JP2003247032A - 溶融還元炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 炭素系固体還元剤の充填層に高温の酸素富化
空気を吹き込む羽口を少なくとも上下二段に設け、該羽
口の少なくとも上段から粉粒状の金属酸化物含有原料を
吹き込み、含クロム溶融金属を製造する溶融還元炉の操
業方法に関する。 【解決手段】 粉状のクロム鉱石を、前記溶融金属の金
属成分を含有する金属酸化物粉状物と混合して含クロム
塊状原料を形成し、該含クロム塊状原料を、前記溶融還
元炉の炉頂から装入する。また、前記溶融金属が鉄を溶
融した溶銑であり、前記金属酸化物粉状物が酸化鉄含有
の粉状物であることを好適とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属酸化物を含有
する粉粒状原料を溶融還元して溶融金属を製造する溶融
還元炉の操業方法に関し、特に、 含クロム溶融金属の製
造に適用するものである。なお、以下では、代表的な金
属である鉄を例としてあげ、 溶融金属として含クロム溶
銑を製造する場合について説明を行うが、他の含クロム
溶融金属の製造にも同様に適用できるものであることは
言うまでもない。

【０００２】

【従来の技術】従来、クロム鉱石をクロム源の一部また
は全部として使用して含クロム溶銑を得るには、電気炉
の使用が一般的であった。しかしながら、その製造原価
に占める電気消費エネルギの割合が極めて高いため、こ
の電気消費量が製品価格を大きく左右するという問題が
あった。

【０００３】これを解決する手段として、特許文献１に
は、粉粒状の金属酸化物含有原料を溶融還元して金属を
回収する手段として、竪型炉タイプの溶融還元炉を用い
た方法が開示されている。この方法は、炉下部に設置さ
れた高温空気を吹き込む上下二段の羽口のうち、少なく
とも上方の羽口から粉状あるいは粒状の原料を高温空気
とともに竪型炉内に吹き込み、炉内に充填した炭材を燃
焼させて溶融還元するものである。

【０００４】この方法では、上下の羽口間に充填した炭
材が燃焼して高温領域を形成できるため、クロム鉱石も
容易に溶融され、その後充填層を滴下する間に、固体炭
素充填層で直接還元される。そのため、難還元性のクロ
ム鉱石を用いて溶融状態の含クロム溶銑として容易に回
収することが可能である。上記の方法で、さらにクロム
濃度を増加させる手段としては、例えば特許文献２に、
羽口から粉状のクロム鉱石を吹き込むのと同時に、炉上
部からクロム源として高炭素Fe−Crを装入する方法が開
示されている。

【０００５】この方法では、炉上部から装入された高炭
素Fe−Crは上段のレースウェイで容易に溶解し、さらに
羽口から吹き込まれた粉状のクロム鉱石等のクロム源は
上下羽口間に形成された高温領域において還元されるた
め、高クロム濃度の溶銑を容易に製造することができ
る。

【０００６】

【特許文献１】特公平02-42884号公報

【特許文献２】特開昭60-162718 号公報

【特許文献３】特開2001-316731 号公報

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高炭素
Fe−Crは電力を使用して製造するため高価であり、 か
つ、装入可能な大きさへの整粒が困難である。そのた
め、 塊状の高炭素Fe−Crの多量使用ができず、安価に大
量生産ができないという問題があった。また、この高炭
素Fe-Cr を炉頂から装入する代わりに塊状のクロム鉱石
を炉頂から装入することも考えられる。しかし、クロム
鉱石は一般にスピネル型結晶を有する鉱物であり、 融点
が2000℃以上であるものがほとんどであって、還元され
難い性質を有している。そこで、炉頂から塊状のクロム
鉱石を単純に装入するだけでは、クロム鉱石の昇温とク
ロム鉱石中に含まれるFe分の還元がシャフト部で若干進
行することによる、熱利用は期待されるものの、クロム
鉱石の還元そのものは上段羽口近傍の高温部に降下して
溶融が開始するまでは、 ほとんど進行しないものと思わ
れる。そのため、炉頂からの塊状のクロム鉱石の装入は
行われていなかった。

