JPS6256537A - 金属酸化物を含有する粉状鉱石からの溶融金属製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は本発明は金属酸化物を含有する粉状鉱石から溶
融金属を製造する方法し゛関し、さらに詳しくは竪型−
元炉を用いて粉状鉱石と粉状炭素還元材より溶融金属を
製造する技術に関する。

〔従来の技術〕

鉄鉱石その他の金属鉱石１２源は粉鉱石が多くなり、今
後益々粉鉱石の割合が増加する傾向にある。特に低品位
鉱石の品位を向上させるために浮選、磁選などの選鉱が
行われ、粒鉱の比率が増加することが予想される。

従来の粉鉱石を塊成化した後、これを還元して溶融金属
を得る方法は塊成化のためのコストが必要であるため、
粉状鉱石を流動層を用いて還元する方法および装置が開
発されている。

また、竪型還元炉に石炭と酸素含有ガスを供給し、流動
層を形成し、鉱石の溶融と還元ガスを発生する方法およ
び装置が開発されている。未発明はこれらの技術におけ
る新規な方法を提供するものである。

特公昭６０−１３４０１には、溶融金属および溶融スラ
ブを保持する下部と、コークス化した石炭粒子の流動層
を形成する中間部と、鎮静室を形成する上部とからなる
竪型還元炉を用い、この還元炉の上部の上方から海綿鉄
および石炭を供給し、中間部に酸素含有ガスおよびガス
温度ｍ成制御ガスを吹込み、中間部の下方域を２０００
〜２５００℃に保つと共に、その上方に向って１０００
〜１４００℃まで低下させ、この中間部で海綿鉄を還元
溶解する方法および装置が開示されている。

この方法は、鉱石原料として塊鉱またはペレットを使用
し、これを高還元率に予ｆｌＪ還元した海綿鉄を供給す
るもので、粉鉱石の還元に適するものではなく、また、
還元炉中の炭材は流動層として存在するので、流動状況
が変化すると溶融還元速度が変化して操業が乱れ、生産
性、スラグ中残存Ｆａｎｇ度が変動する問題がある。す
なわち、流動層の流動状況を変化させる要因として、装
入する海綿鉄の粒径分布、難溶融性の鉱石銘柄、難還元
性の鉱石銘柄、予備還元率の変動などがある。

粒径の大きい海綿鉄は流動層中を沈降する速度が大きく
、反応時間の確保が難しい、一方流動しながら沈降する
粒子サイズでは流動層が激しく流動したり、逆に静かな
流動層となってしまう。難溶融性の鉱石は未還元のまま
炉床に沈降する。難還元性の鉱石、例−えばマンガン鉱
、クロム鉱では予＠還元をほぼ１００％近くまで完全に
予備還元して供給する必要があり、さもなければ未還元
のまま炉床に沈降する。また予備還元鉱石の還元率の変
動によって還元率が低い鉱石が供給されると流動層中だ
けで還元を完了することができず、未還元のＦｅＯなど
が残存し炉床耐火物を溶損する恐れがある。

これに対し、流動層の下方に溶融金属、スラグおよびコ
ークス粒子の重なった密集層を設けた技術が特開昭６０
−５９００８に開示されている。

この技術は、被還元鉄吹込み位置を流動層を形成する吹
込みガスノズルのすぐ上方に設けている。

被還元鉄はこの場合も予＠還元された海綿鉄である。吹
込んだ被還元鉄原料を流動層で還°元する場合、吹込ん
だ原料が炭材の燃焼熱により直ちに溶融し、炭材表面に
溶着するため炭材粒子が重くなって、沈み勝ちになり、
溶融還元領域としての流動層容積の効率が低下する。ま
た流動層を形成する酸素含有ガスの吹込み位置は流動層
と密集層の境界近くになっている。

従って、流動状況が変化する要因によって炉操業状況に
変動が生じた場合、未還元金属が密集層に供給されるこ
ととなり、ここで還元反応を起こすと、還元反応は吸熱
反応であるから、密集層の温度低下を招来し、メタルや
スラグが固結化し、上方から炉床に降下できなくなる現
象を生じたり、また炉床メタルやスラグの温度が低下し
炉内に固りが発生したり、ざらに出銑、出滓後固化し易
く、炉外ハンドリングが困難となるなどの問題がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は金属酸化物を含有する粉状鉱石を塊成化
することなく、竪型還元炉を用いて石炭と酸素含有ガス
により安定的に溶融還元する方法を提供することにある
。

