JPS6249346B2 - - Google Patents

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JPS6249346B2
JPS6249346B2 JP22419782A JP22419782A JPS6249346B2 JP S6249346 B2 JPS6249346 B2 JP S6249346B2 JP 22419782 A JP22419782 A JP 22419782A JP 22419782 A JP22419782 A JP 22419782A JP S6249346 B2 JPS6249346 B2 JP S6249346B2
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Japan
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chromium
slag
reduction
smelting
furnace
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JP22419782A
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Japanese (ja)
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JPS59113158A (en
Inventor
Hiroyuki Katayama
Masatoshi Kuwabara
Hideki Ishikawa
Tsutomu Saito
Noryuki Inoe
Masaki Fujita
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電力に依存しないで、クロム鉱石から
高クロム合金を安価にかつクロム歩留高く製造す
る方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing high chromium alloys from chromium ore at low cost and with a high chromium yield, without relying on electrical power.

従来、高クロム合金、例えばCrを50%以上含
有するフエロクロムは、電気炉においてクロム鉱
石あるいはその半還元物を加熱、溶融、還元して
製造されてきた。もし、このエネルギー源を電力
よりも安価な一次エネルギー(とくに、石炭、コ
ークスなどの石炭系固体炭素質の燃焼エネルギ
ー)に置換することができれば、その経済的な有
利性は非常に大きい。
Conventionally, high chromium alloys, such as ferrochrome containing 50% or more of Cr, have been produced by heating, melting, and reducing chromium ore or its semi-reduced product in an electric furnace. If this energy source could be replaced with primary energy that is cheaper than electricity (especially the combustion energy of coal-based solid carbonaceous substances such as coal and coke), it would have a huge economic advantage.

フエロクロムのような高クロム合金を溶融還元
法により製造しようとする場合、鉄の溶融還元に
比して困難となる原因は次の2つである。
When attempting to manufacture a high chromium alloy such as ferrochrome by the smelting reduction method, there are two reasons why it is more difficult than smelting reduction of iron.

(i) クロム鉱石に含まれる脈石分(MgO,
Al2O3,SiO2など)が鉄鉱石のそれに比して著
しく多い。この脈石分を滓化した時に生成する
スラグ量は800〜1000Kg/tとなる。
(i) Gangue content (MgO,
(Al 2 O 3 , SiO 2 , etc.) is significantly higher than that of iron ore. The amount of slag produced when this gangue is turned into slag is 800 to 1000 kg/t.

(ii) クロム鉱石中のクロム酸化物は、MgO,
Al2O3などと結合してスピネルを形成してお
り、難溶融性である。したがつて、通常、スラ
グ中のCr分(酸化物あるいはメタル粒として
存在する)の低下速度が小さい。スピネルを早
期に溶解するには、 (a) スラグ温度を上昇させること、 (b) フラツクスの添加によりスラグの溶融点温
度を低下すること、 また、溶融スラグの、炭材あるいはメタル浴中
のCによる還元反応速度を大にするには (a) 強撹拌を行う、 (b) 炭材/スラグあるいはメタル/スラグの接触
比界面積を大にする、 などの方策が考えられるが、クロム鉱石を原料と
して、耐火物原単位に著しい悪影響を与えない
で、かつ比較的大きい速度でフエロクロムのよう
な高クロム合金を得ることは、一般には相互の適
正条件が相矛盾するために、実際には容易ではな
い。
(ii) Chromium oxide in chromium ore is MgO,
It combines with Al 2 O 3 etc. to form spinel and is difficult to melt. Therefore, the rate at which the Cr content (present as oxide or metal grains) in the slag usually decreases is slow. To melt spinel early, (a) increase the slag temperature, (b) lower the melting point temperature of the slag by adding flux, and reduce carbon content in the carbon material or metal bath of the molten slag. In order to increase the rate of reduction reaction by It is actually easy to obtain a high chromium alloy such as ferrochrome as a raw material at a relatively high rate without having a significant negative effect on the refractory unit consumption, because the appropriate conditions are generally contradictory. isn't it.

本発明は以上のような問題点を解決して、電力
に依存することなく、排出するスラグ中のCr%
を現行電炉法と同等(約3%)あるいはそれ以下
にまで低下するとともに、生産性を高めかつ耐火
物の原単位も許容できる範囲内にとどめつつ、高
クロム合金を製造するプロセスを開発することを
目的に種々検討を行つた結果得られたもので、そ
の要旨とするところは、予備還元炉と上底吹転炉
型溶融還元炉を用い、クロム鉱石を原料として高
クロム合金を製造する高クロム合金の溶融還元製
錬方法において、予備還元炉で外装炭を用いてク
ロム鉱石中の酸化鉄の90%以上を還元した後、こ
の予備還元されたクロム鉱石(クロム原料)を底
部(非ストレート部)の平均断面積に対し胴部
(ストレート部)の断面積を2〜5倍とした上底
吹転炉型溶融還元炉へ装入しつつ底吹吹酸を行う
製錬第期と、次いで前記予備還元されたクロム
鉱石(クロム原料)の供給を止めて、吹酸および
浴の撹拌を行う製錬第期からなることを特徴と
する高クロム合金の溶融還元製錬方法にある。
The present invention solves the above problems and reduces the Cr% in the discharged slag without relying on electricity.
To develop a process for manufacturing high chromium alloys that reduces the amount of refractory to the same level as the current electric furnace method (approximately 3%) or lower, while increasing productivity and keeping the unit consumption of refractories within an acceptable range. This was obtained as a result of various studies with the aim of In the smelting reduction smelting method for chromium alloys, after reducing more than 90% of the iron oxide in chromium ore using external coal in a preliminary reduction furnace, this pre-reduced chromium ore (chromium raw material) is transferred to the bottom (non-straight). A smelting stage in which bottom-blown acid is carried out while being charged into a top-bottom blown converter type melting reduction furnace in which the cross-sectional area of the body (straight part) is 2 to 5 times the average cross-sectional area of the part); Next, the method comprises a smelting stage in which the supply of the pre-reduced chromium ore (chromium raw material) is stopped, and blowing acid and stirring of the bath are carried out.

