JPS5844733B2 - ケイ素鉄製造用炉仕込物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はケイ素を４５ないし９５重量％含有しているケ
イ索鎖の電気炉製造において使用される炉仕込み物に関
するものである。

特に本発明において使用するための仕込み物は、鉄含有
物質、粒状シリカの微細画分および粗大画分、炭素質還
元剤および結合剤を含有し、さらに増容剤を含有するか
あるいは含有しない実質的に均一な凝集体から成る。

投入形電弧から発生される熱が鉄−ケイ素合金を製造す
るために還元性添加物の還元を行なうのに十分である、
投入形電弧電気炉の中に金属鉄、シリカおよび炭素質還
元剤を仕込むことによってケイ索鎖を製造する。

鉄含有金属物質および炭素還元剤と混合された微粉砕さ
れたシリカを含有する種々の凝集休炉仕込み物が使用さ
れている。

仕込み物中に存在するシリカ全部の還元に化学量論的に
必要とされる正確な炭素含有量は、最終合金中に所望さ
れるケイ素の百分率に基づいて、多少変えられていた。

ケイ素鉄仕込み物を調製するのに有効な多数のやり方〜
すなわち、適切な割合の合金添加物すべてを凝集体仕込
み物中に混和し、添加物をゆるい混合状態に維持し、あ
るいはシリカを凝集体とは別に炉に仕込むことができる
ようにシリカ以外の添加物を混和する−があるにもかか
わらず、鉄−ケイ素合金の総括的な生産、特に高いケイ
素含量の合金は過度に高いエネルギー消費、貧弱なケイ
素回収率および不用の煙霧発生が顕著である。

そのうえ炭素による二酸化ケイ素の還元は、二酸化ケイ
素が還元されて気体の一酸化ケイ素になる中間反応を包
含し、反応器の低温領域における、−酸化ケイ素の不均
化反応は、粘ちょうな二酸化ケイ素の析出によって起こ
される仕込み物のゆ着を生じるものと考えられる。

この結果、炉中の燃焼と混合仕込みに困難を来たし、こ
れが所望の鉄−ケイ素合金の総括的な生成物産出に影響
する。

これらの困難を最小にするために、木片のような適当な
増容剤の大量を炉仕込み物に添加してきた。

本発明における一つの目的は鉄−ケイ素合金の製造用の
電気炉で使用するための均一な凝集されたケイ素鉄仕込
み物を提供することである。

仕込み物は生成合金の正味１を当たり、より低いエネル
ギー消費と電極使用率とを与え、同時に、煙霧損失が低
いことにも起因して高いケイ素回収率、木片等の大量の
削減、など改良された炉操作を提供する。

概説すれば、本発明は、合金の製造中に炉中で発生され
る気体の一酸化ケイ素のいっそう効率的な利用、および
炉の反応帯域全体に粒状にされた鉄含有物質の均一な分
散を生じるものと考えられる炉仕込み物を使用し、投入
形電弧技術による鉄−ケイ素合金の製造を目的とするも
のである。

すべての還元性添加物の還元を行なうことによって、ケ
イ素約４５ないし約９５重量％を含有する鉄−ケイ素合
金を生じるように、粒状の酸化鉄の、ような鉄含有物質
、シリカの微細画分および粗大画分、粒状の炭素還元体
、および増容剤を適当な割合で混和して仕込み物を調製
する。

次に仕込み物の１０重量□に等しい量または以下の量を
添加することができる結合剤物質を使用して、押出し成
形のような任意の適切な技法によって、混合物を凝集さ
せることができる。

凝集体の大きさは変えることができ、使用されている炉
の大きさに多少左右される。

好ましくは、仕込み物の大きさ、すなわち長さ、幅、直
径、厚さ、などを約１３關（１／２インチ）またはそれ
以下にして、反応器内でできるだけすみやかにその炭素
含量の実質的な反応を確実にするべきである。

ケイ素鉄を生成するための本発明に従う方法は、電気炉
への上記凝集体の仕込み、凝集体の仕込み物中に浸漬さ
れる少なくとも一つの電極によって電気炉を加熱して、
ケイ素鉄合金を作るように、その中の物質量で反応を起
こさせ、それからケイ素鉄合金を炉から湯出しすること
を包含する。

