JP2000514504A - 溶融ガス化領域に対する金属含有物の供給方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、微粒成分を含有しているとともに少なくとも部分的に還元されている金属含有物を、ベッドによって形成された溶融ガス化領域が内部で維持されている溶融ガス化器に対して、供給するための方法に関するものである。金属含有物および炭素含有物は、溶融ガス化器内へと溶融ガス化領域の上方から供給される。金属含有物は、溶融ガス化領域へと降下していき、溶融ガス化領域を通って金属溶融物を形成し、そして、石炭のガス化によって還元ガスを生成する。金属含有物が供給される際の、溶融ガス化器からの部分的な持ち去り特に微粒成分の持ち去りを防止するために、金属含有物は、溶融ガス化器の内部へと、溶融ガス化器の頂部を閉塞するドーム（３０）から鉛直方向に下方に離間したところから、ストランド（４４）を形成させつつ重力の作用によって供給される。ストランド（４４）は、自由落下するストランド（４４）を囲むとともにストランドに付随したガスジャケット（４５）によって、ストランドの流出箇所（４０）から落下方向前方側の所定長さ部分（４６）にわたって、囲まれる。ストランド（４４）は、前記長さ部分（４６）においては、ガスジャケット（４５）によって支持され、これにより、拡散が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】 溶融ガス化領域に対する金属含有物の供給方法 本発明は、微粒成分を含有しているとともに少なくとも部分的に還元されてい るとりわけスポンジ状鉄のような金属含有物を、ベッド（例えば流動床のような ベッド）によって形成された溶融ガス化領域が内部で維持されている溶融ガス化 器に対して、供給するための方法に関するものである。この場合、金属含有物お よび炭素含有物は、溶融ガス化器内へと溶融ガス化領域の上方から供給され、そ して、溶融ガス化領域へと降下していき、さらに、溶融ガス化領域を通って特に 銑鉄溶融物のような金属溶融物を形成し、そして、石炭のガス化によって還元ガ スを生成する。また、本発明は、上記方法を実現するためのプラントに関するも のである。 欧州特許明細書第０ ０１０ ６２７号により、予還元されたスポンジ状鉄のよ うな特に鉄を含有した材料を、溶融ガス化器のフードの中央に設けられた供給開 口を通して上方から供給して、重力の作用によって溶融ガス化器内に粒子を落下 させ、溶融ガス化器内に位置した流動床内において減速させることは、公知であ る。塊状の石炭は、溶融ガス化器のフードの側方に設けられたまたは溶融ガス化 器の頂部を閉塞するためのドームに設けられた供給用開口を通して、同様に重力 の作用によって、供給される。溶融ガス化器内において形成された還元ガスは、 鉄含有材料のための中央に設けられた供給用開口を通して抽出される。 この種のプロセスは、特に微粒状スポンジ状鉄のような微粒状金属含有物の処 理には適切ではない。というのは、微粒状金属含有物が、溶融ガス化領域におい て発生し溶融ガス化器のフードまたはドームの中央に設けられた供給用開口から 抽出される還元ガスの明確なガス流によって、溶融ガス化器から即座に運び去ら れるからである。このような微粒状金属含有物の持ち去りは、溶融ガス化器の上 部領域すなわち溶融ガス化領域よりも上の領域における温度によって助けられて いる。つまり、その領域の温度は、溶融を起こすには低すぎて、供給箇所におい て微粒子が凝集し、上昇流に抗して溶融ガス化領域へと沈降することができるか らである。 欧州特許出願公開明細書第０ ２１７ ３３１号により、予還元された微粒鉱石 を溶融ガス化器内に導入し、炭素を含有した還元剤を供給しつつプラズマバーナ ーによって完全に還元して溶融させることが公知である。予還元された微粒鉱石 またはスポンジ状鉄粉は、溶融ガス化器の下部に設けられたプラズマバーナーへ と供給される。この方法の欠点は、予還元された微粒鉱石を、下部溶融領域内に すなわち溶融物が集まっている領域内に、直接的に導入することによって、完全 な還元を、もはや保証できないことであり、また、銑鉄のさらなる処理のために 必要な化学化合物をいかなる手段によっても得ることができないことである。そ の上、予還元された微粒鉱石の大部分の供給が、溶融ガス化器の下部領域におい て石炭から形成された流動床または固定床のために、実現できない。というのは 、十分な量の溶融生成物を、ブラズマバーナーの高温領域から持ち去ることがで きないからである。予還元された微粒鉱石の大部分の供給は、プラズマバーナー を、すぐに熱的にまた機械的に傷めてしまう。 欧州特許明細書第０ １１１ １７６号により、スポンジ状鉄粒子の微粒フラク ションを、溶融ガス化器のヘッドから石炭流動床の近傍へと下方に突出する下向 きパイプを通して、溶融ガス化器内に供給することが、公知である。下向きパイ プの端部には、微粒フラクションの速度を最小化するためのバッフルプレートが 設けられている。これにより、粒状フラクションは、下向きパイプから、非常に 小さな出口速度でもって供給される。供給箇所においては、溶融ガス化器内の温 度は、非常に低く、そのため、供給された微粒フラクションの瞬時的な溶融が防 止されている。このことおよび下向きパイプからの出口速度が小さいことのため に、供給された微粒フラクションの実質的な部分は、溶融ガス化器内で生成され た還元ガスとともに、再度溶融ガス化器から運び出されてしまうこととなる。微 粒のものを含有したスポンジ状鉄粒子の大部分の供給が、あるいは、微粒フラク ションだけの供給が、この方法では、行うことができない。 欧州特許出願公開明細書第０ ５９４ ５５７号により、スポンジ状鉄の微粒フ ラクションを、搬送ガスによって、熔融ガス化器内の溶融ガス化領域により形成 された流動床内へと直接的に供給することが公知である。しかしながら、これは 不利である。というのは、流動床内に微粒フラクションが直接的に吹き付けられ ることの結果として、フィルタのように機能する流動床が妨害されることにより 、流動床のガス循環が、乱されるからである。