JP2002509194A - Sustainable steelmaking process by effective direct reduction of iron oxide and solid waste - Google Patents
Sustainable steelmaking process by effective direct reduction of iron oxide and solid wasteInfo
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Abstract
(57)【要約】 酸化鉄を処理して鉄生成物にする方法は酸化鉄と固体炭素質還元剤で形成された複合ペレットを前還元炉(20)内で処理して、還元度が75%以上の直接還元された鉄生成物を形成することを含む。直接還元鉄生成物を700℃乃至1400℃の範囲の温度にて精錬所炉(30)に搬送し、直接還元鉄生成物を精錬所炉(30)内で添加酸素又は酸素/空気混合物で溶融し炭素、スラグ及び一酸化炭素を含有するトップガスを含む鉄溶融物を形成する。前還元炉に対する熱が空気又は酸素を使用する精錬所炉(30)からの前記トップガスの燃焼により少なくとも部分的に提供される。又、この方法を実行する一体化された装置(10)が開示してある。 (57) [Abstract] A method of treating iron oxide to produce an iron product is to treat a composite pellet formed of iron oxide and a solid carbonaceous reducing agent in a pre-reduction furnace (20) to reduce the degree of reduction to 75%. % Or more of the direct reduced iron product. The directly reduced iron product is conveyed to a smelter furnace (30) at a temperature in the range of 700 ° C. to 1400 ° C., and the directly reduced iron product is melted in the smelter furnace (30) with added oxygen or an oxygen / air mixture. To form an iron melt containing carbon, slag and a top gas containing carbon monoxide. Heat to the pre-reduction furnace is provided at least in part by combustion of the top gas from the smelter furnace (30) using air or oxygen. Also disclosed is an integrated device (10) for performing the method.
Description
【0001】 《発明の技術分野》 本発明は一般に鉄鋼の製造に関するもので、更に詳細には環境の観点から好ま
しい様式で鋼、半鋼又は銑鉄といった鉄生成物を製造する酸化鉄(DRI)の直
接還元を導入してある方法に関するものである。一層好ましい環境的性能には好
ましくはエネルギーと温室ガスの排出物の消費を最低限にし、副産物の生成可能
信頼性を最大にすることが含まれる。TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to the production of iron and steel, and more particularly to the production of iron oxide (DRI) which produces iron products such as steel, semi-steel or pig iron in a manner that is favorable from an environmental point of view. It relates to a method in which direct reduction is introduced. More favorable environmental performance preferably includes minimizing the consumption of energy and greenhouse gas emissions and maximizing the reliability of by-product production.
【0002】 《発明の背景》 炉、特に電弧炉の範囲内で溶融するよう海綿鉄又は銑鉄を生産すべく原料又は
予め準備された形態の鉄鉱石を前還元して処理する各種方法が提案されて来てい
る。その一例はミドレックス社(Midrex Corporation)で開
発されたミドレックスDRI法であり、この場合高炉と電弧炉を含む各種溶解炉
に対する直接供給物として使用される直接還元された鉄を生産するため再生天然
ガスを使用して鉄鉱石濃縮物のペレットが直接還元される。同様のペレットを基
にした方法はHyl IIIである。他の方法では微細な鉄鋼石濃縮物が流動層
又は循環流動層内で前還元される。両形式の方法において生成物は直接溶解炉に
搬送可能とされるか又は高温ブリケット処理されて酸化と自己加熱を伴なわずに
搬送及び貯蔵が可能とされる。BACKGROUND OF THE INVENTION Various methods have been proposed for pre-reducing and treating raw materials or pre-prepared forms of iron ore to produce sponge iron or pig iron so as to be melted in a furnace, particularly in an electric arc furnace. Are coming. One example is the Midrex DRI method developed by Midrex Corporation, which recycles to produce direct reduced iron used as a direct feed to various melting furnaces, including blast furnaces and electric arc furnaces. Natural gas is used to directly reduce iron ore concentrate pellets. A similar pellet-based method is Hyl III. In another method, fine iron ore concentrate is pre-reduced in a fluidized bed or a circulating fluidized bed. In both types of processes, the product can be transported directly to the melting furnace or hot briquetted to allow transport and storage without oxidation and self-heating.
【0003】 ミドレックス社で開発され例えば国際冶金プラント技術誌、1991年2月号
、36頁及びスチール・タイムス、1994年12月号、91頁に記載されたF
astmet(商標)法はDRI法であり、その生成物は高炉と電弧炉を含む各
種溶解炉に対する直接供給物として提案されている。その方法において、鉄鉱石
濃縮物から形成された複合グリーン・ペレット、微粉炭又は同様の固体還元物及
びバインダーが炉床炉を通じて1つのペレット深さの層として通過される。(金
属鉄に転換された全鉄の百分率として表された)生成物の金属化度は最終使用目
的に適合するよう変えることが出来る。生成物は、(高温ブリケット鉄―HBI
を得るため)高温ブリケット処理されるか又は隣接の鉄又は製鋼炉に向けられる
高温DRIとして搬送される。前述した参照文献はこの炉を高炉、電弧炉(EA
F)、サブマージド・アーク炉(SAF)、又はエネルギー最適化炉(EOF)
に出来ることを示唆している。[0003] F developed by Midrex and described in, for example, International Metallurgical Plant Technical Journal, February 1991, p. 36 and Steel Times, December 1994, p.
The asmet ™ method is the DRI method, the product of which has been proposed as a direct feed to various melting furnaces, including blast furnaces and electric arc furnaces. In that process, composite green pellets, pulverized coal or similar solid reductant and binder formed from iron ore concentrate are passed through a hearth furnace as a single pellet depth layer. The degree of metallization of the product (expressed as a percentage of total iron converted to metallic iron) can be varied to suit the end use purpose. The product is (hot briquette iron-HBI
To obtain hot DRI) or conveyed as hot DRI directed to an adjacent iron or steelmaking furnace. The references mentioned above refer to this furnace as a blast furnace, an electric arc furnace (EA).
F), submerged arc furnace (SAF), or energy optimization furnace (EOF)
Suggests that you can do it.
【0004】 国際金属リクラメーション社で開発されたInmetco(商標)法において
は石炭と微粉化されたステンレス鋼粉砕機廃棄物が処理されてグリーン・ペレッ
トとされ、このペレットが回転炉床炉内で前還元処理される。この炉の生成物は
転送ビンを介して電弧炉内に高温DRIペレットとして排出される。この方法は
、Fastmet法と多くの類似点がある。In the Inmetco ™ process developed by International Metal Reclamation Company, coal and finely divided stainless steel crusher waste are processed into green pellets, which are converted in a rotary hearth furnace. Pre-reduction processing is performed. The products of this furnace are discharged as hot DRI pellets into the arc furnace via a transfer bin. This method has many similarities to the Fastmet method.
【0005】 ラルギ(Lurgi)により開発されたSL/RN(商標)法は再度溶解炉の
範囲に転送されるDRI生成物を生産する目的でペレットを伴わずに鉄鉱石微粒
子と微粉炭を直接回転キルン炉に供給することを包含している。[0005] The SL / RN ™ process developed by Lurgi revolves iron ore fines and pulverized coal directly without pellets for the purpose of producing DRI products that are again transferred to the range of the smelter. Feeding to the kiln furnace.
【0006】 SL/RN法を更に専門化した改変例がワイルツ(Waeltz)キルンであ
る。この方法は亜鉛含有量の高い鉄錆性のダスト、特に亜鉛メッキされた鋼生成
物から出るスクラップを使用して電気炉から発生されるこうしたダストの再処理
目的に使用される。この場合のダストは複合グリーン/ペレットとしてキルンに
排出される。1000℃乃至1250℃にいたる加熱作動中にその含有亜鉛は揮
発状態にされ、次に酸化亜鉛として捕獲され、その後亜鉛金属若しくは凝集され
た亜鉛ダストを生成すべく再処理される。この鉄錆性ダストの鉄含有分は高い鉄
スラグ又はDRIのいずれかに転換され、これは更に還処されて高炉とBOFを
含めた広範囲の処理炉を使用して液状鉄生成物を形成するよう溶融処理可能とさ
れる。[0006] A modification that further specializes in the SL / RN method is the Weertz kiln. This method is used for the purpose of reprocessing high zinc content iron rust dusts, especially such dusts generated from electric furnaces using scrap from galvanized steel products. The dust in this case is discharged to the kiln as a composite green / pellet. During the heating operation up to 1000 ° C. to 1250 ° C., the zinc content is volatilized, then captured as zinc oxide and subsequently reprocessed to produce zinc metal or agglomerated zinc dust. The iron content of this iron rust dust is converted to either high iron slag or DRI, which is further recycled to form a liquid iron product using a wide range of treatment furnaces, including blast furnaces and BOF. So that it can be melted.
