JPH0351992B2

JPH0351992B2 -

Info

Publication number: JPH0351992B2
Application number: JP58243038A
Authority: JP
Inventors: Ruukushaidaa Barutaa; Riiguraa Erunsuto; Tsuajitsuetsuku Erunsuto
Original assignee: HOESUTOOARUPIN IND GmbH
Current assignee: HOESUTOOARUPIN IND GmbH
Priority date: 1982-12-22
Filing date: 1983-12-22
Publication date: 1991-08-08
Also published as: JPS59134482A; ATA463882A; ZA839475B; AT382355B

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、冶金学的および化学的方法、さらに
詳しくは、たて炉の上ぶたを貫通するプラズマバ
ーナ手段を電気エネルギーを供給することにより
当該たて炉において冶金学的または化学的処理を
実施する方法に関する。

（従来の技術）このタイプの公知の方法または従来のプラズマ
溶融炉では、一般に、プラズマトーチにより付与
されたエネルギーは、満足な効果をもつて装入原
料に伝達できない問題があつた。二原子プラズマ
ガスを使用すると、プラズマトーチの中心部の温
度は約15000℃となり、また、一原子プラズマガ
スを使用すると、その温度は30000℃もの高温と
なるため、エネルギーの大部分はふく射によつて
発散する。このふく射エネルギーの実質部分は、
高温処理や溶融処理に使用するとができずに、炉
ライニングの著しい熱疲労をもたらす。

プラズマ放電による導入されるエネルギーを、
放電域断面の拡大により有効に利用する試みは、
すでに行われている。すなわち、米国特許第
3404078号明細書は、プラズマアークの形成法を
開示している。ここでは、一方の電極として導電
性粒子からなる流動床を用い、プラズマ域には
種々の物質を導入できるが、高温域で得られら生
成物は、流動床内に入り、そこで冷却される。そ
のため、かかる米国特許の方法は、生成物を溶融
状態で得るのには適していない。

（発明が解決しようとする課題および該要）本発明は、上記した困難性を避けるためになさ
れたものであり、冶金学的処理および化学的高温
反応の両方に適した方法を提供することを目的と
し、当該方法は、急速な溶解と装入原料成分間の
急速な反応を達成することができ、しかも連続的
なプロセスを改善された方法で制御することがで
きるのである。

本発明によれば、かかる目的は本発明により達
成することができ、当該方法は、たて炉の上ぶた
を貫通する中央に配置された電極と、たて炉の底
部を貫通する対向電極との間にプラズマトーチを
形成し、次いで、装入原料をプラズマトーチの付
近において同心的に導入し、これにより、たて炉
の内壁部に対し固体装入ストツク原料からなる保
護を積み重ねて、当該装入原料を、かかる保護壁
の内側からプラズマトーチの領域へ移動させるこ
とを特徴とする。

（発明の詳説）プラズマトーチ域付近に同心的に導入された装
入原料の粒子は、内壁、即ちたて炉の耐火性ライ
ニングを熱的疲労から保護することができる。本
発明の特に有利な点は、供給された装入原料がト
ーチ域をカーテン状に取り囲んでいるため、従来
法と比較してより多量のエネルギーを吸収でき、
これにより、冶金学的または化学的処理の速度を
実質的に増加できることである。

装入原料の粒子はカーテン状に落下して、炉下
部のトーチ域付近に同心的に積層し、積層した装
入原料は、ふく射熱の大部分を吸収して予熱され
る。したがつて、電流の形態で導入されたエネル
ギーを最適に利用することができるのである。

本発明の方法は、例えば鉄合金、カルシウムシ
リコン、銑鉄などの製造や、さらには高合金品質
の鋼に溶融による製造や、製造される鋼と同種の
スクラツプの再溶融に対し、有利に使用すること
ができる。しかしながら、当該方法は、炭化カル
シウムの製造のような高温での化学処理の実施に
も非常に適している。

形成される不活性ガスまたは還元雰囲気下での
高速の冶金処理の際に生じる金層溶融の損失が、
著しく低いので、本発明の方法は、電気アーク溶
融などの従来からの溶融処理と比較して、合金成
分が高収率であることを特徴とする。

