(57)【要約】含鉄材料を金属化鉄生成物に還元するための方法。本方法は、約６０〜約８５重量％の総鉄含量を有する含鉄材料及び熱コークスの総重量に基づいて約５〜約２５重量％をコークス乾式消火（ＣＤＱ−ＳＰ）装置に供給することを含む。含鉄材料は、ＣＤＱ−ＳＰ装置中で、約９０重量％超の金属化率を有する金属化鉄生成物に還元される。次いで、金属化鉄生成物は消火されたコークス生成物から分離される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
含鉄材料を金属化鉄生成物に還元するための方法であって、
約６０〜約８５重量％の総鉄含量を有する含鉄材料及び熱コークスの総重量に基づいて約５〜約２５重量％をコークス乾式消火（ＣＤＱ−ＳＰ）装置に供給することと、
前記含鉄材料を、約９０重量％超の金属化率を有する前記金属化鉄生成物に還元することと、
前記金属化鉄生成物を消火されたコークス生成物から分離することと、を含む、前記方法。
【請求項２】
前記含鉄材料が金属鉄及び酸化鉄を含み、前記酸化鉄が、酸化鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）、赤鉄鉱、磁鉄鉱、及びウスタイトからなる群より選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記含鉄材料がミルスケールを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記熱コークスが冶金用コークスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記コークス乾式消火装置からの二酸化炭素の大気への排出量を、溶鉱炉システムで作製される富化含鉄生成物から大気への二酸化炭素の排出の量未満に低減することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記含鉄材料が、水素、一酸化炭素、及びそれらの混合物からなる群より選択される還元ガスの存在下で還元される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記金属化鉄生成物が９５重量％超の金属化率を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記金属化鉄生成物が９８重量％超の金属化率を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ＣＤＱ−ＳＰ装置に供給される含鉄材料の量が、含鉄材料及び熱コークスの総重量に基づいて約１０〜約１５重量％の範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記含鉄材料がＣＤＱ−ＳＰ装置の装入バケットに供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記含鉄材料が軟鋼の融点を下回る温度で還元される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記富化含鉄生成物が、電磁石を用いて、前記消火されたコークス生成物から分離される、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、含鉄材料を富化含鉄生成物または金属化鉄に還元するための方法に関し、具体的にはコークス乾式消火（ＣＤＱ）システム内における鉄及び鋼鉄製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
冶金用コークス製造の工業プロセスは、混炭で始まり、次いでコークス炉におけるコークス製造、コークス炉ガス処理、ならびに最終的にコークス冷却を伴うバッチプロセスである。コークスは、白熱コークスとして１０００〜１１００℃の温度でコークス炉から「押出」される。白熱コークスは、燃焼及びそれによる生成物損失を防止するために、急速に冷却されねばならない。コークス急速冷却（コークス消火としても知られる）の２つの方法のうちの１つが典型的に採用される。１つの方法は、白熱コークスに大量の水を散水し急速に冷却する、湿式消火である。図１において概略的に例証される、コークス乾式消火（ＣＤＱ）として知られる別の方法は、巨大な耐火性容器（またはチャンバ）１０を採用し、ここで白熱コークスは、容器装入バケット１２を用いて容器１０の頂部１６に装填される。コークスが容器１０を通って流れ落ちるにつれ、コークスは不活性ガス２２の向流により冷却される。コークス内の顕熱は、コークスから回収され、蒸気を生じ、最終的にこの蒸気が蒸気タービン発電機を駆動して、電力を生み出す。冷却されたコークス３４は容器１０の底部２０を出て、搬送機３６によって生成物領域に搬送される。湿式消火が未だ主なコークス冷却プロセスであるものの、ＣＤＱシステム配備の急速な拡大が起こっている。
