JP2747524B2 - プラズマ燃焼式キュポラ内の原料の脱硫方法 - Google Patents
プラズマ燃焼式キュポラ内の原料の脱硫方法Info
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- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/12—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in electric furnaces
- C21B13/125—By using plasma
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
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Description
法に関し、特に、プラズマ燃焼式キュポラ内の鉄の脱硫
方法に関する。
量で決まる。鉄の性質に大きな影響を与える一重要成分
は、硫黄(S)である。大抵のねずみ鋳鉄品では、鉄の
組成に占める硫黄の割合は0.1%以下に保たれている。
ノジュラー鋳鉄では、硫黄の割合は0.008%の範囲内に
ある。
黄が溶融体に入るので、これを鋳鉄製造前に除去する必
要がある。鉄からの硫黄の除去は、キュポラ内において
所謂、塩基性スラグモードで実施されており、この塩基
性スラグモードでは、装入量のうち大きな割合をスラグ
形成材料、例えばドロマイト又は石灰石が占めることが
必要条件となる。ドロマイト又は石灰石は装入量全体の
約5%〜15%を占める。したがって、溶融体の融剤部分
の焼成中、硫黄はスラグに捕捉されてこれと共に除去さ
れる。かくして、コークスの燃焼により生じるエネルギ
の大部分は、融剤の焼成に費やされる。また、融剤を大
量に用いると、耐火性ライナーが悪影響を受け、しか
も、シリコンやマンガンのような合金元素が融剤に捕捉
されるが、これらの不足分を補うため、高価なフェロシ
リコン及びフェロマンガンを装入物に添加するという作
業が必要になる。
これを行うためには、炭化カルシウムを取りべ内の溶融
鉄に加え、窒素を溶融体中に吹き込んでこれを泡立た
せ、攪拌を行う。生成した硫化カルシウムと未反応の炭
化カルシウムとが化合すると、ドス(doss)が生じる
が、このドスを溶融鉄の頂部からすくい取る。ドスが水
と反応すると、アセチレンが生じるが、これは空気と混
ざると爆発を起こしやすい。
素の捕捉が起こらず、爆発性の副産物が生成せず、しか
もキュポラの耐火性ライナーに対して有害ではない、キ
ュポラ内の鉄の脱硫方法を提供することにある。
を備えたプラズマトーチ供給ノズルを有するプラズマ燃
焼式キュポラの中の原料を脱硫する方法であって、キュ
ポラに、原料、コークス及び融剤を装入する段階と、コ
ークスを点火すると共に空気を加えて原料を溶融させ、
溶融原料とスラグのプールを生ぜしめる段階と、CaOとM
9OとCaCO3とM9CO3とCaCO3M9CO3とから成る群のうち選択
した脱硫剤をプラズマトーチ供給ノズル内に供給する段
階と、空気をプラズマトーチ供給ノズル内に供給する段
階と、プラズマトーチを、プラズマトーチ供給ノズル内
の脱硫剤を溶融させるに十分なパワーレベルで稼動さ
せ、溶融脱硫剤及び空気が溶融プールに隣接した箇所で
キュポラに入る前に温度2500゜F〜3500゜Fに達するよう
にし、それにより、溶融脱硫剤が溶融原料と直接混合
し、溶融原料中の硫黄と反応して溶融プール中の溶融原
料が脱硫され、既反応及び未反応の溶融脱硫剤がスラグ
の一部になり、スラグを流動可能な状態にする段階とを
