JPS5879817A - 酸化チタンの濃縮法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は石炭、コークス、ピッチ、重質油等の炭素質
物質を高温の溶融鉄浴中に吹込んでガス化する鉄浴ガス
化法を用い、砂鉄、チタン鉄鉱等のチタン源原料に含有
される酸化チタンを経済的にかつ効率よく濃縮する方法
に関する チタンは高炉の炉床保護効果があるため、高炉操業にお
いて砂鉄、チタン鉄鉱等のチタン源原料を適宜配合して
いるが、砂鉄は極めて安価な鉄源であるため、製銑原料
コストの面から見れば、その配合を上げた方が有利であ
る。しかしながら、一方で高炉へのチタン配合率を上げ
すぎると、かえって羽目等を損傷するおそれがあるため
、現実にはそれほど砂鉄等の配合率を上げることはでき
ない。

また、通常の高炉銑にはＴｉが０．１９６前後含有され
ているが、転炉吹錬等の酸化精錬により全量製鋼スラグ
中に移行し、また該製鋼スラグ中の酸化チタン含有率も
極めて低いものであるため、チタン源としては利用でき
なかった。

この発明者らは、チタン源原料を高炉に投入することな
く該チタン源原料中のｖｅｓｃｒｌＶ等の金属を効率的
に還元回収し、かつ酸化チタン濃度を経済的に上昇させ
得る方法について種々検討を重ねた結果、鉄浴ガス化炉
で石炭、コークス、ピッチ等の炭素質物質をガス化する
際に多量に熱が発生すること、および溶融鉄浴中には常
に多量の炭素が溶解していること、さらに該鉄浴ガス化
炉内の酸化ポテンシャルがｒｅｌＣｒＳＶ等の金属酸化
物の還元反応は起こるが、酸化チタンの還元反応は起こ
らないレベルにあるということに着目し、高炉等の反応
装置のかわりに鉄浴ガス化炉を用い、チタン源原料の溶
解とＦｅ、Ｃｒ、Ｖ等の金属酸化物の選択的還元を行な
わせ、チタン酸化物の濃縮を行なわせ得る方法を見い出
し、さらに前記炭素質物質に含有される灰分によりチタ
ン酸化物が希釈されるのを防ぐために、ガス化室と還元
室を隔壁等で分離し、溶融鉄部分を導通させた一体構造
の溶解炉を用い、該溶解炉のガス化室側に炭素質物質を
酸素等のガス化剤とともに吹込んでガス化すると同時に
、還元室側にチタン源原料をガス化室側の灰分、スラグ
および酸素と遮断した状態で投入する方法が、チタン酸
化物の濃縮に極めて効率的であることを見い出した。

すなわち、この発明はガス化室と還元室が隔壁等で分離
され、溶融鉄部分が導通している一体構造の溶解炉に相
当量の溶融鉄を貯え、ガス化室側の該溶融鉄浴中に石炭
、コークス、ピッチ、重質油等の炭素質物質を酸素等の
ガス化剤と共に吹込んでガス化すると同時に、還元室側
にはチタン源原料を投入して、該チタン源原料に含有さ
れるＦｅ１Ｃｒｓ　Ｖ等の金属酸化物を選択的に還元す
ることにより、還元室側のスラグ中の酸化チタンの含有
率を上昇させる方法である。

石炭等の鉄浴ガス化法は、ガス化反応に必要な熱を溶融
鉄浴によって与える方式であり、高温の溶融鉄が貯えら
れたガス化炉内に石炭等の炭素質物質を酸素、水蒸気等
のガス化剤と共に吹込むことによりガス化する方式であ
る。

すなわち、石炭等をガス化剤と共に溶融鉄浴中に吹込む
と、鉄浴中で石炭等炭素質物質の分解反応によりＨ１ガ
スの生成とＣの溶解が起こる。鉄浴中に溶解したＣは同
時に吹込まれる酸素と反応してＣＯガスとなるが、この
時に多量の熱が生成する。従って、ガス化中に砂鉄、チ
タン鉄鉱等のチタン源原料を投入すると、該チタン踪原
料は鉄浴中で急速に受熱され溶解すると同時に、鉄浴中
に溶解している多量の炭素とｐｅ等の金属酸化物が反応
し、該金属酸化物の選択的還元反応が進行する。これに
伴い、系内の酸化ポテンシャルでは、還元されないスラ
グ中の酸化チタン濃度が上昇する。しかしながら、ガス
化とｐｃ％Ｃｒ１■等の還元および酸化チタンの濃縮を
同一の反応室内で行なうと、ガス化に用いられる石炭等
炭素質物質中の灰分ならびにガス化中に添加した媒溶剤
により核反応室内のスラグ量が増大し、酸化チタンの濃
縮効果は小さくなるため、使用する炭素質物質は灰分の
少ないものに限定され好ましくない。

