JP2012241246A - フェロニッケルの脱硫方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 生産効率や保温性に影響を与えない条件下で、熔湯と脱硫剤の接触頻度を増加させて、効率的な脱硫処理を行うことができるフェロニッケルの脱硫方法を提供する。
【解決手段】 撹拌羽根１２を用いる撹拌装置を備えたレードル１１内で還元炉から出銑された粗フェロニッケル熔湯１４に脱硫剤を投入し、撹拌羽根１２で撹拌して粗フェロニッケル熔湯１４中の硫黄を除去するフェロニッケルの脱硫方法において、レードル１１の水平方向における撹拌羽根の回転軸１３の位置を偏心させて撹拌する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フェロニッケルの脱硫方法に関し、より詳しくは、粗フェロニッケル熔湯と脱硫剤の接触頻度を増加させて、効率的な脱硫処理を行うことが可能なフェロニッケルの脱硫方法に関する。

フェロニッケルは、鉄とニッケルとの合金であり、ステンレス鋼及び特殊鋼の原料として使用されている。その一般的な製造方法としては、酸化ニッケル鉱石を原料鉱石として、予備乾燥工程、焼成及び予備還元工程、還元熔解工程、精製（脱硫）工程、鋳造工程からなる乾式製錬方法が用いられている。

まず、予備乾燥工程では、所定の調合組成となるよう原料鉱石を配合した後、付着水分の一部が除去される。その後、次工程の焼成及び予備還元工程において、原料鉱石に炭素質還元剤（石炭）と必要に応じて熔剤が添加され、ロータリーキルンに投入された後、残りの付着水及び結晶水分が完全に除かれ、焼成及び予備還元された焼鉱（８００〜９００℃）が生成されて、残りの還元剤と共に排出される。

還元熔解工程では、焼成及び予備還元工程において生成された焼鉱が電気炉又は熔鉱炉等の還元炉で還元熔解されて、粗フェロニッケルとスラグが形成される。還元炉から産出される粗フェロニッケルは、炭素質還元剤の設定量によって１５〜２５重量％のニッケル品位に調整されており、原料鉱石中のニッケル及びコバルトと一部の鉄を含むと共に、硫黄等の不純物も含有する。また、粗フェロニッケルと別に産出されるスラグは、原料鉱石中の酸化鉄の大部分と二酸化ケイ素及び酸化マグネシウムを含んでおり、鉄鋼の焼結工程における成分調整用マグネシア熔剤、コンクリート用細骨材や土木工事用資材等として利用される。

還元熔解工程後の粗フェロニッケルは、製品スペックにより脱硫処理を必要とする場合には脱硫工程に移され、レードルを用いた機械式撹拌又は電気誘導式撹拌装置による脱硫処理が行われる。脱硫工程における脱硫処理は、所望の硫黄含有量となるようにカルシウムカーバイド等の脱硫剤を添加して粗フェロニッケル中の硫黄を硫化カルシウム（ＣａＳ）として精製スラグ中に固定及び除去し、精製フェロニッケル熔湯を製造する。

脱硫工程で得られた精製フェロニッケル熔湯は、次に鋳造工程において回転する円盤状媒体を介して粗粒化され、水中で冷却されることによって、フレーク状粒体であるショット形状の製品となる。

ところで、近年、フェロニッケル製錬方法の経済性の向上が望まれており、特に粗フェロニッケルの脱硫工程においては、高脱硫効率を達成することが重要な課題となっている。

例えば、粗フェロニッケル熔湯からの脱硫処理の代表的な方法として、上述したように機械式撹拌装置によるレードル内脱硫を用いる方法がある。このレードル内脱硫方法としては、特許文献１に記載の技術がある。特許文献１に記載の技術は、図４に示すように、撹拌羽根１０２の設定位置を撹拌羽根１０２の上端部１０２’が粗フェロニッケル熔湯１０４表面より上部に出るように調整することで高効率化を実現する方法が提案されている。なお、撹拌羽根１０２の回転軸１０３のレードル１０１の水平方向における位置は、中心軸１０５となっている。

