JPH03271310A - クロム鉱石の溶融還元法 - 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、酸素吹錬を行なう転炉でクロム酸化物の還元
反応を効率的に進行させて溶融クロム−鉄−炭素合金を
製造するための操業方法に関する。

（従来の技術） ステンレス鋼の溶製には従来、クロム源としてクロム鉱
石を電気炉で還元し、製造したフェロクロムを鉄源に添
加して、脱炭する方法が用いられていた。この方法での
問題点は、フェロクロムの製造コストが高く、それがス
テンレス鋼の製造コストを引き上げる大きな要因になっ
ていることである。

その問題を解決する一つの方法は、転炉で溶鉄などの鉄
源にクロム鉱石あるいはその予備還元物を添加し、酸素
を吹いて発熱させ、酸化物を、いわゆる「溶融還元」し
て溶融クロム−鉄−炭素合金を製造する方法である。

この方法の原理的可能性はすでに確認されている　（例
えば特願昭６２−２１２３９２号）が、いかにして製造
コストを低減するかという効率的な操業条件を見出すの
が現在の課題である。この製造コストに影響を及ぼす要
因としては次のようなものがあげられる。

■　クロム酸化物の還元速度を極力高めて生産性を上げ
ること。

■　耐火物損耗速度を極力小さくすること。

■　クロムの歩留りを極力高くすること。

■　生成する溶融クロム−鉄−炭素合金の不純物（ｐ、
ｓなど）含有量を極力低くすること。

これらの要因を念頭に置き、炭材として、コークスを使
用した場合には次のような問題がある。

ａ）クロム酸化物の還元速度定数が小さく、従って、ク
ロム酸化物を含むクロム原料の供給中はスラグのクロム
濃度が高いので、排出スラグのクロム濃度を所定の値（
例えば１％以下〉にするためには、クロム酸化物の添加
が終了した後に、いわゆる仕上げ還元時間を長くとる必
要があり、これが生産性を阻害する要因になる。

ｂ）　クロム酸化物の還元速度定数を大きくしようとす
ると、操業温度を上げる必要があり、その結果、耐火物
に負担がかかる。また、炭材に含まれる灰分（特に５ｉ
０２　）が原因となって耐火物損耗速度が上がるため、
さらにクロム歩留りを向上させることは困難である。

Ｃ）　コークスは一般にＰ、Ｓの含有量が多いため、炭
材としてコークスを使用した場合に製造されるクロム−
鉄−炭素合金の不純物含有量は多くなる。

そこで、炭材としてＰ、Ｓの含有量が低いことに着目し
て無煙炭や石炭のようなものを用いると、製品の不純物
含有量の問題は解決されるが、次のような問題点は残る
。

ａ）炭材は溶融還元炉内で急速加熱される結果、粉化し
て細粒となるため、スラグ内に巻き込まれにくくなって
、クロム酸化物の還元速度定数が小さくなる。それに起
因する悪影響は上述の通りである。

ｂ）耐火物損耗速度、クロム歩留りの成績が十分満足で
きる値でない。理由としては、粉化して細粒となること
に起因し、結果的に二次燃焼率が低下しやすくなるため
で、満足できる僅にしようとすると、炭材、酸素原単位
が高くなる。

以上のように、既存の炭材を用いる方法では、十分に目
標値を満足するような操業を行なうことができなかった
。

（発明が解決しようとするｉ！！題） 本発明は、クロム鉱石あるいはその予備還元物から溶融
還元により溶融クロム−鉄−炭素合金を製造する際に使
用する炭材について検討し、まず、■クロム酸化物の還
元反応速度定数を大きくするための条件を明らかにする
こと、次に、■その条件に基づいて、クロム−鉄−炭素
合金製造に対する生産性を高め、耐火物の損耗速度を小
さくし、クロム歩留りを上げ、さらに成品中の不純物含
有量も問題ないレベルまで低減できる方法を提示するこ
とを目的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明では、上底吹き転炉で、クロム鉱石、炭材を投入
しながら酸素を上吹し、クロム酸化物の溶融還元を行な
って、溶融クロム−鉄−炭素合金を製造する工程におい
て、炭材として灰分の少ない褐炭を転炉外で加熱し、揮
発分含有量が８％以下、灰分含有量が４％以下にしたも
のを用いることにより、前記課題を解決する。