【0007】 SL/RN法の他の専門化された改変例はラルギ・アンド・マンネスマン・デ
マーク(Lurgi and Mannesman Demarg)で開発され
た、又、1986年10月号のSEAISI旬刊誌29頁に説明された様なコン
ビスメルト(Combismelt)法である。この方法ではサブマージドアー
ク炉で溶融されるペレット又は微細なDRIを発生すべくSl/RNキルンを使
用する。このサブマージドアーク炉には還元率が80乃至90%(鉄鋼石の中に
存在する酸化鉄から酸素を除去する百分率)の高温又は低温のDRIを供給出来
る。これは70乃至80%の金属化と等しい。高温DRI充填法の場合、DRI
はスキップ又はホッパーによりサブマージドアーク炉に転送される。[0007] Other specialized modifications of the SL / RN method were developed by Lurgi and Mannesman Demarg and are also described in the October 1986 SEIASI Shunkan page 29. This is a Combismelt method as described above. This method uses a Sl / RN kiln to generate pellets or fine DRI that are melted in a submerged arc furnace. The submerged arc furnace can be supplied with high or low temperature DRI with a reduction of 80 to 90% (percentage of removing oxygen from iron oxide present in iron ore). This equates to 70-80% metallization. In case of high temperature DRI filling method, DRI
Is transferred to the submerged arc furnace by a skip or hopper.
【0008】 Hismelt(商標)法は主要エネルギー源と還元剤として石炭を使用して
いる。この方法は溶解容器と前還元塔又は循環流動層構成の一体化された組み合
わせを包含しており、この場合、溶解容器からのトップガスは前還元ユニット内
の下降する鉄鋼石充填物に対して上昇する。この配列は結果的に約30%程度の
還元値といった前還元ユニットからの鉄鋼石の比較的低い前還元をもたらし、こ
れが結果的に溶解装置は高いエネルギー入力で作動しなければならないことにな
る。これは噴射された空気の高容積と高い渦流環境を必要とする溶解装置内で(
燃焼されて二酸化炭素となる一酸化炭素の百分率として表される)高い後燃焼を
必要とする。槽及び溶解容器のガス空間内における必要とされる温度においては
、耐火物の劣化に伴う著しい難点の生じる可能性があり、そのためスラッグは高
程度の前還元を使用する高炉又は溶解炉と比較してFeO内で比較的低くなる。
スラグ内のFeOの高レベルはセメントと置換するよう発生されたスラグの高容
積を研磨することにより直接的処理を防止すると共にスラグの副生物からの経済
的且つ環境的信頼性の両者を低減化させる。[0008] The Hismelt ™ process uses coal as the primary energy source and reducing agent. The method includes an integrated combination of a melting vessel and a pre-reduction tower or a circulating fluidized bed configuration, wherein the top gas from the melting vessel is fed to the descending steel charge in the pre-reduction unit. To rise. This arrangement results in a relatively low pre-reduction of the iron ore from the pre-reduction unit, such as a reduction value on the order of about 30%, which results in the melting device having to operate with a high energy input. This can be achieved in dissolving equipment that requires a high volume of injected air and a high vortex environment (
Requiring high afterburning (expressed as a percentage of carbon monoxide to be burned to carbon dioxide). At the required temperatures in the gas space of the vessel and the melting vessel, significant difficulties can arise with the refractory degradation, so that slugs can be compared to blast furnaces or melting furnaces that use a high degree of pre-reduction. Therefore, it becomes relatively low in FeO.
High levels of FeO in the slag prevent direct processing by polishing the high volume of slag generated to replace the cement and reduce both economic and environmental reliability from slag by-products Let it.
【0009】 一般に、伝統的な一体化された製鋼方法より設備投資が少なく且つコークスの
必要量を削減すると共に微細な鉄鋼石の直接的使用を可能にするような製鋼方法
を開発することが1970年代以降相当関心が生じて来ている。つい最近では生
成物としての鋼が四半世紀の中に木材又はコンクリートといった競合する材料と
比較してその高エネルギー消費量とその生産から生じる温室ガス放出が原因で環
境的に望ましくないものとして理解されるという鉄鋼業界での認識が高まってい
る。[0009] In general, it was 1970 to develop a steelmaking process that requires less capital investment than traditional integrated steelmaking processes, reduces coke requirements and allows for the direct use of fine iron ore. There has been considerable interest since the 1970s. More recently, steel as a product has been perceived as environmentally undesirable in the last quarter century due to its high energy consumption and greenhouse gas emissions resulting from its production compared to competing materials such as wood or concrete. Steel industry is increasingly aware that
【0010】 鋼生産における最も成功した投下資本コストの低い処理方法は現在電気炉を基
にしている。これらの処理方法はスチール・ミル又はミニ・ミルとして公知であ
り、スクラップ鉄が供給され、DRIプラントからはDRI及びHBIの供給が
増加している。EAFミニ・ミル・プラントは電気、スクラップ及び(典型的に
は90乃至95%の還元率又は87乃至94%の金属化率を備えた)高度に還元
化されたDRI又はHBIを含む高程度の供給材料を必要とする欠点を備えてい
る。DRIとHBIプラントは逆に石炭と比較して高グレードのエネルギー源で
ある低コスト天然ガスの相当量を必要とする。電弧炉が高割合のスクラップを使
用する場合は鋼生成物は、鋼生成物に入って鋼の機械的諸特性に悪影響を及ぼす
銅、砒素及び錫といった有害な残留元素を高レベルに含有することになる。この
汚染の制御では鉄鋼石から生じた十分な量のDRI又はHBIを使用することで
スクラップの希釈を必要とする。しかしながら、DRIとHBIの生産は設備投
資を必要とし、鋼生産にあたり全体のエネルギー消費量と温室ガス排出量の改善
には僅かしか役立たない。高レベルのDRIとHBIを使用するEAF処理方法
の他の欠点は高いFeO含有量(典型的には>10%)と自由フラックス又は非
溶解フラックスの存在に起因するセメント(即ちセメント・クリンカー代替物)
を作成する研磨作用での直接的処理方法に対して全体的に適していない大容量の
スラグが生産されることにある。これらのスラグは、通常は実質的に経済性が低
く環境的な利点も低い道路用骨材に対して使用される。[0010] The most successful low investment capital cost treatment methods in steel production are currently based on electric furnaces. These processes are known as steel mills or mini-mills, which are supplied with scrap iron and increasing the supply of DRI and HBI from DRI plants. The EAF mini-mill plant contains a high degree of electricity, scrap and highly reduced DRI or HBI (typically with 90-95% reduction or 87-94% metallization). It has the disadvantage of requiring feedstock. DRI and HBI plants, on the contrary, require a significant amount of low-cost natural gas, a high-grade energy source compared to coal. If the arc furnace uses a high percentage of scrap, the steel product should contain high levels of harmful residual elements such as copper, arsenic and tin that enter the steel product and adversely affect the mechanical properties of the steel become. Controlling this contamination requires dilution of the scrap by using a sufficient amount of DRI or HBI from the steel ore. However, the production of DRI and HBI requires capital investment and has little effect on improving the overall energy consumption and greenhouse gas emissions in steel production. Other disadvantages of EAF processing methods that use high levels of DRI and HBI are cement (ie cement clinker replacement) due to high FeO content (typically> 10%) and the presence of free or undissolved flux )
Is to produce a large volume of slag which is not entirely suitable for a direct processing method with a polishing action to produce slag. These slags are typically used for road aggregates that are substantially less economical and have less environmental benefits.