以下、具体的な実施例によつて詳細に説明す
る。
Hereinafter, a detailed explanation will be given using specific examples.

第1図は溶融還元製錬に用いる設備の1例を示
す。1はクロム鉱石粉とコークスなどの炭材粉を
混合・成型したもの(ペレツトなど)を加熱及び
固相還元するのに用いられるロータリーキルンで
ある。2は予備還元されたペレツトの供給を受け
て、それを溶融するとともに残留しているクロ
ム、鉄の酸化物の還元を進めるための転炉状の溶
融還元炉である。操業面から図のような特殊な炉
内形状が要求されるが、それについては後述す
る。溶融還元炉には底部から酸素を含むガスの吹
込みを行うための羽口3(複数個のことがありう
る)と、上方から酸素を炉内に吹込むためのラン
ス4が付属している。なお5はフード、6は炭
材、石灰用ホツパーである。
FIG. 1 shows an example of equipment used for smelting reduction smelting. 1 is a rotary kiln used for heating and solid phase reduction of a mixture (pellets, etc.) of chromium ore powder and carbonaceous powder such as coke. Reference numeral 2 denotes a converter-like melting and reduction furnace for receiving the pre-reduced pellets, melting the pellets, and proceeding with the reduction of the remaining chromium and iron oxides. From an operational standpoint, a special furnace interior shape as shown in the figure is required, which will be discussed later. The melting reduction furnace is equipped with a tuyere 3 (there may be a plurality of tuyeres) for blowing oxygen-containing gas from the bottom, and a lance 4 for blowing oxygen into the furnace from above. Note that 5 is a hood, and 6 is a hopper for carbon and lime.

操業方法は次の通りである。操業をはじめるに
あたつては、別の溶解炉で得た炭素を含有する溶
湯を、溶融還元炉の定格量の50%以下装入する。
このような溶湯としては、溶銑あるいは溶融還元
炉から得られたフエロクロム溶湯を誘導溶解炉で
保温、あるいは再溶解したものが適している。な
お、一旦、操業を開始すると、以後は生成した溶
湯を炉外に出湯するに際し、その一部を残留させ
ることによつて操業が繰返されてゆく。この溶湯
量を極力少なくすること、少なくとも残留させる
ものの比率を50%以下にすることが、後述のよう
な溶融還元炉の内部形状を決める一つの要因にな
る。
The operating method is as follows. When starting operation, less than 50% of the rated amount of molten metal containing carbon obtained in a separate melting furnace is charged to the smelting reduction furnace.
As such a molten metal, hot metal or ferrochrome molten metal obtained from a smelting reduction furnace and kept warm in an induction melting furnace or remelted is suitable. Note that once the operation is started, the operation is repeated by leaving a part of the generated molten metal remaining when it is discharged from the furnace. Reducing the amount of molten metal as much as possible, or at least keeping the ratio of the remaining molten metal to 50% or less, is one of the factors that determines the internal shape of the smelting reduction furnace as described below.

溶湯7中に底吹羽口3から酸素を含むガス(例
えば羽口を二重管とし、外側の管からプロパンガ
ス、Arなどの羽口保護ガス、内側の管から酸素
ガスを供給する)を吹込む。11は気泡である。
この底吹ガスの効果は (i) メタル及び生成するスラグ層を強撹拌してク
ロム酸化物の還元反応速度を大にすること (ii) メタル中の炭素を燃焼してメタル浴を加熱
し、メタルを適度の温度(凝固点より20℃以
上、100℃以下高い温度)に維持することの2
つである。後者については、もし、酸素を含む
ガスの吹込がなければ、フエロクロム製錬のよ
うにスラグが多い場合には、溶融還元炉2内で
の発熱は上吹ランス4から供給される酸素によ
るスラグ8中の炭材のCOへの燃焼、あるいは
生成したCOガスのCO2への二次燃焼反応に依
存することになり、メタルへの熱供給はスラグ
を通して行われることになり、スラグ温度をメ
タル温度より高くすることが必要になる。この
ことはスラグ温度が高いことにより耐火物負荷
が大になるので好ましくない。
A gas containing oxygen is supplied into the molten metal 7 from the bottom blowing tuyere 3 (for example, the tuyere is made of a double pipe, and the tuyere protective gas such as propane gas or Ar is supplied from the outer pipe, and oxygen gas is supplied from the inner pipe). Infuse. 11 is a bubble.
The effects of this bottom blowing gas are (i) strongly stirring the metal and the generated slag layer to increase the reduction reaction rate of chromium oxide, (ii) burning the carbon in the metal and heating the metal bath, 2. Maintaining the metal at an appropriate temperature (20℃ or more, 100℃ or less higher than the freezing point)
It is one. Regarding the latter, if there is no injection of oxygen-containing gas and there is a lot of slag, such as in ferrochrome smelting, the heat generated in the smelting reduction furnace 2 will be due to the slag 8 caused by the oxygen supplied from the top blowing lance 4. This will depend on the combustion of the carbonaceous materials inside to produce CO, or the secondary combustion reaction of the generated CO gas to CO2 , and heat will be supplied to the metal through the slag, causing the slag temperature to change to the metal temperature. It will be necessary to make it higher. This is undesirable because the high slag temperature increases the load on the refractories.

