JPH08507105A - 金属鉱石からの金属の製造プロセス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、金属鉱石から金属を製造するための、特に鉄鉱石から銑鉄を製造するためのプロセスに関する。本発明は、還元性ガスの製造に用いられ、炭素および／または炭化水素を含み、特に少なくとも一部はプラスティックからなる物である。冶金学的竪型炉、特に高炉（１）が用いられた場合、プラスティックは、炉風中の、粗粒で流動体の状態で、プラスティックの粒径がほぼ１から１０ｍｍの領域内にある状態で、シャフト炉の炉床に注入される。

Description

【発明の詳細な説明】 金属鉱石からの金属の製造プロセス 本発明は金属鉱石から金属を製造するための、特に鉄鉱石から銑鉄を製造する ためのプロセスに関するものである。かかるプロセスでは、金属酸化物を含む鉱 石が、炭素および／または水素（および多分それらの化合物）を含む還元ガスと 接触して反応させられ、またガスは、炭素および／または炭化水素を含む物から 前もって得られたものである。 通常、主に金属酸化物からなる鉱石（鉄の酸化物以外であっても）は、金属が 抽出される前に、還元プロセスにかけられなければならない。この還元は、炭素 あるいは水素またはこれらの化合物の助けで行なわれ、これらは、還元ガス中に 含まれ、金属鉱石に作用するために用いられる。 そのあとで、還元された金属鉱石は溶融プロセスにかけられる。還元に必要な ガスは、還元および溶融プロセス自体の領域で得られる。かかるプロセスでは、 炭素を含む物質（例えば、コークス、石炭、油、または天然ガス）が、すでに還 元され、加熱された金属の領域に加えられ、酸素や、空気からの酸素の添加によ り、炭素，化合ガスへの分解または変換が行なわれ、これらは反応に先立って供 給される。 この点で、従来の高炉プロセスが知られている。高炉の中では、金属鉱石の還 元と、還元ガスの製造と、さらには金属の液体状態への最終的な溶解とが、上部 から底部に渡って連続的に行なわれる。高炉プロセスでは、鉄鉱石や可能な混合 物に、コークスが炭素キャリアとして加えられる。また、より良い高炉プロセス の制御、およびコークスを節約するために、ランスを通して高炉内に油または粉 状の石炭が注入され、これらはコークスの消費を減少させる。この付加的に注入 された材料（油または粉状の石炭）はきれいで十分なガス化を確実にするため、 細かく砕いた状態で導入されなければならない。高炉への粉状の石炭の注入につ いての概要は、”シュタール ウント アイゼン（Ｓｔａｈｌ ｕｎｔ Ｅｉｓ ｅｎ）”誌の１２．１．８１の１０１（１９８１）の３５−３８頁および２５． ２．８５のｎｏ．４の１０５（１９８５）の２１１−２２０頁の２つの論文に含 まれている。砕かれた粉の注入は、特に油の価格高騰中に増加した。実験は、よ り大きい粒径を用いて幾つかのプラントでおこなわれたが、手に入れられる約１ ０分の短時間の注入中に、例えば粉状の石炭の完全なガス化といった良い結果は 、０．１ｍｍより小さい粒径でのみ得られた。 油または粉状の石炭を注入する代わりに、例えば廃棄物、使用した紙、わら、 かっ炭および使用した木、プラスティック、ゴム、類似の材料を導入する提案は すでになされている（ＤＥ−Ａ−２９ ３５ ５４４）。一致する実験や結果が ない中で、高炉にどのようにして物が導入されるべきかの仮説が立てられた。ま た、ＤＥ−Ａ−４１ ０４ ２５２においては、この種の炭素含有廃棄物が、羽 口を通して微細粒または粉の形で高炉に注入することが提案され、沈澱残渣（流 れるごみ）がサンプルとして与えられた。また、このプロセスにおいて、注入さ れる物が微細粒であるべき必要性が強調された。 最初に述べた知られたプロセスから始まり、プラスティック廃棄物をそれが有 機的にそして／または無機的に汚染されていても、還元ガス用の成分として利用 することが本発明の目的である。プラスティック廃棄物は常に大量に手に入り、 重大な無駄な処分の問題を表す。