JP2797953B2

JP2797953B2 - Ｎｉ鉱石の溶融還元方法

Info

Publication number: JP2797953B2
Application number: JP6028284A
Authority: JP
Inventors: 秀昭水上; 茂井上; 英夫中村; 敦渡辺; 千尋滝; 治良田辺; 久樹加藤
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1994-02-25
Filing date: 1994-02-25
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: JPH07238308A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は炭材を燃料及び還元材
として用い、Ｎｉ鉱石を転炉型製錬炉で溶融還元し、含
Ｎｉ溶湯を得るＮｉ鉱石の溶融還元方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、ステンレス鋼の溶製は、スクラッ
プ、ＦｅＣｒ、ＦｅＮｉ等の合金鉄または電解法による
Ｎｉ等の原料を電気炉或いは転炉で再溶解することによ
り行われていた。上記のような再溶解する技術による
と、ステンレス鋼の主要成分であるＣｒ，Ｎｉは予め電
気炉等で還元された合金鉄を原料としており、高価な電
気エネルギーを使用しているため、経済的な方法ではな
い。このような観点から、より経済的にステンレス鋼を
製造する方法としてＣｒ源としてＣｒ鉱石を用い、これ
を転炉またはその他の溶解炉において溶融還元する方法
が提案されている。一方、Ｎｉ源として安価原料を使用
する方法は、ＦｅＮｉ溶解費の低減を目的とした電気炉
におけるＦｅＮｉ溶湯の直接使用［鉄と鋼、６９（１９
８３）７，ｐ．５９］、転炉におけるニッケルマットの
溶融還元（特開昭５８−１０４１５３号公報）あるいは
ニッケル酸化物に炭材を混合、成型したものを加熱して
予備還元する方法（特開昭６０−３６６１３号公報）等
が提案されている。

【０００３】ところで，Ｎｉ源の原料単価の低減方法と
して、Ｎｉ鉱石の溶融還元が考えられる。しかしなが
ら、Ｎｉ鉱石は、Ｎｉ成分が２〜３重量％と低いので、
Ｎｉ鉱石重量の約７０％はスラグとなるので、溶融還元
においては多量のスラグを発生する。例えば、８％含Ｎ
ｉ溶湯を得る場合は溶湯ｔｏｎ当たり２〜３ｔｏｎのス
ラグが発生する。従って、所定のＮｉ濃度の溶湯を得よ
うとすると、多量のスラグが発生する。これに伴って、
（１）溶融還元の工程で還元材、または熱源として装入
する酸素と炭材により発生する反応ガスによってスロッ
ピング（炉口からのメタル粒を含むスラグ塊の飛散）が
発生し易く、定常的な操業が困難となり、操業が不安定
となる虞があり、さらには（２）上記スロッピングに伴
う設備機器の損傷、（３）上記スロッピングに伴うＮｉ
歩留まりの低下が顕著になる。こうした問題があるた
め、前述の公知例では、Ｎｉ源としてＮｉ鉱石を直接製
錬炉に装入せず、何等かの予備処理をして含有Ｎｉ成分
の割合を増加させたものを用いている。以上のようにＮ
ｉ鉱石を使用すると、スラグが多量に発生するにも拘ら
ず、特開平２−２２１３３６号公報では、安定した操業
を行うことが出来、スロッピングに伴う設備機器の損
傷、Ｎｉ歩留まりの低下等の問題が解消出来るＮｉ鉱石
の溶融還元方法を提供している。

