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特表2024-532378溶鉄の製造方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-09-05

(54)【発明の名称】溶鉄の製造方法

(51)【国際特許分類】

C21B 11/00 20060101AFI20240829BHJP

C21B 13/00 20060101ALI20240829BHJP

C21B 5/00 20060101ALI20240829BHJP

【ＦＩ】

C21B11/00

C21B13/00

C21B5/00 302

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024513197

(86)(22)【出願日】2022-08-22

(85)【翻訳文提出日】2024-04-18

(86)【国際出願番号】 EP2022073307

(87)【国際公開番号】W WO2023030944

(87)【国際公開日】2023-03-09

(31)【優先権主張番号】102021122351.2

(32)【優先日】2021-08-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】510041496

【氏名又は名称】ティッセンクルップスチールヨーロッパアクチェンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＴｈｙｓｓｅｎＫｒｕｐｐＳｔｅｅｌＥｕｒｏｐｅＡＧ

【住所又は居所原語表記】Ｋａｉｓｅｒ－Ｗｉｌｈｅｌｍ－Ｓｔｒａｓｓｅ１００，４７１６６ＤｕｉｓｂｕｒｇＧｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114188

【弁理士】

【氏名又は名称】小野誠

(74)【代理人】

【識別番号】100119253

【弁理士】

【氏名又は名称】金山賢教

(74)【代理人】

【識別番号】100124855

【弁理士】

【氏名又は名称】坪倉道明

(74)【代理人】

【識別番号】100129713

【弁理士】

【氏名又は名称】重森一輝

(74)【代理人】

【識別番号】100137213

【弁理士】

【氏名又は名称】安藤健司

(74)【代理人】

【識別番号】100183519

【弁理士】

【氏名又は名称】櫻田芳恵

(74)【代理人】

【識別番号】100196483

【弁理士】

【氏名又は名称】川嵜洋祐

(74)【代理人】

【識別番号】100160749

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野陽一

(74)【代理人】

【識別番号】100160255

【弁理士】

【氏名又は名称】市川祐輔

(74)【代理人】

【識別番号】100219265

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木崇大

(74)【代理人】

【識別番号】100216839

【弁理士】

【氏名又は名称】大石敏幸

(74)【代理人】

【識別番号】100146318

【弁理士】

【氏名又は名称】岩瀬吉和

(74)【代理人】

【識別番号】100127812

【弁理士】

【氏名又は名称】城山康文

(72)【発明者】

【氏名】アーレンホールド，フランク

(72)【発明者】

【氏名】ベッカー，ロスヴィタ

(72)【発明者】

【氏名】イェーガー，ニルス

(72)【発明者】

【氏名】シューベルト，ダニエル

(72)【発明者】

【氏名】ヴァインベルク，マティアス

【テーマコード（参考）】

4K012

【Ｆターム（参考）】

4K012CA09

4K012DA05

4K012DA09

(57)【要約】

本発明は、溶鉄を製造する方法であって、－鉄鉱石を海綿鉄に還元するステップと、－海綿鉄を炭素質ガスで浸炭するステップと、－浸炭された海綿鉄を溶融するステップ、および／または浸炭された海綿鉄から生成された溶融物を処理するステップとを含む方法に関する。本発明によれば、浸炭された海綿鉄の溶融および／または浸炭された海綿鉄から生成された溶融物の処理中に生成されたプロセスガスの少なくとも一部は、炭素含有ガスとしてリサイクルされる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶鉄を製造する方法であって：
鉄鉱石を海綿鉄に還元するステップと、
海綿鉄を炭素質ガスで浸炭するステップと、
前記浸炭された海綿鉄を溶融するステップおよび／または前記浸炭された海綿鉄から生成された溶融物を処理するステップと
を含み、
前記炭素質ガスが、前記浸炭された海綿鉄の溶融、および／またはリサイクルされた前記浸炭された海綿鉄から生成された溶融物を処理するステップで得られたプロセスガスの少なくとも一部であることを特徴とする
方法。

【請求項2】

前記還元が、水素系還元ガスを使用して行われる、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記水素系還元ガスが、５００～１２００℃の間の温度に加熱される、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記溶融が電気還元炉内で行われる、請求項１から３のいずれかに記載の方法。

