(57)【要約】  製錬容器内における製錬プロセスの起動方法が、固形化したスラグを加熱して溶融スラグを形成するステップと、溶融スラグを前炉接続部から前炉を経由して排出して、前炉接続部を貫通する清浄な流路を形成するステップと、その後、製錬プロセスを高温起動するステップとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属含有材料を製錬して溶融金属を製造するための主チャンバと、前炉接続部を介して前記主製錬チャンバに接続される前炉とを含む製錬容器であって、少なくとも前記前炉接続部を閉塞する固形化したスラグを含有する製錬容器内における製錬プロセスの起動方法において、固形化したスラグを加熱して溶融スラグを形成するステップと、溶融スラグを、前記前炉接続部から前記前炉を経由して排出して、前記前炉接続部を貫通する清浄な流路を形成するステップと、その後、ある装入量の溶融金属を、前記前炉接続部を経由して前記主チャンバの中に供給するステップ、供給材料を前記プロセスに供給するステップ、前記金属含有材料を製錬するステップ、および溶融金属を製造するステップを含む一連のステップによって、前記製錬プロセスを高温起動するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記前炉の最低領域における前炉の最終排出出湯孔から溶融スラグを除去するステップを含む、ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、前記前炉接続部内の固形化スラグを、酸素富化ガスバーナおよび／または酸素ランスによって加熱し溶融するステップを含む、ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の方法において、前記前炉接続部内の固形化スラグと同様に、前記主チャンバ内にも固形化スラグが存在する場合には、前記主チャンバおよび前記前炉接続部内の固形化スラグを加熱し溶融するステップを含む、ことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、前記主チャンバ内の固形化スラグを、前記主チャンバ用のバーナ装置からの熱によって加熱し溶融するステップを含む、ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の方法において、前記前炉接続部内の固形化スラグと同様に、前記前炉内にも固形化スラグが存在する場合には、前記前炉および前記前炉接続部内の固形化スラグを加熱し溶融するステップを含む、ことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の方法において、前記主チャンバと前記前炉接続部と前記前炉との中に固形化スラグが存在する場合には、前記主チャンバと前記前炉接続部と前記前炉との中の固形化スラグを加熱し溶融するステップを含む、ことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、
（ａ）前記主チャンバ内の固形化スラグを加熱し溶融するステップと、
（ｂ）前記前炉内の固形化スラグを加熱し溶融するステップと、
（ｃ）前記前炉から溶融スラグを排出するステップと、
（ｄ）前記前炉接続部内の固形化スラグを加熱し溶融するステップと、
（ｅ）前記前炉接続部および前記主チャンバから前記前炉を経由して溶融スラグを排出し、前記前炉接続部を貫通する清浄な流路を形成するステップと、
（ｆ）ある装入量の溶融材料を、前記前炉接続部を経由して前記主チャンバの中に供給するステップ、供給材料を前記プロセスに供給するステップ、前記金属含有材料を製錬するステップ、および溶融金属を製造するステップを含む一連のステップによって、前記製錬プロセスを高温起動するステップと、
を含む、ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか１項に記載の方法において、前記金属含有供給材料が鉄含有材料を含む、ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属含有材料の製錬プロセスの起動方法に関する。
【０００２】
本明細書においては、「金属含有材料（ｍｅｔａｌｌｉｆｅｒｏｕｓ  ｍａｔｅｒｉａｌ）」という用語は、固体供給材料および溶融供給材料を包含するものと理解される。この用語は、さらに、部分還元された金属含有材料をもその範囲内に含む。
