(57)【要約】  本発明は、溶鉱炉（２）及び該溶鉱炉用の装入装置（３）を備えた溶鉱炉プラント（１，１ａ，１ｂ，１ｃ）に関する。装入装置にクリーンなガスを供給する経済的なやり方を提供すべく、本発明の溶鉱炉プラントは更に、Ａ：前記装入装置（３）にクリーンなガスを導入するための少なくとも１つのノズル（６）と、Ｂ：溶鉱炉（２）からのガスを受け入れるべく接続され、そのガスからダストを除去すべく構成された浄化装置（７）と、Ｃ：浄化装置（７）からのガスを受け入れ、そのガスを圧縮し、そのガスを前記ノズル（６）に給送すべく構成された少なくとも１つのコンプレッサ（９）と、Ｄ：溶鉱炉（２）からのガスを受け入れるべく接続され且つ該ガスによって駆動されると共に、前記少なくとも１つのコンプレッサ（９）を駆動すべく機械的に連結された少なくとも１つのタービン（８）と、を備えている。【選択図】図１
2017530256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鉱炉（２）及び溶鉱炉用の装入装置（３）を備えた溶鉱炉プラント（１，１ａ〜１ｃ）であって、当該溶鉱炉プラントは更に、
前記装入装置（３）にクリーンなガスを導入するための少なくとも１つのノズル（６，４２）と、
前記溶鉱炉（２）からのガスを受け入れるべく接続され、且つそのガスからダストを除去すべく構成された浄化装置（７）と、
前記浄化装置（７）からのガスを受け入れ、そのガスを圧縮し、そのガスを前記少なくとも１つのノズル（６，４２）に給送すべく構成された少なくとも１つのコンプレッサ（９）と、
前記溶鉱炉（２）からのガスを受け入れるべく接続され且つそのガスによって駆動されると共に、前記少なくとも１つのコンプレッサ（９）を駆動すべく機械的に連結された少なくとも１つのタービン（８）と、
を備えてなる、ことを特徴とする溶鉱炉プラント。
【請求項２】
前記装入装置（３）は、固定式ハウジングおよび可動分配シュート（４．１）用のサスペンションロータを具備した主ケーシング（４）を備えており、
前記サスペンションロータは前記ハウジングに対して回動可能に取り付けられ、
前記ノズル（６）のうちの少なくとも１つは、クリーンなガスを前記主ケーシング（４）内に導入すべく配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の溶鉱炉プラント。
【請求項３】
前記装入装置（３）は、前記溶鉱炉（２）内に給送されるべき原材料用のホッパー（５）を備えており、
前記ノズルのうちの少なくとも１つ（４２）は、ガスを前記ホッパー（５）内に導入すべく配置されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶鉱炉プラント。
【請求項４】
前記浄化装置（７）は、第１の浄化ステージ（７．１）と、引き続きガスを浄化するための第２の浄化ステージ（７．２）とを備えている、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶鉱炉プラント。
【請求項５】
前記タービン（８）及び／又は前記コンプレッサ（９）は、前記第２の浄化ステージ（７．２）からガスを受け入れるべく接続されている、ことを特徴とする請求項４に記載の溶鉱炉プラント。
【請求項６】
前記タービン（８）及び／又は前記コンプレッサ（９）は、前記第１の浄化ステージ（７．１）又は前記浄化装置（７）の別の中間ステージからガスを受け入れるべく接続されている、ことを特徴とする請求項４に記載の溶鉱炉プラント。
【請求項７】
追加の浄化ユニット（１５．５）が、第１の浄化ステージ（７．１）又は中間ステージと、前記タービン（８）及び／又は前記コンプレッサとの間に配置されている、ことを特徴とする請求項６に記載の溶鉱炉プラント。
【請求項８】
熱交換器（２４）が前記第２の浄化ステージ（７．２）と前記タービン（８）との間に配設され、その熱交換器（２４）は前記溶鉱炉（２）からの熱を利用するように構成されている、ことを特徴とする請求項５に記載の溶鉱炉プラント。
【請求項９】
前記少なくとも１つのタービン（８）及び前記少なくとも１つのコンプレッサ（９）は、協調回転のための共通シャフト（１０）によって連結されている、
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の溶鉱炉プラント。
【請求項１０】
溶鉱炉（２）及び溶鉱炉用の装入装置（３）を備えた溶鉱炉プラント（１，１ａ〜１ｃ）用のガス再循環構造（３０，３０ａ〜３０ｃ）であって、
当該ガス再循環構造は、
前記装入装置（３）にクリーンなガスを導入するための少なくとも１つのノズル（６，４２）と、
前記溶鉱炉（２）からのガスを受け入れるべく接続可能であり、且つそのガスからダストを除去すべく構成された浄化装置（７）と、
