JPS6347310A - 溶融還元精錬設備 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、鉄鉱石を石炭及び石灰と共にＩ錬炉内の溶
銑中に吹き込み、ランス及び底部羽口から酸素ガスを吹
き込んで溶銑を得る溶融還元精錬設備に関し、更に詳述
すれば、精錬に必要なｌｌ！素ガスの少なくとも一部を
溶融還元炉からの排ガスを利用して製造する溶融還元精
錬設備に関する。

［従来の技術１ 溶融還元精錬法は高炉製鉄法に代るものであり、高炉製
鉄法においては、高炉の建設費が高（広大な敷地が必要
であるという高炉製鉄法の欠点を解消すべく、近年に至
り開発されたものである。このような溶融還元精錬法に
おいては、精錬炉内の溶銑中に炉底に設けた羽口から予
備還元された鉱石並びに粉末状の石炭及び石灰を吹き込
み、更に別の羽口から酸素ガスを溶銑中に吹き込むと共
に、炉頂部から炉内に装入されたランスを介して溶銑に
酸素ガスを吹き付ける。そうすると、石炭が溶銑中に溶
解すると共に、石炭の炭素が酸素ガスによって酸化され
る。そして、この酸化熱によって鉱石が溶融すると共に
、鉱石が石炭中の炭素によって還元される。溶銑から発
生するＣｏガスはランスから吹き付けられる酸素ガスに
よって２次燃焼されてＣＯ２ガスになる。このＣＯ２ガ
スの顕熱は溶銑上を覆っているフォーミング状のスラグ
に伝運され、次いで、溶銑に戻される。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、この溶融還元プロセスにおいては、大量の酸
素ガスを使用する。従来は、溶融還元プロセスにおいて
発生するガスを発電所に送り、このガスで発電し、電力
を利用してコンプレッサを駆動することにより酸素ガス
を製造している。しかしながら、従来は、この大同の酸
素ガスを製造するために、大容量の発電プラントを設置
し、また配管系統を整備する必要があり、このため大規
模な設備投資が必要であるという問題点がある。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、
溶融還元炉にて発生する排ガスを燃焼させ、この燃焼熱
を利用して直接酸素ガスを製造し、この酸素ガスを溶融
還元炉に供給することにより、酸素製造のための大規模
な設備投資を回避することができる溶融還元精錬設備を
提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段１ この発明に係る溶融還元精錬設備は、溶融還元炉と、こ
の溶融還元炉からの排ガスを圧縮するコンプレッサと、
空気を圧縮する空気コンプレッサと、圧縮された排ガス
及び空気を導入して燃焼させる燃焼器と、燃焼器から燃
焼ガスを導入してこの燃焼ガスにより駆動されるガスタ
ービンと、ガスタービンからの燃焼ガスを導入する熱交
換器と、温度変化により酸素ガスを吸収放出する物質を
有しこの物質に空気中の酸素を低温で吸収させこの物質
を熱交換器に通して加熱して酸素ガスを放出させる酸素
ガス製造手段と、を有し、前記空気コンプレッサはガス
タービンにより駆動されると共に、製造された酸素ガス
を溶融還元炉に供給することを特徴とする。

［作用］ コンプレッサにより圧縮された溶融還元炉の排ガスと、
空気コンプレッサにより圧縮された圧縮空気とが、燃焼
器に供給されて排ガスが燃焼する。

この高温の燃焼ガスはガスタービンに導入されてこれを
駆動し、ガスタービンは空気コンプレッサを駆動する。

ガスタービンを出たｉｕｉの燃焼ガスは熱交換器に導入
される。

温度変化により酸素ガスを吸収放出する物質（以下、ガ
ス吸収物質という）としては、例えば、４８０乃至５０
０”Ｃの比較的低温度で酸素ガスを吸収してＫＮＯ３に
なり、６００乃至６５０℃の比較的高温度でｎ累ガスを
放出してＫＮＯ２になるアルカリ硝酸塩がある。このガ
ス吸収物質に比較的低温で空気を通して空気中の酸素ガ
スを吸収させる。ガスタービンを出た高温（例えば、６
５０乃至７００℃）の燃焼ガスは熱交換器に供給され、
この燃焼ガスの燃焼熱によりガス吸収物質を加熱する。

そうすると、ガス吸収物質は酸素ガスを放出し、酸素ガ
スが製造される。この酸素ガスは溶融還元炉に供給され
、精錬に使用される。

従って、溶融還元プロセスにて使用する酸素ガスを発電
所によらず、自己プロセスにて製造することができ、発
電所の負担を軽減することができる。

［実施例］ 第１図はこの発明の実施例に係る溶融還元精錬設備を示
すブロック図、第２図はその酸素ガス製造装置を示すブ
ロック図である。図中、実線はガスの流れを示し、破線
はガス吸収物質の流れを示す。溶融還元炉１にて発生し
た高温の排ガスは、予備還元炉２に送られ、鉱石の予備
還元に使用される。この予備還元炉２から排出された排
ガスは集ｒ！１ｔ１３にて除塵された後、熱交換器４に
供給される。この熱交換器４により、溶融還元炉１の排
ガスが持つ顕熱の一部が高圧蒸気として回収される。

