JP2003183714A - 溶融還元炉の操業方法 - Google Patents

溶融還元炉の操業方法

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JP2003183714A
JP2003183714A JP2001384581A JP2001384581A JP2003183714A JP 2003183714 A JP2003183714 A JP 2003183714A JP 2001384581 A JP2001384581 A JP 2001384581A JP 2001384581 A JP2001384581 A JP 2001384581A JP 2003183714 A JP2003183714 A JP 2003183714A
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ore
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Takashi Matsui
貴 松井
Yoshiaki Hara
義明 原
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JFE Steel Corp
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JFE Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 炭素系固体還元剤の充填層に高温の酸素富化
空気を吹き込む羽口を少なくとも上下二段に設け、該羽
口の少なくとも上段から粉粒状の金属酸化物含有原料を
吹き込み、溶融金属を製造する溶融還元炉の操業方法に
関し、含クロム溶融金属を製造する。 【解決手段】 該溶融還元炉の炉頂から、塊状のクロム
鉱石を、前記溶融金属の金属成分を含有する金属酸化物
を含む塊状物とともに装入する。また、さらにフラック
スを装入することを好適とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属酸化物を含有
する粉粒状原料を溶融還元して溶融金属を製造する溶融
還元炉の操業方法に関し、特に、 含クロム溶融金属の製
造に適用するものである。なお、以下では、代表的な金
属である鉄を例としてあげ、 溶融金属として含クロム溶
銑を製造する場合について説明を行うが、他の含クロム
溶融金属の製造にも同様に適用できるものであることは
言うまでもない。
【0002】
【従来の技術】従来、クロム鉱石をクロム源の一部また
は全部として使用して含クロム溶銑を得るには、電気炉
の使用が一般的であった。しかしながら、その製造原価
に占める電気消費エネルギの割合が極めて高いため、こ
の電気消費量が製品価格を大きく左右するという問題が
あった。
【0003】これを解決する手段として、特公平02-428
84号公報には、粉粒状の金属酸化物含有原料を溶融還元
して金属を回収する手段として、竪型炉タイプの溶融還
元炉を用いた方法が開示されている。この方法は、炉下
部に設置された高温空気を吹き込む上下二段の羽口のう
ち、少なくとも上方の羽口から粉状あるいは粒状の原料
を高温空気とともに竪型炉内に吹き込み、炉内に充填し
た炭材を燃焼させて溶融還元するものである。
【0004】この方法では、上下の羽口間に充填した炭
材が燃焼して高温領域を形成できるため、クロム鉱石も
容易に溶融され、その後充填層を滴下する間に、固体炭
素充填層で直接還元される。そのため、難還元性のクロ
ム鉱石を用いて溶融状態の含クロム溶銑として容易に回
収することが可能である。上記の方法で、さらにクロム
濃度を増加させる手段としては、例えば特開昭60-16271
8 号公報に、羽口から粉状のクロム鉱石を吹き込むのと
同時に、炉上部からクロム源として高炭素Fe−Crを装入
する方法が開示されている。
【0005】この方法では、炉上部から装入された高炭
素Fe−Crは上段のレースウェイで容易に溶解し、さらに
羽口から吹き込まれた粉状のクロム鉱石等のクロム源は
上下羽口間に形成された高温領域において還元されるた