その結果、ガスの突発的なガス噴 出が起こって、流動床の閉塞性を壊してしまう。これにより、炭素含有物に対す るガス化プロセスが、また、還元された鉄鉱石に対する溶融プロセスが、著しく 妨害される。 欧州特許出願公開明細書第０ ５７６ ４１４号により、微粒状金属含有物を、 ダストバーナーを介して、溶融ガス化領域内に導入することが公知である。この 方法の１つの欠点は、溶融ガス化領域内において、金属が過剰な領域やカーボン が過剰な領域が発生する可能性があることである。 本発明は、上記欠点および困難さを解決することを目標としており、本発明の 目的は、煉炭化する必要なく微粒状金属含有物を処理することができ、一方にお いては、予還元された状態でのまたは完全に還元された状態での供給微粒子の、 溶融ガス化器内で生成された還元ガスによる持ち去りを、信頼性高く避けること ができ、他方においては、必要に応じて、微粒子の最終還元を保証し得るような 、最初に規定した種類の方法を提供することであり、また、この方法を実現する ためのプラントを提供することである。金属含有物を粗い粒子と細かい粒子とに 分級する必要性が、回避される。本発明が達成しようとする他の目的は、溶融ガ ス化領域のベッド内において、金属含有物および炭素含有物のできるだけ一様な 分布を得ることである。 本発明においては、上記目的は、金属含有物を、溶融ガス化器の内部へと、溶 融ガス化器の頂部を閉塞するドームから鉛直方向に下方に離間したところから、 ストランドを形成させつつ重力の作用によって供給し、ストランドを、自由落下 するストランドを囲むとともにストランドに付随したガスジャケットによって、 ストランドの流出箇所から落下方向前方側に延在する所定長さ部分にわたって、 囲み、この所定長さ部分において、ガスジャケットによって、ストランドが拡散 しないように、ストランドを支持することによって、得られる。 本発明においては、ストランドを支持するガスジャケットによってストランド が囲まれていることにより、例えば下向きパイプのような、金属含有物を溶融ガ ス化器の内部に投入するためのデバイスを短くすることができる。その結果、金 属含有物は、デバイスよりも長い長さにわたって（横方向に）拡散することがな い。この方法によれば、下向きパイプを短く維持したにしても、金属含有物の特 に細かな粒子の持ち去りを、極度に低減することができる。下向きパイプの長さ が短くても良いことは、下向きパイプにかかる機械的負荷が小さいという利点を もたらし、その結果、下向きパイプの安定性が高くなる。 好ましい方法においては、ガスジャケットは、溶融ガス化器の内部へと金属含 有物を導入するための下向きパイプを囲むように形成された冷却ジャケットを通 る冷却ガスによって形成される。これにより、ガスジャケットを形成するガスは 、二重に利用される。とりわけ、一方においては、下向きパイプのための冷却ガ スとして利用され、他方においては、下向きパイプの延長部分をなす保護ジャケ ットとして利用される。 下向きパイプのための冷却ジャケットを形成することにより、溶融ガス化領域 の上方における高温にもかかわらずすなわち溶融ガス化器の頂部を閉塞するドー ムの領域における高温にもかかわらず、下向きパイプのために、市販の高温用ス チールを使用することができる。実際、欧州特許明細書第０ １１１ １７６号に より、溶融ガス化器の頂部から、溶融ガス化器内において石炭によって形成され ている流動床の上側境界の上方近傍にまで、下向きパイプを突出させることが公 知であり、また、そのような下向きパイプを水冷することが公知である。しかし ながら、このような水冷は、安全面からのリスクが大きい。その理由は、溶融ガ ス化器内への水の侵入が、酸素と水素とを混合したガスの形成につながる可能性 があり、そのため、爆発の可能性があるからである。 好ましくは、ストランドの流出箇所の高さ位置は、溶融ガス化器のうちの、還 元ガスの速度が最大でも０．４５〜０．５ｍ／ｓであるような領域に、固定され ている。これにより、例えば下向きパイプのような、溶融ガス化器内に金属含有 物を供給するための手段を、短くすることができて、ガスジャケットを形成する ために消費されるガス量を、少なく維持することができる。 好ましくは、ガスジャケットは、還元ガスの流速が最大でも０．２〜０．３ｍ ／ｓであるような高さ位置とされた前記長さ部分にわたって、ストランドを支持 する。これにより、金属含有物のうちの微粒成分の持ち去りを、最小化すること ができる。 ガスジャケットの良好な支持効果を得るためには、ガスジャケットを、ストラ ンドに対して平行に下方へと流れるガス流によって形成し、ガス流の速度を、溶 融ガス化器の内部における還元ガスの最大速度の１０倍以上とする好ましくは５ ０倍以上とすることが、適切である。 冷却ガスとして機能させるためにまたガスジャケットを形成するためにプロセ ス自身からのガスを利用することは、経済的であるばかりではなく、溶融ガス化 器内のガスの組成を変化させることがなく、溶融ガス化プロセスに悪影響を与え ることがない。 上記方法を実行するためのプラントであるとともに、酸素含有ガス・炭素含有 物・少なくとも部分的に還元された金属含有物のための供給ダクトを備えかつ頂 部を閉塞しているドームの領域において還元ガスを取り出すためガス取出ダクト が設けられさらに特に銑鉄のような金属溶融物のためのおよびスラグのための取 出口が設けられた溶融ガス化器を具備するプラントは、溶融ガス化器の頂部を閉 塞するドームにおいて、還元ガスのための少なくとも１つのガス取出ダクトから 径方向に離間したところに、少なくとも部分的に還元された金属含有物のための 、供給ユニット付きの少なくとも１つの供給ダクトが設けられ、この供給ダクト は、ドームをなす壁から下方に離間したところを終端とする下向きパイプを有し 、この下向きパイプには、その下端からガスジャケットを形成させるためのガス 供給手段が設けられていることを特徴としている。 