JPS63500462A - 精鉄鉱から粗鉄およびガスを製造する方法と該方法を実施するプラント装置 - 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】 精鉄鉱から精鉄およびガスを製造づる方法と該方法を実品するプラント装置 本発明は、精鉄鉱から精鉄とガスを製造する方法に関する。

本発明は、前記の方法を実施するプラント装置にも関する。

ガスを製造すると共に、それと共同して一定量の精鉄も製造する反応炉は、スウ ェーデン国特許第７７０６８７６−５号明細書によって公知である。このスウェ ーデン国特許明細書には、一定けの水を含有する石炭から主として一酸化炭素（ Ｇｏ）および水素ガス（Ｈ２）のガス状混合物を製造する方法が記載されている 。この公知の方法を実施する場合、石炭は、溶融金属浴の中へ酸化鉄の形態で注 入される酸素に対して化学込論的に過剰な量で該浴中に注入され、それと同時に ガス状酸素が過剰な石炭を酸化すべく注入される。従って、この方法はガスの製 造に関するものであるが、かなりなｍの鉄も製造される。

また、スウェーデン国特許第８１０３２０１−３号明ｉ書は、反応炉を使用する 石炭のガス化の方法を記載している。この特許明細書によると、やはり石炭、酸 素ガスおよび酸化鉄が反応炉容器に装入され、酸化鉄は冷却媒体を成している。

石炭は、溶融浴に注入される酸素ガスに対して化学υ論的歳で該浴に導入される 。このスウ工−デン国特許による発明は、反応炉を過圧下に置きこれにより、大 気圧が支配している場合よりも一層多爪の石炭および酸素ガスを定量の浴に導入 することができるので、遥かに多聞のガスを製造し得ることにある。この特許明 細書によると、発明の主目的はガスの製造を増大することである。

従って、前述の特許明細書は可能な限り多くのガスを製造することを目的とする ガス製造方法に関するものである。鉄含有原料も浴中に注入されるのは、単に、 石炭の中に入っている不純物によって溶融金属浴が過度に汚染される様になるの を防止する態様で溶融鉄浴を転換することが望ましいためである。

スウェーデン国特許第８３０１１５９−３号明細書は、石炭のエネルギ含量が最 大限に利用される精鉄の製造方法を記載している。石炭が最大限に使用されると きには、できるだけ少量の石炭を工程に装入して原理的に二酸化炭素（Ｃｏ　） および水蒸気（Ｈ２Ｏ）のみが工程を去ることを意味する。該特許明ｔｓ書は、 精鉄鉱から精鉄を製造する方法を記載しており、この方法においては、精鉄鉱、 石炭、酸素ガスおよびスラグ生成用フラックスが反応炉の中に存在する溶融鉄浴 の表面より下で反応炉中に注入され、ガス中に存在するＣｏ２のＣＯに対する比 が大気圧における平衡状態に相当づるそれよりも大きい値に増大されてこれによ り一層多くの熱が所定量の石炭に対して浴中で発生され、存在する精鉱の量に関 連して系に装入される石炭の旦が予還元された精鉄鉱を反応炉守 の中で最終的に還元するのに充分に予め定められておりそして廃ガス中のＣＯお よびＨ２が還元されていない精鉄鉱を予還元する予還元段階に送られ次いでこの 精鉱が反応炉に装入される。精鉄鉱は、反応炉内での最終還元に最適と見做され る程度にまで予還元段階で部分的に還元される。

スウェーデン国特許第８３０１１５９−３号明細書に開示されている鉄製造技術 を適用する場合には、精鉄とガスとが製造され得る様に反応炉の諸条件間のバラ ンスを生じさせる必要がある。しかしながら、温度および開始原料の如き条件は 、鉄の製造またはガスの製造に関して最適条件ではなく、妥協の結果である。従 って、還元ガスが鉄製造用反応炉で発生されることにより、熱収支および前記予 還元工程への還元ガスの使用に関する容易ならぬ問題が生ずる。その結果として 、還元ガスがらＣＯ２およびＨ２Ｏを除去しながら同時に予還元工程に適するＧ ｏ／Ｈ，含有量をＩＩＩするために、エネルギを消費するガス浄化工程を企てる 必要がある。

