(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉であるシャフト炉を操作する方法であって、前記シャフト炉の上部には原材料が装填され、前記原材料は重力の影響によって前記シャフト炉内に降下し、前記原材料の一部は、前記シャフト炉内の雰囲気によって溶融製錬および／または還元され、
前記シャフト炉の下部では、少なくとも１つの下部流入開口を介して処理ガスが流入し、前記処理ガスは、前記シャフト炉内の前記雰囲気に影響を与え、
前記処理ガスの前記流入は調節され、前記調節において、操作変数である圧力ｐ１および／または体積流量
0005449149.tif 000033
は、４０秒以下の時間内で変化させられ、
前記下部流入開口から離間して配設されている少なくとも１つの追加用開口を介して、追加ガスが流入し、前記追加ガスの操作変数である圧力ｐ２および／または体積流量
0005449149.tif 000034
は、前記シャフト炉の内部空間において、前記圧力ｐ１および／または前記体積流量
0005449149.tif 000035
、および前記圧力ｐ２および／または前記体積流量
0005449149.tif 000036
が互いに加算され合うことにより、前記シャフト炉内の圧力および／または体積流量の曲線の振幅が大きくなるように、変化させられ、
前記下部流入開口と前記シャフト炉の上部流出開口との間の高さｈに対する、前記下部流入開口と前記追加用開口との間の距離ｄについて、０．５≦ｄ／ｈ≦１．０である、方法。
【請求項２】
前記シャフト炉の前記内部空間に接続されているガス状反応生成物を排出するためのシャフト炉ガスラインを介して、シャフト炉ガスが排出され、前記シャフト炉ガスの操作変数である圧力ｐ３および／または体積流量
0005449149.tif 000037
は前記シャフト炉の前記内部空間において、前記圧力ｐ１および／または前記体積流量
0005449149.tif 000038
、前記圧力ｐ３および／または前記体積流量
0005449149.tif 000039
が互いに加算され合い、前記シャフト炉内の圧力および／または体積流量の曲線の振幅が大きくなるように変化させられる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
操作変数である圧力ｐ１および／または体積流量
0005449149.tif 000040
は、２０秒以下の時間内で変化させられる、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
操作変数である圧力ｐ１および／または体積流量
0005449149.tif 000041
は、５秒以下の時間内で変化させられる、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記追加ガスの流入および／または前記シャフト炉ガスの排出は調節され、前記調節において、前記操作変数である前記圧力ｐ２および／あるいは前記体積流量
0005449149.tif 000042
、ならびに／または、前記圧力ｐ３および／あるいは前記体積流量
0005449149.tif 000043
は、４０秒以下の時間内で変化させられる請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記操作変数である前記圧力ｐ２および／あるいは前記体積流量
0005449149.tif 000044
、ならびに／または、前記圧力ｐ３および／あるいは前記体積流量
0005449149.tif 000045
は、２０秒以下の時間内で変化させられる請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記操作変数である前記圧力ｐ２および／あるいは前記体積流量
0005449149.tif 000046
、ならびに／または、前記圧力ｐ３および／あるいは前記体積流量
0005449149.tif 000047
は、５秒以下の時間内で変化させられる請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記下部流入開口と前記シャフト炉の上部流出開口との間の高さｈに対する、前記下部流入開口と前記追加用開口との間の距離ｄについて、０．７５≦ｄ／ｈ≦１．０である請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
