JPS62243723A - クロム鉱石の還元方法 - 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） この発明は冶金用添加剤として好適なりロム鉱石の還元
方法に関するものである。

（従来の技術） 一般にクロムを含有する鋼は、鋼にクロムをフェロクロ
ムの形態で添加する方法によって製造されている。そし
てこのフェロクロムを製造する方法には、クロム鉱石を
炭素質還元剤および造滓剤と共に電気炉に装入し、溶融
製練する方法が一般的である。また最近では高価な電気
エネルギーの使用ｔＩ％：を削減し、安価な重油や石炭
エネルギーを使用して製練する方法も採用されている。

すなわち、特公昭４Ｂ−４３Ｅｔ９５公報に見られるよ
うに、クロム鉱石と炭素質還元剤との混合微粉末原料に
粘結剤を加えてペレット状の造粒し、この造粒物をロー
タリーキルン中に挿入して酸化性燃焼気流中で固相状態
で還元焙焼する方法がおこなわれている。

この方法においては重油や微粉炭等のエネルギー弔価の
安い燃料を選択して使用するが、燃料を完全燃焼させて
高温を得るために過剰の燃焼用空気を使用し、酸化性燃
焼気流を利用して直接ペレットを加熱している。この酸
化性燃焼気流中には、炭素ガス（ＣＯ２）、水蒸気（Ｈ
２Ｏ）、酸素（０２）％’ａ元生成物であるクロム・鉄
カーバイドあるいは炭素質還元剤に対して酸化性を有す
るガスが多量に含まれている。これがためペレット表面
部では上記酸化反応が進み、クロムや鉄の還元は高度に
進まず、したがってペレット全体としての還元率はせい
ぜい８０％程度までしか達しないのが実状である。特に
クロムの還元率は７５％程度が限度である。このような
ペレットを製鋼原料として使用する場合は、残る部分の
還元に高価な電気エネルギーを使用しなければならない
。

一方、酸化性燃焼気流中での加熱を回避する固相還元の
方法として、クロム鉱石と炭素質還元剤との混合物を真
空炉に装入し、アルゴン（Ａｒ）ガスを導入しながら加
熱して固相還元する方法が知られている（特公昭３８−
１９５９等参照）。

また、ロータリーキルン中で固相還元する方法において
、クロム鉱石の内装炭ペレットを、多量の炭材と共にロ
ータリーキルン中に装入し。

内装炭ペレットを炭材中に埋没させた状態に保ちながら
酸化性燃焼気流から遮断し、実質的にペレットの還元に
よって発生する一酸化炭素（ＣＯ）雰囲気中で固相還元
する方法も知られている（ＵＳＰ　２，８８９，８５０
等参照）。

（発明が解決しようとする問題点） 前述したとおり、クロム鉱石の内装炭ペレットをロータ
リーキルン中に装入し、酸化性燃焼気流中で還元焙焼す
る場合の５元率はせいぜい８０％程度である。

近年、フェロクロムの形ではなくクロム鉱石をそのまま
直接製鋼炉中へ装入し、クロム源として利用する製鋼法
の試みがなされているが、酸素との親和力が大きいとい
うクロムの性質から、クロム鉱石の量尤には多大のエネ
ルギーを要し、製鋼炉中での還元には限度がある。

そこで安価な燃料の燃焼エネルギーを利用して出来るだ
け高度に固相還元し、この高還元物を製鋼炉中に添加す
れば、製鋼時間の短縮やエネルギー原単位の削減に多大
の効果をもたらすことになる。つまり、本発明の主要な
目的は、安価な燃料のエネルギーを利用して還元率８０
％以上の高度に還元されたクロム鉱石を得ることにある
。

酸化性燃焼気流中での還元焙焼の欠点を回避するため、
不活性気流中で還元焙焼する方法が試みられていること
は前述のとおりであるが、工業規格として実現させるに
は設備上の問題があり、未だ実現されるには至っていな
い。

