JPH10509216A - 溶銑または製鋼前製品の製造方法とこの製造方法を実施するための設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ガス化溶融炉（５）のガス化融着帯（６）において、微細粒子の鉄含有鉱石から銑鉄（１２）または製鋼前製品を生産する際、鉄含有材料は、炭素含有材料及び酸素含有ガスを供給して同時に還元ガスを生成しつつ、固体炭素担体によって形成されたベッド（１６）中で溶融される。ガス化溶融炉に装入された鉄含有材料の微粒子が、炉外に排出されることを防ぐために、鉄含有材料は、高温燃焼ゾーン（２１）を形成している酸素バーナー（１５）によって、ガス化溶融炉（５）の中心のベッド（１６）の上方、しかもベッドに近接した位置に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】 溶銑または製鋼前製品の製造方法とこの製造方法を実施するための設備 本発明は、微細粒子の鉄含有原料、特に還元された海綿鉄から、ガス化溶融炉 内のガス化融着帯において溶銑または製鋼前製品を生産する生産方法に関する。 このガス化溶融炉において、炭素含有材料と酸素含有ガスを供給して同時に還元 ガスを生成しながら、予備的に鉄含有材料を還元させておいて、固体炭素担体か ら構成されたベッドの上で鉄含有原料が溶融される。また、本発明は、上記生産 方法を実施するための設備に関する。 ＥＰーＢー０ ０１０ ６２６は、微細粒子の鉄含有原料、特に予備的に還元さ れた海綿鉄から溶銑または製鋼前製品を生産する方法、およびガス化溶融炉内に おいて還元ガスを製造する方法を開示している。このガス化溶融炉において、石 炭を加え酸素含有ガスを吹き込むことによって、コークスの粒子からなる流動床 が形成される。ここで、酸素含有ガスまたは純粋な酸素ガスは、それぞれガス化 溶融炉の下部領域に注入される。粒子状の鉄含有材料、特に予備還元された海綿 鉄および塊状石炭が、ガス化溶融炉のフードに設けられた装入開口を通して上部 から給送され、落下する粒子は流動床に遮られて減速され、鉄含有粒子はコーク スの流動床を通過しながら還元されそして溶融される。溶融され、スラグに包ま れた金属がこのガス化溶融炉の底部に溜まる。金属とスラグは流出部の開口部か ら排出される。 この種の方法は、しかし、ガス化溶融炉内のガスの流れが著しいことによって 、微粒の海綿鉄がガス化溶融炉から一度に飛散してしまうため、微粒の海綿鉄を 処理する方法には適していない。装入口においては、海綿鉄の溶融を行う温度よ り低い温度であるため、ガス化溶融炉の上部域の温度によって微粒子の炉からの 排出はさらに促進される。 ＵＳーＡー５、０８２、２５１から、天然ガスから生成された還元ガスによっ て、流動床での作用によって鉄含有微粉鉱石を直接還元することが知られている 。この方法において、鉄含有量の高い微粉鉱石が連続して配置された流動床反応 炉システム内で、高圧の下で、還元ガスによって還元される。こうして得られた 海綿鉄の粉体は次いで熱間または冷間のブリケッティングによって固められる。 海綿鉄の処理をさらに進めるために別の溶融設備が備えられている。 ＥＰ−Ａ−０ ２１７ ３３１から、微粉鉱石を流動床工程によって直接予備還 元し、この予備還元された微粉鉱石をガス化溶融炉に給送し、炭素を含有する還 元剤を供給しながらプラズマバーナーで完全に還元し、それを溶融する方法が知 られている。ガス化溶融炉内に、流動床が形成され、その上にコークスの流動床 が形成される。予備還元された微粉鉱石または海綿鉄の粉体はそれぞれガス化溶 融炉の下部に設置されたプラズマバーナーに供給される。