JPH10158712A - 精製反応器中でニッケル合金化鉄浴を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ニッケル合金化スチールおよびニッケル合金
化ステンレススチールの製造において、Ｎｉラテライト
や硫黄含有Ｎｉ選鉱物から直接安価なＮｉユニットを得
ること。 【解決手段】 精製反応器内に溶解したメタロイド及び
炭素を含有する鉄／スラグ浴混合物を用意し；Ｎｉラテ
ライト鉱石を浴混合物に供給し；酸素含有ガスを浴混合
物に射出してメタロイド及び炭素を酸化し、そしてＮｉ
ラテライト鉱石を熔融しそれによりニッケル合金化鉄浴
が形成されるまで浴混合物を撹拌し；鉄浴からスラグを
排出し；酸化含有ガスを、必要ならば、鉄浴が最終炭素
規格に脱炭されるまで射出することにより、精製反応器
中でニッケル合金化鉄浴を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は精製反応器において
ニッケル合金化（nickel-alloyed）鉄浴を製造する方法
に関する。特に、溶解したメタロイド還元体及び炭素還
元体を含有する鉄／スラグ浴混合物へＮｉラテライト鉱
石を加えることにより、ニッケル合金化鉄浴中のＮｉユ
ニットの少なくとも一部が得られる。この方法は、浴混
合物をメタロイド還元体により維持される還元条件下で
激しく撹拌した場合に、熔融ニッケルラテライト鉱石か
らＮｉユニットの回収においてコスト効果を上げること
ができる。

【０００２】

【従来の技術】スクラップに含有されるＮｉユニットは
フェロニッケル中のＮｉユニットの約８０％の価額であ
る。Ｎｉユニットの２つのソースはニッケル合金化ステ
ンレススチールを製造するための最も高価な材料であ
る。フェロニッケル中のＮｉユニット又はＮｉショット
は、一般に３重量％未満のＮｉを含有する鉱石からニッ
ケルを遊離させる高い製造コストために、高価である。
Ｎｉ鉱石は２つの一般的タイプ、硫化物及びラテライト
がある。硫黄含有鉱石においては、ニッケルは主に鉱物
ペントランダイト、即ちニッケル−鉄硫化物として存在
し、これはピロタイト及びチャルコピライトを含むこと
もできる。硫黄含有鉱石は典型的には、１〜３重量％の
Ｎｉおよび変量のＣｕ及びＣｏを含有する。破砕、粉砕
及び前浮遊選鉱（forth flotation）は価値ある材料の
選鉱に用いられ、できるだけ多くの脈鉱として廃棄され
る。この後、選択的浮遊選鉱及び磁気分離は、高温冶金
法でさらに処理するために、選鉱物（concentrate）を
ニッケル、銅及び鉄に富んだ画分に分けるために用いら
れる。さらにニッケルの選鉱は、鉄を酸化させながら硫
黄を半分まで除去するために、選鉱物を焙焼することに
より得ることができる。選鉱物は１２００℃で熔融さ
れ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＳからなるマッテ（Matte）
が得られ、スラグが排出される。マッテはコンバーター
に入れられ、さらに鉄及び硫黄を酸化するために空気が
吹き込まれる。マッテの冷却において、Ｎｉ−Ｆｅ硫化
物及び銅硫化物の明白な結晶は、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓ
相ダイヤグラムの指令により、別々に沈殿する。破砕及
び粉砕の後、２つの結晶を有する硫化物画分は、前浮遊
選鉱により銅硫化物及びＮｉ−Ｆｅ硫化物の選鉱物に分
けられる。Ｎｉ−Ｆｅ硫化物の選鉱物はフェロニッケル
及びＮｉショットを製造するルートで幾つかのエネルギ
ー増大段階に付される。Ｎｉ−Ｆｅ硫化物は、Ｎｉカソ
ードが電解により製造される流動床中で、粒状のＮｉ−
Ｆｅ酸化物焼結物に転換させることができる。代わり
に、ニッケル及び鉄粉末へ分解するための塩素化法にお
いてＮｉ−Ｆｅ選鉱物はＮｉ及びＦｅカルボニルへの転
換が行われる。

【０００３】Ｎｉラテライト鉱石はニッケル鉄岩のウェ
ザリング（weathering）により形成される。ウェザリン
グにおいて、該岩からのニッケル及び鉄は降水だけで溶
解され、低部領域に再析出される。この方法により有意
にニッケルに富んだ領域はＮｉ鉱石として採掘される。
これらの鉱石は化学的に結合した及び遊離の３０％程度
の水を含有する。ニッケル及び鉄は水と化学的に結合し
ており、平均０．８〜１．５％のＮｉのニッケル鉄ゴエ
タイト（Ｆｅ、ＮｉＯＯＨ）として、又は１．８〜３．
５％のＮｉ含量を有する水和ニッケル−マグネシウムシ
リケート（ガルニーライト）として生じることができ
る。これらの鉱石は水によりＮｉ及びＦｅと共に吸着さ
れた０．２％までのＣｕを含有することができる。

【０００４】部分的に乾燥したニッケル含有ラテライト
鉱石を頂部酸素吹込みランス及び撹拌ガス吹込み用底部
羽口を有する精製容器へ供給することによるステンレス
スチールの製造は公知である。このような鉱石は、多く
とも３％のＮｉ、８０％重量％以上の乾燥鉱石のスラグ
へ転換する。米国特許第5,047,082号明細書は、必要な
Ｎｉユニットを得るためにフェロニッケルに代えて低硫
黄ニッケル含有鉱石を用いて酸素コンバーター中でステ
ンレススチールを製造することを開示している。Ｎｉ鉱
石はスラグ中に存在する黒炭及び熔融鉄中に溶解した炭
素により還元さる。米国特許第5,039,480号明細書は、
ニッケル含有鉱石、次いでクロム鉱の一連の溶融及び還
元によりコンバーター中でステンレススチールを製造す
ることを開示している。鉱石は鉄浴中に溶解した炭素に
より還元される。Ｎｉ鉱石が熔融及び還元された後、ク
ロム鉱を鉄浴に加える前に鉄浴の脱隣及び脱硫のため
に、スラグがコンバーターから除去される。

【０００５】ラテライト鉱石は殆ど硫黄を含有しないか
ら、ステンレススチールを製造するためのＮｉユニット
のバルクは鉱石のこのタイプから生じさせることができ
る。しかしながら、Ｎｉユニットを伴う多量のスラグ
は、精製工程に加えて、別のエネルギー増大熔融工程、
精製時間の増加及び多分、分離反応器を必要とする。

【０００６】浴の硫黄含量の調節は鉄の精製中の最古の
且つ最広の関心事の一つである。鉄は初期の溶鉱炉中で
製錬されていたから、熔融鉄と接するスラグが燃料とし
て使用されたコークから生ずるいくらかの硫黄を除去す
る手段を提供することは知られていた。ごく最近、精製
中に硫黄を除去するために同定された鍵要因は、スラグ
のガス状酸素の分圧及びスラグの温度の機能として、ス
ラグの塩基度の調節がある。

【０００７】ここに参考として合体される米国特許第5,
575,829号明細書は、精製中の還元期間続いて、硫黄含
有Ｎｉ選鉱物を鉄浴に加えることによりニッケル合金化
鋼用のＮｉユニットを得る技術を教示している。与えら
れたスラグ硫黄溶解度及び合金硫黄の規格については、
この手法で得ることができるＮｉユニットの数がスラグ
当たり許されるスラグ重量及び次のスラグの数に依存す
る。

【０００８】アーク炉中の固体供給材料の熔融から生ず
る精製容器中の全硫黄量が小さいので、ニッケルで合金
化されたステンレススチールの決まりきった精製中に、
スラグ硫黄溶解度の限界に通常は到達しない。従って、
精製溶融中のスラグ脱硫能力が十分に利用されない。ス
ラグ重量が増加すると、浴中の残存還元体の存在及びス
ラグ組成の操作は全てこの利用されない度合を増加させ
る。多くのスラグの添加は合金製造のためのサイクル時
間を延ばすが、これは、特に精製状態が鋼製造プラント
における生産性にある場合は、反対に製造コストに影響
を与える。