【０００３】
コークス消火のためにＣＤＱシステムを使用することの「原動力」としては、限定されるものではないが、環境理由（すなわち、低減された粉塵／ＶＯＣ／ＳＯ2排出量）、改善されたコークスの安定性、及びエネルギー効率性（すなわち、ＣＯ2を伴わない電力生産）が挙げられる。
【発明の概要】
【０００４】
前述の見地から、本開示の実施形態は、含鉄材料を金属化鉄生成物に還元するための方法を提供する。本方法は、約６０〜約８５重量％の総鉄含量を有する含鉄材料及び熱コークスの総重量に基づいて約５〜約２５重量％をコークス乾式消火（ＣＤＱ−ＳＰ）装置に供給することを含む。含鉄材料は、ＣＤＱ−ＳＰ装置中で、約９０重量％超の金属化率を有する金属化鉄生成物に還元される。次いで、金属化鉄生成物は消火されたコークス生成物から分離される。
【０００５】
本開示は、製鋼所廃棄物、すなわちミルスケールが白熱コークスと共にＣＤＱに導入されて、コークス及び鋼材を同時に製造し得る、発明的プロセスについて記載する。ＣＤＱ内に存在する条件、すなわち高い初期温度（１０００〜１１００℃）、不活性リサイクルガス中に存在する一酸化炭素（ＣＯ）及び水素（Ｈ2）の相当な濃度、ならびに長い滞留時間（およそ５時間）が与えられると、ミルスケールは鋼鉄に還元されることになる。生成される鋼鉄の価値は、屑鋼の典型的な価値と同等視され得る。ミルスケールの１０％の供給量及び白熱コークスの９０％の供給量で、１年当たり２００万メートルトンのＣＤＱは、１年当たり２２５，０００メートルトンのミルスケールを加工することができ、１年当たり１８０，０００メートルトンの鋼鉄を製造することができる。ミルスケール（鉄の酸化物）から鋼鉄への製造は、８０重量％の収率を有することに留意されたい。
【０００６】
鋼鉄及びコークスを同時に製造するためのＣＤＱプロセスの利点は、正味ＣＯ2排出率が顕著に低減され得る一方で、電力生産率の低減は０．５％未満であることである。
【０００７】
本開示において、以下の用語は以下のように定義される。
【０００８】
「ミルスケール」は、スラブ、鋼片、薄板、または形鋼の製鋼所の圧延運転において主に生成される廃棄物を指す。ミルスケールは、熱間圧延鋼上に形成される、表面酸化によって形成される「薄片状の表面」である。ミルスケールは、酸化鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）、赤鉄鉱、磁鉄鉱、及びウスタイトからなる金属鉄及び酸化鉄と、炭素との混合物である。ミルスケールは典型的には、０．５重量％以下の炭素、ならびに酸化鉄、主にＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、及びＦｅ3Ｏ4の形態の、９５重量％の全鉄を含有する。
【０００９】
「ＣＤＱ再循環ガス」は、ＣＤＱ反応炉内でコークスを冷却するために使用される不活性ガスであり、１０％〜１５％のＣＯ2、８％〜１０％のＣＯ、２％〜３％のＨ2、及び７０％〜７５％のＮ2からなる。
【００１０】
「鉄に富む材料」は、合成材料及び天然材料を含む、鉄または鋼鉄製造のための鉄の任意の源である。鉄に富む材料としては、限定されるものではないが、微粉鉄鉱石、熱加工されたＥＡＦ粉塵、ミルスケール、溶鉱炉粉塵、焼結工場の微粉、鉄鉱石ペレット、及び塊鉄鉱石が挙げられ得る。
【００１１】
「電弧炉（ＥＡＦ）」は、屑金が装入物の概して１００％である、製鋼炉である。熱は、黒鉛電極から電弧放電する電気から金属浴中へと供給される。ＥＡＦは、交流（ＡＣ）または直流（ＤＣ）のいずれを活用してもよい。
【００１２】
「溶鉱炉（ＢＦ）」は、鋼鉄への直接変換のための銑鉄または加熱金属の生成に使用される、高い円筒形の耐火物で内張りされた炉である。最初に投入されるのは鉄鉱石（ペレット、焼結鉱、または塊）、コークス、石灰岩、及び熱気（１０００〜１１００℃）である。次に投入されるのは微粉炭、天然ガス、またはコールタールである。