また、ガス化室内にチタン源原料を投入した場合、該チ
タン源原料中に含まれるＣｒ１■等の難還元性物質の酸
化物は、ガス化室内の酸化ポテンシャルでは還元されに
＜＜、酸化チタンとともにスラグ中に残存し、酸化チタ
ンの濃縮が十分に行なわれないという問題が生ずる。し
かし、この問題は次のような方法により解決することが
できる。

すなわち、溶融鉄を貯える溶解炉を隔壁によって炭素質
物質のガス化室と、チタン源原料の溶解・酸化チタンの
濃縮を行なう還元室とに分け、チタン源原料がガス化室
側に吹込まれる酸素、生成スラグと遮断された状態で添
加されるようにし、さらにガス化とチタン源原料の溶解
および該原料中の金属酸化物の還元に共通に使用される
溶融鉄浴を前記ガス化室および還元室の炉底から吹込ま
れるＡｔ　１Ｎｇ等の底吹攪拌ガスにより攪拌、流通せ
しめる。また、ガス化室および還元室の溶融鉄浴を複数
本の導通管等で連結させ、電磁ポンプ、スターラー等で
攪拌、流通せしめてもよい。

この方法により、還元室に吹込まれたチタン源原料中の
Ｆ６％Ｃｒ、Ｖ等の金属融化物は、酸素が共存していな
いため、鉄浴中の炭素で急速に還元され、スラグ中の酸
化チタン濃度が上昇し、またガス化室側のスラグと遮断
されているため、効果的に酸化チタンの濃縮を行なう仁
とができる。同時に、ガス化室では炭素質物質のガス化
によって高温、高炭素の鉄浴が生成し、これが底吹攪拌
ガスあるいは電磁ポンプ等の効果で還元室に流入してチ
タン源原料の溶解と還元に必要な熱と炭素とを供給する
。

次に、この発明の一実施例について説明する。

この発明法を実施するための装置としては、基本的には
第１図に示すごとく、炉内が隔壁（！）によってガス化
！　（３１と還元室１４）に区分され、かつ隔壁（りと
炉底との間を溶融鉄（６）が自由に流通できる構造の溶
解炉（１）であって、前記ガス化室（３）側には石炭等
炭素質物質Ｏηと酸素拳尋を吹込むための非浸漬上吹ラ
ンス（ｌｌと媒溶剤投入シ、　−）　＋７１およびガス
回収ダクト（＠）を有し、前記還元室（４）側には粉状
にしたチタン源原料Ｑ鴫を吹込むための非浸漬上吹ラン
ス（９）と媒溶剤投入シュートｌＯｊおよびガス回収ダ
クト（１１ンを有し、炉底に溶融鉄を攪拌するためのガ
ス吹込みノズル（Ｉ′４０１が設けられている。０→は
スラグ排出口、０６１は酸化チタン濃縮スラグ取出口、
Ｈは出湯口、翰はスラグ、シυは酸化チタン濃縮スラグ
である。

上記装置により、酸化チタン濃縮スラグを製造するには
、溶解炉ｆｉｌに貯えられた温度約１２００〜１５００
’Ｏの溶融鉄浴中に、先ず、ガス化室（３）側に設けた
非浸漬上吹ランス（５）より炭素質物質（ｌ？）と酸素
（ｌ樽を吹込む。このとき、鉄浴中で炭素質物質＋１７
）の分解が起こり、Ｈ，、ＣＯガス等が生成し、ガス回
収ダクト（８）より回収される。その後、炉内の鉄浴温
度がガス化反応による熱により加熱され１５００〜１７
００　’Ｃ！の温度に達すると、炭素質物質（１７）と
酸素−の吹込みを継続しながら還元室（４）側に設けた
非浸漬上吹ランス（９）より粉状のチタン源原料（１１
１を吹込む。炉内に投入されたチタン源原料は酸素Ｑ〜
と遮断された状態にあるため、鉄浴中で急速に受熱され
溶解すると同時に、鉄浴中に溶解している多量の炭素と
反応し、ｐｅ％Ｃｒ１Ｖ等の金属酸化物の還元反応が進
行し、酸化チタン濃縮スラグａ！υが生成する。また、
ガス化室（３）と還元室（４）は隔壁（２）によって区
分されているため、酸化チタン濃縮スラグ体υはガス化
によって生成したスラグと混合せず、酸化チタンの濃縮
はきわめて効率的に行なえる。一方、このとき、ガス化
室（３）側と還元室（４）側の炉底に設けたノズル（１
ｇｌ（１１よりＡｒ　、　Ｎ！　、　Ｑ重、００１等の
底吹攪拌ガス（２）を吹込んで鉄浴を流動攪拌せしめる
と、チタン源原料（Ｉ＠をより効率的に溶解させ、該チ
タン源原料０鴫中に含有されるＦｅ、α。