【請求項5】

前記溶融が高炉内で行われる、請求項１から３のいずれかに記載の方法。

【請求項6】

前記炭素質ガスが、前記海綿鉄を冷却するために１００℃未満の温度で供給される、請求項１から５のいずれかに記載の方法。

【請求項7】

前記炭素質ガスが、前記海綿鉄を加熱するために少なくとも５００℃の温度で供給される、請求項１から５のいずれかに記載の方法。

【請求項8】

前記鉄鉱石が、垂直方向にシャフト炉を通過する、請求項１から７のいずれかに記載の方法。

【請求項9】

前記海綿鉄が、前記シャフト炉の下部で冷却または加熱される、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記鉄鉱石が１つまたは複数の流動床反応器で還元され、前記海綿鉄が１つまたは複数の流動床反応器で浸炭される、請求項１から７のいずれかに記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶鉄を製造する方法であって、－鉄鉱石を海綿鉄に還元するステップと、－海綿鉄を炭素質ガスで浸炭するステップと、－浸炭された海綿鉄を溶融するステップ、および／または浸炭された海綿鉄から生成された溶融物を処理するステップとを含む方法に関する。

【背景技術】

【0002】

直接還元法では、鉄鉱石から酸素が除去される固体反応が起こる。この目的のために、ガス化された石炭および／または天然ガスまたは炭化水素系化合物、ならびに言及された供給原料の混合物、特に水素および／または炭素と酸素との化合物が還元ガスとして使用される。近年の傾向として、還元ガスとして水素が提案される機会が増えてきている。反応は、固体状態の鉄鉱石の融点未満で起こり、したがって、特に内部形態が非常に実質的に変化しないままである。鉄鉱石の金属生成物への還元では、基本的に鉱石中に存在する酸素のみが除去される。酸素の除去において約１／４～１／３の重量減少があるので、結果は反応生成物のハニカム構造（空気で満たされた隙間が多い固体多孔質鉄）である。したがって、直接還元鉄はしばしば海綿鉄とも呼ばれる。

【0003】

出願人の公開明細書独国特許第１０２０１９２１７６３１Ａ１号明細書は、還元後まだ熱い海綿鉄が、特定の比率の二酸化炭素と水素の混合物を含む冷却ガスで冷却されることをさらに開示している。この教示によれば、冷却ガスを使用して、それによって海綿鉄中の炭素含有量を増加させることができる。

【0004】

将来の主要な鋼鉄生産のために、高炉ルートは、鋼鉄の継続的な世界的需要をカバーするために、溶融設備（ｍｅｌｔｉｎｇａｇｇｒｅｇａｔｅ）と併せて直接生産プラントに徐々に置き換えられる。この目的のために、変換の過程で、既存の（１または複数の）高炉近くのミルフロア上に直接製造プラントが設置され、それにより、並列運転も一定期間可能になる。特に、欧州特許第１６４１９４５Ｂ１号明細書を参照されたい。

【0005】

気候関連の制約の結果として、または意欲的な気候目的を達成するために、現在の先行技術による天然ガスで運転される直接生産プラントは、将来水素または水素富化ガスで運転される可能性が高い。

【0006】

鉄－炭素状態図（ｉｒｏｎ－ｃａｒｂｏｎｄｉａｇｒａｍ）から、溶融される固体材料中の炭素含有量は、物質の融解エンタルピーに大きな影響を及ぼすことが知られている。炭素含有量が高い（最大４．７重量％）ほど、溶融温度、したがって溶融設備における必要なエネルギー量、または電極消費量が低くなる。低温はまた、溶融設備中の耐火材料の摩耗がより低いことを意味する。さらに、より低い放射損失はまた、エネルギー消費の低減をもたらす。

【0007】

高炉から取り出された銑鉄を精製および／または調整するための鋼転炉は、一体型精錬所に存在する装置の１つである。例えば、直接還元モードのために存在する設備を運転することも可能である。特に転炉、酸素ブラスト法で精錬する場合、冶金学的観点からブラスト法では炭素の規定された割合が必要である。規定の炭素を提供するために、例えば、独国特許第１０２０１９２１７６３１Ａ１号明細書は、海綿鉄中の炭素含有量を制御された方法で増加させ、必要に応じて調整する方法を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】独国特許第１０２０１９２１７６３１Ａ１号明細書