【０００８】しかしながら、炉頂から塊状のクロム鉱石
の装入が可能であれば本発明で対象とする溶融還元炉の
生産性を向上する可能性があり、 望ましいと考えられ
る。本発明は、 炉頂からの塊状のクロム鉱石装入を可能
として、 溶融還元炉において安価に高クロム溶銑の製造
を行い得る方法を提供し、 溶融還元炉の安定した操業を
可能とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】溶融還元炉の炉頂から塊
状のクロム鉱石をそのまま装入することは、クロム鉱石
の難還元性等の性質からほとんど効果が期待できないと
考えられている。一方、 粉状のクロム鉱石を炉頂から装
入することができれば、シャフトにおけるガス還元の促
進も期待できるが、粉状のクロム鉱石を直接炉頂から装
入しても炉内を上昇する炉内ガスに随伴して炉頂からダ
ストとして排出されてしまうことになる。そのため、粉
状のクロム鉱石を炉頂から直接装入することは困難であ
る。

【００１０】そこで、本発明者らは、粉状のクロム鉱石
を塊成化して炉頂から装入する方式を想到した。そし
て、種々の実験から、塊成化にあたって粉状クロム鉱石
に酸化鉄を含む酸化物とともに、混合して塊成化するこ
とで、シャフトにおけるクロム鉱石の還元、溶融促進効
果があることを見出した。すなわち、本発明は、 炭素系
固体還元剤の充填層に高温の酸素富化空気を吹き込む羽
口を少なくとも上下二段に設け、該羽口の少なくとも上
段から粉粒状の金属酸化物含有原料を吹き込み、溶融金
属を製造する溶融還元炉の操業方法であって、粉状のク
ロム鉱石と、前記溶融金属の金属成分を含有する金属酸
化物粉状物とを含む塊成鉱として含クロム塊状原料を形
成し、該含クロム塊状原料を、前記溶融還元炉の炉頂か
ら装入して含クロム溶融金属を製造することを特徴とす
る溶融還元炉の操業方法によって上記課題を解決した。

【００１１】また、本発明は、 前記溶融金属が鉄を溶融
した溶銑であり、前記溶融金属の金属成分を含有する金
属酸化物粉状物が金属鉄と酸化鉄を含有する粉状物であ
ることを好適とするものである。また、本発明は、 含ク
ロム塊状原料を形成するにあたり、クロム鉱石と、前記
溶融金属の金属成分を含有する金属酸化物粉状物との混
合物の乾燥質量に対してクロム鉱石を70質量％以下と
し、金属成分を10質量％以上とすると共に、該乾燥質量
100 質量部に対して水分を40質量部以下として含クロム
塊状原料を形成することを好適とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明をなすにいたった理
論的背景と、本発明の好適な実施の形態を説明する。本
発明者は、炭素系固体還元剤の充填層に高温の酸素富化
空気を吹き込む上下少なくとも二段に設けられた羽口を
有する溶融還元炉においては、粉状のクロム鉱石を容易
に溶融還元できることから、粉状クロム鉱石を塊状化し
たものを炉頂から装入すれば、竪型炉においても溶融還
元が可能ではないかと考えた。通常、粉の塊成化には、
多額のコストがかかる。そこで、製鉄ダストを用いて、
粉状のクロム鉱石を塊成化する方法について検討を重ね
た。

【００１３】塊成化のポイントとしては、塊成化後の強
度、塊成化物の溶融還元性および塊成化にかかる時間の
３点が挙げられ、ここに着目して塊成化の条件の検討を
行った。粉状酸化物を塊成する方法として、特許文献３
には、製鉄ダストに10％の金属鉄を混合し、この金属鉄
の酸化発熱反応を利用して塊成化する方法が開示されて
いる。この方法の場合、バインダや特別な設備を必要と
しないのでコストが安いというメリットはあるが、塊成
化まで３週間程度時間がかかるという問題があった。そ
こで、これを短縮させる方法として水を添加する方法を
考えた。これは、水が金属鉄と反応する際の発熱反応に
よる熱で塊成化速度が増加することを期待したものであ
る。実験としては、後に記載の表１に示す組成のクロム
鉱石50％に約40％の金属鉄を含有する製鉄ダストを50％
配合した後、水分添加量を変化させて塊成化までの時間
を測定した。塊成化完了の判定は試料中の金属鉄の含有
量を測定し、この値が1.5 ％以下になった状態とした。
結果を図６に示すが、水分含有率10〜40％で塊成化時間
が短くなることが確認された。40％をこえる水分を添加
した場合には塊成化時間が長くなったが、この理由とし
ては水分が蒸発、乾燥するのに時間がかかったためと考
えられる。

【００１４】次に、水分30％一定として、クロム鉱石と
製鉄ダストを種々の比率で混合して塊成化を行った。こ
れまでの知見で、塊成化物の圧潰強度が 400Ｎ／cm² 以
上であれば、ベルトコンベアで搬送する際の粉化が抑制
できるという知見があったことから、この値を目標値と
した。塊成化物の圧潰強度測定結果の例を図７に示す
が、金属含有率が10％以上あれば目標とした圧潰強度 4
00Ｎ／cm² を確保できることが確認された。

