(57)【要約】【課題】高炉を備えた製鉄プロセスから排出される還元性ガスであるＣＯＧを還元材として有効活用し、製鉄所におけるエネルギー利用の最適化を図るとともに、将来的な原料の劣質化にも対応できるようにする。【解決手段】高炉２を備えた製鉄所１において、高炉２へ供給するコークスを製造するコークス炉４で副生されるコークス炉ガスを還元材として用いて、シャフト炉１１または流動層式還元炉で還元鉄を製造し、高炉２の出銑能力から、高炉２へ供給するコークス量を求め、次に、そのコークス量を製造する際に副生されるコークス炉ガス量を求め、次に、シャフト炉１１または流動層式還元炉において、そのコークス炉ガス量で還元できる還元鉄量に応じて、シャフト炉１１または流動層式還元炉の設備能力を決定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉を備えた製鉄所において、前記高炉へ供給するコークスを製造するコークス炉で副生されるコークス炉ガスを還元材として用いて、シャフト炉または流動層式還元炉で還元鉄を製造し、
前記高炉の出銑能力から、前記高炉へ供給するコークス量を求め、
次に、前記コークス量を製造する際に副生されるコークス炉ガス量を求め、
次に、前記シャフト炉または流動層式還元炉において、前記コークス炉ガス量で還元できる還元鉄量に応じて、当該シャフト炉または流動層式還元炉の設備能力を決定することを特徴とする、還元鉄の製造方法。
【請求項２】
前記シャフト炉または流動層式還元炉の設備能力ＰＤ（ｔ／Ｙｒ）は、以下の式で求められることを特徴とする、請求項１に記載の還元鉄の製造方法。
ＰＤ＝ＰＰ×ＦＣＯＧ×（（ＣＣＯ＋ＣＨ２＋３×ＣＣＨ４）÷１００）×（η÷１００）÷ＦＯ÷２２．４×１６．０    ・・・（１）
ここで、
ＰＰ：高炉出銑能力（ｔ／Ｙｒ）
ＦＣＯＧ：高炉における溶銑１ｔあたりのＣＯＧ発生量（Ｎｍ３／ｔ）
ＣＣＯ：ＣＯＧ中のＣＯ含有率（体積％）
ＣＨ２：ＣＯＧ中のＨ２含有率（体積％）
ＣＣＨ４：ＣＯＧ中のＣＨ４含有率（体積％）
η：シャフト炉または流動層式還元炉におけるＣＯＧの利用効率（％）
ＦＯ：シャフト炉または流動層式還元炉において、還元鉄を１ｔ製造する際に取り除く必要のある酸素の質量（ｋｇ−Ｏ２／ｔ）
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載の還元鉄の製造方法で製造した還元鉄と、前記高炉で製造した溶銑とを混合して精錬炉へ投入し、仕上げ還元および精錬を行うことを特徴とする、溶鋼の製造方法。
【請求項４】
請求項１または２のいずれかに記載の還元鉄の製造方法で製造した還元鉄を熱間成型してＨＢＩとし、前記ＨＢＩを前記高炉の原料として前記高炉で製造した溶銑を精錬炉へ投入し、仕上げ還元および精錬を行うことを特徴とする、溶鋼の製造方法。
【請求項５】
請求項１または２のいずれかに記載の還元鉄の製造方法で製造した還元鉄を熱間成型してＨＢＩとし、前記ＨＢＩを篩処理し、篩上分を前記高炉の原料とし、篩下分を前記高炉で製造した溶銑と混合して精錬炉へ投入し、仕上げ還元および精錬を行うことを特徴とする、溶鋼の製造方法。
【請求項６】
高炉を備えた製鉄所において、前記高炉へ供給するコークスを製造するコークス炉と、前記コークス炉で副生されるコークス炉ガスを還元材として用いて還元鉄を製造するシャフト炉または流動層式還元炉とを備え、
前記シャフト炉または流動層式還元炉は、
前記高炉の出銑能力から求められる前記高炉へ供給すべきコークス量を製造する際に副生されるコークス炉ガス量で還元できる還元鉄量に応じた設備能力を有することを特徴とする、還元鉄製造工程を含む高炉製鉄所。
