(57)【要約】  本発明は、エネルギーと排出とが最適化された製鉄のための方法及び当該方法を実施するための設備に関する。その際、溶融ガス化装置内で生産されたジェネレーターガスの第１部分量は、第１還元領域において第１還元ガスとして用いられ、第２部分量は、少なくとも一つのさらなる還元領域に第２還元ガスとして供給される。加えて、第１還元領域から取り出された炉頂ガスの部分量は二酸化炭素が洗除された後、溶融ガス化装置からジェネレーターガスが出された後に、当該ジェネレーターガスに混合され、ジェネレーターガスの冷却が行われる。
2011528064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
好適には塊状の、鉄鉱石と、場合によっては融剤とによって形成される供給材料から液状銑鉄あるいは液状鋼半製品と海綿鉄とを製造するための方法であって、
前記供給材料は第１還元領域において海綿鉄に直接還元され、該海綿鉄は炭素担体と酸素含有ガスとを供給された状態で溶融ガス化装置内において溶融され、一酸化炭素と水素とを含有するジェネレーターガスが生成され、該ジェネレーターガスは、前記溶融ガス化装置から出された後に初めて冷却され、次いでダストが除却され、このダスト除却の際に得られた還元ガスの第１部分量は、第１還元ガスとして前記第１還元領域に導入され、そこで転換されて、炉頂ガスとして取り去られ、該炉頂ガスは引き続いてダスト洗除に付され、ダスト洗除が行われた後、部分的にあるいは全体的に圧縮と二酸化炭素の洗除とに付される方法において、
前記二酸化炭素の洗除の後、二酸化炭素が洗除されたガスの少なくとも部分量Ａは、前記溶融ガス化装置から前記ジェネレーターガスが出された後に、該ジェネレーターガスに混合され、該ジェネレーターガスの冷却が行われ、
前記ダスト除却の際に得られた前記還元ガスの第２部分量は、場合によっては二酸化炭素が洗除されたガスの部分量Ｂが加熱の後に混合された上で、さらなる鉄鉱石を直接還元するための少なくとも一つのさらなる還元領域に、第２還元ガスとして供給されることを特徴とする方法。
【請求項２】
直接還元するための前記さらなる還元領域が、固定床還元領域であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記さらなる還元領域から取り去られた第２炉頂ガスはダスト洗除の後、前記第１還元領域からの、ダストが洗除された前記炉頂ガスと一緒にされ、得られたガス混合物は部分的あるいは全体的に圧縮と二酸化炭素の洗除とに付され、請求項１に記載の、二酸化炭素が洗除されたガスの前記部分量Ａと前記部分量Ｂと同様に、二酸化炭素の洗除の後にさらに使用されることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の方法。
【請求項４】
前記二酸化炭素が洗除されたガスの前記部分量Ｂは、酸素燃焼装置によって加熱されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記二酸化炭素が洗除されたガスの前記部分量Ｂは、まず熱交換器によって、引き続いて酸素燃焼装置によって６５０℃以上にまで加熱されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記還元ガスの前記第２部分量は通常稼働時に、前記第２還元ガスに対して、２０Ｖｏｌ％か〜１００Ｖｏｌ％、好ましくは２０〜５０Ｖｏｌ％、さらに好ましくは２５〜３５Ｖｏｌ％の貢献をすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記還元ガスの前記第２部分量は通常稼働時に、全還元ガス量の５〜５０Ｖｏｌ％、好ましくは２０〜４０Ｖｏｌ％、特に好ましくは３０Ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記二酸化炭素が洗除されたガスの前記部分量Ａは、通常稼働時に、前記二酸化炭素が洗除されたガスの１５Ｖｏｌ％〜１００Ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記二酸化炭素が洗除されたガスの前記部分量Ａの、前記ジェネレーターガスへの混合は、前記還元ガスの温度基準値に応じて制御されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記二酸化炭素が洗除されたガスの１０Ｖｏｌ％までの部分量が、粉炭噴射のための噴射ガスとして用いられることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記二酸化炭素が洗除されたガスの５Ｖｏｌ％までのわずかな部分量が、供給材料を装入する際の冷却ガスとして用いられることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記さらなる還元領域から得られた製品が、ブラスト炉での製鉄のための出発原料として用いられることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
本発明に係る方法を実施するための装置であって、
