JPS5950155A - フエロシリコンの製造方法 - 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】 本発明は、シリカ含有物質、侃元剤、及び鉄をる方法に
関するものである。

今日フェロシリコンの輿；債ニおいてはゼーダーベルク
電極を備えた電気炉が使用されている。このだめ１ｃ約
９８％の５ｉ（１２を含有し少量・の　Δｔ。

Ｃａ、Ｐ及びＡ９を含有する、一般に１は石英などの塊
状の出発＃　＊ｌを使用することが必要となっている。

、苔だ使用する環元Ａメはコークス及び石炭で灰分含有
相が低い塊状のものであってよく、まだ細１片であって
もよい。使用される鉄属ポ・ｌＩＩま一般に充てん剤（
ｆｉｌｌｉｎｇｓ　）などの小さい鋼屑が好ましい。

上述のプロセスは一般にはスラグが生成さｆｔないよう
に実施され、そして回転炉の使用が好ましい。また上述
のプロセスでは比軸的多ｄ′のシリコンが８　ｓ　Ｏの
形態で蒸発し、このＳｉＯは炉の外で白いＳ　ｉｏ２煙
にｆｆ（ヒされる。シリコン倫有Ｈが多いにど失われる
シリコンの肯も多くなシそして合金１トンをつくるだめ
のエネルギー消耗も特に回収される１トン当りのシリコ
ン如ついて多くなる。

次の表はもっとも一般的なシリコン合金についてエネル
ギー消耗１部止まシ及び融点を示している。

埠）長／リクン官僅等級（腎Ｓｉ） Ｍｗｈ／ｌ　　ｑ５　　５−５．５　　ａｓ−１ｏ　　
１２−１４　１４−２Ｏ８＋歩留イ　　９１　　８５　
　８１　　７５ＭＷｈ／ｌ　Ｓ　ｉ　　　　１１．０　
　１２．５　　１５，０　　１８．０融点　　℃１３０
０　１ろ１０　１３８０　１４２０フ工ロシリコン合金
は主として合金添加剤とじて使用され又例えばＣｒ２Ｏ
３などのスラグから酸化物を還元するためにも使用され
るが、鋼の脱酸に特に使用されている。もっとも一般的
なフェロシリコン合金はＳｉを４５貿含有している。合
金のＳｉ含有−が７５９イ以」二になると合金は鋼に酎
ける時に発熱する。金属シリコン、す７ｔわ１：）９８
％Ｓｊｒ、ｊ特に鏑の添加剤で、ちるが、アルミニウム
及び銅にも添加剤として使用さ、としる。７５９に８１
０合金は例えばマグネシウムのシリコン還元にも使用さ
れる。

電弧炉では出発物質が塊状であるため（ζ原木（が制限
されておシ、又粉末状態の非臨（て純粋な厚相を使用す
ると偵・ル惟さが伴なう。もし做糾な粒状狽刺が使用さ
れるならげ粘結剤などを用いて団鉱（１ｊしなけれ；よ
ならないためにプロセスのコストが５さに上列すること
になる・ 更に電弧炉技術は原オニ」の１、ｅ（的外り’ｆに敏感
でもある。塊状原ネ］の使用が必′泊でξ）るたへうに
シリカと還元材の局部的接触が良好でなく、Ｓ　１０　
４’ｉＩ失の上昇をもたらす。又電弧炉法では湛度が局
部的に著しく高くなるためにＳｉＯ損失が増大する９、
更に電弧炉内の装入物について絶対的な邂元条件を維持
することが困難であり、従って生成された５ｉ０がＳ　
ｔ　０２に再酸イヒされる。

電弧炉法に伴なう籾失の多くの原因は上述の種々の条件
に求められる。上記しだＳ＋Ｑの（１失及びＳｉＯが５
ｉＯｚｌて再酸化される結果ダストの量が著しく多くな
υ又との結果高価なガス洗浄装置の設置が必快となる。

