JPS5953217B2 - 溶融酸化鉄の製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は場所により少量の他の金属酸化物を含有する
溶融酸化物鉄の製法に関する。

溶融は塩基性耐熱ライニング好適には１６００℃〜１９
００℃で焼結したマグネサイトからなる塩基性耐熱性ラ
イニングを備えた誘導電気炉中で行われる。

るつぼ中での誘導電気炉による溶解により仕込原料を溶
融するために必要な電力はるつぼの壁に沿った層を通し
て供給される。

前記層の厚さは仕込原料の電磁的性質および炉の作業周
波数に依存する。

るつぼ中の仕込物の動きはるつぼの周波数および直径に
依存する。

誘導炉中での溶融作業のこれらの特性のために、るつぼ
の耐熱ライニングは腐食による侵食および摩食による侵
食にさらされる。

一般的に云って、摩食による侵食は溶融処理中比較的高
周波数を選択することによって制限される。

しかしこれは電力吸収層の厚さが減少するから、るつぼ
中特に高粘度をもつ溶融物中に好ましくない温度分布を
生じ、これは腐食による侵食を増大する。

周波数の選択もまた仕込物中の高化エネルギ吸収力をも
つという要求に依存する。

通常これは周波数のより低い方が、かつ炉の大きさが大
きい方が有利である。

誘導炉中で普通性われる溶融法の場合には、溶融金属に
対して化学的に本質的に不活性なるつぼを得ることは耐
熱ライニングの適当な選択により可能である。

ライニングの摩耗の大部分は低融点をもち且つ金属相よ
り冷たい非導電性ドロス相によｌ〕生ずる。

新しいライニングを備えたるつぼ炉は全型を使用してラ
イニングを型の融点まで誘導加熱して予備焼結し、その
後でスクラップ金属を仕込む。

次いで炉への電力を増大し、最初の仕込物と共に型が溶
解するときに溶解が始まる。

通常、るつぼ炉にはむしろ粗大物質が仕込まれるが、し
かしこのような炉は溶融物の強力な循環および相当な過
熱温度が前記粗大物質を溶融物中に迅速に溶解するのに
使用されるから金属チップなどを再溶解するのにも使用
される。

金属を溶融する時にるつぼ炉を運転するための上述の特
徴は誘導炉で鉄の酸化物を溶解する技術に直接利用でき
ない。

誘導炉における酸化鉄の溶融はアンモニア合成用の酸化
鉄を基本成分とする触媒の製造に関連して試みられた。

英国特許第８３３８７８号は誘導炉中での酸化鉄触媒の
製造を記述している。

炉はマグネサイトでライニングされ、これは触媒物質が
仕込まれる前に焼結される。

マグネサイトを炉壁と純鉄シートからなる金型との間に
突き固め、金型を赤熱すなわち８００℃〜９００℃に加
熱することによってライニングに結合させる。

炉に触媒材料を満たし、これを溶融すれば、金型もまた
溶融し、ライニングから抽出された若干のＭｇＯと共に
触媒材料の溶融物中に入り込む。

溶融物の大部分を注ぎ出し、炉に触媒材料を再仕込し、
これを溶融する。

ライニングから抽出されたＭｇＯの量はもし新しい仕込
物が０．０５％にすぎないＭｇＯを含有しているとして
も各新しい仕込物ごとに減少する。

上記特許はライニングを再新しなければならなくなるま
でに１５〜２０回の溶融操作を行うことができると述べ
ている。

誘導炉での溶融による酸化鉄を基本成分とする触媒の製
造は在ニューヨークのマーセル・デツカ−・インコーホ
レーテッド（Ｍａｒｃｅｌ ＤｅｃｋｅｒＩｎｃ、 ）
発行、エイ・ブイ・スラツク（Ａ、Ｖ、５ｌａｃｋ）お
よびシー・アール・ジエイムス（Ｇ、Ｒ，Ｊａｍｅｓ）
著「アンモニア（Ａｍｍｏｎｉａ ）Ｊ（１９７７年）
と題する書籍の１４５〜１４６頁に記載されている。

高品質の触媒を得るために誘導炉が推奨されているか゛
、このような炉は欠点もまたあることが強調されている
。

高投資費用および低電流能率のほかに、ＭｇＯがライニ
ング材として使用されたとしてもライニングの侵食が一
つの問題であることが強調されている。

冷態炉の始動は問題が多く、これを軽減するために炉の
始動中溶融した触媒を仕込むことが推奨されることが述
べられている。

この発明の目的は誘導炉で溶融酸化鉄を製造する方法を
提供し、またライニングを更新しなければならなく前に
多数の仕込み回数を行うことができる方法を提供するに
ある。