上吹ランス4からの酸素供給は、コークスなど
の炭材を燃焼して発熱するためのものであり、こ
の製錬法での主な熱発生源である。製錬反応速度
を大にするためには、特に上吹酸素による炭材の
燃焼速度を大にして熱発生速度を大にすることが
重要である。そのためには炉内に存在するコーク
スなどの炭材に吹込んだ酸素ジエツトがあたりや
すくすることが望ましい。これには、ランスノズ
ル4を広角・多孔(例えば7孔)として酸素ジエ
ツトを広げるとともに、コークスの存在する面積
を広くする必要がある。後者の観点は後述のよう
に溶融還元炉2の内部形状を決定する一要因であ
る。
The oxygen supply from the top blowing lance 4 is for burning carbonaceous materials such as coke to generate heat, and is the main source of heat generation in this smelting method. In order to increase the smelting reaction rate, it is particularly important to increase the combustion rate of the carbonaceous material by top-blown oxygen to increase the heat generation rate. For this purpose, it is desirable to make it easier for the oxygen jet blown into the carbonaceous material such as coke present in the furnace. For this purpose, it is necessary to make the lance nozzle 4 wide-angle and have multiple holes (for example, 7 holes) to widen the oxygen jet and to widen the area where the coke exists. The latter viewpoint is one factor that determines the internal shape of the melting reduction furnace 2, as will be described later.

溶融還元の第期においては、残留したメタル
の上に、ロータリーキルン1から、予熱、予備還
元されたクロム原料9(半還元クロムペレツト)
を供給しつつ上、底吹酸を行い、溶融とクロム、
鉄酸化物の還元の一部を進行させる。還元剤およ
び発熱剤として、石炭やコークスなどの炭材10
が添加される。また、クロムペレツト中の脈石分
および炭材中の脈石分を滓化するために、石灰を
主とするフラツクスがホツパー6から添加され
る。
In the stage of melt reduction, preheated and pre-reduced chromium raw material 9 (semi-reduced chromium pellets) is poured from rotary kiln 1 onto the remaining metal.
Perform top and bottom blowing acid while supplying melting and chromium,
Part of the reduction of iron oxides proceeds. Carbon materials such as coal and coke10 as reducing agents and exothermic agents
is added. Further, a flux mainly consisting of lime is added from the hopper 6 in order to slag the gangue content in the chrome pellets and the gangue content in the carbonaceous material.

なお、ロータリーキルン1の熱源としては、主
として溶融還元炉2から発生したCO,CO2を含
む高温ガスが用いられる。ただし、非定常操業時
には、溶融還元炉から発生したガスを、一旦タン
クに貯めたもの、あるいは天然ガスや重油などの
外部熱源が用いられることがある。ロータリーキ
ルンなどを用いてクロム鉱石を予備還元すること
が必要な理由は、 (i) 溶融還元炉から発生するガスの潜熱、顕熱を
利用することにより、溶融還元炉内で必要とさ
れる熱量を低下すること。
Note that as a heat source for the rotary kiln 1, high-temperature gas containing CO and CO 2 generated from the melting reduction furnace 2 is mainly used. However, during unsteady operation, the gas generated from the smelting reduction furnace may be temporarily stored in a tank, or an external heat source such as natural gas or heavy oil may be used. The reasons why it is necessary to pre-reduce chromium ore using a rotary kiln etc. are as follows: (i) By utilizing the latent heat and sensible heat of the gas generated from the smelting reduction furnace, the amount of heat required in the smelting reduction furnace can be reduced. to decline.

(ii) 一般にクロム鉱石の還元速度が小さい原因と
なつている難溶性のクロムスピネルを予備還元
によつて破壊し、還元反応速度を大にして所要
時間を短かくする。
(ii) The poorly soluble chromium spinel, which is generally the cause of the slow reduction rate of chromium ore, is destroyed by preliminary reduction, increasing the reduction reaction rate and shortening the time required.

