スラグの利用プロセス
製鋼産業に由来し、酸化鉄粒子を含むスラグ（２，２'）を利用するプロセスにおいて、還元剤（２９）が追加され、スラグ（２，２'）の酸化鉄粒子及び任意的に設けられる他の金属酸化物が前記還元剤（２９）によって還元される。 小さいエネルギー消費と低い投資で可能となる効率的なスラグ還元を達成するために、本プロセスは以下のように実行される： − 反応容器（７）内の溶解炭素を含有している残留溶融鉄（２５）上に、前記スラグ（２，２'）を、ゆっくりと連続的に長時間に亘って充填するステップと、 − 前記スラグ（２）、前記残留溶融鉄、及び新たに形成された溶融鉄（１７）を長時間に亘って電気的に加熱するステップと、 − 炭素を含有している還元剤（２９）を不活性ガスと共に、前記スラグ（２）と前記溶融鉄（２５）との間の境界面（２６）に近接する領域内へ、若しくは直接的に前記溶融鉄（２５）内へ、ランス（１１）によって長時間に亘って噴出させるステップと、 − 前記溶融鉄（２５）内の前記還元剤（２９）の前記炭素を溶解させるステップと、 − 金属鉄及び一酸化炭素を形成しつつ、前記スラグ（２）の酸化鉄粒子を長時間に亘って還元させるステップと、 − 結果として生じる一酸化炭素によって発泡スラグ（２'）を長時間に亘って形成させるステップと、 − 酸素含有ガス若しくは酸素を前記発泡スラグ（２'）に導入して、長時間に亘って一酸化炭素を二酸化炭素へと後燃焼させるステップと、 − 前記反応容器（７）の底部を不活性ガスで長時間に亘って洗浄するステップと、− 前記処理されたスラグ（１６）を排出するステップと、 − その後任意的に、溶融鉄（１７）を排出し、これにより、溶解炭素を含有している残留溶融鉄（２５）が前記反応容器（７）内に残されるステップと、を備えていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鋼産業に由来し、還元剤が添加された酸化鉄粒子を含むスラグ（slag）、並びに、このスラグの酸化鉄粒子、及び、任意的に設けられ、前記還元剤によって還元される他の金属酸化物を利用するプロセス、及び、このプロセスを実行するための装置（installation）に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼産業から発生するスラグの選鉱プロセスは、環境に適合するスラグを形成することを目的としており、特に経済的に利用可能であること、例えばコンクリートのクリンカー（clinker）の代替物を生産するための素材として使用可能であることが要求される。
【０００３】
この種のプロセスは例えば特許文献１若しくは特許文献２から公知である。 従って、製鋼スラグのような酸化鉄を含有しているスラグは、鉄鉱石、基本的に脆弱な鉱石（basic weak ores）、圧延スケール（rolling mill scale）若しくは冶金学的なダスト、及び、石灰のような酸化鉄担持体と混合され、そしてこのように形成されたフェライトスラグは還元炉内で還元され、これにより、燃焼される炭素と共に鉄浴と焼結相とがそれぞれ形成され、若しくは熱風が噴出される。
【０００４】
これら公知のプロセスの欠点は、前記浴の下方からの残留材料及び石炭の噴出に起因する大量の排ガス及びダストのロスである。 別な欠点は、スラグの酸化鉄粒子の還元が、化学的に若しくは熱風によって、すなわち炭素の燃焼によって化学的に補償される際の吸熱還元反応によって生じる熱損失である。 これらの手段は高い乱流を生じ、このため、より高いダスト含有量（dust content）及び大量の排ガスにより大きな炭素ロスをもたらす。 炭素燃焼によって生じる化学的な加熱によって化学平衡、ひいてはスラグの処理の際のプロセスの方向性にも影響が及ぼされる。 高い二酸化炭素排出を生じることが避けられないと、間もなく支払うべき二酸化炭素税の観点から経済的に不利を伴う上、地球に優しいプロセスのトレンドにも沿わないものである。 更には、スラグの利用は、複雑な設計で高い投資コストを要する変換炉若しくは静置式の還元反応炉で行う必要がある。
【０００５】
公知のプロセスの別な欠点は、作動が不連続であるということである。 すなわち処理されるスラグは充填されて処理を終え、且つ、その後、それぞれ流し込むか取り出さなければならない。 これにより、各々のスラグバッチについて、反応容器内に存在している化学組成の実質的な変化に伴う激しい反応が生じ、次いで、反応容器、すなわち変換炉若しくは静置式の還元反応炉の耐火性の内張りに高い応力を生じてしまう。 この高い応力は上述した化学的な加熱によって更に増大されてしまう。
【特許文献１】国際公開第９６／２４６９６号パンフレット
【特許文献２】国際公開第９７／４６７１７号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前述した欠点及び困難性を解消し、冒頭に記載した種類のプロセスと、このプロセスを実施するための装置を、簡単な手段で得ると共に、安価な投資コストだけで提供することを目的としている。 更には、ダストのロスをできるだけ回避し、軽微な保守作業及び修理作業のみを必要とする、すなわち、反応容器内に存在している化学組成が、スラグの充填とダストの噴出によっても連続的に、全体的にはごく僅かだけ変化するようにすることを目的としている。 本発明の別な要点は、スラグの選鉱が熱の導入、すなわちエネルギーの供給によって影響を受けることなく行われるように、吸熱還元の際に生じる熱消費が、化学平衡の変化を全く生じさせない熱の供給によって補償されている点にある。 この種の熱の供給によって、将来的に支払うべき二酸化炭素税の観点から、二酸化炭素節約という利点を利用することができるようにするために、前述した従来技術よりも低い二酸化炭素排出量がもたらされる。 また、従来技術と比較して低減された排ガス量によって、ダストの噴出がより低くなり、これにより導入された材料をより効率的に利用することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、上記目的は以下の特徴を組み合わせることによって達成される：
− 反応容器、好ましくは傾斜可能なパン型反応器内の溶解炭素を含有している残留溶融鉄上に、前記スラグを、ゆっくりと連続的に長時間に亘って充填するステップと、
− 前記スラグ、前記残留溶融鉄、及び新たに形成された溶融鉄を長時間に亘って電気的に加熱するステップと、
− 炭素を含有している還元剤を、ガス、好適には不活性ガスと共に、前記スラグと前記溶融鉄との間の境界面に近接する領域内へ、若しくは直接的に前記溶融鉄内へ、ランスによって長時間に亘って噴出させ、これにより、炭素を前記溶融鉄内で溶解させると共に、前記溶融鉄と前記スラグとを混合させるステップと、
− 前記溶融鉄内の前記還元剤の前記炭素を溶解させるステップと、
− 金属鉄及び一酸化炭素を形成しつつ、前記スラグの酸化鉄粒子を長時間に亘って還元させるステップと、
− 結果として生じる一酸化炭素によって発泡スラグを長時間に亘って形成させるステップと、
− 酸素含有ガス若しくは酸素を前記発泡スラグに導入して、長時間に亘って一酸化炭素を二酸化炭素へと後燃焼させるステップと、
− 前記反応容器（７）の底部を不活性ガスで長時間に亘って洗浄するステップと、
− 前記処理されたスラグを排出するステップと、
− その後任意的に、溶融鉄を排出し、これにより、溶解炭素を含有している残留溶融鉄が前記反応容器内に残されるステップと、
を備えていることを特徴としている。
【０００８】
液状スラグの充填は、製鋼変換炉（例えばステンレス製鋼所におけるＬＤ変換炉若しくはＡＯＤ変換炉）のチャージ時間、及び、これにより生成される液状スラグの量を調整することによって行われる。 総体のサイズ及びチャージ速度は、製鋼変換炉において累積しているスラグの量が、本発明による還元炉内での取り出しの間の時間内に処理され得るように調整されている。 そのようにすると、また、スラグの量は２以上の変換バッチから収集され、そして還元炉内に連続的に充填され得る。
【０００９】
スラグは長時間に亘ってゆっくりと連続的に導入されるという事実によって、比較的少量の処理されるべきスラグは、既に存在していた量に基づいて、反応容器内に存在している相の組成がほんの僅かしか変化しないように、反応容器内に単位時間当たり導入される。 従って、遅くとも反応容器の最大能力に至った時点では、たとえ処理されるべきスラグの充填が、常に不連続に行われるとしても、いわば"擬似連続的な（quasi-continuous）"作動、すなわち使用される物質の連続的な変換が保証される。
【００１０】
"擬似連続性"は、連続的に量を増しているスラグ、残留溶融鉄及び新たに形成された溶融鉄を長時間に亘って電気的に加熱することによっても保証される。 更に、化学反応は前記加熱処理によっては影響されていない。 これにより、化学反応をより簡単に制御することができ、排出された生産物、すなわち処理されたスラグ及び処理された溶融鉄の品質に良い影響を及ぼすという利点を有している。
【００１１】
別の本質的な利点は、炭素を含有している還元剤を直接的に前記溶融鉄内へ、若しくは前記スラグと前記溶融鉄との間の境界面に近接する領域内へ、それぞれ噴出させることに由来しており、なぜならば、これにより、前記溶融鉄内へ噴出された炭素のほぼ全量が必然的に溶解され、更には、上昇するブローガスを介して溶融鉄とスラグとを混合させ、最適な形態での直接還元を引き起こすからである。 これによって、炭素を含有している金属液滴が金属酸化物を含有しているスラグと直接的に接触することにより、重要な役割、すなわち還元のために利用可能な大きな接触面（interface）がそのようにして形成されるという役割を果たしている。 その結果、スラグの還元能を有する金属酸化物が、前記金属溶融物内に溶解している炭素で直接的に還元される。
【００１２】
ランス（lance）による還元剤の導入も同様に重要である。 それは特に、この方法においては、底部羽口とは異なり、プロセスのための理想的な設定（特定高さの調整）を行うことができる可能性とされているからである。 底部羽口は、注入ガスを伴う排出ガス流内へのいわゆる吹き込み（blowing through）によって、添加剤を上方に吹き上げ、添加剤の実質的なロスを招き、ひいてはダストの大きな堆積の原因となる。 更にランスを用いれば、還元剤が金属浴内でより長時間滞留し、従って、金属浴内で還元剤からの炭素をより効率的に分離することができる。
【００１３】
また、残留材料、特に、作業場の廃棄残留物、ガスを純化するプロセスから生じる酸化鉄を含有しているダスト及び懸濁液、並びにスケール等のような冶金学的な残留材料が、ガス、好適には不活性ガスと共に、前記スラグと前記溶融鉄との間の境界面に近接する領域内へ、若しくは直接的に前記溶融鉄内へ、ランスによって、前記溶融鉄と前記スラグとを混合させながら、長時間に亘ってゆっくりと連続的に噴出されることが好ましい。
【００１４】
また、このプロセスは、ボーキサイト、有利にはレッドスラッジ（red sludge）のようなボーキサイトから抽出される残留材料、及び／若しくは、石灰粒子、及び／若しくは、ケイ素担体、有利にはフライアッシュ（fly ash）、コールドロン・アッシュ（cauldron ashes）若しくは消費された鋳物砂のようなケイ素を含有している残留材料を、ガス、好適には不活性ガスを介して、前記スラグ（２'）と前記溶融鉄（２５）との間の境界面（２６）に近接する領域内へ、若しくは直接的に前記溶融鉄（２５）内へ、ランス（１１）によって長時間に亘ってゆっくりと連続的に噴出させ、これにより、いずれの場合にも、前記溶融鉄（２５）と前記スラグ（２'）とが混合される
【００１５】
スラグの処理のために、残留材料及び／若しくは補助剤が、前記還元剤とは異なる高さ、好適には前記還元剤が噴出される高さよりも高い位置、例えば、前記溶融鉄と該溶融鉄の上に形成されている前記発泡スラグとの間の境界層領域内へ直接的に噴出されることが有利である。
【００１６】
好適な実施形態によれば、炭素を含有している還元剤及び／若しくは残留材料及び／若しくは補助剤の噴出は、前記反応容器内に存在している溶融鉄と該溶融鉄の上方に位置している前記スラグとの間の境界面に対して横断するように行われる。
【００１７】