【背景技術】
【０００３】
本発明は、それに限定するわけではないが、特に、溶融浴内に発生するガスによって生成される強い浴／スラグの噴泉効果を有する製錬容器において、金属含有供給材料から溶融金属を製造するための溶融浴に基づく製錬プロセスの起動方法に関する。この場合、ガス発生は、少なくとも部分的に、溶融浴内への炭素質材料の分解蒸発の結果である。
【０００４】
本発明は、それに限定するわけではないが、特に、鉄鉱石のような鉄含有材料を製錬して溶融鉄を製造するプロセスの起動方法に関する。
【０００５】
本発明は、それに限定するわけではないが、特に、金属含有材料製錬用の主チャンバを含む製錬容器における製錬プロセスの起動方法に関する。
【０００６】
溶融浴に基づく１つの既知の製錬プロセスが一般的にＨＩｓｍｅｌｔプロセスと呼称され、本出願人の名義におけるいくつかの特許および特許出願に記載されている。
【０００７】
別の溶融浴に基づく製錬プロセスが、以下において「ＨＩｓａｒｎａ」プロセスと呼称される。ＨＩｓａｒｎａプロセスおよび装置は、本出願人の名義における国際出願第ＰＣＴ／ＡＵ／９９／００８８４号明細書（国際公開第００／０２２１７６号パンフレット）に記載されている。
【０００８】
ＨＩｓｍｅｌｔプロセスおよびＨＩｓａｒｎａプロセスは、特に、鉄鉱石または別の鉄含有材料からの溶融鉄の製造に関係している。
【０００９】
溶融鉄の製造に関して、ＨＩｓｍｅｌｔプロセスは、
（ａ）製錬容器の主チャンバ内に溶融鉄およびスラグの浴を形成するステップと、
（ｂ）その浴の中に、（ｉ）通常粉鉱の形態の鉄鉱石、並びに、（ｉｉ）固体の炭素質材料、通常、鉄鉱石の供給材料の還元剤およびエネルギー源として作用する石炭、を噴射するステップと、
（ｃ）その浴中において鉄鉱石を鉄に製錬するステップと、
を含む。
【００１０】
本明細書において、「製錬（ｓｍｅｌｔｉｎｇ）」という用語は、金属酸化物を還元する化学反応が生起して、溶融金属が製造される熱的処理を意味するものと理解される。
【００１１】
ＨＩｓｍｅｌｔプロセスにおいては、金属含有材料および固体の炭素質材料の形態の固体の供給材料は、搬送ガスと共に複数のランスから溶融浴の中に噴射される。このランスは、製錬容器の主チャンバの側壁を貫通して、主チャンバの底部における金属層の中に少なくとも一部の固体供給材料を供給するために容器の下部領域の中に下向きかつ内向きに延び込むように、垂直線に対して傾斜している。固体の供給材料および搬送ガスは、溶融浴の中に進入し、溶融金属および／またはスラグを、浴の表面の上部の空間内に飛び散らせて遷移帯を形成する。酸素含有ガス、通常酸素富化空気または純酸素の送風を、下向きに延びるランスから容器の主チャンバの上部領域の中に噴射して、溶融浴から容器の上部領域内に放出される反応ガスの後燃焼を生じさせる。遷移帯においては、上昇してその後降下する好ましい量の溶融金属および／またはスラグの液滴または飛び散り、あるいはその流れが存在し、これが、浴の上部における反応ガスの後燃焼によって発生する熱エネルギーを浴に伝達する有効な媒体になる。
【００１２】
通常、溶融鉄の製造の場合に酸素富化空気を使用するときには、酸素富化空気を、熱風炉で発生させた１２００℃程度の温度で供給し、工業用の冷間温度の純酸素を使用する場合は、通常、大気温度またはそれに近い温度で供給する。
【００１３】
製錬容器内において反応ガスの後燃焼から生じるオフガスは、オフガスダクトを通して製錬容器の上部領域から排出される。
【００１４】
製錬容器は、下部炉床における耐火物内張り部分と、側壁における水冷パネルと、容器の主チャンバの屋根部とを含み、水が、パネルを通して、連続回路において連続的に循環される。
【００１５】
ＨＩｓｍｅｌｔプロセスは、単一のコンパクトな容器内で製錬することによって、大量の溶融鉄、通常少なくとも０．５Ｍｔ／年の溶融鉄を製造できる。
【００１６】
ＨＩｓａｒｎａプロセスは、製錬装置であって、（ａ）主製錬チャンバと、固体供給材料および酸素含有ガスを主チャンバの中に噴射するランスとを含む製錬容器であって、溶融金属およびスラグの浴を包含するように構成される製錬容器と、（ｂ）金属含有供給材料を予備処理するための製錬サイクロンであって、前記製錬容器の上部に配置されると共に、その製錬容器と直接連通する製錬サイクロンとを含む製錬装置において実施される。
【００１７】
