JPS6044385B2 - 鉄合金の製法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、鉄ニッケルの如き鉄合金の製法、より詳細に
は、電気炉と回転炉との組合せから成るシステムのエネ
ルギ効率を改良する方法に係る。

鉄合金の製造に使用される従来の多くの装置では鉱石を
その組成に応じて予処理し、次に石炭又はその誘導体の
如き固体還元剤と混合し、その後、これを回転炉に導入
して乾燥し、加熱し、更．に部分的に還元する。回転炉
から出た鉱石は電気炉に入り、温度約１７００℃まで加
熱され、溶融合金状態となるまで還元され、不純物はス
ラグの形状で除去される。全体として見れば、これらの
処理は、相当量の．エネルギを消費する。

最終生成物の製造原価の決定因子たるこれらのエネルギ
は、３種の形、即ち電気、石油生成物並びに石炭もしく
はその誘導体の形で適用され得る。電気エネルギは発電
所から得られるが、大多数の発電所には石油生成物が供
・給されている。これらの生成物が燃焼したときに発散
するエネルギのうちで電力の形状で回収されるのは２５
〜３５％にすぎない。従つて、電力加熱の場合、直接加
熱で使用される燃料の３〜４倍量の燃料が消費される。
このような理由から電熱装置に代つて石油生成物の燃焼
を直接的に利用する加熱装置の使用が常に望まれている
。従来の鉄合金製造装置では、回転炉及び電気炉に於い
て鉱石に与えられる熱は夫々、燃料の燃焼と電気抵抗と
から得られる。

従つて、回転炉から出る鉱石の温度を上昇させるときに
燃料が果たす役割を電気エネルギが果たす役割より大き
くするための努力が続けられてきた。しかし乍ら、前記
ノの如き努力の結果獲得された進歩にも、溶融環の出現
によつて、早くも限界が生じた。溶融環は、鉱石の温度
のみならず加熱の均一性に左右されるものであり、ホッ
トスポットの存在が溶融環の形成の決定的要因となる。
これらのホットスポット・が現れるため、回転炉内の石
油生成物の燃焼により利用し得る熱の量は或る限度内に
制限される。このような限度が存在するため、回転炉内
の鉱石の高流量と回転炉の出口に於ける鉱石の高温度と
の間で選択が行なわれなければならない。この段階で別
の問題を考慮しなければならない。即ち、電気炉の処理
容量は、炉が鉱石に供給し得る電熱量によつてのみ制限
されるということである。従つて回転炉が常時電気炉の
処理容量の増加に対応できるとすれば、製造される鉄合
金の単位当りの電力消費量を減少させることによつて、
処理容量を増加できる。従つて電力消費量の改善が回転
炉の処理能力の増加に一致することが望ましい。この条
件を満足させる限り、エネルギを節約することにより設
備の生産性を向上させ、更に鉄合金のトン当りの所要設
備投資額を減少させることができる。前記の如き理由に
より、本発明の１つの目的は、公知の装置に比較してエ
ネルギ効率を改良し得る鉄合金の製法を提供することで
ある。

本発明の別の目的は、製造される鉄合金１トン当りの設
備投資額を減少し得る前記のタイプの方法を提供するこ
とである。

更に本発明の別の目的は、既存の装置のエネルギ効率及
び生産性を改良し得る方法を提供するこである。

本発明に於ける前記目的及び以後の記載より明らかにさ
れるであろう別の諸目的は、電気炉のアーチ型の屋根部
に配置されている少くとも１個のバーナを介して燃料と
配素含有ガスとを電気炉内に導入することを特徴とする
鉄合金の製法により達成される。

゜゜アーチ型の屋根部に配置されている゛とは、１個又
は複数個のバーナからの出口が、鉱石の表面と電気炉の
アーチ型の屋根部との間のアーチ型の屋根部にほぼ近接
した領域に配置されていることを意味する。

本発明の基礎を成す研究によれば、例えば粉末炭、燃料
ガスもしくは石油生成物の如き何らかの適当な燃料を使
用し得る前記の如きバーナを付加することにより炉の行
為をいささかも防害することなく、電力消費量の相当量
の減少が可能であることが判明した。