前記浄化装置（７）からのガスを受け入れ、そのガスを圧縮し、そのガスを前記少なくとも１つのノズル（６，４２）に給送すべく構成された少なくとも１つのコンプレッサ（９）と、
前記溶鉱炉（２）からのガスを受け入れるべく接続可能であり且つそのガスによって駆動されると共に、前記少なくとも１つのコンプレッサ（９）を駆動すべく機械的に連結された少なくとも１つのタービン（８）と、
を備えてなる、ことを特徴とするガス再循環構造。
【請求項１１】
溶鉱炉（２）及び溶鉱炉用の装入装置（３）を備えた溶鉱炉プラント（１，１ａ〜１ｃ）を作動させるための方法であって、当該方法は、
浄化装置（７）が前記溶鉱炉（２）からのガスを受け入れ、そのガスからダストを除去すること、
少なくとも１つのコンプレッサ（９）が、前記浄化装置（７）からのガスを受け入れ、ガスを圧縮し、そのガスを少なくとも１つのノズル（６）に給送すること、
前記少なくとも１つのノズル（６）が、前記装入装置（３）にクリーンなガスを導入すること、並びに、
少なくとも１つのタービン（８）が前記溶鉱炉（２）からのガスを受け入れ且つそのガスによって駆動されること、そして、前記少なくとも１つのタービン（８）は前記少なくとも１つのコンプレッサ（９）に機械的に連結されており同コンプレッサを駆動するものであること、
を備えてなる、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、溶鉱炉プラント（溶鉱炉用工場設備）、溶鉱炉プラント用のガス再循環構造、及び、溶鉱炉プラントを作動させる方法（又は運転方法）に関する。
【背景技術】
【０００２】
当該技術（分野）でよく知られているように、溶鉱炉の装入(charging)は伝統的に頂部装入装置によって実行され、この頂部装入装置は、高炉頂部に原材料を蓄えると共にこれらの材料を高炉内に分配するという機能を果たす。原材料は貯蔵ハウスで秤量され、バッチモードでは（鉱石運搬車やコンベアベルトを介して）高炉頂部の装入装置（そこでは原材料が中間ホッパーに蓄えられる）に搬送される。
【０００３】
装入原料（「バーデン」burdenともいう）を高炉内に分配するために、頂部装入装置は、高炉の喉状部(furnace throat)上で且つ材料ホッパーよりも下方に配設された回転式装入装置を備えている。回転式装入装置は、固定式（又は据置型）のハウジングと、装入分配器を具備したサスペンションロータ（懸架ロータ）とを備え、該サスペンションロータは、それが高炉軸の周りを回動できるように固定式ハウジングに支持されている。サスペンションロータ及び固定式ハウジングは、回転式装入装置の主ケーシングを形成し、回転式装入装置には、サスペンションロータを駆動すると共に装入分配器を旋回させるための機構が配設されている。
【０００４】
これも当該技術（分野）でよく知られているように、固定式ハウジングおよびサスペンションロータは協働して閉じたケーシングを形成する一方で、サスペンションロータの回転式設置、並びに、可動部品（サスペンションロータ）と静止部品（固定式ハウジング）との間の作動上の遊びは、環状のギャップ（隙間）を必要とする。使用時、高炉のガスは、この環状ギャップを通って主ケーシングに進入することがある。
【０００５】
ダストを多量に背負わされた高炉ガスが回転式装入装置の主ケーシング内に入り込むのを防止するために、当該ケーシングを窒素（ガス）で満たすことが知られている。効果的な結果のためには、窒素流れは、主ケーシング内の圧力レベルを高炉内部の圧力よりも上に維持するに十分に高く（多く）なければならない。通常、１００〜１０００Ｎｍ３／ｈの範囲の流量（又は流速）が注入されて主ケーシング内に（高炉頂部の圧力に比べて）僅かな超過圧力、例えば０．１バール(bar)だけ超過の圧力を作り出す。しかしながら、窒素の消費は大きく、運転コストの増大をもたらすことがある。
【０００６】
窒素ガスの使用を回避するために、ダスト粒子を少なくとも部分的に除去し、その後、それを主ケーシングに注入する前に圧縮することで、溶鉱炉からの頂部ガスを再循環させるという手法が知られている。しかしながら、上述のそれぞれの流量（又は流速）で必要な超過圧力を達成すべく使用されるコンプレッサ（圧縮機）は、３ｋＷから３０ｋＷ以上という範囲の高パワー（又は大電力）を消費する。その結果、取得や運転の経費が非常に高くなる。加えて、そのようなコンプレッサの保守管理はコスト集約的である。
【０００７】
ルクセンブルク公報ＬＵ−７３７５２は、粒子を載せた溶鉱炉ガスを処理するためのそのようなプロセスを開示する。そのプロセスでは、排出ガスの一部が、最終洗浄の上流ポイントで主流路から引き出される。その引き出された（ガスの）一部は、更に浄化され、高炉制御室および貯蔵ホッパー内に注入されるべく、低パワーのコンプレッサ・ブロックによって加圧される。