本明細書においては、「製錬サイクロン（ｓｍｅｌｔ  ｃｙｃｌｏｎｅ）」という用語は、通常、垂直の円筒形のチャンバを画定すると共に、チャンバに供給される供給材料がチャンバの垂直の中心軸の回りの径路内において動くように構成される容器であって、金属含有材料を少なくとも部分溶融するのに十分な高い運転温度に耐え得る容器を意味するものと理解される。
【００１８】
ＨＩｓａｒｎａプロセスの一形態においては、炭素質の供給材料（通常石炭）と、任意選択でフラックス（通常焼成石灰石）とが、製錬容器の主チャンバ内の溶融浴の中に噴射される。炭素質材料は、還元剤源およびエネルギー源として供給される。鉄鉱石のような金属含有供給材料は、任意選択でフラックスと混合して、製錬サイクロンの中に噴射され、その中で加熱され、部分溶融されかつ部分還元される。部分的に還元されたこの溶融金属含有供給材料は、製錬サイクロンから製錬容器内の溶融浴の中に流下し、その浴中において溶融金属に製錬される。溶融浴内において生成される高温の反応ガス（通常ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２およびＨ２Ｏ）は、主チャンバの上部部分において、酸素含有ガス（通常工業等級の酸素）により部分燃焼される。後燃焼によって生じる熱は、溶融浴の中に戻るように落下する上部部分内の溶融液滴に伝達されて、浴の温度を維持する。部分燃焼した高温の反応ガスは、主チャンバから上方に流出し、製錬サイクロンの底部に流入する。酸素含有ガス（通常工業等級の酸素）が、羽口から製錬サイクロン内に噴射される。この羽口は、サイクロン状の渦巻きパターンを、水平面内に発生させるように、すなわち製錬サイクロンのチャンバの垂直の中心軸の回りに発生させるように配置される。この酸素含有ガスの噴射によって製錬容器ガスのさらなる燃焼が生じ、その結果、非常に高温の（サイクロン状の）フレームが形成される。精密に分画された流入金属含有供給材料は、製錬サイクロンの羽口からこのフレームの中に空気に載せて噴射され、その結果、急速に加熱されて、部分還元（凡そ１０〜２０％の還元）を伴う部分溶融作用を受ける。この還元は、ヘマタイトの熱分解と、主チャンバからの反応ガス中のＣＯ／Ｈ２の還元作用との両者によるものである。部分溶融された高温の金属含有供給材料は、サイクロン状の渦巻き作用によって製錬サイクロンの壁面上に外向きに押し出され、上記のように製錬容器の中に下向きに流下して、前記容器の主チャンバ内において製錬される。
【００１９】
ＨＩｓａｒｎａプロセスの上記の形態の正味の効果は２段階の向流プロセスにある。金属含有供給材料は、（酸素含有ガスの添加によって）製錬容器から流出する反応ガスによって加熱されると共に部分還元され、製錬容器の中に下向きに流下し、その製錬容器内で溶融鉄に製錬される。全般的に、この向流の構成によって生産性およびエネルギー効率が向上する。
【００２０】
ＨＩｓｍｅｌｔプロセスおよびＨＩｓａｒｎａプロセスは、水冷の固体噴射ランスからの製錬容器内の溶融浴の中への固体の噴射を含む。
【００２１】
さらに、この両プロセスの重要な特徴は、プロセスが、金属含有材料を製錬する主チャンバと、前炉接続部を介して主チャンバに接続される前炉であって、容器からの金属製品の連続的な流出を可能にする前炉とを含む製錬容器内で操作される点にある。前炉は、溶融金属が充満されたサイホンシールであって、余剰の溶融金属が製造されると、その余剰の溶融金属を製錬容器から自然に「溢出させる（ｓｐｉｌｌｉｎｇ）」サイホンシールとして操作される。これによって、製錬容器の主チャンバ内の溶融金属の液位レベルを知ることができ、それを微小な許容誤差の範囲内に制御できる−これはプラントの安全にとって本質的な点である。溶融金属のレベルは、（常に）主チャンバの中に延びる固体噴射ランスのような水冷要素より安全な距離だけ下方に保持しなければならない。そうでなければ、水蒸気爆発の可能性が生じる。前炉が、ＨＩｓｍｅｌｔプロセスおよびＨＩｓａｒｎａプロセス用の製錬容器の固有の一部分と考えられるのはこの理由からである。
【００２２】
本明細書においては、「前炉（ｆｏｒｅｈｅａｒｔｈ）」という用語は、大気に開放されると共に、通路（本明細書では「前炉接続部（ｆｏｒｅｈｅａｒｔｈ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）」と呼称する）を介して製錬容器の主製錬チャンバに接続される製錬容器のチャンバであって、標準的な運転状態においては、その中に溶融金属を含む製錬容器のチャンバを意味すると理解される。この場合、前炉接続部は溶融金属で完全に充満されている。
