特許 5860064 溶鉄及び鋼を製造する方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5860064

(24)【登録日】2015年12月25日

(45)【発行日】2016年2月16日

(54)【発明の名称】溶鉄及び鋼を製造する方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   C21B 13/12 20060101AFI20160202BHJP

   C21B 11/10 20060101ALI20160202BHJP

   C21C 5/28 20060101ALI20160202BHJP

   F27D 17/00 20060101ALI20160202BHJP

【ＦＩ】

   C21B13/12

   C21B11/10

   C21C5/28 A

   F27D17/00 104G

【請求項の数】15

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-551980(P2013-551980)

(86)(22)【出願日】2012年1月5日

(65)【公表番号】特表2014-510193(P2014-510193A)

(43)【公表日】2014年4月24日

(86)【国際出願番号】US2012020287

(87)【国際公開番号】WO2012102843

(87)【国際公開日】20120802

【審査請求日】2014年12月4日

(31)【優先権主張番号】12/931,277

(32)【優先日】2011年1月28日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】513189889

【氏名又は名称】エナジー インディペンデンス オブ アメリカ コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】110001379

【氏名又は名称】特許業務法人 大島特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】カルデロン、アルバート

(72)【発明者】

【氏名】ロービス、テリー・ジェームス

(72)【発明者】

【氏名】マッカーシー、リチャード・オーウェン

【審査官】 坂本 薫昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０１−１２９９１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０００−５１５９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５３８３６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２１Ｂ １１／００−１３／１４

Ｃ２１Ｃ ５／００− ５／５６

Ｆ２７Ｄ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

製鋼プロセスにおいて、効率を高め、コストを削減し、かつ汚染排出物を減少させるための方法であって、
大気に対して密閉された加圧チャンバ内で、還元剤を用いて粉鉄鉱石または鉄鉱石精鉱から金属化率を高めた鉄及び炭素からなる鉄炭素中間物を生成し、同時に揮発性物質を生成するステップと、
前記中間物を製鉄炉へ搬送するステップと、
前記製鉄炉内で前記中間物を溶融して溶鉄を製造するステップと、
前記溶鉄を、製鉄及び製鋼の２つの機能を果たすことができる一体化された装置を構成すべく前記製鉄炉に対して構造的連結部を介して結合された製鋼炉内で、鋼に転換するステップとを統合的に含み、
前記製鉄炉が、前記中間物を溶融するプロセス中に２次ガスを放出する溶融浴が組み込まれた溝形誘導炉であり、
前記製鉄炉が回動可能であり、前記製鉄炉を一方向に回動させると所定量の溶鉄が前記製鋼炉に直接注がれるように構成されていることを特徴とする方法。

【請求項2】

前記還元剤を用いて粉鉄鉱石または鉄鉱石精鉱から金属化率を高めた鉄炭素中間物を生成する前記ステップにおいて、前記還元剤が炭素質材料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】

前記大気に対して密閉された加圧チャンバが、炭素系物質と鉄鉱石または鉄鉱石精鉱とからなる環状体によって囲繞される炭素質材料製のコアを含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記コアが、前記加圧チャンバ内に酸素含有ガスを導入するためのガス注入装置を有することを特徴とする請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記製鉄炉内で前記中間物を溶融して溶鉄を製造する前記ステップにおいて、前記加圧チャンバ内においてシステム圧力を維持しながら、前記中間物を所定のシーケンスを以て前記製鉄炉に供給することを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記製鋼炉内で前記溶鉄を鋼に転換する前記ステップにおいて、前記製鋼炉が塩基性酸素製鋼炉であることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項7】

熱損失を最小限に抑え、かつ製鋼効率を高めるために、所定量の溶鉄が製鉄炉から前記塩基性酸素製鋼炉内に直接注がれるようにしたことを特徴とする請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記製鉄炉を、一方向に回動させると溶鉄が前記塩基性酸素製鋼炉に直接注がれ、前記方向とは反対の方向に回動させるとスラグが排出されるようにしたことを特徴とする請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記揮発性物質を分解しかつ脱硫することによって、クリーンな合成ガスを発生させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記合成ガスから水銀を除去するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記製鉄炉の下流に前記製鋼炉が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項12】

