JPS6249347B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属あるいは合金、特にフエロクロム
のような高クロム合金を、電力に依存しない溶融
還元法で安価にかつ歩留高く製造するための方法
に関する。

従来、高クロム合金、例えばCrを50％以上含
有するフエロクロムは、電気炉においてクロム鉱
石あるいはその半還元物を加熱、溶融、還元して
製造されてきた。もし、このエネルギー源を電力
よりも安価な一次エネルギー（特に石炭、コーク
スなどの石炭系固体炭素質−以下では固体炭素質
あるいは炭材と言う−の燃焼エネルギー）に置換
できれば、その経済的な有利性は非常に大きい。

高クロム合金を電力を用いないで、炭材の燃焼
熱を利用して製造する（これを、溶融還元法と呼
ぶ）には、 (i) 効率的発熱のための炭材酸化条件と、クロム
酸化物を還元するための条件の相克、 (ii) 生成スラグ量がきわめて多いという条件下
で、通常はきわめて遅い反応であるクロム酸化
物の還元をどのように促進するか、 など種々の問題があるが、それを解決するための
反応容器方式として、上底吹転炉型がある。その
設備の概略を第１図に示す。１はクロム鉱石粉と
コークスなどの炭材粉を混合・成型したもの（ペ
レツトなど）を、加熱及び固相還元するのに用い
られるロータリーキルンである。２は予備還元さ
れたペレツトの供給を受けて、それを溶融すると
ともに残留しているクロム、鉄の酸化物の還元を
進めるための転炉状の溶融還元炉であり、底部か
ら酸素を含むガスの吹込みを行うための羽口３
（複数個のことがありうる）と、上方から酸素を
炉内に吹込むためのランス４が付属している。な
お図において５はフード、６は炭材、石灰用ホツ
パー、７は溶融メタル、８は溶融スラグ、９はク
ロムペレツト、１０は炭材、１１は気泡、１２は
ペレツト供給量調整槽、１３は原料供給量制御装
置である。

炉内に溶融合金を残留させて、その上にロータ
リーキルンから原料（半還元クロムペレツト、炭
材）などを供給しつつ、吹酸を行つて、炭材の一
部を燃焼させ、そのエネルギーにより原料の溶融
と還元を進め、溶融合金量をふやしてゆく。この
場合、溶湯中に底吹羽口３から酸素を含むガス
（例えば羽口を二重管とし、外側の管からプロパ
ンガス、Arなどの羽口保護ガス、内側の管から
酸素ガスを供給する）を吹込むが、この底吹ガス
の効果は、 (i) メタル及び生成するスラグ層を強撹拌してク
ロム酸化物の還元反応速度を大にすること、 (ii) メタル中の炭素を燃焼してメタル浴を加熱
し、メタルを適度の温度（凝固点より20℃以
上、100℃以下高い温度）に維持すること、 の２つである。後者については、もし、酸素を含
むガスの吹込みがなければ、フエロクロム製錬の
ようにスラグが多い場合には、溶融還元炉内での
発熱は上吹ランス４から供給される酸素によるス
ラグ中の炭材、あるいは生成したCOガスのCO₂
への燃焼反応に依存することになり、メタルへの
熱供給はスラグを通して行われることになり、ス
ラグ温度をメタル温度よりも高くすることが必要
になる。このことはスラグ温度が高いことにより
耐火物負荷が大になるので好ましくない。

上吹ランス４からの酸素供給は、コークスなど
の炭材を燃焼して発熱するためのものであり、こ
の製錬法での主な熱発生源である。製錬反応速度
を大にするためには、特に上吹酸素による炭材の
燃焼速度を大にして熱発生速度を大にする対策が
とられる。

上底吹転炉型が他の方式に比して適している理
由は次の通りである。

(i) 底吹なしの場合…撹拌が不十分なためスラグ
中のクロム還元速度が小さい。また、メタル浴
を直接、加熱できないので、相対的にスラグ温
度が高くなり、処理時間の延長とあいまつて耐
火物に著しく負荷を及ぼす。

