JPH116005A

JPH116005A - 金属鉱石の溶融還元方法

Info

Publication number: JPH116005A
Application number: JP15824497A
Authority: JP
Inventors: Kimiharu Aida; 公治会田; Hideji Takeuchi; 秀次竹内; Kenichi Tanmachi; 健一反町
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-06-16
Filing date: 1997-06-16
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】上底吹き機能を有する転炉型溶融還元炉を用
いて金属鉱石の溶融還元する際に炭材歩留の向上を可能
にする金属鉱石の溶融還元方法を提案する。【解決手段】上底吹き機能を有する転炉型溶融還元炉
に金属鉱石と炭素含有物質とを添加し、上底吹きで酸素
を供給することにより炭素含有物質を燃焼させ、金属鉱
石を溶融、還元して溶融金属を溶製する際に、添加する
炭素含有物質の表面に、炭素含有物質の熱崩壊を抑制す
る物質を塗布する。炭素含有物質の熱崩壊を抑制する物
質としては、還元性雰囲気中で昇温された際に炭素質膜
を生成する熱可塑性高分子化合物が好適であり、なかで
も石炭からコークスを製造する過程に生成される副産物
のピッチやタールが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属鉱石を炭素含
有物質により溶融還元する金属鉱石の溶融還元方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ステンレス鋼の溶製はクロム鉱石
等を電気炉にて炭素還元して製造したフェロクロムを用
いて行われていたが、高価な電力を使用するためフェロ
クロムのコストが高く、その結果、ステンレス鋼の製造
コストが高いものとなっている。この問題を解決するた
めに、クロム鉱石を予備還元した半還元クロムペレット
を上底吹き転炉を用いて、電力を使わずに炭素還元して
クロム含有溶湯を溶製する方法が従来から知られてい
る。またそれをさらに進めてクロム鉱石を直接還元して
クロム含有溶湯を得る方法も提案されている。（特開昭
58-9959 号公報、特開昭55-91913号公報参照）また、特開平7-41872 号公報には、熱崩壊性のある炭素
含有物質（炭材）を用いて、炭材にメタル粒が付着する
ことを防止することによりメタルロスを低減するととも
に、還元反応速度を増大させる方法が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】半還元クロムペレット
の溶融還元法は、クロムペレット製造のための設備が必
要となり、直接クロム鉱石を溶融還元する方法に比べて
コストが高くなるという問題があった。一方、クロム鉱
石の溶融還元法は、半還元クロムペレットを用いた従来
法に比べて、同一クロム量当たりの酸化物（Cr₂O₃, Fe
O）の投入速度が大きくなるため、単位時間当たりのク
ロム還元量を従来法と同一にするためには還元反応速度
を大きくしなければならないという問題がある。この問
題に対しては、主たる還元反応界面である炭素含有物質
表面積を増やすことが効果的であるが、従来と同一の炭
素含有物質を用いた場合には炭素含有物質添加量の増加
が必要となる。この炭素含有物質添加量の増加は、添加
量の増加自体がコストアップの要因となるばかりでな
く、処理後のスラグ中に炭素含有物質が残留することと
なり、スラグの再利用に悪影響を及ぼし、溶融還元法の
メリットを大きく減少させることになる。

【０００４】本発明は、上記した問題を有利に解決し、
高い炭材歩留が得られる金属鉱石、とくにクロム鉱石の
溶融還元方法を提案することを目的とする。上記の目的
は粒径の微細な炭材の使用により解決可能ではあるが、
この種の微細な炭材の使用に当たってはその添加歩留り
が低く、ダスト発生量が増大するという問題があった。
これに対して特開平7-41872 号公報では、炭材表面温度
が800 ℃以下の状態で、スラグあるいはメタルに到達す
るように投入方法を調整することにより、炭材の熱崩壊
前にスラグ中あるいはメタル中に巻き込ませる方法が開
示されている。

【０００５】しかし、本発明者らが炭材投入高さを変化
させて実験を行ったところ、表面温度800 ℃以下を保て
る条件の下でも炭材の歩留りには変化がなかった。これ
は、炭素含有物質の表面温度が800 ℃になる前に崩壊が
進行するためと考えられる。本発明者らが熱崩壊の進行
する温度を測定した結果、炭素含有物質の熱崩壊の進行
する温度は約200 ℃であった。