すなわち、前記特公昭３８−１９５９のごとき真空炉を
利用する方法ではバッチ操業となり生産性の低下はまぬ
がれない。

また、ＵＳＰ　２，８８９，８５０のように多量の外装
炭材と共にロータリーキルン中で還元焙焼方法では、還
元焙焼後のペレットと炭材とが混合しており。

このままでは製鋼工程で直接使用できるものは得られな
い、還元焙焼物と外装炭材とを分離することは実質的に
困難である。

（問題点を解決するための手段） 本発明は前記問題点を解決するためになされたものであ
って、クロム鉱石と炭素質還元剤との混合微粉末を塊状
に形成し、該成形体をセラミック製容器に装入し、該容
器をトンネルキルンを使用して１２００〜１５００℃に
加熱し、該成形体を間接的に加熱還元して高度に還元さ
れたクロム鉱石を得る方法を提供するものである。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明のクロム鉱石としては酸化クロム（Ｃｒ２　０３
）含有量が４０〜６０％のものが用いられる。クロム鉱
石は粉鉱石であっても良い。

炭素′ｌ！を還元剤としては冶金用コークス、石油コー
クス、無煙炭１石炭、木炭等固定炭素（ＦＣ）を含むも
のが利用できる。クロム鉱石と炭素質還元剤との配合割
合は次式に従って決定する。

７Ｃｒ２　０３　＋２７Ｃ→２Ｃｒ７　Ｃ３＋２１ＧＯ
（１）７ＦｅＯ＋　ＩＯｃ　＋　　Ｆｅ７　Ｃ３＋　　
７ＣＯ（２）すなわち、クロム鉱石中の酸化クロムと酸
化鉄を炭化物に還元するのに必要な量の炭素質還元剤を
配合すれば良い０本発明では酸化性気流による炭素質還
元剤の酸化消耗は起こらないから、炭素質還元剤の配合
割合は、理論量ないしは理論量よりやや過剰な程度で良
い。

クロム鉱石と炭素質還元剤は固相還元させるために密着
接合させるため、混合微粉末にしたのち適当な粘結剤を
用いて塊状に成形する。

混合微粉末の粒度は１００メツシユ以下、好ましくは２
００メツシユ以下とするのが良い。

また、粘結剤としては無機質（たとえばベントナイト）
でも有機質（たとえばＣＭＧ）でも良い。

粘結剤の使用量は特に制限はなく、形成体が得られる程
度で良い、また水を併用することも何ら支障はない。

成形方法も特に制限されるものではなく、通常のベレッ
ト、ブリケット等が利用でき、クロム鉱石粉末粒子と炭
素質還元剤粒子とが密着していれば良い、成形体の大き
さも特に制限は無く直径ｌＯ腸腸位から２００鳳會位ま
で利用可能であり、使用するトンネルキル−ン設備と熱
伝導速度を考慮して選択すればよい。

成形体はセラミック製容器に入れ、トンネルキルン中で
加熱して還元する。

ここで、セラミック製容器とはアルミナ質、ジルコニア
買、炭化けい素質、スピネル質等の耐火性物質、あるい
はサイアロン（Ｓｉ−ＡＩ　−０−Ｎ系固溶体）等の耐
火性セラミックからなるルツボ状の容器である。あるい
は底板の無い筒状のものを定盤の上に置く方式でも良い
。

セラミック容器を使用する理由は加熱工程において、酸
化性燃焼気流の影響を排除するためである。１２００℃
以上の酸化性燃焼雰囲気に酎える容器内に成形体を装入
し、容器の外側から燃料の燃焼炎そのものや燃焼後の燃
焼気流で間接的に加熱する。を形体は高温に加熱される
ことにより還元され、−酸化炭素（ＣＯ）ガスを発生す
る０反応を促進するためにはＣＯガスを排除する必要が
あるが、特別の手段を用いて排気しなくとも反応は十分
進行する。

成形体と酸化性燃焼気流との接触を防止するため、セラ
ミック容器上端に同質の上蓋を載せると効果がある。ま
た、セラミック容器上部に粉状コークス等充填材を使用
しても同様の効果が得られる。

成形体は水分を含んだままのいわゆるグリーン状態でも
、セラミック容器内で徐々に乾燥するので特に支障はな
いが、事前乾燥してからセラミック容器に充填するのが
良い。

次に、成形体を充填したセラミ−２り容器をトンネルキ
ルンに入れて加熱する。トンネルキルンを使用する理由
は、セラミック容器を介して間接加熱ができること、連
続処理が可能であること、温度調節が容易で熱効率が比
較的良いこと、転勤が無いので成形体の摩耗も発生せず
１強固な成形体にする必要が無い、粉化による損失が少
ないなとの理由による。

