JPS60208409A - 溶融還元による金属溶湯の製造方法 - 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】 （技術分野） 炭素によって還元し得る金属酸化物あるいは酸化物系鉱
ｂ（以下単に鉱石類という）を用いて、その還元金属の
溶湯を得る簡便な方法に関してこの明ｓｇ＋で述べる技
術内容は、とくに粉状もしくは粒状の鉱石類を使用して
高効率下に安価な製造コストで溶融還元による金属溶湯
を冑ることの開発成果を提案づるところにある。

ここにいう鉱石類とは、例えば鉄鉱石、クロム鉱石、ニ
ッケル鉱石、マンガン鉱石、ボロン鉱石（ボロン酸化物
）などを指し、いずれも炭素によって還元し得るもので
ある。

これらのどの鉱石についでも従来の金属溶湯製造法や問
題点はほぼ同様であるので、ここでは例としてクロム鉱
石からＦｅ−Ｃｒ−Ｃ合金浴温を冑る場合について言及
すると次のとＪ３りである。

ステンレス鋼の母溶湯として適合するＦｅ−Ｃｒ−Ｃ溶
融合金を得る方法としては一般に高庚素フェロクロム（
以下Ｉ」Ｃ−ＦｅＣｒ　）とスクラップを主原料とし電
気炉で溶解するのが通例である。

一方にＪ５いて転炉内の溶銑中にクロム鉱石と炭累含有
物（例えば］−クス、石炭）を供給し、炭素含有物をＩ
ＩＩ素ガスにより燃焼させて熱源に利用ηるとともにク
ロム鉱石を炭素還元して上記Ｆｅ−ｃｒ−ｃ溶融合金を
得る方法も周知である。

この２　Ｚｊ法のうち、前当は゛心気エネルギーの高Ｉ
ＩＮＩな場合にはＴ！Ｊ迄」ストが高み好演的でなく、
また後右は、“１ｈ気土ネルギーを使用しない点Ｐ　４
ｊ利であるが、転炉内へ供給するクロム鉱石と炭素含有
物が転炉からｌＮ％する大損の排ガスとともに系外へ１
ノＦ出されることを防ぐため、粒径の下限値に制約があ
り鉱す類の有効利用の面で得策でない。

づなわら原料のクロム鉱石はわ）状又は粒状で採＆ｌ！
される割合が、塊状に比してはるかに多いため、粉粒状
の鉱石類の方がより安ｌｉｌぐあり、また、コークス、
石炭なども一般に塊状のものに比し粉状・粒状のものの
方が安価であるため、粒径下限値の制約があると安１ｄ
ｌｉで豊富な負源を有効に使うことはできない。

（従来技術と問題点） ここに上吹きランスから鉱石粉、コークス粉、および酸
素を炉内に供給する方法が特Ｆｉｔ昭５８９９５９号公
報に開示されている。しかし、この場合、酸素気流と、
鉱石粉の粉粒が別々のノズル孔から炉内に供給され、十
分に混合・燃焼できないため、粉粒状鉱石が高温部分を
通過づることはできないし、さらにまたりＵム鉱石のみ
を気体搬送づると搬送配管の摩耗の問題が生ずる。

（発想の端Ｉｆｆ　） 上述のような経緯のもとで、まず転炉炉底に設置された
羽口よりクロム鉱石粉、炭素含有物を溶鉄中に吹込む方
法につき実験を１０ねたところ、塊状鉱石を浴面上方よ
り添加する場合に比し高効率にりＵ部分の回収ができ、
とくにクロム鉱石粉を吹込む羽口に対しこれを取り囲む
環状羽口から酸素ガスを供給し、この酸素ガスと溶鉄と
の反応により形成される高温部をクロム鉱石が通過づる
ような４？４造の羽口を用いることによりクロム収効率
が人きくなることが明らかになった。

この実験には、第１図（ａ　＞　（ｂ　）に示すようｆ
ｃＫ３重管羽Ｌ１を用いた。図中１はクロム鉱石粉の吹
込みを司どる円形羽口、２は円形羽口１との間にてｌＳ
Ｉ！素カスの供給に供した環状羽目の各間Ｏｒあり、３
は環状羽口を取囲ん０羽口に冷却ガスを導く環状ηきま
Ｃあり、４は炉底を示す。この場合にＪ３いて、クロム
鉱石はとくに硬さが畠いため、配管・１５羽ｌ」の内面
摩耗が茗しく、短期間で配管１５羽口の交４ｆＡなどの
保守が必要となって、実操業に支障を来たづうれいがあ
り、したがって、安価な粉状もしくは粒状のクロム鉱石
を高いクロム回収効率に（転炉内に供給する場合には、
摩耗の問題についＣ考慮を１べき必要が認められた。

