JPH0510404B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、溶鉄から銅および／または錫を除去
する方法、より詳述すれば、溶鉄をArプラズマ
によつて減圧下で処理することを特徴とする、溶
鉄から銅と錫を蒸発除去する脱銅・脱錫法に関す
る。 （従来の技術） 近年に至り、自動車の解体くず等のスクラツプ
を電気炉、キユポラ等で溶解したりあるいは転炉
で使用したりすると、得られる溶銑あるいは溶鋼
中の銅、錫の含量が増すということがしばしば経
験されている。この場合の銅は、例えば、スクラ
ツプ中に混入してくる電気線系統のようなものか
ら混入し、錫は鋼板のメツキ等から入つてくるの
である。 このようにして鋼中に入つた銅、錫は、鋼の有
害不純物であり、鋼中に銅が多くなり過ぎると赤
熱脆性がおこる。したがつて、一部の耐候性鋼を
除いて、鋼中の銅は、少なくとも0.35％ないし
0.20％以下にすることが重要である。一方、錫
は、鋼の熱間加工性の低下や伸びや絞りの低下を
きたすので、少なくとも0.1％以下にすることが
重要である。そしてこれら銅、錫は少なければ少
ない程良い。 しかしながら、従来にあつては鉄鋼の大半を供
給する銑鋼一貫メーカの使用原料は云うまでもな
く、鉄鉱石であり、これらから銅、錫が混入して
くることはまずなく、したがつて、溶銑、溶鋼か
らの脱銅・脱錫はスクラツプを多用する電炉メー
カの場合を除いて実用上問題にならなかつた。 ところが、スクラツプの使用比率は鉄鋼生産に
比例して増えつづけており、一貫メーカにあつて
もスクラツプの使用を前提にした生産技術が検討
され始めており、錫、銅の除去が問題となりつつ
ある。しかも銅、錫は鉄よりも貴な金属であるた
め、通常の製鋼過程では除去できないことから、
何らかの新規な手段を開発する必要にせまられて
いる。なお、例外的な高Cu含有鉄鉱石を原料と
して使用する場合にも同様の問題がみられる。 ところで、溶鉄の脱銅・脱錫については、現在
次のような方法が文献上公知である。 () 脱銅法 浄化用金属として鉛を用いる方法： 溶銑に溶鉛を接触させ、鉛および鉄に対する銅
の分配比（Lcu）が、 Lcu＝〔鉛の銅含有量（％）〕／〔鉄の銅含有量（％
）〕＝1.1〜1.5 であることを利用して溶銑中の銅を鉛中に除去す
る方法である。しかし、この方法では脱鋼効率が
悪いために多量の溶銑を処理するには多量の鉛を
必要とするので、実用性はほとんどないといつて
よい。 硫化物スラグを用いる方法〔雑誌“METAL
PRCORESS”、1960年、９耳号、75頁〕： 溶銑に硫化ナトリウムや硫酸ナトリウムをフラ
ツクスとして添加すると銅がスラグ中に除去され
ることを利用した方法である。溶銑ナン当り100
Kgのフラツクスで溶銑中の銅の約45％が除去され
る。この場合に銅は硫化物として除去されるもの
と推定される。しかし、この方法は硫化物系フラ
ツクスを使用することから当然に溶融金属中にも
硫黄が混入することが考えられ、また、処理対象
が溶銑に限られる。つまり、キラポラでスクラツ
プを溶解した場合の炭素飽和溶鉄の脱銅は可能で
あるが、電気炉で溶解した溶鋼の脱銅は困難であ
る。また、溶銑の脱銅をこの方法で行う場合に
も、処理時間が短かければ影響が少ない場合もあ
るが、多くの場合にイオウ含量がかなり上昇する
という問題がある。 () 脱錫法 カルシウムーフツ化カルシウムフラツクスを
用いて、エレクトロスラグ精錬（ESR）により
溶解する方法： 主として脱リンを目的に開発された方法である
が、付随的に脱錫が進行する。錫は、錫化カルシ
ウムの形でスラグ中に吸収除去されるものと考え