熱交換器４を出た排ガスは、脱炭酸ガス装置５に導入さ
れる。溶融還元炉の排ガスは、約２０乃至５０％が炭酸
ガス（ＣＯ２）、約５乃至２０％が水素ガス（Ｈ２ガス
）、約３０乃至５０％が一酸化炭素ガス（ＣＯガス）で
ある。この構成ガスの内、ＣＯ２ガスは後述する燃焼器
８において燃焼に寄与しないので、脱炭酸ガス装置５に
よりこのＣＯ２ガスを除去する。

脱炭酸ガス装置５を出た排ガスは、軸流コンプレッサ等
のコンプレッサ６に供給され、このコンプレッサ６によ
り圧縮された後、熱交換器７に供給される。排ガスは熱
交換器７により加熱された後、燃焼器８に供給される。

空気コンプレッサ１０は空気を圧縮して燃焼器８に供給
する。燃焼器８において、圧縮排ガスと圧縮空気とが混
合されて燃焼し、この高温高圧の燃焼ガスはガスタービ
ン９に供給される。ガスタービン９を駆動した後の燃焼
ガスは約６５０乃至７００℃の温度を有しており、この
高温の燃焼ガスは熱交換器１２に供給されてその高温源
として利用される。熱交換器１２を出た燃焼ガスは熱交
換器７及び熱交換器１３を経て排出される。

熱交換器７においては、燃焼ガスが持つ顕熱により、コ
ンプレッサ６からの排ガスが加熱される。

更に、熱交換器１３においては、燃焼ガスの持つ顕熱が
中圧蒸気として回収される。

ガスタービン９と空気コンプレッサ１０とは同軸的に設
置されており、更に、このガスタービン９及び空気コン
プレッサ１０には、同期弁ｌ１１１が連結されている。

空気コンプレッサ１０はガスタービン９により駆動され
る。同期発電機１１はガスタービン９の起動時には、適
宜の電源（図示せず）から給電されてガスタービン９を
起動させ、定常状態では、逆にガスタービン９により駆
動されて発電する。

酸素ガス製造装置２０においては、空気がブロア２１に
よりフィルタ２２に送られ、このフィルタで集塵された
後、空気は熱交換器２３．２４により４８０乃至５００
℃に加熱された後、吸収塔２５に供給される。吸収塔２
５には、ガス吸収物質であるＫＮＯ２液が供給されるよ
うになっており、このＫＮＯ２は、下記（１）式にて示
すように、４８０乃至５００℃の比較的低温で空気中の
酸素０２ガスを吸収してＫＮＯ３（アルカリ硝酸塩）に
なる。

ＫＮＯ２＋０２−ＫＮＯ３ （４８０乃至５００℃）　・・・（１）ＫＮＯ３＝ＫＮ
Ｏ２＋０２ （６００乃至６５０℃）　・・・（２）このＫＮＯ３は
熱交換器２６にて加熱され、更に熱交換器１２により６
００乃至６５０℃に加熱される。この熱交換器１２によ
り加熱されたＫＮＯ３は減圧下の再生塔２７に送られ、
この再生塔２７にて前記（２）式によりＫＮＯ３が分解
して酸素ガスが製造される。

この酸素ガスは熱交換器２３に送られ、空気の加熱に使
用された後、クーラ２８により冷却されて溶融還元炉１
に送られる。再生塔２７にて酸素ガスを放出したＫＮＯ
２は熱交換器２６にてＫＮ○ヨを加熱した後、吸収塔２
５に送られる。

吸収塔２５からは窒素ガスが排出され、この窒素ガスは
熱交換器２４により空気を加熱した後、クーラ２９によ
り冷却されて排出される。

このように構成された溶融還元精錬設備においては、溶
融還元炉１にて１１ｔＲ中に発生した排ガスは、その顕
然の一部が予備還元炉２にて鉱石の予備還元に使用され
た後、集塵機３により清浄にされ、熱交換器４に送給さ
れる。排ガスの顕然の一部は熱交換器４において高圧蒸
気として回収される。次いで、排ガスは脱炭酸ガス装置
５においてそのＣＯ２ガスが除去される。

脱炭酸ガス装置５を出た排ガスは、ＣＯガス及びＨ２ガ
スを有しており、この排ガスはコンプレッサ６により圧
縮された後、熱交換器７により加熱されて燃焼器８に供
給される。空気コンプレッサ１０は、その起動時には同
期発電機１１により駆動され、定常状態ではガスタービ
ン９により駆動される。この空気コンプレッサ１０によ
り圧縮された高圧空気は燃焼器８に供給される。燃焼器
８においては、高圧排ガス及び圧縮空気が混合されて燃
焼し、この高温高圧の燃焼ガスは、ガスタ−ビン９に供
給されてガスタービン９を駆動する。