【０００８】
ＷＯ２０１０／１２４９８０公報は、溶鉱炉にバーデン（装入原料）を給送する方法を開示する。その方法では、溶鉱炉の頂部ガス(top gas)の一部が二酸化炭素除去リサイクルプロセスにかけられる。当該頂部ガスの一部は更にブースターユニットおよびバッファータンクを通過して圧縮され、溶鉱炉のホッパー室に加圧性のガスとして送られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ルクセンブルク公報ＬＵ−７３７５２
【特許文献２】国際公開ＷＯ２０１０／１２４９８０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、装入装置にクリーンなガスを供給する手法であって、経済的で環境親和的な（環境に優しい）手法を提供することにある。この目的は、請求項１に記載の溶鉱炉プラントによって、請求項１０に記載のガス再循環構造によって、及び、請求項１１に記載の方法によって解決される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、溶鉱炉および該溶鉱炉用の装入装置を備えた溶鉱炉(blast furnace)（ＢＦ）プラントに関する。装入装置は、原材料（即ち、装入材料）を溶鉱炉内に装入すべく構成されている。オプションとして、それは、そのような原材料を一時的に貯蔵するように構成されてもよい。通常は、装入装置は溶鉱炉の頂部（トップ）に配設され、ベル・レス・トップ(bell less top)（ＢＬＴ）の装入形態をしている。
【００１２】
本発明の溶鉱炉プラントは更に、前記装入装置にクリーンガスを導入するための少なくとも１つのノズルを備えている。このことは、ハウジング等によって少なくとも多かれ少なかれ包囲されておりそれ故に少なくとも一時的にガスを含み得るところの装入装置のある部分に、ガスが導入されることを意味する。用語「クリーン（な）ガス」は、高炉の頂部ガスよりも固形粒子の含量が大幅に少ないガスとして理解されるべきである。これは、残留ダストを含有するものであり、それは「セミクリーン（半クリーン）」として参照されてもよい。用語「ノズル」は最も広義に理解されるべきであり、それはまた、ノズルが正にチューブ（管）の開口端であるところの非常に単純な実施形態を参照するものであってもよい。もちろん、ガスの流量、速度、圧力などのガスの特性を調節するために、もっと複雑なノズルを採用することもできる。
【００１３】
溶鉱炉（ＢＦ）プラントはまた、溶鉱炉からのガス、つまり、いわゆるＢＦ頂部ガス（即ち、溶鉱炉の喉状部からのガス）を受け入れるべく接続され、且つこの頂部ガスからダストを除去すべく構成された浄化装置を備えている。もちろん、その接続は、この分野の技術で公知の伝統的な配管により達成されてもよい。また、浄化装置は、慣性力選別機、濾布（又は繊維性フィルタ）、湿潤スクラバー（洗浄機）、及び／又は、電気集塵機のような１つ又は複数のタイプの集塵装置を採用してもよい。浄化装置は、少なくとも部分的にダストを取り除くように構成され、好ましくはダストの大部分を取り除く。特に、それは、２０ｍｇ／ｍ３未満、好ましくは１０ｍｇ／ｍ３未満に低下するまでダストを除去するように構成されてもよい。
【００１４】
少なくとも１つのコンプレッサが、浄化装置からのガス（好ましくは、クリーンなガス、又は少なくとも部分的にクリーンにされた（例えばセミクリーンな）ガス）を受け入れ、そのガスを圧縮し、そのガスを前記少なくとも１つのノズルに給送すべく構成されている。コンプレッサは、伝統的な配管によって、前記少なくとも１つのノズルだけでなく浄化装置にも接続され得る。コンプレッサは、原理上は公知のタイプのものであってよい。用語「コンプレッサ（圧縮機）」は、最も広義に、ガスを圧縮することに適応したデバイスとして理解されるべきである。特に、遠心コンプレッサや水封(water-ring)コンプレッサが使用可能である。それはまた、二段階や多段階のコンプレッサであってもよい。コンプレッサは、事前に浄化されたガスの圧力を、それ（ガス）をノズルに供給する前に増大させるために使用され、その結果、装入装置内に導入された浄化ガスの圧力が、下にある溶鉱炉の頂部ガスの圧力を超える。
【００１５】
溶鉱炉（ＢＦ）プラントは更に、溶鉱炉からのガス（つまり、ＢＦ頂部ガス）を受け入れるべく接続され且つそのガスによって駆動される少なくとも１つのタービンを備える。溶鉱炉への接続は、伝統的な配管によって達成され得る。タービンは通常、溶鉱炉に直接的に接続されておらず、但し、浄化装置、特にコンプレッサ用に用いられる浄化装置が、溶鉱炉とタービンとの間に接続されている。典型的には、前記少なくとも１つのタービンは、（ＢＦ頂部ガスを受け入れるところの）浄化装置からのガスを受け入れるべく接続され且つそのガスによって駆動される。