炭化カルシウムを製造するには、CaOおよび／
またはOaCO₃と石炭の混合物を、常法で溶解し、
COの放出下に還元するが、その際、電気エネル
ギーは、大きな直径のグラフアイトまたはゼーデ
ルベルク式電極により供給される。ここでは、電
気アークは形成されないが、加熱は、装入原料の
抵抗熱によつて実質的に行なう。したがつて、溶
融域において得られる温度は、比較的低く、溶融
はそれだけ長時間を要する。

前記した米国特許第3404078号明細書では、
CaC₂の製造について、担体ガスとしてアルゴン
を使用してグラフアイト粒子の流動床を設け、こ
の流動床と負電極の間に形成されるプラズマ放電
内にCaOとアルゴンとを吹き込むことが提案され
ている。しかし、この方法では、CaCO₂被膜を
有するグラフアイト粒子が形成してしまい、達成
される転換率もわずか24.6％である。

好ましい具体例によると、冶金学的または化学
的処理の当初において、少量の装入原料を対向電
極域に導入し、プラズマトーチの点火後にさらに
装入原料を連続的に導入することができる。

装入層が余りにも高いと、未だ固体である装入
物質は、プラズマトーチの形成を妨害することに
なるが、装入量が少量であればプラズマトーチを
点火させるのに充分な電気伝導性を示す。

装入原料は、電極を環状に取り囲む複数の装入
パイプまたは電極を取り囲む環状の装入みぞによ
り、連続的に導入するのが好ましい。例えば、装
入パイプを１２を設けることができる。

装入原料を、電極周囲の環状装入みぞを介して
導入すると、装入原料粒子からなる特に濃密で均
質なカーテンが形成される。

好ましくは、25mmまでの粒度を有する装入原料
を使用する。塊状原料については10mmまでの粒
度、ペレツトの場合には５〜15mmのペレツトを使
用するのが特に好ましい。プラズマガスとして
は、この目的のために通常使用される任意のガ
ス、例えばAr、He、H₂、N₂、COなどを使用す
ることができる。

装入原料の装入開口部を介する供給に加え、微
粒子成分からなる装入原料を電極の内部通路を介
して供給することもできる。

鉄合金を、酸化物鉱石と炭素含有物質から製造
するには、合金成分を含むと共に主として酸化物
形の鉄を含有する各鉱石の混合物と、石炭または
コークスを、装入原料として使用する。

CaOおよび／またはCaCO₃を炭素含有物質に
よりCOの放出下に還元、溶解して炭化カルシウ
ムを製造するには、CaOおよび／またはCaCO₃
と石炭またはコースからなるバードン混合物を装
入原料として使用する。

プラズマトーチを用い、これらの還元処理を行
う場合、種々の粒度の装入物質、例えば粉末状の
装入物質でたえ困難なく溶解し反応させることが
できる。これに対して、従来法、とりわけ抵抗熱
でCaC₂を製造する方法は、塊状の装入物質しか
使用できなかつた。

本発明の方法によれば、未だ固定状であるかま
たはすでに溶解した装入原料に対し、プラズマト
ーチのふく射熱だけでなくトーチの衡撃点での対
流熱をも利用し、さらに装入原料またなバードン
を通電する電流から生じる抵抗熱と組み合わせ
る。反応中に生成する一般化炭素は、プラズマト
ーチのエネルギー密度を増大させるとともにエネ
ルギー収率をも増大させる。

さらに、本発明は、本発明の方法、とくに鉄合
金および炭化カルシウムの製造などの還元処理を
実施するための、低いたて炉を提供する。当該た
て炉は、耐火性ランニングした炉体、炉体に挿入
されたプラズマバーナ手段用のガイド、およびガ
イドと耐火性ライニングの間に設けられた装入原
料供給用のの環状空間を備える。さらに、当該た
て炉では、上記炉体に気密的に設置可能な上ぶた
を設け、この上ぶたにおいて、内方に突出する耐
火材製のカラムを設け、このカラムにおいて、電
極誘導用の中央孔と水冷部を設け、当該たて炉の
炉底において対向電極を配置し、加えて、電極ま
たはプラズマバーナの口部と、対向電極と、固体
装入ストツク原料・保護壁の内面との間におい
て、プラズマトーチ形成用の円錐台形状の空間を
形成することを特徴とする。