本発明は、スウェーデン国特許第８３０１１５９−３号明細書による技術が煩わ されている問題の理解と、基本的製造方法の枠組内で完全に只なる手順をたどる ことによって粗鉄が製造可能であるという知識とに基づくものである。精鉄が一 層大きな最適条件下で製造される少可能にする方法は、処理技術および製品の双 方に関する支配的二次条件への適応が、特に高い融通性を有してなされるのを可 能にする。

従って、本発明は鉄含有酸化物原料から精鉄を製造する方法に関し、この方法に おいては酸化鉄の最終還元のための少くとも１つの反応炉容器（最終還元反応炉 ）の溶融金属浴に酸化鉄、石炭、酸素ガスおよびスラグ生成用フラックスを装入 することによって酸化鉄が最終的に還元され、初めは還元されていない酸化鉄が 予還元段階で予還元された後反応炉に装入され、還元ガスが前記予還元段階のた めに発生される。

この方法は、予還元段階のためのガスが最終還元反応炉とは別個の少くとも１つ の別個の反応炉即ちガス発生用反応炉において実施される別個のガス発生工程に よって発生されることを特に特徴としている。

また、本発明は、反応炉の中に存在する溶融鉄浴の表面へ酸化鉄、石炭、酸素ガ スおよびスラグ生成用フラックスを供給することによって酸化鉄が最終的に還元 されるべく意図されている少くとも１つの反応炉容器即ち最終還元反応炉と、初 めは還元されていない酸化鉄が予還元されるべく意図されている予還元段階とを 備え、この酸化鉄が前記予還元工程の後に前記最終還元反応炉で最終還元される 様に意図されており、且つ前記予還元工程を実施するための還元ガスを発生する 装置も設けられている、鉄含有酸化物原料から精鉄を製造するプラント装置にも 関する。

上記プラントは、少くとも１つの別個の反応炉即ち予還元工程のための還元ガス を別個に発生するガス発生用反応炉を備え、該反応炉が最終還元反応炉から独立 しており、予還元ガスが反応炉の中に存在する溶融金属浴好ましくは溶融鉄浴の 表面へ主として石炭および酸素ガスを装入することによってそれ自体実質的に公 知の態様で発生されることを特徴としている。

本発明は、その例示的実施例および添付図面に関し更に詳細に説明されるが、そ の単一図面は本発明による工程を例示するブロック構成図である。

第１図には、予還元段階１と、最終還元段階２と、ガス製造段階３とが示されて いる。

予還元段階１は、２段または３段式流動床から成り、この流動床には予熱ユニッ ト（図示せず）で例えば２５０℃の温度に予熱された精鉄鉱または微小ペレット の形態をした精鉄鉱が連続的に供給される。石炭またはコークスは、望ましいな らば装入原料に混合することができる。第１図に矢印４で示され且つＣｏ、Ｃｏ 　、１−（２、日２０を含有するガスの一定部分は、ちり分離器例えばサイクロ ンを通過した後予熱ユニットへ戻すことができる。

矢印６で示す様に、予還元された精鉄鉱は随意に中間貯蔵設備を経て最終還元段 階２へ送られる。

最終還元段階は、１％以上の炭素含有量と１３００〜１６００℃の温度とを好適 に有する炭素含有鉄浴を収容する少くとも１つのセラミック内張り反応炉を備え ている。予還元された精鉄鉱６と、石炭７と、酸素ガス０２８と、スラグ生成用 フラックス（例えばＣａｂ）９とが入される。しかしながら、予還元された精鉄 鉱は、代りに、溶融浴の表面ないし所謂スラグラインの上に位置する注入ノズル を経て装入されてもよい。最終還元段階２で生成された精鉄１１およびスラグ１ ２は、周知の態様で連続的または断続的に出湯される。