脱硫効率は、粗フェロニッケル熔湯と上部から投入される脱硫剤の接触頻度によって支配される。そのため、特許文献１に記載の技術のように、撹拌羽根１０２の熔湯１０４内での高さ方向（鉛直方向）の位置を熔湯１０４の表面より上部に出るように調整して、熔湯１０４の均一な流れを実現することで、脱硫する際に生成するスラグを撹拌によりレードル１０１内壁側に移動させることができる。そして、これにより新たに現れた熔湯１０４の表面と脱硫剤とが接触し、高効率化を図ることが可能となる。

しかしながら、この特許文献１の技術では、撹拌羽根１０２を熔湯１０４の表面より上部に出るように調整することで熔湯１０４表面での脱硫剤との接触頻度は高まっているが、レードル１０１内の底部における熔湯１０４の流れは不活性となってしまう。そのため、添加した脱硫剤とレードル１０１内の底部における熔湯１０４との接触は不十分となっている。

したがって、さらなる経済性の向上を実現するために、より効率的な脱硫処理の方法が求められている。

ここで、脱硫効率の向上策として、例えば、脱硫剤の接触頻度を増加させるために、レードルの開口部を広くとり、粗フェロニッケル熔湯の表面面積を大きくする方法が考えられる。しかしながら、設備的な制約により小容量のレードルを用いた場合には、保温性が低下することを防止するためにレードル高さを高くしてレードル開口部を小さくすることが必要となるため、開口部を広くとる方法は採用し得ない。また、脱硫剤の接触効率を高めるために、脱硫剤の投入速度を緩めることも有効であると考えられるが、生産効率及び保温性の観点から困難である。

特開２００６−２６５６４５号公報

そこで、本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、生産効率や保温性に影響を与えない条件下で、粗フェロニッケル熔湯と脱硫剤の接触頻度を増加させて、効率的な脱硫処理を行うことができるフェロニッケルの脱硫方法を提供することを目的とする。

本件発明者らは、上述した目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、撹拌羽根を用いる撹拌装置を備えたレードル内におけるフェロニッケルの脱硫方法に関し、レードルの水平方向における撹拌羽根の設定位置を所定の条件に調整して撹拌することによって、生産効率や保温性に影響を与えない条件下で、熔湯の均一な流れを確保して、効率的な脱硫処理が実現できることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明に係るフェロニッケルの脱硫方法は、撹拌羽根を用いる撹拌装置を備えたレードル内で還元炉から出銑された粗フェロニッケル熔湯に脱硫剤を投入し、該撹拌羽根で撹拌して該粗フェロニッケル熔湯中の硫黄を除去するフェロニッケルの脱硫方法において、前記レードルの水平方向における前記撹拌羽根の回転軸の位置を偏心させて撹拌することを特徴とする。

本発明によれば、レードルの水平方向における撹拌羽根の回転軸を偏心させて撹拌するようにしているので、底部を含めたレードル内全体における粗フェロニッケル熔湯の流れを活性化することができ、生産効率や保温性に影響を与えない条件下で熔湯の均一な流れを確保して、効率的な脱硫処理を行うことができる。

レードルと撹拌装置の構成の一例を示す概略図である。 従来技術によるレードル内における熔湯の流れのシミュレーション結果を示す図である。 本発明によるレードル内における熔湯の流れのシミュレーション結果を示す図である。 比較例において用いたレードルと撹拌装置の構成を示す概略図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態（以下、「本実施の形態」という。）について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本実施の形態に係るフェロニッケルの脱硫方法は、撹拌羽根を用いる撹拌装置を備えたレードル内で還元炉から出銑された粗フェロニッケル熔湯に脱硫剤を投入し、撹拌羽根で撹拌して粗フェロニッケル熔湯中の硫黄を除去するものであり、レードル内の熔湯の流れを均一にして、効率的な脱硫処理を可能とするものである。具体的に、本実施の形態に係るフェロニッケルの脱硫方法は、レードルの水平方向における撹拌羽根の回転軸の位置を偏心させて撹拌する。

図１は、本実施の形態において用いられるレードル１１と撹拌装置の構成の一例を示す概略模式図である。図１に示すように、撹拌装置は、撹拌羽根１２を逆Ｔ字型に回転軸１３に取付けた構造を有し、撹拌羽根１２の回転軸１３のレードル１１内における設置位置が、レードル１１の水平方向における中心軸１５から偏心するよう設けられている。本実施の形態に係るフェロニッケルの脱硫方法は、このように、撹拌羽根１２の回転軸１３が偏心するようにして撹拌装置が備えられたレードル１１内に粗フェロニッケル熔湯（以下、熔湯ともいう。）１４を装入し、撹拌羽根１２を回転させて脱硫剤を投入して熔湯１４を撹拌する。

