JPS62228408A - 溶融還元による鉱石原料からの金属の回収方法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、溶融還元による鉱石原料からの金属の回収
方法に関し、とくに鉄鉱石、マンガン鉱石およびクロム
鉱石の如き鉱石原料から、該鉱石原料中に含まれる金属
を、還元回収率が高くしかも耐火物の損耗量が極めて少
ない経済的な方法で有利に回収しようとするものである
。

（従来の技術） 固体鉄鉱石を、炭素含有溶鉄（以下、溶銑と略記する）
と接触攪拌し、溶銑中の炭素によって鉄鉱石の還元を図
るいわゆる溶融還元法については従来、種々の方法が提
案されている。いずれの場合も容器内に保持した溶銑中
に固体鉄鉱石を添加し、溶銑と鉄鉱石を混合攪拌する方
法に特色があり、その内容は図書ｒＤｉｒｅｃｔ　Ｒｅ
ｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ＩｒｏｎＯｒｅ　Ｊ　Ｔｈｅ　
Ｍｅｔａ１５５ｏｃｉｅｔｙ、　Ｌｏｎｄｏｎ、　１９
７９年に詳述されている。

この種の溶融還元法では反応容器を構築する耐火物が、
鉱石の溶融の下にＦｅＯ濃度の高いスラグによって著し
く損耗し、また、反応効率も悪いためにエネルギー使用
量が多くなり、経済的な方法とはいい難い。このために
、連続運転の可能な工業的規模の溶融還元プロセスの確
立が望まれていこの点発明者らは先に、特願昭５９−２
２９６０３号明細書において、回転磁界を利用して容器
内の溶融鉄を回転流動し、該溶融鉄表面に窪み部を生じ
させ、この窪み部に鉱石原料と酸素および炭材を供給す
ることによって、鉱石原料から金属を溶融鉄中に回収す
る方法を提案し、かかる溶融還元法の開発により、耐火
物の損耗ふよびエネルギーの使用が少なく、しかも効率
よく鉱石原料から金属を回収できるようになった。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記の方法は、耐火物の損耗防止効果がま
だ十分とはいい難く、その改善が望まれていた。

この発明は、上記の要請に有利に応えるもので、耐火物
損耗量の大幅な低減の下に鉱石原料から金属を効率よ（
回収できる溶融還元法を提案することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） すなわちこの発明は、容器内の溶融鉄に回転磁界を作用
させて、溶融鉄表面に窪みを生じさせ、この窪みに鉱石
原料と炭材および精錬ガスを供給し、該鉱石原料を溶融
還元して溶融鉄中に金属を回収するに当り、精錬ガスと
して、空気または酸素濃度を９Ｑｖｏｌ　％までの範囲
において増加させた酸素富化空気を用いることを特徴と
する、溶融還元による鉱石原料からの金属の回収方法で
ある。

以下この発明を、鉄鉱石を溶融還元する場合を例として
具体的に説明する。

第１図に、この発明の実施に用いて好適な溶融還元炉を
模式で示し、図示したように溶銑１を保持した円筒状の
容器２を、水平方向の回転磁界の発生可能な回転磁界発
生装置３内に設置する。

このようにして、溶銑１に回転磁界を作用させ、実質的
に水平方向の回転力を与えて溶銑を回転流動させる。

この回転力は溶銑浴表面に窪みを生成するのに役立ち、
この窪み部に鉄鉱石と炭材例えば石炭やコークスとを上
部の添加孔４から供給し、一方上吹きランス５からは精
錬ガス６を吹付ける。また必要に応じて石灰などの造滓
剤を添加する。

鉄鉱石は窪み部で溶解し、酸化鉄含有濃度の高いスラグ
７を形成し、酸化鉄は下記の反応ＦｅＯ（スラグ中）十
〇（溶銑中）→ Ｆｅ　（溶銑）＋ＣＱ（気体） にて溶銑中に還元回収される。また発生したガスは集塵
用のダクト８を通じて集塵機（図示せず）に集められる
。なお９は排ガス温度測定用プローブ、１０はスライデ
ィングノズルである。

この反応は吸熱反応であるため、反応熱の補償および鉱
石を溶銑温度まで上昇させるための熱の補償が必要とさ
れる。そのために精錬ガスを供給して、溶銑中あるいは
スラグ中の炭素と反応させ、■ Ｃ十−０□→Ｃｏ　　（気体） なる反応の反応熱を利用する。

さらに、反応熱として、 ＣＯ＋−０□→ＣＯ□　（気体） なる反応、いわゆる２次燃焼を窪み部空間で生じさせこ
の熱も利用する。

以上の還元反応および酸化反応に必要な熱供給のために
、炭素が消費される。そこでこれを補給するために、炭
材として例えば、コークスや石炭などを供給するのであ
る。

ところで従来は、かような２次燃焼の効率を向上させよ
うとの観点から、精錬ガスとして純酸素ガス（以下単に
０□ガスという）を用いていたのであるが、かかる０□
ガスを使用した場合には排ガス温度が高温になり、その
結果容器の上部における耐火物壁の損傷量が増大するこ
とが判明したのである。