られる。しかし、この方法はESRに限られるの
で、スクラツプを用いて安価に鋼を製造するとい
う場合には処理コストが高すぎるという問題があ
る。 炭化カルシウムを用いる方法： 原理的には上記の方法と同じであり、錫は錫
化カルシウムの形で付随的に除去される。 上記の方法との違いは、炭化カルシウムを用
いる場合、次式で示されるように、炭化カルシウ
ム（CaC₂）の分解で生成されたカルシウム
（Ca）が錫と反応する点である。 CaC₂→Ca＋２〔Ｃ〕 この方法は実用的方法として実現される可能性
が高いが、やはりフラツクス代が高い点に問題が
ある。 さらに、脱錫法としての上記、の方法はい
ずれも、還元精錬であるのでアルゴン雰囲気内で
実施する必要があるし、また、脱錫と同時に脱リ
ンが進行するために、処理後のスラグを大気中に
放置すると、スラグ中のリ化カルシウムが大気中
の水分と反応してホスフインンという悪臭の有毒
ガスが発生するという問題がある。 () 同時脱銅・脱錫法 超高真空処理法〔「JOURNAL OF THE
IRON AND STEEL INSTITUTE」1959年２
月発行、112〜175頁、G.M.Gill等著論文“The
behaviour of various elements in vacuum
steel−making”〕： 銅、錫の蒸気圧が鉄より高いことを利用して、
銅、錫を超高真空下で蒸発除去させる方法であ
る。 しかし、この方法では、真空度を10^-3〜
10^-6Torrにすることが必要であり、この真空度
は現在、溶鉄の真空処理で通常使用されている真
空度ほぼ0.1〜200Torrに比べて非常に高く、ま
た、銅、錫の蒸発速度が遅い点からも実用性に欠
け、ルツボ規模での実験しか成功していない。 以上に述べたように、脱銅・脱錫については、
各別の除去にしろ、同時除去にしても、ルツボ規
模での実験例はあつても、コストあるいは技術上
の問題から、実用性のある方法はなく、このた
め、従来は、スクラツプを溶解して得る溶鉄の銅
および錫の含量を目標値以下にするためは、もつ
ぱらスクラツプの選択に依存していた〔前掲
“METAL PROGRESS”1960年９月号、76頁参
照〕。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明は、前述の当業界の現状および社会的要
請に鑑み、スクラツプの種類を問うことなく適用
でき、かつ実用真空下で実施可能である、溶鉄か
ら銅および／または錫を高効率で蒸発除去する方
法を提供することを目的とする。 本発明の別の目的は、実用性の高い手段によつ
て銅および／または錫を効率的に蒸発除去しなが
ら多量の溶鉄を処理できる経済的な方法を提供す
ることである。 さらに本発明の別の目的は、実用的な手段でも
つて溶鉄中の銅および錫をそれぞれ少なくとも
0.4％以下、0.06％以下でできるだけ低いレベル
まで蒸発除去することのできる方法を提供するこ
とである。 （問題点を解決するための手段） ここに、本発明者らは、上記目的を達成するた
めに、鋭意研究を続けたところ、プラズマ処理、
特に水素含有プラズマ処理を行う場合、銅および
錫が効率的に蒸発することを見い出して先に特願
昭59−272190号として特許出願した。 すなわち、H₂―Arプラズマでは、加熱効率が
良く、溶鉄の温度を例えば、1700℃以上にでき、
その結果、良好な脱Cu、脱Snができたが、Arの
みのプラズマでは加熱効率が悪いために、1525〜
1540℃までしか溶鉄温度が上がらず、脱Cu、脱
Snは進行しなかつたのであつた。 しかし、その後さらに検討を重ねたところ、溶
鉄の処理温度が1600℃以上であれば、Arプラズ
