JPS61174148A

JPS61174148A - 高炭素フエロクロム溶融処理方法および絶縁性耐熱材施与方法

Info

Publication number: JPS61174148A
Application number: JP60233581A
Authority: JP
Inventors: ノリス　ビー　マクフアーレン
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-01-25
Filing date: 1985-10-21
Publication date: 1986-08-05
Also published as: ZA855096B; US4561885A; IN165118B

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、耐熱性材料の製造および使用に関し、より詳
しく言うと、高炭素フェロクロム溶融処理の受器に絶縁
性耐熱ライニングを施すための方法、およびこのような
処理から得られ、耐熱材として使用できるスラグ副生物
を提供する方法に関する。

〔従来の技術〕

耐熱材料は、高温状態で１通常、金属、スラグ、ガラス
、若しくはその他の腐蝕性物質と接触する構造材料とし
て使用しうる適応性を特徴としている非金属セラミック
からなっている。

耐火物は、化学的に、酸性、塩基性、または中性として
分類され、主として、原鉱石として堀られたままの状態
か、火で処理された状態か、または化学的に結合された
状態で発見され、がっ、塊状か、粒状、即ち細かく砕か
れた状態で使用される。

耐熱性材料は、用いられる原料と、そこに含まれる鉱物
によって、いろいろに分類される。そこで、耐火物は、
シリカ、耐火粘土、高アルミナ、マグネシウム−シリカ
、マグネシア−ライム、クロマイト、および炭素といっ
たグループに分けられる。

クロム鉱、即ちクロマイトおよび他の脈石を含むクロミ
タイト（ｃｈｒｏｍｉｔｉｔａ）は、主として、平炉前
壁補修の場合には砕かれた粒の生の状態で。

また、再熱床炉と平炉のドアには可塑化状態で、耐火物
として使用される。

クロム鉱の耐火物については、次に挙げる米国特許明細
書に開示されている。

米国特許第３０８，９３２号米国特許第１，４３７，５８４号米国特許第１，９１１，１８９号米国特許第２，７９２，３１１号米国特許第２，８０９，１２６号耐火物は、製鉄および製鋼の分野で、炉、煙道、煙突の
断熱材として、また湯道として、更には、取瓶、ポット
、るつぼ、および他の高温材用受器のライニングとして
広く用いられる。このような耐火物についての組成、分
類、用途に係る詳細な説明は、１９７１年、ＵＳスチー
ル（Ｓｔｅｅｌ）社発行のザ・メイキング・シェイピン
グ・アンド・トリーティング・オブ・スチール（Ｔｈｅ
　Ｍａｋｉｎｇ、　Ｓｈａｐｉｎｇ　ａｎｄＴｒｅａｔ
ｉｎｇ　ｏｆ　５ｔｅｅｌ）と称する文献に記載されて
いる。

製鉄および製鋼のほかに、耐火物は、高炭素および低炭
素のフェロクロムというクロム合金を作る際の電気溶融
処理のように、他の関連の高温処理にも用いられる。

フェロクロムは、鋳鉄、ステンレス・スチール。

およびその他の特殊鋼を製造する際に使用される重要な
合金である。クロムの唯一の商業的利便性を有する鉱石
であるクロミタイトは、酸化鉄および酸化クロムが、結
合状態で存在している原料である。

クロマイト（ＦｅＣｒ２０４　）は、スピネル構造を有
し、かつ、他の脈石とともに、クロミタイト鉱中に存在
している。クロマイトは、高炭素フェロクロムとして知
られているものをつくるため、電気炉で炭素を使用し、
最も経済的に還元される。

高炭素フェロクロム、即ち周知のチャージクロムは、ク
ロム含有量を約５０％乃至７５％、炭素含有量を約４％
乃至１０％、シリコン含有量を１％以下、多くても約１
０％まで、というふうに変え、多くの仕様に基づくもの
が作られる。一方、低炭素フェロクロム合金は、２％を
最大とし、それ以下の炭素を含有し、かつ、通常、流動
性クロム鉱−ライム・スラグによるフェロクロム−シリ
コンの脱シリコン化を含む２段処理若しくは３段処理に
よって作られる。