【0011】 《発明の概要》 本発明では石炭と鉄鉱石から成る複合ペレットといった自己還元ペレットを使
用しての処理にこれらの問題を向けることにより2つの重要な技術思想を包含し
ている。第一の技術思想は前還元段階と溶解段階の間の相互作用に関するもので
あり、溶解炉に対する比較的還元率の高い高温供給物を生産し同時に少なくとも
部分的にはエンタルピーから及び溶解炉からのガスの燃焼から前還元段階に対す
る熱を得るようロータリー・キルン、移動する炉床、回転炉床又は移動する格子
炉といったプラントにおける前還元を実行することにより、これらの諸段階にお
ける一体化を高めることが提案されている。第二の技術思想として、溶解炉生成
物のスラグ成分に注意を向けるが、研磨時に実質的にコンクリート製造用のポル
トランド・セメント又は同様のセメントと置換することが出来る値の高い材料と
してこのスラグを提供することが提案されている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention encompasses two important technical ideas by addressing these issues to processing using self-reducing pellets, such as composite pellets of coal and iron ore. The first concept relates to the interaction between the pre-reduction stage and the smelting stage, producing a relatively high rate of high temperature feed to the smelting furnace while at least partially from enthalpy and from the smelting furnace. Enhance integration at these stages by performing pre-reduction in plants such as rotary kilns, moving hearths, rotating hearths or moving grid furnaces to obtain heat for the pre-reduction stages from gas combustion Has been proposed. As a second technical idea, attention is paid to the slag component of the smelting furnace product, but this slag is used as a high-value material that can be substantially replaced by Portland cement or similar cement for concrete production during polishing. It has been proposed to provide
【0012】 他の観点から本発明の好ましい実施態様は溶解炉のスラグとオフ・ガスの伝統
的処理概念を無視し代わりに有用なスラグを生産し直接オフ・ガスを利用し、又
、その好ましい狙いは電気的及び/又は機械的エネルギーの観点からそれ自体十
分であることを対象としている。又、精錬所炉における高程度の後燃焼を求める
という伝統的目的も無視している。In another aspect, the preferred embodiment of the present invention ignores the traditional treatment concept of melting furnace slag and off-gas and instead produces useful slag and utilizes off-gas directly, and its preferred The aim is to be itself sufficient in terms of electrical and / or mechanical energy. It also ignores the traditional purpose of requiring a high degree of afterburning in smelter furnaces.
【0013】 他の観点から本発明の好ましい実施態様ではコークス又は低配分石炭の必要を
無くすと共に木材、材木くず又は温室廃棄物等から生じた炭といった再生可能な
燃料から生産される還元剤の有効使用を可能にしている。In another aspect, a preferred embodiment of the present invention eliminates the need for coke or low-distribution coal and reduces the use of reducing agents produced from renewable fuels such as wood, timber waste or coal from greenhouse waste. Makes use possible.
【0014】 他の観点から本発明の好ましい実施態様ではフラックス・キルンの必要性を無
くすと共に前還元段階における原料フラックスの燃焼を可能にする。In another aspect, a preferred embodiment of the present invention eliminates the need for a flux kiln and allows for the combustion of the raw flux in the pre-reduction stage.
【0015】 第1の面において本発明は酸化鉄を処理して鉄生成物にする方法であって、 酸化鉄と固体炭素質還元剤で形成された複合ペレット(好ましくは可能であれ
ば炭を含む)を前還元炉内で処理して還元度が75%以上(金属化度の>65%
と等しい)直接還元された鉄生成物を形成し 直接還元鉄生成物を700℃乃至1400℃(好ましくは800℃乃至110
0℃)の範囲の温度にて精錬所炉に搬送し、 直接還元鉄生成物を精錬所炉内で添加酸素又は酸素/空気混合物で溶融し炭素
、スラグ及び一酸化炭素を含有するトップガスを含む鉄溶融物を形成し、 精錬所炉から溶融鉄を回収し、 前還元炉に対する熱が少なくとも部分的に空気又は酸素を使用する精錬所炉か
らの前記トップガスの燃焼により提供されることを含むようにした方法が提供さ
れる。[0015] In a first aspect, the present invention is a method of treating iron oxide to an iron product, comprising a composite pellet (preferably charcoal if possible) formed of iron oxide and a solid carbonaceous reducing agent. ) In a pre-reduction furnace to reduce the degree of reduction to 75% or more (> 65% of the degree of metallization)
To form a directly reduced iron product, and direct reduced iron product to 700 ° C to 1400 ° C (preferably 800 ° C to 110 ° C).
0 ° C) to a smelter furnace at a temperature in the range of 0 ° C, where the direct reduced iron product is melted in the smelter furnace with added oxygen or an oxygen / air mixture to remove the top gas containing carbon, slag and carbon monoxide. Forming an iron melt comprising recovering molten iron from the smelter furnace, wherein heat to the pre-reduction furnace is provided at least in part by combustion of said top gas from the smelter furnace using air or oxygen. A method is provided for including.
【0016】 好ましくは、前還元炉におけるガス組成物は還元されたペレットの過剰な再酸
化を最低限にするか又は回避する。Preferably, the gas composition in the pre-reduction furnace minimizes or avoids excessive re-oxidation of the reduced pellets.
【0017】 好ましくは、前還元炉からのオフガスはオフガスからエネルギーを発生する手
段、好ましくは廃熱ボイラー又はガス・タービン内で回収される。Preferably, the off-gas from the pre-reduction furnace is recovered in a means for generating energy from the off-gas, preferably in a waste heat boiler or gas turbine.
【0018】 好ましくは、内部での溶融のため準備された前還元炉に1種類以上のフラック
ス原料も搬送され、次に精錬所炉に高温状態で通される。一実施態様において、
このスラグ・フラックスには原料の石灰及び/又はドロマイトが含まれ、その調
整は石灰及び/又はドロマイトをか焼させることを含む。他の場合、フラックス
には他のプラントでの事前加熱により調整される燃焼フラックスが含まれる。[0018] Preferably, one or more flux raw materials are also conveyed to a pre-reduction furnace prepared for internal melting, and then passed at an elevated temperature to a smelter furnace. In one embodiment,
The slag flux contains the raw lime and / or dolomite, the adjustment of which includes calcining the lime and / or dolomite. In other cases, the flux includes a combustion flux that is regulated by pre-heating at another plant.
【0019】 中間DRI生成物の還元度は好ましくは(73−86%の金属化度と等しい)
80乃至90%の範囲内にある。前還元度を最大にすることにより、精錬所炉に
おける後燃焼エネルギー要件が著しく低減化され、従って、溶融過程を耐火物に
対して一層弱く、臨界状態を低く、渦を少なく、侵食が少なく出来、その結果、
精錬所炉が酸素吹き付けEAFの場合は例えばDIOS又はHismeltとい
った先行技術の処理方法と比較して酸素又は空気消費量が比較的低いレベルとな
り又は電気消費量が比較的低いレベルとなる。その上、(後燃焼による精錬所炉
に熱を供給する同じ程度にする必要がない)トップガスのエネルギー量が前還元
炉と廃熱ボイラー又はガス・タービンに熱を供給する燃焼に対して利用可能であ
る。The degree of reduction of the intermediate DRI product is preferably (equal to 73-86% degree of metallization)
It is in the range of 80-90%. By maximizing the degree of pre-reduction, the post-combustion energy requirements in the smelter furnace are significantly reduced, thus making the melting process less vulnerable to refractories, lower critical conditions, less eddies and less erosion. ,as a result,
When the smelter furnace is an oxygen-blown EAF, there is a relatively low level of oxygen or air consumption or a relatively low level of electricity consumption compared to prior art treatment methods such as DIOS or Hismelt. In addition, the amount of energy in the top gas (which does not need to be as high as to supply heat to the post-combustion smelter furnace) is used for combustion to supply heat to the pre-reduction furnace and the waste heat boiler or gas turbine It is possible.