【０００６】このように、熱崩壊する炭材を添加する方
法には添加歩留りが低いという問題がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】炉内に投入された炭素含
有物質は、炉内雰囲気あるいはスラグ上面との接触によ
り熱崩壊し、一部はスラグに巻き込まれ、残りは炉内空
間に懸濁しているものと考えられる。飛散したダストを
分析し、その１例を表１に示す。

【０００８】

【表１】

【０００９】ダストは、主として炭素含有物質起因の炭
素(T.C) とメタル起因の鉄(T.Fe 、M.Fe) 、鉱石起因の
クロム(T.Cr)により構成されており、スラグ起因のCaO
、SiO₂の比率は極めて少ない。このことから、スラグ
の飛散がほとんど生じないことを示している。また、炭
素含有物質は、一旦スラグに巻き込まれれば飛散しない
か、スラグに巻き込まれたものはスラグと分離したのち
飛散するものと推定できる。

【００１０】以上のことから、本発明者らは、当初、ス
ラグに巻き込まれたのちに崩壊する炭素含有物質を使用
すれば、炭材添加歩留りの低下の問題は解決可能である
と考えた。しかし、上記したように炭材の熱崩壊進行温
度は約200 ℃であり、炭素含有物質の温度が200 ℃とな
るまでに炭素含有物質をスラグに巻き込ませることは、
実際上不可能である。

【００１１】本発明者らは、クロム鉱石の溶融還元方法
における炭素含有物質の添加歩留り向上について種々検
討した結果、炭素含有物質の表面に、石炭からコークス
を製造する過程で副産物として生成されるピッチを塗布
することにより、炭素含有物質の添加歩留りが飛躍的に
向上するという知見を得た。本発明は、上記した知見を
もとに構成されたものである。

【００１２】すなわち、本発明は、上底吹き機能を有す
る転炉型溶融還元炉に金属鉱石と炭素含有物質とを添加
し、上底吹きで酸素を供給することにより炭素含有物質
を燃焼させ、金属鉱石との溶融還元を行い溶融金属を溶
製する金属鉱石の溶融還元方法において、前記炭素含有
物質の表面に、該炭素含有物質の熱崩壊を抑制する物質
を塗布することを特徴とする金属鉱石の溶融還元方法で
あり、前記炭素含有物質の熱崩壊を抑制する物質を熱可
塑性高分子化合物とするのが好ましく、さらに前記熱可
塑性高分子化合物は石炭からコークスを製造する過程で
発生する副産物とするのが好ましく、さらにより好まし
くはピッチ、軟質タール、重質タールとするのがよい。

【００１３】また、本発明では、前記金属鉱石がクロム
鉱石であり、前記溶融金属が含クロム鉄合金溶湯として
もよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明では、上底吹き機能を有す
る転炉型溶融還元炉を用いる。転炉に金属鉱石を炭素含
有物質とともに添加し、上底吹きで酸素を供給すること
により炭素含有物質を燃焼し、その燃焼熱で金属鉱石の
溶融と還元を行い、溶融金属を溶製する。本発明におけ
る金属鉱石はとくに限定しないが、なかでもクロム鉱石
が好適であり、溶融金属としては含クロム鉄合金溶湯と
なる。以下クロム鉱石を溶融還元する場合について説明
するが、本発明は、クロム鉱石に限定されるものではな
く、クロム鉱石以外のマンガン鉱石、鉄鉱石等の金属鉱
石の溶融還元に適用できるのは言うまでもない。

【００１５】上底吹き転炉の使用は、上底の両方から大
量の酸素ガスを供給し高生産性の溶融還元を可能にし、
また、底吹きガスによる強力な攪拌によりスラグ中の金
属酸化物の還元反応速度を高める意味からも有効であ
る。本発明では、金属鉱石とともに炉内に添加する炭素
含有物質の表面に、炭素含有物質の熱崩壊を抑制する物
質を塗布する。

【００１６】炭素含有物質の熱崩壊を抑制する物質とし
ては、還元性雰囲気中で昇熱された際に炭素質膜を生成
する、熱可塑性高分子化合物が好適である。熱可塑性高
分子化合物としては、石炭からコークスを製造する過程
で副産物として生成されるコールタールピッチ、石油ピ
ッチなどのピッチ、あるいは、ビニル系モノマーの単独
重合体もしくは共重合体であるポリオレフィン化合物が
好ましい。ポリオレフィン化合物としては、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアクリロニト
リルなどのアクリル樹脂が好ましく例示され、これらを
単独あるいは併用することもできる。