【００２３】
上記の記述は、オーストラリアまたは他国において共通の一般的知識として容認されていると解釈されるべきではない。
【００２４】
ＨＩｓａｒｎａプロセスのパイロットプラント試験の経過において、出願人が、試験に用いた製錬容器の予定外の最終出湯を行う必要が生じた。この最終出湯において、製錬容器の主チャンバから溶融金属は首尾よく取り出されたが、ほぼすべての溶融スラグは、製錬容器の中に残りその中で固形化した。これは、製錬容器の主チャンバと前炉接続部と前炉とにおいて生じたので、これらが、製錬容器の前炉および主チャンバの間の前炉接続部のレベルを超えるレベルまで冷却された（固形化）スラグで充満された。
【００２５】
ＨＩｓｍｅｌｔプロセスのための標準的なプロセス起動と、ＨＩｓａｒｎａプロセス用として提案されたプロセス起動とは、ある装入量の新鮮な溶融金属を前炉および前炉接続部を経由して容器の中に注入することによって製錬容器内に溶融金属浴を形成するステップを含んでいる。従って、パイロットプラントを再起動し得る前に、前炉および製錬容器の間に清浄な接続部を再構成することが必要であった。全システムを冷却し、続いて、固形化したスラグを機械的に掘削するという標準的な方式は、出願人には、あまりにも時間が掛かり過ぎ、従って好ましい方式とは言えないと思われた。
【発明の概要】
【００２６】
本発明は、スラグを溶融し、それを前炉から系外に排出すると共に、前炉を通る清浄な流路を形成するために熱源を利用することによって、上記の冷却／機械式スラグ除去方式に関わる時間より短時間で、前記のような固形化スラグ／閉塞した前炉接続部の状況から回復することの可能性の実現に基づいている。これによって、プロセスを再起動するために、ある装入量の溶融金属を前炉から主チャンバに供給することが可能になる。
【００２７】
本発明は、金属含有材料を製錬して溶融金属を製造するための主チャンバと、前炉接続部を介して主製錬チャンバに接続される前炉とを含む製錬容器であって、少なくとも前炉接続部を閉塞する固形化したスラグを含有する製錬容器内における製錬プロセスの起動（この用語は「再起動（ｒｅ−ｓｔｒａｔｉｎｇ）」を含む）方法を提供する。このプロセス起動方法は、固形化したスラグを加熱して溶融スラグを形成するステップと、溶融スラグを、前炉接続部から前炉を経由して排出して、前炉接続部を貫通する清浄な流路を形成するステップと、その後、ある装入量の溶融金属を、前炉接続部を経由して主チャンバの中に供給するステップ、供給材料をプロセスに供給するステップ、金属含有材料を製錬するステップ、および溶融金属を製造するステップを含む一連のステップによって、製錬プロセスを高温起動するステップと、を含む。
【００２８】
この方法は、前炉の最低領域における前炉の最終排出出湯孔から溶融スラグを除去するステップを含むことができる。
【００２９】
この方法は、前炉接続部からの溶融スラグの排出を容易にするために主チャンバを加圧するステップを含むことができる。
【００３０】
この方法は、前炉接続部内の固形化スラグを、酸素富化ガスバーナおよび／または酸素ランスによって加熱し溶融するステップを含むことができる。
【００３１】
前炉接続部内の固形化スラグと同様に、主チャンバ内にも固形化スラグが存在する場合には、この方法は、主チャンバおよび前炉接続部内の固形化スラグを加熱し溶融するステップを含むことができる。
【００３２】
この方法は、主チャンバ内の固形化スラグを、主チャンバ用のバーナ装置からの熱によって加熱し溶融するステップを含むことができる。このバーナ装置は、空気および／または酸素空気混合物を使用する燃料ガスバーナ装置とすることができ、また、標準的なプロセス起動の間の主チャンバの予熱に使用する装置とすることができる。
【００３３】
前炉接続部内の固形化スラグと同様に、前炉内にも固形化スラグが存在する場合には、この方法は、前炉および前炉接続部内の固形化スラグを加熱し溶融するステップを含むことができる。この方法は、前炉内の固形化スラグを溶融するために、ガスバーナおよび／または酸素ランスを使用するステップを含むことができる。
【００３４】
主チャンバと前炉接続部と前炉との中に固形化スラグが存在する場合には、この方法は、主チャンバと前炉接続部と前炉との中の固形化スラグを加熱し溶融するステップを含むことができる。この加熱ステップの順序は、必要に応じて、主チャンバ内の固形化スラグの量および主チャンバのサイズのような因子に従って選択することができる。例えば、前炉内の固形化スラグの加熱を開始する前に、主チャンバ内の固形化スラグを加熱し溶融するような全体的な時間的順序を構成することが望ましい。この例は、必ずしも常に当てはまる訳ではない。