【００１３】
「焼結工場」は、鉄鉱石を粉砕、均質化、そして石灰岩及びコークスの微粉と混合し、次いで加熱（焼結）して焼結鉱を形成する設備である。
【００１４】
「塩基性酸素転炉（ＢＯＦ）」は、炭素に富んだ溶銑を鋼鉄へと変える一次製鋼の方法のために使用される設備である。溶銑を通して酸素を吹き込むことで、合金の炭素含量が減り、低炭素鋼へと合金を変化させる。それはまた、塩基性酸素製鋼（ＢＯＳ）、塩基性酸素プロセス（ＢＯＰ）、ＬＤ転炉、及び酸素製鋼（ＯＳＭ）としても知られる。
【００１５】
「銑鉄」は、コークス等の高炭素燃料を伴い、融剤として石灰岩を通常伴う製錬鉄鉱石の中間生成物である。銑鉄は典型的には３．５〜４．５％の非常に高い炭素含量を、シリカ及び他のドロスの成分と共に有し、これらが銑鉄を、非常に脆く、直接的にはあまり有用でなくさせる。
【００１６】
「鋼鉄」は、鉄と、炭素を含む他の元素との合金である。炭素が主要な合金元素であるとき、鋼鉄中のその含量は０．００２重量％〜２．１重量％である。
【００１７】
「軟鋼及び低炭素鋼」は、鋼鉄の最も一般的な形態である。低炭素鋼はおよそ０．０５〜０．３％の炭素を含有し、軟鋼は０．３％〜０．６％の炭素を含有する。
【００１８】
「加熱金属」は、ＥＡＦまたはＢＦのいずれかに由来する溶融金属生成物を説明するために使用される用語である。単位操作を説明するための典型的なメトリックは、生成される加熱金属１トン当たりで放出されるＣＯ2のポンド数ｘである。
【００１９】
「ＣＤＱ−ＳＰ」は、コークス乾式消火−鋼鉄製造である。
【００２０】
本明細書を通じて使用される「金属化された」及び「金属化」は、金属でコーティングされることを意味せず、ほぼ完全に金属状態に還元されること、すなわち常に材料中に金属が６０重量％超、ならびに通常は金属が８０重量％超存在することを意味する。「金属化鉄」の場合、用語「金属化」は金属鉄（Ｆｅ）として存在する全鉄のパーセントを意味する。金属化パーセントは、次の等式によって決定される。
金属化重量％＝（金属鉄（原子価０）の重量／全鉄（全ての原子価状態）の重量）×１００。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本開示の実施形態は、以下の図面への参照により理解され得る。
【００２２】
【図１】従来技術のＣＤＱシステムの概略図である。
【図２】従来技術の一貫製鋼所においてミルスケールが現在どのように加工されているかを示す、概略構成図である。
【図３】冷却されたコークス及び低炭素鋼を共製造するための本開示の実施形態に従うＣＤＱ−ＳＰシステムの概略図である。
【図４】一貫製鋼所で低炭素鋼を製造するためにミルスケールがＣＤＱ−ＳＰシステムにおいてどのように活用され得るかを示す、概略構成図である。
【図５】スクラップミニミル（ＥＡＦ）及び一貫工場（ＢＦ−ＢＯＦルート）からのＣＯ2強度を比較する棒グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
当業者にとって、昇温（すなわち１４００°Ｆ超）においてＣＯもしくはＨ2のいずれか、または両方を活用する還元による鉄の製造は公知であり、何世紀にもわたって知られている（すなわち鉄器時代、紀元前１３００年〜紀元後５００年）。しかしながら、費用効果があり、環境に配慮した鉄還元処理に対する追求は、現在でさえも続いており、本当に大量の大規模な研究及び研究費用が新しい方法の考案に費やされている。例えば、ＨＩｓｍｅｌｔプロセスは相当な費用で開発され、これは冶金用コークスを使用しない鉄鉱石から銑鉄への直接プロセスであるが、商業的に実行可能であることは証明されていない。
【００２４】
代替的な製鉄加工経路のリストは非常に広範である。大規模な商業的成功を達成するたった３つのプロセスは、ＭＩＤＲＥＸ−直接還元鉄（ＤＲＩ）、ＨＹＳＬＡ−ＤＲＩ、及びＳＬＲＮ−海綿鉄である。
【００２５】
ＭＩＤＲＥＸ及びＨＹＳＡＬは非常に似通った天然ガスに基づくＤＲＩ処理である。両方が、高い資本費を有し、商業的に実行可能であるために低コストの天然ガス、及びペレット化された鉱石または塊鉱石を必要とする。
【００２６】
ＳＬＲＮ海綿鉄加工は、非原料炭、及び塊のまたはペレット化された鉱石を活用する。海綿鉄加工は、低品位炭（高灰分）及び塊鉱石が容易に入手可能であるインドにおいて、その成功の大部分を達成している。
【００２７】
