JP3657274B2 - 金属含有化合物還元及び溶融方法 - Google Patents

Description

この発明は、金属含有化合物と粒状形態をした適宜の還元体との混合体を有するバードンを、液状形態をした前記金属の浴を含むチャンネル式誘導炉の加熱容器に給送して該バードンの少なくとも１つの堆積物を金属浴よりも上に形成することが必然的に伴う形式の金属含有化合物還元及び溶融方法に関する。
このような方法は米国特許第Ａ−5,411,570号から知られている。最も在来の金属含有化合物還元方法は、適宜の炭素含有化合物等のごとき還元体の存在において金属含有化合物（通常は、酸化金属）を加熱することを含んでいる。金属含有化合物及び還元体は、通常まとめて、バードン（burden）と呼ばれている。
前述した在来の方法では、かような加熱が生ずる速度は、通常、かなり早く、バードンの少なくとも実質的な部位は、還元反応が完遂される前に溶融される。従って、実質的な量の還元は液相で行われる。
バードンのこのような溶融時、スラグが形成され、このスラグは、前記金属含有化合物の酸化物は別として、バードンに存在するかもしれない他の金属の酸化物も含んでいる。
前記金属含有化合物を、スラグにおけるそれの酸化物から回収するために、更なる量の還元体が反応には必要であり、従って、該反応により、望まれていない高い炭素含量を伴う金属生成物を生じさせる。
生成物におけるこのような高い炭素は、通常、酸化により、あるいは、生成物酸素に気体状酸素あるいは空気として加えるか、または、反応媒体に存在する適宜の金属酸化物を利用するかのいずれかにより、その後に還元される。従って、このような酸化反応も液相で生ずる。
理解される通り、初期の余分な還元体を必要としていることとは別に、かような余分なもののその後の酸化にはその方法において更なる工程が必然的に伴う。
前述した還元及び酸化反応の双方の結果として、比較的大きな容積の望まれていないガスが液体金属の表面及びスラグよりも下に形成され、該液体金属及びスラグは、次いで、泡の形をなして該液体金属及びスラグから逃げる。
上述した米国特許第Ａ−5,411,570号には鋼製造方法が開示されており、該鋼製造方法では、液状金属浴の頂部に浮いているスラグ層によって互いに分離された状態に維持されている２つの堆積物の形をなしてバードンが炉に加えられている。この構成では、バードンにとって、存在するかもしれないいずれかのスラグあるいは金属浴を直接通過することができ、該バードンの還元の少なくとも一部が、炉内で不必要なガスの形成を引き起こすばかりでなく、生成物の潜在的損失即ち潜在的ロスも引き起こす液相で生ずる。
従って、この発明の目的は、前述した問題点を克服することができ、あるいは、少なくとも最小化することができる金属還元及び溶融方法を提供することである。
本発明によれば、この目的は記述される形式の方法により達成され、該方法において、存在するかもしれないいかなるスラグ及び液浴の全体にわたる橋部の態様をなして延在するバードンの連続した層を該バードンが形成するように且つそのような速度で容器に該バードンを給送し、その結果、反応区域を該バードンに形成し、金属含有化合物の全てを還元することができ、また、金属還元区域の下に溶融区域を形成し、還元された金属の全てを溶融させることができ、また、方法の実質的に全期間中、前記連続した層を維持するような態様で、また、金属含有化合物の還元全てを固相で生じさせるように前記方法を制御している。
理解される通り、液相の反応は本発明による方法中に実質的に生じないので、前述した望まれていないガスの発生は実際上除去され、また、実際、液体金属浴及び形成されるスラグに泡の形成が実質上存在しないということは、その方法が正しく制御されつつあるという指示として用いられている。
更に理解される通り、いずれかの余計な還元体をその後に除去する必要性が実質的に存在しないような態様でその方法を実施することができる故に、前述した既知の方法の場合に比べて該方法における工程の数は低減される。
本発明によれば、バードンは、存在するかもしれない何らかのスラグ及び液浴の全体にわたる該バードンの連続した層を形成するような態様で且つそのような速度で容器に給送されるので、いかなる未反応のバードンも液体金属及びスラグに直接接触することから阻止される。従って、流体相で生ずる反応のうちの少なくともいくつかを引き起こし得るこのような「短絡」は実質的に取り除かれる。