有することを特徴とする脱硫方法が提供される。
る。
上方へ延びる垂直の円筒形ハウジング5を有する炉を示
している。基部3及びハウジング5は、実質的に丸い開
口シャフト9を形成する耐火煉瓦その他の耐火物7で内
張りされており、シャフト9の上端は排ガス導管11によ
り煙突(図示せず)に連結されている。シャフト9の上
端付近に設けられていて、装入物をキュポラ1内に装入
する開口13を含む装入用ドアが設けられている。装入物
は通常、コークス、屑鉄及び、例えばドロマイト又は石
灰石のような融剤を含む。鉄はキュポラ内に生じる通常
の金属であるが、後述の脱硫方法を利用すると、他の金
属、鉱石、合金又は他の物質が得られる。
し口15が設けられており、ダム17とスキマー19は互いに
協働して溶融鉄とスラグを分離し、これらは流し口15か
ら別々に抜き出される。
けられており、その一端はシャフト9内へ開口し、該一
端と反対側の端にはプラズマトーチ23が設けられてい
る。プラズマトーチ供給ノズル21は一つしか図示してい
ないが、サイズ及び設計処理量に応じてキュポラ1内に
任意の個数のプラズマトーチ供給ノズル21を設けること
が可能である。プラズマトーチ供給ノズル21は米国特許
第4,761,793号明細書に詳述されている。
配置され、このビンとスクリュー・オーガー27又は他の
供給手段との協働により、プラズマトーチ供給ノズル21
への粒状物の流量が調節される。ビン25は、CaOとM9Oと
CaCO3とM9CO3とCaCO3M9CO3とから成る脱硫剤群から選択
した脱硫剤を収容しており、選択された脱硫剤は、硫黄
除去量に応じて、スクリュー・オーガー27により、溶融
状態の鉄1トンにつき毎時約1〜2ポンドの速度でプラ
ズマトーチ供給ノズル21へ供給される。
ダクト又は導管31を経てプラズマトーチ供給ノズル21と
連通しており、排ガスをプラズマプラズマトーチ供給ノ
ズル21を介してキュポラ1に再循環させる。排ガスを再
循環させるエネルギを得るため、排ガスからの粒状物の
除去に用いられるサイクロン分離器33が導管31内に設け
られている。コークスを燃焼させるため燃焼用空気を供
給するブラスト用空気導管37がプラズマトーチ供給ノズ
ル21と連通した状態で図示されると共に、プラズマトー
チ23への空気の供給に用いられるトーチ用空気導管39が
図示されている。
スラグのプール(溜まり)内に存在している状態で鉄鉱
石、別種の金属又はこれらの混合物を脱硫するキュポラ
1の動作原理は、鉄についての脱硫動作原理とほぼ同じ
である。したがって、当業者であれば、この脱硫方法を
用いると他の合金金属を脱硫できることは言うまでもな
いので、鉄の脱硫方法を以下に説明する。
を通してキュポラ1のシャフト9内に装入する。典型的
には石灰石又はドロマイトである融剤は、装入物のうち
小さな割合、即ち3重量%を占めるに過ぎない。装入物
全体のうち重量で約5%〜15%を占めるコークスを、プ
ラズマトーチを用いて点火すると共に空気を供給してコ
ークスを燃焼させ、装入物全体のうち重量で約80%〜90
%を占める屑鉄を溶融させ、シャフト9の底部にスラグ
で覆われた状態の溶融鉄のプールを生ぜしめる。CaOとM
9OとCaCO3とM9CO3とCaCO3M9CO3とから成る脱硫剤群から
選択した脱硫剤を、鉄から除去すべき硫黄量に応じて、
スクリュー・オーガー27により、溶融状態の鉄1トンに
つき毎分約1〜2ポンドの制御された速度でプラズマト
ーチ供給ノズル21へ供給する。トーチのパワーレベル
は、プラズマトーチ供給ノズル21を通過する融剤及びガ
スを、脱硫剤が溶融する2500゜F〜3500゜Fの温度まで加