ＣＯＲＥＸ加工の達成した商業的成功は限られたものである。ＣＯＲＥＸ加工は、非原料炭（いくらかの添加されたコークスを伴う）に基づく直接製錬プロセスである。ペレット化された鉱石及び／または塊鉱石が必要とされる。この処理は、非常に資本集約的であり、かつ機械的に複雑である。
【００２８】
懸命に研究されているものの商業的成功を達成していない様々な他の「代替的な製鉄加工」は、ＲＯＭＥＬＴ、ＨＩＳＭＥＬＴ、ＤＩＯＳ、ＡＵＳＭＥＬＴ、ＴＥＣＨＮＯＲＥＤ、及びＦＩＮＭＥＴである。
【００２９】
前述の概要によって証明されたように、任意の環境的に良性の、非常に費用効果の高い、代替的な製鉄加工が、主要な製鉄業者の即時の注意を集め得ることは明らかである。
【００３０】
本プロセス（ＣＤＱ−ＳＰ）は、以下の属性、既存のプロセス、すなわちＣＤＱを用いることにより資本費が極めて低いこと、製鋼所の廃棄物（ミルスケール、ＢＦ粉塵、ＢＯＦ粉塵等）を加工可能であること、高質の生成物、すなわち鋼鉄を作製すること、原材料費が極めて低いまたはないこと（すなわちリサイクルされたミルスケール）、及びＣＯ2（温室効果ガス）の発生が低減されることを考慮すると、好結果のプロセスについての全ての判定基準を満たし得る。
【００３１】
本開示の実施形態に従うＣＤＱ−ＳＰプロセスの詳細な説明に進む前に、好ましい原材料（ミルスケール）及び最終生成物について説明することが役に立ち得る。ミルスケールは、製鋼所内での鋳造機及び圧延機の運転において主に発生する。ミルスケールは実際には、鋼鉄を作製するための鋳造及び圧延運転の間に酸化された高品質の鋼鉄の薄片及び粒子である。ミルスケールは鋼鉄加工から発生するため、鉄鉱石（ＢＦ及びＢＯＦ経路）において自然に発生するか、または屑金（ＥＡＦ経路）において見出され得る、混入物（脈石）をほとんどまたは全く有しない。物理的には、ミルスケールは薄片状の酸化された鋼鉄の微粉として説明される。ミルスケールのサイズは典型的には０．６ｃｍ×０ｃｍ（０．６  ｃｍ  ｂｙ  ０  ｃｍ）の範囲であり、５０〜６０重量％は約０．１６ｃｍより大きく、残りは０．１６ｃｍ未満〜約１００ミクロンである。典型的なミルスケールは以下の組成を有する。
全鉄−６５％〜８０％（Ｏ2バランス）
Ｆｅ0（鉄）−０％〜１０％
Ｆｅ+2（ウスタイト）−５０％〜７０％
Ｆｅ+3（赤鉄鉱）−２０％〜４０％、及び
炭素−典型的には０．７５％未満
【００３２】
ミルスケールは、製造される粗鋼の１．５重量％〜５．０重量％の割合で発生する。ミルスケールの発生率は、工場によって非常に特異的であり、スラブ工場が最も低い発生率を有し、熱延板／長い生成物が最も高い発生率を有する。ＣＤＱ−ＳＰプロセスからの生成物は、最小量の混入物、及び低量から余分な量の炭素含量を伴う高度に金属化された鋼鉄である。ＣＤＱ−ＳＰプロセスは、以下の化学組成を伴う鋼鉄（非溶解）の微粉を生成し得る。
Ｆｅ全  ９９＋重量％
Ｆｅ0（金属鉄）９５＋重量％、及び
炭素  ０．０５〜０．５重量％
【００３３】
生成物の鋼鉄微粉の物理的形態は、供給材料のミルスケールと本質的に変わらなくてもよい。
【００３４】
高度に金属化された鋼材は、図４に示されるように塩基性酸素転炉（ＢＯＦ）へのスクラップの直接置換に適し得るか、または粗鋼への直接溶融のための電弧炉（ＥＡＦ）に行き得る。どちらの経路も、顕著なＣＯ2の低減及び製鋼所の運転者に対する経済的利益を結果として生じることになる。
【００３５】
ここで、ＣＤＱ及びＣＤＱ−ＳＰプロセスの説明の提示に戻ることとし、ＣＤＱプロセ
スの概要（図１）から始める。白熱コークス（１０００〜１１００℃）は、容器装入バケット１２中にコークス炉から「押出」される。より近代的な工場においては、バケット１２は、コークスの均質な粒径分布を確保するために回転する。バケット１２はＣＤＱ設備に運ばれ、ここでバケット１２は天井クレーンアセンブリ１４によって巻き上げられ、次いでＣＤＱ容器１０の頂部１６まで水平に運ばれ、ここでバケット１２はＣＤＱ容器予燃チャンバ１８中に中身を空けられる。続いて、冷却されたコークス３４がＣＤＱ容器１０の底部２０から引き出されるにつれ、予燃チャンバ１８内に最近堆積されたコークスは、耐火物で内張りされたＣＤＱ容器１０を通じて下向きにその降下を開始する。同時に、不活性ガス流２２がＣＤＱ容器を通じて上に向けられ、それによりコークスからの顕熱を吸収する。