例えば、バードンが離隔された給送用ポートを介して容器に給送されて該容器の内側にバードンの互いに隣接して置かれた堆積物を形成する場合、該堆積物の底部が合体して即ち組合わされて、液浴及びスラグにわたる橋部の態様をなして延在する、バードンの連続した層を画成するようにこのような給送をなすことを確実にする工程を方法は含んでいる。従って、このような橋部は、堆積物から落下するバードン材料が液体金属あるいはスラグに直接接触するのを阻止している。
このような橋部が形成されつつあるという事実は、例えば、目視のごときいずれかの適宜の態様で、及び／または、カメラ等のごとき画像記録装置により達成することができる。実際、このような目視による記録は、「ディップスティック（dip stick）」の態様をなす剛体素子を容器の頂部からバードンに挿入することによりなされてもよい。
前記橋部の形成は、容器内側のバードン堆積物の寸法を制御することによりなされてもよく、あるいは、及び／または、それに加えて、それは、バードンが容器に給送されるポートの戦略上の位置により、及び／または、かようなポートの数及びバードンがそれらポートを介して給送される速度を制御することによりなされてもよい。
更に本発明によれば、バードンの粒子寸法は、そのバードンが10mmのふるいを、好ましくは、6mmのふるいを、より好ましくは、3mmのふるいを通過することができるよう選定されている。
かような小さな粒子寸法のバードンを用いる場合、各粒子の実質的に全体は反応区域の粒子状金属に還元され、従って、該粒子の温度が、該粒子内に存在するかもしれない未還元の酸化物の溶融に必要とされる温度まで上昇される前に各粒子の実質的に全体は固体の状態をとどめることを出願人は発見した。
従って、金属よりも低い温度で溶融する金属酸化物の形をしたいかなる液体金属に対するかような粒子からスラグに漏れ出る極めてわずかな傾向しかない。
かくて、例えば、鉄の場合、粒子の核は、通常、1378℃の温度で溶融するFeOを有しており、一方、粒子の殻は、1535℃でのみ溶融するFeを有している。従って、上記規定されたものよりも大きな粒子が用いられる場合、かような粒子の核の温度は、核から漏れ出る液体FeOに帰着することができる粒子におけるFeあるいはFeOの全てが還元される前に、前述した1378℃の温度まで上げることができる。
理解される通り、前記固相反応が拡散制御されるので、必要とされる熱入力の最大割合即ち最大速度は粒子寸法及びバードンの成分の混合度合いの関数であり、好ましくは、かような混合度合いは、該バードンが均質な混合体を有するようになっている。
更に本発明によれば、方法は、金属含有化合物の還元中に形成され且つバードンに広がる即ち該バードンを介して浸透するCOを、該バードンよりも上で燃焼させる工程を含んでいてもよい。
例えば、このような燃焼は、バードンよりも上で容器に置かれている適宜の酸素及び／または空気バーナーによりなされてもよい。
理解される通り、そのように生成された熱は、容器の屋根から主として放射を介して該容器内側の温度を高めるようにも作用する。
好ましくは、反応容器はチャンネル式の誘導炉の加熱区画体を有している。
加熱の速度即ち割合がかような炉内で制御することができるという容易性の故に、かような構成が特に適していることを出願人は発見した。
更に本発明によれば、前述した方法を作動状態にするための装置は、前記還元及び溶融が行われる１つの区画チャンネル式誘導炉、及び／または、反応で形成されたいかなるスラグを有しており、区画体は、バードンのための少なくとも１つの給送用ポートと、液体金属生成物のための少なくとも１つの出口ポートとを備えており、前記少なくとも１つの給送用ポートは、該給送用ポートを介して導入されるバードンが区画体に存在するかもしれないいずれかのスラグ及び液体金属浴の全てにわたる連続した層として延在することができるよう位置され且つそのような寸法のものである。
さて、本発明の一実施例を、添付図面を参照して例として説明する。その添付図面は本発明による炉を通る概略断面図である。
本発明のこの実施例においてはチャンネル式誘導炉10が利用されており、該チャンネル式誘導炉10は断面で円形形態の細長い管状仕切り即ち筒状区画体11を有しており、該細長い区画体11はそれの底部に沿って２列をなす電気的に

