JP4632829B2 - フェロニッケルの脱硫方法 - Google Patents

Description

本発明は、フェロニッケルの脱硫方法に関し、さらに詳しくは、撹拌羽根を用いる撹拌装置を備えたレードル内へ還元炉から出銑された粗フェロニッケル熔湯を装入後、脱硫剤を投入し該熔湯中のイオウをスラグ中に固定、除去して粗フェロニッケルを脱硫する方法において、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とともに、撹拌羽根の回転軸へのスラグ付着を防止することができる脱硫方法に関する。

フェロニッケルは、鉄とニッケルの合金であり、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、ニッケルを含有するケイ酸マグネシウム鉱石であるガーニエライト鉱を原料鉱石として、焼成工程、還元熔解工程及び精製工程からなる乾式製錬方法が用いられている。なお、ガーニエライト鉱の代表的な組成としては、乾燥鉱換算でＮｉ品位が２．１〜２．５重量％、Ｆｅ品位が１１〜２３％、ＭｇＯ品位が２０〜２８重量％、ＳｉＯ２品位が２９〜３９重量％、灼熱減量が１０〜１５重量％である。

ここで、まず、焼成工程においては、原料鉱石に無煙炭等の石炭（炭素質還元剤）と必要に応じて熔剤を添加してロータリーキルン等で焼成され、炭素質還元剤を含有する焼鉱が生成される。次に、還元熔解工程においては、前記焼鉱が電気炉又は熔鉱炉等の還元炉で還元熔解に付され、粗フェロニッケルとスラグとが形成される。なお、還元炉から産出される粗フェロニッケルの組成は、炭素質還元剤の調合量の調製によって、１５〜２５重量％のニッケル品位に調整され、原料鉱石中の大部分のニッケル及びコバルトと一部の鉄を含むとともに、イオウ、炭素、ケイ素、クロム、リン、マンガン等の不純物を含有する。

次いで、粗フェロニッケル熔湯はレードルに出銑され精製工程で処理され製品となる。 粗フェロニッケルは、最初の精製工程で脱硫に付される。脱硫処理では、機械撹拌装置を備えたレードル又は電気誘導撹拌式精製炉を用いて、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イオウをスラグ中に硫化カルシウム（ＣａＳ）として固定除去し、粗フェロニッケル中のイオウを所望の含有量まで低下させて、高炭素フェロニッケル（ＪＩＳ：フェロニッケルＨ１−２）を製造する。
さらに、低炭素フェロニッケル（ＪＩＳ：フェロニッケルＬ１−２）を製造する場合には、続いての精製工程で酸化吹練に付される。酸化吹練処理では、高炭素フェロニッケルの熔湯を転炉に装入し、これに熔剤を添加して純酸素ガスによる吹錬を行って、熔湯中の炭素、ケイ素、クロム、リン、マンガン等の不純物元素を酸化除去する。

これら精製工程で得られる精製フェロニッケル熔湯は、最後に鋳造され製品化される。鋳造方法としては、底部に熔湯排出装置（スライディングノズル）を持った鍋を介してあるいは傾転により熔湯を排出し、鋳型に注入してインゴット製品とするか、又は水砕してショット製品とする方法がとられている。

ところで、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、粗フェロニッケルの脱硫精製工程においては、高脱硫効率を達成することが重要な課題であった。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は、機械撹拌装置を備えたレードルを用いる方法が実施されている（例えば、特許文献１参照）が、より効率的な方法が求められている。

ここで、機械撹拌装置を備えたレードルを用いる方法について、その課題を詳細に説明する。図１は、従来技術による機械撹拌装置を備えたレードルの撹拌羽根の模式配置図を示す。
図１において、レードル１内に粗フェロニッケル熔湯２が装入され、回転軸３で保持された撹拌羽根４が熔湯２の内部に浸漬された状態で、熔湯２の表面に脱硫剤が投入され脱硫処理が行なわれる。ここで、撹拌羽根の大きさ及び形状、並びに撹拌羽根の粗フェロニッケル熔湯内での設定位置は、レードルの大きさ等により種々の条件が選ばれて使用されている。この撹拌羽根としては、一般に、不定型耐火物製のものが用いられ、その形状としては撹拌力を上げるためにスクリュータイプもあるが、複雑な形状では１５５０〜１６００℃と高温の粗フェロニッケル熔湯中では寿命が著しく短いことから、簡単な構造のものが一般的に用いられる。また、撹拌羽根の粗フェロニッケル熔湯内での設定位置としては、熔湯の撹拌を十分におこなうため、撹拌羽根を熔湯内に完全に浸漬させた状態で用いられていた。