加熱されたガス（およそ８００〜９００℃）は次いで一次集塵器（マルチクロン）２４に送られ、次いで廃熱ボイラとしても知られる熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）２６の入口に送られる。ＨＲＳＧ２６からの冷却されたガスは次いで、二次集塵機２８（バッグハウス）に送られ、次いで高圧ガス再循環ファン３０上に送られる。ファンの下流には、再循環されるガス及び予熱ボイラの給水を更に冷却するために、追加的な熱交換器３２が配備される。ＨＲＳＧ２６において発生した蒸気は、電力生産のために蒸気タービン発電機へ送られるか、またはプロセス蒸気のために製鋼所へ蒸気として送られ得る。ＣＤＱプロセス（図１）の名目発電率（すなわち、電力のための、１００％の蒸気の活用）は典型的には、ＴＰＨのコークス冷却のスループット当たり０．１５〜０．１８の正味ＭＷである。再循環ガスは、１０〜１５体積％のＣＯ2、８〜１０体積％のＣＯ、２〜３体積％のＨ2（最高で１０体積％まで）、及び７０〜７５体積％のＮ2の名目組成を有する。
【００３６】
典型的にはＣＤＱ工場は、約６０毎時トン（ＴＰＨ）の冷却能力をそれぞれ備える複数のＣＤＱ容器１０で構成される。より最近では、最大２００ＴＰＨの冷却能力を備える巨大なＣＤＱ容器１０が導入されている。極めて低い湿分含量（０．５％未満）を有する乾式消火されたコークス３４は、コークス微粉（すなわち、粉コークス）の除去のために搬送機３６によってスクリーニング工場に直接送られることに留意されたい。典型的なスクリーニングのサイズは、高炉用コークスがプラス１．９ｃｍまたは２．５４ｃｍ、粉コークスがマイナス１．９ｃｍまたは２．５４ｃｍである。高炉用コークスがＢＦに直接送られる一方で、粉コークスはこれもまたＢＦに届けられる「小塊コークス」（典型的には０．８ｃｍ×２．５４ｃｍ）に更にスクリーニングされるが、微粉（０．８ｃｍ未満）は焼結工場に送られる。
【００３７】
図２は、一貫鋼鉄工場５０の従来技術の材料フローの概略図面である。図２に示されるように、焼結工場５２は連続鋳造または圧延機５６からのミルスケール５４、微粉鉱石５８、ならびに石灰及び粘土等の他の原材料６０を受け取って焼結鉱６２を生成し、焼結鉱６２は、コークス化工場６８において原料炭６６から作製される冶金用コークス６４、及び鉄鉱石７０と共に溶鉱炉７２へ供給される。ＣＤＱ工場（図１）内の一次及び二次集塵器２４及び２８によって収集された微粉もまた、典型的には焼結工場５２へ送られる。溶鉱炉７２からは、生成物７４が脱硫工場７６において脱硫化されて銑鉄７８を提供し、銑鉄７８は製鋼工場８０に供給される。製鋼工場８０からの粗鋼８２は次いで、鋳造または圧延機５６へ送られ、ここで最終生成物９０が生成される。
【００３８】
図２の閲覧は、ミルスケール５４の粗鋼８２への長く、複雑な加工経路を示すだけでなく、焼結工場５２が極めて高いリサイクル率（すなわち、８７０ｋｇの最終焼結鉱６２当たり２７５〜５５０ｋｇ）を有することにも留意されたい。高いリサイクル率は、平均で焼結工場への供給材料の半分が、それがＢＦに行くために充分なサイズ及び強度になる前に再加工されねばならないことを意味する。
【００３９】
本開示の実施形態に従うＣＤＱ−ＳＰプロセスにおいて、図３に示されるように、ミルスケール５４（図４）（または鉄鉱石精鉱、鉄鉱石のペレット、塊鉱石等の、他の鉄に富
んだ材料）は好ましくは、ＣＤＱプロセス（図３）内に、焼結工場５２内の代わりに、コークス化工場６８内の３つの場所のうちの任意の１つにおいて導入され得る。第１の場所は、コークス化工場６８（図４）からコークスバケット１２中へ白熱コークスを押出する前の、コークスバケット１２の底部である。第２の場所は、コークスバケット１２（図３）中の白熱コークスの頂部１００上であり、第３の場所はＣＤＱ容器１０の予燃チャンバ１８である。工場の操作員は、材料の取り扱いの観点から、第１の場所を好む可能性が高い。しかしながら、第２の場所は、白熱コークスの頂部のミルスケールが、ＣＤＱ−ＳＰへの輸送の間に過度の燃焼損失からコークスを保護するという追加的な属性を生み出す。
【００４０】