アメリカ材料試験協会（ＡＳＴＭ）の仕様Ａ−１０１−
５０に基づく高炭素フェロクロムおよび低炭素フェロク
ロムの含有量を次に示す。

高炭素（％）　　低炭素（％）Ｃｒ　　　６Ｇ〜７５　　　　６５〜７５０　　４〜６
２（最大）Ｓｉ　　　　　３　　　　　１．５電気炉の中で、炭素によるクロマイトの直接還元により
高炭素フェロクロムをつくる方法は、サブマージドアー
ク溶融法として知られている。

電極（通常、３つ）は、一種類以上のクロム鉱、コーク
ス、および石英、カオリン、ライムストーンなどのフラ
ックスからなるバートンの中に浸けられる。この混合物
は、炉の頂部や、３つの電極の周りに供給される。

溶融の際、鉄およびクロムの酸化物は、還元されて溶融
金属を生成し、また、この溶融金属より軽い鉱石中の他
の脈石成分は、溶融スラグ副生物を形成する。固有の流
動度が得られるよう、スラグは、約２６％乃至３２％の
シリカ（ＳｉＯｚ　）を含んでいなければならず、一般
に、シリカ含有材料を。

鉱石混合物に加えて、所望のフンシスチンシーを付与す
るようになっている。

処理可能なスラグ副生物をつくりうるよう、計算された
冶金学的物質収支を考えて、電気炉に供給されるバート
ンを調製する。

炭素とクロマイトとの化学作用には高い温度が必要であ
るため、高炭素フェロクロムの製造の際、サブマージド
アーク電気炉が利用される。

焼成炭、コークスおよびピッチから作られている電極と
、充填物との間のアークは、バートン、即ち混合物の中
に埋められており、大半の熱は、バートンの抵抗によっ
て発生する。

最近の生産炉は、殆ど３相になっており、かつ、３つの
電極を三角形状にして用いている。溶融金属およびスラ
グは、炉の下方、多分、アークの下１２２ｃｍ（４フイ
ート）乃至１８３ｃｍ（６フイート）のところに集まる
。アーク温度は、約３６８０℃であるが、溶融金属およ
びスラブの温度は、下表に示すように、高炭素フェロク
ロムの炭素含有量に左右され、もっと低い。

Ｃｒ２Ｏ３の還元生成物に対する安定範囲生成隻　　　
　Ｕ　　炭素食有承Ω鯨フェロクロムＣｒ７Ｃ３１２５０〜１６００　　約９．０Ｃｒ２２（
４１６００〜１８２０　　　５．５〜６．０炭素含有量
が５．５％乃至６．５％のフェロクロム合金を製造する
際、炉からタップされる金属およびスラグの温度は、　
１６００℃乃至１８２０℃の範囲である。

クロム鉱の成分は５本質的に、Ｃｒ２Ｏ２、ＦａＯ１Ａ
ｌ□Ｏ，、ＭｇＯ，Ｃａｂ、　５ｉ０２である。クロム
鉱中の大事な鉱物は、Ｃｒ２Ｏ３およびＦｅＯであり、
これらは、電気炉の中で、クロムと鉄に還元され、目的
の高炭素フェロクロムを形成する。

クロム鉱中のＡｌ２Ｏ，、ＭｇＯ１ＣａＯおよび５ｉ０
２は。

脈石物であり、電気炉で一部、スラグを形成する。

コークスの組成は、本質的に、炭素と灰である。

コークス中の炭素は、Ｃｒ２Ｏ３およびＦｅＯの中の酸
素と結合し、それによって、ＦｅＣｒを遊離する。その
反応式は、次の通りである。

Ｃｒ２Ｏ３＋３Ｃ→２Ｃｒ＋３Ｃ○（気体）Ｆｅｏ　＋
　Ｃ−＋Ｆｅ　＋　Ｃ○（気体）コークス中の灰は１通
常、１０％乃至１２％で、主に、Ａｈ（ｈ、ＭｇＯ１お
よび５ｉ０２からなっており、また、スラグの一部を形
成する。

