JP2014523966A - 合金鉄の熔錬における還元度の改善方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、ステンレス鋼の生産に適した合金鉄を熔錬する際、クロマイト精鉱の金属成分の還元度を改善する方法に関する。クロマイト精鉱は、ニッケル含有原料とともに供給されて、ニッケル含有原料の量によって合金鉄の金属成分の所望の還元度を達成する。
Description
本発明は、合金鉄の熔錬の際、ステンレス鋼の生産に適したクロム鉄としての被処理材料中の金属成分の還元度を改善する方法に関するものである。本方法によれば、ニッケル含有材料が合金鉄に投入される。
国際公開公報WO 2010/092234で知られているように、ニッケル原鉱、ならびに／またはニッケル精鉱、またはニッケル原鉱および／もしくはニッケル精鉱の溶融物から沈殿させた中間生成物を、鉄含有クロマイト精鉱および結合剤ペレットとともにクロム鉄の生産工程で凝集させて、まずこれをニッケル含有材料から生産し、ニッケル含有材料の乾燥および焼成をペレットの１段階熱処理、つまり焼結工程内で有利に行なうという方法がある。ペレットの熱処理で対象物は強化され、熱処理された対象物は、所望に応じて別々の工程段階の間を基本的には完全に移送することができる。必要ならば、ペレットは、焼結前に予熱しておくことができる。熱処理された対象物は、所望に応じて、別々の工程段階の間を基本的には完全に移送可能である。熱処理した対象物は、所望に応じて、別々の工程段階または処理装置間での対象物の移送に際して、コンパクト化することができる。焼結し、したがって強化されたペレットは、還元条件で行なう熔錬工程で原料として用いられる。その場合、これは、熔錬製品ニッケル含有合金鉄、すなわちクロム鉄ニッケルとして受け入れられる。
上述の国際公開公報WO 2010/092234はこのように、主として、焼結によるニッケル含有ペレットの生産に関する。その代り、焼結ペレットの熔錬条件については、正確な記載がない。しかし、エネルギー効率を述べる際、ペレットに含まれるニッケルがペレットにおけるクロム還元に対して触媒作用を及ぼし、したがって合金鉄生産における還元剤の原単位、有利には炭素が減少することが記載されている。
驚くべきことに、ここで観測されたのは、ペレットに含まれるニッケルがクロマイトペレットにおけるクロムの還元に触媒作用を及ぼすのみならず、クロマイトの熔錬に使われる炉の供給物に含まれるニッケルによって、熔錬工程で熔錬炉の供給物に含まれるすべての本質的金属成分、すなわち鉄、クロムおよびニッケルの還元が改善されることである。本発明の目的は、この驚くべき知見を利用し、クロマイト材料の熔錬工程における還元度を増す従前より効率的な方法を達成することであり、本方法では、除去すべき材料を熔錬するニッケル含有材料へ合金生成することによって熔錬中のクロマイトにおける金属成分の還元を改善し、同時にステンレス鋼の生産に適したプレアロイ、すなわちクロム鉄ニッケルを得ることである。本質的特徴事項は、添付の特許請求の範囲に記載されている。
本発明によれば、合金鉄生産におけるニッケル含有材料の熔錬前に被熔錬原料へクロマイトとして合金生成され、その場合、ニッケル含有によって、ニッケル含有材料自体を管理して合金鉄中の金属成分として還元させると同時に、供給材料に含まれる金属成分の還元が改善される。本発明によれば、合金鉄に加えるニッケル量によって、合金鉄における金属成分の還元度を有利に調整できると同時に、所望の含有量のニッケルを含む合金鉄を様々なニッケル含有量のクロム鉄ニッケル合金として得ることができる。所望の含有量のニッケルを含むクロム鉄ニッケル合金を使用して、例えば様々なステンレス鋼をオーステナイト系または二相ステンレス鋼として生産することができる