導入場所にかかわらず、白熱コークスからミルスケールへの伝熱率は極めて高く、混合物が予燃チャンバ１８を出て、チャンバ１０（図３）内の還元ガス、ＣＯ及びＨ2に曝露される前に、ミルスケールの温度を還元温度（８００〜８５０℃）より高く上昇させ得る。微粉ミルスケールは非常に高い比表面積を有し、これは伝熱が急速に（すなわち、数分間で）起こるだけでなく、気体と固体との接触が優れており、ミルスケール中の酸化鉄の急速な還元に繋がり、それにより鋼鉄を生成することも意味する。ＣＤＱ−ＳＰ容器１０は、ミルスケールの鋼鉄への還元にとっての、他の非常に肯定的な属性、すなわち、酸化物の金属鉄への還元を完了するための長い滞留時間と、還元された鉄（鋼鉄）は常に還元雰囲気中に浸され得、したがって鋼鉄の再酸化の可能性は皆無であることと、還元処理を完了するための再循環ガス２２内の充分なＣＯ及びＨ2とを有する。したがって、コークス化工場６８内のＣＤＱ−ＳＰ（図３）からの金属化鋼材１０２は、製鋼工場８０（図４）に直接供給され得る。
【００４１】
ＣＤＱシステムの運転の駆動原理のうちの１つは、ガス再循環ファン３０上に背圧をかけ過ぎないように、床の浸透性が充分であることを確保することであるのに留意されたい。ＣＤＱ−ＳＰプロセスは、ミルスケールの導入が、コークス供給量の５重量％〜２５重量％の割合であること、及び好ましくはＣＤＱ容器に供給されるコークスの総重量の１０重量％〜１５重量％の割合であることを想定する。約４８０ｋｇ／ｍ3のコークスと、約２５６０+ｋｇ／ｍ3のミルスケールとの間の容積密度の極端な差異により、１０重量％のミルスケールの割合でのコークス／ミルスケール床における容積測定での減少は２体積％のみであり、それによりガス再循環率への影響がないことを確保する。
【００４２】
再循環ガス中のＣＯ及びＨ2は、異なる源から発生してもよいことにも留意されたい。ＣＯは主に、白熱コークスの予燃チャンバ１８内への装入の間に、システム内に引き込まれる空気から発生する。浸入空気中のＯ2は部分的にコークスを燃焼させ、ＣＯ及びＣＯ2を形成する。Ｈ2は、コークス生成中に起こる最終脱水素反応から発生する。したがって、最高で１０体積％のＨ2についての先の解説は、完全には「コークス化」されておらず、生コークスと呼ばれることもあるコークスの導入に起因し得る。
設備が、前述の総供給量の１０〜１５重量％よりも多くのミルスケールの加工を所望する場合、還元ガスの不十分な限界が対処され得る。この点に関して、充分な鉄生成を確保するために使用され得る、いくつかの容易に利用可能な還元ガス流が存在する。そのような還元ガス流としては、限定されるものではないが、塩基性酸素転炉ガス−７０〜８０体積％のＣＯ、溶鉱炉ガス−２０体積％のＣＯ、及びコークス炉ガス−６体積％のＣＯ及び６３体積％のＨ2が挙げられる。
【００４３】
ＣＤＱ−ＳＰプロセスにおける鋼鉄への還元に続く、生成物の回収は非常に単純である。生成された鋼鉄は全て微粉の形態であるため、鋼鉄は、コークススクリーニング工場において分離され得、粉コークス内に配備された電磁石を介して容易に回収されることになる。ＣＤＱ−ＳＰプロセス内の温度は、いかなる鋼鉄の溶融及び／または凝集を防止するために充分に低いことに留意されたい。例えば、軟鋼の融点は１４３０℃であり、ＣＤＱ−ＳＰ容器１０内に導入される白熱コークスは、１０００〜１１００℃の最大温度を有す
る。
【００４４】
ＣＤＱ−ＳＰにおける鋼鉄製造に関する他の１つの懸念は、そのような鋼鉄及びコークスの共製造が、鉄製造または鋼鉄排出の間のいずれかにおいて熱損失によって発電率を低下させ得ることである。これらの懸念は非常に極小範囲である。酸化鉄の鉄（鋼鉄）への還元中の熱損失に関する場合、還元がＣＯによって駆動される場合、反応は以下のＦｅＯ＋ＣＯ→Ｆｅ＋ＣＯ2（＋６９００Ｂｔｕ／ｌｂ）のように、発熱性である。反応がＨ2還元により駆動される場合、反応は以下のＦｅＯ＋Ｈ2→Ｆｅ＋Ｈ2Ｏ（−１０，８５０Ｂｔｕ／ｌｂ）のように、吸熱性である。ＣＤＱ−ＳＰ反応炉内の再循環ガスは主としてＣＯであるため、電力生産の低下は起こらないと言ってもよい。実際には、電力生産において僅かな上昇が起こり得る。コークスからミルスケール及び鋼鉄へ伝えられる顕熱は、コークス及び鋼鉄が冷却するにつれて熱の大部分が再びガス流中に放出されるため、非常に少量である。計算によると、コークスからミルスケールへ伝えられる顕熱によって、ＣＤＱ−ＳＰの電力生産における減少は０．５％未満であることが示されている。
【００４５】
前述の分析に基づき、ＣＤＱ−ＳＰプロセスは技術的に堅実である。経済的及び環境的考察に転ずると、肯定的な属性が以下の計算及び究明によって強調される。
【００４６】