【0020】 本発明は又酸化鉄を処理して鉄生成物にする一体化された装置であって、 酸化鉄と固体炭素質還元剤で形成された複合ペレットを処理して、還元度が(
金属化度>65%と等しい)75%を超えペレットに残留炭素が含まれるような
直接還元鉄生成物を形成する前還元炉と、 溶融室及び酸素又は酸素/空気混合物を溶融室に搬送する手段を備えた精錬所
炉と、 700℃乃至1400℃好ましくは800℃乃至1100℃の範囲内の温度に
おいて直接還元鉄生成物と前還元炉から溶解室へ搬送する手段であって、溶解炉
が溶融室において添加された酸素、任意には電気エネルギーにてその直接還元さ
れた鉄生成物を溶融するよう作動可能とし、一酸化炭素と二酸化炭素の比が容積
単位で1.0以上となっている炭素、スラグ及びトップガスを含有する鉄溶融物
を形成する手段と、 溶融鉄を溶融室から回収する手段と、 及び少なくとも部分的にエンタルピーから前還元炉に対して熱を供給し精錬所
炉からの前記トップガスの燃焼をもたらす手段とを含む装置を提供する。The present invention is also an integrated apparatus for treating iron oxide to produce an iron product, comprising treating a composite pellet formed of iron oxide and a solid carbonaceous reducing agent to reduce the degree of reduction to (
A pre-reduction furnace that forms a directly reduced iron product above 75% (equivalent to a degree of metallization of> 65%) with pellets containing residual carbon; and transports the melter and oxygen or oxygen / air mixture to the melter. A smelter furnace equipped with a means, and means for directly transferring the reduced iron product at a temperature in the range of 700 ° C to 1400 ° C, preferably 800 ° C to 1100 ° C, from the pre-reducing furnace to the melting chamber, wherein the melting furnace is Operable to melt the directly reduced iron product with added oxygen, optionally electrical energy, in the melting chamber, wherein the ratio of carbon monoxide to carbon dioxide is greater than 1.0 by volume Means for forming an iron melt containing carbon, slag and top gas, means for recovering molten iron from the melter, and refining by supplying heat to the pre-reduction furnace at least in part from enthalpy. Means for effecting the combustion of said top gas from the furnace.
【0021】 好ましくは、トップガスの燃焼はロータリー・キルン又は回転炉床炉の場合は
前還元炉の内部で行われ、その炉の周りに隔置された例えば回転キルン炉に沿っ
て隔置された複数個の個所において導入される。又、燃焼は酸素よりむしろ空気
と併せて行われ、空気は周囲から吸引可能とされ、かくして酸素プラントの設備
投資費用と稼動費用を例えばDIOSと比較した場合の全体の燃焼過程の主要部
分に対して回避することが出来ることが好適である。窒素の容積又は複合ペレッ
トとの反応が原因で窒素含有物はマイナスの結果をもたらさないので、酸素より
むしろ空気を使用することが出来る。前還元の低レベルと精錬所炉におけるCO
の高い後燃焼での先行技術の処理方法に比べて、本発明の場合は部分的には精錬
所炉における比較的高価な酸素要件を前還元段階における廉い周囲空気と部分的
に置換している。Preferably, the combustion of the top gas takes place inside a rotary kiln or, in the case of a rotary hearth furnace, a pre-reduction furnace and is spaced around the furnace, for example along a rotary kiln furnace. Are introduced in several places. Also, combustion takes place in conjunction with air rather than oxygen, and air can be drawn from the surroundings, thus reducing the capital investment and operating costs of the oxygen plant for a major part of the overall combustion process when compared to, for example, DIOS. It is preferable to be able to avoid this. Air rather than oxygen can be used because nitrogen content does not have negative consequences due to the volume of nitrogen or reaction with the composite pellets. Low level of pre-reduction and CO in smelter furnace
Compared to prior art treatment methods with high post-combustion, the present invention partially replaces the relatively expensive oxygen requirements in the smelter furnace with the less ambient air in the pre-reduction stage. I have.
【0022】 酸化鉄は複合ペレットとして前還元炉に供給されるので、精錬所炉のトップガ
スは多くの先行技術の処理方法における如く還元雰囲気を提供する必要性がある
よりむしろ前還元化炉に熱を提供する燃焼のために利用可能である。Since iron oxide is supplied to the pre-reduction furnace as composite pellets, the smelter furnace top gas is supplied to the pre-reduction furnace rather than having to provide a reducing atmosphere as in many prior art processes. Available for combustion to provide heat.
【0023】 本方法は前記複合ペレットを形成する段階を含むことが出来る。The method can include forming the composite pellet.
【0024】 酸化鉄は好ましくは鉄鉱石凝縮物である。代替的適用例において、供給物は例
えばダスト並びに本方法から集められリサイクルされたダストを含有する二酸化
鉄を含めた製鋼所の固体廃棄物である。[0024] The iron oxide is preferably an iron ore condensate. In an alternative application, the feed is steel mill solid waste including, for example, dust and iron dioxide containing dust collected and recycled from the process.
【0025】 固体炭素質還元剤は好ましくは石炭又は炭、及び/又は木材くず等のバイオマ
ス物質である。The solid carbonaceous reducing agent is preferably a biomass material such as coal or charcoal and / or wood waste.
【0026】 複合ペレットは好ましくは20乃至40%w/w石炭(又は同等の還元剤)で
あり最も好ましくは25乃至30%w/w石炭である。付加的還元剤を個別に直
接還元炉に添加出来、一部の添加された又は排出された還元剤は直接精錬所炉に
添加出来る。The composite pellet is preferably 20-40% w / w coal (or equivalent reducing agent), most preferably 25-30% w / w coal. Additional reducing agent can be added directly to the reduction furnace individually, and some added or discharged reducing agent can be added directly to the smelter furnace.
【0027】 直接還元中間生成物の炭素含有量は好ましくは約5乃至15%w/wである。
(80乃至90%の還元率を有する)直接還元された鉄生成物と含まれている場
合の予め処理されたフラックスは好ましくは直接精錬所炉に搬送され、トップガ
スは2つの炉が相互に近接して例えば結合包囲体又はダクトにより架橋されてい
る一体化設備内での加熱と燃焼のため再使用される。この搬送は典型的には指示
温度範囲において還元鉄生成物を直接供給するような様式にて行われる。代替的
に、前還元された鉄生成物と事前処理されたフラックスは(作動上の便宜性のた
め)前還元化炉から回収され、貯蔵され且つ例えば耐火物内張りされたビン内で
高温状態のまま搬送され、次に好適時点で精錬所炉で受け渡される。本例の場合
、或る程度の冷却が生じる好ましくは最適化される。[0027] The carbon content of the direct reduction intermediate product is preferably about 5 to 15% w / w.
The pretreated flux, if included with the directly reduced iron product (having a reduction rate of 80-90%), is preferably conveyed directly to the smelter furnace, and the top gas is fed to the two furnaces It is reused for heating and burning in an integrated installation that is bridged in close proximity, for example by a connecting enclosure or duct. This transport is typically performed in a manner such that the reduced iron product is directly supplied in the indicated temperature range. Alternatively, the pre-reduced iron product and pre-treated flux may be recovered from the pre-reduction furnace (for operational convenience), stored and stored in a hot state, for example, in a refractory lined bottle. It is conveyed as it is, and is then transferred to a smelter furnace at a suitable time. In the present case, it is preferably optimized that some cooling takes place.
【0028】 前還元炉は好ましくは(ペレットの乾燥と硬化を行う)移動する格子プレヒー
ターを備えたロータリー・キルンであるが、指示された生成物状態を達成する炉
であれば任意のものが使用可能であろう。移動する格子キルンは単独で適してい
る。しかしながら、好ましくはグリーン・ペレット(即ちペレット化ドラム又は
ホイールから直接乾燥されていない)は移動する格子に対してロータリー・キル
ンにペレット化プラントから搬送される。キルン内の最大温度は好ましくは90
0℃乃至1400℃の範囲であるが、典型的には1150℃乃至1350℃の近
くにされる。必要とされる熱はエンタルピーで供給され、例えば、石炭又は天然
ガスを燃焼させるバーナーにより必要に応じて補填されるトップガスの前記燃焼
により供給される。The pre-reduction furnace is preferably a rotary kiln with a moving grid preheater (to dry and cure the pellets), but any furnace that achieves the indicated product state Will be usable. Moving grid kilns are suitable alone. However, preferably the green pellets (ie, not dried directly from the pelletizing drum or wheels) are conveyed from the pelletizing plant to a rotary kiln against a moving grid. The maximum temperature in the kiln is preferably 90
It is in the range of 0 ° C to 1400 ° C, but typically close to 1150 ° C to 1350 ° C. The heat required is supplied in enthalpy, for example by the combustion of top gas, optionally supplemented by burners burning coal or natural gas.
