JPS589807B2 - シャフト炉による鋼粉の焼結還元方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、シャフト炉による鋼粉の焼結還元方法に関
するものである。

鋼粉、就中Ｍｎ，Ｃｒなと酸化性の強い元素を主体に合
金した鋼粉は、従来性として水−アトマイズ法により調
整されることが多いが、そのままでは粉末治金法による
製品化に適用できず、従来ミルスケールなどの粗還元に
引続いて施された仕上還元工程に相当するような、焼結
還元を経てはじめて粉末治金川材料に供され得る。

しかるにかようなアトマイズ鋼粉は、上述した従来の仕
上還元工程では、十分低酸の鋼粉に成し得ないところか
ら、該アトマイズ鋼粉に見合う焼結還元を可能ならしめ
ることの要請は、今や痛切である。

この点出願人は、さきに特願昭５１−２６７０８号（特
開昭５２−１１０２０８号公報参照）にて、上記課題の
打開に供すべく上記したような鋼粉に炭素を内装し、つ
いで該鋼粉の予熱焼結を経て減圧雰囲気下における高周
波誘導加熱による焼結自己還元が、有利に適合する事の
基本的開発成果を、その実施型態としてとくにたで形炉
すなわちシャフト炉が適合することとともにすでに開示
したところである。

この発明はかようなシャフト炉における鋼粉の焼結還元
に関する実際的な操業実験を経て、その後の開発研究の
結果、新たに発見された、とくにシャフト炉での焼結還
元における特有な知見に基くものである。

この発明は予熱炉及び高周波炉の順次たて配列になり、
減圧下に保持されるシャフト炉内へ、炭素を内装せる原
料鋼粉を逐次に切出し装入して該鋼粉の連続的な焼結還
元を行うに当り、該原料鋼粉として、不活性ガス雰囲気
下の水アトマイズ法で調製し、脱水、濃縮を経たのちに
引続いて乾燥工程を不活性ガス中で処理した鋼粉を使用
することを特徴とするシャフト炉による鋼粉の焼結還元
方法である。

ここにシャフト炉での減圧下における焼結還元に供する
粉末原料は、上記のようなアトマイズ鋼粉につき、その
成分として含む炭素をそのまま還元剤に利用し、炭素含
有量がそれに不足の場合には炭素質粉末を混合して還元
反応に寄与させるわけであるが、かような粉末原料の主
体をなすアトマイズ鋼粉が従来の水一アトマイズ法に従
い、大気環境下に粉末化されたものであるときには、上
記の焼結還元工程で、しばしば次のような問題点を伴う
ことが見出された。

すなわち、この粉末化工程は、所定の合金成分に調整さ
れた溶鋼の調製に始り、この溶鋼のノズルを通した自由
落下流動に対する噴射水流の射出衝突をもってする霧化
（アトマイズ）を水槽内の湛水中に受け、これをスラリ
ーポンプにより濃縮槽に送って水分３０％程度から振動
脱水機などにより水分８〜１０％程度まで脱水し、つい
でスチームドライヤの如き手段による乾燥処理を経て、
該工程にて生じる粉末凝集塊の解砕、そして分級整粒に
終るが、ここに得られるアトマイズ鋼粉の酸素含有量は
ほぼ１．５％程度、ときには２〜５％にものぼり、また
該鋼粉の粒子表面に、主として水分８〜１０％との共存
下における乾燥工程で、ＦｅＯ＋Ｈ２０→α一ＦｅＯ（
ＯＨ）（ゲータイト）が生成しているため、シャフト炉
内における加熱により、炉内を酸化雰囲気化し、還元反
応の生起を妨げるほか、このときの発生蒸気圧が、予熱
炉内への装入原料鋼粉を逆吹上げし、粉末装入上のトラ
ブルを生起することに加えてその焼結工程をみだすおそ
れがある。

