JPS6359965B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は溶鉱炉法によつて炭化カルシウム（以
下、CaC₂と略記する）を製造する方法に関し、
より詳細に溶鉱炉内に形成された還元領域を利用
して酸化カルシウムを炭素材により還元して
CaC₂を製造する方法に関する。

〔従来技術〕

CaC₂は、アセチレンあるいは脱硫剤、石灰窒
素肥料の製造原料として極めて重要な工業製品で
ある。

そしてCaC₂は従来、下記反応式（）による
炭素還元反応が2000℃以上の高温と多量の高温熱
を必要とするので、高温熱を出成することができ
る唯一の方法としての電力加熱による電炉法が採
用されていた。

CaO＋3C→CaC₂＋CO （） この場合、原料としては主に石灰石とばい焼し
て得られた酸化カルシウムを用い、生成物は連続
的操業を容易にするために融点の低いCaC₂と酸
化カルシウムとの混合物である。

一方、Al，Mg，Ca，Na，Liなどの軽金属は、
有用な工業資材であり、従来主に溶融塩電解法に
よつて製造されている。

そして、Mgのようにフエロシリコンによる
MgOの還元によつて製造される場合もあるが、
還元剤のフエロシリコンは電炉法によつて製造さ
れており、結局のところ、これら軽金属はいずれ
も電力によつて製錬されていると云うことができ
る。

同様に、Ti，Zr，Ｕ，Thなどの有用金属も、
Na，Mg，Caなどの還元力の強い軽金属を還元
剤として製錬されており、これら有用金属も間接
的には電解法によつて製造されると云うことうが
できる。

このように、従来技術によるCaC₂およびAl，
Mg等の製造方法は、いづれも電力を用いている
ので、電力の高価な我国においては、これらの製
造工業および関連工業はいずれも構造的苦境にお
ちいつている。

ところで、CaC₂や、Al，Mg等の製造に溶鉱炉
法が採用されていないのは、下記のような技術的
困難に起因する。

イ CaC₂，Al，Mg等の製造において、還元反応
を進行させるためには、2000℃以上の超高温を
必要とする。

ロ 燃料の酸素燃焼によつて高熱を発生させる
と、炭素による還元反応が進行する反応域の酸
素分圧が高くなり、生成物の再酸化反応が進行
する。

ハ 生成金属、または副生する亜酸化物の蒸気圧
が高いので、燃焼によつて生成する一酸化炭素
によつて掃引されて、これら金属がダスト状で
揮発し、炉の閉塞などのトラブルが生ずる。

また、一酸化炭素による生成金属の再酸化も
起る。

ニ Al₄C₃，SiC，TiC等の炭化物が安定のため
に、金属が得られないか、得られたとしても流
動性が悪く炉外への取出しが困難になる。

ホ コークスや石炭等を燃料および還元剤として
用いるので、生成物への不純物の混入が著し
く、溶鉱炉工程に後続する精製工程が必要とな
るばかりか、精製工程も技術的に困難な場合が
多い。

〔発明の目的〕

本発明は、上述した現状にかんがみてなされた
ものであり、従来の、電炉法によるCaC₂の製造
方法に代る、電力を使用しない溶鉱炉法による
CaC₂の製造方法を提供し、省電力による省エネ
ルギーと低コスト化を達成せんとするものであ
る。

〔発明の構成〕

上記目的を達成する本発明は、超高温溶鉱炉内
に充填した炭素材を酸素燃焼させて2000℃以上の
還元領域を形成し、この還元領域に酸化カルシウ
ム含有物および炭素材を供給して前記酸化カルシ
ウムを前記炭素材により還元して炭化カルシウム
を生成させることを特徴とするものである。

本発明において用いる超高温溶鉱炉としては、
通常、シヤフト炉が用いられる。

ここでシヤフト炉とは、第１図に示すように、
長い炉胸部（シヤフト）を有する炉であり、図示
のように直筒型のみならず、シヤフト部にふくら
みを持たせたものも用いられる。

機能的には、炉下部から上方に向う高温ガス
と、炉上部から下部に下降する固体、液体物質が
シヤフト部において向流し、熱向換、物質交換、
反応等を行なうことを特長とする向流移動床型反
応器である。

本発明においては、まずかかるシヤフト炉１の
内部に充填強度に耐える炭素材を充填して、炭素
材の充填層２を形成する。炭素材としては石炭、
特に高炭化度の瀝青炭、またはコークスが使用さ
れる。