【００３５】
例えば、主チャンバと前炉接続部と前炉との中に固形化スラグが存在する場合には、この方法は、
（ａ）主チャンバ内の固形化スラグを加熱し溶融するステップと、
（ｂ）前炉内の固形化スラグを加熱し溶融するステップと、
（ｃ）前炉から溶融スラグを排出するステップと、
（ｄ）前炉接続部内の固形化スラグを加熱し溶融するステップと、
（ｅ）前炉接続部および主チャンバから前炉を経由して溶融スラグを排出し、前炉接続部を貫通する清浄な流路を形成するステップと、
（ｆ）ある装入量の溶融材料を、前炉接続部を経由して主チャンバの中に供給するステップ、供給材料をプロセスに供給するステップ、金属含有材料を製錬するステップ、および溶融金属を製造するステップを含む一連のステップによって、製錬プロセスを高温起動するステップと、
を含むことができる。
【００３６】
さらに具体的には、この方法は次の６項目のステップを含むことができる。
（ｉ）主チャンバを加熱して（通常、高温金属の初期装入に先立って主チャンバの予熱に使用するのと同じ手段によって）主チャンバ内の固形化スラグを溶融するステップ。これは、通常、主チャンバ内の空気および／または酸素空気混合物を使用する燃料ガスバーナ装置によって行うことになるであろう。この条件におけるこの加熱ステップの目的は、後刻前炉を経由して排出するために、主チャンバ内に溶融スラグを作出することにある。スラグの溶融は相対的に緩やかであるので、このステップは、通常、最初に開始して、前炉および前炉接続部内の固形化スラグを加熱し溶融する以下のステップ（ｉｉ）〜（ｉｖ）と並行して実施する。しかし、これは、必ずしも常に当てはまる訳ではなく、主チャンバ内の固形化スラグを溶融する前に、前炉および前炉接続部から固形化スラグを排除して清浄化することが望ましい場合もあり得る。
（ｉｉ）前炉の頂部部分（すなわち開放部分）をガスバーナおよび／または酸素ランスによって加熱するステップ。このステップの目的は、前炉の主要部分の中に溶融スラグを生成することにある。
（ｉｉｉ）前炉の最終排出出湯孔（すなわち前炉の空洞部内の最低位置における出湯孔）から溶融スラグを排出し、それによって、前炉および主チャンバ間の閉塞した前炉接続部への直接アクセスを可能にする実質的に空の前炉を作出するステップ。
（ｉｖ）前炉接続部の前炉側から、閉塞した前炉接続部に、熱を発生させるための酸素富化ガスバーナおよび／または酸素ランスを用いて熱を作用させるステップ。このステップの目的は、スラグを溶融し、前炉接続部の領域から（前炉の最終排出出湯孔を通して）スラグを除去することにあり、それによって、排出されるべき主チャンバ内の溶融スラグのための径路が確保される。
（ｖ）製錬容器の中に前炉および前炉接続部を経由して新鮮な高温金属を装入するために、ステップ（ｉ）において生成された溶融スラグを、前炉接続部を貫通する清浄な流路であって主チャンバおよび前炉の範囲内における清浄な流路を再形成するのに十分な量において、主チャンバから、前炉の最終排出出湯孔を通して排出するステップ。このステップは、前炉接続部からの溶融スラグの排出を容易にするために主チャンバを加圧するステップを含むことができる。
（ｖｉ）新鮮な高温金属を、前炉および前炉接続部を経由して主チャンバの中に装入することによってプロセスを起動するステップ、および、主チャンバ内における製錬を再起動する後続の諸ステップ。
【００３７】
この方法は、主チャンバおよび／または前炉内において形成される溶融スラグの液相温度を制御するために、主チャンバおよび／または前炉に石灰または他の材料を添加するステップを含むことができる。
【００３８】
プロセスがＨＩｓａｒｎａプロセスである場合の、プロセスを起動するための諸ステップは、次のステップ、すなわち、
（ａ）少なくとも製錬容器の主チャンバを予熱するステップと、
（ｂ）ある装入量の溶融金属を主チャンバに加えるステップと、
（ｃ）酸素含有ガスの主チャンバへの供給を開始するステップと、
（ｄ）炭素質材料の主チャンバへの供給を開始するステップと、
（ｅ）炭素質材料の点火を監視するステップと、