本発明による方法では、ニッケル含有原料として、少なくとも部分的に酸化ニッケルを、少なくとも部分的にニッケル原鉱および／もしくはニッケル精鉱を、または少なくとも部分的にニッケル原鉱および／もしくはニッケル精鉱の浸出および／もしくは沈殿によって得られるニッケル含有中間生成物を使用することができる。ニッケル含有原料は、熔錬工程へクロム鉄原料とともに投入される。熔錬炉への投入に先立って、ニッケル含有原料を前処理して、焼結されたペレットをニッケル含有材料からクロム鉄原料とともに形成するか、またはニッケル含有原料を別途前処理してクロマイトペレット状にする。ニッケル含有原料の前処理を行なって、熔錬炉へ投入するニッケル含有原料の一部をクロマイトペレットとともに前処理し、またニッケル含有原料の一部を別途前処理してクロマイトペレット状にすることも可能である。様々な前処理をすることで、熔錬炉に投入され様々な金属成分の還元を促進するニッケル含有原料は、例えば部分的にニッケル含有水酸化中間生成物や、部分的に硫化ニッケルまたはラテライトニッケル精鉱とすることができる。
本発明による方法で利用するニッケル含有原料は、有利には、鉱山または他の湿式冶金工程からのニッケル含有水酸化中間生成物であり、この中間生成物は、ラテライトニッケルおよび／もしくは硫化ニッケル原鉱の溶融物から、ならびに／または硫化物原鉱のニッケル含有精鉱から沈殿させたものである。この種のニッケル含有水酸化中間生成物は、例えばラテライトニッケルもしくは硫化ニッケル原鉱またはニッケル精鉱の加圧浸出、雰囲気浸出または堆積浸出からのニッケル含有中間生成物、ならびに溶剤抽出溶液のニッケル含有沈殿生成物、すなわちニッケル含有材料の溶剤抽出工程もしくはイオン交換工程から受け取った除去溶液もしくは精製溶液である。本発明の方法では、原料として炭酸塩または硫酸塩ニッケル材料も使用できる。さらに、硫化ニッケル精鉱自体、および湿式冶金で沈殿させたニッケル硫化中間生成物は、本方法のニッケル含有原料に適している。
本発明によれば、熔錬炉に投入するニッケル含有材料の量は、熔錬炉へ投入する前処理された材料の総質量の5〜25 重量パーセント、好ましくは10〜20 重量パーセントの範囲内で調整する。熔錬炉へ投入するニッケル含有量を調整すると、エネルギー経済上好ましい還元条件の達成、および／またはそれぞれの場合に好ましいステンレス鋼の生成に適したプレアロイ、すなわちクロム鉄ニッケルの生成が考えられる。少量添加のニッケル含有原料を用いると、還元度は低く維持され、その場合、低ニッケル含有量の合金鉄、すなわちクロム鉄ニッケルが生ずる。この種の低ニッケル含有量の合金鉄は、とくに二相ステンレス鋼等級の生成に好ましいプレアロイである。多く添加したニッケル含有原料を用いると、還元度が増し、熔錬生成物中のニッケル含有量も増える。この種のニッケル含有量の多いクロム鉄ニッケルは、ニッケル含有量の多いオーステナイト系のステンレス鋼等級の生成に使用するのが好ましい。
本発明の方法によれば、熔錬炉に投入するニッケル含有原料の前処理において、有利には、ニッケル原料の微細構造および組成を考慮する。ニッケル含有原料が、例えばニッケル含有溶融物の溶液から沈殿させた鉱山または他の湿式冶金工程のニッケル含有中間生成物であり、この中間生成物が前処理としてとりわけ高温で焼成を行なう必要がある場合、ニッケル含有原料の前処理は、クロマイトペレットの生成およびペレットの焼結とともに行なわれる。これに対して本発明による方法のニッケル含有原料が、例えば酸化ニッケル、ニッケル原鉱および／またはニッケル精鉱としてあり得る乾燥の他に何ら本質的な高温での前処理を要さない材料であれば、ニッケル含有原料は、クロマイトペレットの投入とともに熔錬炉へ供給することができる。ニッケル含有原料の微細構造および組成は、熔錬炉への投入に先立ってクロマイトのペレット作成とは別に原料を前処理しニッケル含有原料をクロマイトペレットの焼結工程へ供給することが有利なものにすることができる。