熱するよう設定されている。溶融状態の脱硫剤は、溶融
鉄とスラグのプールの頂部に隣接した箇所でシャフト9
に入ってこれらと化合し、溶融鉄中の硫黄と反応し、ス
ラグとの化合により硫黄を溶融鉄から除去する。また、
未反応の脱硫剤はスラグと化合し、スラグの粘度を減じ
てその流動性を高める。
よれば0.003%まで減少したので、溶融鉄をキュポラか
ら鋳型へ直接注ぎ込んで商品を製造できる。また、硫黄
含有量が少ないので、溶融鉄をキュポラ1からマグネシ
ウムの入っているインフラスコ形鋳型内へ直接注ぎ込む
ことにより、ノジュラー鋳鉄が鋳型内に得られる。
と、脱硫に必要なエネルギが最少限に抑えられ、キュポ
ラ内の耐火ライナーの寿命への悪影響が最少限に抑えら
れ、しかも、鉄の適正な化学的性質を得るためには高価
な鉄系合金元素の添加が必要になるスラグ中の他の合金
元素の捕捉が生じず、従って溶融鉄をキュポラ1から取
り出した状態で直接商業的に利用できるという利点が得
られる。
…耐火物、9……シャフト、15……流し口、21……プラ
ズマトーチ供給ノズル、23……プラズマトーチ、27……
スクリューオーガー、29……ガス抜取りノズル。
Claims (6)
- 【請求項1】プラズマトーチ及び粒状物供給装置を備え
たプラズマトーチ供給ノズルを有するプラズマ燃焼式キ
ュポラ内の原料を脱硫する方法であって、キュポラに原
料、コークス及び融剤を装入する段階と、コークスを点
火すると共に空気を加えて原料を溶融させ、溶融原料と
スラグのプールを生ぜしめる段階と、CaOとM9OとCaCO3
とM9CO3とCaCO3M9CO3とから成る群のうち選択した脱硫
剤をプラズマトーチ供給ノズル内に供給する段階と、空
気をプラズマトーチ供給ノズル内に供給する段階と、プ
ラズマトーチを、プラズマトーチ供給ノズル内の脱硫剤
を溶融させるに十分なパワーレベルで稼動させ、溶融脱
硫剤及び空気が溶融プールに隣接した箇所でキュポラに
入る前に温度2500゜F〜3500゜Fに達するようにし、それ
により、溶融脱硫剤が溶融原料と直接混合し、溶融原料
中の硫黄と反応して溶融プール中の溶融原料が脱硫さ
れ、既反応及び未反応の溶融脱硫剤がスラグの一部にな
り、スラグを流動可能な状態にする段階とを有すること
を特徴とする脱硫方法。 - 【請求項2】キュポラへの前記装入段階は、キュポラ
に、金属鉱石、屑金属又は屑鉄の形態の原料を装入する
段階を含むことを特徴とする請求項第(1)項記載の脱
硫方法。 - 【請求項3】プラズマトーチ供給ノズル内へ脱硫剤を供
給する前記段階は、溶融鉄から除去すべき硫黄量に応
じ、脱硫剤を溶融状態の屑鉄1トンにつき毎分1〜2ポ
ンドの制御された供給速度で送り込む段階を含むことを
特徴とする請求項第(1)項記載の脱硫方法。 - 【請求項4】プラズマトーチを稼動させる前記段階は、
プラズマトーチを、流出ガス及び流出脱硫剤の温度を25
00゜F〜3500゜Fの範囲の温度まで昇温させるに十分なパ
ワーレベルで稼動させる段階を含むことを特徴とする請
求項第(1)項記載の脱硫方法。 - 【請求項5】キュポラへの前記装入段階は、装入物中の
融剤が装入物全体のうち重量で約3%を占めるようにキ
ュポラへの装入を行う段階を更に含むことを特徴とする
請求項第(1)項〜第(4)項のうちいずれか一つの項
に記載の脱硫方法。 - 【請求項6】インフラスコ形鋳型を準備し、マグネシウ
ムをインフラスコ形鋳型内に入れ、溶融鉄をキュポラか
ら鋳型内に注ぎ込んで鋳型内にノジュラー鋳型を生ぜし
める段階を有することを特徴とする請求項第(1)項記
載の脱硫方法。
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