この目的は誘導炉のライニングの寿命を延長するにある
と定義される。

ライニングの寿命はその化学組成のほかに数種の因子に
依存する。

マグネサイトは他の炉により経、＠されるその制限に拘
らず最も適当な材料である。

長期に亘って耐久性のあるライニングをうるためにライ
ニングは最適に焼結されることが肝要である。

ライニングの温度も決定的因子である。

ライニングの腐食による侵食を増大する不必要に高い温
度にライニングをさらすべきではない。

溶融中湿度を仕込物の大部分が液状となる温度より高い
温度で、且つ溶融物中へのライニングの溶解度が増大す
る温度より低い温度に保つことによってライニングの磨
耗を減少させることが試みられた。

ライニングを温度衝撃または不均一な温度分布にさらす
べきではない。

これは歪を生じさせ、その結果亀裂を生じさせるからで
ある。

この発明の方法によってライニングの寿命を延長するた
めに上述の条件は考慮された。

これは適当なタイプのライニング、焼結の方法および溶
融操作の選択により行われた。

この発明の方法の特徴は特許請求の範囲に記述の通りで
ある。

上述の英国特許による方法により、焼結は実際上二段階
で行われる。

ライニングは最初８００℃〜９００℃に加熱される。

そこですぐに酸化鉄を仕込み、溶融する。

このことは最終的焼結がこの最初の溶融操作中に行われ
たことを意味する。

この焼結方法はライニングに激しい侵食を生じさせる。

何となれば、まず第１に未溶融酸化鉄は比較的高周波数
で溶融するための必要な電力を吸収し、このことは再び
溶融した物質がるつぼ壁に沿った薄層において全電力を
吸収することを意味するからである。

このことは溶融物の循環はむしろ不十分であるから、る
つぼ壁に沿ってるつぼを過熱することになる。

上述したライニングの激しい侵食の他の原因は優秀な焼
結を得るのに必要な普通の作業温度より高い過熱温度を
必要とする焼結方法を使用するためである。

この焼結方法に付随する問題を回避するために焼結を不
活性物質を施すことによって行い、これを酸化鉄を仕込
む前に炉から取出すことによって行うことができる。

しかしこの方法さえも骨の折れる仕事で、好ましくない
ことが判明した。

その理由は特にライニングは温度衝撃にさらされるから
である。

従って発明者らは酸化鉄に転化できる焼結性物質を施す
ことを試みたが、このような方法を使用することによっ
て上述した問題は回避できた。

発明者らにより選定された方法によれば、マグネサイト
が既知の方法で炉壁とシート状鉄の型との間に突き固め
られる。

ライニングを１６００℃〜１９００℃の温度で鋳鉄また
は鋼の溶融物により焼結する。

酸化鉄の溶融操作に変える時の温度衝撃を避けるために
、および始動時の問題を解決するために鉄溶融物の６０
％〜８０％だけを注ぎ出し、炉に直ちに高酸化物含量の
酸化鉄を仕込む。

前記焼結操作からの残余の鉄は前記酸化鉄により酸化さ
れ、溶融した酸化鉄の最初の仕込物の合体した一部とな
る。

前述のように、溶融操作中温度をできるだけ低く保つこ
とが有利である。

更に、溶融物中の不均一な温度分布はライニングを不均
一な侵食にさらすから避けるべきである。

低溶融温度はもちろん溶融物の粘度を増大させるから非
常に良好な焼結が必須となる。

このことはガス攪拌によって達成されることを発明者ら
は見出した。

間接的ガス攪拌が特に有利であることが判明した。

このような攪拌は炭素棒を溶融物中に下げてゆくことに
より得られる。

炭素棒は溶融物中の酸化物と反応してＣＯおよびＣＲ２
の混合物を放出し、これがはげしい循環作用を生起する
。

原料の粒子形も低温度での溶融に別の一つの問題を構成
することが判った。

１〜２ｍｍより大きい粒子は適当ではなく、これを微粒
状物質として溶融物中に引き入れるためには溶融物中で
の強力な循環を必要とする。

しかしこの問題は前記炭素棒により溶融物中に微粒状物
質を供給攪拌することにより解決できる。

次に、酸化鉄の製法ならびに酸化鉄に基ずく触媒を造る
ために他の金属酸化物助触媒を添加した酸化鉄の製造を
記述した例によりこの発明による方法を説明する。

例１ 本例は炉の始動および溶融酸化鉄の最初の仕込物の製造
について記述する。

中周波数型のるつぼ誘導炉を使用した。

この炉は高ＭｇＯ含量のマグネサイトでライニングされ
た。

マグネサイト物質はコイルを備えた炉壁とシート状鉄の
型との間に突き固められた。

電流を通して数時間をかけて約１３００℃に加熱した。

次いで炉に鉄または鋼の塊を満たし、これらの塊は炉へ
の電力の供給量が増大する間に溶融し、溶融物を１７０
０℃で２０分間保ち、その後で溶融物をコイルの丁度上
のところまで注ぎ出し、次いで徐々に１８００℃〜１９
００℃に加熱し、この温度で３０分間保ってから６０％
〜８０％の溶融物を注ぎ出した。