それは大低、排他的でなく、固体の形で、しば しば大変汚染されたパッケージ廃棄物として、またはプラスティック製品の製造 中に得られるスクラップあるいは似た廃棄物として手に入る。 結果として、発明は、最初に言及したプロセスにおいて、還元ガスを製造する ために供給される炭素および／または炭化水素を含む物質が、少なくとも一部分 が細かく砕かれた、冶金学的竪型炉、特に高炉の炉床の炉風流れに注入される流 動体であり、かかるプラスティックの粒径がほとんど１から１０ｍｍの領域であ り、特に５ｍｍであることを供給するものである。それゆえに、例えば、プラス ティック容器廃棄物は、この汚染はまだ広く未解決な問題であるが、砕かれた形 状で羽口領域に導入される。 プラスティック残余を高炉プロセスの還元剤の源として用い、それによりこれ らを材料的に利用することは、すでに提案されてきた。既知の方法では、重ねた 押出プロセス中で混合されたプラスティック残余は、温度作用および剪断によっ て、低分子物質に分解され、高炉の炉風流れ中に、重油に置き換えて注入するこ とができる。しかし、いわゆるプラスティックの流体化のための崩壊押出（ｄｅ ｇｒａｄａｔｉｖｅ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）は、装置とプロセス技術において要 求される手段であり、これは全プロセスをより難しく、高価な物にする。加えて 、このプロセス方法は、プラスティック廃棄物中の金属、有機、および無機の汚 染物によって微妙に妨害される。 すでに述べたように、竪型炉、特に高炉の領域の炉風流れ中への、油または細 かく砕いた石炭の、既知の付加的な注入にとって、短時間に重要なすすの形成な しに完全なガス化の達成を確実に行うために、材料は大変細かく砕いて注入しな ければならない。もし、石炭粒子の最大粒径が約０．１ｍｍでなくより大きけれ ば、これは不十分な結果となる。 この理由は、主に、石炭中の揮発性組成の比較的小さな割合により、個々の粒 子の破壊およびそれゆえに反応表面のさらなる増加が十分な寸法で続けることが できないためである。油の注入にとっても、実際は揮発性の組成からなるが、粒 径を０．１ｍｍよりかなり小さく微粒化することが、また必要となる。 精密な結論として、化学的組成が大変油に近いプラスティックであっても、竪 型炉の中での十分で速い反応を確実にするためには、同等の粒径の粉に砕かなけ ればならない。特に熱可塑性のプラスティックを、そのような細かい粉にひくに は、大変微細にひかれた時、この材料は、ねばねばするので、不可能である。こ のようなプラスティックを低温に冷却し、この材料はもろくなり、この状態でこ れを引くことも考えられた。しかし、本方法は、費用の理由から採用できない。 プラスティックを冶金学的竪型炉の炉風流れに注入した時、細かく砕き、温度 的にひいた後で、プラスティックが、主にほとんど１から１０ｍｍ、特に５ｍｍ の領域の大きな粒径を有しても、かかる粒径は大きな費用なしに得ることができ るが、大変良好な結果が得られることが、驚くべきことに見出だされた。この粒 径は、同時にプラスティックプロセス、流体化および爆発の危険性の無いことの 測定の領域においても、例えば粉に砕かれた石炭が注入される場合、流体化ガス として不活性ガスが不要となり、圧縮空気を使用できるというを利点を有する。 特に、注入されるプラスティックが、大きな比表面積を有する塊形状の場合、良 い結果が得られる。特に、０．３５より大きいプラスティックのバルク密度の場 合、利点が見出だされた。 このプラスティックの驚くべき挙動の理由は、細かく砕いた後の、この材料の 特異性によるものである。化学的に近い組成の油の場合、形成された緻密な小滴 は、大変不利な表面積の体積に対する比を有し、それゆえに小さい粒径の場合の み十分な反応性を有するが、プラスティックの場合、粉に砕くプロセスにより、 機械的、熱的ストレスの組み合わせにより割られることにより、比表面積が増加 され、部分的に砕いた後であっても材料は、優れた反応性を示す。 これにより、シングルステップ還元プロセスを用いることで、少し費用のかか る粉砕の後、プラスティックまたは廃棄プラスティックが、高炉プロセスにおい て、大変有用な還元剤として用いられることがわかり、このことにより、石炭が 節約できるのみならず、プラスティック廃棄物が有用に利用される。 