つまりクロム鉱石の如き鉱石類の還元効率を高めるため
には、第一に鉱石自体を高温にし、できれば溶融状態に
りることか望ましく、この高温状態を比較的簡単にかつ
安価に得るためには粉粒状の鉱石類を用い、これともに
反応容器中に供給する炭素含有物を、Ｍｇガスにより燃
焼させることが要諦ひあり、また粉粒状の鉱石類が硬質
ぐあるとき、その転炉肉供給に際して伴われる羽目、配
管の１９！耗を回避りることも実操業上重要で−ある。

ここに摩耗を回避づるには、鉱石類の搬送速度を小さく
することが最も簡ＩＩ　′ｃ効果的であることが第２図
のように注目される。

１なわら内（￥２５璽璽φの配管用ステンレス鋼鋼管（
ＪＩＳ規格５ＵＳＴＰ）を用いてクムＯ鉱（−ｉ郭）を
空気によってｉ送した場合の管摩耗ωと搬送？気の線速
度の関係を調査した試験結果の一例を示η。

鉱石粉の搬送速度は搬送ガスの線速度に比例すると考え
られるので、第２図から搬送速度を低干さＵる効果は明
らかである。

とは云え第２図に示した摩耗ｍは搬送固気化にも大きく
影響を受けるところ、実機の場合には各々の状況に適し
た固気化と線速度とが決定されねばならないことから、
ステンレス鋼母溶凛を（ｑるような場合には、人聞のク
ロム鉱石粉を搬送するを要し、生産性を考慮して、固気
比を大きくし線速度を小さくづることが望ましいわけで
ある。

以上の条件下では第１図に示したような炉底羽口からの
吹込みは困難となる。そこで転炉のか口からランスを差
入れ少量の気体を用いて線速度を抑えながら浴面に硬質
の鉱石粉の吹付けを行い、この際とくに炉外への鉱？＝
＋１）の逸散を防ぎかつ高温雰囲気部を鉱石粉が通過Ｃ
ぎるように、炭素含有物を鉱す粉に混入してその噴射供
給流を取囲むｔｉｌｌ素ガスの噴流と拘束させ火炎を形
成づる実験を進めて、好成績が１りられることを見究め
た。

（発明の目的） 安１−１１な粉粒状の鉱石類を反応容器内に、＾温雰囲
気を通過Ｊるように噴射供給して、有効な炭素還元を行
わせ、畠効率下に、コスト的にも有利な溶融還元による
金属溶湯の製造方法を与えることがこの弁明の目的であ
る。

＜発明の構成） この発明は反応容器内に金属の酸化物又は酸化物系鉱石
を供給し、炭素により還元して金属ｒａ８ｉｌを得る方
法において、 金属の酸化物又は酸化物系鉱石の粉体もしくは粒体を反
応容器内に噴射供給し、これに対し酸素ガス気流を絢突
させてこの際同時に供給づる炭素粉によって生ずる高温
の火災中に上記粉体もしくは粒体を通過さける ことを特徴と覆る、溶融還元による金属溶湯の製造方法
である。

このブｕ　ＩＩＪ　ｒは鉱石に炭素含有物を混入した噴
出なかれに、酸素ガスを衝突さぜ（ｎるようなランス構
造によりクロム鉱石のごとき＾融点の鉱石でも容易に溶
融状態にすることができる。第３図（ａ）〜（Ｃ）にラ
ンスの一例を断面で示し、図中５は鉱石粉と炭素粉の噴
射ノズル、６は酸素ガスの噴気ノズル、７はランス水冷
通路であり、８でランスの最外管を示す。なお第３図（
Ｃ）において５′は鉱ｂｌ）の噴射ノズル、ｂ”ｉａ伏
累粉の噴射ノズルぐある。

第４図にはこの発明の実施に適合する設備、配管を示し
、９は反応容器、１０は鉄浴、１１はスラグ浴、１２は
噴射流、１３番よ底吹きガス配管、１４はランス８の水
冷冷却水配管、１５は酸素配管、１６は炭素粉のタンク
、１１は鉱す粉のタンク、　１８．１９は搬送用窒素ガ
ス配管、２０は合流管ぐある。鉱石粉と炭素粉は第４図
の合流管２０の如きにより予め混合（ることが好ましい
が鉱石Ｖ）の搬送速度を小さく　１１１１えることがで
きるなど、ノズル孔内面摩耗の問題がなｔノれぽ、必り
゛しも混合りる必要はなく、たとえば第３３図（Ｃ）の
ように鉱石粉および炭素１５）の噴射ノズル５１．５０
の出側にて鉱石粉と炭素粉との噴出流に対して１ｌｌｊ
ｌ？ガス噴気ノズル６を出た噴用気流が絢突すればよく
、また第３図（ａ　）のようにｔｉｌ！素ガス気流が鉱
石粉Ａ３よび炭素粉の噴出流の外側から衝突Ｊる場合だ
りに限らず、第３図（Ｃ）のように内側から外側に向Ｇ
ノで鉱石粉および炭素粉の噴出ｃ屑に対しｙ！Ｊ突Ｊる
ようにしてもよい。