有利には、耐火性ライニングとカラムにより形
成された装入原料収納用の環状空間は、炉底に向
かつて末広となるように設計される。

有利な具体例によれば、プラズマバーナ手段の
電極は、耐火材製カラムの中央孔を介して誘導さ
れ、微粒子・装入原料成分、特に粒状石炭を供給
するための内側通路（みぞ）を備える。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づき詳細
に説明する。

図中、第１図は本発明のたて炉の一実施例の縦
断面図、第２図は第１図のたて炉の平面図、第３
図は異なる形状の装入口を有するたて炉の平面
図、第４図は上記した還元法を実施するために特
に適したたて炉の変形例の縦断面図である。

第１図において、たて炉の炉体１は耐火れんが
２でライニングされている。たて炉の底部はグラ
フアイト塊３で突き固められ、かかる底部におい
て側方から注出口４から設けられている。たて炉
上には上ぶた５が載置され、これは、炉の内部
を、全周に伸張するサンド・チヤネル７と係合す
るふた突起６により、気密的に密封させる。炉ぶ
たの心部分８は、水冷部を備えると共に、多数の
孔、すなわち、プラズマバーナまたは電極１０誘
導用の１つの中央水冷孔９と、かかる中央孔９周
囲を環状に囲む６つの孔１１を備えており、かか
る孔１１を通つて、装入原料またはバードン成
分・導入用の装入パイプ１２が、誘導される。た
て炉の底部には、プラズマバーナ１０の口の反対
側に対向電極１３を配置する。

製造の開始時に、少量の装入原料を装入パイプ
１２を介して導入し、次いで放電を開始し、これ
により自由燃焼プラズマトーチ１４を形成し、溶
融した装入原料からなる湯だめ１５を形成して、
溶融製錬を開始する。その後、さらに装入原料を
連続的に導入し、固定装入原料成分からなる保護
壁１６を、たて炉の耐火れんが製内壁２に対し湯
だめ１５の周辺において積み重ねる。保護壁１６
は、過度の高温から耐火性ライニングを保護する
と共に、プラズマトーチ１４のふく射熱によつて
予熱される。

第３図では、炉体１上に気密的に上ぶた５が載
置されている。さらに、炉底部から出る側方注出
口４が見られる。上ぶた５の水冷心部分８には、
中央孔９が設けられており、中央孔９を通つてプ
ラズマバーナ１０が案内されている。環状装入み
ぞ１７は、孔９を同心的に取り囲んでいる。装入
みぞ１７には、水冷用みぞを有する４つのスペー
サ１８を設ける。

装入原料をみぞ１７を介して炉内に連続的に導
入すると、装入原料の粒子は、バーナ１０の電極
とたて炉の底部を貫通する対向電極１３との間で
燃焼するプラズマトーチ１４域付近において、密
なカーテンを形成する。この粒子カーテンは、熱
負荷から炉体れんがを保護する一方、プラズマト
ーチにより放射された熱エネルギーの大部分を吸
収して、著しい量の装入原料が、液状となつて炉
の底部および溶融湯だめに達する。溶解しない大
きな粒子は、保護壁１６の積み上げに役立つ。

第４図の実施例によれば、同様に、炉体は１で
示され、耐火性ライニングは２で示される。炉の
底部は、グラフアイト製突き固め塊３で形成さ
れ、その底部には、溶融材料用の側方出口路また
は注出口４が設けられている。たて炉の口部は、
その上部の直径が下部の直径よりも短く、炉壁は
底部の方向に広がつている。かかる口部上に、水
冷上ぶた１９を載置し、上ぶた１９には炉の内方
に向かつてカラム用ガイド２０を設け、ガイド２
０は耐火材からなる。円錐台形のカラムは、水冷
部２２を設けた中央孔２１を備えている。中央孔
２１を通つてプラズマバーナ１０が案内され、そ
のバーナの口部２３は、カラム２０の下方端を越
えて伸張している。カラムの円錐台形状とたて炉
内壁の耐火性ライニング２の円錐形状とによつ
て、環状で下方向に末広の空間２４が形成され、
その末広空間２４中に、保護壁１６の機能を有す
る固体装入原料またはバードン成分が蓄積さる。
かかる原料または成分は、上ぶた１９を貫通し投
入フラツプを備えた供給シユート２５を介して導
入される。また、還元処理中に除去されるガス用
のガス抜き管２６が設けられている。