かかる炭素材は、燃焼域において超高温を発生
させるために、粒径が大きいことが望ましく、直
径10mm以上の炭素材の使用が好ましい。

次にシヤフト炉１の下部から、酸素含有ガス送
風管３を介して酸素含有ガスを吹き込み、炭素材
を酸素燃焼させ、燃焼領域４を形成させる。

酸素含有ガスとしては、空気を用いても良い
が、好ましくは酸素濃度を空気以上に富化させた
酸素富化空気が用いられ、より好ましくは濃度80
％以上の酸素富化空気、最も好ましくは純酸素が
用いられる。

かかる条件下で炭素材を燃焼させながら、燃焼
中の炭素材表面の最高火点温度が通常では2700℃
以上、好ましくは2900℃以上になるように、酸素
含有ガスの送風量、酸素含有ガス送風管の口径
（ランス羽口）、冷却水供給量等の操作条件を調整
する。

この結果、燃焼条件の調整によつて、第１図お
よび第２図に示すように炭素材の酸素燃焼が進行
しつつある酸素分圧が高い燃焼領域４の外部に
2000℃以上の温度を有する還元領域５が形成され
る。

かかる状態において、炉の上部のホツパー６か
ら酸化カルシウム含有物と、燃焼材および還元材
としての炭素材との混合物７を供給する。

ここで酸化カルシウム含有物とは、石灰石など
の酸化カルシウム、もしくは焼成などによつて酸
化カルシウムに転化しうる成分を含有する鉱物で
あり、酸化カルシウム含有物と炭素材との混合化
率は、通常ではモル比５〜50、好ましくは９〜15
である。

このように酸化カルシウムと炭素材との混合物
が供給されたときの、シヤフト炉１内における状
態をより詳細に説明すると、下記のようである。

すなわち、上述のようにシヤフト炉１内の下部
に送風された酸素含有ガスは、その運動量、すな
わち送風速度と炭素材粒径に応じて、一定の領域
内で炭素材を酸化せしめて高温を発生させ、燃焼
領域４が形成される。

このとき、この燃焼領域４内では酸素は反応し
つくすために、燃焼領域外に高温で、かつ酸素が
ほとんど存在せず、一酸化炭素が存在する領域、
すなわち還元領域５が形成される。

一方、シヤフト炉１の上方に供給された炭素材
を酸化カルシウム含有物７は、融着帯８で融体化
し、形成されたCaC₂、Al₂O₃，SiO₂とCaO（カル
シア）との共融液が、滴下帯９の炭素材と炭素材
との間隙を通つて滴下する。

この共融液からのCaC₂生成は、後述するよう
に、主に還元領域５において進行する。

燃焼領域４において生成した高温の一酸化炭素
ガスは、炉内を上昇し、滴下帯９、融着帯８、お
よびその上部の炭素材と酸化カルシウム含有物と
の混合物７の層において炭素材および酸化カルシ
ウム含有物と熱交換し、煙道１０へ導かれる。

炉内を上昇するガス中に含まれるCa，Al₂O，
SiO等の蒸気およびCaO，Al₂O₃，SiO₂、炭素材
微粉末は、滴下帯９および融着体８において共融
体にトラツプされる。

燃焼領域４では、炭素材が燃焼によつて消失す
るので、順送りに消費され、炉内の充填物全体が
徐々に下降する。

原料の炭素材と酸化カルシウム含有物が共融化
することによつて、必ずしも燃焼材の炭素材の燃
焼による移動に同伴せずに、独自に炉内を降下す
るのが、本発明における炉操業上の要点である。

還元領域５において進行する反応は、下記反応
式（）または（），（）で表わされる。

この場合、反応式（），（）および（）に
必要な熱は下記反応式（）による炭素材の酸素
燃焼によつて与えられる。

CaO＋3C→CaC₂＋CO （） CaO＋Ｃ→Ca＋CO （） 2CaO＋CaC₂→3Ca＋2CO （） Ｃ＋1/2O₂→CO （） 反応式（），（）で生成した金属カルシウム
は蒸気状であり、一酸化炭素と共に炉の上部に輸
送されるが、その過程において下記反応式（）
で示される一酸化炭素との逆反応の他に、反応式
（）で示される炭化反応を受ける。