好適には塊状の、鉄鉱石のための第１還元炉（１）と、溶融ガス化装置（２）と、該溶融ガス化装置（２）を前記第１還元炉（１）と接続する、前記第１還元炉内で形成される反応生成物用の少なくとも一つの搬送管（１７）と、前記溶融ガス化装置に合流する炭素担体用供給管（１８）と、前記溶融ガス化装置に合流する酸素含有ガス用供給管（１９）と、前記溶融ガス化装置に備えられた銑鉄用タップ（１１）と、前記溶融ガス化装置に備えられたスラグタップ（１２）と、さらなる鉄鉱石を直接還元するための少なくとも一つのさらなる還元炉（１６）と、前記溶融ガス化装置とダスト除却装置（３）とを接続するジェネレーターガス用排出管（４）と、前記ダスト除却装置からの還元ガス用排出管（５）と、前記ダスト除却装置からの前記還元ガス用排出管（５）を前記第１還元炉と接続する管（６）と、ガス・ダストスクラバー（８）に合流する、前記第１還元炉から出ている炉頂ガス管（７）と、前記ガス・ダストスクラバー（８）から出ている排出管（９）と、まずはガス圧縮装置（２０）と二酸化炭素洗除設備（２１）とガス加熱装置（１３）とが連続して設けられている、前記ガス・ダストスクラバーから出ている前記排出管と接続された搬出管（１０）と、を有する装置において、
前記二酸化炭素洗除設備（２１）と前記ガス加熱装置（１３）との間において、前記ジェネレーターガス用排出管（４）に合流する戻り管（１４）が前記搬出管（１０）から分岐し、
前記搬出管（１０）は、前記還元ガス用排出管（５）から出ている接続管（１５）に合流し、該接続管（１５）は、前記さらなる還元炉に合流していることを特徴とする装置。
【請求項１４】
前記さらなる還元炉（１６）は固定床還元炉であることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記さらなる還元炉（１６）から炉頂ガス排出管（３２）が出ており、該炉頂ガス排出管にはガス・ダストスクラバーが設けられ、かつ前記炉頂ガス排出管は前記ガス圧縮装置（２０）の上流で前記搬出管（１０）に合流することを特徴とする請求項１３あるいは１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記ガス加熱装置（１３）は酸素燃焼装置であることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記ガス加熱装置（１３）の上流の前記搬出管（１０）および／あるいは前記炉頂ガス排出管（３２）に、二酸化炭素が洗除されたガスの部分量Ｂを炉頂ガスおよび／あるいは第２炉頂ガスによって加熱するための熱交換器（２５）が設けられていることを特徴とする請求項１３から１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
粉炭噴射設備（２３）が前記溶融ガス化装置に設けられ、該粉炭噴射設備は、前記二酸化炭素洗除設備（２１）の下流で前記搬出管（１０）から分岐する噴射ガス管（２２）に接続されていることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
炭素担体を前記溶融ガス化装置（２）に装入するための装入装置（２７）と、
場合によっては、さらなる供給材料を前記溶融ガス化装置（２）に装入するための装入装置（２８）と、
鉄鉱石と場合によっては融剤とを前記第１および／あるいは前記さらなる還元炉（１，１６）に装入するための装入装置（２９，３０）と、
が設けられており、
前記装入装置（２７，２８，２９，３０）は、前記二酸化炭素洗除設備（２１）の下流で前記搬出管（１０）から分岐する冷却管（２６）に接続されていることを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギーと排出とが最適化された製鉄のための方法及び当該方法を実施するための設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
製銑のための溶融還元法においては、溶融ガス化装置内で炭素担体と酸素含有ガスとから、還元成分として一酸化炭素と水素とを含む、いわゆるジェネレーターガスが生成される。ジェネレーターガスは、配設された還元炉において還元ガスとして用いられる。還元炉で製造された海綿鉄は、液状銑鉄を製造するための溶融ガス化装置に装入される。ジェネレーターガスは、還元炉内で行われるプロセスにとっては高すぎる温度になっているので、冷却ガスを導入することによって、還元炉内における必要な温度にまで冷却される。特許文献１は、ガス・ダストスクラバー内でジェネレーターガスの一部を冷却することによって冷却ガスを調達する直接還元設備を示している。その際不利なのは、大きなエネルギー量が、製鉄に利用されることなく、ジェネレーターガスからガス・ダストスクラバーの水に排出されるということである。
【０００３】
還元炉では、還元ガスの還元成分の全含有量が、海綿鉄への還元に消費されるわけではなく、その結果還元炉から取り出された炉頂ガスは、なお還元力を有している。特許文献１から、炉頂ガスに残った還元成分を、さらなる還元シャフト内での製鉄に利用することが知られている。そのために、還元炉とさらなる還元シャフトの洗浄された炉頂ガスから成る混合物は、非還元構成要素である二酸化炭素が取り除かれ、熱交換器と還元ガス炉内での後燃焼とによって加熱され、場合によってはダストを洗い落とされたジェネレーターガスの部分量と一緒にされた後に、さらなる還元シャフトに導かれる。還元炉とさらなる還元シャフトとの洗浄された炉頂ガスから成る混合物は、二酸化炭素に富んでいる。なぜなら両還元アセンブリ内で還元作業が行われるからである。この方法を実施する際に不利なのは、炉頂ガスの洗浄の結果冷却された混合物を、手間をかけてさらなる還元シャフト内で必要な温度にまで加熱する必要性である。