本発明による目的のため、長時間に亘って実行されるべきプロセスのステップは、基本的には、前記スラグ及び任意的に溶融鉄を排出してから、次のスラグの排出まで実行され、従って、本質的に同調している。
【００１８】
処理されるべき冶金学的な残留材料内の鉱物材料の量は、特にスラグ及びダスト内では、還元可能な金属酸化物の量よりも多いので、処理される鉄溶融物よりも処理されるスラグの生成の方がずっと大規模なとなり、その結果、スラグが連続して数回排出されてから後にのみ、鉄溶融物が流入されるであろう。 長時間に亘って実行されるべきプロセスのステップが、各々の場合において、２回のスラグの連続する排出の間の時間内、任意的に鉄溶融物の排出及びその後のスラグの排出の後に生じる場合、処理されるべき残留材料、すなわち特にスラグ及びダストは、単位時間当たりできるだけ少ない量で添加することが可能とされる。 これは製鋼所のロジスティック、すなわち生成され単位時間当たりで処理すべき液状スラグのロジスティックに一致するものである。 しかしながら、例えば、空になったスラグ容器を満タンの容器と交換したり、中間サンプルを取り出したり、一時的に補助剤等を増量することによってスラグの組成を調整する目的のために、スラグの導入及び／若しくは残留材料及び／若しくは還元剤の噴出を一時的に中断する必要が生じる場合もあろう。 本発明のプロセスによれば、かかる充填及び噴出の中断だけでなく電気的な加熱の中断も互いに独立して実現可能であり、これにより要求に対する理想的な調整が、２回のスラグの取り出しの間の時間内に行われる。
【００１９】
炭素が排ガス内に吹き込まれることを防止すると共に、発泡スラグの上部領域内の酸化ゾーンにおける炭素の燃焼を防止するために、炭素を含有している還元剤の噴出は、前記溶融鉄内で炭素の最大飽和限度に達するまでの間だけ実行されることが好ましい。
【００２０】
還元の際に形成されている一酸化炭素の一部を効率的に後燃焼させることを保証するために、この後燃焼は還元工程に悪影響を及ぼすものではないが、前記スラグへの酸素含有ガス若しくは酸素の導入は、前記スラグの高さの上半分で、有利には上端から３分の１の高さで実行される。
【００２１】
特に補助剤及び／若しくは残留材料を、前記スラグと前記溶融鉄との間の境界面の両側であって、前記スラグの全高さの最大２５％を超えて延在する高さ領域に、若しくは、好適には、前記スラグの全高さの最大１０％をそれぞれ超えて延びる前記溶融鉄内の同一高さ領域に、（あるいは左右を入れ替えて）注入することが有利であることが明らかとなった。
【００２２】
特に導入物質の迅速な変換のために、これらの物質は、略水平方向に、若しくは、理想的には平坦な前記境界面に向けて僅かに横方向に、前記ランスの排出開口部を介して噴出される。
【００２３】
電気的な加熱は、電気アークを介して生じさせるか、及び／若しくは、形成されている発泡スラグによって電気アークによる燃焼が不可能である場合には、抵抗加熱を介して生じさせることが好ましい。
【００２４】
前記スラグは、少なくとも部分的に液状状態で充填される。
【００２５】
特定のプロセスの特徴は、金属酸化物の還元が、特に、酸素を用いて炭素を燃焼させて一酸化炭素を生成するよりも、むしろ前記金属溶融物内に溶解されている炭素による直接還元を介して一次的に行われる点にある。
【００２６】
例えばＭｎＯ、Ｃｒ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５のような還元性の低い化合物を、処理されたスラグにおいて適宜所望されるように低価に還元するために、アルミニウム、フェロシリコン、カルシウムカーバイド等のような炭素に対してより強力な還元剤を、処理された前記スラグの排出に先立って、還元の最終段階で使用することが好ましい。
【００２７】
処理されたスラグの特性を追加的に調整するために、必要であれば、還元剤の追加が完了した際に、補助剤が更に追加される。 本発明で可能となる前記追加は、一時的に独立して制御された方式で行われることができ、このような追加には、とりわけ、ＭｎＯ若しくはＰ２Ｏ５のような酸化物のより効率的な還元が、より低い塩基強度（basic strength）で初期的に生じ、その後にのみスラグ組成が所望の塩基強度にまで調整されるという利点がある。
【００２８】
更には、本発明のプロセスにより、微粒鉱石、クロム鉄鉱石等のような酸化鉄を含有している鉱石の導入が、同様に有利なことに噴出ランスを介して可能となる。
【００２９】
本発明によれば、可能な限り大きな高さの発泡スラグが形成されると考えられ、それゆえに、使用される還元炉容器の高さは、発泡スラグの高さよりも大きくなるように選択される。 この理由のため、前記スラグの高さを測定し、最大許容高さを超え、且つ、前記スラグ高さの限界値が不足している場合には矯正手段を講じられる。
【００３０】
前記スラグからの液滴の堆積は、残留材料及び／若しくは補助剤及び／若しくは還元剤が導入される後まで待たれ、且つ、前記処理されたスラグの排出に先立って行われる。
【００３１】
前記反応容器内の耐火性材料に対する損傷を避けるため、前記反応容器内での前記スラグの処理は、前記スラグの造粒化のための温度よりも低い温度で実行される。
【００３２】
また本発明は、プロセスを実行するための装置であって、
− 内部の高さが最大径を超える傾斜可能なパン型反応器を備え、該パン型反応器が、
− ガス、好適には不活性ガスを供給する底部羽口及び／若しくは底部洗浄レンガと、
− 酸素を供給すると共に前記パン型反応器に上方から挿入可能とされた少なくとも１つのランスであって、
− 炭素を含有している還元剤を供給すると共に、前記パン型反応器に上方から挿入可能とされた少なくとも１つのランスと、
− 電気加熱装置、好適には上方から挿入可能とされた電気アーク電極と、
を備えていることを特徴とするものである。
【００３３】
処理されるべきスラグを長時間に亘って反応容器内に導入するために、液状スラグのための、ゆっくりと傾斜可能なスラグ充填装置が設けられ、この場合において、傾斜させる速度は、一次的な技術単位（technical units）、特に変換炉（通常は、ステンレス製鋼所の場合、それぞれＬＤ変換炉若しくはＡＯＤ変換炉）から発生する液状スラグの充填期間に従って調整される。
【００３４】
固形状のスラグを導入するために、別な充填装置、好適には振動樋若しくは注ぎ口として設計されているスラグ充填装置を備えていることが便宜であることが明らかとなった。
【００３５】
前記パン型反応器は、残留材料及び／若しくは補助剤を噴出するために、上方から挿入可能な少なくとも一つのランスを備えていることが有利である。
【００３６】
廃物パッケージのような比較的大きな塊状の供給材料をも供給できるようにするために、前記反応容器は、この供給を可能にするような開口部を備えている。 該開口部は、前記反応容器の蓋に形成されており、排ガス吸入のための負圧を維持するようにも機能している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
好適な実施形態では、前記ランスが、前記還元剤のための少なくとも１つの排出開口部（２８）と、より高位に設けられた、残留材料及び／若しくは補助剤のための少なくとも１つの排出開口部とを備えている。
【００３８】
以下において、本発明は図１に示された流れ図及びいくつかの典型的な実施形態によって更に詳細に説明されている。 図２は、本発明の反応容器の側面図であり、図３は、この反応容器の平面図である。 図４は、挿入時の反応容器の断面図である。
【００３９】
製鋼用の反応炉が参照符号１で示されており、一方、スラグ２（図示されている場合においてはＬＤスラグである）は、スラグレードル３に流入され、他方、鋼４が排出されている。 前記スラグレードル３からは、スラグ２が搬送レードル５を介して傾斜スタンド６に至り、前記搬送レードル５を傾けることによって、液状スラグ２は、直立した傾斜可能なパン型反応器７内にゆっくりと連続的に流れ込むように取り扱われている。
【００４０】
スラグ２の充填は好適には、この種の充填が物流的に可能であると共に妥当であるよう、液状状態で行われる。 このことは例えば変換スラグ（それぞれ、Ｃ鋼についてはＬＤスラグ、ステンレス鋼についてはＡＯＤスラグ）について可能である。 この種の充填が好適とされる理由は、液状スラグ２の高い熱含有量の結果としてのエネルギー的な利点があり、従って、金属酸化物を加熱・還元するためのエネルギー必要量を小さくすることができるからである。
【００４１】
残留している溶融鉄２５は、スラグ２を最終的に取り出した後も依然としてパン型反応器７内に含まれている。 前記溶融鉄は修理作業の場合にのみ完全に取り出されるものであって、それ以外では、十分な高さ（典型的には少なくとも０．６ｍ）を有する少なくとも一の金属の溶融溜め（sump）が、反応容器７内に常時存在している。 典型的には、５番目毎のスラグ取り出しの後、その間に金属酸化物の還元の結果として形成される追加的な金属浴も、該金属浴の最大高さ（典型的には約１．２５ｍ）を超えず、その結果、発泡スラグの形成のために十分な余裕高（freeboard）を維持するために取り出される。
【００４２】
液状スラグ２を充填している期間では、含有されている金属酸化物（初期的にはＦｅＯｘ、また追加的にはＭｎＯ；また、ステンレススラグの場合には十分な量のＣｒ２Ｏ３及びＮｉＯ）の還元は既に、前記金属中に含まれている溶解炭素との反応の結果として生じている。
【００４３】
傾斜可能なパン型反応器７は、その最大内径８を超える高さ９を有している。 電極加熱手段１０、並びに、保存容器１２から供給された還元剤、補助剤、及び／若しくは残留材料、及び／若しくは鉱石のような供給材料を不活性ガスと共に噴出を生じさせるために上方から挿入可能とされている一以上のランス１１が設けられている。 また、サンプル抽出のためのデバイス１３も設けられている。 これらランス１１は、その端部で、物質を導入するために横方向に配列された排出開口部と共に設けられている。 窒素ガスのような不活性ガスを導入するための洗浄用羽口１４が、パン型反応器７の底部に設けられている。 更に、ランス１５が酸素を噴出するために設けられている。 該ランスはパン型反応器の内部空間の上部まで、すなわち形成されている発泡スラグ内までにしか延在されていない。
【００４４】
処理されたスラグ１６及び処理された溶融鉄１７を排出するために、パン型反応器７は傾斜されており、処理されたスラグ１６は搬送レードル１８内に押し込まれ、次いで造粒装置１９'まで搬送される。 溶融鉄１７が排出される場合には、同じくスラグ１６を排出した後にパン型反応器７を傾斜させることによって達成され、溶融鉄１７は任意的に搬送レードル１９によってレードル処理スタンド２０まで移送され、次いで、変換炉１まで移送される。
【００４５】
図２及び図３から理解されるように、電極１０はパン型反応器７の排ガスを吸入するための蓋２１の中心を貫通されており、一方、酸素を供給しているランス１５は、蓋２１に形成されている開口部２３の側部に設けられており、排出ライン２２に接続されていると共にバーナー２３'を備えている。
【００４６】
図１に概略的に示されているように、例えば振動樋（vibrating chute）２４のような移送手段が固化されたスラグを導入するために設けられており、この振動樋により、固体の塊状スラグが長時間に亘って、好適には２回の流入工程の間に亘ってパン型反応器７にも導入され得る。
【００４７】
図４は、パン型反応器７の内部における処理の様子を示している。 前記反応器内には、新たに形成された溶融鉄によって補充された（銑鉄の）残留溶融鉄２５が存在している。 発泡状態のスラグ２'は溶融鉄２５の上方に位置している。 ランス１１はパン型反応器７の内部の深部に至っており、その下端側で、還元剤２９を導入するための排出開口部２８が側面に形成されている。 ランス１１の前記端部は、デュアルポートのランスが溶融鉄２５内へ前進して押し込まれるように構成されている。 それに加えて、溶融鉄２５とスラグ２'との境界面２６に近接して、ランス１１には、補助剤及び／若しくは残留材料２７及び任意的に鉱石を導入するための別な排出開口部３０が形成されている。 固体状のスラグ２"は同じく図４に示されている。
【００４８】
酸素供給ランス１５は、発泡状態のスラグ２'の上部領域内に突出されており、スラグの還元を行う際に一酸化炭素の後燃焼を行うものである。 前記上部領域において、酸化ゾーン３２が還元ゾーン３１の上方に形成されている。
