JP6236163B2 - マンガン含有合金鉄の生産方法 - Google Patents
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Description
本発明は、鉄鋼製造用マンガン含有合金鉄の生産方法に関するものである。また、本発明は、本方法を用いて生産される合金鉄にも関する。
クロム鉄、ニッケル鉄および他の含ニッケル合金は、鉄鋼業において精錬鋼の生産に幅広く用いられる。ニッケルは高価なうえに入手の可能性が低いため、製鋼では少なくとも一部をマンガンでニッケルの代用をさせるという試みがなされてきた。
マンガンは、製鋼工程において、通常、鋼のマンガン含有量を最終調整するために添加される。マンガンの添加は、例えば金属マンガン体としてアルゴン酸素脱炭（AOD）転炉内で行われ、金属マンガン体は電気分解によって生成される。マンガン電解製造処理にかかる操業費用は非常に高い。
極めて大量の微粉マンガン鉱石粒子がマンガン鉱石の掘削、粉砕、運搬および処理によって発生する。粒子サイズが6〜9mmに満たないマンガン鉱石細粒は、マンガン鉱石の融解に直接使用できない。鉱石細粒は、電気炉内の投入物の上部に覆いおよび外皮を形成する傾向がある。外皮の形成は、融解処理においてガスの噴出、投入物の沈澱の問題、および大きな擾乱を引き起こす原因となる。
マンガン含有精錬鋼は、ニッケル含有精錬鋼ほど厳しくない条件下で耐食金属として使用できる。マンガン含有精錬鋼は、例えば台所器具、とりわけ流し台、配膳器具、食卓用食器類などに使用できる。このようにして、製品の原価は、同様のニッケル含有製品の原価より低くすることが可能である。
当該技術分野では、マンガンを原材料として製鋼に簡易に用いることができて、より費用効果を高める方法および合金鉄が求められている。
本発明に係る方法は、請求項１に提示する事項によって特徴付けられる。
本発明に係る方法は以下の工程を含む。すなわち、
−クロム鉄鉱精鉱および粒子サイズが6〜9mmより小さいマンガン鉱石細粒を含む凝集混合物を生成し、
−凝集混合物を塊にして未加工の凝塊生成物を生成し、
−未加工の凝塊生成物をスチールベルト型焼結炉で焼結して焼結物または焼結されたペレットを生成し、
−焼結物または焼結されたペレットをサブマージアーク炉で融解して、マンガンおよびクロム含有合金鉄を生産する。
−クロム鉄鉱精鉱および粒子サイズが6〜9mmより小さいマンガン鉱石細粒を含む凝集混合物を生成し、
−凝集混合物を塊にして未加工の凝塊生成物を生成し、
−未加工の凝塊生成物をスチールベルト型焼結炉で焼結して焼結物または焼結されたペレットを生成し、
−焼結物または焼結されたペレットをサブマージアーク炉で融解して、マンガンおよびクロム含有合金鉄を生産する。
溶鉱炉への供給に適した鉱石細粒を生成するために、鉱石細粒を凝集させる必要がある。今日用いられている方法として、焼結およびペレット化の２通りの工業凝集処理がある。焼結は粒子サイズの大きい鉱石細粒に用いるのに適し、ペレット化は小さい粒子サイズの鉱石細粒にのみ用いられる。
本発明では、マンガン鉱石細粒をクロム鉄鉱精鉱に混合させて、凝集混合物を生成する。コークスや結合剤などの添加物を必要に応じて混合物に添加する。凝集処理にペレット化が含まれる場合、凝集混合物の粒子サイズを小さくする必要がある。凝集混合物に処理を施して、生ペレットか、または極小ペレット、細粒、小塊など、他の種類の未加工の凝塊生成物を生成する。未加工の集塊生成物は焼結して、焼結物または焼結されたペレットのいずれかを生成する。焼結物は、さらに他の処理を施す前に粉砕しなければならない。焼結された凝集生成物、つまり焼結物または焼結されたペレットは、最終的に溶鉱炉に供給して合金鉄を生産する。
本発明の一実施形態によると、マンガン鉱石細粒は、クロム鉄鉱精鉱の10〜40重量％量で凝集混合物に添加する。
本発明の一実施形態によると、マンガン鉱石細粒のマンガン含有量は35〜50％である。
本発明の一実施形態によると、マンガン鉱石細粒は、酸化マンガン鉱石および／もしくは炭化マンガン鉱石（MnCO3）ならびに／または方解石含有マンガン鉱石を含有する。
本発明の一実施形態によると、例えば冶金コークス、無煙炭または別の種類のコークスなど、炭素質材料を5.0〜7.0重量％分、凝集混合物に添加する。これはとくに焼結物を生成する場合に適している。
本発明の別の実施形態によると、本方法は、マンガン鉱石細粒を粉砕および磨砕して微粉マンガン鉱石を生成し、微粉マンガン鉱石をクロム鉄鉱精鉱と混合させてペレットフィードを生成し、ペレットフィードをペレット化して直径6〜16mmの生ペレットを生成する。