【００１７】これらの物質は、炭素含有物質の表面に塗
布されて転炉内の溶銑上に投入されると、溶銑上の還元
性雰囲気中で昇熱され、炭素含有物質の表面に炭素質膜
を生成する。炭素質膜が形成されたのち、この膜の内側
では、炭素含有物質の温度が上昇し熱崩壊進行温度以上
となり炭素含有物質の熱崩壊が進行している。この膜の
強度は極く低く、炭素含有物質がスラグ中への巻き込ま
れた直後に容易に破壊されるものと推定され、炭素質膜
の破壊により、炭素含有物質の微細化が進行するものと
考えられる。

【００１８】このように、炭素含有物質の表面に還元性
雰囲気中で昇熱された際に炭素質膜を生成し、炭素含有
物質の熱崩壊を抑制する物質を塗布することにより、炭
素含有物質の熱崩壊が一時的に抑制され、炭素含有物質
の飛散が減少するものと考えられる。なお、炭素含有
物質の熱崩壊を抑制する物質の塗布量は、炭素含有物質
重量の３〜12％の重量とするのが好ましい。３％未満で
は、表面を十分に被覆できず、熱崩壊抑止の効果が小さ
く、12％を超えると被覆厚みが過大となり、炉内でスラ
グに巻き込まれてからの熱崩壊が遅れる。

【００１９】

【実施例】５ton 規模の上底吹き機能を有する転炉型溶
融還元炉を用いてクロム鉱石の溶融還元を行った。クロ
ム鉱石とともに炉内に添加する炭素含有物質は粒径５〜
25mmで真比重1.60の炭素含有物質を用いた。炉の操業は
底吹き酸素流量３Nm³/min、上吹き酸素流量17Nm³/min
として上底吹きすることにより行った。操業後、炭素含
有物質の添加歩留りを測定した。

【００２０】本発明例として、表面に炭素含有物質の重
量の３％にあたる重量のピッチを塗布した炭素含有物質
を用いた。一方、比較例として、本発明例と同一の炭素
含有物質で表面にピッチの塗布を行わない炭素含有物質
を用いた。なお、比較例では、炭素含有物質は、本発明
例におけるピッチの重量分３％だけ余分に添加した。測
定結果を表２に示す。

【００２１】

【表２】

【００２２】なお、炭素含有物質の熱崩壊性について
は、吹錬中のスラグサンプルを採取して残留炭材の粒度
分布を測定して確認した。本発明例（試験No.1）および
比較例（試験No.2）の残留炭材の粒度分布を図１に示
す。図１から炭素含有物質の表面へのピッチの塗布の有
無によって、炭素含有物質の微細化の程度には変化がな
いことがわかる。

【００２３】また、表２から、本発明の範囲内で操業し
た本発明例（試験No.1）では、炭素含有物質の添加歩留
りは99％と高いのに対し、本発明の範囲を外れた比較例
（試験No.2）では88％と著しく低い値となっている。熱
可塑性物質として、ピッチの他に重質タールを使用した
実験も行ったが、結果は試験No.1と同等であった。

【００２４】このように、炭素含有物質表面にピッチ等
の炭素含有物質の熱崩壊を抑制する物質を塗布すること
によりスラグへの炭素含有物質の巻き込みが促進され、
炭素含有物質の高い添加歩留りが達成できる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、炭素含有物質の高い添
加歩留が得られ、産業上多大の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】スラグ中残留炭材の粒径分布を示すグラフであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上底吹き機能を有する転炉型溶融還元炉
に金属鉱石と炭素含有物質とを添加し、上底吹きで酸素
を供給することにより炭素含有物質を燃焼させ、金属鉱
石の溶融と還元を行い溶融金属を溶製する金属鉱石の溶
融還元方法において、前記炭素含有物質の表面に、該炭
素含有物質の熱崩壊を抑制する物質を塗布することを特
徴とする金属鉱石の溶融還元方法。
【請求項２】前記炭素含有物質の熱崩壊を抑制する物
質が、熱可塑性高分子化合物である請求項１記載の溶融
還元方法。
【請求項３】前記熱可塑性高分子化合物が、石炭から
コークスを製造する過程で発生する副産物である請求項
２記載の溶融還元方法。
【請求項４】前記金属鉱石がクロム鉱石であり、前記
溶融金属が含クロム鉄合金である請求項１、２または３
記載の溶融還元方法。