残存する鉄を所望の組成の酸化鉄混合物に転化するため
に前記仕込物中に赤鉄鉱（ヘマタイト）原料を回分式に
添加する。

電力の供給と前記原料の供給とを、固体と溶融した物質
の粘稠な混合物が得られるように調節する。

混合物中に、垂直方向に、および水平方向に均一な温度
分布をうるために添加した原料の各回分式仕込間の間接
的ガス攪拌によって混合物を攪拌する。

この間接的ガス攪拌は混合物中に炭素棒を降下すること
によって間欠的に行われる。

最良の結果は炉の縁に沿って且つ炉底に向って炭素棒の
降下を間欠的に行うことによって得られる。

炉は原料を繰返えし仕込み、かつ攪拌することによって
コイルの上端部に対応する深さまで満たされる。

原料の供給を止め、溶融物を攪拌により均質化する。

溶融物中の温度は１６００℃未満である。

溶融物の７０％〜８０％を注ぎ出せば、炉は赤鉄鉱また
は低酸素含量をもつ他の型の酸化鉄をいつでも仕込むこ
とができ、そこで残余の溶融物を所望の組成の溶融物を
変えることができる。

例２ 本例は焼結操作後に残留する鉄を所望の組成の酸化鉄に
変えた後の溶融した触媒の製造を記述する。

マグネサイトおよび赤鉄鉱または鉄と、少量の金属酸化
物である助触媒の混合物を仕込むことによって、仕込ん
だ物質の組成を注ぎ出す溶融した触媒の組成を対応する
ものとなす。

酸化鉄および助触媒の溶融は例１のように行った。

間接ガス攪拌による温度の均一化も上述のように行った
。

溶融した触媒の製造はライニングを１６００℃より高い
温度に露出することなしに行った。

この発明が意味する焼結および始動操作によって最も耐
久性あるライニングが得られた。

それは温度衝撃にさらされなかったし、焼結から溶融酸
化鉄の製造操作に移り変わる間にも亀裂を生じなかった
。

この発明の方法により溶融操作中１６００℃より高い温
度にライニングをさらすことなく酸化鉄を溶融すること
が可能であることが判明した。

ライニングには均一な温度分布が与えられる。

これは溶融物を攪拌する上述の特別の方法によって達成
され、この方法は他の方法が可能であるより低い温度で
溶融物を均質化することができる。

この発明による溶融酸化鉄の製造はライニングを取替え
なければならなくなるまでに各々１トンずつの溶融酸化
鉄の仕込物の少くとも９０回のるつぼ誘導炉の使用を可
能となす。

ライニングを取替えることおよび続いて行う始動操作は
費用を要し、手数のかかる操作である。

仕込数を１５〜２０回（英国特許第８３３８７８号）か
ら７０〜９０回に増大することができることは溶融酸化
物または酸化鉄に基づく触媒の製造方法における顕著な
節約となる。

この発明による方法は前述の方法によく適している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 塩基性耐熱ライニング、好適には１６００℃〜１９
   ００℃で焼結したマグネサイトの塩基性耐熱ライニング
   を備えた誘導るつぼ炉中で、場合により少量の他の金属
   酸化物を含有する溶融酸化鉄を製造する方法において、
   ライニングの焼結を溶融した鉄または鋼をライニングに
   適用することによって行い、前記による溶融物の多量割
   合量を注ぎ出し、残存溶融物を酸化鉄好適には赤鉄鉱を
   添加するための最初の仕込物の一部となし、それによっ
   て固体および溶融物の混合物が生成するように電力の供
   給および酸化鉄の添加を調節することによって生成した
   混合物の温度を調整し、温度を攪拌によって均一となし
   、生成した酸化鉄の多量部分を注ぎ出し、その後で炉に
   同じ操作で仕込み、溶融し攪拌し、次いで溶融物を注ぎ
   出し、ライニングを変えるまで仕込みと注ぎ出しとを繰
   返えすことを特徴とする、前記場合により少量の酸化物
   を含有する溶融酸化鉄の製法。 ２ 攪拌をガス攪拌により行う特許請求の範囲第１項記
   載の製法。 ３ 炭素棒を間欠的に、または連続的に、酸化物の混合
   物中に下げてゆくことによって攪拌を間接ガス攪拌によ
   り行う特許請求の範囲第１項または第２項記載の製法。 ４ 混合物の温度を、溶融物中の温度を溶融操作中酸化
   物の混合物の液相線温度より低い温度に保つようにガス
   攪拌により均一化する特許請求の範囲第１項ないし第３
   項のいずれかに記載の製法。