【００４９】
反応を加速するために、不活性ガス（好適には窒素）がパン型反応器７の底部に挿入された洗浄用羽口１４を介して噴出されている。
【００５０】
発泡スラグの高さを制御するために、例えばカメラ、レーザ若しくは超音波といった手段により、この発泡スラグの高さを測定するための装置が設けられている。
【００５１】
本発明の装置の動作は以下の２つの実施例によって示されている。
【００５２】
［実施例Ａ］
ここに示したスラグ及び残留材料の量は、前記ＬＤプロセスに従って１トンの液状の鋼（ＬＳ：liquid steel）、炭素鋼（たとえば構造鋼）を生産する際に、それらスラグ及び残留材料が堆積する典型的な特定の量である。
【００５３】
そのために必要とされる還元剤２９、補助剤２７及び電気的なエネルギーの量も示されている。
【００５４】
【表１】
【００５５】
［表１］に示されている組成の１１０［kg/t LS］の液状ＬＤスラグ２は、ＬＤ変換炉１からスラグレードル３へと流入される。 該スラグレードル３の内容物（content）は搬送レードル５内へ移される。 それに続いて、前記搬送レードル５は傾斜スタンド６に取り付けられ、液状スラグ２は、傾斜可能なパン炉状の反応器７内の銑鉄金属浴２５上へゆっくりと連続して注ぎ込まれる。
【００５６】
１２［kg/t LS］のパン炉スラグ２"及び８［kg/t LS］の脱硫（Ｄｅ−Ｓ−：desulphurization）スラグが、振動樋２４及び注ぎ口を介してパン型反応器７内にゆっくりと連続して充填される（組成も［表１］に記載されている）。
【００５７】
スラグ２、２"を加熱すると共に熱損失を補償し、溶解酸素によって吸熱反応で金属酸化物（特に酸化鉄）を直接的に還元するための（９０［kWh/t LS］の）エネルギーが３つの電極１０を介して導入されている。
【００５８】
導入されたスラグ２、２"の金属酸化物の還元は、液状の銑鉄２５内に溶解している炭素を使用して、直接還元を介する充填及び同時に生じる加熱の際に既に生じている。 消費された炭素は、還元剤２９、すなわち４．７［kg/t LS］の石炭のダスト及び２［kg/t LS］のコークスを金属浴２５内に深く注入することによって置換されている（解析：［表２］参照）。
【００５９】
【表２】
【００６０】
還元剤２９に加えて、典型的にはＣ製鋼工程において堆積される残留材料２７、すなわち１７［kg/t LS］のＬＤダスト、１５［kg/t LS］の高炉ダスト、及び５［kg/t LS］のスケールが、噴出ランス１１を介してＮ２と共に噴出される（［表１］に組成を示す）。 これら酸化鉄を含有している残留材料の噴出は、溶融鉄２５／スラグ２の境界層２６の表面を増大させるために該境界層の近くで発生している。
【００６１】
クリンカーの代替物としての水硬性バインダー（hydraulic binder）のための最適なスラグの組成を調整するために、３５［kg/t LS］のフライアッシュがＳｉＯ２供給源として追加的に噴出されている。
【００６２】
６［Nm３N２/t LS］が空圧的による噴出及び底部洗浄のために必要とされる。
【００６３】
還元は１４２０℃で生じる。 この温度範囲では、還元の際に一酸化炭素が生じることにより、発泡スラグ２'が生成される。 金属酸化物内に選択的に分散されている金属液滴と金属酸化物との大きな接触面積によって、前記金属液滴内に溶解している炭素を介して効率の良い直接還元が行われる。 エネルギーバランスを改善すると共にここに示した電気的な加熱能力値を達成するために、還元の際に生成する一酸化炭素の部分的な後燃焼がＯ２によって発生している。 ４［kg/t LS］の酸素が、発泡スラグ２'の上部の３分の１のところでＯ２ランス１５を介して噴出され、２５％の一酸化炭素を二酸化炭素に酸化させている。 この比較的低い度合いの後燃焼は容易に制御可能であり、放出されたエネルギーの効率的な熱移動をもたらし、これによりエネルギーは発泡スラグ２'及び金属溶融物２５内に戻される。 Ｏ２の噴出は、前記酸化ゾーン３２が前記還元ゾーン３１とできるだけ混合しないように行われ、還元ゾーン３１内で金属酸化物粒子の還元が生じている。
【００６４】
その後の完全燃焼の結果として、排ガス中には、具体的には４５［kg/t LS］の二酸化炭素のみが見られる。 これは好ましい直接還元と電気的な加熱とによってのみ達成され得る非常に低い値であり、従って、近い将来の二酸化炭素税の観点からも有利である。
【００６５】
１［kg/t LS］では、石炭の深部までの注入及び発泡スラグ２'のフィルタ効果によって、ダスト含有量は極めて低くなっており、フィルタのダストの排出を回避する点からも有利となっている。
【００６６】
ＬＤスラグ２の全量が変換された後、残っている残留材料２７及び還元剤２９の噴出が完了し、還元が完了すると、スラグサンプルが取り出され、事前に計算された解析による適合性がチェックされる。 生成された１２５［kg/t LS］のスラグ１６の達成目標解析が［表３］に含まれている。
【００６７】
【表３】
【００６８】
次に、一方では処理されたスラグ１６の造粒化のための温度を得るために、及び、他方では低減された粘度の結果として発泡スラグからの分散された金属液滴の堆積を促進するために、温度が１４５０℃まで上昇される。 この目的のために、５分の待ち時間が設けられる。
【００６９】
その後、残存している量を除いたスラグは、反応容器７を傾斜させることによって搬送レードル１８に注ぎ込まれる。 搬送レードル１８の内容物は、乾燥造粒装置１９'内に充填される。 迅速なガラス状への固化を伴う造粒化は、スラグ噴流を回転ディスク上の微粒液滴へと分離させると共に、該微粒液滴を空気流内で速やかに冷却することによって生じる。
【００７０】
還元（解析：［表４］参照）から得られる５４［kg/t LS］の金属を含む金属浴２５は、パン型反応器７内でのスラグ処理毎に取り出すことはせず、十分な余裕高が無くなるまで発泡スラグ２'は反応器内に残存している。 典型的には、取り出しは５回の処理の後に行われるが、必要であれば、パン型反応器７の形状によって変更することができる。
【００７１】
【表４】
【００７２】
その後、パン型反応器７は処理位置まで戻され、ＬＤスラグ２の次のバッチが再びゆっくりと連続的に加えられる。 以後の処理ステップが上述したパターンに従って繰り返される。
【００７３】
５回の処理に続いて、金属浴２５も少なくとも０．６ｍの高さの金属の溶融溜めを除いて取り出され、脱燐処理（De-P treatment）を受ける。 その結果、前記金属浴は、総合的な冶金工場で利用可能な銑鉄量を増大させ、ひいては生産量を増大させるか、または、一次的なコークス化設備及び高炉設備における素材、エネルギー、及び二酸化炭素生成量を節減させる。
【００７４】
［実施例Ｂ］
ここに示したスラグ及びダストの量は、典型的には１トンの液状ステンレス鋼を生産する際に堆積する特定の量である。
【００７５】
そのために必要とされる還元剤２９、補助剤２７及び電気的なエネルギーの量も計算されて示されている。
【００７６】
【表５】
【００７７】
［表５］に示されるような組成を有する３１７［kg/t LS］の液状ステンレス（ＡＯＤ）のスラグ２が、ＡＯＤ変換炉１からスラグレードル３に流入される。 前記スラグレードル３の内容物は、搬送レードル５内へ移される。 それに続いて、前記搬送レードル５は傾斜スタンド６に取り付けられ、液状スラグ２は、傾斜可能なパン炉状の還元ユニット７内のクロム／ニッケルを含有している残留金属浴２５上へゆっくりと連続して注ぎ込まれる。
【００７８】
スラグ２を加熱すると共に熱損失を補償し、溶解酸素によって吸熱反応で金属酸化物（特に酸化鉄だけでなく多量のクロム酸化物及びニッケル酸化物）を直接還元するための（２０４［kWh/t LS］の）エネルギーが３つの電極１０を介して導入されている。
【００７９】
導入されたスラグ２の金属酸化物の還元は、合金化された銑鉄内に溶解している炭素を使用して、直接還元を介する充填及び同時に生じる加熱の際に既に生じている。 消費された炭素は、還元剤２９、すなわち６．１［kg/t LS］の石炭のダスト及び２．０［kg/t LS］のコークスを金属浴２５内に深く注入することによって置換されている（解析：［表６］参照）。
【００８０】
【表６】
【００８１】
還元剤２９に加えて、典型的にはステンレス製鋼工程において堆積される残留材料２７、すなわち多量のクロム及びニッケルを含有している３６［kg/t LS］のステンレスダストが、噴出ランス１１を介して噴出される（［表５］に組成も示す）。 噴出は、溶融鉄２５／スラグ２'の境界層２６の表面を増大させるために該境界層の近くで発生している。
【００８２】
クリンカーの代替物としての水硬性バインダーのための最適なスラグの組成を調整するために、７０［kg/t LS］のフライアッシュがＳｉＯ２供給源として追加的に噴出されている。 有利なことに、比較的高い炭素を含有しているフライアッシュが使用されている。
【００８３】
７［Nm３N２/t LS］が空圧的による噴出及び底部洗浄のために必要とされる。
【００８４】
還元は炭素と共に１４３０℃で生じる。 この温度範囲では、還元の際に一酸化炭素が生じることにより、発泡スラグ２'が生成される。 金属酸化物内に選択的に分散されている金属液滴と金属酸化物との大きな接触面積によって、前記金属液滴内に溶解している炭素を介して効率の良い直接還元が行われる。
【００８５】
エネルギーバランスを改善すると共にここに示した電気的な加熱能力値を達成するために、還元の際に生成する一酸化炭素の部分的な後燃焼がＯ２によって発生している。 ４．０［kg/t LS］の酸素が、発泡スラグ２'の上部の３分の１のところでＯ２ランス１５を介して噴出され、２５％の一酸化炭素を二酸化炭素に酸化させている。 この比較的低い度合いの後燃焼は容易に制御可能であり、放出されたエネルギーの効率的な熱移動をもたらし、これによりエネルギーは発泡スラグ２'及び金属溶融物２５内に戻される。 Ｏ２の噴出は、前記酸化ゾーン３２が前記還元ゾーン３１とできるだけ混合しないように行われ、還元ゾーン３１内で金属酸化物粒子の還元が生じている。
【００８６】
その後の完全燃焼の結果として、排ガス中には、具体的には４４［kg/t LS］の二酸化炭素のみが見られる。 これは好ましい直接還元と電気的な加熱とによってのみ達成され得る非常に低い値であり、従って、近い将来の二酸化炭素税の観点からも有利である。
【００８７】
１．２［kg/t LS］では、石炭の深部までの注入及び発泡スラグ２'のフィルタ効果によって、ダスト含有量は極めて低くなっており、フィルタのダストの排出を回避する点からも有利となっている。
【００８８】
ステンレススラグ２、ステンレスダスト２７及びフライアッシュを充填する段階の後、及び金属浴２５内に溶解している炭素による還元の後、ここでは炭素は還元剤２９の噴出によって置換されているのであるが、スラグサンプルが取り出され、事前に計算された解析による適合性がチェックされる。 その後、還元性の低い内容物、特にＣｒ２Ｏ３を還元するために、１［kg/t LS］のＦｅ７５Ｓｉが、より強力な還元剤として追加され、５分の待ち時間が設けられる。 生成された３５４［kg/t LS］のスラグ１６の達成目標解析が［表７］に含まれている。
【００８９】
【表７】
【００９０】
次に、一方では処理されたスラグ１６の造粒化のための温度を得るために、及び、他方では低減された粘度の結果として発泡スラグ２'からの分散された金属液滴の堆積を促進するために、温度が１４６０℃まで上昇される。 この目的のために、５分の待ち時間が設けられる。
【００９１】
その後、残存している量を除いたスラグは、パン型反応器７を傾斜させることによって搬送レードル１８に注ぎ込まれる。 搬送レードル１８の内容物は、乾燥造粒装置１９'内にる充填される。 迅速なガラス状への固化を伴う造粒化は、スラグ噴流を回転ディスク上の微粒液滴へと分離させると共に、該微粒液滴を空気流内で速やかに冷却することによって生じる。
【００９２】
還元（解析：［表８］参照）から得られる５０［kg/t LS］の金属を含む金属浴２５は、パン型反応器７内でのスラグ処理毎に取り出すことはせず、十分な余裕高が無くなるまで発泡スラグ２'は反応器内に残存している。 典型的には、取り出しは５回の処理の後に行われるが、必要であれば、パン型反応器７の形状によって変更することができる。