【請求項７】
前記シャフト炉または流動層式還元炉の設備能力ＰＤ（ｔ／Ｙｒ）は、以下の式で求められることを特徴とする、請求項６に記載の還元鉄製造工程を含む高炉製鉄所。
ＰＤ＝ＰＰ×ＦＣＯＧ×（（ＣＣＯ＋ＣＨ２＋３×ＣＣＨ４）÷１００）×（η÷１００）÷ＦＯ÷２２．４×１６．０    ・・・（１）
ここで、
ＰＰ：高炉出銑能力（ｔ／Ｙｒ）
ＦＣＯＧ：高炉における溶銑１ｔあたりのＣＯＧ発生量（Ｎｍ３／ｔ）
ＣＣＯ：ＣＯＧ中のＣＯ含有率（体積％）
ＣＨ２：ＣＯＧ中のＨ２含有率（体積％）
ＣＣＨ４：ＣＯＧ中のＣＨ４含有率（体積％）
η：シャフト炉または流動層式還元炉におけるＣＯＧの利用効率（％）
ＦＯ：シャフト炉または流動層式還元炉において、還元鉄を１ｔ製造する際に取り除く必要のある酸素の質量（ｋｇ−Ｏ２／ｔ）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元鉄の製造方法および溶鋼の製造方法ならびに還元鉄製造工程を含む高炉製鉄所に関し、詳しくは、高炉と、コークス炉ガスを還元材として用いるシャフト炉または流動層式還元炉とを組み合わせて還元鉄や溶鋼を製造する方法および高炉製鉄所に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型高炉を基軸とした大規模高炉法では、焼結炉で鉄鉱石を焼成した焼結鉱と、コークス炉で原料炭を蒸し焼きにして製造したコークスとを高炉に装入して溶銑を製造し、溶銑を転炉で酸素精錬して溶鋼を生産する。その際、コークス炉で発生するコークス炉ガス（ＣＯＧ）と高炉で発生する高炉ガス（ＢＦＧ）は、従来、熱延等の下工程の加熱炉や自家発電の燃料として使用されている。
【０００３】
ところが、大型高炉プロセスでは、良質の鉄鉱石や良質の原料炭をそれぞれ一定割合以上配合しないと操業が不安定となるため、近い将来予測される原料の劣質化に直面した際に、操業諸元が悪化したり操業が困難になったりする懸念がある。例えば、焼結鉱の強度確保の観点から、粉鉱の配合比率には限界がある。そこで、近い将来に予想される国内で入手可能な鉄鉱石や原料炭等の原料の劣質化を踏まえると、現在主流となっている大型高炉と良質原料とによる高効率製鉄法が将来にわたって永続する可能性は小さく、劣質原料を使用可能なシャフト炉等のプロセスを併用する必要が生じてくると考えられる。
【０００４】
また、ＣＯＧは水素を約５０〜５５％含み、単体で酸化鉄を還元する能力を有する強還元性ガスであり、燃料として燃焼させるだけでは、ＣＯＧの価値を十分に活用しきれていない。つまり、現在の高炉法は、製鉄プロセスとして最適化の余地が残された状態となっている。
【０００５】
特許文献１には、石炭ガス化プロセスの排ガスの熱を廃熱ボイラーによって回収して蒸気を生成し、その蒸気を直接製鉄プロセスの排ガスで過熱し、過熱蒸気を酸化剤として石炭ガス化炉に供給すること、また、石炭ガス化で生成された生成ガスを、直接製鉄プロセスの加熱還元炉に燃料として供給する方法が記載されている。
【０００６】
特許文献２には、ランス付き竪型ガス化炉で固体状炭素物質に酸素を吹き込んでガス化させ、当該ガスと鉄鉱石類を６００℃以上に加熱して金属化率が０．４以上０．８以下の予備還元物を製造し、その予備還元物を粗粒と微粒とに分級し、微粒分を塊成化する予備還元塊成化物の製造方法が開示されている。
【０００７】