【０００９】従って、一連のスラグ又は大きな資本支出
が不必要な、Ｎｉ鉱石及び選鉱物から直接付加的にＮｉ
ユニットを得るための必要性が長く残されており、それ
によってさらに低炭素鋼、フェライトステンレススチー
ル、二層ステンレススチール及びオーステナイトステン
レススチールのようなニッケル合金化鉄又はニッケル合
金化鋼の製造に用いられるＮｉ合金化ユニット（Ni all
oying unit）のコストをさらに低下させる。さらに、Ｎ
ｉ鉱石及び選鉱物から直接Ｎｉユニットを得ることによ
りニッケル合金鉄及びニッケル合金化鋼を製造する場
合、精製容器の脱硫能力をうまく利用する必要性も残さ
れている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主たる目的
は、ニッケル合金化鉄、ニッケル合金化鋼およびニッケ
ル合金化ステンレススチールの製造においてＮｉラテラ
イトから直接安価なＮｉユニットを提供することにあ
る。本発明の他の目的は、ニッケル合金化鉄、ニッケル
合金化鋼およびニッケル合金化ステンレススチールの製
造において硫黄含有Ｎｉ選鉱物から直接安価なＮｉユニ
ットを提供することにある。本発明の他の目的は、ニッ
ケル合金化鉄、ニッケル合金化鋼およびニッケル合金化
ステンレススチールの製造において硫黄含有Ｎｉ選鉱物
の直接添加によりＮｉラテライト鉱石の熔融中に形成さ
れるスラグの脱硫能の不利用を利用することにある。本
発明の他の目的は、Ｎｉラテライト鉱石および硫黄含有
Ｎｉ選鉱物から直接低硫黄含有ニッケル合金化鋼及びニ
ッケル合金化ステンレススチールを安価に製造する方法
を提供することにある。本発明の目的は、Ｎｉラテライ
トから直接ニッケル合金化ステンレススチールを安価に
製造する方法であって、その際クロムのスラグへの酸化
ロスを最小にすることにある。本発明の他の目的は、Ｎ
ｉラテライト及び硫黄含有Ｎｉ選鉱物から直接低硫黄含
有ニッケル合金化ステンレススチールを安価に製造する
方法であって、その際クロムのスラグへの酸化ロスを最
小にすることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、精製反応器中
で、溶解したメタロイド還元体及び炭素還元体を含有す
る鉄／スラグ浴混合物中のＮｉラテライトを熔融するこ
とにより、鉄浴のＮｉ合金ユニットの少なくともいくら
かを得ることによりニッケル合金化鉄を製造する方法に
関する。この方法は、浴混合物が激しく撹拌され、射出
される酸素によるメタロイド及び炭素還元体の酸化によ
って熱が一部供給されたときにＮｉラテライト鉱石が熔
融した場合、Ｎｉユニットを経済的に回収するこができ
る。好ましい態様においては、この酸化工程についで還
元工程があり、この工程で硫黄含有Ｎｉ選鉱物がスラグ
に移動した硫黄を有する鉄浴に加えられる。精製後のＮ
ｉラテライトをニッケル合金化鉄浴中で熔融する場合よ
り又は硫黄含有Ｎｉ選鉱物単独の添加、つづく精製中の
還元工程によるよりも実質的に多くのＮｉユニットがス
ラグ当たり製造される。

【００１２】本発明は溶解したメタロイド還元体及び炭
素還元体を有する鉄／スラグ浴混合物を含有する精製反
応器中においてニッケル合金化鉄浴を製造する方法であ
る。この方法の工程は、Ｎｉラテライト鉱石を浴混合物
へ供給し、酸素含有ガスを反応器に射出してメタロイド
及び炭素を酸化し、Ｎｉラテライト鉱石が熔融するまで
浴混合物を激しく撹拌し、それによりニッケル合金鉄浴
を形成させることを包含する。熱は酸素の射出によるメ
タロイド及び炭素還元体の酸化から一部は供給される。
スラグを鉄浴から排出した後、必要ならば、鉄浴が最終
炭素規格へ脱炭されるまで酸素含有ガスの射出を続ける
ことができる。

【００１３】本発明の他の特徴は、Ｎｉラテライト鉱石
を反応器に供給する前に１０重量％以下の化学的に結合
した水を含有させるために、該鉱石を乾燥する付加工程
を包含することである。本発明の他の特徴は、Ｎｉラテ
ライト鉱石を予熱する付加工程を包含することである。
本発明の他の特徴は、浴混合物を撹拌する手段を有する
反応器にある。本発明の他の特徴は、酸素の頂部吹き込
み手段、及び吹き込み手段を介して酸素ガスを反応器へ
通し、その際酸素の一部は浴混合物の上に又は中に排出
させてＣＯ及びＨ₂の後燃焼を行わせ、残りの酸素ガス
を浴混合物中に射出して炭素のＣＯへの及びメタロイド
の酸化物への酸化を行わせることからなる付加工程を包
含する前記反応器にある。本発明の他の特徴は、合計ガ
スの３０〜１００％を撹拌手段を介して前記反応器に流
すことにある。本発明の他の特徴は、酸素ガスの全ての
特定の流れを吹き込み手段を介して流し且つ撹拌手段を
介して流す酸素含有ガスが０．５〜４ＮＭ³／分／ＭＴ
であることである。本発明の他の特徴は、ＣＯ及びＨ₂
の後燃焼の程度が５０％未満であることである。本発明
の他の特徴は、吹き込み手段を介して流れる酸素ガスが
本質的に純粋な酸素であり、撹拌手段を介して射出され
るガスが４以下の酸素ガス：不活性ガスモル比を有する
ことである。本発明の他の特徴は、撹拌ガス中の酸素と
不活性ガスのモル比がＮｉラテライトが熔融した後にゼ
ロに低下されることである。本発明の他の特徴は、０〜
２０重量％のＣｒ、０．５重量％から炭素飽和までのＣ
及び３重量％までのメタロイドを含有するための前記浴
混合物にある。本発明の他の特徴は、１．０〜３．０に
維持されるべきスラグの塩基度にある。本発明の他の特
徴は、４００ｋｇ／ＭＴを越えない浴混合物中のスラグ
重量にある。本発明の他の特徴は、硫黄含有Ｎｉ選鉱物
及び他のメタロイドを鉄浴に加える付加工程を包含する
ことにある。本発明の他の特徴は、不活性ガスが前記撹
拌手段を介して流され、硫黄含有Ｎｉ選鉱物が完全に熔
融し且つ鉄浴に加えられた付加メタロイドにより受ける
還元条件により酸素がスラグへ移動するまで、浴混合物
を激しく混合することを包含することにある。本発明の
他の特徴は、前記硫黄含有Ｎｉ選鉱物を予熱し、同時に
Ｎｉラテライト鉱石を供給することを包含することにあ
る。本発明の他の特徴は、５〜２５重量％のＳ及び１０
〜３５重量％のＮｉを含有する前記記硫黄含有Ｎｉ選鉱
物を包含することにある。本発明の他の特徴は、ニッケ
ル合金鉄浴中の少なくとも１０％のＮｉユニットがＮｉ
ラテライト鉱石及び硫黄含有Ｎｉ選鉱物から導かれるも
のであることを包含することにある。本発明の他の特徴
は、前記ニッケル合金浴が、≦２．０重量％のＡｌ；≦
２．０重量％のＳｉ；≦０．０３重量％のＳ；≦２６重
量％のＣｒ；及び≦１０重量％のＮｉを含有するステン
レススチールであることを包含することにある。

【００１４】本発明の利点は、ニッケル合金化鉄、ニッ
ケル合金化鋼及びニッケル合金化ステンレススチールの
製造において安価にニッケル合金ユニットを得る方法を
提供することにある。本発明の他の利点は、スラグ鉄浴
からの硫黄の除去が最小となるようにメタロイド還元体
により受ける還元条件下で鉄浴を激しく混合した場合
に、硫黄含有Ｎｉ選鉱物の熔融から硫黄を保持するため
のリザーバーとして働くためのＮｉラテライト鉱石の熔
融からの大容量のスラグにある。本発明の他の利点は、
Ｎｉラテライト鉱石から直接ニッケル合金化ステンレス
スチールを製造し、その際鉄／スラグ混合物のスラグへ
の脱硫中のクロムの酸化ロスを最小にすることを提供す
ることにある。本発明の他の利点は、鉄浴中の硫黄含有
ニッケル選鉱物及びＮｉラテライトを熔融することによ
り製造された鋼を有するニッケル合金化低硫黄ステンレ
ススチールを提供することにある。本発明の他の利点
は、Ｎｉラテライト鉱石及び硫黄含有ニッケル選鉱物か
ら直接低硫黄含有ニッケル合金化ステンレススチールを
製造し、その際クロムのスラグへの酸素ロスを最小にす
ることを提供することにある。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明は、精製反応器において
鉄、鋼又はステンレススチールを製造する場合に、ニッ
ケル合金化鉄浴を規格品に製造するためのニッケルの安
価なソースの使用に関する。本発明はニッケル合金化鉄
浴を製造する方法であり、その際Ｎｉ合金ユニットの少
なくとも一部はＮｉラテライト鉱石及び硫黄含有Ｎｉ選
鉱物から導かれ、そして該鉱石及び選鉱物は鉄／スラグ
混合浴に別々に又は同時に添加することができる。より
好ましい態様においては、本発明はニッケル合金化鉄浴
の複数工程プロセスであり、その際Ｎｉ合金ユニットの
少なくとも一部は鉄／スラグ混合浴に最初に添加された
Ｎｉラテライト鉱石から導かれ、ついで硫黄含有Ｎｉを
ニッケル合金化鉄浴に添加される方法である。