以下に、撹拌羽根の熔湯内での設定位置についてさらに詳細に説明する。通常、機械撹拌装置を備えたレードルにおいて、その脱硫効率は熔湯と脱硫剤の接触頻度によって支配されるので、レードルの開口部を広くとり、熔湯の表面（以下、熔湯面と呼称する場合がある。）の面積を大きくするのが有利である。しかし、レードルの開口部を広くすると、熱損失が大きくなるという欠点がある。ここで、レードル容量が大きくなる程、レードルの保温性が高くなるので、大容量のレードルでは、レードル高さを低くしレードル開口部を広くとることができる。逆に、レードルの保温性が低い小容量のレードルでは、レードル高さを高くして、レードル開口部は小さくしなければならない。

このため、脱硫剤との接触頻度を増加させて脱硫効率の上昇を図るべく、レードル容量が大きいほどレードルの開口部を広くとることが主流となっている。その結果として、熔湯内での撹拌を十分に行うため、撹拌羽根を完全に熔湯内に浸漬させることが行なわれている。このように撹拌羽根を完全に熔湯内に浸漬させた場合、熔湯面にはその中心部に撹拌羽根の回転軸が見える。このときの熔湯の撹拌方向から熔湯面での熔湯の動き方としては、図１の矢印で示すように、レードル内壁側から撹拌羽根の回転軸へと向かい、回転軸近傍で熔湯内に巻き込まれていく状態である。

このような状況下では、脱硫剤はその効率からレードル内壁と中心部の回転軸の中間位置に投入されるのが一般的であるので、脱硫反応の進行とともに生成されたスラグは、熔湯との比重差から熔湯面に浮いてきて中心部の回転軸周辺に集まってくることになる。レードルの開口部が広い場合には、この撹拌羽根の回転軸周辺に集まってくるスラグ層がある程度まで拡大しても脱硫が行なわれるが、特にレードルの開口部が小さい場合には、スラグ層が拡大すると、熔湯と脱硫剤の接触が阻害されて脱硫剤の脱硫効率が悪化するだけでなく、脱硫終了後に撹拌羽根の回転軸に付着して固化したスラグを除去する作業が必要となり、脱硫精製工程での作業負担が増加するという問題があった。

特開昭６１−２８４５４９号公報（第１頁、第１図）

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、撹拌羽根を用いる撹拌装置を備えたレードル内へ還元炉から出銑された粗フェロニッケル熔湯を装入後、脱硫剤を投入し該熔湯中のイオウをスラグ中に固定、除去して粗フェロニッケルを脱硫する方法において、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とともに、撹拌羽根の回転軸へのスラグ付着を防止することができる脱硫方法を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するために、撹拌羽根を用いる撹拌装置を備えたレードル内へ還元炉から出銑された粗フェロニッケル熔湯を装入後、脱硫剤を投入し該熔湯中のイオウをスラグ中に固定、除去して粗フェロニッケルを脱硫する方法について、鋭意研究を重ねた結果、前記レードル内において、撹拌羽根の設定位置を特定の条件に調整したところ、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とともに、撹拌羽根の回転軸へのスラグ付着を防止することができることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の第１の発明によれば、板状材を逆Ｔ字型に回転軸に取付けた構造の撹拌羽根を用いる撹拌装置を備えたレードル内へ還元炉から出銑された粗フェロニッケル熔湯を装入後、脱硫剤を投入し該熔湯中のイオウをスラグ中に固定、除去して粗フェロニッケルを脱硫する方法において、
前記レードル内において、撹拌羽根の設定位置を、該撹拌羽根の上端部が前記熔湯の表面より上部に出るように調整し、かつ、
前記脱硫剤を投入する際、脱硫する際に生成するスラグを撹拌によりレードル内壁側に移動させて、レードル内壁と中心部にある撹拌羽根の中間位置に新たに現れた熔湯の表面に接触するように、該脱硫剤を投入することを特徴とするフェロニッケルの脱硫方法が提供される。