Ｖ等の金属酸化物を歩留りよく還元させることができ、
酸化チタンの濃縮をより効率的に行なうことができる。

なお、チタン源原料Ｏｎはランス（９）によらずに、塊
状または粉状で媒溶剤投入シーートαｌまたはノズル・
場より炉内に投入する方法をとってもまい。

また、第２図はこの発明法を実施するための他の実施例
装置を示す。この溶解炉−はガス上室ノ１）と還元室−
に区分され、かつ鉄浴部分を複数本の連通管ｌ！１１（
財）にて導通させ、連通管−には電磁ポンプ（ハ）を具
備し、これによりガス化室（３１）と還元室い４の間で
溶融鉄−を循環させることができる。前記ガス化室＠１
）側には石炭等炭素質物質Ｇ力と酸素等のガス化剤１１
ｃ１８＋を吹込むための非浸漬上吹ランス（６１と、媒
溶剤投入シーートー、生成ガスを回収するための昇降ス
カート鴎およびフードケｌ）を有し゛、前記還元室翰側
には粉状のチタン源原料（４４を吹込むための非浸漬上
吹ランス瞥とｔｓ溶剤投入シ、−ト圓およびガス回収ダ
クトｉ４〜を有し、ガス化室ｃｌｌＪおよび還元室（ｉ
（４の炉底には溶融鉄關を撹拌するためのガス次込みノ
ズル圓＠７）がそれぞれ設けられている。囮はスラグ排
出口、旧１ヨスラグ、団は酸化チタン濃縮スラグ取出口
、１わは酸化チタン濃縮スラグ、關は出湯口である。

なお、前記還元室＠力で生成する酸化チタン濃縮スラグ
Ｉｌｌの流動性を上げ、チタン源原料■に含有されるｌ
？ｅ、（、ｒ等の金属酸化物の還元反応を効率よく行な
わせ、かつ酸化チタン′ａｗ４スラグ１の排出性をよく
するために、還元室敬に対して高周波誘導加熱装置−ま
たはアーク式加熱装置−１灯油あるいはガス化室釦）に
おける生成ガス団等を燃焼させることのできるバーナ団
等の局部的加熱手段のうちのいずれかを備えることが望
ましい。

上記第２図に示される装置により酸化チタン濃縮スラグ
を製造する場合は、溶解炉−に貯えられた温度約１２０
０〜１５００℃の溶融鉄浴中に、先ず、ガス上室＠υ側
に設けた非浸漬上吹ランス（６１より炭素質物質０７１
と酸素（至）を吹込む、このとき、鉄浴中で炭素質物質
問の分解が起こり、Ｈａ　、　ＣＯガス尋が生成し、昇
降スカート囮およびフード＠υを介して回収される。こ
の間、ガス化室Ｃ３１１および還元室の４内の溶融鉄−
は、電磁ポンプ關の作用により連通管ａＬＩＩ−を介し
てガス化室釦）および還元室俤力間を循環し、ガス化室
嶋）で発生した熱は還元室−側の鉄浴に伝えられ、溶解
炉■内の溶融鉄■の温度はほぼ均一な状態で上昇する。