前記処理ガス、および／または、前記追加ガス、および／または、前記シャフト炉ガスの前記調節は、周期的に行われ、周期をＴとすると、４０秒≧Ｔ≧６０ミリ秒である請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記圧力ｐ１および／もしくはｐ２および／もしくはｐ３、ならびに／または、前記体積流量
0005449149.tif 000048
および／もしくは
0005449149.tif 000049
および／もしくは
0005449149.tif 000050
は、前記シャフト炉内で、位相差φが−π／２≦φ≦π／２で変化させられる請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記処理ガス、および／または、前記追加ガス、および／または、前記シャフト炉ガスの前記調節はパルス状に行われ、パルスのパルス幅σは、５秒≧σ≧１ミリ秒である請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
前記追加ガスは、前記シャフト炉の上端において排出されるシャフト炉ガスおよび／または処理ガスを含む請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記圧力ｐ１および／もしくはｐ２および／もしくはｐ３、ならびに／または、前記体積流量
0005449149.tif 000051
および／もしくは
0005449149.tif 000052
および／もしくは
0005449149.tif 000053
の振幅は、平均値に対して、１０％から１０００％に達する請求項２に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの追加用開口は、２以上の追加用開口であり、
２つ以上の前記追加用開口は、前記シャフト炉の異なる高さに配置されている、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
２つ以上の前記追加用開口は、等間隔に配置されている、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
高炉であるシャフト炉であって、
前記シャフト炉の上部に原材料を装填するデバイスと、
前記シャフト炉内の雰囲気によって、前記原材料の一部分を溶融製錬および／または還元するべく、前記シャフト炉の下部に処理ガスを流入させる少なくとも１つの下部流入開口と、
前記処理ガスの操作変数である圧力ｐ１および／または体積流量
0005449149.tif 000054
を、４０秒以下の時間内で、変化させるように構成されている制御デバイスと
を備え、
前記下部流入開口から離間させて、追加ガスを流入させるべく、少なくとも１つの追加用開口が設けられており、前記追加ガスの操作変数である圧力ｐ２および／または体積流量
0005449149.tif 000055
を、前記シャフト炉の内部空間において前記圧力ｐ１および／または前記体積流量
0005449149.tif 000056
、および前記圧力ｐ２および／または前記体積流量
0005449149.tif 000057
が互いに加算され合うことにより、前記シャフト炉内の圧力および／または体積流量の曲線の振幅が大きくなるように、変化させるべく構成されている追加制御デバイスが設けられており、
シャフト炉ガスのようなガス状反応生成物を排出するべく前記シャフト炉の前記内部空間に接続されているシャフト炉ガスラインが設けられており、
前記下部流入開口と前記シャフト炉の上部流出開口との間の高さｈに対する、前記下部流入開口と前記追加用開口との間の距離ｄについて、０．５≦ｄ／ｈ≦１．０である、シャフト炉。
【請求項１７】
前記下部流入開口と前記シャフト炉の上部流出開口との間の高さｈに対する、前記下部流入開口と前記追加用開口との間の離間距離ｄについて、０．７５≦ｄ／ｈ≦１．０である請求項１６に記載のシャフト炉。
【請求項１８】
前記シャフト炉の上部流出開口は、シャフト炉ガスを戻すべく、前記シャフト炉ガスラインを介して、前記追加用開口と接続されている請求項１６または請求項１７に記載のシャフト炉。