なｄ３鉱わ粉と炭素粉を別々に吹出り第３図（Ｃ）の場
合、鉱石粉の供給流動の周囲を囲むように炭素粉の供給
流動を導く配管を施し、７ｊ−鉱？ＪＩ）の配管に穴が
おいても単に炭素粉とのみ混合づるにとどまるような構
造にすることがのぞましい。

第４図に従い炭素ｎ１なわら］−クス粉又は石炭粉と、
たどえばクロム鉱Ｅｉ　＄６）は別々のタンクから気体
搬送し、ランスの入口直前で混合し、この際安全性を考
腹しく、この混合粉をｌＩ２送する配管１８、１９．２
０に対し酸素ガス配管１５はランス偵端までは別々の配
恒にし、第３図（ａ）〜（Ｃ）に例示したノズル８を用
いて反応容器９内にＣ火炎を光生させ、この火炎中でク
ロム鉱石を加熱溶融さυる。

ここに供給された炭素わ）は、酸素ガスと反応してクロ
鉱石を加熱づると同時に、予剰の熱漬の一部は溶鉄に伝
わる間に、クロム鉱石の還元反応吸熱や排ガス顕然とし
て待人られる熱望を補償づる。

供給される炭素粉の種類や粒度によっＣは上記火炎中で
すべてが燃焼されるわけではないが、未反応の炭素は鉄
浴に浸入し鉄浴の炭素濃度を高めるために利用されるの
で支障はない。

上記のランスによって形成された火炎中を通過したクロ
ム鉱石粉を実験的に採取したところ、はとんど溶融状態
ぐあり、火炎中を通過りる短時間内でも熱伝達は十分に
行われ溶融状態になることがｉ（認された。

しかしｖ８５図に示づようにり１」ム鉱石の粒径が２龍
をこえると溶融しＣいる鉱石の割合が急激に減少し、こ
れにより還元反応の効率が低下りることか認められてい
る。従ってクロム鉱石粉番よ２１ｍ以下の粒径が望まし
い。

りＯム鉱ｂｌ）や炭素粉を浴面上から供給づるランスを
使用りることから、ＩＩ！ｌ素のみを吹き込むランスの
設置ができなくなる場合があり、この場合には、浴面上
に羽目を右する転炉、例えば底吹き転炉を有利に用いる
ことができ、ここに強攪拌力に由来したクロム鉱石の還
元反応速度増大の利益をもたらし非常に有効である。

また、炭素が上記のランスからの供給だけでは不足づる
場合、その不足分を炉底羽口から吹き込んぐもよいし、
経済的には多少劣るが、少山でもあるのでか口から塊状
の炭素含イｊ物を投入してもよい。

（実施例１） 第４図に示した設備と第３図のランス８を用いＣ１５ト
ン規模の転炉で行ったこの発明の実施例を以下に示す。

まず、転炉９へ３トンの予め脱燐された溶銑を装入した
。成分は表１の通りである。

転炉を直立してから底吹き羽目よりＩＯＮｍ’／ｓｉｎ
の流量の酸素ガスを供給し、炭素′ｌＡ度を一定にＪる
ために炉口からｔ５ｋｇ／１ｌｉｎの割合ぐコークス塊
を投入し、浴温度を１６００℃まで上昇さＣた。

続いてランス８を下降し酸素をＩＯＮ　ｍ３／　１ｎ、
コークス粉を２５ｋｇ／Ｉｎそしてクロム鉱石粉を３０
ｋｇ／ｌ１ｉ１１の割合で供給した。

ランス８から噴出した各原料は前述のように火炎を発生
しクロム鉱石は火炎中を通過して鉄浴面に達しているよ
うに見えた。その後は鉄浴温度が１６００〜１６５０℃
の範囲にあるように、底吹き酸素流愼とクロム鉱石粉の
供給速度を調整しつつ約９０分操業を続けた。操業の各
過程中のメタルの成分は１１１表に（Ｊ＋記したとおり
であった。

この実施例ぐは、クロム鉱石中の０１分の約９５％が、
メタル中に回収され、３％はスラブ中にＣｒ２Ｏ３の形
Ｃ残留し、残りの２％がダストやスピッティングへの逸
散量であった。

メタル中各成分の物質収支を計綽したところ、燐（Ｐ）
、硫黄（Ｓ）については、スラグ、メタル、ダストに９
よれる以外の割合（いわゆる不明分）が５０％近くにも
なった。理由は明らかではないが、ランスから噴出され
た］−クスが火炎中で燃焼づる時にコークス中のＰ、Ｓ
も酸化され、酸化物の気体（例えばｓｏｘ　、ｃｏｓな
と）となってＩＪＦガスとともに持ち去られたことが考
えられる。