特許文献３には、ＣＯＧを用いて酸化鉄を金属鉄に還元する直接還元シャフト炉が開示されている。特許文献４には、コークス炉ガス（ＣＯＧ）及び塩基性酸素製鋼炉ガス（ＢＯＦＧ）を用いて酸化鉄を金属鉄に還元する直接還元シャフト炉が開示され、ＢＯＦＧの混合物から二酸化炭素を除去することが記載されている。
【０００８】
特許文献５には、直接還元法を使用して鉄鉱を還元する方法として、排ガスに還元ガスを追加した後、電気で再加熱して還元ガスとして再利用される方法が開示されている。
【０００９】
特許文献６には、製鉄プロセスで発生するＨ２及びＣＯの少なくとも一方を含む副生ガスを一部として含む還元ガスを還元鉄製造装置に供給する還元鉄の製造方法が開示され、副生ガスが、コークス炉より発生した副生ガスを含むことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４７１２０８２号公報
【特許文献２】特許第５５９８４２３号公報
【特許文献３】特許第５７３１７０９号公報
【特許文献４】特許第５８１３２１４号公報
【特許文献５】特表２０１５−５３２９４８号公報
【特許文献６】国際公開２０１１／０９９０７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが、上記特許文献１は、石炭ガス化の排ガスをボイラーや熱交換を通して蒸気を生成するものであり、製鉄プロセスから排出される還元性ガスであるＣＯＧの有効利用に関するものではない。また、蒸気を過熱するために回転炉床炉（ＲＨＦ）の排ガスを使用しているが、直接還元プロセスである必然性はない。
【００１２】
特許文献２は、石炭由来の還元性ガスを用いてシャフト炉等で鉄鉱石を還元するものであるが、還元性ガスを生成するために、新たに固体状炭素物質を用いる必要がある。
【００１３】
また、特許文献３および特許文献４は、シャフト炉やその周辺の設備に関するものであり、高炉由来で副生されたＣＯＧをシャフト炉で有効利用することに関するものではない。特許文献５もまた、高炉を備えた設備から副生されるＣＯＧの有効利用に関するものではない。
【００１４】
特許文献６には、ＣＯＧ等の副生ガスの他、天然ガスや一般炭をガス化したガスを含めて、還元ガスとして改質することが記載されており、高炉を備えた設備から副生されるＣＯＧ量をシャフト炉に過不足なく有効活用することに関するものではない。
【００１５】
本発明の目的は、高炉を備えた製鉄プロセスから排出される還元性ガスであるＣＯＧを還元材として有効活用し、製鉄所におけるエネルギー利用の最適化を図るとともに、将来的な原料の劣質化にも対応できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記問題を解決するため、本発明は、高炉を備えた製鉄所において、前記高炉へ供給するコークスを製造するコークス炉で副生されるコークス炉ガスを還元材として用いて、シャフト炉または流動層式還元炉で還元鉄を製造し、前記高炉の出銑能力から、前記高炉へ供給するコークス量を求め、次に、前記コークス量を製造する際に副生されるコークス炉ガス量を求め、次に、前記シャフト炉または流動層式還元炉において、前記コークス炉ガス量で還元できる還元鉄量に応じて、当該シャフト炉または流動層式還元炉の設備能力を決定することを特徴とする、還元鉄の製造方法を提供する。
【００１７】
前記還元鉄の製造方法において、前記シャフト炉または流動層式還元炉の設備能力ＰＤ（ｔ／Ｙｒ）は、以下の式で求めてもよい。
ＰＤ＝ＰＰ×ＦＣＯＧ×（（ＣＣＯ＋ＣＨ２＋３×ＣＣＨ４）÷１００）×（η÷１００）÷ＦＯ÷２２．４×１６．０    ・・・（１）