前記製鋼炉内で前記溶鉄を鋼に転換する前記ステップにおいて、前記製鋼炉が電気アーク製鋼炉であることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項13】

前記環状体が２つの方向から加熱されるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の方法。

【請求項14】

金属酸化物を炭素質材料とともに熱処理することによって溶融金属を生成するための装置であって、
大気に対して密閉され、装入端部及び取出端部を有し、かつ押しラムを備えた金属化リアクタと、
鉱石及び炭素質材料からなる鉄炭素中間物を生成するべく前記リアクタ内に酸素含有ガスを注入するように構成された注入装置と、
前記中間物を溶融し、２次ガスを発生させるべく構成された製鉄炉であって、前記中間物を溶融するプロセス中に２次ガスを放出する溶融浴が組み込まれた溝形誘導炉である、該製鉄炉と、
前記リアクタの前記取出端部の下流に配置された、前記製鉄炉内への前記中間物の供給を制御するためのバルブ機構と、
前記中間物を溶融金属に転換するのを補助するべく前記製鉄炉における熱エネルギー投入量を増加させるために、前記製鉄炉内の前記２次ガスを燃焼させるべく構成されたバーナ手段と、
前記製鉄炉に物理的に結合された、鋼を製造するための製鋼炉とを含み、
前記製鉄炉を前記製鋼炉に対して構造的連結部を介して結合させることにより、製鉄及び製鋼の２つの機能を果たすことができる一体化された装置が形成されるようにし、
前記製鉄炉が回動可能であり、前記製鉄炉を一方向に回動させると所定量の溶鉄が前記製鋼炉に直接注がれるように構成されていることを特徴とする装置。

【請求項15】

前記製鉄炉からＣＯ_２を含有する燃焼生成物を取り出すべく構成された吸引手段と、
前記燃焼生成物を清浄化し、前記ＣＯ_２を２ＣＯに転換するためのガス清浄システムと、
前記２ＣＯを有用な生成物に転換する手段とを更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄鋼の製造に関するものであり、２００２年６月２５日に発行された本願出願人の米国特許第６，４０９，７９０ Ｂ１号（以下、「参照特許」と呼ぶ。）の改良発明である。

【0002】

この参照特許には、炭素質ベースの冶金を行うための方法及び装置が開示されており、具体的に溶鉄を製造する場合に２つの別個のステップが含まれている。第１のステップは、水平管型リアクタ内で鉄及び炭素からなる鉄炭素生成物を形成するステップであり、ここで、生成された高温の鉄炭素生成物（中間物）が垂直リアクタ内に送り出される間、水平リアクタの取出端部から挿入された水平ランスから酸素含有ガスが注入される。第２のステップは、垂直ランスを用いて酸素含有ガスを注入することによって、「メルタ／ホモジナイザ」と呼ばれる垂直リアクタ内で鉄炭素生成物を溶融し、該鉄炭素生成物を、保持リザーバ内へ供給される溶鉄に転換するステップである。

【0003】

具体的には、本発明は、参照特許に加えられた改良点に関連し、高炉内で製造される溶鉄（鉄鋼業界において「溶銑」としてよく知られている）に匹敵する溶鉄の製造に関連する。

【背景技術】

【0004】

鉄鋼業界は１９９８年３月に「鉄鋼産業技術ロードマップ（Steel Industry Technology Roadmap）」と題された包括的な出版物を発行しており、その１１ページには以下の記述がある。

【0005】

鉄製錬分野における究極の目的は、石炭及び粉鉱石または精鉱から直接溶鉄を製造する石炭ベースのプロセスを開発することである。溶鉄は、脈石を含まず、顕熱を持ち続けるので、固体鉄よりも好ましい。石炭は、その豊富さ及び価格の低さのおかげで、コークスや天然ガスよりも明らかに好ましい。可能であれば、粉鉱石または精鉱を使用すると、造粒コストを削減することになる。これらの新しいプロセスは、高い製錬強度や生産性を有しているはずである。高生産性並びにコークス製造及び造粒の廃止は、資本コストを大幅に削減することになる。

【0006】

実質上、ロードマップの究極の目的は、幾つかのプラントを１つの効率的なプラントと置き換えることであったし、今尚そうである。本願出願人は、参照特許に開示されている主題が、石炭及び粉鉱石または精鉱を用いて直接溶鉄を製造するという究極の目的に対する解決策であると考えた。そこで、特許出願を行い、参照特許が発行された。