これに対してこの発明に従い上記のようにアトマイズな
らびに乾燥の工程を、不活性ガスたとえば窒素雰囲気に
おいて進行させて得られる鋼料はまず乾燥を経たのちに
粒子固塊の凝集が生ぜず、、従って分級に先立つ解砕工
程が不要となるだけでなく、合金鋼粉粒子の酸素含有量
は一般に１％以下、多くの場合０． ８ ％以下となっ
てこの発明の焼結還元にとくに有利に適合し、さらに粒
子表面における上述ゲータイトの生成は僅少であり焼結
還元雰囲気をみだしたり、装入原料の予熱炉における逆
吹上げの原因となるような水蒸気発生は極めて少なくこ
の発明の焼結反応を円滑に進行させるために太いに役立
つことかたしかめられたのである。

この発明の実施に供されるシャフト炉の一例を第１図に
示す。

図中１は予熱炉、２は高周波炉を示し、これらは図のよ
うにその順のたて配列になる。

予熱炉１は、下向きにわずかなテーパーの末広がりにな
るを可とする耐熱鋼管製の炉心管３と、この炉心管３を
取囲む耐火物炉壁４との間で、Ｃガスその他燃料の燃焼
もしくは抵抗加熱などによる外部加熱を施す燃焼室もし
くは加熱室５を有し、６は鉄皮である。

なお本例はＣガス炉を用いたものであるがバーナーおよ
び排ガス煙道は図示を省略した。

高周波炉２は、誘導加熱コイル７を、予熱炉１の炉心管
３に摺動フランジ継手８を介して連結した１ターン二次
コイル９のまわりに配置し、この二次コイル９の内部に
アルミナ磁器よりなるを可とする絶縁内筒１０を内装し
てなる。

予熱炉１の頂部に、切出し装置１１を介して二段式の原
料ホツパ１２を配置する。

原料ホツパ１２には、上述したこの発明に従う不活性雰
囲気で調製、乾燥を施したアトマイズ鋼粉を原料鋼粉と
して貯え、これを図示例ではスライドフイーダ１３の定
容積まず内に導き、炉心管３内における原料鋼粉の装入
レベルを、適時に検出する昇降式フイーラ（ｆｅｅｌｅ
ｒ）１４のストロークに応じてスライドフイーダ１３を
動作させることによって原料鋼粉を間けつ的に炉心管３
内に切出し装入する。

炉心管３内には、この原料鋼粉の最初の装入を予熱炉１
内において堆積させるように、せり上がり式の先導ダミ
１５を設ける。

先導ダミ１５は、炉心管３の下端近くで比較的緩くはま
り合うダミヘッド１６と、これに重ねて固定したスチー
ルウールパッキン１７を、長い昇降ステム１８上に保持
させてなる。

昇降ステム１８は図示を略したが、たとえばロ−プ仕掛
けにより、たとえば数ｍｍ／ｍｉｎの微速での降下を制
御できるようにする。

なお図中１９は、この発明に従って得られる焼結還元ケ
ーキ（以下１ケーキという）の重量を、その生成に応じ
て先導ダミ１５から肩代り支持するピンチロール、２０
はＩケーキの粗砕カッタ、２１は放出シュート、２２は
パケット、２３は取出口扉、２４は該■ケーキの冷却室
である。

この発明に従うシャフト炉の操業は、図示した先導ダミ
１５の上昇位置において、先ずスライドフイーダ１３を
作動させて、原料ホツパ１２内の原料鋼粉を、予熱炉１
の炉心管３内に切出し、間けつ的に装入することの第１
着手にはじまり、このスライドフイーダ１３の復元行程
で、フイーラ１４が空ストロークを行うことによりスラ
イドフイーダ１３の切出し装入動作を反覆させ、これに
より原料鋼粉が炉心管３内で先導ダミ１７上に充てんさ
れて柱状堆積体が形成されると、フイーラ１４がストロ
ーク途中でこれを検出し、その結果一旦スライドフイー
ダ１３が停止する一方でこの間に予熱炉１内の燃焼室に
ガス着火が行われ、その外部加熱によって、先導ダミ１
５上に保持された柱状堆積物は、その外周から半径方向
内向きの焼結反応が進行し、これによって柱状堆積物に
は筒殼状の焼結域が肥厚化するような成長がおこる。

