JPH11229017A - 合金鉄及び合金鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 省エネルギーを達成し得る新規な合金鉄の製
造方法を提案する。 【解決手段】 粉状の酸化鉱石と炭素系還元剤との混合
物を作成し、この混合物を所定量ずつ順次に回転炉床炉
に導いて、この回転炉床炉内で混合物を加熱し混合物中
の鉱石を還元させて予備還元粒を作成する。次いでこの
予備還元粒を、対向旋回式加熱室及び溶融室を有する連
続サイクロン溶融炉に導いて高温加熱し、最終還元及び
溶融させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、合金鉄及び合金
鋼の製造方法に関する。より詳しくは、従来法に比べて
大幅な省エネルギー及び省力を可能にした合金鉄及びこ
の合金鉄を用いた合金鋼の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】フェロマンガン、フェロクロム、フェロ
ニッケル等といった合金鉄は、製鋼過程における脱酸剤
として、また、鋼の性質改善のための合金元素添加剤と
して使用される。かかる合金鉄は、原料鉱石を電気炉を
用いて炭剤にて還元することにより製造されるのが一般
的である。

【０００３】このような電気炉を用いた合金鉄の製造方
法にあっては、安定して大量生産すること、また、電気
炉での電気エネルギー消費量をできるだけ低減すること
が要請されている。そのことから炉況の安定化を図り、
かつ歩留まりの向上を図るための事前処理として、粉鉱
石からペレットを作成して電気炉への投入原料を整粒化
することが行われている。また、電気炉における電気エ
ネルギー消費量を低減するために、このペレットを予備
還元することが広く行われている。

【０００４】フェロニッケルの場合を代表例にして合金
鉄の一般的な製造方法を説明すると次のようになる。図
２にフェロニッケルの製造方法の製造工程図を示すよう
に、ニッケル鉱石とその還元剤たるコークスとをそれぞ
れ粉砕秤量してから、乾燥炉に導いて鉱石中に含まれる
水分を除去する。次に、このニッケル鉱石及びコークス
にバインダーを添加して十分に混合してから、ペレタイ
ザーにより生ペレットを作成する。かかる生ペレットを
十分に養生してから、ロータリーキルンに導いて重油や
天然ガス等を導きつつ焼成することにより、鉱石を予備
還元するとともに還元ペレットを製造する。かかる還元
ペレットを電気炉に装入し、かつ、コークスを炉内に投
入して、電気エネルギーにより還元精錬を行い合金鉄を
製造する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の合金鉄の製造方
法には、以下に述べるような問題点があった。電気炉に
装入するペレットの予備還元は通常、ロータリーキルン
によって行われる。したがって、このロータリーキルン
に装入された生ペレットは、炉体の回転に従って転動、
衝突を繰り返すことになる。この転動、衝突によりペレ
ットが破砕し、ペレットの粉化が生じていた。

【０００６】この粉化が生じると、後述する種々の問題
を招くことから、生ペレットを作成するにあたっては、
ロータリーキルン焼成時の粉化を極力抑制するように、
強固なペレットを製造する必要があった。かように強固
なペレットを製造するには事前の鉱石の乾燥、ボールミ
ルでの粉砕、バインダーの均一添加、ミキサーでの混
合、ペレット化後の養生といった複雑な製造工程を経る
必要があり、またこれらの各工程の制御にも十分な配慮
を払う必要があった。更に、場合によっては高品質のバ
インダーを使うことも必要とされ、製造コストの上昇を
招いていた。

【０００７】また、強固な生ペレットを作成したとして
も、ロータリーキルンにおける予備還元時には炉体の回
転によるペレットの転動、衝突によりペレットの粉化の
発生が、ある程度は避けられなかった。このように一部
が粉化した予備還元ペレットを電気炉に導入して最終的
な還元操業を行うと、棚吊りや架橋が生じることがある
ため、ペレットの粉化が、電気炉操業における不安定さ
の最大の原因となっいた。しかも、ロータリーキルン内
でペレットが粉化すると、炉内で容易に融けて炉の内側
に融着し、その融着領域が時間の経過ととにも次第に増
大するため、ロータリーキルンがしばしば閉塞状態にな
って予備還元操業を停止せざるを得なくなっていた。加
えて、この融着物は炉の内側に非常に強固に付着してい
るため、その除去には多大な費用と危険を強いられてい
た。