ここでの一つの課題は 、予備還元された微粉鉱石が、低部の溶融域、すなわち、溶融体が溜まっている 領域に急に入るため、十分な還元が保証されず、得られた銑鉄は次の処理を行う ために要求される化学組成が得られないことである。さらに、ガス化溶融炉の下 部領域に石炭で形成された流動床またはコークスの固定床があり、プラズマバー ナーの高温度帯から溶融体を十分に取り去ることができないため、大量の予備還 元された微粉鉱石を装入することができない。また、予備還元された微粉鉱石を より大量に装入すると、たちまちプラズマバーナーを熱的にまたは機械的に破壊 する問題がある。 ＥＰーＢー０ １１１ １７６から、海綿鉄粒子および溶銑を塊状の鉄鉱石から 生産する方法が知られている。この方法おいて、鉄鉱石は直接還元アグリゲート の中で直接還元され、この直接還元アグリゲートから排出された海綿鉄の粒子は 粗粒部分と微粒部分に分離される。微粒部分はガス化溶融炉に供給され、そのガ ス化溶融炉において、海綿鉄の溶融に必要な熱および直接還元アグリゲートに供 給される還元ガスに必要な熱は、装入された石炭と供給される酸素含有ガスから 生成される。微粒部分はガス化溶融炉に導かれ、ガス化溶融炉の頂部から炉内に 突出する下向きパイプを通して石炭流動床の近くの位置に装入される。下向きパ イプの先端には、微粒部分の下降速度を最小とするため邪魔板が設けられ、従っ て下向きパイプを離れる微粒部分の出口速度は非常に遅い。微粒部分の装入部に おいてはガス化溶融炉の内部温度は極めて低く、その結果、供給された微粒子部 分の急速な溶融は起こらない。このことと下向きパイプからの出口速度が低いこ とによって、供給された微粒部分の大部分はガス化溶融炉から、同装置内で生成 された還元ガスとともに排出される。従って、この方法によって、より多量に微 粒子部分を増加して装入するか、あるいは、装入する原料を全て微粒子部分とす ることはできない。 ＥＰ−Ａ−０ ５７６ ４１４に、ガス化溶着帯内で生成された還元ガスを用い て、塊状鉱石含有装入物は還元直立炉内で直接還元される方法が開示されている 。こうして得られ海綿鉄はガス化融着帯に給送される。微粉鉱石及び／または、 良く知られた冶金施設内で発生した酸化鉄微粉ダストといった微粉鉱石および／ または鉱石ダストを付加的に利用可能とするために、微粉鉱石及び／または鉱石 ダストは固体炭素担体と共にガス化融着帯に向けられたダストバーナーに供給さ れ、準化学量論的燃焼反応に沿って反応する。この種の方法によれば、冶金施設 において発生する微粉鉱石及び／またはダストを効率的に処理することが可能で あり、かつ全鉱石装入量の２０−３０％台の量を混合することができるので、塊 状鉱石と微粉鉱石を組み合わせた処理が可能となる。 本発明は、上述の欠点や困難を回避することを目的としている。そして、本発 明は、前に最初に記述した方法、および微細粉体の鉄含有材料の処理をブリケッ と工程を必要とせずに実施できる設備を提供することを目的としている。この設 備においては、供給される微粉体の鉄含有材料がガス化溶融炉内で生成される還 元ガスによって、ある場合には予備還元された状態で、ある場合には完全に還元 された状態で排出されるといったことは十分な信頼性で防止でき、要求される完 全な還元が保証できる。本発明の特別な目的は、ガス化溶融炉を利用しつつ、微 粉体となった鉄含有材料を大部分、望ましくは１００％を装入して、処理し、銑 鉄や製鋼前製品することが可能な方法を作り上げることである。 本発明によれば、上記目的は次のように達成されている。すなわち、鉄含有材 料はガス化溶融炉の中心の流動床上の接近した位置に、高温燃焼帯を形成してい る酸素バーナーを用いて供給される。