冶金学的竪型炉が高炉の場合、プラスティックは空気ノズルまたは羽口で調整 され、ランスを通って空気流中に流動体の形で注入される。この目的のために、 すべてのランスで流動体プラスティック粒子が供給されるか、あるいは幾つかの ランスで流動体プラスティック粒子が供給される一方、他は今までのように油ま たは石炭が供給されるかいずれかとなる。プラスティック粒子を供給するランス および油または石炭を供給するランスは均一に羽口の周囲に互いに分散させられ て配置されることがこれらの利点である。 ランスにおける注入圧力は、高炉中の圧力以上の０．５・１０⁵から１．５・ １０⁵ Ｐａであることが好ましい。ランスでの流速は速く、溶融または初期の 溶融による、炉の内部からの熱の後方輻射によるランス中でのプラスティックの 焼結を避けることができ、かかる流速とランスの断面積との関係は、好ましくは ２００００から４００００ ｌ／（ｓｅｃ．ｍ）の間で、特に２５０００ ｌ／ （ｓｅｃ．ｍ）が好ましい。この因子の観察は、高炉の羽口で、粉に砕かれた石 炭または油がランスの中に注入された時に必要である。なぜならば、これらの物 は、溶けず、その結果、焼結の危険性が無いためである。 高炉の混合炉風温度は、通常１０００から１２５０℃の領域にある。低すぎる 温度は、プラスティックの不十分な、遅すぎるガス化の原因となる。混合炉風温 度はそれゆえに１１００℃以上が好ましい。 プラスティックの注入量は、広い範囲で変えても良い。しかし、プラスティッ ク塊の特別な性質ゆえに、例えば油が注入された量よりも多いほうが良い。もし プラスティックの注入量が７０ ｋｇ／ｔ ＰＩ（ＰＩは銑鉄）より多い時、良 好なガス化を確実にするためには、酸素が炉風に加えられる。７０ ｋｇ／ｔ銑 鉄より多くの毎ｋｇ／ｔ 銑鉄ごとに、０．０５から０．１％の酸素を、好まし くは、０．０８％の酸素を加えることが有利であることを見出だした。 プラスティックの測定および流体化は、異なった方法で行っても良い。一つの 方法は、プラスティック粒子が連続して流体化され、分離した装置で測定するこ とからなる。この解決方法は、測定装置が、例えば、スクリューによって測定す る機械的装置あるいはセル状の輪によって測定する装置のような単純な方法で実 現できる利点がある。他の方法は、プラスティック粒子が、流体化および測定を 兼ねる装置で、流体化、測定されることからなる。しかし、変動する炉の圧力の ため、この解決方法は、注入圧力が炉の圧力に加えられる方法による速い動作制 御ループを必要とする。特に、気密性のあるベイ・ホイール・ロックの使用によ り、単純な解決方法が残る。 より有利な発明の具体例は、サブクレームから明らかになるであろう。 発明は、例によって、以下の図に関する１つの具体例についての詳細に説明さ れる。 図１は、適切な流体化プラスティック供給用装置および適切な加熱した炉風供 給用装置を含む高炉の模式図である。図２は、他の具体例である。図３は、流体 化プラスティックを羽口または高炉のノズルの中へ注入するための羽口、ランス の配置を示す。 図１に、炉床、円周のまわりに均等に配置された複数のノズルまたは羽口２０ （図３参照）、および熱風炉４で加熱された炉風３が供給されるバッスルパイプ ２からなる下部を有する従来構造の高炉１を示す。炉風３は酸素３ａ（酸素）に 富まされる。明解にするため、羽口２０のみ示す。 羽口２０の幾つかあるいは全てには、追加の燃料を注入するための手段として 、１つあるいはそれ以上のランス１８が準備される。これは、砕いた石炭または 油の高炉で知られており、これにより高炉１の高効率化およびコークスの節約が 達成された。羽口組み立ての通常の羽口２０の数は、たとえば３２であり、それ ぞれの羽口の直径は、例えば１４０ｍｍである。砕いた石炭または油の供給は、 通常、典型的な直径が、１２または８ｍｍの２つのランスで行なわれる。本具体 例では、全ての羽口２０が、流動性プラスティック供給用に単に１つのランス１ ８を有し、その直径は２８ｍｍである。 