炉のアーチ型の屋根部に前記の如きバーナを付加する結
果、炉から脱出するガス即ち煙霧の流量及び温度が増加
する。

これらの煙霧は温度１４０σＣに到達することもあり、
更に、必ず回収しなければならない鉱石の１部を微粒子
の形状で飛沫同伴する。従つて除塵装置の配備が必要で
あり、この装置は高熱ガスに対する抵抗性を有していな
ければならない。これらのガスが高温である故に、その
含有熱を回収することが極めて重要である。除塵以前又
は除塵以後に高熱ガスを熱交換器に通して前記の如き熱
の回収が行なわれる。しかし乍ら、本発明方法の独創的
特徴の１つによれば、より好ましい別の解決法が提供さ
れる。これによれば煙霧が電気炉から回転炉に直接に送
られる。この解決法は、極めて多くの利点を有する。除
塵は回転炉内部で自動的に行なわれ、これにより熱交換
器内で不可避的に生じる熱損失が回避される。更に回転
炉に供給される熱は、火炎燃焼により生じるものではな
い。最後に、回転炉内に導入される空気が煙霧によつて
希釈されるので、この空気は依然として酸化効果を有し
ているが、酸素含有量は減少しており、従つて火炎の高
熱部分は余り明白でない。しかし乍ら、火炎の付近に熱
が流れる結果、別のホットスポットが形成される。従つ
て、本発明の好ましい具体例によれば、チューブ内の主
バーナの機能を変更して、燃料の燃焼をチューブの全長
に亘つて配分することにより前記の如きホットスポット
の形成を阻止する。又、回転炉内の１個のバーナを、例
えばメタルゲゼルシヤフト●アー●ゲーＲｅｖ．Ａｃｔ
ｉｖ．Ｎ．Ｓ．ｌ２号（１９６９）に記載の如く配置さ
れた複数個のバーナで代替することも可能である。前述
のように、導入された煙霧は、配化剤及び還元剤として
はなく希釈剤として使用される。それは溶融環が生じう
る場所を形成することを回避するための熱交換を行なう
緩衝材として作用し、又、燃焼火炎の温度を減少させる
ことによつて溶融環を生じることを防止する。熱交換器
内で鉱石を回転炉から出る煙霧で予熱する場合にも、回
転炉内で消費される燃料の量も減少し得る。

このような燃料消費量の減少により、更に火炎を最適な
長さに調整することが可能であり、従つて新たなエネル
ギ節約を実現し得る。燃料の完全燃焼を確保するために
、酸素を燃料と同時的にアーチ型の屋根部に噴射しなけ
ればならない。

意外にも、燃料と鉱石の還元により生じるガスとを酸化
させるのみでなく回転炉内で還元された鉱石の部分を酸
化し得る量の酸素の噴射が好ましいことが判明した。回
転炉内で還元される鉱石の量が増加するにつれて電気エ
ネルギの節約量も増加すると従来考えられていただけに
、これは意外な知見であつた。

しかし乍ら、本発明の最も重要な教訓の１つとして発明
者等は、回転炉内で還元された鉱石の部分を電気炉内て
再び酸化することが更に大きな電力節約源であることを
証明した。しかしながら、電気炉内で再酸化を生ぜしめ
るためには、回転炉内に導入される出発原料に予め多量
の固体還元剤を添加しておくことが必要である。

この酸素を、可能ないかなる方法を用いて電気炉内部に
導入してもよいことは明白であるが、より実際的には１
個又は複数個のバーナが酸化的に作動するように調整す
る。

導入される酸素はいかなる適当な形状であつてもよい。

例えば純粋酸素又は空気であつてもよく又は空気と酸素
とのいかなる混合物であつてもよい。電気炉の行為を支
配する平衡は動的平衡である・こと、及び炉内に導入す
べき酸素の量は化学量論的必要量でなく、電気炉を通過
する間に反応する時間がない酸素を考慮に入れた補正率
を化学量論的必要量に乗算した量であることに注目され
たい。

この補正率は、各装置及びその処理方法によつて異なる
が、当業者は容易にその値を決定し得るであろう。更に
追記すれば、本発明方法の提供する利点を十分に利用す
るために、鉱石の表面をバーナの火炎に近接させること
が望ましい。

