【事件の表示】
　特許第２６９８５２５号「金属鉱石の溶融還元方法」の請求項１〜１７に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第２６９８５２５号の請求項１〜１５に係る特許を維持する。
【理　由】
１．手続の経緯
　本件特許第２６９８５２５号の請求項１〜請求項１７に係る発明についての出願は、平成５年３月３日（優先権主張、１９９２年３月４日ドイツ）になされ、平成９年９月１９日に、その発明について特許の設定登録がなされ、その後、特許異議の申立てがなされ、取消理由通知がなされ、その指定期間内の平成１１年７月１９日に訂正請求がなされたものである。
２．訂正の要旨
　ａ．特許請求の範囲の請求項１
　「【請求項１】金属鉱石を幾つかの段階で部分的に還元し、次に溶解反応装置内で完全に還元して金属とする複合処理を含み、この複合処理は少なくとも３つの処理単位を有し、上記溶解反応装置が１つの処理単位を構成すると同時に上記金属鉱石の部分的還元を他の少なくとも２つの処理単位で行い、上記少なくとも３つの処理単位の各々において異なる廃ガスを生成させる、金属鉱石の溶融還元方法において、上記部分的還元装置すなわち処理単位Ｃからの部分還元された鉱石を上記溶解反応装置すなわち処理単位Ａの溶湯中に供給し、処理単位Ａで発生した後燃焼した廃ガスを初期還元装置すなわち処理単位Ｂに供給しそこで完全に燃焼させ、上記複合処理の系外へ排除することを特徴とする金属鉱石の溶融還元方法。」を、
　「【請求項１】金属鉱石を幾つかの段階で部分的に還元し、次に溶解反応装置内で完全に還元して金属とする複合処理を含み、この複合処理は少なくとも３つの処理単位を有し、上記溶解反応装置が１つの処理単位を構成すると同時に上記金属鉱石の部分的還元を他の少なくとも２つの処理単位で行い、上記少なくとも３つの処理単位の各々において異なる廃ガスを生成させる、金属鉱石の溶融還元方法において、上記予備加熱および初期還元装置すなわち処理単位Ｂからの加熱され且つ予備還元率０〜３０％に予備還元された金属鉱石を上記部分的還元装置すなわち処理単位Ｃに供給しそこで、導入される酸化性ガスにより燃焼し得る量に対して余剰の石炭により更に還元し、上記部分的還元装置すなわち処理単位Ｃからの部分還元された鉱石を上記溶解反応装置すなわち処理単位Ａの溶湯中に供給し、処理単位Ａで発生した後燃焼した廃ガスを初期還元装置すなわち処理単位Ｂに直接供給しそこで完全に燃焼させ、上記複合処理の系外へ排除することを特徴とする金属鉱石の溶融還元方法。」と訂正する。
　ｂ．特許請求の範囲の請求項４及び請求項７を削除するとともに、請求項５及び請求項６の各請求項については、その請求項番号を１つずつ繰り上げ、請求項８以下の各請求項については、その請求項番号を２つずつ繰り上げる。
３．訂正の適否についての判断
3-1.訂正の目的の適否、新規事項の有無及び拡張・変更の存否
　ａの訂正は、訂正前の請求項４及び請求項７の構成を請求項１に付加するとともに、明細書の段落【0014】の記載に基づき「・・・廃ガスを初期還元装置すなわち処理単位Ｂに直接供給し」における「直接」を付加する訂正であるから、特許法第１２０条の４第２項ただし書第１号の特許請求の範囲の減縮に該当し、願書に添付した明細書に記載した事項の範囲内のものであり、実質上特許請求の範囲を拡張又は変更するものではない。
　ｂの訂正は、ａの訂正前の請求項４及び請求項７の構成を請求項１に付加する訂正に伴い、不明りょうとなる特許請求の範囲の記載を訂正するものであるから、特許法第１２０条の４第２項ただし書第３号の明りょうでない記載の釈明に該当し、願書に添付した明細書に記載した事項の範囲内のものであり、実質上特許請求の範囲を拡張又は変更するものではない。
3-2.独立特許要件
（本件発明）
　訂正明細書の請求項１〜１５に係る発明（以下、「本件請求項１〜１５に係る発明」という。）は、その特許請求の範囲の請求項１〜１５に記載された次のとおりのものである。
　「【請求項１】金属鉱石を幾つかの段階で部分的に還元し、次に溶解反応装置内で完全に還元して金属とする複合処理を含み、この複合処理は少なくとも３つの処理単位を有し、上記溶解反応装置が１つの処理単位を構成すると同時に上記金属鉱石の部分的還元を他の少なくとも２つの処理単位で行い、上記少なくとも３つの処理単位の各々において異なる廃ガスを生成させる、金属鉱石の溶融還元方法において、上記予備加熱および初期還元装置すなわち処理単位Ｂからの加熱され且つ予備還元率０〜３０％に予備還元された金属鉱石を上記部分的還元装置すなわち処理単位Ｃに供給しそこで、導入される酸化性ガスにより燃焼し得る量に対して余剰の石炭により更に還元し、上記部分的還元装置すなわち処理単位Ｃからの部分還元された鉱石を上記溶解反応装置すなわち処理単位Ａの溶湯中に供給し、処理単位Ａで発生した後燃焼した廃ガスを初期還元装置すなわち処理単位Ｂに直接供給しそこで完全に燃焼させ、上記複合処理の系外へ排除することを特徴とする金属鉱石の溶融還元方法。
　【請求項２】処理単位ＢおよびＣが多段階構造を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
　【請求項３】上記溶解反応装置内の上記反応ガスを酸素質ガスにより５０〜８０％の高い後燃焼率で後燃焼させることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
　【請求項４】上記鉱石還元容器用の造滓材を上記予備加熱あるいは初期還元装置内で脱酸することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
　【請求項５】上記造滓材が石灰石とフラックスであることを特徴とする請求項４記載の方法。
　【請求項６】上記部分的還元装置に添加された石炭の一部は燃焼させ、その他の部分は上記部分的還元装置内でその揮発成分を分離することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
　【請求項７】上記金属鉱石を上記部分的還元装置内で金属化率３０〜７０％まで選択的に予備還元することを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
　【請求項８】上記予備還元を金属化率３５〜６５％まで行うことを特徴とする請求項７記載の方法。
　【請求項９】上記部分的に還元された鉱石、上記コークスおよび上記造滓材を、上記加熱された状態で、上記部分的還元装置から上記溶解反応装置へ供給することを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
　【請求項１０】酸素、空気および酸素富化空気を、全ての処理単位において添加された燃料の燃焼のために、そして上記溶解反応装置内での上記反応ガスの後燃焼のために用いることを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
　【請求項１１】酸素富化ガスを、１０００℃〜１６００℃の温度に予備加熱することを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法。
　【請求項１２】上記酸素富化ガスが空気および酸素富化空気であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
　【請求項１３】上記予備加熱の温度が１２００℃〜１４００℃であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の方法。
　【請求項１４】上記溶解容器内の溶湯の平均重量（単位トン）に対する溶融浴の生成率（単位トン／時間）で定義される生産指標を、０．８より大に設定することを特徴とする請求項１〜１３までのいずれか１項に記載の方法。
　【請求項１５】上記生産指標を１．０より大に設定することを特徴とする請求項１４記載の方法。」
（取消理由の概要）
　取消理由は、訂正前の請求項１、４〜６、９、１０に係る各発明は、刊行物１または刊行物２に記載された発明であるから、訂正前の請求項１、４〜６、９、１０に係る発明の特許は、特許法第２９条第１項第３号の規定に違反してなされてものであり（理由１）、また、訂正前の請求項１、２、４〜６、９〜１２、１４に係る発明は、刊行物１及び刊行物２に記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものであるから、訂正前の請求項１、２、４〜６、９〜１２、１４に係る発明は、特許法第２９条第２項の規定に違反してなされたものであり（理由２）、取り消されるべきである、というものである。