【００１６】Ｎｉラテライトのニッケル含量及び同伴す
るスラグ成分の組成はその原料に依存する。粗Ｎｉラテ
ライトは通常３重量％未満のＮｉ含量、０．５重量％を
越えるＣｒ含量、多くのＦｅ含量、および３０重量％ま
でのＨ₂Ｏを有する。Ｎｉラテライト選鉱物は３重量％
を越えるＮｉ含量であることができる。本発明のＮｉラ
テライト鉱石とは、Ｎｉラテライト鉱石から製造される
粗Ｎｉラテライト鉱石および選鉱物を包含するものと理
解すべきである。本発明のＮｉラテライト鉱石及び鉱石
選鉱物少なくとも1重量％のＮｉ、バランスのＦｅ
₂Ｏ₃、Ｆｅ（ＯＨ）₂、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ及びＡｌ₂Ｏ₃を
含むことが好ましい。表Iに、非選鉱鉱石分析の６つの
例を示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】本発明の利点は、比較的高価なニッケル含
有フェロニッケル及びステンレススクラップについてそ
の一部を置き換えた高価でないＮｉ鉱石及び選鉱物を使
用して、精製反応器中でステンレススチールを製造する
ための経済的な方法を提供することにある。より特別に
は、部分的に乾燥し、予熱したＮｉラテライト鉱石をメ
タロイド還元体及び炭素還元体を含有する鉄／スラグ浴
混合物中で熔融し、好ましくはついで硫黄含有Ｎｉ選鉱
物を供給して鉄浴の脱硫を行い、ついで同じ反応器中で
直接ステンレススチールが精製される。本発明の方法
は、アルゴン−酸素脱炭（ＡＯＤ）、真空−酸素脱炭
（ＶＯＤ）又はCreusot-Loire-Uddeholm（ＣＬＤ）コン
バーターのような精製反応器を有する実在のステンレス
スチール熔融ショップ中で経済的に実行されるような方
法である。該反応器はＱ−ＢＯＤ、ＶＯＤ、ＣＬＵ中の
ガスを含有する酸素を頂部から吹き込むためのランスの
ような手段で改造し、又は一般的な頂−底−吹き込み精
製反応器(ＴＢＲＲ)[KlocknerMaxhutte Stahlerzeugens
verfahren（ＫＭＳ−Ｓ）底部吹き込みステンレススチ
ールコンバーター、又はＫlockner Oxygen Boden or Br
otzmann Maxhutte底部吹き込みステンレススチールコン
バーターを含む］を設置することもできる。このタイプ
の精製反応器にかかわらず、脱硫段階中に精製反応器内
に含有される浴混合物へ不活性ガスを流すための底部羽
口、多孔性プラグ、同心パイプなど（以下これらを羽口
という）のような手段が装備されるであろう。本発明の
不活性撹拌ガスはＡｒ，Ｎ₂又はそれらの混合物を包含
し、Ａｒが好ましい。

【００１９】Ｎｉラテライトを熔融する場合に形成され
る大量存在するスラグを利用するために、鉄／スラグ浴
混合物がそれに溶解したメタロイド還元体により受ける
還元条件下で激しく混合される場合に浴硫黄を移動及び
保持するためのリザーバーとして、大量のスラグ容積を
利用するために、硫黄含有Ｎｉ選鉱物を熔融することが
有利である。例えば、還元条件下で不活性ガスで鉄／ス
ラグ浴混合物及び硫黄含有Ｎｉ選鉱物が激しく混合され
た場合に硫黄を受け取り且つ保持するためにスラグ容積
を利用するために、硫黄含有Ｎｉ選鉱物を熔融すること
が有利である。その場合、さらに、スラグが反応器から
排出される前に、スラグを金属学的に利用することが有
利である。このような硫黄含有Ｎｉ選鉱物は、粗硫黄含
有Ｎｉ鉱石からのフェロニッケル及びＮｉの製造中にエ
ネルギー増大製錬から、又は湿式冶金からの中間生成物
として導かれる。選鉱物のニッケル含量は使用される鉱
石のタイプ及びプロセスに依存する。製錬マッテからの
Ｎｉ−Ｆｅ硫化物の沈殿物から生成される本発明の選鉱
物は１６〜２８重量％のＮｉ；３５〜４０重量％のＦ
ｅ；３０重量％のＳ；＜１重量％のＣｕ；及び＜１重量
％のＣｏであると分析された。有利な方法により製造さ
れる本発明の選鉱物は、９重量％のＮｉ；４０重量％の
Ｆｅ；３０重量％のＳ；１重量％のＣｕ；及びバランス
のＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ及びＭｇＯであると分析
された。本発明の好ましい硫黄含有Ｎｉ選鉱物は、主な
ニッケル種として（Ｆｅ，Ｎｉ）₉Ｓ₈を有するＮｉペン
タランダイト鉱石から、５〜３５重量％のＳ及び５〜３
５重量％のＮｉを含有する選鉱物と共に形成される。

【００２０】鉱石又は選鉱物から入手されるＮｉ合金ユ
ニットは三段階の精製反応器中で回収することが好まし
い。初期の段階では、Ｎｉラテライトは、加熱キルン中
で予熱することにより、化学的に結合された水を１０％
以下の含量にするように部分的に乾燥することが好まし
い。その後、Ｎｉラテライトは鉄／スラグ浴混合物へ熱
く供給され、その際浴に酸素含有ガスを、好ましくは羽
口のような反応器の底部に設けられた手段を介して射出
して、鉄／スラグ浴混合物を激しく撹拌することにより
該鉱石が完全に熔融される。酸素含有ガスとは空気、純
酸素、スチーム、Ａｒ、Ｎ₂及びそれらの混合物の少な
くとも一種を意味する。ＮｉＯとしてのスラグ中のＮｉ
の溶解度は特にゼロであるので、ラテライト鉱石中に含
まれるＮｉが容易にその金属相に還元される。Ｎｉの回
収は鉄浴混合物中で明らかに容易に且つ迅速に起こる。
撹拌は浴混合物に供給されたスラッジング剤及びＮｉ鉱
石を吸収し且つ熔融することを助け、浴混合物中のメタ
ロイド還元体及び炭素還元体の酸化のための酸素を提供
し、供給材料の温度に依存する段階Iにおいて必要であ
る付加的な熱を供給する。また、酸素ガスは頂部ランス
を通して反応器へ射出させることができる。付加的な熱
は鉄／スラグ浴混合物内又は上でＣＯオフガスの後燃焼
により発生させることができる。一般に供給後分の単位
での、Ｎｉユニットの鉄浴への回収及びＮｉランス鉱石
の熔融においては、段階Iが完了し、酸素ガスの全ての
射出が止められる。

【００２１】ついで、段階IIは不活性撹拌ガスの射出及
び硫黄含有Ｎｉ選鉱物の導入により始まる。追加のメタ
ロイド還元体、例えば、アルミニウム、珪素又はそれら
の組み合わせは不活性ガスの射出後直ちに浴に加えるこ
とができる。撹拌ガスは、硫黄含有Ｎｉ選鉱物の浴への
吸収（entrain）及び熔融を助けると共に、酸素分圧の
広がりを低下させる重要な役割を補助する。これは低酸
素純度レベルの撹拌ガス自身によりもたらされるが、よ
り重要なことは、浴の緊密な混合物上で、平衡が酸素分
圧の広がりを低下させるメタロイド／酸素平衡を促進さ
せることによりもたらされる。同時に、広がる酸素分圧
においてスラグと鉄浴の間の平衡又は準平衡に達する。
準平衡とは、熔融鉄−スラグ界面運動がスラグ−ニッケ
ル合金化鉄浴間の動的バランスとなるのに十分であり、
その結果、化学的平衡状態がスラグ−金属相間に非常に
近づくことを意味する。広がる酸素分圧の低下及びこの
手法でのスラグ／金属硫黄平衡においては、硫黄のスラ
グ硫黄溶解度限界までの最大移動は確保される。鉄／ス
ラグ浴混合物の最大範囲への脱硫及び完全な熔融におい
ては、一般には分の単位で、及び脱スラッジングにおい
ては、段階IIが完了する。