ここで、
ＰＰ：高炉出銑能力（ｔ／Ｙｒ）
ＦＣＯＧ：高炉における溶銑１ｔあたりのＣＯＧ発生量（Ｎｍ３／ｔ）
ＣＣＯ：ＣＯＧ中のＣＯ含有率（体積％）
ＣＨ２：ＣＯＧ中のＨ２含有率（体積％）
ＣＣＨ４：ＣＯＧ中のＣＨ４含有率（体積％）
η：シャフト炉または流動層式還元炉におけるＣＯＧの利用効率（％）
ＦＯ：シャフト炉または流動層式還元炉において、還元鉄を１ｔ製造する際に取り除く必要のある酸素の質量（ｋｇ−Ｏ２／ｔ）
なお、ＦＯは、シャフト炉または流動層式還元炉において使用する鉱石の品位および製品還元鉄の目標還元率によって決まる。
【００１８】
また、本発明は、前記還元鉄の製造方法で製造した還元鉄と、前記高炉で製造した溶銑とを混合して精錬炉へ投入し、仕上げ還元および精錬を行うことを特徴とする、溶鋼の製造方法を提供する。
【００１９】
また、前記還元鉄の製造方法で製造した還元鉄を熱間成型してＨＢＩとし、前記ＨＢＩを前記高炉の原料として前記高炉で製造した溶銑を精錬炉へ投入し、仕上げ還元および精錬を行うことを特徴とする、溶鋼の製造方法を提供する。
【００２０】
さらに、前記還元鉄の製造方法で製造した還元鉄を熱間成型してＨＢＩとし、前記ＨＢＩを篩処理し、篩上分を前記高炉の原料とし、篩下分を前記高炉で製造した溶銑と混合して精錬炉へ投入し、仕上げ還元および精錬を行うことを特徴とする、溶鋼の製造方法を提供する。
【００２１】
さらに、本発明は、高炉を備えた製鉄所において、前記高炉へ供給するコークスを製造するコークス炉と、前記コークス炉で副生されるコークス炉ガスを還元材として用いて還元鉄を製造するシャフト炉または流動層式還元炉とを備え、前記シャフト炉または流動層式還元炉は、前記高炉の出銑能力から求められる前記高炉へ供給すべきコークス量を製造する際に副生されるコークス炉ガス量で還元できる還元鉄量に応じた設備能力を有することを特徴とする、還元鉄製造工程を含む高炉製鉄所を提供する。
【００２２】
前記還元鉄製造工程を含む高炉製鉄所において、前記シャフト炉または流動層式還元炉の設備能力ＰＤ（ｔ／Ｙｒ）は、以下の式で求めてもよい。
ＰＤ＝ＰＰ×ＦＣＯＧ×（（ＣＣＯ＋ＣＨ２＋３×ＣＣＨ４）÷１００）×（η÷１００）÷ＦＯ÷２２．４×１６．０    ・・・（１）
ここで、
ＰＰ：高炉出銑能力（ｔ／Ｙｒ）
ＦＣＯＧ：高炉における溶銑１ｔあたりのＣＯＧ発生量（Ｎｍ３／ｔ）
ＣＣＯ：ＣＯＧ中のＣＯ含有率（体積％）
ＣＨ２：ＣＯＧ中のＨ２含有率（体積％）
ＣＣＨ４：ＣＯＧ中のＣＨ４含有率（体積％）
η：シャフト炉または流動層式還元炉におけるＣＯＧの利用効率（％）
ＦＯ：シャフト炉または流動層式還元炉において、還元鉄を１ｔ製造する際に取り除く必要のある酸素の質量（ｋｇ−Ｏ２／ｔ）
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、高炉を備えた製鉄所において、高炉の出銑能力に応じたシャフト炉または流動層式還元炉を設けることにより、コークス炉で副生されるＣＯＧを過不足なく還元材として有効活用することができる。したがって、製鉄所のエネルギー利用の最適化を図るとともに、将来的な原料の劣質化にも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる製鉄所の構成およびプロセスを示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態における、高炉出銑能力と竪型シャフト炉設備能力との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施の形態にかかる製鉄所の構成およびプロセスを示すブロック図である。