（当審の判断）
　訂正後の請求項１に係る発明（本件請求項１に係る発明）は、訂正前の請求項４及び請求項７に記載された構成を付加したものであり、また、訂正前の請求項２、５、６、９〜１２、１４に係る発明は、訂正後の請求項２、４、５、７〜１０、１２に係る発明（本件請求項２、４、５、７〜１０、１２に係る発明）に相当し、訂正後の請求項１又は同請求項１を引用する請求項を引用するものであるが、訂正前の請求項７に係る発明に対しては取消理由通知がなされていないから、取消理由は解消した。
（まとめ）
　したがって、本件請求項１〜１５に係る発明は特許出願の際独立して特許を受けることができない発明とすることはできない。
3-3.訂正の適否についての結論
　よって、上記訂正請求は、特許法第１２０条の４第２項、同条第３項で準用する第１２６条第２項〜第４項の規定に適合するので、当該訂正を認める。
４．特許異議申立てについての判断
4-1.申立て理由の概要
　特許異議申立人は、甲第１号証〜甲第４号証（甲第１、２号証は、それぞれ前記刊行物１、２と同じである。）を提出して、訂正前の請求項１に係る発明は、甲第１号証又は甲第２号証に記載されて発明であるから、訂正前の請求項１に係る発明の特許は、特許法第２９条第１項第３号の規定に違反してなされたものであり（申立て理由１）、訂正前の請求項５、６、９、１０に係る発明は、甲第１号証に記載された発明であるから、訂正前の請求項５、６、９、１０に係る発明の特許は、特許法第２９条第１項第３号の規定に違反してなされたものであり（申立て理由２）、訂正前の請求項１に係る発明は、甲第３号証及び甲第４号証に記載された発明に基づいて、当業者が容易に発明をすることができたものであるから、訂正前の請求項１に係る発明の特許は、特許法第２９条第２項の規定に違反してなされたものであり（申立て理由３）、訂正前の請求項２〜１７に係る発明は甲第１号証〜甲第４号証に記載された発明に基づいて、当業者が容易に発明をすることができたものであるから、訂正前の請求項２〜１７に係る発明（本件請求項１〜１５に係る発明）の特許は、特許法第２９条第２項の規定に違反してなされたものである（申立て理由４）、と主張している。
4-2.当審の判断
申立て理由１、２及び３について
　訂正後の請求項１に係る発明（本件請求項１に係る発明）は、訂正前の請求項４及び請求項７に記載された構成を付加したものであり、また、訂正前の請求項５、６、９、１０に係る発明は、訂正後の請求項４、５、７、８に係る発明（本件請求項４、５、７、８に係る発明）に相当し、訂正後の請求項１又は同請求項１を引用する請求項を引用するものであるが、訂正前の請求項４及び請求項７に係る発明に対しては申立てがなされていないから、申立て理由１、２及び３は解消した。
申立て理由４について
（甲号証に記載された発明）
　甲第１号証（特開昭５７−１９８２０５号公報）には、
　「１．炭素系固体還元剤の充填層が形成され、下部に高温空気を吹込む上下２段に設けられたそれぞれ複数の羽口を有する竪型炉から排出される還元性ガスを用いて粉粒状鉱石を流動予備還元した予備還元鉱を必要によりフラックスと共に、前記上下２段に設けられた羽口のうち少なくとも上段の羽口から、高温空気と共に前記竪型炉内に吹込み溶融還元することを特徴とする金属酸化物を含有する粉粒状鉱石からの溶融金属製造方法。
２．炭素系固体還元剤の充填層が形成され、下部に高温空気を吹込む上下２段に設けられたそれぞれ複数の羽口を有する竪型炉から排出される還元性ガスを用いて、下記(イ)〜(ニ)の工程中(ニ)の工程において鉱石とフラックスとの焼成混合物粒子を予備還元して予備還元混合物粒子となし、この粒子を前記上下２段に設けられた羽口のうち少なくとも上段の羽口から、高温空気と共に前記竪型炉内に吹込み溶融還元することを特徴とする金属酸化物を含有する粉粒状鉱石からの溶融金属製造方法。
(イ)粉粒状鉱石と粉状フラックスを下記(ロ)の工程で発生する排ガスを用いて流動させつつ水を噴霧させながら流動造粒して鉱石とフラックスとの生混合物粒子を造る工程。
(ロ)前記生混合物粒子を移送して、下記(ハ)の工程で発生する排ガスを用いて流動乾燥混合粒子を造る工程。
(ハ)前記乾燥混合物粒子を移送して竪型炉で発生する排ガスの１部を用いて流動焼成させて焼成混合物粒子を造る工程。
(ニ)前記焼成混合物粒子を前記竪型炉で発生する排ガスの１部を用いて流動予備還元して予備還元混合物粒子を造る工程。」（特許請求の範囲第１項、第２項）
が記載され、
　「前記フラックスは溶融還元の際催溶剤、または脱硫剤機能を発揮させることを目的とするものであり、フラックスとしては石灰石、珪石、ドロマイト、蛇紋岩等を鉱石の性状に対応して使用する。例えば鉱石がクロム鉱石の如く難溶性のものであるときには、予め紛状鉱石と紛状フラックスとを混合した後流動造粒方式によって造粒して混合粒子となし、この混合粒子を流動乾燥炉内へ移送して同炉内で流動乾燥した後、さらに流動焼成炉に移送して焼成し、さらに流動予備還元炉に移送して同炉内で予備還元した後、予備還元鉱とフラックスとよりなる易溶性予備還元粒子を溶融還元炉内で溶融還元することもできる。」（第2頁右下欄3〜16行）
　「本発明を実施する１つの態様を示す系統を第１図について説明する。・・・竪型炉3内に吹込まれる高熱空気（以下高熱空気を熱風と称す）はガス加熱炉10によって800〜1300℃に加熱昇温される。また、熱風と共に酸素ガスを吹込むこともできる。」（第3頁左上欄12行〜右上欄11行）
　「次に本発明による他の実施態様の１つの系統を示す第２図について説明する。
　・・・・・第２図においては流動造粒装置20を用いて粉粒状の鉱石とフラックスを流動造粒して混合物粒子を造り、次にこの混合物粒子乾燥炉21を用いて流動乾燥して乾燥混合物粒子となし、次に焼成炉22を用いて乾燥混合物粒子を流動焼成して焼成混合物粒子となし、次に予備還元炉24を用いて、焼成混合物粒子を予備還元した後、予備還元混合物粒子を羽口8および必要により羽口8′より溶融還元炉3内に装入する。
　次に前記各工程順にさらに詳しく説明する。
　・・・次に前記生粒子を乾燥炉21内において流動乾燥する。この際の乾燥温度は200℃以下であるので、次工程の焼成炉22から排出される排ガスを利用することができる。次に乾燥粒子を焼成炉22内に移送し、流動焼成する。・・・焼成炉の加熱源は溶融還元炉3の発生気体排出機構4から排出される発生ガスの一部を、空気吹込み管23より吹込まれる空気によって焼成炉22内で燃焼させて生ずる反応熱である。次に焼成された粒子を予備還元炉24内に移送し、一方同炉24内に溶融還元炉3の発生気体排出機構4から排出される発生ガスの一部を、予備還元炉24の下部から同炉内に吹き込んで粒子を流動還元する。前記溶融還元炉3からの発生ガスはＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏ、Ｎ２などよりなり、なかでも還元性のＣＯ、Ｈ２の含有比率が多く、かつ600〜1500℃の温度である。・・・前記予備還元率は鉱石の種類により異なるが、大体40〜80％の範囲内にすることが好適である。
　予備還元炉24より排出される粒子は供給装置25と主として羽口8を経て溶融還元炉3内に装入される。・・・・・
　以上第２図の系統方式によれば、下記の如き諸利点を生じる。
　・・・・・
2)溶融還元炉の発生ガスを予備還元、焼成、乾燥、造粒の各工程で順次使用することができる。」（第4頁左上欄1行〜右下欄13行）
と記載され、
　第１図には、この発明の第１発明の系統方式が、第２図には、この発明の第２発明の系統方式が、それぞれ示されている。
　甲第２号証（特開平１−１５２２２５号公報）には、粉粒状鉱石の乾燥・予熱装置に関し、
　「この発明の要旨とするところは、予備還元炉出口からの排ガスの排出経路中に粉粒状鉱石の乾燥・予熱装置本体を一体的に組み込み、その装置本体の入口付近に粉粒状鉱石の供給口を設けると共に、装置本体の出口付近に前記予備還元炉への粉粒状鉱石の装入管を接続し、前記装置本体の適所に酸素又は酸素含有ガスの吹き込みノズルを配備して、このノズルより吹き込んだ前記ガスにより前記排ガスを部分燃焼させ、その燃焼熱と排ガスの顕熱によって粉粒状鉱石を乾燥並びに予熱することである。」（第3頁右上欄8〜19行）