ここで、高温燃焼帯内に形成された燃焼し ているジェットはベッドの面に向けられ、この燃焼ジェットが鉄含有材料をベッ ドの上面に向かって吹き付ける役割を行う。 ベッド表面上において、微細粉体の鉄含有材料の速度が減速され、その結果、 高温燃焼帯の中で供給された鉄含有材料を溶融するために十分な時間が留保され る。スラグおよび鉄は流動床または固定ベッドを通って、ガス化溶融炉の下部に 向かって落下することができる。ガス化溶融炉内で確保された留保時間のために 、この段階においては未だ完全に還元されていなかった鉄含有材料の完全な還元 が保証される。 ＥＰーＡー０ １７４ ２９１から、ダスト状の非鉄硫化金属鉱石、特に非鉄金 属鉱石を溶融用バーナーを通してガス化溶融炉内に供給することが知られている 。この方法によれば、鉱石を溶融するための熱が、硫化物とバーナーからの酸素 との発熱反応によって生成されるため、さらに多量の硫化非鉄金属鉱石を処理す ることができる。 この知られた方法では、炭素の流動床を形成するための石炭がガス化融着帯内 に別に装入される。この種の方法では、これら酸化物の微粉鉱石を溶融するため の熱が得られないため、酸化物の微粒には適応できない。微粒鉱石供給ダクトが ガス化融解炉の上部に配置されているため、これらの微粒鉱石は、ガス化融着帯 で生成された還元ガスによって排出方向に押し戻され、結果としてガス化融解炉 から排出される。 ガス化融着帯に装入された微細粉体の鉄含有鉱石が酸素あるいは酸素バーナー に供給される酸素含有ガスによって酸化されることを防ぐため、本発明によれば 、微粉鉱石は直接高温燃焼ゾーンに導入または吹き込まれる。 本発明の実施の形態によれば、微粉鉱石は、ガス化融着帯内で生成される還元 ガスによって流動床工程によって還元される。この場合、ガス化溶融炉で発生す る還元ガスが直接、すなわちダストの分離は行わないで、流動床還元部に移送さ れる。この方法において、ガス化融着帯から還元ガスと共に排出されるコークス のダストは流動床の還元ゾーンに給送され、還元ガスと共に給送することによっ て粘着（sticking）の危険が減少する。還元された微粒鉱石と共に、コークスダ ストは酸素バーナーを経由してガス化融着帯に再び給送されるのでコークスダス トは消失しない。 サイズが大きいためガス流と共に排出されることのない、塊状の炭素含有材料 および塊状の鉄含有材料は、ガス化溶融炉の上部に延びる供給ダクトを経由して 微粒に付加してガス化融着帯に導入される。従って、本発明の方法を実施する装 置として、通常のガス化溶融炉を、特に大きく構造を変更せずに用いることがで きる。 本発明を実施する設備は、炭素含有材料、鉄含有材料を供給するための供給ダ クトと、生成された還元ガスを排出する排出ダクトおよび酸素含有ガスを供給す るため、生成される還元ガスを排気するため、また酸素含有ガスを給送するため 等の供給用および排出用のダクトと、さらにスラグと溶融体を取り出す流出部を 有するガス化溶融炉からなる。ここで、ガス化溶融炉の低部は溶銑及び液状スラ グを貯めるための湯溜部が設けられ、その湯溜部に重なった中央部は、固体炭素 担体のベッドを設けるための炉心部とされ、それに続く上部はキリングスペース とされている。このキリングスペースの特徴は、酸素含有ガスと微粉の鉄含有材 料をガス化溶融炉内に供給するバーナーが備えられ、このバーナーの先端が、キ リングスペースの断面の炉心部から上部へ変曲する位置に設置され、バーナー先 端が流動床の表面に向けられていることである。また、微粉鉱石を供給する供給 ランスのランス開口部がバーナー先端の近傍に設けられている。 一つの実施の形態によれば、バーナーは、ガス化溶融炉の頂部からガス化溶融 炉の内部に向かって、垂直にかつ中心軸に沿って突出する燃焼ランスとして設計 されている。