【0029】 精錬所炉は酸素添加設備を備えた任意の適切な炉にすることが出来る。各種慣
用的な炉、例えば、酸素吹き付け電弧炉(EAF)、サブマージド・アーク炉(
SAF),高炉、エネルギー最適化炉(EOF)、塩基性酸素製鋼(BOS)容
器と延在型炉といった炉が適している。これらの炉の中で、特に適していると考
えられる炉にはEOF型側部吹き付け炉床炉及び延在型炉が含まれる。最後に述
べた精錬所炉の延在する配列は組成と温度に関連して2つの溶融帯域を可能にす
ることにより液状鋼の生産に適したものに出来よう。大部分のスラグは低いスラ
グ鉄(<5%FeO)を確実にすべく高いC端から除去されよう。[0029] The smelter furnace can be any suitable furnace with oxygenation equipment. Various conventional furnaces, for example, oxygen blowing arc furnace (EAF), submerged arc furnace (
Furnaces such as SAF), blast furnace, energy optimization furnace (EOF), basic oxygen steelmaking (BOS) vessel and extension furnace are suitable. Among these furnaces, furnaces which are considered to be particularly suitable include EOF type side spray hearth furnaces and extension furnaces. The last-mentioned extended arrangement of smelter furnaces could be suitable for the production of liquid steel by allowing two melting zones in relation to composition and temperature. Most of the slag will be removed from the high C-edge to ensure low slag iron (<5% FeO).
【0030】 精錬所炉も塊及び/又は噴射状態で更なる還元剤の添加を可能に出来る。The smelter furnace can also allow for the addition of further reducing agent in a lump and / or jet state.
【0031】 溶融鉄は鋼、半鋼又は銑鉄にすることが出来る。[0031] The molten iron can be steel, semi-steel or pig iron.
【0032】 好ましくは、精錬所炉からのスラグはFeOで表現した場合、5%以下のFe
含有量を有し、好ましくはFeOとして測定した場合に1.5%以下を有し、か
くして研磨によるセメント化処理に適している。一体化された製鋼方法としてそ
の好ましい実施態様においては、本発明は更に好ましくはこの目的のためのスラ
グの回収及び処理又は搬送が含まれる。典型的に必要とされる処理段階には高い
ガラス成分(即ち非結晶化)を確実にする急冷又は粒状化を含み、次に研磨が含
まれよう。このスラグにはFeOで測定した場合、好ましくは5%程度の、最も
好ましくは1.5%以下のFe成分を有している。好ましくは、これは部分的に
は槽の炭素成分、溶融金属とスラグの間で吹き付けられ且つ混合する酸素の相対
的強さ、液体のホールドアップ容積及び必要な場合はスラグ相になる炭素還元剤
の噴射を制御することにより達成される。Preferably, the slag from the smelter furnace is less than 5% Fe when expressed as FeO.
It has a content, preferably 1.5% or less when measured as FeO, and is thus suitable for cementing by polishing. In its preferred embodiment as an integrated steelmaking method, the present invention more preferably comprises slag recovery and treatment or transport for this purpose. The processing steps typically required would include quenching or granulation to ensure a high glass content (ie, non-crystallization), followed by polishing. This slag preferably has about 5%, most preferably 1.5% or less of an Fe component as measured by FeO. Preferably, this is partially the carbon component of the vessel, the relative strength of the oxygen sprayed and mixed between the molten metal and the slag, the liquid hold-up volume and, if necessary, the carbon reducing agent that becomes the slag phase Is achieved by controlling the injection of
【0033】 一体化された製鋼方法としての好ましい実施態様においては、本方法は好まし
くは更に溶融物をタッピング処理し、それを更に好ましくは付加的フラックスと
酸素を必要に応じて使用することにより更に精錬するプラントに搬送する。好ま
しくは、こうした他のプラントのスラグ廃棄物は「ゼロ」固体廃棄物発生部分に
いたる精錬所炉に戻される。S及びP等の鋼汚染物は好ましくはスラグの流れ内
で処理段階から噴出される。In a preferred embodiment as an integrated steelmaking process, the process preferably further taps the melt, which is further preferably achieved by using additional flux and oxygen as needed. Transfer to the refining plant. Preferably, the slag waste of such other plants is returned to the smelter furnace leading to a "zero" solid waste generation section. Steel contaminants such as S and P are preferably expelled from the processing stage in the slag stream.
【0034】 好ましくは、こうした別のプラントのトップガス廃棄物は又、還元炉又は廃熱
回収システムに戻される。Preferably, the top gas waste of such another plant is also returned to the reduction furnace or waste heat recovery system.
【0035】 他の実施態様においては、1台又は多数台の精錬所炉が使用され、全て前還元
炉に直接接続される。各精錬所炉は2段階のサイクルで作動し、第1段階は高温
DRIを充填し、1乃至4.5%炭素含有量の液状金属を製造すべく精錬し、第
2段階は第1段階からのスラグが除去され、次に液状金属が精錬され、フラック
スの添加と酸素噴射により脱炭素処理される。この第2段階中、前還元炉は他の
精錬所容器又は高温保持ビンに搬送される高温DRIを製造し続ける。In another embodiment, one or multiple smelter furnaces are used, all connected directly to the pre-reduction furnace. Each smelter furnace operates in a two-stage cycle, the first stage being filled with hot DRI and smelting to produce a liquid metal with 1 to 4.5% carbon content, and the second stage from the first stage. The slag is removed, and then the liquid metal is refined and decarbonized by adding a flux and injecting oxygen. During this second stage, the pre-reduction furnace continues to produce high temperature DRI that is transported to another smelter vessel or high temperature holding bin.
【0036】 好ましくは、本装置には更に前還元炉からのオフガスを使用して電気力又は機
械力を発生する廃熱ボイラー又はガス・タービンが含まれ、これは精錬所炉及び
成形装置迄の全ての関連あるプラントに対しての酸素を発生する十分な力を提供
すると考えられる。高温ガスは直接ロータリー・キルン及び/又は事前加熱ガス
炉から供給可能とされる。Preferably, the apparatus further includes a waste heat boiler or gas turbine that uses the off-gas from the pre-reduction furnace to generate electric or mechanical power, which includes a smelter furnace and a forming device. It is believed to provide sufficient power to generate oxygen for all relevant plants. Hot gas can be supplied directly from a rotary kiln and / or a preheated gas furnace.
【0037】 《好適実施態様の詳細な説明》 図1に図解された一体化された炭素を基にしている鉄鋼石処理プラント10に
は傾斜したロータリー・キルン20の形態になっている前還元炉、全体的に慣用
的な構成になっている移動する格子21及び側部吹き付け炉床炉30で提供され
る精錬所炉が含まれる。2つの炉はロータリー・キルン前還元装置の下側排出端
部22と精錬所炉の中央上方供給ポート32の間のリンク包囲体25で直接結合
される。Detailed Description of the Preferred Embodiment The integrated carbon-based iron ore processing plant 10 illustrated in FIG. 1 includes a pre-reduction furnace in the form of a tilted rotary kiln 20. Included is a smelter furnace provided with a moving grate 21 and side spray hearth furnace 30 of generally conventional configuration. The two furnaces are connected directly at a link enclosure 25 between the lower discharge end 22 of the rotary kiln pre-reduction unit and the central upper feed port 32 of the smelter furnace.
【0038】 複合ペレットは鉄鉱石凝集物、石炭及びバインダーの供給部から約20乃至3
5%,好ましくは25乃至30%の石炭の生成物仕様へペレット化装置40内で
形成される。ペレットは例えば石灰といった原料フラックスと併せて格子乾燥、
硬化及び事前加熱段階に供給される。事前加熱されたペレットは直接ロータリー
・キルン前還元装置20に供給される。[0038] The composite pellets are supplied from iron ore agglomerate, coal and binder supply from about 20 to 3 times.