　「第１図はこの発明の第１実施例に係る鉱石の乾燥・予熱装置を備えた製鉄用の溶融還元系統図である。・・・予備還元炉21において鉄鉱石を固体状態で予熱還元したのち、溶融還元炉22にて溶融させて最終還元を行う一方、溶融還元炉22において発生する還元力のある高温ガスを予備還元炉21に還元ガスとして導入する方式を示している。・・・・・上記した製鉄用の溶融還元システムにおいて、本発明の粉粒状鉱石の乾燥・予熱装置本体1が、前記排ガス管2途中の水平管部に一体的に組み込まれ、前記予備還元炉21からの排ガスが、この装置本体1内を流通して外部へ排出されるように構成される。・・・・・
　7は酸素又は酸素含有ガス吹き込みノズルで、このノズル7は、装置本体1入口付近の排ガス管2内に先端を臨ませて配備されており、このノズル7より吹き込まれるガスによって、予備還元炉21からの排ガスが部分燃焼（ガス中の可燃成分の一部を燃焼）され、昇温される。・・・・・
　このようにして、装置本体1内の鉱石は、ノズル7より吹き込まれる酸素又は酸素含有ガスによって部分燃焼されて高温度となった予備還元炉21出口からの排ガスと接触し、乾燥されると同時に予熱され、予備還元炉21内へ装入される。なお、装置本体1出口から排出される排ガスも、ＣＯ、Ｈ２などの被燃焼成分がかなり含まれているので、この排ガスをさらに燃料用ガスとして利用することができる。」（第3頁左下欄12行〜第4頁右上欄13行）
と記載され、
　第１図には、この発明の第１実施例に係る鉱石の乾燥・予熱装置を備えた製鉄用の溶融還元系統図が、第３図には、この発明の乾燥・予熱装置の第２実施例を示す断面図が、それぞれ示されている。
　甲第３号証（特開平２−１１１８０６号公報）には、溶融還元製鉄法および転炉製鋼法に関し、
　「溶融還元炉10は鉄鉱石を溶融状態で還元して銑鉄とするもので、原料および副原料として炉内には鉄鉱石（下記の予備還元鉄）、石炭、酸素および後述する生石灰などが装入される。・・・
　予備還元炉20は鉄鉱石を固体状態で予備還元し予備還元鉄を得るものであるが、・・・そして予備還元鉄は、粗粒のものは移送管4を経てバッファタンク27に送られたうえ、それぞれ装入管28、29により溶融還元炉10内に装入される。・・・
　この実施例の特徴的な部分は、プロセス内に石灰焼成炉30を設け、これに予備還元炉20を出た排出ガスを導入してこのガスのエネルギーにより石灰を焼成する点である。予備還元炉20の排出ガスは、溶融還元炉10からの排出ガスが鉄鉱石の予備還元に用いられた後のものであり、・・・
　図示の石灰焼成炉30は、前述の予備還元炉20と同形式の小型の流動層式炉であり、石灰石を流動化させる。・・・昇温のため、分散板30aの直上に酸素を吹き込んで上記ガス（ガス中のCOおよびH2）を燃焼させる。・・・」（第3頁左下欄5行〜第4頁左上欄18行）
　「予備還元炉を使用する方式であっても、予備還元炉と石灰焼成炉を並列に設置し、溶融還元炉の排出ガスを分岐させて双方の炉へ同時に導くようにしてもよい。」（第4頁右下欄18行〜第5頁左上欄1行）
と記載され、
　第１図には、この発明の溶融還元製鉄法の実施例を示す系統図が示されている。
　甲第４号証（社団法人日本鉄鋼連盟編集「鉄鋼界報」1991.6.1号、No.1535)には、「DIOSパイロットプラント建設に着工」と題し、
　「DIOS法（Direct Iron Ore Smelting Reduction Process）は、・・・粉・粒状の一般炭、鉄鉱石を直接使用し、鉄鉱石は流動層により予備還元した後、また一般炭は直接または脱揮処理した後、溶融還元炉に装入し溶銑を生産するものである。」（中欄1〜10行）
　「このパイロットプラントは第１図に示したように、予備還元流動層（高さ8〜12m）、溶融還元炉（高さ9.3m）およびガス改質装置から成り、銑鉄生産量は・・・である。」（右欄12〜16行）
と記載され、
　第１図には、DIOSパイロットプラントの概略図および仕様が示されている。
（対比・判断）
　本件請求項１に係る発明と甲第１号証に記載された発明とを対比すると、甲第１号証に記載された発明において、焼成炉22には、溶融還元炉3の発生気体排出機構4から排出される、還元性のＣＯ、Ｈ２の含有比率が多い発生ガスの一部が供給され、焼成炉22内の鉱石はある程度還元されることは明らかであり、甲第１号証に記載された発明における「鉱石」、「溶融還元炉3」、「焼成炉22」及び「予備還元炉24」は、本件請求項１に係る発明における「金属鉱石」、「溶解反応装置」、「予備加熱および初期還元装置」及び「部分的還元装置」に相当するから、両者は、「金属鉱石を幾つかの段階で部分的に還元し、次に溶解反応装置内で完全に還元して金属とする複合処理を含み、この複合処理は少なくとも３つの処理単位を有し、上記溶解反応装置が１つの処理単位を構成すると同時に上記金属鉱石の部分的還元を他の少なくとも２つの処理単位で行い、上記少なくとも３つの処理単位の各々において異なる廃ガスを生成させる、金属鉱石の溶融還元方法において、上記予備加熱および初期還元装置すなわち処理単位Ｂからの加熱され且つ予備還元された金属鉱石を上記部分的還元装置すなわち処理単位Ｃに供給しそこで更に還元し、上記部分的還元装置すなわち処理単位Ｃからの部分還元された鉱石を上記溶解反応装置すなわち処理単位Ａの溶湯中に供給し、処理単位Ａで発生した廃ガスを初期還元装置すなわち処理単位Ｂに供給する金属鉱石の溶融還元方法。」である点で一致し、次の各点で相違する。
(1)予備加熱および初期還元装置すなわち処理単位Ｂにおいて、本件請求項１に係る発明が、金属鉱石を「予備還元率０〜３０％に予備還元」するのに対して、甲第１号証には、金属鉱石の予備還元率が規定されていない点
(2)部分的還元装置すなわち処理単位Ｃにおいて、本件請求項１に係る発明が、金属鉱石を「導入される酸化性ガスにより燃焼し得る量に対して余剰の石炭により更に還元」するのに対して、甲第１号証には、石炭により還元することが示されていない点
(3)本件請求項１に係る発明が、「処理単位Ａで発生した後燃焼した廃ガスを初期還元装置すなわち処理単位Ｂに直接供給しそこで完全に燃焼させ、上記複合処理の系外へ排除する」ものであるのに対して、甲第１号証に記載された発明は、溶融還元炉3（処理単位Ａ）において発生ガスを後燃焼させるものではなく、還元性のＣＯ、Ｈ２の含有比率が多い発生ガスを焼成炉22（初期還元装置すなわち処理単位Ｂ）だけでなく、予備還元炉24（部分的還元装置すなわち処理単位Ｃ）にも供給して燃焼させている点
　次に、本件請求項１に係る発明と刊行物２に記載された発明とを対比すると、甲第２号証に記載された発明において、乾燥・予熱本体1には、予備還元炉21からのＣＯ、Ｈ２のなどを含む排ガスが供給され、乾燥・予熱本体1内の鉱石はある程度還元されることは明らかであり、甲第２号証に記載された発明における「鉱石」、「溶融還元炉22」、「乾燥・予熱本体1」及び「予備還元炉21」は、本件請求項１に係る発明における「金属鉱石」、「溶解反応装置」、「予備加熱および初期還元装置」及び「部分的還元装置」に相当するから、両者は、「金属鉱石を幾つかの段階で部分的に還元し、次に溶解反応装置内で完全に還元して金属とする複合処理を含み、この複合処理は少なくとも３つの処理単位を有し、上記溶解反応装置が１つの処理単位を構成すると同時に上記金属鉱石の部分的還元を他の少なくとも２つの処理単位で行い、上記少なくとも３つの処理単位の各々において異なる廃ガスを生成させる、金属鉱石の溶融還元方法において、上記予備加熱および初期還元装置すなわち処理単位Ｂからの加熱され且つ予備還元された金属鉱石を上記部分的還元装置すなわち処理単位Ｃに供給しそこで更に還元し、上記部分的還元装置すなわち処理単位Ｃからの部分還元された鉱石を上記溶解反応装置すなわち処理単位Ａの溶湯中に供給する金属鉱石の溶融還元方法。」である点で一致し、次の各点で相違する。
(1)予備加熱および初期還元装置すなわち処理単位Ｂにおいて、本件請求項１に係る発明が、金属鉱石を「予備還元率０〜３０％に予備還元」するのに対して、甲第２号証には、金属鉱石の予備還元率が規定されていない点
(2)部分的還元装置すなわち処理単位Ｃにおいて、本件請求項１に係る発明が、金属鉱石を「導入される酸化性ガスにより燃焼し得る量に対して余剰の石炭により更に還元」するのに対して、甲第２号証には、石炭により還元することが示されていない点
(3)本件請求項１に係る発明が、「処理単位Ａで発生した後燃焼した廃ガスを初期還元装置すなわち処理単位Ｂに直接供給しそこで完全に燃焼させ、上記複合処理の系外へ排除する」ものであるのに対して、甲第２号証に記載された発明は、溶融還元炉22（処理単位Ａ）において発生ガスを後燃焼させるものではなく、発生する還元力のある高温ガスを予備還元炉21（部分的還元装置すなわち処理単位Ｃ）に供給して燃焼させ、更に、予備還元炉21からの排ガスを乾燥・予熱本体1（初期還元装置すなわち処理単位Ｂ）に供給して燃焼させ、上記複合処理の系外へ排除している点