Ca＋CO→CaO＋Ｃ （） Ca＋2C→CaC₂ （） 反応式（）により生成したCaC₂は酸化カル
シウムと混合して共融物を形成し、流動性を獲得
して炉底へ流下し、湯道１１より生成物を流出さ
せる（タツピング）ことによつて採取することが
できる。

上記（）〜（），（），（）の反応は、燃
焼領域においては酸化性であるので進行が困難で
あり、たとえ部分的に進行したとしてもその大部
分は再酸化されCaOになり微粉末化して上昇ガス
に随伴するか、融体化して炉底に滴下するので、
還元領域を一定以上に広汎に確保することができ
れば、CaC₂含有率の高い酸化カルシウムの共融
物を得ることができる。

なお、本発明者らの知見によれば、本発明にお
いて炭化材の酸素燃焼によつて形成される超高温
の燃焼領域においては、炭素材に含有されている
シリカ、アルミナから多量のダストが発生する。

これらのダストは、炭素環元によつて生成する
SiO，Al₂Oなどの亜酸化物に起因すると推測され
るが、これらのダストは還元および燃焼領域で発
生したカルシウムの再酸化による酸化カルシウム
微粒子（上記反応式（））を含めて炭素材充填
層上部において、供給された原料の酸化カルシウ
ムに捕捉され、原料酸化カルシウムの融体化に役
立つと共に、CaC₂の共融物を形成することによ
つて炉頂ガスへの混入が防止される。

すなわち、炉の上部に供給された原料の酸化カ
ルシウムは、固体のままでは、炭素材が消費され
る燃焼領域４へ、炭素材と共に輸送されざるを得
ないが、融体化することによつて、固体間隙を流
下して炉内横断面全域にわたつて降下するように
なるので、燃焼領域への原料の輸送が緩和され、
還元領域への輸送量が増加する利点がある。

このように、本発明により製造されたCaC₂は、
未反応の酸化カルシウムとの共融物、すなわち混
合物であるが、混合物のままでも水と反応してア
セチレンを発生し、また脱硫剤として、あるいは
石灰窒素の原料として利用することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、従来電炉法
によつて製造されていたCaC₂を溶鉱炉法によつ
て製造することができる。

したがつて、従来のように電力を消費すること
が全くなく、省エネルギー効果にあわせて低コス
ト化を達成することができる。

なお、本発明によつて製造されるCaC₂は、主
として酸化カルシウムとの混合物の形状ではある
が、アセチレン発生用、脱硫剤、石灰窒素製造原
料などとして従来どおり利用することができる。

以下、本発明の実施例を述べる。

〔実施例〕

内径60cm、内部高240cmの円筒状シヤフト炉を
用い、15〜35mm径の高炉コークスを炭素材として
充填した。

また原料酸化カルシウムとしては、硬焼カルシ
アの粒径10〜25mmのものを用いた。

炉下部３方向の羽口から、酸素を毎分400〜
500×３＝1200〜1500送風した。

一方、炉上部のポツパーからは、高炉コークス
を、ほぼ20分毎に60Kg供給すると共に、硬焼カル
シアを10Kgづつ供給した。

操業中の充填層高さは羽口上約1.5〜２ｍであ
つた。

羽口先に観測された燃焼コークスの表面の最高
火点温度は2700〜3200℃であり、羽口準上方20cm
における炉中心部（還元領域）の温度は1800〜
2200℃であつた。

また、採取された燃焼排ガス中の酸素濃度は１
〜５％であつた。

100Kgの硬焼カルシアから60Kgの生成物を得て、
生成物と塩酸との反応によつてアセチレンを発生
させ、CaC₂含有率を決定した。

採取部位による変動が認められたが、CaC₂の
重量含有率は５〜61％であり、生成物中30Kgが
CaC₂含有率40％以上であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いたシヤフト炉の縦断面概
要図、第２図はそのＡ−Ａ矢視断面説明図であ
る。 １……シヤフト炉、４……燃焼領域、５……還
元領域。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 超高温溶鉱炉内に充填した炭素材を酸素燃焼
   させて2000℃以上の還元領域を形成し、この還元
   領域に酸化カルシウム含有物および炭素材を供給
   して前記酸化カルシウムを前記炭素材により還元
   して炭化カルシウムを生成させることを特徴とす
   る溶鉱炉法による炭化カルシウムの製造方法。