JPH08510506A - 連続的金属精練法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 溶融金属を反応室に供給し；ガス状及び固定の酸化剤を導入し；バルク質材料を添加し；金属とスラグをフォーム懸濁物に完全に変換し；熱力学的な平衡から、化学反応の自己機構システムを、ガス蒸発により作り出すことにより、反応室中に、高められた圧力と相当なシステム偏差を作り、懸濁物を精製溜に、２相液の流入スピードを臨界的にして、引き上げ；その精製溜中で金属とスラグを分離し；ガスを懸濁物の高い層を通して、規定の速度で取り出すことによる連続的金属精製方法である。溶融金属を供給するチャンネル（５）を備える球形の反応室（１）；バルク質材料を供給し、ガス酸素を供給する装置を、互いに逆方向に配置されたランスの形で、備えるチャンネル（４）、円筒形結合チャンネル（２）、タップホール（２０、１５）を備え、各々、引き上げるべきスラグ及び金属のための精製溜（３）を有し、そして、スラグタップホールは、２つの垂直チャンネル（１６、１７）に分かれ、各々、スラグ及びガスを分離するたえむであり、スラグ形成材料の分配のためのチャンネル（１３）と酸素供給のためのランス（１１、１２）を備えている連続金属精製装置である。

Description

【発明の詳細な説明】 連続的金属精練法及び装置 発明の分野 本発明は、冶金学、特に連続する装置による金属の精練法に関する。本発明は 、鋼鉄及び鉄合金の製造に特に好適である。 従来の技術 現在、冶金学の分野では、連続的に金属を精練する装置と方法を発展させるこ とに重大な関心がある。 これらの装置と方法は、従来の環状の装置による方法に比べ、大きな利点を有 している。連続的金属製造の種々の設計、型、原理としては、炉、フロー型、管 路、ジェット精練がある。これを（１）とする。 フロー型連続的金属精練法（２）の従来技術においては、液状鉄とスラグ生成 物が連続的に装置に送られ、仕上げられた金属、スラグ及びガスは、特別な管路 を介して除去される。 この方法の場合、精練率はそれ程、良くない。何故なら、接触相の表面が小さ く、かつ酸化剤の消費が少ないからである。 気体酸素と金属との接触面を増大させることにより、高精製率を達成する試み は、ジェット精練法の装置によりなされた（３）。 この方法においては、ガスを使用し、金属は小滴となって拡散し、この小滴は 、酸化剤との接触の間に相互に作用する。金属小滴による流れは、取鍋に送られ る。 しかし、この金属製造法は、溶融損失率が高く、そこで溶融金属の生成率が低 く、また、廃ガスの拡散率が大きい。 特に重要なことは、この方法における空間と時間の結合と、精練工程と金属加 熱を柔軟に制御出来ないために、産業廃棄物と、固体酸化剤の再生処理に限界の あることである。 このような連続的金属精練法と、これを実施する装置を発展させて、金属は、 ２段階の工程を受けるようになった（４）。 この方法は、反応室に鉄を入れ、バルク材のとともに酸化剤を加え、金属とス ラグを泡状のエマルジョンに完全に変換し、このエマルジョンを、精練油だめに 入れ次に、金属とスラグとガスに分離する段階よりなっている。 この方法を実施する装置は、鉄とバルク材を運ぶ管路、及び酸素ガスを供給す る装置を備える反応室と、金属とスラグを排出する湯出口、及びガスを排出する 分枝管を備える精練油だめと、反応室から精練油だめに、泡状エマルジョンを排 出する連結管を備えている。 しかし、この方法と装置は、高収率の酸化精練法を達成するものではなく、多 量に鉄を損失し、廃棄物の利用度が低く、廃ガスを高率で生成する。 精練法の低収率は、反応が平衡に近い領域では、大気圧下で進行し、また「ト ップブラスト」が浴槽と作用する時に、相同士の特定の接触面が、ジェット精練 に比べ、小さな値しか持たないと云う事実により説明される。 更に、自由なオーバーフロー溝によって、反応室から精練油だめへの製造物の 搬送が、精練油だめにおける金属とスラグとの接触面を著しく減少させ、精練率 を下げさせる。 金属の損失は、酸化第二鉄よりなるタップの燃えかす及び小滴、更には、槽と 酸素との相互作用による茶色の煙状の溶融損失、及び高温域における生成を生じ る。 このような要素は、装置で実際に精練されなかった廃ガス生成物の高い気状化 の主要な理由である。何故なら、反応室から精練油だめに送られた時にのみ、こ れらの生成物は泡状エマルジョンと接触し、このエマルジョンを通り抜けるから である。 廃棄物の低利用度は、鉄の高い消費度、鉄と酸素とバルク材との相互作用、及 び化学反応の熱の低利用度、タップの燃えかすと、微粒子を含んだ廃ガスの多量 の生成により説明される。 発明の開示 本発明の主要な目的は、精練を速め、溶融金属の生成率を高め、廃ガスの生成 を抑え、廃棄物の利用度を高め、経費を減少させる金属精練法とその装置を提供 することにある。 この目的は、溶融金属を反応室に送り、バルク材の添加材とともに、酸化剤を 導入し、金属とスラグを泡状エマルジョンに完全に変換し、このエマルジョンを 精練油だめに送り、そこで金属とスラグを分離し、エマルジョン層を介して、ガ スを分離する方法において、使用される酸化剤が、固体オキシダントと酸素ガス であり、前記酸化剤が、金属１kgに対して、0.06〜0.11kgの流量で導入され、溶 融金属が、反応室の体積の２〜60kg/cm³の流量で送られ、反応室と油だめのそれ ぞれにおいて、0.4〜3.0MPa、及び0.15〜0.20MPaの圧力が生成されることを特徴 とする方法により達成される。 