この予熱湿度は一般に７８０〜１２００゜Ｃの範囲で、
原料鋼粉の成分組成や、装置の規模その他の条件によっ
て適切に選はれ、上記の筒殼状の焼結域が自己保形と、
その内部および上部へさらに堆積される原料鋼粉の自重
支持とを達して崩かいによる生粉流下の心配がなくなる
までに必要な時間の焼結を行なう。

このとき、柱状堆積体の外径を１６０ｍｍに設定した試
験によると、筒殼状の焼結域の肉厚がほぼ３０ｍｍ従っ
て内部の未焼結部外径１００間程度で十分であった。

この焼結域を含む柱状堆積体についてとくにＰケーキと
よぶことにする。

上記のＰケーキの焼上りをまって、一旦予熱炉１の炉湿
を降下させる。

なおこの降温量は、予熱温度が１１００℃に設定された
とき６００゜Ｃ程度である。

この降温は、耐熱鋼の炉心管３に生じる熱収縮が、Ｐケ
ーキの半径方向緊縮、締め固めをもたらし，て、予熱炉
再昇温時に、炉心管３のみが先行膨脹するため該Ｐケー
キと炉心管３の内壁との間に離間を生じ、Ｐケーキの円
滑なる降下を可能ならしめるために必要である。

かようにして、降下を開始したＰケーキには、引続き高
周波誘導加熱を加えるが以下にのべるように該誘導加熱
工程では高周波入力の漸増下にＰケーキの加熱昇温を行
なうことがまた必要である。

すなわち、上記降温ののち、所定の予熱温度である１１
００℃まで予熱炉温を再昇温させ、ついでＰケーキを先
導ダミ１５のダミヘッド１６が、高周波炉２の加熱帯の
直下まで逐次降下させ、この間に後続して装入される原
料鋼粉に予熱を施し、筒状焼結域を逐次たて方向に成長
させる。

かくしてシャフト炉の内部で下向きに順次に伸長するＰ
ケーキの内部には、高周波炉２における１次側コイル７
の上端部を底点とした下向きに凸の放物面状の焼結−未
焼結界面、すなわち焼結前線が形成される。

この焼結前線が、高周波炉２の加熱帯直上に到達したの
ち、その高周波入力を漸増しつつＰケーキを前述■ケー
キに変成させる。

この高周波入力の漸増は、上掲の設例すなわち外径１６
０ｍｍのＩケーキに対してほぼ２ＫＷとびの１０分間隔
で、ほぼ１時間強を費して拾数ＫＷに達しさせるような
ステップ方式により好成績が得られた。

その後は、予熱炉１内で生成するＰケーキを、逐次に降
下せしめて連続的にＩケーキに変成させ、その下端かピ
ンチロール１９のレベルに達することは先導ダミ１５の
ステム１８によりたとえば検出接点を動作させるように
して容易に検知され、これによって先導ダミ１５上の負
荷を、ピンチロール１９に肩代り支持させることができ
、そこで引続き先導タミ１５を避譲位置まで急速降下さ
せ、この間にも一つの検出接点を動作させるようにして
、これによりシュート２１を、ピンチロール１９および
カツタ２０の直下位置へ、それまでの避譲位置から進出
させ、これと同時に適時反覆駆動を開始するようにした
カツタ２０による粗砕■ケーキを、次次にパケット２２
内に導くことができる。