本発明の他の目的は一般炭を含む石炭を還元剤として用
いる還元方法を提供することである。

さらに本発明の目的は、炭材ｆＩｔ動層と固体充填層と
を併用することによって、別途の予備還元炉を用いない
場合であっても、難還元性、難溶融性の粉状鉱石を溶融
還元することができ、予備還元炉を備えた場合には、よ
り容易にｌ！ｌ還元性、難溶融性の粉状鉱石を溶融還元
できる還元方法を提供する。

さらに本発明の他の目的は、炭素系固体還元剤の充填層
を備え、この充填層が熱源および還元剤として安定的に
還元反応の終結を保証し、流動層のｍ動状態の変動をカ
バーし、反応の安定性、炉床の温度変動の防止を確保す
るような還元方法を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は竪型還元炉を用いて金属酸化物を含有する粉状
鉱石を溶融還元する溶融金属製造方法において、炭素系
固体還元剤の充填層とその上方に流動層とを炉内に維持
し、粉状鉱石を酸素を含む気体とともに炭素系固体還元
剤の流動層５に装入し、酸素を含む気体を炭素系固体還
元剤の充填層に吹き込むことを特徴とする粉状鉱石の溶
融金属製造方法である。

〔作用〕

本発明方法は、充填層プロセス（例えば冶金用高炉）と
流動層プロセスの長所を効率的に結合させたプロセスで
ある。

本発明方法によれば、銑鉄製造プロセスとして反応工学
的に優れている高炉と同様に、炭素固体還元剤であるチ
ャーまたはコークス塊による還元ポテンシャルの高い充
填層を炉下部に形成させており、従って熱供給源と還元
剤としての炭材によって、流動層のもつ利点を充分に活
用し、その欠点を巧妙に改善し、金属酸化物を含有する
粉状鉱石からの溶融金属の安定した製造が最終的に保証
されている。

またこの充填層は、流動層の流動化ガスを均一流にする
分散板の作用も兼ねている。

なお、本発明において酸素を含む気体を加熱し高温の気
体を吹込むと溶融還元するのに有利であす、好ましい。

〔好適な具体例の説明〕

次に本発明の粉状鉱石からの溶融金属製造方法を添付図
面を参照−して詳細に説明する。

第１図に示すように本発明の実施に用いる溶融還元炉６
は金属酸化物を含有する粉状鉱石１を粉状のまま溶融還
元する還元炉であって、下部に酸素を含む気体２を吹込
む羽口３を有し、炭素系固体還元剤の充填層４と流動層
５が形成される。粉状鉱石１を酸素を含む気体２ととも
に原料装入口８から炭素系固体還元剤の流動層５に装入
し、竪型還元炉６の下部に設けられた羽口３よりＳ素を
含む気体２を炭素系固体還元剤の充填層４に吹込む。

炭素系固体還元剤は、炉り部の装入口９より炉内へ装入
する。微粉状の還元剤は、粉状鉱石ｌとともに前記流％
層５へ装入し、酸素を含む気体２で燃焼させることが可
能である。こうすることによって、炉外への飛散を防１
１−シ、有効利用を確保することができる。

羽口３より吹込まれた酸素を含む気体２により、炭素系
固体還元剤が燃焼する。これによって生じる高温の還元
性ガスによって粉状鉱石は流動層５と充填層４において
溶融還元される。生成した溶融金属１０と溶融スラグ１
１は炉床部より適時に出銑口１２を通って取り出される
。竪型還元炉６の下部に高温の前記充填層４が存在する
ことにより、竪型還元炉６の炉下部の高温を保持するこ
とが可律となり、さらに高温の遺児性ガスを竪型還元炉
６炉内に適度に分配することが可能になり、前記流動層
５の流動および高温を適度に維持することができる。