ガス製造段階３は、少くとも１つのセラミック内張り反応炉を備えている。該反 応炉には、主として石炭７１゜酸素ガス８′および冷却剤９′が装入される。こ れにより、ガス化が通常の態様で実施される。ガスは、実質的にスウェーデン国 特許第７７０６８７５−５号および第８１０３２０１−３号に従って生産されて もよい。この場合には、ガス製造段階３は、０．１％以上の炭素含有量と１３０ ０〜１６００℃の温度とを好適に有する炭素含有鉄浴を収容する少くとも１つの セラミック内張り反応炉を備えている。酸化鉄および酸素ガスの形態をした酸素 は、石炭との化学ａ論的関係で溶融浴に導入される。

この場合の主な目的は、還元ガス即ちＣＯおよびＨ２の混合ガスを得ることであ る。該ガスから二酸化炭素を除去することは不可欠ではなく、該ガスは、第１図 に矢印１７で示す様にちり、東除去すべくガス浄化段階１８を随意に通過した後 、予還元工程で使用するために予還元段階１に装入されることができる。

本発明による方法の基本的な原理は、上述せることによってかなりな程度まで理 解されるであろう。しかしながら、ガス製造段階および最終還元段階はとりわけ 製造能力並びに精鉄およびガスの製造に関してかなりな融通性を有して処理段階 を構成しているので、種々の二次的条件に適合する多くの変形が考えられる。

考えられるところでは、高い酸化度例えば５％よりも大きいが１００％よりも小 さく好ましくは１０〜９０％の酸化度を最終還元段階２からの廃ガス１３に与え 、以って発生されたガスの所謂再燃焼を行うことは大多数の場合に好ましい。酸 化度は、 として定義される。従って、ガスは酸化度が零の場合ＣＯおよびＨ２から成り、 酸化度が１００％の場合ｃｏ２Ｆ３よびＨ２Ｏから成る。

ＣＯおよびＨ２のＣＯ２およびＨ２Ｏへの燃焼は、再燃焼工程で行われる。従っ て、高い酸化度を維持する際には、最終還元段階２で生じる還元ガスのエネルギ 含けが利用される。廃ガスのエネルギ含母は、浴が過熱ガスから熱を吸収する態 様で好適な酸化技術の助けにより溶融浴の表面より上の反応炉の上部において最 終還元反応炉からの廃ガスを燃焼するごとによって最大に利用可能である。

対応的に、発生された還元ガス１７からその二酸化炭素成分を取り除く必要がな い程低い（１・０％のような）Ｍ　化Ｆ３をガス発生段階３において生じさせる ことは、大多数の場合に好適である。

工程の最適化する目的で、使用される石炭の組成および／または酸素ガスの酸素 含有はおよび／または適用される温度は、最終還元段階と別個のガス発生段階と では相互に異なる。従って、最終還元段階では、石炭組成の硫黄含有量は別個の ガス発生段階で使用される石炭組成の硫黄含有量よりも好適には非常に低い。こ のことは、最終還元段階で得られる精鉄から硫黄を低いレベルまで除去する必要 性を低減し、これにより、最終還元段階の出湯温度は、総合的硫黄抽出工程が別 個の脱硫段階で実臆される必要のある場合よりも低いレベルに保持され得る。大 多数の場合に、ガス発生段階での高い硫黄含有量は許容できる。従って、この様 にして全工程に関する硫黄の負担を最適化することが可能である。

本発明による方法の考えられる変形は、例えば精鉱および予還元された原料の形 態をした鉄製入物が精鉄並びに還元ガスの最大の製造を達成するために最終還元 段階と別個のガス発生段階とに分配されているものである。

ガス発生段階３から還元ガスを移送する場合には異なつた多くの可能性が考えら れる。例えば、還元ガスは、予還元段階へ移送される場合高温または実質的に室 温の如き低温を有しており、そして臨機応変にちりが取り除かれたり除かれなか ったりする。