この弁明のように炭素含有物を燃焼しつつ浴面上に供給
づれは、塊状のものを直接浴面に添加したり、炉底羽に
１を通゛して粉状のものを供給したりする方法と比較し
、１つ、Ｓの低いステンレス鋼母溶渇が得られることで
も石川Ｃある。

（実施例２） 前例と全く同一の設備と操業方法に従うが、ランス８か
ら供給するコークスの代わりに微粉炭を用いた場合につ
いＣ第６図にメタル成分の経時開化を示ず。

コークスと微粉炭とに本質的な違いはないが、微粉炭の
場合には含有づる水素弁が火炎中ぐ酸化し発熱するが鉄
浴面で再び水素に還元されるのぐ、転炉全体の熱収支の
観点からはコークス粉の場合よりし発熱量が小さくなる
。したがってランスを介して供給づる微粉炭は前例のコ
ークスの２！＋ｋｇ　／１１１より多りシ３０ｋｇＺＩ
Ｉ目１とした。この供給速用でも鉄浴中炭素濃度が減少
づる傾向にあったので、更に５ｋｇ／ｍ１１１の割合で
炉口から塊状コークスを添加した。

この実施例で、熱収支をｉ！を篩すると過剰に炭素分を
添加していることがわかるが、これは実験をｔｌつだ転
炉が小さいため、単位メタル当たりの炉体放散熱が大型
炉に比べて大きく、この熱を補うための炭素分に見合う
ことがわかった。

この発明によるクロム鉱石の還元プロセスと、冒頭に述
べた塊状鉱石の１添加法および炉底羽口からのクロム＃
ＭＡ１−１粉の吹込み法とを比較し、各り法のりＬｌム
鉱す中の０１分の回収率を第２表に対比しＣ小１゜ 第２表 この発明の方法は１添加法よりも回収率は高く、史に粉
状鉱もの炉底羽口からの吹込み法ど同等以上の回収率で
ある。

なお実施例ではこの発明を主にクロム鉱石の還元につい
て説明をしたが、冒頭に述べたように炭素で還元し得る
鉱石類ならば何でもこの発明の対象となり（番する。リ
ーなわら、マンガン鉱りを用いたフェロマンガンの溶製
、ニッケル鉱石を用いたフェロニッケル溶製、ボロン鉱
石（ボラックス、はう酸も含む）を用いたフェロボロン
の溶製などにももらろｌυ適用ぐきる。

更に、フェロアロイに限らず一般の鉄鉱石を用いた溶鉄
の溶製も全く同様にしてｉｉＪ　ＯＦ、”Ｃあり、高炉
での溶銑製造法あるいは還元鉄（スポンジ鉄）を電気炉
で溶解りる方法と比較してはるかに安価なプロ七スとし
Ｃ応用しｌｑるのは明らかひある。

（発明の効果） 以上の比較からこの発明は安価な微粉炭やコークス粉、
粉状鉱石を用いて高いメタル回収率を得ることが明らか
であり、従来の方法より優れた方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は粉状鉱石を炉底羽口から吹込む
方法における羽口構造を示（平面図と断面図、 第２図はクロム鉱石の搬送速度と配管ｔｆ耗ｍの関係グ
ラフであり、 第３図はこの発明の実施に用いたランス先端のノズル構
造を例示した断面図、 第４図は実験を行った設備を示づスケルトン図、第５図
はクロム鉱石の粒径と溶融状態比率の関係グラフであり
、 第６図は実施例（２）の結ｆＡ′ｃ、メタル成分の経時
変化を示ゴグラフである。 特ｉｉＴ出願人　川−ａ製鉄株式会社 第１図 （ａン （ｂ） 第２図 ７０４軒の槽佑匹感度　−人 第３図 （ａ）（ｂ） （Ｃ） 第４図 ｔ４（≧ ａ／ イ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、反応容器内に金属の酸化物又は酸化物系鉱石を供給
   し、炭素により還元して金属溶湯を得る方法にｄ３いて
   、 金属の酸化物又は酸化物系鉱石の粉体もしくは粒体を反
   応容器内に噴射供給し、これに対し酸素ガス気流を衝突
   させてこの際同時に供給する炭素粉によって生ずる高温
   の火災中に上記粉体もしくは粒体を通過させる ことを特徴とする、溶ａ還元による金属溶湯の製造方法
   。 ２、特許請求の範囲第１項において、金ｊｉｌｔ！化物
   又は酸化物系鉱石の粉体もしくは粒体とＭ′Ａ粉とを予
   め混合すること。