ここで、図２に、従来のように撹拌羽根の回転軸をレードルの水平方向における中心軸１０５から偏心させずに撹拌した場合の熔湯の流れをシミュレーションした結果を示す。図２に示されるように、撹拌羽根の回転軸をレードルの中心軸に設置して撹拌した場合には、レードル内上部における熔湯は均一な流れが生じているものの、レードル内底部における熔湯の流れが不活性となっていることが分かる。このような場合、底部における熔湯と脱硫剤との接触は不十分となり、十分な脱硫処理が行われない。

一方で、図３は、図１に示したように撹拌羽根１２の回転軸１３を偏心させた場合の熔湯１４の流れをシミュレーションした結果である。図３に示されるように、撹拌羽根１２の回転軸１３をレードルの中心軸から偏心させて撹拌した場合には、レードル１１内の底部の熔湯１４の流れも活性化されており均一な流れを形成していることが分かる。

このように、撹拌羽根１２の回転軸１３をレードルの中心軸１５から偏心させて撹拌することによって、レードル１１内の底部も含めた熔湯１４全体の流れを活性化することができ、熔湯１４の均一な流れを確保することができる。そしてこれにより、レードル１１の上部から投入した脱硫剤と熔湯１４との接触効率を効果的に高めることができ、熔湯１４の脱硫効率を向上させることができる。

レードル１１内の水平方向における回転軸１３の偏心位置としては、特に限定されず、撹拌羽根１２の高さ方向の位置におけるレードル１１の内径と撹拌羽根１２の大きさとにより、撹拌羽根１２がレードル１１の内壁に接触しない位置に偏心させるとよい。

また、撹拌羽根１２のレードル１１の鉛直方向における位置（撹拌羽根１２の高さ位置）は、撹拌羽根１２の上端部１２’が熔湯１４の表面（界面）より上部に出るように調整することが好ましい。これにより、撹拌羽根１２の回転に伴う熔湯１４の流れをより均一にすることができ、脱硫剤との接触効率が向上し、より効率的な脱硫処理を行うことができる。また、撹拌羽根１２の回転軸１３に対して、脱硫処理に際して生成されるスラグが付着することを抑制することができ、付着したスラグの除去作業も不要となる。

なお、撹拌羽根１２の形状としては、特に限定されず、種々の形状のものを用いることができるが、その形状は所望の撹拌力に応じて決定するとともに、レードル１１の大きさに応じて回転軸１３を偏心させた撹拌羽根１２がレードル１１内壁に接触しない大きさの形状とする。また、撹拌羽根１２の材質についても、特に限定されないが、高温の粗フェロニッケル熔湯１４中での寿命が長いものが好ましい。

ここで、脱硫処理は、脱硫剤を添加することにより粗フェロニッケル熔湯１４中の硫黄を精製炉スラグ中に硫化カルシウム（ＣａＳ）として固定除去することによって行われる。添加される脱硫剤としては、特に限定されるものではなく、カルシウムカーバイド、石灰窒素及びそれらの混合物が挙げられる。その中でも、特に、高脱硫効率を実現できるカルシウムカーバイドを主体とする脱硫剤を用いることが好ましい。脱硫剤の形状及び純度は、特に限定されるものではなく、粒状又は顆粒状等の市販の工業用薬品が用いられる。

また、脱硫剤の添加量としては、出銑された粗フェロニッケル熔湯１４中のイオウ品位と使用する脱硫剤の脱硫効率から経験的に得られるものであり特に限定されないが、例えば、粗フェロニッケル中のイオウ品位が０．４〜０．５重量％の場合には、粗フェロニッケル１トン当たり１０〜２０ｋｇとする。