羽口組み立てにおいて、全てのランス１８にプラスティックが供給されるか、 あるいは羽口２０の混合供給が用いられる、即ち、いくつかの羽口は、例えば油 用の２つのランスを持ち、他の羽口２０は、プラスティック供給用の１つのラン ス１８を備える。しかし、プラスティック用ランス１８および油用のランスの分 布は、互いに羽口組み立ての円周の回りに均等であることを確実にすることが有 用である。 本具体例で、プラスティックのプロセスが以下のように行なわれる。 プラスティック・プロセッシング・プラント６からサイロ７に、大きい比表面 積を有する、粒径が１から１０ｍｍ、好ましくは５ｍｍの塊状に砕かれたプラス ティックが供給される。結果的に、バルク密度が０．３５より大きい塊のプラス ティックの使用が良いことが分かった。この目的のために適したプラスティック は、マグ型包装容器または似た物品であり、例えばプラスティック箔は、細かく 砕いた時、バルク密度が小さいため、注入前または注入中に十分な注入を可能に するために特別な測定が必要とされる。 図１に、プラスティック塊が目の粗いふるい１４を通して導入され、パイプ１ ２および１３を通ったブロア１１による流動性ガスの注入により流体化される注 入器８を示す。体積約３ｍ³の注入器にとって、約２−２５ｍ³／１時間の流動性 ガスが必要となる。流動性プラスティックは最終的には分離した測定装置９、例 えばスクリューにより測定する機械的装置またはセル状の輪によって測定する装 置により測定され、羽口組み立ての対応するランス１８に、パイプ１０を通して 均一に供給される。プラスティック粒子の輸送は、流動性蒸気中の輸送によって 行なわれる。即ち、例えば、１ｋｇの流動性ガスに対し、５から３０ｋｇのプラ スティックの比のような高い割合で輸送される。本具体例では、プラスティック の粒径が１から１０ｍｍであり、爆発の危険性が無いため、圧縮空気が流動性ガ スとして用いられる。 プラスティックの注入量は、広い範囲で（例えば銑鉄１ｔあたり、プラスティ ック３０から１５０ｋｇ）変化させてよい。また油に比べて、同様の良いガス化 を行うためには、１．５倍以上の量のプラスティックの注入が必要なことが見出 だされた。もしプラスティックの注入量が７０ｋｇ／ｔ銑鉄より多い場合、良好 なガス化を確実にするためには、既に述べたような酸素が炉風に加えられる。７ ０ｋｇ／ｔ銑鉄の値より多い銑鉄１ｔ当たりのプラスティックの毎ｋｇごとに、 炉風は０．０５−０．１％の酸素、好ましくは０．０８％の酸素で富まされる。 良好なガス化のためには、ホット・ブラスト・ストーブ４からの混合炉風温度は １１００℃より高い温度である。ランス１８での注入圧力は好ましくは、高炉１ 中の圧力より高い０．５・１０⁵から１０⁵ Ｐａである。 粉状の石炭や油と異なって、プラスティックはより高温で溶けるため、注入ラ ンス１８を離れる前に、高炉からの後方熱輻射により焼結される危険がある。こ の理由から、漂ったプラスティック粒子を有するガスの流速は、溶融または初期 の溶融を避け、それにより後方熱輻射によるランス１８中での焼結を避けるため に、ランス１８の断面積に比べて十分高くなければならない。流速とランス１８ の断面積の適当な関係は、２００００から４００００ ｌ／（ｓｅｃ．ｍ）、好 ましくは２５０００ ｌ／（ｓｅｃ．ｍ）の領域である。もし、この値が低すぎ れば、焼結の危険性があり、もし高すぎればランス１８の過剰に早い摩耗を生じ る。さらに、すべての輸送パイプ、特にランス１８の接合１８ａの領域において は、輸送路の不連続やおれまがりを避けなければならず、１ｍより小さいカーブ の半径も避けなければならない。 請求項１による配置の測定は、分離した測定装置９で行なわれる。他の解決方 法を図２に示すが、流体化および測定が１つの操作で行なわれる。本目的のため に、注入器の底部に測定装置として働くボールバルブ１９が配置されている。良 好なセッティングは、圧力と流動性ガスの調整により行なわれる。しかし、本解 決方法は、高炉１の内部の様々な圧力に従って、注入器８の上部・パイプ１３へ の圧縮空気の供給の正確かつ迅速な調整が必要となる。