(57)【要約】底部と、側壁と、稼働中に容器の内側に酸素含有ガスを供給するための少なくとも２個のランスのランス機構とを含んでなり、各ランスが酸素含有ガスを放射するための末端部分を含んでなる、鉄および鋼製造用の冶金容器であって、稼働中に実質的に下向きの後燃焼ガスの流れを容器の側壁で、実質的に上向きの後燃焼ガスの流れを容器の中央で達成するようにランス機構を配置することを特徴とする冶金容器。
2005537388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部と、側壁と、稼働中に容器の内側に酸素含有ガスを供給するための少なくとも２個のランスのランス機構とを含んでなり、各ランスが酸素含有ガスを放射するための末端部分を含んでなる、鉄および鋼製造用の冶金容器であって、稼働中に実質的に下向きの後燃焼ガスの流れを前記容器の前記側壁で、実質的に上向きの後燃焼ガスの流れを前記容器の中央で達成するように前記ランス機構が配置される、冶金容器。
【請求項２】
前記ランスの少なくとも一個が、その末端部分から酸素含有ガスの複数のジェットを放射する手段を備えている、請求項１に記載の冶金容器。
【請求項３】
前記ランスの少なくとも一個が、前記冶金容器の屋根部分を通って突き出ている、請求項１または２に記載の冶金容器。
【請求項４】
前記少なくとも一個のランスが、酸素含有ガスを前記冶金容器の中央軸に向けるように配置される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の冶金容器。
【請求項５】
前記ランスの少なくとも一個が、垂直から傾斜し、その末端部分が前記冶金容器の前記中央軸に向かって傾斜する、請求項４に記載の冶金容器。
【請求項６】
前記ランスの末端部分が、前記酸素含有ガスを前記冶金容器の前記中央軸に向けて、前記ランスの傾斜角度よりも大きな垂直からの角度で向けるように配置される、請求項５に記載の冶金容器。
【請求項７】
前記ランスの前記末端部分が、すべて前記側壁から等間隔に配置される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の冶金容器。
【請求項８】
前記冶金容器が３個以上のランスを含んでなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の冶金容器。
【請求項９】
材料を前記容器に加えるための少なくとも一個の供給シュートが、ランスから短距離に配置される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の冶金容器。
【請求項１０】
複数の供給シュートが、前記冶金容器の屋根部分を通して突き出ている、請求項９に記載の冶金容器。
【請求項１１】
各ランスが対応する供給シュートを有する、請求項９に記載の冶金容器。
【請求項１２】
各供給シュートが、前記ランスと前記冶金容器の前記側壁との間に半径方向で配置される、請求項１１に記載の冶金容器。
【請求項１３】
前記側壁が、溶融金属浴およびスラグ層を収容する下側部分と、スラグ層を収容する上側部分とを含んでなり、前記少なくとも２個の、酸素含有ガスを前記容器の前記上側部分に供給するためのランスが前記容器の前記上側部分の中に突き出し、ガスおよび／または液体および／または固体および／またはプラズマを前記容器の前記下側部分にある前記スラグ層中に供給するための複数の羽口が前記容器の前記下側部分の周辺部に配置されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の冶金容器。
【請求項１４】
前記容器の前記下側部分の直径が、前記上側部分の直径よりも小さい、請求項１３に記載の冶金容器。
【請求項１５】
前記羽口がオキシ−フュールバーナーを含んでなる、請求項１３または１４に記載の冶金容器。
【請求項１６】
前記冶金容器の上方に、前記冶金容器と開放接続して配置された融解サイクロンを含んでなる、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の冶金容器。
【請求項１７】
前記ランスが、前記融解サイクロンから前記冶金容器に向かって下方に通過する溶融材料との接触を避けるように配置される、請求項１６に記載の冶金容器。
【請求項１８】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の冶金容器を使用して酸化鉄を鉄に還元する方法であって、酸化鉄を前記容器に供給する工程、および炭素質材料を前記容器に供給し、かつ前記ランスを経由して酸素含有ガスを前記酸化鉄に供給することにより、前記酸化鉄を還元する工程を含んでなる、方法。
【請求項１９】
請求項１３〜１７のいずれか一項に記載の冶金容器を使用して酸化鉄を鉄に還元する方法であって、酸化鉄を前記容器に供給する工程、前記ランスを経由して酸素含有ガスを前記冶金容器の前記上側部分に供給する工程、炭素質材料を前記酸化鉄に供給する工程、およびガスおよび／または液体および／または固体および／またはプラズマを、複数の羽口を経由して前記容器の前記下側部分にある前記スラグ層の中に供給する工程を含んでなる、方法。
【請求項２０】
前記羽口が酸素含有ガスを前記下側スラグ層の中に供給する、請求項１９に記載の酸化鉄を還元する方法。
