JPH08337827A - 酸化性火炎により加熱された回転炉床炉中で金属酸化物を還元する方法 - Google Patents

酸化性火炎により加熱された回転炉床炉中で金属酸化物を還元する方法

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JPH08337827A
JPH08337827A JP8143009A JP14300996A JPH08337827A JP H08337827 A JPH08337827 A JP H08337827A JP 8143009 A JP8143009 A JP 8143009A JP 14300996 A JP14300996 A JP 14300996A JP H08337827 A JPH08337827 A JP H08337827A
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デイヴィッド・エム・カンドラット
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属酸化物から安価な合金化金属を製造する
ための金属酸化物の還元方法を提供する。 【解決手段】 環状プラットフォーム（３３）及び少な
くとも一つの燃料バーナー（３６、４０）を有する炉
（１４）を用意し、酸素結合金属及び還元剤を含有する
混合物の第１層を該プラットフォームの上表面に設置
し、該プラットフォームを該バーナーを通して回転させ
て、酸化性火炎により該第１層を加熱し、該第１層を覆
う還元剤の第２層を供給し、少なくとも部分的に還元さ
れた混合物を形成するのに十分な温度及び時間、両層の
加熱を続け、それにより第２層が炉内で部分的に還元さ
れた混合物の再酸化を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は酸化性火炎により加
熱された炉中で酸素結合金属（oxygen-boundmetal）を
還元する方法に関する。さらに詳しくは、金属酸化物と
還元剤の混合物を含有する第１層を炉内の環状プラット
フォームに設置し、還元された金属酸化物の再酸化を防
止するために、第１層を還元剤の第２層で覆うことであ
る。還元された金属酸化物は、溶融鉄との合金用の精製
炉へ金属を供給するための装入原料として使用すること
ができる。
【０００２】
【従来の技術】金属酸化物及び金属鉱石を還元された生
成物で還元し、ついで該生成物を鉄又は鉄合金の製造用
精製容器への装入原料として使用することは公知であ
る。金属鉱石の還元に通常使用される炉のタイプは、垂
直シャフト、ロータリーキルン又は回転炉床である。米
国特許第4,701,214号明細書は回転炉床炉の使用を開示
し、その際鉄鉱石、石炭及び石灰は一緒に混合され、微
粉砕され、ペレットに圧縮される。鉄鉱石ペレットは炉
内の回転プラットフォームに２〜３個のペレット深さで
供給される。鉄鉱石ペレットは、回転プラットフォーム
の上の方に環状に配置されたバーナーにより１０００℃
に加熱される。水素及び一酸化炭素の還元性燃料がバー
ナーで使用される。還元後、鉄鉱石ペレットは溶融炉に
供給され、溶融鉄中に溶解される。
【０００３】米国特許第4,622,905号明細書は、酸化鉄
を金属化するために回転炉床炉の使用を開示している。
石灰粉及び酸化鉄のペレットは炉内の回転プラットフォ
ームに置かれる。該ペレットは回転するプラットフォー
ムの上部に配置されたバーナーからの発光炎により加熱
される。加熱炎は粉化された石灰及び酸素の燃焼により
形成される。
【０００４】米国特許第5,186,741号明細書は重金属を
含有する酸化鉄スチールプラントの微粉を金属化するた
めに回転炉床炉の使用を開示している。酸化鉄ペレッ
ト、炭質材料、バインダー及び場合により酸化カルシウ
ムがペレットに形成される。これらのペレットが回転炉
床炉中のターンテーブルに置かれる。該ペレットは９０
０℃以下の温度で、１５分間までの時間乾燥され、つい
で１１５０℃の温度で３０分間までの時間還元される。
【０００５】米国特許第3.443,931号明細書は酸化鉄の
金属化のために回転炉床炉の使用を開示している。石灰
及び酸化鉄のペレットは炉内の回転プラットフォームに
ペレット１〜２個の深さに置かれる。該ペレットは回転
プラットフォームの上部に配置されたバーナーにより約
１４２５℃までの温度の、遊離酸素のない雰囲気中で加
熱される。
【０００６】米国特許第4,772,316号明細書は鉄含有ク
ロム鉱石を金属化して、クロム鋼の製造における基合金
として使用されるフェロクロムの製造のために、回転式
炉の使用を開示している。クロマイト鉱石、石炭及びフ
ラックスの混合物は一酸化炭素含有雰囲気中で加熱され
る。該混合物は炉の一末端に供給され、炉を通り、炉の
他の末端から連続的に排出される。バーナーガスは炉の
排出末端を通り、クロム鉱石の流れに直接対向して流れ
る。ＣＯ2及びＨ2Ｏの燃焼生成ガスを還元して一酸化炭
素及び水素を形成させるのみならず、金属化されたクロ
ムの再酸化を防止するために、石炭が使用される。
【０００７】米国特許第4,971,622号明細書はクロマイ
ト鉱石の還元及び脱硫に関するものである。クロマイト
鉱石は炭質材料と混合され、ロータリーキルン中で１５
００℃に加熱される。酸化クロムの少なくとも９０重量
％が金属状態に還元され、酸化鉄の１００重量％近くが
金属状態に還元される。酸化カルシウム及び過剰の炭素
を含有するこの還元生成物は脱硫のためにアーク炉へ供