トンネルキルンは特別なものではなく、従来から使用さ
れているもので良い、長さ３ＯＮ１００ｍで内部を台車
が走行し、台車上にクロム鉱石成形体を充填したセラミ
ック容器が積載されて順次窯内に送りこまれ、入口から
予熱帯、還元帯、冷却帯の３帯を通過する。

還元に必要な加熱は各種燃焼の燃料焼エネルギーを使用
しておこなう。

この場合、燃料としては重油１石炭、天然ガス、製錬炉
、廃ガス等あらゆる燃料が使用でき。

そのプラントにおいて経済的に最も有利な燃料を選択す
れば良い、しかも還元反応に制約されることなく、最も
効率良い燃焼条件を選択すればよい。

このような燃料の完全燃焼状態を利用する場合において
も１本発明による場合は成形体表面部における酸化現象
は起こらず、高還元率のクロム鉱石還元物が得られる。

クロム鉱石中の酸化クロムが還元する温度は。

常圧の下では１２００℃以上であるから、セラミック容
器の内部が１２００℃以上になるように加熱し５成形体
が１２００℃以上の温度帯に滞留する時間が少くとも３
０分以上になるように処理速度を調節する必要がある。

このようにして得られたクロム鉱石還元焼結成形体は、
酸化性燃焼気流の影響を受けないため、成形体内部から
表面部までほぼ一様の状況を呈し、成形体全体の還元率
は９０％以上に達する。

次に実施例をあげて本発明を説明する。

実施例 南アフリカ産のクロム鉱石１００部に対し、粉コークス
２２部を配合し、ｐ−タリードライヤーで乾燥後ボール
ミルで粉砕し、２００メツシュパス９０％の混合微粉末
を得た。

使用したクロム鉱石と粉コークスの品位を表１に示す。

表　　　１　　　　（ｗｔ％） 次に前記混合微粉末に粘結剤として３．５％のベントナ
イトを添加し、パンペレタイザーで水を添加しながら直
径１０〜２５ｍｍのペレットに造粒した。このペレット
をバンドドライヤーを使用して水分０．５％以下となる
よう乾燥した。乾燥ペレットの組成は表２のとおりであ
った。

表　　　２　　　（賛ｔ％） 次にこの内装ペレットを直径３２ｃ■、深さ８０ｃｍ、
内厚２ｃｍの高アルミナ質耐火ルツボに装入し、ルツボ
上に厚さ１５５ｍのアルミナ酸の上蓋をのせた。

次にこのペレットを充填したアルミナルツボをトンネル
キルンに入れ、加熱還元した。使用したトンネルキルン
は全長２４ｍ、予熱帯の長さ１２ｍ。

有効断面積１．２ｒｎ”、還元帯の長さ１０ｍ、有効断
面積３．０ｒｎ’であった。還元帯には片側にｌθ基、
合計２０基の重油バーナーを配置した。窯内には１８台
の台車を配置し１台車は２．５ｍ／時の速度で移動させ
た。ルツボ内のペレット層に熱電対を装入し、ペレット
層温度を測定したところ、還元帯を通過する間に１３０
０〜１４２０℃の温度を示した。

このようにして得られた還元ペレットの組成を表３に示
す。

表　　　３ ここでＳｏｌ、Ｃｒ、　Ｓｏｌ、Ｆｅとは１０％硫酸に
可溶なＣｒ、　Ｆｅである。また、（Ｃｒ、　Ｆｅ）還
元率とは鉱石中の（Ｏｒ、　Ｆｅ）原子と結合している
酸素のうち、還元処理によって除去された酸素原子の割
合（％）を意味し、次式により求められる。

表３から明らかなとおり、本発明の方法によって得られ
た還元ペレットは高度に還元されており、ペレットの内
部も表面部も均一に高還元されたものであった。

特にクロムの還元率について見れば９４％を越えており
、このような高クロム還元率を有するペレットは従来の
ロータリーキルン法では得られなかったものである。

また、本発明の方法による場合はペレットの摩耗粉化が
なく、各ペレットは強固に焼結しているので、後続の製
錬工程や製鋼工程の使用に十分耐え得るものであった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. クロム鉱石粉末と炭素質還元剤粉末との混合原料に粘結
   剤を加えて塊状に成形し、該成形体をセラミック製容器
   に充填し、該容器をトンネルキルン中で１２００〜１５
   ００℃に加熱して還元することを特徴とするクロム鉱石
   の還元方法。