本発明の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へ還元炉から出銑された粗フェロニッケル熔湯を装入後、脱硫剤を投入し該熔湯中のイオウをスラグ中に固定、除去して粗フェロニッケルを脱硫する方法において、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とともに、撹拌羽根の回転軸へのスラグ付着を防止して、脱硫精製工程での作業負担を低減することができるので、その工業的価値は極めて大きい。

本発明の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へ還元炉から出銑された粗フェロニッケル熔湯を装入後、脱硫剤を投入し該熔湯中のイオウをスラグ中に固定、除去して粗フェロニッケルを脱硫する方法において、前記レードル内において、撹拌羽根の設定位置を、該撹拌羽根の上端部が前記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。

本発明の方法において、レードル内での撹拌羽根の設定位置を、撹拌羽根が完全に粗フェロニッケル熔湯内に浸漬されないように、撹拌羽根の上端部が前記熔湯の表面より上部に出るように調整することが重要である。これによって、撹拌羽根の回転にともなう粗フェロニッケル熔湯の動き方が改善されるので、熔湯面上で熔湯と脱硫剤の接触が効果的に行なわれ脱硫効率が良好な状態で保たれる。さらに、撹拌羽根の回転軸へのスラグの付着が抑えられるので、これを除去する作業が不用になる。

以下に、本発明の方法による脱硫方法とレードル内での撹拌羽根の設定位置の作用について、図を用いて詳細に説明する。図２は、本発明による撹拌羽根を用いる撹拌装置を備えたレードルの撹拌羽根の模式配置図と撹拌羽根の回転にともなう熔湯の動き方を表す。
図２において、レードル１内に粗フェロニッケル熔湯２が装入され、回転軸３で保持された撹拌羽根４の上端部分が熔湯面より上部に出るように浸漬された状態で、熔湯２の表面に脱硫剤が投入され所定時間脱硫処理が行なわれる。

ここで、レードル内での撹拌羽根の設定位置は、撹拌羽根が完全に熔湯内に浸漬されないように、撹拌羽根の上端部が熔湯面より上部に出るように調整されている。このとき、熔湯面上には、撹拌羽根の上端部と中心部に撹拌羽根の回転軸が見える状態であり、このときの熔湯の撹拌方向から熔湯面での熔湯の動き方としては、図２の矢印で示すように、中心部にある撹拌羽根近傍からレードル内壁側へと向かい、レードル内壁側で熔湯内に巻き込まれていく状態である。

ここで、脱硫剤の投入は、特に限定されるものではなく、レードル内壁と中心部にある撹拌羽根の中間位置に投入されるが、この中で、特に脱硫する際に生成するスラグを撹拌によりレードル内壁側に移動させて新たに現れた熔湯の表面に接触するように行なうことが好ましい。すなわち、脱硫反応の進行とともに生成するスラグは、粗フェロニッケル熔湯との比重差から熔湯面に浮上するが、撹拌によりレードル内壁側へと移動されるので、新たな熔湯面が現われる。この新たに現れた熔湯面に脱硫剤を投入することにより、脱硫剤と熔湯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、撹拌羽根へのスラグの付着も軽減される。

ただし、本発明の方法では、レードル内壁側での熔湯内への巻き込みが弱い場合に、レードル内壁側へ移動されたスラグはレードル内壁に付着しやすくなるという懸念がある。しかしながら、この付着されたスラグは、レードル内からフェロニッケル熔湯を排出した後に、レードルを傾転させて固形物をスラグポットへ人力により掻き出す作業の際に、同時にかつ容易に除去される。