対向電極１３と、プラズマバーナまたは電極１
０の口部２３との間に、図示すように、円錐台形
であつて下方向に先細の空間２７が形成されてい
る。この空間２７において、少量の装入原料また
はバードンを導入した後、プラズマトーチ１４を
処理開始時に点火し、さらにバードンの供給によ
り、ガス抜き管２６のわずかに下まで、環状空間
２４を該バードン成分で満たす。

還元処理を続けると、バードン成分は連続的に
溶解し、自由空間２７中で反応する。ガス、特に
COの形成がバードン層または保護壁１６を介し
て生じ、これにより、予熱および予還元が行われ
る。

鉄合金または炭化カルシウム製造の好ましい実
施例によると、処理の間、微粉炭を、プラズマバ
ーナの１つまたはそれ以上の内部通路を介して空
間２７に付加的に導入し、付加的にCOを形成す
る。

上記した実施例とは別に、プラズマトーチを形
成する複数のプラズマバーナを備えたたて炉を使
用することもできる。

実施例１フエロマンガンの製造フエロマンガン鉱石（Mn45〜55％、Fe10％ま
で、MnおよびFeは共に主に酸化物の状態で存
在）1300Kgを、石炭、コークスまたは小型の石炭
400〜500Kgと混合して、約1.5〜３Kg／ｓの速度
で連続的に装入する。約10〜20分後、Mn75％、
酸化物２％、残部鉄からなるフエロマンガン約1t
を得た。

以下の実施例２および３において、１秒当り装
入原料１〜５Kg、好ましくは３Kgを連続的に導入
すると、生産量は、１時間当り３〜15tとなつた。

たて炉では、炉の大きさは、可能なバーナの最
高性能によつて制限される。通常のバーナを備え
た炉は１時間当たり約5tの製造能力を有する。

実施例２当該金属のクラツプからなるCrNiMoNb−ス
チールの溶融シユレツダー・スクラツプ5000Kg〔組性：
C0.049％、Si0.21％、Mn1.26％、P0.017％、
S0.031％、Cr18.8％、Ni11.03％、Mo2.2％、
Cu0.11％、Nb0.60％〕を、FeMo（Mo59.7％）
32.6Kg、純Ni（99.0％）21.7Kg、FeCr（C0.033％、
Cr73.1％）83.3KgおよびFeNbTa（Nb60.7％）
16.3Kgと共に装入した。

スチール総重量5072Kg〔組成：C0.055％、
Si0.32％、Mn1.22％、P0.023％、S0.011％、
Cr19.22％、Ni11.15％、Mo2.5％、Cu0.11％、
Nb0.75％〕を得た。総金属溶融損は２％であり、
各合金成分の収率は、以下の通りである：Ni99
％、Cr97％、Mo98％、Mn98％、Nb96％。

実施例３組成溶融によるX5CrNiMoNb−1911タイプの
スチール製造海綿鉄5000Kg、純Ni934Kg、FeMo（Mo56％）
350Kg、FeCr（C0.036％、Ci73.8％）2205Kg、Mn
金属（99％）108Kg、およびFeNbTa（Nb60.7％）
87Kgを炉に装入した。

収量8458Kgのスチール（組成：C0.014％、
Si0.35％、Mn1.27％、P0.016％、S0.01％、
Cr18.57％、Ni10.95％、Mo2.29％、Cu0.11％、
Nb0.63％〕を得た。

総金属溶融損は３％であつた。各合金成分の収
率は、Ni99％、Cr99％、Mo99％、Mn99％、
Nb100％であつた。

実施例４炭化カルシウムの製造まず、少量のバードンを、炉底部を貫通する対
向電飾域に供給して、プラズマトーチを点火し、
次いで、焼石灰300Kgおよび最大25mmまでの断続
的な粒度分布を有する石炭1950Kgのバードン混合
物を、第４図に示すたて炉内に、３Kg／ｓの装入
速度で連続的に導入した。プラズマガスとしてア
ルゴンを使用した。得られた炭化カルシウムは純
度が90.2％であつた。