本発明における方法の新規性は、粒状にされた鉄含有物
質と粒状にされた炭素還元体とを合わせたものと混合さ
れた、二つの形態のシリカ、すなわち微細画分および粗
大画分を含有する凝集体を使用することにある。

シリカの微細画分の大部分は炭素質還元剤と反応して炭
化ケイ素と一酸化炭素とを作るものと考れられるが、い
っぽうでは粗大画分の大部分はこのようにして作られる
炭化ケイ素と反応して一酸化ケイ素を生成し、これがさ
らに炭化ケイ素と反応して鉄含有物質との反応用のケイ
素を分離するものと考えられる。

二つの態別の両分へのシリカの分別は、特願昭４５−１
０１１７５号明細書に記載されたように、ケイ素反応の
反応剤を効率よくケイ素を生成するのに適切な形態で炉
の反応帯域内に存在させることができる。

本発明に従って調製される凝集体仕込み物によるケイ素
の収率の増加は、炭化ケイ素と反応してケイ素を生じを
反応に一酸化ケイ素をさらに効率よく使用する結果とな
るガス状の一酸化ケイ素の大量の再循環物を効率的に低
減することによるものである。

各凝集体中で比例的に配置される粒状の鉄含有物質は、
炉の反応帯域内で鉄を均一 に分散させる手段を提供す
る。

これはケイ素との鉄の反応にとっての理想的に適切な環
境を与えることに役立ち、それによって合金の単位重量
当たりの少ないエネルギー消費率および電極使用率で鉄
−ケイ素合金を生成する。

凝集体仕込み物中の鉄含有物質の量は変えることができ
、製造しようとする鉄−ケイ素合金中の所望されるケイ
素の百分率に左右される。

このケイ素は合金の約４５ないし９５重量％の間で変化
することができる。

鉄含有物質を粉末にしかつ他の混合添加物と緊密に混合
して、炉の中に仕込んだ場合その中で鉄が均一 に分散
されるようにすべきである。

鉄含有物質の正確な大きさは多少任意であるが、好まし
くはタイラーメッシュ度約１００およびこれより微細で
あるべきである。

仕込み物中の固定炭素含有量もまた変えることができ、
同様に必要とされる所望のケイ素鉄合金に左右される。

たとえば仕込み物の固定炭素含有量は、９５％ケイ素鉄
の製造のための反応ＳｉＯ２＋２ｃｍ＋ｓｉ＋２ｃＯに
従って、シリカ全部の還元に必要な化学量論的量の約８
５％という最小量と、４５％ケイ素鉄の製造のための同
一の反応に従って、シリカ全部の還元に必要な化学量論
酌量の約１２０％という最大量との間で変化することが
できる。

この８５〜１２０％の炭素範囲は生成物中の鉄含量に関
連する回収ケイ素の相異によって変ってくる。

また仕込み物中の酸化鉄の存在によっても酸化ケイ素に
対し必要以上の炭素を必要とする。

したがって、合金中に存在する鉄が少なければ炭素必要
量も少なくなり、例えば酸化ケイ素の還元量の８５％と
なる。

鉄含量が２５％まで増加すると炭素量は１００％に増加
する。

これは−酸化ケイ素としてのケイ素の附随的損失がなく
なるからである。

鉄５０％で一酸化ケイ素損失は実質的になくなり、酸化
鉄が付加されると炭素の必要量も増加し、約１２０％と
なる。

５０％のケイ素鉄の場合に炭素量が１２０％を超すと、
炉は「オーバーコーク」の状態となる。

また、炭素量が高ケイ素合金のために８５％以下に少な
くなると、炉は「アンダーコーク」の状態となり、酸化
ケイ素としてのケイ素損失が大きくなる。

炭素還元体の大きさは多少任意であるが、シリカの微粉
末と緊密な混合をさせるのに十分な微細度であるべきで
ある。

タイラーメッシュ約１００またはこれより細かい粒度を
推奨する。

石炭、コークス、その他同種類のものは好適な炭素質還
元剤である。

、粒状のシリカの粗大画分の大きさは約１．６間（１／
１６インチ）と約１２．７７ｎ７／Ｌ（１／ ２インチ
）との間で変えることができるが、一方その微細画分は
タイラーメッシュ度約４８またはそれより微細、好まし
くはタイラーメッシュ度約１００であるべきである。