A 5%, preferably 25-30% coal product specification is formed in the pelletizer 40. The pellets are grid-dried together with raw material flux such as lime,
It is supplied to a curing and pre-heating stage. The pre-heated pellets are supplied directly to the rotary kiln pre-reduction unit 20.
【0039】 ロータリー・キルンにおいて、天然ガス・バーナーは始動し、キルンの長さ全
体にわたり約1250℃の包囲温度を維持すべく熱を補填し、かくして実質的に
鉄鉱石を還元して供給端部に直接還元鉄(DRI)を形成し、その場合、還元度
は(73−86%の金属化度とし)約80乃至90%であり、炭素含有量は約1
2%である。約1050℃において、このDRI生成物はキルン20から出て、
リンク包囲体25を通じて精錬所炉30内に落下する。石灰フラックスもロータ
リー・キルン内でか焼され、精錬所炉に搬送される。ここで、酸素が周方向に隔
置された個所31から側部噴射され、DRIは精錬されて5%以下の炭素含有量
,FeOで測定した5%以下の鉄成分を有するスラグを備えた液状溶融鉄又は半
鋼を形成する。酸素噴射は側部から溶融金属内に行われる。精錬所炉30に対す
るTRI供給の高い前還元が原因で、酸素噴射はそれに応じて低減化され、後燃
焼は比較的低い20〜30%にて制御可能である。一酸化炭素を含むトップガス
は(例えば、約1600℃において)リンク包囲体25を介してロータリー・キ
ルン20内に供給され、そこでトップガスは空気と燃焼され、キルン温度維持の
目的で熱の一部を提供し、付加的還元電位差を提供する。周囲大気から空気が吸
い込まれるようになっている多数の処理型空気噴射装置23を使用して熱フラッ
クスを維持するようキルンに沿って燃焼が隔置されている。In a rotary kiln, the natural gas burner is started and supplemented with heat to maintain an ambient temperature of about 1250 ° C. throughout the length of the kiln, thus substantially reducing iron ore to feed end Directly forms reduced iron (DRI), wherein the degree of reduction is about 80-90% (assuming a degree of metallization of 73-86%) and the carbon content is about 1%.
2%. At about 1050 ° C., this DRI product exits kiln 20 and
It falls into the smelter furnace 30 through the link enclosure 25. Lime flux is also calcined in the rotary kiln and transported to the smelter furnace. Here, oxygen is injected sideways from circumferentially spaced locations 31 and DRI is refined to provide a liquid with a slag having a carbon content of 5% or less and an iron component of 5% or less as measured by FeO. Form molten iron or semi-steel. Oxygen injection is performed from the side into the molten metal. Due to the high pre-reduction of the TRI feed to the smelter furnace 30, the oxygen injection is reduced accordingly and the post-combustion can be controlled at a relatively low 20-30%. The top gas containing carbon monoxide is fed into the rotary kiln 20 via the link enclosure 25 (eg, at about 1600 ° C.) where the top gas is combusted with air and heat generated to maintain kiln temperature. And provide an additional reduction potential difference. Combustion is spaced along the kiln to maintain heat flux using a number of process-type air injectors 23 adapted to draw air from the ambient atmosphere.
【0040】 適切な事前加熱装置21と前還元装置20はペレット・プラントで使用された
ロータリー・キルンと格子の組み合わせに類似したものである。典型的な滞在時
間は45乃至60分の範囲である。A suitable preheating device 21 and prereduction device 20 are similar to the rotary kiln and grate combination used in the pellet plant. Typical dwell times range from 45 to 60 minutes.
【0041】 適切な精錬所炉30は直径が8mである。スラグは回収されセメント・クリン
カーへ転換のため粉砕/研磨プラント50に搬送される。溶融物は所要の如く他
の精錬のため高温金属又は半鋼としてタッピング処理される。こうした他の精錬
プラントからのスラグ廃棄物は精錬所炉30にリサイクルされ、オフガスは前還
元装置20又は廃熱回収ユニット60のいずれかにリサイクルされる。代替的に
、スラグ廃棄物は土壌改質剤又は緩出肥料といった他の付加的適用例で使用され
る。A suitable smelter furnace 30 is 8 m in diameter. The slag is collected and transported to a grinding / polishing plant 50 for conversion to cement clinker. The melt is tapped as a hot metal or semi-steel for further refining as required. Slag waste from such other smelting plants is recycled to the smelter furnace 30, and off-gas is recycled to either the pre-reduction unit 20 or the waste heat recovery unit 60. Alternatively, slag waste is used in other additional applications such as soil conditioners or leachate fertilizers.
【0042】 精錬所炉30の有用な溶融生成物には、半鋼(炭素2%)、低珪素高温金属(
炭素3.5%)又は鋼(炭素0.1%)が含まれるが、後者は好ましくはROM
ELT構成の2帯域精錬所炉を使用するか又は先に述べた如く2段階処理として
精錬所炉を作動させることにより最も良く生産されることが好ましい。Useful molten products of the smelter furnace 30 include semi-steel (2% carbon), low silicon high temperature metals (
3.5% carbon) or steel (0.1% carbon), the latter preferably being ROM
Preferably, it is best produced using a two-zone smelter furnace in an ELT configuration or by operating the smelter furnace as a two-step process as described above.
【0043】 図1に図解されたプラントの例示的作動において、ロータリー・キルン20に
対する毎時あたりの供給は以下の通りである。In the exemplary operation of the plant illustrated in FIG. 1, the hourly feed to the rotary kiln 20 is as follows.
【0044】 鉄鉱石 160トン−複合ペレットとして 石炭 60トン−複合ペレットとして 原料フラックス 40トン グリーン・ペレット化中に添加されるバインダーを追加 炉30において必要とされる酸素は100tphの高温金属回収と30tph
のスラグに対して毎時当たり25トン(tph)である。Iron ore 160 tons-as composite pellets Coal 60 tons-as composite pellets Raw material flux 40 tons Add binder added during green pelletization Oxygen required in furnace 30 is 100 tph hot metal recovery and 30 tph
Of slag is 25 tons per hour (tph).
【0045】 ロータリー・キルン20からのオフガスは直接事前加熱装置21を介して通過
され、次に、廃熱ボイラー60に通過される。先に述べた処理割合において、こ
うしたボイラーは40MW(又は150GJ/時)を発生し、これは15MW電
力を発生する。The off-gas from the rotary kiln 20 is passed directly through the pre-heating device 21 and then to the waste heat boiler 60. At the processing rates mentioned above, such boilers generate 40 MW (or 150 GJ / hr), which generates 15 MW power.
【0046】 精錬所炉はバッチ型又は連続作動のいずれかで供給可能とされ、例えば、前者
の場合は各炉に対する2つの平行なロータリー・キルン供給により行われる。The smelter furnace can be fed either in batch or continuous operation, for example in the former case by two parallel rotary kiln feeds for each furnace.
【0047】 全体のエネルギーは大略15GJ/tである。温室ガスは石炭を使用する液状金
属に対しては大略1500kg/tであり、炭を使用する場合は0か又は僅かに
マイナスである。The total energy is approximately 15 GJ / t. Greenhouse gases are approximately 1500 kg / t for liquid metals using coal, and zero or slightly negative when using coal.
【0048】 同様の構成要素について同様のダッシュ付き参照番号で示されている図2は代
替的実施態様10′を表しており、この場合、全体的に水平に延びるロータリー
・キルン20は高炉20′と置換されている。この高炉は好ましくはサーマル・
ピンチ点を回避すべく多数のバッスル・リングを有し、各バッスル・リングにお
ける天然ガス又は精錬所ガスの部分酸化により加熱される。雰囲気は底部で還元
されており、上部では中性になっている。高炉のダスト問題を回避するには天然
ガスが好適である一方、温度制御のためにはリング包囲体25’を介して一部の
リサイクルされるオフガスが使用される。天然ガスの供給は2GJ/tHMの値
である。固体在留時間は典型的には60乃至90分である。FIG. 2, shown with similar dashed reference numbers for similar components, represents an alternative embodiment 10 ′, in which a generally horizontally extending rotary kiln 20 includes a blast furnace 20 ′ Has been replaced with The blast furnace is preferably a thermal
It has a number of bustle rings to avoid pinch points and is heated by the partial oxidation of natural gas or smelter gas at each bustle ring. The atmosphere is reduced at the bottom and neutral at the top. Natural gas is preferred to avoid dust problems in the blast furnace, while some recycled off-gas is used via the ring enclosure 25 'for temperature control. The supply of natural gas has a value of 2 GJ / tHM. Solids residence time is typically 60-90 minutes.
