JPH01176005A - 含有炭素鉄粉の脱炭処理方法 - 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、スティッキングを防止しながら流動層方式で
含有炭素鉄粉を脱炭する方法に関する。

〔従来の技術〕

流動層は、各種粉体の乾燥をはじめとして、酸化、還元
等の化学反応を伴うプロセスに多用されている。たとえ
ば、固体と気体との間の反応を促すプロセスにおいては
、両者の間の接触面積を大きくすることができる。しか
も、粉体表面の反応及び伝熱を律速する境膜の剥離が促
進されることから、境膜抵抗を極めて小さくすることが
でき、反応速度及び伝熱係数が大きくとれる。更に、流
動層内の温度分布及び成分分散が均一化され、反応条件
を支配する雰囲気の制御も容易である。また、設備自体
もコンパクト化することができ、可動部分が少なくメン
テナンスが容易であること等の種々の優れた特性をもっ
ている。

このような特性を活かして、たとえば特開昭５７−９８
６１５号公報では、微粉炭と粉粒状鉄鉱石を可動状態で
反応させ、鉄鉱石の還元を行う装置が提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この流動層を使用して含有炭素鉄粉の脱炭を行おうとす
るとき、水蒸気を含んだガスが流動化ガスとして使用さ
れる。流動化ガスに含まれる水蒸気は、次式の反応によ
って含有炭素鉄粉を脱炭する。

Ｃ十Ｈｘ　Ｏ−ＣＯ＋　Ｈｔ ところが、この水蒸気は、脱炭反応と共に、次式の反応
によって、含有炭素鉄粉の鉄分を酸化する作用をもつ。

Ｆｅ＋ＨｚＯ→ＦｅＯ＋Ｈｚ そのため、含有炭素鉄粉の脱炭は進行するものの、同時
に含有炭素鉄粉が酸化され、処理後の鉄粉は黒変し、商
品価値の低いものとなる。

また、脱炭反応を促進させるため、流動層の温度を高め
ようとすると、含有炭素鉄粉粒子相互がスティッキング
して均一な脱炭処理を行うことができなくなる。

そこで、本発明は、流動層の温度及び流動化ガスの組成
を特定することによって、スティッキング及び酸化を防
止しながら、含有炭素鉄粉を均一に脱炭することを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の脱炭処理方法は、その目的を達成するために、
流動層内の温度を５５０〜８００℃に維持し、水素に対
する水蒸気の分圧比を０．４以上とした流動化ガスを流
動層に吹き込み含有炭素鉄粉を流動状態にすることを特
徴とする。

また、このようにして脱炭された含有炭素鉄粉は、引き
続き温度８００℃以下で水素に対する水蒸気の分圧比を
０．４未満とした流動化ガスにより還元することができ
る。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら、実施例記より本発明の特徴
を具体的に説明する。

第２図は、本実施例で使用した流動層式〇脱炭処理装置
を示す側断面図である。

この脱炭処理装置は、処理槽１の内部が流動化板２で仕
切られており、流動化板２より下方がガス供給ヘッダー
３、流動化板２よ゛り上方が流動化室４にされている。

そして、処理槽１の下部に設けられているガス吹込み口
５から吹き込まれた流動化ガス６は、偏流防止板７によ
って流動化板２全面にわたって均一な流量分布をもつ流
れとなって、流動化板２に穿設した多数の開口部８から
流動化室４に流入し、流動化室４内にある含有炭素鉄粉
９を流動化させる。なお、処理槽１の炉壁１０は保温材
１１で覆われており、処理槽１内の熱が外部に放散され
ることを防止している。また、処理槽ｌ内の流動状態を
検出する差圧マノメータ１２及び内部温度を検出する熱
電対等の温度計１３が処理槽１の内部に配置されている
。

処理槽１に投入される含を炭素鉄粉９として、転炉ダス
トから回収した鉄粉を使用した。この回収鉄粉は、転炉
ダストをベンチュリースクラバー等の湿式集塵機で排ガ
スから分離し、磁選、磨鉱等によってスラグ、スケール
等の非金属物質を分離したものである。この回収鉄粉は
、平均粒度が９４．６．Ｌｌｌｌで、次の組成をもつも
のであった。