微細画分対粗大画分の比率は約１／２と約２との間で変
えることができる。

低密度増容剤の選択は任意であり、かつ有効性、原価、
化学的純度、使いやすさおよび炭素含有量のような因子
による。

一つの重要な必要条件は、増容剤が他の仕込み添加物と
混合されて、全体の仕込み物が９６１ｋｇ／ｍ３（６０
ポンド／立方フイート）またはそれ以下、好ましくは８
０１ ｋｇ／ ｍ’（５０ポンド／立方フイート）また
はそれ以下のかさ密度を有するような低密度であること
である。

これらの反応性添加物を適当な割合でいっしょにして混
和すれば、低密度で均一な凝集された仕込み物を生じ、
これを電気炉に仕込めば、投入形電弧法によって合金の
単位重量当たり非常に少ないエネルギー消費でケイ素鉄
合金を生成する。

そのうえ電極使用率の削減からと、ケイ素鉄製造のため
に現在使用されている工業技術で通常必要とされる増容
剤の量の削減からとで節約を実現することができる。

実施例 １ 下記の物質をいっしょにして混和することによって、凝
集された炉仕込み物を調製した。

（１） 実質的にタイラーメッシュ度１００およびそ
れより細かく粉砕されたチルデン（Ｔｉｌｄｅｎ ）鉄
鉱石（Ｆｅ３７．３１％と５ｉｎ２４４．４０％とを含
有）５８．０重量部、 （２）実質的にタイラーメッシュ度２００およびそれよ
り細かに粉砕されたシリカの微細画分８４．０重量部、 （３）約６，４ｍ１Ｌ（１／４インチ）ないし３．２ｍ
ｍ（１／８インチ）の二酸化ケイ素の粗大画分８４．０
重量部、 （４）実質的にタイラーメッシュ度２００およびそれよ
り細かく粉砕されたイーストガルフ（Ｅａｓ ｔＧｕ
ｌ ｆ ）炭（固定炭素７９．７％、揮発分１５．０％
、灰分４．５％含有）９３．０重量部、（５）大きさ約
２５ｍｍ（１インチ）の乾燥わら１５．０重量部、 （６）リグニン固形物６％と水９４％とから成る結合剤
溶液８７．０重量部。

これらの物質は次の反応 ＳｉＯ２＋２Ｃ−＋Ｓｉ＋２ＣＯ に従って還元するのに必要とされる理論量の炭素の９８
．０％の炭素含量を提供した。

上記の物質を予備混和し、直径１５２ｍｍ（６インチ）
のオージェ（Ａｕｇｅｒ）型の押出し機に仕込んで、１
５２ｍｍ（６インチ）まで長さの変わる１６ｍｍ（５／
８インチ）角の押出し成形面を生成した。

湿分約５％まで乾燥したのち、凝集体仕込み物は５６１
ないし６４１ｋｙ／ｍ（３５ないし４０ポンド／立方フ
イート）の間のかさ密度を有することを見いだした。

次に凝集体仕込み物を、正確に絶縁された直径２５ｃｒ
ＩＬ（１０インチ）深さ２５ｃＩｒ１．（１０インチ）
のグラファイトるつぼから成る４Ｏ−ＫＷ単相電気炉に
仕込んだ。

投入形電弧反応帯域を提供するように、仕込み物中に浸
漬されている垂直に配置された二本の直径３８ｍｍ（１
１／２インチ）のグラファイト電極を径で、炉用の電力
を加えた。