（ｆ）点火が生じたことを確認した後、金属含有供給材料および酸素含有ガスの製錬サイクロンの中への供給を開始して、サイクロン内における材料の循環流れの発生と、主チャンバからサイクロンの中に上昇する可燃ガスの燃焼と、サイクロン内における金属含有供給材料の部分還元および部分溶融とを開始するステップであって、それによって、部分還元された溶融金属含有供給材料が、サイクロンから容器内の金属およびスラグの溶融浴の中に流下して、その浴内で溶融金属に製錬される、ステップと、
を含むことができる。
【００３９】
点火が生じたことを確認した後、ＨＩｓａｒｎａプロセスを起動する諸ステップは、溶融金属の上にスラグを形成するために、スラグまたはスラグ形成材料の主チャンバへの供給を開始するステップを含むことができる。
【００４０】
以下、本発明による、少なくとも容器の前炉接続部内に溶融スラグを含む製錬容器における製錬プロセスの起動方法の実施形態を、添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、ＨＩｓａｒｎａプロセスの一実施形態に従って金属含有材料を製錬して溶融金属を製造するＨＩｓａｒｎａ装置の概略図である。
【図２】図２は、図１に示す製錬容器の断面図であり、ＨＩｓａｒｎａプロセスが、正常に運転されて溶融金属を製造している場合の、容器内の溶融金属および溶融スラグのレベルを表す。
【図３】図３は、図１に示す製錬容器の断面図であり、製錬容器の最終出湯がスラグの除去に関して首尾よく行われず、容器が固形化スラグを含む場合の製錬容器の状態を概略的に表す。
【図４】図４は、図１に示す製錬容器の断面図であり、本発明によるＨＩｓａｒｎａプロセスの再起動方法の一実施形態に従って固形化スラグを溶融するために、主チャンバ内の熱源によって容器の主チャンバを再加熱するステップの間の容器の状態を概略的に表す。
【図５】図５は、図１に示す製錬容器の断面図であり、本発明の一実施形態によるＨＩｓａｒｎａプロセス再起動方法の後続の一ステップの間の容器の状態を概略的に表す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
ＨＩｓａｒｎａプロセスは、金属含有供給材料を製錬し、溶融金属、溶融スラグおよびオフガスのプロセス生成物を製造する。ＨＩｓａｒｎａプロセスに関する以下の記述は、鉄鉱石の形の金属含有材料の製錬を対象としているが、本発明はこのタイプの金属含有材料に限定されない。
【００４３】
図１に示すＨＩｓａｒｎａ装置は、製錬サイクロン２と、製錬サイクロン２の直下に配置される主チャンバ１９を有する溶融浴に基づく製錬容器４とを含む。この場合、製錬サイクロン２のチャンバと製錬容器４との間は直接連通している。
【００４４】
図１を参照すると、製錬キャンペインの定常状態の運転の間には、最大寸法６ｍｍのマグネタイトベースの鉱石（または他の鉄鉱石）と石灰石のようなフラックスとの混合物１が、鉱石乾燥機を経由して、空気搬送ガス１ａによって製錬サイクロン２の中に供給される。石灰石は、鉱石および石灰石の組合せ流れのおよそ８〜１０重量％を占める。酸素８は、鉱石を、予熱し、部分溶融しかつ部分還元するために、羽口から製錬サイクロン２の中に噴射される。酸素８は、また、製錬容器４から製錬サイクロン２の中に上昇流入する可燃ガスを燃焼する。部分溶融されかつ部分還元された鉄鉱石は、製錬サイクロン２から、製錬容器４における主チャンバ１９内の金属およびスラグの溶融浴２５の中に流下する。この溶融浴２５の中で、部分溶融されかつ部分還元された鉄鉱石は製錬され、溶融鉄を形成する。石炭３は、別個の乾燥機を経由して、製錬容器４の主チャンバ１９に供給される。石炭３および搬送ガス２ａは、ランス３５から、主チャンバ１９内の金属およびスラグの溶融浴２５の中に噴射される。石炭は還元剤源およびエネルギー源を提供する。図１〜５は、溶融浴２５を２つの層を含むものとして示しており、その内の層２５ａは溶融金属層、層２５ｂは溶融スラグ層である。図は、層を一様な深さのものとして表現しているが、これは単に例示目的用であり、ＨＩｓａｒｎａプロセスの運転における高度に撹拌され、かつ、よく混合した浴の状態を正確に表現するものではない。溶融浴２５の混合は、浴内における石炭の分解蒸発の結果であり、その分解蒸発によって、ＣＯおよびＨ２のようなガスが発生し、ガスおよび同伴される材料の、溶融浴から、溶融浴２５の上部の主チャンバ１９の頂部空間の中への上向きの動きが生じる。酸素７は、ランス３７から主チャンバ１９の中に噴射され、溶融浴２５内で発生したこれらのガス、すなわち、溶融浴２５から主チャンバ１９の頂部空間内に放出されるガス、通常ＣＯおよびＨ２のいくらかを後燃焼して、浴内の製錬プロセスに必要な熱を供給する。