給される。
【０００８】頂部に酸素吹き込みランス及び底部に撹拌
ガス吹き込み羽口を有する精製容器中にクロマイト鉱石
及び／又はニッケル鉱石を直接供給することによりステ
ンレススチールを製造することも公知である。米国特許
第5,047,082４号明細書はフェロニッケルの代わりに低
硫黄ニッケル鉱石を使用して酸素コンバーター中でステ
ンレススチールを製造することを開示している。ニッケ
ル鉱石は溶融鉄中に溶解した炭素及びスラグ中の木炭に
より還元される。米国特許第5,039,480号明細書はフェ
ロニッケル及びフェロクロムを溶融する代わりに、低硫
黄ニッケル鉱石及びクロマイト鉱石を暫時溶解及び還元
することにより酸素コンバーター中でステンレススチー
ルを製造することを開示している。
【０００９】シャフト炉又はロータリーキルン中で鉱石
を処理することに関連して不利な点がある。シャフト炉
においては、鉱石は、鉱石床又はカラムを通って向流で
流れる加熱還元ガスに向けて、シャフトを通って下方へ
移動する。鉱石はシャフトを通過中は互いにそれ程混合
しない。キルンにおいては、鉱石は比重により一端から
他端へ移動し、キルンの回転によりある程度混合され
る。この二つの炉は炉壁に関係する鉱石の移動があり、
鉱石の温度を知り且つ制御することを非常に困難にす
る。シャフト炉及びロータリーキルンは固着又は固化す
る問題を有する傾向がある。シャフト炉では鉱石がそれ
自身固着する傾向があるが、ロータリーキルンでは鉱石
がドラムの内壁へ固着及びそれ自身固着する傾向があ
る。そして、これらの問題は操作温度をより高くさせ
る。場合により操作中に、キルンに局部的なホットスポ
ットが発生し、ここで鉱石の溶融が起こり、その結果、
製造に悪い影響を与える鉱石の激しい凝集が起こる。
【００１０】ステンレススチールの製造中において、精
製容器中で鉱石を完全に処理することに関連する不利な
点は、鉱石が通常少量の金属を含有しており、溶融が難
しいことにある。また、一般的に、多量のエネルギーが
金属酸化物を合金に適した金属へ還元するために必要で
ある。高度の後燃焼を行う手段があるが、これは浴に固
形炭質材料を添加することが必要となる。この炭質材料
は浴スラグの形成の防止及び合金のスラグへの再酸化の
防止のために必要である。十分な量で炭質材料をスラグ
中に存在させることは浴の炭素濃度を高める結果とな
る。この炭素は精製中に除去しなけらばならない。さら
に、鉱石の溶融は、鉱石の８０重量％程度がスラグへ変
換するために、特にニッケル鉱石のような低品質の鉱石
の場合に、望ましくない。ニッケル鉱石は約１〜３重量
％のＮｉのみを含有する。
【００１１】それにもかかわらず、合金化された鉄又は
スチール、例えばクロム合金スチール又はステンレスス
チールを製造するための安価な金属ユニットを提供する
必要性が長い間そのままにされている。また、安価な金
属酸化物から金属ユニットを提供する必要性も残されて
いる。合金化のための安価なＣｒ及び／又はＮｉユニッ
トを提供するための現実的且つ首尾一貫したプロセス開
発の必要性も残されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主たる目的
は、溶融鉄を含有する精製容器中に供給するための、金
属酸化物から安価な合金化金属を製造することにある。
本発明の他の目的は、酸化性火炎で加熱された炉中で金
属酸化物を還元することにある。本発明の他の目的は、
金属酸化物を酸化性火炎による加熱の際に炭質還元剤と
接触させることにより還元し、ステンレススチール製造
用の価値ある合金化金属を製造することにある。本発明
の他の目的は、酸化性火炎により加熱された炉の中で金
属酸化物から還元された金属の再酸化を防止することに
ある。本発明の付加的な目的は、合金化されたスチール
の製造中に精製容器及び／又はアーク炉への装入原料と
して使用される、金属酸化物及び硫化物から還元された
安価なＣｒ及びＮｉユニットを提供することを包含す
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、環状プラット
フォーム及び少なくとも一つの燃料バーナーを有する炉
を用意し、酸素結合金属及び還元剤を含有する混合物の
第１層を該プラットフォームの上部表面に設置し、該プ
ラットフォームを該バーナーを通して回転させて、酸化
性火炎により該第１層を加熱し、該第１層を覆う還元剤
の第２層を供給し、少なくとも部分的に還元された混合
物を形成するのに十分な温度及び時間、両層の加熱を続
け、それにより第２層が炉内で部分的に還元された混合
物の再酸化を防止することを特徴とする金属酸化物を還
元する方法である。
【００１４】本発明の他の特徴は、前記第１層が、第２
層で覆われる前に少なくとも１０００℃に加熱されるこ
とである。本発明の他の特徴は、前記混合物が少なくと
も１０重量％の固定化された炭素を含有することであ
る。本発明の他の特徴は、前記混合物が微粉砕されたク
ロマイト鉱石及び微粉砕された石炭を含有することであ
る。本発明の他の特徴は、混合物中の前記部分的に還元
された酸素結合クロムの少なくとも４０％がクロム又は
炭化クロムへ金属化されることである。本発明の他の特
徴は、前記第１層が４０ｍｍ以下の深さであることにあ
る。本発明の他の特徴は、前記第２層が１０ｍｍ以下の
深さであることにある。本発明の他の特徴は、微粉砕さ
れた硫黄含有ニッケル精鉱物（concentrate）を付加的
に含有することにある。本発明の他の特徴は、前記部分