【請求項１９】
前記シャフト炉の前記内部空間に浸漬されており、前記シャフト炉の予め定められた高さにおいて前記追加用開口を形成する浸漬パイプが設けられている請求項１６から請求項１８のうちいずれか一項に記載のシャフト炉。
【請求項２０】
前記シャフト炉ガスの操作変数である圧力ｐ３および／または体積流量
0005449149.tif 000058
を、前記シャフト炉の前記内部空間において前記圧力ｐ１および／または前記体積流量
0005449149.tif 000059
が大きくなるように、変化させるべく構成されているシャフト炉制御デバイスが設けられており、
ガス状反応生成物を排出するべく前記シャフト炉の前記内部空間に接続されているシャフト炉ガスラインを介して、シャフト炉ガスが排出され、前記シャフト炉ガスの操作変数である圧力ｐ３および／または体積流量
0005449149.tif 000060
は、前記シャフト炉の前記内部空間において、前記圧力ｐ１および／または前記体積流量
0005449149.tif 000061
、および前記圧力ｐ３および／または前記体積流量
0005449149.tif 000062
が互いに加算され合い、前記シャフト炉内の圧力および／または体積流量の曲線の振幅が大きくなるように、変化させられる、請求項１６から請求項１９のいずれか一項に記載のシャフト炉。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの追加用開口は、２以上の追加用開口であり、
２つ以上の前記追加用開口は、前記シャフト炉の異なる高さに配置されている、請求項１６から請求項２０のいずれか一項に記載のシャフト炉。
【請求項２２】
２つ以上の前記追加用開口は、等間隔に配置されている、請求項２１に記載のシャフト炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフト炉およびシャフト炉を操作する方法に関する。シャフト炉は、例えば、高炉、キューポラ、ＩＳＦ（Ｉｍｐｅｒｉａｌ  Ｓｍｅｌｔｅｒ  Ｆｕｒｎａｃｅ）または廃棄物焼却炉として利用され得る。
【背景技術】
【０００２】
溶融鉄の製造において、高炉として構成されるシャフト炉は、主要部に利用されるものの主流となっている。その他の方法のシェアは約５％に過ぎない。このようなシャフト炉は、対向流の原理に基づいて動作し得る。高炉装入物およびコークス等の原材料は、炉上部のシャフト炉の上部領域に装填されて、シャフト炉の底部へと落ちる。炉の下部領域（ブロー成形が行われているレベル）では、処理ガス（いわゆる噴射空気で、量は、炉の大きさに応じて変化するが、８００−１１００ｍ３／ｔＲＥ）がブロー成形鋳型を介して炉内に吹き込まれている。当該プロセスでは、熱風がコークスと反応して、その結果、一酸化炭素を始めとしたさまざまな物質が生成される。尚、この熱風は、事前に予熱器で約摂氏１０００度から１３００度の範囲内まで加熱される空気であることが多い。一酸化炭素は、炉内を上昇して、酸化鉄および高炉装入物に含まれるその他の鉄化合物を還元する。
【０００３】
これに加えて、例えば１００−２００ｋｇ／ｔＲＥの代替還元剤（炭塵、油、天然ガスまたはプラスチック）もまた、炉内に吹き込まれることが多い。このようにすることで、還元ガスの生成を促進する。
【０００４】
鉄鉱石の還元に加えて、シャフト炉内で発生する化学的プロセスによって生成される熱を用いて、原材料の溶融が実行される。しかし、シャフト炉の断面におけるガス分布は、不規則である。例えば、シャフト炉の中心では、いわゆる「炉芯（ｄｅａｄ  ｍａｎ）」が形成される一方、ガス化（コークスまたは代替還元剤と酸素との反応で、一酸化炭素および二酸化炭素が形成される）等の関連するプロセスが、いわゆる流動ゾーンで発生するのみである。流動ゾーンとは、ブロー成形鋳型の前方の領域であり、つまり炉の断面について見ると、辺縁領域に位置しているに過ぎない。流動ゾーンは、炉中心に向かって、深さが約１ｍで、体積は約１．５ｍ３である。通常、ブロー成形レベルでは複数のブロー成形鋳型が円周方向に配列されており、各ブロー成形鋳型の前に形成される流動ゾーンが、その左右に形成される流動ゾーンと重複するか、または、近接して位置決めされており、このため、アクティブ領域は略円状の領域として提供される。いわゆる「配気路（ｒａｃｅｗａｙ）」または流動ゾーンは、シャフト炉の動作中に形成される。