最終還元段階および／または別個のガス発生段階は、大気圧またはそれより高い 圧力で実施される。大気圧より高い圧力では、反応炉１．３の一方または反応炉 の双方は、１００バールよりも低く好ましくは１〜１０バールの全体圧力にもた らされる。

本発明によると、夫々の反応炉の容器には、好ましくは反応炉で実施されるべき 工程に適合する形状および構造デザインが与えられる。従って、好適な場合には 、最終還元段階の反応炉は、好ましくは溶融浴の表面より上でガスを燃焼するの におよびガス燃焼工程中に放出されるエネルギを利用するのに好適な様に構成さ れる。この点で、反応炉は浴面直上の位置では茗しい円錐形状を有してはならな い。これに関して、特定の反応炉構造においては反応炉壁は冷却される。好適な 場合には、別個のガス発生工程が実施される反応炉は比較的深い浴として構成さ れる。

上述せることによって理解される様に、本発明は従来技術の方法に比較して著し い利点を与える。従って、（１）ガス製造工程と精鉄製造工程とは相互に依存し ておらず、（２１還元ガスには、エネルギを消費し投資を必要とづるガス浄化工 程を使用する必要なしに低い二酸化炭素含有ｍが与えられ、（３）最終還元段階 における石炭の要求は低減可能であり、かくて一層大きい生産性と硫黄不純物に 関する負担の低減とが生じ、（４）工程は、ガスと精鉄とが別個に製造されるこ とにより一層受入れやすくなり、（５）夫夫の反応炉の形状は最適化可能であり 、反応炉の内張りの損耗は夫々の工程段階における温度およびスラグ組成の如き 最適条件を使用することによって低減される。

本発明は、その選定された例示的実施例に関して上記において説明されたが、そ の他の実茄例および小ざな変更が本発明の観念の範囲内で考えられることは理解 されるであろう。

例えば、高い酸化度を得るための再燃焼工程において支配している高温によって 主に生ずる応力に対して反応炉壁を保護するために、多くの変形が反応炉の構造 デザインまたは最終還元工程に関して考えられる。

水冷については前に述べた。しかしながら、炉壁を保護するカーテンを形成する 材料を装入することも可能である。浴の表面より上の反応炉の中心でガスを燃焼 することによってスラグを８麗させてＭＥ効果を与えることもできる。溶融金属 および浴が反応炉壁を這い上がる様に、溶融浴およびスラグを回転させることも 多分可能である。別の可能性は、実際の反応炉を回転するものである。

種々な二次的条件に考慮が払われている多くの異なる変形が考えられることは、 上述せることから明らかであろう。例えば、別個のガス発注段階からのガスを予 還元の目的以外の目的に、使用することもできる。本発明によれば、ガス発生段 階が最終還元段階から分離されているので、工程は有利に連続的に操業可能であ る。最終還元反応炉２からのガスは、再生のためにガス発生反応炉３へ送られて もよい。