的に還元された混合物が金属として又は硫化ニッケルと
して０．１重量％のニッケルを含有することにある。本
発明の他の特徴は、前記第１層が少なくとも３０分間、
少なくとも１３００℃の温度に維持されることにある。
【００１５】本発明の利点は、溶融鉄を合金化し、３０
分間以下で金属酸化物を部分還元し、炉の中で酸化性火
炎で加熱することにより少なくとも４０％のクロム金属
化及び７０％の鉄金属化を達成させ、凝集物を高い強度
にする必要はなく、金属酸化物凝集物を部分還元し、そ
して回転炉床炉中で、還元された金属酸化物の再酸化を
防止するために使用することができる、価値ある金属を
製造するための経済的な方法を包含する。本発明の上記
及び他の目的は、特徴及び利点は以下の詳細な説明およ
び添付図面により明らかとなろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明は酸化性火炎で加熱された
炉の中で酸素結合金属を金属へ少なくとも部分的に還元
する方法に関する。本発明の本質的な特徴は、酸化性火
炎に曝されている間に再酸化されることを防止するため
に、炭質材料のカバー又はブランケットで金属を保護す
ることにある。本発明の他の重要な特徴は、酸素結合金
属を支持している間、回転に適合したプラットフォーム
を有する加熱炉にある。
【００１７】本発明は、酸化性火炎で加熱された、環状
プラットフォーム及びその上部の位置に設けられた少な
くとも１つの燃料バーナーを有する炉を提供するもので
ある。酸素結合金属、即ち金属酸化物及び還元剤の混合
物の第１層はプラットフォームの上表面に置かれる。金
属酸化物及び還元剤は微粉、凝集物、焼結物、圧縮物、
ペレット又はそれらの混合物の形態であることができ
る。混合物は加熱ゾーンを通過後、少なくとも約１００
０℃、好ましくは少なくとも１１００℃、より好ましく
は少なくとも１２００℃に加熱され、炭質還元剤の第２
層が第１層を覆うように置かれる。第２層は第１層が加
熱される前に第１層を覆うことができるが、第１層が金
属化温度に至った後まで第２層の供給を遅らせることが
望ましい。第１層の不十分な加熱の前に第２層を供給す
ると、第２層は単離し、回転炉による効果的な加熱が行
われない。第２層の供給を遅らせた場合には、金属酸化
物を金属化温度し且つ酸化物を還元するのに必要な加熱
時間は最小となる。プラットフォームはバーナーを通っ
て調節された速度で連続的に回転され、その際混合物は
プラットフォームの上部表面に動かずに留まっている。
混合物はバーナーから発射される酸化性火炎からの輻射
線により、第１層中で金属酸化物が金属及び／又は炭化
物へ少なくとも部分的に還元され、過剰の炭素が残るの
に十分な時間及び温度に加熱される。還元された金属酸
化物が炉から除かれるまで、第２層は火炎から発射され
る酸化性ガスにより部分的に還元された金属酸化物の再
酸化を防止する。部分的に還元された混合物は、溶融炉
又は精製容器中で溶融鉄により合金化するための装入原
料として使用するこができる。還元性火炎よりむしろ酸
化性火炎で炉を加熱する理由は、より高い温度が酸化性
火炎から得られるからである。
【００１８】本発明の酸素結合金属は、低硫黄ラテライ
ト又はガルニエライト、クロマイト鉱石又は精鉱物、鉄
鉱石、微粉砕された金属鉱石、ステンレススチール燃料
微粉及びそれらの混合物等のニッケル鉱石から形成され
る種々の精鉱物又は酸化物鉱石のいずれも包含するもの
と定義される。
【００１９】酸素結合クロムは特に望ましく、他の酸化
物とスピネル形態でクロマイト鉱石又は精鉱物中に存在
するか、又はステンレススチール燃料微粉中に、ＣｒＯ
ｚ（Ｚ＝１．０、１．５及び／又は３）として存在す
る。クロマイトスピネルは化学量論的には(Ｍｇ，Ｆ
ｅ）(Ｃｒ，Ａｌ，Ｆｅ）2Ｏ4［Ｍｇ++とＦｅ++の比及
びＣｒ+3、Ａｌ+3及びＦｅ+3の相対割合は原料鉱石に依
存して各々変わる］で表される。一般には、全Ｆｅ（Ｆ
ｅ++＋Ｆｅ+++）に対する全Ｃｒの比は鉱石原料に依存
して約１〜３の範囲である。
【００２０】炭素によるクロマイトスピネルの還元中
に、少量の金属Ｆｅ及びＣｒがまず沈殿し、炭素と接触
して炭化物Ｆｅ3Ｃ及び（Ｆｅ，Ｃｒ）3Ｃを形成する。
第２鉄イオンの初期還元は一般に第２鉄の初期還元より
も速く、沈殿金属中の初期Ｃｒ／Ｆｅ比は低くなる。還
元された金属中のＣｒ／Ｆｅ比は時間と共に大きくなる
ので、Ｆｅ-Ｃｒ-Ｃ層ダイアグラムの支持により、金属
は過剰の炭素と反応して炭化物（Ｃｒ，Ｆｅ）7Ｃ3を形
成する。反応中は、スピネル中に初期に存在する酸化物
ＭｇＡｌ2Ｏ4は同じ酸化状態で残る。
【００２１】クロムの還元の場合は、クロム金属化％及
び鉄金属化％は、それぞれ、酸素結合クロム中の全酸素
に対する除去された酸素の比及び酸素結合鉄中の全酸素
に対する除去された酸素の比のことであると理解するこ
とができる。金属化プロセス中に沈殿するクロマイトス
ピネルの部分は、化学量論式ＦｅＯ（ＣｒＦｅW）Ｏ
3［ｗはＦ+++とＣｒ+++の比］により表される。金属化
プロセスは下記反応式で表すことができる： ＦｅＯ(ＣｒＦｅW)Ｏ3＋（ｘ＋ｙ）Ｃ＝ＦｅＯ1-x（Ｃ
ｒＦｅW）Ｏ3-y＋（ｘ＋ｙ）ＣＯ ［式中、ｘ及びｙは、それぞれ、還元しうる第１鉄イオ
ン（Ｆ++）に対する除去された酸素の比及び還元しうる
第２鉄イオン（Ｃｒ+++及びＦｅ+++）に対する除去され
た酸素の比を表す］。還元が金属化０％である以前はｘ
＝ｙ＝０、金属化１００％ではｘ＝１及びｙ＝３であ