【０００５】
さらに、熱風には通常、上述したプロセス（流動ゾーンでのガス化、鉄鉱石の還元）を強化するべく酸素を混ぜてもよく、こうすることによって、シャフト炉の性能が向上する。尚、例えば、供給される前に熱風に酸素を混ぜるとしてよく、または、純酸素を別に供給するとしてもよい。別個に供給する場合には、いわゆるランス、つまり、例えばブロー成形鋳型の内部を延伸するパイプを設ける必要がある。ランス自体は、パイプ状の部品であって、炉のブロー成形鋳型内で終結する。低いコークス比で動作する現在の高炉では、熱風には高い割合で酸素を適切に混合することがより好ましい。一方、酸素を追加すると生産コストが上昇するので、現在のシャフト炉の効率は、単純に酸素濃度を今まで以上に高くすることによって、向上させるというわけにはいかない。
【０００６】
また、現在のシャフト炉の効率は、シャフト炉内のいわゆる貫通ガス化と相関関係があることが知られている。これは一般的に、流動ゾーンでのガス化、鉄鉱石の還元、および通常はシャフト炉内に広がる気相の通風が、ブロー成形レベルから、いわゆる高炉ガスが排気される上部までの間で、どの程度良好かを意味する。例えば、貫通ガス化が良好になると、炉内出の圧力の損失が最小限に抑えられる。
【０００７】
国際公開第２００７／０５４３０８  Ａ２号によると、適切に構成されたシャフト炉を、高炉の下部領域に導入される処理ガスを短い時間間隔でパルス状に与えて、操作することが知られている。処理ガスの圧力および／または体積流量は、４０秒未満の時間で変更される。この結果、シャフト炉の貫通ガス化、および、ひいてはシャフト炉の効率が改善される。さらに、ブロー成形レベルの部分ごとに周辺条件を変えることを目的として、導入前に、処理ガスを、圧力を異なる値に設定して、ブロー成形レベルに配列されているさまざまなブロー成形鋳型へと分岐させることができる。
【０００８】
しかし、シャフト炉の効率をさらに向上させることは常に必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、効率が改善されたシャフト炉および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によると、上記の目的は、請求項1に記載の特徴を持つ方法および請求項9に記載の特徴を持つシャフト炉によって実現される。本発明の有益な構成は、従属項に記載する。
【００１１】
本発明に係るシャフト炉を操作する方法によると、シャフト炉の上部には原材料が装填され、原材料は重力の影響によってシャフト炉内に降下する。原材料の一部は、シャフト炉内の雰囲気によって溶融製錬および／または少なくとも部分的に還元される。シャフト炉の下部では、少なくとも１つの下部流入開口を介して処理ガスが導入され、処理ガスは、少なくとも部分的にシャフト炉内の雰囲気に影響を与える。下部への処理ガスの導入は動的に調節され、調節において、操作変数である圧力ｐ１および／または体積流量
0005449149.tif 000002
は、少なくとも一時的に、４０秒以下、より好ましくは２０秒以下、好ましくは５秒以下、特に好ましくは１秒以下の時間内で変化させられる。本発明によると、下部流入開口から離間して配設されている少なくとも１つの追加用開口を介して、追加ガスが導入され、追加ガスの操作変数である圧力ｐ２および／または体積流量
0005449149.tif 000003
は少なくとも一時的に、および／または、シャフト炉の内部空間に接続されているガス状反応生成物を排出するためのシャフト炉ガスラインを介して、シャフト炉ガスが排出され、シャフト炉ガスの操作変数である圧力ｐ３および／または体積流量
0005449149.tif 000004
は少なくとも一時的に、変化させられる。本発明によると、追加ガスおよび／または高炉ガスの操作変数は、シャフト炉の内部空間において、圧力ｐ１および／または体積流量
0005449149.tif 000005
が少なくとも部分的に大きくなるように、変化させられる。例えば、圧力ｐ１およびｐ２ならびに／または体積流量
0005449149.tif 000006
および
0005449149.tif 000007