【0049】 高炉に対するエンタルピーの一部を提供する代替的手段は、再加熱されて圧縮
ガス噴射装置又は機械的送風機を使用してバッスル・リング内に噴射される高炉
のトップガスを使用するものである。An alternative means of providing part of the enthalpy for the blast furnace is to use the blast furnace top gas which is reheated and injected into the bustle ring using a compressed gas injector or mechanical blower. is there.
【0050】 高炉20′に対する適切な温度プロフィールを図2に示す。A suitable temperature profile for the blast furnace 20 ′ is shown in FIG.
【0051】 精錬所炉30からの清浄化されたオフガスは高炉を加熱する目的に使用される
。精錬所炉からのオフガスは必要があればダイオキシンの発生を低減化すべく塩
素副生物を除去する必要があれば予めスクラブ処理した後に廃熱ボイラー50上
のバーナーを直接加熱出来る。The purified off-gas from the smelter furnace 30 is used for heating the blast furnace. If it is necessary to use off-gas from the smelter furnace, it is possible to directly heat the burner on the waste heat boiler 50 after scrubbing in advance if it is necessary to remove chlorine by-products in order to reduce the generation of dioxins.
【0052】 図2に図解された集積構成に対する温室ガス放出物は最も慣用的な高炉塩基性
酸素炉集積製鋼プラントに対して約2500kg/tと比較して、約1500k
g/t程度の低さに出来ることが事前の計算で示唆されている。相対的設備投資
コストは慣用的な処理方法で作成されるセメントに対する置換物を変位させるこ
とにより部分的には慣用的な石灰キルン、コークス炉、ペレット・プラント、高
炉、ストーブ、BOF及び発電所全てに対する図示の諸設備を置換することにあ
る。The greenhouse gas emissions for the integrated configuration illustrated in FIG. 2 are about 1500 k / t, compared to about 2500 kg / t for the most conventional blast furnace basic oxygen furnace integrated steelmaking plant.
Preliminary calculations suggest that it can be as low as g / t. Relative capital investment costs are partially due to displacement of the substitutes for cement made by conventional processing methods, and in part by conventional lime kilns, coke ovens, pellet plants, blast furnaces, stoves, BOFs and power plants. Is to replace the equipment shown in FIG.
【0053】 好ましい実施態様の処理方法は高炉における炭の低強度問題を回避する炭を基
にした製鋼に対して理想的なものとなろう。他の諸利点には高い反応性、低い硫
黄分,炭の低い灰分が含まれる。この方法は再生可能エネルギーのみを消費する
ので(木のタール分及び炭生産からの他の副生物による信頼性が原因でマイナス
となっている)温室ガス放出物を少なくするか又はマイナスのものとする。The processing method of the preferred embodiment would be ideal for charcoal-based steelmaking which avoids the low strength problems of charcoal in blast furnaces. Other advantages include high reactivity, low sulfur, and low ash in charcoal. This method consumes only renewable energy and therefore reduces or reduces greenhouse gas emissions (which are negative due to the reliability of wood tar and other by-products from coal production). I do.
詳細な説明は特につぎの図に言及するものである。 The detailed description particularly refers to the following figures:
【図1】 図1は前還元段階に対するロータリー・キルンを利用している、
本発明の両方の面を備えた第1実施態様による、石炭を基にする鉄鉱石処理一体
統合型プラントのブロック図である。FIG. 1 utilizes a rotary kiln for the pre-reduction stage;
1 is a block diagram of an integrated coal-based iron ore processing integrated plant according to a first embodiment with both aspects of the present invention.
【図2】 図2は前還元段階に対する直立炉を利用する第2実施態様の同様
の図である。FIG. 2 is a similar view of a second embodiment utilizing an upright furnace for the pre-reduction stage.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM ,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE, KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,L T,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX ,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE, SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,U A,UG,US,UZ,VN,YU,ZW──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE ), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE , KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZW
Claims (42)
、還元度が75%以上の直接還元された鉄生成物を形成し、 前記直接還元鉄生成物を700℃乃至1400℃の範囲の温度にて精錬所炉に
搬送し、 前記直接還元鉄生成物を前記精錬所炉内で添加酸素又は酸素/空気混合物で溶
融し、炭素、スラグ及び一酸化炭素を含有するトップガスを含む鉄溶融物を形成
し、 前記精錬所炉から前記鉄溶融部を回収し、 前記前還元炉に対する熱を少なくとも部分的に空気又は酸素を使用する精錬所
炉からの前記トップガスの燃焼により提供する方法。1. A method for treating iron oxide to produce an iron product, wherein a composite pellet formed of iron oxide and a solid carbonaceous reducing agent is treated in a pre-reduction furnace to reduce the degree of reduction to 75%. Forming the above directly reduced iron product, conveying the directly reduced iron product to a smelter furnace at a temperature in the range of 700 ° C. to 1400 ° C., and transferring the direct reduced iron product in the smelter furnace Melting with the added oxygen or oxygen / air mixture to form an iron melt containing a top gas containing carbon, slag and carbon monoxide, recovering the iron melt from the smelter furnace, the pre-reduction furnace Provided by heat of said top gas from a smelter furnace using air or oxygen at least partially.
温度が800℃乃至1100℃の範囲内である、請求項1又は2記載の方法。3. The method of claim 1 or 2, wherein the temperature at which the direct reduced iron product is conveyed to the smelter furnace is in the range of 800 ° C to 1100 ° C.
剰な再酸化を最低限にするか又は回避する、請求項1、2又は3記載の方法。4. The method of claim 1, 2 or 3, wherein the gas composition in the pre-reduction furnace minimizes or avoids excessive re-oxidation of the reduced pellets.
生する手段内で回収される、請求項前記各項記載の方法。5. The method of claim 1, wherein the off-gas from the pre-reduction furnace is recovered in a means for generating energy from the off-gas.
である、請求項5記載の方法。6. The method of claim 5, wherein said energy generating means is a waste heat boiler or a gas turbine.
の溶融のため前記原料を準備し、次に原材料が前記精錬所炉に高温状態で通され
ることを含む、請求項前記各項記載の方法。7. Conveying one or more flux raw materials to a pre-reduction furnace, preparing said raw materials for internal melting, and then passing the raw materials through the smelter furnace at an elevated temperature. The method of any of the preceding claims.
請求項前記各項記載の方法。8. The method according to claim 1, wherein the degree of reduction of the intermediate DRI product is in the range of 80 to 90%.
の周りに隔置された複数個の個所にて導入される、請求項前記各項記載の方法。9. The method according to claim 1, wherein the combustion of the top gas is performed inside a pre-reduction furnace and is introduced at a plurality of points spaced around the pre-reduction furnace.
前記各項記載の方法。10. The method of claim 1, wherein the combustion of the top gas is performed with air.
各項記載の方法。11. The method of claim 1, further comprising forming the composite pellet.
方法。12. The method according to claim 1, wherein the iron oxide is an iron ore condensate.
体廃棄物である、請求項1乃至11各項記載の方法。13. The method according to claim 1, wherein the iron oxide is a steel mill solid waste including dust-containing iron oxide.
等のバイオマス物質である、請求項前記各項記載の方法。14. The method according to claim 1, wherein the solid carbonaceous reducing agent is a biomass material such as coal or charcoal and / or wood waste.
の還元剤)である、請求項前記各項記載の方法。15. The method of any of the preceding claims, wherein the composite pellets are 20-40% w / w coal (or equivalent reducing agent).
求項15記載の方法。16. The method of claim 15, wherein said composite pellet is 25-30% w / w coal.
/wである、請求項前記各項記載の方法。17. The direct reduction intermediate having a carbon content of about 5 to 15% w.
The method of any of the preceding claims, wherein / w.