以下、溶銑中に供給する精錬ガスが容器の耐火物壁に及
ぼす影響について調べた結果を説明する。

実験は次の要領で行った。

内径８００　ｍｍ、高さ５００　ｍｍの回転磁界発生装
置３に非磁性材料の外板と耐火物で製作した外径７００
叩、内径４００　ｍ＋ｎの円筒状容器２を設置した。１
３００℃の溶銑（炭素濃度４．４％）５００ｋｇを装入
し、この溶銑を回転流動させつつ、粒径が約５［［１１
１１のコークスを連続的に溶銑１に対して供給すると同
時に上吹ランス５より精錬ガス６として空気または酸素
濃度を種々に変化させた酸素富化空気を供給し、溶銑温
度が１５００℃になるまで昇温した。その後上記コーク
スおよび精錬ガスと共に粒径約１０ｍｍの鉄鉱石を連続
的に溶銑１に対して供給し溶融還元操業を行った。

その際に精錬ガス中酸素濃度と容器２の損傷量との関係
を調べた。

原料の供給速度は鉄鉱石平均３ｋｇ／ｍｉｎ　、コーク
ス４ｋｇ／ｍｉｎ、精錬ガス４〜２ＯＮｍ’　／ｍｉｎ
である。

上記の操業を１０時間継続した後の容器２における最も
溶傷が大きい部分の損傷量と精錬ガス中の酸素濃度との
関係を第２図に示す。

同図より明らかなように、酸素濃度が９０ｖｏｌ　％（
以下単に％で示す）を超えると局部的な損傷が急激に増
大し、とくに排ガスが直接接触する部分における損傷が
著しかった。

なお操業中の排ガス温度についても排ガス温度測定用の
プローブ９を用いて併せて測定した結果では、酸素濃度
が９０％を超える精錬ガスを吹込んだ場合には排ガス温
度が最大１８００℃以上にも達しだのに対し、酸素濃度
が９０％以下の場合には最大でも１６００℃程度にすぎ
なかった。

このように酸素濃度が高い精錬ガスを用いた場合には排
ガス温度が極めて高くなるため、かかる排ガスが直接接
触する容器上部では耐火物の損傷が激しくなるものと考
えられる。

一方、精錬ガス中の酸素濃度があまりに低くなると、操
業に必要な熱量を得るためには精錬ガスの吹込み量を増
大せざるを得す、その結果スピッティング量の増加を招
くなどの不利が生じるので好ましくない。

ここに空気は、安価であり、また２１％程度の酸素を含
有しているので精錬ガスとしても十分使用に耐え得る。

それ故この発明では、精錬ガスとして空気または酸素濃
度を９０％までの範囲において増加させた酸素富化空気
を用いることにしたのである。なお耐火物の損傷が少な
くしかも安定した操業を実施する上からは、精錬ガス中
の酸素濃度は８０〜９０％であることが最も望ましい。

（作　用） この発明によれば、第１の特徴として鉄鉱石が溶解した
ＦｅＯ８度の高いスラグ７は、回転流動する溶銑の窪み
部に集まる（なんとなれば、スラグには回転磁界による
回転力が作用しないし、溶銑との比重差により、中心に
集まる）のでスラグと容器を構築する耐火物との接触を
完全に防止できる。その結果通常、耐火物の溶損に重大
な影響を及ぼすＦｅＯ’ａ度の高いスラグ７と耐火物と
の直接接触がないので耐火物の溶損防止の上で有利であ
る。

第２の特徴は、以下の通りである。

すなわち、回転流動によって生じる窪み部に酸素を供給
し、 Ｃ＋　−Ｏ２−Ｃ０ なる反応を生じさせることに加えて、発生したＣＤガス
を ＣＯ＋−Ｏ□→Ｃ０２ なる反応でいわゆる二次燃焼させ、この反応熱の効率的
な有効利用を図ることにある。

２次燃焼はＣＤガスと０２ガスとの反応であるため、浴
上の空間で進行するがこの際の反応熱を効率よく利用す
ることが重要であり、この点で回転磁界による窪み部を
利用するこの発明は有利である。

すなわち、空間中で進行する２次燃焼によって高温のＣ
Ｏ□ガス（排ガス）が生成されるが、この高温ガスと溶
銑間の熱交換は輻射あるいは対流伝熱で生じるが、平滑
な浴表面上での２次燃焼と比較して、この発明における
窪み内での２次燃焼では、輻射の角関係が有利であるこ
とは無論、対流伝熱の観点でも高温ガスと溶銑との接触
の頻度の高いことから有利であり、しかも精錬ガス中に
は酸素以外のガス（主にＮ２）が含まれているため、排
ガス温度は高温とはいっても０□ガスを用いたほどには
上昇せず、それ故容器の上部における耐火物の損耗は少
ない。