前述の目的は、また、溶融金属とバルク材を供給する管路及び酸素ガスを供給 する装置を備える反応室と、金属及びスラグを排出するタップ孔及びガスを排出 する分枝路を備える精練油だめと、円筒状連結管とを備える装置において、前記 反応室が球形であり、酸化剤を供給する装置が、反応室の壁面において、直径方 向に対向して対となったやりの形状であり、連結管の直径に対する反応室の直径 の比が、３と12との間であり、前記反応室が、管によりバルク材を調製し、運搬 する装置と、溶融金属を供給する装置に連結され、前記バルク材と溶融金属を運 ぶ管が、前記酸化剤を供給する装置と同一平面で延び、精練油だめが、酸素を供 給するやり状の管と、スラグ生成材を送る管を備え、このやり状の管が、反応室 からエマルジョンの出口の反対方向に、前記連結管と並んだ油だめの底部に取り 付けられており、前記スラグ生成材を送る他のやり状の管と管路が、前記精練油 だめの丸屋根に設けられ、スラグを排出するタップ孔と、ガスを排出する分枝管 が連結され、水平管と直交する２本の垂直管に分かれた水平管よりなっており、 低い方の管が、スラグ粒状化の装置に連結され、連結管の軸から、金属を排出す るタップ孔の高さまでの距離に対する前記連結管の軸から、油だめのスラグを排 出するタップ孔の高さまでの距離の比が、５〜15であることを特徴とする精練装 置により達成される。 この精練法の実施例においては、化学反応を高率化し、反応室と精練油だめに おける熱と質量の交換率を増大させ、溶融とタップスラグにおけるFe損失を減少 させ、高温ダストガスを精製する媒体として、工程中に製造される泡状スラグを 使用し、小さな構造の精練装置を提供し、原料として産業廃棄物を利用し、例え ばセメントの生成に有用なタップスラグのように、廃棄物自体を減少させること が出来る。 本発明による装置と方法においては、冶金学的に次のような発展をもたらした 。 （１）複雑な装置の自らの組立ての機構と、反応工程の自己調整化の性質と、 圧力下における装置内におけるガス生成物の放出の使用。 （２）反応を時間と空間を分離することにより、反応を酸化させ、還元させる ために、最適の力学的及び熱力学的条件の生成。 （３）熱力学的平衡から、化学反応への顕著な偏位を実施する条件の生成。 （４）２相流の発散の臨界性における「自己シャットオフ」ノズルの現象に基 づくパルス増加圧の反応室内での生成。 （５）精製装置の中央部に反応領域を設けること、及び断熱媒体として使用す るエマルジョンを充填することにより、反応室における高安定性の確保。 （６）対向酸素ジェットにより、金属を小滴に変化させることにより、反応室 内で、相接触面を大きくして、十分な利用度を達成すること。 （７）ガス状生成物の多量の流れを、エマルジョンを満たした精練油だめで再 燃焼することにより、化学反応の熱の利用度を高め、多量の消費された固体酸化 物と、原鉱石の再処理の可能性の実現。 （８）反応室からの高速流により、精練油だめにおいて、成分を有効に混合す ること。 （９）ガスの接触と、泡状スラグとの相互作用を組織化することにより生成し たガス状生成物の技術的精製の２段階の精練装置を提供すること。 （10）低含有率のFe酸化物と金属の小滴を含むタップの燃えかすの生成。その 組成物は、最終生成物を得るのに好適である。 本発明による方法の利点を達成する精練装置の構造について、以下詳細に説明 する。 他の生産ラインと設備の廃棄物（普通より小さい、ほこり状石灰、スケール、 スライム、微小鉱石、グラファイト、コークス、チップ等）である鋳鉄、酸素、 バルク材を反応室に供給すると、２つの領域に分れる。即ち、第１の反応領域と 、エマルジョン含有主体積領域である。 反応領域において、次式により、鋳鉄成分の主要な直接酸化が行われる。 式中、Э_Jは鋳鉄のＪ成分である。 酸素と鋳鉄の対向ジェットが衝突すると、鋳鉄のジェットが、小滴に粉砕され 、ガス金属相に大きな接触面を形成する。酸素が実際に完全に使用されることに より、酸素が鉄及び鋳鉄の他の混合物を酸化させる主反応領域内で消費される。 そこで、高強度の酸素同化作用に関して、ここで酸化された鋳鉄の部分は、次 式のようである。 式中、Ｑ_O2＝酸素消費量（m³/s） Ｇ_c.i.＝鋳鉄消費量（kg/s） Ｆ（ｃ）＝濃度関数（m³/kg） 濃度の関数は、処理される鋳鉄の組成により定義される。 式中、/Fe/_c.i，/C/_c.i，/Mn/_c.i，/Si/_c.i，/S/_c.i，/P/_c.i，は、それぞれF e，C，Mn，Si，S，Pの鋳鉄濃度である。 式（３）（４）より、その化学組成を考慮に入れ、鋳鉄の一定量を酸化するの に必要な酸素の量を計算出来る。 ジェットの接触領域における酸素との直接的相互作用による鋳鉄の酸化率は、 次式により与えられる。 連続的粉砕精練における実験データは、酸化ガスとスラグの中に存在する間の 、炭素小滴の巨大な酸化率を発展させることが可能であることを示している。 