原料装入口８の近傍では酸素を含む気体２により竪型還
元炉６内の次材や還元性ガスが燃焼し高温を発生する。

粉状鉱石はこの高温により加熱され、微粉鉱石はすぐに
溶融し、小さな溶融滴になる。

溶融滴は炭材流動層５中の炭材粒の表面に溶着し、金属
酸化物は溶融還元を開始する０表面に溶着物をもった炭
材粒は重くなるため、流動しながらも炉の下部方向に降
下するが、降ドしながら還元するため、生成したメタル
粒は炭材粒から離脱し、炉下部の炭素系固体還元剤の充
填層４を経て炉床で溶融金属１０になる。

炭材粒表面に残ったＣａＯ，５ｉ０２　、Ａｌ２Ｏ２、
ＭｇＯを主成分とするスラグ分は、炉下部の炭素系固体
還元剤の充填層４のＬ方で炭材表面から離脱し、炭素系
固体還元剤の充を一層４を経て、炉床の溶融スラグ１１
になる。粉鉱石が難溶性あるいはおよび難還元性の場合
は、スラブ分中に残存する金属酸化物は炭素系固体還元
剤の充填層４で最終還元され、炉床部に溶融スラグ１１
、溶融金属１０として溜まる。

前記還元炉６の下部に設置された羽口３から前記還元炉
６内の炭素系固体還元剤の充填層４に吹込まれた酸素を
含む気体２は、炭素系固体還元剤の充填層４を形成する
前記固体還元剤を燃焼し、羽口３近傍の温度を１８００
〜２６００℃に加熱し炭素系固体還元剤の充填層４を高
温にし還元反応に寄与する。またこの含醜素気体２は前
記還元炉６の炉床部に溶融スラグ１ｉ、溶融メタル１゜
として保持して出銑滓を円滑にし、さらにＣ０１Ｈ２，
Ｎ２を主成分とする高温の還元ガスを発生させ、炭素系
固体還元剤の流動層５を運転するに必要なガス量、還元
能力、熱量を供給する。現在、銑鉄製造用の大小多数の
高炉が世界中で運転されているが、高炉操業の安定性を
もたらす主要な要因は、高炉炉下部に存在する高温のコ
ークス充填層であることは、高炉操業に関係する者には
周知のことである。本発明はこの高炉の充填層４と流動
層５を形成するものであり、この充填層と流動層を併用
することが本発明による竪型還元炉６の運転を円滑にす
る重要な要因である。

次に、本発明では、粉状鉱石および粉状石炭を前処理し
た後溶融還元炉に装入してもよく、その場合のプロセス
フローを第２図に示す。

竪型還元炉６からの発生気体１３は、Ｎ２　。

Ｃｏ　、ＣＯ２、Ｎ２　、Ｎ２０１Ｚどよりなり、中で
も還元性のＣｏ、Ｎ２の含有量が多く、かつ竪型炉６か
ら９００〜１２００℃の高温で排出され、一方炭材予備
処理炉１４からの発生気体は石炭を原料とする場合には
Ｎ２　、ＧＯ，ＣＯ２、Ｎ２　。

Ｎ２０　、ＣｎＨｍ　（ＣｎＨｍは炭化水素を表わす）
などよりなり−１中でも還元性のＣｏ、Ｎ２あるいはＣ
ｎＨｍの含有量が多く、かつ炭材予備処理炉１４から３
００〜８００℃の温度で排出される。従って鉱石予備処
理炉１６内において粉状鉱石は前記還元ガスによって流
動予備還元することが町詣である。予備処理された丁備
処理生成物は排出装置１７によって予備処理炉１６から
高温状態で排出される。

フラックス７を添加する場合は、粉鉱石とともに鉱石予
備処理炉１６に供給するか、あるいは竪型還元炉６への
輸送管１５ａ、１５ｂ、１７ａ。

１７ｂの１つまたは複数の輸送管途中で供給することも
可能である。

なお、竪型還元炉６の周囲および／または１つ以上の高
さに設けられた原料装入口８へは重力降下を利用しつつ
気体輸送される。この輸送用気体としては、本製造プロ
セスからの発生ガス、例えば竪型還元炉６の発生ガスを
用いることができることはもちろん、輸送に支障を及ぼ
さない気体。