好ましくは、下向きパイプは、環状ギャップキャビティを形成する二重ジャケ ットを備え、ガス供給手段は、環状ギャップキャビティに対して開口している。 ガスジャケットの形成のために、下向きパイプの下端には、環状ギャップ開口 が設けられている、あるいは、環状ギャップキャビティを通るガス流の出口をな す複数の開口が設けられていることが適切である。 流動床内における金属含有物のできるだけ一様な分布を得るためには、溶融ガ ス化器のドームに、複数の下向きパイプが、好ましくは径方向に対称な配置でも って、配置されていることが有利である。 本発明は、微粒成分を少なくとも部分的に備えたとりわけ鉄鉱石のような鉱石 とフラックスとからなる供給物質を原料として、特に銑鉄のような金属溶融物を 製造するためのプラントであって、直列接続された少なくとも２つの流動床炉と 、溶融ガス化器と、を具備し、鉱石が、流動床炉から流動床炉へと、搬送ダクト を通して一方向に搬送され、還元ガスが、流動床炉から流動床炉へと、還元ガス 連結ダクトを通して反対方向に搬送され、溶融ガス化器には、鉱石の流通の最後 に配置された流動床炉からの還元物を導くための供給ダクトと、鉱石の流通の最 後に配置された流動床炉へと連通するガス取出ダクトと、が設けられていること を特徴とするプラントに対して、好適である。 以下、本発明を、添付図面に例示された実施形態を参照して詳細に説明する。 図１は、例示のためだけに、特に銑鉄のような金属溶融物の製造のための、ある いは、液体鉄鋼半製品の製造のための、プラントの全体を概略的に示す図である 。図２は、図１の詳細を拡大して示す図である。図３は、溶融ガス化器の概略的 な平面図である。 図１に示すプラントには、直列接続された３つの流動床炉１〜３が設けられて いる。この場合、少なくとも一部が微粒材料であるような、例えば微粒鉱石のよ うな酸化鉄含有材料が、鉱石供給ダクト４を通して、第１流動床炉１へと供給さ れる。第１流動床炉１においては、微粒鉱石を予熱して可能であれば予還元を行 うという予熱ステージ５が行われる。引き続いて、流動床炉１から、流動床炉２ へと、さらには流動床炉３へと、搬送ダクト６を通して搬送が行われる。流動床 炉２の内部においては、予還元ステージ７において予還元が行われ、流動床炉３ の内部においては、最終還元ステージ８として、微粒鉱石からスポンジ状鉄への 最終的な還元すなわち完全な還元が行われる。 完全に還元された材料、すなわちスポンジ状鉄は、搬送ダクト９を通して、と りわけ後述するような特定の様式で、溶融ガス化器１０へと供給される。溶融ガ ス化器１０の内部においては、流動床によって形成された溶融ガス化領域１１に おいて、石炭のような炭素含有物と酸素含有ガスとから、ＣＯとＨ₂とを含む還 元ガスが生成される。この還元ガスは、微粒鉱石の流れ方向の最後に位置した流 動床炉３に対しての還元ガス供給ダクトとして機能する供給ダクト１２を通して 、流動床炉３内に供給される。還元ガスは、いくつかのガス導出構造１２’を通 して、溶融ガス化器１０から抽出される。いくつかのガス導出構造１２’は、平 面図（図３）で示されているように、径方向に対称に配置されている。 還元ガスは、その後、微粒鉱石の流れに対向して、特に連結ダクト１３を通し て、流動床炉３から流動床炉２へとさらには流動床炉１へと導かれる。そして、 還元ガスは、頂部ガス（top gas）として、頂部ガス抽出ダクト１４を通して、 流動床炉１から導出される。頂部ガスは、その後、湿式スクラバ１５において、 冷却され洗浄される。 溶融ガス化器１０には、固体炭素含有物のための供給ダクト１６と、酸素含有 ガスのための供給ダクト１７と、付加的に、室温で液体や気体であるような炭化 水素といった炭素含有物のための、および、焼融剤のための供給ダクトと、が設 けられている。溶融ガス化器１０の内部においては、溶融した銑鉄または溶融し た鉄鋼半製品と、溶融したスラグとが、溶融ガス化領域１１の下方に集まってお り、流出口１８から流出する。 溶融ガス化器１０から出て流動床炉３へと入る還元ガス供給ダクト１２には、 高温ガスサイクロンのようなダスト分離手段１９が設けられている。サイクロン 内で分離されたダスト粒子は、リターンダクト２０を通して、溶融ガス化器１０ に供給される。ダスト粒子は、搬送手段としての窒素とともに、酸素吹付のなさ れているバーナー２１を通して、供給される。 還元ガスの温度調節の可能性は、ガス再循環ダクト２５によってもたらされて いる。ガス再循環ダクト２５は、設けられることが好ましいものであって、還元 ガス供給ダクト１２から派生しており、還元ガスの一部を、スクラバ２６および コンプレッサ２７を通して、還元ガス供給ダクト１２へと戻している。特に、高 温ガスサイクロン１９よりも前の位置において、還元ガス供給ダクト１２へと戻 している。 微粒鉱石の予熱温度を調節するために、予熱ステージ５に対しては、つまり、 流動床炉１に対しては、空気または酸素といった酸素含有ガスが、ダクト２８を 通して供給されている。これにより、予熱ステージ５に対して供給された反応済 み還元ガスの、部分的な燃焼が起こる。 本発明においては、スポンジ状鉄は、溶融ガス化器１０の頂部を閉塞している ドーム３０に設けられた、少なくとも１つの個別供給手段２９を通して供給され る。この個別供給手段２９は、図２において拡大したスケールで示されている。 好ましくは、複数の供給手段が、溶融ガス化器１０の長さ方向中心軸３２回りに おいて径方向に対称とされた配置状態で、設けられる（図３）。 各供給手段２９には、溶融ガス化器１０の内部空間３１内へと突出する二重ジ ャケット構造のパイプ３３が設けられている。二重ジャケットパイプ３３の外側 ジャケット３４と内側ジャケット３５との間には、環状ギャップの形状とされた キャビティ３６が形成されている。キャビティ３６のうちの、溶融ガス化器１０ の外側に位置している端部３７は、冷却ガスのための円形供給ダクト３８に連結 されている。冷却ガスとしては、詳細には図示していないものの好ましくはさら に１つのコンプレッサが設けられている分岐管３９を通してガス再循環ダクト２ ５から分岐した冷却済みの還元ガスが使用される。