【０００８】ロータリーキルン内での粉化が原因となる
上記問題を防止するために、粉化物を集塵機により吸引
除去することが行われているが、粉化物の量が多いと集
塵ダスト量も多くなるため、歩留まりが低下し、また、
ダストは廃棄処分されるために、余計にコストが嵩むと
いう問題があった。この他、ロータリーキルンは、炉の
表面積が大きく、また、ペレットの予備還元、焼成のた
めの炉内滞留時間が数時間に及ぶことから、エネルギー
の消費が大きいという問題もあった、更に、ロータリー
キルン自身も巨大な設備であるため、設備投資額が大き
く、ランニングコストも嵩むという問題があった。

【０００９】次に、ロータリーキルンを経た予備還元ペ
レットは電気炉に装入されて最終的が還元が行われる
が、電気炉では鉱石還元のためのエネルギー源として高
価な電気エネルギーを用いていることから、エキルギー
コストが高くつくのは避けられなかった。また、電気炉
では電極を介して電力を投入しているため、この電極の
費用も嵩むという問題もあった。しかも、電気炉の操業
は、多岐にわたる複雑な条件の組み合わせの下で行われ
ており、制御が困難で、熟練した多数のオペレータの経
験により操業が行われているため、人件費がかさみ、ま
た、安定した操業を維持するには労力を必要としてい
た。更に、電気炉の操業は、基本的にバッチ操業である
ため、需要者に要求される生産能力を得るためには、必
然的に規模を大きくしなければならず、したがって、設
備は巨大化し、設備投資額、維持費も高くつくのが現状
であった。

【００１０】以上説明した問題点は、電気炉を用いて合
金鉄を製造し、かつ、電気炉操業の前にロータリーキル
ンを用いて予備還元を行う現状の製造方法に従うかぎ
り、回避することは困難であった。

【００１１】そこで、この発明は、これまでの製造方法
とは全く異なる新規な方法によって合金鉄を製造するこ
とにより、上記問題を有利に解決した合金鉄の製造方
法、及びこの合金鉄を原料として製造する合金鋼の製造
方法を提案するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、粉状の酸化
鉱石と炭素系還元剤との混合物を作成し、この混合物を
所定量ずつ順次に回転炉床炉に導いて、この回転炉床炉
内で混合物を加熱し混合物中の鉱石を還元させて予備還
元粒を作成し、次いでこの予備還元粒を、対向旋回式加
熱室及び溶融室を有する連続サイクロン溶融炉に導いて
高温加熱し、最終還元及び溶融させることを特徴とする
合金鉄の製造方法である。

【００１３】この発明の合金鉄の製造方法においては、
酸化鉱石と炭素系還元剤との混合物を粉塵化しない程度
に加湿、粒状化した後、回転炉床炉に導くこと、及び、
連続サイクロン式溶融炉での最終還元及び溶融の後、保
持炉にて溶融メタルとスラグとの分離を行うことが有利
に適合する。

【００１４】また、この発明の合金鋼の製造方法は、こ
の発明の合金鉄の製造方法により得られた合金鉄を溶融
状態で、既知の精錬を施して合金鋼を得ることを特徴と
する。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１にこの発明の製造方法の製造
工程図の一例を示すように、この発明は、粉状の酸化鉱
石と炭素系還元剤との混合物を作成し、この混合物を所
定量ずつ順次に回転炉床炉に導いて、この回転炉床炉内
で混合物を加熱し混合物中の鉱石を還元させて予備還元
粒を作成し、次いでこの予備還元粒を、対向旋回式加熱
室及び溶融室を有する連続サイクロン溶融炉に導いて高
温加熱し、最終還元及び溶融させて合金鉄を製造する。

【００１６】この発明においては、従来法のようにロー
タリーキルンを用いた予備還元及び電気炉を用いた最終
還元を行うのではなく、これまでとは全く異なる手段、
すなわち、予備還元については回転炉床炉により行い、
また、最終還元についてはサイクロン式の溶融炉により
行うことを特徴とする。