【特許文献2】欧州特許第１６４１９４５Ｂ１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明の目的は、溶鉄製造のＣＯ_２ニュートラルモードまたはＣＯ_２削減モードを特定するようにこの方法を開発することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

この目的は、溶鉄を製造する方法であって、－鉄鉱石を海綿鉄に還元するステップと、－海綿鉄を炭素質ガスで浸炭するステップと、－浸炭された海綿鉄を溶融するステップおよび／または浸炭された海綿鉄から生成された溶融物を処理するステップとを含み、炭素質ガスが、浸炭された海綿鉄の溶融、および／またはリサイクルされた浸炭された海綿鉄から生成された溶融物を処理するステップで得られた、プロセスガスの少なくとも一部である方法によって達成される。

【0011】

溶鉄製造のＣＯ_２ニュートラルモードまたはＣＯ_２削減モードを特定するために、本発明者らは、プロセスチェーンからのプロセスガスの少なくとも一部を利用できることを見出した。これは、海綿鉄の浸炭のための炭素質ガス中に存在する炭素が少なくとも部分的にリサイクルされ、したがって１００％程度までの閉じた循環を確実にすることが可能であるという利点を有する。経済的側面だけでなく、環境の観点からも大きな利益が保証される。リサイクルされた炭素質ガスが海綿鉄の浸炭の要求に及ばない場合、浸炭を所望のレベルに保ち得るように、リサイクルされた炭素質ガスに追加の炭素質媒体を添加することができる。気候目標を遵守するために、通常は持続可能な供給源からもたらされない生物起源炭素に頼ることは必ずしも必要ではない。

【0012】

海綿鉄を通って流れる炭素質ガス由来の炭素は、炭素が海綿鉄に堆積するように、海綿鉄に「浸炭」される。次いで、堆積した炭素は鉄と結合してセメンタイト（Ｆｅ_３Ｃ）を形成する。炭素質ガスで処理した後の海綿鉄の炭素含有量は、０．５重量％超、特に１．０重量％超、好ましくは１．５重量％超、および４．５重量％未満、特に４．０重量％未満、好ましくは３．５重量％未満である。

【0013】

浸炭された海綿鉄は、一方では高炉内で、または他方では好ましくは電気炉内で、いずれにおいても溶融することができる。したがって、炭素質ガスは、高炉ガスの形態または電気炉ガスの形態のいずれかでリサイクルされた、浸炭された海綿鉄の溶融で得られたプロセスガスの少なくとも一部であってもよく、これが海綿鉄の浸炭のための炭素質ガスとして物理的に利用される。

【0014】

代替的または追加的に、浸炭された海綿鉄から生成された溶融物は、溶融物中の炭素をさらなる処理のために必要な程度まで削減されるべき場合、処理することができる。これは、例えば、一酸化炭素および／または二酸化炭素の形態で溶融物から炭素を除去するために、いわゆる酸素ブラスト法において酸素によって行うことができ、この酸素ブラスト法は、炉内、例えば電気炉内で、特にさらなる段階で統合することができ、または転炉内で従来通り行うことができる。浸炭された海綿鉄から生成された溶融物の処理によって得られたプロセスガスは炭素質であり、少なくとも部分的に炭素質ガスとしてリサイクルすることができる。

【0015】

炭素質ガスとして少なくとも部分的にリサイクルされたプロセスガスは、ある割合のＣＯおよび／またはＣＯ_２を含む。リサイクルされたプロセスガス中の望ましくないプロセス関連微量元素、例えば窒素および／または窒素酸化物を削減するために、５０体積％超、特に５５体積％超、好ましくは６０体積％超、より好ましくは６５体積％超、さらに好ましくは７０体積％超のＣＯおよび／またはＣＯ_２の割合を含む炭素質ガスを提供できるように、分離および／または除去プロセスを提供することが好ましい。