二重ジャケットパイプ３３の うちの、溶融ガス化器１０の内部空間３１内へと突出している端部４０には、環 状ギャップ開口４１であるか、あるいは、二重ジャケットパイプ３３の長さ方向 中央軸４２に対して各々がほぼ平行な中央軸を有した互いに隣接配置された複数 の穴であるか、のいずれかが設けられている。これら環状ギャップ開口４１また は複数穴を通して、冷却ガスは、溶融ガス化器１０の内部空間３１内へと流入す る。 二重ジャケットパイプ３３の中央内部空間４３は、スポンジ状鉄を供給するた めの搬送ダクト９に連結されている。下向きパイプをなす二重ジャケットパイプ ３３を通しては、スポンジ状鉄が、溶融ガス化器１０の内部３１内へと落下し、 下向きパイプ３３の下端４０においては、ストランド４４を形成して自由に落下 する。下向きパイプ３３の下端４０は、還元ガスの流速がまだ最大値には至って いないような、ドーム３０から鉛直距離４０’のところに配置されている。下向 きパイプ３３の下端４０から流出してガスジャケット４５を形成する冷却ガスに よって、ストランド４４が、封止され、（横方向の）拡散が防止される。ガスジ ャケット４５は、したがって、スポンジ状鉄の自由落下に関して、あたかも下向 きパイプ３３をなすかのようにして、少なくとも長さ部分４６にわたっては保護 ジャケットを形成している。これにより、スポンジ状鉄をなす微粒子は、比較的 高速でもって上方に流れており出口構造１２’において最大速度をなす還元ガス 流に乗ってしまうことがない。ガスジャケットの支持効果に補助されつつ降下す ることによってストランド４４が流れている高さレベル４７においては、還元ガ スの流速は、かなり小さい。そのため、微粒子の落下が妨げられることもなく、 また、溶融ガス化領域１１をなす流動床内への降下が妨げられることもない。 よって、本発明においては、粗粒子フラクションと微粒子フラクションとを分 級する必要なく、粗粒子および微粒子を、溶融ガス化器に対して、一緒に供給す ることができる。下向きパイプからのつまり下向きパイプ３３の下端４０からの 噴出部分における冷却ガスの速度は、還元ガスの最大速度の少なくとも１０倍で あって、好ましくは、５０〜１００倍である。これにより、ガスジャケットの壁 を比較的薄く維持することができ、その結果、溶融ガス化器１０に対して再循環 される還元ガスの量が、比較的少ない。 冷却ガスを、二重ジャケットパイプ３３のキャビティ３６を通して噴出させる とともに、二重ジャケットパイプ３３の下部開口４１に冷却ガスを出現させるこ とにより、二重ジャケットパイプ３３に対する機械的負荷に対して調節された冷 却効果がもたらされる。 冷却ガスのこのような冷却効果は、自重によって二重ジャケットパイプ３３に かかる機械的負荷が最大であるような領域において、つまり、二重ジャケットパ イプ３３が溶融ガス化器１０のドーム３０を貫通している領域において、最も大 きくもたらされている。冷却ガスが二重ジャケットパイプ３３のキャビティ３６ を通って前方へと流れることにより、冷却ガスの加熱が、結果的に起こることと なる。このため、冷却ガスの速度が速くなる。この理由によって、比較的短い二 重ジャケットパイプ３３を設けるだけで十分である。パイプ３３が短いというこ とのために、流動床のごく近くの上方にまで突出するような非常に長い下向きパ イプの場合と比較して、機械的負荷および熱的負荷が、長さが短くなった分だけ 小さくなる。その結果、本発明による構造の安定性は、非常に高い。 冷却効果によって、特殊なセラミクスをベースとした非常に高価な特殊材料や 鉄をベースとした超合金を使用する必要がなくなる。それよりもむしろ、高温ス チールを材質とした二重ジャケットパイプ３３を使用するだけで十分である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年８月８日（１９９８．８．８） 【補正内容】 明細書 溶融ガス化領域に対する金属含有物の供給方法 本発明は、微粒成分を含有しているとともに少なくとも部分的に還元されてい るとりわけスポンジ状鉄のような金属含有物を、ベッド（例えば流動床のような ベッド）によって形成された溶融ガス化領域が内部で維持されている溶融ガス化 器に対して、供給するための方法に関するものである。この場合、金属含有物お よび炭素含有物は、溶融ガス化器内へと溶融ガス化領域の上方から供給され、そ して、溶融ガス化領域へと降下していき、さらに、溶融ガス化領域を通って特に 銑鉄溶融物のような金属溶融物を形成し、そして、溶融ガス化器の下部領域に酸 素を供給しつつ石炭をガス化することによって還元ガスを生成する。また、本発 明は、上記方法を実現するためのプラントに関するものである。 欧州特許明細書第０ ０１０ ６２７号により、予還元されたスポンジ状鉄の ような特に鉄を含有した材料を、溶融ガス化器のフードの中央に設けられた供給 開口を通して上方から供給して、重力の作用によって溶融ガス化器内に粒子を落 下させ、溶融ガス化器内に位置した流動床内において減速させることは、公知で ある。塊状の石炭は、溶融ガス化器のフードの側方に設けられたまたは溶融ガス 化器の頂部を閉塞するためのドームに設けられた供給用開口を通して、同様に重 力の作用によって、供給される。溶融ガス化器内において形成された還元ガスは 、鉄含有材料のための中央に設けられた供給用開口を通して抽出される。 この種のプロセスは、特に微粒状スポンジ状鉄のような微粒状金属含有物の処 理には適切ではない。というのは、微粒状金属含有物が、溶融ガス化領域におい て発生し溶融ガス化器のフードまたはドームの中央に設けられた供給用開口から 抽出される還元ガスの明確なガス流によって、溶融ガス化器から即座に運び去ら れるからである。このような微粒状金属含有物の持ち去りは、溶融ガス化器の上 部領域すなわち溶融ガス化領域よりも上の領域における温度によって助けられて いる。つまり、その領域の温度は、溶融を起こすには低すぎて、供給箇所におい て微粒子が凝集し、上昇流に抗して溶融ガス化領域へと沈降することができるか らである。 