【００１７】この回転炉床炉は、ドーナツ状の移動炉床
を有する炉であって、被処理材を載置した炉床が垂直軸
の回りに回転移動し、被処理材がその炉床の回転に合わ
せて適当な間隔をもって装入され、炉床の一回転の間に
加熱され予備還元を終えて抽出されるようにした炉であ
る。この発明に従い、回転炉床炉を用いて合金鉄の原料
鉱石の予備還元を行うことにより、以下のような利点が
得られる。

【００１８】この回転炉床炉は、炉床が回動して鉱石と
炭剤との混合物の炉内移送を行う構造であるため、炉床
に載置された混合物は、炉内で転動したり、混合物同士
や炉壁等と衝突することがない。したがって、炉内での
混合物の破砕等による粉の発生が基本的に生じない。そ
れ故、この回転炉床炉に装入する混合物としては、予め
ペレット化する必要がない。このことから、製造工程が
簡略化され、設備投資コストが軽減される等のメリット
が得られる。

【００１９】また、回転炉床炉に装入する前に作業性を
考慮してペレットを作成しても良く、この場合であって
も、従来法のように強固なペレットを作成することは要
しないで、単に粉塵化しない程度の粒状にするだけで足
りる。したがって、強固なペレットを作成するための複
雑な工程が不要になり、また、高価なバインダーも不要
になり、コスト軽減が可能となる。

【００２０】上述のように回転炉床炉が、焼成中に被処
理材の粉化現象が発生しない構造であることにより、粉
の炉内融着が少ないので除去する手間も少なくて済み、
ダストの発生も少ないので歩留まりが向上し、この点で
もコスト軽減が可能となる。しかも、回転炉床炉を用い
て予備還元を行う場合には、被処理材の炉内での滞留時
間、すなわち、混合物の還元時間は15 min前後もあれば
十分である。したがって、エネルギー消費量は、ロータ
リーキルンに比べて格段に少ない。加えて、回転炉床炉
は、ロータリーキルンに比べて相対的に炉表面積が小さ
くて済むことから、熱効率が高く、エネルギー消費量も
少なくなる。また、設備自体も小さくて済むため、設備
投資額も少なくて済み、ランニングコストが小さい。

【００２１】この発明では、予備還元後に連続サイクロ
ン溶融炉に導いて高温加熱してから最終還元及び溶融を
行う。この連続サイクロン式溶融還元炉は、対向旋回式
加熱室及びサイクロン溶融室を有するものであり、ごみ
の焼却灰や重金属含有廃棄物のガラス化に用いられたこ
とがある。

【００２２】この発明に従い、連続サイクロン溶融炉を
用いて最終還元及び溶融を行うことより、以下のような
利点が得られる。連続サイクロン溶融炉におけるエネル
ギー源は、重油、天然ガス、コークス、石炭等の化石燃
料、及びシュレッダーダスト、廃プラスチック等の廃棄
物の燃焼エネルギーである。したがって、電気炉のよう
に高価なエネルギーを必要としないため、エネルギーコ
ストを削減することができる。また、上述のようにシュ
レッダーダスト、廃プラスチック等の廃棄物も使用でき
るので、熱源が安価であり、廃材が活用できるので資源
リサイクルの観点からも望ましい。また、熱効率にも優
れ、装置自体は簡単な構造であって操作、管理が容易で
あり、無人運転も可能である。しかも、電極等も不要で
ありランニングコストに優れている他、電気炉のような
バッチ式の操業ではなく、連続操業が可能であるため、
設備は極めてコンパクトで済み、設備投資額も小さく、
かつ、生産性を上げることができる。

【００２３】そして、この発明においては、上述した回
転炉床炉と連続サイクロン溶融炉とを組み合わせ使用し
て合金鉄を製造することにより、上述した利点に加え
て、回転炉床炉での加熱顕熱を有している状態で混合物
を連続サイクロン溶融炉に装入することができるので、
熱効率を更に向上させることができるというメリットが
ある。また、回転炉床炉、連続サイクロン溶融炉のいず
れも連続的な操業であるので、親和性良く両者を組み合
わせることができ、特に有利である。