【0016】

炭素質ガスは、１５体積％までの水蒸気（Ｈ_２Ｏ）および／または３０体積％までの水素（Ｈ_２）の割合を含んでもよい。窒素（Ｎ_２）の割合が存在してもよい場合、これらは、特に最大２５体積％、好ましくは最大２０体積％、より好ましくは最大１５体積％、さらに好ましくは最大１０体積％の含有量に制限されるべきである。さらに、炭素質ガスは、不可避の不純物、例えば硫黄化合物を２体積％まで含有してもよい。

【0017】

高炉または電気炉内で、浸炭された海綿鉄の添加を用いて、特にさらなる添加剤または混合物の供給によって、溶鉄を製造するための運転または運転モードは、実際によく知られている。

【0018】

プロセスの一構成では、水素系還元ガスが還元のために使用される。水素系還元ガスは、メタン（ＣＨ_４）および／または水素（Ｈ_２）を主成分とする。

【0019】

この目的のために、例えば、本質的にメタンを含む天然ガス（ＮＧ）を使用することが可能である。あるいは、特に問題のプロセスチェーン全体にわたって資源を保存し、および／またはＣＯ_２排出量を削減するために、再生可能な原料から、例えばバイオマスまたはバイオガス生産からメタンを生産することも可能であり、したがって効果的にバイオメタンを生産することも可能である。

【0020】

水素系還元ガスは、メタン（ＣＨ_４）と水素（Ｈ_２）との混合物を含有してもよい。

【0021】

水素系還元ガスは、水素からなり、炭素を含まなくてもよい。これにより、水素のみを用いた場合、還元作業を一層効果的に行うことができる。水素は、様々な方法で、例えば改質法または水電解によって製造することができる。水素の工業生産はエネルギー集約的であるため、再生可能エネルギー（風、水、太陽）および／またはＣＯ_２削減技術、例えば原子力エネルギーを採用することが好ましく、化石エネルギーを採用しないか、または化石エネルギーのみを採用しないことが好ましい。

【0022】

水素系還元ガスは、水蒸気および不可避の不純物、例えば硫黄化合物および／または窒素などのさらなる成分を含有してもよい。

【0023】

プロセスの一構成では、水素系還元ガスは、５００～１２００℃の間の温度に加熱される。供給される前に、鉄鉱石の還元をもたらすために、水素系還元ガスはガス加熱器内で必要な温度に加熱される。水素（本質的に１００％）を供給する場合、追加の充填、特に酸素の充填、およびしたがってそれとの後燃焼なしに供給を行うことができ、これは、鉄鉱石の還元のための水素の完全な利用が保証され、したがってプロセスをより経済的に実行可能な様式で運転できることを意味する。鉄鉱石の還元は低温で起こり得るので（Ｂａｕｒ－Ｇｌａｓｓｎｅｒダイアグラムを参照されたい）、水素含有量に応じて、水素系還元ガスをそのような高いプロセス温度に加熱する必要はない。

【0024】

プロセスの好ましい構成では、溶融は電気炉、特に電気還元炉で行われる。電気還元炉（サブマージド電気アーク炉、略してＳＡＦ）は、電極と装入物（ｃｈａｒｇｅ）および／またはスラグとの間にアークを形成する、またはジュール効果によって装入物および／またはスラグを加熱する、アーク抵抗加熱を伴う溶融炉である。ＳＡＦでは、電極は（または、電極が２つ以上ある場合、複数の電極は）装入物および／またはスラグに埋没される。機能／運転モードの原理に応じて、電気還元炉は、ＡＣアーク還元炉（ＳＡＦａｃ）またはＤＣアーク還元炉（ＳＡＦｄｃ）として設計することができる。機能／運転モードの原理は、電極と金属との間にアークを形成する直接アーク放電による溶融炉（電気アーク炉、ＥＡＦ）とは異なる。これは、ＡＣアーク溶融炉（ＥＡＦａｃ）、ＤＣアーク溶融炉（ＥＡＦｄｃ）、および取鍋炉（取鍋炉）（ＬＦ）を含む。

【0025】

アーク抵抗加熱による電気還元炉（ＳＡＦ）を使用する場合の利点は、これらが還元雰囲気で運転されるのに対して、直接アーク放電（ＥＡＦ）によるアーク炉は酸化雰囲気で運転されることである。

