JPS6199637A - 金属製造および／またはスラグ生成方法 - 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】 本発明は酸化物鉱石から金属を製造しかつ／またはスラ
グを生成させる方法に関するものである。

以下、クロマイト鉱石からフェロクロムを製造する記述
および実施例について説明を行なうが、本発明はこれら
の材料に全く限定されるものではなく、多種の鉄および
非鉄材料にも応用可能である。

フェロクロムは、通常、還元剤としてコークスを用いて
電弧炉にてクロマイト鉱石から製造されている。これら
の方法には還元剤が冶金用高級コークスでなければなら
ないなどの欠点があるために、低炭素含有量の金属を製
造することが困難で１　　　　　　あり、また微粉鉱石
をプロセスに使用して高百分率で金属を回収するために
はそれを一般には団鉱にしなければならない。

プラズマ技術に基づく改良プロセスによると、必要コー
クスの大部分が粉末炭素に替えられまた微粉化鉱石の方
が好ましくなっている。これらの新しいプロセスは電弧
炉を使用する通常のプロセスと比較して大１１な前進を
したものであるが、新プロセスでも少なくとも２５％が
冶金コークスからなる還元剤が必要でありまたその方法
自身は低炭素含有量、の製造物製造に使用できない。

本発明の目的は、上述のプラズマエネルギに基づく新た
な還元および溶解プロセスの利点を保ちながら同時に該
プロセスの冶金コークス依存を解消しまた比較的低炭素
含有量の金属製造物を作ることに関する。

本発明の他の目的は、還元および溶解に必要なエネルギ
を電気エネルギと化石燃料に由来するエネルギとに分担
させることに関して公知の方法よりも柔軟性が高い方法
を達成することである。

本発明によると、上記の目的およびその他の目的は、場
合により造滓剤を伴なう微粉化酸化物鉱石を処理する反
応器を構成する３つのゾーンの、上部ゾーンにおいては
、その下方の中央部ゾーンからの一酸化炭素および水素
ガスを酸素含有ガスで燃焼させることにより材料を予熱
しそして場合により溶融し、中央部ゾーンにおいては、
炭素質材料および／または炭化水素含有材料の同時噴射
およびプラズマ発生器内にて加熱されたガスにより主と
して供給される熱エネルギにより、前記予熱および場合
により溶融された材料を、少なくとも部分的に還元し、
そして反応容器底部の下部ゾーンにおいては還元プロセ
スで生成された金属を沈降させ、また下部ゾーンから金
属およびスラグを出湯孔を通して出湯する方法により達
成される。

本発明の他の利点および特徴は以下の実施例の詳細な説
明および図面より明らかとなろう。

第１図には下部の耐火張炉床１０の頂部に配設された高
温反応ゾーンを構成するチャンバ１１が示されている。

チャンバ１１は水冷パネル１２により囲まれており、こ
のパネル１２は高速で冷却水を流すことができる金属チ
ャネルからなりまたチャンバ１１内に収容される融体と
の直接接触から内側に向けられた金属表面を保護するた
めの耐火内張１３を備えている。チャンバ１１の下部に
はプロセスに電気エネルギーを供給しまたプロセスのた
めの還元剤を供給する炭素供給ランス１５が設けられて
いる。このランス１５のチャンバ内配設レベルはプラズ
マ発生器１４のレベルより高いことが好ましい。チャン
バ１１にはさらに酸素ガスランス１６が設けられており
、このランスは炭素ランス１５のレベルよりも高くなっ
ている。

酸素ガスは、系内において炭素を金属酸化物で転換する
際に発生するガスの一部を燃焼させてチャージに熱を供
給しまたこれらの酸化物を溶解するためのガスである。

供給ランス１７はチャンバ１１の頂部、場合により炉天
井内に微細に分布した鉱石および添加材料を反応器に供
給する。系からのガスを除去するために耐火張チャネル
１８もチャンバ１１の頂部に設けられている。さらに炉
床ｌＯはスラグおよび金属を除去するための出湯孔２０
および１９をそれぞれ備えている。

酸素ガスおよび還元剤を供給するための種々のランスは
相互に結合してもよく、および／またはプラズマ発生器
と結合してもよい。もしもチャンバｌｌ内の低いレベル
でプラズマ発生器と関連させて酸素ガスを供給する場合
はスラグベッドの表面上方で附加の酸素ガスを供給する
。

さらに反応器の底部でスラグと製造された金属を取り出
すための一つの結合出口を配設してもよい。以下第１図
を参照として本発明に係る方法の一つの好ましい実施態
様を説明する。