　そこで、本件請求項１に係る発明と甲第１号証又は甲第２号証に記載された発明との上記相違点について検討する。
　甲第３号証及び甲第４号証にも、上記相違点に示した本件請求項１に係る発明の構成要件である、(1)予備加熱および初期還元装置すなわち処理単位Ｂにおいて、金属鉱石を「予備還元率０〜３０％に予備還元」する点、(2)部分的還元装置すなわち処理単位Ｃにおいて、金属鉱石を「導入される酸化性ガスにより燃焼しうる量に対して余剰の石炭により更に還元」する点、及び(3)「処理単位Ａで発生した後燃焼した廃ガスを初期還元装置すなわち処理単位Ｂに直接供給しそこで完全に燃焼させ、上記複合処理の系外へ排除する」点については記載されていない。（甲第３号証には、「プロセス内に石灰焼成炉30を設け、これに予備還元炉20を出た排出ガスを導入してこのガスのエネルギーにより石灰を焼成する点である。予備還元炉20の排出ガスは、溶融還元炉10からの排出ガスが鉄鉱石の予備還元に用いられた後のものであり」、「予備還元炉と石灰焼成炉を並列に設置し、溶融還元炉の排出ガスを分岐させて双方の炉へ同時に導くようにしてもよい。」と記載されているが、溶融還元炉10で発生した後燃焼した廃ガスを石灰焼成炉30に直接供給し、そこで完全に燃焼させ、複合処理の系外へ排除することが示唆されているとはいえない。また、甲第４号証の第１図の概略図からも、溶融還元炉で発生した後燃焼した廃ガスをガス改質装置に直接供給し、そこで完全に燃焼させ、複合処理の系外へ排除することは読みとれない。）
　そして、本件請求項１に係る発明は、上記各構成要件を具備することによって、「溶融還元プラントの溶解反応装置内での溶湯浴の生産効率を、種々の溶融還元プラントのほぼ２倍に高めることができ、溶湯浴１トンを生産するための石炭消費量を公知方法に比べて１０％以上も低減することができる」（本件特許明細書の段落【００１０】）という明細書に記載された顕著な作用効果を奏するものである。
　したがって、本件請求項１に係る発明は、甲第１号証〜甲第４号証に記載された発明に基づいて、当業者が容易に発明することができたものとすることはできない。
　また、本件請求項２〜１５に係る発明は、訂正後の請求項１又は同請求項１を引用する請求項を引用するものであるから、本件請求項１に係る発明と同様の理由で、甲第１号証〜甲第４号証に記載された発明に基づいて、当業者が容易に発明をすることができたものとすることはできない。
５．むすび
　以上のとおり、特許異議申立ての理由及び証拠によっては、本件請求項１〜１５に係る発明の特許を取り消すことはできない。
　また、他に本件請求項１〜１５に係る発明の特許を取り消すべき理由を発見しない。
　よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１２年５月２５日（２０００．５．２５）
【訂正の要旨】
　ａ．特許請求の範囲の請求項１
　「【請求項１】金属鉱石を幾つかの段階で部分的に還元し、次に溶解反応装置内で完全に還元して金属とする複合処理を含み、この複合処理は少なくとも３つの処理単位を有し、上記溶解反応装置が１つの処理単位を構成すると同時に上記金属鉱石の部分的還元を他の少なくとも２つの処理単位で行い、上記少なくとも３つの処理単位の各々において異なる廃ガスを生成させる、金属鉱石の溶融還元方法において、上記部分的還元装置すなわち処理単位Ｃからの部分還元された鉱石を上記溶解反応装置すなわち処理単位Ａの溶湯中に供給し、処理単位Ａで発生した後燃焼した廃ガスを初期還元装置すなわち処理単位Ｂに供給しそこで完全に燃焼させ、上記複合処理の系外へ排除することを特徴とする金属鉱石の溶融還元方法。」を、
　「【請求項１】金属鉱石を幾つかの段階で部分的に還元し、次に溶解反応装置内で完全に還元して金属とする複合処理を含み、この複合処理は少なくとも３つの処理単位を有し、上記溶解反応装置が１つの処理単位を構成すると同時に上記金属鉱石の部分的還元を他の少なくとも２つの処理単位で行い、上記少なくとも３つの処理単位の各々において異なる廃ガスを生成させる、金属鉱石の溶融還元方法において、上記予備加熱および初期還元装置すなわち処理単位Ｂからの加熱され且つ予備還元率０〜３０％に予備還元された金属鉱石を上記部分的還元装置すなわち処理単位Ｃに供給しそこで、導入される酸化性ガスにより燃焼し得る量に対して余剰の石炭により更に還元し、上記部分的還元装置すなわち処理単位Ｃからの部分還元された鉱石を上記溶解反応装置すなわち処理単位Ａの溶湯中に供給し、処理単位Ａで発生した後燃焼した廃ガスを初期還元装置すなわち処理単位Ｂに直接供給しそこで完全に燃焼させ、上記複合処理の系外へ排除することを特徴とする金属鉱石の溶融還元方法。」と訂正する。
　ｂ．特許請求の範囲の請求項４及び請求項７を削除するとともに、請求項５及び請求項６の各請求項については、その請求項番号を１つづつ繰り上げ、請求項８以下の各請求項については、その請求項番号を２つづつ繰り上げる。
（５４）【発明の名称】
金属鉱石の溶融還元方法
（５７）【特許請求の範囲】
　　【請求項１】　金属鉱石を幾つかの段階で部分的に還元し、次に溶解反応装置内で完全に還元して金属とする複合処理を含み、この複合処理は少なくとも３つの処理単位を有し、上記溶解反応装置が１つの処理単位を構成すると同時に上記金属鉱石の部分的還元を他の少なくとも２つの処理単位で行い、上記少なくとも３つの処理単位の各々において異なる廃ガスを生成させる、金属鉱石の溶融還元方法において、
上記予備加熱および初期還元装置すなわち処理単位Ｂからの加熱され且つ予備還元率０〜３０％に予備還元された金属鉱石を上記部分的還元装置すなわち処理単位Ｃに供給しそこで、導入される酸化性ガスにより燃焼し得る量に対して余剰の石炭により更に還元し、
直接
　　【請求項２】　処理単位ＢおよびＣが多段階構造を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
　　【請求項３】　上記溶解反応装置内の上記反応ガスを酸素質ガスにより５０〜８０％の高い後燃焼率で後燃焼させることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
　　【請求項
４
材を
３
　　【請求項
５
４
　　【請求項
６
５
　　【請求項
７
６
　　【請求項
８
７
　　【請求項
９
８
　　【請求項
１０
９
　　【請求項
１１
１０
　　【請求項
１２
１１
　　【請求項
１３
１１
１２
　　【請求項
１４
１３
　　【請求項
１５
１４
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　　【産業上の利用分野】
　本発明は、金属鉱石を１またはそれ以上の段階で部分的に還元し、次に溶融反応装置内で完全に還元する複合処理を含む金属鉱石の溶融還元法に関する。
　【０００２】
　　【従来の技術】
　金属と酸素との化合物、望ましくは金属鉱石を溶融浴中で還元すること、および炭素質燃料と酸素質ガスとによって溶湯に必要なエネルギーを供給することは新しいことではないし、溶融還元法に関して多くの特許権や先行刊行物が存在する。
　【０００３】
　種々の空気吹き精錬法を用いた製鋼分野では、鉱石を転炉内で炭素還元する努力が既になされてきている。吹込み媒体中の含有物質のうちで特に酸素は、上記の炭素の一部を酸化することによって、必要な熱を発生させる作用がある。ドイツ特許第６０５９７５号（１９３２発行）に記載されている方法においては、吹込み媒体と炭素とは別個にそして交互に溶湯に供給され、そして興味深いのは、炭素を炭素質ガスの形で用いている点である。このことについてはその特許請求の範囲にも次のように表現されている。「羽口を設けた転炉または空気吹き炉内で、鉱石を溶鉄溜まり内で還元し、酸素質吹込み媒体により搬送された炭素を添加する製鋼方法において、空気または酸素富化空気または純酸素と、中性ガスまたは炭素自体を放出するか還元作用を持つガスとを交互に、吹込み媒体および炭素搬送体として用いる製鋼方法。」
　溶融金属浴内で金属鉱石の還元を経済的に行うための基本的な方策は、溶融浴上方のガス空間において反応ガス（主としてＣＯおよびＨ２）を後燃焼させ、発生した熱を溶融浴にリサイクルすることであった。この、反応ガスの後燃焼および溶融浴への発生熱の有効な再伝達については、鋼精錬における熱バランスの向上法として世界各国で特許になっている方法、例えば米国特許第４，１９５，９８５号に最初に記載されている。この米国特許の第１４欄第３９行には、製鋼時の冷却材としてスクラップの代わりに鉄鉱石を用いることも記載されている。この方法の特に効果的な形および後燃焼率を高めるように改良を加えた方法および専用の装置については、国際的に特許になっている方法および反応ガスの後燃焼装置例えば米国特許第５，０５２，９１８号に記載されている。