【図４】第２の実施の形態における、高炉出銑能力と竪型シャフト炉設備能力との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第３の実施の形態にかかる製鉄所の構成およびプロセスを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。なお、以下の実施の形態では、ＣＯＧを還元材として用いる炉として竪型シャフト炉の例を記載するが、流動層式還元炉においても同様に実施することができる。
【００２６】
〈１．第１の実施の形態〉
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる製鉄所の構成およびプロセスの概略を示す。
【００２７】
製鉄所１には高炉２が備えられ、さらに、鉄鉱石を焼成して焼結鉱を製造する焼結炉３、および原料炭からコークスを製造するコークス炉４が備えられている。焼結鉱およびコークスは高炉２に装入され、高炉２内で溶銑が製造される。溶銑は転炉５または電気炉６からなる精錬炉７で精錬され、溶鋼が生産される。高炉２で副生される高炉ガス（以下、ＢＦＧと記する）は、加熱炉９や自家発電のために発電所１０の燃料として使用される。
【００２８】
本実施の形態では、このような高炉２を基軸とした製鉄所１の、高炉２と同一敷地内あるいは高炉２の設置場所に近接して、粉鉱を還元可能な竪型のシャフト炉１１が設けられている。シャフト炉１１には、高炉２での使用が困難な粉鉱石を例えばペレット化等により事前処理して投入され、還元材を加えて還元鉄が製造される。このようなシャフト炉１１を併設することにより、製鉄所１で使用可能な原料性状の幅を拡げ、鉄鉱石や原料炭等の原料の劣質化に対応することができる。
【００２９】
シャフト炉１１における還元材としては、コークス炉４で副生されるコークス炉ガス（以下、ＣＯＧと記する）が用いられる。還元材として用いるＣＯＧは、コークス炉４から排出されたままの状態でもよいし、改質してから用いてもよい。また、ＣＯＧの一部は、コークス炉４や焼結炉３の燃料として利用してもよい。
【００３０】
シャフト炉１１の設備能力は、製鉄所１内で発生するＣＯＧの発生量に応じた規模とする。すなわち、先ず、高炉２の出銑能力から、高炉２へ供給するために必要とするコークス量を求める。次に、そのコークス量を製造する際にコークス炉４から副生されるＣＯＧ量を求める。そして、そのＣＯＧ量のうち、シャフト炉１１に供給できる量が、そのシャフト炉１１で還元できる還元鉄量に必要な還元材の量とほぼ一致するような設備能力のシャフト炉１１とする。このようにシャフト炉１１の設備能力を決定することにより、ＣＯＧを過不足なく、最も有効に活用できる。
【００３１】
従来、製鉄所では、ＣＯＧを加熱炉９の燃料として利用し、還元性ガスとして利用していなかった。一方、シャフト炉１１の還元材としては、天然ガスを用いたり、石炭をガス化させてＣＯとＨ２の混合ガスを合成したりしていた。本実施の形態では、従来の製鉄所でＣＯＧを燃料としていた加熱炉や発電所には、安価な一般炭を燃料として供給する。また、高炉２で副生するＢＦＧは、従来通り、加熱炉９や発電所１０の燃料とする。これにより、強還元性ガスであるＣＯＧを、シャフト炉１１における還元ガスとして有効利用する。
【００３２】