(ii) 底吹だけの場合…多重の酸素を吹込むための
羽口数がふえて、設備管理が面倒になる。ま
た、炭材の燃焼を全てメタル相成分（炭素の場
合はメタル中にとけたＣ分）の酸化を介して行
わなければならないので、スラグ量がふえると
炭材の溶融金属への溶け込みが遅れ、溶融金属
の再酸化がおこりやすくなる。

以上のようにフエロクロムの溶融還元製錬にお
いて上底吹転炉型は最も有利な炉型式であるが、
前述のように半連続式で操業を行つてゆく場合、
次の２つが重要である。

(i) 耐火物、底吹羽口の損傷を抑制するために溶
融合金温度は過度に上昇させることは好ましく
ない。

(ii) 一方、溶融合金温度が低くなりすぎると（ク
ロム酸化物を含む原料を投入すると、その昇
温、溶融及び酸化物の環元がおこり、その結
果、溶融合金温度が低下する）、底吹羽口の近
傍で溶融合金の凝固あるいはクロム酸化物の生
成（温度が低くなると脱炭に比してクロム酸化
がおこりやすくなる）のために羽口が閉塞する
という問題を生ずる。底吹羽口が閉塞すると以
後の操業に著しい悪影響を及ぼすので回避しな
ければならない。

以上の二つの条件を満足するためには、溶融合
金相の温度を検出し、それを指針として原料（ク
ロムペレツト、炭材など）の供給速度、および吹
酸速度などをコントロールできることが望まし
い。

しかるに、フエロクロム製錬のように生成する
スラグ量が多い場合（クロム鉱石中の脈石分、石
炭やコークスなどの炭材中の脈石分、およびそれ
を滓化するために加える石灰などのフラツクスに
より、フエロクロム1t製造するのに約950Kgとい
う多量のスラグを生成する）、溶融合金相の温度
を従来法（イマージヨン式熱電対、光高温計な
ど）で測定することは困難である。また、たと
え、イマージヨン式熱電対で測定できたにして
も、多数回の測定を行うことはコスト的にも問題
があり、実用的ではない。

本発明は以上のような観点より種々検討の結果
得られたもので、その要旨とするところは、上底
吹転炉型溶融環元炉を用い、クロム原料および炭
材を供給しつつ底吹吹酸を行つて前記クロム原料
を溶融還元する製錬第１期と、次いでクロム原料
の供給を止めて吹酸および浴の撹拌を行う製錬第
２期の溶融還元過程とからなるプロセスにおい
て、底吹羽口管内の圧力を連続的に測定し、該底
吹羽口管内の圧力と溶融還元炉内の溶融合金の温
度の相関関係を用いて前記圧力の測定値から前記
溶融合金の温度を推定し、その推定結果に基づい
て、製錬第１期にあつては、クロム原料の供給速
度および／または吹酸速度を制御し、製錬第２期
にあつては、少なくとも吹酸速度を制御すること
を特徴とする溶融還元炉の操業方法にある。

以下、具体的な実施例によつて詳細に説明す
る。

本発明の特色は第２図に示すように溶融還元炉
底部２１の底吹羽口２２の内管２３（酸素を吹込
むのに用いる）あるいは外管（羽口の消耗を防止
するための不活性ガスあるいは炭化水素ガスを吹
込むのに用いられる）のいずれかの圧力を検出す
る装置を取り付けたことである。図において２４
は圧力変換素子、２５はストレインアンプ、２６
は記録計、２７はリード線である。この方法によ
り全操業期間を通して、底吹羽口管内の圧力を連
続的に検出することが可能になる。

第３図は溶融還元処理時の底吹羽口管内の圧力
変動の１例を示す。圧力の増加は羽口先の付着物
（マツシユルームと呼ばれる。）の量が増加して抵
抗が大になることを意味し、また圧力が急激に低
下することは、マツシユルームが減少、あるいは
消滅することを意味する。前者の程度が進むと羽
口閉塞のおそれがあり、後者の状態が進むと羽口
がマツシユルームによつて保護されないため羽口
の異常溶損がおこり消耗速度が大になつて好まし
くない。これらの結果はすでに製鋼で知られてい
る現象であるが、本発明のように高炭素高クロム
溶湯を処理する場合には、第４図に示すように圧
力と溶融合金相の温度の間に密接な相関があるこ
とを見出した。