マでも減圧下とすることにより効果的にCu、脱
Snが進行することを見い出して本発明を完成し
た。 すなわち、本発明の要旨とするところは、銅お
よび／または錫を除去すべき溶鉄を1600℃以上に
保ち、減圧下においてArプラズマを溶鉄面に衝
突させて精錬することを特徴とする、溶鉄からの
脱銅・脱錫法である。 本発明法による脱Cu、脱Snは、プラズマフレ
ーム（一般に12000℃位と言われている）によつ
て局部的に加熱された火点で、蒸発が促進された
結果、Feより蒸発圧の高いCu、Snの蒸発が優先
的におこることにより行われると考えられる。 したがつて、従来のArプラズマを使つた場合
のように鋼溶温度が低い場合、火点の温度もあま
り上がらないために常圧下では脱Cu、脱Snが進
行しなかつたものと考えられる。 （作用） このように、本発明にあつては溶鉄からの脱
銅・脱錫にプラズマアークを利用し、そのときの
プラズマ処理条件として減圧下での1600℃以上の
温度を使用するのである。 ここで、添付図面によつて本発明をさらに説明
すると、第１図は本発明に係る方法を実施する装
置の１例を略式で説明する図であるが、適宜容器
１に収容された処理すべき溶鉄２は正極に接続さ
れ、一方これと対向して溶鉄上方には水冷型プラ
ズマトーチ３が配置され、全体は排気可能な減圧
処理室４内に収容されている。好ましくは
150Torr以下の減圧下で処理を行う。符号５は
Arバブリング用パイプである。本発明によれば、
このトーチ３の先端のノズルからArガスを流し
ながら溶鉄とプラズマトーチとの間に高電圧を印
加してプラズマ状態を作り出すと、プラズマ状態
のガスが溶鉄面に衝突し、その衝突点の温度を上
昇させ、銅および錫の蒸発を促進する。 本発明に係る方法においてはプラズマを溶鉄面
に衝突させて精錬処理を行う時にプラズマによる
撹拌とは別に溶鉄を撹拌することが好ましいが、
そのときの撹拌動力は次のように表わすことがで
きる。 ε・＝6.18Q_BTl／Mlln（１＋ρlgh／ｐ）(1) ここで、Q_B：底吹ガス流量（Ｎm³／min） Tl：温度（〓） Ml：液重量（ton） ρ ：液密度（Kg／m³） ｇ ：重力速度（ｍ／sec²） ｈ ：液深さ（ｍ） ｐ ：雰囲気圧力（Pa） このε・をパラメータとして、これが脱銅・脱錫
に与える効果を示す実験データによれば撹拌動力
εが10w／ｔ未満では脱銅・脱錫率が若干わるく
なり、また1kw／ｔを超えるとあまりに撹拌力が
強くなり過ぎ、プラズマが切れ易くなり、安定操
業ができない。 なお、(1)式は、主としてAr等でのガスバブリ
ング撹拌の場合の式であるが、一般に撹拌できる
もの、例えば、誘導撹拌のようなものでも全く同
じである。 したがつて、本発明はその好適態様にあつては
上記(1)式で示される撹拌ε・が10w／ｔ〜1kw／ｔ
である。そしてかかる撹拌力が確保される限り、
その具体的方法には特に制限されない。 次に、本発明の脱銅・脱錫作用に影響するその
他因子としては雰囲気の圧力等がある。 第２図および第３図は、前記(1)式で示される撹
拌力ε・が30〜100w／ｔである条件下で本発明に
したがつて雰囲気圧力を変え、脱銅・脱錫処理を
行つた場合の一連の実験データをグラフにまとめ
て示すものである。第２図のグラフは、700〜
900Nm³／ｔのArガスを流しながら1700〜1750℃
でArプラズマを利用し、減圧下で初期〔Ｃ〕＝
0.5％、〔Cu〕＝0.4％の溶鉄を処理した場合の脱銅
挙動のデータをまとめたものであり、一方、第３
図のグラフは同じく初期〔Sn〕＝0.06％の溶鉄の
脱錫挙動の実験データをまとめたものである。い