【００１５】この塊成化物の溶融性の評価試験を、図２
に示す荷重軟化試験装置を用いて実施した。この試験装
置は、炉上部から装入された原料が炉内を降下する間の
温度、堆積物による荷重、ガス組成を再現し、装入物の
シャフト部での溶融還元挙動を調査するのに有効であ
る。

【００１６】評価試験においては、まず、るつぼ10内
に、バインダ（フラックスとしても機能する）と粉クロ
ム鉱石を混合して形成した塊成化物15をコークス層14に
上下を挟まれる形で装入する。そして、下方から、Ｃ
Ｏ：45％、Ｎ₂ ：55％の組成一定としたガスを流しなが
らヒータ12で加熱し、装入物（14と15）の滴下挙動、レ
ベル変化、排出ガスの組成変化等の測定を行った。

【００１７】図３は、クロム鉱石比率と目皿上への残留
物（コークスは除く) の関係を示すグラフである。一
方、図４は、クロム鉱石比率と目皿下への滴下物質量の
関係を示すグラフである。図３、図４から明らかなよう
に、 粉状のクロム鉱石と酸化鉄を含む酸化物の質量比が
60：40を境とし、酸化鉄を含む酸化物の量が多い方が、
目皿上の残留物は僅かとなり、クロム鉱石の還元溶融が
進行する。

【００１８】これは、酸化鉄を含む酸化物が存在するた
め、これが還元されて生成する溶融鉄が滴下する際に、
クロム鉱石の表面で生成したクロム含有量の多いクロム
含有鉄と接触して同化し、一緒に滴下するからであると
考えられる。一方、クロム鉱石のみを塊成化した塊状原
料では、還元によりクロム鉱石の表面にメタルが生成し
てもクロム濃度が高いため、メタルの融点、粘性が高く
なって容易に滴下しない。すなわち、生成したメタル
は、クロム鉱石の表面に生成して留まるため、周囲の還
元ガスとクロム鉱石の接触を妨げ、その結果クロム鉱石
の還元が遅れ、メタルの滴下がほとんどない状態となる
のである。

【００１９】このように、粉状クロム鉱石と酸化鉄を含
む酸化物とを一緒に混合して塊成化することで、炉内に
おいてクロム鉱石から生成するメタルの滴下が促進さ
れ、溶融還元炉シャフト部でのクロム鉱石の還元が促進
されるのである。なお、本発明の粉状クロム鉱石とは、
クロム鉱石を５mmの篩で分級した時の篩下のような粒径
５mm未満のものを意味する。粒径５mm未満の粉状クロム
鉱石を炉頂から装入する場合、 コークス等の他の充填物
との粒径差が大きくなり、 クロム鉱石の偏析を生じた
り、 充填層の目詰りを引き起こす恐れがあるため、 本発
明により、 金属酸化物粉末と混合して含クロム塊状原料
とすることで、そのような問題を回避できる。

【００２０】本発明は、かかる技術思想に基づいたもの
であり、粉状クロム鉱石を、水分40％以下、金属鉄含有
率10％以上、クロム鉱石配合率60％以下で塊成化すれ
ば、竪型溶融還元炉の炉頂から装入しても問題のない含
クロム塊状原料を製造でき、この結果、高クロム銑を安
価に製造することを可能にしたものである。以下、実施
例に基づいて本発明の内容を詳細に説明する。

【００２１】

【実施例】（実施例１）クロム鉱石粉の塊成化 表１に示す組成をもつクロム鉱石粉と粉状製鉄ダストを
混合して、塊成化を行った。

【００２２】

【表１】

【００２３】原料の使用量は、粉状製鉄ダスト 240ｔ、
クロム鉱石 360ｔ、水分 180ｔとし、これを混練後、ヤ
ードに高さ 300mm程度のベッドとして敷き詰めた。２週
間後、試料の一部を採取して分析したところ、金属鉄の
比率が1.1 ％だったことから、全量をショベルカーで壊
砕後、５mmの篩で篩い分けした。５mm以上の塊部分は53
0ｔであった。また、試料の圧潰強度を測定したとこ
ろ、10サンプルの平均で600 Ｎ／cm² あり、強度および
歩留まりの面で問題のないことを確認した。 （実施例２）生産量が200 ｔ／日規模の溶融還元炉を用
い、表１に示す組成の粉クロム鉱石と製鋼ダストを混合
して塊状とした塊成化物を炉頂から装入する本発明の操
業を実施した。