ペレットを生成する際、0.5〜1.0重量％のベントナイトを結合剤としてペレットフィードに添加してもよい。あるいは、他の適切な結合剤を使用してもよい。
ペレットを生成する際、ペレットフィードに添加する炭素質材料の量は、好適には、0.1〜2.0重量％の範囲とする。
このように形成された生ペレットまたは他の凝塊生成物は、スチールベルト型焼結炉で焼結する。最後に、焼結されたペレットまたは凝塊生成物をサブマージアーク炉で融解して、精錬鋼の製造に適したマンガンおよびクロム含有合金鉄を生産する。
本発明の一実施形態によると、焼結炉の処理温度は、電気炉、天然ガス、石油または他の利用可能な熱源から得られる一酸化炭素によって調整する。
本発明の一実施形態によると、焼結炉の層の最高温度は1350〜1450℃である。層の最適な温度は鉱石の質によって決まる。
本発明に係る方法によって生産された合金鉄は、6.0〜35重量％のマンガンおよび31〜54重量％のクロムを含む。
鉄鋼製造用マンガン含有合金鉄の新規な本生産方法は、製鋼工程にマンガンを取り込む簡易で費用効果の高い手段を供する。電解マンガンの代わりにマンガン源としてマンガン鉱石細粒を用いることにより、製鋼における原材料費を大幅に削減できる。また、マンガン含有合金鉄を融解状態で製鋼設備に添加することも可能であり、これによりエネルギーの節約となる。
マンガン鉱石細粒は、例えば、マンガン鉱石の掘削、粉砕、選別および洗浄によって発生する。鉱石は通常、酸化マンガン、珪酸塩、炭酸塩および水和成分を含有している。マンガン鉱石の揮発性物質の含有量は、最大で20.0％である。なかには、方解石を含有しているマンガン鉱石もある。
本発明によると、マンガン鉱石細粒は、クロム鉄鉱精鉱と混合させて、クロム鉄鉱精鉱および粒子サイズが6〜9mmより小さいマンガン鉱石細粒を含む凝集混合物を生成する。必要に応じて、マンガン鉱石細粒およびクロム鉄鉱精鉱を別々に、または一緒に、粉砕および選別して、所望の粒子サイズのペレットフィードを生成する。
マンガン−クロム鉄鉱混合物の凝集は焼結処理またはペレット化処理のいずれかを伴う。焼結物を生成する場合、原材料はペレット化加工に用いるものよりも粒子が粗くてもよい。一般に、焼結物は多孔質で脆いのに対し、ペレットは堅く詰まっていて、処理に耐える。
マンガン鉱石は、マンガン鉱石の質に応じて、10〜40％量のクロム鉄鉱を含むクロム鉄鉱精鉱と混合してもよい。細かく粉砕されたマンガン鉱石のマンガン含有量は、35〜50％の間で変化し得る。
例えば冶金コークス、無煙炭または他の種類のコークスなど、炭素質材料を凝集混合物に添加してもよい。炭素質材料は、焼結層においてエネルギー源の役割を果たす。焼結物を生成する際、炭素質材料の添加量は、凝集混合物の5.0〜7.0重量％でよい。ペレットを生成する場合、ペレットフィードに添加する炭素質材料の量はこれより少なくてよく、通常、0.1〜2.0重量％の範囲である。
ペレットを生成する際、ペレットの重量の0.5〜1.0％のベントナイトなどの結合剤をペレットフィードに添加する。さらに、少量の細砕コークスまたは他の石炭含有材料をペレットフィードに添加して、焼結時の熱源にしてもよい。
ペレット化は、回転式ペレット製造ドラムまたはペレット製造盤にて行う。ペレット製造装置からの排出物は、ペレット製造装置の排出端の下方に配設されたローラスクリーンで選別してもよい。通常、寸法の大きな塊は粉砕して、選別された標準より小さい塊とともに再循環投入材料としてペレット製造装置に戻す。所望の大きさの生ペレットをベルトコンベヤに投下して、焼結炉の移動式供給装置に給送してもよい。生ペレットの大きさは、6〜18mm、好適には8〜16mmでよい。
生ペレットの焼結処理は、好適にはスチールベルト型焼結炉で行う。ペレット粉塵および焼結設備から出た集塵は、好適にはペレット化工程に再循環させる。スチールベルト型焼結炉は循環コンベヤベルトを備えて、焼結供給材料を焼結炉の一連の各段階に搬送する。焼結炉における熱処理は、ペレットの乾燥、加熱、焼結および冷却工程を含む。焼結炉は多区画に区切られたオーブンであり、生ペレットは、穴あきスチールコンベヤベルトに乗って焼結炉の中を通り抜ける。冷却ガスの向流が形成されて、焼結されたペレットから運排熱が最前部の区画へ入っていくペレットへ運ばれる。一般に、このようなガスは、コンベヤベルトの下方に配設された風箱から吹き出る冷却吸気である。好適には、焼結されたペレットは、スチールベルトの最下層として用いて、高すぎる温度からペレットを保護する。
焼結物を生成する場合、形成された凝塊生成物をスチールベルト型焼結機で焼結する。この場合、凝塊生成物は、スチールベルト型焼結炉を通した後、焼結物と呼ばれる。この焼結物は、粉砕して、様々な粒子サイズに選別する。6〜75mmの小片は通常、溶解炉で使用され、6〜15mmの小片は焼結炉内のスチールベルトの保護層として使用される。6mm未満の小片は、凝塊工程に戻して再循環させる。