【００９３】
【表８】
【００９４】
その後、パン型反応器は処理位置まで戻され、ＬＤスラグ２の次のバッチが再びゆっくりと連続的に加えられる。 以後の処理ステップが上述したパターンに従って繰り返される。
【００９５】
５回の処理に続いて、金属浴２５も少なくとも０．６ｍの高さの金属の溶融溜めを除いて取り出され、必要であれば脱燐処理を受ける。 その結果、前記金属浴は、総合的な冶金工場で利用可能な銑鉄量を増大させ、ひいては生産量を増大させるか、または、一次的なコークス化設備及び高炉設備における素材、エネルギー、及び二酸化炭素生成量を節減させる。
【００９６】
本発明によるプロセスの主要な利点は種々の残留材料、及び、必要であれば補助剤を噴出させることにより、生成されたスラグの選択的な微調整を行うことが可能となる点にある。 好適には、種々の供給材料についての必要量は、当該供給材料の公知の解析に基づいて処理モデル内で計算され、それぞれの量が噴出設備のパラメータを制御することによって噴出される。 試験は、スラグ及び金属浴のサンプルを抽出することによって行われる。
【００９７】
一方では、温度は自動化された温度ランス（浸漬熱電対）を用いることによって決定され得る。 他方では、温度は適宜に、好適には連続的にパイロメータによって制御され得る。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の典型的な実施形態の流れ図である。
【図２】図１に示されている反応容器の側面図である。
【図３】図１に示されている反応容器の平面図である。
【図４】ランス挿入時の反応容器の断面図である。
【符号の説明】
【００９９】
１ 反応炉
２，２'，２" スラグ
３ スラグレードル
４ 鋼
５ 搬送レードル
６ 傾斜スタンド
７ パン型反応器
８ 最大内径
９ 高さ
１０ 電極加熱手段
１１，１５ ランス
１２ 保存容器
１３ サンプル抽出のためのデバイス
１４ 洗浄用羽口
１６ 処理されたスラグ
１７，２５ 溶融鉄
１８，１９ 搬送レードル
１９' 造粒装置
２０ レードル処理スタンド
２１ 蓋
２２ 排出ライン
２３ 開口部
２３' バーナー
２４ 振動樋
２６ 境界面
２７ 残留材料
２８，３０ 排出開口部
２９ 還元剤
３１ 還元ゾーン
３２ 酸化ゾーン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鋼産業に由来し、還元剤が添加された酸化鉄粒子を含むスラグ（slag）、並びに、このスラグの酸化鉄粒子、及び、任意的に設けられ、前記還元剤によって還元される他の金属酸化物を利用するプロセス、及び、このプロセスを実行するための装置（installation）に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼産業から発生するスラグの選鉱プロセスは、環境に適合するスラグを形成することを目的としており、特に経済的に利用可能であること、例えばコンクリートのクリンカー（clinker）の代替物を生産するための素材として使用可能であることが要求される。
【０００３】
この種のプロセスは例えば特許文献１若しくは特許文献２から公知である。 従って、製鋼スラグのような酸化鉄を含有しているスラグは、鉄鉱石、基本的に脆弱な鉱石（basic weak ores）、圧延スケール（rolling mill scale）若しくは冶金学的なダスト、及び、石灰のような酸化鉄担持体と混合され、そしてこのように形成されたフェライトスラグは還元炉内で還元され、これにより、燃焼される炭素と共に鉄浴と焼結相とがそれぞれ形成され、若しくは熱風が噴出される。
【０００４】
これら公知のプロセスの欠点は、前記浴の下方からの残留材料及び石炭の噴出に起因する大量の排ガス及びダストのロスである。 別な欠点は、スラグの酸化鉄粒子の還元が、化学的に若しくは熱風によって、すなわち炭素の燃焼によって化学的に補償される際の吸熱還元反応によって生じる熱損失である。 これらの手段は高い乱流を生じ、このため、より高いダスト含有量（dust content）及び大量の排ガスにより大きな炭素ロスをもたらす。 炭素燃焼によって生じる化学的な加熱によって化学平衡、ひいてはスラグの処理の際のプロセスの方向性にも影響が及ぼされる。 高い二酸化炭素排出を生じることが避けられないと、間もなく支払うべき二酸化炭素税の観点から経済的に不利を伴う上、地球に優しいプロセスのトレンドにも沿わないものである。 更には、スラグの利用は、複雑な設計で高い投資コストを要する変換炉若しくは静置式の還元反応炉で行う必要がある。
【０００５】
公知のプロセスの別な欠点は、作動が不連続であるということである。 すなわち処理されるスラグは充填されて処理を終え、且つ、その後、それぞれ流し込むか取り出さなければならない。 これにより、各々のスラグバッチについて、反応容器内に存在している化学組成の実質的な変化に伴う激しい反応が生じ、次いで、反応容器、すなわち変換炉若しくは静置式の還元反応炉の耐火性の内張りに高い応力を生じてしまう。 この高い応力は上述した化学的な加熱によって更に増大されてしまう。
【特許文献１】国際公開第９６／２４６９６号パンフレット
【特許文献２】国際公開第９７／４６７１７号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前述した欠点及び困難性を解消し、冒頭に記載した種類のプロセスと、このプロセスを実施するための装置を、簡単な手段で得ると共に、安価な投資コストだけで提供することを目的としている。 更には、ダストのロスをできるだけ回避し、軽微な保守作業及び修理作業のみを必要とする、すなわち、反応容器内に存在している化学組成が、スラグの充填とダストの噴出によっても連続的に、全体的にはごく僅かだけ変化するようにすることを目的としている。 本発明の別な要点は、スラグの選鉱が熱の導入、すなわちエネルギーの供給によって影響を受けることなく行われるように、吸熱還元の際に生じる熱消費が、化学平衡の変化を全く生じさせない熱の供給によって補償されている点にある。 この種の熱の供給によって、将来的に支払うべき二酸化炭素税の観点から、二酸化炭素節約という利点を利用することができるようにするために、前述した従来技術よりも低い二酸化炭素排出量がもたらされる。 また、従来技術と比較して低減された排ガス量によって、ダストの噴出がより低くなり、これにより導入された材料をより効率的に利用することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、上記目的は以下の特徴を組み合わせることによって達成される：
− 反応容器、好ましくは傾斜可能なパン型反応器内の溶解炭素を含有している残留溶融鉄上に、前記スラグを、ゆっくりと連続的に長時間に亘って充填するステップと、
− 前記スラグ、前記残留溶融鉄、及び新たに形成された溶融鉄を長時間に亘って電気的に加熱するステップと、
− 炭素を含有している還元剤を、ガス、好適には不活性ガスと共に、前記スラグと前記溶融鉄との間の境界面に近接する領域内へ、若しくは直接的に前記溶融鉄内へ、ランスによって長時間に亘って噴出させ、これにより、炭素を前記溶融鉄内で溶解させると共に、前記溶融鉄と前記スラグとを混合させるステップと、
− 前記溶融鉄内の前記還元剤の前記炭素を溶解させるステップと、
− 金属鉄及び一酸化炭素を形成しつつ、前記スラグの酸化鉄粒子を長時間に亘って還元させるステップと、
− 結果として生じる一酸化炭素によって発泡スラグを長時間に亘って形成させるステップと、
− 酸素含有ガス若しくは酸素を前記発泡スラグに導入して、長時間に亘って一酸化炭素を二酸化炭素へと後燃焼させるステップと、
− 前記反応容器（７）の底部を不活性ガスで長時間に亘って洗浄するステップと、
− 前記処理されたスラグを排出するステップと、
− その後任意的に、溶融鉄を排出し、これにより、溶解炭素を含有している残留溶融鉄が前記反応容器内に残されるステップと、
を備えていることを特徴としている。
【０００８】
液状スラグの充填は、製鋼変換炉（例えばステンレス製鋼所におけるＬＤ変換炉若しくはＡＯＤ変換炉）のチャージ時間、及び、これにより生成される液状スラグの量を調整することによって行われる。 総体のサイズ及びチャージ速度は、製鋼変換炉において累積しているスラグの量が、本発明による還元炉内での取り出しの間の時間内に処理され得るように調整されている。 そのようにすると、また、スラグの量は２以上の変換バッチから収集され、そして還元炉内に連続的に充填され得る。
【０００９】
スラグは長時間に亘ってゆっくりと連続的に導入されるという事実によって、比較的少量の処理されるべきスラグは、既に存在していた量に基づいて、反応容器内に存在している相の組成がほんの僅かしか変化しないように、反応容器内に単位時間当たり導入される。 従って、遅くとも反応容器の最大能力に至った時点では、たとえ処理されるべきスラグの充填が、常に不連続に行われるとしても、いわば"擬似連続的な（quasi-continuous）"作動、すなわち使用される物質の連続的な変換が保証される。
【００１０】
"擬似連続性"は、連続的に量を増しているスラグ、残留溶融鉄及び新たに形成された溶融鉄を長時間に亘って電気的に加熱することによっても保証される。 更に、化学反応は前記加熱処理によっては影響されていない。 これにより、化学反応をより簡単に制御することができ、排出された生産物、すなわち処理されたスラグ及び処理された溶融鉄の品質に良い影響を及ぼすという利点を有している。
【００１１】
別の本質的な利点は、炭素を含有している還元剤を直接的に前記溶融鉄内へ、若しくは前記スラグと前記溶融鉄との間の境界面に近接する領域内へ、それぞれ噴出させることに由来しており、なぜならば、これにより、前記溶融鉄内へ噴出された炭素のほぼ全量が必然的に溶解され、更には、上昇するブローガスを介して溶融鉄とスラグとを混合させ、最適な形態での直接還元を引き起こすからである。 これによって、炭素を含有している金属液滴が金属酸化物を含有しているスラグと直接的に接触することにより、重要な役割、すなわち還元のために利用可能な大きな接触面（interface）がそのようにして形成されるという役割を果たしている。 その結果、スラグの還元能を有する金属酸化物が、前記金属溶融物内に溶解している炭素で直接的に還元される。
【００１２】
ランス（lance）による還元剤の導入も同様に重要である。 それは特に、この方法においては、底部羽口とは異なり、プロセスのための理想的な設定（特定高さの調整）を行うことができる可能性とされているからである。 底部羽口は、注入ガスを伴う排出ガス流内へのいわゆる吹き込み（blowing through）によって、添加剤を上方に吹き上げ、添加剤の実質的なロスを招き、ひいてはダストの大きな堆積の原因となる。 更にランスを用いれば、還元剤が金属浴内でより長時間滞留し、従って、金属浴内で還元剤からの炭素をより効率的に分離することができる。
【００１３】
また、残留材料、特に、作業場の廃棄残留物、ガスを純化するプロセスから生じる酸化鉄を含有しているダスト及び懸濁液、並びにスケール等のような冶金学的な残留材料が、ガス、好適には不活性ガスと共に、前記スラグと前記溶融鉄との間の境界面に近接する領域内へ、若しくは直接的に前記溶融鉄内へ、ランスによって、前記溶融鉄と前記スラグとを混合させながら、長時間に亘ってゆっくりと連続的に噴出されることが好ましい。
【００１４】
また、このプロセスは、ボーキサイト、有利にはレッドスラッジ（red sludge）のようなボーキサイトから抽出される残留材料、及び／若しくは、石灰粒子、及び／若しくは、ケイ素担体、有利にはフライアッシュ（fly ash）、コールドロン・アッシュ（cauldron ashes）若しくは消費された鋳物砂のようなケイ素を含有している残留材料を、ガス、好適には不活性ガスを介して、前記スラグ（２'）と前記溶融鉄（２５）との間の境界面（２６）に近接する領域内へ、若しくは直接的に前記溶融鉄（２５）内へ、ランス（１１）によって長時間に亘ってゆっくりと連続的に噴出させ、これにより、いずれの場合にも、前記溶融鉄（２５）と前記スラグ（２'）とが混合される
【００１５】
