JPH1161220A - 金属酸化物の溶融還元精錬方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課 題】 上吹き酸素ガスによる溶湯浴面からの炭材
およびメタル系ダストの発生を抑制し、還元剤である炭
材および被還元物であるメタルの歩留りを向上させ得る
転炉型精錬炉による金属酸化物の溶融還元精錬方法を提
供する。 【解決手段】 ガス上吹き設備（上吹きランス６）を有
する転炉型精錬装置を用いて金属酸化物の溶融還元精錬
を行う際に、前記ガス上吹き設備より供給するガス（上
吹きガスジェット８Ｊ）の流量および／またはランス高
さを周期的に増減させる、あるいは、このガスによって
形成される溶融金属浴面のキャビティー20を周期的に変
化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属酸化物の溶融
還元精錬方法に関し、特に、上吹き酸素ガスによる溶湯
浴面からの炭材およびメタル系ダストの発生を抑制し、
還元剤である炭材および被還元物であるメタルの歩留り
を向上させ得る転炉型精錬炉による金属酸化物の溶融還
元精錬方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、鉄鋼精錬プロセスでは、コークス
炉、高炉を用いた従来の製銑プロセスに代わるものとし
て溶融還元プロセスが注目されている。中でも鉄浴式の
溶融還元プロセスは、これまでの技術蓄積が豊富な転炉
を用いて、鉄鉱石を石炭で溶融還元するものであり、
１）コークス炉が不要であること、２）スクラップを鉄
源として利用できること、などの利点を有する。

【０００３】また、ステンレス鋼精錬においても、製造
コストの大半を占めるCr，Ni原料のコスト低減が叫ばれ
る中で、従来から使用されている高価なCr源（電気炉で
溶解するステンレススクラップ、FeCr合金）に代わり、
安価なCr源であるクロム鉱石を低エネルギーコストで利
用できるクロム鉱石溶融還元精錬法が開発された。クロ
ム鉱石溶融還元精錬では、主原料のクロム鉱石を安価な
炭材により還元することができる。

【０００４】これら溶融還元精錬では、鉄鉱石またはク
ロム鉱石を炭材で還元する化学反応が吸熱反応であるた
め、上吹きまたは底吹きからの酸素供給による脱炭反応
（Ｃの１次、２次酸化反応）によって酸化物の還元吸熱
を補う方法が採られている。したがって、通常の転炉脱
炭精錬に比べて熱補償機能が高い上吹き酸素流量を大き
くする必要がある。その結果、上吹き酸素ガスによるダ
スト発生が問題となる。

【０００５】ダスト発生は、脱炭反応により生成するCO
ガス気泡の崩壊による飛沫、上吹き酸素による浴面上の
反応火点からの金属蒸発に起因するものが主であり、い
ずれの場合でも上吹き酸素ガスジェットを溶融金属に強
く直撃させないことが肝要であるといわれている。上吹
き酸素ガスを高流量に保ちつつダスト発生を抑制する方
法としては、１）上吹き酸素をソフトブロー化する、
２）ダスト起因となる上吹き酸素による火点を溶融スラ
グによりメタルと遮断する、などがある。

【０００６】上吹き酸素をソフトブロー化する一般的方
法としては、浴面からの上吹きランス高さを上げる方法
や、上吹きランス孔を多孔化してランス孔断面積を増加
し吐出孔でのガス流速を落とす方法がある。しかし、酸
素のソフトブロー化を行うと、Ｃの２次燃焼が促進され
て排ガス温度が上昇し、炉体の耐火物損耗が激しくなる
という問題が生じる。

【０００７】一方、上吹き酸素火点を溶融スラグにより
メタルと遮断する方法として、特開平１−215949号公報
に、クロム鉱石の溶融還元において炉内に常に50kg/t以
上のスラグを存在させる方法が開示されている。しか
し、炉内スラグ量が多くなると、炭材による鉄鉱石また
はクロム鉱石の還元反応が悪化するという問題がある。
一般に、上吹きガスによる浴の撹拌効果は同一ガス流量
で底吹きガスの1/10であるといわれており、転炉上部よ
り供給される鉱石，炭材がスラグ内で十分混合されない
のである。