【0007】

上記の構想を実行に移すために、パイロットプラントを建設し、試験を開始した。数多くの問題が発見された。最も深刻な問題は、以下の通りであった。

【0008】

１つ目の問題。水冷型酸素注入ランスの銅製先端部におけるステンレス鋼製の外管（シース）の溶融が漏水を起こし、過熱蒸気による散発的な爆発が起こった。これにより、従業員は危険にさらされ、うち１名は重度のやけどを負って入院を余儀なくされた。ステンレス製シースの溶融を防止するために、銅製先端部のサイズを大きくする対策を講じた。しかし残念なことに、ランス先端部に過剰な付着物の蓄積が生じ、その結果、酸素の流れパターンが壊れてしまった。

【0009】

２つ目の問題。ランス先端部からの酸素含有ガスの一様な流れは、均一な生成物を生成するために最も重要であり、炭素約６％を含む金属化率約５０％の鉄炭素中間物（鉄及び炭素からなる中間物）が、高炉仕様の炭素飽和溶鉄に転換するのに適している。ランス先端部に蓄積される付着物によって引き起こされる問題を挙げると、早過ぎる溶融、過酸化、低すぎる金属化率、完全に還元されていない供給材料などであった。

【0010】

３つ目の問題。水平リアクタ内で、特にその取出端部に向けて、水冷ランスからの冷却効果に起因する過度の熱損失が発生した。

【0011】

４つ目の問題。水平リアクタ自体の取出端部に付着物が残り、その結果、チャージャ（装入機）の押しラムによる水平リアクタの内容物の前進を妨げる物理的妨害が生じ、それ故に予定外のシャットダウンを余儀なくされた。

【0012】

５つ目の問題。水平金属化リアクタの下流及び保管場所の上流での付着物の蓄積は、ホモジナイザ／メルタが配置されることになる垂直部分においても認められ、シャットダウンが引き起こされ、付着物による詰まりを除くための棒で高温の付着物材料を突くためにアクセスを提供するための可動装置が必要となった。

【0013】

６つ目の問題。溶融炉に供給された、溶鉄よりも軽い鉄炭素中間物は、溶融浴において金属を含む溶液中に沈む代わりに、溶融浴の上に浮かんでとどまることになり、中間物がそのように浮かんでいることは、中間物から溶鉄への迅速かつ完全な転換の妨げになる。

【0014】

１つ目、２つ目及び３つ目の問題に対処するために、ランス先端部から水平金属化リアクタの取出端部まで到達する力強い噴流を作るべく酸素含有ガスの注入圧を上昇させるとともに、注入ランスが水平金属化リアクタのチャージャを介してコールドエンドから導入されるように、注入ランスを、ランス先端部が鉄鉱石及び灰の温度が初期融解温度を下回る場所に位置するように、再配置することを決定した。これにより、新しいチャージャの作製が必要となった。新しいチャージャにおいては、マンドレルの中心にランスを挿通する準備をし、マンドレルを貫通して配置されたランス及び押しラムを貫通して配置されたマンドレルで構成された構造体が得られた。

【0015】

４つ目の問題、すなわち金属化リアクタの取出端部での付着物の蓄積によって引き起こされる阻害に関連する問題に対処するために、最初のチャージャよりも構造的に頑強な新しいチャージャを作製し、さらに、上記阻害を克服するために、新しいチャージャの押す力を高めるための新しい制御装置を備えたブースタ油圧ポンプを付加することによって油圧を上昇させた。

【0016】

５つ目の問題に対処するために、金属化リアクタの下流及び保管場所の上流における付着物の蓄積を防止するべく、参照特許に記載されているホモジナイザ／メルタ（符号１１）を完全に不要になること及び、メルタとしての機能及び溶鉄の保管場所としての機能をともに果たすように、詳細に後述するような特定の変更を加えて、アジャックス・マグネサーミック社（Ajax Magnethermic）製などの溝形誘導炉（induction channel furnace：ＩＣＦ）内で、鉄及び炭素からなる鉄炭素中間物の溶融を行うことを決定した。