(iii) クロム鉱石中の酸化鉄濃度を予備還元によつ
て低下し、溶融還元炉内のスラグの酸化鉄濃度
を下げ、耐火物侵食性を低下することなどによ
り、溶融還元炉の反応を効率的に行う上できわ
めて重要である。予備還元の程度は、上記(i)に
ついては、予備還元率を高くすればするほど有
利であり、明確な限界条件は存在しない。一
方、(ii)と(iii)について予備還元率は第2図、第3
図のような影響を及ぼすことがわかつた。すな
わち、耐火物溶損指数を小さくし、かつ還元反
応速度を大にして全処理時間を短縮することに
より、溶融還元炉の耐火物の原単位を低下する
には、クロムペレツトの予備還元率について
は、クロム分還元率を60%以上、鉄分還元率を
90%以上にすることが必要なことがわかる。こ
のような予備還元率は通常のロータリーキルン
では安定して達成することは困難な高レベルで
ある。本発明では後工程の特色を生かして(す
なわち還元炉が電気炉ではなく溶融還元炉であ
るため、炭材使用量が多い)ロータリーキルン
の外装炭装入量をふやすこと、ロータリーキル
ンは非定常操業を行うことなどによつて上記の
ような予備還元率条件を達成することができ
る。
(iii) The reaction in the smelting reduction furnace is made more efficient by reducing the iron oxide concentration in the chromium ore through preliminary reduction, lowering the iron oxide concentration in the slag in the smelting reduction furnace, and reducing the corrosion resistance of refractories. This is extremely important in order to achieve this goal. Regarding the degree of preliminary reduction, regarding (i) above, the higher the preliminary reduction rate is, the more advantageous there is, and there is no clear limit condition. On the other hand, the preliminary return rates for (ii) and (iii) are shown in Figures 2 and 3.
It was found that the effect was as shown in the figure. In other words, in order to reduce the refractory consumption rate in the smelting reduction furnace by reducing the refractory erosion index and increasing the reduction reaction rate to shorten the total processing time, the preliminary reduction rate of chromium pellets should be , chromium content reduction rate of 60% or more, iron content reduction rate
It can be seen that it is necessary to increase the ratio to 90% or higher. Such a preliminary reduction rate is at a high level that is difficult to stably achieve with a normal rotary kiln. In the present invention, by taking advantage of the characteristics of the post-process (that is, since the reduction furnace is a smelting reduction furnace rather than an electric furnace, the amount of carbon material used is large), the amount of external coal charged in the rotary kiln is increased, and the rotary kiln is capable of unsteady operation. The above preliminary reduction rate conditions can be achieved by performing the following steps.

所定量の半還元クロムペレツトを装入し終る
と、溶融還元は第期に移行する。第期におい
ては、半還元クロムペレツトの供給を行わない
で、吹酸、撹拌(必要に応じて炭材は補給する)
を続ける。第期においては第期とは異なり溶
融還元炉内へのクロム酸化物の供給はないので、
処理時間とともにスラグ中の酸化物として存在す
るクロム量は減少する。到達クロム%はスラグの
還元速度と、吹酸による再酸化速度のバランスに
よつてきまる。したがつて、吹酸速度が小さくな
るほど、スラグの到達クロム%(酸化物として存
在するもの)は低くなる。この値は0.7〜0.05%
の範囲に低下することが可能であるが、実用的に
はクロム歩留、経済性及び生成スラグの利用方式
などの諸点から第期終りの目標クロム%が設定
され、それを達成するために吹酸パターン(原則
として、吹酸量は連続的あるいは段階的に減少さ
せてゆく)及び処理時間などの操業条件が決めら
れる。なお、必要条件ではないが、溶融還元第
期の終りに、電気加熱あるいはシリコン系合金の
添加によるスラグクロム%減少のための処理を組
合せることも可能である。
After charging a predetermined amount of semi-reduced chromium pellets, the smelting reduction moves to the third stage. In the third stage, semi-reduced chromium pellets are not supplied, and blowing acid and stirring are carried out (charcoal material is replenished as necessary).
Continue. In the second stage, unlike the first stage, there is no supply of chromium oxide into the smelting reduction furnace.
The amount of chromium present as an oxide in the slag decreases with processing time. The chromium percentage reached depends on the balance between the slag reduction rate and the reoxidation rate by blowing acid. Therefore, the lower the acid blowing rate, the lower the % chromium (present as oxide) in the slag. This value is 0.7-0.05%
However, in practice, a target chromium percentage at the end of the period is set from various points such as chromium yield, economic efficiency, and how to use the generated slag, and blowing is carried out to achieve it. Operating conditions such as acid pattern (in principle, the amount of blown acid is reduced continuously or stepwise) and treatment time are determined. Although it is not a necessary condition, it is also possible to combine a treatment for reducing the slag chromium percentage by electric heating or addition of a silicon-based alloy at the end of the smelting reduction stage.

溶融還元の第期及び第期を通しての最大の
技術的課題は、耐火物に対する負荷を過大にしな
い条件下で極力、溶融還元炉の生産速度を大にす
る方法を見出すことである。生産速度に関係する
のは、溶融還元第期に関しては、予備還元ペレ
ツトの還元率と予熱温度、コークスなどの炭材の
燃焼速度(吹酸速度、炉内断面積、スラグ撹拌速
度)、第期については、クロム酸化物の還元速
度(生成スラグ量、炭材過剰量、スラグ温度、ス
ラグ撹拌速度など)である。一方、耐火物の原単
位に関係するのは、スラグ組成と耐火物近傍のス
ラグの流動速度、温度、時間などである。生産速
度を大にする作業要因のいくつか(例えば、スラ
グ温度上昇、スラグ撹拌強化など)は、耐火物に
関しては著しい悪影響を与える。したがつて、操
業条件の選定だけでは解決することはできない。
これに対して、本発明では次のような方法を講ず
る。
The biggest technical challenge during the smelting and reduction stages is to find a way to increase the production rate of the smelting reduction furnace as much as possible without placing an excessive load on the refractories. Regarding the smelting reduction stage, the production rate is related to the reduction rate and preheating temperature of the pre-reduced pellets, the combustion rate of carbonaceous materials such as coke (blowing acid rate, furnace cross-sectional area, slag stirring speed), and the stage of smelting reduction. is the reduction rate of chromium oxide (amount of slag produced, excess amount of carbon material, slag temperature, slag stirring speed, etc.). On the other hand, factors related to the basic unit of refractories include the slag composition, the flow rate of slag near the refractories, temperature, and time. Some of the operational factors that increase production rates (e.g., increased slag temperature, increased slag agitation, etc.) have significant negative effects on refractories. Therefore, the problem cannot be solved simply by selecting operating conditions.
In contrast, the present invention takes the following method.