このために、電気炉内部に装入する鉱石の量を増加すれ
ばよい。更に本発明の１つの目的は、前記の方法を連続
的に処理し得る工業装置を提供することである。本発明
の別の目的は、鉄ニッケルの製造に使用し得るの乙でな
く、副次的な変更によつて高融点を有する他の鉄合金の
製造にも使用し得るこのタイプの装置を提供することで
ある。これらの目的は、電気炉と回転炉との組合せから
成るシステムと、電気炉のアーチ型の屋根部に配置され
た１個以上のバーナと、電気炉から脱出するガス即ち煙
霧を回転炉内部に導入する手段との組合せから成る装置
により達成される。

電気炉と回転炉との組合せから成るシステムは可能ない
かなるタイプのものであつてもよく、特に、ジエー●ア
ール●ボルト著′６ザ●ウイニング・オブ・ニッケル゛
４００ページ以降（テクニカル●エデイタニボール●ク
ノー、１９６７）に記載のタイプであつてもよい。

回転炉内部に煙霧を導入する手段は、本質的に、空気噴
射バイブを備えており且つ電気炉の煙突を回転炉に接続
する導管と、前記煙突を閉鎖するシステムとから成るの
が好ましい。

この装置は更に、前記導管内の煙霧の流量を電気炉内を
支配する圧力に従つて調整する手段と、回転炉の入口に
配置された熱交換器と、空気及．ひ／又は酸素を電気炉
内部に導入する装置を備えていてもよい。

下記の記載は、本発明の理論をいかにして実施し得るか
ということを、添付図面と共に、非限定的に説明するも
のである。

第１図〜第５図に共通の部材は同一の参照符号を有して
おり、唯１度だけ説明する。

第１図は、従来の鉄合金製造装置を極めて概略的に示す
。

この種の装置は本質的に、バーナＣを備える回転炉Ａと
煙突Ｄを備える電気炉Ｂとから・成る。処理すべき鉱石
に固体還元剤を添加後、符号１から回転炉Ａに導入する
。ここで鉱石は乾燥し、加熱され且つ１部還元される。
前記の如く処理された鉱石は符号３に於いて回転炉から
導出され、符号４から電気炉Ｂに入る。ここで鉱石は溶
融且つ還元されて、望ましくない元素は符号５に於いて
スラグの形状で除去され、鉄合金は符号６に於いて液体
状態で回収される。電気炉Ｂで発生する煙霧は、煙突Ｄ
から排出される。次に、本発明方法の概略図たる第２図
を参照すると、第１図のバーナＣが複数個のバーナによ
り代替されていることが理解されよう。

例として３個のバーナＣ。，Ｃｌ，Ｃ２が図示されてい
る。更フに、電気炉の煙突Ｄは少くとも部分的に閉鎖さ
れており、前記炉から脱出する煙霧は符号７に於いて取
出され、符１０に於いて回転炉内部に導入される。最後
に、電気炉ＢはバーナＥを備えており、該バーナの口部
は、炉のアーチ型屋根部又か・炉のアーチ型の屋根部に
近接して配置されるのが好ましい。第３図及び第４図に
示す変形例では、電気炉Ｂの煙突Ｄは熱交換器Ｆを備え
ており、炉内で発生した煙霧が該熱交換器を通過する。

これらの煙霧ｋから回収された熱は、符号１２に於いて
熱交換器に入り符号１３に於いて熱交換器から出る酸化
ガスに伝達される。この酸化ガスは、空気、酸素又は両
者の混合物であつてもよい。熱交換器を出た酸化ガスは
、第３図の変形例の如く符号１０に於いて回転炉に流入
するか、又は第４図の変形例の如く符号１４に於いて電
気炉に流入する。第５図は、本発明方法の実施に適する
装置をより詳細に示す。

この装置はやはり回転炉Ａと電気炉Ｂとから成り、この
場合、回転炉は１個のバーナＣを備えており、電気炉Ｂ
は煙突Ｄと前記炉のアーチ型の屋根部を貫通するバーナ
Ｅとを備える。バーナＥには、符号１５に於いて燃料、
符号１６に於いて一次空気、符号１７に於いて二次空気
が供給され、前記二次空気はポンプＧにより供給される
。