本発明の目的は上述の欠点を解消し又一段階でフェロシ
リコンを製造可能とすると共に粉末形態の原料使用を可
能とする方法を提供することである。

本発明の目的は、シリカ含有物質、還元剤、及び鉄含有
物質から、シリカの直接還元及びシリコンと鉄の同時反
応によって７エロシリコンを製造する方法において、シ
リカを含有する粉状物質屋び鉄原料を、場合によっては
還元剤とともに、キャリヤーガスを介してプラズマ発生
器内のプラズマガスの中にｌ＋８射し、かくして加熱さ
れたシリカ及び鉄原料、場・今によっては還元剤、を高
エネルギプラズマガスとともに反応室中に導入すること
。

及びこの反応室は実質的に全側面が塊状固体還元剤によ
って取囲壕れており、溶融状伸になり丑たシリコンに還
元された前記シリカは鉄と１１台゛してフェロシリコン
を生成することを特徴とするフェロシリコンのｇ遣方法
でちる。最終製品中のシリコン含有黒１ｄ添加する鉄を
コントロールすることによってちらかしめ決定すること
ができる。

本発明は粉状反別の使用を提案するものでちるが、この
ためにシリカ原＃１の：、寮釈がより容易になり又コス
トの低下ももたらす。又本発明により提案さ丸たプロセ
スは原料の雷グ的性質に敏感で１・よ々いために還元剤
の選歌が簡単になる。しかも。

還元剤が恒常的に過剰であるために生成されたＳｉＯが
ただちにＳｔＫ還元される。

シリカ含有物質として石英砂を使用することが好脣しく
、ヌ石英砂を鉄原料と一緒（Ｃ併給することが好ましい
。鉄原料は更に、秩充てん物、スポンジ、鉄ペレット、
粒化法を倫むことかある、石英砂のマイクロペレット及
び石炭ダストｔｉシリカ厚相として更に炭素としても！
痔に好ましい１．シかし７々から、酸化物の形態で約６
６に鉄を含有する仮焼硫什鉄などの鉄物質を出発物質と
［７て使用することもで入る。酸什第二鉄を含むイｔｓ
；の物質も使用可能である。、なぜならばシリカがシリ
コンに還元されると同時１てこれらの酸化物が避元され
るからである・　Ｆｅ汲びＳｌの酸化物件合物も同イ子
に望ましく、そして　２ＦｅＯ，５ｉ０２　（ファイア
ライト）も例としてあげることができる。

ｔｌｉｊｆ　、！　ｌされる還元剤は、天然ガス、石炭
ダスト、木炭粉、石油コークス（これらは精製されたも
のでホンってもよい）、及び微粒コークスなどの炭化水
素であってもよい。

プロセスに必要な温度はプラズマガス単位当たり供給さ
れる電つ（エネルギーの量を割病］するととによって容
易に制御される。力・＜シてＳｉＯ損失がもっとも少な
くなるような最適条件を維持することができる。

反応室はその実省的に全側面が塊状の還元剤によって囲
まれているために、ＳＩＯの再酸化が効果的に防止され
る。

本発明の好１〜い実施態様によると塊状の固体還元作１
はそれが消耗されるたびに反応ゾーンに連続的に供給さ
れる。固体還元剤としてはコークス。

石炭及び／ヌは石炭コークスを使用することが好棟しい
。プロセスに使用するプラズマガスは反応ゾーンから再
循環されるプロセスガスであることが好ましい゛。固体
還元剤はＣ及びＩ−１欠場合によってはＯから組成され
るバインダー例えばサッカローズによって功秋形態にさ
れた粉状物質であってもよい。

本発明の他の実施態様によると、プラズマバーナーは誘
導性のプラズマバーナーからなる。従って電極に由来す
ることが２りろ不純物（ＣＬ絶対的力手少肯、まで少な
くなる。

本発明により堤案された方法は桁めて篩純はの７エロシ
リコンの製造に有利であるために、原料としてはイ々め
て純粋なシリカ及び不純物含有量の低いＰ元剤を使用す
ることができる。ガスシステムとしてはプロセスガスを
再循環するグローズドシステムが好ましく、この場合は
とんど全ての工ネルギーを使用することができる。更に
通常のＦ　ｅ　Ｓ　ｒプロセスよりもガス景が極めて少
ないこともエネルギーの観点から有利なファクターであ
る。