燃焼器８に供給される排ガスは、非燃焼ガスである炭酸
ガスを含まないから、そのカロリーが高く、燃焼ガスは
ガスタービンを高効率で駆動する。ガスタービン９は起
動時には同期発電機１１により駆動され、定常状態では
燃焼器８からの高温高圧の燃焼ガスにより駆動される。

ガスタービン９を出た燃焼ガスは、熱交換器１２に供給
されて晶瀉源（加熱源）として利用される。燃焼ガスは
、熱交換器１２において、酸素製造装置２０のガス吸収
物質を加熱した後、熱交換器７に供給され、熱交換器７
において、コンプレッサ６からの排ガスを加熱する。次
いで、燃焼ガスは熱交換器１３に供給され、その残余の
顕熱の一部が中圧蒸気として回収される。

一方、酸素ガス製造装置２０においては、空気がブロア
２１によりフィルタ２２に送り込まれ、熱交換器２３．
２４を経て吸収塔２５に送られる。

吸収塔２５においては、再生塔２７から送られてきたＫ
ＮＯ２と空気とが４８０乃至５００℃で反応して空気中
の酸素ガスがこのガス吸収物質中に吸収される。残余の
窒素ガスは熱交換器２４にて空気との間で熱交換した後
、クーラ２９により冷却されて排出される。酸素ガスを
吸収したＫＮＯ３は熱交換器２６にて加熱された後、熱
交換器１２にて加熱され、減圧下の再生塔２７に送り込
まれる。この再生塔２７にて、６００乃至６５０’Ｃの
比較的高温でＫＮＯ３は酸素ガスを放出し、ＫＮＯ２は
熱交換器２６を経て吸収塔２５に戻され、酸素ガスはそ
の顕熱が熱交換器２３にて空気の加熱に使用された後、
クーラ２８により冷却されて溶融還元炉１に送られる。

この実施例によると、９９．９％の純度の酸素ガスが得
られ、この酸素ガスは溶融還元炉１の精錬ガスとして使
用される。溶融還元プロセスにおいては、約４５２ｍ３
／時の酸素ガスが必要であるが、この実施例においては
、その全量の酸素ガスが酸素ガス製造装置２０において
製造されるので、従来の電力による酸素ガス製造プラン
トを使用する必要がなく、発電所に対する投資が不要で
ある。

なお、溶融還元炉１からの排ガスを予備還元炉２に供給
せず、直接熱交換器４に供給してもよいことは勿論であ
る。また、ガスタービンの起動時には、上記実施例のよ
うに同期発電澄によることとせず、起動時に蒸気タービ
ンによりガスタービンを駆動させることも可能である。

この場合には、同期発電様の替りに、通常の発１ｉ鵬を
設置して、ガスタービンの余剰の駆動力を電力として回
収すればよい。更に、燃焼器８に供給される圧縮空気も
加熱することが好ましい。この圧縮空気の加熱は、空気
コンプレッサ１０を出た圧縮空気を熱交換器４に導き、
この熱交換器４において加熱させることにより可能であ
る。

［発明の効果］ この発明によれば、溶融還元プロセスにおいて発生する
排ガスを燃焼させて、その燃焼熱により付加価値が高い
酸素ガスを製造するので、溶融還元炉にて使用する酸素
ガスの全量を自己供給することができ、発電所への投資
が不要である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図は
その酸素製造装置を示すブロック図である。 １；溶融還元炉、２；予備還元炉、４，７゜１２．１３
：熱交換器、５；脱炭酸ガス装置、６；コンプレッサ、
８：燃焼器、９ニガスタービン、１０：空気コンプレッ
サ、１１：同期発電機、２０：Ｉ！ｌ累ガス製造装置、
２５：吸収塔、２７；再生塔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶融還元炉と、この溶融還元炉からの排ガスを圧
   縮するコンプレッサと、空気を圧縮する空気コンプレッ
   サと、圧縮された排ガス及び空気を導入して燃焼させる
   燃焼器と、燃焼器から燃焼ガスを導入してこの燃焼ガス
   により駆動されるガスタービンと、ガスタービンからの
   燃焼ガスを導入する熱交換器と、温度変化により酸素ガ
   スを吸収放出する物質を有しこの物質に空気中の酸素を
   低温で吸収させこの物質を熱交換器に通して加熱して酸
   素ガスを放出させる酸素ガス製造手段と、を有し、前記
   空気コンプレッサはガスタービンにより駆動されると共
   に、製造された酸素ガスの少なくとも一部を溶融還元炉
   に供給することを特徴とする溶融還元精錬設備。
2. （２）前記熱交換器を出た燃焼ガスが導入され、この燃
   焼ガスの顕熱によりコンプレッサから燃焼器に送られる
   排ガスを加熱する第２の熱交換器を有することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の溶融還元精錬設備。