バーナーは、例えば、ＥＰ−０ ４８１ ９５５に記載されている構 成とされている。加えて、固体の微粒石炭を同時に供給するための環状のギャッ プが取り付けられている。 供給ランスは、炉の側面から下方に傾斜してガス化溶融炉内に突出する。 還元ガス排出ダクトを、直接、すなわち、中間にダスト分離手段を通さずに、 ガス化溶融炉のキリングスペースから微粒の鉱石の直接還元に用いられる流動床 反応炉に延ばし、さらに還元された微粒鉱石排出用のダクトを流動床反応炉から バーナーに延ばすと利点が生ずる。 次に、本発明を、図面に概略示された代表的な実施の形態を参照してより詳細 に説明する。 本発明による施設は流動床反応炉１を備えている。そして、鉄含有微粉鉱石ま たは微粉鉱石を多量（５０％以上）に含む鉄含有鉱石（鉱石１４６１ｋｇ／銑鉄 ・トン）が鉱石給送ダクト２を通じて前記流動床反応炉１内に供給される。この 流動床反応炉１において、微粉鉱石は予備還元、または必要であれば完全還元さ れる。 鉱石に関する詳細な成分は、 Ｆｅ_tot ６６．３％ Ｆｅ₂Ｏ₃ ９４．７％ 粒子サイズ ０ー８ｍｍ 単独の流動床反応炉１に代えて、幾つかの流動床反応炉を連続的に配列するこ とも可能である。その場合、ＵＳ−Ａ−５、０８２、２５１に述べられていると 同様に、微粒鉱石は流動床反応炉から流動床反応炉へと搬送ダクトによって移送 される。 予備還元された、または完全還元された微粒鉱石、すなわち海綿鉄粉末（５３ ０ｋｇ／銑鉄・トン）は、後により詳細に述べるように、搬送ダクト４によって ガス化溶融炉５に供給される。ガス化溶融炉５内の、ガス化融着帯６において、 ＣＯ並びにＨ₂を含む還元ガス（１７１５Ｎｍ³／銑鉄１トン）が石炭と酸素含有 ガスから発生され、このガスは、還元ガス供給ダクト７を通して流動床反応炉１ に供給される。 還元ガスの分析 ＣＯ ６３．４％ ＣＯ₂ ４．３％ Ｈ₂ ２６．３％ 残部 （Ｈ₂Ｏ，Ｎ₂、ＣＨ₄） その後、還元ガスは流動床反応炉１内を鉱石の流れと反対方向に対向して流れ 、流動床反応炉１から、頂部ガス排出ダクト８から排出され、次いで、湿式スク ラバー９において冷却され洗い落とされて、トップガスとして消費者が使用でき る（１６３９Ｎｍ３／銑鉄・トン）。 トップガスの分析 ＣＯ ４２％ ＣＯ₂ ３３．２％ Ｈ₂ １８．４％ 残部 （Ｈ₂、Ｎ₂、ＣＨ₄） 熱量 ７６８１ｋＪ／ｍ３ ｎｏｒｍａｌ ガス化溶融炉５は、固体炭素担体を塊状の形状（７００ｋｇ／銑鉄１トン）で 供給する供給ダクト１０、酸素含有ガス（２７５Ｎｍ３Ｏ２／銑鉄１トン）用供 給ダクト１１、さらに炭水化物で、室温で液体または気体の炭水化物といった炭 素担体並びに燃焼助剤の供給ダクトが必要に応じて設置される。 ガス化溶融炉５において、ガス化融着帯６の下部の下部域Ｉに、溶銑１２（１ ００ｋｇ／銑鉄１トン）あるいは製鋼前製品および溶融スラグ１３（３０３ｋｇ ／銑鉄・トン）が溜められ、流出部１４から取り出される。 銑鉄の分析値の平均は次の通りである。 Ｃ ４．３％ Ｓｉ ０．４％ Ｍｎ ０．０８％ Ｐ ０．１％ Ｓ ０．０５％ 残部 （Ｆｅ） スラグの平均塩基度：Ｂ２（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）＝１．１ ガス化溶融炉５の低部域Ｉの上部にある帯域IIにおいて、ベッド１６が固体炭 素担体から形成されている。これは、固定床および／または流動床が好ましい。 中央の帯域IIの上の帯域IIIは、ガス化溶融炉５内において還元ガスを生成する ため、および還元ガスによって形成されたガスの流れによって固体粒子を取り込 むためのキリングスペースとして作用する。 