スラグを調整したり、冶金学的物質収支を所望の状態に
するため、一般に、石英（ＳｉＯｚ）、カオリン（Ａ１
２０．．５ｉ０２）、およびライムストーン（ＣａＣＯ
ｌ　）のようなフラックスを加える。

従って、クロミグイト中の脈石、コークス（灰）中の脈
石、添加されるフラックスは、電気炉中で、溶融スラグ
を形成する。

クロミタイトを溶かす作業において、溶融した金属とス
ラグの混合物を、耐火性煉瓦でライニングされた受器、
即ち取瓶に排出するため、溶融炉は、バートンの底の方
が定期的にタップされる。

重い溶融金属は、取瓶の下方部へ沈下し、また、軽い溶
融金属は、上部へ浮上し、そこで、第１の取瓶の上部か
ら濡出して、一般にスラグポットと呼ばれている第２の
受器へ流れて行く。そのため、スラグと、溶融金属とが
分離される。

従来、スラグボット中の溶融スラブ副生物は、スラグピ
ットへ注ぎ込まれ、そこで、凝結され、分離する段階で
、スラグの中に入り込んでしまっている細かな合金片を
回収するようになっている。

場合によって、高炭素フェロクロム溶融処理による最終
のスラグ副生物を、更に破砕し、道路用骨材、基礎充填
材、路肩材、または道路表面材への用途として販売され
る。

製鉄や、そのほか、鉱石や金属を処理する作業はもとよ
り、高炭素フェロクロム溶融処理においては高温が用い
られるため、従来、内部壁として耐火材を用いたり、ま
た、炉、受器、湯道、取瓶、および、高温材と接触させ
て入れるものの表面に絶縁性のライニング用として、耐
火材を用いる方法が行なわれている。

このような耐火材として、一般に、既に述べたような種
類のものが使われ、かつ、それらは、取り扱う高温材か
ら蒙る損傷や燃え切りを防止するべく、炉や、受器や、
取瓶などの金属外側支持要素の内側にライニングを施す
ため、煉瓦状とか、ブロック状とか、他の鋳形状にして
、構造的に装着される。

内部壁や、高温処理装置のライニングとして、耐火材を
用いて実施する装着費が、この装置の新設費のほかに加
算され、更にまた、在庫のためや、製造中にもたらされ
る劣化および摩耗による耐火物の定期的交換のための運
転費が派生してくる。

〔発明の目的〕

本発明の第１の目的は、高温材を取り扱う作業において
使用するのに好適な、新規で、しかも経済的な耐火材を
提供することにある。

本発明の第２の目的は、受器の中の高温材に対して十分
耐えうる耐熱物を用いて、高温材用受器の内部金属面に
ライニングを施す方法を提供することにある。

本発明の第３の目的は、溶融炉を出てから入ってくる材
料の高温に耐えつる第１の受器として使用するため、耐
熱材を用い、高炭素フェロクロムを溶融処理する受器の
内部金属表面にライニングを施す方法を提供することに
ある。

本発明の第４の目的は、製鉄及び製鋼、ならびに、関連
の鉱石溶融処理において、型に入れて作られる形状か、
または粒状で耐火物として用いることができる。高炭素
フェロクロム溶融処理の副生物としての経済的耐熱材を
提供することにある。

〔発明の要約〕

本発明は、耐熱材として用いられる高炭素フェロクロム
溶融処理のスラグ副生物の製造及び使用に関し、より詳
しく言うと、溶融炉から出される溶融した鉱物およびス
ラグを受ける第１の受器に対し、絶縁性耐熱ライニング
を施す方法に関する。

本発明による絶縁性耐熱材は、高炭素フェロクロム溶融
処理において凝結させた溶融スラグ副生物からなってい
る。耐熱物は、マグネシア。

アルミナ、およびシリカからなる無機化合物、より詳し
く言えば、Ｍｇ０４１ｚＯ３（スピネル）および２Ｍｇ
ｏ−８ｉ０２（フォルステライト）からなる鉱物を含ん
でいる。