欧州特許出願公開明細書第０ ２１７ ３３１号により、予還元された微粒鉱石 を溶融ガス化器内に導入し、炭素を含有した還元剤を供給しつつプラズマバーナ ーによって完全に還元して溶融させることが公知である。予還元された微粒鉱石 またはスポンジ状鉄粉は、溶融ガス化器の下部に設けられたプラズマバーナーへ と供給される。この方法の欠点は、予還元された微粒鉱石を、下部溶融領域内に すなわち溶融物が集まっている領域内に、直接的に導入することによって、完全 な還元を、もはや保証できないことであり、また、銑鉄のさらなる処理のために 必要な化学化合物をいかなる手段によっても得ることができないことである。そ の上、予還元された微粒鉱石の大部分の供給が、溶融ガス化器の下部領域におい て石炭から形成された流動床または固定床のために、実現できない。というのは 、十分な量の溶融生成物を、プラズマバーナーの高温領域から持ち去ることがで きないからである。予還元された微粒鉱石の大部分の供給は、プラズマバーナー を、すぐに熱的にまた機械的に傷めてしまう。 欧州特許明細書第０ １１１ １７６号により、スポンジ状鉄粒子の微粒フラク ションを、溶融ガス化器のヘッドから石炭流動床の近傍へと下方に突出する下向 きパイプを通して、溶融ガス化器内に供給することが、公知である。下向きパイ プの端部には、微粒フラクションの速度を最小化するためのバッフルプレートが 設けられている。これにより、粒状フラクションは、下向きパイプから、非常に 小さな出口速度でもって供給される。供給箇所においては、溶融ガス化器内の温 度は、非常に低く、そのため、供給された微粒フラクションの瞬時的な溶融が防 止されている。このことおよび下向きパイプからの出口速度が小さいことのため に、供給された微粒フラクションの実質的な部分は、溶融ガス化器内で生成され た還元ガスとともに、再度溶融ガス化器から運び出されてしまうこととなる。微 粒のものを含有したスポンジ状鉄粒子の大部分の供給が、あるいは、徴粒フラク ションだけの供給が、この方法では、行うことができない。 欧州特許出願公開明細書第０ ５９４ ５５７号により、スポンジ状鉄の微粒フ ラクションを、搬送ガスによって、溶融ガス化器内の溶融ガス化領域により形成 された流動床内へと直接的に供給することが公知である。しかしながら、これは 不利である。というのは、流動床内に微粒フラクションが直接的に吹き付けられ ることの結果として、フィルタのように機能する流動床が妨害されることにより 、流動床のガス循環が、乱されるからである。その結果、ガスの突発的なガス噴 出が起こって、流動床の閉塞性を壊してしまう。これにより、炭素含有物に対す るガス化プロセスが、また、還元された鉄鉱石に対する溶融プロセスが、著しく 妨害される。 欧州特許出願公開明細書第０ ５７６ ４１４号により、微粒状金属含有物を、 ダストバーナーを介して、溶融ガス化領域内に導入することが公知である。この 方法の１つの欠点は、溶融ガス化領域内において、金属が過剰な領域やカーボン が過剰な領域が発生する可能性があることである。 英国特許出願公開明細書第１ ０９０ ８２６号により、鉄鉱石を、溶融チャン バ内に存在している溶融ベッドに対して上方から向けられた酸素燃料炎内で溶融 させ、溶融鉱石を、その後、還元チャンバへと搬送して、そこで還元させる方法 が公知である。 本発明は、上記において説明した欠点および困難さを解決することを目標とし ており、本発明の目的は、煉炭化する必要なく微粒状金属含有物を処理すること ができ、一方においては、予還元された状態でのまたは完全に還元された状態で の供給微粒子の、溶融ガス化器内で生成された還元ガスによる持ち去りを、信頼 性高く避けることができ、他方においては、必要に応じて、微粒子の最終還元を 保証し得るような、最初に規定した種類の方法を提供することであり、また、こ の方法を実現するためのプラントを提供することである。金属含有物を粗い粒子 と細かい粒子とに分級する必要性が、回避される。本発明が達成しようとする他 の目的は、溶融ガス化領域のベッド内において、金属含有物および炭素含有物の できるだけ一様な分布を得ることである。 本発明においては、上記目的は、金属含有物を、溶融ガス化器の内部へと、溶 融ガス化器の頂部を閉塞するドームから鉛直方向に下方に離間したところから、 ストランドを形成させつつ重力の作用によって供給し、ストランドを、自由落下 するストランドを囲むとともにストランドに付随したガスジャケットによって、 ストランドの流出箇所から落下方向前方側に延在する所定長さ部分にわたって、 囲み、この所定長さ部分において、ガスジャケットによって、ストランドが拡散 しないように、ストランドを支持することによって、得られる。 本発明においては、ストランドを支持するガスジャケットによってストランド が囲まれていることにより、例えば下向きパイプのような、金属含有物を溶融ガ ス化器の内部に投入するためのデバイスを短くすることができる。その結果、金 属含有物は、デバイスよりも長い長さにわたって（横方向に）拡散することがな い。この方法によれば、下向きパイプを短く維持したにしても、金属含有物の特 に細かな粒子の持ち去りを、極度に低減することができる。下向きパイプの長さ が短くても良いことは、下向きパイプにかかる機械的負荷が小さいという利点を もたらし、その結果、下向きパイプの安定性が高くなる。 好ましい方法においては、ガスジャケットは、溶融ガス化器の内部へと金属含 有物を導入するための下向きパイプを囲むように形成された冷却ジャケットを通 る冷却ガスによって形成される。これにより、ガスジャケットを形成するガスは 、二重に利用される。とりわけ、一方においては、下向きパイプのための冷却ガ スとして利用され、他方においては、下向きパイプの延長部分をなす保護ジャケ ットとして利用される。 下向きパイプのための冷却ジャケットを形成することにより、溶融ガス化領域 の上方における高温にもかかわらずすなわち溶融ガス化器の頂部を閉塞するドー ムの領域における高温にもかかわらず、下向きパイプのために、市販の高温用ス チールを使用することができる。