本発明による方法では、予熱装置を備えた熔錬炉を有利に使用して、熔錬炉にはいる供給物を予熱装置を通して熔錬炉へ投入するようにする。本発明によれば、前処理したニッケル含有原料は予熱装置にも導入され、遅くともここでニッケル含有物は、熔錬炉に投入される他の材料と接触するようになる。熔錬炉では、ニッケル含有物はクロマイトペレットとともに、所望の組成を有するクロム鉄ニッケルに熔錬され、このクロム鉄ニッケルは、その組成に応じて、有利には、例えばオーステナイト系または二相ステンレス鋼の生成に利用することができる。
本発明によって、閉じたサブマージドアーク炉でニッケル含有原料の熔錬を有利に行なえば、還元熔錬工程で発生する一酸化炭素ガスを、片や、例えばクロマイトペレットの焼結に、また場合によっては他の前処理および予熱に、また他方では、例えば熔錬生成物、すなわちクロム鉄ニッケルから生成されたステンレス鋼の製造経路におけるさまざまな工程に利用することができる。
本発明による方法は、添付の実施例によってさらに詳細に説明される。
鉄およびクロムを含有するクロマイト精鉱ならびにニッケルを含有する中間生成物から混合物を形成し、この混合物へ結合剤として1.2 重量パーセントのベントナイトおよび3 重量パーセントのスラグ形成材料、フラックス、石灰石または珪灰石のいずれかを加えた。表１には、混合物におけるクロム、鉄、ニッケル、炭素およびイオウの含有量が重量パーセントで示され、これに10 重量パーセント(Test 1)および20 重量パーセント(Test 2)の水酸化ニッケルを加えた。さらに表１では、比較材料(REF)として混合物が示され、この混合物には水酸化ニッケルを加えなかった。
結合剤を含有し表１の各材料を呈する混合物をペレット状にして焼結した。焼結したペレットの一部を代表的にスラグ形成剤および還元剤とともに熔錬炉へ送った。
表１に記載の材料を熔錬した。表２には、当該熔錬生成物におけるクロム、鉄、ニッケル、炭素およびケイ素の含有量が、さらには金属成分、すなわちクロム、鉄およびニッケルの熔錬生成物への回収率が示されている。炭素含有量は、金属合金の組成および平衡に応じて異なる。投入回分は、ケイ素の熔錬生成物への還元にもある程度十分な量の炭素を有している。供給合金は、原料および生成バルク供給物における酸化ケイ素を有している。
焼結したペレットの一部について、実験室規模で熱重量測定を行ない、これは、最大温度1550 oCまでの異なる温度領域で熔錬工程を表す条件においてペレットの金属成分、すなわちクロム、鉄およびニッケルの還元度をモニタするためである。表３には、1400 oCおよび1550 oCの温度におけるクロム(Crmet/Crtot)、鉄(Femet/Fetot)およびニッケル(Nimet/Nitot)の還元度について、熱重量測定の結果を示す。
ニッケル含有原料をペレットに加えると、クロムおよび鉄の1550 oCの温度における還元度が実質的に増加し、ニッケルの還元度がTest 2 ニッケル含有量で100 %近くまで増加すると同時に、クロムでは15 %を超え、鉄では70 %を超える。焼結したペレットにおける全金属成分、すなわちクロム、鉄およびニッケルについて還元度がニッケル含有原料の添加によって増すと同時に、熔錬工程の還元条件の達成に還元剤として使用するコークスの必要性が減る。
Claims (16)