【００２４】ここで、羽口から吹き込む酸化物原料は、
製鋼工場の転炉から発生する製鋼ダストを乾燥したもの
であり、酸化鉄、酸化クロム等の金属酸化物を含む。そ
の他の操業条件は、 送風量 230ｍ³ （標準状態）／min
、酸素富化量40ｍ³（標準状態）／min 、送風温度850
℃、原料吹き込み速度11ｔ／hr、炉頂からの原料装入速
度2.5 ｔ／hrとした。なお、炉頂から、 塊成化物を装入
しない場合の羽口からの原料吹込み速度は、13.5 ｔ／hr
とし、全体の処理ダスト量が一定となるように操業し
た。

【００２５】出銑孔から出銑したメタル中、および、ス
ラグ中のクロム濃度の推移を、それぞれ図５（ａ）と図
５（ｂ）に示す。３日目までは、炉頂から塊成化物を装
入しない従来の操業を行い、 以降に本発明の操業を実施
した。図の推移から、炉頂装入の開始で、メタル中のク
ロム濃度が約５％増加していることがわかる。この値
は、 投入したクロム量から予測された値である。一方、
スラグ中のクロム濃度には変化が見られないことから、
炉頂から装入したクロム鉱石が十分に還元されているこ
とが確認できる。また、操業上には何ら問題なく、期間
を通じて安定した操業を継続することができた。

【００２６】

【発明の効果】本発明によって、（竪型）溶融還元炉で
高濃度のクロムを含むメタルの製造を、より容易に、か
つ、より安価に実施することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の操業方法を適用する溶融還元炉の模式
図である。

【図２】本発明の検証に用いた荷重軟化装置の模式図で
ある。

【図３】荷重軟化装置での実験における、クロム鉱石比
率と目皿上残留物質量との関係を示すグラフである。

【図４】荷重軟化装置での実験における、クロム鉱石比
率と滴下物質量との関係を示すグラフである。

【図５】溶融還元炉における、（ａ）メタル中クロム濃
度、 （ｂ）スラグ中クロム濃度、の推移を示すグラフで
ある。

【図６】塊成化に要する日数と水分添加率の関係を示す
グラフである。

【図７】混合原料中の金属鉄配合率と圧潰強度の関係を
示すグラフである。

【符号の説明】

１ 炉体（竪型溶融還元炉） ２ 固体還元材（炭材） ３ 上段羽口 ４ 下段羽口 ５ 送風機 ６ 熱風発生炉 ７ 原料吹込装置 ８ 炉頂装入装置 ９ 出銑口 10 るつぼ 11 押下ピストン 12 ヒータ 13 目皿 14 コークス層 15 塊成化物 16 滴下物

フロントページの続き (72)発明者 渡辺 宗一郎 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 Ｆターム(参考） 4K001 AA08 BA05 CA17 CA18 DA01 FA14 GA01 GB03 HA01 4K045 AA01 AA02 BA01 GB11 GB12 GC09

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素系固体還元剤の充填層に高温の酸素
   富化空気を吹き込む羽口を少なくとも上下二段に設け、
   該羽口の少なくとも上段から粉粒状の金属酸化物含有原
   料を吹き込み、溶融金属を製造する溶融還元炉の操業方
   法であって、粉状のクロム鉱石と、前記溶融金属の金属
   成分を含有する金属酸化物粉状物とを含む塊成鉱として
   含クロム塊状原料を形成し、該含クロム塊状原料を、前
   記溶融還元炉の炉頂から装入して含クロム溶融金属を製
   造することを特徴とする溶融還元炉の操業方法。
2. 【請求項２】 前記溶融金属が鉄を溶融した溶銑であ
   り、前記溶融金属の金属成分を含有する金属酸化物粉状
   物が金属鉄と酸化鉄を含有する粉状物であることを特徴
   とする請求項１に記載の溶融還元炉の操業方法。
3. 【請求項３】 含クロム塊状原料を形成するにあたり、
   クロム鉱石と、前記溶融金属の金属成分を含有する金属
   酸化物粉状物との混合物の乾燥質量に対してクロム鉱石
   を70質量％以下とし、金属成分を10質量％以上とすると
   共に、該乾燥質量100 質量部に対して水分を40質量部以
   下として含クロム塊状原料を形成することを特徴とする
   請求項１または２に記載の溶融還元炉の操業方法。