溶融還元炉の炉内形状については、底部につい
ては定格容量の30%の溶湯量(すなわち、残し湯
標準量)が入る部分の絞り平均断面積(SL
を、溶融還元炉胴部の断面積(SS)の1/2〜1/5
の間 にすること、及び30%の溶湯が入つた時の溶湯深
さを50cm以上にする。
Regarding the internal shape of the smelting reduction furnace, the average cross-sectional area ( S
is 1/2 to 1/5 of the cross-sectional area (S S ) of the smelting reduction furnace body.
The depth of the molten metal should be at least 50 cm when 30% of the molten metal has entered.

その理由は次の通りである。 The reason is as follows.

(i) 残し湯量を極力少なくしても、底吹羽口を保
護し、吹き抜けなどがなく正常な底吹吹錬がで
きる(そのための条件は30%残し湯でも深さ50
cm以上である)。
(i) Even if the amount of remaining hot water is as small as possible, the bottom blowing tuyeres can be protected and normal bottom blowing can be performed without blow-through (the conditions for this are that even with 30% remaining hot water, the depth is 50
cm or more).

(ii) コークスなどの炭材は主としてスラグ表面で
酸素と反応して燃焼発熱する。したがつて、ス
ラグの表面積(すなわち、溶融還元炉胴部の面
積が大きいほど吹酸量をふやすことができ発熱
速度を大にすることができる。
(ii) Carbon materials such as coke react with oxygen mainly on the slag surface and generate heat through combustion. Therefore, the larger the surface area of the slag (that is, the area of the smelting reduction furnace barrel), the more the amount of blown acid can be increased and the rate of heat generation can be increased.

(iii) スラグの撹拌は主としてメタル浴への底吹ガ
スによつて行われる。スラグの撹拌の程度は炉
形状に依存する。スラグの撹拌は、スラグ中の
クロムの還元速度と、耐火物の消耗指数の両方
に影響を及ぼす。第4図は、前述のSL,SS
比:SS/SLがスラグ中のクロム還元速度指数
(スラグ中Cr%が10%から1%まで低下するに
要する時間の逆数として示す。)と、耐火物消
耗量指数に及ぼす影響を示す。SS/SLの比が
大になると、底吹ガス撹拌が耐火物近傍のスラ
グの流動に及ぼす影響が小さくなり、耐火物消
耗量指数は小さくなるが、一方、炉周近傍のス
ラグの撹拌強度が小さくなり、還元速度指数も
小さくなる。ここでSSは溶融還元炉胴部の断
面積、SLは溶融還元炉底部残し湯に対応する
部分の断面積を意味する。
(iii) Stirring of the slag is mainly carried out by bottom blowing gas into the metal bath. The degree of slag agitation depends on the furnace geometry. Slag agitation affects both the rate of chromium reduction in the slag and the refractory consumption index. FIG. 4 shows the ratio of S L and S S described above: S S /S L as the reciprocal of the chromium reduction rate index in the slag (the time required for the Cr% in the slag to decrease from 10% to 1%). ) and its effect on the refractory consumption index. As the ratio of S S /S L increases, the effect of bottom-blown gas agitation on the flow of slag near the refractory becomes smaller, and the refractory consumption index becomes smaller. The strength becomes smaller and the reduction rate index also becomes smaller. Here, S S means the cross-sectional area of the body of the smelting reduction furnace, and S L means the cross-sectional area of the portion corresponding to the remaining hot water at the bottom of the smelting reduction furnace.

耐火物の消耗を小さくし、同時に還元反応速
度を高位に保つためには、第4図よりSS/SL
の比は2〜5の間であることが必要なことがわ
かる。
In order to reduce the consumption of refractories and at the same time keep the reduction reaction rate at a high level, S S /S L
It can be seen that the ratio of is required to be between 2 and 5.

炉の断面積を、底部と胴部でこのように変化
させる方法としては、(1)胴部(ほぼ断面積一
定)から徐々になだらかに断面積を減少させる
方式と、(2)胴部と炉底部の境界で急に断面積を
減少させる方式、及び(3)両者を組合せた方式の
3つがある。耐火物原単位低下という本発明の
主目的からは、いずれでもよいが、極力少量の
残し湯方式で安定して操業を繰返してゆくとい
う観点からは胴部と炉底部の境界で急に断面積
を変化させる方式(2)の方が有利である。
There are two ways to change the cross-sectional area of the furnace between the bottom and the body: (1) gradually and gently decreasing the cross-sectional area from the body (where the cross-sectional area is almost constant); There are three methods: (3) a method in which the cross-sectional area suddenly decreases at the boundary at the bottom of the furnace, and (3) a method in which the two are combined. From the main objective of the present invention, which is to reduce the unit consumption of refractories, either method is acceptable; Method (2) of changing is more advantageous.