（作　　　用） 第１図には、本発明を実施するのに用いる設備の一例を
示す。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により溶融物の上方から吹き付けられる。底か
らは、例えば窒素ガスが吹き込まれて溶融物の攪拌が行
なわれる。底吹きガス量は、多過ぎると、クロム歩留り
が低下し、少な過ぎると伝熱が不均一になって還元反応
も均一に進行せず、従ってこれら両方の制約から 炉内メタル２存在量当りの 底吹きガス量＝＊７〜４ｓＮｍ’／ｈ−ｔ−メタルが適
正範囲である。なお、この冶金炉の耐火ライニング３の
材料としては、例えば、塩基性あるいは中性の酸化物を
ベースとし、炭素を配合したＭｇ０−ＣやＡｊＺ　２０
３−Ｃのようなものが遺している。

主原料はクロム原料とフラックス、それに炭材である。

そのうち、クロム原料は、クロム鉱石あるいはそれを予
備還元したもので、上方から例えば鉱石吹込み管４を用
いて添加される。

粉状物の場合であっても、該吹込み管先端からスラグ５
の面までの間における固体と炉内ガスとの接触比表面積
を小さくすることにより、飛散量を許容できる範囲に抑
えて上方から添加することが可能となる。そのための条
件は、′ｓ２図に示すように、粉状鉱石投入用の鉱石吹
込み管先端からスラグ５の面までの距離をできるだけ小
さく、例えば３ｍ以下にすること、かつ時間当りの粉状
鉱石供給量を少しでも多く、例えば７０　ｔ／ｈにする
ことである。このような条件で粉鉱石を添加することに
より、粉鉱石の飛散率を許容できる範囲内に抑えること
ができる。

フラックスとしては、生石灰、ドロマイトなどが用いら
れ、クロム鉱石の溶解と耐火物の損耗抑制が両立するよ
うな成分条件、例えば、式１式％ を満足するようにスラグ成分を調整する。

炭材については、溶融スラグ中に存在するクロム酸化物
の還元反応速度定数に及ぼす影響を、種々の銘柄に対し
実験的に調べた結果、第３図に示すように褐炭をチャー
化したものが最も有利であることがわかった。

その理由は次のように考えられる。高クロム合金製造の
ための溶融還元において、クロム酸化物の還元は、クロ
ム酸化物を溶かし込んだ溶融スラグと炭材、および溶融
還元合金と該溶融スラグの界面で進行する。このうち溶
融還元合金と溶融スラグの界面での反応は、合金のクロ
ム濃度が高くなるほど遅くなり、またその速度を大きく
しようとすると、底吹きガスによる攪拌を過度に強くす
る必要が生じて、クロム歩留り低下などの原因になる。

したがって、クロム濃度が高い領域まで適用でき、かつ
副作用が少ない還元促進を図るためには、溶融スラグと
炭材の界面反応を促進させることが必要である。

溶融スラグと炭材の界面でのクロム還元速度を大きくす
るには、マクロ的にはスラグと炭材の接触面積を増やし
、ミクロ的には界面近傍の物質移動速度を大にして、さ
らに炭材とクロム酸化物の化学反応速度を大きくすれば
よい。

底吹きガスで攪拌された浴でのマクロ的なスラグと炭材
の接触状況に関連する要因としては炭材の粒度、比重、
表面特性などがある。ミクロ的な界面の移動現象には還
元によって生成するＣＯガスが大きく影響する。また、
炭材とスラグの化学反応性には炭材のミクロ性状が関連
する。これらの要因の総合的効果としてクロム酸化物の
還元反応速度定数が決められる。

採掘された褐炭は例えば次のような成分である。

水分二２８％、揮発分：３５％、 固定炭素：３５％ そのまま使用した場合の問題点は、水分、揮発分が多い
ため発熱量が小さいばかりでなく、急速加熱されると壊
れて比表面積が犬になる。