スラグの処理のために、残留材料及び／若しくは補助剤が、前記還元剤とは異なる高さ、好適には前記還元剤が噴出される高さよりも高い位置、例えば、前記溶融鉄と該溶融鉄の上に形成されている前記発泡スラグとの間の境界層領域内へ直接的に噴出されることが有利である。
【００１６】
好適な実施形態によれば、炭素を含有している還元剤及び／若しくは残留材料及び／若しくは補助剤の噴出は、前記反応容器内に存在している溶融鉄と該溶融鉄の上方に位置している前記スラグとの間の境界面に対して横断するように行われる。
【００１７】
本発明による目的のため、長時間に亘って実行されるべきプロセスのステップは、基本的には、前記スラグ及び任意的に溶融鉄を排出してから、次のスラグの排出まで実行され、従って、本質的に同調している。
【００１８】
処理されるべき冶金学的な残留材料内の鉱物材料の量は、特にスラグ及びダスト内では、還元可能な金属酸化物の量よりも多いので、処理される鉄溶融物よりも処理されるスラグの生成の方がずっと大規模なとなり、その結果、スラグが連続して数回排出されてから後にのみ、鉄溶融物が流入されるであろう。 長時間に亘って実行されるべきプロセスのステップが、各々の場合において、２回のスラグの連続する排出の間の時間内、任意的に鉄溶融物の排出及びその後のスラグの排出の後に生じる場合、処理されるべき残留材料、すなわち特にスラグ及びダストは、単位時間当たりできるだけ少ない量で添加することが可能とされる。 これは製鋼所のロジスティック、すなわち生成され単位時間当たりで処理すべき液状スラグのロジスティックに一致するものである。 しかしながら、例えば、空になったスラグ容器を満タンの容器と交換したり、中間サンプルを取り出したり、一時的に補助剤等を増量することによってスラグの組成を調整する目的のために、スラグの導入及び／若しくは残留材料及び／若しくは還元剤の噴出を一時的に中断する必要が生じる場合もあろう。 本発明のプロセスによれば、かかる充填及び噴出の中断だけでなく電気的な加熱の中断も互いに独立して実現可能であり、これにより要求に対する理想的な調整が、２回のスラグの取り出しの間の時間内に行われる。
【００１９】
炭素が排ガス内に吹き込まれることを防止すると共に、発泡スラグの上部領域内の酸化ゾーンにおける炭素の燃焼を防止するために、炭素を含有している還元剤の噴出は、前記溶融鉄内で炭素の最大飽和限度に達するまでの間だけ実行されることが好ましい。
【００２０】
還元の際に形成されている一酸化炭素の一部を効率的に後燃焼させることを保証するために、この後燃焼は還元工程に悪影響を及ぼすものではないが、前記スラグへの酸素含有ガス若しくは酸素の導入は、前記スラグの高さの上半分で、有利には上端から３分の１の高さで実行される。
【００２１】
特に補助剤及び／若しくは残留材料を、前記スラグと前記溶融鉄との間の境界面の両側であって、前記スラグの全高さの最大２５％を超えて延在する高さ領域に、若しくは、好適には、前記スラグの全高さの最大１０％をそれぞれ超えて延びる前記溶融鉄内の同一高さ領域に、（あるいは左右を入れ替えて）注入することが有利であることが明らかとなった。
【００２２】
特に導入物質の迅速な変換のために、これらの物質は、略水平方向に、若しくは、理想的には平坦な前記境界面に向けて僅かに横方向に、前記ランスの排出開口部を介して噴出される。
【００２３】
電気的な加熱は、電気アークを介して生じさせるか、及び／若しくは、形成されている発泡スラグによって電気アークによる燃焼が不可能である場合には、抵抗加熱を介して生じさせることが好ましい。
【００２４】
前記スラグは、少なくとも部分的に液状状態で充填される。
【００２５】
特定のプロセスの特徴は、金属酸化物の還元が、特に、酸素を用いて炭素を燃焼させて一酸化炭素を生成するよりも、むしろ前記金属溶融物内に溶解されている炭素による直接還元を介して一次的に行われる点にある。
【００２６】
例えばＭｎＯ、Ｃｒ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５のような還元性の低い化合物を、処理されたスラグにおいて適宜所望されるように低価に還元するために、アルミニウム、フェロシリコン、カルシウムカーバイド等のような炭素に対してより強力な還元剤を、処理された前記スラグの排出に先立って、還元の最終段階で使用することが好ましい。
【００２７】
処理されたスラグの特性を追加的に調整するために、必要であれば、還元剤の追加が完了した際に、補助剤が更に追加される。 本発明で可能となる前記追加は、一時的に独立して制御された方式で行われることができ、このような追加には、とりわけ、ＭｎＯ若しくはＰ２Ｏ５のような酸化物のより効率的な還元が、より低い塩基強度（basic strength）で初期的に生じ、その後にのみスラグ組成が所望の塩基強度にまで調整されるという利点がある。
【００２８】
更には、本発明のプロセスにより、微粒鉱石、クロム鉄鉱石等のような酸化鉄を含有している鉱石の導入が、同様に有利なことに噴出ランスを介して可能となる。
【００２９】
本発明によれば、可能な限り大きな高さの発泡スラグが形成されると考えられ、それゆえに、使用される還元炉容器の高さは、発泡スラグの高さよりも大きくなるように選択される。 この理由のため、前記スラグの高さを測定し、最大許容高さを超え、且つ、前記スラグ高さの限界値が不足している場合には矯正手段を講じられる。
【００３０】
前記スラグからの液滴の堆積は、残留材料及び／若しくは補助剤及び／若しくは還元剤が導入される後まで待たれ、且つ、前記処理されたスラグの排出に先立って行われる。
【００３１】
前記反応容器内の耐火性材料に対する損傷を避けるため、前記反応容器内での前記スラグの処理は、前記スラグの造粒化のための温度よりも低い温度で実行される。
【００３２】
また本発明は、プロセスを実行するための装置であって、
− 内部の高さが最大径を超える傾斜可能なパン型反応器を備え、該パン型反応器が、
− ガス、好適には不活性ガスを供給する底部羽口及び／若しくは底部洗浄レンガと、
− 酸素を供給すると共に前記パン型反応器に上方から挿入可能とされた少なくとも１つのランスであって、
− 炭素を含有している還元剤を供給すると共に、前記パン型反応器に上方から挿入可能とされた少なくとも１つのランスと、
− 電気加熱装置、好適には上方から挿入可能とされた電気アーク電極と、
を備えていることを特徴とするものである。
【００３３】
処理されるべきスラグを長時間に亘って反応容器内に導入するために、液状スラグのための、ゆっくりと傾斜可能なスラグ充填装置が設けられ、この場合において、傾斜させる速度は、一次的な技術単位（technical units）、特に変換炉（通常は、ステンレス製鋼所の場合、それぞれＬＤ変換炉若しくはＡＯＤ変換炉）から発生する液状スラグの充填期間に従って調整される。
【００３４】
固形状のスラグを導入するために、別な充填装置、好適には振動樋若しくは注ぎ口として設計されているスラグ充填装置を備えていることが便宜であることが明らかとなった。
【００３５】
前記パン型反応器は、残留材料及び／若しくは補助剤を噴出するために、上方から挿入可能な少なくとも一つのランスを備えていることが有利である。
【００３６】
廃物パッケージのような比較的大きな塊状の供給材料をも供給できるようにするために、前記反応容器は、この供給を可能にするような開口部を備えている。 該開口部は、前記反応容器の蓋に形成されており、排ガス吸入のための負圧を維持するようにも機能している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
好適な実施形態では、前記ランスが、前記還元剤のための少なくとも１つの排出開口部（２８）と、より高位に設けられた、残留材料及び／若しくは補助剤のための少なくとも１つの排出開口部とを備えている。
【００３８】
以下において、本発明は図１に示された流れ図及びいくつかの典型的な実施形態によって更に詳細に説明されている。 図２は、本発明の反応容器の側面図であり、図３は、この反応容器の平面図である。 図４は、挿入時の反応容器の断面図である。
【００３９】
製鋼用の反応炉が参照符号１で示されており、一方、スラグ２（図示されている場合においてはＬＤスラグである）は、スラグレードル３に流入され、他方、鋼４が排出されている。 前記スラグレードル３からは、スラグ２が搬送レードル５を介して傾斜スタンド６に至り、前記搬送レードル５を傾けることによって、液状スラグ２は、直立した傾斜可能なパン型反応器７内にゆっくりと連続的に流れ込むように取り扱われている。
【００４０】
スラグ２の充填は好適には、この種の充填が物流的に可能であると共に妥当であるよう、液状状態で行われる。 このことは例えば変換スラグ（それぞれ、Ｃ鋼についてはＬＤスラグ、ステンレス鋼についてはＡＯＤスラグ）について可能である。 この種の充填が好適とされる理由は、液状スラグ２の高い熱含有量の結果としてのエネルギー的な利点があり、従って、金属酸化物を加熱・還元するためのエネルギー必要量を小さくすることができるからである。
【００４１】
残留している溶融鉄２５は、スラグ２を最終的に取り出した後も依然としてパン型反応器７内に含まれている。 前記溶融鉄は修理作業の場合にのみ完全に取り出されるものであって、それ以外では、十分な高さ（典型的には少なくとも０．６ｍ）を有する少なくとも一の金属の溶融溜め（sump）が、反応容器７内に常時存在している。 典型的には、５番目毎のスラグ取り出しの後、その間に金属酸化物の還元の結果として形成される追加的な金属浴も、該金属浴の最大高さ（典型的には約１．２５ｍ）を超えず、その結果、発泡スラグの形成のために十分な余裕高（freeboard）を維持するために取り出される。
【００４２】
液状スラグ２を充填している期間では、含有されている金属酸化物（初期的にはＦｅＯｘ、また追加的にはＭｎＯ；また、ステンレススラグの場合には十分な量のＣｒ２Ｏ３及びＮｉＯ）の還元は既に、前記金属中に含まれている溶解炭素との反応の結果として生じている。
【００４３】
傾斜可能なパン型反応器７は、その最大内径８を超える高さ９を有している。 電極加熱手段１０、並びに、保存容器１２から供給された還元剤、補助剤、及び／若しくは残留材料、及び／若しくは鉱石のような供給材料を不活性ガスと共に噴出を生じさせるために上方から挿入可能とされている一以上のランス１１が設けられている。 また、サンプル抽出のためのデバイス１３も設けられている。 これらランス１１は、その端部で、物質を導入するために横方向に配列された排出開口部と共に設けられている。 窒素ガスのような不活性ガスを導入するための洗浄用羽口１４が、パン型反応器７の底部に設けられている。 更に、ランス１５が酸素を噴出するために設けられている。 該ランスはパン型反応器の内部空間の上部まで、すなわち形成されている発泡スラグ内までにしか延在されていない。
【００４４】
処理されたスラグ１６及び処理された溶融鉄１７を排出するために、パン型反応器７は傾斜されており、処理されたスラグ１６は搬送レードル１８内に押し込まれ、次いで造粒装置１９'まで搬送される。 溶融鉄１７が排出される場合には、同じくスラグ１６を排出した後にパン型反応器７を傾斜させることによって達成され、溶融鉄１７は任意的に搬送レードル１９によってレードル処理スタンド２０まで移送され、次いで、変換炉１まで移送される。
【００４５】
図２及び図３から理解されるように、電極１０はパン型反応器７の排ガスを吸入するための蓋２１の中心を貫通されており、一方、酸素を供給しているランス１５は、蓋２１に形成されている開口部２３の側部に設けられており、排出ライン２２に接続されていると共にバーナー２３'を備えている。
【００４６】
図１に概略的に示されているように、例えば振動樋（vibrating chute）２４のような移送手段が固化されたスラグを導入するために設けられており、この振動樋により、固体の塊状スラグが長時間に亘って、好適には２回の流入工程の間に亘ってパン型反応器７にも導入され得る。
【００４７】
図４は、パン型反応器７の内部における処理の様子を示している。 前記反応器内には、新たに形成された溶融鉄によって補充された（銑鉄の）残留溶融鉄２５が存在している。 発泡状態のスラグ２'は溶融鉄２５の上方に位置している。 ランス１１はパン型反応器７の内部の深部に至っており、その下端側で、還元剤２９を導入するための排出開口部２８が側面に形成されている。 ランス１１の前記端部は、デュアルポートのランスが溶融鉄２５内へ前進して押し込まれるように構成されている。 それに加えて、溶融鉄２５とスラグ２'との境界面２６に近接して、ランス１１には、補助剤及び／若しくは残留材料２７及び任意的に鉱石を導入するための別な排出開口部３０が形成されている。 固体状のスラグ２"は同じく図４に示されている。
