Ｚ用いるとエネルギー人力が正確に維持されかつプラズマジ ェットが限定嘔れ友空洞内で％’ｌｌＮ的に案内されうる。

発明を実施する九めの最良の形態 これらの図面において空洞１は溶融すべきおよび／または溶融還元すべき混合物 によって形成され、同混合物は塊状で外側から内部へと半径方向に供給される。

半径方向に配置され九案内要素２は混合物置を中央に正確に供給することを保証 する。空洞１の下部の受け容器３の適当な場所には金属溶融物および液状スラグ の出口が存在している。４は上部電極を表わし、下部電極１０は受け容器３の底 部に配置されている。５は反応容器の上部カバーであり、６および７はガス排出 ７−ドおよびガス排出管でおる。８および９は連結通路ン表わす。Ｍ５図におい て空洞１内に突出する上部１ｆＣは頭ｉｔ極４は必要な電力およびガス供給部を 有しかつ滑車等によって垂直方向に移動されうる。空洞１の直下には水平面に多 数の半径方向電極（ａ−ｈ）が配置嘔れており、半径方向に関してそれぞれ独自 に移動可能でちり、好１しくは各半径の周りにも旋回可能である。底部１極１０ は空洞１の受け容器３に設けられている。

本発明による方法を実施することによって該混合物の酸化成分を直接溶融物に変 え、液相から金属への還元を行うことができる。従来法に対する本発明方法の利 点は、例えばＦｅ２Ｏ３がＦｅ３Ｏ４およびＦｅＯχ経る迂回路χ介して初めて Ｆｅに還元されるのではなく、Ｆｆ３ｘｏｓの溶融Ｗを介して直接Ｆｅに還元さ れうる点にあり、この際有利な混合間隙の存在を利用することができ、そこに炭 素、珪素、マンガン、燐等の不純物なしに鉄が純粋な形で得られる（これに関し てはＵＬＬＭＡＮＮＥＩＥＮＣＹＫＬＯＰＡＤ［ＤＲＲＴＥＣＨＮ：［ＳＣＨ器 　ＣＨ腹Ｉｇ、４゜Ａｕｆｌａｇｅ、Ｂａｎｄ　ｌ　Ｑ、５ｓｉｔｅ　３３４参 照のこと）。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．冶金ダスト、鉱石等、溶融性および／または溶融還元性物質、例えばＳｉＯ ２、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５または相応の金属から成る混合物の熱化学的 工程、特に溶融および／または溶融環元を、高耐火性ライニングの溶融温度を越 える作業温度で実施する方法において、溶融すべきおよび／または還元すべき、 限定された組成の該混合物をブレスして塊と表し、これらの塊を限定された空洞 形状の形成下に高いエネルギー密度の放射源の周囲に配置し、この限定された空 洞形状を、溶融工程および／または溶融環元工程の進行に応じて前記混合物塊を 中央に配置された放射源に向つて半径方向に前進させることによつて維持するこ とを特徴とする前記方法。
2. ２．高いエネルギー密度の放射源としてプラズマジエツトを使用下る請求項１記 載の方法。
3. ３．グラファイト電極から放射されるプラズマジエツトのアルゴンガスによる点 火後にこのガスと共に炭化水素および／または微細分散グラフアイトをプラズマ ジエツト中に導入する請求項２記載の方法。
4. ４．混合物塊の正確な前進のために案内要素を配置する請求１から請求項３まで のいづれか１項記載の方法。
5. ５．空洞中に突出する頭部電極と空洞直下に装置された多数の半径方向電極との 間にプラズマジエツトを設けかつ前記半径方向電極にガス雰囲気をイオン化する ための基本負荷を負荷させ、他方主要負荷は、空洞表面内で一様な溶融速度が保 証されるように半径方向電極に分配する請求項１から請求項４までのいづれか１ 項記載の方法。
6. ６．さらに溶融物の受け容器中に配置された底部電極に、浴温度を一定に保つた めに半径方向電極からエネルギー入力を与える請求項５記載の方法。
7. ７．溶融すべきおよび／または溶融還元すべき混合物より成る塊によつて形成さ れた限定的形状の空洞（１）、好ましくは半径方向に配置された、混合物塊を中 央に前進させるための案内要素（２）、空洞（１）下部に配置されていて金属溶 融物および液状スラグの出口の設けられた受け容器（３）、中央電極装置（４） 、空洞（１）上部に配置されたカバー（５）、ガス排出フード（６）およびガス 排出管（７）から構成されることを特徴とする請求項１から請求６まてのいづれ か１項記載の方法を実施するための装置。
8. ８．空洞（１）下部受容器（３）または連結通路（８，９）上部の別の受け容器 （３”）と結合している、清澄ゾーンとして使用される少なくとも１個の付加的 受け容器（３′）を有する請求項７記載の装置。