焼結炉内の処理温度は、電気炉から得られる一酸化炭素、天然ガス、石油、または地域の状況に応じて利用可能な他の燃料を用いて調整してもよい。焼結炉では、ペレット層または凝塊層の最高温度を鉱石の質に応じて1350〜1450℃の範囲で維持してもよい。
最後に、焼結されたペレットまたは焼結物はサブマージアーク炉にて融解し、精錬鋼製造に適したマンガンおよびクロム含有合金鉄を生産する。
焼結されたペレットおよび焼結物は、生産現場から最終的な使用箇所までのそれらの輸送または他の種類の輸送に耐えられるだけの強度を有する。
このようにして生産された合金鉄ペレットは、密閉サブマージ電気アーク炉内で還元および融解して、精錬鋼製造にて原材料として使用するのに適したクロムおよびマンガン含有合金鉄を生産する。還元は、冶金コークス、無煙炭または他の適切な品種のコークスを用いて行う。製錬供給物は、電気炉で得られる一酸化炭素によって600℃に予熱してもよい。溶融金属の出湯温度は1550℃より低く、融解スラグの出湯温度は1620℃より低い。
マンガンおよびクロム含有合金鉄のマンガン含有量は、6.0〜35％である。合金鉄のクロム含有量は、54〜31％である。また、合金鉄は、鉄、炭素およびケイ素も含有する。
当業者には明白なことであるが、技術の進歩に伴い、本発明の基本概念を様々な方法で実現することができよう。したがって、本発明およびその実施形態は上述の例に限定されるものでなく、本願特許請求の範囲内で変更してもよい。
Claims (11)
- −クロム鉄鉱精鉱および粒子サイズが9mmを下回るマンガン鉱石細粒を含む凝集混合物を生成し、
−該凝集混合物を塊にして未加工の凝塊生成物を生成し、
−該未加工の凝塊生成物をスチールベルト型焼結炉で焼結して焼結物または焼結されたペレットを生成し、
−該焼結物または焼結されたペレットをサブマージアーク炉で融解して、マンガンおよびクロム含有合金鉄を生産する工程を含むことを特徴とする鉄鋼製造用マンガン含有合金鉄の生産方法。 - 請求項１に記載の方法において、前記凝集混合物は、粒子サイズが6mmを下回るマンガン鉱石細粒を含むことを特徴とする方法。
- 請求項１または２に記載の方法において、マンガン鉱石細粒は、前記クロム鉄鉱精鉱の10〜40重量％量で前記凝集混合物に添加することを特徴とする方法。
- 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法において、前記マンガン鉱石細粒のマンガン含有量は35〜50％であることを特徴とする方法。
- 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法において、前記マンガン鉱石細粒は、酸化マンガン鉱石および／もしくは炭化マンガン鉱石（MnCO3）ならびに／または方解石含有マンガン鉱石を含有することを特徴とする方法。
- 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法において、前記凝集混合物には、冶金コークス、無煙炭または他の種類のコークスなどの炭素質材料を5.0〜7.0重量％量にて添加することを特徴とする方法。
- 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法において、該方法はさらに、前記マンガン鉱石細粒を粉砕および磨砕して微粉マンガン鉱石を生成し、該微粉マンガン鉱石をクロム鉄鉱精鉱と混合させてペレットフィードを生成し、該ペレットフィードをペレット化して直径6〜16mmの生ペレットを生成することを特徴とする方法。
- 請求項７に記載の方法において、前記ペレットフィードには、0.5〜1.0重量％量のベントナイトを結合剤として添加することを特徴とする方法。
- 請求項７または８に記載の方法において、前記ペレットフィードには、冶金コークス、無煙炭または他の種類のコークスなどの炭素質材料を0.1〜2.0重量％量にて添加することを特徴とする方法。
- 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法において、前記焼結炉における処理温度は、電気炉、天然ガス、石油または他の利用可能な熱源から得られる一酸化炭素によって調整することを特徴とする方法。
- 請求項１ないし10のいずれか１項に記載の方法において、前記焼結炉の層の最高温度は鉱石の質に応じて1350〜1450℃であることを特徴とする方法。
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