高速フィルム化を使用すると、金属は気相で0.2sとなり、炭素の酸化率は、変 換槽よりも２/３大きくなり、小滴（35％以上）は、0.15〜1.25mmの半径となる （５）。 バルク材の流れとの強力な混合により、生成した主生成物は、反応領域から、 反応室の主体積部に送られる。ここで、鋳鉄混合物は、次式により、スラグと金 属の界面相において間接的に酸化される。 更に、他のレドックス反応、加熱及びバルク材同化作用が生じる。 他の条件は等しいので、式（６）の反応速度は、より大きくなり、システムが 平衡より外れれば外れる程、相接触の面は大きくなる。 現在の技術と比較して、本発明によるこれらの要因の作用についての、定量的 な評価を知ることが出来る。 すべての反応における最も一般的な熱力学的量は、その段階の起動力であるギ を定義し、金属とスラグの組成及び温度により定められる。 の値は、文献に明らかである。 度（ｔ＝1500〜1600℃、Ｐ＝0.010〜0.025、Ｐ₂Ｏ₅＝４〜６％）の組成の結果を 示している。 この図には、２つの領域がある。（１）は、鋼鉄製練工程（原型を含む）のパ ラ メータの組合せのための平衡状態に接近して設けられた領域で、（２）は、本発 明のパラメータが発見された領域で、平衡状態から大きく偏位している。 鋳鉄製練の他の反応の熱力学的分析は、現在の製練技術において、混合物の酸 化と還元の両方が可能なので、高率の反応と、高品質の金属を生成する製練が、 原理的に不可能なことを示している。 特許請求された方法や発明においては、平衡状態からのシステムの除去及び前 記した領域への到達が、35％から約75％までの範囲内で、スラグの中の鉄の酸化 物の状態で吸み出されている酸素によって生じている。 上限は、理論的に可能であり、かつ平衡状態からシステムのもっとも大きい偏 向を与える。 しかしながら、スラグの中の鉄の酸化物の濃度が過剰すぎることは望ましくな い。その理由は、スラグの中には、他の構成要素もあり、それらは精製反応に必 要であるからである。 35％以下の含有量は効果的でなくかつ無意味な偏向の原因となり、これは、製 練処理における鋼鉄存在の上限である。 従って、もっとも望ましいのは、図４から分るように、35％から50％であり、 それに原動力が対応しており、かつ従来の技術による方法ける場合、即ちｎ_{Pa/C e} ＝４よりも４倍も大きい。 この含有量は、酸素の化学量論的に必要な量を供給することによって（特定の 鋳鉄の組成に対して）、システムの自己組織化のメカニズムのために、反応チャ ンバの中において、成分の必要な滞留時間及び圧力下で、気体状生成物の発生を 促進している化学反応を確実にすることによって達成される。 反応チャンバの中の金属−スラグ相の接触部特有の表面は、 ここでｒ＝水滴の平均半径、mm； ρ_me＝金属の密度、kg/m³である。 前記した水滴の半径は0.10〜1.0mmであり、発明者は、カウンタ式窒素/酸素ジ ェットによって、実験的に微粉状の鋳鉄について、特有表面が0.42〜4.2m²/kgを 得ている。これらのデータは、論文13.51の中における結果と矛盾しない。 比較のために、酸素−変換装置処理における特有表面は、もっとも過渡的なも のとして、0.05から0.1m²/kgであり、即ちｎ_Ssp＝8.4 to 4.2である。ここで、 ｎ_Ssp＝35とする。 この様に、今考えている事実が、以下の値による処理方法の速度で増大し得る ことである。即ち、変換装置処理方法及びもっとも類似している従来技術と比較 して、ｎ_Ssp＝35；ｎ_Pa/Ce＝4としてｎ_v＝ｎ_Pa/Ce ｎ_Ssp＝4×35＝140倍である 。 である。ここで、特許請求している発明の処理速度は、 反応チャンバからの出口において、炭素の含有量が4.0乃至4.5％から0.1乃至0 .75％の間である場合の鋳鉄の酸化に関して、平均の滞留時間は、 である。 結果として生ずるスラグの泡は、反応チャンバの半径Ｒ_chよりも遥かに小さい 半径Ｒ_cの円筒状の接続チャンネルの形状のノズルを介して、反応チャンバから 取り出される。 生成物はチャンネルを介して、臨界速度で取り除かれるので、過剰に圧力が、 ２相流の自己遮断（self-shutoff）効果により高くなる。 反応チャンバの中における圧力の変化の速度は、チャンバの容積、媒体の温度 、気体状の物質の内部流の速度、及び反応生成物の２相流の接続チャンネルを介 しての排出の速度によって定まる。 ｛ＣＯ｝の状態の気体状の生成物の内部流は、炭素の直接及び間接の酸化の速 度、 初期領域からのＣＯの発生速度は、 である。 ｛ＣＯ｝は、以下の反応による炭素の間接酸化の結果として、反応チャンバの 主容積の中で隔離される。即ち、 （ＦｅＯ）＋/Ｃ/←→｛ＣＯ｝＋/Ｆｅ/ （11） 従って、 この反応の平衡定数は、 である。 式（13）及び（14）から、生成物/Ｃ/（ＦｅＯ）の増加はＰ_coを増加すること によって達成することができる。 図５は、異なるＰ_coによるスラグ酸化の状態に対するＣ（炭素）の平衡状態の 含有量の割合を示している。 圧力と温度とを考慮すると、一酸化炭素の全内部流は、 である。 １秒間の滞留時間の間の連続的な流れ状態から、ＴとＰ_coによって発生した一 酸化炭素の体積は、反応チャンバの容積と等しくなければならない。 