【０００８】溶融還元精錬での還元反応は、還元剤であ
る炭材の表面で進行するといわれている。したがって、
還元反応を促進するためにはスラグ中で炭材をより細か
く分散させることが肝要である。この点に関し、特開平
７−41872 号公報に、上底吹き転炉でのクロム鉱石の溶
融還元に際し、熱崩壊性を有する炭材を使用して浴内添
加後に自壊・微細化させる方法が開示されている。しか
し、供給された炭材は熱崩壊すると同時にダスト化して
飛散し易いために歩留りが悪いという問題があり、熱崩
壊して微細化した炭材をうまくスラグ内に分散させる技
術が望まれていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、転炉型
精錬装置を用いて金属酸化物を溶融還元精錬する従来技
術には、以下の如く整理される未解決の問題点がある。
本発明はこれらの問題点を一挙に解決することを目的と
する。 １）上吹き酸素の溶融金属浴面直撃によるダストの発
生。 ２）スラグの撹拌不足による炭材，鉱石のスラグ内分散
不足とそれによる還元遅滞、熱崩壊性を有する炭材のダ
スト飛散。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガス上吹き設
備を有する転炉型精錬装置を用いて金属酸化物の溶融還
元精錬を行う際に、前記ガス上吹き設備より供給するガ
スの流量および／またはランス高さを周期的に増減させ
ることを特徴とする金属酸化物の溶融還元精錬方法であ
る。

【００１１】また、本発明は、ガス上吹き設備を有する
転炉型精錬装置を用いて金属酸化物の溶融還元精錬を行
う際に、前記ガス上吹き設備より供給するガスによって
形成される溶融金属浴面のキャビティーを周期的に変化
させることを特徴とする金属酸化物の溶融還元精錬方法
である。本発明においては、溶融還元精錬に用いる還元
剤が熱崩壊性を有する炭材であることが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】前述のように、溶融還元精錬で
は、酸化物である鉄鉱石，クロム鉱石の還元吸熱を補う
目的で、上吹き酸素ガスを通常の脱炭精錬に比べて大量
に使用する必要があり、その熱補償が溶融還元精錬の生
産性を決めるといっても過言ではない。その結果、溶融
金属（スラグに覆われたメタル）の浴面上方から供給さ
れた大量の酸素ガスは、スラグ（溶融還元精錬では供給
される炭材，鉱石に含まれる灰分，脱Ｓ等の目的で添加
されるライムなどにより生成）を押し退けてメタルを直
撃することになる。

【００１３】上吹きガスジェットの浴面への衝突状態
は、図１の模式図で示すことができる。メタル４浴面は
底吹きガスの作用で盛り上がっている（盛り上がり高
さ：Ｈm）。一方、メタル４を覆うスラグ５（スラグ厚
み：Ｌs ）には、上吹きランス６から噴出する上吹きガ
スジェット８Ｊの作用で凹み部（キャビティー）20が形
成される（凹み深さ：Ｌ）。ここで、Ｌs −Ｈm ＜Ｌで
あれば上吹きガスジェット８Ｊはメタル４を直撃する
（図１（ｂ））が、Ｌs −Ｈm ＞Ｌであれば直撃しない
（図１（ａ））。

【００１４】Ｌs −Ｈm ＞Ｌなる状態を維持するには、
ガス流量を減らす、および／または、上吹きランス高さ
を高くすることで、ガスジェットの衝突力を弱めてＬを
小さくするか、あるいは、スラグ量を増やしてＬs を大
きくすればよいが、そのような方策は、還元速度が遅く
なり、副原料原単位が高くなるため好ましくない。これ
に対し、発明者らは、Ｌs −Ｈm ＞Ｌなる状態を常時維
持するのではなく、この状態を断続的に成立させるよう
にすれば、ダストロスが減らせてかつ還元速度や副原料
原単位への悪影響も小さいのではないかと洞察し、160t
転炉で上吹き酸素ガス流量を変化させる実験を行った。

【００１５】はじめに、上吹きガスジェットがスラグを
押し退けてメタルを直撃するガス流量条件にし、その
後、メタルを直撃しないガス流量条件に変更（ガス流量
を絞る）し、再度、メタルを直撃するガス流量条件に戻
した。すると、ダスト発生速度は、ガス流量を絞った時
点で約40％低下し、ガス流量を元に戻しても初期から30
％低下した状態が５〜10分継続することが見いだされ
た。すなわち、ガス流量を絞った時点でガスジェットに
曝されていた浴面のキャビティー（図１の凹み部20）に
スラグが流入し、再度ガス流量を戻してからキャビティ
ーが初期状態に復元するまでには５〜10分の遅れ時間が
あるという重要な知見が得られた。したがって、一旦絞
ったガス流量を瞬時に戻してからの５〜10分間は通常の
ガス流量でダストが30％低減する状態が実現するわけで
ある。