　【０００４】
　炭素量２〜３％の鉄および粗鋼を製造する非常に巧妙な方法がドイツ特許第３３１８００５号に記載されている。この方法では、溶鉄約１２０トンを収容する溶解（メルトダウン）容器内で、１時間に約７０トンの粗鋼が製造される。この方法は複合システムであり、溶解反応装置、ガス調整容器、および鉱石予備還元用シャフト炉を用いる。鉱石から鉄を製造するこの方法は、鉄溶湯から出てくる反応ガスが溶解容器内で部分的に後燃焼し、その結果発生した熱の大部分が溶湯に伝達され、反応ガスは鉱石還元容器への進行中に還元剤で還元および冷却されることを特徴とする。この方法の特徴は上記の生産性にのみあるのではなく、８０，０００Ｎｍ３／ｈという比較的少量のリサイクルガスで鉄鉱石１１０トンを金属化率約７５％まで還元でき、また炉から排出される使用済ガスの組成はほぼＣＯ４１％、ＣＯ２３０％、Ｈ２２３％、Ｈ２Ｏ１％、Ｎ２４％程度であり、これは例えば加熱用の有効なガスとして使用できるという特徴もある。
　【０００５】
　以上説明した従来技術が、溶融還元法を経済的に実施できるように一歩一歩前進させたことは明らかである。例えば、製鋼分野において鉄鉱石の還元に関する基本的な考え方は比較的古くからあるが、上記の一番最後に引用した方法では、その実施例において溶融還元法を実際の生産に適用した例が製造実績値およびガスの組成および量と共に示されている。これとは対照的に、新たに特許された溶融還元法の多くは、単に公知の処理工程を並べたに過ぎず、その方法による製造量および材料バランスについての定量的なデータは全く示されていない。その一例として無作為に米国特許第４，９８５，０６８号を参照すると、そのメインクレームには次のように記載されている。「（ａ）予備還元した酸化鉄を周囲を囲まれた溶解炉内に供給する工程、（ｂ）天然ガスの余剰分を酸素で燃焼させることにより上記酸化鉄を加熱、溶解および還元して溶融金属とし、解離した炭素をこの溶融金属中に溶かし込むことによりこの溶融金属を加炭し、そして反応済の廃ガスを生成する工程、（ｃ）上記周囲を囲まれた溶解炉内の該溶融浴の上方に高温の空気を導入し、上記廃ガスの一部を酸化してフリューガス（燃焼ガス）を生成させる工程、（ｄ）このフリューガスを清浄化し、約８００℃から９５０℃の温度にまで冷却する工程、（ｅ）上記酸化鉄を上記清浄化したフリューガスと接触させて上記予備還元を行わせる工程、および（ｆ）生成した溶融鉄を取り出す工程を含んで成る酸化鉄の溶融還元法。」
　１９９１年９月にグラスゴウで開催された欧州製鉄会議（Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｉｒｏｎｍａｋｉｎｇ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）で、Ｃｕｓａｃｋ／Ｈａｒｄｉｅ／Ｂｕｒｋｅが提出した溶融還元法の発展に関する膨大な報告書“ＨＩｓｍｅｌｔ−Ｓｅｃｏｎｄ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｓｍｅｌｔｉｎｇ”（ＨＩ溶融還元法−第二世代の直接溶融還元法）には、多数の重要なプロセスパラメータとそれら相互の関係を示されている。そこでは、反応ガスの後燃焼の度合いの関数としての鉱石の予備還元の度合いと、それに応じて製鉄上必要になる石炭について、また従来の溶融還元法の発展段階およびその基本的な特徴について論じられている。ＨＩ溶融還元プロセスのための単純化された材料および熱バランスが述べられており、建設中の生産能力１４トン銑鉄／毎時すなわち１００，０００トン／年の実証プラントについて述べられている。
　【０００６】
　上記従来の金属鉱石の溶融還元法の多くには、鉱石予備還元工程を溶解容器と組み合わせることから来る幾つかの共通する欠点があり、それは従来法に基づいたパイロットプラントや生産設備でも具体的に現れている。従来の生産能力すなわち単位時間当たりの金属生産量は比較的低い。これは恐らく、溶解反応装置におけるエネルギー転換率が高いことに原因がある。またもう一つの驚くべきことは、処理過程で排出されるガスの量およびその残留エネルギー量に差異はあるものの、どの従来方法でも処理過程で比較的熱量の高いかなりの量のガスが排出されてしまうことである。これについては、溶解容器から出る部分的に後燃焼したガスを金属化率の比較的低い鉱石の予備還元に利用する方法でも状況は同じである。依然としてこの方法の経済性は、余剰ガスの販売で得られる利益いかんにかかっている。
　【０００７】
　　【発明が解決しようとする課題】
　そこで本発明は、溶融還元プラントの溶解容器における生産性を経済的に見合う形で大幅に向上させることができる、すなわち単位時間当たりの溶融金属収量を従来公知の方法よりも飛躍的に高め且つプロセス全体でのガスの利用率を高めることができる方法を提供することを目的とする。すなわち本発明は、溶融還元法による金属製造の経済性を向上させることを目的とする。
　【０００８】
　　【課題を解決するための手段】
　上記の目的は、本発明によれば、複合処理プロセスが少なくとも３つの処理単位を持ち、溶解反応装置が１つの処理単位を構成すると同時に金属鉱石の部分還元処理を他の少なくとも２つの処理単位で行い、上記少なくとも３つの処理単位の個々において異なる排ガスを生成させ、上記溶解反応装置で発生する廃ガスを部分還元用の１つの処理単位内のみに導くことによって達成される。
　【０００９】
　すなわち本発明は、金属鉱石を幾つかの段階で部分的に還元し、次に溶解反応装置内で完全に還元して金属とする複合処理を含み、この複合処理は少なくとも３つの処理単位を有し、上記溶解反応装置が１つの処理単位を構成すると同時に上記金属鉱石の部分的還元を他の少なくとも２つの処理単位で行い、上記少なくとも３つの処理単位の各々において異なる廃ガスを生成させる、金属鉱石の溶融還元方法において、上記部分的還元装置すなわち処理単位Ｃからの部分還元された鉱石を上記溶解反応装置すなわち処理単位Ａの溶湯中に供給し、処理単位Ａで発生した後燃焼した廃ガスを初期還元装置すなわち処理単位Ｂに供給しそこで完全に燃焼させ、上記複合処理の系外へ排除することを特徴とする金属鉱石の溶融還元方法である。
　【００１０】
　　【作用】
　本発明の方法によれば、幾つかの処理単位から成る複合処理系として構成された溶融還元プラントの溶解反応装置内での溶湯浴の生産効率を、予測し得ない手段により、種々の溶融還元プラントのほぼ２倍に高めることができる。更に、本発明の方法は、溶湯浴１トンを生成するための石炭消費量を公知方法に比べて１０％以上も低減することができる。恐らく、このように燃料消費を節約できる理由は、溶解反応装置内での反応ガスの後燃焼率が驚くほど高いことであり、また同時にガスの後燃焼で発生するエネルギーが極めて効率良く溶融金属浴に伝達されることであろう。
　【００１１】
　鉱石の予備還元を組み込んだ従来の溶融還元法はいずれも、溶解容器からの反応ガスを金属鉱石の予備還元に用いている。金属鉱石の予備還元に用いることができる還元ガスを用意するためには、溶解容器内での反応ガスの後燃焼率を低くしてもしなくてもよい。溶解容器内での後燃焼率を高くした場合、廃ガスはその還元ポテンシャルを高めるために適切な調整処理を施す必要がある。そのためのガス調整処理装置は細密なものであり、ガスはＣＯ２洗浄するために冷却する必要がある。清浄化したガスを、金属鉱石の還元に都合の良い温度まで再び加熱する。公知のように、溶解反応装置からの廃ガスを鉱石還元容器への搬送中に炭素や天然ガスのような適当な還元剤で直接に還元するためには、これまではこの処理工程の操作の安定性および再現性を確保することが困難であった。
　【００１２】
　この点について本発明は、驚くべき好結果が得られる全く新規な方法を提供するものである。基本的な点は、複数但し３つ以上の処理単位から成る、金属鉱石の溶融還元のための複合処理系である。用語「処理単位」は、従来法の工程に対して本明細書中で意図的に用いたものであり、複合処理系全体の中で各単位がそれぞれ別個の装置（具体的な構造は限定しない）を構成することを明確にすることを意図している。個々の処理単位についてプロセスエンジニアリングの設計データを単に調整するだけで、本発明の複合処理のために材料のフローを均一にすることができる。例えば、少なくとも２つの部分還元単位のそれぞれを多段階の構造にすることができる。また、金属鉱石の部分還元のための処理単位の１つあるいは全てとして、多段階の循環流動床を用いることができる。