ここでＣ_c.i.＝鋳鉄の消費量、kg/秒、 /Ｃ/_in＝到来流の中の炭素の含有量、％ /Ｃ/_out＝反応チャンバからの出口における炭素の含有量、％ Ｍ_c＝炭素の分子量、kg Ｔ，Ｐ_co＝反応チャンバの中の温度、圧力 次に、球状の反応チャンバの直径は、次の式から求められる。 図７は、異なる鋳鉄の消費量による圧力に関する反応チャンバの直径の依存度 を示している。 図面に示された内容を分析すると、所定の出力によって、必要な直径は、圧力 に左右され、かつ圧力が増加するにつれて、例えば、Ｃ_c.i.＝100kg/秒で、５か ら1.5ｍまで減少する。 より小さい寸法の製練ユニットを使用すると、生産領域が減少する。しかしな がら、圧力を3.0MPa以上に増大することは不適当である。その理由は、反応チャ ンバの寸法を小さくすることは無意味であり、かつより高圧の増量反応器には、 一般に大きい資本投資を必要とする。従って、資本投資の経済性の基準から考え て、3.0MPa（メガパスカル）の値は、妥当な上限値であると考えられる。 0.4MPaの下限値は、接続チャンネルの中の２相流の状態、及び熱力学的平衡状 態からのシステムの偏向を与える条件、そして図５によるとスラグ中の鉄の酸化 物の含有量の下限値35％に関連している状態の条件の分析を基準として選択され ている。 チャンネルの中の２相流の数学的なモデルに関する研究及び計算の実験結果は 、“自己遮断”現象がおこる速度が40から160ｍ／秒であり、かつ混合物の密度 、 その状態及び体積についてのガスの含有量に左右されることが示されている。こ の様に、反応チャンバの中の圧力は、0.4から3.0MPaの範囲である。 必要な平均滞留時間から進んで、チャンバの容積及び流れが継続するように選 択された逃げの臨界的な速度に関して、接続チャンネルの直径が計算される。 これを基礎に、接続チャンネルの径に対する反応チャンバの径の比が、上記の 処理パラメータについて３乃至12の範囲と定められている。 図６は、分析的な変数に関してこの指数が左右される状態のグラフを示してい る。 製練用油溜の中における0.15から0.20MPaの圧力の動作限度の実際が次に与え られている。 式（16）によれば反応チャンバの中の圧力は、 から求められている。 これから、0.4から3.0MPaの動作圧力を与えるために、鋼鉄の製練処理（温度1 600から1620℃，/Ｃ/_in＝4.0乃至4.5％、/Ｃ/_out＝0.10乃至0.75％）によって、 金属の固有の消費量は、２乃至60kg/cm³の範囲に特定されなければならない。 金属を生産するために必要な酸素の量は、材料のバランスによって決定され、 かつ金属の0.06から0.12kg/kgに等しい。 固体酸化物の部分（鉱石、金ごけ、スライム）は、熱バランスによって決定さ れており、それは、金属塊の15から50％に等しく、かつ全体の25乃至80％の酸素 を与えている。 他の条件も同様であり、Ｐ_coは、金属の特有の消費量 によって設定され得る。 従って、全消費量の固体酸化物の一部は、0.25から0.80と仮定される。下限値 は、鋳鉄混合物の酸化の際の化学反応の熱、及び製練ユニットの中の炭素の酸化 物の後燃によって与えられ、また上限値は、熱キャリアのかさばった材料の組成 物を利用し、かつその消費量から前記した材料及び熱バランスを基礎として成り 立っている薬品を減ずることによって決められている。 生石灰の消費量は、要求される基本量から計算される。 この様に、金ごけ、スライム、鉱石及び他のかさばった材料、―そして、それ らは現存しているユニットにおいては利用され得ないものである―の相当部分が 、前処理によって生成廃棄物の多量を利用するために提供される。 0.4から3.0MPaの圧力範囲に関して、図５において、熱力学的に限定値の領域 を単純に示しており、それは、35から75％のスラグの中の鉄の酸化物の含有量と 、0.10から0.75％の金属中の炭素の含有量の安定状態を得る事を可能にしている 。この事実は、現存の製練の処理方法の原理においては得ることはできないもの である。 ２相臨界流の状態における接続チャンネルの“自己遮断”効果による反応チャ ンバの中に生ずる圧力は、脈動的なものである。これを次に説明する。 初期ゾーンからの鉄酸化物の流入量は一定であり、かつ消費の条件は、炭素の 酸化反応の進む程度によって決定される。従って、それが遅延する場合、システ ムにおける酸化物は蓄積し、かつガスの含有量が減少する。 これに伴って、圧力は、接続チャンネルを介しての生成物を取り出す臨界速度 の増大によって降下し始め、かつ“自己加速”がある圧力において発生し、それ がシステムの中の圧力を増大させる。 従って、特定の寸法のチャンバの脈動的な圧力特性は、システムの中へ遅延吸 み上げ酸素及びそれに続く加速作用を含んでいる炭素の自己規制反応の繰り返し サイクルを介して、基本レベルに関係している反応チャンバの中に維持される。 システムの自己規制特性もまた、反応チャンバの中の圧力の増大につれて、鋳 鉄入力を変えることによって強められる。 