予備還元された、または完全還元された微粒鉱石は、上方から下方に向けられ かつほぼ垂直に配置された酸素バーナー１５によってガス化融着帯６に装入され る。また、この酸素バーナーの先端１５’はベッド１６の表面１７の上部に近接 した位置に配置されている。ガス化溶融炉５の断面から見ると、バーナーの先端 １５’は、側壁から等距離離れたガス化溶融炉の中央の位置に配置されている。 ここでは、バーナーの先端１５’は一本とし、バーナーの先端はガス化溶融炉５ の垂直線の長さ方向の中心線上に配置されている。バーナー１５は、一部または 全て還元された微粒鉱石を給送するための中心の内部パイプ１８と、中心の内部 パイプ１８を包み、かつ外側が外部冷却パイプ１９によって囲まれている、酸素 （２７５Ｎｍ³Ｏ₂／銑鉄・トン）または酸素含有ガスを給送するための環状の間 隙２０とからなっている。 酸素含有ガスおよび供給された鉄含有材料の出口位置に、高温燃焼ゾーン２１ が形成され、その高温燃焼ゾーン内に鉄含有材料がバーナー先端を経由して、ベ ッド１６の表面１７の方向に吹き込まれる。鉄含有材料がベッド１６の表面にお いて減速され、かつ材料が前記表面１７に衝突反跳するため、鉄含有原料の溶融 のために十分な時間が与えられることになる。こうしてスラグが形成され、溶融 鉄は、ベッド１６を通過してガス化溶融炉５の下部域Ｉに落ちる。 特に、装入される微粉鉱石の粒子サイズが大きく変動する場合、あるいは、相 当な部分の鉱石が粗い粒子からなる場合、流動床反応炉１から出る鉄含有原料を 微粒部分と祖粒部分に分離し、微粒部分のみをバーナー１５に供給し、粗粒部分 （２−８ｍｍ）（５３０ｋｇ／銑鉄・トン）は、別の供給ダクト２２を通して、 ガス化溶融炉５の上部の開口部２３から該装置に供給する。バーナー１５を通し て供給する粒子の粒子サイズは０ー２ｍｍであることが望ましい。 石炭に関する詳細 元素分析 Ｃ ７３．６％ Ｈ ４．４％ Ｎ １．７％ Ｏ ６．２％ Ｓ １．０％ Ｃ_fix ６０。８％ 蒸発分 ２５．６％ 灰分 ８．６％ 微粒石炭の粒子サイズ ０ー２ｍｍ 塊状石炭の粒子サイズ ８ー５０ｍｍ バーナー先端１５’の近くに、微粒石炭（２５０ｋｇ／銑鉄・トン）を供給す るランス２５の供給のためのランス開口部２４がある。従って、微粉石炭を、側 面からバーナー先端１５’より低いレベルの高温燃焼ゾーン２１に吹き込むこと が可能となる。このため、部分的または完全に還元された微粉鉱石が、バーナー 先端１５’を通して供給される酸素によって酸化されることを防ぐ。 供給された微粉石炭は、さらに、ガス化融着帯６内で形成された還元ガスの温 度を下げることを可能にし、温度の下げられた還元ガスは、通常のガス化溶融炉 におけると同様に排出することができる。 流動床反応装置１の流動床還元ゾーン３において、コークスのダストは還元ガ スと共に排出されるので、粘着（sticking）の危険が減少し、ダストによる障害 が無くなり、また、酸素バーナー１５を経由して再びガス化融着帯６に達するこ とも無いため、還元ガスのダスト分離手段並びにダストの再循環のための分離手 段はもはや必要がなくなる。しかし、還元ガスの温度を調整する目的に対して、 還元ガスを清浄化した後還元ガスを再循環することは有利な面もある。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ａ−4204 ライヘノー ラムベルク 36