【0017】

溶融浴の上に浮かんでいる中間物の問題に対処するために、浮かんでいる中間物を高温浴面下に沈めるべく構成された黒鉛ブロックを備えた、垂直に振動する機械式ダンカ（dunker）を開発した。ここでは、中間物中の炭素が、水平金属化リアクタ内で反応しなかった鉄の未反応酸素、つまり、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、及びＦｅＯの還元を完了する。

【0018】

いくつかの変更を加えることで、本願出願人は、上述の問題を克服し、容認可能な中間物を生成することに成功した。該中間物には、石炭から得られた炭素が、水平金属化リアクタ内において粉鉱石または精鉱から作られた金属化率を高めた鉄とともに一体的に埋め込まれている。

【0019】

さらに、２つの有用なガスが同時に製造される。１つのガスは水平金属化リアクタ内で鉄鉱石の金属化率を高める間に発生し、もう１つのガスは中間物を溶融する間に発生する。

【0020】

上記を要約すると、本願出願人は、実質的に、様々な比率の鉱石及び石炭を受け入れ、なおかつ、溶鉄に転換する（該溶鉄は後で低価格の鋼に転換される）のに非常に適した組成を有する中間物の生成を経て溶鉄を製造するように適合された方法及び装置を発明した。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0021】

本発明の主目的は、上記の、１９９８年３月に発行された鉄鋼産業技術ロードマップに述べられている究極の目的にふさわしい低価格の石炭を用いて粉鉱石及び精鉱から直接溶鉄を製造することである。

【0022】

本発明の別の目的は、コークス及び鉄鉱石ペレットを用いて高炉内で溶鉄を製造する従来のプロセスよりも高い効率で、鉄鉱石と石炭との混合物を溶鉄に転換するために本発明を実行するための効率的な方法及び装置を提供することである。

【0023】

従って、本発明の別の目的は、コークス及び鉄鉱石ペレットを用いて高炉内で溶鉄を製造する従来のプロセスに比べて、熱損失を大きく減少させる方法及び装置を提供することである。

【0024】

本発明のさらに別の目的は、高炉内にペレット、焼結鉱及びコークスを供給し、高炉が今度は主たる二酸化炭素（ＣＯ_２）排出体となるような従来のプロセスに比べて、排出物を大きく減少させる方法及び装置を提供することである。

【0025】

本発明のさらに別の目的は、鉄及び炭素からなる鉄炭素中間物の反応を促進させかつ溝形誘導炉（ＩＣＦ）内の溶銑浴中で構成物質と混ぜ合わせることによって、溶銑浴内で鉄炭素中間物の迅速な液化及び同化を生じさせるために、鉄炭素中間物をＩＣＦ内の溶銑浴中に沈めるのを助けるダンキング（液体に浸ける）手段を提供することによって炉のライニングを保護しつつも、ＩＣＦをより効率的にすることである。

【0026】

本発明のさらに別の目的は、溝形誘導炉（ＩＣＦ）を、製鋼炉（例えば、塩基性酸素製鋼炉（basic oxygen steelmaking furnace：ＢＯＦ）や電気アーク製鋼炉（electric arc furnace：ＥＡＦ））に対して物理的に統合することであるが、例として、以下の説明では、ＩＣＦとＢＯＦとの統合を開示する。ここで、ＩＣＦは、鉄及び炭素の中間物を溶銑に転換するべく構成されているが、ＢＯＦは、溶銑及びスクラップを鋼に転換する。ＩＣＦ及びＢＯＦを互いに構造的に結合させることにより、資本コスト及び操業コストを削減し、効率を高め、排出物を最小限に抑えるようなハイブリッド式の二重目的の（製鉄及び製鋼の２つの機能を果たすことができる）構造が得られる。

【0027】

本発明のさらに別の目的は、クレーンの使用を必要とすることなく、ＩＣＦ及びＢＯＦの両炉を半径方向に回動させることによって、直接ＩＣＦからＢＯＦに溶銑を直接注ぐことができるように、ＩＣＦとＢＯＦとを物理的に相互接続することである。