さらに、大きなエネルギー量が、製鉄に利用されずに、ガス・ダストスクラバーの水に排出されることも不利である。さらに、熱交換と後燃焼のための設備の一部が、さらなる還元シャフトに供給される還元ガス需要の大部分を賄わなくてはならないガス量を処理できるほど大きく設けられなくてはならない。対応して大きな設備の一部を駆動するにはより手間がかかり、かつそれを機能させるために、たとえば還元ガス炉内での燃焼ガス消費としてエネルギーを必要とし、このエネルギーは、生産される鉄の単位数量ごとに設備全体のエネルギー消費を引き上げる。エネルギー需要は化石エネルギー源によって賄われているので、エネルギー消費の上昇は自動的に、二酸化炭素排出量の上昇を意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第９７３３００６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、単位数量の鉄を製造するのに必要なエネルギー及びそれと結び付く二酸化炭素排出量を削減する方法を提供することである。同様に、そのような方法を実施するための設備が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
好適には塊状の鉄鉱石と、場合によっては融剤とによって形成される供給材料から液状銑鉄あるいは液状鋼半製品と海綿鉄とを製造するための方法であって、供給材料は第１還元領域で海綿鉄に直接還元され、当該海綿鉄は炭素担体と酸素含有ガスとを供給された状態で溶融ガス化装置内で溶融され、一酸化炭素と水素とを含有するジェネレーターガスが生成され、当該ジェネレーターガスは、溶融ガス化装置から出された後に初めて冷却され、それからダストが除却され、このダスト除却の際に得られた還元ガスの第１部分量は、第１還元ガスとして第１還元領域に導入され、そこで転換され、炉頂ガスとして取り去られ、当該炉頂ガスは引き続いてダスト洗除に付され、ダスト洗除が行われた後、部分的にあるいは全体的に圧縮と二酸化炭素の洗除とに付される方法において、二酸化炭素の洗除の後、二酸化炭素が洗除されたガスの少なくとも部分量Ａは、溶融ガス化装置からジェネレーターガスが出された後に、当該ジェネレーターガスに混合され、ジェネレーターガスの冷却が行われ、ダスト除却の際に得られた還元ガスの第２部分量は、場合によっては二酸化炭素が洗除されたガスの部分量Ｂが加熱の後に混合された上で、さらなる鉄鉱石を直接還元するための少なくとも一つのさらなる還元領域に、第２還元ガスとして供給されることを特徴とする方法によって、この課題は解決される。
【０００７】
この方法を実施する際には、洗浄と二酸化炭素除去とによっていずれにせよすでに冷却されている、二酸化炭素が洗除されたガスの部分量Ａが、冷却ガスとして使用される。この方法を実施する際には、特許文献１に記載されているような冷却ガス循環はなく、それゆえ、そのような冷却ガス循環のガス・ダストスクラバーの水へのエネルギー損失は回避される。第１還元領域から出てくる炉頂ガスはジェネレーターガスよりも温度が低いため、ガス・ダストスクラバー内で炉頂ガスを冷却する際に、より少ない温度差が克服され、その結果炉頂ガス用のガス・ダストスクラバーの水へのエネルギー損失は、ジェネレーターガス用のガス・ダストスクラバーと比較してさらに減少する。ガス・ダストスクラバーの水へのエネルギー損失が減少することによって、ひいては単位数量の鉄を製造するための、特有のエネルギー消費と、それに応じて、生産される鉄の単位数量ごとの二酸化炭素排出量が減少する。さらに、冷却ガスとして使用される、二酸化炭素が洗除されたガスの部分量Ａは、還元プロセスに再循環され、かつ当該ガスに含まれる還元成分が、新たに第１還元炉を通過できるという利点がもたらされる。それによって、溶融ガス化装置内で生成された還元成分の還元力が、より良く活用される。それに応じて、一定量の鉄鋼石を還元するために、より少量のジェネレーターガスを生成すればよく、それによって再び、エネルギー消費とひいては製品の単位数量ごとの二酸化炭素排出量が減少する。
【０００８】
ダスト除却の際に得られた還元ガスの第２部分量、あるいは場合によってはこの第２部分量と、ダスト除去と二酸化炭素除去によって浄化されかつ加熱された炉頂ガスとから成る混合物が、第２還元ガスとしてさらなる還元領域に供給される。還元ガスの第２部分量は、さらなる還元領域への途中で冷却されず、還元力も失われないので、当該部分量の熱的、化学的エネルギー内容は、さらなる還元領域での還元のためにひいては製鉄のために最適に使用される。さらに、混合され、浄化されかつ加熱された炉頂ガスの還元力をさらなる還元領域において利用することによって、溶融ガス化装置で生成された還元成分の製鉄への活用が改善される。
【０００９】
塊状の鉄鉱石とは、塊状鉱石及びペレットの両者を意味している。
【００１０】
第２還元ガスは、さらなる還元領域において転換され、かつ第２炉頂ガスとして取り去られる。本発明に係る方法の有利な実施形態に従えば、第２炉頂ガスはダスト洗除の後、第１還元領域からの、ダストが洗除された炉頂ガスと一緒にされ、得られたガス混合物は部分的あるいは全体的に圧縮と二酸化炭素の洗除とに付され、請求項１に記載の、二酸化炭素が洗除されたガスの部分量Ａと部分量Ｂと同様に、二酸化炭素の洗除の後にさらに使用される。このようにして、第２炉頂ガスの熱的、化学的エネルギー量も製鉄のために使用され、それによって再び、エネルギー消費とひいては製品の単位数量ごとの二酸化炭素排出量が減少する。