脱硫剤の投入は、脱硫する際に生成するスラグを撹拌によりレードル１１内壁に移動させて新たに現れた熔湯１４の表面に接触するように行うことが好ましい。すなわち、脱硫反応の進行とともに生成するスラグは、熔湯１４との比重差から熔湯１４面に浮上するが、撹拌によりレードル１１内壁側へ移動されるので、新たな熔湯１４面が現れる。この新たに現れた熔湯１４面に脱硫剤を投入することにより、脱硫剤と熔湯１４は継続して接触でき、高脱硫効率を維持することができる。また、同時に、撹拌羽根１２へのスラグの付着も軽減される。特に、本実施の形態においては、回転軸１３を偏心させた撹拌羽根１２で撹拌するようにしているので、より効果的に生成したスラグをレードル１１内壁側に移動させることができ、新たな熔湯１４面が現れ易くなり、脱硫剤と熔湯１４との接触効率を向上させることができる。

ただし、レードル１１内壁側での熔湯１４内への巻き込みが弱い場合に、レードル１１内壁側へ移動されたスラグがレードル１１内壁に付着し易くなることも考えられる。しかし、付着したスラグは、レードル１１内から熔湯１４を排出した後にレードル１１を傾転させて固形物をスラグポットへ掻き出す作業の際に同時にかつ容易に除去することが可能である。

なお、本実施の形態における粗フェロニッケル熔湯１４としては、特に限定されるものではなく、電気炉、熔鉱炉等の還元炉から出銑された粗フェロニッケル熔湯が用いられる。その中で、ガーニエライト鉱等の酸化ニッケル鉱石を原料とする熔湯が好ましく用いられる。

例えば、そのガーニエライト鉱等の酸化ニッケル鉱石を原料とする熔湯の代表的な組成としては、乾燥鉱換算でＮｉ品位が１５．０〜２５．０重量％、Ｓ品位が０．３〜０．６重量％、Ｃ品位が１．５〜２．５重量％、ＳｉＯ_２品位が０．５〜２．０重量％である。

また、脱硫処理に際して、還元炉から出銑される熔湯１４の温度としては、１３００〜１５００℃である。すなわち、熔湯１４の温度が１３００℃未満では、粗フェロニッケル熔湯１４と脱硫剤の撹拌による接触が不十分であるため脱硫が十分に進まない。一方、熔湯１４の温度が１５００℃を超えると、スラグの熔融が過度に進むため生成したスラグの全体がレードル１１内壁で熔着を起こして排出が困難になる。

以上詳細に説明したように、本実施の形態に係るフェロニッケルの脱硫方法は、レードル１１の水平方向における撹拌羽根１２の回転軸１３の位置を中心軸１５から偏心させるようにして撹拌する。このような方法によれば、レードル１１内の底部も含めた熔湯１４全体の流れを活性化させることができ、熔湯１４の均一な流れを確保することができる。そしてこれにより、投入する脱硫剤と熔湯１４との接触効率を高めて脱硫効率を向上させることができ、より経済性の高い脱硫処理を行うことができる。

また、本実施の形態に係るフェロニッケルの脱硫方法によれば、脱硫剤との接触効率を高めるために開口部を広げることや脱硫剤の投入量及び投入速度を速めること等の措置を行うことなく、脱硫効率を向上させることができる。したがって、熔湯の保温性や生産効率を低下させることなく、またレードル１１の開口部の大きさに関わらずに、効果的かつ効率的に脱硫処理を行うことができる。

なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。

例えば、上述のようにレードル１１の水平方向において中心軸１５から偏心した回転軸１３を、その中心軸１５の周囲に回動させるようにしてもよい。すなわち、図１に示したように側面からレードル１１を見た場合に、撹拌羽根１２の回転軸１３をレードル１１の片側一方にのみ偏心させた状態で撹拌羽根１２を回転させて撹拌するだけでなく、その回転軸１３をレードル１１の水平方向における中心軸１５の周囲を回動させるようにする。これにより、回転する撹拌羽根１２がさらに中心軸１５の周囲を回動するので、より効果的にレードル１１の底部の熔湯１４の流れを活性化させることができ、脱硫剤と熔湯１４との接触効率を高めて脱硫効率を向上させることができる。