【００４８】
酸素供給ランス１５は、発泡状態のスラグ２'の上部領域内に突出されており、スラグの還元を行う際に一酸化炭素の後燃焼を行うものである。 前記上部領域において、酸化ゾーン３２が還元ゾーン３１の上方に形成されている。
【００４９】
反応を加速するために、不活性ガス（好適には窒素）がパン型反応器７の底部に挿入された洗浄用羽口１４を介して噴出されている。
【００５０】
発泡スラグの高さを制御するために、例えばカメラ、レーザ若しくは超音波といった手段により、この発泡スラグの高さを測定するための装置が設けられている。
【００５１】
本発明の装置の動作は以下の２つの実施例によって示されている。
【００５２】
［実施例Ａ］
ここに示したスラグ及び残留材料の量は、前記ＬＤプロセスに従って１トンの液状の鋼（ＬＳ：liquid steel）、炭素鋼（たとえば構造鋼）を生産する際に、それらスラグ及び残留材料が堆積する典型的な特定の量である。
【００５３】
そのために必要とされる還元剤２９、補助剤２７及び電気的なエネルギーの量も示されている。
【００５４】
【表１】
【００５５】
［表１］に示されている組成の１１０［kg/t LS］の液状ＬＤスラグ２は、ＬＤ変換炉１からスラグレードル３へと流入される。 該スラグレードル３の内容物（content）は搬送レードル５内へ移される。 それに続いて、前記搬送レードル５は傾斜スタンド６に取り付けられ、液状スラグ２は、傾斜可能なパン炉状の反応器７内の銑鉄金属浴２５上へゆっくりと連続して注ぎ込まれる。
【００５６】
１２［kg/t LS］のパン炉スラグ２"及び８［kg/t LS］の脱硫（Ｄｅ−Ｓ−：desulphurization）スラグが、振動樋２４及び注ぎ口を介してパン型反応器７内にゆっくりと連続して充填される（組成も［表１］に記載されている）。
【００５７】
スラグ２、２"を加熱すると共に熱損失を補償し、溶解酸素によって吸熱反応で金属酸化物（特に酸化鉄）を直接的に還元するための（９０［kWh/t LS］の）エネルギーが３つの電極１０を介して導入されている。
【００５８】
導入されたスラグ２、２"の金属酸化物の還元は、液状の銑鉄２５内に溶解している炭素を使用して、直接還元を介する充填及び同時に生じる加熱の際に既に生じている。 消費された炭素は、還元剤２９、すなわち４．７［kg/t LS］の石炭のダスト及び２［kg/t LS］のコークスを金属浴２５内に深く注入することによって置換されている（解析：［表２］参照）。
【００５９】
【表２】
【００６０】
還元剤２９に加えて、典型的にはＣ製鋼工程において堆積される残留材料２７、すなわち１７［kg/t LS］のＬＤダスト、１５［kg/t LS］の高炉ダスト、及び５［kg/t LS］のスケールが、噴出ランス１１を介してＮ２と共に噴出される（［表１］に組成を示す）。 これら酸化鉄を含有している残留材料の噴出は、溶融鉄２５／スラグ２の境界層２６の表面を増大させるために該境界層の近くで発生している。
【００６１】
クリンカーの代替物としての水硬性バインダー（hydraulic binder）のための最適なスラグの組成を調整するために、３５［kg/t LS］のフライアッシュがＳｉＯ２供給源として追加的に噴出されている。
【００６２】
６［Nm３N２/t LS］が空圧的による噴出及び底部洗浄のために必要とされる。
【００６３】
還元は１４２０℃で生じる。 この温度範囲では、還元の際に一酸化炭素が生じることにより、発泡スラグ２'が生成される。 金属酸化物内に選択的に分散されている金属液滴と金属酸化物との大きな接触面積によって、前記金属液滴内に溶解している炭素を介して効率の良い直接還元が行われる。 エネルギーバランスを改善すると共にここに示した電気的な加熱能力値を達成するために、還元の際に生成する一酸化炭素の部分的な後燃焼がＯ２によって発生している。 ４［kg/t LS］の酸素が、発泡スラグ２'の上部の３分の１のところでＯ２ランス１５を介して噴出され、２５％の一酸化炭素を二酸化炭素に酸化させている。 この比較的低い度合いの後燃焼は容易に制御可能であり、放出されたエネルギーの効率的な熱移動をもたらし、これによりエネルギーは発泡スラグ２'及び金属溶融物２５内に戻される。 Ｏ２の噴出は、前記酸化ゾーン３２が前記還元ゾーン３１とできるだけ混合しないように行われ、還元ゾーン３１内で金属酸化物粒子の還元が生じている。
【００６４】
その後の完全燃焼の結果として、排ガス中には、具体的には４５［kg/t LS］の二酸化炭素のみが見られる。 これは好ましい直接還元と電気的な加熱とによってのみ達成され得る非常に低い値であり、従って、近い将来の二酸化炭素税の観点からも有利である。
【００６５】
１［kg/t LS］では、石炭の深部までの注入及び発泡スラグ２'のフィルタ効果によって、ダスト含有量は極めて低くなっており、フィルタのダストの排出を回避する点からも有利となっている。
【００６６】
ＬＤスラグ２の全量が変換された後、残っている残留材料２７及び還元剤２９の噴出が完了し、還元が完了すると、スラグサンプルが取り出され、事前に計算された解析による適合性がチェックされる。 生成された１２５［kg/t LS］のスラグ１６の達成目標解析が［表３］に含まれている。
【００６７】
【表３】
【００６８】
次に、一方では処理されたスラグ１６の造粒化のための温度を得るために、及び、他方では低減された粘度の結果として発泡スラグからの分散された金属液滴の堆積を促進するために、温度が１４５０℃まで上昇される。 この目的のために、５分の待ち時間が設けられる。
【００６９】
その後、残存している量を除いたスラグは、反応容器７を傾斜させることによって搬送レードル１８に注ぎ込まれる。 搬送レードル１８の内容物は、乾燥造粒装置１９'内に充填される。 迅速なガラス状への固化を伴う造粒化は、スラグ噴流を回転ディスク上の微粒液滴へと分離させると共に、該微粒液滴を空気流内で速やかに冷却することによって生じる。
【００７０】
還元（解析：［表４］参照）から得られる５４［kg/t LS］の金属を含む金属浴２５は、パン型反応器７内でのスラグ処理毎に取り出すことはせず、十分な余裕高が無くなるまで発泡スラグ２'は反応器内に残存している。 典型的には、取り出しは５回の処理の後に行われるが、必要であれば、パン型反応器７の形状によって変更することができる。
【００７１】
【表４】
【００７２】
その後、パン型反応器７は処理位置まで戻され、ＬＤスラグ２の次のバッチが再びゆっくりと連続的に加えられる。 以後の処理ステップが上述したパターンに従って繰り返される。
【００７３】
５回の処理に続いて、金属浴２５も少なくとも０．６ｍの高さの金属の溶融溜めを除いて取り出され、脱燐処理（De-P treatment）を受ける。 その結果、前記金属浴は、総合的な冶金工場で利用可能な銑鉄量を増大させ、ひいては生産量を増大させるか、または、一次的なコークス化設備及び高炉設備における素材、エネルギー、及び二酸化炭素生成量を節減させる。
【００７４】
［実施例Ｂ］
ここに示したスラグ及びダストの量は、典型的には１トンの液状ステンレス鋼を生産する際に堆積する特定の量である。
【００７５】
そのために必要とされる還元剤２９、補助剤２７及び電気的なエネルギーの量も計算されて示されている。
【００７６】
【表５】
【００７７】
［表５］に示されるような組成を有する３１７［kg/t LS］の液状ステンレス（ＡＯＤ）のスラグ２が、ＡＯＤ変換炉１からスラグレードル３に流入される。 前記スラグレードル３の内容物は、搬送レードル５内へ移される。 それに続いて、前記搬送レードル５は傾斜スタンド６に取り付けられ、液状スラグ２は、傾斜可能なパン炉状の還元ユニット７内のクロム／ニッケルを含有している残留金属浴２５上へゆっくりと連続して注ぎ込まれる。
【００７８】
スラグ２を加熱すると共に熱損失を補償し、溶解酸素によって吸熱反応で金属酸化物（特に酸化鉄だけでなく多量のクロム酸化物及びニッケル酸化物）を直接還元するための（２０４［kWh/t LS］の）エネルギーが３つの電極１０を介して導入されている。
【００７９】
導入されたスラグ２の金属酸化物の還元は、合金化された銑鉄内に溶解している炭素を使用して、直接還元を介する充填及び同時に生じる加熱の際に既に生じている。 消費された炭素は、還元剤２９、すなわち６．１［kg/t LS］の石炭のダスト及び２．０［kg/t LS］のコークスを金属浴２５内に深く注入することによって置換されている（解析：［表６］参照）。
【００８０】
【表６】
【００８１】
還元剤２９に加えて、典型的にはステンレス製鋼工程において堆積される残留材料２７、すなわち多量のクロム及びニッケルを含有している３６［kg/t LS］のステンレスダストが、噴出ランス１１を介して噴出される（［表５］に組成も示す）。 噴出は、溶融鉄２５／スラグ２'の境界層２６の表面を増大させるために該境界層の近くで発生している。
【００８２】
クリンカーの代替物としての水硬性バインダーのための最適なスラグの組成を調整するために、７０［kg/t LS］のフライアッシュがＳｉＯ２供給源として追加的に噴出されている。 有利なことに、比較的高い炭素を含有しているフライアッシュが使用されている。
【００８３】
７［Nm３N２/t LS］が空圧的による噴出及び底部洗浄のために必要とされる。
【００８４】
還元は炭素と共に１４３０℃で生じる。 この温度範囲では、還元の際に一酸化炭素が生じることにより、発泡スラグ２'が生成される。 金属酸化物内に選択的に分散されている金属液滴と金属酸化物との大きな接触面積によって、前記金属液滴内に溶解している炭素を介して効率の良い直接還元が行われる。
【００８５】
エネルギーバランスを改善すると共にここに示した電気的な加熱能力値を達成するために、還元の際に生成する一酸化炭素の部分的な後燃焼がＯ２によって発生している。 ４．０［kg/t LS］の酸素が、発泡スラグ２'の上部の３分の１のところでＯ２ランス１５を介して噴出され、２５％の一酸化炭素を二酸化炭素に酸化させている。 この比較的低い度合いの後燃焼は容易に制御可能であり、放出されたエネルギーの効率的な熱移動をもたらし、これによりエネルギーは発泡スラグ２'及び金属溶融物２５内に戻される。 Ｏ２の噴出は、前記酸化ゾーン３２が前記還元ゾーン３１とできるだけ混合しないように行われ、還元ゾーン３１内で金属酸化物粒子の還元が生じている。
【００８６】
その後の完全燃焼の結果として、排ガス中には、具体的には４４［kg/t LS］の二酸化炭素のみが見られる。 これは好ましい直接還元と電気的な加熱とによってのみ達成され得る非常に低い値であり、従って、近い将来の二酸化炭素税の観点からも有利である。
【００８７】
１．２［kg/t LS］では、石炭の深部までの注入及び発泡スラグ２'のフィルタ効果によって、ダスト含有量は極めて低くなっており、フィルタのダストの排出を回避する点からも有利となっている。
【００８８】
ステンレススラグ２、ステンレスダスト２７及びフライアッシュを充填する段階の後、及び金属浴２５内に溶解している炭素による還元の後、ここでは炭素は還元剤２９の噴出によって置換されているのであるが、スラグサンプルが取り出され、事前に計算された解析による適合性がチェックされる。 その後、還元性の低い内容物、特にＣｒ２Ｏ３を還元するために、１［kg/t LS］のＦｅ７５Ｓｉが、より強力な還元剤として追加され、５分の待ち時間が設けられる。 生成された３５４［kg/t LS］のスラグ１６の達成目標解析が［表７］に含まれている。
【００８９】
【表７】
【００９０】
次に、一方では処理されたスラグ１６の造粒化のための温度を得るために、及び、他方では低減された粘度の結果として発泡スラグ２'からの分散された金属液滴の堆積を促進するために、温度が１４６０℃まで上昇される。 この目的のために、５分の待ち時間が設けられる。
【００９１】