【0026】

プロセスの代替構成では、溶融は高炉内で行われる。

【0027】

例えば、還元炉から来る海綿鉄を８００℃までの温度の高温の間に使用することができない場合、海綿鉄は、前方への輸送および／または貯蔵のために冷却される。プロセスの一構成では、炭素質ガスは、海綿鉄を冷却するために１００℃未満の温度で供給される。炭素質ガスは、海綿鉄を浸炭するだけでなく、冷却する機能も有する。

【0028】

プロセスの代替の構成では、炭素質ガスは、少なくとも５００℃の温度で供給される。炭素質ガスは、供給前に、ガス加熱器内で必要な温度に加熱される。この変形形態は、特に、高温、好ましくは電気炉内での海綿鉄の使用に役立つ。海綿鉄の選択された温度が高いほど、海綿鉄の反応速度は良好である。効率を高めるために、温度は特に少なくとも６００℃、好ましくは少なくとも７００℃、より好ましくは少なくとも８００℃、特に好ましくは少なくとも９００℃、さらに好ましくは少なくとも１０００℃に上昇させることができる。高温の海綿鉄の、好ましくは電気炉内への問題のない装入を確実にすることができ、かつ海綿鉄の早過ぎる溶融を回避するために、加熱時の海綿鉄の溶融温度は過剰であってはならないので、温度は１５００℃以下、特に１４００℃以下、好ましくは１３００℃でなければならない。炭素質ガスは、電気炉内において溶融からの電気エネルギーの消費を低減するために、海綿鉄を浸炭するだけでなく、加熱する機能も有する。

【0029】

プロセスの一構成では、鉄鉱石は、上から下に、垂直方向にシャフト炉を通過する。そのようなシャフト炉は、下部にある煙突効果のために、鉄鉱石を通る還元ガスの良好な流れを可能にする。特に、還元ガスは、鉄鉱石の移動方向とは反対に流れる。

【0030】

プロセスの特定の変形形態では、海綿鉄は、シャフト炉の下部で冷却または加熱される。これにより、鉄鉱石はシャフト炉上部で還元され、海綿鉄は下部で冷却または加熱され得る。炭素質ガスが、下部にある煙突効果のために、海綿鉄の移動方向とは反対に海綿鉄を通って流れる場合もある。

【0031】

プロセスの代替的な変形形態では、鉄鉱石の還元を１つまたは複数の流動床反応器において、海綿鉄の浸炭を、１つまたは複数の流動床反応器において行うことができる。流動床反応器では、固体材料の細粒の床が、ガス分配器を通って底部から連続的に流入するガスによって流動化される。これは同様に、ガスと固体との間の効率的な反応を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】シャフト炉（１０）の例を使用して本発明を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