る。クロム金属化％は全クロムに相対する全酸素未含有
クロムとして定義され、鉄金属化％はクロマイト中の全
鉄に相対する全酸素未含有鉄として定義される。 酸素
未含有とは、金属Ｃｒ及び金属Ｆｅ、並びに金属化プロ
セスに必要である過剰の炭素と沈殿性金属との、次式で
表される反応により炭化物として結合してＣｒ及びＦｅ
を意味する。 ３（Ｆｅ，Ｃｒ）＋Ｃ＝（Ｆｅ，Ｃｒ）3Ｃ ７（Ｃｒ，Ｆｅ）＋３Ｃ＝（Ｃｒ，Ｆｅ）7Ｃ3
【００２２】本発明において、クロマイト−炭素混合物
に添加することができる高硫黄含有ニッケル酸化物精鉱
物は、１．０未満のＳ／Ｎｉ比、１．０未満のＣｕ／Ｎ
ｉ比及び０．１未満のＣｏ／Ｎｉ比、および残部が鉄で
あり、残渣量のＭｇＯ、Ｓｉ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3及びＣａＯ
2を含有するものである。
【００２３】金属酸化物がニッケルラテライト鉱石又は
その鉱石からの精鉱物である場合、一般にニッケル酸化
物が水和されて（Ｆｅ，Ｎｉ）ＯＯＨの形態になる。
上昇された温度での炭素との接触において、−ＯＨは水
素及び一酸化炭素として遊離される。残りのニッケル酸
化物（ＮｉＯ）及び鉄酸化物（ＦｅＯ）は金属Ｎｉ及び
Ｆｅに部分的に還元される。ニッケルラテライトの還元
の場合は、ニッケル金属化％は、下記反応式により、全
ニッケルに相対する全酸素未含有ニッケルとして定義さ
れる。 （ＦｅＮｉp）ＯＯＨ＋２Ｃ＝１/（１＋ｐ）Ｆｅ＋ｐ/
（１＋ｐ）Ｎｉ＋２ＣＯ＋１/２Ｈ2 ［式中、ｐはニッケルラテライト中のＦｅに対するＮｉ
の比］
【００２４】金属酸化物の原料が燃料微粉である場合
は、酸化物はＭｅＯｙ（ｙは、ＭｅがＣｒのときは１、
１，５又は３；ＭｅがＮｉのときは１；ＭｅがＦｅのと
きは１．０５、１．３３又は１．５である）の形態であ
り、全て部分的に直接金属又は場合により金属炭化物に
還元される。例えば、ステンレススチール燃料微粉の場
合は、酸化クロムはＣｒＯ、Ｃｒ2Ｏ3又はＣｒＯ3の形
態である。この微粉は炭素により直接金属Ｃｒ及びＦ
ｅ、（Ｆｅ，Ｃｒ）3Ｃ及び（Ｃｒ，Ｆｅ）7Ｃ3に還元
される。炭化物形成の程度は主にＣｒ/Ｆｅ比及び微粉
に存在する炭素の量に依存する。
【００２５】ステンレススチール燃料微粉とは、アーク
炉及び精製容器のようなステンレススチール製造炉から
の微粉、微細物又はスラッジを包含する意味である。金
属酸化物が塊鉱石の形態である場合は、該鉱石は微粉砕
し、ついでペレット、焼結物、圧縮物等に固めることが
好ましい。微粉も同様に固めることが好ましい。還元剤
は、回転炉中で加熱中に炭素による還元速度を増大させ
るために、微粉砕し、微粉砕された鉱石又は微粉とブレ
ンドすることが好ましい。適した炭質還元剤はコーク
ス、コークスブリーズ、石油コークス、木炭、グラファ
イト、および低及び中揮発性ビチューメン石炭を包含す
る。金属酸化物は回転炉床炉中で少なくとも部分的に還
元し、さらにＦｅ-Ｃｒ、Ｆｅ-Ｎｉ、Ｆｅ-Ｃｒ-Ｎｉ、
合金化されたスチール、ステンレススチール等の第１鉄
基材料を製造するための容器中で還元することができ
る。
【００２６】本発明に使用される適当な炉としては、間
に間隙を有する外壁により周囲が囲まれ環状内壁を有す
る、連続式再加熱炉である。２つの壁の間隙はバーナー
と相対して回転するように適合された環状プラットフォ
ーム又は炉床が設けられている。この種の炉は、通常回
転炉床炉（rotary hearth furnace）、即ちＲＨＦ、と
言われている。還元されるべき金属酸化物は、通常コン
ベヤー又はシュートにより装填され、落下され、炉床の
幅に渡って制限された深さに広げられる。プラットフォ
ームが完全に一回転した後、還元された金属酸化物は、
通常取り出しスクリューのような適当な手段により連続
的に除去される。
【００２７】還元されるべき金属酸化物がクロマイト鉱
石である場合の好ましい態様においては、クロマイト中
の酸素結合クロムの少なくとも４０％の金属化及び酸素
結合鉄の少なくとも７０％の金属化を、溶融鉄を含有す
る容器中で最終精製をする前に金属酸化物を炭質還元剤
で予備還元することにより達成することができることが
分かった。クロマイト鉱石又は精鉱物と混合される炭質
還元剤中の固定炭素の量は、少なくとも、理論的に全て
の酸素結合クロム及び鉄が還元されて１００％金属化す
るのに必要な量と等しい。より高い固定炭素の割合は、
還元速度を促進するクロマイト及び炭素粒子の接触の可
能性を高めることができるので、固定された炭素の量は
全混合物の１０〜２５％が好ましく、より好ましくは１
５〜２０％であり、最も好ましくは２０〜２５％であ
る。固定された炭素％と共に、金属化の割合は粒子メッ
シュ寸法、時間及び温度に依存する。４０％のクロムの
金属化度はクロマイト鉱石を少なくとも−２００メッシ
ュの粒子寸法に、還元剤を少なくとも−２００メッシュ
以下の粒子寸法に微粉砕することにより、好ましくは混
合物を１３５０℃に加熱することにより達成される。好
ましくは、石炭のメッシュ寸法は−３２５である。クロ
ム及び鉄の金属化において、還元に必要な過剰に存在す
る炭素は、その場で（Ｃｒ，Ｆｅ）3Ｃ及び（Ｃｒ，Ｆ
ｅ）7Ｃ3へ還元されるので、金属を炭化することができ
る。酸素結合鉄の反応速度と酸素結合クロムの反応速度
が相違する動的プロセスの複雑さのために、各々同時に
は理論的な最大金属化が到達されないが、クロムの平均
的な中程度の金属化は、妥当な時間、１時間のオーダー