プラズマ発生器１４から適切なプラズマガスを供給して
炉床１０およびチャンバ１１がほぼ操業温度に加熱され
また、適切な出発材料の溶解によって溶融金属およびス
ラグのそれぞれの層が作り出されると、ランス１５およ
び１６のそれぞれからの炭素および酸素ガスの噴射が開
始される。これによってＧｏ、Ｈｚ　、ＣｏｔおよびＨ
！０を含有するプロセスガスの循環が起こり、プロセス
ガスを少なくとも一部より適切なプラズマガスとして再
循環することもある。プラズマガスとしての再循環ある
いは燃料ガスとしての使用のためのプロセス排ガスの冷
却、；ζクラピングおよび再圧縮は図面に示されていな
い通常の方法で達成される。

炉床ＩＯ内の浴からチャンバ１１内へのスラグの循環を
伴ないながらチャンバ１１内にて操業が開始されるとラ
ンス１７を通して鉱石および添加材の供給が開始される
。溶融スラグ内の炭素と酸化物の間の反応はＣＯおよび
Ｈ２を発生せしめ、これらはチャンバｌｌ内の酸素ガス
によって部分的に燃焼されるであろう。チャンバ１１内
で起こる燃焼の速度はチャンバ１１内に加えられた鉱石
および添加材を予熱しそして溶融するに十分なエネルギ
ーが得られるように制御される。

プラズマ発生器１４を通して供給されるエネルギーの量
はスラグと炭素の間の吸熱反応に依存して制御される。

従って炉床１０と還元および溶解が起こるチャンバ１１
の下部における雰囲気は還元性に保たれ一方予熱および
溶解が起こるチャンバ１１の上部および中央部領域では
より酸化性の雰囲気が保たれる。スラグおよび金属は出
湯孔１９および２０から通常の方法で間欠的あるいは連
続的に出湯される。

水冷パネル１２内のライニング１３を通る熱束は５０〜
１００ＫＷｈ／　ｍのオーダーであり、ライニング１３
の内側に凝固スラグ２１の薄い層を形成せしめる。厚さ
が１〜２ｃｍであるこのスラグ凝固層の内側表面の温度
はスラグの融点に相当しておるのでチャンバｌｌ内で循
環している固体、液体および気体の反応成分の乱流体に
よる腐食性／エロージヨン性影響からライニング１３お
よび水冷パネル１２を保護する作用を持つ。

フェロクロムを作る際は、チャンバ１１の下部に約１７
００℃の温度で溶融反応成分を通過させるためにはチャ
ンバｌｌ内では約２０００℃の温度が好ましい。

空気、酸素富化空気、酸素ガスおよび／または再循環プ
ロセスガスをプラズマガスとして使用してもよい。再循
環ガスを使用する場合は、これがプラズマ発生器に入る
前にガスから水蒸気および二酸化炭素を除去することが
適切である。

上部ゾーンを少なくとも部分的に他のゾーンから分離し
フラッシュ溶融ゾーンを形成することが好ましい。かく
して、炉からの熱せられた排ガスの一部が、装入に続い
て反応器に降下する装入中の微粉鉱石を予熱しかつ溶融
するために使用可能となる。

本発明に係る方法は、金属酸化物および酸素ガス、−酸
化炭素、水などの酸化性ガスなどの酸化成分の供給速度
を、炭素および／または含炭化水素材料などの還元物質
の供給速度に関連して制御することによって溶融ゾーン
内の酸素ポテンシャルを制御可能とする。また、Ｃｕ　
−Ｆｅ　−０系におけるＣｕの還元、Ｃｕ　−Ｚｎ　−
Ｆｅ　−０系におけるＣｕ−Ｚｎの還元、Ｃｕ　−Ｚｎ
　−Ｐｂ　−０系におけるＣｕ　　Ｚｎ−Ｐｈの還元、
およびＦｅ　−Ｔｉ−０系におけるＦｅの還元などのよ
うに、複合Ｉｒｉ、酸化物の選択還元を行なうこともで
きる。本発明による方法は、Ｆｃ　−Ｔｉ　−０系にお
いて第２鉄酸化物を還元しまたイルメナイトから金属鉄
を生成して、チタンの炭化物または窒炭化物のやっかい
な形成を伴なわずに高含有ｆｉ　Ｔｉ１ｔと低含を１１
Ｆｅｏを有するスラグを形成することに通している。

第２図は本発明による方法のフローチャートを示し、そ
して第３図は通常のプラズマ基方法のフローチャートを
示す。両方法とも高炭素含Ｗ（ｌのフェロクロムの製造
を意図する。これらの二つのフローチャートは通常の方
法に対する本発明方法の利点を明らかに図示する。

以下、本発明による方法の利点を表を参照として説明す
る。なお、この表では高炭素含有量フェロクロムを製造
する既知のプラズマ基礎方法と本発明方法の間の比較が
示されている。