　【００１３】
　本発明の方法は、鉄鉱石または鉄含有鉱石の還元に特に適している。但し、本発明の方法は、１種またはそれ以上の遷移金属の酸化物、特にバナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、および鉛の酸化物、望ましくは主成分が鉄である酸化物を含む鉱石、ダスト類、および類似の物質に対して全般的に適している。
　【００１４】
　本発明の金属鉱石の溶融還元のための複合処理系の有利な構成は、３つの処理単位から成ることができ、そのうち処理単位Ａを溶解反応装置とすることができる。溶解反応装置からの廃ガスは後燃焼率が高く、処理単位Ｂすなわち金属鉱石の予備加熱および初期還元装置に直接送り込まれる。この処理単位Ｂからのあ廃ガスは完全に燃焼させられ、その物理的残留熱は例えば直接あるいは熱交換器を介して加熱に利用することができる。処理単位Ｂにおいて加熱されそして恐らくある程度還元された金属鉱石は、第３の処理単位Ｃすなわち実際の部分還元装置に供給され、そこで明瞭に高い金属化率にまで予備還元され、次に処理単位Ａすなわち溶解反応装置に供給される。
　【００１５】
　本発明の方法では、量、ガス組成、および熱量の異なる廃ガス流が個別の３つの処理単位から発生する。以下の説明においては、後燃焼率でガス組成を表現する。後燃焼率は、方法全体、複合処理および個々の処理単位を評価する上で重要な特性である。％表示した後燃焼率は下記のように定義される。
　　ＡＢ＝１００％×〔ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ〕／〔ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ十ＣＯ＋Ｈ２〕
ここで、
　　ガス成分量の単位はｖｏｌ％
　　ＡＢ＝後燃焼率（％）
である。
　【００１６】
　溶解反応装置内で反応ガスとして溶融金属浴から出現するのは実際上はＣＯおよびＨ２だけであり、これらが浴上方のガス空間内で酸素または空気によって後燃焼するので、各処理単位の廃ガスの成分は（微量の不純物を別にすれば）ＣＯ、Ｈ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、および後燃焼用空気のＮ２だけである。例えば、ガス組成が１６．３％ＣＯ、１０．０％ＣＯ２、３．５９％Ｈ２、９．８９％Ｈ２Ｏおよび６０．２３％Ｎ２のときの後燃焼率は、定義によれば５０％である。以下の説明において、後燃焼率についてのこの表現はガス組成についての実質的な量としても適用する。
　【００１７】
　本発明による金属鉱石を溶融還元するための複合処理系の上記有利な構造では、高品位の鉄鉱石から約３．５％炭素の溶融鉄１トンを製造する際に、それぞれの処理単位で下記のように廃ガス流が発生する。溶解反応装置すなわち処理単位Ａからは温度１６８０℃、後燃焼率６０％のガス約２０００Ｎｍ３が流出し、予備加熱および初期還元装置すなわち処理単位Ｂに流入する。この処理単位から流出する廃ガス流は、温度約９００℃、後燃焼率１００％（完全燃焼）のガス約２６００Ｎｍ３である。処理単位Ｃすなわち部分還元装置では、石炭と酸化性ガス（主として高温空気）から還元性ガスが選択的に生成し、この装置から流出するガスは温度９５０℃、後燃焼率３０％、熱量１．２Ｍｃａｌ／Ｎｍ３の高品位燃焼ガスが約８２５Ｎｍ３である。このガスは例えば高温空気を生成させるため等に利用できる。
　【００１８】
　本発明の溶融還元方法を行うために複合させる各処理装置あるいは各処理単位は、例えば下記のように作製および設計することができる。溶解反応装置すなわち処理単位Ａとして、傾斜させたドラム容器に、その浴面下の位置には保護媒体で囲んだ羽口を設け、また種々の固体の供給手段と、反応容器の上部空間内で反応ガスを後燃焼させるための１個または２個以上の酸素または酸素質ガス上吹き羽口とを設ける。実際に試用された浴面下羽口は、ドイツ特許第２４３８１４２号に記載されているように一般的な同心円状の２重管構造のものであり、それに加えて、例えば溶解反応装置内の所定領域で浴の運動を促進するために別の循環用ガスを供給するための単管である。また、上記容器のスラグ帯域に循環ガスおよび反応ガスを供給することも本発明の範囲内である。もちろん、上記容器あるいはそのライニングの側壁または所定の供給高さにも、高い位置に羽口を設ける。溶解反応装置のガス空間に後燃焼用酸素を供給するために、幾つかの単管を用いてもよいし、あるいは通孔が幾つかある金属ブロックを通してシャワー状にガスジェットを噴出させる、いわゆるブロック羽口を用いてもよいし、あるいは望ましくは米国特許第５，０５１，１２７号による上吹き羽口を用いてもよい。後燃焼用の酸素質ガスとしては、純酸素、空気、または酸素富化空気、望ましくは高温の空気すなわち予熱された空気（酸素を添加あるい無添加）を用いることができる。
　【００１９】
　固体はいずれも、浴面下から装入してもよいし、浴面上に装入してもよい。溶湯中への望ましい固体装入方法は、その組成、粒度および温度に応じて、浴面下に装入すると共に、上吹き羽口あるいはその内部にある専用の供給管からも装入することである。例えばプラントの種々の部位で選別されたダストを底部羽口を通して溶湯中に再投入することもしばしば行われている。石炭（通常はその全量のうちの一部が必要）および鉱石（場合によっては、予熱および部分還元された鉱石も加わる）を同時に底部羽口から溶解反応装置内へ吹き込む。しかし通常は、予熱された高温の鉱石は処理単位Ｃから溶解反応装置へ上方から直接投入される。
　【００２０】
　本発明の方法においては、溶解反応装置すなわち処理単位Ａから出た廃ガスは予熱装置すなわち処理単位Ｂに流入する。この処理単位のプラント形態は制限しない。例えば、回転式管状炉あるいはシャフト炉あるいは普通の流動床であってよい。循環式流動床が有利であることが分かった。この循環式流動床内で、溶解反応装置からの廃ガスが酸素または空気望ましくは高温空気によって完全に燃焼させられる。しかし、この廃ガスの還元ポテンシャル（還元能力）は金属鉱石を予備還元するために予め利用され、予備還元された金属鉱石は導入された熱により更に乾燥および加熱される。石灰石をこの循環式流動床内で更に脱酸し、生成した生石灰を例えば溶解ガス化装置内で造滓材として用いることができる。更に、装入材料特に造滓材をここで加熱（場合によってはカ焼）することもできる。廃ガスの後燃焼で発生する余剰エネルギーは、循環式流動床の公知の冷却体で水蒸気を発生させる作用をする。この処理単位Ｂから出る廃ガスは完全燃焼しており、温度は約９００℃である。予熱された鉱石は循環式流動床を出るときの予備還元率が通常は１０〜３０％であるが、この鉱石を処理単位Ｂ内で単に乾燥および加熱のみを行い、予備還元率の非常に低い状態あるいは予備還元を全くしない状態で、実際の部分還元装置すなわち処理単位Ｃに供給することも本発明の範囲内である。
【００２１】
　本発明によれば、部分還元装置すなわち処理単位Ｃは循環式流動床である。一般的に知られているように、循環式流動床は材料の流れる順序で混合室、上昇管およびサイクロンによって実質的に構成され、サイクロンには混合室への固体還流管がある。このような流動床反応装置（例えばフラックスフロータイプのもの）では、装入材料は混合室に装入され、上昇管は冷却系（主に熱交換器）を持っている。温度約９００℃の僅かに予備還元された鉱石と一緒に、予備加熱および初期還元装置（処理単位Ｃ）からの造滓材を石炭および燃焼に必要な酸素（望ましくは高温空気として）と共に装入する。固体材料を、望ましくは粒状化あるいは粉砕した状態で、通常の量の搬送ガスと一緒に部分還元装置へ気流により供給する。
　【００２２】
　本発明によれば、処理単位Ｃ内でそこに導入された酸化性ガスで燃焼できる量よりも多い量の石炭を供給することにより、望みの高品位還元性ガスを生成させる。この余剰石炭は揮発成分が部分還元装置内で除去され、これにより生成したコークスと予備還元された鉱石（金属化率は通常５０％程度止まり）と処理単位Ｃからの造滓材とが一緒に溶解反応装置（処理単位Ａ）に流入し、これによりこの複合処理系内の材料循環の輪が完結する。
　【００２３】