反応チャンバ、接続チャンネルの構造的な寸法を選択すること、及び到来する の外出量の臨界条件における接続チャンネルの“自己遮断”の効果、及び圧力下 における反応器の中のガス状生成物の発生によって進む化学反応の“自己規制” カニズムにより、過度の脈動的な圧力を作り出すことは、ごく当然のことである 。 泡状のエマルジョンの形状で反応チャンバの中で得られた生成物は、接続チャ ンネルを介して、金属、スラグとガスが分離されている製練油溜の中へ投入され る。 接続チャンネルから逃げるエマルジョンの方向と反対の方向の反応チャンバか ら生じた生成物のゾーンに対して、スラグの泡の柱の中の炭素酸化物の後燃えに 関して、0.01及び0.04m³/kgの間の消費金属の量に従って酸素が供給される。 この方法における酸素の供給は、反応チャンバから到来する流れの運動エネル ギーを抑制し、かつ化学反応の熱を利用する高い要因を達成して、製練ユニット の容積中の炭素酸化物の最良の後燃えを確実にし、かつまた、金属の温度を自在 に調節する可能性を提供するものである。 金属の0.01から0.04m³/kgの範囲内の酸素消費量は、25から90％まで炭素酸化 物の後燃えに役立っている。 反応チャンバからのエマルジョンは、金属及びスラグのインターフェイスのす ぐ上方にあるゾーンに高速度、高圧力で流入する。 高速度流、出口におけるキャビテーション現象、熱の高速な流れによって、質 量交換プロセスが行われ、またさらに製練および泡沫生成のための条件が作られ る。 さらに、スラグ泡沫生成は、炭素酸化物の数多くの小さいバブルが発生するこ とで強化され、それはノズルの端部の下方の領域の中のスラグ中の浮遊している 金属の小滴によって生じている。油溜めのこの領域においては、金属−スラグ相 のインターフェイスにおいて、混合物の製練が続いて行われる。 仕上られた金属の中の混合物の濃度は、反応チャンバからの出口におけるそれ らの含有量、スラグの組成、接触の特有な面、及び油溜の中の滞留時間などによ って決定される。油溜の中に製練特性を有している前記スラグの組成は、対応す る材料を加えることによって得ることが可能である。 燐は、反応チャンバ及び油溜の中で最初に酸化され、前記油溜の中では、熱力 学的平衡状態からの重大な偏りが確実に行われており、一方、硫黄は、減少処理 の結果として、スラグ相が上るにつれて減少するスラグの低酸化状態と必要なス ラグの基本量が高温に達しているノズルの端部の上方のゾーンの中の製練油溜め で酸化が行われるのである。 必要な炭素の含有量は、チャンバに対する酸素の必要量を供給することによっ て与えられ、その消費量は、コンバータ処理方法と比較すると、全利用量に対し て６m³/tも少ない。 接続チャンネルの軸の上方に、炭素の酸化物の泡及びスラグ薄膜から成るスラ グの高い柱がある。 そのスラグ泡の底部に、金属の小滴があり、それとスラグ相との境界で反応が 進んでおり、その結果、スラグの酸化状態が減少している。 さらに、スラグ状態が上昇するにつれて、その酸化状態は、炭素酸化物の相互 作用によって減少する。従って、油溜から排出されるスラグは、金属のショット （小球）を実際的には含んでいなく、かつ鉄の酸化物の含有量は５から８％であ る。 特許請求されている方法によるスラグによる金属の損失の指数は、表Ｉに示さ れているコンバータ処理方法１６１の下限値を取っている。 フルーガスによる損失は、スラグ泡の高い柱（コラム）を介する通路によるコ ンバータ処理方法の平均の損失量の1／7〜1／10である。 この様に、前記した要因で、コンバータ処理方法と比較して、25乃至28kg/tの 値の鉄の損失を少くできる。 製練油溜の基本的なパラメータ、即ち、タップホール（スラグ泡の高さ）に対 する接続チャンネルの軸からの距離、及びその断面積（直径）は、第１にダスト からの廃棄ガスの浄化のあらかじめ設定された基準を与える条件から決定される 。 さらに、スラグ泡の中の鉄の酸化物を減ずるための製練処理を終らせ、かつ金 属及び隣り合っているスラグ層の中の炭素及び有害な混合物を酸化させるのに必 要な滞留時間を油溜（サンプ）の中のスラグに与える条件も考慮して決定される 。 溶解されるべきガス精製物のために、精製溜（結合ノズルの端部の上のスラグ フォームの層）の項部部分は、殆ど近似値で、既に仕上げられたフォーム精製物 として考慮できる。 そのような精製物のパラメータを計算して、フォーム状の条件は、レイノルズ 数、８×１０⁴乃至２８×１０⁴の範囲内にあることが、生産性及び精製の効率の 観点から最も好適である。更に、これらの条件は、流体力学的に自己類似のもの である。装置中で低下したガス粘性（レイノルズ数）は、下限より低く、低い効 率で、粒径５μｍ以上の粒子を捕らえるような、泡発生条件を決め、一方、フォ ーム状の条件では、乱流内部機構により、粒径２μｍ以上の粒子を効果的に捕ら えることが可能である。レイノルズ数の上限より上になると、ガス分解する場合 ，波動条件の範囲内で処理するようになり、泡立て、即ち、精製の及び精製方法 の効率が急激に低下する。 これらの条件を考慮に入れ、精製溜の断面積（直径）を、泡状からガスの波条 件に転換する臨界スピードから、計算することが可能である。そのガスの波条件 は、２．０〜２．３ｍ／秒の範囲内にでき、液層の高さは、３ｍ／秒に上昇し、 それは、その溜の溶断面積及び直径を計算するための基礎を形成するものである 。 