説明の煩雑をさけて言及をしなかったが、予熱炉１内の
比較的低温域で２ＭＯ＋Ｃ→２Ｍ＋ＣＯ２の反応が主に
、そして予熱炉１の高温域から高周波炉２の加熱帯にか
けては、 ＭＯ＋Ｃ→Ｍ＋ＣＯ の反応が、原料鋼粉の含有炭素又は、これに加えた炭素
質材料を還元剤として進行する。

かような発生ガスを排除して上記の還元反応を促進する
ために、シャフト炉の各部に真空系の配管を行い炉内を
常時に排気することが必要である。

すなわち、図示例のようにシャフト炉底ｂに弁Ａを介し
てたとえばメカニカルブースクＭＢ１とロータリ真空ポ
ンプＲＰ１を配置し、この弁ＡとメカニカルブースタＭ
Ｂ，との間を切出し装置１１を内蔵した炉頂ｔに配管し
、この炉頂ｔと炉底ｂ間には別に弁Ｂを設け、そして炉
頂にはさらに弁Ｄを介してたとえばメカニカルブースタ
ＭＢ２とロークリ真空ポンプＲＰ２を配管するとともに
メカニカルブースタＭＢ２と弁Ｄとの間を、弁Ｅを介し
て炉底ｂにも配管する。

この真空系は、上述したシャフト炉のスタートの際およ
び定常運転の際に、次のような弁操作を行う。

ここにスタート運転の際に弁Ｃを半開にすることにより
炉底ｂまたは摺動フランジ継手８における中引き部Ｍか
ら、予熱炉１の炉心管３の下端附近における減圧度を、
炉頂ｔでのそれよりもわずかに弱目にすることによって
、炉心管３の上下圧力差がときとしてＰケーキの生成前
に原料鋼粉の柱状堆積を吹き破って生粉の流下を生じる
原因となるのを完封するためである。

そして定常運転１において炉底ｂおよび炉頂ｔに対する
真空系統を独立させ、同２においてはさらに炉底ｂにお
ける減圧度を強化するのは炉底ｂで、降温■ケーキの表
面における２ＣＯ→Ｃ＋ＣＯ２の反応を通じたＣＯ２に
よる■ケーキ表面層の再酸化が生じるおそれを回避する
ためである。

かようにして確実なＰおよび■ケーキの生成を有利に導
くことができるわけであるが、予熱炉１内では、主とし
てＦｅＯの先行還元が、また高周波炉加熱帯の１２００
〜１４００℃域では主としてＭｎＯ，Ｃｒ２Ｏ３などの
後続還元がそれぞれ有利に進行し、かような還元反応を
継続させるためには、■ケーキひいてはＰケーキの降下
速度を、前述焼結前線が、高周波炉の加熱帯の直前にお
いてすでに消失しているように選ぶ。

それというのは高周波加熱帯に焼結前線が浸入したとき
には、原料鋼粉がこの発明に従うものであってもなお未
焼結域に対する焼結反応のために高周波コイルのパワー
がくわれて還元反応が不完全となるからである。

上記のようにしてこの発明によれば、鋼粉の能率的な焼
結還元に供されるシャフト炉の操業とくに問題となるシ
ャフト炉固有の問題点としてアトマイズ鋼粉の表面性状
に起因したトラブルを有利にしかも簡単に、確実に、炉
操業の能率には全く影響を与えないで解決することがで
きるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施態様を示すシャフト炉の縦断面
図である。 １・・・予熱炉、２・・・高周波炉、３・・・炉心管、
１５・・・先導ダミ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 予熱炉及び高周波炉の順次たて配列になり、減圧下
   に保持されるシャフト炉内へ、炭素を内装せる原料鋼粉
   を逐次に切出し装入して該鋼粉の連続的な焼結還元を行
   うに当り、該原料鋼粉として、不活性ガス雰囲気下の水
   アトマイズ法で調製し、脱水、濃縮を経たのちに引続い
   て乾燥工程を不活性ガス中で処理した鋼粉を使用するこ
   とを特徴とするシャフト炉による鋼粉の焼結還元方法。