【０００４】上記特開平２−２２１３３６号公報に記載
されたＮｉ鉱石の溶融還元方法は、Ｎｉ鉱石を炭材、造
滓剤とともに製錬炉に装入し、脱炭用および二次燃焼用
ノズルを有する上吹き酸素ランスから酸素を吹き込むと
ともに、該製錬炉の炉底に設けられた底吹き羽口から撹
拌ガスを吹き込んでＮｉ鉱石を溶融還元する方法であ
る。そして該製錬炉内の二次燃焼比［（Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂）／（Ｈ₂＋Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ＋Ｃ
Ｏ₂）］を０．３以上とするものである。この方法によれば、溶
湯中の［Ｃ］は、脱炭用酸素によってＣＯガスとなって
脱炭されるが、このＣＯガスは二次燃焼用酸素によって
ＣＯ₂ガスとなる。この脱炭および二次燃焼の反応熱が
溶融還元の主たる熱源であり、製錬炉からの排出ガスの
上式で示される酸化度が大きいほど発生熱が増大する。
これにともなって製錬炉に投入する炭材を低減すること
ができ、したがってスロッピングの発生要因であるＣ
Ｏ、ＣＯ₂ガスが低減されるので、スロッピングの発生
頻度は顕著に低減されるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように二次燃焼比を０．３以上とした特開平２−２２１
３３６号公報による溶融還元方法においても以下のよう
な問題がある。即ち、一般に溶融還元に用いられるよう
な製錬炉で使用される炉体耐火物としては、例えばマグ
カーボン、マグクロレンガ等のマグネシアレンガが考え
られるが、Ｎｉ溶融還元が長時間処理となることから、
高二次燃焼（高スラグ温度）ではイ．ＭｇＯのスラグ中への溶出ロ．スラグ中のＦｅＯとの反応による（酸化）溶出ハ．ＭｇＯ−Ｃの高温でのマグカーボン（還元）反応等により炉体損耗が無視できなくなる。本発明は、かか
る事情に鑑みてなされたもので、高二次燃焼の必要がな
く、炉体レンガ損耗の問題を克服し、スピッティングが
無く、且つ安定したＮｉ鉱石の溶融還元操業を行うこと
ができるＮｉ鉱石の溶融還元方法を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、Ｎｉ鉱石
の直接溶融還元に関して鋭意研究を重ね、炉体レンガ損
耗や操業の安定性に関して後述する知見を得て本発明を
完成したものである。即ち、本発明に係るＮｉ鉱石の溶
融還元方法は、酸素ガス一部または全部を浴面下の位置
より浴中に吹き込む転炉型製錬炉へ、Ｎｉ鉱石を炭材と
ともに添加し溶融還元する際に、浴中に吹き込む酸素ガ
ス流量を１．０Ｎｍ³／分・トン以上としてスラグ中の
ＴｏｔａｌＦｅを１０重量％以下に保持することを特
徴とするものである。また、上記Ｎｉ鉱石を溶融還元す
る際に、下記に示される二次燃焼比（Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂）／（Ｈ₂＋Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ＋ＣＯ₂）を０．３未満に保持することを特徴とするものである。
また、上記Ｎｉ鉱石を溶融還元する際に、スラグ温度を
１，５８０℃以下に調節することを特徴とするものであ
る。

【０００７】

【作用】本発明は、前記の如く、Ｎｉ鉱石を炭材ととも
に転炉型製錬炉に添加して溶融還元するが、その溶融還
元に必要な酸素の一部または全部を浴面下の位置より浴
中に直接供給するが、その浴中に吹き込む酸素ガス流量
を１．０Ｎｍ³／分・トン以上としている。そのため、
発生するＣＯガスによるメタル浴、スラグ浴の充分な撹
拌強度が得られ、スラグ中のＴｏｔａｌＦｅ（重量
％）を１０％以下と低濃度に保つことができるので、ス
ロッピング頻度を少なくできる。スラグ中のＴｏｔａｌ
Ｆｅを１０重量％以下と低濃度にすることは、ＭｇＯ
系炉体の保護にも有利な作用を及ぼす。また、前記の如
く、酸素ガスを浴面下の位置より浴中に吹き込む転炉型
製錬炉へ、Ｎｉ鉱石を炭材と共に該製錬炉に添加して溶
融還元する際に、スラグ中のＴｏｔａｌＦｅを１０重
量％以下に保持するとともに、下記に示される二次燃焼
比（Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂）／（Ｈ₂＋Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ＋ＣＯ₂）を０．３未満に保持すること、即ち、排ガスの酸化度を
下げることにより、反応熱を下げて溶融還元するので、
製錬炉の炉体構造物の損耗を少なくするものである。二
次燃焼比を０．３以上にした場合は、スラグ中のＭｇＯ
を飽和にコントロールしても、スラグ温度が１，６００
℃以上にもなり、炉体レンガの損耗が急激に進行する。
二次燃焼比を０．３未満とすることにより、炉体レンガ
の損耗が殆ど生じない極めて良好な状態を維持すること
ができる。