(iv) SLに対してSSの値が大きいことは、スラグ
厚さを小さくできることを意味し、フエロクロ
ム溶融還元製錬の場合のようにスラグ生成量が
多い場合に反応速度を高位に保つのに有利であ
る。第5図は溶融還元第期終りの計算スラグ
厚み(スラグ中にガスが存在していないとして
計算した値)が、スラグ中の酸化クロムの還元
速度指数(スラグ中Cr%が10%から1%まで
低下する時の所要時間の逆数として示す)およ
び到達クロム値に及ぼす影響を示す。(この場
合、スラグ、メタルへのガス吹込みやガス発生
はないと想定している)。スラグ厚みが250cmを
超えると還元速度が小さくなり、かつ到達クロ
ム%が高くなる。これは、コークスなどの炭材
が撹拌されている溶融スラグ中にもぐり込める
深さには限度があり、それ以上では炭材とスラ
グの接触面積が低下するため還元反応速度が小
さくなり、また、炭材とメタルとの接触が断た
れるため、酸素をメタル中に底吹した時、メタ
ルが炭素飽和という条件が守れなくなつてクロ
ムの酸化の影響が生ずるためである。したがつ
て、スラグ厚さが250cm以上ではペレツトの供
給をやめ、第還元期に移行することが望まし
い。鉱石の種類あるいはフラツクス条件によ
り、所定量のメタルを製造する時のスラグ量が
上記条件を越えて生成する時は、出湯1回に排
滓複数回行うなどの操業を行うことが望まし
い。
(iv) A large value of S S with respect to S L means that the slag thickness can be reduced, and the reaction rate can be maintained at a high level when the amount of slag produced is large as in the case of ferrochrome smelting reduction smelting. It is advantageous for Figure 5 shows that the calculated slag thickness at the end of the smelting reduction period (value calculated assuming that no gas exists in the slag) is the reduction rate index of chromium oxide in the slag (Cr% in the slag is 10% to 1%). (expressed as the reciprocal of the time required to reduce the chromium to chromium) and the effect on the achieved chromium value. (In this case, it is assumed that there will be no gas injection into the slag or metal or generation of gas). When the slag thickness exceeds 250 cm, the reduction rate decreases and the achieved chromium percentage increases. This is because there is a limit to the depth to which carbonaceous materials such as coke can penetrate into the stirred molten slag, and beyond that the contact area between the carbonaceous materials and slag decreases, reducing the reduction reaction rate. This is because the contact between the carbonaceous material and the metal is cut off, so when oxygen is blown into the metal, the condition that the metal is saturated with carbon cannot be maintained, resulting in the effect of oxidation of chromium. Therefore, when the slag thickness is 250 cm or more, it is desirable to stop feeding pellets and shift to the second reduction stage. If the amount of slag generated exceeds the above conditions when producing a predetermined amount of metal due to the type of ore or flux conditions, it is desirable to carry out operations such as draining the slag multiple times per tap.

なお、フエロクロム溶融還元製錬に他の炉形式
に比して上底吹転炉型反応容器が適している理由
は次の通りである。
The reason why a top-bottom blowing converter type reaction vessel is more suitable than other furnace types for ferrochrome smelting reduction smelting is as follows.

(i) 底吹なしの場合:撹拌が不十分なためスラグ
中のクロム還元速度が小さい。また、メタル浴
を直接、加熱できないので、相対的にスラグ温
度が高くなり、処理時間の延長とあいまつて耐
火物に著しく負荷を及ぼす。
(i) Without bottom blowing: Due to insufficient stirring, the rate of chromium reduction in the slag is slow. Furthermore, since the metal bath cannot be heated directly, the slag temperature becomes relatively high, which, together with the extension of treatment time, places a significant load on the refractories.

(ii) 底吹だけの場合:多量の酸素を吹込むための
羽口数がふえて、設備管理がむつかしくなる。
また、炭材の燃焼を全てメタルの酸化を通して
行わなければならないので、スラグ量がふえる
と炭材の溶融金属への溶け込みが遅れ、溶融金
属の再酸化がおこりやすくなる。
(ii) In the case of only bottom blowing: The number of tuyeres required to blow in a large amount of oxygen increases, making equipment management difficult.
Furthermore, since all of the carbonaceous material must be combusted through oxidation of the metal, if the amount of slag increases, the dissolution of the carbonaceous material into the molten metal will be delayed, making re-oxidation of the molten metal more likely to occur.