は、シャフト炉内の少なくとも部分的に、互いに加算され合う。圧力ｐ１およびｐ２の圧力曲線ならびに／または体積流量
0005449149.tif 000008
および
0005449149.tif 000009
の体積流量曲線のうち、平均値および／または基本値より大きい成分が互いに加算され合うのが、より好ましい。したがって、例えばシャフト炉ガスラインが少なくとも部分的に閉じられると、排出されるべき体積流量
0005449149.tif 000010
の一部、または、高炉ガスによって加えられる圧力ｐ３の一部が、シャフト炉の内部空間の圧力ｐ１および／または体積流量
0005449149.tif 000011
に加算され得る。
【００１２】
シャフト炉の一部の領域において圧力および／または体積流量を追加で変化させて、圧力および／または体積流量をさらに大きくさせることによって、シャフト炉の効率が改善されることが示されている。処理ガスの滞留時間が長くなると、シャフト炉の効率が改善されると仮定される。このため、圧力および／または体積流量の追加が、時間間隔を大きくして、短時間でのみ行われたとしても、効率が改善され得る。追加ガスの導入および／またはシャフト炉ガスの排出は動的に調節されることが好ましく、調節において、操作変数である圧力ｐ２および／あるいは体積流量
0005449149.tif 000012
、または、圧力ｐ３および／あるいは体積流量
0005449149.tif 000013
は、４０秒以下、より好ましくは２０秒以下、好ましくは５秒以下、特に好ましくは１秒以下の時間内で少なくとも一時的に変化させられる。この結果、圧力および／または体積流量の増加が、非常に頻繁に、短い時間間隔で実行され、シャフト炉の効率が非常に大きく改善され得る。
【００１３】
優先的には、圧力ｐ１および／もしくはｐ２および／もしくはｐ３、ならびに／または、体積流量
0005449149.tif 000014
および／もしくは
0005449149.tif 000015
および／もしくは
0005449149.tif 000016
の振幅は、平均値に対して、１０％から１０００％、より好ましくは１０％から４００％、優先的には１０％から２００％、特に好ましくは１０％から１００％に達する。圧力および／または体積流量の曲線の振幅がこのように変化することは、種類毎の最大許容値を超えることなく、シャフト炉の効率を大幅に改善する上で十分である。
【００１４】
特に好ましいのは、圧力ｐ１および／もしくはｐ２および／もしくはｐ３、ならびに／または、体積流量
0005449149.tif 000017
および／もしくは
0005449149.tif 000018
および／もしくは
0005449149.tif 000019
は、シャフト炉内で、位相差φが−π／２≦φ≦π／２、より好ましくは−π／４≦φ≦π／４、および優先的にはφ＝０±π／９０である重畳された振動が得られるように、変化させられることである。ここで、この位相関係における流入ガスの速度は特に考慮に入れられ、シャフト炉内のガスの平均滞留時間（通常は、３秒から２０秒）は実験によって、シャフト炉の内部空間において所望の位相差が得られるように決定される。結果として、圧力および／または体積流量の曲線の振幅の増加は非常に大きくなり、操作量の変動が互いに打ち消される事態は避けられる。
【００１５】
優先的には、処理ガス、および／または、追加ガス、および／または、シャフト炉ガスの調節は、擬似的に周期的に行われ、より好ましくは周期的に行われ、優先的には調和的に行われ、周期をＴとすると、４０秒≧Ｔ≧６０ミリ秒で、より好ましくは２０秒≧Ｔ≧１００ミリ秒で、優先的には１０秒≧Ｔ≧０．５秒で、特に好ましくは５秒≧Ｔ≧０．７秒である。これは、単純な正弦波変調Ｆ（ｔ）＝ｆ０＋Δｆｓｉｎ（２πｔ／Ｔ＋φ）によって行われるとしてよい。これによって、圧力および／または体積流量の振動の生成および重畳が容易になる。
【００１６】