【０００８】なお、二次燃焼比を０．３以上と高くする
ためには、酸化度を上げるための二次燃焼用ノズルを複
雑な構造にしたランスを用いることが必要となり、その
ランスのメンテナンスが困難となること、さらには高二
次燃焼比を一定に維持制御することが困難である等の操
業性に問題が生じ、操業中、二次燃焼比率が安定しない
などの問題もあり、又短期間であっても二次燃焼比が上
昇した時には炉体レンガの損耗が加速されることがあ
る。因って二次燃焼比を０．３未満に限定するものであ
る。また、二次燃焼比を上げると酸化度が高くなるので
発熱量が増加し、高生産性が確保できるが同時に着熱効
率が低下するためスラグ温度が上昇する。本発明では着
熱効率を考慮してスラグ温度を１，５８０℃以下とし
た。一方、二次燃焼比を下げると排ガス流量が増加し、
スロッピング頻度が高くなる傾向があるが、この問題に
対しては、浴面下の位置より浴中に吹き込む酸素ガス流
量を１．０Ｎｍ³／分・トン以上とすることによりスラ
グ浴の撹拌が十分に行われるようにし、スラグ中のＴｏ
ｔａｌＦｅを１０重量％以下の低位に保つことができ
るので、スロッピング頻度が低下し、ＭｇＯ系炉体レン
ガの保護に有利な作用を及ぼす。

【０００９】

【実施例】

実施例１図１は本発明のＮｉ鉱石の溶融還元方法を実証するため
の一態様例を示す転炉型製錬炉の説明図である。図１に
おいて、１０は転炉型製錬炉で、マグネシア系レンガが
内張され、酸素を上吹および底吹することができるもの
である。１１はメタル層、１２はスラグ浴、２１は上吹
酸素ランスである。２４は酸素底吹羽口で、ステンレス
製の二重管で構成されており、中心に酸素、外側にはプ
ロパンを流し、その分解熱により羽口を冷却するもので
ある。２５はホッパーで、原料であるＮｉ鉱石、炭材ま
たは造滓剤を製錬炉に投入するための容器である。２６
は酸素ガス配管、２７はスラグ温度計、２８は排ガス分
析用サンプル口である。又２９は攪拌ガス吹き込み羽口
で、Ｎ₂等の撹拌ガスを吹き込むことができる羽口であ
る。なお本実施例において用いられた転炉型製錬炉１０
の容量は１２０ｔｏｎで、送酸量は、上吹が最大２０，
０００Ｎｍ³／Ｈｒ、底吹が最大１４，０００Ｎｍ³／
Ｈｒである。最初に上記転炉型製錬炉１０内へ、溶銑
（Ｆｅ：９５重量％）を約５０トン装入し、次いで炭材
としてコークス（Ｆ．Ｃ：８７重量％）、および媒溶剤
としての石灰および螢石を装入する。その後、上吹酸素
ランス２１から酸素を２０，０００Ｎｍ³／Ｈｒの送酸
量で吹き込むことにより、溶湯が１，５００℃程度に昇
温した後、次に示す組成のＮｉ鉱石の投入を開始する。

【００１０】

【表１】

【００１１】一方、酸素底吹羽口２４からは、溶銑が装
入された時から酸素底吹羽口２４が閉塞されないよう
に、酸素底吹羽口２４から酸素を８，０００Ｎｍ³／Ｈ
ｒを吹き込むが、必要に応じてその吹き込み量を増大す
る。また、撹拌ガス吹き込み羽口２９からは、撹拌ガス
としてＮ₂を１，０００Ｎｍ³／Ｈｒで吹き込むが、必
要に応じてその吹き込み量を増大して溶融還元反応を起
こし、図１に示すように製錬炉１０内に含Ｎｉ溶銑から
なるメタル層１１とスラグ浴１２を生成せしめる。尚撹
拌ガスとしてはＮ₂以外Ａｒ、ＣＯ₂等の不活性ガスで
あってもよい。上記製錬時における二次燃焼比（Ｏ．
Ｄ）を求めるには、排ガス分析用サンプル口２８より排
ガスをサンプリングして、排ガス分析を行い、Ｈ₂Ｏ及
びＣＯ₂濃度を求め、次式に代入して二次燃焼比（Ｏ．
Ｄ）を求める。Ｏ．Ｄ＝（Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂）／（Ｈ₂＋Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ＋
ＣＯ₂）この二次燃焼比は、上吹酸素ランス２１のランス高さ
と、送酸量および底吹羽口からの送酸量を操作すること
により調節しＯＤ〜０．１５〜０．２５に保った。二次
燃焼比を０．３以上にすると、図２に示すごとく、スラ
グ中のＭｇＯを飽和にコントロールしても、スラグ温度
が、１６００℃以上にもなり、炉体レンガの損耗が急激
に進行するので、０．３以下の上記範囲を維持した。さ
らに、スラグ温度の調節は、該温度をスラグ温度計２７
により測定し、高い場合は、鉱石と造滓剤を増加する等
して調節し、１，５５０℃＋２０℃で制御した。