本発明は、図１と併せて、以下の実施例によってより詳細に説明される。

【0034】

図１は、シャフト炉（１０）の例を使用して本発明を説明する。例えば、Ｆｅ_２Ｏ_３および／またはＦｅ_３Ｏ_４と脈石とを含むペレット形態の鉄鉱石（ＦｅＯ）が、シャフト炉（１０）の上端に導入される。シャフト炉（１０）の下端において、海綿鉄が取り出される。シャフト炉（１０）には、鉄鉱石を還元ゾーン（１１）の形態で還元するための領域と、鉄鉱石を冷却ゾーン／加熱ゾーン（１２）の形態で浸炭するための領域とがある。還元ゾーン（１１）は、冷却ゾーン／加熱ゾーン（１２）の上方に配置される。水素系還元ガス（４１）は、還元ゾーン（１１）内の鉄鉱石を通って向流で流れ、したがって鉄鉱石の移動方向と反対に流れる。水素系還元ガス（４１）は、導入される前に、ガス加熱器（３０）を通過し、１２００℃までの温度に加熱される。水素系還元ガス（４１）は、天然ガス（メタン、ＣＨ_４）もしくは水素（Ｈ_２）のいずれかまたはそれらの混合物である新鮮なガス（ＦＧ）を含む。新鮮なガス（ＦＧ）は、シャフト炉（１０）の還元ゾーン（１１）から排出されたプロセスガス（４０）から処理される、リサイクル処理されたガス（ＲＧ）と混合することができる。未消費の還元ガスで構成される排出されたプロセスガス（４０）は、任意のガス状反応生成物から構成されてもよい。排出されたプロセスガス（４０）は、水素（Ｈ_２）、炭素と酸素との少なくとも１つの化合物またはその混合物（ＣＯ、ＣＯ_２）および／または少なくとも１つの水素化合物（Ｈ_２Ｏ）および不可避の不純物を含んでもよい。排出されたプロセスガス（４０）は、プロセスガスの少なくとも１つの化合物または混合物および／または不可避の不純物の少なくとも一部が分離および／または除去される第１のプロセスステップ、例えば、排出されたプロセスガス（４０）から不可避の不純物の少なくとも一部が分離される、プロセスガスのクリーニングおよび除塵のためのユニットに供給されてもよい。さらなるプロセスステップでは、プロセスガスは、あるユニット、例えば凝縮器を通過し、それに対応して冷却されて、プロセスガス中に存在する水蒸気（Ｈ_２Ｏ）が凝縮され、したがってプロセスガスから分離される。凝縮および凝縮物の排出は、プロセスガスを「除湿する」。破線で示される「除湿された」プロセスガスの一部または完全に「除湿された」プロセスガスは、ガス加熱器（３０、３１）の燃焼のためのガスａ）（の一部）として使用することができる。十分でない「除湿」されたプロセスガスを利用しなければならない場合、対応する燃焼ガスが、ガス加熱器（３０、３１）の燃焼のために部分的または完全に提供される。「除湿」されたプロセスガスの一部または「除湿」されたプロセスガスの全体がガス加熱器（３０、３１）の燃焼のために提供されない場合、二酸化炭素（ＣＯ_２）はそれが存在する場合、さらなるプロセスステップ、例えばスクラバーにおいて「除湿」されたプロセスガスから分離することができる。二酸化炭素を除去したプロセスガスは、破線で示すように、ガス加熱器（３０、３１）の燃焼のためのガスｂ）（の一部）として、全体的または部分的に使用することができる。不十分なガスｂ）／ガスｂ）の不十分な部分を利用しなければならない場合、対応する燃焼ガスが、ガス加熱器（３０、３１）の燃焼のために部分的または完全に提供される。二酸化炭素を除去したプロセスガスまたはリサイクル処理されたガス（ＲＧ）は、特に混合物がガス加熱器（３０）内で５００℃～１２００℃の温度に加熱される前に、それを新鮮なガス（ＦＧ）と混合することによって、さらなるプロセスステップで直接還元に追加的代替的にフィードバックされてもよい。したがって破線で示すように、還元ゾーン（１１）内の水素系還元ガス（４１）の反応性、したがって入熱を増加させるために、酸素（Ｏ_２）が高温還元ガス（４１）にさらに供給されていてもよい。

【0035】

還元ゾーン（１１）を離れた後、海綿鉄は冷却ゾーン／加熱ゾーン（１２）に入る。ここで海綿鉄は８００℃までの温度である。冷却ゾーン／加熱ゾーン（１２）においても、炭素質ガス（４２）は、海綿鉄の移動方向とは反対に海綿鉄を通って流れる。未消費の冷却ガスは、任意のガス状反応生成物と共にプロセスガス（４３）として再び出る。用途に応じて、炭素質ガス（４２）は、海綿鉄を冷却するために１００℃未満の温度で供給されてもよく、または海綿鉄を加熱するために少なくとも５００℃の温度で供給されてもよい。

【0036】

浸炭された海綿鉄（Ｆｅ_３Ｃ）は脈石と共にシャフト炉（１０）の下部領域に引き出され、加熱された形態で、電気炉、好ましくは溶融のための電気還元炉（２０）の形態に直接供給されるか、または冷却された形態で高炉（５０）へと前方に輸送されるか、または貯蔵のために冷却された形態で提供される（図示せず）。

