JPH03257109A - 溶融還元工程で生成する副生物の処理方法 - 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） 本発明は、現行高炉法の問題点解決手段として期待され
ている溶融還元法の実用化にあたり、支障となっていた
副生物すなわち、スラグとタストを環境上も問題なく、
かつ資源としても有効利用できるようにするための方法
に関する。

（従来の技術） 現在の主要な製鉄プロセスである高炉法は、大量溶銑製
造法として優れた特色を持っているが、生産弾力性が小
さいこと、高炉の効率を上げるためには、鉱石を焼結さ
せ、かつ石炭として特別な原料炭をコークス化すること
が必要であること、また、この方法て製造された溶銑に
は原料から持ち込まれるほとんど総てのリンが濃縮され
ており、その結果、後工程て実施するリン除去のための
費用が高くつくことなどが問題とされている。このよう
な欠点゛を解決する方法として研究されているのが溶融
還元法である。

溶融還元法の一つであり、上底吹き可能な装置を用いる
本発明の如き方法においては、鉱石に焼結のような塊成
化処理を施す必要かないこと、炭材として原料炭のよう
な特殊なものを必要としないこと、 操業はクイックスタート／ストップが可能で生産弾力性
が大きいこと、高炉法と異なり脱リンが可能なことなど
、高炉法に内在する問題を解決可能な方法として期待さ
れ、研究が盛んに行なわれている。

しかしながら、溶融還元法の問題点の一つである副生物
の処理はまだ解決されるまでに至っていない。まず第一
に問題となる副生物はスラグである。溶融還元法の特徴
の一つとして原料から持ち込まれるリンの還元を抑制て
き、低リンのメタルを直接製造てきることがあげられる
。たたし、一方で、スラグに（Ｔ、Ｆｅ）として３％以
上の酸化鉄が含まれる。このような酸化鉄を含むスラグ
は、スラグ利用という観点からすれは、色などの点て問
題かあり、用途を広げるために、酸化鉄濃度を下げる必
要がある。しかし、メタルの存在下てこのためのスラグ
還元処理を行なうとリンの還元も同時に起こることにな
り、せっかくの特徴を発揮できない。かと言って、スラ
グをメタルと分離して還元処理すると、還元反応熱が奪
われて温度が低下し、還元反応が阻害される。

もう一つ問題になる副生物はダストである。

ダストには、酸化鉄を主とする鉄分、炭材の粉などのほ
かに硫黄分が含まれている。硫黄分は溶融還元炉に装入
された原料に含まれていたもののうち、約６０％が気化
したもので、溶融還元炉での脱Ｓ反応として重要な働き
をしている。

ダストの処理法としては、通常稼動中の炉にリサイクル
することが考えられる。確かに鉄分と炭材についてはリ
サイクルしても問題ないが、反面せっかく気化除去され
た８分が戻ることになって、メタルのＳレベルを高くす
るという問題を生ずる。

以上のように、溶融還元法の副生物であるスラグ、ダス
トとも通常考えられる方法で処理すれば、メタルのＰ、
Ｓを高めることになって、溶融還元法の精錬上の特質を
生かすことができない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明では、溶融還元法で発生するスラグを処理し、メ
タルのリン濃度を高めることなくスラグとして利用する
のに問題のないレベルまで酸化鉄濃度を下げ、また、ダ
スト処理を、特にＳメタルに戻すことなく合理的に行な
って、溶融還元の脱Ｐ、脱Ｓ機能を生かしつつ、副生物
処理の問題を解決しようとしている。

（課題を解決するための手段） ガスを上底吹きてきる冶金炉において、酸素を上吹きし
ながら、酸化鉄を含有する鉄原料と炭材を投入して、溶
融メタルの温度が１３６０〜１４５０℃の範囲になるよ
うに調整し、さらにスラグ（Ｔ、Ｆｅ）濃度が３〜９％
の範囲となるように底吹鮒ガス吹き込み量を調整して、
溶融メタルとスラグを製造する第１工程を行なったのち
、炉外に排圧した該スラグを通電加熱しながら炭材を添
加して、（Ｔ、Ｆｅ）濃度か２％以下のスラグと溶融メ
タルを得る第２工程を実施する。また、この第２工程で
、スラグを通電加熱しながら添加する炭材の一部に第１
工程で発生するダストを用いる。