この耐熱性スラグ副生物は、約１６５０℃か、それより
高目の融点を有する固体状態で存在する。

〔実施例〕

本発明は、高温材を取り扱う作業に好適な経済的耐熱材
の製造に関するものである。ここに言う耐熱材とは、高
炭素鉄クロム溶融処理過程におけるスラグの副生組成物
である。

このスラグは、主にマグネシア、アルミナ、およびシリ
カからなる鉱物を含む溶融塊である。これらの鉱物は、
主として、ＭｇＯ−Ａ１２０３（スピネル）や、　２Ｍ
ｇ０・５ｉ０２　（フォルステライト）の形で存在する
。また、スラグは、Ｃｒ２Ｏ３・ＭｇＯのようになって
いる少量の酸化クロムや、高炭素フェロクロム合金を回
収する際、このスラグから、除去することのできない少
量の高炭素フェロクロムを含んでいる。

次の表は１本発明において用いうる各種の高炭素鉄クロ
ムスラグの組成を示し、また、スラグ中に存在する各化
合物の範囲量を示す。

Ｍ　ｇ　０　　　　　３４　　　　　２０〜４５Ａ１．
０．　　　　　２４　　　　　１８〜３５Ｓｉ０□　　
　　　３２２３〜４３Ｃｒ２０３　　　　　６．０　　　　２〜１２Ｔ　ｉ　
０２　　　　　０．５　　　０．２〜２．０Ｆ　ｅ　Ｏ
１，２０，５〜２．０Ｃａ　ＯＯ，８０，３〜２．０高炭素鉄クロム　　　　１．５　　　　　１．０〜２．
０前述したように、上記の化合物のあるものは、スラグ
において、純粋な化合物の形としてでなく、ＭｇＯ・Ａ
１２０ａ　（スピネル）や、２Ｍｇ０−５ｉＯ２（フォ
ルステライト）のような鉱物の形で存在する。溶融性鉱
物であるアルミン酸マグネシウム、即ちスピネル（Ｍｇ
Ｏ−ＡｌｚＯａ）およびケイ酸マグネシウム、即ちフォ
ルステライト（２ＭｇＯ−３ｉＯ２）の融点はそれぞれ
、２１５０℃および１８９０℃である。

更に、スラグ耐熱材は、鉱物形成の際結合しない組成物
において、殆どか全くと言っていい程、はっきりとはシ
リカを呈しない。

高炭素フェロクロム溶融処理の溶融性スラグ耐熱物は、
フェロクロムそのものを処理する第１受器に対して耐熱
ライニングを施すのに、特に好適である。

本発明による凝固した溶融性スラグは、従来用いられて
きた煉瓦とか、他の成形挿入物のような耐火材を使用し
ないで、金属シェルを有するライニング加工や絶縁加工
がしてない受器に直接使用できる。

高炭素フェロクロム溶融処理における副生物としての耐
熱材の製造に係る次の実施例によって、本発明による方
法を説明する。

冶金学的物質収支を考慮し、電気アーク溶融炉に加える
バートン（ｂｕｒｄｅｎ）として、次のものからなる原
料成分を結合させ、顧客の要望によって決められる　５
．５％乃至６％の炭素を含有する高炭素フェロクロム合
金を製造した。

４０８ｋｇ　（９００ボンド）トルコクロム鉱４５ｋｇ
　（１００ポンド）フィリピンクロム鉱１０４ｋｇ　（
２３０ボンド）コークス２３ｋｇ　（５０ポンド）カオ
リン（ＡｂＯｚ）２３ｋｇ　（５０ポンド）石英（Ｓｉ
Ｏ□）このバートンを、約３６００℃のアーク温度を提
供しうる。バートンに埋め込まれた３つの離隔炭素電極
を有する電気炉の中で加熱した。２時間ごとに炉の底部
を開け、下方のコック栓から、約１６００℃のフェロク
ロムとスラグを溶出させた。この溶出物を、第１の溶融
材取瓶で受けた。