上記方法で用いる撹拌羽根の形状としては、特に限定されるものではなく、所望の撹拌力に応じて種々の形状のものが用いられるが、高温の粗フェロニッケル熔湯中での寿命が長く、所望の長さ、幅及び高さの寸法の板状材を逆Ｔ字型に回転軸に取付けた簡単な構造のものが好ましい。

上記方法で用いる撹拌羽根の高さは、特に限定されるものではなく、熔湯内での撹拌力に応じて所望の寸法に設計されることが好ましい。これによって、熔湯内での撹拌力を調整することができるので、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とともに、撹拌羽根の回転軸へのスラグ付着を防止して、脱硫精製工程での作業負担を低減することができる。すなわち、本発明の方法では、従来技術に比べて熔湯内での撹拌羽根の設定位置が上部に引き上げられ、熔湯内部での浸漬部分が減少しているため、熔湯内での撹拌が弱まることが懸念されるが、必要に応じて、所望の高さの撹拌羽根を用いることができる。

上記方法で用いる粗フェロニッケル熔湯としては、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。その代表的な組成としては、例えば、ニッケル品位が１５〜２５重量％、イオウ品位が０．３〜０．６重量％、炭素品位が１．５〜２．５重量％及びケイ素品位が０．５〜２．０重量％である。また、還元炉から出銑される温度は、１３００〜１５００℃である。

上記の方法で用いる脱硫剤としては、特に限定されるものではなく、カルシウムカーバイド、石灰窒素及び両者の混合物が挙げられるが、高脱硫効率が得られるカルシウムカーバイドを主体とする脱硫剤が好ましい。ここで、脱硫反応としては、粗フェロニッケル中のイオウ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なわれる。上記脱硫剤の形状及び純度は、特に限定されるものではなく、粉状又は顆粒状の市販の工業用薬品が用いられる。

上記の方法で用いる脱硫剤の添加量は、出銑された粗フェロニッケル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たものであり、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である。

上記方法で用いる粗フェロニッケル熔湯の温度は、１５５０〜１６００℃の所定温度に昇温される。すなわち、熔湯の温度が１５５０℃未満では、粗フェロニッケル熔湯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、熔湯の温度が１６００℃を超えると、スラグの熔融が過度に進むので生成したスラグの全体がレードル内壁で熔着を起こして排出が困難になる。

以上の方法によって、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とともに、撹拌羽根の回転軸へのスラグ付着を防止して、脱硫精製工程での作業負担を低減することができる。

以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例及び比較例で用いたイオウの分析は赤外線吸収法で行った。

（実施例１）
電気炉から産出された１５５０〜１６００℃の温度の粗フェロニッケル熔湯（イオウ品位：０．４重量％）１４トンを機械撹拌装置を備えたレードルに装入し、これに脱硫剤としてカルシウムカーバイド２４０ｋｇを投入して脱硫処理を行った。
ここで、レードル内の粗フェロニッケル熔湯面の直径は１５００ｍｍ、及び熔湯高さは１５５０ｍｍであり、使用した撹拌羽根のサイズは長さ７００ｍｍ、幅２５０ｍｍ及び高さ３００ｍｍの板状材を逆Ｔ字型に回転軸に取付けた構造のものであった。
また、レードル内部の撹拌羽根の設定位置は、図２の概要図に示すように、撹拌羽根の上端部が粗フェロニッケル熔湯面より上になるように調整された。なお、撹拌羽根の下端から粗フェロニッケル熔湯面までの距離（撹拌羽根浸漬深さ）を２２０ｍｍとったので、撹拌羽根の上端は粗フェロニッケル熔湯面より８０ｍｍ上に出た状態であった。また、撹拌回転数は６０ｒｐｍで固定したままで行なった。
また、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。

上記脱硫処理を開始後、所定の経過時間（脱硫時間）毎に粗フェロニッケル熔湯をサンプリングし、イオウ品位を分析した。結果を図３に示す。また、撹拌羽根浸漬深さ、撹拌羽根高さ及び撹拌回転数とともに、製品スペックを満足する実操業での脱硫管理目標値（イオウ品位０．０１重量％以下）に到達するまでの時間（処理時間）、及びスラグの撹拌羽根への付着状況を表１に示す。