【００２２】段階IIIにおいて、脱スラッジされてい
る、形成されたニッケル合金化鉄浴は、ついで脱炭さ
れ、そして精製され合金規格に合致させる。鉄浴は、必
要ならば、撹拌手段により酸素含有ガスを通すことによ
り脱炭される。最終合金規格に合致させるために、フェ
ロニッケル、Ｎｉショット、フェロクロム又は他のトリ
ム合金金属の添加によるような、付加的なＮｉ及び／又
はＣｒユニットを浴に添加することができる。

【００２３】脱硫中及び本発明の段階IIにおけるニッケ
ル合金化鉄浴の精製中は、撹拌手段は重要な役割を有す
る。還元期間中は、スラグへの硫黄移動を最大にするた
めに広がる酸素分圧を低下させ、同時にもし浴中に元か
ら存在するならば価値あるＣｒ単位を回収するために、
メタロイド還元体を鉄浴に加えることが好ましい。スラ
グと溶融鉄との緊密な混合のための撹拌手段による不活
性ガスの射出は、クロムスラグ／金属平衡の命令により
Ｃｒの回収を促進する。

【００２４】段階I、II及びIIIは全てＥＡＦのような熔
融炉及び精製反応器が設けられた熔融ショップ中で行う
ことができる。反応器中の撹拌手段は、浴混合物内で熱
交換プロセスを助長させることにより供給材料の熔融を
促進し、且つ熔融鉄及びスラグの緊密な接触を助長させ
ることにより化学平衡への到達を促進する。

【００２５】鉱石中のＮｉユニット当たり比較的多量の
スラグ成分のためのみならず、スラグ組成及び流動度を
維持するために必要なラテライト鉱と混合されたスラッ
ジング剤のために、Ｎｉラテライトを鉄／スラグ浴混合
物に供給した場合、熱不足を招く。鉄浴中に溶解したメ
タロイド及び炭素の酸化と共に、この熱不足は浴内で又
は浴上でＣＯの後燃焼及び／又は予熱供給材料の予備燃
焼の一つ又は組み合わせにより応じることができる。鍵
となる熱源としての後燃焼による炭素についてのプロセ
スに基づくものは、より経済的なルートであるようであ
るが、主に、与えられた特定のガス流速での酸化による
熱の発生に必要な熔融時間を短縮することにより、アル
ミニウム及び／又は珪素メタロイドの酸化についてのプ
ロセスに基づくことも同様に経済的である。浴中にアル
ミニウム及び／又は珪素メタロイドが存在する場合、時
間単位及び酸素単位当たりの後燃焼のＣＯを殆ど発生さ
せずに、これらのメタロイドの酸化が一般に炭素の損失
において起こる。結果として、頂部ランスのための余分
な資本投資を正当化することができないので、後燃焼の
選択は製造コストに有意な影響を与えず且つ採用され得
ない。熱源としての後燃焼の最適な役割は、あるとして
も、長くなる熔融時間の製造コスト、頂部ランスの投資
コスト、及びフェロニッケル及びスクラップ中のＮｉユ
ニットのコストに対するメタロイドのコストに依存す
る。アルミニウム及び珪素と共に、炭化カルシウムを同
様にメタロイド還元体として使用することができる。

【００２６】硫黄含有Ｎｉ選鉱物の供給における段階II
中で、より小さい熱不足を招く。これは選鉱物ユニット
当たり材料がより少量であるためである。また、ＣａＳ
の形成と共に起こる脱硫反応は穏やかな発熱反応であ
る。段階IIの正味の結果は段階IIIに入る際にニッケル
合金化鉄浴の温度の少ないロスである。

【００２７】以下により詳しく説明するように、ニッケ
ル含有スクラップ及びフェロニッケルから慣例的に供給
される品質に必要なＮｉの選鉱物からＮｉの最大置換を
確保するために、穏当な変化がニッケル合金化鉄又は鋼
の製造中に使用される熔融及び／又は精製粒子に必要で
ある。本発明の方法は、鉄浴中に溶解したアルミニウ
ム、珪素又は炭化カルシウムのようなメタロイド及び炭
素の存在下に、非常な還元条件下での撹拌手段による不
活性ガスよって激しく混合された場合、硫黄を除去及び
保持しうるスラグにより、Ｎｉラテライト鉱石の熔融及
び溶解からの不利用のスラグの存在を利用するものであ
る。本発明の方法は、オーステナイトステンレススチー
ルのようなニッケル−クロム合金化鉄金属の製造のため
のＮｉユニットのコストをさらに下げるための手段とし
て、この潜在的脱硫能力を利用するものである。ＥＡＦ
中の熔融スクラップから生ずる精製反応器中の全硫黄量
が典型的には少ないので、ステンレススチールの決まり
の精製中に、スラグ硫黄の溶解度限界に到達することが
できない。スラグ重量の増加、残りの浴アルミニウム、
珪素及び炭素のレベルの増加、及びスラグ組成の調節に
より、この不利用の程度を高めることができる。

【００２８】鉄／スラグ浴混合物は、鉄酸化物を含む固
体の鉄含有物質から液状の鉄を与え得るブラスト炉又は
他の鉄製錬炉中に形成され得る。代わりに、鉄浴は固体
の鉄含有スクラップなどを熔融することにより、精製反
応器内に、又は好ましくは、ＥＡＦのような熔融炉内の
反応器の上流内に、形成され得る。鉄／スラグ浴混合物
の形成のための適当な固体の鉄含有スクラップとして
は、炭素鋼スクラップ、ニッケル合金化鋼スクラップ、
炭化鉄、直接還元鉄（ＤＲＩ）又は熱練炭鉄（ＨＢＩ）
がある。鉄／スラグ浴混合物がＥＡＦ中でスクラップの
熔融により製造される場合、反応器に移動される前に、
鉄浴がまだＥＡＦ中にある間に、炭素系還元体及びスラ
ッジング剤は一部又は全部鉄浴に溶解又は熔融される。
使用された鉄含有材料のタイプ及び炉に基づいて、初期
の鉄／スラグ浴混合物は０〜２０重量％のＣｒ、０．５
重量％から炭素飽和までのＣ及び段階Iで必要とする３
重量％までのメタロイドを含有することができる。本発
明の３つの段階のすべてを以下に詳しく記載する。

【００２９】段階I 本発明の方法の段階I中で、メタロイド還元体及び炭素
還元体を含有する鉄／スラグ浴混合物が、好ましくは少
なくとも１５００℃の温度で精製反応器内に与えられ
る。Ｎｉラテライト鉱石は好ましくは、少なくとも部分
的に乾燥され、室温から予熱キルン及び熱供給システム
の温度制限（約１０００〜１２００℃）までの温度で精
製反応器へ導入される。主としてＣａＯ又はＣａＣＯ₂
からなるスラッジング剤は、Ｎｉラテライト鉱石と共に
予熱することもできる。同様に、硫黄含有Ｎｉ選鉱物
も、Ｎｉラテライト鉱石と混合し、予熱し、又単に後で
段階II中で精製反応器に供給することができる。撹拌手
段と共に、補助酸素射出のため及び後燃焼能力のための
頂部ランスを使用しない場合は、Ｏ₂と撹拌手段による
不活性ガス流の割合は好ましくは、２から４の間であ
り、全ガス流速は０．５から１．５ＮＭ³／分／ＭＴの
間である。後燃焼能を有する頂部ランスを使用する場合
は、頂部ランス及び撹拌手段による全ガスの流速は好ま
しくは０．５から４ＮＭ³／分／ＭＴ、より好ましくは
少なくとも２ＮＭ³／分／ＭＴ、最も好ましくは少なく
とも２．５ＮＭ³／分／ＭＴである。

【００３０】撹拌手段による反応器への全ガス流のパー
センテージは３０〜１００％である。反応器がＣＬＵコ
ンバーターであるならば、鉄浴混合物に溶解した炭素と
の反応において、Ｈ₂０から形成されたＨ₂はＣＯの分圧
を下げ、撹拌ガスのＡｒのモルごとで置き換えられ得る
ので、酸素含有ガスはスチームを包含する。ＶＯＤであ
る場合は、反応器がＡＯＤのように運転され、そこで酸
素が頂部ランスを通して及び不活性ガスが混合される底
部羽口を通して吹き込まれる。酸素をランスに通すこと
は、２つの機能を勤める；浴からのＣＯ及びＨ₂の第二
次又は後燃焼でのメタロイド及び炭素還元体の酸化のた
めの酸化の提供である。両燃焼反応は、消費された酸素
ユニット当たり脱炭の２倍以上の熱の発生と共に、鉄浴
に熱を供給する。後燃焼度は反応器を出るガスについ
て、下式により定義される： １００×（％ＣＯ₂＋％Ｈ₂Ｏ）／（％ＣＯ＋％ＣＯ₂＋
％Ｈ₂＋％Ｈ₂Ｏ）