で経済的なプロセスとして達成させることができる。
【００２８】クロマイト鉱石のような還元しにくい金属
酸化物の金属化の程度は、主に金属酸化物を還元する温
度、その温度における時間、金属酸化物を還元するのに
使用される炭質還元剤の量、及び金属酸化物及び炭素材
料の粒子寸法に依存する。クロマイト又はＣｒＯy（ｙ
は１、１．５又は３）については、酸素結合クロムは最
終還元混合物の少なくとも５.０重量％の量である、少
なくとも４０％金属化に還元されるべきである。この金
属化を達成させるためには、クロムの温度は少なくとも
３０分間、少なくとも１３５０℃にすべきであり、混合
物中に固定炭素％は２０〜２５重量％であるべきであ
り、クロマイト及び石炭のメッシュ寸法は少なくとも−
２００であるべきである。
【００２９】本発明の混合物の酸素結合金属はＲＨＦ中
で少なくとも部分的に還元される。部分的な還元とは、
クロマイト又はスチール製造微粉中の鉄結合酸化物及び
クロム結合酸化物中に存在する酸素の部分が炭素により
ＣＯとして除去され、金属クロム、鉄及びそれらの炭化
物を残すことを意味する。還元されない混合物の酸化物
の他の部分はクロマイト、微粉、酸化クロム、酸化鉄及
びＣａＯ、ＳｉＯ2、ＭｇＯ及びＡｌ2Ｏ3の付随酸化物
として残留する。例えば、少なくとも４０％程度に金属
化されているクロマイト中の酸素結合クロムとは、酸素
結合クロムの４０％以上がクロム又は炭化クロムに還元
されていることを意味する。
【００３０】図１は本発明の方法の一態様を示す概略説
明図である。１０は通常は粉砕機であり、鉱石のような
金属酸化物を粉末に微粉砕するために使用される。金属
酸化物は、微粉砕されたら、好ましくは、混合され、通
常は凝集され、焼結又はペレット成形機１２で圧縮され
る。もちろん、金属酸化物は凝集させずに、微粉砕され
た還元剤と混合することができる。混合物はペレットに
凝集し又は凝集せずに、少なくとも部分的に金属化する
ためにＲＨＦ１４中に供給される。金属は精製容器への
装入材料として使用することができる。残留酸化物に依
存して、金属は電極２０及び／又はアルゴン酸素脱炭装
置（ＡＯＤ）のようなコンバーター１８又は頂部及び底
部吹き込み精製反応器（ＴＢＲＲ）を有するアーク炉
（ＥＡＦ）１６のごとき溶融浴を備えた容器中に供給さ
れる。 ＡＯＤ及びＴＢＲＲの各々は、頂部吹き込み酸
素ランス２２、底部ガス撹拌羽口２３、鉄浴２８及びス
ラグ層３０を備えていることができる。金属がＡＯＤ又
はＴＢＲＲへの装入材料として使用されるときは、金属
酸化物がクロマイト鉱石である場合、精製容器としての
ＲＨＦ中でスラグ化剤を予熱するために、粉砕された混
合物中にスラグ化剤を包含することが望ましい。許容し
うるスラグ化剤はＣａＣＯ3、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ
3、ＳｉＯ2及びＣａＦ2である。
【００３１】図２は図１に示したのＲＨＦ１４を頂部か
ら見た拡大説明図である。炉１４は、環状の内部耐火性
壁３２、環状外部耐火性壁３４、該壁３２及び３４の間
に環状耐火性プラットフォーム３３、該プラットフォー
ムの複数箇所に位置した複数のバーナー３６（これらは
各々、プラットフォーム３３の上表面の上部の位置にお
いて壁の中に開口部を通して伸びているノズル３８を有
する外部壁にはめ込まれている）、プラットフォーム３
３の内側の位置にある環状フレーム４２に設けられた燃
料ーナー４０、供給路４４及び４５、還元された金属酸
化物をプラットフォーム３３から除去するためのオーガ
ー４８のような手段４６を有している。プラットフォー
ム３３は矢印５０で示した方向に、制御された速度でバ
ーナーを通って回転される。硫黄含有精鉱物を伴う金属
酸化物の還元中に解離された硫黄の蒸発及び燃料からの
オフガスはベント５２を通って排気される。これらのオ
フガスの残留エレルギーは、燃料及び空気を予熱するた
めに熱回収系（図示せず）で再使用することができる。
バーナー３６及び４０はプラットフォーム３３の上表面
の上部位置に配置される。
【００３２】ＲＨＦは、プラットフォームの上表面の方
向に並べられた炉の環状壁の一つにはめ込まれた幾つか
のバーナーを有しているので、バーナーからの火炎によ
る輻射線をプラットフォームの上表面に堆積している金
属酸化物と還元剤の混合物の表面に直接伝えることがで
きる。金属酸化物混合物がプラットフォームに置かれた
後、プラットフォームはバーナーを通って回転される。
かくして、プラットフォームは、主に混合物の表面への
輻射により及び混合物層内の伝導により、熱伝達付き向
流熱交換器のように機能する。加熱ガスが鉱石のカラム
を通って上向きに移動するシャフト炉とは異なり、ＲＨ
Ｆのガスフローは、還元されるべき金属酸化物／還元剤
混合物の薄い層が酸化性火炎を通って回転され、そこで
主として火炎及び炉の内壁からの輻射により及び混合物
層内の伝導により熱が金属酸化物へ伝えられる点で、異
なる。即ち、還元されるべき金属酸化物は制御された速
度でガス火炎に対して向流に回転する。表面積が大きく
及び深さが浅いので、直ぐに高い温度に到達し、それに
より金属酸化物を還元するために１時間以下の時間で火
炎に曝され且つ還元剤との接触を必要とする材料との速
い反応速度が促進される。材料の粘着及び強化の問題な
どの垂直シャフト炉の固有的欠点はＲＨＦの使用により
回避される。
【００３３】回転するプラットフォームには金属酸化物
の薄い層のみが置かれ、垂直シャフト炉の場合のように