め、高クロム濃度の溶銑を容易に製造することができ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高炭素
Fe−Crは電力を使用して製造するため高価であり、 か
つ、装入可能な大きさへの整粒が困難である。そのた
め、 塊状の高炭素Fe−Crの多量使用ができず、安価に大
量生産ができないという問題があった。ところで、径の
大きい粒状のクロム鉱石は、炉頂から装入してもシャフ
トからの飛散が少ないと考えられ、大粒径のクロム鉱石
を炉項から装入して溶融、還元することができれば、低
コストで、かつ、クロム濃度の高い溶銑を得ることがで
きるものと考えられている。
【0007】しかしながら、クロム鉱石は融点が高く、
また、難還元性であるため、そのまま装入することは、
かえって溶融還元炉の安定操業を阻害することになりか
ねない。本発明は、 炉上部から大粒径のクロム鉱石装入
を可能として、 溶融還元炉において安価に高クロム溶銑
の製造を行いうる方法を提供し、溶融還元炉の安定した
操業を可能とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、 炭素系固体還
元剤の充填層に高温の酸素富化空気を吹き込む羽口を少
なくとも上下二段に設け、該羽口の少なくとも上段から
粉粒状の金属酸化物含有原料を吹き込み、溶融金属を製
造する溶融還元炉の操業方法であって、該溶融還元炉の
炉頂から、塊状のクロム鉱石を、前記溶融金属の金属成
分を含有する金属酸化物を含む塊状物とともに装入する
ことで含クロム溶融金属を製造することを特徴とする溶
融還元炉の操業方法によって上記課題を解決した。
【0009】また、本発明は、 上記に記載の溶融還元炉
の操業方法であって、さらに、該溶融還元炉の炉頂から
フラックスを装入することが好適であることを見出し
た。さらに、本発明は、 前記溶融金属が鉄を溶融した溶
銑であり、前記溶融金属の金属酸化物が酸化鉄であるこ
とを好適とするものである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に本発明をなすにいたった理
論的背景と、本発明の好適な実施の形態を説明する。ク
ロム鉱石の融点は非常に高いことが知られているが、本
発明者らが用いた組成のクロム鉱石(表1参照)では融
点が2000℃以上である。また、クロム鉱石は、スピネル
型結晶を有する鉱物であり、クロム含有製鉄ダストやス
ラグと比較して、難還元性であることも知られている。
【0011】
【表1】
【0012】本発明を適用する二段羽口を有する竪型溶
融還元炉(図1参照)では、羽口前の部分では2000℃を
超える高温・強還元性領域が形成されるが、それ以外の
部分、たとえば炉のシャフト部や炉底部では2000℃以上
の温度にはならない。そのため、炉頂から装入したクロ
ム鉱石が羽口前を通過せずに炉下部まで運ばれた場合、
未還元のまま炉外に排出されたり、クロム酸化物が炉下
部に堆積して炉下部温度低下を引き起こしたりする原因
となる。
【0013】また、塊状のクロム鉱石が羽口前に形成さ
れる高温領域にそのまま入った場合、羽口前の温度を低
下させて溶融・還元不良を生じさせ、炉況不調に陥らせ
ることも懸念される。そこで、まず、溶融性促進の手段
として、フラックスを混合することを検討した。すなわ
ち、炉頂から装入するクロム鉱石にフラックスを混合す
ることで、シャフト部で溶融および一部還元を実現でき
ないかと考え、確認実験を試みた。
【0014】実験には荷重軟化試験装置(概略を図2に
示す。)を用いた。この試験装置は、炉上部から装入さ
れた原料が炉内を降下する間の温度、堆積物による荷
重、ガス組成を再現し、装入物のシャフト部での溶融還
元挙動を調査するのに有効である。まず、実験では、る
つぼ10内にフラックスとして石灰石と珪石を混合したク
ロム鉱石15をコークス層14に上下を挟まれる形で装入す
る。そして、下方から、CO:45%、N2 :55%の組成
を一定としたガスを流しながらヒータ12で加熱し、装入
物(14、15)の滴下挙動、レベル変化、排出ガスの組成
変化等の測定を行った。
【0015】滴下物16の量および滴下せずに目皿13上に
残留した融着物の量(コークスを除く。)を表2に示
す。
【0016】
【表2】