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．炭素含有材料と酸素含有ガスを供給して同時に還元性ガスを発生させつつ、 鉄含有原料を、任意に予め完全に還元した状態とし、固体炭素担体から形成され たベッド（６）内で溶融するガス化溶融炉（５）のガス化融着帯（６）内で、微 細な粒子の鉄含有原料、特に還元された海綿鉄から溶銑（１２）または製鋼前製 品を生産する方法において、 高温燃焼ゾーン（２１）を形成している酸素バーナー（１５）によって、ガス 化溶融炉（５）の中心でかつベッド（６）の直上のベッドに近接した位置に、前 記鉄含有原料が供給されることを特徴とする方法。 ２．高温燃焼ゾーン（２１）に形成された燃焼ジェットがベッド（１６）上に導 かれ、またこの燃焼ジェットが鉄含有原料をベッド（１６）の表面（１７）に向 かって吹き付けるために用いられることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．微粉石炭が、高温燃焼ゾーン（２１）に導入されるか、もしくは高温燃焼ゾ ーンに吹き込まれることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。 ４．微粉鉱石は流動床の工程（３）で、ガス化融着体（６）において生成された 還元ガスによって還元され、ガス化溶融炉（５）から発生した還元ガスが直接、 すなわち予めダストの分離を行うことなく、流動床還元部（３）に搬送されるこ とを特徴とする請求項１から３までの一つまたは幾つかに記載の方法。 ５．ガス化溶融炉（５）の上部に設置された供給ダクト（１０、２２、２３）を 経由して、塊状の炭素含有材料と塊状の鉄含有材料が付加的にガス化融着帯（６ ）に導入されることを特徴とする請求項１から４の一つまたは幾つかに記載の方 法。 ６．炭素含有原料および鉄含有原料の供給、生成された還元ガスの排気及び酸素 含有ガスの給送のための供給用および排出用のダクト、並びにスラグおよび鉄の 融液のための取り出し部（１４）を含むガス化溶融炉を有し、 該ガス化溶融炉の低部（１）は溶銑（１２）と液体スラグ（１３）を貯留する ためにあり、その上部の中心部（II）は固体炭素ベッド（１６）を設けるためと され、さらにその上部（III）はキリングスペースとされ、 酸素含有ガスと微細粒子の鉄含有鉱石とをガス化溶融炉に供給するバーナー（ １５）の先端（１５’）は、前記キリングスペースの断面の中心にある中央部（ II）からその上部（III）への変曲点にと付けられていることを特徴とする請求 項１から５までの一つまたは幾つかに記載の方法を実行するための設備。 ７．バーナーの先端（１５’）はベッド（１６）に向けられていることを特徴と する請求項６に記載の設備。 ８．微粉石炭を供給する供給ランス（２５）のランス開口部（２４）がバーナー の先端（１５’）に近接した位置に設けられていることを特徴とする請求項６ま たは７に記載の設備。 ９．前記バーナー（１５）はガス化溶融炉の頂部から始まって、ガス化溶融炉の 内部に垂直にかつ中心に突出する燃焼ランスとして設計されていることを特徴と する請求項６から８の一つまたはいくつかに記載の設備。 １０．供給ランス（２５）は、側面からガス化溶融炉内、下向きに斜めに突出す ることを特徴とする請求項８または９に記載の設備。 １１．還元ガス排出ダクト（７）は、ガス化溶融炉（５）のキリングスペース（ III）から、中間にダスト分離手段を挟まずに、直接微粉化された鉄鉱石の直接 還元に用いられる流動床反応炉に導かれ、還元された微粉鉱石の排出のためのダ クト（４）は、流動床反応炉（１）からバーナー（１５）に導かれることを特徴 とする請求項６から１０の一つまたは幾つかに記載された設備。 １２．請求項１から５までのいずれか一つに記載された方法によって製造された 銑鉄または製鋼前製品から生産された例えば鉄道用車両といった市販の製品。