(iii) 上底吹の場合:上吹はスラグ内の炭材の燃焼
及びCOガスの一部の二次燃焼による発熱で、
主として、還元反応熱を供給し、一方、底吹は
溶融金属中にとけ込んだ炭素の酸化に用いら
れ、溶融金属を適当な温度範囲にコントロール
するのに用いられる。底吹のO2は溶融金属中
のクロム分を再酸化するのがおそれられるが、
本発明では溶融金属を常に炭素飽和に保つよう
な手段(例えば、溶融金属相に炭材を直接吹き
込む、炭材を鉱石などと混合・成型して比重を
溶融スラグ層のそれより大にして、上方からの
投入で、炭材を溶融金属相に達せしめるなど)
を必要に応じて併用することによつて、溶融還
元第期においても底吹吹酸をつづけながら還
元を行えるようにした。これはプロセスを通し
てのスラグ温度を極力低く保ち、耐火物原単位
を下げるために本質的である。
(iii) In the case of top-bottom blowing: Top blowing generates heat due to the combustion of carbonaceous material in the slag and the secondary combustion of a part of the CO gas.
It mainly supplies the heat of the reduction reaction, while the bottom blower is used to oxidize the carbon dissolved in the molten metal, and is used to control the molten metal within an appropriate temperature range. There is a fear that bottom-blown O 2 will re-oxidize the chromium content in the molten metal, but
In the present invention, the molten metal is always kept saturated with carbon (for example, by directly blowing carbonaceous material into the molten metal phase, or by mixing and molding carbonaceous material with ore etc. to make the specific gravity higher than that of the molten slag layer, (For example, by charging from above, the carbonaceous material reaches the molten metal phase, etc.)
By using these in combination as necessary, reduction can be carried out while bottom-blowing acid continues even in the melt reduction stage. This is essential for keeping the slag temperature as low as possible throughout the process and lowering the refractory unit consumption.

定格溶融金属量(出湯直前の溶湯量)50tの上
底吹転炉(上吹ランス1本、ノズル7mmφ×7
孔、中心に1孔、周辺に6孔、周辺6孔のランス
軸に対する角度25゜、底吹羽口4本、内管径20mm
φの二重管、外管にはプロパンを保護ガスとして
流す)を反応容器として用い、中間排滓を1回行
い、溶融金属は33ヒートづつ出湯し、17tを残し
湯する方式で半連続的に操業した。
Rated molten metal amount (molten metal amount just before tapping) 50t top-bottom blowing converter (1 top blowing lance, nozzle 7mmφ x 7
Holes: 1 hole in the center, 6 holes on the periphery, 25° angle to the lance axis of the 6 holes on the periphery, 4 bottom blowing tuyeres, inner pipe diameter 20 mm
A φ double pipe (propane is flowed into the outer pipe as a protective gas) is used as the reaction vessel, intermediate drainage is performed once, and the molten metal is discharged in 33 heats at a time, leaving 17 tons as hot water, resulting in a semi-continuous process. It was operated in

炉内の築造後の形状は、底部の深さ100cmにつ
いては平均断面積(SL)30000cm2、底部から100
cm以上の胴部(ストレート)の断面積(SS)は
100000cm2である。50ヒート連続して処理を行つた
後は、底部の深さ100cmまでについては平均断面
積(SL)41000cm2,100cm以上の、胴部断面積SL
は17300cm2であり、いずれもSS/SL=2〜5の
条件を満足している。
The shape of the furnace after construction is such that the average cross-sectional area (S L ) is 30,000 cm 2 for a depth of 100 cm at the bottom, and 100 cm from the bottom.
The cross-sectional area (S S ) of the trunk (straight) of cm or more is
It is 100000cm2 . After 50 consecutive heat treatments, the average cross-sectional area (S L ) for the bottom depth up to 100 cm is 41000 cm 2 , and the body cross-sectional area S L for more than 100 cm
is 17300 cm 2 and both satisfy the condition of S S /S L =2 to 5.

主原料であるクロム鉱石はコークス粉を混合し
てペレツトとし、副原料であるコークスを外装炭
としてロータリーキルンに装入し、溶融還元炉か
ら出る高温排ガスを加熱源として予備還元、予熱
を行つた。溶融還元炉に入る半還元クロムペレツ
トの平均成分、温度は次の通りである。T.Cr36
%,T.Fe18%、クロム分還元率66%、鉄分還元
率92%、MgO10%,Al2O310%,SiO29%、温度
1020℃。炭材は粒径10mm〜70mmのコークス(C分
88%)の約9割はロータリーキルンを通して、残
りの約1割は炉況に応じて石灰(CaO分97%,20
〜50mm中)とともに直接、溶融還元炉に装入し
た。
The main raw material, chromium ore, was mixed with coke powder to form pellets, and the coke, an auxiliary raw material, was charged into a rotary kiln as outer coal, and the high-temperature exhaust gas from the smelting reduction furnace was used as a heating source to perform preliminary reduction and preheating. The average composition and temperature of the semi-reduced chromium pellets entering the smelting reduction furnace are as follows. T.Cr36
%, T.Fe18%, chromium reduction rate 66%, iron reduction rate 92%, MgO10%, Al 2 O 3 10%, SiO 2 9%, temperature
1020℃. The carbon material is coke with a particle size of 10 mm to 70 mm (C
88%) is passed through the rotary kiln, and the remaining 10% is processed using lime (97% CaO, 20% CaO) depending on the furnace conditions.
~50mm) was directly charged into the smelting reduction furnace.

第1還元期:残し湯に酸素を含むガスを上・底
吹しながら、予熱された予備還元ペレツト、コー
クス、石灰を装入する。吹酸速度は、上吹:
13000Nm3/hr、底吹800Nm3×4/hrである。溶
融金属を測温し、その値が1580〜1630℃の間にコ
ントロールされるように予備還元ペレツトの装入
速度を調整する。約60分でペレツトの装入を終了
する。この時点のスラグ中のCr%は3.6%であつ
た。
First reduction stage: Preheated prereduced pellets, coke, and lime are charged into the remaining hot water while blowing oxygen-containing gas from top to bottom. The acid blowing speed is top blowing:
13000Nm 3 /hr, bottom blowing 800Nm 3 ×4/hr. The temperature of the molten metal is measured, and the charging speed of the prereduced pellets is adjusted so that the temperature is controlled between 1580 and 1630°C. Pellet charging is completed in about 60 minutes. At this point, the Cr% in the slag was 3.6%.