【００４５】
製錬キャンペインの間のＨＩｓａｒｎａプロセスの正常な運転は、（ａ）ランス３５からの石炭の噴射、およびランス３７からの製錬容器４の主チャンバ１９の中への冷間温度の酸素の噴射と、（ｂ）製錬サイクロン２の中への鉱石噴射７および追加的な酸素噴射８とを含む。
【００４６】
製錬容器４の主チャンバ１９の中への石炭および酸素の供給量と、製錬サイクロン２の中への鉱石および酸素の供給量と、主チャンバ１９からの熱損失とを含むがこれに限定されない運転条件、オフガス流出ダクト９経由で製錬サイクロン２から流出するオフガスが、少なくとも９０％の後燃焼率を有するように選択される。
【００４７】
製錬サイクロン２から流出するオフガスは、オフガスダクト９を経由してオフガス焼却炉１０に流入し、その焼却炉１０において、追加の酸素１１を噴射して残留ＣＯ／Ｈ２を燃焼し、完全燃焼した排ガス中の遊離酸素の程度（通常１〜２％）の排ガスにする。
【００４８】
完全燃焼したオフガスは、続いて、廃熱回収セクション１２を通過し、そこでガスが冷却され、蒸気が生成される。排ガスは、さらに、湿式スクラバー１３を通過し、そこで冷却され、かつダストが除去される。生じたスラッジ１４は、鉱石供給流れ１を経由する製錬器へのリサイクル用として利用可能である。
【００４９】
スクラバー１３から流出する冷却された排ガスは排ガス脱硫ユニット１５に送られる。
【００５０】
清浄な排ガスは、続いて煙突１６から排気される。このガスは主としてＣＯ２から構成され、任意選択で、それを、（残留非凝縮性ガス種を十分に除去して）圧縮し、地下貯留することが可能である。
【００５１】
特に図２を参照すると、製錬容器４は、耐火物内張り炉床３３と、主として主チャンバ１９を画定する水冷パネルによって画定される側壁４１とを含む。製錬容器４は、また、前炉接続部２３を介して主チャンバ１９に接続される前炉２１を含む。
【００５２】
ＨＩｓａｒｎａプロセスの製錬キャンペインの過程の間、主チャンバ１９内で製造された溶融金属は、前炉接続部２３および前炉２１を経由して主チャンバ１９から排出される。
【００５３】
さらに、前炉２１および前炉接続部２３は、ＨＩｓａｒｎａプロセスの高温起動の間に、ある装入量の溶融金属を主チャンバ１９に供給するための通路を提供する。
【００５４】
図２に示すプロセスおよび装置は、製錬容器４におけるＨＩｓａｒｎａ製錬プロセスの正常な運転を表すが、正常な運転においては、溶融浴２５が前記のように高度に撹拌されるという状況が現出している。定常状態の正常な運転条件の下では、前炉２１および前炉接続部２３は溶融金属を含んでいる。通常のマノメータ溢流装置が、（製造からの）「余剰の」金属を前炉の縁部５を超えて溢出させることによって、主チャンバ１９内の溶融金属レベルをほぼ一定に維持するように機能する。
【００５５】
図２を参照すると、例えば製錬キャンペインの末期における製錬容器４の正常な最終出湯操作は、最初に、スラグ排出出湯孔４１（出湯孔４１は図２においてページから読者の方に向けられている）を経由する主チャンバ１９からの溶融スラグ２５ｂの排出を含む。続いて、溶融金属２５ａを、主チャンバ１９と前炉接続部２３と前炉２１とから、主チャンバ１９における最終排出出湯孔３６（これも同様にページから外に向けられている）を経由して排出する。その結果、主チャンバ１９は金属およびスラグの両者をほぼ含まない状態になり、特に、前炉２３は空になり、前炉接続部２３は清浄化される。この条件の下では、前炉の最終排出出湯孔３９は通常使用されない。
【００５６】
図３は、最終出湯がスラグの除去に関して首尾よく行われなかった場合の製錬容器４の状態を表す。この状況においては、部分的にまたは完全に固形化したスラグ２７が、主チャンバ１９の下部部分を占拠しており、前炉接続部２３と、前炉２１の下部部分とを充満している。
【００５７】
図３に示すように製錬容器４が固形化スラグ２７を含む場合にＨＩｓａｒｎａプロセスを再起動するためには、固形化スラグを主チャンバ１９と前炉接続部２３と前炉２１とから取り除くことが必要である。これは、本発明に従って、固形化スラグを溶融して、それを、前炉２１を経由して製錬容器４から排出し、前炉接続部２３および前炉２１を貫通する清浄な流路を形成するように熱源を用いることによって実現される。それによって、プロセスを高温起動する一連のステップの１つとして、ある装入量の溶融金属を、前炉２１および前炉接続部２３を経由して主チャンバに供給することが可能になる。