例えば窒素を用いる。場合によってはこの輸送用気体を
昇圧すると輸送を円滑にするので有利である。

炭材予備処理炉１４および鉱石予備処理炉１６から排出
された炭素系固体還元剤、粉鉱石およびフラックスは、
竪型還元炉６への輸送の途中で、必要により分級し比較
的細かい粉体は原料装入口８を経て、竪型還元炉６へ供
給すれば、炭素系固体還元剤および粉鉱石およびフラッ
クスの有効利用を促進でき、比較的粗い粒子は直接竪型
還元炉６に供給し、炭素系固体還元剤の流動層４および
充填層５のそれぞれの層高の維持を円滑にする。

粉粒状石炭を用いる場合には、炭材予備処理炉１４で予
備処理することにより、前記石Ｊ、＜は乾留されて粉状
コークスあるいはチャーとなって前記炉１４から排出さ
れる。

粉状の炭素系還元剤は必ずしも炭材予備処理炉１４を用
いて処理せずに直接竪型還元炉６に供給しても良い、鉱
石Ｙ−備処理炉１６その他の施設において、炭化水素を
含有する乾留ガスあるいはタールを必要としたり、粉状
の炭素系固体還元剤の竪型還元炉６内での燃焼を容易な
らしめるために、前記還元剤を予熱する必要がある場合
には、前記還元剤を炭材予備処理炉１４を用いて予備処
理すると特に有利である。

粉状の金属酸化物を含有する飯石は鉱石供給装置１８よ
り鉱石予備処理炉１６に供給され、ここで竪型還元炉６
からの発生気体の一部または全部、および／または炭材
予備処理炉１４からの発生気体の一部または全部によっ
て加熱され、必要によっては予＠還元される。

本発明によれば、炭材予備処理炉１４に供給される）２
素系固体還元剤としては粉粒状のコークス、チャー、石
炭の何れか、またはそれらの２種あるいは３種を用いる
ことができる。石炭を用いる場合には安価な非粘結性一
般炭を４１利に使用することができ、コークスを用いる
場合には塊状コークスを製造するとき発生する粉コーク
スヲ有利に使用することができる。

竪型還元炉６に供給される粉状鉱石は、予備還元されて
竪型還元炉６内の高温領域で速やかに溶融し、還元され
る必要があるので、高温に予熱され、かつ高還元率を有
する状態で装入されることが溶融還元され易くなるので
有利である。最適の予熱温度と予備還元率は金属酸化物
の種類、ならびに金属酸化物を含有する鉱石の性状、使
用するシステム構成によって当然異なるが、予熱温度と
予備還元率がそれぞれ大体４００〜１ｉｏｏ℃、４０〜
８０％のとき、良い結果を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、次の優れた効果を奏する
。

イ）　粉状鉱石を塊成化することなしに用いるので、塊
成化のためのエネルギーならびに経費が不要であり、か
つ塊成化する際発生するＮＯｘ　、ＳＯｘおよびダスト
の対策が不要となる。

口）　粒径分布の広い粉鉱石を使用できる。

ハ）　安価な炭素系伺体遺児剤を熱源として用いること
ができ、７非粘結性石炭や粘結炭、コークス、チャー、
なども使用できるなど柔軟性ある溶融還元炉操業ができ
る。

二）　流動化ガスは充填層内で分散整流され、均一な流
れの流動層を形成することができる。

ホ）　溶融還元は、炭圭系固体還元剤の波動層とおよび
還元ポテンシャルの高い充填層で行われるため、低予＠
還元率や難溶融性、難還元性の鉱石を完全に還元するこ
とができる６ へ）　スラグとメタルの分離がよい。

ト）　炭材充填層下部へ含醜素気体を供給し、炭材を熱
源として利用するので炉下部への熱供給が確保され、炉
底の温度降丁を生じることなく、操作および捌御が簡易
となる。