【００１１】
好ましい実施形態に従えば、ダスト除却の際に得られた還元ガスの第２部分量は通常稼働時に、第２還元ガスに対して２０Ｖｏｌ％から１００Ｖｏｌ％、好ましくは２０から５０Ｖｏｌ％、さらに好ましくは２５から３５Ｖｏｌ％の貢献をする。
【００１２】
本願の技術的範囲内では、ガスに関するパーセンテージの記載はすべて、容量パーセントである。第２還元ガスでの、ダスト除却の際に得られた還元ガスの第２部分量の割合が高ければ高いほど、二酸化炭素が洗除されたガスの、場合によっては混合された部分量Ｂはより少なく加熱されればよく、それゆえ当該部分量Ｂを加熱するための特有のエネルギー浪費が減る。還元ガスの第２部分量と二酸化炭素が洗除されたガスの部分量Ｂとの比率は本質的に、ジェネレーターガス温度と第１還元領域のために必要な還元ガス温度と、第２還元ガスの必要な温度と、二酸化炭素が洗除されたガスの加熱前後の当該ガスの温度とによって決定される。範囲の形でパーセンテージが記載された場合には、本願の技術的範囲内には限界値が含まれる。通常稼働とはこの場合、本発明に係る方法を実施するための設備の始動段階の後と停止段階の前の稼働と理解され得る。還元ガスの第２部分量が第２還元ガスに対してより多くの貢献をすればするほど、混合されたガスを加熱する必要はますます少なくなる。還元ガスの第２部分量の高温によって、さらなる還元領域で行われるプロセスにとって充分な、第２還元ガスの高温が保証される。混合されたガスを加熱する必要が少なくなれば、より大きな設備よりも少ないエネルギーを稼働に必要とする、より小さなガス加熱装置を使用することが可能となる。このようにして、特有のエネルギー消費とそれに応じて製品の単位数量ごとの二酸化炭素排出量がさらに減少する。
【００１３】
好ましい実施形態に従えば、第２部分量は通常稼働時に、ダスト除却の際に得られた還元ガスの全量の５〜５０Ｖｏｌ％、好ましくは２５〜４０Ｖｏｌ％、特に好ましくは３０Ｖｏｌ％になる。さらなる還元シャフトを稼働するために、第２還元ガスが一定量必要である。ダスト除却の後に得られた還元ガスの多くの部分量が、第１還元領域での還元目的に必要とされる場合には、さらなる還元領域にはわずかな部分量のみが利用可能である。さらなる還元領域の稼働に必要な、第２還元ガスの量に対する、この部分量の量的な差は、二酸化炭素が洗除されたガスの多くの部分量Ｂが、その加熱の後に混合されることによって相殺されなくてはならない。しかしながら燃焼による加熱では二酸化炭素が発生するので、二酸化炭素が洗除されたガスのほとんどの部分量Ｂをその加熱後に混合すれば、第２還元ガス内の二酸化炭素含有量を上げることになる。ダスト除却の際に得られた還元ガス全量における第２部分量の割合が５Ｖｏｌ％以下であれば、さらなる還元領域に必要な量の第２還元ガスを調達するために、二酸化炭素が洗除されたガスの多くの部分量Ｂが、その加熱の後に混合されなくてはならない。その際不利なのは、部分量Ｂの一部を燃焼することによって部分量Ｂを加熱する場合、部分量Ｂ中の大量の還元成分が酸化され、ひいてはさらなる還元領域での還元目的のためにもはや利用できなくなるということである。第１還元領域に充分還元ガスが供給されるのを保証するために、ダスト除却の際に得られた還元ガス全量における第２部分量の割合は、５０Ｖｏｌ％を超えてはいけない。
【００１４】
好ましい実施形態に従えば、二酸化炭素が洗除されたガスの部分量Ａは、通常稼働時に、二酸化炭素が洗除されたガスの１５Ｖｏｌ％〜１００Ｖｏｌ％になる。１５％より少ない場合には、熱いジェネレーターガスの冷却と正確な温度制御とは、スクラバーと圧縮機とによる付加的な冷却ガス循環無しにはもはや不可能である。二酸化炭素が洗除されたガスが冷却ガスとして多く使われれば使われるほど、炉頂ガスのより多くの還元成分が還元プロセスに再循環され、かつ溶融ガス化装置内で生成された還元成分がより良く活用され、かつより少ないジェネレーターガスを生成させるだけでよい。好適には、二酸化炭素が洗除されたガスの部分量Ａの、ジェネレーターガスへの混合は、還元ガスの温度基準値に応じて制御される。
【００１５】
さらなる還元領域は、固定床還元領域、あるいは連続して設けられた１つあるいは複数の流動床還元領域から成っていてよい。さらなる還元領域が固定床還元領域であるのが好ましい。なぜなら、この種の還元領域は、一酸化炭素に富んだ還元ガスによる高度なメタライゼーションと、容易な稼働という利点を有するからである。そうすれば、さらなる還元領域において塊の鉄鉱石も処理できる。
【００１６】
二酸化炭素が洗除されたガスの部分量Ｂの加熱は、たとえば熱交換器によって、あるいは酸素燃焼装置による部分的酸化作用によって行われ得る。加熱は、酸素燃焼装置によって行われるのが有利である。なぜならそのような加熱は、効率がよくかつ装置の出費が少なく、外部から供給されるべき燃料を必要とせず、熱交換器に対して、生産される二酸化炭素排出量がより少ないからである。
【００１７】