【００５８】
この状況におけるＨＩｓａｒｎａプロセスの再起動方法の一実施形態であって、図４および５に部分的に示す方法は、
（ａ）主チャンバ１９内の固形化スラグ２７を加熱し溶融するステップと、
（ｂ）同時に、あるいはステップ（ａ）の開始後に、前炉２１内の固形化スラグ２７を加熱し溶融するステップと、
（ｃ）溶融スラグを、前炉から、前炉の最終排出出湯孔３９（これも同様にページから外に向けられている）を経由して排出するステップと、
（ｄ）前炉接続部２３内の固形化スラグ２７を加熱し溶融するステップと、
（ｅ）溶融スラグを、前炉接続部２３および主チャンバ１９から、前炉の最終排出出湯孔３９を経由して排出し、前炉接続部２３を貫通する清浄な流路を形成するステップと、
（ｆ）ある装入量の溶融金属を、前炉２１および前炉接続部２３を経由して主チャンバ１９の中に供給するステップ、供給材料を供給して金属含有材料の製錬を開始する他のステップ、および溶融金属を製造するステップを含む一連のステップによって、ＨＩｓａｒｎａプロセスを高温起動するステップと、
を含む。
【００５９】
図４は、溶融スラグ２９のプールの生成を進行させるために、主チャンバ１９内の固形化スラグを熱源３３によって加熱しかつ溶融する、上記のステップ（ａ）の過程の間の製錬容器４を示す。
【００６０】
図４は、さらに、前炉２１内の溶融スラグのプール４５の生成を進行させるために、前炉２３内の固形化スラグを熱源４３によって加熱しかつ溶融する、上記のステップ（ｂ）の過程の間の製錬容器４をも示している。
【００６１】
上記のステップ（ｃ）においては、溶融スラグ４５を、前炉の最終排出出湯孔３９から出湯することによって、前炉２１から排出することができる。図５は、溶融スラグを前炉２１から出湯した後の前炉２１を示している。この状態においては、前炉は空であり、前炉接続部２３内の固形化スラグへのアクセスが可能である。
【００６２】
図５は、固形化スラグを溶融して、清浄な前炉接続部２３を形成するために、前炉接続部２３内の固形化スラグに熱源３７を作用させる上記のステップ（ｄ）を表現している。熱源３７は、空気−酸素−燃料バーナおよび／または酸素ランスとすることができる。必要な場合には、前炉２１の右側の壁面を通して、視線によるアクセスを利用することも可能である。
【００６３】
前炉２１と、主チャンバ１９内の溶融スラグ２９との間に清浄な前炉接続部２３が形成されると、上記のステップ（ｅ）を実施することができる。このステップは、主チャンバ１９からの溶融スラグの大部分の除去を含む。これによって、上記のステップ（ｆ）、すなわちＨＩｓａｒｎａプロセスの再起動のための適切な条件が確立されることになる。このＨＩｓａｒｎａプロセスの再起動は、ある装入量の高温金属を、前炉２１および前炉接続部２３を経由して主チャンバ１９の中に供給するステップと、その後、スラグ形成剤、石炭および酸素のような供給材料を主チャンバの中に供給して、溶融スラグを発生させ、かつ、溶融浴を撹拌すると共に、オフガスと、オフガスの後燃焼による熱とを発生させるステップと、その後、金属含有材料および酸素のような供給材料を製錬サイクロンの中に供給して、金属含有材料を部分溶融しかつ部分還元するステップとを含む一連のステップによって行われる。
【００６４】
以上述べた本発明のプロセスの実施形態に対して、本発明の本質および範囲から逸脱することなく、多くの変更を加えることができる。
【００６５】
上記の実施形態はＨＩｓａｒｎａプロセスに焦点を当てているが、本発明はＨＩｓａｒｎａプロセスに限定されず、溶融金属を取り出すための前炉を含む直接製錬容器内における任意の溶融浴に基づくプロセスに広げることができる。例えば、本発明はＨＩｓｍｅｌｔプロセスに広げられる。前記のように、ＨＩｓｍｅｌｔプロセスは、本出願人の名義におけるいくつかの特許および特許出願に記載されている。例えば、ＨＩｓｍｅｌｔプロセスは、本出願人の名義における国際出願第ＰＣＴ／ＡＵ９６／００１９７号明細書に記載されている。この国際出願と共に提出された特許明細書における開示は、相互参照により本願に組み込まれる。
【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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【国際調査報告】
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