なお、実施例として鉄鉱石、クロム鉱石およびマンガン
鉱石についての例を示したが、比較的還元し易いニッケ
ル鉱を原料としても本発明を実施することができる。

〔実施例〕

実施例Ｉ 第２図に示す系統方式により鉄鉱石からの銑鉄製造の本
発明を試験炉で実施した。

その結果を次に示す。

１）粉状鉄鉱石の銘柄：ＭＢＲＷ４石 ／ｌ　　　粒径：６ｍｍ以下 ／／　　　供給ｆｉ：４８ｋｇ／Ｈ ２）炭材予備処理炉に供給する炭素系固体還元剤種類ニ
一般炭（Ｆ、Ｃ７５，１％） 粒径：２０ｍｍ以下 供給量：３６ｋｇ／Ｈ ３）竪型還元炉への送風 気体：＆１素９０％、窒素１０％ 風量：１８Ｎｍ’／Ｈ ４）粉鉱石の予４ａ還元率二６５％ ５）銑鉄生産Ｎ：　３１　ｋｇ／Ｈ（Ｆｅ　　９４−５
％）６）スラグ排出部−：８ｋＨ／Ｈ 実施例２ 第２図に示す系統方式によりクロム鉱石からフェロクロ
ム製造の本発明を試験炉で実施した。

その結果を次に示す。

１）粉状クロム鉱石の銘柄：フィリピン産りヨ７、粒径
：１ｍｍ以ド 供給量：Ｌ１ｋｇ／Ｈ ２）炭材予備処理炉に供給する宝素系固体還元剤種類：
コークス３０％ 一般炭７０％ 粒径：２０ｍｍ以Ｆ 供給量：４２ｋｇ／Ｈ ３）竪型還元炉への送風 気体：酸素 風Ｈ：　１８　Ｎ’ｒｒｒ７Ｈ ４）クロム鉱石の予備還元率＝３２％ ５）フェロクロム生産量：　６　ｋｇ／　Ｈ（Ｃｒ５３
．８％）実施例３ ：ＪＳＺ図に示す系統方式によりマンガン鉱石からフェ
ロマンガン製造を試験炉で実施した。その結果を次に示
す。

１）お）粒状ッ、ガン鉱石の銘柄：オーストラリャ産マ
ンガン鉱石 粒径：２ｍｍ以下 供給機＋１４ｋｇ／Ｈ。

２）炭材予備処理炉に供給する炭素系固体還元剤種類：
コークス１０％ 一般炭９０％ 粒径：２０ｍｍ以下 供給量：３０ｋｇ／Ｈ ３）竪型還元炉への送風 気体：酸素 風量：１８Ｎｒｎ”／Ｈ ４）マンガン鉱石の予備還元率：５１％５）フェロマン
ガン生産Ｎ、　：　７ｋｇ／Ｈ（Ｍｎ７０．１％）

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に用いる竪型還元炉の模式縦断面
図、第２図は本発明の実施に用いる他の竪型還元炉と予
備処理炉との組合せを示すフローシートである。 ｌ・・・粉状鉱石　　　　　　２・・・含酸素気体３・
・・羽口 ４・・・炭素系固体還元剤充填層 ５・・・炭素系固体還元剤流動層 ６・・・竪型還元炉　　　　　７・・・フラックス８・
・・原料装入口　　　　　９・・・装入口１０・・・溶
融金属　　　　　１１・・・溶融スラグ１２・・・出銑
口　　　　　　１３・・・発生気体１４・・・炭材予備
処理炉 １５・・・炭材予備処理炉排出口 １５ａ、１５ｂ、１５Ｃ−・−輸送管 １６・・・鉱石予備処理炉 １７・・・鉱石予備処理炉排出口 １７ａ、１７ｂ、　１７ｃ＝−輸送管 １８・・・供給装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　竪型還元炉（６）を用いて金属酸化物を含有する粉
   状鉱石を溶融還元する溶融金属製造方法において、 炭素系固体還元剤の充填層（４）とその上 方に流動層（５）とを炉内に維持し、粉状鉱石（１）を
   酸素を含む気体（２）とともに炭素系固体還元剤の流動
   層（５）に装入し、酸素を含む気体（２）を炭素系固体
   還元剤の充填層（９）に吹き込むことを特徴とする粉状
   鉱石の溶融金属製造方法。