好ましい実施形態によれば、二酸化炭素が洗除されたガスの部分量Ｂは、まず熱交換器によって最大５００℃にまで加熱され、その後酸素燃焼装置によって６５０℃以上にまで加熱される。その際、熱交換は、好適には第１および／あるいは第２炉頂ガスによって、ガス・ダストスクラバー内で当該ガスが冷却される前に行われる。５００℃を超えると、メタルダスティングによる熱交換器の腐食によって熱交換器が損傷するであろう。当該方法においていずれにせよ発生する炉頂ガスの熱量をさらなる還元領域での還元に用いれば、酸素燃焼装置によって行われるべき温度上昇を最小限に抑え、それによってこの酸素燃焼装置は、エネルギーと供給材料の浪費をより少なくして駆動され得る。それによってエネルギー消費とひいては製品の単位数量ごとの二酸化炭素排出量も減少する。
【００１８】
さらに有利なのは、請求項１の前段に記載のプロセスにおける作業のために、二酸化炭素が洗除されたガスのわずかな部分量を、これまで用いられてきた、外部の、すなわちその方法においては生み出されなかったガスの代わりとして、好ましくは粉炭噴射のための噴射ガスとして、および／あるいは供給材料を装入する際の冷却ガスとして用いることである。供給材料とはこの場合、第１あるいはさらなる還元領域に、あるいは溶融ガス化装置に装入されるすべての物質と理解され得る。これらの２つの使用において、ガスは直接、第１あるいはさらなる還元領域に達するか、あるいは溶融ガス化装置に達してそこから第１あるいはさらなる還元領域に達する。それによって、含まれている還元構成要素が、還元プロセスに加わることができる。これによって、溶融ガス化装置内で生成された還元成分のより良い活用がもたらされ、その結果より少ないジェネレーターガスを生成すればよい。粉炭噴出のために、もしくは供給材料を装入する際の冷却ガスとして、これまで主要であった窒素が用いられ、それによって、対応して還元ガス内に窒素が含まれることになる。この窒素は、還元プロセスに加わらず、還元ガス内の還元構成要素の濃度を薄める。その結果、一定の物質量の還元構成要素を循環させるために、循環する還元ガスの量は、窒素によって薄められていない還元ガスと比較して多くなくてはならず、それが可能なように設備の一部が設計されていなくてはならない。窒素を代えることによって、この効果は回避される。二酸化炭素が洗除されたガスの別の使用目的に充分なガス量を利用できるようにするため、粉炭噴射のための噴射ガスとして当該ガスの最大１０Ｖｏｌ％、供給材料を装入する際の冷却ガスとして最大５Ｖｏｌ％が用いられる。
【００１９】
有利には、さらなる還元領域から得られた製品、たとえば部分還元された鉄鉱石（ＬＲＩ）が、ブラスト炉での製鉄のための出発原料として用いられ、焼結物、ペレット、塊状鉱石といった出発原料を代替する。この使用においては、ブラスト炉に加えられる出発原料は少なくともすでに部分的に還元されているので、ブラスト炉には還元剤特にコークスをより少なく加えればよい。全体として、ブラスト炉においてＬＲＩを用いることによって、プロセスの所与の量の鉄製品にとっては、エネルギー消費と二酸化炭素生成とに関して製鉄の全体的なバランスが改善される。この改善はとりわけ、酸化鉄の還元を部分的にブラスト炉からさらなる還元領域へと移すことに基づいている。なぜなら、還元化合物はそこでは、ブラスト炉においてよりも還元のためにより効率的に用いられるからである。しかも、焼結物および／あるいは塊状鉱石に交換した結果ブラスト炉の透過性がアップするため、ブラスト炉の生産性が同時にアップする。
【００２０】
本発明のさらなる対象は、本発明に係る方法を実施するための装置であって、好適には塊状の鉄鉱石のための第１還元炉と、溶融ガス化装置と、当該溶融ガス化装置を第１還元炉と接続する、当該第１還元炉内にて形成される反応生成物用の少なくとも一つの搬送管と、溶融ガス化装置に合流する炭素担体用供給管と、溶融ガス化装置に合流する酸素含有ガス用供給管と、溶融ガス化装置に備えられた銑鉄用タップと、溶融ガス化装置に備えられたスラグタップと、さらなる鉄鉱石を直接還元するための少なくとも一つのさらなる還元炉と、溶融ガス化装置及びダスト除却装置を接続するジェネレーターガス用排出管と、ダスト除却装置からの還元ガス用排出管と、ダスト除却装置からの当該還元ガス用排出管を第１還元炉に接続する管と、ガス・ダストスクラバーに合流する第１還元炉から出ている炉頂ガス管と、ガス・ダストスクラバーから出ている排出管と、搬出管とを備え、この搬出管は、ガス・ダストスクラバーから出ている排出管に接続されており、この搬出管内には、ガス圧縮装置からはじまって前後に連接された二酸化炭素洗除設備とガス加熱装置とが設けられている装置において、二酸化炭素洗除設備とガス加熱装置との間で、ジェネレーターガス用排出管に合流する戻り管が搬出管から分岐し、当該搬出管は、還元ガス用排出管から出ている接続管に合流し、当該接続管は、さらなる還元炉に合流していることを特徴とする装置である。
【００２１】
好ましい実施形態によれば、さらなる還元炉は固定床還元炉である。これにより、さらなる還元炉において塊状の鉄鉱石もまた処理できる。
【００２２】
１つの実施形態によれば、さらなる還元炉から炉頂ガス排出管が出ており、当該炉頂ガス排出管にはガス・ダストスクラバーが設けられ、かつ当該炉頂ガス排出管はガス圧縮装置の上流で搬出管に合流する。この炉頂ガス排出管には、さらなる還元炉から取り去られた第２炉頂ガスが、第１還元領域からの、ダスト洗除がされた炉頂ガスに引き渡される。
【００２３】
ガス加熱装置は酸素燃焼装置であることが好ましい。
【００２４】
さらなる実施形態に従えば、ガス加熱装置の上流の搬出管および／あるいは炉頂ガス排出管に、二酸化炭素が洗除されたガスの部分量Ｂを炉頂ガスおよび／あるいは第２炉頂ガスによって加熱するための熱交換器が設けられている。その場合、エネルギーバランスの理由から、熱交換器の設置は、搬出管から戻り管が分岐する点の上流にあることが好ましい。