以下余白 供給鉱石（ｔｏｎ）　　　　　２．２９３　　　２．２
９３炭素（ｔｏｎ）　　　０．３６６　０．５１０コー
クス（Ｌｏｎ）　　　　　０．１６６　　　−酸素ガス
（ｍｏｌ）　　　　　　　　　　　１２．３８８電力（
ＫＷｈ）　　　４．９１３　３．０３６スラグ　（ｔｏ
ｎ）　　　　　１．２１７　　　１．２１３燃料ガス貸
方（ＧＣａｌ）　　　２．８４４　　　１．００６燃料
ガス体積（ｍｏｌ）　　　４４．６９　　　２４．５９
排ガス全Ｆｉ　（Ｋｍｏｌ）　　　　９７．９４　　　
７３．７０プラズマガス（にｍｏｌ）　　　５３．２５
　　　３２．９０本発明法はコークスを必要としないが
、これに対して通常のプラズマ溶融は３０％の、コーク
スを必要とし、また本発明法は直接電気エネルギが４０
％低い。さらに、本発明法では燃料貸方（ｃｒｅｄ　ｉ
　ｔｉｎｇ）の必要が６０％少ないが、これは外部にも
内部にもかかる燃料の要求がない立地にとっては著しい
利点となろう。本発明方法によると排ガスの体積が少な
くなっているために、排ガスを冷却し、スクラビングし
そして再圧縮する装置が安価になるので、排ガス体積減
少も本発明法の他の利点となる。

プロセスを正確に用足しまた操作するための臨界的性質
および条件の若干についても言及する。

最も重要な要件のひとつは反応器チャンバの側面および
天井を形成する冷却パネルの機能を維持することである
。これは伝導性耐火材料を設置することにより達成され
る。かかる伝導性耐火材料の設置によって凝固スラグの
薄い殻がライニングに付着するようになり、系を附加的
に保護する。ランス１５，１６および１７は壁への直接
の影響を最小にしまた反応チャンバ１１内の乱流を最大
にするように設計される。これは、寸法および速度に依
存するジェットの浸透と方向との組合わせにより達成さ
れる。プラズマ発生器１４、炭素噴射ランス１５および
酸素ガスランス１６の相対的位置に関しては、反応チャ
ンバ１１内の上部と中央部内での酸化条件と炉床１０お
よびチャンバｌｌ内での還元条件が適切に分布するよう
に相対位置が調節される。

チャンバ１１内での反応から製造物を隔離することは、
炉床１０内での金属浴上のスラグ浴の深さを、製造物上
のスラグの少なくともわずかの部分が定常的に残るよう
にして、達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための手段の実施態様の
概念図、 第２図は本発明方法のフローチャート、および第３図は
通常のプラズマを基礎とする方法のフローチャートであ
る。 ＩＯ・・・炉床、 １１・・・チャユ／バ、 １４・・・プラズマ発生器、 １５・・・炭素供給ランス、 ＦＩＧ、２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸化物鉱石から金属を製造しおよび／またはスラグ
   を生成させるに際して、場合により造滓剤を伴なう微粉
   化酸化物鉱石を処理する反応器を構成する３つのゾーン
   の、上部ゾーンにおいてはその下方の中央部ゾーンから
   の一酸化炭素および水素ガスを酸素含有ガスで燃焼させ
   ることにより材料を予熱しそして場合により溶融し、中
   央部ゾーンにおいては、炭素質材料および／または炭化
   水素含有材料の同時噴射およびプラズマ発生器内にて加
   熱されたガスにより主として供給される熱エネルギによ
   り、前記予熱および場合により溶融された材料を、少な
   くとも部分的に還元し、そして反応容器底部の下部ゾー
   ンにおいては還元プロセスで生成された金属を沈降させ
   、また下部ゾーンから金属およびスラグを出湯孔を通し
   て間欠的に出湯する金属製造および／またはスラグ生成
   方法。 ２、内側に向けられた耐火材料張りされた水冷パネルに
   よる冷却を、少なくとも、酸化ゾーンおよび還元ゾーン
   を囲む反応器の部分で行ない、この冷却によって反応器
   内壁に凝固スラグの層を形成する特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ３、炭素質材料および／または炭化水素含有材料を、プ
   ラズマ発生器により加熱されたガスが供給されるレベル
   の上方のレベルに導入する特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載の方法。 ４、炭素質材料および／または炭化水素含有材料、およ
   び酸素含有ガスを反応器の下部に供給し、また酸素含有
   ガスをスラグ浴の表面上方のレベルにも供給する特許請
   求の範囲第１項から第３項までのいずれかに記載の方法
   。 ５、反応器の上部の、酸化ゾーンを他のゾーンから少な
   くとも部分的に分離しそして予熱材料を上部ゾーンから
   中央部ゾーンに落下させる特許請求の範囲第１項から第
   ４項までのいずれかに記載の方法。 ６、反応器の頂部から熱い排ガスを抜き出しそしてその
   少なくとも一部を、少なくとも部分的に分離された上部
   ゾーン内での予熱および場合により、溶融してフラッシ
   ュ溶融ゾーンを形成する特許請求の範囲第５項記載の方
   法。