（作　　　用） 第１図に本発明の第１工程で用いる設備の一例を示す。

この設備はガスを上底吹き可能な冶金炉Ａで、酸素は上
吹きランス１を通して吹餘付けられる。ガス底吹きは溶
融物の攪拌のために行われ、通常、窒素ガスが用いられ
る。原料は、鉄鉱石、あるいはその予備還元物などの酸
化鉄を含有する鉄原料、石炭あるいはそれを予備加熱し
て揮発分含有量を調整した炭材、並ひに石炭などのフラ
ックスである。図中２は耐火物、３はスラグ、４は気泡
、５はメタル浴、６は炭材を示す。

溶融物の温度は、例えはサブランスをメタル層に挿入し
て測定することができるが、この値が１３６０〜１４５
０℃の範囲になるように鉄原料の供給速度を調整する。

もし、その値が１４５０℃を越えるようだと、第２図に
示すように、メタルのＰ濃度［Ｐ］を十分に低減するこ
とはできず、本発明の目的に適さない。一方、その温度
が１３６０℃未満の場合は操業が不安定になって好まし
くない。

スラグの酸化鉄濃度、すなわち、（Ｔ、Ｆｅ）は、鉄原
料からの酸化鉄供給速度と該酸化鉄の還元速度のバラン
スによフて決まる。酸化鉄の供給速度は生産性という形
で決まってしまうので、結局、（Ｔ、Ｆｅ）の還元速度
、すわわち底吹きガス量によって決まることになる。本
発明において（Ｔ、Ｆｅ）は３％以上、９％以下に調整
することが望ましい。何故ならば第３図に示すように、
（Ｔ、Ｆｅ）か３％未満だとメタルのＰ濃度［Ｐ］を十
分に低減できないからである。一方、（Ｔ、Ｆｅ）が９
％を越えると、耐火物損耗速度が急上昇し、かつ操業面
でも、異常フォーミングなどを起こしやすくなり、不安
定になる。

このようなスラグの酸化鉄濃度に関する条件を満足させ
るためには、底吹きガスを、炉内で存在する単位メタル
量当たり３〜１５Ｎｍ３／ｌ−メタルの範囲で吹き込む
のが好ましい、ここで用いるガス種としては、窒素ガス
が取り扱い、作用効果、コストの点から最も実用的であ
る。

メタルのＣ濃度は、メタルへの炭材からの炭素の供給速
度と、メタルからの炭素の除去速度、すなわち、メタル
中Ｃと酸化鉄あるいは酸化性雰囲気の反応速度との相対
関係で決まる。

メタルへの炭素供給速度（正確には加炭速度）は、スラ
グ層内における炭材とメタルの分布状態に依存する。こ
のうち、メタルの分布は底吹きガスの量に依存する。一
方、炭材の分布は粒度分布に依存する。炭材は、含まれ
ている揮発分の含有量によって、炉内て急速加熱された
時の細粒化の程度が決まる。したがって、使用する石炭
の揮発分含有量で、炉内スラグ量層における炭材の粒度
分布、すなわち、メタルへの加炭速度が調整できる。

本発明においてはメタルのＣを３％以上に保つ必要があ
る。３％を切ると還元反応速度が低下して、スラグの（
Ｔ、Ｆｅ）が高くなり、先に述べた（Ｔ、Ｆｅ）が９％
以下という条件を高生産性下では満足しにくくなること
、また、メタルの融点が上昇して前述の１４５０℃以下
という低温操業条件も満足しにくくなることなどがその
理由である。

メタルのＣ濃度がこのような条件を満足するには、大型
設備の場合、炭材に揮発分含有量が５％以下のもの（た
とえば、コークスやチャーのように炉外で加熱して揮発
分を除去したもの）を、炭素量としては少なくとも１０
％以上用いることが必要である。

一方、スラグの組成は、鉱石、炭材などから持ち込まれ
るＳｉＯ□、ＡｌｚＯｓ、ＭｇＯなどの成分に、フラッ
クスとしてＣａＯｌＭｇＯなとの成分を添加して調整さ
れる。適正組成は、精錬能と前記温度条件での操業安定
性などを考慮して決められるが、例えば（（！ｋｃａｏ
）◆ｎＭｇ０）／　（ｋｓｉｏｚ）＋（９６ＡＭｚＯｓ
））の値で１．０から１．４の範囲が目安となる。