【００２５】
別の実施形態に従えば、粉炭噴射設備が溶融ガス化装置に設けられ、当該粉炭噴射設備は、二酸化炭素洗除設備の下流で搬出管から分岐する噴射ガス管と接続されている。
【００２６】
さらなる実施形態に従えば、たとえば塊状炭、練炭、コークスのような炭素担体を溶融ガス化装置に装入するための装入装置、場合によっては、たとえば融剤のようなさらなる供給材料を溶融ガス化装置に装入するための装入装置、鉄鉱石と場合によっては融剤とを第１および／あるいはさらなる還元炉に装入するための装入装置が設けられており、当該装入装置は、二酸化炭素洗除設備の下流で搬出管から分岐する冷却管と接続されている。
【００２７】
本発明は、３つの図に基づいて、以下に概略的に表される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る設備の概略図である。
【図２】二酸化炭素が洗除されたガスを炉頂ガスによって加熱するための熱交換器が付加的に設けられている、図１に示された設備の図である。
【図３】溶融ガス化装置と、第１還元炉及びさらなる還元炉とに装入するための装入装置が付加的に設けられている図１に示された設備の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１においては、鉄鉱石用の第１還元炉１に、図示されていない装入システムを介して、塊鉄鉱石と場合によっては融剤とが充填される。管６を介して還元炉１内に取り入れられる還元ガスによって、鉄鉱石は海綿鉄に還元される。その下に設けられた溶融ガス化装置２において、供給管１８を介して装入される炭素担体と、供給管１９を介して溶融ガス化装置２に取り入れられる酸素含有ガスとから、一酸化炭素と水素とを含有するジェネレーターガスが生成される。搬送管１７を介して溶融ガス化装置に取り入れられる海綿鉄は、その際溶融される。溶融ガス化装置２内で生産される液状銑鉄と液状スラグとは、銑鉄用タップ１１とスラグタップ１２とを介して溶融ガス化装置から取り出される。ジェネレーターガスは排出管４を介して溶融ガス化装置２から排出され、ここではサイクロンとされているダスト除却装置３においてダスト除却され、かつその際得られた還元ガスは排出管５を介してサイクロンから排出される。還元ガスの第１部分量は、管６を介して第１還元ガスとして第１還元炉１に導入される。第１還元炉１内で還元ガスの第１部分量が転換された後、炉頂ガスが炉頂ガス管７を介して第１還元炉から取り出され、ガス・ダストスクラバー８に送られる。ダスト洗除が行われた後、炉頂ガスは排出管９を介してガス・ダストスクラバー８から排出される。排出管９を介して排出された、ダスト洗除された炉頂ガスの一部は、送出ガス（Exportgas）として送出ガス管２４を介して取り去られる。排出管９を介して排出された、ダスト洗除された炉頂ガスの他の部分は、搬出管１０を介してまずはガス圧縮装置２０に、その後二酸化炭素洗除設備２１に供給される。搬出管１０を介して二酸化炭素洗除設備２１から取り出された、二酸化炭素が洗除されたガスの部分量Ａは、搬出管１０から分岐しかつダスト除却装置３の上流で排出管４に合流する戻り管１４を介して、溶融ガス化装置２から排出されるジェネレーターガスに混合される。ガス・ダストスクラバー８と二酸化炭素洗除設備２１とを通過することによって部分量Ａはジェネレーターガスよりも冷却されているので、ジェネレーターガスは混合されることによって冷却される。搬出管１０を介して二酸化炭素洗除設備２１から取り出された、二酸化炭素が洗除されたガスの、部分量Ａの分岐後に残った部分量Ｂは、ここでは酸素燃焼装置であるガス加熱装置１３に送られ、そこで加熱され、搬出管１０の延長部を介して酸素燃焼装置から接続管１５に導かれる。さらなる還元炉１６を排出管５と接続する接続管１５において、還元ガスの第２部分量が送られる。接続管１５がさらなる還元炉１６に合流する上流で搬出管１０が接続管１５に合流するので、二酸化炭素が洗除されたガスの、酸素燃焼装置内で加熱された部分量Ｂは、還元ガスの第２部分量に混合される。この混合によって得られた第２還元ガスは、接続管１５を介してさらなる還元炉１６に導入される。この還元炉内で、図示されていない装入装置を介して取り入れられるさらなる鉄鉱石が還元される。二酸化炭素洗除装置２１とガス加熱装置１３との間で、噴射ガス管２２が搬出管１０から分岐しており、当該噴射ガス管を通って、二酸化炭素が洗除されたガスが、溶融ガス化装置２の粉炭噴射設備２３に供給される。還元炉１とさらなる還元炉１６とにおいて必要とされる以上の還元ガスが生成された場合には、ガス・ダストスクラバー３５が設けられている余剰ガス管３１を介して、還元ガスは排出管５から直接送出ガス管２４に送られる。ガス・ダストスクラバー３６が設けられている、さらなる還元炉１６から出ている炉頂ガス排出管３２は、ガス圧縮装置２０の上流で搬出管１０に合流する。さらなる還元炉１６から取り去られた第２炉頂ガスは、この炉頂ガス排出管を通って、第１還元炉からのダスト洗除された炉頂ガスに導かれ得る。さらなる還元炉の製品３４は、ブラスト炉での製鉄のための出発原料として、図示されていないブラスト炉に供給される。
【００３０】