【0028】

本発明のまた別の目的は、改良された製鉄方法が必要とされる状況において鋼を製造せずに溶銑のみを製造する場合に、ＩＣＦそれ自体を提供することである。

【0029】

従って、本発明の別の目的は、二酸化炭素（ＣＯ_２）、温室効果ガスを、肥料などの有用な生成物に転換することができる方法及び装置を提供することである。

【0030】

本発明の他の目的は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲から見えてくるであろう。添付の図面を参照すると、本方法、すなわち、鉄及び炭素からなる鉄炭素中間物を生成し、それを溶鉄に転換し、該溶鉄を後で鋼に転換する方法を実行するための特定の装置構造が説明されている。本発明は他の非鉄鉱に適用することもできるので、本明細書に開示されている方法及び装置は鉄鉱の加工のみに限定されないことを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】石炭及び粉鉱石または精鉱から直接溶鉄を製造するためのプラント。

【図2】金属化リアクタの斜視図及び断面図。

【図2A】金属化率を高めた鉄に炭素が物理的に埋め込まれている実際の鉄炭素中間物。

【図3】中間物を生成する一連の金属化リアクタの斜視図。

【図4】中間物搬送システムを備えた誘導溶融炉の部分拡大図。

【図5】ガスの清浄化及び、ＣＯ_２含有ガスからの肥料（オキサミド）の同時製造を行う本発明のプラントの側面図。

【図6】塩基性酸素転炉（ＢＯＦ）としてよく知られている製鋼炉と溝形誘導炉（ＩＣＦ）としてよく知られている製鉄炉との統合を示す図。

【図7】ＩＣＦ内で製造された溶鉄及びＢＯＦ内で製造された鋼を用いて同時に行われる、溶鉄を製造しかつそれを鋼に転換する一連の操業ステップの１つ。

【図8】ＩＣＦ内で製造された溶鉄及びＢＯＦ内で製造された鋼を用いて同時に行われる、溶鉄を製造しかつそれを鋼に転換する一連の操業ステップの１つ。

【図9】ＩＣＦ内で製造された溶鉄及びＢＯＦ内で製造された鋼を用いて同時に行われる、溶鉄を製造しかつそれを鋼に転換する一連の操業ステップの１つ。

【図10】ＩＣＦ内で製造された溶鉄及びＢＯＦ内で製造された鋼を用いて同時に行われる、溶鉄を製造しかつそれを鋼に転換する一連の操業ステップの１つ。

【図11】ＩＣＦ内で製造された溶鉄及びＢＯＦ内で製造された鋼を用いて同時に行われる、溶鉄を製造しかつそれを鋼に転換する一連の操業ステップの１つ。

【図12】ＩＣＦ内で製造された溶鉄及びＢＯＦ内で製造された鋼を用いて同時に行われる、溶鉄を製造しかつそれを鋼に転換する一連の操業ステップの１つ。

【図13】ＩＣＦ内で製造された溶鉄及びＢＯＦ内で製造された鋼を用いて同時に行われる、溶鉄を製造しかつそれを鋼に転換する一連の操業ステップの１つ。

【図14】ＩＣＦ内で製造された溶鉄及びＢＯＦ内で製造された鋼を用いて同時に行われる、溶鉄を製造しかつそれを鋼に転換する一連の操業ステップの１つ。

【図15】ＩＣＦ内で製造された溶鉄及びＢＯＦ内で製造された鋼を用いて同時に行われる、溶鉄を製造しかつそれを鋼に転換する一連の操業ステップの１つ。

【図16】ＩＣＦ内で製造された溶鉄及びＢＯＦ内で製造された鋼を用いて同時に行われる、溶鉄を製造しかつそれを鋼に転換する一連の操業ステップの１つ。

【図17】ＩＣＦ内で製造された溶鉄及びＢＯＦ内で製造された鋼を用いて同時に行われる、溶鉄を製造しかつそれを鋼に転換する一連の操業ステップの１つ。

【図18】ＩＣＦ内で製造された溶鉄及びＢＯＦ内で製造された鋼を用いて同時に行われる、溶鉄を製造しかつそれを鋼に転換する一連の操業ステップの１つ。

【発明を実施するための形態】

【0032】

本発明について詳細に説明する前に、本発明は、他の実施形態を用いることによっても実施することができるので、添付の図面に示されている部品の詳細または配置に限定されるものではないことを理解されたい。また、本明細書に含まれる専門用語は説明のためのものであり、制限的なものではないことも理解されたい。