スラグ組成とスラグ量、あるいは全ダスト発生量は、酸
素ジェットとメタルを遮断する上での直接関係因子であ
り、メタル起因ダストの発生量抑制に大きく影響する。

ダストの内でメタル起因のもの、すなわち、酸化鉄濃度
が高いものは、本発明の第２工程で必要電力量を増加さ
せるので好ましくない。このメタル起因のダスト発生量
を低下させるためには、スラグ量が炉内に存在している
メタル量に対して３４０ｋｇ／を以上であることを必要
とする。この条件を満足させるために、スラグの排圧量
を調整する必要がある。

排ガスは乾式あるいは湿式の集塵機で除塵され、分離さ
れたダストは、必要によって乾燥、成型などの処理工程
に送られる。

生成したメタルとスラグは間欠的あるいは連続的に炉外
に排出される。スラグとメタルは別々に比してもあるい
は同時に比しても良いが、いずれの場合も炉外で比重差
を利用して分離され、耐火物を内張した取鍋のような容
器に収められる。

メタルは次の工程で炭素などの不純物を除去されて、溶
綱に精錬される。一方、スラグおよびダストは本発明の
ｖＳ２工程に送られて処理される ′ｓ４図に本発明第２工程に用いられる設備の一例を示
す。

耐火物フを内張して容器１３に収められている溶融スラ
グ８中に炭素製あるいはメタル製の電極９を装入して通
電し発熱させる。このときの発生熱量はスラグ中の酸化
鉄の還元反応熱として用いられ、この還元反応を所定の
　（Ｔ、Ｆｅ）値となるまで進める間、スラグを溶融状
態に保つ。通電は直流あるいは交流のいずれでもよい。

スラグ内の酸化鉄の還元剤としては、炭材か用いられる
。この炭材としては、第１工程で添加する石炭、コーク
スなど、あるいは第１工程でスラグを炉外に排出する時
に一部一緒に出てきたもの、その他、炭素分を含む各種
のものを使用可能である。

真比重がスラグより小さい炭材をスラグ中に巻き込ませ
て還元反応速度を大きくしようとするには、スラグ層に
窒素のようなガスを吹き込んで攪拌することが望ましい
。炭材が粉状である場合には該粉炭材をガスで吹き込む
ことも効果的である。

添加する炭材の量は、スラグ内の還元しようとする酸化
鉄をＣＯ生成反応によって還元するに必要な炭材当量の
１５０〜２５０％とするのが適正である。図中１０は塊
状炭材、１１はランス、１２は耐火物、１３はカバー　
１４は生成メタル、１５は気泡を示す。

第１工程で発生したダストは炭素分を含有しているので
、スラグ中の酸化鉄還元剤として使用できる。またこの
場合には、ダスト中に多量に含まれている硫黄分をスラ
グ中に固定させて安定化することが可能なので、硫黄に
関する環境対策上からも効果的である。

さらに、この第１工程で発生したダストは必要によりそ
のまま乾燥され、あるいはブリケットなどに成型されて
、粉の場合には吹き込み法で、成型物の場合には上装入
法で添加される。

ダストは溶融スラグ中に添加されると、炭素分はスラグ
内の酸化鉄と反応してＣＯを主成分とするガスを発生す
る。この点は通常の炭材と同じである。また、ダスト内
に含まれている酸化鉄は溶融スラグの中に溶は込み、つ
いで、添加された炭材によって還元される。従りて、ダ
ストに含まれる酸化鉄量のうち、ダスト内の炭素分で不
足する量たけ添加する展剤の量を増やす必要がある。

ダスト中の硫黄分は大部分が溶融スラグの中に溶は込み
固定される。しかし、ダストの添加条件か不適切だと硫
黄の一部が再びダストに移行する。この比率を小さくす
るためには、ダスト添加の前に、スラグに別の炭材を添
加してスラグ中の　（Ｔ、Ｆｅ）濃度を２％以下、でき
れは１％以下にまで下げておくことが望ましい。