【0037】

浸炭された海綿鉄（Ｆｅ_３Ｃ）の溶融では、電気炉（２０）および高炉（５０）の両方において添加剤または混合物（Ｘ）を導入することが可能である。

【0038】

溶鉄がどのように引き出され、さらなる処理ステップに供給されるかは示していない。電気炉（２０）または高炉（５０）のいずれかからの溶鉄は、溶融物中の炭素を必要な程度まで削減するために、浸炭された海綿鉄から生成された溶融物の処理に送られることが好ましい。これは、例えば、いわゆる酸素ブラスト法で酸素によって、好ましくは転炉において行われる。浸炭された海綿鉄から生成された溶融物の処理によって得られたプロセスガスは炭素質であり、少なくとも部分的に炭素質ガスとしてリサイクルされる。所望の浸炭レベルを維持することができれば、任意の炭素質媒体を添加する必要がなく、浸炭のための炭素質ガスとしてリサイクルプロセスガスで十分である。

【0039】

鉄鉱石（ＦｅＯ）を海綿鉄に直接還元するための好ましい運転モードは、水素（Ｈ_２）を新鮮なガス（ＦＧ）として、したがって水素系還元ガス（４１）として想定し、これは、リサイクル処理されたガス（ＲＧ）との混合を受けず、５００～１２００℃の温度に加熱した後にシャフト炉（１０）の還元ゾーン（１１）に導入される。図１に示すように、シャフト炉（１０）から還元ゾーン（１１）の上方に排出されたプロセスガス（４０）は、その「除湿」後、破線で示すように、その全体が燃焼ガス（ガスａ）としてガス加熱器（３０、３１）に供給され、新鮮なガス（ＦＧ）には供給されず、混合もされない。

【0040】

好ましい運転モードの第１の変形形態では、主成分としてＣＯおよび／またはＣＯ_２含有量を有する炭素質ガス（４２）が、浸炭および冷却のために冷却ゾーン（１２）に導入される。浸炭され冷却された海綿鉄は、溶融のために高炉（５０）または電気炉（２０）のいずれかに導入することができる。海綿鉄の使用に応じて、高炉（５０）からのプロセスガスまたは電気炉（２０）からのいずれかのプロセスガスを炭素質ガス（４２）として供給することが可能である。代替的、または追加的に、浸炭された海綿鉄から生成された溶融物の処理から得られたプロセスガスを、少なくとも部分的に炭素質ガスとしてリサイクルすることができる。

【0041】

好ましい運転モードの第２の変形形態では、主成分としてＣＯおよび／またはＣＯ_２含有量を有する炭素質ガス（４２）が、浸炭および加熱のために加熱ゾーン（１２）に導入される。浸炭され加熱された海綿鉄は、電気炉（２０）に導入され、溶融のための電気エネルギーの消費を低減することができる。提供される炭素質ガス（４２）は、電気炉（２０）からのプロセスガスであってもよい。代替的、または追加的に、浸炭された海綿鉄から生成された溶融物の処理から得られたプロセスガスが、少なくとも部分的に炭素質ガスとしてリサイクルされることも可能である。

【0042】

例えば、窒素含有量を２５体積％未満に設定するために、炭素質ガス（４２）として提供する前に、リサイクルされたプロセスガスを必要に応じて不要な微量元素を除去するためのユニットに供給できることは示されていない。

【0043】

代替的には、ここには示されていないが、本発明は、流動床反応器のカスケードに実装することもできる。この場合、少なくとも１つの流動床反応器は還元ゾーンを形成し、状況に応じて、カスケード内の少なくとも１つのさらなる流動床反応器は冷却ゾーンまたは加熱ゾーンを形成し、いずれの場合も浸炭と組み合わされる。したがって、第１の流動床反応器内の鉄鉱石は、第２の連続する反応器内で、したがって段階的に海綿鉄に転換される可能性もある。最後の流動床反応器、または場合によっては最後の２つの流動床反応器では、海綿鉄および浸炭は、炭素質ガスの温度に応じて冷却または加熱される。この原理は、シャフト炉の原理に本質的に対応するが、１つのシャフトではなく複数の流動床反応器に分割される。必要に応じて、いくつかの流動床反応器を互いに連結してもよい。

【図1】