炭材とスラグは本来濡れにくい性質を持っているので、
炭材の比表面積が大きすぎると炭材はスラグ内部に巻き
込まれにくくなり、結局、炭材−スラグの接触面積が小
さくなって本目的達戒のためには好ましくない。この褐
炭に対して加熱速度８０℃／ｍｉｎ以下で６ｏｏ℃まで
の領域を加熱すると、揮発分、水分の除去を炭材粒度を
小さくしないで行なうことができる。このような処理で
製造されたチャーは、粒度、比重が小さすぎず、また、
還元によるｃｏガス発生が順調であるので、ミクロ的な
物質移動も促進される。一方、コークスに比べるとスラ
グ′との化学反応速度が大きい。

こうして、クロム酸化物の還元反応速度定数を大きくで
きると、必要な生産性を得るための炉内容積を小さくで
きること、操業温度を下げることができること、底吹き
ガス量を過度に増やさなくてもよいことなどの１つ、あ
るいは２つ以上の対策をとることが可能になり、結果的
に耐火物損耗量を減少できるという効果がある。

予熱処理された褐炭チャーの揮発分残留量は、加熱温度
、時間の組合せによって決まる。

第４図に残留揮発分含有量と溶融還元特性値の関係を示
す。残留揮発分（ＶＭ）を８％以下にすることが望まし
いことがわかる。

第５図は、灰分含有量が溶融還元特性値に及ぼす影響を
示す。灰分は、４％以下が望ましいことがわかる。灰分
４％以下という条件は、通常の炭材の灰分レベル（８〜
１４％）に比べて格段に低い値があるが、そのような条
件が満足されると溶融還元特性値が向上することがわか
った。

なお、炭材の中でリンは主として脈石の中に含まれてい
るので、脈石量が少ないと、すなわち炭材分析において
天分含有量が低いと、同時にリン含有量も低いという傾
向にある。したがって、本溶融還元において上記灰分条
件を満足する炭材を用いれば、リンについても不純物制
約条件を満足できる。

また、硫黄は、クロム酸化物の還元が進行するにつれて
、スラグの脱硫能力も大きくなるので、炭材の硫黄含有
量に関係なくメタルの硫黄含有量を必要とされるレベル
まで低減することが可能である。

このようにして製造された溶融クロム−鉄−炭素合金は
、引き続き脱炭処理され、ステンレス鋼のような含クロ
ム鋼が製造される。

（実　施　例） 第１図に示した設備を用いて、第１表に示すような操業
条件で１８％クロム−６％炭素溶湯を製造した。このと
きの特性値を、炭材としてコークスあるいは無煙炭を用
い、他の操業条件は第１表に示すものと同じとした場合
と比較して第２表に示す。これより、本発明の実施によ
り、製造された１８％クロム−６％炭素溶湯は脱炭炉に
移し、酸素により酸化精錬して１８％クロム−０，０５
％炭素のステンレス鋼とした。

第２表　溶融還元操業成績 第１表　本発明の主要操業条件 （発明の効果〉 本発明の実施により、最近ＮＪ！が伸びているステンレ
ス鋼のような高クロム合金を安価に製造することが可能
になり、工業的、経済的効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するのに用いる設備の一例を示す
説明図、第２図は粉鉱石を、飛散抑制しつつ上投入する
ための条件を示す図、第３図はクロム酸化物還元反応速
度に及ぼす炭材種類の先管を示す図、第４図は褐炭チャ
ー化の程度が溶融還元操業の特性値に及ぼす影響を示す
図、第５図は褐炭チャーの灰分含有量が溶融還元操業の
特性値に及ぼす影響を示す図である。 １・・・上吹きランス　　２・・・溶融メタル３・・・
耐火物ライニング ４・・・鉄鉱石吹込み管　５・・・スラグＡ・・・冶金
炉 他４名 第 図 第 図 Ａ：冶金炉 炭材の灰分含有量（％）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　上底吹き転炉で、クロム鉱石、炭材を投入しながら
   酸素を上吹きし、クロム酸化物の溶融還元を行なって、
   溶融クロム−鉄−炭素合金を製造する工程において、炭
   材として灰分の少ない褐炭を転炉外で加熱し、揮発分含
   有量が８％以下、灰分含有量が４％以下にしたものを用
   いることを特徴とするクロム鉱石の溶融還元法。