【００３１】ＰＣＤを熱源として使用する場合は、ＰＣ
Ｄは５０未満が好ましく、より好ましくは２０〜３０％
である。鉄浴に供給される酸素ガスの総量は純Ｏ₂とし
て、熱及びマスバランスに基づいて計算される。ランス
のノズルは、特に後燃焼が行われるワイドジェットを介
して浴の中及び上に酸素ガスの一部が、残りの酸素ガス
部分はメタロイド及び炭素還元体の酸化用のコンパクト
ジェットを介して浴に、同時に直接導入されるように設
計される。望ましい廃ガスのＰＣＤは、主にワイドジェ
ットの角度に影響を与えるノズルの形を調節することに
より得られる。

【００３２】与えられたＰＣＤにおいて後燃焼により発
生した熱の一部は、実際に浴を占めるか又は浴に移動す
るが、反応器のフリボード又は展開ガスからのロスを除
き、その熱交換効率（ＨＴＦ）と言う。殆ど有意でない
熱は、ランスが浸された場合よりも浴を占めるか又は浴
に移動することが可能である。結果として、ランスが浸
されない場合は、ＨＴＥは５０％以下であろう。これ
は、ランスが浸されない場合に８０〜９０％程度に達す
るＨＴＥと対照的である。ランスの浸漬は、クロムが存
在する場合にスラグから損失するニッケル合金化鉄浴か
らのＣｒの有意な再酸化を防ぐため及びスラグ形成を防
ぐために、固体炭素の十二分の存在を必要とする。段階
Iは、即ち、酸素含有撹拌ガスを底部射出により伴われ
る酸素ガスをランスを介して流し、Ｎｉラテライト鉱石
及びスラッジング剤が溶融され且つ好ましくは１５００
〜１７５０℃の温度にニッケル合金化鉄浴が維持される
まで続けられる。この時点で、頂部ランス及び撹拌手段
を通して射出された全ての酸素は止められる。

【００３３】本発明の他の重要な特徴は、スラグ塩基度
の組成及びＣａＯ／ＳｉＯ₂、ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃及びＭ
ｇＯ／Ａｌ₂Ｏ₃の比の調節である。スラグ塩基度は（％
ＣａＯ＋％ＭｇＯ）／％ＳｉＯ₂の重量割合として定義
される。段階Iでのこのスラグ塩基度は好ましくは少な
くとも１．０、より好ましくは少なくとも１．５、最も
好ましくは少なくとも２．０である。一方、より高いス
ラグ塩基度は、精製反応器の多くの耐火ライニングとよ
り適合することが知られている。また、より高いスラグ
塩基度は、段階IIにおいて望ましい、脱硫を促進する。
一方、スラグ塩基度はニッケル合金化鉄浴のＭＴ当たり
で発生する与えられた量のＳｉＯ₂のＭＴ当たりのスラ
グ容量を増加させる。しかしながら、スラグ中の合金の
液滴を捕まえ得る液体温度の上昇により、ＣａＯ及びＭ
ｇＯの高濃度においてスラグが粘稠になり過ぎるので、
スラグ塩基度は約３．０を越えるべきではない。スラグ
中のＡｌ₂Ｏ₃の存在は１０〜２５重量％の範囲であるべ
きである。同様に、ＭｇＯは１０〜２０重量％の範囲で
あるべきである。段階IIでの硫黄のスラグへの移動を最
大にするには、ＣａＯ／ＳｉＯ₂、ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃及
びＭｇＯ／Ａｌ₂Ｏ₃の比は、段階Iで生ずるスラグ中
で、それぞれ少なくとも１．０、０．５及び０．２であ
るべきである。

【００３４】本発明の他の重要な特徴は、特定のスラグ
重量（スラグｋｇ/金属ＭＴ）の調節である。スラグ重
量が過剰になると、スラグの効果的な混合が非常に困難
となり、スロッピングのために反応器内にスラグを保持
することが容易でない。スラグ重量は、好ましくは４０
０ｋｇ/ＭＴ、より好ましくは３００ｋｇ/ＭＴ、最も好
ましくは２５０ｋｇ/ＭＴを越えるべきでない。一般
に、スラグは底部羽口を通して撹拌ガスを射出する激し
い混合作用中に、浴へ吸収される。スラグ重量が２５０
ｋｇ／ＭＴ（ニッケル合金化鉄浴）以上に増加したとき
は、スラグの有意の部分を、スラグ層（該層中で混合し
ないと、脱硫動力学を抑制し、段階IIでのＮｉユニット
含有合金の金属液滴を捕獲することができる）中へ合体
することができる。結果として、スラグ重量は段階Iで
供給されたＮｉラテライト鉱石の量を制限することがで
きる。本発明の他の重要な考慮事項は、段階IIで供給さ
れたが初期の鉄供給物に既に存在するＣｏ及びＣｕユニ
ットを除いた後の最終合金規格中の含量より過剰で、ニ
ッケル合金化鉄浴のＭＴ当たりＣｏ及びＣｕを導入すべ
きであると共に、硫黄含有Ｎｉ選鉱物Ｎｉラテライト鉱
石のコバルト及び銅の含量を制限することである。

【００３５】段階II 硫黄含有Ｎｉ選鉱物の添加からの硫黄のスラグ脱硫は段
階IIでの鍵となる特徴である。開始時において、撹拌手
段を介して射出された不活性ガスだけで、追加のメタロ
イドは浴に供給され、メタロイド／酸素浴平衡により浴
中に広がる酸素分圧を低下させる。メタロイドがアルミ
ニウムである場合は、アルミニウム源は、飲料容器スク
ラップのような、より高価なアルミニウムショットより
少ない量でよい。この段階の熔融時間は比較的短く、分
の単位であり、スラグ硫黄の溶解度限界までに脱硫を達
成するために必要な時間にセットされる。スラグによる
脱硫のプロセスは速度制限工程として撹拌速度強さを含
み得る動的現象である。ある程度、撹拌速度の強さは脱
硫に必要な時間に影響する。平衡スラグ／金属硫黄分配
比及び平衡スラグ硫黄溶解度は、よく混合された精製反
応器中の与えられたスラグ重量及び与えられた浴硫黄の
規格についての系中に最大許容硫黄量を決定する。スラ
グ組成、スラグ／金属酸素電位及び温度の操作により、
スラグの脱硫能力は与えられたスラグ重量について最大
にすることができる。平衡スラグ／金属硫黄分配比及び
スラグ硫黄溶解度の認識により、与えられた硫黄含量の
ために浴混合物に供給し得る硫黄含有Ｎｉ選鉱物の最大
量を計算することができる。

【００３６】スラグ硫黄能力、即ち、Ｃ_Sはスラグ酸化
物の光学塩基度を用いて概算され、次式により定義され
る： log Ｃ_S＝［(２２６９０−５４６４０Λ)/Ｔ］Λ＋４
３.６Λ−２５.２ 式中、スラグ光学塩基度Λは、各々の酸化物の光学塩基
度Λiのモル平均から計算される。i＝酸化物Ａ，Ｂ・・
・・； Λ＝Ｘ_AΛ_A＋Ｘ_BΛ_B・・・・・

【００３７】

【数１】

【００３８】ステンレススチールスラグ中の最大原子価
酸化物はＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃及びＭｇＯであ
る。上記式から決定されるこれらの光学塩基度Λiは Λ_CaO＝１.０； Λ_SiO2＝０.４８； Λ_Al2O3＝０.６
１； Λ_MgO＝０.７８ これらの等式は、精製反応器中のスラグ−鋼間の硫黄の
平衡分布を計算するために、硫黄／金属平衡及び金属組
成の効果を表すための標準熱力学的等式と組み合わせる
ことができる。平衡スラグ／金属硫黄分布比は下記のよ
うに定義される：

【００３９】

【数２】

【００４０】（％Ｓ）はスラグ中の硫黄の重量％、％Ｓ
は金属浴中の硫黄の重量％である。この比はスラグ／金
属硫黄平衡；

【００４１】

【数３】

【００４２】から計算することができる。Ｋ_Sは平衡；1
/2Ｓ₂(ｇ) ＝ Ｓ ΔＧ゜＝ ３２,２８０ ＋ ５.６
Ｔ； についての平衡定数である。ｆ_sは以下で計算される浴
混合物に溶解した硫黄の活性係数である（それぞれ、無
限に希釈、１重量％参照及び標準）。 logｆ_S ＝−0.0280％Ｓ＋0.11％Ｃ＋0.063％Ｓｉ−0.01
1％Ｃｒ＋０％Ｎｉ−0.26％Ｍｎ−0.0084％Ｃｕ＋0.01
％Ｎ＋0.0027％Ｍｏ＋0.13％Ｂ； Ｃ_Sはスラグ硫黄能；Ｐ_O2は酸素分圧（atm）である。ス
ラグ／金属系は一般にＡｒガスのＰ_O2と平衡ではない。
その代わり、Ｐ_O2は酸化物、即ちＣＯ又はＡｌ₂Ｏ₃、の
一つによりコントロールされるようである。溶解した炭
素−酸素平衡は次式で表されるものと思われる：