　循環式流動床およびそれによる金属鉱石の選択的部分還元作用および高エネルギーの有用な廃ガスを生成する制御された作用は、本発明の金属鉱石の溶融還元方法の本質的な特徴である。この処理単位によって、溶解反応装置内での反応ガスの後燃焼率とは関係なく還元ガス自体と鉱石の予備還元率とを最適化することができるし、溶解反応装置の廃ガスを再利用することができる。石炭と燃焼用酸素との量的比率だけでなく、循環式流動床内での鉱石の滞在時間および気流搬送用ガスあるいは付加的な不活性ガスの量も、金属鉱石の金属化率を３０％〜７０％、望ましくは３５％〜６５％に調節するために用いることができる。
　【００２４】
　また本発明では、循環式流動床内でそこに導入された石炭から揮発成分が除去される際に付加的にコークスが生成するため、溶解反応装置へ加熱媒体としての炭素を極めて経済的に供給することができる。例えば、部分還元装置内に供給された石炭の半量程度がコークスとして、金属化率約５５％、温度９５０℃の部分還元金属鉱石と一緒に溶解反応装置に供給される。この状況下では、驚くべきことに、同一装入重量および同一寸法の溶解反応装置で従来法の約２倍の銑鉄を生成させることができる。このように溶解反応装置の生産性が高まる結果、既に説明した経済的利点として例えば造滓材のカ焼およびコークスの生成があるだけでなく、容器の耐火ライニングのコスト、設備の熱損失および全般的な運転および人員のコストが銑鉄生産量に比例して増加しないことによる経済的な改善効果もある。
　【００２５】
　従来知られている鉄鉱石の溶融還元法では、溶解容器への平均装入量に対する時間当たりのトン数で表した生産速度（以下、生産指数と呼称する）は、０．６以下である。例えば、ドイツ特許第３３１８００５号には、平均鉄溶湯重量１２０トンの溶解容器で１時間当たり７０トンの銑鉄が製造されることが記載されている。この場合の生産指数は０．５８である。ここで「溶解反応装置内の鉄溶湯の平均重量」とは、溶解容器内の溶湯を全量または一部出湯する前後の容器内重量の算術平均である。本発明の方法によれば、生産指数を０．８以上、更には１．０以上にすることができる。
　【００２６】
　本発明においては、既に説明したように３つの処理単位を複合させることで驚異的な高生産性と顕著な経済的改善効果とが得られるが、この複合処理系に在来の装置およびガスの外部利用等を含めた処理装置を更に付け加えることも本発明の範囲内である。すなわち、処理単位Ｂを多段式の流動床としたり、同タイプまたは異種タイプの別個の２基の装置で構成したりすることができる。例えば、回転式管状炉を循環式流動床と組み合わせることができる。処理単位Ｃを１基の循環式流動床ではなく、ほぼ個別に作動する２基の循環式流動床装置として作動させると有利である。このようにすると、１基目の循環式流動床内での後燃焼率を高めに調整すること、すなわち添加された石炭の持つ化学的エネルギーの利用を促進することができる。これにより、２基目の循環式流動床内では鉱石の金属化率を高めることができるようになる。このように処理単位を付加すること、すなわち処理単位Ｃの後に２基目の循環式流動床を設けることにより、石炭消費量が約２０％低減されるので、複合処理系としてのエネルギーバランスにとって有利になる。
　【００２７】
　生産性を高め、更にできれば必要エネルギー量すなわち石炭消費量を低減するために望ましい態様においては、石炭消費量および反応ガスの後燃焼に有利になるように高温空気の温度を高めることである。通常に生成される高温空気は温度が高々１２００℃である。空気を予熱するために普通利用されている、公知の溶融還元法で発生する廃ガスでは、高エネルギーガスを添加しないで高温空気の温度を更に上昇させることはできない。処理単位Ｃからの高エネルギー廃ガスを用いれば、高温空気の温度を容易に１４００℃程度まで上昇させることができる。この空気加熱用装置としては、例えばドイツ特許第３８４１７０８号に記載されている、いわゆるペブルヒータを用いることができる。
　【００２８】
　上記と同じ目的で更に有利な態様においては、高温空気の酸素富化を行う。高温酸素の酸素富化は酸素濃度５０％まで可能である。しかし、僅かな酸素富化、例えば酸素量２５％以下でも、非常に効果的である。
　本発明の方法の特に有利な態様においては、上記２つの有利な態様を組合せ、高温空気の温度上昇と酸素富化とを同時に行う。例えば、高温空気の温度を１３５０℃にすると共に酸素量を約２５％増加させた場合、溶融銑鉄生成量１トン当たり約５０ｋｇの石炭が節約でき、溶解反応装置での生産性が約４０％高まるという予期し得ない効果が得られた。
　【００２９】
　最後に、物理的な熱供給、例えば高温に加熱した不活性な挙動をするガスの供給により、個々の処理単位の必要エネルギーの一部を賄うことも本発明の範囲内である。温度９００〜１６００℃、望ましくは１２００〜１４００℃の複数種類のガスを用いることができる。例えば、処理単位Ｂからの完全燃焼しリサイクルされたガス、二酸化炭素および窒素が有用であることが分かった。これら高温のガスによる熱供給は、上記タイプのガスのみに限定されないことはもちろんであり、同等のガスあるいはその混合ガスであってもよい。
　【００３０】
　本発明の方法は燃料の選択の自由度が非常に高い。固体、液体、気体の燃料を単独または混合して用いることができる。ガスフレーム炭（ｇａｓ　ｆｌａｍｅ　ｃｏａｌｓ）から無煙炭までどの品位の石炭も用いることができるし、グラファイトおよびアルミニウムの製造で発生する可燃性残津も使える。製油所の残滓、重油の全等級、ディーゼル油や家庭用燃料まで含めた全てのタイプの油を用いることができる。ガス燃料については、天然ガス、メタン、エタン、プロパン、ブタン、およびこれらの混合ガスが適していることが分かった。
　【００３１】
　以下に、添付図面を参照して、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
　【００３２】
　　【実施例】
　図１に、金属鉱石の溶融還元を行うために少なくとも３つの処理単位を有する本発明の複合処理系を示す。
　処理単位Ａは、耐火ライニング（図示せず）を有し溶湯浴２を収容する溶解反応装置１を含んで構成されている。反応する材料は、底部羽口３と、浴面上方の供給手段４と、酸素質ガス望ましくは高温空気のための上吹き羽口５から、溶解反応装置１のガス空間６に吹き込まれる。溶湯２から出る反応ガスはガス空間６内で羽口５からの高温空気の酸素と反応し、その際に発生する熱は８０％より高い効率で溶湯２に伝達される。その結果生じた廃ガスは矢印７で示した廃ガスロから溶解反応装置１の外部へ排出される。生成した溶湯浴およびスラグは流出口８から溶解反応装置１外へ出る。
　【００３３】
　処理単位Ｂすなわち予備加熱および初期還元装置は、混合室１０と、蒸気発生用熱交換器１２を備えた上昇管１１と、固体還流管１４および排出口１５を備えたサイクロン１３とを含んで構成されている。処理単位Ａからの廃ガスは、流入口１７を通って処理単位Ｂの混合室１０に流入する。導入されたガスの後燃焼および鉱石のための高温空気と、カ焼されるべき造滓材とは、開口１８から混合室１０に流入する。この処理単位の廃ガスは開口１６から排出される。流出口１９は、予備加熱された固体を処理単位Ｃへ気流搬送するためのものである。
　【００３４】
　処理単位Ｃでは、全ての固体材料が注入口２０を通して混合室２１に流入する。これら固体材料としては、加熱され初期還元された金属鉱石、カ焼され加熱された造滓材、および石炭があり、気流搬送に必要な搬送ガスも含まれる。酸素質ガス（通常は高温空気）は、注入口２２を通して混合室２１内に供給され、混合室２１に導入された石炭を燃焼（望ましくは部分的に燃焼）させるために用いられる。処理単位Ｃからの固体材料（すなわち主として高い金属化率にまで選択的に還元された金属鉱石と、造滓材と、コークス）は、流出口２３から流出し溶解反応装置すなわち処理単位Ａに流入する。処理単位Ｃからの比較的高エネルギーの廃ガスは、廃ガス口２４から流出して、これを消費する装置、例えば高温空気生成用のペブルヒータのバーナー等に供給される。
　【００３５】
　処理単位Ｃおよびこれと同様に本実施例では循環式流動床である処理単位Ｂは基本的に下記のように作動する。開口２０および固体還流管２９を通って固体材料が混合室２１に供給され、注入口２２から流入してくる酸素質ガスによって燃焼する。このガスおよび固体によって流動床が形成され、冷却器２５を備えた上昇管３０の中を上昇する。冷却器２５には流入口２６から水が供給され、発生した蒸気は流出口２７から排出される。流動床は次に接線方向からサイクロン２８に流入し、このサイクロン２８内で固体分をほぼ除去された廃ガスが廃ガス口２４から排出される。固体分の一部は固体管３１および流出口２３を通って溶解反応装置に流入し、他の部分は固体還流管２９を通って混合室２１に戻る。この固体流の分割は、制御弁（図示せず）例えばスライド弁やセル状回転仕切り弁のような排出手段によって分割される。混合室から出た固体流は、前述のように装置内を再び循環する。