さらに、処理ガス、および／または、追加ガス、および／または、シャフト炉ガスの調節はパルス状に行われるのがより好ましく、パルスのパルス幅σは、５秒≧σ≧１ミリ秒で、より好ましくは０．７秒≧σ≧２５ミリ秒で、好ましくは０．１秒≧σ≧３０ミリ秒で、特に好ましくは５５ミリ秒≧σ≧３５ミリ秒である。このような変調は、例えば、関数ｆ（ｔ）＝ｆ０＋Σｉδ（ｔ−ｔｉ）によって特徴付けられる。尚、δ（ｔ）は一般的にパルスを表し、つまり、略一定のバックグラウンドに対してパルスピークが繰り返し発生する。パルス自体は、矩形パルス、三角パルス、ガウスパルス（処理された数学的なδパルス）または同様のパルス形状を持ち、パルス幅δが重要であることがより好ましい。パルス幅は、パルス高の半分である。好ましい方法の構成によると、周期的なパルス印加は、パルス幅δと周期Ｔとの比が、１０−４≦δ／Ｔ≦０．５、好ましくは１０−３≦δ／Ｔ≦０．２、より好ましくは１０−２≦δ／Ｔ≦０．１である。このため圧力および／または体積流量は非常に急峻に変化するので、わずかに混ぜ合わせただけでも流れが形成され得るような（擬似的に）静止している流れが得られることが避けられる。また、短い反応時間で、シャフト炉内で実行されるプロセスに影響を与えることができる。
【００１７】
好ましい実施形態によると、圧力および／または体積流量のピークは、時間だけでなく空間に関しても、増加する。優先的には、下部流入開口と上部流出開口との間の高さｈに対する、下部流入開口と追加用開口との間の距離ｄについて、０．１≦ｄ／ｈ≦１．０、より好ましくは０．２５≦ｄ／ｈ≦１．０、優先的には０．５≦ｄ／ｈ≦１．０、特に好ましくは０．７５≦ｄ／ｈ≦１．０、さらに好ましくは０．９≦ｄ／ｈ≦１．０である。下部流入開口と追加用開口との間の離間距離を比較的小さく設定しても、シャフト炉の効率は測定可能なレベルで改善される。しかし、離間距離を大きくすると、圧力損失がシャフト炉の高さによってより良好に相殺されて、最大許容圧力値を超えることがないので、効率はより大幅に改善される。特に、複数、つまり、２つ以上の追加用開口をシャフト炉の異なる高さに配設するとしてよく、これらの開口同士の間の高さの離間距離をそれぞれ同じとするとしてよい。シャフト炉の高さにわたって開口を等間隔で配置することによって、圧力および／または体積流量の振動の重畳を非常に容易にすることができ、発生する圧力損失は相殺される。
【００１８】
好ましい実施形態によると、シャフト炉の内部空間に浸漬されており、且つ、シャフト炉の所定の高さにおいて追加用開口を形成する浸漬ラインが設けられる。このような構成によって、外側からと共に内側からも、ガスを吹き込むことが可能となり、ガスの圧力および／または体積流量の変化が重畳され得る。
【００１９】
追加ガスは処理ガスを含み、および／または、より好ましくは、シャフト炉の上端において排出されるシャフト炉ガスを含むとしてよい。このため、シャフト炉の上部流出開口は、シャフト炉ガスを戻すべく、シャフト炉ガスラインを介して追加用開口に接続されていることがより好ましい。また、シャフト炉の上部における還元はさらに、供給される処理ガスによって改善され得る。特に、シャフト炉の内部空間における雰囲気条件は、シャフト炉ガスおよび／または処理ガスの量を適切に選択することによって、個別に変更され得る。このため、操作ミスが発生した場合には、変化する周辺条件に合わせて、当該雰囲気条件を最適化すると共に適合させる。
【００２０】
本発明はさらに、シャフト炉に関し、特に、高炉、キューポラ、ＩＳＦ、または廃棄物焼却炉に関する。当該シャフト炉は、高炉の上部に原材料を装填するデバイスと、シャフト炉内の雰囲気によって、原材料の一部分を溶融製錬および／または少なくとも部分的に還元するべく、シャフト炉の下部に処理ガスを流入させる少なくとも１つの下部流入開口とを備える。さらに、処理ガスの操作変数である圧力ｐ１および／または体積流量
0005449149.tif 000020
を、４０秒以下、より好ましくは２０秒以下、好ましくは５秒以下、特に好ましくは１秒以下の時間内で、変化させるように構成されている制御デバイスを備える。本発明によると、下部流入開口から離間させて、追加ガスを流入させるべく、少なくとも１つの追加用開口が設けられており、追加ガスの操作変数である圧力ｐ２および／または体積流量
0005449149.tif 000021
を少なくとも一時的に、変化させるべく構成されている追加制御デバイスが設けられており、および／または、ガス状反応生成物を排出するべくシャフト炉の内部空間に接続されているシャフト炉ガスラインが設けられており、シャフト炉ガスの操作変数である圧力ｐ３および／または体積流量
0005449149.tif 000022