ずれの場合も雰囲気圧力が低下するに伴つて銅お
よび錫の除去が進んでゆくのが分かる。 第４図および第５図は、本発明の方法による脱
銅および脱錫に及ぼす浴温度の影響を示す。いず
れの場合も、前記(1)式で示される撹拌力ε・が30〜
100w／ｔであつて、100〜150Torrの減圧下で、
Arプラズマを700〜900Nm³／ｔ使用して、初期
〔Cu〕＝0.4％、初期〔Sn〕＝0.0.％、初期〔Ｃ〕＝
0.5％の溶鉄を処理して得たデータをまとめたも
のである。 図示結果からも分かるように脱銅・脱錫はいず
れも浴温度が1600℃以上で進行するのが分かる。 対象の溶鉄としては、本発明の性質上、通常の
スクラツプを溶解した場合の炭素鋼や溶銑でも良
いし、Ni、Crを多く含んだステンレス鋼のよう
な溶鋼でも何れでも精錬処理可能である。対象溶
鉄のCu、Snはそれぞれ0.03％、0.01％以上が良
い。すなわち、これより低くなると経済的に脱
Cu、脱Snがむずかしくなりまた、鋼の性質上、
これより低いCu、Snの脱Cu、脱溶鉄のSnは必要
ないためである。 ここに、プラズマ発生源としては、DC−アー
クタイプが一般的であるが、AC−アークタイプ
のものでも精錬処理可能である。 なお、処理容器としては、取鍋のようなもので
も良いし、転炉、電気炉形式のようなものであつ
たもよい。 次に、実施例によつて本発明をさらに具体的に
説明する。 実施例 スクラツプ1.5Kgをルツボ状の容器に入れ、第
１図に示すと同様な装置を使い、10Nl／minの
Arプラズマガスを溶鉄面に衝突させて精錬処理
を行つた。このときのプラズマはDC−アークプ
ラズマであつた。 実験条件を第１表にまとめて示す。 このときの処理前、処理後の溶鉄の組成分の変
化を第２表にまとめて示す。

【表】

【表】 以上の結果からも分かるように大気圧下あるい
は低温での処理では、脱銅、脱錫は進行しなかつ
たが（比較法参照）、本発明方法にしたがつてプ
ラズマガスとしてArを使用し、減圧下で精錬し
た場合には、脱銅および脱錫が効果的に行われる
のが分かる。脱銅率は55〜80％、脱錫率は30〜50
％であつた。 また、本発明によれば脱炭をほとんど伴わずに
脱銅・脱錫が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる方法を実施する装置の
１例の略式説明図；および第２図ないし第５図
は、本発明かかる方法において種々条件を変えた
ときの脱銅および脱錫の傾向を示すグラフであ
る。 １：容器、２：溶鉄、３：プラズマトーチ、
４：処理室、５：Arバブリング撹拌用パイプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 銅および／または錫を含有する溶鉄を1600℃
   以上に保ち、減圧下においてArプラズマを溶鉄
   面に衝突させることを特徴とする、溶鉄からの脱
   銅・脱錫法。 ２ 前記溶鉄を撹拌動力ε・＝10w／ｔ〜1kw／ｔ
   にて撹拌しながらArプラズマを溶鉄面に衝突さ
   せることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の溶鉄からの脱銅・脱錫法。 ３ 前記溶鉄が銅0.03％以上を含有する、特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の溶鉄からの脱
   銅・脱錫法。 ４ 前記溶鉄が錫0.01％以上を含有する、特許請
   求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の
   溶鉄からの脱銅・脱錫法。