実際、欧州特許明細書第０ １１１ １７６号に より、溶融ガス化器の頂部から、溶融ガス化器内において石炭によって形成され ている流動床の上側境界の上方近傍にまで、下向きパイプを突出させることが公 知であり、また、そのような下向きパイプを水冷することが公知である。しかし ながら、このような水冷は、安全面からのリスクが大きい。その理由は、溶融ガ ス化器内への水の侵入が、酸素と水素とを混合したガスの形成につながる可能性 があり、そのため、爆発の可能性があるからである。 好ましくは、ストランドの流出箇所の高さ位置は、溶融ガス化器のうちの、還 元ガスの速度が最大でも０．４５〜０．５ｍ／ｓであるような領域に、固定され ている。これにより、例えば下向きパイプのような、溶融ガス化器内に金属含有 物を供給するための手段を、短くすることができて、ガスジャケットを形成する ために消費されるガス量を、少なく維持することができる。 好ましくは、ガスジャケットは、還元ガスの流速が最大でも０．２〜０．３ｍ ／ｓであるような高さ位置とされた前記長さ部分にわたって、ストランドを支持 する。これにより、金属含有物のうちの微粒成分の持ち去りを、最小化すること ができる。 ガスジャケットの良好な支持効果を得るためには、ガスジャケットを、ストラ ンドに対して平行に下方へと流れるガス流によって形成し、ガス流の速度を、溶 融ガス化器の内部における還元ガスの最大速度の１０倍以上とする好ましくは５ ０倍以上とすることが、適切である。 冷却ガスとして機能させるためにまたガスジャケットを形成するためにプロセ ス自身からのガスを利用することは、経済的であるばかりではなく、溶融ガス化 器内のガスの組成を変化させることがなく、溶融ガス化プロセスに悪影響を与え ることがない。 上記方法を実行するためのプラントであるとともに、酸素含有ガス・炭素含有 物・少なくとも部分的に還元された金属含有物のための供給ダクトを備えかつ頂 部を閉塞しているドームの領域において還元ガスを取り出すためガス取出ダクト が設けられさらに特に銑鉄のような金属溶融物のためのおよびスラグのための取 出口が設けられた溶融ガス化器を具備するプラントは、酸素含有ガスのための供 給ダクトについては、溶融ガス化器の下部領域に配置されているものであって、 溶融ガス化器の頂部を閉塞するドームにおいて、還元ガスのための少なくとも１ つのガス取出ダクトから径方向に離問したところに、少なくとも部分的に還元さ れた金属含有物のための、供給ユニット付きの少なくとも１つの供給ダクトが設 けられ、この供給ダクトは、ドームをなす壁から下方に離間したところを終端と する下向きパイプを有し、この下向きパイプには、その下端からガスジャケット を形成させるためのガス供給手段が設けられていることを特徴としている。 好ましくは、下向きパイプは、環状ギャップキャビティを形成する二重ジャケ ットを備え、ガス供給手段は、環状ギャップキャビティに対して開口している。 ガスジャケットの形成のために、下向きパイプの下端には、環状ギャップ開口 が設けられている、あるいは、環状ギャップキャビティを通るガス流の出口をな す複数の開口が設けられていることが適切である。 流動床内における金属含有物のできるだけ一様な分布を得るためには、溶融ガ ス化器のドームに、複数の下向きパイプが、好ましくは径方向に対称な配置でも って、配置されていることが有利である。 本発明は、微粒成分を少なくとも部分的に備えたとりわけ鉄鉱石のような鉱石 とフラックスとからなる供給物質を原料として、特に銑鉄のような金属溶融物を 製造するためのプラントであって、直列接続された少なくとも２つの流動床炉と 、溶融ガス化器と、を具備し、鉱石が、流動床炉から流動床炉へと、搬送ダクト を通して一方向に搬送され、還元ガスが、流動床炉から流動床炉へと、還元ガス 連結ダクトを通して反対方向に搬送され、溶融ガス化器には、鉱石の流通の最後 に配置された流動床炉からの還元物を導くための供給ダクトと、鉱石の流通の最 後に配置された流動床炉へと連通するガス取出ダクトと、が設けられていること を特徴とするプラントに対して、好適である。 以下、本発明を、添付図面に例示された実施形態を参照して詳細に説明する。 図１は、例示のためだけに、特に銑鉄のような金属溶融物の製造のための、ある いは、液体鉄鋼半製品の製造のための、プラントの全体を概略的に示す図である 。図２は、図１の詳細を拡大して示す図である。図３は、溶融ガス化器の概略的 な平面図である。 図１に示すプラントには、直列接続された３つの流動床炉１〜３が設けられて いる。この場合、少なくとも一部が微粒材料であるような、例えば微粒鉱石のよ うな酸化鉄含有材料が、鉱石供給ダクト４を通して、第１流動床炉１へと供給さ れる。第１流動床炉１においては、微粒鉱石を予熱して可能であれば予還元を行 うという予熱ステージ５が行われる。引き続いて、流動床炉１から、流動床炉２ へと、さらには流動床炉３へと、搬送ダクト６を通して搬送が行われる。流動床 炉２の内部においては、予還元ステージ７において予還元が行われ、流動床炉３ の内部においては、最終還元ステージ８として、微粒鉱石からスポンジ状鉄への 最終的な還元すなわち完全な還元が行われる。 完全に還元された材料、すなわちスポンジ状鉄は、搬送ダクト９を通して、と りわけ後述するような特定の様式で、溶融ガス化器１０へと供給される。溶融ガ ス化器１０の内部においては、流動床によって形成された溶融ガス化領域１１に おいて、石炭のような炭素含有物と酸素含有ガスとから、ＣＯとＨ₂とを含む還 元ガスが生成される。この還元ガスは、微粒鉱石の流れ方向の最後に位置した流 動床炉３に対しての還元ガス供給ダクトとして機能する供給ダクト１２を通して 、流動床炉３内に供給される。還元ガスは、いくつかのガス導出構造１２’を通 して、溶融ガス化器１０から抽出される。いくつかのガス導出構造１２’は、平 面図（図３）で示されているように、径方向に対称に配置されている。 