Claims (11)

1. 金属含有化合物と粒状形態をしている適宜の還元体との混合体を包含するバードン（15）を、チャンネル式の誘導炉（10）の加熱容器（11）に給送し、該 容器が液状形態をしている金属の浴（18）を含んでい て、それにより、バードン（15）の少なくとも１つの堆積物（16、17）を前記金属浴（18）の上に形成するよう にしたことを必然的に伴う形式の金属含有化合物の還元及び溶融方法において、前記バードン（15）が該バードン（15）の連続した層（19）を形成するような態様で、且つ、そのような速度で前記容器（11）に該バードン（15）を給送し、該バードン（15）の連続した層（19）は、存在するかもしれないいかなるスラグ（23）及び前記液浴（18）の全体にわたる橋部の態様をなして延在しており、その結果、前記バードン（15）に金属反応区域を形成し、該反応区域において前記金属含有化合物の全てを還元することができ、また、溶融区域（22）を前記金属還元区域の下に形成し、該還元区域において前記還元された金属の全てを溶融することができるようにすることと、前記連続した層（19）が、その工程の実質上全期間中維持される態様で、且つ、前記金属含有化合物の還元の全てを固相において生じさせるようにその工程を制御することを特徴とする金属含有化合物の還元及び溶 融方法。
2. 請求項１記載の方法において、前記バードン（15）は、互いに離隔された給送用ポート（12）を介して前記容器（11）に給送されて、該容器（11）の内側にバードン（15）の隣接して置かれた堆積物（16、17）を形成しており、該堆積物（16、17）の底部は合体してバードン（15）の前記連続した層（19）を形成している方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の方法において、前記容器（11）内側の前記バードン堆積物（16、17）の寸法を制御することにより前記連続した層（19）の形成をなす方法。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の方法において、前記容器（11）に前記バードン（15）を給送するポート（12）の有利な位置決めにより、及び／または、このようなポート（12）の数及び前記バードン（15）が該ポートを介して給送される速度を制御することにより、及び／または前記容器（11）内の液体金属（18）のレベルを制御することにより前記連続した層（19）の形成をなす方法。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の方法において、該方法の前記制御が以下のパラメータ、即ち、
   （１）前記バードン（15）を前記容器（11）に給送する態様、及び、速度、
   （２）前記バードン（15）の粒子寸法、
   （３）前記バードン（15）の混合の度合い、
   （４）前記容器（11）に熱が供給される速度、
   のうちの少なくとも１つを制御することにより行われる方法。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の方法において、前記バードン（15）の粒子は、前記バードン（15）が3mmのふるいを通過することができるような寸法になっている方法。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の方法にして、前記金属含有化合物の還元中形成され且つ該バードンに透過するいずれかのCOを前記バー ドンよりも上で燃焼させる工程と、前記反応において生ずる熱を利用する工程とを含んでいる方法。
8. 請求項７に記載の方法において、前記バードン（15）よりも上で前記容器（11）に位置決めされている酸素及び／または空気バーナー（20、21）によりかような燃焼を行う方法。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の方法において、前記金属含有化合物の金属は、次の、即ち、鉄、クロム、マンガン、銅、亜鉛、鉛のうちのいずれか１つあるいはそれ以上を包含し、または、含んでいる方法。
10. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の方法において、前記金属含有化合物の金属は鉄を有している方法。
11. 前記還元及び溶融が実施される１つの区画体チャンネル式誘導炉（10）を有しており、前記区画体は、前記バードン（15）のための少なくとも１つの給送用ポート（13、14）と、液体金属生成物及び／または反応において形成されるいずれかのスラグのための少なくとも１つの出口ポートとを備えている請求項１から請求項10までのいずれか１項に記載の方法を実施するための装置において、前記少なくとも１つの給送用ポート（13、14）を介して導入される前記バードンが、前記区画体に存在するかもしれない何らかのスラグ（23）及び液体金属浴（18）の全体にわたって連続した層（19）として延在することができるように位置しているとともにそのような寸法のものであることを特徴とする装置。

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