【００１６】また、還元に関してもこの現象が有利には
たらく。というのは、系内で最も高温である上吹き酸素
ガスが充満するキャビティーにスラグが断続的（周期
的）に流入するので、スラグ内の熱拡散が強化される。
さらには、キャビティーへのスラグ流入と同時に、スラ
グよりも小比重であって添加直後にスラグ上面に浮遊し
ている炭材がスラグ内部に巻き込まれる。とくに、熱崩
壊性を有する炭材を使用した場合には、添加直後のスラ
グ上面で浮遊した状態のまま微細化して飛散しやすいた
め、この巻き込み作用が一段と重要さを増す。この巻き
込み作用はスラグ量が多いときの還元促進にとくに効果
的である。

【００１７】周期的に上吹き条件を変化させるには、酸
素ガス流量のみならず、ランス高さを変更してもよい。
また、熱崩壊性を有する炭材は、精錬中の急激なガス発
生を避けるため揮発分（ＶＭ）の少ない無煙炭が望まし
い。上記周期的な変化は、前述のキャビティーの復元周
期に基づき５〜10分とするのが望ましい。なお、この周
期は必ずしも一定である必要はない。５分未満の周期の
場合、炉内のスラグ，メタルの状態に十分な変化が生じ
る以前に精錬条件を元に戻すことになるので、ダスト発
生防止，スラグの混合の改善といった効果が現れにく
い。一方、10分を超える周期の場合には、ダスト発生の
多い条件あるいはスラグ混合のない条件が持続すること
になるので、やはり本発明の効果を没却することになっ
て不利である。

【００１８】

【実施例】160t上底吹き転炉を用いてCr鉱石の溶融還元
精錬実験を行った。実験装置の模式図を図２に、実験条
件を発明法（実施例）、従来法（比較例）について表１
に示す。上吹き酸素ガス流量は、実施例では水準１，２
を交互に５分間ずつ変更し、比較例では水準０に固定し
た。

【００１９】実験では、まず〔Ｐ〕＝0.015 ％まで脱Ｐ
した溶銑（メタル）４を転炉３に装入し、炭材10を供給
しつつ、底吹き羽口２および上吹きランス６より送酸し
て1580℃まで昇温し、溶融還元精錬を開始する。溶融還
元精錬中は炭材10を炉上より、Cr鉱石９は専用ランス
（Cr鉱石投入ランス７）から上吹きおよび底吹きの酸素
ガス流量に応じて連続添加する。吹錬中は排ガスを冷却
する集塵水を90秒おきに採取し、集塵水中のダスト濃度
を調査し、この濃度値によってダスト発生速度を評価し
た。

【００２０】図３に吹錬中のダスト発生速度の経時変化
を示す。溶融還元開始直後の５分間は実施例のほうが比
較例よりもダスト発生速度が高いが、上吹き酸素ガス流
量を下げて以降は比較例よりも低位である。このように
発明法では従来法に比べてトータルの送酸速度を増して
もダスト発生速度が低位であることがわかる。表２に各
吹錬での炭材歩留り，還元状況を示す。実施例では比較
例よりも同一時間内でより多くのCr鉱石を還元し、かつ
歩留りが良いため処理後の還元（脱Ｓ）状態も良い。

【００２１】なお、転炉耐火物の損耗状態については実
施例と比較例とで差異が認められなかった。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【発明の効果】かくして本発明によれば、溶融還元精錬
の生産性が飛躍的に向上すると共に、炭材，メタルの歩
留りが向上するという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】上吹きガスジェットの浴面への衝突状態を示す
模式図である。

【図２】本発明の実施に適した転炉型製錬装置の模式図
である。

【図３】吹錬中のダスト発生速度の経時変化を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１ 底吹きガス（Ｏ₂ ） ２ 底吹き羽口 ３ 転炉（炉体） ４ メタル（溶銑） ５ スラグ（溶融スラグ） ６ 上吹きランス ７ クロム鉱石投入ランス ８ 上吹きガス（Ｏ₂ ） ８Ｊ 上吹きガスジェット ９ クロム鉱石 10 炭材（または副原料） 20 キャビティー（凹み部）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス上吹き設備を有する転炉型精錬装置
   を用いて金属酸化物の溶融還元精錬を行う際に、前記ガ
   ス上吹き設備より供給するガスの流量および／またはラ
   ンス高さを周期的に増減させることを特徴とする金属酸
   化物の溶融還元精錬方法。
2. 【請求項２】 ガス上吹き設備を有する転炉型精錬装置
   を用いて金属酸化物の溶融還元精錬を行う際に、前記ガ
   ス上吹き設備より供給するガスによって形成される溶融
   金属浴面のキャビティーを周期的に変化させることを特
   徴とする金属酸化物の溶融還元精錬方法。
3. 【請求項３】 溶融還元精錬に用いる還元剤が熱崩壊性
   を有する炭材であることを特徴とする請求項１または２
   記載の方法。