シャフト炉１１で生産した還元鉄は、電気炉６または転炉５からなる精錬炉７で精錬する。すなわち、還元鉄は、そのまま電気炉６に投入するか、あるいは熱間で圧縮し固めてブリケット化し（ＨＢＩ）、高炉２で製造した溶銑とともにＨＢＩを転炉５に投入し、精錬炉７で精錬して溶鋼を製造する。
【００３３】
図２は、本実施の形態における高炉２の出銑能力とシャフト炉１１の設備能力との関係を示す。
【００３４】
シャフト炉１１で生産した還元鉄と、高炉２で製造した溶銑とを混合して精錬炉７で精錬して溶鋼を製造する場合において、高炉２の出銑能力と、高炉２へコークスを供給するコークス炉４から発生するＣＯＧの量がちょうど還元しうる還元鉄量から推定される竪型シャフト炉１１の設備能力との関係を、シミュレーションにより求めた。図２において、実線は、コークス炉４で発生するＣＯＧ全量をシャフト炉１１の還元材として使用する場合であり、点線は、コークス炉４および焼結炉３で使用するＣＯＧは優先的にそちらへ供給し、余剰分のＣＯＧをシャフト炉１１へ供給する場合を示す。一点鎖線は、既存の竪型シャフト炉の商用プロセスとしての最小能力を示す。
【００３５】
シャフト炉または流動層式還元炉の設備能力ＰＤ（ｔ／Ｙｒ）は、以下の式で求めた。
ＰＤ＝ＰＰ×ＦＣＯＧ×（（ＣＣＯ＋ＣＨ２＋３×ＣＣＨ４）÷１００）×（η÷１００）÷ＦＯ÷２２．４×１６．０    ・・・（１）
ここで、
ＰＰ：高炉出銑能力（ｔ／Ｙｒ）
ＦＣＯＧ：高炉における溶銑１ｔあたりのＣＯＧ発生量（Ｎｍ３／ｔ）
ＣＣＯ：ＣＯＧ中のＣＯ含有率（体積％）
ＣＨ２：ＣＯＧ中のＨ２含有率（体積％）
ＣＣＨ４：ＣＯＧ中のＣＨ４含有率（体積％）
η：シャフト炉または流動層式還元炉におけるＣＯＧの利用効率（％）
ＦＯ：シャフト炉または流動層式還元炉において、還元鉄を１ｔ製造する際に取り除く必要のある酸素の質量（ｋｇ−Ｏ２／ｔ）
【００３６】
シミュレーションを実施するにあたり、コークス炉４で発生するＣＯＧ全量をシャフト炉１１の還元材として使用する場合は、式（１）において、ＦＣＯＧ＝１５８．３（Ｎｍ３／ｔ）、ＣＣＯ＝６．５％、ＣＨ２＝５５％、ＣＣＨ４＝２７％、η＝７５％、ＦＯ＝４３４（ｋｇ−Ｏ２／ｔ）とした。また、コークス炉４および焼結炉３で使用するＣＯＧは優先的にそちらへ供給し、余剰分のＣＯＧをシャフト炉１１へ供給する場合は、式（１）において、ＦＣＯＧ＝１３０．６（Ｎｍ３／ｔ）、ＣＣＯ＝６．５％、ＣＨ２＝５５％、ＣＣＨ４＝２７％、η＝７５％、ＦＯ＝４３４（ｋｇ−Ｏ２／ｔ）とした。
【００３７】
製鉄所１が、ある出銑能力の高炉２を備えている場合もしくは新設する場合、その高炉２へ供給するコークスを製造するためのコークス炉４から副生するＣＯＧを、過不足なく還元材として活用可能なシャフト炉１１の設備能力は、図２に示す実線で規定される。この実線よりも大きなシャフト炉１１を設置した場合、コークス炉４から副生されるＣＯＧだけでは、必要な還元材が不足するため、別途、石炭ガス化設備や天然ガスの供給基地を構える必要が生じ、設備費が急騰する。
【００３８】
一方、製鉄所１において、配管設備等の都合上、コークス炉４や焼結炉３へＣＯＧ以外の燃料ガスを供給できない場合には、ＣＯＧを優先的にこれらのプロセスへ供給しなければならなくなり、シャフト炉１１へ供給可能なＣＯＧ量は減少する。その場合には、ＣＯＧの量から求められるシャフト炉１１の最大設備能力は、図２の点線まで低下する。
【００３９】