本発明は、記載され例示された実施例に制限されず、下記の請求の範囲内で変形 が実施可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．酸化鉄、石炭、酸素ガスおよびスラグ生成用フラツクスを前記酸化鉄を最終 還元するための少くとも１つの反応炉容器の中に存在する溶融鉄浴に装入するこ と及び初めは還元されていない酸化鉄を予還元段階において予還元し引続いてこ の予還元された酸化鉄を前記反応炉の中に注入することによつて酸化鉄を最終的 に還元する工程と、前記予還元段階のための還元ガスを発生する工程とを包含す る鉄含有酸化物原料から粗鉄を製造する方法において，前記予還元段階（１）の ための還元ガスが、前記最終還元反応炉（２）とは別個の少くとも１つの反応炉 （３）即ちガス発生用反応炉における別個のガス発生（３）によつて発生される ことを特徴とする方法。 ２．請求の範囲第１項に記載の方法において、前記別個のガス発生段階が、前記 反応炉（３）の中に存在する溶融金属浴に主として石炭（７′）および酸素ガス （８′）を装入することによつて行われることを特徴とする方法。 ３．請求の範囲第１項または第２項に記載の方法において、前記最終還元段階（ ２）から得られる廃ガスの酸化度（Ｏ．Ｄ．）を５％よりも高く１００％よりも 低く好ましくは１０〜９０％の如き高いレベルにもたらし，発生されたガスの所 謂再燃焼が前記最終還元反応炉（２）の浴面より上で行われることを特徴とする 方法。 ４．請求の範囲第１項、第２項または第３項に記載の方法において、前記別個の ガス発生段階（３）から得られる還元ガスの酸化度（Ｏ．Ｄ．）が、１０％より も低いレベルにもたらされることを特徴とする方法。 ５．請求の範囲第１項、第２項、第３項または第４項に記載の方法において、前 記石炭組成（７，７′）および／または使用される酸素ガス（８，８′）の酸素 含有量および／または温度が、前記別個のガス発生段階（３）と前記最終還元段 階（２）とではそれぞれ異なることを特徴とする方法。 ６．請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項または第５項に記載の方法にお いて、前記最終還元段階（２）で使用される石炭組成（７）の硫黄含有量が、前 記別個のガス発生段階（３）で使用される石炭組成（７′）の硫黄含有量よりも （実質的に）低いことを特徴とする方法。 ７．請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項または第５項に記載の方法にお いて、例えば精鉱および還元された原料（６）の形態をした鉄装入物が、粗鉄（ １１）および還元ガス（１７）の最大製造を達成する目的のために前記最終還元 段階（２）と別個のガス発生段階（３）とに分配されていることを特徴とする方 法。 ８．請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項または第７項 に記載の方法において、前記最終還元段階（２）および／または別個のガス発生 段階（３）が、１００バールよりも低い圧力、好ましくは１バールから１０バー ルまでの圧力で行われることを特徴とする方法。 ９．反応炉の中に存在する溶融鉄浴の表面へ酸化鉄、石炭、酸素ガスおよびスラ グ生成用フラツクスを供給することによつて酸化鉄が最終的に還元される少くと も１つの反応炉容器即ち最終還元反応炉と，初めは還元されていない酸化鉄が予 還元される予還元段階とを備え，前記酸化鉄が前記予還元工程の後に前記最終還 元反応炉で最終還元される様に意図されており、且つ前記予還元工程のための還 元ガスを発生する装置が設けられている、鉄含有酸化物原料から粗鉄を製造する プラントにおいて；前記予還元工程（１）のための還元ガス（１７）を別個に発 生（３）するために前記最終還元反応炉（２）とは別個の少くとも１つの別個の 反応炉（３）即ちガス発生用反応炉（３）が更に設けられており、該反応炉の中 で別個の反応炉ガスが該反応炉（３）の中に存在する溶融金属浴好ましくは溶融 鉄浴の表面へ石炭（７′）および酸素ガス（８′）を装入することによつてそれ 自体実質的に公知の態様で発生（３）されることを特徴とするプラント。 １０．請求の範囲第９項に記載のプラントにおいて、前記夫々の反応炉容器（２ ，３）が夫々の反応炉で実施されるべき工程に適合する形状および構造を有し， 前記各最終還元反応炉（２）が溶融浴の表面より上でのガスの燃焼と該燃焼工程 中に放出されるエネルギの利用とに好適になる様な態様に構成され，前記各ガス 発生用反応炉（３）が比較的深い浴を収容する様に構成されていることを特徴と するプラント。 １１．請求の範囲第９項または第１０項に記載のプラントにおいて、前記溶融浴 の表面より上の各最終還元反応炉（２）の壁が、該溶融浴の表面より上でのガス の燃焼の際に支配している過度に高い温度に対して例えば該壁の冷却および／ま たは遮蔽によつて保護されていることを特徴とするプラント。