【請求項２１】
酸化鉄または予備還元された酸化鉄を冶金容器の中に搬送する工程、
稼働中に実質的に下向きの後燃焼ガスの流れを前記容器の側壁で、実質的に上向きの後燃焼ガスの流れを前記容器の中央で達成するように配置された少なくとも２個のランスのランス機構を経由して前記冶金容器に酸素含有ガスを供給する工程、
炭素質材料を前記容器に供給する工程
を含んでなる、製鉄方法。
【請求項２２】
酸化鉄含有材料を融解サイクロン中に搬送する工程、
前記冶金容器から発生する還元性後燃焼ガスを使用して前記酸化鉄含有材料を予備還元する工程、
前記融解サイクロンに酸素含有ガスを供給し、かつ前記還元性後燃焼ガス中でさらなる後燃焼を行うことにより、前記融解サイクロン中で前記酸化鉄含有材料を少なくとも部分的に融解させる工程、
前記予備還元され、少なくとも部分的に融解した酸化鉄含有材料を、前記融解サイクロンから、最終的な還元が行われる前記冶金容器の中に下向きに通過させる工程、および
スラグ層中で、ランスを経由して前記冶金容器に酸素含有ガスを供給し、前記冶金容器に石炭を供給し、それによって還元性ガスを形成し、前記冶金容器中で、そこに供給された前記酸素含有ガスを使用して、前記還元性ガス中で少なくとも部分的な後燃焼を行うことにより、前記冶金容器における前記最終的な還元を行う工程
を含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
ガスおよび／または液体および／または固体および／またはプラズマを前記容器の下側部分にあるスラグ層の中に供給する工程
を含んでなる、請求項２１または２２に記載の製鉄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、底部と、側壁と、および稼働中に容器の内側に酸素含有ガスを供給するための少なくとも２個のランスのランス機構とを含んでなり、各ランスが酸素含有ガスを放射するための末端部分を含んでなる、鉄および鋼製造用の冶金容器であって容器に関する。本発明は、鉄の製造方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の目的は、大規模で、高い生産効率で、容器の屋根部分に配置された装置の目詰まりを少なくして使用できる冶金容器を提供することである。
【０００３】
本発明は、先行技術を改良し、稼働中に実質的に下向きの後燃焼ガスの流れを容器の側壁で、実質的に上向きの後燃焼ガスの流れを容器の中央で達成するように、ランス機構を配置する。
【０００４】
後燃焼ガスとの用語は、冶金容器中における反応の際に形成され、続いて少なくとも部分的に後燃焼されるガスを意味する。容器の中央との用語は、容器の、容器の中央軸を取り囲んで、包含する中央支柱区域を意味する。冶金容器が直立している場合、中央軸は、容器の中心を通って実質的に垂直に伸びてなる。
【０００５】
本発明は、容器本体中で非常に好ましいガス流を造り出すことにより、大直径の容器に効果的に使用することができる。このガス流により、壁上の熱負荷が軽減され、複数のランスが良好な酸素含有ガスの良好な配分を確保し、従って熱が容器の全域に良く配分され、それによって生産効率が増加する。本発明により、容器の屋根部分に配置される、高価で、交換または修理が困難な、例えばポート、シール、センサーおよび測定装置の目詰まりや損傷の問題も軽減される。この目詰まりの問題は、容器の屋根部分に向けられる後燃焼ガスの上向きの流れの中に粒子状物質が混入する時に生じる。本発明のランス配置は、実質的に下向きの後燃焼ガスの流れを容器の側壁で造り出し、実質的に上向きの流れは容器の中央で起こる。従って、上向きの流れの中に取り込まれた粒子状物質はすべて、容器の中央を上に通過するので、屋根を通って突き出た装置、ポート、シールまたはセンサーのいずれとも接触する機会は少ない。溶融金属を金属酸化物から直接製造する方法の例としては、融解反応用エネルギーの主要供給源としての電気炉の使用、Romelt製法、DIOS製法、AISI製法、Hismelt製法およびサイクロン転炉の使用がある。
【０００６】
ＥＰ０７３５１４６は、予備還元された鉄鉱石が最終還元を受ける転炉型の冶金容器を開示している。この冶金容器の底部は鉄浴を含み、壁または側壁が底部から上向きに伸び、スラグ層を取り囲んでいる。屋根部分は側壁の最上部から容器の内側の上に伸び、融解サイクロンと接続している。複数のランスが冶金容器の壁を通して突き出ており、容器の内側に酸素を供給する。これらのランスは、中央ランスを使用する時と同じ効果を達成するために、できるだけ垂直に向けられることが規定されている。
【発明の具体的説明】
【０００７】
上記のように、本発明は、先行技術を改良し、稼働中に実質的に下向きの後燃焼ガスの流れを容器の側壁で、実質的に上向きの後燃焼ガスの流れを容器の中央で達成するようにランス機構を配置する。稼働中に達成される容器の側壁における実質的に下向きの後燃焼ガスの流れ、および容器の中央における実質的に上向きの後燃焼ガスの流れは、例えば容器の側壁および屋根部分における１平方メートルあたりの熱損失を計算し、監視することにより、当業者は直接、問題なく確認することができる。
【０００８】