【００４３】

【数４】

【００４４】logｆ_C ＝0.14％Ｃ−0.024Ｃｒ＋0.08％Ｓ
ｉ＋0.046％Ｓｉ＋0.012％Ｎｉ−0.12％Ｍｎ＋0.11％Ｎ
＋0.016％Ｃｕ−0.0083％Ｍｏ＋0.24％Ｂ； ％Ｃは浴混合物中のＣの重量％；Ｐ_COは精製反応器中の
ＣＯ分圧（全圧１気圧と思われる）であり、撹拌手段の
不活性ガスのＯ₂／Ａｒ不純物割合：

【００４５】

【数５】

【００４６】から計算することができる。広がるＰ_O2が
溶解したＡｌのレベルにより調節される場合は、

【００４７】

【数６】

【００４８】平衡スラグ／金属硫黄分配比及び平衡スラ
グ硫黄溶解度は平衡、即ち段階II及びスラグ重量につい
ての与えられた最終浴硫黄規格についてのスラグ／金属
系中の最大許容全硫黄量をセットする。このレベルを越
えて硫黄量が増加すると、スラグ相外にＣａＳが沈降さ
れ、浴硫黄レベルが増加する。下記反応によるＣａＳの
沈降は、十分な量が沈降した場合は、スラグの流動度が
脱走スラグ操作の妥協を可能にする点に低下するであろ
う： 3Ｓ ＋ 3ＣａＯ(ｌ) ＋ 2Ａｌ ＝ 3ＣａＳ(ｓ) ＋ Ａ
ｌ₂Ｏ₃(ｌ) 2Ｓ ＋ 2ＣａＯ(ｌ) ＋ Ｓｉ ＝ 2ＣａＳ(ｓ) ＋ Ｓ
ｉＯ₂(ｌ)

【００４９】スラグ／金属硫黄分配比は上記の等式を使
用して計算することができるのに、スラグ硫黄溶解度は
いまは計算できないが、実験室又はパイロットテストに
おける経験的観察により決定される。硫黄含有Ｎｉ選鉱
物の硫黄含量及び鉄浴の初期の硫黄含量が与えられれ
ば、全許容硫黄量は、この硫黄含有Ｎｉ選鉱物からの及
び段階IIの浴硫黄規格に合致するＮｉユニットの最大数
を決定する。これは下記の硫黄マスバランスにより説明
される（ベース：１ＭＴ合金）：

【００５０】

【数７】

【００５１】変数Ｘは、炉の雰囲気への硫黄のロスが実
質的にないと思われるＳ ｋｇ/ニッケル合金化鉄浴 ト
ンのユニット中の硫黄含有Ｎｉ選鉱物添加からの硫黄量
を表す。２．０より大きなスラグ塩基度及び少なくとも
０．０２重量％の溶解した浴アルミニウムについては、
２００より大きなＬ_Sが計算される。

【００５２】ｋｇ／ＭＴニッケル合金化鉄浴のユニット
中の硫黄含有Ｎｉ選鉱物の量は、Ｘを選鉱物における％
Ｓで割った値であり、選鉱物から導かれるｋｇ/ＭＴの
ユニット中の最大Ｎｉユニットは、そのＮｉ含量×選鉱
物のｇ/ＭＴである、即ち：

【００５３】

【数８】

【００５４】本発明の重要な特徴は、スラグの組成、即
ち段階IIの塩基度の調節にある。スラグの塩基度は（％
ＣａＯ＋％ＭｇＯ）／（％ＳｉＯ₂）の重量比により定
義される。このスラグ塩基度は少なくとも１．０、好ま
しくは少なくとも１．５、より好ましくは少なくとも
２．０であるべきである。スラグ塩基度はＣ_sによるＬ_s
において大きな効果を有する。１．０より小さいスラグ
塩基度はスラグへの硫黄の吸収を最大にすることにより
決定される。スラグ塩基度は、液相線温度の上昇により
ＣａＯ及びＭｇＯの高い濃度において粘稠になり過ぎる
ので、３．０を越えるべきではない。良好な 脱硫のた
めには、同様にスラグ％Ａｌ₂Ｏ₃は低くあるべきであ
り、ＣａＯ/Ａｌ₂Ｏ₃比は少なくとも０．５、好ましく
は３．０、最も好ましくは３．５であるべきである。

【００５５】本発明の他の重要な面は、１種又はそれ以
上のＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂及びフルオス
パー（ＣａＦ₂）のようなスラッジング剤を含ませるた
めのＮｉラテライト鉱石の添加である。鍵となるスラグ
組成比を調節するためにスラッジング剤を使用する必要
があり得る。この目的のためのスラッジング剤はＣａＯ
である。また、スラッジング剤としてＭｇＯを使用する
ことが非常に望ましい。これは段階Iで供給されたＮｉ
ラテライト鉱石のＭｇＯ含量に依存する。精製反応器の
耐火性ライニング中のＭｇＯと適合すべきスラグに対し
ては、少なくとも１０重量％のＭｇＯが好ましい。スラ
グ中のＭｇＯは、より高いＭｇＯレベルによる液相線温
度の上昇がスラグを粘稠にするようであるので、２０重
量％を越えるべきではない。また、ＣａＦ₂は、石灰及
び硫黄の溶解を助けるスラグの流動度を増加させるの
で、１０重量％までの量で添加することが望ましい。ス
ラグ中にＡｌ₂Ｏ₃が存在する場合は、これがＣ_Sにマイ
ナスに影響するので、約２５重量％を越えるべきではな
い。最終スラグは、スラグ流動度を促進するために、少
なくとも１０重量％、好ましくは少なくとも１５重量％
のＡｌ₂Ｏ₃を含有することが望ましい。

【００５６】本発明の使用における他の組成も同様に調
節することができる。還元期間中に本発明で使用され得
る、鉄浴混合物を撹拌及び洗浄するための底部羽口を通
して流される不活性ガスとしては、Ａｒ、Ｎ₂又はそれ
らの混合物がある。特に、Ｎ₂がＡｒよりも安価である
場合、その純度レベルが少なくと９９．９９７％に調節
されている場合及び段階IIの後に脱硫が行われ、段階II
IでＡｒ撹拌が行われる場合は、Ｎ₂が好ましい。この純
度である理由は、窒素により導入される０．０００５容
量％程度の酸素が鉄浴中に溶解したアルミニウム及び炭
素の平衡、即ちＡｌ/Ａｌ₂Ｏ₃又はＣ/ＣＯ、から精製反
応器中で生ずるよりも高いＰ_O2を示すからである。ま
た、選鉱物のコバルト及び銅の含量はＮｉライニング鉱
石により導入されるＣｏ及びＣｕユニットと共に、初期
浴混合物にあるこれらのユニットを除いた後の最終規格
に必要な量より過剰の浴ＭＴ当たりのＣｕ及びＣｏユニ
ットを導入しないように調節すべきである。

【００５７】本発明の段階IIIの他の重要な特徴は、ス
ラグｋｇ/ニッケル合金化鉄浴ＭＴとしての特定のスラ
グ重量の調節を継続することである。硫黄量を最大に
し、よって段階I及びIIで得られるＮｉユニットの最大
量にするために特定のスラグ重量は出来るだけ大きいこ
とが好ましいが、スラグ重量は４００ｋｇ/ＭＴ、好ま
しくは３００ｋｇ/ＭＴ、最も好ましくは２５０ｋｇ/Ｍ
Ｔを越えるべきではない。規格スラグ重量は、スラグ塩
基度を回復させるために必要な付加的スラッジング剤及
び硫黄含有Ｎｉ選鉱物中のスラグ成分から、および脱硫
及び脱酸素工程で生成するＡｌ₂Ｏ₃及び／又はＳｉＯ₂
から段階IIにおいてわずかに増加することに注目すべき
である。一般に、スラグは撹拌手段の激しい混合作用中
に鉄浴に吸収される。スラグ重量がニッケル合金化鉄浴
中デ２５０ｋｇ/ＭＴ以上に増加したときは、スラグの
有意量をスラグ相へ合体することができる。このような
スラグ相中では、撹拌手段の混合効果は低下し、それに
より脱硫プロセス及び化学平衡への到達を抑制する。ま
た、浴からの液滴はスラグ相に捕獲することができ、Ｎ
ｉ及びＣｒの収量を減少させる。脱スラグは段階IIの終
了を告げる。