第４図においてフエロクロム溶融還元の場合の
底吹条件は、羽口（内管径）：20mm、吹酸速度：
800Nm³／本である。

製鋼の場合には圧力の変動は限界温度の前後で
急激におこる（その理由は付着物が主として金属
であるためである）ので、圧力変動から限界温度
以外の情報を得ることは困難である。これに対し
て高炭素高クロム浴に酸素を底吹きする場合に
は、吹込まれた酸素は一旦溶湯中のクロム分を酸
化して酸化物を作り、これが溶融合金相中の炭素
によつて還元されるという過程が連続しておこ
り、二つの過程の速度の差として堆積する酸化物
量（これが羽口先の付着物となる）、すなわち底
吹羽口管内の圧力を決定する。酸化物の生成量は
吹込まれる酸素量によつて一義的に決定されるの
に対し、酸化物の溶融合金中の炭素による還元速
度は主として溶融合金相の温度によつて決定され
る。けだし製鋼工程とは異なり溶融合金中の炭素
はほぼ飽和値に近い値に保たれるからである。し
たがつて、製鋼工程とは異なり広い温度範囲にわ
たつて底吹羽口管内圧力と溶融合金相の温度の間
には安定して明瞭な関係が得られるのである。本
発明ではこのような関係を利用して溶融還元工程
を制御する。すなわち、各操業条件（すなわち、
底吹吹酸量、溶融合金層のクロム含有量）に応じ
て第４図のような関係図を作成し、これを用いて
圧力の測定結果から溶融金属温度を推定し、溶融
合金温度が設定範囲より低すぎると溶融還元炉２
に装入される半還元クロムペレツトの供給量を減
少させるか、あるいは上吹吹酸量を増加させる。
溶融合金温度が設定値より高すぎると、それぞれ
逆の操作を行う。溶融還元炉２への半還元クロム
ペレツト供給量を制御するには、例えば、第１図
に示す如くロータリーキルン１と溶融還元炉２の
間に中間槽（ペレツト供給量調整槽１２）を設け
てそれからの切出し量を例えば原料供給量制御装
置により制御すればよい。このような操作を行う
ことにより、底吹羽口の閉塞などのトラブルなし
に、最大限の速度で半還元クロムペレツトの供給
を行い、同時に溶融還元炉炉体や羽口の損傷を最
小限にとどめることが可能になる。

実施例 定格溶融金属量（出湯直前の溶湯量）50tの上
底吹転炉（上吹ランス１本、ノズル７mmφ×７
孔、底吹羽口４本、内管径20mmφの二重管構造
で、内管はO₂、外管はプロパンガスを保護ガス
として流す）を反応容器として用い、中間排滓を
１回行い、生成した溶融合金は33t出湯し、17t残
すという方式で半連続的に操業を行う。底吹羽口
の管内の圧力は第２図に示したような測定系によ
り行い、４本の羽口の各内管の圧力を測定し、そ
の平均値を炉制御の指針にする。

溶融還元の主原料であるクロム鉱石は、コーク
スとともに混合粉砕後、造粒してペレツトにし、
乾燥後、ロータリーキルンに装入し、溶融還元炉
から出る高温ガスを加熱源として、予備還元・予
熱を行つた。溶融還元炉に供給される炭材の約80
％は、ロータリーキルンに外装炭として装入し、
半還元クロムペレツトの還元率向上と、溶融還元
炉に供給する炭材の予熱を行う。ロータリーキル
ン１と溶融還元炉２の中間には第１図に示す如く
原料供給量制御装置１３があり、前述の圧力測定
値に応じて、溶融還元炉への原料の供給量を制御
できる。溶融還元炉に供給される半還元クロムペ
レツトの平均成分、温度は次の通りである：T.
Cr：36％，T.Fe：18％、クロム分還元率：66
％、鉄分還元率：92％，MgO：10％，Al₂O₃：10
％，SiO₂：９％、温度：約1000℃。