【００２４】以下、この発明に従う合金鉄の製造方法を
より詳細に説明する。この発明では、基本的に炭材によ
る還元により合金鉄を製造するのであるから、原料鉱石
は炭素により還元され得る酸化鉱石である。かかる酸化
鉱石を原料として製造できるものは、フェロニッケル、
フェロクロム、フェロマンガン及び銑鉄などがあり、こ
の発明は、これらの例に限らず、酸化鉱石を炭材により
還元して製造されるいずれの合金鉄及び銑鉄の製造に適
用することができる。

【００２５】この酸化鉱石と炭素系還元剤（例えばコー
クス）とを混合機にかけて混合する。このとき、必要に
応じて造滓剤を添加しても良く、また、賦形剤としてバ
インダーを適宜添加することもできる。

【００２６】混合機においては、均質な混合物を得るた
めに十分に混合することが好ましいが、従来法のロータ
リーキルンを用いた予備還元のように、強固なペレット
を得る程の均質さは不要である。

【００２７】混合機により得られた混合物は、ホッパー
から所定量ずつ切り出して、回転炉床炉に装入される。
このとき、ペレタイザーを使用して、あらかじめ混合物
をペレットにしてから回転炉床炉に装入することもでき
る。このペレットは、従来法のロータリーキルンを用い
た予備還元のように、強固なペレットにする必要はな
く、単なる粒状化、あるいはソフトペレットで足りる。

【００２８】次に、この混合物を回転炉床炉で加熱及び
予備還元を行う。この予備還元を行うことにより、トー
タルのエネルギーコストが低減し、かつ、連続サイクロ
ン溶融炉でのエネルギー消費を軽減することができる。
回転炉床炉における加熱温度は1200℃から1300℃程度で
あり、熱源は重油、天然ガス又は石炭等などを用いるこ
とができる。回転炉床炉への混合物の装入から抽出まで
の時間は約15min 程度である。この間に、混合物中の鉱
石が、混合物中の炭素系還元剤で還元されるとともに、
混合物が焼成されて、予備還元粒が得られる。

【００２９】回転炉床炉から抽出された予備還元粒は、
赤熱状態のまま（およそ900 ℃）連続サイクロン溶融炉
に導かれて、この連続サイクロン溶融炉の対向旋回式加
熱室において再加熱される。この対向旋回式加熱室は、
円筒形の燃焼室の上部に２個のバーナーを円筒の直径方
向に並列配置し、これらのバーナーからの火炎により、
加熱室の上方から供給された予備還元粒を高温加熱する
ものである。このような構造になる加熱室によって加熱
することにより、予備還元粒を連続的かつ熱効率良く加
熱することができる。この溶融室では、熱源として、重
油、天然ガス、石炭などを用いることができ、また廃棄
プラスチック等を使用することもできる。高温加熱され
た予備還元粒は、この加熱室においても還元が進行す
る。また、装入された予備還元粒の粒度にもよるが、予
備還元粒は加熱室の下部においてほぼ半溶融状態にな
る。

【００３０】加熱され、半溶融状態になった予備還元粒
は、この加熱炉の下方に設けられたサイクロン溶融室に
より最終的な還元及び溶融が行われ、溶融状態の合金鉄
およびスラグとが生成される。

【００３１】このような連続サイクロン溶融炉を用いる
ことにより、電気炉のようなバッチ処理ではなく、加
熱、最終還元及び溶融は、連続的に行われることから、
規模も電気炉に比べれば小さくで済む。

【００３２】連続サイクロン溶融炉により生成された溶
融メタルとスラグとの混合物は、保持炉に導きかれて、
この保持炉においてスラグを浮上させることで溶融メタ
ルとスラグとを分離させる。この保持炉によってスラグ
を分離させた溶融メタルを固化することにより、合金鉄
が得られる。

【００３３】また、この発明に従い合金鋼を製造する場
合には、上述の方法により得られた合金鉄に精錬を施す
ことより得られる。精錬方法は、従来公知の一般的な方
法をとれば良く、また、ＡＯＤ法、ＶＯＤ法等も用いる
ことができる。

【００３４】

【実施例】この発明に従ってフェロニッケルの製造を行
った。製造に供した原材料及びその組成は次の表１〜表
４のとおりである。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】