酸化鉄還元によって生成したメタルとスラグの間には、
熱力学的に決まるリンと硫黄の分配関係が生じる。しか
し、スラグ量に対してメタル量は圧倒的に小さいのて、
リン、硫黄の絶対量から見れば、大半がスラグ内に固定
される。

特に、スラグの　（Ｔ、Ｆｅ）が低いと、（スラグの５
％）／（メタルの５％）の比が大きくなるので、ダスト
中の硫黄、すなわち第１工程で発生した硫黄のほとんど
すべてか最終的にはスラグ中に安定して固定されること
になる。

リンと炭素を含む生成メタルは最初、細かい粒として生
成するが、スラグ層の攪拌によって合体して沈降し、処
理後にはメタル塊として採取できる。このメタルは第１
工程の鉄原料の一部として用いることも、あるいは高炭
素メタルを脱炭する時の温度調整材として用いることも
できる。

次に、本発明により溶融還元工程で生成する副生物を処
理した実庇例を示す。

（実　施　例） まず、第１工程として、アルミナ−カーボンれんがで内
張すした第１図のような転炉状容器を用い、以下の条件
で鉄鉱石の還元を行なった。

（１）使用原料： ■鉄鉱石・・Ｔ、Ｆｅ　（Ｔｏｔａｌ　Ｆｅ）Ｊ９．８
％。

ｓｔｏ、、２．３％　。

■炭材１　”−Ｆ、Ｃ（Ｆｉｘｅｄ　Ｃａｒｂｏｎ）−
５３，１％。

Ｖ、Ｍ（Ｖｏｌａｔｉｌ　Ｍａｔｔｅｒ）−３７，２％
。

Ａｓｈ　　−１０，３％。

■炭材２−Ｆ、Ｃ−７３．２％　、Ｖ、Ｍ−２，４％。

Ａｓｈ　＝　９．８％。

（炉外で事前に６２０℃まて予備加熱したもの）■フラ
ックス・・・生石灰（ＣａＯとして９７％）（２）吹錬
条件； ■メタル（種湯）量・・・７０ｔ ■スラグ（種湯）量・・・２６ｔ　（−３７０ｋｇ／ｌ
−メタル）■上吹きガス量・・・酸素；２５００ＯＮｍ
’／ｈｒ　（一定）■底吹きガス量・・・窒素：９００
〜１１００ＯＮ’／ｈｒ（・　平均１１Ｎｍ’／ｈｒ−
ｔメタル）■鉄鉱石供給量・・・供給速度・３６．０〜
４２．Ｏｔ／ｈｒ。

総量−４０，Ｏｔ ■炭材供給量・・・炭材１；供給速度・１９．６　ｔ／
ｈｒ。

総量−１９，６を 炭材２：供給速度−３，９ｔ／ｈｒ。

総量−３，９ｔ ■フラックス供給量・・・４．２　ｔ／ｈｒ、総量４．
２ｔ■メタル温度・・・１４１０〜１４４０℃その結果
、生成したメタルの成分及びスラグの組成は次のように
なった。

（１）メタル成分、　Ｃ−３，９％、Ｓｉｉ、０２％、
Ｍｎ−０，２１％Ｐ−０，０２０％、　Ｓ−０，０３６
％。

（２）スラグ組成；　Ｃａｂ−４３％、ＳｉＯ，−２９
％、ＭｇＯ−５，６ｋ。

ＡＲｚＯｌ−１４％　、　　Ｔ、Ｆｅ−４，５％　。

Ｐ−０，５２％、　Ｓ−０，１５％。

次に、前記第１工程、すなわち溶融還元工程で生成した
スラグをアルミナレンガで内張すした取鍋に受け、第２
工程として、黒鉛電極を２本挿入して交流を通電し、最
初の第１段階では、コークス粉のみをスラグ層内に吹き
込み、途中からの第２段階では、コークス粉の吹き込み
に加えて、蔦１工程で生成したダストをブリケットに成
型したものを上から投入した。

スラグの温度は熱電対で測定し、通電する電流を調整し
てその指示値が１４００〜１４３５℃の範囲となるよう
にした。

以下にこのときの操業データを示す。

（１）処理前のスラグ条件； ■組成；第１工程終了時の組成に同じ。

■温度；　１４５０℃ （２）第１段階の処理条件；　（粉コークスのみをスラ
グ層に吹き込んだ時期） ■粉コークス吹き込み条件・・・粒度・１．２ｍｍ以下
キャリアガス＝窒素ガス ■通電条件・・・交流、電圧−２，５Ｖ。