Ｆ₀ ＝（Ｑ_co／３）,m² また、安定した泡層の高さを計算するための関係があり、それは、精製溜中の 圧力が高まるときのものである。然し乍ら、この条件での高さは、必要な最低値 としてのみ考慮できる。 最初の液層及び泡の高さが上昇すると、フォーム状の条件の存在範囲は広くな り、同時に、精製の程度は、そのフォーム層の高さにほとんど線形で依存してい ることが見られ、成長は、相接触の表面を大きくするものである。 精製溜とフォーム精製物の組合わせと同様なものが、泡形成でき、ガスのダス ト含有量が、スラグなしの吹き込みと比較して、低下（Ｉ／７〜Ｉ／１０に低下 する）するコンバータ内のスラグ条件となる。然し乍ら、コンバーター中で安定 して、長く、フォーム条件が存在することは、実現が困難である。 上記のものを配慮して、溜の項部の高さの割合（結合チャンネルの軸から、ス ラグタップホールのレベルにまで）は、５〜１５に選択される。下限は、コンバ ーターを設計する理論及び実際に影響を与え、一方、フォームスラグの容量は、 金属容量の約４〜５倍を超える。更に、最低量（高さＨ_s ^t）或いは溜Ｖ_s ^tの頂部 は、ガスの停留時間τ_o ^resにより決められ、それは、反応室内に停留する時間よ りも短いものであってはならない。 Ｖ_s ^t ＝Ｈ_s ^tＦ_o ＝Ｑ_coτ_o ^res フォーム条件の臨界スピードが、３ｍ／秒になるように、精製溜の領域は、Ｆ_o ＝（Ｑ_co／３）であると考慮して、τ_o ^res＝２秒、Ｈ_s ^t＝６ｍとして、Ｈ_s ^t＝ γτ_o ^resを得る。上限は、波条件になる可能性がなくなるように、そして、２μ ｍ以下のガス中の残る粒子と接する相表面を２重−３重に増すことにより、コン バーターに比べて、ダスト含有量を最大に減らすように、選択した。従って、効 果的にガスを精製するために、精製溜の項部の高さ（或いは容量）と、その底部 の比率を、５〜１５に選択することが必要である。それは、０．１５〜０．２０ ＭＰａの圧力を、精製溜中に作ることとなる。 スラグフォームのレベル（項部の高さ）を更に上げることは、構造的に配慮す ると（使用する建物中に入る可能性）、制限される。また、スラグフォームの上 部層の温度条件及び流動性を保持するという困難な点により、制限される。 更に、連続スラグ造粒工程の条件を整備することにより，廃ガス精製を、更に 高める。これは、ガス及びスラグを取り出す水平チャンネル中で内部清浄工程を 行なう２段階により、行なわれる。その水平チャンネルは、更に、ガスとスラグ を分離するための２つの垂直チャンネルに分かれる。水平チャンネルの断面積は 、１５〜２０ｍ／秒のガス流スピードに基づいて計算され、選択される。そのス ピードは、液の内部循環でのガス洗浄器に接近した条件（作用の原理）を実現で きることとなる。更に、１５〜２０ｍ／秒のガス流スピードを、液相容量を、１ ×１０³m³／m³にすることにより高めると、更に、１μｍの径の粒子を捕らえる 効率を、５〜７５％にし、また、５μｍの粒子では、９９％にする。 ガスを内部洗浄工程を２段階で行なう結果、ダスト含有量は、６〜１０ｇ／m³ となる。 精製溜のドームでは、０．００５〜０．０１m³／金属１ｋｇ当りの酸素を供給 し、消費して、温度条件を整え、スラグ流度を高める添加剤；即ち、ＳｉＯ₂及 びＡｌ₂Ｏ₃、ボーキサイト、ほたる石、粉砕シャモット等を供給し、水平チャン ネルに出て来るスラグフォームを液状態に保持する。スラグ添加物を添加すると 、造粒スラグ（ＣａＯ＝６３〜６７、ＳｉＯ₂＝２１〜２４、Ａｌ₂Ｏ₃＝４〜７ 、ＦｅＯ＝５〜８）を製造する目的が同時に果たされる。この組成は、セメント の組成とほとんど同じものである。 従って、廃ガスのダスト含有量は、６〜１０ｇ／m³に低減し、そして、セメン トの製造のための原料としてスラグを製造でき、他の工程の廃棄物を原料として 用い、高度に利用できることとなる。 【図面の簡単な説明】 図面において、 図１は、連続精製ユニットのフロー・ダイヤグラムを示す。 図２は、反応室の図１の横断面Ｉ−Ｉである。 図３は、９０°回転した反応室の図２の横断面II−IIである。 図４は、スラグの酸化状態での脱燐反応の経路の熱力学的な条件の依存性を示 す。 図５は、スラグ中のＦｅ含属中での炭索の平衡濃度と、そのシステム中での種 々の圧力との関係を示す。 図６は、反応室及び結合チャンネルのパラメータ（直径比率）と反応室の圧力 との間の関係を、出流を止めた種々の条件で示すものである。 図７は、圧力下での反応室の寸法と設備の種々の容量との依存性を示すもので ある。 【発明の具体例】 連続的な鋼生産を実施例として考える。 本発明による連続鉄鋼製造方法は、円筒形チャンネル２を通して精製溜３と結 合している球形の反応室１により、成される。反応室１と結合チャンネル２の直 径の比率は、必要に応じて、装置の出力と反応室中の操作圧力に依存して、３〜 １２の範囲に選択される。反応室は、相当するチャンネル４、５を通してバルク 材料を供給する装置６及び溶融金属を供給する装置７と結合している。ラドル８ は、鉄を注入するために必要であり、供給バンカー９は、バルク材料を受けるた めに使用される。装置７は、金属を反応室に分配する機構を果たし、過剰な圧力 下で過程が進行する。