【表３】

【００３８】

【表４】

【００３９】図３に示すフローシートのように、これら
の原材料をホッパより供給してバインダー１と共にミキ
サー２にかけて混合物を生成した。この混合物を所定量
ずつ切り出し、水分を添加してペレタイザ２により生ペ
レットを製造した。この生ペレットの寸法形状は、直径
１〜３mmの球状である。

【００４０】ついで、この生ペレットを回転炉床炉３に
装入して加熱することより還元ペレットを得た。次い
で、得られた還元ペレットを回転炉床炉３から抽出し
て、このペレットの顕熱を保持したまま連続サイクロン
溶融炉４の加熱室５に導入して加熱したのち、溶融室６
に導いて最終還元及び溶融を行い、しかるのち、保持炉
７に出湯してスラグ分を分離浮上させて、溶融メタルで
あるところのフェロニッケルを得た。なお、図３中、符
号８，９，１０，はブロワ、１１は回転炉床炉から排出
されるダストの分離器、１２，１３はバッグハウス、１
４は熱交換機、１５，１６は煙突である。

【００４１】この製造に使用した設備の概要は、次のと
おりである。 (1) 回転炉床炉 炉外径：16000 mm 炉高： 1500 mm 有効炉床面積：120 m² 炉床回転数：10〜30min/回，可変 処理能力：生ペレット 50kg/m²・hr 燃料：天然ガス

【００４２】(2) 連続サイクロン溶融炉 加熱室：1000mmφ×4000mmH 溶融炉：1000mmφ×2000mmL 溶融能力：800 〜1000kg/hr 燃料：天然ガス

【００４３】これらの原材料量、生ペレット量、生ペレ
ット成分、回転炉床炉温度及び処理時間、消費エネルギ
ー、還元ペレット量、還元ペレット成分、サイクロン溶
融炉の加熱室温度、溶融室の温度、消費エネルギー、得
られたメタル量、スラグ量、出湯温度及びメタル成分を
まとめて表５及び表６に示す

【００４４】

【表５】

【００４５】

【表６】

【００４６】この方法に従えば、回転炉床炉での消費エ
ネルギー及び溶融炉での消費エネルギーの総量は、ロー
タリーキルンによる予備還元及び電気炉での最終還元を
行った場合の消費エネルギーに比べて格段に少ないこと
が明らかである。

【００４７】次に、この出湯した溶融メタル（フェロニ
ッケル）を原料として、精錬を施したのち、低炭素フェ
ロクロムを添加したところ、良好な品質のニッケル合金
鋼が得られた。

【００４８】

【発明の効果】かくしてこの発明によれば、合金鉄及び
合金鋼を、簡便にかつ効率良く製造することができ、大
幅な省エネルギーを達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の製造方法の製造工程の一例を示す図
である。

【図２】従来のフェロニッケルの製造工程の一例を示す
図である。

【図３】この発明の一実施例を示す製造工程図である。

【符号の説明】

１ ミキサー ２ ペレタイザ ３ 回転炉床炉 ４ 連続サイクロン溶融炉 ５ 対向旋回式加熱室 ６ 溶融室 ７ 保持炉

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ２７Ｂ 21/06 Ｆ２７Ｂ 21/06

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉状の酸化鉱石と炭素系還元剤との混合
   物を作成し、 この混合物を所定量ずつ順次に回転炉床炉に導いて、こ
   の回転炉床炉内で混合物を加熱し混合物中の鉱石を還元
   させて予備還元粒を作成し、 次いでこの予備還元粒を、対向旋回式加熱室及び溶融室
   を有する連続サイクロン溶融炉に導いて高温加熱し、最
   終還元及び溶融させることを特徴とする合金鉄の製造方
   法。
2. 【請求項２】 酸化鉱石と炭素系還元剤との混合物を粉
   塵化しない程度に加湿、粒状化した後、回転炉床炉に導
   くことを特徴とする請求項１記載の合金鉄の製造方法。
3. 【請求項３】 連続サイクロン式溶融炉での最終還元及
   び溶融の後、保持炉にて溶融メタルとスラグとの分離を
   行うことを特徴とする請求項１記載の合金鉄の製造方
   法。
4. 【請求項４】 請求項１，２又は３により得られた合金
   鉄に精錬を施して合金鋼を得ることを特徴とする合金鋼
   の製造方法。