その後、炉内の鉄浴温度がガス化反応による熱により加
熱され、１５００〜１７００°Ｃの温度に達すると、炭
素質物質＠力と酸素−の吹込みを継続しながら、還元室
Ｃ＋４側に設けた非浸漬上吹ランス（ハ）より粉状のチ
タン源原料（６）を吹込む。炉内に投入されたチタン源
原料圏は酸素−と適所された状態にあるため、鉄浴中で
急速に受熱され溶解すると同時に、鉄浴中に溶解してい
る多量の炭素と反応しＦｅ、　Ｃｒ、　Ｖ等の金属酸化
物の還元反応が進行し、酸化チタン濃縮スラグＩが生成
する口また、ガス化室ｅｔ＋と還元室−は連通管−−に
よって溶融鉄−が導通している以外は完全に区分されて
いるため、ガス化によって生成したスラグ四と酸化チタ
ン濃縮スラグｉｔ＋とが混合せず、酸化チタンの濃縮は
きわめて効率的に行なえる。

一方、このときガス化室町）と還元室−の炉底に設けた
ノズル囲動よりＡｒ、　Ｎｚ　＠　（ｈ＠　Ｃ（ｂ等の
底吹攪拌ガスＩ７１を吹込んで鉄浴を流動攪拌せしめる
ことにより、石炭等炭素質物質に７１のガス化およびチ
タン源原料の溶解がより効率よく行なわれ、チタン源原
料中に含有されるＦｅ、　Ｃｒ、　Ｖ等の金属酸化物を
歩留りよく還元させることができる。

また同時に、還元室＠４に対して高周波誘導加熱装置−
またはアーク式加熱装置−、バーナ呵等により局部加熱
を行なうことにより、該還元室（９）で生成する酸化チ
タン濃縮スラグＩＩ）の流動性を上げ、前記チタン源原
料■に含有されるＦｅ、Ｃｒ、Ｖ等の金属酸化物の還元
反応を効率よく行なわしめ、かつ該酸化チタン濃縮スラ
グわ０の排出性を向上せしめることが可能である。

なお、チタン源原料←乃はランス（４段によらずに、塊
状または粉状で媒溶剤投入シーート←蜀またはノズル１
４７）より炉内に投入する方法をとってもよい。

なお、上記した第１図および第２図に示される装置に用
いられる非浸漬上吹ランス（６）としては、第３図に示
すごとく、例えば中心孔（ａ、）とその周囲音ζ多孔＜
ａｍ＞を配し、中心孔（ａｔ　）　　から微粉砕した炭
素質物質（ｌηの力を、周囲の多孔（ａｌ）から酸素等
ガス化剤（Ｉ＠−をそれぞれ吹出す構造のものを用いる
ことができる。また、炭素質物質のガス化にわいては、
炭素質物質を炉底ノズルｏｚｍから、酸素を非浸漬上吹
ランス（６）から吹込む方法、炭素質物質および酸素を
共に炉底ノズルＨｉ４６）から吹込む方法をとることも
できる。

以下、この発明の実施例について説明する。

〔実施例１〕 第１図に示す構造の１５トン溶解炉に、温度１３１５℃
の溶銑１５トンを貯え、ガス化室側に非浸漬上吹ランス
を用いて、第１表に示す組成を有する石炭粉と酸素をそ
れぞれ２５００ｋｌ！／）Ｉｒ、　１５０ＯＮｍ／Ｈｒ
吹込んだ。そして、鉄浴温度が１６１０°Ｃに達し鉄浴
が脱珪した時点でガス化室側の酸素流量を１３５ＯＮ〆
／Ｈｒとし、還元室側に非浸漬上吹ランスより第２表に
示す組成を有する砂鉄（イルメナイト）の吹込みを開始
した。砂鉄の投入量は鉄浴温度の変化を見ながら増減さ
せたが、平均的には約８２０　＃／ｕｒであった。なお
、ガス化室側には、スラグ塩基度が１．２〜２．０程度
になるように媒溶剤を適宜添加した。

砂鉄の吹込み開始後約３時間経過した時点で酸素、石炭
および砂鉄の吹込みを中止し、操業を停止した。なお、
上記操業中は、ガス化室側および還元室側の炉底からＡ
ｒガスをそれぞれ５０　ＮＷ／Ｈｒずつ吹込んで鉄浴を
強攪拌した。本実施例における操業中の鉄浴組成および
温度変化を第３表に、還元室側に生成した最終スラグ組
成を第４表にそれぞれ示す。