を少なくとも一時的に変化させるべく構成されているシャフト炉制御デバイスが設けられている。本発明によると、追加ガスおよび／またはシャフト炉ガスの操作変数は、シャフト炉の内部空間において圧力ｐ１および／または体積流量
0005449149.tif 000023
が少なくとも部分的に大きくなるように、変化させられる。当該シャフト炉は、上述した方法と共に利用されることがより好ましい。当該シャフト炉は、優先的には、上記の方法を用いて前述したように、具現化および開発される。
【００２１】
制御デバイスを用いることによって、シャフト炉の内部空間の圧力および／または体積流量が、少なくとも部分的に、互いに加算され合うように、シャフト炉の内部空間に流入させたガスの圧力および／または体積流量の変化が互いに重畳されるので、シャフト炉の効率が改善される。圧力および／または体積流量のピークのために、処理ガスの動きはジグザク状の動きの拡大成分を含むと仮定される。このため、貫通ガス化が改善される。この結果、処理ガスによる反応をより完全に発生させることができるので、より少ない処理ガスで、より多くの材料を溶融製錬および／または還元することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
以下では、好ましい実施形態例を用いて、より詳細に本発明を説明する。図面は以下の通りである。
【００２３】
【図１】本発明に係るシャフト炉を概略的に示す側面図である。
【００２４】
【図２】本発明の別の実施形態に係るシャフト炉を概略的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１に示すシャフト炉１０は、略管状のシャフト炉本体１２を備える。シャフト炉本体１２はおおまかに、上部１４と、中央部１６と、下部１８とに分けられる。下部１８に続いて、汚水槽２０が設けられている。汚水槽２０は、蓋部２２を介して上部１４に加えられた材料を溶融状態で、収容すると共に排液路２４を介して排出する。
【００２６】
供給ライン２６を通る処理ガスが、途中に接続されている下部環状ライン２８を介して、下部ノズル３０に向けて与えられる。ノズル３０は、動的に調節される処理ガスを、下部流入開口３２を介してシャフト反応器１０の内部空間３４に導入する。流入開口３２の近傍には、「配気路」または流動ゾーンとして説明された反応ゾーンが形成されており、「炉芯」３６として説明された、下部領域における低反応性のゾーンを取り囲んでいる。供給ライン２６と流入開口３２との間には、制御デバイス３８が接続されている。制御デバイス３８は、操作変数である、所定時間内の処理ガスの圧力ｐ１および／または体積流量
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を変化させるように構成されている。尚、所定時間は、４０秒以下であり、より好ましくは２０秒以下であり、好ましくは５秒以下であり、特に１秒以下であるのが好ましい。制御デバイス３８は、特に高速動作ベローズと同等の機能を持つとしてよい。
【００２７】
下部１８への処理ガスの流入と同様に、追加ガスを中央部１６および／または上部１４に供給するとしてよい。追加ガスの供給の目的は、操作変数である圧力ｐ２および／または体積流量
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を変化させることによって、シャフト炉１０の内部空間３４の少なくとも部分的に、圧力ｐ１およびｐ２ならびに／または体積流量
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および
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を高くすることにある。圧力および／または体積流量のピーク値が実現可能であれば、炉芯３６を間違いなく還元することができる結果、シャフト炉１０の効率が改善される。
【００２８】
図示した実施形態例によると、追加ガスは、追加用開口４２によって動的に調節されて、シャフト炉１０の内部空間３４に流入する。図示した実施形態例によると、追加用開口４２と下部流入開口３２との間の距離ｄは、蓋部２２によって閉鎖され得るシャフト炉１０の上部流出開口４４と、下部流入開口３２との間の間隔ｈの約８０％になる。シャフト炉本体１２は特に、対称軸４６に対して略回転対称に構成されるとしてよい。