図２の実線または点線で示した設備能力よりも小さいシャフト炉１１を設置した場合、いずれの場合においてもＣＯＧが余剰となるが、この余剰ＣＯＧは、従来通り、加熱炉９等の燃料ガスとして利用できるため、大きなデメリットが生じることにはならない。しかし、図２の一点鎖線で示した０．３（Ｍｔ−ＤＲＩ／ｙ）未満の設備能力のシャフト炉１１を設置すると、炉容積に対する炉体表面積の比率が大きく、伝熱効率が悪くなるため、経済的ではない。したがって、熱経済合理性の観点から、新設するシャフト炉１１の設備能力の下限は、図２の一点鎖線で示す０．３（Ｍｔ−ＤＲＩ／ｙ）以上とすることが好ましい。つまり、既設もしくは新設する高炉２の出銑能力に応じて、図２の実線または点線と一点鎖線との間の領域の設備能力を有するシャフト炉１１を設置することが、還元能力を有する副生ＣＯＧの有効利用の観点から好ましい。なお、この実線および点線は、高炉２におけるコークスの使用量、ＣＯＧの組成、シャフト炉１１で生産する還元鉄の還元率によって変化する。
【００４０】
〈２．第２の実施の形態〉
図３は、本発明にかかる第２の実施の形態を示す製鉄所の構成およびプロセスの概略を示し、図４は、第２の実施の形態における高炉２の出銑能力とシャフト炉１１の設備能力との関係を示す。
【００４１】
本実施の形態は、上述の図２に示す実施の形態と、製鉄所１の構成は同様であるが、図３に示すように、シャフト炉１１で製造した還元鉄を熱間で圧縮しＨＢＩとして密度と強度を高め、ＨＢＩを高炉原料として高炉２に投入する。そして高炉２で製造された溶銑を、転炉５または電気炉６からなる精錬炉７で酸素精錬して溶鋼を生産する。
【００４２】
図４は、本実施の形態において、高炉２の出銑能力と、高炉２へコークスを供給するコークス炉４から発生するＣＯＧの量がちょうど還元しうる還元鉄量から推定されるシャフト炉１１の設備能力との関係を、シミュレーションにより求めたものである。実線、点線、および一点鎖線の意味は、図２と同様である。
【００４３】
シミュレーションを実施するにあたり、コークス炉４で発生するＣＯＧ全量をシャフト炉１１の還元材として使用する場合は、式（１）において、ＦＣＯＧ＝１３４．８（Ｎｍ３／ｔ）、ＣＣＯ＝６．５％、ＣＨ２＝５５％、ＣＣＨ４＝２７％、η＝７５％、ＦＯ＝４３４（ｋｇ−Ｏ２／ｔ）とした。また、コークス炉４および焼結炉３で使用するＣＯＧは優先的にそちらへ供給し、余剰分のＣＯＧをシャフト炉１１へ供給する場合は、式（１）において、ＦＣＯＧ＝１１２．２（Ｎｍ３／ｔ）、ＣＣＯ＝６．５％、ＣＨ２＝５５％、ＣＣＨ４＝２７％、η＝７５％、ＦＯ＝４３４（ｋｇ−Ｏ２／ｔ）とした。
【００４４】
本実施の形態の場合にも、既設もしくは新設する高炉２の出銑能力に応じて、図４の実線または点線と一点鎖線との間の領域の設備能力を有するシャフト炉１１を設置することが好ましい。図４では、同じ出銑能力の高炉に併設できる最大のシャフト炉の設備能力が、図２に比べて小さくなっている。これは、還元材の消費量が少ないＨＢＩを高炉２に投入しているため、同じ出銑量でも、高炉２で必要とする還元材（コークス）の量が少なくなり、その結果として、副生されるＣＯＧ量が少なくなるためである。
【００４５】
本実施の形態の場合には、上述の第１の実施の形態に比べて、精錬炉７の操業がより安定するというメリットがある。つまり、シャフト炉１１で生産された還元鉄がＨＢＩとして高炉２へ投入されるため、精錬炉７には、高炉２から出銑された溶銑のみが供給される。したがって、精錬炉７で溶銑と還元鉄を混合したり、還元鉄の仕上げ還元反応をおこなったりする必要がないため、精錬時間が安定するだけでなく、精錬炉７内への酸化鉄の供給も最小限に抑えられ、耐火物の溶損を抑制できる。なお、本実施の形態においても、図４の実線および点線は、高炉２におけるコークスの使用量、ＣＯＧの組成、シャフト炉１１で生産する還元鉄の還元率によって変化する。