【００１６】
タービンは原理上、当該分野の技術で公知のタイプであってよい。タービンは、溶鉱炉からのガスを受け取ると共に、そのガスの膨張によって駆動される。本発明によれば、前記少なくとも１つのタービンは、前記少なくとも１つのコンプレッサを駆動すべく機械的に連結されている。このことは、溶鉱炉からのガスの膨張によって作り出されたタービンのエンタルピーが、コンプレッサに伝達されることを意味する、ここで、コンプレッサは、後ほど装入装置に注入されることになる浄化されたガスを圧縮するために使用される。換言すれば、一方のガス体積の膨張は、別のガス体積の圧縮を駆動することになる。タービンは機械的にコンプレッサに接続されており、そのことは、エネルギーの中途変換、例えば電気エネルギーへの中途変換が無いことを意味する。それ故、そのようなエネルギー変換に必然的に伴う避けがたいロスを回避することができる。
【００１７】
最も重要なことだが、本発明は、クリーンガスのいかなる外部的供給も、コンプレッサを駆動するための追加のエネルギー供給も必要としない。使用されるクリーンガスは、溶鉱炉から取り出された頂部ガス（トップガス）であり、それは「安価」なものと考えられ得る。また、コンプレッサで使用されるエネルギーは、タービンのエネルギーから得られ、それは溶鉱炉からのガスの圧力からの帰結である。実際上、圧縮（作用）は溶鉱炉からの熱エネルギーによって駆動され、但しその量は、溶鉱炉の全熱エネルギーに比較して無視できる程度である。それ故、本発明のコンセプトは大変経済的である。また、コンプレッサのためのエネルギーはその場で作り出され、電気駆動のコンプレッサにおけるような、長距離にわたって伝達される必要が無い。
【００１８】
だから実際上、本発明は、ＢＦ装入装置で使用するための浄化頂部ガスを圧縮するために、ターボチャージャー様のデバイスの使用に依拠し、該ターボチャージャーは、コンプレッサ及びタービン側の両方に浄化頂部ガスを供給される（異なった清浄レベル及び圧力レベルである可能性はあるけれども）。以下に説明するように、非常に圧縮された浄化頂部ガスは、装入装置の幾つかの場所で（例えば、主ケーシング、ホッパーおよびバルブ動作ユニットにおいて）使用され得る。
【００１９】
タービンを出た膨張ガスは通常、高含量の燃焼成分を有しており、それ故、バーナーに供給して例えば、電気エネルギー等を生み出すための別のタービンを駆動する蒸気を生み出すために使われたり、あるいは、プラントのガスネットワーク（ガス網）に戻されたりしてもよい、という点には注意すべきである。
【００２０】
装入装置は一般に、固定式ハウジングおよび可動分配シュート用のサスペンションロータを具備した主ケーシングを備えていてもよく、前記サスペンションロータは前記ハウジングに対して回動可能に取り付けられ、少なくとも１つのノズルが、クリーンガスを主ケーシング内に導入すべく配置されている。主ケーシングは分配設備の一部である。通常それは、中央垂直導管を有し、そこを通って原材料が、該導管の下端部にある分配シュートに重力供給される。シュートは通常、チルト可能（傾動可能）であり、それが取り付けられているサスペンションロータを回動させることで回動可能である。主ケーシングは典型的には、前記ロータを回転させ且つ前記シュートを傾動させるためのギア部品を収容している。前記少なくとも１つのノズルは、主ケーシング内に過圧（状態）を単に作り出すために配置されてもよい。それに加えて又はその代わりに、少なくとも１つのノズル構成が、カーテン状のガス流を作り出すように構成されてもよい。そのカーテン状のガス流は、前記固定式ハウジングとサスペンションロータとの間のギャップ（隙間）を横切って流れることで、当該ギャップをブロックする（塞ぐ）。後者のオプションは、例えば国際公開ＷＯ２０１３／０１３９７２  Ａ２公報に記載されている。
【００２１】
また古典的には、装入装置は、溶鉱炉内に給送されるべき原材料用の少なくとも１つのホッパーを備えており、少なくとも１つのノズルが、ガスを前記ホッパー内に導入すべく配置されている。ホッパーは、例えば上述のような分配シュートによって溶鉱炉内に原材料を分配する前に、原材料を蓄えておくために使用される。そのような場合において、ホッパーは通常、主ケーシングの上方に配置される。しばしば、複数のホッパーが利用される。ホッパーは主ケーシングの垂直上方に配置される必要は無いが、例えば横方向にオフセット配置されてもよい、ということは理解されよう。一次及び二次圧の均等化のためにそのようなホッパー内に窒素ガス又は半浄化のＢＦガスを導入することは、当該分野の技術では知られている。しかしながら、この目的のために、コンプレッサからのクリーンな圧縮ガスを用いることも可能である。このことは、主ケーシング内へのガスの導入に対して代替的に又は追加的になされてもよい。窒素の費用を節約すること以外に、これには別の積極的な効果がある。ホッパー内のガスは窒素が余分に追加されていないから、その発熱量は変わらない（Ｎ２の存在によって低減されない）。主ケーシング内への圧縮浄化ガスの導入は概して連続的である一方で、ガスは主にホッパーが空っぽのときに必要とされるから、ホッパーにおける圧縮浄化ガスの使用は逐次的プロセスである、という点に気付いてもよい。必要な体積は相当量となるかもしれず、コンプレッサとホッパーとの間の（配管）ラインにある中間バッファーに圧縮浄化ガスを蓄えることは有利である。