【００２９】
図示した実施形態例によると、上部ノズル４２は、上部環状ライン４８を介して供給ライン２６と接続されており、追加ガスとして、処理ガスを利用できるように、または、少なくとも処理ガスを混合できるように構成されている。また、上部流出開口４４の領域に終端が位置しているシャフト炉ガスライン５０を介して、シャフト炉ガスを追加ガスに少なくとも混合することができる。供給ライン２６と、シャフト炉ガスライン５０と、追加用開口４２との間に、追加制御デバイス５２が設けられている。追加制御デバイス５２は、シャフト炉１０の内部空間３４において、圧力ｐ１およびｐ２ならびに／または体積流量
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および
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が少なくとも部分的に、互いに加算され合うように、操作変数である、追加ガスの圧力ｐ２および／または体積流量
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を、少なくとも一時的に変化させるように構成されている。さらに、同図には図示していないが、例えば、下部１８からシャフト炉本体１２を通って上部１４への流入するバイパス流量を阻止するべく、逆止め弁を設けるとしてもよい。
【００３０】
図２に示すシャフト炉１０では、図１に示すシャフト炉１０とは対照的に、追加ガスを利用するのではなくシャフト炉ガスを利用することによって、圧力および／または体積流量の変化を重畳させる。このため、少なくとも１つのシャフト炉ガスライン５０は、図示されている実施形態例では排出すべき体積流量を複数に分割するべく複数設けられているが、それぞれが１つのシャフト炉制御デバイス５４を備えている。このようにして、シャフト炉１０の内部空間３４において圧力ｐ１および／または体積流量
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が少なくとも部分的に大きくなるように、少なくとも一時的に、操作変数である、シャフト炉ガスライン５０内、または、シャフト炉ガスライン５０の直前における圧力ｐ３および／または体積流量
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を変化させる。この目的を実現するべく、シャフト炉制御デバイスは、例えば、スロットルバルブを用いて、静圧を高くするべくシャフト炉ガスライン５０を少なくとも部分的に短時間閉じるとしてよい。このように高くなる静圧は、その後、全圧が許容可能なレベルを超える前にシャフト炉ガスライン５０を開くことによって、低減され得る。
【００３１】
図示した実施形態例によると、シャフト炉ガスは、上方で、つまり、シャフト炉本体１２の上部流出開口４４の上方でシャフト炉ガスライン５０へと、排出される。このため、フード５８が、上方領域５６において、シャフト炉ガスライン５０が接続されているシャフト炉本体１２と接続されている。フード５８はさらに、装填デバイス６０を備える。装填デバイス６０は、蓋部２２によって閉じることができ、原材料をシャフト炉１０の内部空間３４へと供給して、シャフト炉１０の内部空間３４へと降下させるべく利用される。ノズル３０を介して供給される処理ガスによって、略環状に「配気路」として形成されている反応ゾーン６２が、炉芯３６の周囲を取り囲むように、得られる。
【００３２】
図１および図２に示した特に好ましい実施形態を組み合わせて、供給される追加ガスおよび排出されるシャフト炉ガスを共に、圧力および／または体積流量の振動を重畳することによって、少なくとも一時的に、シャフト炉の内部空間３４における圧力および／または体積流量を少なくとも部分的に高くするべく、動的に調節する。また、既に調節したシャフト炉ガスを追加ガスに与えて、さらに圧力および／または体積流量のピークを実現するべく、共振のように蓄積され得る、さらに重畳された振動を得る。
【図１】
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【図２】
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