本発明の方法によれば、ほぼ完全に消費される
電気エネルギーの利用度は、一般に従来からの溶
融・還元法よりも、約20％良好であることが、判
明した。

【図面の簡単な説明】

第１図はたて炉の一実施例の縦断面図、第２図
は第１図のたて炉の平面図、第３図は異なる形状
の装入口を有するたて炉の平面図、第４図はたて
炉の他の実施例の縦断面図である。図面中、主な符号はつぎのものを意味する。１
……炉体、２……耐火れんが製内壁、３……グラ
フアイト塊、４……注出口、５……上ぶた、６…
…ぶた突起、７……みぞ、８……心部分、９……
水冷孔、１０……電極またはプラズマバーナ、１
１……孔、１２……装入パイプ、１３……対向電
極、１４……プラズマトーチ、１５……湯だめ、
１６……保護壁、１７……環状装入みぞ、１８…
…スペーサ、１９……水冷上ぶた、２０……柱状
ガイド、２１……中央孔、２２……水冷部、２３
……口部、２４……末広空間、２５……供給シユ
ート、２６……ガス抜き管、２７……先細空間。

Claims

【特許請求の範囲】１たて炉の上ぶたを貫通するプラズマバーナ手
段で電気エネルギーを供給することにより、当該
たて炉中で冶金学的または化学的処理を実施する
にあたり、たて炉の上ぶたを貫通する中央に配置された電
極と、たて炉の底部を貫通する対向電極との間に
プラズマトーチを形成し、次いで装入原料をプラズマトーチ付近において同心的
に導入し、これにより、たて炉の内壁部に対し固
体装入ストツク原料からなる保護壁を積み重ね
て、当該装入原料を、かかる保護壁の内側からプ
ラズマトーチ域へ移動させることを特徴とする方法。２冶金学的または化学的処理の開始時におい
て、少量の装入原料を対向電極１３の領域に導入
し、次いでプラズマトーチ１４を点火し、さらに
装入原料を連続的に供給する特許請求の範囲第１
項記載の方法。３装入原料を、電極１０の周囲に環状に配置し
た複数の装入パイ１２プにより連続的に導入する
特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法。４装入原料を、電極１０の周囲に環状に配置し
た装入用のみぞ１７により連続的に導入する特許
請求の範囲第１項または第２項記載の方法。５ 25mmまでの粒度を有する装入原料を使用する
特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載
の方法。６装入原料の微粒子成分を、電極１０の内側通
路により供給する特許請求の範囲第１項〜第５項
のいずれかに記載の方法。７装入原料として、合金成分および鉄を各々主
として酸化物形態で含む各鉱石の混合物並びに石
炭またはコークスを使用し、酸化物鉱石および炭
素原料から鉄合金を製造する特許請求の範囲第１
項〜第６項のいずれかに記載の方法。８装入原料として、CaOおよび／または
CaCO₃と石炭および／またはコークスを使用し、
かかるCaOおよび／またはCaCO₃をCOの放出下
に炭素材料で還元、溶解することにより炭化カル
シウムを製造する特許請求の範囲第１項〜第６項
のいずれかに記載の方法。９特許請求の範囲第７項または第８項記載の方
法を実施するためのたて炉であつて、耐火性ライニングした炉体、炉体に挿入されたプラズマバーナ手段用のガイ
ド２０、およびガイド２０と耐火性ライニング２の間に設けら
れた装入原料供給用の環状空間２４を備え、さらに、上記炉体に気密的に設置可能な上ぶた
１９を設け、この上ぶた１９において、内方に突
出する耐火材製のカラム２０を設け、カラム２０
において、電極誘導用の中央孔２１と水冷部２２
を設け、当該たて炉の炉底３において対向電極１
３を配置し、加えて、電極またはプラズマバーナ１０の口部
２３と、対向電極１３と、固体装入ストツク原
料・保護壁１６の内面との間において、プラズマ
トーチ形成用の円錐台形状の空間２７を形成する
ことを特徴とするたて炉。１０装入原料収納用の環状空間２４を、耐火性
ライニング２とカラム２０の間で形成し、かかる
空間２４が、炉底３の方向に末広となるように設
計されている特許請求の範囲第９項記載のたて
炉。１１電極１０において、微粒子装入原料成分、
特に石炭を供給するための内側通路を設ける特許
請求の範囲第９項記載のたて炉。