【００２２】
圧縮されたクリーンガスはまた、ホッパーの下に位置すると共にホッパー出口において材料投与バルブ及び封止バルブを備えてなる、いわゆる「バルブ作動ユニット」で使用されることができる。
【００２３】
頂部ガス浄化装置は、ＢＦプラントの伝統的な構成部品（構成要素）である。典型的には、ＢＦを出て行く頂部ガスの量を考慮して、その一部だけが装入装置で使用されることになる。従って、本発明の文脈におけるガス浄化は、溶鉱炉の伝統的なガス浄化装置を用いて実行され得る。好ましくは、浄化装置は、第１の浄化ステージと、引き続きガスを浄化するための第２の浄化ステージとを備えている。とりわけ、第１の浄化ステージはドライ（乾燥）浄化ステージであってもよく、第２の浄化ステージはウェット（湿潤）浄化ステージであってもよい。これらはまた、それぞれドライセパレータ（乾燥分離機）及びウェットセパレータ（湿潤分離機）と呼ばれてもよい。浄化装置のためのそのような設計は、原理上、当該分野の技術で知られており、非常に効果的なダスト除去へとつながる。しかしながら、本発明はまた、純度の異なるガス、即ち、異なる程度に浄化されたガスに選択的にアクセスするツーステージ（二段階ステージ）設計を採用してもよい。この点を以下に説明する。
【００２４】
実施形態に依拠して、及びＴＲＴタービン（Top Gas Recovery Turbine、頂部ガス回収タービン）の存在に依拠して、異なる純度レベル（そしてそれ故に異なる圧力）での浄化ガスがコンプレッサやタービンにおいて使用可能である。例えば、前記コンプレッサ及び／又はタービンは、クリーンガス（即ち、第２の浄化ステージからのガス）、又は、第１の浄化ステージからの、若しくは該浄化装置の別の中間位置からの部分的に浄化されたガスを供給されてもよい。実際のところ、ＢＦプラントがＴＲＴを具備する場合、コンプレッサ及びタービンの両方がクリーンガスを供給され得る。ＴＲＴが存在しない場合、タービンは好ましくはセミクリーンガスを供給され、その一方で、コンプレッサはクリーンガスを供給される。
【００２５】
一実施形態によれば、タービンは、浄化装置の中間の浄化ステージ（例えば、第１ステージのスクラバー(scrubber)の後）からのガスを受け入れるよう接続されている。すなわち、タービンを浄化装置に接続する配管（類）が前記第２の浄化ステージをバイパス（迂回）している。このことは、タービンに供給されるガスに二通りの影響を与える。一方では、ガス中に残存量のダストが存在し、それ（ダスト）はさもなくば第２の浄化ステージで除去されることになるものである。つまり、該ガスはセミクリーン（半クリーン）と解釈される。他方で、とりわけ、第１の浄化ステージがドライセパレータ（例えばサイクロン）であり且つ第２の浄化ステージがウェットセパレータであるならば、ガスのエンタルピーは通常、相対的高温（例えば１００〜２００℃程度）及び相対的高圧のためにより高くなる。タービンを駆動するために入手できる機械的仕事は、温度の線形関数であり、タービンの有効性は大きく高められる。
【００２６】
上述の実施形態では、ガス中の残留ダストは、例えば、表面上や可動部品間に溜まったり又は磨耗を生じさせたりすることで、タービンに有害な影響を及ぼす。これを防止するために中間の浄化装置が、第１の浄化ステージとタービンとの間に配置されてもよい。
【００２７】
代替的な実施形態では、タービンは、前記第２の浄化ステージからガスを受け入れるべく接続されている。このガスは、十分に浄化されたもの（即ち、事実上のダストフリー）と考えられ、タービンの長寿命を維持する。このことはまた、（第１及び第２の浄化ステージを具備した）一つで且つ同じ浄化装置をタービン及びコンプレッサへのガス供給用に使用できるという利点を有する。
【００２８】