電流−１２０００〜２３００ＯＡ ■処理時間・・・８分 （３）第１段階終了時のスラグ条件； ■組成；　Ｃａｂ−４４％、　ＳｉＯ，ｓ３０％、　Ｍ
ｇＯ−６，８％Ａ４２０ａ−１５％、　Ｔ、Ｆｅ−１，
８％。

Ｐ−０，３９％、　　Ｓ−０，５６％ ■温度、　１３９０℃ （４）第２段階の処理条件；　（粉コークスと共にタス
トブリケットも添加した時期） ■粉コークス吹き込み条件・・・第１段階に同じ■ダス
トブリケット添加条件・・・ ［組成］　　Ｔ、Ｆｅ１Ｏ，６％、　Ｔ、Ｃ−３９，［
ｉ％［添加方法］上から連続的に投入 ■通電条件・・・交流、電圧・２．５Ｖ。

電流−２００００〜２５００ＯＡ ■処理時間・・・１４分 その結果、最終的に第２段階処理終了時の状況は次のよ
うになった。

（１）　スラグ組成；　Ｃａｂ−４５％、５ｔ（ｈ−３
１％。

号ｚ０３−１５％、ＭｇＯ−６，８％、　Ｔ、Ｆｅ−０
，８％。

Ｐ−（１，２８％　、　　Ｓ−０，９８％（２）スラグ
温度、　１３９７℃ （３）生成メタル成分：　Ｃ−４，３％、　Ｐ−０，３
％ｓ−ｏ、ｏｉ％　。

以上の通り、本発明により溶融還元工程で生成するスラ
グ及びダストを処理した結果、溶融還元工程に悪影響を
与えることなく、（Ｔ、Ｆｅ）濃度の低い有効利用可能
なスラグな提供することが可能となフた。

（発明の効果） 本発明を実施することによって、溶融還元の精錬上の特
徴を生かしつつ、副生物であるスラグ、ダストの処理が
可能になり、現行高炉製鉄法の持ついくつかの問題点を
解決する方法として期待されている溶融連立法の実用化
を促進することができるため、工業的な効果が大きい

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１工程に用いる設備の一例を示す図
、第２図は本発明の第１工程におけるメタルのＰ濃度に
及ぼすメタル温度の影響を示す図、第３図は本発明の第
１工程におけるメタルのＰ濃度に及ぼすスラグ中酸化鉄
の（Ｔ、Ｆｅ）濃度の影響を示す図、そして、第４図は
本発明の第２工程に用いる設備の一例を示す図である。 １・・・ランス、 ３川スラグ、 ５・・・メタル￥谷、 ７・・・内張り耐火物、 ９・・・電極、 １１・・・ランス、 １３・・・カバー １５・・・気泡、 Ａ・・・冶金炉、 ２・・・耐火物、 ４・・・気泡、 ６・・・炭材 ８・・・スラグ、 １０・・・塊状炭材、 １２・・・耐火物、 １４・・・生成メタル、 Ｂ・・・容器。 第１図 第４ 図 へ　ま　Ｃ−ま ＼ へ ま　ｌ５ＣＬ、　　Ｚ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ガスを上底吹きできる冶金炉において、酸素を上吹
   きしながら、酸化鉄を含有する鉄原料と炭材を投入して
   、溶融メタルの温度が１３６０〜１４５０℃の範囲とな
   るように調整し、さらにスラグの（Ｔ．Ｆｅ）濃度が３
   〜９％の範囲となるように底吹きガス吹き込み量を調整
   し て、溶融メタルとスラグを製造する第１工程を行なった
   のち、炉外に排出した該スラグを通電加熱しながら炭材
   を添加して、（Ｔ．Ｆｅ）濃度が２％以下のスラグと溶
   融メタルを得る第２工程を実施することを特徴とする溶
   融還元工程で生成する副生物の処理方法。 ２　第２工程において、スラグを通電加熱しながら添加
   する炭材が、その一部に第１工程で発生するダストを含
   むことを特徴とする請求項１記載の溶融還元工程で生成
   する副生物の処理方法。