冶金容器の側壁および屋根部分は、金属製の側板またはチューブを含んでなり、その中に、容器および／または高温に耐えられる耐火性材料を冷却する目的で、水を流す。冶金容器の側壁および屋根部分には、通常、温度センサーを取り付ける。
【０００９】
温度センサーは、冷却水の温度を測定する熱電対、または容器の側壁および屋根部分の高さおよび周辺部に沿った様々な部分における耐火壁の温度を測定する熱電対でよい。冷却水温度測定を冷却水流量測定と組み合わせる場合、当業者は、容器の側壁および屋根部分の高さおよび周辺部に沿った様々な部分における、１平方メートルあたりの熱損失（熱流束）を計算し、監視することができる。このように、当業者は、容器の側壁および屋根部分の温度を監視することにより、稼働中に、容器の側壁における実質的に下向きの後燃焼ガスの流れ、および容器の中央における実質的に上向きの後燃焼ガスの流れがあるか、否かを確認することができる。
【００１０】
単一の中央ランスまたは垂直に向いたランスを備えた従来の冶金容器では、それらのランスにより造り出された燃焼が、容器の中央でガスを強く膨脹させ、側壁に向かう、および上昇する高温の燃焼放出ガスの流れを引き起こす。
【００１１】
本発明の冶金容器では、容器の側壁における実質的に下向きの後燃焼ガスの流れが側壁に対する冷却効果を有し、それによって耐火温度または熱流束を低くする。高温の後燃焼ガスは、容器の中央を通って実質的に上向きに流れ、従って、側壁と接触しない。本発明により、側壁のランスに近い区域における耐火温度または熱流束も低くなる。
【００１２】
本発明の冶金容器では、ランスの少なくとも一個が、その末端部分から酸素含有ガスの複数のジェットを放射する手段を備えることができる。そのようなランスは、単一のジェットと比較して、容器内容物のより広い表面積全体にわたって酸素を放射することができる。ランスのそれぞれが、その末端部分から酸素含有ガスの複数のジェットを放射する手段を備えることができる。
【００１３】
ランスは、好ましくはランスの少なくとも一個が冶金容器の屋根部分を通って突き出るように配置される。容器の屋根部分は、側壁の最上部から伸びている。融解サイクロンが容器の上に、容器と開放連絡するように配置される場合、屋根部分は側壁最上部から融解サイクロンに伸びる。従って、ランスの少なくとも一個は、容器の、容器内容物と接触しない部分に貫通し、それによってランスが容器を貫通する地点でランスの周りのシールに対する損傷が回避される。ランスのそれぞれが冶金容器の屋根部分を通って突き出ることができる。
【００１４】
少なくとも一個のランスは、好ましくは酸素含有ガスを内側に、冶金容器の中央軸に向けるように配置される。ランスのそれぞれは、酸素含有ガスを内側に、冶金容器の中央軸に向けるように配置することができる。ガスを内側に、容器の中央軸に向けることにより、ランスの末端部分に低圧区域が生じ、後燃焼ガスが側壁で下に向かって、ランスの末端部分に向かって移動し、後燃焼ガスの上向きの流れが容器の中央を通って上方向に発生する。
【００１５】
ランスの少なくとも一個は、垂直から傾斜させ、その末端部分を冶金容器の中央軸に向かって傾斜させることができる。ランスを傾斜させることにより、酸素含有ガスが内側に、冶金容器の中央軸に向き、容器の内容物の表面全体にわたる酸素含有ガスの配分が改良される。ランスのそれぞれを垂直から傾斜させ、その末端部分を冶金容器の中央軸に向かって傾斜させることができる。
【００１６】
少なくとも一個のランスの末端部分を、酸素含有ガスを冶金容器の中央軸に向けて、ランスの傾斜角度よりも大きな垂直からの角度で向けるように配置し、それによって容器中に発生する上向きおよび下向きのガス流を増加させることもできる。ランスのそれぞれを、酸素含有ガスを冶金容器の中央軸に向けて、ランスの傾斜角度よりも大きな垂直からの角度で向けるように配置することができる。
【００１７】
ランスの高さを調節し、容器が様々なレベルで満たされる場合に、容器内容物の表面から最適な高さに配置することができる。ランスの傾斜角度も、容器内容物の表面から上における酸素含有ガスの配分を最適化するように調節することができる。
【００１８】
ランスの末端部分は、すべて側壁から等間隔に配置し、容器内容物の表面から上における最も効果的な熱配分を達成し、生産効率を最大限にすることができる。最適な熱分配および生産効率を確保するには、好ましくは３個以上のランスが酸素含有ガスを容器の中央に向けて供給する。
【００１９】
粒子状材料は、好ましくはランスから短距離に配置された供給シュートを経由して冶金容器に加えることができる。これによって、側壁の近くにおける実質的に下向きのガス流が、例えば石炭微粉の形態にある粒子状材料を乗せ、酸素ランスの末端部分およびスラグ層に向けて下方に運ぶ。これによって、容器に加えられた粒子状材料のかなりの部分が、容器の内容物と反応する前に、上向きのガス流に乗せられて失われる問題が回避される。従って、好ましい実施態様では、大量の粒子状材料を反応物として利用できるので、容器からの粒子状材料、例えば石炭微粉、の損失が大幅に低下し、生産効率が高くなる。稼働中に冶金容器を離れるガス（放出ガス）を、この分野で公知のように試料採取し、放出ガス中の粒子状材料の減少を確認することができる。稼働中に冶金容器の内側にある高温雰囲気中に石炭が入る時に自然に発生する石炭熱分解生成物が、容器から吹き飛ばされずに、側壁における下向きのガス流に乗せられ、燃焼するので、放出ガスの燃焼度も改善される。放出ガスの燃焼度も、この分野で公知のように、放出ガスの試料採取および分析により確認することができる。
