JP7321776B2 - フェロニッケル鋳造片の黒色化抑制方法、及び、フェロニッケル鋳造片の製造方法 - Google Patents
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Description
i) 前記電極を上昇させて前記スラグ層と前記メタル層との界面から遠ざける。
ii) 前記スラグ層を形成するスラグの融点を上昇させる。
iii) 前記スラグ層の厚みを増大させる。
フェロニッケル鋳造片は、ニッケル酸化鉱石を熔融炉で還元する熔融還元工程と、還元されたフェロニッケル熔体をショット状に鋳造する鋳造工程と、を含んで構成される製造方法により製造されることが一般的である。本発明の「フェロニッケル鋳造片の製造方法」は、このような従来の製造過程において、更に、本発明の「フェロニッケル鋳造片の黒色化抑制方法」を、必須の処理工程として行うことを特徴とする製造方法である。
熔融還元工程S1は、原料鉱石を電気炉内で熔融還元し、フェロニッケル(メタル)とスラグとを生成させる工程である。この工程で産出されるフェロニッケル熔体は、鉄を主成分とし、炭素質還元剤の設定量に応じて16質量%以上25重量%以下程度の品位でニッケルを含有する。又、フェロニッケル熔体とは別に産出されるスラグは、原料鉱石中の酸化鉄の大部分と二酸化ケイ素及び酸化マグネシウムとを含有し、鉄鋼の焼結工程における成分調整用マグネシア熔剤や、コンクリート用細骨材、土木工事用資材等として利用される。
鋳造工程S3は、フェロニッケル熔体を、ショット状(フレーク形状)のフェロニッケル鋳造体に鋳造する工程である。ショット状のフェロニッケル鋳造体は、例えば、フェロニッケル熔体を、冷却水が収容された水槽の中央に水面より高い位置に設けられた円盤に注湯し、この円盤を回転させることでフェロニッケル熔体をショット状に飛散させ、水槽内の冷却水中に落下させて冷却させることによって得ることができる。
上述の通り、本発明の製造方法によりフェロニッケル鋳造片を製造する場合も、従来の一般的な製造方法による場合と同様、その他の工程として、熔融還元工程S1に先行する工程として、「乾燥工程」、「焼成及び部分還元工程」を、鋳造工程S3に先行して脱硫工程S2を行うことが好ましい。
乾燥工程では、所定の調合比率となるように原料鉱石を配合した後、ロータリーキルン等の加熱炉を用いて乾燥処理を施し、原料鉱石に含まれる付着水分(35質量%以上45質量%以下)の一部を除去する。例えば、原料鉱石に含まれる付着水分を25質量%以上35質量%以下程度の割合とする。
乾燥工程で乾燥させた原料鉱石に対して炭素質還元剤(石炭)と必要に応じて熔剤とを添加し、ロータリーキルン等の加熱炉に投入し、800℃以上900℃以下程度の焼成温度で焼成することによって、その鉱石に残存する水分(付着水、結晶水分)を完全に除去するとともに部分還元した焼鉱5を生成させる。これらの工程が、「熔融還元工程S1」に先行して行われる場合には、このようにして生成された焼鉱5が、「熔融還元工程S1」に投入される。
「熔融還元工程S1」にて得られたフェロニッケル熔体は、製品スペックにより脱硫処理が必要とされる場合には、脱硫工程S2に移され、取鍋等を用いた機械式撹拌装置又は電気誘導式撹拌装置による脱硫処理が行われる。具体的には、脱硫工程S2においては、フェロニッケル熔体に対してカルシウムカーバイド等の脱硫剤を添加して撹拌することで、フェロニッケル熔体中の硫黄を、硫化カルシウム(CaS)としてスラグ中に固定して分離除去する。
本発明の「フェロニッケル鋳造片の黒色化抑制方法」は、熔融還元工程S1と鋳造工程S3とを少なくとも含んでなるフェロニッケル鋳造片の製造方法の流れの中で、この方法を更に行うことにより、フェロニッケル鋳造片の黒色化を有意に抑制又は防止することができる方法である。
本発明の「フェロニッケル鋳造片の黒色化抑制方法」を構成する「クラスト層を維持するための操作」は、フェロニッケル熔体中のケイ素(Si)のクロム(Cr)に対する比率である「Si/Cr品位」を所定値以上に維持するための操作として行われる。これらの操作は、熔融還元工程S1の実施時に、下記表1に示すi)乃至iii)の操作が選択的に行われる。「フェロニッケル鋳造片の黒色化抑制方法」においては、熔融還元工程S1の実施時に、これらの3つの操作のうち何れかのみが行われてもよいし、何れか2つの操作、或いは全部の操作が組合されて行われてもよい。
本発明の「フェロニッケル鋳造片の黒色化抑制方法」において選択的に行われる(操作i)は、通常、上述した通りの炉抵抗値の調整のために、上下に移動できるように設置されている電極2の下端部の垂直位置を上昇させてスラグ層6とメタル層7との界面から遠ざける操作である。この操作により、熱源である電極2の下端部の近接によるクラスト層8の熔融を防ぐことができる。但し、電極2の下端部の垂直位置が高くなり過ぎると、電気炉10の絶縁部分での絶縁破壊が発生して短絡によるショートが発生する危険がある。よって、一般的な三相交流電極式円形電気炉であれば、操作i)は、炉抵抗値を25mΩ以下に保持することができる範囲内で行うことが好ましい。
電力(MW)=電圧(V)×電流(kA)×√3