高炭素フェロクロム処理の第１受器は、２５．４ｍ＋＊
（１インチ）鋼板の外側シェルを備え、かつクレー洗浄
油で被覆されたシリカ煉瓦耐火物によるライニングが施
された８、５ｍ３（３００立方フイート）の大きさの取
瓶である。

第１取瓶が満たされる際１重い溶融フェロクロムは、取
瓶の底部に沈下し、一方、軽い溶融スラブは、上方へ浮
上し、注ぎ口を介して、ライニングを施してない第２の
７６ｍｍ（３インチ）鋳鉄スラグポットに注がれる。

タップを完了し、かつ、取瓶から鋳鉄スラグポットへ移
して、溶融スラグの分離を完了したら、ライニングを施
してないスラグポットにおけるスラグを、固形硬化した
７６ｍｍ（３インチ）クラスト。

即ちスラグのライナーが、スラグポットの露出した内部
金属表面に形成されるまで、冷却する。それから、スラ
グポットの殆ど中心部に残っている溶融スラグを、スラ
グ収集ピットへ注ぎ込む。既出の表のような組成物から
なる凝固した溶融性スラグの約７６＋＋＋ｍ（３インチ
）厚のライニングを含むスラグポットを、第１の受器、
即ち、電気アーク炉から直接取り出される溶融金属およ
びスラブを集めるための取瓶として用いる。

凝固したスラグライナーは、受器、即ちスラグポットの
外側金属シェルを絶縁し、かつ保護するために有効な耐
熱物として働くので、処理の第１受器としての従来の耐
熱材を使用する必要がない。

スラグ耐熱ライナを有する第２受器、即ちスラグポット
もまた、５０％フェロシリコン、７５％フェロシリコン
、フェロクロム−シリコン、シリコンマンガニーズ、な
らびに、高炭素フェロマンガニーズの溶融処理のような
関連の高温製造作業における他の高温材料を集めたり、
分離したりするための絶縁受器として用いることができ
る。

高炭素フェロクロム溶融処理において、上記のようにし
てつくられた耐熱スラグライニングは、長い作業時間に
わたって、処理に使われる第１受器における総耐熱材と
して、有効に、かつ経済的に利用できる。もし必要なら
、スラグ耐熱物は。

耐熱ライニングが、各タップ後とか、炉からの多数回の
連続的金属のタップ後にも使用でき、また、簡単にシェ
ルから払い落とせるよう、平滑な金属の内部表面を有す
る金属受器のシェルにおけるライニングとして設けてや
ることができる。

高炭素フェロクロム溶融処理の溶融スラグ副生物はまた
、第２スラグ受器からスラグピットへ移行している少量
の固体金属合金を除去するため、次の液圧式ジグによる
処理を行なってから、型に入れて作られる鋳造塊、即ち
粒状状態の耐熱材として用いられる。

液圧式ジグによって処理された粒状スラグは、バインダ
ーを用い、ブロックとか煉瓦などのような様々の形状に
鋳造される。粒状物はまた、製鉄とか製鋼産業の分野で
使われているように、他の高温材を処理する装置をライ
ニング、即ち補強するため、バインダーとともに使用で
きる。

耐熱スラグ組成物は、従来、道路とか、基礎充填材とか
、車道の骨材のようなものに限ってしか使用できないと
いうふうに信じられてきたが、本発明によるそれは、高
温材を取り扱う作業における廉価でしかも経済的な耐火
物として用いることができる。

例えば、従来の耐火煉瓦を使って、電気アーク炉から出
される溶融金属を１７５回のタップに亘って取り出す第
１取瓶にライニングを施し、その有効寿命を調べたとこ
ろ、計算の結果、従来の耐火煉瓦による設備費および維
持費が、製造されるフェロクロム金属正味１トン当り５
．３７ドルかかるのに対して１本発明によるスラグ酎大
物を取瓶にうイニングした場合は、製造されるフェロク
ロム金属正味１トン当り０．０６ドルであった。