第３の特徴は回転磁界の効果により、溶銑の攪拌が十分
に行われ、これに伴って一部のスラグの溶銑中への巻き
込みも生じ、スラグと溶銑間の接触攪拌が十分に行われ
るので、溶融還元の反応速度が大きいことである。

以上のように、この発明はとくに回転磁界の作用にて、
溶銑浴表面に窪み部を生成させることによって前述のよ
うに従来法の欠点が解決される。

さらに鉱石と石炭の添加方法に関して、粉状の鉱石と石
炭を用い、不活性ガスを搬送ガスとて上部から窪み部に
吹き付けることも可能であり、この吹き付けに際しては
精錬ガス用の上吹ランスとの兼用にて２重管構造とし、
中心部から鉱石と石炭を、外周部から精錬ガスを窪み部
に吹き付けることが望ましい。なんとなれば、この場合
には精錬ガスと石炭の一部が溶銑に達する以前に反応し
て燃焼し、高温の火炎を形成して浴面に向かい、その火
炎中で鉄鉱石も加熱されるので熱効率の一層の向上が可
能になるからである。

（実施例） 内径が８００　ｍｍで高さが５００　ｍｍの回転磁界発
生装置３内に非磁性材料の外板と耐火物で製作した外径
７００胴、内径４００　ｍｍの円筒状容器２を設置した
。

容器２に１３００℃の溶銑（炭素濃度約４．４％）５０
０ｋｇを装入し、この溶銑を回転流動させつつ、粒径が
約５　ｍｍのコークスを連続的に溶銑１に対して供給し
、これと同時に上吹きランス５から酸９８度８５％の酸
素富化空気６を浴面上に吹き付は溶銑温度が１５００℃
になるまで昇温した。その後上記コークスおよび精錬ガ
スと共に粒径約１０　ｍｍの鉄鉱石を連続的に溶銑１に
対して供給し、溶融還元操業を行った。

原料の供給速度は鉄鉱石が平均３ｋｇ／ｍｉｎ、コーク
ス４ｋｇ／ｍｉｎ、そして酸素富化空気５．Ｑ　Ｎｍ３
／ｍｉｎである。

操業は１５時間継続して行ったが、その間溶銑１および
スラグ７は連続的に容器炉底に取り付けたスライディン
グノズル１０より排出した。

操業が終了した時点で容器耐火物壁の損傷を測定したが
、容器全般にわたり損傷は軽微であり、平均３．７ｍｍ
最大６．０鮒であった。

（比較例） 一方比較実験として、上述の実施例と全く同一の設備を
使用して、ランス４より純酸素ガスを吹きこんだ。他の
実験条件は全て実施例と同一とした。

操業を１２時間継続して行った時に連続的に測温してい
た容器内壁の温度が急激に上昇し、操業を中止した。そ
の後容器壁の損傷量を調査したところ、排ガスが直接接
触する容器上部で最大５０順の損傷が確認された。

以上実施例では、鉄鉱石を溶融還元する場合につき主に
説明したが、クロム鉱石、ニッケル鉱石やマンガン鉱石
など、その他の鉱石に対しても有効であるのはいうまで
もない。

（発明の効果） 以上のように、この発明に従い溶融鉄に回転磁界を作用
させて回転流動を生じさせ、この回転流動に伴ってでき
る浴表面の窪み部を利用し、さらには精錬ガス中の酸素
濃度を適正範囲に制限することによって、鉱石原料から
の金属の回収を、高い還元回収率でかつ熱効率よく、し
かも耐火物損耗の大幅な低減の下に、実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施に用いて好適な溶融還元炉の
模式図、 第２図は、精錬ガス中の酸素濃度と容器耐火物の最大損
傷】との関係を示したグラフである。 １・・・溶銑　　　　　　　　２・・・容器３・・・回
転磁界発生装置　　４・・・原料添加孔５・・・ランス
　　　　　　　　６・・・精錬ガス７・・・スラグ　　
　　　　　訃・・集塵用のダクト９・・・排ガス温度測
定用プローブ １０・・・スライディングノズル 特許出願人　　川崎製鉄株式会社 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、容器内の溶融鉄に回転磁界を作用させて、溶融鉄表
   面に窪みを生じさせ、この窪みに鉱石原料と炭材および
   精錬ガスを供給し、該鉱石原料を溶融還元して溶融鉄中
   に金属を回収するに当り、 精錬ガスとして、空気または酸素濃度を９０ｖｏｌ％ま
   での範囲において増加させた酸素富化空気を用いること
   を特徴とする、溶融還元による鉱石原料からの金属の回
   収方法。