【００４６】
〈３．第３の実施の形態〉
図５は、本発明にかかる第３の実施の形態を示す製鉄所の構成およびプロセスの概略を示す。
【００４７】
従来、シャフト炉１１で還元鉄を製造する場合、上記第１の実施の形態のように、転炉５もしくは電気炉６等の精錬炉７で溶銑と混合し精錬して溶鋼とするのが一般的である。しかし、精錬炉７での還元鉄の投入割合が増加すると、シャフト炉１１の操業変動によって還元鉄の還元率が変動した場合に、精錬炉７の操業が不安定となり、還元鉄の投入量に上限が生じてしまう。また、精錬炉７の操業を安定させるために高還元率を志向すると、シャフト炉１１の生産性が低下してしまう懸念もある。
【００４８】
そこで、本実施の形態では、シャフト炉１１で製造した還元鉄を熱間成型してＨＢＩにし、さらに、例えば焼結鉱と同等の４０〜５０ｍｍ程度の篩２１を用いて篩処理する。そして、篩上分（成品ＨＢＩ）を焼結鉱とともに高炉原料として利用し、高炉２へ投入する。成品ＨＢＩは十分に還元されているので、高炉２内で再度還元する必要はなく、結果として安定した高炉操業を維持しながら、高炉２からの出銑量を増加させることができる。一方、篩２１の篩下分（粉ＨＢＩ）は未還元かつ低強度であるため、高炉原料として再利用することはできない。そこで、この粉ＨＢＩは精錬炉７へ投入し、仕上げ還元したうえで溶解する。還元率の低いＨＢＩを精錬炉７に投入すると精錬炉７の操業が不安定となる懸念があるが、篩下分のみであれば量が少なく、影響を最小限に抑えることができる。また、精錬炉７の操業状態に応じて、粉ＨＢＩの投入の有無を調整して操業してもよい。なお、本実施の形態において、篩処理以外の製鉄所１の構成は、上述の図１、図３に示す実施の形態と同様である。
【００４９】
以上のように、本発明によれば、高炉２による製鉄プロセスで発生する副生ガスを過不足なく利用して、シャフト炉１１による別の製鉄プロセスを効率よく操業させ、製鉄所１のエネルギー利用の最適化を図ることができる。さらに、製鉄所１内で高炉２とシャフト炉１１とを併用することにより、一つの製鉄所１内で、高炉２では扱えない品質の原料から溶鋼を製造することができ、多様な原料を扱えるようになる。
【００５０】
なお、高炉２のメンテナンス等によりＣＯＧが副生されない場合等には、従来還元材として用いられてきた天然ガスや石炭から生成する合成ガスを、シャフト炉１１の還元材として使用してもよい。
【００５１】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５２】
例えば、上記実施の形態では、ＣＯＧを還元材として用いる炉として竪型シャフト炉１１の例を記載したが、流動層式還元炉１２においても同様に実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、高炉と、還元ガスにより還元鉄を製造するシャフト炉または流動層式還元炉等とを併設する製鉄所に好適である。
【符号の説明】
【００５４】
１    製鉄所
２    高炉
３    焼結炉
４    コークス炉
５    転炉
６    電気炉
７    精錬炉
１１  シャフト炉
１２  流動層式還元炉
２１  篩
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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