【００１２】一方二次燃焼比を下げると排ガス流量が増
大し、スロッピング頻度が高くなる傾向がある。この問
題に対しては、浴面下に酸素ガスを吹き込む羽口からの
送酸により、スラグ浴の攪拌を十分に行うことで、図３
に示すようにスラグ中のＴｏｔａｌＦｅ量（重量％）
を１０％以下の底位に保つことができ、図４に示すＴｏ
ｔａｌＦｅ量（重量％）とスロッピング頻度との関係
から明らかなように、スロッピング頻度を少なくするこ
とができる。従って、前記二次燃焼比が０．３未満では
スロッピングの発生が問題になるので、これを押さえる
べく、スラグ中のＴｏｔａｌＦｅを１０重量％以下に
設定した。前記スラグ中のＴｏｔａｌＦｅを１０重量％
以下とすることは、上吹送酸量を２０，０００Ｎｍ³／
Ｈｒ，底吹酸素量を８，０００Ｎｍ³とすることで達成
できた。炉体撹拌はスラグ組成のコントロールによって
も軽減でき、スラグ組成をＴｏｔａｌＦｅ（重量％）
１０％以下、スラグ中のＭｇＯ％を（飽和＋１％）以上
の組成とする。ＭｇＯ％はＭｇＯ−Ｃレンガ屑等をＮｉ
鉱石、炭材とともに操業中に添加して、ＭｇＯ％が（飽
和＋１％）以下にならないように常に保った。この様な
条件の下でＮｉ鉱石平均１，２００ｋｇ／分、コークス
平均６５０ｋｇ／分の投入速度でＮｉ鉱石を溶融還元
し、途中排滓を２回実施し４〜５時間のバッチの溶融還
元により約７０トンのＮｉ溶銑（Ｎｉ：９．７重量％）
が得られた。この操業において、特にスロッピングも軽
微で１０チャージ溶解後の炉体レンガ損耗速度の測定結
果も０．１ｍｍ／Ｈｒと本発明を実施しない場合の１〜
２ｍｍ／Ｈｒに比較して損耗速度を格段に低く抑えるこ
とが出来た。実施例２図１に示す転炉型製錬炉１０で、上吹酸素ランスからの
送酸は行わず、酸素底吹羽口２４からのみの酸素吹き
で、Ｎｉ鉱石の溶融還元を実施した。最初に上記転炉型
製錬炉１０内へ溶銑を約５０トン装入し、次いで炭材と
してコークスおよび造滓剤としての石灰および螢石を装
入する。酸素底吹羽口２４から酸素を１０，０００Ｎｍ
³／Ｈｒで吹き込み、溶湯温度が１５００℃程度に昇温
された後に、表１の組成のＮｉ鉱石の投入を開始する。
底吹酸素量は必要に応じて、その吹き込み量を調整す
る。二次燃焼比は底吹酸素量および攪拌ガス量の調整に
よりＯＤ＝約０．１５〜０．２５に保った。さらに、ス
ラグ温度の調節は、該温度をスラグ温度計２７により測
定し、高い場合は、鉱石と造滓剤を増加して調整し、１
５５０℃±２０℃で調整した。二次燃焼比を下げると排
ガス流量が増大しスロッピング頻度が高くなる傾向があ
る。この問題に対しては酸素底吹羽口２４からの送酸量
を１０，０００Ｎｍ³／Ｈｒとすることにより、スラグ
浴の攪拌を充分に行うことで、スラグ中のＴｏｔａｌ
Ｆｅ（重量％）を１０％以下の低位に保つことができ、
スロッピングを少なくすることが出来た。実施例１と同
様にスラグ組成のＴｏｔａｌＦｅ（重量％）を１０％
以下、スラグ中ＭｇＯ％を飽和＋１％以上とすること
で、転炉型製錬炉１０の炉体レンガの損耗を防止した。
上記条件の下でＮｉ鉱石は平均４５０Ｋｇ／min,コーク
スは平均２５０Ｋｇ／min の速度で投入し溶融還元し
た。溶融還元の途中で排滓を２回実施し、約７時間のバ
ッチの溶融還元により、約７０トンのＮｉ溶銑（Ｎｉ含
有量７重量％）が得られた。この操業において、特にス
ロッピングも軽微で１０チャージ溶解後の炉体レンガ損
耗速度の測定結果は、０．１ｍｍ／Ｈｒで本発明を実施
しない場合の１〜２ｍｍ／Ｈｒに比較して損耗速度を格
段に低く抑えることができた。本実施例に於ける製錬炉
では底吹酸素羽口より酸素を吹き込んでメタル、スラグ
浴を撹拌するとともに別に設けた底吹羽口よりＮ₂を吹
き込んで撹拌したが、底吹羽口以外に設けた横吹羽口ま
たは底吹羽口と横吹羽口の両羽口より酸素とは別のＡ
ｒ、Ｎ₂、ＣＯなどの撹拌ガスを吹き込んでスラグ、メ
タル浴を撹拌してもよい。その他、本願と同一の目的を
達成し得る範囲で、適宜設計変更することができる。