また、撹拌羽根１２の回転軸１３を中心軸１５の周囲に回動させることに代えて、レードル１１を回転軸１３の周囲に回動させるようにしてもよい。すなわち、レードル１１の水平方向における中心軸１５から偏心した回転軸１３を中心として、レードル１１自身を回動させるようにする。これによっても、同様に、より効果的にレードル１１の底部の熔湯１４の流れを活性化させることができ、脱硫剤と熔湯１４との接触効率を高めて脱硫効率を向上させることができる。

以下に本発明の実施例を説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
電気炉から産出された粗フェロニッケル熔湯（硫黄品位：０．４重量％）３０トンを、撹拌羽根を用いる機械式撹拌装置を備えたレードル内に装入し、これに脱硫剤としてカルシウムカーバイドを投入して、脱硫処理を行った。

カルシウムカーバイド投入量は、粗フェロニッケル熔湯の硫黄品位、及び、製品スペックを満足する実操業での脱硫管理目標値（硫黄品位０．０２０重量％以下）を勘案した上で決定した。

ここで、レードル内部の粗フェロニッケル熔湯面の直径は１，９５０ｍｍであり、また熔湯高さは２，０００ｍｍであった。また、機械式撹拌装置は、撹拌羽根が長さ７００ｍｍ、幅２５０ｍｍ及び高さ４５０ｍｍのサイズの直方体（板状）材であり、その撹拌羽根に逆Ｔ字型に回転軸に取り付けた構造のものを使用した。

この撹拌装置のレードル内における設置位置は、図１に示したように、その回転軸１３がレードル１１の水平方向における中心軸１５から３００ｍｍ偏心させた位置とした。なお、撹拌装置の鉛直方向における設置位置は、撹拌羽根１２の上端部が粗フェロニッケル熔湯面より２００ｍｍ上になるように調整した。

（比較例１）
撹拌装置のレードルの水平方向における設置位置を、図４に示すように、その回転軸がレードルの水平方向における中心軸となるように、すなわち回転軸を偏心させないようにしたことを以外は、実施例１と同様の条件で脱硫処理を行った。なお、カルシウムカーバイドの投入位置は、撹拌羽根とレードル内壁の間の中間位置に投入した。

（評価）
実施例１及び比較例１の操業条件において、粗フェロニッケル熔湯を脱硫し、脱硫に関与した硫黄量と投入カーバイド量から脱硫効率を評価した。表１に評価結果を示す。

表１に示されるように、撹拌羽根１２の回転軸１３をレードル１１の水平方向における中心軸１５よりも偏心させて撹拌することによって、偏心させない場合よりも、脱硫効率を約５％向上させることができた。これは、回転軸を偏心させて撹拌することによって、レードル１１の底部の熔湯１４を含めた熔湯１４全体の流れを活性化することができたため、脱硫剤と熔湯１４との接触効率が高まり脱硫効率が向上したものと考えられる。

本発明のフェロニッケルの脱硫方法は、フェロニッケル製錬分野で利用される粗フェロニッケル熔湯の脱硫方法として好適であり、特に、レードルの開口部の大きさにかかわらず高脱硫効率を達成することができる。

１１ レードル、１２ 撹拌羽根、１３ 回転軸、１４ 粗フェロニッケル熔湯（熔湯）、１５ 中心軸

Claims (4)

1. 撹拌羽根を用いる撹拌装置を備えたレードル内で還元炉から出銑された粗フェロニッケル熔湯に脱硫剤を投入し、該撹拌羽根で撹拌して該粗フェロニッケル熔湯中の硫黄を除去するフェロニッケルの脱硫方法において、
   前記レードルの水平方向における前記撹拌羽根の回転軸の位置を偏心させて撹拌することを特徴とするフェロニッケルの脱硫方法。
2. 前記レードルの鉛直方向における前記撹拌羽根の位置を、該撹拌羽根の上端部が前記粗フェロニッケル熔湯の表面より上部に出るように調整することを特徴とする請求項１記載のフェロニッケルの脱硫方法。
3. 前記脱硫剤は、脱硫する際に生成するスラグを撹拌により前記レードル内壁側に移動させて新たに現れた粗フェロニッケル熔湯の表面に接触するように投入されることを特徴とする請求項１又は２記載のフェロニッケルの脱硫方法。
4. 前記偏心させた回転軸を、前記レードルの水平方向における中心軸の周囲に回動させることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のフェロニッケルの脱硫方法。

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