溶融還元製錬第１期：残し湯17tに酸素を含む
ガスを上底吹しながら、半還元クロムペレツト、
炭材、石灰を装入する。炭材の一部及び石灰は第
１図のホツパー６（炭材、石灰、別々に設けられ
ている）から供給する。吹酸速度は上吹：
13000Nm³／hr、底吹：800Nm³／hr×４と一定に
保つ。前述の羽口内圧力が５〜８Kg／cm²の間に保
たれるように（溶融合金温度は1580〜1630℃の範
囲に対応する。）、予備還元ペレツトの装入速度を
調整する。60分でペレツト32t、石灰3.5tを装入
する。この時期の終りのスラグ中のCrは7.5％で
あつた。

溶融還元製錬第２期：半還元クロムペレツトの
供給をとめ、炭材だけを溶融還元炉に装入し、底
吹吹酸速度を一定に保ちながら前述の羽口内圧力
が５〜８Kg／cm²の間に保たれるように上吹吹酸速
度を制御しつつ（上吹吹酸速度が大であると、溶
融合金温度が高くなり、その結果として羽口先圧
力が減少する。なお、羽口先圧力と溶融金属温度
の関係（第４図）は設備、操業条件：例えば底吹
羽口の径、底吹吹酸量など：によつて変化す
る）、15分間スラグ中のCr％を低下させる。最終
のスラグ成分は、CaO19％，SiO₂20％，MgO24
％，Al₂O₃22％，T.Cr0.9％，T.Fe0.7％であつ
た。

次いで生成したスラグの約90％を中間排滓し、
前述の溶融還元製錬第１期、第２期の操作を繰り
返す。その後、出滓につづいて生成した溶融金属
の2/3を出湯する。以後は同一のサイクルを繰り
返す。出湯された金属の成分、温度は次の通りで
ある。Cr：53％，Fe：37％，Ｃ：8.5％，Si：0.5
％，Ｓ：0.015％，Ｐ：0.035％、温度1650℃。

なお、本発明のような圧力検出により溶融合金
温度を推定する方法を用いて操業を行うことによ
り、これを用いない場合に比して耐火物原単位を
30％減少し、かつ羽口閉塞トラブル頻度を1/5に
減少できた。

以上のように、本発明は、金属あるいは合金、
特に難還元性で、かつ生成スラグ量の多いフエロ
クロムのような高クロム合金の製錬を電力に依存
せず、溶融還元法で行う場合、操業を円滑に行う
ための手段を提供するものであり、ステンレス鋼
などの高クロム鋼の主合金材であるフエロクロム
を安価に製造することを可能ならしめることか
ら、経済的な効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するのに用いる設備の１
例を示す説明図、第２図は本発明の特色である、
底吹羽口管内の圧力測定装置の系統図の１例を示
す図、第３図は溶融還元処理時の底吹羽口管内の
圧力変動の１例を示す図、第４図は底吹羽口管内
の圧力と、溶融合金相の温度の関係の１例を示す
図である。 １：ロータリーキルン、２：溶融還元炉、３：
底吹羽口、４：ランス、５：フード、６：炭材、
石灰用ホツパー、７：溶融メタル、８：溶融スラ
グ、９：クロムペレツト、１０：炭材、１１：気
泡、１２：ペレツト供給量調整槽、１３：原料供
給制御装置、２１：溶融還元炉底部、２２：底吹
羽口、２３：内管、２４：圧力変換素子、２５：
ストレインアンプ、２６：記録計、２７：リード
線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 上底吹転炉型溶融環元炉を用い、クロム原料
   および炭材を供給しつつ底吹吹酸を行つて前記ク
   ロム原料を溶融還元する製錬第１期と、次いでク
   ロム原料の供給を止めて吹酸および浴の撹拌を行
   う製錬第２期の溶融還元過程とからなるプロセス
   において、底吹羽口管内の圧力を連続的に測定
   し、該底吹羽口管内の圧力と溶融還元炉内の溶融
   合金の温度の相関関係を用いて前記圧力の測定値
   から前記溶融合金の温度を推定し、その推定結果
   に基づいて、製錬第１期にあつては、クロム原料
   の供給速度および／または吹酸速度を制御し、製
   錬第２期にあつては、少なくとも吹酸速度を制御
   することを特徴とする溶融還元炉の操業方法。