　【００３６】
　以下に、幾つかの例によって本発明を更に詳細に説明する。下記の例で記載した数値データは全て、高品位の鉄鉱石例えば典型的な豪州鉱石から１トンの溶融銑鉄を製造する場合のものである。各例では溶解反応装置の規模そしてまた銑鉄製造量も比較的小規模とし、溶解反応装置内の溶湯重量が平均で約１５トンのパイロットプラントに対応する程度とした。鉱石の予備還元すなわち処理単位ＢおよびＣは、例えばフラックスフロータイプの循環式流動床として具体的構造を決めた。
　【００３７】
　第１例は、例えばＨＩ溶融還元法に関して公表されているような鉱石予備還元段階を組み込んだ溶融還元容器を用いた公知方法を記載した比較例である。
　石炭約７００ｋｇとリサイクルダスト約１５０ｋｇとを、底部羽口から溶融還元容器に供給し、予備還元率２０％、温度９００℃の鉱石を浴面の上方から供給する。後燃焼用として、温度１２００℃の高温空気約２８００Ｎｍ３を溶湯上方のガス空間に吹き込む。溶融還元容器から、温度１７００℃、後燃焼率５０％の廃ガス３７００Ｎｍ３が鉱石予備還元段階としての循環式流動床内に流入する。この流動床には造滓材３５０ｋｇと鉱石１６００ｋｇとが装入される。この装置からの廃ガス量は２３００Ｎｍ３であり、その温度は９００℃、後燃焼率は７０％である。熱量は約０．３５Ｍｃａｌである。この公知方法では、最大生産速度として７トン／時間を得ることができ、これは生産指数にすると０．４７になり、生成するスラグ量は約４００ｋｇ／トン銑鉄である。
　【００３８】
　これに対して本発明の方法では、同じ溶解反応装置を用いて生産速度約１３トン／時間、生産指数にして０．８７を得ることができる。保護媒体で囲まれた底部羽口３から、石炭約１００ｋｇとプラント全体からのリサイクルダスト約２５０ｋｇとを必要な搬送ガスと一緒に溶解反応装置１に導入する。供給手段４から、石炭２５０ｋｇと、予備還元率６５％、温度９５０℃の予備還元鉱石約１３００ｋｇとが、溶解反応装置１の溶湯中に流入する。後燃焼用として、溶湯２からの廃ガスと、温度１２００℃の高温空気約１５５０Ｎｍ３とを、後燃焼用羽口５からガス空間６内に吹き込む。廃ガス口７から、温度約１７００℃、後燃焼率約６０％の廃ガス約２０００Ｎｍ３が流出し、流入口１７を通って予備加熱・初期還元装置の混合室１０内に流入する。この処理単位Ｂには、流入口を通して造滓材３５０ｋｇ、鉱石１５００ｋｇ、および高温空気約４５０Ｎｍ３も供給される。この処理単位Ｂからの廃ガスの量は２５００Ｎｍ３、温度は９００℃であり、完全燃焼しており、すなわち後燃焼率は１００％である。この廃ガスは開口１６から流出し、その物理的熱を利用する箇所へ送られる。
　【００３９】
　この処理単位Ｂからは、予備還元率１１％、温度９００℃の僅かに還元された鉱石１６００ｋｇが流出口１９を通して排出され、処理単位Ｃの循環式流動床中に流入する。処理装置Ｃには石炭５００ｋｇおよび高温空気３００Ｎｍ３も供給する。この装置からの廃ガスの量は８００Ｎｍ３、温度は９５０℃、後燃焼率は３０％、熱量は１．２Ｍｃａｌ／Ｎｍ３である。この部分還元装置からは、この例の最初に記した量の鉱石および造滓材が溶解反応装置に供給される。
　【００４０】
　本発明の典型的な一例においては、生産速度は約１５トン／時間、生産指数にして１．０である。部分還元装置（処理単位Ｃ）から溶解反応装置へは、コークス２５０ｋｇと、予備還元率６５％、温度９５０℃の予備還元鉱石１３００ｋｇと、６０Ｎｍ３の搬送ガスとが流入する。また、石炭９０ｋｇとリサイクルダスト約２５０ｋｇが底部羽口を通して流入する。廃ガスの後燃焼用として、温度１２００℃の高温空気１５００Ｎｍ３を溶解反応装置内で用いる。後燃焼率７０％、温度１７００℃の廃ガス約１８００Ｎｍ３が、予備加熱・初期還元装置（処理単位Ｂ）の流動床内に流入する。この装置には、造滓材３４０ｋｇ、鉱石１５４０ｋｇおよび高温空気２７０Ｎｍ３も供給される。処理単位Ｂからは、温度９００℃の完全燃焼した廃ガス（後燃焼率１００％）が２３００Ｎｍ３排出される。既に説明したように、この廃ガスは、その物理的熱を利用するための所望の装置に供給される。
　【００４１】
　部分還元装置（処理単位Ｃ）内では、石炭５４０ｋｇと高温空気６６０Ｎｍ３から高品位の還元ガスが生成し、処理単位Ｂからこの処理単位Ｃに搬送されてきていた温度９００℃、予備還元率１１％の鉱石１６００ｋｇを、前記の予備還元率（６５％）まで還元する。処理単位Ｃからは、温度９５０℃、後燃焼率３８％、熱量０．９Ｍｃａ１／Ｎｍ３の高エネルギー廃ガス１２００Ｎｍ３が排出される。このガスは本発明の複合処理系に用いる高温空気をペブルヒータ内で加熱するため等に利用することができる。
　【００４２】
　最後に、第３例は本発明の方法の特に有利な態様を利用するもので、高温空気の温度を高くすると共に高温空気の酸素富化をも行うものであり、下記の熱バランスおよび材料バランスが得られる。溶解反応装置内の溶湯に、浴面下から、石炭約５０ｋｇとリサイクルガス約１００ｋｇを、通常量の搬送ガスと一緒に供給する。浴面上方からは、予備還元率６０％、温度９００℃の部分還元鉱石１４００ｋｇを装入する。後燃焼用として、温度１３５０℃、酸素含有量２４．５％の高温空気約１０００Ｎｍ３を用いる。処理単位Ａから排出され処理単位Ｂに供給される廃ガスの量は１２６０Ｎｍ３、温度は１７２０℃、後燃焼率は６６％である。処理単位Ｂには、鉱石１５４０ｋｇと、造津材３３０ｋｇと、前述と同様の１７２０℃で酸素量が２４．５％の高温空気約１９０Ｎｍ３とを装入する。処理単位Ｂからは、温度９００℃の完全燃焼した廃ガス１６８０Ｎｍ３が排出される。この予備加熱・初期還元装置から排出される予備還元率１１％、温度９００℃の鉱石１６４０ｋｇが、石炭５３０ｋｇおよび高温空気５３０Ｎｍ３と一緒に、処理単位Ｃの循環式流動床中に流入する。この部分還元装置からの廃ガスの量は１１００Ｎｍ３、温度は９５０℃、後燃焼率は４０％、熱量はＭｃａｌ／Ｎｍ３である。
　【００４３】
　この例では、生産速度約２０トン／操業時間、生産指数にして１．３３という著しく高い生産性が得られた。
　本発明の方法は、少なくとも３つの処理単位を含む複合処理系で金属鉱石をある程度の金属化率にまで選択的に部分還元すること、そしてこれを溶解反応装置内で従来得られなかった高い生産性で金属にまで完全に還元することを可能にするものであり、非常に汎用性が高いという特徴がある。本発明の方法は、在来の冶金工場例えば製鋼所等にうまく適用することができるし、種々の製造条件に良く適合することができる。既に説明したように、予備加熱・初期還元装置と実際の部分還元装置とを一段かあるいは多段階の構造にすることができる。４つ目の処理単位を、例えばそのために設計された溶解反応装置に同時に供給するために、主として説明した３つの処理単位で構成される複合処理系に付加することもできる。
　【００４４】
　本発明の処理単位ＢおよびＣからは別個に廃ガスが流出するため、これら２つの処理単位間の材料の流れを途中で全量あるいは一部何かに利用することが容易に行えることが分かった。乾燥および部分還元された金属鉱石を全量あるいは一部、ある時間だけ途中で貯蔵することも考えられる。この操作はエネルギーバランス上は好ましくないが、本発明の複合処理を在来の製造ラインに適合させる上で有用であり、したがって本発明の発明の範囲内である。
　【００４５】
　また、操業実績に応じて、個々の処理単位内での材料フローを変えることにより本発明の複合処理を適当に改変することも通常の構想の範囲内である。これら実際的な適合化および改善も本発明による方法の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
　　【図１】
　図１は、金属鉱石の溶融還元を行うために少なくとも３つの処理単位を有する本発明の複合処理系を示す概念図である。
　　【符号の説明】
１…溶解反応装置
２…溶湯浴
３…底部羽口
４…浴面上方の供給手段
５…上吹き羽口
６…ガス空間
７…廃ガス口
８…流出口
１０…混合室
１１…上昇管
１２…蒸気発生用熱交換器
１３…サイクロン
１４…固体還流管
１５…排出口
１６…開口
１９…流出口
２０…注入口
２１…混合室
２２…注入口
２３…流出口
２４…廃ガス口
２５…冷却器
２６…流入口
２７…流出口
２８…サイクロン
２９…固体還流管
３０…上昇管
３１…固体管