すでに述べたように、原則として完全にｓＩｏは除去さ
すしるために８１０２煙によってもたらされるダストの
問題もなくなる。

そのイ１１フの利Ａは以下及び実施例の記載よシ明らか
となる。

本発明によるプロセス設計では羽口のごく近く反応ゾー
ンにおいて極めて局限されたゾーンで全反応が集中して
行々われるためにプロセスの高温部を大幅に制限するこ
とができる。これは還元反応が次々とおこシ、炉の大き
な体積部に広がる従来法に比べると格段の利点である。

プラズマ発生機のへ１１面のごく近くにあるコークス充
てん部内のルーの反応ゾーンで全ての反応が起とるよう
にプロセスを設計したために、反応ゾーンは極めて高現
でかつ制御可能な温度レベルに保たれる。

これは次の： ＳｉＯ２−１２Ｃ−ｅ　　　Ｓｉ　　＋　　２ＣＯを促
進する。

全ての反応剤（５ｉ０２．　　Ｓｉｎ、　　ＳｉＣ，Ｓ
ｉ、Ｃ。

ＣＯ〕１は反応ゾーンに同時に存在しておシそして少量
生成される８ｊＯ及びＳｊＣはただちに次のように反応
する。

ＳｉＯ＋　　　Ｃ４Ｓｉ　　　＋　　　Ｃ＜ノＳｉＯ＋
ＳｉＣ→２Ｓ＋　十ＣＯ ２ＳｉＣ＋　　５ｉ０２　　→　３Ｓｉ　　＋　　２Ｃ
りこの液状シリコンは反応ゾーン内の液体鉄成分と反応
し、一方ガス状Ｃ０１ｉ反応ゾーンを去るう上述の反応
をシャフト炉に類似した反応器１で行なうことが好゛ま
しい。反応器ＩＫｌはその炉頂から固体還元剤２ｋ例え
ば＠電炉炉頂５によって一様だ分配しながら閉じられた
供給チャネル又はシャフト周辺の環状の供給カラム４か
ら供給する。。

鉄ペレット或いは塊状のその他の鉄原料は好ましくは反
応器の上部から供給される。

あらかじめ還元されていることのあるシリカを含有する
粉末物＠及び粉什鉄原和は反応器１の底部にて羽口５，
６を通して不活性ガス又は還元ガスによって吹きこまれ
る。羽口５．乙のオリフィスはプラズマ発生器７の前方
にあり、プラズマ発生器７が発生するプラズマガスの中
にある。

炭什水素及び場をによっては酸素ガスを同時に吹きこむ
ことができ好ましくは同じ羽口から吹きこむことができ
る。鉄は好ましくは金属形態で反応ゾーンに添加される
。しかしながら上述したように、酸化第２鉄を添加１７
てもよく、これは反応ゾーンで鉄に環元され、次にシリ
コンと仲介してフェロシリコンを生成する。

シャフト１の下部で還元剤で充満しているのが反応ゾー
ン８であり、この反応ゾーンは上記塊状の還元剤２によ
って実ｌＷ的に全側面が四せれている。反応室８は高温
の７ｇ、合物により形成されてお−り、燃・暁によって
生じるスペースは還元剤の壁が凹むたびに連続的に再形
成される。、そしてシリカ及び場合によっては酸什第二
鉄の還元がヌ溶融がこの四元ゾーンで瞬間的におこる。

上述のようにしてｊＭｉ告されだ液体合金は反応器の底
部からチャネル９を通って出湯されそして適宜な方法で
例えばコンテナー１０の中に集められる。

反応器を去るガスは高濃変の一酸什炭素と水素の混合物
からなり、これを再循環してプラズマガスを発生させる
ために使用することが好ましい。

又粉末挿入物の輸送ガス或いはキャリヤーガスとして使
用することが好ましい、、す下２つの実施例によ、り本
発明を更に詳しくセ明する。

実施例１ との実施例においては１／２スケールの実がｐ実験を行
なった。粒子寸法が１．０祁未満の海岸砂をシリカ原料
として用い又鉄フィリンゲスを鉄原料として用いた反応
室はコークスから構成された。プロパン（ＬＰＧ）を還
元剤として使用しそしてＣＯ及びＨ２からなる洗浄還元
ガスをキャリヤーガス及びプラズマガスとして使用した
。