【００２０】
粒子状材料の損失は、各ランスが対応する供給シュートを有し、シュートを通して加えられた粒子状材料が実質的に下向きのガス流に乗せられるようにすることにより、さらに最少に抑えられる。各シュートの最適位置は、ランスと冶金容器の側壁との間で、半径方向で、後燃焼ガスの実質的に下向きの流れが最大になる所である。
【００２１】
容器の側壁は、好ましくは使用中に溶融金属浴およびスラグ層の一部を収容する下側部分および使用中にスラグ層の残りの部分を収容する上側部分を含んでなり、少なくとも２個のランスが容器の上側部分の中に突き出し、酸素含有ガスを容器の上側部分に供給し、ガスおよび／または液体および／または固体および／またはプラズマを容器下側部分のスラグ層中に供給するのに好適な、複数の羽口が容器下側部分の周辺部に配置される。少なくとも２個のランスは酸素含有ガスおよびそれによって熱を容器の上側部分でスラグに供給し、羽口により供給されるガスおよび／または液体および／または固体および／またはプラズマは、下側のスラグ層が確実に静止状態にならないようにする。静止すると、下側のスラグ層が冷却し、生産性が落ちる。
【００２２】
羽口は、ガスおよび／または液体および／または固体および／またはプラズマを下側スラグ層に直接供給し、底部攪拌中に容器の底部を通してガスが溶融金属中に注入される。従って、本発明の好ましい態様は、溶融金属中に高流速を発生せず、それによって底部攪拌の大きな欠点の一つ、すなわち容器の溶融金属を含む部分における容器壁の急速な浸食、が回避される。従って、羽口による、容器下側部分にあるスラグ層へのガスおよび／または液体および／または固体および／またはプラズマの供給は、高温金属区域における耐火性ライニングの浸食を引き起こさず、下側スラグ層を攪拌することにより、生産性を維持する。下側スラグ層を攪拌することにより下側スラグ層内の反応を最大限にし、静止状態にならないように確保する。羽口による燃焼性ガスおよび／または液体および／または固体の供給により、容器の下側部分におけるスラグ層から溶融金属への熱伝達も増加する。羽口は、容器のタップレベルより上に配置されているので、保守も容易である。
【００２３】
冶金容器の下側部分の直径は、好ましくは上側部分の直径よりも小さい。羽口は、容器の下側部分の周辺部に配置されており、従って、羽口から放射されるジェットが容器の下側部分にあるスラグ層の中に貫通してから、スラグを通って容器の上側部分に上昇する。「ホットスポット」、すなわち羽口から供給されるガスおよび／または液体および／または固体および／またはプラズマにより容器の上側部分中のスラグ層中に造り出される高温区域は、すべて容器の壁から十分に離れており、壁の腐食および／または浸食を増加させることはない。
【００２４】
羽口は、容器の下側部分におけるスラグ層で直接熱源として作用するオキシ−フュールバーナー(oxy-fuel burners)を含んでなるのが好ましい。オキシ−フュールバーナーは、吸熱還元反応の発生を増加し、それによってスラグ層の還元容量を増加することにより、反応器の生産性を向上させる。
【００２５】
本発明の冶金容器は、好ましくは容器の上に、容器と開放連絡して配置される融解サイクロンを含んでなる。酸素ランスはサイクロンを通って伸びていないので、酸素ランスのどれも、サイクロンの熱および腐食性環境に耐える必要はない。そのような融解サイクロンは、オランダ国特許ＮＬＣ２５７６９２およびＥＰ０７３５１４６に開示されている。
【００２６】
ランスは、好ましくは融解サイクロンから冶金容器に下方に通過する溶融材料との接触を避けるように配置されるので、溶融材料がランスを損傷することはない。損傷したランスの交換および／または修理は、経費がかかり、生産効率を下げる。
【００２７】
本発明は、本発明の冶金容器を使用して酸化鉄を鉄に還元する方法であって、酸化鉄を容器に供給する工程、および炭素質材料を容器に供給し、ランスを経由して酸素含有ガスを酸化鉄に供給することにより、酸化鉄を還元する工程を含んでなる方法にも関する。酸素含有ガスは、ランスを経由して冶金容器の上側部分に供給することができ、ガスおよび／または液体および／または固体および／またはプラズマは、複数の羽口を経由して容器の下側部分にあるスラグ層の中に供給することができる。
【００２８】
本発明は、
酸化鉄または予備還元された酸化鉄を冶金容器の中に搬送する工程、
稼働中に、実質的に下向きの後燃焼ガスの流れを容器の側壁で、実質的に上向きの後燃焼ガスの流れを容器の中央で達成するように配置された少なくとも２個のランスのランス機構を経由して冶金容器に酸素含有ガスを供給する工程、
炭素質材料を容器に供給する工程
を含んでなる、製鉄方法にも関する。
【００２９】
本発明は、上記の方法による製鉄方法であって、
酸化鉄含有材料を融解サイクロン中に搬送する工程、
冶金容器から発生する還元性後燃焼ガスを使用して該酸化鉄含有材料を予備還元する工程、
融解サイクロンに酸素含有ガスを供給し、かつ該還元性後燃焼ガス中でさらなる後燃焼を行うことにより、融解サイクロン中で酸化鉄含有材料を少なくとも部分的に融解させる工程、