【0033】

図面の詳細な説明

【0034】

図１は、本発明のプラントを概念的に示している。このプラントは、２つの一連の装置群（それぞれ符号２０（ａ）及び２０（ｂ）で示されている）であって各々が幾つかの全く同じ金属化リアクタ（そのうちの１つが符号２１で示されている）を含むものと、２つの溶融炉（それぞれ符号Ａ及びＢが付されている）と、金属化リアクタ内で生成された高温の鉄炭素中間物を２つの溶融炉Ａ及びＢへ供給するコンベヤで構成されている。

【0035】

本発明のプラントをより詳細に説明するにあたり、２つの一連の装置群及び２つの炉は全く同じであるので、本願出願人は、一連の装置群２０（ａ）及び炉Ａについてのみ説明する。

【0036】

一連の装置群の真下には、２つのコンベヤ（それぞれ符号２２（ａ）及び２３（ａ）で示されている）がそれぞれ配置されており、コンベヤ２２（ａ）は固定されており、コンベヤ２３（ａ）はシャトルコンベヤとして搬送可能であるように構成されている。冗長性を提供するために、シャトルコンベヤ２３（ａ）は、炉Ａに搬送可能であるのみならず、炉Ｂの端部へも搬送可能であるように構成されている。シャトルコンベヤ２３（ａ）が高温の鉄炭素中間物を炉Ａのみならず炉Ｂへもその長さ方向に沿って分配することができるように、炉Ａは、炉の長さ方向に沿って等間隔で配置された３つの全く同じ供給開口部（符号２４で示されている）を有している。シャトルコンベヤ２３（ａ）の先端には、炉Ａまたは炉Ｂへ供給される鉄炭素中間物を溶融浴に沈めるためのダンカ（符号２５で示されている）が配置されている。シャトルコンベヤ２３（ｂ）もまた、炉Ａ及び炉Ｂの両炉への供給を行うことができることに留意されたい。

【0037】

図２を参照すると、鉄炭素金属化リアクタ２１の斜視図及び断面図が示されており、鉄炭素金属化リアクタ２１は、石炭を供給するべく構成されたフィードホッパ２６と、鉱石及び石炭の混合物を供給するべく構成されたフィードホッパ２７とを備えている。符号２８はチャージャを表しており、チャージャ２８はマンドレル２９及び主ラム（プッシャ）３０で構成され、リアクタ２１の装入端部においてマンドレル２９の中心にランス３１が挿通されている。石炭コア（符号３２で示されている）は図中において黒い色で示されている物質であり、ランス３１が挿通されており、かつ鉄と石炭との混合物からなる環状体３３によって完全に囲繞される。リアクタ２１の取出端部（符号３４が付されている）は、高温放射チャンバで構成され、かつ始動バーナ取付用の入口ポート３５を有している。コンベヤ２２（ａ）は幾つかの金属化リアクタから鉄炭素中間物を受け取るので、金属化リアクタ２１から主コンベヤ２２（ａ）（図１を参照）への鉄炭素中間物の供給を所定のシーケンスを以て制御するために、サージ抑制容器（供給を平滑化するための供給制御装置）としての役割を果たすスライドゲート（符号３５（ａ）で示されている）を取出チャンバ３４の下流に設けてある。金属化リアクタ２１は、断熱材及び耐火材料でライニングされており、該耐火物には、互いに対向する方向などの２つの方向から環状体３３を加熱するための熱エネルギーを供給するために、リアクタ２１内に熱を放射（輻射）するための加熱煙道（heating flue）が複数組み込まれていることに留意されたい。加熱煙道は、当分野でよく使用されているので図に示していないが、常に鋼製のシェル（符号３９で示されている）で覆われている。図２Ａは、鉄炭素中間物の実際の構造を示しており、石炭由来の炭素が鉱石由来の鉄中に点在していることがはっきりと示されている。このような中間物は溶鉄を製造するための原料であり、中間物を溶融することによって溶鉄が製造される。石炭を用いて鉄鉱石の金属化率を高める間、水素（Ｈ_２）リッチガスが生成される。このガスは、エネルギー源として極めて有用であり、出口ポート３７から放出される。