おそらく、経済的分析を提示するための最善の方法は、事例研究によるものである。より大きい及びより小さい工場に関する経済状態は、単純な比率を適用することによりこの事例から決定し得る。材料フローは図２及び４において例証される。
仮定：・ミルスケール生成１５〜５０ｋｇ／粗鋼トン
・ミルスケールから鋼鉄の収率８０％
・ＢＯＦへの外部スクラップ／金属＝粗鋼トン当たり１１５ｋｇ
・粗鋼１トンを生成するために使用される０．３４４トンのコークス
前提：・コークス生成１，０００，０００トン／年
・ＣＤＱ−ＳＰへの１５重量％のミルスケール
発見：粗鋼製造：
１，０００，０００ＴＰＹのコークス÷粗鋼トン当たり０．３４４トンのコークス＝２，９００，０００ＴＰＹの粗鋼
【００４７】
発見：ミルスケール生成：
２，９００，０００ＴＰＹの粗鋼×粗鋼トン当たり１５〜５０ｋｇのミルスケール＝４４，０００〜１４５，０００ＴＰＹのミルスケール
【００４８】
発見：ＢＯＦへの外部スクラップ／金属：
粗鋼トン当たり１１５ｋｇ×２，９００，０００ＴＰＹの粗鋼＝３３４，０００ＴＰＹのＢＯＦへの外部スクラップ／金属
【００４９】
推定目的のために２／３のルールを用いると、ＣＤＱ−ＳＰからの鋼鉄製造は、（１４５，０００−４４，０００）×０．６７＋４４，０００＝１１２，０００ＴＰＹのミルスケールである。
【００５０】
８０％の収率において、これはつまり、１１２，０００ＴＰＹ×０．８０＝９０，０００ＴＰＹの鋼鉄に等しい。
【００５１】
これはつまり、９０，０００ＴＰＹ÷３３４，０００ＴＰＹ×１００＝ＢＯＦのために必要なスクラップの２７重量％を表す。
【００５２】
これらの割合においてはまた、ＣＤＱ−ＳＰプロセスへのミルスケールの重量％は、１
１２，０００ＴＰＹのミルスケール÷（１，０００，０００ＴＰＹのコークス＋１１２，０００ＴＰＹのミルスケール）＝１０重量％である。
【００５３】
注意：鋳造／圧延機５６から再循環されたミルスケール以外のミルスケールが使用された場合、加工率は容易に、ＣＤＱ−ＳＰへの総供給量の１５重量％へ経済的に上昇し得る。
【００５４】
ＣＤＱ−ＳＰを通じて追加的なミルスケールが使用及び加工される場合、追加的な総節約量は以下のように了解され得る。ＣＤＱ−ＳＰ容器１０への１５重量％の供給量において、１７５，０００ＴＰＹのミルスケールが加工され得る。１１２，０００ＴＰＹの内部ミルスケールが利用可能であるため、（１７５，０００ＴＰＹ（総）−１１２，０００ＴＰＹ（内部））＝６３，０００ＴＰＹの追加的ミルスケールである。
【００５５】
追加的なミルスケールの使用により、ＣＤＱ−ＳＰにおける鋼鉄製造は、１７５，０００ＴＰＹのミルスケール×０．８０の収率＝１４０，０００ＴＰＹの鋼鉄となる。
【００５６】
注意：焼結工場５２からＣＤＱ−ＳＰへ転送されるミルスケールを置き換えるために、追加的な鉄鉱石が必要となる。
【００５７】
ＣＤＱ−ＳＰプロセスの別の明言された属性は、ＣＯ2排出量の低減である。ＣＯ2強度（すなわち、粗鋼トン当たりのＣＯ2のトン数）排出量の推定は、特に一貫工場において、かなり複雑であり得る。一貫工場におけるＣＯ2排出の主要な源は、ＢＦ、発電所、焼結工場、及びコークス工場である。ＢＯＦはＣＯ2排出量に対して軽度の寄与者であることは注目すべきである。ＣＤＱ及びＣＤＱ−ＳＰもまた軽度のＣＯ2排出源であることを考慮すると、提案されるＣＤＱ−ＳＰは極めて低いＣＯ2強度を有する。
【００５８】
ＣＯ2強度を見る別の方法は図５を介するものである。この図面において、ＢＦからＢＯＦへの経路、及びＥＡＦ経路に関する全体的なＣＯ2強度が提示される。図５によるデータを用いると、ＣＤＱ−ＳＰプロセスを介したＣＯ2の低減は、下に示されるように計算され得る。
【００５９】
ＣＤＱ−ＳＰプロセスへのミルスケールの１５重量％の供給量は、１４０，０００ＴＰＹの本質的にＣＯ2を伴わない鋼鉄を生成する。これだけの鋼鉄がＢＦからＢＯＦへの経路を介して生成された場合、年間のＣＯ2排出量は、１４０，０００ＴＰＹ×粗トン当たり（２．１〜２．５）ＴＰＹのＣＯ2＝２９４，０００〜３５０，０００ＴＰＹとなる。
【００６０】
文献において、１，０００，０００ＴＰＹのＣＤＱシステムは、ＣＯ2排出量をおよそ３００，０００ＴＰＹ低減することが報告されている（すなわち、ＣＯ2を伴わない動力）。そして、ＣＤＱ−ＳＰは、単純なＣＤＱシステムよりもＣＯ2排出率を大体２倍ほど低減することに注目すべきである。ＣＤＱシステムによるＣＯ2排出量の低減は、ＣＤＱプロセスの強みとなる商業的な属性のうちの１つである。したがって、ＣＤＱ−ＳＰプロセスを介してＣＯ2の低減を２倍にすることは、実装への主要な推進力である。