図２は、図１と同様な設備であって、炉頂ガス管７には、二酸化炭素が洗除されたガスを炉頂ガスによって加熱するための熱交換器２５が設けられ、炉頂ガス排出管３２には熱交換器３３が設けられている設備を示している。熱交換器３３内で加熱されたガスは、ガス加熱装置１３の上流で搬出管１０に供給され得るか、あるいは戻り管１４に供給され得る。より良好に概観できるように、図２においては、同様に設けられかつ図１のように導かれる余剰ガス管３１は図示されていない。
【００３１】
図３は、図１と同様な設備であって、溶融ガス化装置に炭素担体を装入するための装入装置２７と、溶融ガス化装置にさらなる供給材料を装入するための装入装置２８と、第１還元炉に鉄鉱石と融剤とを装入するための装入装置２９と、さらなる還元炉に鉄鉱石と融剤とを装入するための装入装置３０とが付加的に設けられている設備を示している。これらの装入装置はすべて、冷却管２６と接続されている。冷却管２６は、二酸化炭素洗除設備２１の下流で搬出管１０から分岐する。二酸化炭素が洗除されたガスが、冷却管２６を通って、冷却の目的で装入装置に送られる。
【符号の説明】
【００３２】
１  第１還元炉
２  溶融ガス化装置
３  ダスト除却装置
４  ジェネレーターガス用排出管
５  還元ガス用排出管（ダスト除却装置から）
６  管（ダスト除却装置からの還元ガス用排出管を第１還元炉に接続する）
７  炉頂ガス管
８／３５／３６  ガス・ダストスクラバー
９  排出管（ガス・ダストスクラバーから）
１０  搬出管
１１  銑鉄用タップ
１２  スラグタップ
１３  ガス加熱装置
１４  戻り管
１５  接続管
１６  さらなる還元炉
１７  搬送管（第１還元炉内で形成された還元製品用）
１８  炭素担体用供給管
１９  酸素含有ガス用供給管
２０  ガス圧縮装置
２１  二酸化炭素洗除設備
２２  噴射ガス管
２３  粉炭噴射設備
２４  送出ガス管
２５  熱交換器
２６  冷却管
２７  装入装置（溶融ガス化装置に炭素担体を装入するため）
２８  装入装置（溶融ガス化装置にさらなる供給材料を装入するため
２９  装入装置（第１還元炉に鉄鉱石と融剤とを装入するため）
３０  装入装置（さらなる還元炉に鉄鉱石と融剤とを装入するため）
３１  余剰ガス管
３２  炉頂ガス排出管
３３  熱交換器
３４  さらなる還元炉の製品
【図１】
2011528064.tif 000003
【図２】
2011528064.tif 000004
【図３】
2011528064.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月12日(2010.5.12)
【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】
好適には塊状の、鉄鉱石と、場合によっては融剤とによって形成される供給材料から液状銑鉄あるいは液状鋼半製品と海綿鉄とを製造するための方法であって、
前記供給材料は第１還元領域において海綿鉄に直接還元され、該海綿鉄は炭素担体と酸素含有ガスとを供給された状態で溶融ガス化装置内において溶融され、一酸化炭素と水素とを含有するジェネレーターガスが生成され、該ジェネレーターガスは、前記溶融ガス化装置から出された後に初めて冷却され、次いでダストが除却され、このダスト除却の際に得られた還元ガスの第１部分量は、第１還元ガスとして前記第１還元領域に導入され、そこで転換されて、炉頂ガスとして取り去られ、該炉頂ガスは引き続いてダスト洗除に付され、ダスト洗除が行われた後、部分的にあるいは全体的に圧縮と二酸化炭素の洗除とに付される方法において、
前記二酸化炭素の洗除の後、二酸化炭素が洗除されたガスの少なくとも部分量Ａは、前記溶融ガス化装置から前記ジェネレーターガスが出された後に、該ジェネレーターガスに混合され、該ジェネレーターガスの冷却が行われ、
前記ダスト除却の際に得られた前記還元ガスの第２部分量は、二酸化炭素が洗除されたガスの部分量Ｂが加熱の後に混合された上で、さらなる鉄鉱石を直接還元するための少なくとも一つのさらなる還元領域に、第２還元ガスとして供給され、
ダスト除却の際に獲得された前記還元ガスの第２部分量は通常稼働時に、ダスト除却の際に得られた全還元ガス量の５〜５０Ｖｏｌ％、好ましくは２０〜４０Ｖｏｌ％、特に好ましくは３０Ｖｏｌ％であることを特徴とする方法。
【請求項２】
直接還元するための前記さらなる還元領域が、固定床還元領域であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記さらなる還元領域から取り去られた第２炉頂ガスはダスト洗除の後、前記第１還元領域からの、ダストが洗除された前記炉頂ガスと一緒にされ、得られたガス混合物は部分的あるいは全体的に圧縮と二酸化炭素の洗除とに付され、請求項１に記載の、二酸化炭素が洗除されたガスの前記部分量Ａと前記部分量Ｂと同様に、二酸化炭素の洗除の後にさらに使用されることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の方法。
【請求項４】