【００５８】段階III 段階IIの終了により、硫黄含有スラグの大部分は反応器
から移動している。保留された少量のスラグは、残留硫
黄を含有する鉄浴及び還元体と共に、反応器中のニッケ
ル合金化され且つ多分クロム合金化された鉄浴に残る。
ＣａＯ及び他のスラッジング剤の新たな添加によリ、浴
は最終合金規格への決まった精製のために適している。
この操作は段階IIIで行われ、そこで浴は、まず、炭素
レベルを最終炭素規格近くまで低下させるために撹拌手
段中のＯ₂/Ａｒの比を段階的に減少させながら脱炭を受
ける。この段階における脱炭中にスラグに酸化された価
値あるＣｒユニットを回収するためにＣｒユニットを上
流に加える場合は、これに還元期間がつづく。段階III
で精製スラグが形成されるから、さらなる脱硫炭が可能
である。段階IIからの、ニッケル合金化鉄浴中の最大ス
ラグレベルは、段階IIから保留されたスラグ中の残留硫
黄を集めた後に、新たな精製スラグの正味脱硫能力によ
りセットされる。精製反応器の出口で、典型的には、ほ
ぼ１５〜２０スラグｋｇ／金属ＭＴが脱スラグ後に残
る。段階IIIと思われる４重量％のスラグ硫黄レベルに
ついては、段階IIからの熱い金属中の硫黄と共に、段階
IIIにおいて除去されるべき保留されたスラグは約１ｋ
ｇ Ｓ/ＭＴまで寄与する。精製中に反応器へ添加される
アルミニウム及び/又は珪素メタロイドは、浴に広がる
酸素分圧を押さえ、それにより精製スラグのスラグ／金
属硫黄分配比Ｌを最大にすることにより、このい期間中
に脱硫を助けるであろう。必要で且つコスト効果的であ
るならば、段階IIIは幾つかの脱スラグを包含すること
ができる。

【００５９】本発明は≦０．１１重量％のＣ；≦２．０
重量％のＡｌ；≦２．０重量％のＳｉ；≦９重量％Ｍ
ｎ；≦０．０３重量％のＳ；≦２６重量％のＣｒ；及び
≦２０重量％のＮｉを含有するオーステナイトステンレ
ススチールの製造用のＮｉ合金ユニットを供給するため
に望ましいものである。この方法は、特にオーステナイ
トＡＩＳＩ ３０１−３０６、１２ ＳＲ及び１８ ＳＲ
ステンレススチールの製造に望ましいものである。ＡＩ
ＳＩ ３０１−３０６グレードの最終アルミニウム浴レ
ベルは、スチールの溶接性におけるＡｌの有害作用のた
めに、０．０２重量％を越えるべきではない。ニッケル
はステンレススチール中のオーステナイトの形成に寄与
する重要な合金金属である。これらのスチールは少なく
とも２重量％、好ましくは少なくとも４重量％のＮｉを
含有する。表IIはＡＩＳＩ３０１−３０６グレードの重
量％基準の化学規格を示すものである。

【００６０】

【表２】

【００６１】本発明のパイロット試験 浴混合物を撹拌し且つメタロイド及び炭素還元体を酸化
して熱を発生させるために、Ａｒ及び酸素を流す市販の
プラグを備えた１／２トンの、予熱されたパイロット反
応器に、溶融した鉄を供給した。鉄を５００ｋｇ容量の
空気誘導炉中で熔融し、反応器中にタンデイシュを通し
て反応器中にタップ（出湯）した。供給材料の大きな感
受性熱要求及び小さな熱量により比較的高い熱ロスを克
服するために、出来るだけ熱く、好ましくは１７００〜
１７５０℃でタップした。パイロット反応器中のＤ−キ
ャストワーキングライニング及びアルミナバックアップ
ライニングにより、壁及び開口頂部を通しての熱ロスは
９℃／分だけであった。パイロット試験に用いられた反
応器の能力は底部撹拌手段だけに制限され、よって頂部
ランスからの酸素吹き込みの後燃焼及び脱炭の選択を認
めなかった。

【００６２】部分的に乾燥したＮｉラテライト鉱石及び
スラジング剤を、熔融鉄混合物を含有する反応器に供給
した。表IIIはＮｉラテライト鉱石の重量組成を示すも
のである。

【００６３】

【表３】

【００６４】Ｎｉラテライト鉱石を加えた後、段階Iの
期間中３〜５分ごとに、鉄／スラグ浴混合物をサンプリ
ングし且つ温度を測定した。Ｎｉラテライト鉱石は非常
に速く熔融されるので、熔融時間は鉱石を熔融する動力
学によるよりはむしろ、一定速度で底部撹拌手段を介し
て酸素を射出することにより浴の温度を上げるまたは維
持するのに必要な時間により、かわりに決定された。許
容しうる浴温度に到達後、酸素流を直ちに止め、Ａｒ流
を増加した。一般には、ついで鉄浴へのアルミニウムの
添加を行い、次に表IVに示した重量％組成の硫黄含有Ｎ
ｉ選鉱物を定期的に添加した。

【００６５】

【表４】

【００６６】３〜５分ごとに、鉄浴及びスラグをサンプ
リングし且つ温度を取り、ＣａＳの沈降に寄与する、ス
ラグが粘稠に又は塊になる時点で、スラグがスラグの最
大硫黄含量を取り戻したと判断されるまで、硫黄含有Ｎ
ｉ選鉱物の添加を続けた。一般に、脱硫プロセスは非常
に速く起こることがわかった。全熔融時間はスラグが完
全な脱硫可能に到達するのに必要な硫黄含有Ｎｉ選鉱物
の添加数により決定された。表Vは本発明の鍵となる条
件及び６回の試験の結果を与えている。硫黄含有Ｎｉ選
鉱物よりむしろ硫化鉄（ＦｅＳ₂）を幾つかの試験で実
際に添加した。選鉱物は実際に、本質的にニッケル及び
鉄の硫化物からなるので、試験中に両ソースから生ずる
硫黄挙動には殆ど差異はない。

【００６７】これらの試験は条件を変えた段階Iにおい
て優れたＮｉ収率を示している。スラグ重量が（約２０
０ｋｇ／ＭＴ試験I，他の試験が５０〜１００ｋｇ／Ｍ
Ｔであるのに比べて）多い場合でも、多分、供給の際の
粉塵ロスよりむしろスラグ中の金属液滴の取り込みによ
る減少があり、８３％のＮｉ収率が達成された。

【００６８】段階IIに関しては、試験結果は選鉱物から
のＮｉユニットの高い収率（試験I及びII）を示してい
る。一般に、スラグ硫黄のレベルはＣａＯ／ＳｉＯ₂比
及びＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃比の増加と共に増加することがわ
かった。スラグ硫黄と熱い金属硫黄の割合もＣａＯ／Ｓ
ｉＯ₂比及びＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃比並びに浴のＣ％と共に
増加した。

【００６９】

【表５】

【００７０】本発明のコマーシャル操作の例 本発明は種々のステンレススチールの製造に使用するこ
とができ、Ｎｉユニットの範囲、好ましくは少なくとも
１０重量％スチールのＮｉユニットがＮｉラテライト及
び硫黄含有Ｎｉ選鉱物から直接得ることができる。Ｎｉ
ユニットのバランスは、ニッケル含有スチールスクラッ
プが熔融された流及び段階III中での多分フェロニッケ
ルが添加された上流及び下流から得ることができる。鉱
石及び選鉱物から直接導かれるＮｉユニットの数は本発
明で選択されたプロセス条件に依存する。

【００７１】本発明により提案されるコマーシャル適用
例を説明するために８つの例を示す。表VIは本発明の段
階I及びIIの操作条件及び結果を与えている。本発明の
適用は表VI中で選択されたパラメーターの範囲に限られ
ない。例えば、鉄／スラグ混合物の初期温度は、表VIに
与えられている全ての例では一定であるが、変えること
ができる。単にＮｉ鉱石及び選鉱物からニッケル合金化
鉄浴中に高いニッケル含量を得るために、本発明を用い
ることができるが、混合条件に依存して、より高いスラ
グ重量を伴い、実際に熔融時間が増加し、Ｎｉ収率及び
脱硫効率が低下するであろう。より商業的である代替法
は、本発明により置き換えられたＮｉユニット当たりの
製造コストの節約に依存するが、複数脱スラグである。
本発明の段階Iと段階IIにおいて製造されるＮｉ含量の
差異および最終合金規格の要求は、フェロニッケル及び
／又はＮｉ含有スクラップ添加により上流又は下流を調
整する。