更に、電気炉内で発生する煙霧は煙突Ｄに流れ込むか又
は、ポンプＬにより供給される噴射バイブＮを備える導
管Ｈを介して回転炉Ａに流れ込む。煙突Ｄ及び導管Ｈに
向けられる煙霧の容積は２個のダンパＪ，．Ｍの調整に
より決定される。ダンパＪは煙突Ｄ内に配置されており
、ダンパＭはブラストバイブＮとその供給ポンプＬとの
間に配置されている。調整システムＫを用い、電気炉Ｂ
の内部で得られる圧力に基いてダンプＪ１Ｍが調整され
る。他方、回転炉ＡのバーナＣには、符号１８に於いて
燃料が供給され、符号１９に於いて空気の如き酸化剤が
ポンプＰにより供給され、符号２０に於いて二次空気が
ポンプＱより供給される。

調整システムＲを用い、二次空気の流量は、回転炉Ａの
煙霧の酸素含量に基いて調整される。該煙霧は熱交換器
Ｔを通り符号２１に於いて回転炉から排出される。下記
の非限定的実施例は、個々の場合の適当な処理条件を専
門家に容易に決定させ得る目的で示される。

これらの実施例中、略号゜゜ｔｓ゛は１秒当りの鉱石の
トン数である。実施例１ この実施例は、電気炉と回転炉との組合せから成るシス
テムに係り、本発明方法を使用していない、従つて、他
の実施例との比較手段として役立つ。

これは第１図の回転炉／電気炉システムである。この実
施例の主要な処理条件及びこの実施例により得られた主
な結果を下記に示す。

一 回転炉内部に導入される鉱石の量： ３０ｔＳ／時一 回
転炉Ａ内でバーナＣが消費する燃料：
６０ｋ９／ＴＳ− 回転炉の出口３の
鉱石の温度：９５０℃− 電気炉から出る煙霧の容積及
び温度： ９００℃で１００００Ｎ
７７ｔ！′／時一 電気炉Ｂの消費量：４８５ＫＷ時／
ＴｓＯ実施例２この実施例は第２図の装置に対応するが
予還元鉱石の酸化は行なわれない。

この実施例の主要処理条件及びこの実施例で得られた主
な結果を下記に示す。一 回転炉内部に導入される鉱石
の量： ３９ｔＳ／時一 回
転炉内の３個のバーナにより消費される燃料：４７ｋ９
／Ｔｓ一 回転炉の出口３に於ける鉱石の温度：９５（
代）− 電気炉のアーチ型の屋根部のバーナＥにより消
費される燃料：１０ｋ９／Ｔｓ一 電気炉から出る煙霧
の容積及び温度１２０（代）で１００００Ｎイ／時−
電気炉の消費量：４５５ＫＷ時／ＴｓＯこれにより、回
転炉の処理容量が増加し、同時に電力消費量と燃料消費
量とが減少していることが理解されよう。

実施例３ この実施例は第３図の装置に対応するが、予還元鉱石の
酸化は行なわれない。

この実施例の主要処理条件及びこの実施例で得られる主
な結果を下記に示す。一 回転炉内に導入される鉱石の
量：３９［Ｓ／時一 回転炉内の３個のバーナにより消
費される燃料：４９ｋ９／Ｔｓ一 回転炉Ａの出口３に
於ける鉱石の温度：
９５Ｃｆ′Ｃ− 電気炉のアーチ型の屋根部のバー
ナＥにより消費される燃料：１０ｋｇ／ＴＳ− 熱交換
器を通過以前の電気炉から出た煙霧の容積及び温度：１
２０（代）で１０００側ｄ／時− 電気炉Ｂの消費量：
４５５ＫＷ時／ＴｓＯこの場合、回転炉内の燃料消費量
は実施例２よりやや多い。

実施例４ この実施例は第４図の装置に対応するが、予還元鉱石の
酸化は行なわれず、更にバーナＣｌ，Ｃ２は使用されな
い。

この実施例の主要処理条件及びこの実施例で得られる結
果を下記に示す。

一 回転炉内に導入される鉱石の量：３０ｔｓ／時一
回転炉Ａ内のバーナＣ。

により消費される燃料：６０ｋｇ／ＴＳ一 回転炉Ａの
出口３に於ける鉱石の温度：
９５ＣｆＣ− 電気炉のアーチ型の屋根部
のバーナＥにより消費される燃料：３ｋ９／Ｔｓ一 電
気炉から出る煙霧の容積及び温度：１２０Ｃ）０Ｃで１
００００Ｎボ／時一 電気炉Ｂの消費量：４５５ＫＷ時
／ＴｓＯバーナＥの燃料消費量の少ないことに注目され
た。