前記二酸化炭素が洗除されたガスの前記部分量Ｂは、酸素燃焼装置によって加熱されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記二酸化炭素が洗除されたガスの前記部分量Ｂは、まず熱交換器によって、引き続いて酸素燃焼装置によって６５０℃以上にまで加熱されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記還元ガスの前記第２部分量は通常稼働時に、前記第２還元ガスに対して、２０Ｖｏｌ％か〜１００Ｖｏｌ％、好ましくは２０〜５０Ｖｏｌ％、さらに好ましくは２５〜３５Ｖｏｌ％の貢献をすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記二酸化炭素が洗除されたガスの前記部分量Ａは、通常稼働時に、前記二酸化炭素が洗除されたガスの１５Ｖｏｌ％〜１００Ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記二酸化炭素が洗除されたガスの前記部分量Ａの、前記ジェネレーターガスへの混合は、前記還元ガスの温度基準値に応じて制御されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記二酸化炭素が洗除されたガスの１０Ｖｏｌ％までの部分量が、粉炭噴射のための噴射ガスとして用いられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記二酸化炭素が洗除されたガスの５Ｖｏｌ％までのわずかな部分量が、供給材料を投入する際の冷却ガスとして用いられることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記さらなる還元領域から得られた製品が、ブラスト炉での製鉄のための出発原料として用いられることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
本発明に係る方法を実施するための装置であって、
好適には塊状の、鉄鉱石のための第１還元炉（１）と、溶融ガス化装置（２）と、該溶融ガス化装置（２）を前記第１還元炉（１）と接続する、前記第１還元炉内で形成される反応生成物用の少なくとも一つの搬送管（１７）と、前記溶融ガス化装置に合流する炭素担体用供給管（１８）と、前記溶融ガス化装置に合流する酸素含有ガス用供給管（１９）と、前記溶融ガス化装置に備えられた銑鉄用タップ（１１）と、前記溶融ガス化装置に備えられたスラグタップ（１２）と、さらなる鉄鉱石を直接還元するための少なくとも一つのさらなる還元炉（１６）と、前記溶融ガス化装置とダスト除却装置（３）とを接続するジェネレーターガス用排出管（４）と、前記ダスト除却装置からの還元ガス用排出管（５）と、前記ダスト除却装置からの前記還元ガス用排出管（５）を前記第１還元炉と接続する管（６）と、ガス・ダストスクラバー（８）に合流する、前記第１還元炉から出ている炉頂ガス管（７）と、前記ガス・ダストスクラバー（８）から出ている排出管（９）と、まずはガス圧縮装置（２０）と二酸化炭素洗除設備（２１）とガス加熱装置（１３）とが連続して設けられている、前記ガス・ダストスクラバーから出ている前記排出管と接続された搬出管（１０）と、を有する装置において、
前記二酸化炭素洗除設備（２１）と前記ガス加熱装置（１３）との間において、前記ジェネレーターガス用排出管（４）に合流する戻り管（１４）が前記搬出管（１０）から分岐し、
前記搬出管（１０）は、前記還元ガス用排出管（５）から出ている接続管（１５）に合流し、該接続管（１５）は、前記さらなる還元炉に合流していることを特徴とする装置。
【請求項１３】
前記さらなる還元炉（１６）は固定床還元炉であることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記さらなる還元炉（１６）から炉頂ガス排出管（３２）が出ており、該炉頂ガス排出管にはガス・ダストスクラバーが設けられ、かつ前記炉頂ガス排出管は前記ガス圧縮装置（２０）の上流で前記搬出管（１０）に合流することを特徴とする請求項１２あるいは１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記ガス加熱装置（１３）は酸素燃焼装置であることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記ガス加熱装置（１３）の上流の前記搬出管（１０）および／あるいは前記炉頂ガス排出管（３２）に、二酸化炭素が洗除されたガスの部分量Ｂを炉頂ガスおよび／あるいは第２炉頂ガスによって加熱するための熱交換器（２５）が設けられていることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
粉炭噴射設備（２３）が前記溶融ガス化装置に設けられ、該粉炭噴射設備は、前記二酸化炭素洗除設備（２１）の下流で前記搬出管（１０）から分岐する噴射ガス管（２２）に接続されていることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
炭素担体を前記溶融ガス化装置（２）に装入するための装入装置（２７）と、
場合によっては、さらなる供給材料を前記溶融ガス化装置（２）に装入するための装入装置（２８）と、
鉄鉱石と場合によっては融剤とを前記第１および／あるいは前記さらなる還元炉（１，１６）に装入するための装入装置（２９，３０）と、
が設けられており、
前記装入装置（２７，２８，２９，３０）は、前記二酸化炭素洗除設備（２１）の下流で前記搬出管（１０）から分岐する冷却管（２６）に接続されていることを特徴とする請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の装置。
【国際調査報告】
2011528064.tif 000006
2011528064.tif 000007
2011528064.tif 000008
2011528064.tif 000009