この装置は、例えば、スライドゲート、中間フンネル及び 垂直チャンネルにより、実現され、充填されると、液カラムと反応室１中の過剰 な圧力より大きな密度により特定された静水圧力をかける。それは、供給ラドル 中に過剰圧力をかけることにより実現できる。製造され、反応室に分配されるバ ルク材料（固体酸化剤、還元剤、スラグ形成材料）に対して、既知の組立と装置 に基づいて、設けた装置、例えば、バッチャー、ミキサー、中間バンカー、ネジ 型供給機或いはポンプ及び制御ユニットを設ける。 ガス酸素を反応室に供給する装置１０は、直径方向に室壁中に、１対で設けら れたランス（槍形状）として形成される。念属−ガス相の接触の比表面積を大き くし、バルク（嵩ばった）材料を同化するための条件を最も好適にし、そして、 干渉する本質的な領域内の温度を低下させるために、その条件を最も好適にする ために、バルク材料及び溶融された金属供給物のためのチャンネル４、５は、前 記装置１０と共通する面で延びている（図３）。 精製溜３において、ランス１１を、結合チャンネルの軸と軸を一致させて設け る。ランスの方向は、結合チャンネルから懸濁物が出る方向と逆にする。このラ ンスは、酸素を、精製溜３の底部に供給し、精製ユニットの容量中で、Ｃ酸化物 をアフターバーンするために必要である。そして、反応室１から、出る流れの運 動エネルギーを抑制するためである。これは、設備の面と酸素流れの方向の選び 方法を説明するものである。 精製溜３のドームにおいて、ランス１２が、酸素供給のために設けられ、温度 条件を調節する。組成物の精製に必要なスラグ−フォーム混合物を分配するため のチャンネル１３があり、スラグの物性を調整でき、装置１４で造粒し、例えば 、セメント製造に用いる。 精製溜に入るガスを技術的に洗浄する２段階を構成するために、ガスとスラグ を除去する水平チャンネル１５を設ける。２つの垂直チャンネル１６、１７は、 前記の水平チャンネル１５と直角であり、スロットル手段１８、蒸気の供給のた めのスプレイ１９を設ける。 タップホール２０は、金属が、脱酸素剤と合金化剤２２を供給するシステムと シュートを通して結合しているラドル２１中に入るようにする。 この方法は、次のように行なわれる。 供給ラドル８から金属供給のための装置７により供給された液鉄は、連続的に 、チャンネル５を通して、酸素ガスとバルク材料との反応のために反応室１に入 れられる。前記の酸素ガスは、逆向きのランス１０を通して供給される。バクル 材料は、供給バンカー９から装置６により、反応室１内に入れられる。反応室の 直径、結合チャンネルの直径及び精製ユニットの予め決めた出力に依存して、鉄 消費量を、反応室の容量１m³当り、２〜６０ｋｇ／秒・m³の範囲にされ、酸素の 量は、金属１ｋｇ当り、０．１１ｋg／ｋgの範囲であり、そたい酸化剤量は、０ ．２５〜０．８０である。スラグ形成材料、還元剤、加熱担体を燃やすための更 なる酸素の消費量は、スラグの必要な塩基性、本方法の材料及び熱平衡に基づい て、最終金属組成と温度から計算される。反応室及び精製溜において、各々、０ ．４〜３．０ＭＰａ及び０．１５〜０．２０ＭＰａの圧力を、選択した寸法及び 容量に依存して、かける。 得られた２相の流れは、反応室Ｉから、水平な円筒状のチャンネル２を沿って 、精製溜３に行く、そこで、金属、スラグ及びガスの分離が行なわれる。金属は 、精製溜３の底部に溜まり、タップホール２０によりラドル２１中にタップされ 、脱酸素と合金化が行なわれる。鉄鋼の収率は、９４〜９５％である。金属の化 学的組成とその温度は、必要な鉄鋼量により決められる。 精製溜３の底部に対して、反応室１から生産物収率領域に、酸素ガスが、ラン ス１１を用いて、０．０１〜０．０４m³／金属１ｋｇ当りの速度で、供給され、 Ｃ酸化物をアフターバーンさせ、温度条件を調節し、ジェット流の運動エネルギ ーを抑制することができる。 精製溜３のドーム下で、ランス１２を用いて、酸 素を０．００５〜０．０１m³／金属１ｋｇ当りの割合で、供給し、温度条件を調 整し、スラグ形成材料を、チャンネル１３により、特定の組成物のスラグを製造 するために、そして、造粒に必要な物性を得るために、供給する。 廃ガスは、２工程の技術処理（清浄）にかけられる。この第１工程は、精製溜 ３のために選択した構造的寸法によって形成された、スラグフォームのカラムに より行なわれる。行なわれる第２の工程では、チャンネル１５〜１７、蒸気供給 のスプレイ１９及びガスからダストを除去し、そして、スラグ／ガス選択に役立 つスロットル装置１８を使用する。ガス中の残留ダスト含有量は、６〜１０ｇ／ m³を超えない。スラグは、最終生産物となる出口で造粒機１４に入り、即ち、セ メント製造に必要な成分と混合された造粒物となる。 【産業上の利用性】 連続金属精製方法は、最小、鉄鋼；６００ｋｇの容量を有するユニットで実現 される。このユニットは、鋳鉄、スケール、スラグ、他の鉄含有廃棄材料の１ｋ ｇ当り、０．５ｋｇまで処理することが可能である。スラグ−形成材料、還元剤 及び使用した加熱担体は、ダストライム、花崗岩、コークスブリーズシフチング ス等の廃棄物である。得られた含属は、０．１〜０．５％の炭素を含有し、スラ グ中のＦｅ酸化物の含有量は、６〜８％である。 