【0017】表2から明らかなように、 装入物全質量に
対し、約50%が融着物として目皿上に残留し、滴下物に
ついては90%がスラグであり、メタルはほとんど滴下し
なかった。また、目皿上の融着物は、表面にメタルが付
着しているがほとんどが未還元のクロム鉱石であった。
このようにクロム鉱石が還元されなかったのは、クロム
鉱石粒塊の表面がCOガスまたは接触しているコークス
によって還元されメタルが生成するが、その生成したメ
タル中のクロム濃度が高いため、融点・粘性が高くな
り、クロム鉱石粒塊表面から滴下することができないた
めであると考えられる。また、その結果、クロム鉱石粒
塊表面でのさらなる還元反応を阻害し、かつ、溶融した
フラックスの接触による脈石成分の溶融をも阻害した結
果、大部分のクロム鉱石が半溶融物として目皿上に残留
してしまい、フラックスのみがスラグとして滴下したも
のと考えられる。
【0018】以上の考察から、 クロム鉱石表面に生成し
たメタルの融点を低下させることが重要と考え、生成し
たメタル中のクロム濃度を低下させる方法として、Fe系
酸化物を混合することに想到した。ここで、Fe系酸化物
としては、表1に示す組成の塊状製鉄ダスト(以下、固
化ダストとも称する。)を用いた。クロム鉱石にFe系酸
化物を混合して炉頂から投入した結果を、図3、図4に
示す。
【0019】図3、図4から明らかなように、 クロム鉱
石の一部を固化ダストと置換することで、目皿上の残留
物の量が低下し、滴下物の量が増加する。また、滴下物
中のスラグの比率が低下する。すなわち、クロム鉱石の
一部を固化ダストに置換することで、クロム鉱石の還
元、溶融が進行し易くなることがわかる。これは、固化
ダストの還元により生じた溶融鉄がクロム鉱石の表面に
生成したメタルと接触、同化することでメタルの融点、
粘性を低下させ、その結果滴下し易くなるためであると
考えられ、 クロム鉱石表面におけるCOガスによる還元
が進行し易くなると考えられる。特に、クロム鉱石の質
量比が40%以下の場合、つまり、固化ダストを60%以上
とした場合に、溶融鉄の生成量が多く、クロム鉱石の表
面に生成したメタルを完全に滴下させることができるの
である。
【0020】以上のことから、 クロム鉱石と混合する酸
化鉄を含む塊状酸化物の量を、質量比で、クロム鉱石/
塊状酸化物=40/60以下とすることで、溶融還元炉のシ
ャフト部での還元、溶融が極めて良好になると期待でき
る。溶融還元炉のシャフト部では、塊状酸化物からの溶
融鉄の生成が先に進行して滴下を開始するものと考えら
れるが、この滴下した溶融鉄は、シャフト部の下方へ滴
下したときに、下方のより高温のクロム鉱石と接触して
滴下するため、高温のクロム鉱石の表面に生成したメタ
ルと接触することになり、上記の荷重軟化試験において
得られた効果は十分に期待できる。
【0021】従って、酸化鉄を含む塊状酸化物として
は、上記の固化ダストに限らず、製鉄工場で発生するミ
ルスケール等の塊状物や鉄鉱石でも同等の効果が得られ
るものと考えられる。また、上記実験では、フラックス
として石灰石、珪石を使用したが、溶融還元により生成
するスラグの融点および粘性を低減することができれば
よく、CaO、SiO2 を含む種々の原料を使用することが
できる。すなわち、石灰石、珪石の他にも、ドロマイト
や高炉スラグ、転炉スラグ等種々のものを使用すること
ができる。
【0022】なお、塊状クロム鉱石としては、山元から
搬入したクロム鉱石を5mmの篩により篩い分けし、その
篩上の鉱石を使用することができる。また、更には、 篩
下の粉状クロム鉱石であっても、適宜バインダ等で塊成
化して5mm以上の粒径とすれば使用できる。なお、+5
mmの塊状のクロム鉱石を使用した理由は、それより小さ
い粒径の場合、 他の充填物との粒径差が大きくなり、ク
ロム鉱石の偏析を生じたり、充填層の目詰りを引き起こ
す恐れがあるからである。
【0023】したがって、金属酸化物を含む塊状物も5
mm以上のものを使用することが好適である。
【0024】
【実施例】生産量が200 t/日規模の溶融還元炉を用
い、粒径5mm以上のクロム鉱石と酸化鉄含有塊状物を炉
頂から装入する本発明の操業を実施した。ここで、羽口
から吹き込む酸化物原料は、製鋼工場の転炉から発生す