実施例５ この実施例は第２図の装置に対応するが、予還元鉱石の
酸化を伴なう。

この実施例の主要処理条件及びこの実施例で得られる結
果を下記に示す。

一 回転炉内に導入される鉱石の量：３９ｔＳ／時−
回転炉Ａの３個のバーナ（ＣＯ，Ｃｌ，Ｃ２）により消
費される燃料：４７ｋ９／ＴＳ− 回転炉Ａの出口３に
於ける鉱石の温度：
９５（代）一 電気炉のアーチ型の屋根部でバーナ
Ｅにより消費される燃料：１０ｋｇ／ＴＳ一 電気炉か
ら出る煙霧の容積及び温度：１２００Ｃで１００００Ｎ
イ／時− 電気炉Ｂの消費量：４３５ＫＷ時／ＴｓＯこ
の実施例では、電力消費量が更に減少している。

これらの実施例より、当業者は、本発明方法の重要性を
更に容易に理解し且つ夫々の要求に最も適当な実施態様
を更に容易に選択し得るであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は既存の鉄合金製造装置の概略説明図、第２図は
本発明方法の好ましき具体例の概略説明図、第３図及び
第４図は本発明方法の変形例の概略説明図、第５図は本
発明方法の好ましい具体例で使用し得る装置の概略説明
図であり、種々の流体の回路のみが完全に図示されてい
る。 Ａ・・・回転炉、Ｂ・・・電気炉、Ｃ・・・バーナ、Ｄ
・・・煙突、Ｅ・・・バーナ、Ｆ・・・熱交換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気炉を回転炉との組合せから成るシステムを用い
   、前記電気炉の屋根部下方に配置された少くとも１個の
   バーナを介して燃料と配素含有ガスとを電気炉内部に導
   入することを特徴とする鉄合金の製法。 ２ 前記ガスが空気であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の方法。 ３ 前記電気炉内で発生する煙霧が直接的に前記回転炉
   に送られることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の方法。 ４ 前記燃料を酸化するために必要な量よりも多量の酸
   素を電気炉内部に導入することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の方法。 ５ バーナを酸化的に作動させることにより酸素を導入
   することを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の方
   法。 ６ 前記回転炉から出される煙霧により前記回転炉の入
   口に配置されて熱交換器内で鉱石を予熱してなることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ７ 前記電気炉内部に導入される鉱石の表面が、前記電
   気炉の屋根部下方に配置されており且つ酸化的に作動す
   べく調整されている少くとも１個のバーナにより加熱さ
   れ、前記電気炉内で発生する煙霧が直接的に回転炉に送
   られることを特徴とする特許請求の範囲第１項の記載の
   方法。 ８ 前記ガスの少くとも１部が、前記電気炉内で発生す
   る煙霧により熱交換器内で加熱されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ９ 酸素含有ガスは、前記電気炉から出る煙霧により熱
   交換器内で加熱された後に、前記回転炉内部に導入され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法
   。 １０ 電気炉と回転炉との組合せから成るシステムによ
   り鉄合金を製造する装置に於いて、前記装置が更に、前
   記電気炉の屋根部下方に配置されている少くとも１個の
   バーナと、電気炉内で発生した煙霧を前記回転炉内部に
   導入する手段とを備えていることを特徴とする鉄合金製
   造装置。 １１ 前記電気炉内で発生した煙霧を回転炉内部に導入
   する前記手段が、前記電気炉の煙突を前記回転炉に接続
   するダクトと、前記ダクトの端部間に配置されている空
   気噴射パイプと前記煙突閉鎖システムとから成ることを
   特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載の装置。 １２ 前記電気炉の屋根部下方に配置されているバーナ
   と、煙突と、前記煙突を前記回転炉に接続するダクトと
   、前記ダクト内に配置されている空気パイプと、煙突と
   ダクトとに夫々配置されており且つ調整システムに連結
   されているダンパと、回転炉の入口に配置されている熱
   交換器との組合せを有することを特徴とする特許請求の
   範囲第１１項の記載の装置。 １３ 回転炉内部に導入される酸素含有ガスの少くとも
   １部の流量を、回転炉から出る煙霧の酸素含量に従つて
   調整する調整装置が更に備えられていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１２項に記載の装置。