上で説明したように、第２の浄化ステージ（それは通常、ウェット浄化ステージである）は、ガスの温度を低下させることでガスのエンタルピーを大幅に低減する。第２の浄化ステージを通過後にガスを再加熱することは、あり得ることである。これをするための一つのオプションは、ガスが通される熱交換器を採用することである。溶鉱炉は多量の過剰な熱を生み出し、その熱はこの文脈において利用されてもよい。それ故、一実施形態によれば、熱交換器は第２の浄化ステージとタービンとの間に配設され、その熱交換器は、溶鉱炉からの熱を利用するように構成されている。作動時、ガスは第２の浄化ステージから熱交換器へ流れ、そこから更にタービンへ流れる。熱交換器はガスを加熱し、そのエンタルピーを高める。熱交換器の熱源は溶鉱炉である。それ故、熱交換器は、溶鉱炉に隣接して若しくは溶鉱炉自体の上に配置されてもよく、又は、溶鉱炉から熱交換器に熱い頂部ガスを案内すべく配管が供給されてもよい。
【００２９】
タービンへのガス供給の温度がタービンの効率に重大な影響を有する一方で、このことは、コンプレッサに対してはさほど重要ではない。相対的に冷えたガスでさえ、コンプレッサでは効率的に使用可能である。それ故、コンプレッサが第２の浄化ステージからガスを受け入れるべく接続されていることは好ましい。このガスはダストフリー（ダスト無し）と考えられ、それはコンプレッサの寿命を延ばすと共に保守管理の必要性を低減する。これに関連して、圧縮された冷クリーンガスは主ケーシングの冷却目的のために有利であることが理解されよう。また、ある程度の量の湿気は、圧縮ガスの冷却効果を高めるのに望ましいかもしれない。
【００３０】
前記少なくとも１つのタービンと前記少なくとも１つのコンプレッサとを機械的に連結するのには多くの可能性が存在する。例えば、幾つかのコンプレッサを一つのタービンに連結するために、あるいは一つのタービンを幾つかのコンプレッサに連結するために、ギアが供給されてもよい。好ましい実施形態によれば、少なくとも１つのタービンと少なくとも１つのコンプレッサとが、協調回転（即ちタービンの１回転がコンプレッサの１回転に対応するような場合）のための共通シャフトによって連結される。この実施形態は、タービンをコンプレッサに接続する複雑な伝達コンポーネントを必要としない点で有利である。かくして、伝統的なターボチャージャーが使用されてもよい。他方で、タービンとコンプレッサとの間のギア比を調節するギアを使用することも考え得ることである。例えば、タービンはコンプレッサよりも高速度で回転してもよく、あるいはその逆の関係であってもよい。もちろん、タービンの回転軸がコンプレッサの回転軸と異なる場合には、例えば二つの協働するはめ歯歯車(cogwheel)を具備したギア（機構）を動力伝達のために使用してもよい。
【００３１】
本発明は更に、溶鉱炉および溶鉱炉用の装入装置を備えた溶鉱炉プラント用のガス再循環構造（又はガス再循環装置）を提供する。当該ガス再循環構造は、前記装入装置にクリーンなガスを導入するための少なくとも１つのノズルと、前記溶鉱炉からのガスを受け入れるべく接続可能であり且つ前記ガスからダストを除去すべく構成された浄化装置とを備えている。当該ガス再循環構造は更に、前記浄化装置からのガスを受け入れ、そのガスを圧縮し、そのガスを前記少なくとも１つのノズルに給送すべく構成された少なくとも１つのコンプレッサを備えると共に、前記溶鉱炉からのガスを受け入れるべく接続可能であり且つそのガスによって駆動されると共に前記少なくとも１つのコンプレッサを駆動すべく機械的に連結された少なくとも１つのタービンを備えている。これら全ての構成要素は、本発明に係る溶鉱炉プラントを参照しつつ既に上で説明済みである。
【００３２】
本発明に係るガス再循環構造の好ましい実施形態は、溶鉱炉プラントの好ましい実施形態に対応する。
【００３３】
本発明はまた、溶鉱炉および溶鉱炉用の装入装置を備えた溶鉱炉プラントを作動させる（又は運転する）ための方法を提供する。本発明に係る方法は、
浄化装置が前記溶鉱炉からのガスを受け入れ、そのガスからダストを除去すること、
少なくとも１つのコンプレッサが、浄化装置からのガスを受け入れ、そのガスを圧縮し、そのガスを少なくとも１つのノズルに給送すること、
前記少なくとも１つのノズルが前記装入装置にクリーンなガスを導入すること、並びに、
少なくとも１つのタービンが溶鉱炉からのガスを受け入れ且つそのガスによって駆動されること、そして、前記少なくとも１つのタービンは前記少なくとも１つのコンプレッサに機械的に連結されており同コンプレッサを駆動するものであること、を備える。
【００３４】
本発明に係る方法の好ましい実施形態は、溶鉱炉プラントの好ましい実施形態に対応する。
【００３５】
本発明の好ましい実施形態は、添付の図面を参照して、例示を介して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明に従う溶鉱炉プラントの第１実施形態の概略図である。
【図２】図２は、本発明に従う溶鉱炉プラントの第２実施形態の概略図である。
【図３】図３は、本発明に従う溶鉱炉プラントの第３実施形態の概略図である。