その後、残存している量を除いたスラグは、パン型反応器７を傾斜させることによって搬送レードル１８に注ぎ込まれる。 搬送レードル１８の内容物は、乾燥造粒装置１９'内にる充填される。 迅速なガラス状への固化を伴う造粒化は、スラグ噴流を回転ディスク上の微粒液滴へと分離させると共に、該微粒液滴を空気流内で速やかに冷却することによって生じる。
【００９２】
還元（解析：［表８］参照）から得られる５０［kg/t LS］の金属を含む金属浴２５は、パン型反応器７内でのスラグ処理毎に取り出すことはせず、十分な余裕高が無くなるまで発泡スラグ２'は反応器内に残存している。 典型的には、取り出しは５回の処理の後に行われるが、必要であれば、パン型反応器７の形状によって変更することができる。
【００９３】
【表８】
【００９４】
その後、パン型反応器は処理位置まで戻され、ＬＤスラグ２の次のバッチが再びゆっくりと連続的に加えられる。 以後の処理ステップが上述したパターンに従って繰り返される。
【００９５】
５回の処理に続いて、金属浴２５も少なくとも０．６ｍの高さの金属の溶融溜めを除いて取り出され、必要であれば脱燐処理を受ける。 その結果、前記金属浴は、総合的な冶金工場で利用可能な銑鉄量を増大させ、ひいては生産量を増大させるか、または、一次的なコークス化設備及び高炉設備における素材、エネルギー、及び二酸化炭素生成量を節減させる。
【００９６】
本発明によるプロセスの主要な利点は種々の残留材料、及び、必要であれば補助剤を噴出させることにより、生成されたスラグの選択的な微調整を行うことが可能となる点にある。 好適には、種々の供給材料についての必要量は、当該供給材料の公知の解析に基づいて処理モデル内で計算され、それぞれの量が噴出設備のパラメータを制御することによって噴出される。 試験は、スラグ及び金属浴のサンプルを抽出することによって行われる。
【００９７】
一方では、温度は自動化された温度ランス（浸漬熱電対）を用いることによって決定され得る。 他方では、温度は適宜に、好適には連続的にパイロメータによって制御され得る。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の典型的な実施形態の流れ図である。
【図２】図１に示されている反応容器の側面図である。
【図３】図１に示されている反応容器の平面図である。
【図４】ランス挿入時の反応容器の断面図である。
【符号の説明】
【００９９】
１ 反応炉
２，２'，２" スラグ
３ スラグレードル
４ 鋼
５ 搬送レードル
６ 傾斜スタンド
７ パン型反応器
８ 最大内径
９ 高さ
１０ 電極加熱手段
１１，１５ ランス
１２ 保存容器
１３ サンプル抽出のためのデバイス
１４ 洗浄用羽口
１６ 処理されたスラグ
１７，２５ 溶融鉄
１８，１９ 搬送レードル
１９' 造粒装置
２０ レードル処理スタンド
２１ 蓋
２２ 排出ライン
２３ 開口部
２３' バーナー
２４ 振動樋
２６ 境界面
２７ 残留材料
２８，３０ 排出開口部
２９ 還元剤
３１ 還元ゾーン
３２ 酸化ゾーン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鋼産業に由来し、還元剤（２９）が添加された酸化鉄粒子を含むスラグ（２，２'）、並びに、該スラグ（２，２'）の酸化鉄粒子、及び、任意的に設けられ、前記還元剤（２９）によって還元される他の金属酸化物を利用するプロセスであって、
− 反応容器（７）、好ましくは傾斜可能なパン型反応器（７）内の溶解炭素を含有している残留溶融鉄（２５）上に、前記スラグ（２，２'）を、ゆっくりと連続的に長時間に亘って充填するステップと、
− 前記スラグ（２）、前記残留溶融鉄、及び新たに形成された溶融鉄（１７）を長時間に亘って電気的に加熱するステップと、
− 炭素を含有している還元剤（２９）を、ガス、好適には不活性ガスと共に、前記スラグ（２）と前記溶融鉄（２５）との間の境界面（２６）に近接する領域内へ、若しくは直接的に前記溶融鉄（２５）内へ、ランス（１１）によって長時間に亘って噴出させ、これにより、炭素を前記溶融鉄（２５）内で溶解させると共に、前記溶融鉄（２５）と前記スラグ（２）とを混合させるステップと、
− 前記溶融鉄（２５）内の前記還元剤（２９）の前記炭素を溶解させるステップと、
− 金属鉄及び一酸化炭素を形成しつつ、前記スラグ（２）の酸化鉄粒子を長時間に亘って還元させるステップと、
− 結果として生じる一酸化炭素によって発泡スラグ（２'）を長時間に亘って形成させるステップと、
− 酸素含有ガス若しくは酸素を前記発泡スラグ（２'）に導入して、長時間に亘って一酸化炭素を二酸化炭素へと後燃焼させるステップと、
− 前記反応容器（７）の底部を不活性ガスで長時間に亘って洗浄するステップと、
− 前記処理されたスラグ（１６）を排出するステップと、
− その後任意的に、溶融鉄（１７）を排出し、これにより、溶解炭素を含有している残留溶融鉄（２５）が前記反応容器（７）内に残されるステップと、
を備えていることを特徴とするプロセス。
【請求項２】
残留材料（２７）、特に、作業場の廃棄残留物、ガスを純化するプロセスから生じる酸化鉄を含有しているダスト及び懸濁液、並びにスケール等のような冶金学的な残留材料を、ガス、好適には不活性ガスと共に、前記スラグ（２'）と前記溶融鉄（２５）との間の境界面（２６）に近接する領域内へ、若しくは直接的に前記溶融鉄（２５）内へ、ランス（１１）によって、前記溶融鉄（２５）と前記スラグ（２'）とを混合させながら、長時間に亘ってゆっくりと連続的に噴出させるステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
ボーキサイト及び／若しくは石灰粒子及び／若しくはケイ素担体のような補助剤（２７）を、ガス、好適には不活性ガスを介して、前記スラグ（２'）と前記溶融鉄（２５）との間の境界面（２６）に近接する領域内へ、若しくは直接的に前記溶融鉄（２５）内へ、ランス（１１）によって長時間に亘ってゆっくりと連続的に噴出させ、これにより、いずれの場合にも、前記溶融鉄（２５）と前記スラグ（２'）とが混合されるステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のプロセス。
【請求項４】
残留材料（２７）及び／若しくは補助剤（２７）を、前記還元剤（２９）とは異なる高さ、好適には前記還元剤（２９）が噴出される高さよりも高い位置で、前記反応容器（７）内へ噴出させるステップ、
を備えていることを特徴とする請求項２または３に記載のプロセス。
【請求項５】
炭素を含有している還元剤（２９）及び／若しくは残留材料（２７）及び／若しくは補助剤（２７）の噴出が、前記反応容器（７）内に存在している溶融鉄（２５）と該溶融鉄の上方に位置している前記スラグ（２'）との間の境界面（２６）に対して横断するように行われるステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項６】
長時間に亘って実行されるべきプロセスのステップが、基本的には、前記スラグ（２'）及び任意的に溶融鉄（２５）を排出してから、次のスラグ（２'）の排出まで実行され、従って、本質的に同調されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項７】
炭素を含有している還元剤（２９）の噴出を、前記溶融鉄（２５）内で炭素の最大飽和限度に達するまでの間だけ実行するステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項８】
前記スラグ（２'）への酸素含有ガス若しくは酸素の導入を、前記スラグ（２'）の高さの上半分で、有利には上端から３分の１の高さで実行するステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項９】
残留材料（２７）及び／若しくは補助剤（２７）を、前記スラグと前記溶融鉄との間の境界面（２６）の両側であって、前記スラグの全高さの最大２５％を超えて延在する高さ領域に、若しくは、好適には、前記スラグ（２'）の全高さの最大１０％をそれぞれ超えて延びる前記溶融鉄（２５）内の同一高さ領域に、（あるいは左右を入れ替えて）注入されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１０】
噴出されるべき物質（２７，２９）を、略水平方向に、若しくは、理想的には平坦な前記境界面（２６）に向けて僅かに横方向に、前記ランス（１１）の排出開口部（２８，３０）を介して噴出させるステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記電気的な加熱を電気アーク及び／若しくは抵抗加熱を介して生じさせるステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記スラグ（２）を、少なくとも部分的に液状状態で充填するステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記金属酸化物の還元を、前記金属溶融物内に溶解している炭素による直接還元を介して行うステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１４】
アルミニウム、フェロシリコン、カルシウムカーバイド等のような炭素に対してより強力な還元剤を、好適には処理された前記スラグ（２'）の排出に先立って、還元の最終段階で使用するステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１５】
還元剤（２９）の追加が完了した際に、スラグの特性を調整するための前記補助剤（２７）を追加するステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１６】
微粒鉱石、クロム鉄鉱石のような酸化鉄を含有している鉱石を更に用いるステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１７】
前記スラグ（２'）の高さを測定し、最大許容高さを超え、且つ、前記スラグ高さの限界値が不足している場合に矯正手段を講ずるステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記スラグ（２'）からの液滴の堆積を、残留材料（２７）及び／若しくは補助剤（２７）及び／若しくは還元剤（２９）が導入される後まで待ち、且つ、前記処理されたスラグ（２'）の排出に先立って行うステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記反応容器（７）内での前記スラグ（２）の処理を、前記スラグ（２'）の造粒化のための温度よりも低い温度で実行するステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか一項に記載のプロセスを実行するための装置であって、
− 内部の高さ（９）が最大径（８）を超える傾斜可能なパン型反応器（７）を備え、該パン型反応器が、
− ガス、好適には不活性ガスを供給する底部羽口（１４）及び／若しくは底部洗浄レンガと、
− 酸素を供給すると共に前記パン型反応器（７）に上方から挿入可能とされた少なくとも１つのランス（１５）であって、
− 炭素を含有している還元剤を供給すると共に、前記パン型反応器に上方から挿入可能とされた少なくとも１つのランス（１１）と、
− 電気加熱装置（１０）、好適には上方から挿入可能とされた電気アーク電極（１０）と、
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項２１】
液状スラグ（２）のための、ゆっくりと傾斜可能なスラグ充填装置（５，６）を備えていることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
固体状スラグ（２'）のための、好適には振動樋若しくは注ぎ口として設計されているスラグ充填装置を備えていることを特徴とする請求項２０または２１に記載の装置。
【請求項２３】
残留材料（２７）及び／若しくは補助剤（２７）を噴出するための、前記パン型反応器（７）に上方から導入可能なランス（１１）を備えていることを特徴とする請求項２０から２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