大きなバーナー手段を使用する必要はなく、ロータリー
キルンのように衝撃させる必要がないので、凝集物は構
造的集結性を有する必要はない。これは金属酸化物が微
粉砕され、他の材料、例えば石炭及び硫黄含有ニッケル
精鉱物と混合され、ペレットに形成される場合に特に重
要である。硫化ニッケル及び硫化鉄は１２００℃で完全
に溶融される。クロマイト鉱石含有ペレット共にこれら
の硫化物が存在することは、ペレット強度は問題となら
ないから、ＲＨＦの操作を危険なものとしないであろ
う。
【００３４】供給路４４は、プラットフォーム３３の幅
を横切る薄い調節された深さを有する連続した第１層の
炭質還元剤と金属鉱石の混合物を均一な厚さを有する層
として堆積させるために使用することができる。第１層
の厚さは４０ｍｍ以下、好ましくは３５ｍｍ以下、最も
好ましくは３０ｍｍ以下である。金属酸化物及び還元剤
が粉砕され、約１０ｍｍの直径を有するペレットに圧縮
された場合は、圧縮物は、ペレット２〜３個の深さ、即
ち２５ｍｍにプラットフォームに置くことができる。混
合物層内が均一な温度に到達するのに必要な時間は厚さ
に比例して増加し、金属化の平衡度合のためにはより長
い時間が必要なので、層の厚さは４０ｍｍを超えるべき
ではない。なお、熱は、そのロスを補うため及び炭素と
の吸熱金属化反応における熱の要求を満たすために、供
給しなければならない。好ましくは、第１層を少なくと
も１０００℃、より好ましくは１２００℃の温度に加熱
した後、炭質還元剤の均一な厚さを有する第２層を第１
層の上に、プラットフォーム３３の幅を横切って供給路
４５により約１０ｍｍ以下の深さに堆積させる。第２層
は第１層を覆うことが好ましく、その最小深さは少なく
とも２ｍｍ、好ましく少なくとも３ｍｍである。混合物
の上表面近傍に達する火炎からの酸化性ガス、例えばＣ
Ｏ2、Ｈ2Ｏを還元するのに十分な炭素を与えるために、
第２層は２〜３ｍｍの深さを有すべきであるが、断熱す
るような深さではない。金属化が行われる混合物の下層
への伝熱による適当な熱移動がなされるためには、炭質
還元剤層は約１０ｍｍを超えるべきではない。第１層の
深さに対する第２層の深さの比率は０．０５〜０．３の
範囲内に調節することが好ましい。
【００３５】ＲＨＦ中で少なくとも部分還元するには、
混合物中に種々のタイプの鉱石が別々に又は組み合わさ
れて包含されていることが望ましい。還元金属がニッケ
ル含有ステンレススチールの製造用装入原料として使用
される場合は、混合物は酸化クロム及び硫黄含有ニッケ
ル精鉱物を包含することが望ましい。硫黄含有ニッケル
精鉱物が使用される場合は、硫化鉄及び硫化ニッケルは
溶融を開始し、そして酸化クロムの還元の開始前に、液
状硫黄は炉の雰囲気中へガス状として、部分的に解離す
る。硫化物は層の温度が６４０℃程度のときに溶融し始
める。
【００３６】混合物中にニッケルラテライトが含まれて
いる場合は、ＲＨＦ金属生成物は最初に、溶融及び脱ス
ラグ用のＥＡＦへ移送させねばならず、スラグは高いレ
ベルの酸化クロムを含有し、低Ｃｒ収率となるので、ク
ロマイトは混合物へ添加しな方が好ましい。ＲＨＦ部分
還元生成物は少なくとも１．０重量％のＮｉを含有す
る。ＲＨＦ中でのニッケルラテライト鉱石又はニッケル
ラテライト精鉱物の加熱反応生成物はＮｉ、Ｆｅ、Ｆｅ
3Ｃ及び残存酸化物ＭｅＯｙ（Ｍｅ＝Ｎｉのときｙ＝
１；Ｍｅ＝Ｆｅのときｙ＝１．０５，１．３３又は１．
５）である。
【００３７】
【実施例】
実施例１ 金属酸化物を還元する方法を述べる。クロム含有鉱石及
び石炭を別々に微粉砕し、一緒に混合して粉末となし、
圧縮して低強度のペレットにした。乾燥混合物は約７４
重量％のクロマイト鉱石、又は精鉱物、２５重量％の固
定された炭素、及び１重量％のベントナイト結合剤を含
有していた。固定された炭素とは、揮発性物質中に含有
されている炭素が除去された後石炭中に残っている炭素
を意味する。クロマイト及び石炭の粒子寸法は２００〜
３２５メッシュ（４４〜７４ｍｍ）の間にあるべきであ
る。ついで、混合物を約１０ｍｍの直径を有するペレッ
トに成形した。ペレットを、その２〜３個の深さの第１
層として、回転プラットフォームの幅全体に約２５ｍｍ
の深さに配置した。ついで、第１層を１２００℃の温度
に加熱した後、１０〜１００メッシュ（０．１５〜２．
０ｍｍ）の範囲の粒度を有する粒状石炭の第２層を３ｍ
ｍの深さに、第１層の上に堆積させた。第１層の深さに
対する第２層の深さの比率は約０．１である。クロマイ
ト鉱石を還元するために、第１層を少なくとも１３００
℃、好ましくは少なくとも１３５０℃の温度に、少なく
とも３０分間加熱して、クロマイト中の酸素結合クロム
の金属クロム及び炭化クロムへの金属化を少なくとも４
０％且つクロマイト中の酸素結合鉄の鉄及び炭化鉄とし
てのＦｅへの金属化を７０％達成させた。しかしなが
ら、金属化された生成物、例えば炭化物の溶融が十分で
あると、回転炉床プラットフォームから排出が困難な金
属化層を生ずるので、第１層は１４５０℃より高く加熱
するべきでない。この例では、混合物層が酸化性火炎に
より１２００℃の温度に１０〜１５分間予熱された。そ
の後、石炭層は熱い金属酸化物層の上表面に添加され
た。ついで、プラットフォーム上の２つの層を酸化性火
炎からの輻射線により付加的に３０分間連続して加熱
し、その間に第１金属酸化物層の金属化が起こった。３
０分間の金属化の後、混合物を約２００℃に冷却する
か、又は炉１４からオーガー４８により、例えば１００