還元ガスは、その後、微粒鉱石の流れに対向して、特に連結ダクト１３を通し て、流動床炉３から流動床炉２へとさらには流動床炉１へと導かれる。そして、 請求の範囲 １．微粒成分を含有しているとともに少なくとも部分的に還元されているとりわ けスポンジ状鉄のような金属含有物を、ベッドによって形成された溶融ガス化領 域（１１）が内部で維持されている溶融ガス化器（１０）に対して、供給するた めの方法であって、 前記金属含有物および炭素含有物が、前記溶融ガス化器（１０）内へと前記溶 融ガス化領域（１１）の上方から供給され、そして、前記溶融ガス化領域（１１ ）へと降下していき、さらに、該溶融ガス化領域を通って特に銑鉄溶融物のよう な金属溶融物を形成し、そして、前記溶融ガス化器（１０）の下部領域へ酸素を 供給しつつ石炭をガス化することによって還元ガスを生成する場合において、 前記金属含有物を、前記溶融ガス化器（１０）の内部へと、前記溶融ガス化器 （１０）の頂部を閉塞するドーム（３０）から鉛直方向に下方に離間したところ から、ストランド（４４）を形成させつつ重力の作用によって供給し、 前記ストランド（４４）を、前記自由落下するストランド（４４）を囲むとと もに該ストランドに付随したガスジャケット（４５）によって、前記ストランド の流出箇所（４０）から落下方向前方側に延在する長さ部分（４６）にわたって 、囲み、 該長さ部分（４６）において、前記ガスジャケット（４５）によって、前記ス トランド（４４）が拡散しないように、該ストランドを支持することを特徴とす る方法。 ２．前記ガスジャケット（４５）を、前記溶融ガス化器（１０）の内部へと前記 金属含有物を導入するための下向きパイプ（３３）を囲むように形成された冷却 ジャケットを通る冷却ガスによって形成することを特徴とする請求項１記載の方 法。 ３．前記ストランド（４４）の前記流出箇所（４０）の高さ位置を、前記溶融ガ ス化器（１０）のうちの、前記還元ガスの速度が最大でも０．４５〜０．５ｍ／ ｓであるような領域とすることを特徴とする請求項１または２記載の方法。 ４．前記ガスジャケット（４５）は、前記還元ガスの流速が最大でも０．２〜０ ．３ｍ／ｓであるような高さ位置とされた前記長さ部分（４６）にわたって、前 記ストランド（４４）を、拡散しないように、支持することを特徴とする請求項 １〜３のいずれかに記載の方法。 ５．前記ガスジャケット（４５）を、前記ストランドに対して平行に下方へと流 れるガス流によって形成し、該ガス流の速度を、前記溶融ガス化器（１０）の内 部（３１）における前記還元ガスの最大速度の１０倍以上とする、好ましくは５ ０倍以上とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。 ６．前記溶融ガス化器（１０）から抽出される冷却された還元ガスを、前記ガス ジャケットのためのガスとして使用することを特徴とする請求項１〜５のいずれ かに記載の方法。 ７．請求項１〜６のいずれかに記載の方法を実現するためのプラントであるとと もに、酸素含有ガス・炭素含有物・少なくとも部分的に還元された金属含有物の ための供給ダクト（１７，１６，９）を備えかつ頂部を閉塞しているドーム（３ ０）の領域において還元ガスを取り出すためガス取出ダクト（１２）が設けられ さらに特に銑鉄のような金属溶融物のためのおよびスラグのための取出口（１８ ）が設けられた溶融ガス化器（１０）を具備するプラントであって、前記酸素含 有ガスのための供給ダクト（１７）については、前記溶融ガス化器（１０）の下 部領域に配置されてなり、 前記溶融ガス化器（１０）の頂部を閉塞する前記ドーム（３０）においては、 還元ガスのための少なくとも１つのガス取出ダクト（１２）から径方向に離間し たところに、少なくとも部分的に還元された金属含有物のための、供給ユニット （２９）付きの少なくとも１つの供給ダクト（９）が設けられ、 該供給ダクト（９）は、前記ドーム（３０）をなす壁から下方に離間したとこ ろを終端とする下向きパイプ（３３）を有し、 該下向きパイプ（３３）には、該下向きパイプ（３３）の下端（４０）からガ スジャケット（４５）を発生させるためのガス供給手段（３８）が設けられてい ることを特徴とするプラント。 ８．前記下向きパイプ（３３）は、環状ギャップキャビティ（３６）を形成する 二重ジャケット（３４，３５）を備え、 前記ガス供給手段（３８）は、前記環状ギャップキャビティ（３６）に対して 開口していることを特徴とする請求項７記載のプラント。 ９．前記下向きパイプ（３３）の前記下端（４０）には、環状ギャップ開口（４ １）が設けられている、あるいは、前記環状ギャップキャビティ（３６）を通る ガス流の流出のための複数の開口が設けられていることを特徴とする請求項８記 載のプラント。 １０．還元ガスのための前記ガス取出ダクト（１２）の途中には、特にガススク ラバーのような冷却手段（２６）が設けられ、 該冷却手段（２６）の後方側においては、好ましくはコンプレッサを介して前 記下向きパイプ（３３）の前記ガス供給手段（３８）へと導かれた、分岐管（３ ９）が派生していることを特徴とする請求項７または８記載のプラント。 １１．前記溶融ガス化器（１０）の前記ドーム（３０）には、複数の下向きパイ プ（３３）が、好ましくは径方向に対称な配置でもって、配置されていることを 特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載のプラント。