第2還元期:予備還元ペレツトの溶融還元炉へ
の装入をやめ、底吹ガスはそのままにし、以後、
7分ごとに、上吹酸素を7500Nm3/hr,3000N
m3/hr,ONm3/hrと変化させて、スラグ中のCr
分の還元を進め、最終のスラグ組成を、CaO19
%,SiO220%,MgO24%,Al2O322%,T.Cr:
0.9%,T.Fe0.7%とする。このスラグを中間排滓
する。溶融金属は残し、以後、前記の第1、第2
還元期を繰り返し、そのあとは出滓につづいて、
溶融金属の2/3を出湯する。以後は同一のサイク
ルを繰り返す。出湯された金属の成分は次の通り
である。Cr:53%,Fe:37%,C:8.5%,Si:
0.7%,S:0.015%,P:0.035%。
Second reduction period: Stop charging the prereduced pellets to the melting reduction furnace, leave the bottom blowing gas as it is, and then
Top blown oxygen 7500Nm 3 /hr, 3000N every 7 minutes
m 3 /hr, ONm 3 /hr, Cr in slag
The final slag composition was changed to CaO19
%, SiO 2 20%, MgO 24%, Al 2 O 3 22%, T.Cr:
0.9%, T.Fe 0.7%. This slag is removed as an intermediate slag. The molten metal is left behind, and the above-mentioned first and second
Repeat the reduction period, then continue with the slag,
Tap out 2/3 of the molten metal. After that, the same cycle is repeated. The components of the tapped metal are as follows. Cr: 53%, Fe: 37%, C: 8.5%, Si:
0.7%, S: 0.015%, P: 0.035%.

以上のように、本発明は従来、電気炉で製造さ
れていたフエロクロムを、電力を用いることなく
製造する溶融還元法の問題点を、予備還元炉特殊
操業との組合せと、溶融還元炉形状及び操業条件
を特定することによつて解決し、安価に高クロム
合金を製造することを可能にしたもので、経済的
な効果が大きい。
As described above, the present invention solves the problems of the smelting reduction method that conventionally produced ferrochrome in an electric furnace without using electricity, by combining special operation of the pre-reducing furnace, and by changing the shape of the smelting reduction furnace. This problem was solved by specifying the operating conditions and made it possible to manufacture high-chromium alloys at low cost, which has a large economic effect.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明を実施するのに用いる設備の1
例を示す説明図、第2図はスラグ中のクロム酸化
物の還元速度に及ぼすクロムペレツトの予備還元
率の影響を示す図、第3図は耐火物溶損指数に及
ぼすクロムペレツトの予備還元率の影響を示す
図、第4図は上底吹転炉の炉内形状がクロム還元
速度指数および耐火物消耗量指数に及ぼす影響を
示す図、第5図は溶融還元第1期終りのスラグ厚
み(スラグ中にガスが存在していないとして計算
した値)が、スラグ中の酸化クロムの還元速度お
よびスラグの到達クロム値に及ぼす影響を示す図
である。
Figure 1 shows one of the facilities used to carry out the present invention.
An explanatory diagram showing an example. Figure 2 is a diagram showing the influence of the preliminary reduction rate of chromium pellets on the reduction rate of chromium oxide in slag. Figure 3 is a diagram showing the influence of the preliminary reduction rate of chromium pellets on the refractory erosion index. Figure 4 is a diagram showing the influence of the internal shape of a top-bottom blowing converter on the chromium reduction rate index and refractory consumption index, and Figure 5 is a diagram showing the influence of the inner shape of the top-bottom blowing converter on the chromium reduction rate index and refractory consumption index. FIG. 3 is a diagram showing the influence of the chromium oxide (calculated on the assumption that no gas exists in the slag) on the reduction rate of chromium oxide in the slag and the attained chromium value of the slag.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 予備還元炉と上底吹転炉型溶融還元炉を用
い、クロム鉱石を原料として高クロム合金を製造
する高クロム合金の溶融還元製錬方法において、
予備還元炉で外装炭を用いてクロム鉱石中の酸化
鉄の90%以上を還元した後、この予備還元された
クロム鉱石(クロム原料)を底部(非ストレート
部)の平均断面積に対し胴部(ストレート部)の
断面積を2〜5倍とした上底吹転炉型溶融還元炉
へ装入しつつ底吹吹酸を行う製錬第期と、次い
で前記予備還元されたクロム鉱石(クロム原料)
の供給を止めて、吹酸および浴の撹拌を行う製錬
第期からなることを特徴とする高クロム合金の
溶融還元製錬方法。
1. A high chromium alloy smelting reduction smelting method for producing a high chromium alloy from chromium ore as a raw material using a preliminary reduction furnace and a top-bottom blowing converter type smelting reduction furnace,
After reducing more than 90% of the iron oxide in the chromium ore using external charcoal in a pre-reduction furnace, this pre-reduced chromium ore (chromium raw material) is reduced to the average cross-sectional area of the bottom (non-straight part). In the smelting stage, the pre-reduced chromium ore (chromium material)
A method for smelting and reducing high chromium alloys, comprising a smelting stage in which the supply of chromium is stopped and the blowing acid and bath are stirred.
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