０〜１３００℃で熱排出させた。その操作は共に不活性
ガスの保護雰囲気下に行われた。ＲＨＦからの熱排出の
場合は、部分金属化混合物はＡＯＤ又はＴＢＲＲのよう
な精製容器へ供給された。
【００３８】第２炭質層は、炭素が枯渇した混合物のど
の帯域においても、金属化されたクロム及び鉄が炉内で
酸化性火炎の燃焼生成物により再酸化されるのを保護す
る。いかなる酸化性ガスを第２層の浸透のために使用し
たときでも、該ガスは第２層中の炭素により還元性ガ
ス、例えばＣＯ、Ｈ2が再生された。Ｃｒ及びＦｅ炭化
物、未還元酸素結合Ｃｒ及びＦｅ、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、
Ａｌ2Ｏ3及びＣａＯの安定な酸化物およびＣｒ及びＦｅ
金属からなる部分還元クロマイトは炉１６中のスラグ２
６により覆われている鉄浴２４へまたは精製浴１８中の
スラグ３０により覆われている鉄浴２８へ供給され、そ
れによりステンレススール製造用の安価なＣｒユニット
を提供することができる。
【００３９】実施例２ 他の金属酸化物を還元する方法を述べる。低硫黄ニッケ
ルラテライト鉱石は、約１〜３重量％のＮｉＯ、１２〜
２０重量％のＦｅ2Ｏ3、３０〜４０重量％のＳｉＯ2、
１５〜３０重量％のＭｇＯ、［(Ｆｅ,Ｎｉ)ＯＯＨ］と
して拘束されている４０重量％までの水および少量のＡ
ｌ2Ｏ3及びＣｒ2Ｏ3を含有する。ラテライト及び石炭
は、実施例１に記載のように、微粉砕して粉末となし、
一緒に混合し、低強度のペレットに圧縮された。乾燥混
合物はラテライト鉱石７４部、固定炭素２５部及びベン
トナイト１部を含有していた。ペレットを、第１層とし
て、回転プラットフォームの幅全体に約２５ｍｍの深さ
に配置させた。ペレットの第１層を酸化性火炎により約
１２００℃の温度に予熱した後、１０〜１００メッシュ
の範囲の粒度を有する粒状石炭を２〜３ｍｍの深さに、
第１層の深さに対する第２層の深さの比率を約０．１と
なるように、第１層の上に堆積させた。ペレットの加熱
を続け、１２００℃の温度にさらに３０分間維持した。
その後、還元された酸化ニッケルペレットを炉から排出
する前に２００℃に冷却しか、またはその温度で不要の
酸化物成分を脱スラグ化するためにＥＡＦ中で鉄浴へ直
接供給した。その際、還元されたニッケル鉱石ペレット
は、ＡＩＳＩ３０４ステンレススチールのようなニッケ
ル合金スチール製造用のＮｉ及びＦｅユニットを提供す
るために使用することができた。
【００４０】実施例３ 他の例においては、ステンレススチールの製造に使用さ
れるＥＡＦ又はＡＯＤからの酸化クロム含有微粉をＲＨ
Ｆ中で部分還元した。このような微粉は通常、−３２５
メッシュの粒度を有し、１２〜２２重量％のＣｒ2Ｏ3、
３０〜６０重量％のＦｅ2Ｏ3および残部が本質的にＣａ
Ｏ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3及びＭｇＯを含有していた。微
粉はＺｎＯ及びＰｂＯのような重金属も少量含有してい
た。微粉を微粉砕石炭及びある種の微粉砕クロマイトか
らの固定炭素の少なくとも１５重量％と混合し、低強度
ペレットに圧縮し、実施例１と同様に、２５ｍｍの深さ
の第１層として堆積させた。該層を酸化性火炎により約
１０〜１５分間、約１２００℃に予熱した後、１０〜１
００メッシュの範囲の粒度を有する粒状石炭を、約２〜
３ｍｍの深さに、第１層の深さに対する第２層の深さの
比率を約０．１となるように、第１層の上に堆積させ
た。ペレットを１３５０℃の温度に加熱し続け、その温
度にさらに３０分間維持した。その後、Ｃｒ及びＦｅ炭
化物、未還元酸素結合Ｃｒ及びＦｅ、ＳｉＯ2、Ｍｇ
Ｏ、Ａｌ2Ｏ3及びＣａＯの安定な酸化物およびＣｒ及び
Ｆｅ金属からなる部分還元混合物は２００℃に冷却する
か、または不活性ガスの保護雰囲気下に、炉から１００
０〜１３００℃の温度で溶融又は精製用ＡＯＤ又はＴＢ
ＲＲ中の鉄浴へ熱排出させ、それにより価値あるＣｒユ
ニットを得た。過剰の炭素は浴中で溶解し、ＡＯＤ又は
ＴＢＲＲ精製容器へ酸素を吹き込むことにより除去され
た。かくして、酸化クロム含有スチール製造用微粉はス
テンレススチール製造用の安価なＣｒ及びＦｅユニット
の提供のために使用することができた。
【００４１】実施例４ クロマイト鉱石と硫黄含有ニッケル精鉱物の混合物をＲ
ＨＦ中でどのように処理するかについての他の例を述べ
る。クロマイト鉱石、硫黄含有ニッケル精鉱物及び石炭
を粉末に微粉砕し、一緒に混合し、低強度ペレットに圧
縮し、実施例１と同様に、第１層として、約２５ｍｍの
深さに堆積させた。ペレット層を酸化性火炎により約１
２００℃の温度に約１０〜１５分間予熱した後、１０〜
１００メッシュの範囲の粒度を有する粒状石炭を２〜３
ｍｍの深さに、第１層の深さに対する第２層の深さの比
率を約０．１となるように、第１層の上に堆積させた。
ペレットを１３５０℃の温度まで加熱を続け、この温度
にさらに３０分間維持した。ＲＨＦ雰囲気でガス状硫黄
へ解離することにより部分的な脱硫が起こる。ガス状硫
黄は第２層を通って炉の酸化性雰囲気へ流れると、すぐ
に二酸化硫黄に酸化される。硫黄含有ニッケル精鉱物／
クロマイト鉱石混合物と混合された石炭の固定炭素が，
該混合物の少なくとも１０重量％である場合は、ＲＨＦ
中の硫黄含有ニッケル精鉱物及びクロマイト鉱石の加熱
反応生成物は、金属Ｎｉ、未反応硫化ニッケル、Ｃｒ及
びＦｅ金属、Ｃｒ及びＦｅ炭化物、および未反応酸素結
合Ｃｒ及びＦｅである。この例では、硫黄含有ニッケル