───────────────────────────────────────────────────── 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 ゲンナリ，ウド オーストリア国 アー―4020 リンツ ユ ニオンストラッセ 67アー (72)発明者 シュンク，ヨハネス―レオポルド オーストリア国 アー―4040 リンツ ク ナーベンセミナーストラッセ ８ 【要約の続き】 部分（４６）においては、ガスジャケット（４５）によ って支持され、これにより、拡散が防止される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．微粒成分を含有しているとともに少なくとも部分的に還元されているとりわ けスポンジ状鉄のような金属含有物を、ベッドによって形成された溶融ガス化領 域（１１）が内部で維持されている溶融ガス化器（１０）に対して、供給するた めの方法であって、 前記金属含有物および炭素含有物が、前記溶融ガス化器（１０）内へと前記溶 融ガス化領域（１１）の上方から供給され、そして、前記溶融ガス化領域（１１ ）へと降下していき、さらに、該溶融ガス化領域を通って特に銑鉄溶融物のよう な金属溶融物を形成し、そしで、石炭のガス化によって還元ガスを生成する場合 において、 前記金属含有物を、前記溶融ガス化器（１０）の内部へと、前記溶融ガス化器 （１０）の頂部を閉塞するドーム（３０）から鉛直方向に下方に離間したところ から、ストランド（４４）を形成させつつ重力の作用によって供給し、 前記ストランド（４４）を、前記自由落下するストランド（４４）を囲むとと もに該ストランドに付随したガスジャケット（４５）によって、前記ストランド の流出箇所（４０）から落下方向前方側に延在する長さ部分（４６）にわたって 、囲み、 該長さ部分（４６）において、前記ガスジャケット（４５）によって、前記ス トランド（４４）が拡散しないように、該ストランドを支持することを特徴とす る方法。 ２．前記ガスジャケット（４５）を、前記溶融ガス化器（１０）の内部へと前記 金属含有物を導入するための下向きパイプ（３３）を囲むように形成された冷却 ジャケットを通る冷却ガスによって形成することを特徴とする請求項１記載の方 法。 ３．前記ストランド（４４）の前記流出箇所（４０）の高さ位置を、前記溶融ガ ス化器（１０）のうちの、前記還元ガスの速度が最大でも０．４５〜０．５ｍ／ ｓであるような領域とすることを特徴とする請求項１または２記載の方法。 ４．前記ガスジャケット（４５）は、前記還元ガスの流速が最大でも０．２〜０ ．３ｍ／ｓてあるような高さ位置とされた前記長さ部分（４６）にわたって、前 記ストランド（４４）を、拡散しないように、支持することを特徴とする請求項 １〜３のいずれかに記載の方法。 ５．前記ガスジャケット（４５）を、前記ストランドに対して平行に下方へと流 れるガス流によって形成し、該ガス流の速度を、前記溶融ガス化器（１０）の内 部（３１）における前記還元ガスの最大速度の１０倍以上とする、好ましくは５ ０倍以上とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。 ６．前記溶融ガス化器（１０）から抽出される冷却された還元ガスを、前記ガス ジャケットのためのガスとして使用することを特徴とする請求項１〜５のいずれ かに記載の方法。 ７．請求項１〜６のいずれかに記載の方法を実現するためのプラントであるとと もに、酸素含有ガス・炭素含有物・少なくとも部分的に還元された金属含有物の ための供給ダクト（１７，１６，９）を備えかつ頂部を閉塞しているドーム（３ ０）の領域において還元ガスを取り出すためガス取出ダクト（１２）が設けられ さらに特に銑鉄のような金属溶融物のためのおよびスラグのための取出口（１８ ）が設けられた溶融ガス化器（１０）を具備するプラントであって、 前記溶融ガス化器（１０）の頂部を閉塞する前記ドーム（３０）においては、 還元ガスのための少なくとも１つのガス取出ダクト（１２）から径方向に離間し たところに、少なくとも部分的に還元された金属含有物のための、供給ユニット （２９）付きの少なくとも１つの供給ダクト（９）が設けられ、 該供給ダクト（９）は、前記ドーム（３０）をなす壁から下方に離間したとこ ろを終端とする下向きパイプ（３３）を有し、 該下向きパイプ（３３）には、該下向きパイプ（３３）の下端（４０）からガ スジャケット（４５）を発生させるためのガス供給手段（３８）が設けられてい ることを特徴とするプラント。 ８．前記下向きパイプ（３３）は、環状ギャップキャビティ（３６）を形成する 二重ジャケット（３４，３５）を備え、 前記ガス供給手段（３８）は、前記環状ギャップキャビティ（３６）に対して 開口していることを特徴とする請求項７記載のプラント。 ９．前記下向きパイプ（３３）の前記下端（４０）には、環状ギャップ開口（４ １）が設けられている、あるいは、前記環状ギャップキャビティ（３６）を通る ガス流の流出のための複数の開口が設けられていることを特徴とする請求項８記 載のプラント。 １０．還元ガスのための前記ガス取出ダクト（１２）の途中には、特にガススク ラバーのような冷却手段（２６）が設けられ、 該冷却手段（２６）の後方側においては、好ましくはコンプレツサを介して前 記下向きパイプ（３３）の前記ガス供給手段（３８）へと導かれた、分岐管（３ ９）が派生していることを特徴とする請求項７または８記載のプラント。 １１．前記溶融ガス化器（１０）の前記ドーム（３０）には、複数の下向きパイ プ（３３）が、好ましくは径方向に対称な配置でもって、配置されていることを 特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載のプラント。 １２．微粒成分を少なくとも部分的に備えたとりわけ鉄鉱石のような鉱石とフラ ックスとからなる供給物質を原料として、特に銑鉄のような金属溶融物を製造す るためのプラントであって、 直列接続された少なくとも２つの流動床炉（１〜３）と、請求項７記載の溶融 ガス化器（１０）と、を具備し、 前記鉱石は、流動床炉（１）から流動床炉（２，３）へと、搬送ダクト（６） を通して一方向に搬送され、還元ガスは、流動床炉（３）から流動床炉（２，１ ）へと、還元ガス連結ダクト（１３）を通して反対方向に搬送され、 前記溶融ガス化器（１０）には、前記鉱石の流通の最後に配置された前記流動 床炉（３）からの還元物を導くための供給ダクト（９）と、前記鉱石の流通の最 後に配置された前記流動床炉（３）へと連通するガス取出ダクト（１２）と、が 設けられていることを特徴とするプラント（図１）。