予備還元され、少なくとも部分的に融解した酸化鉄含有材料を、該融解サイクロンから、最終的な還元が行われる冶金容器の中に下向きに通過させる工程、および
冶金容器における最終的な還元を、スラグ層中で、ランスを経由して冶金容器に酸素含有ガスを供給して、冶金容器に石炭を供給し、それによって還元性ガスを形成し、該冶金容器中で、そこに供給された該酸素含有ガスを使用し、該還元性ガス中で少なくとも部分的な後燃焼を行うことにより、行う工程
を含んでなる方法にも関する。
【００３０】
本発明は、好ましくは、
ガスおよび／または液体および／または固体および／またはプラズマを容器の下側部分にあるスラグ層の中に供給する工程
を包含する、上記の方法による製鉄方法にも関する。
【００３１】
別の冶金容器は、稼働中に溶融金属およびスラグ層の一部を収容するための下側部分、稼働中にスラグ層の残りの部分を収容するための上側部分、および容器の上側部分の中に突き出し、酸素含有ガスを容器の上側部分に供給する複数のランスを含んでなることができ、ガスおよび／または液体および／または固体および／またはプラズマを容器の下側部分の中にあるスラグ層の中に供給するのに好適な、複数の羽口が容器の下側部分の周辺部配置されていることを特徴とする。
【００３２】
複数のランスは、酸素含有ガスを、およびそれによって熱を容器の上側部分にあるスラグに供給し、一方、羽口により供給されるガスおよび／または液体および／または固体および／またはプラズマは、下側のスラグ層が確実に静止状態にならないようにする。静止状態は、下側のスラグ層の冷却および生産性の低下を引き起こす。羽口はガスおよび／または液体および／または固体および／またはプラズマを下側のスラグ層に直接供給するのに対し、ガスは底部攪拌中に容器の底部を通して溶融金属中に注入される。従って、本発明の好ましい態様は、溶融金属中に高流速を発生せず、それによって底部攪拌の大きな欠点の一つ、すなわち容器の溶融金属を含む部分における容器壁の急速な浸食、が回避される。
【００３３】
従って、羽口による、容器下側部分にあるスラグ層へのガスおよび／または液体および／または固体および／またはプラズマの供給は、高温金属区域における耐火性ライニングの浸食を引き起こさず、下側スラグ層を攪拌することにより、生産性を維持する。下側スラグ層を攪拌することにより下側スラグ層内の反応を最大限にし、静止状態にならないように確保する。羽口による燃焼性ガスおよび／または液体および／または固体の供給により、容器の下側部分におけるスラグ層から溶融金属への熱伝達も増加する。羽口は、容器のタップレベルより上に配置されているので、保守も容易である。
【００３４】
冶金容器の下側部分の直径は、好ましくは上側部分の直径よりも小さい。羽口は、容器の下側部分の周辺部に配置されており、従って、羽口から放射されるジェットが容器の下側部分にあるスラグ層の中に貫通してから、スラグを通って容器の上側部分に上昇する。「ホットスポット」、すなわち羽口から供給されるガスおよび／または液体および／または固体および／またはプラズマにより容器の上側部分中のスラグ層中に造り出される高温区域は、すべて容器の壁から十分に離れており、壁の腐食および／または浸食を増加させることはない。
【００３５】
羽口は、容器の下側部分におけるスラグ層で直接熱源として作用するオキシ−フュールバーナーを含んでなるのが好ましい。オキシ−フュールバーナーは、吸熱還元反応の発生を増加し、それによってスラグ層の還元容量を増加することにより、反応器の生産性を向上させる。
【００３６】
以下に、本発明の実施態様を、添付の図面を参照しながら非限定的な例として説明する。
【好ましい実施態様の説明】
【００３７】
図１の装置は、冶金容器１、融解サイクロン２（詳細は示していない）および複数のランス３（２個だけを示す）を含んでなる。例えば容器の大きさおよびランスの性能パラメータに応じて、より多くのランスを使用することができる。冶金容器自体は、底部４、側壁５および側壁５の最上部から融解サイクロン２に伸びる屋根部分６を含んでなる。冶金容器は、鉄浴１１を、その上にあるスラグ層１０と共に含み、容器は、溶融した鉄およびスラグを抜き取るための少なくとも一個のタップ穴１９を含んでなる。
【００３８】
酸素含有ガスは、ランス３により容器の内側に供給され、最終的に予備還元された酸化鉄をスラグ層中で還元する。最終的な還元の際、還元性一酸化炭素を含んでなるプロセスガスが形成され、スラグ層１０の上で少なくとも部分的に燃焼され、それによって最終的な還元に必要な熱を放出する。後燃焼から生じた少なくとも部分的に後燃焼したガスは、後燃焼ガスと呼ばれる。粒子状の石炭が供給シュート１２を経由して容器１の内側に供給される。ランス３は、屋根６を通して容器の中に突き出し、実質的に下向きの後燃焼ガスの流れを容器の側壁５で、実質的に上向きの後燃焼ガスの流れを容器の中央９で造り出すように配置される。還元性一酸化炭素を含んでなる上向きの後燃焼ガスは、融解サイクロン２中で、融解サイクロンに供給された酸素含有ガスでさらに後燃焼される。装置１３を経由して融解サイクロンに供給された酸化鉄は、ほぼＦｅＯに予備還元され、少なくとも部分的に融解する。次いで、予備還元された酸化鉄１４は、冶金容器１の中に落下する、または流れ落ちる。冶金容器が直立している場合、中央軸は容器の中央を通って実質的に垂直に伸びる。