【0038】

図３を参照すると、一連の装置群２０（ａ）が、フィードホッパ２６及び２７への供給材料の分配コンベヤを表す符号４０を除いてその大部分が図１及び図２で説明されている部品とともに示されている。他の機器については、以下の通りである。供給材料を地表面から引き上げるためのスキップホイスト（符号４１で示されている）と、炉排気吸引ダクト（符号４２で示されている）と、排気装置（符号４３で示されている）と、燃焼排ガス注入マニホールド（符号４４で示されている）と、中間物の供給中の粉塵排出を最小限に抑えるために炉Ａ内へ供給される前に鉄炭素中間物からスクリーン滓を分離する分粒スクリーン（符号４５で示されている）。

【0039】

図４を参照すると、一連の装置群２０（ａ）の一部分と、溝形誘導炉Ａと、炉Ｂの一部分とが示されている。図１〜図３で説明したものに加えて、内部を示すために前面部を取り除いた炉Ａが示されており、炉Ａの左側には黒鉛浸漬ブロック（符号４６で示されている）がある。他の部品には、溶融浴７２内に沈められている溶銑の上に浮かんでいる鉄炭素中間物を押し下げるダンカ２５の上部構成要素と、尚も炉Ａ内から連続的に燃焼ガスを取り出しながら炉の回動を可能にするスイベルジョイント４７と、炉床４８とが含まれ、該炉床の上方においては、酸化鉄から得られる酸素と、沈められている鉄炭素中間物中に含まれる炭素とを反応させることによって放出されるＣＯを燃焼させる。

【0040】

図５を参照すると、プラントの側面図が示されている。ここでは、コンベヤ２２（ａ）及びコンベヤ２３（ａ）が、垂直パイプ（stand pipe）（符号４９で示されている）に置き換えられている。その下流に設けられたバルブ５０及び５１によって、溝形誘導炉Ａ内への直接的な鉄炭素中間物の供給が制御され、炉Ａから垂直パイプ４９の底部に向けて燃焼排ガス（Ｎ_２＋ＣＯ_２）が排出される。配管系（符号５２で示されている）が熱交換器５３に連結されており、熱交換器５３は、水銀を含む比較的低温のガスを清浄化ベッド５４（ａ）または清浄化ベッド５４（ｂ）へ供給する。これら２つの清浄化ベッドは、交互に使用されるものであり、上記ガスから水銀を抽出するための活性炭が含まれている。熱交換器５３の下流においては、脱硫装置５５が、脱硫装置５５の上流に配置されたソーベント再生器５６とともに、高温ガス清浄部の下流部分を形成している。脱硫装置５５の下流には、一酸化炭素（ＣＯ）をシアンに転換するコンバータとして働く２つのリアクタ５９（ａ）及び５９（ｂ）が配置されており、ソーベント再生器の下流には、硫黄回収システム（符号５７で示されている）が配置されている。硫黄回収システム５７は、硫黄を、市場で商品として売ることができる（市場性のある）元素の形態で回収する働きをする。脱硫ガスは、第２の熱交換器（符号５８で示されている）によって成分調整される。リアクタ５９（ａ）及び５９（ｂ）は、交互にシアンの発生器と触媒の再生器になる。リアクタ５９（ａ）及び５９（ｂ）の下流には、液化機（符号６０で示されている）が設けられている。液化機の下流には、セパレータ６１及びポンプ６２が設けられている。ポンプ６２によりシアンがカラム６３へ押し上げられ、カラム６３内ではシアンを含水させることで緩効性肥料オキサミドが形成される。フィルタープレス６５の上流には沈殿槽６４が、下流には乾燥機６６がそれぞれ配置されている。市場性のある肥料としての最終製品は、スタッカ６７によって保管場所６８まで運ばれる。

【0041】

図６は、ＢＯＦ及びＩＣＦ（両炉とも本明細書の「発明が解決しようとする課題」の項において言及されている）の統合による製鋼と製鉄との統合を示している。これにより、以下の３つのステップ、すなわち、
・石炭を用いて、粉鉱石または精鉱からなる鉄鉱石の金属化率を高め、かつ中間物を形成するステップと、
・上記中間物を溶融し、溶鉄を製造するステップと、
・上記溶鉄に酸素を吹き込み、鋼を製造するステップと
を、１つの、低価格の、効率的な、物理的に統合された方法にまとめることが実行可能である。