- ステンレス鋼の生産に適した合金鉄を熔錬する際、クロマイト精鉱の金属成分の還元度を改善する方法において、該方法は、前記クロマイト精鉱をニッケル含有原料とともに供給し、ニッケル含有原料の量によって合金鉄の金属成分の所望の還元度を得ることを特徴とするクロマイト精鉱の金属成分の還元度の改善方法。
- 請求項１に記載の方法において、前記ニッケル含有原料は、前記熔錬炉へ供給する材料の総量の5〜25 重量パーセント、有利には10〜20 重量パーセントを供給することを特徴とする改善方法。
- 請求項１または２に記載の方法において、前記熔錬中、前記クロマイト精鉱におけるクロム含有量の少なくとも2.6 %が還元されることを特徴とする改善方法。
- 前記請求項のいずれかに記載の方法において、前記熔錬中、前記クロマイト精鉱における鉄含有量の少なくとも37.4 %が還元されることを特徴とする改善方法。
- 前記請求項のいずれかに記載の方法において、前記ニッケル含有原料の少なくとも一部は、前記熔錬炉の前記クロマイト精鉱から生産されたペレット中へ供給することを特徴とする改善方法。
- 前記請求項のいずれかに記載の方法において、前記ニッケル含有原料の少なくとも一部は、前記熔錬炉への供給に先立って前記クロム精鉱ペレットとは別に前処理することを特徴とする改善方法。
- 前記請求項のいずれかに記載の方法において、前記熔錬炉には、前記ニッケル含有原料として少なくとも部分的に酸化ニッケルを供給することを特徴とする改善方法。
- 前記請求項のいずれかに記載の方法において、前記熔錬炉には、前記ニッケル含有原料として少なくとも部分的にニッケル原鉱および／またはニッケル精鉱を供給することを特徴とする改善方法。
- 前記請求項のいずれかに記載の方法において、前記熔錬炉には、前記ニッケル含有原料として少なくとも部分的に、ニッケル原鉱および／またはニッケル精鉱の浸出および／または沈殿によって得られたニッケル含有中間生成物を供給することを特徴とする改善方法。
- 請求項９に記載の方法において、前記熔錬炉には、少なくとも部分的に、ラテライトニッケルもしくは硫化ニッケル原鉱、またはニッケル精鉱の加圧浸出によって得られたニッケル含有中間生成物を供給することを特徴とする改善方法。
- 請求項９に記載の方法において、前記熔錬炉には、少なくとも部分的に、ラテライトニッケルもしくは硫化ニッケル原鉱、またはニッケル精鉱の雰囲気進出によって得られたニッケル含有中間生成物を供給することを特徴とする改善方法。
- 請求項９に記載の方法において、前記熔錬炉には、少なくとも部分的に、ラテライトニッケルもしくは硫化ニッケル原鉱、またはニッケル精鉱の堆積浸出によって得られたニッケル含有中間生成物を供給することを特徴とする改善方法。
- 請求項９に記載の方法において、前記熔錬炉には、少なくとも部分的に、ニッケル含有溶剤抽出溶液のニッケル含有沈殿生成物を供給することを特徴とする改善方法。
- 請求項９に記載の方法において、前記熔錬炉には、少なくとも部分的に、ニッケルを含有する除去溶液のニッケル含有沈殿生成物を供給することを特徴とする改善方法。
- 請求項９に記載の方法において、前記熔錬炉には、少なくとも部分的に、ニッケル含有精製溶液のニッケル含有沈殿生成物を供給することを特徴とする改善方法。
- 請求項１ないし９のいずれかに記載の方法において、前記熔錬炉には、ニッケル含有材料として、部分的にニッケル精鉱を、また部分的に、ニッケル原鉱および／またはニッケル精鉱の浸出および／または沈殿によって得られたニッケル含有中間生成物を供給することを特徴とする改善方法。
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