【００３９】
稼働の際、ランスはスラグ層１０の上に伸び、ランスの高さは、容器が様々なレベルに満たされても、酸素含有ガスの供給に最適な位置になるように、調節することができる。ランス３は垂直から傾斜しており、末端部分８は、ランスの傾斜と同じ傾斜で、またはランスの傾斜よりも大きな垂直からの角度で、酸素含有ガスのジェット７を容器の中央に向けるように配置される。
【００４０】
図５は、酸素含有ガスの４つのジェット１８を放射する４個のポート１７を有するランス３の末端部分８を詳細に示す。ランス３は、それらの末端がすべて側壁から等間隔になるように配置される。容器の中に突き出るランスの数は、冶金容器のサイズおよび各ランスが受け持つスラグの表面積に応じて変えることができる。ランスの末端部分にあるポートの数も変えることができる。
【００４１】
図２は、図１の３個の酸素ランス３に対する３個の供給シュート１２の位置を示す。
【００４２】
図３は、容器の断面１、容器の断面中に突き出たランス３および容器に加えられた石炭粒子の軌道１５を示す。石炭粒子をランスから短距離で加えることにより得られる利点は、容器の側壁における後燃焼ガスの実質的に下向きの流れに粒子が乗せられてスラグ層に向けられることから明らかである。対照的に、図４は、ランス間に加えられた石炭粒子の軌道１６を示す。粒子の多くが容器の中央における上向きの後燃焼ガス流に乗せられ、容器を離れる様子が分かる。従って、加えられた石炭粒子のかなりの部分がスラグ層における反応に利用されることがない。
【００４３】
図６は、冶金容器１、融解サイクロン２（詳細には示していない）および複数のランス３（２個だけを示す）を示す。ランス３は、屋根６を通して容器の中に突き出し、容器の側壁５における後燃焼ガスの実質的に下向きの流れ、および容器９の中央で後燃焼ガスの実質的に上向きの流れを造り出すように配置される。ランス３は垂直から傾斜しており、末端部分８は、ランスの傾斜と同じ傾斜で、またはランスの傾斜よりも大きな垂直からの角度で、酸素含有ガスのジェット７を容器の中央に向けるように配置される。冶金容器の側壁５は、上側部分２１および下側部分２０を含んでなる。下側部分２０は、稼働中に溶融金属浴１１およびスラグ層１０の一部を収容する。上側部分２１は、稼働中にスラグ層の残りの部分を収容し、ランス３が容器の上側部分の中に突き出し、酸素含有ガスを容器の上側部分３にあるスラグ層６に供給する。ガスおよび／または液体および／または固体（例えば循環使用される粉塵）および／またはプラズマを容器の下側部分２０の中にあるスラグ層の中に供給するのに好適な、複数の羽口２２（その内の２個を図に示す）が容器の下側部分の周辺部に配置されている。容器の下側部分の周辺部に配置される羽口の数は、容器のサイズおよび羽口の性能パラメータに応じて変えることができる。羽口はオキシ−フュールバーナーを含んでなることができる。図６における詳細の残りの部分は、図１〜５に例示する特徴に従い、番号付けしてあり、上に説明した通りである。
【００４４】
図７は、別の冶金容器３１および融解サイクロン３８を示す。融解サイクロンの詳細は示していない。冶金容器自体は、鉄浴３９およびスラグ層３６の一部を収容する下側部分３２を含んでなり、溶融した鉄およびスラグを抜き取るための少なくとも一個のタップ穴４１を含んでなる。容器は、スラグ層３６の残りの部分を収容する上側部分３３、および屋根部分３４も含んでなる。従って、スラグ層３６は、鉄浴３９の上に載っており、容器３２の下側部分から上側部分３３の中に伸びている。予備還元された酸化鉄４０は融解サイクロンから冶金容器の中に落下または流入し、スラグ層中で最終的に還元される。複数のランス３５が酸素含有ガスを容器の上側部分３３中にあるスラグ層３６に供給する。図には２個のランスを示しているが、例えば容器のサイズおよびランスの性能パラメータに応じて、より多く存在してもよい。容器の下側部分の周辺部には、複数の羽口３７が配置されている。羽口は、ガスおよび／または液体および／または固体（例えば循環使用される粉塵）および／またはプラズマを容器の下側部分３２にあるスラグ層に供給するのに好適である。容器の下側部分の周辺部に配置される羽口の数は、容器のサイズおよび羽口の性能パラメータに応じて変えることができる。羽口はオキシ−フュールバーナーを含んでなることができる。予備還元された酸化鉄を最終的に還元する際、還元性ＣＯを含んでなるプロセスガスが形成され、このガスが、容器３１中のスラグ層３６の上で部分的に後燃焼され、それによって最終還元に必要な熱が放出される。還元性プロセスガスは上昇し、融解サイクロン３８中で、融解サイクロンに供給される酸素含有ガスによりさらに後燃焼される。融解サイクロンに供給される酸化鉄は、ほぼＦｅＯに予備還元され、融解サイクロン中で少なくとも部分的に融解する。次いで、予備還元された酸化鉄４０は冶金容器３１の中に落下または流入する。
【００４５】
本発明を特定の実施態様により説明したが、本発明の概念の範囲内で変形および修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の装置を示す図である。
【図２】図１の軸「Ａ」に沿って見た図を示す。