（実施例２）
撹拌羽根のサイズで撹拌羽根の高さが４５０ｍｍであること、及び撹拌羽根の下端から粗フェロニッケル熔湯面までの距離（撹拌羽根浸漬深さ）を３８０ｍｍとったので、撹拌羽根の上端は粗フェロニッケル熔湯面より７０ｍｍ上に出た状態であったこと以外は実施例１と同様に行ない、脱硫処理を開始後、所定の経過時間（脱硫時間）毎に粗フェロニッケル熔湯をサンプリングし、イオウ品位を分析した。結果を図３に示す。また、撹拌羽根浸漬深さ、撹拌羽根高さ及び撹拌回転数とともに、処理時間、及びスラグの撹拌羽根への付着状況を表１に示す。

（比較例１）
レードル内部の撹拌羽根の設定位置は、図１の概要図に示すように、撹拌羽根を完全に粗フェロニッケル熔湯内に浸漬した状態であり、撹拌羽根の下端から粗フェロニッケル熔湯面までの距離（撹拌羽根浸漬深さ）を５１５ｍｍとったので、撹拌羽根の上端より粗フェロニッケル熔湯面は２１５ｍｍ上にあったこと、及び撹拌回転数を上昇させたこと以外は実施例１と同様に行ない、脱硫処理を開始後、所定の経過時間（脱硫時間）毎に粗フェロニッケル熔湯をサンプリングし、イオウ品位を分析した。結果を図３に示す。
また、撹拌羽根浸漬深さ、撹拌羽根高さ及び撹拌回転数とともに、処理時間、及びスラグの撹拌羽根への付着状況を表１に示す。なお、撹拌回転数の上昇は、当初の６０ｒｐｍでは脱硫反応が進むにつれて生成したスラグが撹拌羽根の回転軸周辺に集まってきたので、熔湯内への巻き込みを良くするために、６０ｒｐｍから８０ｒｐｍ、最大１００ｒｐｍまで変化させた。

表１、図３より、実施例１又は２では、撹拌羽根の設定位置は撹拌羽根の上端部が粗フェロニッケル熔湯面より上になるように調整され、本発明の方法に従って行われたので、
粗フェロニッケル熔湯中のイオウ品位が急激に低下し、高脱硫効率が得られることとともに、撹拌羽根へのスラグの付着が防止されることが分かる。さらに、実施例２では撹拌羽根の高さを増すことによって、撹拌力を上げ、脱硫効率を向上させていることが分かる。
これに対して、比較例１では、撹拌羽根の設定位置がこれらの条件に合わないので、脱硫効率において満足すべき結果が得られないことが分かる。

以上より明らかなように、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からの脱硫方法として好適である。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とともに、撹拌羽根の回転軸へのスラグ付着を防止して、脱硫精製工程での作業負担を低減することができるので、レードルを用いる脱硫方法として広い分野で利用されることができる。

従来技術による機械撹拌装置を備えたレードルの撹拌羽根の模式配置図である。 本発明における機械撹拌装置を備えたレードルと撹拌羽根の模式配置図である。 実施例１、２と比較例１での脱硫時間による粗フェロニッケル熔湯中のイオウ品位の推移を示す図である。

符号の説明

１ レードル
２ 粗フェロニッケル熔湯
３ 回転軸
４ 撹拌羽根

Claims (1)

1. 板状材を逆Ｔ字型に回転軸に取付けた構造の撹拌羽根を用いる撹拌装置を備えたレードル内へ還元炉から出銑された粗フェロニッケル熔湯を装入後、脱硫剤を投入し該熔湯中のイオウをスラグ中に固定、除去して粗フェロニッケルを脱硫する方法において、
   前記レードル内において、撹拌羽根の設定位置を、該撹拌羽根の上端部が前記熔湯の表面より上部に出るように調整し、かつ、
   前記脱硫剤を投入する際、脱硫する際に生成するスラグを撹拌によりレードル内壁側に移動させて、レードル内壁と中心部にある撹拌羽根の中間位置に新たに現れた熔湯の表面に接触するように、該脱硫剤を投入することを特徴とするフェロニッケルの脱硫方法。

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