【0042】

金属化及び溶融の方法については既に詳細に説明したので、図７ないし図１８においては、鉄及び炭素からなる鉄炭素中間物を供給するステップと、該中間物を溶融して溶鉄にするステップと、製鋼ステップとについて説明する。

【0043】

図７は、ヒュームをフード７０内に回収しつつ、垂直ランス６９によってＢＯＦ内に酸素を吹き込んで鉄を鋼に転換する間に、ＩＣＦ内へ鉄炭素中間物を供給するシャトルコンベヤ２３（ａ）またはコンベヤ２３（ｂ）を、溶融浴上に浮かんでいる材料（符号７１で示されている）とともに示している。ホイスト（符号７３で示されている）は、ランス６９を昇降させる働きをする。

【0044】

図８は、溶融浴の上に浮かんでいる中間物の上方に黒鉛ブロック４６を配置するダンカ２５を除いて、図７と同じである。

【0045】

図９は、浮かんでいる中間物を黒鉛ブロック４６によって浴７２内に沈めた後の様子を示している。

【0046】

図１０は、ＩＣＦに傾斜姿勢をとらせ、ストッパロッド（符号７４で示されている）を用いてＩＣＦからの溶鉄の流出を防止しながら、ＢＯＦから鍋７５内にスラグを注入する様子を示している。図１１は、スライドゲート７７を用いてＢＯＦの底部からレードル（取鍋）７６内へ鋼をタッピング（出鋼）する様子を示している。ＢＯＦのスラギング及びタッピングは、他の構造によって達成することもできることに留意されたい。

【0047】

図１２は、ＢＯＦ内の熱がタッピングされ、タッピングホール密閉材料７８がＢＯＦのタップホール（符号７９で示されている）に落とされる様子を示している。図１３は、タップホール７９を塞ぐプロセスにおける密閉材料７８を示しており、図１４は、密閉されたタップホール７９を示している。

【0048】

図１５は、ＩＣＦを反時計回り方向に傾けることによって、中間物の溶融によって生じかつＩＣＦからあふれ出ているスラグ（符号８０で示されている）を用いてＩＣＦのスラギングを行う様子を示している。図１６は、シュート８２によってＢＯＦにスクラップ（符号８１で示されている）を装入することができるように、ＩＣＦを時計回り方向に傾動させる様子を示している。このとき、ストッパロッド７４は下降位置にあり、スクラップの装入中にＩＣＦからＢＯＦ内へ溶銑が流出しないようにしている。図１７は、ＩＣＦ及びＢＯＦが傾斜姿勢をとっている間、ストッパロッド７４は上昇位置にあり、溶鉄（符号８３で示されている）はＩＣＦからＢＯＦ内へ流出し、所定量の溶鉄をスクラップ８１の上にディスペンスすることができることを示している。この時点で、ＩＣＦを傾斜姿勢から立位まで回動させ、フード７０をＢＯＦの口の上まで回動させ、酸素ランスホイスト７３をＢＯＦ内へ下げてランス６９から酸素を吹き込むことによって溶鉄から鋼への転換を開始する。それと同時に、コンベヤ２３（ａ）または（ｂ）をＩＣＦの装入孔２４の上に配置する。コンベヤ２３（ａ）または（ｂ）によって鉄炭素中間物を供給する同じ機能を説明する図７と同じ図１８に示されているように、溶鉄及びスクラップを鋼に転換している間に、鉄炭素中間物を、溶融するためにＩＣＦ内へ供給し続け、ＩＣＦ内で鉄炭素中間物を溶融して溶鉄にして浴７２を形成し、溶鉄及びスクラップを鋼に転換する。それと同時に、包括的に、図１ないし図５に示されかつ説明されているように、金属化リアクタ２１内で石炭を用いて粉鉄鉱石または精鉱の金属化率を高める。

【0049】

非鉄金属への本発明の適用に関しては、本明細書に開示されている本発明の変形形態が可能であるが、本発明は、本明細書に開示されている趣旨から逸脱するものではない。全体として見れば、本発明は、従来のプラクティスや冶金に対して大幅に改善されており、本発明は、低価格の原料を用いることができ、本発明が、少額の資本投資しか必要としないが、エネルギー効率がよくかつ環境に優しいものであることを申し上げたい。

【図1】

【図2】

【図2A】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】