精鉱物及びクロマイト鉱石はそれぞれＲＨＦ中で脱硫さ
れ、部分的に還元され、ついで鉄浴中へ供給された。な
お、該鉄浴はＡＩＳＩ３０４、１２ＳＲ及び１８ ＳＲ
ステンレススチールのようなクロムニッケル合金スチー
ル製造用のＣｒ、Ｎｉ及びＦｅユニットを提供するため
に、金属化されたクロマイト及び付随のＮｉを溶融及び
生成するためのＡＯＤ中に設けられている。酸素結合ク
ロムの最終溶融は、主として炭素、例えば（Ｆｅ,Ｃ
ｒ）3Ｃ及び（Ｃｒ,Ｆｅ）7Ｃ3および浴へ運ばれそして
浴中で溶解した過剰の炭素により起こり、２次的には珪
素又はアルミニウムのような浴中で溶解した他の還元剤
により起こった。この還元期間の後に残っている残留炭
素はランスから酸素を吹き込むことにより鉄浴から除去
された。金属化されたペレットを含む鉄浴中の残留硫黄
は、高純度アルゴンのような不活性ガス、例えば９９．
９９８容量％が羽口を通して射出される場合、還元期間
中に、浴を覆っている精製スラグにより除去された。
【００４２】本出願の時点において、フェロクロムの形
態のクロマイトｋｇ当たり及びフェロニッケル又はニッ
ケルショットの形態のニッケルｋｇ当たりのスポットマ
ーケットコストはそれぞれ約１．５ドル及び８ドルであ
った。実施例１〜４で製造された装入原料の形態のクロ
ム及びニッケルｋｇ当たりのコストはそれぞれ、約１．
２ドル及び６ドル程度であった。本発明の利点は、フェ
ライト系ステンレススチールの製造の場合はＣｒ装入材
料ｋｇ当たり約０．３０ドル又はそれ以上の節約が、ま
た、オーステナイトステンレススチール製造の場合はＣ
ｒ及びＮｉ装入材料ｋｇ当たり約２ドル又はそれ以上の
節約が実現可能なことである。
【００４３】本発明の精神および範囲から逸脱すること
なく、本発明の種々の変更が可能であることが理解され
よう。従って、本発明の限界は特許請求の範囲の記載に
基づいて決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法の一態様についての概略説明図で
ある。
【図２】図１の方法で使用した回転炉床路の概略説明図
である。
【符号の説明】
１４ 回転炉床炉（ＲＨＦ） １６ アーク炉（ＥＡＦ） １８ コンバーター（ＡＯＤ） ２４、２８ 鉄浴 ２６、３０ スラグ層 ３２ 内部壁 ３３ プラットフォーム ３４ 外部壁 ３６、４０ バーナー ３８ ノズル ４２ フレーム ４４、４５ 供給路 ４８ オーガー

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 環状プラットフォーム及び少なくとも一
    つの燃料バーナーを有する炉を用意し、 酸素結合金属及び還元剤を含有する混合物の第１層を該
    プラットフォームの上表面に設置し、 該プラットフォームを該バーナーを通して回転させて、
    酸化性火炎により該第１層を加熱し、 該第１層を覆う還元剤の第２層を供給し、少なくとも部
    分的に還元された混合物を形成するのに十分な温度及び
    時間、両層の加熱を続け、それにより第２層が炉内で部
    分的に還元された混合物の再酸化を防止することを特徴
    とする金属酸化物を還元する方法。
  2. 【請求項２】 前記混合物が第２層で覆われる前に、少
    なくとも１０００℃に加熱される請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記酸素結合金属がクロムであり、部分
    的に還元された混合物が、クロム又は炭化クロムへ還元
    される酸素結合クロムを少なくとも４０％および鉄又は
    炭化鉄へ還元される酸素結合鉄を少なくとも７０％含有
    するものである請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記混合物がクロマイト鉱石及び硫黄含
    有ニッケル精鉱物を含有しており、前記部分的に還元剤
    された混合物が金属として又は炭化クロムとして少なく
    とも５重量％のクロム及び金属として又は硫化ニッケル
    として少なくとも０．１重量％のニッケルを含有する請
    求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記混合物が、該混合物中の全ての酸素
    結合金属を理論的に還元するに必要な少なくとも化学量
    論量の還元剤を含有する請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 第１層の深さに対する第２層の深さの比
    が０．０５〜０．３である請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記混合物が少なくとも１３００℃の温
    度に加熱され、この温度に付加的に少なくとも３０分間
    維持される請求項２記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記酸素結合金属がクロマイト鉱石を含
    有しており、そして部分的に還元された混合物を精製容
    器中の鉄浴へ供給し、酸素結合クロムをクロム又は炭化
    クロムへ還元し、酸素を鉄浴へ吹き込んで過剰の炭素を
    除去し、ステンレススチールを形成させることからなる
    付加的工程を包含する請求項１記載の方法。
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