次に仕込み物中の添加物は投入形電弧電気炉中で還元を
受けて、ケイ素約７５％を含有するケイ素鉄合金を生成
した。

ケイ素単位重量当たり消費された電力、生成された合金
正味１を当たりの電極消耗量、およびこの仕込み物から
回収されるケイ素の百分率を第２表中の混合Ｇに示す。

比較のために、通常のゆるい混合と、多種類の調製され
た凝集された混合物とを、本発明に従って調製された凝
集体仕込み物の代わりに用いたことを除いて、上記した
のと同一の炉と方法とを使用して、７５％ケイ素鉄を生
産した。

人ないしＦなる文字を付けである、これら混合物の配合
組成を第１表に示す。

混合物Ａは通常のゆるい混合仕込み物を示す。

混合物Ｂはわずか一種類の粒度のシリカを使用したのを
除いて、本発明に従って調製された仕込み物と同様であ
る。

混合物Ｃは増容剤または粗大シリカを含有せず、かつ押
出し成形よりも、むしろ造粒によって作った。

これは混合物Ｇにおける押出し成形よりも大きさが小さ
くかつ密度の大きいペレットを生成した。

増容剤としておがくずを使用し、本発明に従って混合り
を調製した。

増容剤として砕かれたとうもろこしの穂軸を使用し、本
発明に従って混合物Ｅを調製した。

粗大なシリカ画分を用いて混合物Ｆを調製し、これを凝
集された仕込み物とは別にではあるが同時に炉に仕込ん
だ。

混合物Ｇを上記のようにして調製した。

混合物人ないしＧのおのおのに対して、ケイ素単位重量
当たりの電気エネルギー消費量、回収されたケイ素の百
分率、および生成された７５％ケイ素鉄合金正味１を当
たりの電極消耗量を第２表に示す。

このデータは各混合に対して、初期始動に続いて得られ
る全部の炉のタップに対する平均値を示す。

第２表に表示される結果から了解することができるよう
に、本発明に従って調製される仕込み物はケイ素の回収
を最大にすると同時に、必要とされるエネルギーと生成
される合金正味１を当たりに消費される電極消耗量との
両方を最小にする。

本発明に従って調製される仕込み物によって達成される
もう一つの重要な利得は、いっそうよい全体的な炉操作
を得られることである。

以上、本発明の詳細な説明したが、以下に本発明の実施
態様を示す。

（１）低密度の増容剤を混合物に添加し、かつ炉仕込み
物が約９１６ｋｇ／ｍ”（６０ポンド／立方フイート）
なる最大密度を有する、特許請求の範囲に記載の炉仕込
み物。

（２）シリカの微細画分対粗大画分の重量比が約１／２
と約２との間にある、上記（１）項に記載の炉仕込み物
。

（３）炉仕込み物の約１０％までの量の溶剤を含まない
結合剤を凝集された仕込み物に添加する、上記（２）項
に記載の炉仕込み物。

（４）該炭素質還元剤の炭素含有量が反応Ｓ ｉ ０２
＋ ２ ｃ−＋ｓ ｉ＋ ２ ＣＯに従ってシリカの還
元に必要とされる量の約１００％である、７５％ケイ素
鉄の製造に使用するための、上記第（２）項に記載の炉
仕込み物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 粒状の炭素質還元剤、粒状の鉄含有物質、粒状のシ
   リカ、低密度化増容剤および溶剤を除く結合剤の凝集さ
   れた均一な混合物を含有し、上記粒状炭素質還元剤の炭
   素含量は、 の反応に従ってシリカを還元してケイ素金属と一酸化炭
   素とを生成するのに化学量論的に必要とされる量の８５
   ％ないし１２０％であり、かつ粒状のシリカは４８タイ
   ラーメツシユ以下の微細な両分と１．６ｍｍ（１／ ６
   インチ）〜１２．７間（１／２インチ）の粗大な両分と
   から成り、微細な画分対粗大な画分の比が１／２〜２で
   あり、上記炉仕込み物は最大９６１ｋｇ／７７Ｌ″のか
   さ密度を有し、上記増容剤は上記混合物に対し炉仕込み
   物が上記最大かさ密度を有するよう充分な量で加えられ
   ており、上記結合剤は上記混合物に対し炉仕込み物の１
   ０％以下の量で加えられている、電気炉中でケイ素含有
   量が４５％〜９５％のケイ索鎖を製造するための炉仕込
   み物。