る製鋼ダストを乾燥したものであり、酸化鉄、酸化クロ
ム等の金属酸化物を含んでいる。また、炉頂から装入す
る原料は、塊状のクロム鉱石のほか、製鋼工場の転炉か
ら発生した製鉄ダストが塊状化した固化ダストを用い
た。なお、それらの組成は、 表1に示すものとした。
【0025】その他の操業条件は、 送風量230 Nm3
min 、酸素富化量40Nm3 /min 、送風温度850 ℃、原
料吹き込み速度11t/hr、炉頂からの原料装入速度2.5
t/hrとした。操業では、 まず炉項から固化ダストのみ
を装入した。このときのメタル中Cr濃度とスラグ中Cr濃
度のそれぞれの推移を図5(b)、(c)に示す。
【0026】ここで、図5(a)に示すように、炉頂か
ら装入するクロム鉱石の比率を10%、25%、40%と順次
増加していったが、クロムの還元に特に問題はなく、安
定な操業を継続できた。特に、 メタル中クロム濃度(図
5(b))は、装入されたクロムが100 %還元されると
仮定した場合の予想値にほぼ一致し、スラグ中のクロム
濃度の増加も見られず、操業上の問題も特になかったさ
らに、クロム鉱石比率を50%まで増加したところ、スラ
グ中のクロム濃度がやや上昇したが、メタル中クロム
は、ほぼ予想値どおりであり、 本発明の効果は明らかで
ある。
【0027】
【発明の効果】本発明によって、(竪型)溶融還元炉で
高濃度のクロムを含むメタルの製造を、より容易に、か
つ、より安価に実施することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の操業方法を適用する溶融還元炉の模式
図である。
【図2】本発明の検証に用いた荷重軟化装置の模式図で
ある。
【図3】荷重軟化装置での実験における、クロム鉱石比
率と目皿上残留物質量との関係を示すグラフである。
【図4】荷重軟化装置での実験における、クロム鉱石比
率と滴下物質量との関係を示すグラフである。
【図5】溶融還元炉における、(a)クロム鉱石比率、
(b)メタル中クロム濃度、(c)スラグ中クロム濃
度、の各推移を示すグラフである。
【符号の説明】
1 炉体(竪型溶融還元炉) 2 固体還元材(炭材) 3 上段羽口 4 下段羽口 5 送風機 6 熱風発生炉 7 原料吹込装置 8 炉頂装入装置 9 出銑口 10 るつぼ 11 押下ピストン 12 ヒータ 13 目皿 14 コークス層 15 塊状原料とフラックス 16 滴下物

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素系固体還元剤の充填層に高温の酸素
    富化空気を吹き込む羽口を少なくとも上下二段に設け、
    該羽口の少なくとも上段から粉粒状の金属酸化物含有原
    料を吹き込み、溶融金属を製造する溶融還元炉の操業方
    法であって、該溶融還元炉の炉頂から、塊状のクロム鉱
    石を、前記溶融金属の金属成分を含有する金属酸化物を
    含む塊状物とともに装入することで含クロム溶融金属を
    製造することを特徴とする溶融還元炉の操業方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の溶融還元炉の操業方法
    であって、さらに、該溶融還元炉の炉頂からフラックス
    を装入することを特徴とする溶融還元炉の操業方法。
  3. 【請求項3】 前記溶融金属が鉄を溶融した溶銑であ
    り、前記溶融金属の金属酸化物が酸化鉄であることを特
    徴とする請求項1または2に記載の溶融還元炉の操業方
    法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010013683A (ja) * 2008-07-02 2010-01-21 Jfe Steel Corp 竪型溶解炉を用いた溶銑製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010013683A (ja) * 2008-07-02 2010-01-21 Jfe Steel Corp 竪型溶解炉を用いた溶銑製造方法

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