導入電力は１０００Ｉ＜ｗであった。２．５　Ｋｇ　５
ｉ０２／分及び０．４ＫｐＦｅ／分を原料として供給し
又１分間当たり１．５９の炭素を還元剤として供給した
。

７５％３４を含有する約５００ＫＦの７エロシリコンを
全体で実験中に製造した。製造したフェロシリコンにつ
いての平均′成力消費は約１０ＫＷｈ／ゆであった。

実験１ｄ比較的小スケールで行なわれたので熱の損失は
かなり多かった。しかしながらガスを回収することによ
りα力消費を更に減少でき又より大きなプラントでは熱
損失も格段と少なくなる。

実施例２ 鉄原料として酸化第二鉄粉末を使用した他は上述と同じ
条件で７エロシリコンを・つくった。この実験では７５
％Ｓ１　を含有するフェロシリコンを３０　Ｄ　Ｋ９つ
くった。平均−力消費はつくられたフェロシリコンにつ
いて約１１１（ｗｈ／Ｋｐであった。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明を実施するのに適する反応器を示す。 １・・・・・・反応器、　　２・・・・・・固体還元剤
、５，６・・・・・・羽口、　７・・・・・・プラズマ
発生器、　８・・・・・・反応室。 特許出願人 ニスケイエフ　スティール　エンジニアリングアクティ
エボラーグ 特許出願代理人 弁理士　青　木　　　朗 弁理士西舘和之 弁理士村井卓雄 弁理士　山　口　昭　之

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　シリカ含有物Ｊ＠還元剤、及び鉄含有物質から、
   シリカのｉＮ　’１４　Ｒ元及びシリコンと鉄の同時反
   応によってフェロシリコンを製造する方法において。 シリカを含イイする粉状物質及び鉄属ネ・１を、場合に
   よっては還元り；１とともに、キャリヤーガスを介して
   プラズマ発生器（ハ）のプラズマガスの中に噴射し、か
   くして加魅されたシリカ及び鉄原料、鳩合によっては還
   元剤、を窩エネルギプラズマガスとともに反応皐中に導
   入すること、およびこの反応宰は実質的に全仙面が塊状
   固体還元剤によって取囲１れて：ｌ、−リ、溶融状態に
   なりまたシリコンに還元された前記シリカは鉄と什合し
   ２てフェロシリコンを４１＝成することを特徴とするフ
   ェロシリコンの製Ｊ告方法。 ２、　プラズマ発生器内の電弧をガスを通過せしめる赤
   ミことによって前記ガスプラズマを発生させろことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、　プラズマ発生４内のアークを１１６導により発生
   させることを特徴とする特許請求のＰｉ　！？＠第１第
   １項寸１２項の１ハずり、かに記載の方１表。 ４、塊状の固体還元剤を反応ゾーンに連続的に添加する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３頃のいず
   れか１項（ζ記載の方法。 ５、　　＊状の固体還元剤が木材、石炭又はコークスか
   ら成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第４項
   のいずれか１項に記載の方法。 ６、　前記プラズマガスが反応ゾーンから再循環される
   プロセスガスから成ることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項〜第５項のいずれか１項に記載の方法。 Ｚ　塊状の固体架元剤が石油コークスのブリケット、木
   炭粉末のブリケット汲び木炭塊からなる群より選択され
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第６項のい
   ずれか１項に記載の方法。 ８、噴射される還元剤が、木炭粉末、粉末化された石油
   コークス、及びガス状又は液状炭化水素。 例えば天然ガスプロパン軽質ベンジンなどからなる群よ
   り選択され／ζことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   〜策７項のいずれか１項に記載の方法。 ９、７リ力含有出発物質として石英砂を用いることｆ：
   特徴とする％￥Ｆ請求の範囲第１項〜第８項のいずれか
   １項に記載の方法。 １０、鉄原料として遊離鉄を含有する物質、例えば鉄ペ
   レット、鉄充填物等を用いることを特徴とする特許請求
   の節１ｇ１」第１項〜第９ｆ１１のいずれか１項に記載
   の方法。 １１、鉄原料として酸什第二鉄を含有する出発物１２、
   鉄原料として仮焼された黄鉄鉱な用いることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１頂〜第９項のいずれか１「はに記
   載の方法。 １３、主とし７て２Ｆｅす、ＳｉＯ２から成るファイア
   ライトスラグを出発ｆ物πｉとしてイ吏用することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項〜第１２項のいずれか１
   項に記載の方法。