【図３】１個のランスが容器部分に突き出た装置の断面のシミュレーションであり、ランスから短距離で加えられた石炭粒子のシミュレーションされた軌道を示す図である。
【図４】１個のランスが容器部分に突き出た装置の断面のシミュレーションであり、ランス間で加えられた石炭粒子のシミュレーションされた軌道を示す図である。
【図５】４つの酸素含有ガスジェットを放射するための４個のポートを有するランスの末端部分を示す図である。
【図６】本発明の特別な実施態様を示す図である。
【図７】別の冶金容器を示す図である。
【図１】
2005537388.tif 000003
【図２】
2005537388.tif 000004
2005537388.tif 000005
【図５】
2005537388.tif 000006
【図６】
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【図７】
2005537388.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成16年10月11日(2004.10.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部と、側壁と、稼働中に容器の内側に酸素含有ガスを供給するための少なくとも２個のランスのランス機構とを含んでなり、各ランスが酸素含有ガスを放射するための末端部分を含んでなる、鉄および鋼製造用の冶金容器であって、稼働中に実質的に下向きの後燃焼ガスの流れを前記容器の前記側壁で、実質的に上向きの後燃焼ガスの流れを前記容器の中央で達成するように前記ランス機構が配置される、冶金容器。
【請求項２】
前記ランスの少なくとも一個が、その末端部分から酸素含有ガスの複数のジェットを放射する手段を備えている、請求項１に記載の冶金容器。
【請求項３】
前記ランスの少なくとも一個が、前記冶金容器の屋根部分を通って突き出ている、請求項１または２に記載の冶金容器。
【請求項４】
前記少なくとも一個のランスが、酸素含有ガスを前記冶金容器の中央軸に向けるように配置される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の冶金容器。
【請求項５】
前記ランスの少なくとも一個が、垂直から第一の鋭角で傾斜し、その末端部分が前記冶金容器の前記中央軸に向かって傾斜する、請求項４に記載の冶金容器。
【請求項６】
前記ランスの末端部分が、前記酸素含有ガスを、前記冶金容器の前記中央軸に、垂直から第二の鋭角で向けるように配置され、前記第二の鋭角が前記第一の鋭角よりも大きい、請求項５に記載の冶金容器。
【請求項７】
前記ランスの前記末端部分が、すべて前記側壁から等間隔に配置される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の冶金容器。
【請求項８】
前記冶金容器が３個以上のランスを含んでなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の冶金容器。
【請求項９】
少なくとも一個の供給シュートを通して、粒子状材料が前記容器に、実質的に下向きの後燃焼ガス流で加えられる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の冶金容器。
【請求項１０】
複数の供給シュートが、前記冶金容器の屋根部分を通して突き出ている、請求項９に記載の冶金容器。
【請求項１１】
各ランスが対応する供給シュートを有する、請求項９に記載の冶金容器。
【請求項１２】
各供給シュートが、前記ランスと前記冶金容器の前記側壁との間に半径方向で配置される、請求項１１に記載の冶金容器。
【請求項１３】
前記側壁が、溶融金属浴およびスラグ層を収容する下側部分と、スラグ層を収容する上側部分とを含んでなり、前記少なくとも２個の、酸素含有ガスを前記容器の前記上側部分に供給するためのランスが前記容器の前記上側部分の中に突き出し、ガスおよび／または液体および／または固体および／またはプラズマを前記容器の前記下側部分にある前記スラグ層中に供給するための複数の羽口が前記容器の前記下側部分の周辺部に配置されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の冶金容器。
【請求項１４】
前記容器の前記下側部分の直径が、前記上側部分の直径よりも小さい、請求項１３に記載の冶金容器。
【請求項１５】
前記羽口がオキシ−フュールバーナーを含んでなる、請求項１３または１４に記載の冶金容器。
【請求項１６】
前記冶金容器の上方に、前記冶金容器と開放接続して配置された融解サイクロンを含んでなる、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の冶金容器。
【請求項１７】
前記ランスが、前記融解サイクロンから前記冶金容器に向かって下方に通過する溶融材料との接触を避けるように配置される、請求項１６に記載の冶金容器。
【請求項１８】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の冶金容器を使用して酸化鉄を鉄に還元する方法であって、酸化鉄を前記容器に供給する工程、および炭素質材料を前記容器に供給し、かつ前記ランスを経由して酸素含有ガスを前記酸化鉄に供給することにより、前記酸化鉄を還元する工程を含んでなる、方法。