前記反応容器（７）が、塊状、好適にはブロック状の鉄含有供給材料を充填するための開口部を備えていることを特徴とする請求項２０から２３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
前記ランス（１１）が、前記還元剤（２９）のための少なくとも１つの排出開口部（２８）と、より高位に設けられた、残留材料（２７）及び／若しくは補助剤（２７）のための少なくとも１つの排出開口部（３０）とを備えており、前記ランス及び前記排出開口部へ供給するために、少なくとも２つの別々のダクトが設けられていることを特徴とする請求項２０から２４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１】
製鋼産業に由来し、還元剤（２９）が添加された酸化鉄粒子を含むスラグ（２，２'）、並びに、該スラグ（２，２'）の酸化鉄粒子、及び、任意的に設けられ、前記還元剤（２９）によって還元される他の金属酸化物を利用するプロセスであって、
− 反応容器（７）、好ましくは傾斜可能なパン型反応器（７）内の溶解炭素を含有している残留溶融鉄（２５）上に、前記スラグ（２，２'）を、ゆっくりと連続的に長時間に亘って充填するステップと、
− 前記スラグ（２）、前記残留溶融鉄、及び新たに形成された溶融鉄（１７）を長時間に亘って電気的に加熱するステップと、
− 炭素を含有している還元剤（２９）を、ガス、好適には不活性ガスと共に、前記スラグ（２）と前記溶融鉄（２５）との間の境界面（２６）に近接する領域内へ、若しくは直接的に前記溶融鉄（２５）内へ、ランス（１１）によって長時間に亘って噴出させ、これにより、炭素を前記溶融鉄（２５）内で溶解させると共に、前記溶融鉄（２５）と前記スラグ（２）とを混合させるステップと、
− 前記溶融鉄（２５）内の前記還元剤（２９）の前記炭素を溶解させるステップと、
− 金属鉄及び一酸化炭素を形成しつつ、前記スラグ（２）の酸化鉄粒子を長時間に亘って還元させるステップと、
− 結果として生じる一酸化炭素によって発泡スラグ（２'）を長時間に亘って形成させるステップと、
− 酸素含有ガス若しくは酸素を前記発泡スラグ（２'）に導入して、長時間に亘って一酸化炭素を二酸化炭素へと後燃焼させるステップと、
− 前記反応容器（７）の底部を不活性ガスで長時間に亘って洗浄するステップと、
− 前記処理されたスラグ（１６）を排出するステップと、
− その後任意的に、溶融鉄（１７）を排出し、これにより、溶解炭素を含有している残留溶融鉄（２５）が前記反応容器（７）内に残されるステップと、
を備えていることを特徴とするプロセス。
【請求項２】
残留材料（２７）、特に、作業場の廃棄残留物、ガスを純化するプロセスから生じる酸化鉄を含有しているダスト及び懸濁液、並びにスケール等のような冶金学的な残留材料を、ガス、好適には不活性ガスと共に、前記スラグ（２'）と前記溶融鉄（２５）との間の境界面（２６）に近接する領域内へ、若しくは直接的に前記溶融鉄（２５）内へ、ランス（１１）によって、前記溶融鉄（２５）と前記スラグ（２'）とを混合させながら、長時間に亘ってゆっくりと連続的に噴出させるステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
ボーキサイト及び／若しくは石灰粒子及び／若しくはケイ素担体のような補助剤（２７）を、ガス、好適には不活性ガスを介して、前記スラグ（２'）と前記溶融鉄（２５）との間の境界面（２６）に近接する領域内へ、若しくは直接的に前記溶融鉄（２５）内へ、ランス（１１）によって長時間に亘ってゆっくりと連続的に噴出させ、これにより、いずれの場合にも、前記溶融鉄（２５）と前記スラグ（２'）とが混合されるステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のプロセス。
【請求項４】
残留材料（２７）及び／若しくは補助剤（２７）を、前記還元剤（２９）とは異なる高さ、好適には前記還元剤（２９）が噴出される高さよりも高い位置で、前記反応容器（７）内へ噴出させるステップ、
を備えていることを特徴とする請求項２または３に記載のプロセス。
【請求項５】
炭素を含有している還元剤（２９）及び／若しくは残留材料（２７）及び／若しくは補助剤（２７）の噴出が、前記反応容器（７）内に存在している溶融鉄（２５）と該溶融鉄の上方に位置している前記スラグ（２'）との間の境界面（２６）に対して横断するように行われるステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項６】
長時間に亘って実行されるべきプロセスのステップが、基本的には、前記スラグ（２'）及び任意的に溶融鉄（２５）を排出してから、次のスラグ（２'）の排出まで実行され、従って、本質的に同調されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項７】
炭素を含有している還元剤（２９）の噴出を、前記溶融鉄（２５）内で炭素の最大飽和限度に達するまでの間だけ実行するステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項８】
前記スラグ（２'）への酸素含有ガス若しくは酸素の導入を、前記スラグ（２'）の高さの上半分で、有利には上端から３分の１の高さで実行するステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項９】
残留材料（２７）及び／若しくは補助剤（２７）を、前記スラグと前記溶融鉄との間の境界面（２６）の両側であって、前記スラグの全高さの最大２５％を超えて延在する高さ領域に、若しくは、好適には、前記スラグ（２'）の全高さの最大１０％をそれぞれ超えて延びる前記溶融鉄（２５）内の同一高さ領域に、（あるいは左右を入れ替えて）注入されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１０】
噴出されるべき物質（２７，２９）を、略水平方向に、若しくは、理想的には平坦な前記境界面（２６）に向けて僅かに横方向に、前記ランス（１１）の排出開口部（２８，３０）を介して噴出させるステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記電気的な加熱を電気アーク及び／若しくは抵抗加熱を介して生じさせるステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記スラグ（２）を、少なくとも部分的に液状状態で充填するステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記金属酸化物の還元を、前記金属溶融物内に溶解している炭素による直接還元を介して行うステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１４】
アルミニウム、フェロシリコン、カルシウムカーバイド等のような炭素に対してより強力な還元剤を、好適には処理された前記スラグ（２'）の排出に先立って、還元の最終段階で使用するステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１５】
還元剤（２９）の追加が完了した際に、スラグの特性を調整するための前記補助剤（２７）を追加するステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１６】
微粒鉱石、クロム鉄鉱石のような酸化鉄を含有している鉱石を更に用いるステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１７】
前記スラグ（２'）の高さを測定し、最大許容高さを超え、且つ、前記スラグ高さの限界値が不足している場合に矯正手段を講ずるステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記スラグ（２'）からの液滴の堆積を、残留材料（２７）及び／若しくは補助剤（２７）及び／若しくは還元剤（２９）が導入される後まで待ち、且つ、前記処理されたスラグ（２'）の排出に先立って行うステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記反応容器（７）内での前記スラグ（２）の処理を、前記スラグ（２'）の造粒化のための温度よりも低い温度で実行するステップ、
を備えていることを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか一項に記載のプロセスを実行するための装置であって、
− 内部の高さ（９）が最大径（８）を超える傾斜可能なパン型反応器（７）を備え、該パン型反応器が、
− ガス、好適には不活性ガスを供給する底部羽口（１４）及び／若しくは底部洗浄レンガと、
− 酸素を供給すると共に前記パン型反応器（７）に上方から挿入可能とされた少なくとも１つのランス（１５）であって、
− 炭素を含有している還元剤を供給すると共に、前記パン型反応器に上方から挿入可能とされた少なくとも１つのランス（１１）と、
− 電気加熱装置（１０）、好適には上方から挿入可能とされた電気アーク電極（１０）と、
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項２１】
液状スラグ（２）のための、ゆっくりと傾斜可能なスラグ充填装置（５，６）を備えていることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
固体状スラグ（２'）のための、好適には振動樋若しくは注ぎ口として設計されているスラグ充填装置を備えていることを特徴とする請求項２０または２１に記載の装置。
【請求項２３】
残留材料（２７）及び／若しくは補助剤（２７）を噴出するための、前記パン型反応器（７）に上方から導入可能なランス（１１）を備えていることを特徴とする請求項２０から２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
前記反応容器（７）が、塊状、好適にはブロック状の鉄含有供給材料を充填するための開口部を備えていることを特徴とする請求項２０から２３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
前記ランス（１１）が、前記還元剤（２９）のための少なくとも１つの排出開口部（２８）と、より高位に設けられた、残留材料（２７）及び／若しくは補助剤（２７）のための少なくとも１つの排出開口部（３０）とを備えており、前記ランス及び前記排出開口部へ供給するために、少なくとも２つの別々のダクトが設けられていることを特徴とする請求項２０から２４のいずれか一項に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２００６−５２８７３２（Ｐ２００６−５２８７３２Ａ）
【公表日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５２９４１９（Ｐ２００６−５２９４１９）
【出願日】平成１６年５月１０日（２００４．５．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＡＴ２００４／０００１６１
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１０１８２８
【国際公開日】平成１６年１１月２５日（２００４．１１．２５）
【出願人】（３０１０４１５８６）ヴォエスト・アルピーネ・インデュストリーアンラーゲンバウ・ゲーエムベーハー・ウント・コ (41)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年５月１０日（２００４．５．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＡＴ２００４／０００１６１
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１０１８２８
【国際公開日】平成１６年１１月２５日（２００４．１１．２５）
【出願人】（３０１０４１５８６）ヴォエスト・アルピーネ・インデュストリーアンラーゲンバウ・ゲーエムベーハー・ウント・コ (41)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]