【００６１】
要するに、ＣＤＱ−ＳＰプロセスは、技術的に堅実であり、極めて好ましい経済状態を示し、かつ温室効果ガス（ＣＯ2）排出量を低減するということが言い得る。
【００６２】
１つの最終的な経済的分析が望ましい。ＣＤＱ−ＳＰプロセスにおける鋼鉄の生成にとって必要とされる全ては本質的に、ミルスケールをＣＤＱ内に導入するための材料取り扱いシステムと、コークス微粉から生成された鋼鉄を回収するための単純な電磁石システムとである。
【００６３】
本出願において提供された１つ以上の実施形態の説明及び図示は、特許請求される本発明の範囲をいかなるようにも制限または拘束することを意図するものではない。本出願において提供された実施形態、実施例、及び細目は、所有権を伝達するため、ならびに特許請求される発明の最善の形態を他者が作製及び使用することを可能にするために充分であると考えられる。特許請求される発明は、本出願において提供された任意の実施形態、実施例、または細目に制限されるとして解釈されるべきではない。組み合わされてまたは別個に、示されかつ記載されたかにかかわらず、様々な特色（構造的及び方法論的の両方）は、特定の特色の組を伴う実施形態を生み出すために、選択的に包含されるか、または省略されることが意図される。本出願の説明及び図示を提供されたならば、当業者は、特許請求される発明の広義の範囲から逸脱しない、本出願において具現化された概略的発明的概念の広義の態様の趣旨内に入る、変形、修正、及び代替的実施形態を想定し得る。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成28年3月18日(2016.3.18)
【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】
含鉄材料を金属化鉄生成物に還元するための方法であって、
約６０〜約８５重量％の総鉄含量を有する含鉄材料及び熱コークスの総重量に基づいて約５〜約２５重量％をコークス乾式消火（ＣＤＱ−ＳＰ）装置に供給することと、
前記含鉄材料を、約９０重量％超の金属化率を有する前記金属化鉄生成物に還元することと、
前記金属化鉄生成物を消火されたコークス生成物から分離することと、を含む、前記方法。
【請求項２】
前記含鉄材料が金属鉄及び酸化鉄を含み、前記酸化鉄が、酸化鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）、赤鉄鉱、磁鉄鉱、及びウスタイトからなる群より選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記含鉄材料がミルスケールを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記熱コークスが冶金用コークスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記コークス乾式消火装置からの二酸化炭素の大気への排出量を、溶鉱炉システムで作製される富化含鉄生成物から大気への二酸化炭素の排出の量未満に低減することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記含鉄材料が、水素、一酸化炭素、及びそれらの混合物からなる群より選択される還元ガスの存在下で還元される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記金属化鉄生成物が９５重量％超の金属化率を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ＣＤＱ−ＳＰ装置に供給される含鉄材料の量が、含鉄材料及び熱コークスの総重量に基づいて約１０〜約１５重量％の範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記含鉄材料がＣＤＱ−ＳＰ装置の装入バケットに供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記含鉄材料が軟鋼の融点を下回る温度で還元される、請求項１に記載の方法。
【国際調査報告】
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