【請求項１９】
請求項１３〜１７のいずれか一項に記載の冶金容器を使用して酸化鉄を鉄に還元する方法であって、酸化鉄を前記容器に供給する工程、前記ランスを経由して酸素含有ガスを前記冶金容器の前記上側部分に供給する工程、炭素質材料を前記酸化鉄に供給する工程、およびガスおよび／または液体および／または固体および／またはプラズマを、複数の羽口を経由して前記容器の前記下側部分にある前記スラグ層の中に供給する工程を含んでなる、方法。
【請求項２０】
前記羽口が、前記冶金容器の前記下側部分にある前記スラグ層における直接熱源として作用するオキシ−フュールバーナーを含んでなる、請求項１９に記載の酸化鉄を還元する方法。
【請求項２１】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の冶金容器を使用する製鉄方法であって、
酸化鉄または予備還元された酸化鉄を冶金容器の中に搬送する工程、
稼働中に実質的に下向きの後燃焼ガスの流れを前記容器の側壁で、実質的に上向きの後燃焼ガスの流れを前記容器の中央で達成するように配置された少なくとも２個のランスのランス機構を経由して前記冶金容器に酸素含有ガスを供給する工程、
炭素質材料を前記容器に供給する工程
を含んでなる、製鉄方法。
【請求項２２】
酸化鉄含有材料を融解サイクロン中に搬送する工程、
前記冶金容器から発生する還元性後燃焼ガスを使用して前記酸化鉄含有材料を予備還元する工程、
前記融解サイクロンに酸素含有ガスを供給し、かつ前記還元性後燃焼ガス中でさらなる後燃焼を行うことにより、前記融解サイクロン中で前記酸化鉄含有材料を少なくとも部分的に融解させる工程、
前記予備還元され、少なくとも部分的に融解した酸化鉄含有材料を、前記融解サイクロンから、最終的な還元が行われる前記冶金容器の中に下向きに通過させる工程、および
スラグ層中で、ランスを経由して前記冶金容器に酸素含有ガスを供給し、かつ前記冶金容器に石炭を供給し、それによって還元性ガスを形成し、前記冶金容器中で、そこに供給された前記酸素含有ガスを使用して、前記還元性ガス中で少なくとも部分的な後燃焼を行うことにより、前記冶金容器における前記最終的な還元を行う工程
を含んでなる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
羽口を通してガスおよび／または液体および／または固体および／またはプラズマを前記容器の下側部分にあるスラグ層の中に供給する工程
を含んでなる、請求項２１または２２に記載の製鉄方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
ランスの少なくとも一個は、第一の鋭角で垂直から傾斜させ、その末端部分を冶金容器の中央軸に向かって傾斜させることができる。ランスを傾斜させることにより、酸素含有ガスが内側に、冶金容器の中央軸に向き、容器の内容物の表面全体にわたる酸素含有ガスの配分が改良される。ランスのそれぞれを垂直から傾斜させ、その末端部分を冶金容器の中央軸に向かって傾斜させることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
少なくとも一個のランスの末端部分は、酸素含有ガスを、垂直からの第二の鋭角（この第二の鋭角は、第一の鋭角よりも大きい）で冶金容器の中央軸に向けるように配置することもできる。ランスの傾斜角度よりも大きな垂直からの角度により、容器中に発生する上向きおよび下向きのガス流が増加する。ランスのそれぞれを、酸素含有ガスを冶金容器の中央軸に向けて、ランスの傾斜角度よりも大きな垂直からの角度で向けるように配置することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
粒子状材料は、好ましくは少なくとも一個の供給シュートを経由して、実質的に下向きの後燃焼ガスの流れで冶金容器に加えることができ、該供給シュートは、ランスから短距離に配置される。これによって、側壁の近くにおける実質的に下向きのガス流が、例えば石炭微粉の形態にある粒子状材料を乗せ、酸素ランスの末端部分およびスラグ層に向けて下方に運ぶ。これによって、容器に加えられた粒子状材料のかなりの部分が、容器の内容物と反応する前に、上向きのガス流に乗せられて失われる問題が回避される。従って、好ましい実施態様では、大量の粒子状材料を反応物として利用できるので、容器からの粒子状材料、例えば石炭微粉、の損失が大幅に低下し、生産効率が高くなる。稼働中に冶金容器を離れるガス（放出ガス）を、この分野で公知のように試料採取し、放出ガス中の粒子状材料の減少を確認することができる。稼働中に冶金容器の内側にある高温雰囲気中に石炭が入る時に自然に発生する石炭熱分解生成物が、容器から吹き飛ばされずに、側壁における下向きのガス流に乗せられ、燃焼するので、放出ガスの燃焼度も改善される。放出ガスの燃焼度も、この分野で公知のように、放出ガスの試料採取および分析により確認することができる。


【国際調査報告】
2005537388.tif 000009
2005537388.tif 000010
2005537388.tif 000011
2005537388.tif 000012