文献 １．カザコフ（Kazakov A.A.）連続鉄鋼スメルチング方法：モスクワ，Metallug iya Publishers，1977．272頁 ２．ソ連特許第３８２６９３号，Ｃ２１Ｃ ７／００，１９７０． ３．シゾフ（Sizov A.M.）冶金学的方法でのガス力学及びガスジェット熱交換． モスクワ:Metallugiya Publishers，1987，225頁 ４．ソ連特許第４８０２１８号，Ｃ２１Ｃ １／００，１９６５． ５．メズイボスキイ（Medzhibozhsky M.Ya.）鉄鋼製錬方法の熱力学と運動力学K iev-Donetsk:Vishcha Shkola，1986，217頁 ６．バプチスマンスキイ（baptizmansky V．I.）,コノバロフ（Konovalov V.S. ）,Isaev E.I.鉄鋼製錬製造での適切な金属の出力の増加．Kiev:Tekhnika，1984 ，175頁 ７．ウジョフ（Uzhov V.N.）,Valdenberg A.Yu.濡れたフィルターでのガス洗浄. Moscow．Khimiya Publishers，1972，p.p.108〜121． ８．ユルロフ（Yurlov A.M.）,Yaroshenko Yu.G．内部液循環によりガス洗浄で のダスト捕獲の内部モデル．Izvestiya vuzov．Ferrous metallurgy，1988,p.p. 131〜135．

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 モチャロフ，セルゲイ パヴロヴィッチ ロシア連邦 654080 ノヴォクズネツク ウーリッツァ キロヴァ デー123 カー ヴェー２ (72)発明者 シャキロフ，キム ムルタゾヴィッチ ロシア連邦 654066 ノヴォクズネツク ウーリッツァ トランスポルトナヤ デー 131 カーヴェー26 (72)発明者 アザツロフ，ラフィック サビロヴィッチ ロシア連邦 654018 ノヴォクズネツク ウーリッツァ キロヴァ デー56 カーヴ ェー46 (72)発明者 クストフ，ボリス アレクサンドロヴィッ チ ロシア連邦 654000 ノヴォクズネツク ウーリッツァ メタルールゴフ デー25 カーヴェー69 (72)発明者 ミクヒーフ，ニコライ イワノヴィッチ ロシア連邦 654080 ノヴォクズネツク ウーリッツァ キロヴァ デー73 カーヴ ェー102 (72)発明者 トロポフ，アナトリー イワノヴィッチ ロシア連邦 654041 ノヴォクズネツク ウーリッツァ クツゾヴァ デー31 カー ヴェー53 【要約の続き】 備えている連続金属精製装置である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．連続的に金属を精製する方法において、 溶融金属を反応室に供給し； 酸化剤を、バルク材料の添加とともに、導入し； 金属とスラグをフォーム懸濁物に完全に変換し； 懸濁物を精製溜に引き上げ； その中で金属とスラグを分離し； ガスを懸濁物の層を通して取り出し、そして、 用いた酸化剤は、０．０６〜０．１１ｋｇ／金属１ｋｇ当りの酸素流速で導入 され、該固体酸化剤の割合は、０．２５〜０．８０であり、 溶融金属は、反応室容量１m³当り、６０ｋｇ／秒の特定の流速で供給し、 圧力は、各々、反応室内と精製溜内で０．４〜３．０ＭＰａ乃至０．１５〜０ ．２０ＭＰａであることを特徴とする前記の精製方法。 ２．溶融金属を供給するチャンネル５を備える反応室１、 バルク材料を供給し、ガス酸素を供給する装置１０を備えるチャンネル４、タ ップホール１５、２０を備え、各々、引き上げるべきスラグ及び金属のための精 製溜３を有し、そして、ガスを除去するための分技管を備え、円筒形結合チャン ネルを有し、そして、 反応室１は、球形であり、ガス酸素を供給する装置は、反応室１の壁中に一対 で設けられたランス１０の形状にあり、反応室１の直径と結合チャンネル２の直 径の割合は、３〜１２の範囲であり、反応室１は、相当するチャンネル４、５を 通して、バルク材料を用意し、供給し、溶融金属を分配する装置に結合しており 、各々、バルク材料と溶融金属供給チャンネル４、５は、ガス酸素供給装置と共 通した面に延びており、更に、精製溜３は、酸素を供給するランス１１、１２を 備え、そして、スラグ形成材料を分配するチャンネル１３を備え、ランスの１つ １１は、結合チャンネル２の軸に、懸濁液出口の方向とは逆に、反応室から、配 置された精製溜３の底部内に設けられ、そして、他のランス１２とスラグ形成材 料分配チャンネル１３は、該精製溜３のドーム内に配置されてい、スラグのため のタップホールとガスを引き上げるための該分枝は、２つの水平チャンネル１６ 、１７に分かれる水平チャンネル１５として組合わせ、形成されてい、その上部 チャンネル１７は、蒸気を供給するスロットル装置１８とスプレイヤ１９に配置 され、その下部チャンネル１６は、スラグを造粒するための装置１４と結合され 、精製溜中にある結合チャンネル２の軸から該スラグ引き上げタップホールのレ ベルまでの距離と、該結合チャンネルの軸から該金属引き上げタップホール２０ のレベルまでの距離との割合は、５〜１５の範囲であることを特徴とする連続的 に金属を精製する装置。