【００７２】

【表６】

【００７３】

【表７】

【００７４】

【実施例】

実施例I及びII 実施例Iを基本例として採用し、これと他の例を比較す
る。実施例IIにおいて、問題となるパラメーターはより
低い予熱温度である。実施例I及びIIにおいて、Ｎｉラ
テライト鉱石は、５００〜６００℃の予熱温度の場合に
遊離された殆ど全ての化学結合水による湿分は完全にな
い。実施例IIは、この手法でＮｉ鉱石が完全に乾燥され
ているが、熱い状態で供給できないために、室温で供給
される例に相当する。化学結合水を約７重量％含有する
部分乾燥鉱石の供給は、全ヒートバランスにいくらか影
響を与えることに注目すべきである。これらの実施例に
おいては、段階IのＮｉ収率はパイロット試験結果基準
で、９０％と思われる。また、これら全てケースにおい
て、アルミニウムは鍵となるメタロイド還元体である。
アルミニウムスクラップがフェロシリコン中の珪素とほ
ぼ同じコストである場合は、３つの直接的利益、即ち、
Ｎｉラテライト及び硫黄含有Ｎｉ選鉱物中にＡｌ₂Ｏ₃が
相対的に欠如しているためにスラグ中にＡｌ₂Ｏ₃の必要
性；珪素よりも高い酸化熱；及び付加的にスラグ重量が
増加するであろうスラグ塩基度の維持のためのＣａＯの
ようなスラッジング剤の不必要性；のために珪素よりも
アルミニウムが選ばれる。事実、これらの理由によるア
ルミニウムの使用は有意なコスト節約となる、本発明に
おける鍵となる相乗効果を例証する。

【００７５】１０００℃から２５℃への予熱温度の低下
は、平衡スラグ重量についてＮｉラテライトからのＮｉ
ユニットの穏当な減少をもたらすであろう。スラグ重量
が両ケース同じであるから、段階IIにおける選鉱物から
のＮｉユニットの量は同じである。従って、段階I及びI
Iからの最終全Ｎｉ含量はほぼ同じである。しかしなが
ら、予熱温度が下げられて、より多くのアルミニウム及
びニッケルは使用されると、Ｎｉユニット当たりの製造
コスト節約に影響を与える。

【００７６】実施例III、IV及びV 実施例IVではスラグ硫黄パーセントをパラメーターとし
て検討したが、実施例IIIではスラグＳとＨＭ Ｓの割合
を検討したが、その両方が段階IIだけに影響する。段階
Iは基本ケースである実施例Iと全く同じ条件である。実
施例IIIにおいて、スラグ硫黄パーセントを維持する
と、Ｌ_sの減少が最終浴Ｓ％を減少させる。実施例IVに
おいては、与えられたスラグ重量についてスラグ硫黄パ
ーセントが供給された選鉱物の量を直接コントロールす
るので、段階IIで製造されるＮｉユニットの数はスラグ
硫黄パーセントに直接比例する。硫黄はスラグ中に殆ど
吸収されないので、最終浴温度は僅かに低下する。より
多くのＮｉラテライト鉱石の供給の結果として、実施例
Vの段階Iでのスラグ重量の増加は、平衡スラグ硫黄パー
セント及び割合Ｌ_sについて両段階I及びIIで得られる、
合金化浴ＭＴ当たりのＮｉユニットの数を直接増加させ
る。段階Iでの熔融時間は一定に保たれるので、炭素よ
り多くのアルミニウム（又は珪素）の燃焼によりスラグ
重量の増加によるより、大きな熱低下をなされるべきで
ある。アルミニウムの消費は、実施例Iよりも約２０％
まで増加し、Ｎｉユニットの総数も０．９４重量％から
１．１２重量％まで約２０％増加する。Ａｌは平衡重量
当たり、Ｎｉよりも安いので、スラグ重量の増加のため
の経済的誘因は強い。

【００７７】実施例VIII スラグＣａＯ／ＳｉＯ₂比を実施例Iの１．５から実施例
VIIIでは２．０に増加させる。これはＮｉラテライト鉱
石により、より多くのＣａＯを供給することにより行わ
れる。予熱温度から熔融温度の付加ＣａＯを加熱するた
めに加えられた熱要求のために、この供給はネガティブ
な影響を与える。結果として、少しのＮｉユニットが段
階Iで製造される。しかしながら、特定のスラグ重量が
等しいので、段階IIで実施例Iと同数のＮｉユニットが
製造される。

【００７８】実施例I〜VIIIにおける段階IIの完了時に
おいて、ニッケル合金化鉄浴は酸素含有ガスにより段階
IIIで最終規格に脱炭され得る。ついで、酸素含有ガス
を止めて還元段階を行い、メタロイドを鉄浴に加え、Ａ
ｒを撹拌手段により射出し残留硫黄を鉄浴中の０．０３
重量％以上の硫黄を出すスラグへ移動させる。

【００７９】本発明の精神及び範囲から逸脱することな
く、種々の改変が本発明でなし得るものと理解すべきで
ある。従って、本発明の限定は特許請求の範囲から決定
されるべきである。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 精製反応器においてニッケル合金化鉄浴
   を製造する方法であって、 該反応器内に溶解したメタロイド及び炭素を含有する鉄
   ／スラグ浴混合物を用意し；Ｎｉラテライト鉱石を浴混
   合物に供給し；酸素含有ガスを浴混合物に射出してメタ
   ロイド及び炭素を酸化し、そしてＮｉラテライト鉱石を
   熔融しそれによりニッケル合金化鉄浴が形成されるまで
   浴混合物を撹拌し；鉄浴からスラグを排出し；そして酸
   化含有ガスを、必要ならば、鉄浴が最終炭素規格に脱炭
   されるまで、射出する：ことを包含する方法。
2. 【請求項２】 Ｎｉラテライトと共に、１０〜３５重量
   ％の硫黄含有Ｎｉ選鉱物を浴混合物に供給する付加工程
   を包含する請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 前記メタロイドがアルミニウム、珪素及
   び炭化カルシウムからなる群から選ばれる請求項１記載
   の方法。
4. 【請求項４】 酸素含有ガスの射出を止め、不活性ガス
   を鉄浴に射出し、そして他のメタロイドを供給して鉄浴
   を脱硫する付加工程を包含する請求項１記載の方法。
5. 【請求項５】 前記反応器が底部撹拌用手段を有し、且
   つ該撹拌手段を介して酸素含有ガスを流す付加工程を包
   含する請求項１記載の方法。
6. 【請求項６】 前記反応器が底部撹拌用手段を有し、且
   つ撹拌手段による酸素含有ガスの射出を止めた後、撹拌
   手段を介して不活性ガスを流して、硫黄含有Ｎｉ選鉱物
   が熔融され且つ硫黄がスラグへ移動するまで浴混合物の
   混合をつづける付加工程を包含する請求項５記載の方
   法。
7. 【請求項７】 前記反応器が酸素の頂部吹き込み用手段
   及び底部の浴混合物撹拌用手段を有し、且つ酸素ガスを
   吹き込み手段を介して浴混合物に射出し、その際酸素ガ
   スの一部は浴混合物の上又は中へ排出させてＣＯ及びＨ
   ₂の後燃焼を行わせ且つ残りの酸素は浴混合物に射出し
   て炭素のＣＯへの及びメタロイドの酸化物への酸化を行
   わせる付加工程を包含する請求項１記載の方法。
8. 【請求項８】 吹き込み手段を介して流れる酸素ガス及
   び撹拌手段を介して流れる酸素含有ガスの全ての流れが
   少なくとも０．４ＮＭ³／分／ＭＴである請求項７記載
   の方法。
9. 【請求項９】 吹き込み手段を介して流れる酸素ガス及
   び撹拌手段を介して流れる酸素含有ガスの全ての流れが
   少なくとも０．５〜４ＮＭ³／分／ＭＴである請求項７
   記載の方法。
10. 【請求項１０】 浴混合物への全てのガス流の少なくと
    も３０％が撹拌手段によるものである請求項７記載の方
    法。
11. 【請求項１１】 吹き込み手段を介して流れる酸素ガス
    が本質的に純粋な酸素であり、且つ撹拌手段を介して射
    出される酸素含有ガスが４以下の酸素と不活性ガスのモ
    ル比を有する請求項７記載の方法。
12. 【請求項１２】 ＣＯ及びＨ₂の後燃焼の程度が２０〜
    ５０％である請求項７記載の方法。
13. 【請求項１３】 撹拌ガス中の酸素と不活性ガスの初期
    モル比が４以下であり、Ｎｉラテライト鉱石の熔融後に
    ゼロに低下される請求項７記載の方法。
14. 【請求項１４】 浴混合物のスラグ重量が４００ｋｇ／
    ＭＴを越えない請求項１記載の方法。
15. 【請求項１５】 前記鉄浴が≦２．０重量％のＡｌ；≦
    ２．０重量％のＳｉ；≦０．０３重量％のＳ；≦２６重
    量％のＣｒ；および≦１０重量％Ｎｉを含有するステン
    レススチールである請求項１記載の方法。