【図４】図４は、本発明に従う溶鉱炉プラントの第４実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１は、本発明の溶鉱炉プラント１の概略表示を示す。装入設備（装入装置）３が溶鉱炉２の頂部（トップ）に配置されている。装入設備３の上部では、材料ホッパー５（群）内に原材料が置かれている。ここから、それら（原材料）は回転式シュート４．１によって溶鉱炉に装入され、当該回転式シュートは主ケーシング４の下側に懸架されている。主ケーシング４は、（詳細は示さないが）当該技術で知られているように、固定式（又は据置型）のハウジングおよびサスペンションロータ（懸架ロータ）によって形成されている。前記ハウジングに対する前記ロータの回転特性を確保するために、両構成要素間にはギャップ（隙間）が存在し、そのギャップは小さなものであるが、主ケーシング４内へのガス及び粒子の進入経路となり得るものである。シュート４．１は、それが水平軸周りで傾斜可能となるように、前記ロータに対して旋回式に懸架されている。前記ロータは更に、高炉軸周りでシュート４．１を回転させることを許容する。
【００３８】
溶鉱炉２からのダストを含んだ頂部ガス（トップガス）が主ケーシング４内に進入するのを防止するために、過圧浄化ガス(over-pressure cleaned gas)が、少なくとも１つのノズル６によってギアハウジング内に注入される。これによって、高炉ガスは、少なくとも大部分、主ケーシングの外に保たれる。このプロセスの詳細（細部）は異なっていてもよい。例えば、複数のノズル６が前記ハウジングの二つの可動部間のギャップをブロック（封鎖）するクリーンガスのカーテンを作り出してもよく、及び／又は、そこでの過圧状態を作り出すべく１つ以上のノズルによって前記ガス（クリーンガス）がケーシング４内に導入される。
【００３９】
クリーンガスは、以下に説明するガス再循環構造３０によって得られる。高温の頂部ガスは、第１の配管１１を通じて溶鉱炉から引き出される。この頂部ガスは高度にダストを背負っており、それ故に浄化装置７に給送され、該浄化装置は二段階浄化を行う。第１の配管１１は、集塵機７．１（あるいは代わりにサイクロン（集塵）装置）に接続されており、該集塵機は次に第２の配管１２によって湿潤分離機７．２に接続されている。湿潤分離機は、洗浄機（スクラバー）７．３および霜取り機（デミスター）７．４を備えている。二つの浄化ステップの後、ガスは、例えば２０ｍｇ／ｍ３未満といった残存ダスト含有量を有する。ＢＦ（溶鉱炉）頂部ガスの洗浄は当該技術では在来的なものであると共に、洗浄装置７は従来のやり方に従って設計されてもよい、という点は気づくべきである。
【００４０】
次に、ガス再循環構造の設計は、浄化装置７の下流において頂部ガス回収タービン（ＴＲＴ，Top gas Recovery Turbine）が存在するか否かに依存する。当該技術において知られているように、ＴＲＴタービン機構は一般に、発電機を駆動するために、浄化された頂部ガスによって駆動され、その一方で、膨張した頂部ガスはプラントのネットワークに戻され、燃やされてもよい。図１を参照すると、「３４」で示されたＴＲＴタービン機構に接続されたクリーンガス配管３２において、クリーンガスが浄化装置７を出る。
【００４１】
浄化された頂部ガスの一部が配管３２から第３の配管１３を通ってタービン８に送られ、該タービンはそのガス圧力によって駆動される。膨張したガスが第４の配管１４を通ってタービン８を出ると共に、該配管を介してＴＲＴ３４の下流のガスネットワーク（ガス網）３６に戻される。ネットワーク３６に到達したガスは依然として、高含量の可燃性成分を含んでおり、そのエネルギー含量は燃焼によって熱を生み出すために使用されてもよい。
【００４２】
タービン８は、伝達ユニット１０によってコンプレッサ（圧縮機）９に機械的に連結されている。伝達ユニット１０は単純に、コンプレッサ９をタービン８に連結する共通シャフトであってもよく、従って、伝統的なターボチャージャー（ターボ過給機）が用いられてもよい。ただし、伝達ユニット１０はもっと複雑なものであってもよく、例えば、タービン８とコンプレッサ９等について異なる回転速度を創出するためのギアを備えていてもよい。
【００４３】
コンプレッサ９は、クリーンガス配管３２に起源を発する第５の配管１５を介してクリーンガスを供給される。コンプレッサでクリーンガスを用いることが保守管理上の理由で好ましい一方で、以下に説明されるように、低純度／低清浄度のレベルの頂部ガスを用いることも可能である。ガスは圧縮され、第６の配管１６を介してコンプレッサ９を出る。なお、第６の配管はノズル６のところで終端する。この構成によって、コンプレッサ９を駆動するために必要なエネルギーは専ら、タービン８に供給されるガスの圧力から得られ、その圧力は溶鉱炉２内の頂部ガスのエネルギーに由来する。それ故、ガス再循環構造３０は、外部エネルギー又は外部ガスの供給無しで作動する。