本発明によるスラグ副生耐熱物を、ブロック状に鋳造し
、炉の湯道ライニングとして使用した。

それの製造および使用面に基づいたコスト計算をすると
、フェロクロム合金正味１トン当たりにつき、従来のも
のが０．５６ドルであったのに対して、本発明によるも
のは０．０５ドルであった。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）クロミタイトを、溶融炉の中で溶かし、この溶融
炉から出される溶融フェロクロムおよびスラグからなる
混合物を、第１の受器に入れ、この第１容器の中で、溶
融金属から溶融スラグを取り除き、それを、第２の受器
へ入れるようにする高炭素フェロクロム溶融処理方法に
おいて、（ａ）溶融スラグを、十分な時間、第２の受器
にとどめておき、前記第２受器の内部壁面に、流出不可
の固形化スラグのライニングを形成させる段階と、（ｂ）第２受器の内部壁面に、固形化スラグのライニン
グを保持させたまま、第２容器の中央部から流動性溶融
スラグを取り除く段階と、（ｃ）それから、耐熱材とし
ての固形化スラグのライニングが施されている第２受器
を用い、高温処理時における高温材を受ける段階とからなることを特徴とする高炭素フェロクロム溶融処
理方法。
（２）固形化スラグのライニングが施されている第２受
器を、第１の受器として用い、高炭素フェロクロム溶融
処理における溶融炉から出される溶融金属およびスラグ
の混合物を直接受けることを特徴とする特許請求の範囲
第（１）項に記載の高炭素フェロクロム溶融処理方法。
（３）金属面と接触する状態で、溶融スラグを第２受器
へ最初に受容させるべく、第２受器が、内部金属面を有
する外側シェルからなっており、かつ、前記シェルにお
けるライニングとしての凝結状態にある溶融スラグが、
入ってくる高温材との接触による燃え切りや、損傷が起
きないよう、金属シェルを絶縁させうる耐熱材として作
用させることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に
記載の高炭素フェロクロム溶融方法。
（４）金属シェルのスラグライニングの厚さが、少なく
とも、約７６ｍｍ（３インチ）であることを特徴とする
特許請求の範囲第（３）項に記載の高炭素フェロクロム
溶融方法。
（５）スラグライニングが、マグネシア、アルミナ、お
よびシリカからなる化合物で形成される溶融無機化合物
であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記
載の高炭素フェロクロム溶融処理方法。
（６）無機化合物が、アルミン酸マグネシウム、即ちス
ピネル、およびフォルステライトであることを特徴とす
る特許請求の範囲第（５）項に記載の高炭素フェロクロ
ム溶融処理方法。
（７）スラグライニングが、スラグの重量の約２０％以
上のマグネシアからなっていることを特徴とする特許請
求の範囲第（６）項に記載の高炭素フェロクロム溶融処
理方法。
（８）スラグライニングが、はっきりと認めうる量の遊
離状シリカを欠いた状態にあることを特徴とする特許請
求の範囲第（７）項に記載の高炭素フェロクロム溶融処
理方法。
（９）スラグライニングが、約２０％乃至４５％のマグ
ネシア、１８％乃至３５％のアルミナ、および２３％乃
至４３％のシリカからなる化合物の溶融混合物によって
形成されることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
に記載の高炭素フェロクロム溶融処理方法。
（１０）スラグライニングが、３４％のマグネシア、２
４％のアルミナ、３２％のシリカ、および６％の酸化ク
ロムからなる化合物の溶融混合物によって形成されるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第（９）項に記載の高炭
素フェロクロム溶融処理方法。
（１１）接触状態で高温材を受けることができる絶縁性
耐熱材の施与方法であって、高炭素フェロクロム溶融処理の溶融性固形化スラグ副生
物を提供する段階と、前記溶融性固形化スラグ副生物を、接触する高温材の受
け面として使用する段階とからなることを特徴とする絶縁性耐熱材施与方法。
（１２）スラグ副生物が、約２０％乃至４５％のマグネ
シア、１８％乃至３５％のアルミナ、および２３％乃至
４３％のシリカからなる化合物の混合物によって形成さ
れることを特徴とする特許請求の範囲第（１１）項に記
載の絶縁性耐熱材施与方法。