第４表より明らかなごとく、砂鉄中のＴｉＯｘが大巾に
濃縮され、砂鉄中の鉄分も効率よく回収できた。

第２表　　砂鉄組成（９６） 第３表　鉄浴組成および温度変化（チ）第４表　　最終
スラグ組成（％） 〔実施例２〕 第２図に示す構造の１５トン溶解炉に、温度１３００’
Ｃの溶銑１５トンを貯え、ガス化室側に非浸債聾ンスを
用い実施例１と同一組成を有する石炭粉と酸素をそれぞ
れ２５０　ｏｋｔｉ／Ｈｒ、　１５０　ｏＮｖｆ／Ｈｒ
吹込んだ。そして、鉄浴温度が１６３５”Ｃに達し、鉄
浴が脱珪した時点でガス化室側の酸素流塩を１３０　Ｏ
Ｎｍ’／Ｈｒとし、還元室側に非浸漬上吹ランスより第
２表に示す組成を有する砂鉄（イルメナイト）の吹込み
を開始した。砂鉄の投入層は鉄浴温度の変化を見ながら
増減させたが、平均的には約１０００１ｇ／Ｈｒであっ
た。この間、ガス化室側にはスラグ塩基度１．２〜２．
０程度になるように媒溶剤を適宜添加した。なお、この
間、還元室側での砂鉄の鉄浴への溶解を助長するために
、還元室側鉄浴表面をアークにより加熱した。

砂鉄の吹込み開始後約３時間経過した時点で石炭および
砂鉄の吹込みを中止し、操業を停止した。

なお、操業中はガス化室側の炉底からＮ、ガス　を７０
　ＮＷＩ／’）Ｔｒ　、還元室の炉底から同じ＜　Ｎｓ
ガスを。

３（ｌｈ／／Ｈｒ　　それぞれ吹込んで鉄浴を強攪拌し
た。

本実施例における操業中の鉄浴組成および温度変化を第
５表に、還元室側に生成した最終スラグ組成を第６表に
それぞれ示す。

第６表より明らかなごとく、本実施例においても砂鉄中
のＴｉｅｓ　が大巾に濃縮され、砂鉄中の鉄分も効率よ
く回収できた。

第５表　鉄浴組成および温度変化（嚢）第６表　最終ス
ラグ組成（％）

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明法を実施するための装置
の一例を示す概略図、第３図は同上装置における非浸漬
上吹ランスの一例を示す概略図である。 ｌ、３０・・・溶解炉、２・・隔壁、３，３１・・・ガ
ス化室、４、３２−・・還元室、５，９．４３・・・非
浸漬上吹ランス、２０．４９−・・スラグ、２１，５１
　・・・酸化チタン濃縮スラグ、３３・・・連通管。 出願人　　住友金属工業株式会社 代理人　　押　　１）　良　　久 第１図 第３図 第２図 第１頁の続き ０発　明　者　福田充一部 東京都千代田区丸の内１−３− ２住友金属工業株式会社内 ０発　明　者　姉崎正治 茨城県鹿島郡鹿島町大字光３番 地住友金属工業株式会社鹿島製 鉄屑内 ０発　明　者　松尾亨 尼崎市西長洲本通１丁目３番地 住友金属工業株式会社中央技術 研究所内 ０発　明　者　増田誠− 尼崎市西長洲本通１丁目３番地 住友金属工業株式会社中央技術 研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溶解炉に相当量の溶融鉄を貯え、該溶融鉄浴中に石炭、
   コークス、ピッチ、重質油等の炭素質物質を酸素等のガ
   ス化剤と共に吹込んでガス化すると同時に砂鉄、チタン
   鉄鉱等のチタン源原料の１種または２種以上を前記鉄浴
   中に投入し、該チタン源原料に含有されるｐｃ、Ｃｒ等
   の金属酸化物を選択的に還元することにより、スラグ中
   の酸化チタン含有率を上昇させる方法において、ガス化
   室と還元室が隔壁または連通管等で分離され、溶融鉄浴
   が導通する一体構造の溶解炉を用い、該溶解炉のガス化
   室側に炭素質物質を酸素等のガス化剤と共に吹込んでガ
   ス化すると同時に、還元室側にチタン源原料をガス化室
   側の灰分、スラグおよび酸素と連断した状態で投入し、
   該チタン源原料に含有されるＦ＠、　Ｃｒ％　Ｖ等の金
   属酸化物等を選択的に還元することにより、還元室側の
   スラグ中の酸化チタン含有率を上昇させることを特徴と
   する酸化チタンの濃縮法。