=電流(kA)2×炉抵抗(mΩ)×3/1000 ・・・・(1)
この(1)式の中の電力値は目標設定値であり、電圧値を設定値として変化させることで炉抵抗値をコントロールすることが可能となる。具体的な電気炉内での現象としては、炉抵抗は電極2の位置を上下に調整することでコントロールしている。例えば、炉抵抗値を低くする場合には、電極2を下方向に下げる。
本発明の「フェロニッケル鋳造片の黒色化抑制方法」において選択的に行われる操作ii)は、スラグ層6を形成するスラグの融点を上昇させる操作である。スラグの融点が所定温度以下に低下するとクラスト層8自体の融点も下がり、クラスト層8が熔解しやすい状態になる。これを防ぐためには、操作ii)によってスラグの融点を所定温度以上、具体的な目安として1580℃以上に維持することが好ましい。
本発明の「フェロニッケル鋳造片の黒色化抑制方法」において選択的に行われる(操作iii)は、スラグ層6の厚みを増大させる操作である。スラグ層6の厚みが薄すぎる場合には、電極2の下端部とクラスト層8との距離が小さくなり、クラスト層8が熔解しやすくなる。これを防ぐためには、操作iii)によってスラグの厚みを所定厚み以上、具体的な目安として50cm以上に維持することが好ましい。
熔融還元工程を三相交流電極式円形電気炉で行い、フェロニッケル熔体を取鍋に受け入れて分離処理を行った後にフェロニッケル熔体をショット状に鋳造する鋳造工程を引き続き行う操業を試験操業として行った。電気炉から排出可能なフェロニッケル熔体の量は、取鍋で移送できる量の18倍であり、電気炉から全てのフェロニッケル熔体を抜き出すための取鍋での移送回数は18回である。その後、改めて電気炉にフェロニッケル熔体を滞留させ、同様の操業を更に1回、計2回行った。取鍋での移送回数は合計で36回(=36ロット)となった。
第1回目の操業における熔融還元工程の操業条件は、炉抵抗:12mΩ、スラグの融点を1540~1560℃、スラグ層の厚みを30cmとした。この操業において、「Si/Cr品位」が0.2未満となったロットは18ロット中14ロットであり、この18ロットは、このまま鋳造工程で処理をした。その結果、鋳造片表面の黒色化が発生したのは10ロットであり、電気炉から排出したフェロニッケルのうち、55%が不良品となり、不良品となったロットは電気炉へ繰り返し装入する必要があった。
第2回目の操業においては、第1回目の操業よりも炉抵抗を上昇させるために、電極を上昇させてスラグ層とメタル層との界面から遠ざける操作(操作i))を行い、その結果、炉抵抗は16mΩに上昇した。又、珪石の添加量を調整し、スラグのMgO/SiO2品位を0.04上昇させることにより、第1回目の操業よりもスラグの融点を上昇させて1580~1650℃とした。又、スラグ層の厚みを増大させて厚みを60cmとした。この操業において、Si/Cr品位が0.2未満となったロットは存在しなかった。上記第2回目の18ロットも鋳造工程で処理をした。その結果、鋳造片表面の黒色化が発生したロットは無かった。
2 電極
3 メタル抜出し口
4 スラグ抜出し口
5 焼鉱
6 スラグ層
7 メタル層
8 クラスト層
10 電気炉
S1 熔融還元工程
S2 脱硫工程
S3 鋳造工程
Claims (4)
- 複数の棒状の電極が上下動可能に立設されている電気炉において、ニッケル酸化鉱石を熔融還元してフェロニッケル熔体とスラグとを比重分離することにより、フェロニッケル熔体からなるメタル層上に、スラグからなるスラグ層を分離形成させる熔融還元工程と、
前記フェロニッケル熔体を鋳造して、ショット状のフェロニッケル鋳造片を得る、鋳造工程と、
を含んでなるフェロニッケル鋳造片の製造において、
前記熔融還元工程では、前記電気炉内において、前記メタル層と前記スラグ層との間の界面部分に形成される非平衡状態の半熔融物からなる層であるクラスト層の状態を確認する作業を行い、前記クラスト層が縮小傾向にあることが認められた場合に、下記のi)乃至iii)の操作のうち何れか1以上の操作を行うことによって、前記フェロニッケル熔体中のケイ素(Si)のクロム(Cr)に対する比率である品位を所定値以上に維持する、
フェロニッケル鋳造片の黒色化抑制方法。
i) 前記電極を上昇させて前記スラグ層と前記メタル層との界面から遠ざける。
ii) 前記スラグ層を形成するスラグの融点を上昇させる。
iii) 前記スラグ層の厚みを増大させる。 - 前記所定値が0.2である、請求項1に記載のフェロニッケル鋳造片の黒色化抑制方法。
- 前記ii)の操作を行うことによって、前記スラグの融点を1580℃以上に維持し、
前記iii)の操作を行うことによって、前記スラグ層の厚みを50cm以上に維持する、
請求項1又は2に記載の黒色化抑制方法。 - 請求項1から3の何れかに記載の黒色化抑制方法を行うフェロニッケル鋳造片の製造方法であって、
前記熔融還元工程と、
前記鋳造工程と、を含んでなり、
前記鋳造工程においては、前記黒色化抑制方法が行われたフェロニッケル熔体を鋳造して、ショット状のフェロニッケルを得る、
フェロニッケル鋳造片の製造方法。
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