それゆえに、この目的の ために、高炉１の適当な位置に圧力センサを置き、パイプ１３のバルブが正確な 測定を得るために、コントロール・ループ１７により、素速く再調整する。 プラスティック粒子の流体化および測定は、気密性のベイ・ホイール・ロック によっても得ることができる。この場合、注入器８は省略される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 モーンケルン、ホルストマー ドイツ連邦共和国27721リッタアフーデ、 アム・メンクホーフ16番 (72)発明者 フォス、マンフレート ドイツ連邦共和国28355ブレーメン、オー バーノイランダー、ヘーアシュトラアセ84 番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．金属酸化物を含む鉱石が、前もって炭素および／または炭化水素を含む固 体物から得られた、炭素および／または水素（あるいはこれらの化合物）を含む 還元性ガスと接触させて反応させられる、金属鉱石から金属を、特に鉄鉱石から 銑鉄を製造するためのプロセスであって、細かく砕かれ、流体化した形状のプラ スティックが冶金学的竪型炉、特に高炉（１）の中の炉風の流れに注入され、該 プラスティックの粒径がほとんど１から１０ｍｍの領域にあり、特に５ｍｍであ ることを特徴とするプロセス。 ２．プラスティック粒が流体の流れ中を輸送される、特に、流動性ガス特に空 気１ｋｇに対し、プラスティックが５から３０ｋｇの比であることを特徴とする 請求項１によるプロセス。 ３．プラスティックが大きな比表面積を有する塊の形状で注入されることを特 徴とする請求項１または２によるプロセス。 ４．塊が０．３５より大きいバルク密度を有することを特徴とする請求項３に よるプロセス。 ５．プラスティックが、高炉（１）の羽口（２０）に配置されたランス（１８ ）を通して流体化した状態で空気の流れに注入されることを特徴とする請求項１ から４のいずれか１つによるプロセス。 ６．全てのランス（１８）に流動性プラスティック粒が供給されることを特徴 とする請求項５によるプロセス。 ７．ランス（１８）のいくつかに流動性プラスティック粒が供給され、他には 油または石炭が供給され、プラスティック粒を供給するランス（１８）および油 または石炭を供給するランスが、羽口組み立ての周囲に、互いに均一に分散して 配置されていることを特徴とする請求項５によるプロセス。 ８．ランス（１８）における注入圧力が、高炉（１）の圧力より高い、０．５ ・１０⁵から１．５・１０⁵Ｐａであることを特徴とする請求項５によるプロセス 。 ９．流速のランス（１８）の直径に対する関係が高く、熱の後方輻射によるラ ンス（１８）中での（溶融または初期の溶融による）プラスティックの焼結が避 けられ、流速がとくに２００００ ｌ／（ｓｅｃ．ｍ）と４００００ ｌ／（ｓ ｅｃ．ｍ）の間で、好ましくは、２５０００ ｌ／（ｓｅｃ．ｍ）であることを 特徴とする請求項５によるプロセス。 １０．混合炉風温度が１１００℃より高いことを特徴とする上述の請求項のい ずれか１つによるプロセス。 １１．プラスティックの注入量が７０ｋｇ／ｔ銑鉄より多い場合、炉風流れが 酸素に富み、特に、銑鉄１ｔ当たりのプラスティックの超過ｋｇについて０．０ ５から０．１％の、好ましくは０．０８％の酸素に富むことを特徴とする上述の 請求項のいずれか１つによるプロセス。 １２．プラスティック粒は流体化され、分離した装置（８、９）で連続して測 定されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つによるプロセス。 １３．プラスティック粒が、流体化と測定を兼ねた装置（８、１９）により、 流体化および測定され、迅速に動作するコントロール・ループ（１７）手段によ り、炉内の圧力に従って注入圧力が一定に調整されることを特徴とする請求項１ から１１のいずれか１つによるプロセス。 １４．気密性ベイ・ホイール・ロックが流体化と測定を兼ねた装置として用い られることを特徴とする請求項１３によるプロセス。