加熱されたフラックスは直接前記精錬所炉に搬送され、トップガスが2つの炉が
相互に近接している一体化設備内での加熱と燃焼のため再使用される、請求項前
記各項記載の方法。18. The directly reduced iron product and, if included, preheated flux, are conveyed directly to the smelter furnace where the top gas is integrated with the two furnaces adjacent to each other. The method according to any of the preceding claims, wherein the method is reused for heating and burning in a gasification facility.
格子を介して前記前還元炉を含むロータリー・キルンに搬送させることを含む、
請求項前記各項記載の方法。19. The method further comprising transferring the pellet green from a pelletizing plant via a transfer grid to a rotary kiln including the pre-reduction furnace.
A method according to any of the preceding claims.
囲内にある、請求項前記各項記載の方法。20. The method according to claim 1, wherein a maximum temperature in the kiln is in a range of 900 ° C. to 1400 ° C.
記載の方法。21. The method according to claim 1, wherein the iron melt is steel, semi-steel or pig iron.
Fe成分を有する、請求項前記各項記載の方法。22. The method according to any of the preceding claims, wherein the slag from the smelter furnace has less than 5% Fe component measured on FeO.
る、請求項22記載の方法。23. The method of claim 22, wherein said Fe component is less than 1.5% measured on FeO.
ックスと所要の如く酸素を使用して更に精錬する、好ましくは、近くにあるプラ
ントに搬送することを含む、請求項前記各項記載の方法。24. The method of claim 23, further comprising tapping the melt and further refining it using additional flux and oxygen as needed, preferably to a nearby plant. The method described in each section.
含む、請求項24記載の方法。25. The method of claim 24, comprising returning the slag waste of the plant to a smelter furnace.
システムに戻すことを含む、請求項24又は25記載の方法。26. The method according to claim 24, comprising returning the top gas waste of the plant to a pre-reduction furnace or a waste heat recovery system.
て、 酸化鉄と固体炭素質還元剤で形成された複合ペレットを処理して、還元度が7
5%を超えペレットに残留炭素が含まれるような直接還元鉄生成物を形成する前
還元炉と、 溶融室と、酸素又は酸素/空気混合物を前記溶融室に搬送する手段とを備えた
精錬所炉と、 700℃乃至1400℃の範囲内の温度において前記直接還元鉄生成物を前記
前還元炉から溶解室へ搬送し、精錬所炉が溶融室において添加酸素、任意には電
気エネルギーにて前記直接還元鉄生成物を溶融して、一酸化炭素:二酸化炭素の
比が容積比ベースで1.0以上となっている炭素、スラグ及びトップガスを含有
する鉄溶融物を形成する手段と、 前記溶融鉄を前記溶融室から回収する手段と、 前記精錬所炉からの熱及び前記トップガスの燃焼から少なくとも部分的に前還
元炉に対して熱を供給する手段とを含む装置。27. An integrated apparatus for treating iron oxide to produce an iron product, comprising treating a composite pellet formed of iron oxide and a solid carbonaceous reducing agent to reduce the degree of reduction to 7%.
A smelter comprising: a pre-reduction furnace for forming a directly reduced iron product in which the pellets contain residual carbon in excess of 5%; a smelter; and means for transporting oxygen or an oxygen / air mixture to the smelter. A furnace for transferring the direct reduced iron product from the pre-reduction furnace to a melting chamber at a temperature in the range of 700 ° C. to 1400 ° C., wherein a smelter furnace is provided with added oxygen, optionally electrical energy, in the melting chamber. Means for melting the direct reduced iron product to form an iron melt containing carbon, slag, and top gas having a carbon monoxide: carbon dioxide ratio of 1.0 or more on a volume ratio basis; An apparatus comprising: means for recovering molten iron from the melting chamber; and means for supplying heat to the pre-reduction furnace at least partially from heat from the smelter furnace and combustion of the top gas.
鉄生成物が精錬所炉に搬送される際の前記温度が800℃乃至1100℃の範囲
内にあるよう構成されている、請求項27記載の装置。28. The means for transporting the direct reduced iron product is configured such that the temperature at which the direct reduced iron product is transported to a smelter furnace is in the range of 800 ° C. to 1100 ° C. 28. The apparatus of claim 27, wherein
を発生する手段を含む、請求項27又は28記載の装置。29. The apparatus according to claim 27, further comprising means for generating electric or mechanical force using off-gas from the pre-reduction furnace.
請求項29記載の装置。30. The means for generating is a waste heat boiler or a gas turbine.
30. The device according to claim 29.
元炉に搬送し、原材料が内部での溶融のため準備され, 次に高温状態で精錬所炉に通す手段を含む、請求項27乃至30のいずれか一つ
に記載の装置。31. The apparatus of claim 31, further comprising means for transporting one or more raw materials for the flux to the pre-reduction furnace, wherein the raw materials are prepared for internal melting and then passed through a smelter furnace at a high temperature. 31. The device according to any one of 27 to 30.
にあるよう構成されている、請求項27乃至31のいずれか一つに記載の装置。32. The apparatus according to any one of claims 27 to 31, wherein the degree of reduction of the intermediate DRI product is configured to be in the range of 80 to 90%.
乃至32のいずれか一つに記載の装置。33. The apparatus of claim 27, further comprising means for forming said composite pellet.
33. The apparatus according to any one of claims to 32.
に隣接しており、かくして使用時は前記直接還元された鉄生成物と、含まれてい
ればその前処理されたフラックスが直接前記精錬所炉に搬送される、請求項27
乃至33のいずれか一つに記載の装置。34. The pre-reduction furnace and the smelter furnace are adjacent to each other in an integrated facility, and thus, when used, the direct reduced iron product and 28. The treated flux is conveyed directly to the smelter furnace.
34. The apparatus according to any one of claims 33.
請求項34記載の装置。35. The furnace is bridged by a link enclosure or duct.
The device according to claim 34.
ルンである、請求項27項乃至35のいずれか一つに記載の装置。36. Apparatus according to any one of claims 27 to 35, wherein the pre-reduction furnace is a rotary kiln with a grid preheater.
る、請求項27乃至36のいずれか一つに記載の装置。37. The apparatus according to any one of claims 27 to 36, wherein the smelter furnace is an EOF type side-discharge hearth furnace and a square furnace.
と、前記タッピング処理された溶融物を受け入れるべく配置された所要の様な付
加的フラックスと酸素を使用して更に精錬を行うプラントを含む、請求項27乃
至37のいずれか一つに記載の装置。38. Means for tapping the melt from the smelter furnace and further refining using any additional flux and oxygen as required arranged to receive the tapped melt. Apparatus according to any one of claims 27 to 37, comprising a plant to perform.
段を含む、請求項38記載の装置。39. The apparatus of claim 38, further comprising means for returning said other plant slag waste to said smelter furnace.
又は廃熱回収システムに戻す手段を含む、請求項38又は39記載の装置。40. Apparatus according to claim 38 or 39, further comprising means for returning top gas waste from said other plant to said pre-reduction furnace or waste heat recovery system.
は高温DRIを充填し、1乃至4.5%炭素含有量の液状金属を製造すべく精錬
し、第2段階は第1段階からのスラグが除去され、次に液状金属が精錬され、フ
ラックスの添加と酸素噴射により脱炭素処理される、請求項27乃至40のいず
れか一つに記載の装置。41. The plurality of smelter furnaces operate in a two-stage cycle, the first stage being filled with high temperature DRI and smelting to produce a liquid metal having a carbon content of 1 to 4.5%. 41. Apparatus according to any one of claims 27 to 40, wherein the two stages remove the slag from the first stage, then refine the liquid metal and decarbonize by adding flux and oxygen injection.
DRIを充填し、1乃至4.5%炭素含有量の液状金属を製造すべく精錬し、第
2段階は第1段階からのスラグが除去され、次に液状金属が精錬され、フラック
スの添加と酸素噴射により脱炭素処理される、請求項1乃至26のいずれか一つ
に記載の方法。42. The refining is carried out in a two-stage cycle, the first stage being filled with hot DRI and refining to produce a liquid metal with a carbon content of 1 to 4.5%, the second stage being a second stage. 27. The method according to any of the preceding claims, wherein the slag from one stage is removed and then the liquid metal is refined and decarbonized by adding flux and oxygen injection.
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