【００４４】
ＴＲＴを具備したＢＦ（溶鉱炉）プラントでは、頂部ガスの圧力は主に、ＴＲＴ装置を介して調節されるということを認識するべきである。浄化装置のもっと上流で頂部ガスを拾い上げることで、より高い圧力だが部分的にしか浄化されていない頂部ガスによる利益を受けることも可能である。例えば、混合ライン１５．１は、コンプレッサ９に（部分的に浄化された）頂部ガスを供給するための代替的な配管構造の可能性を示している。コンプレッサ９に導く配管１５．１は、その他方端において、第１の浄化ステージ７．１の出口１５．２、又は、霜取り機７．３若しくはその出口（１５．３及び１５．４で示す）のいずれかに接続されてもよい。幾つかの実施形態においても、タービン８に導く第３の配管１３が浄化装置７のもっと上流、例えば第１の浄化ステージ７．１の後や霜取り機７．３の後に接続されてもよい。部分的浄化／半浄化の頂部ガスを用いるような場合には、タービン又はコンプレッサへの配管において、例えば図１に「１５．５」で示されるような小型の浄化ユニットが配設されてもよい。
【００４５】
図２は、代替的なガス再循環構造３０ａを具備した溶鉱炉プラント１ａの第２実施形態を示す。（主な）構成要素は図１に示す第１実施形態と概ね同じであり、その限りにおいて再度説明はしない。この実施形態では、クリーンガス配管３２に圧力降下をもたらすＴＲＴは存在しない。それ故、タービン８は、第１の浄化ステージ７．１と第２の浄化ステージ７．２との間の連結配管から枝分かれした配管１３．１を通って運ばれる半浄化ガスによって駆動される。参照番号「１３．２」は、オプションの小型のガス浄化ユニットを示す。
【００４６】
ここで再び、混合ライン１５．１は、部分的に浄化された頂部ガスをコンプレッサに給送するための代替的な配管オプション（配管構造の選択肢）を示し、それ（ガス）は、霜取り機７．３又はその出口（１５．３又は１５．４で示す）で拾い上げられる。参照番号「１５．５」は、オプションの小型の浄化ユニットを示す
【００４７】
図３は、図１に示す実施形態と大変類似した溶鉱炉プラント１ｂの第３実施形態を示す。それは、次の点で図１に示したものと異なるガス再循環構造３０ｂを備える。つまり、第１０の配管４０がコンプレッサ９に起源を発し、その配管４０は、一つ以上の材料ホッパー５内にクリーンガスを注入するための少なくとも１つのノズル４２で終わっている。このことはホッパー（群）における圧力の同等化（均等化）を許容し、さもなければ、それは窒素ガスを注入することで実行される。図１の第６配管１６に由来して第１０配管４０を設けると共に、ホッパー５内および主ケーシング４内に同時にクリーンガスを注入するが可能であることは、理解されよう。
【００４８】
この実施形態において、圧縮されたクリーンガスが、好ましくは緩衝ホッパー４４に貯留されることに注意すべきである。所望されるならば、前記緩衝ホッパー（４４）から、ホッパー５からの材料の装入及び計量を制御するバルブ作動ユニット４６に（向けて）、配管が接続されてもよい。
【００４９】
図４は、僅かに異なる別のガス再循環構造３０ｃを備えた溶鉱炉プラント１ｃの第４実施形態を示す。この図表示において単純化されている構成要素は、図１に示す実施形態とほとんど同じであり、その限りにおいて再度説明はしない。図１に示す実施形態に対する相違点は、第３の配管１３が熱交換器２４につながっていることである。そして、第１１の配管２１もまた、熱交換器２４につながっている。この配管２１は溶鉱炉に端を発し、高温度の頂部ガスを熱交換器２４に案内する。そこで、高温度のガスは第３配管１３内の浄化されたガスを加熱し、それによって、そのエンタルピー及び圧力を増大させる。よって、タービン８の効率が飛躍的に高められる。
【符号の説明】
【００５０】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ  溶鉱炉プラント
２  溶鉱炉
３  装入装置
４  主ケーシング
４．１  回転式シュート（可動分配シュート）
５  材料ホッパー
６  ノズル
７  浄化装置
７．１  集塵機（第１の浄化ステージ）
７．２  湿潤分離機（第２の浄化ステージ）
８  タービン
９  コンプレッサ（圧縮機）
１０  共通シャフト（伝達ユニット）
１５．５  浄化ユニット
２４  熱交換器
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ  ガス再循環構造
４２  ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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