【００１３】

【発明の効果】本発明により、溶銑、Ｎｉ鉱石及び炭
材、造滓剤等の原料が装入された転炉型溶解炉の浴中へ
吹き込む酸素ガス流量を１．０Ｎｍ³／分・トン以上と
することにより、スラグ中のＴｏｔａｌＦｅを１０重
量％以下にコントロールし、さらに、二次燃焼比を０．
３未満に設定し、スラグ温度のコントロールにより、炉
体レンガの損耗を軽減でき、スロッピングが少なく安定
した状態でＮｉ鉱石の溶融還元ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＮｉ鉱石の溶融還元方法を実証するた
めの一態様例を示す転炉型製錬炉の説明図である。

【図２】実施例における二次燃焼比スラグ温度とＭｇＯ
−Ｃレンガの損耗指数の関係を示すグラフである。

【図３】実施例における底吹き酸素ガス量とスラグ中の
ＴｏｔａｌＦｅとの関係を示すグラフである。

【図４】実施例におけるスラグ中のＴｏｔａｌＦｅと
スロッピング頻度の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０転炉型製錬炉１１メタル層１２スラグ浴２１上吹酸素ランス２４酸素底吹羽口２５原料ホッパー２６酸素ガス配管２７スラグ温度計２８排ガス分析用サンプル口２９攪拌ガス吹き込み羽口３０攪拌ガス配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡辺敦東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者滝千尋東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者田辺治良東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者加藤久樹東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (56)参考文献特開平２−221310（ＪＰ，Ａ) 特開平２−221311（ＪＰ，Ａ) 特開平２−274804（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21B 11/00 C21B 13/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】酸素ガスの一部または全部を浴面下の位
置より浴中に吹き込む転炉型製錬炉へ、Ｎｉ鉱石を炭材
とともに添加し溶融還元する際に、浴中に吹き込む酸素
ガス流量を１．０Ｎｍ³／分・トン以上としてスラグ中
のＴｏｔａｌＦｅを１０重量％以下に保持することを特
徴とするＮｉ鉱石の溶融還元方法。
【請求項２】Ｎｉ鉱石を溶融還元する際に、下記に示
される二次燃焼比（Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂）／（Ｈ₂＋Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ＋ＣＯ₂）を０．３未満に保持することを特徴とする請求項１に記
載のＮｉ鉱石の溶融還元方法。
【請求項３】Ｎｉ鉱石を溶融還元する際に、スラグ温
度を１，５８０℃以下に調節することを特徴とする請求
項１または２に記載のＮｉ鉱石の溶融還元方法。