成分　　　　　　Ｃ金属鉄　ＦｅＯＦｅｚＯ＋含有蓋（
重量％）　　０．５０　９５．８　　１．７２　　０．
６７このように回収鉄粉の炭素含有量が高いため、回収
鉄粉を未脱炭のまま溶接棒等に使用すると、溶接中にｃ
ｏ、ｃｏ□ガスの発生を招き、溶接面を乱す等の問題が
ある。そこで、炭素含有量を下げ回収鉄粉の性質を向上
させるため、第２図に示した装置で脱炭処理した。この
とき、水素に対する水蒸気の分圧比Ｐ□。／Ｐ□及び流
動化ガスの温度を種々変更し、それらが脱炭反応にどの
ように影響したかを調べた。

第１図は、その結果を表したグラフである。

図中において、Ｆｅ＋Ｈ，０＝ＦｅＯ＋Ｈｚの曲線より
下でＰ□。／Ｐ□の小さい側の領域と、Ｃ＋Ｈ，ｏ　＝
　ＣＯ＋　Ｈｚの曲線より上でＰ□。／Ｐ６の大きい側
の領域の重なる部分が優先脱炭の領域、つまりＦｅの酸
化を抑制しつつ脱炭を進行させることができる。しかし
、過度にＰＭ、。／ＰＭ、の小さい領域で脱炭処理を行
うと、脱炭の進行と同時に急激に還元も進行し、鉄粉に
おいて５５０℃以上の温度条件下では鉄粉同志の付着力
が増大して、凝集、つまりスティッキングを発生し脱炭
終了前に流動層が維持できな（なる。

また、ＰＨｍ。／Ｐ６の値と共に温度も重要な条件であ
り、第１図に示す如く、温度が高い程平衡する００分圧
が高く、脱炭反応の進行にも有利であると同時に同時に
、Ｐ□。／ｐ、、であればよりＦ　ｅ　＋　Ｈｔ　Ｏ＝
　Ｆ　ｅ　Ｏ＋　Ｈｔの反応が抑制され還元されやすい
ことになる。また、一般に鉄粉のスティッキングは高温
はど低い還元率で生じることが知られており、当該処理
中にも同様の傾向が確認され、やはり処理温度が高すぎ
ると脱炭終了前にスティッキングによる流動層の停止が
生じることがわかった。さらに低温側で処理を行うと、
第１図より容易に推察されるように脱炭の進行には不利
であり、５５０℃以下ではほとんど脱炭が進行しないこ
とがわかった。

発明者らは以上の事実をふまえ、各処理条件を広範囲に
わたり操業を行った結果、Ｐ□。／ＰＭ。

を０．４以上、温度計１３で検出される流動層の温度を
５５０〜８００℃に維持することがスティッキングを防
止し、所定の脱炭を行うために必要であることを見出し
た。

そこで、前述の含有炭素鉄粉９を、処理槽１の温度を７
００℃に維持し、分圧比Ｐ□。／Ｐ□−〇、８３で脱炭
した場合の操業例を示す、第３図は、このときの炭素含
有量の変化を表す、第３図から明らかなように、処理時
間３０分程度で、目標炭素含有ｉｔｏ、０５％以下に脱
炭することができた。

ただし、脱炭の進行するにつれて、含有炭素鉄粉９の酸
化反応が盛んになり、全鉄分に対する金属鉄の割合が低
下する。そこで、炭素含有量が目標値０．０５％以下に
なった時点を脱炭完了時とし、これ以降では水蒸気を含
有しない流動化ガスによって温度５５０℃で鉄粉の還元
を行った。第３図には、この還元処理工程を含めて、鉄
粉の還元率の推移を示している。

この還元工程における流動化ガスは、８００℃以下の温
度範囲に維持することが好ましい。還元工程においても
脱炭の場合と同様にスティッキングが発生する。また、
高温であればある程低い還元率でスティッキングが発生
する。脱炭処理終了レベルの還元率まで、鉄粉の品位を
回復するためには、８００℃以下で還元処理することが
好ましい。

すなわち、脱炭工程及び還元工程の何れにおいても、流
動化ガスの温度が８００℃を超えないようにすることが
必要である。この温度が８００℃を超えると、第４図に
示すように処理槽１内にある鉄粉が凝集していわゆるス
ティッキング１４を生じ、流動化板２の開口部８直上に
空筒部１５が形成されると鉄粉は流動しなくなり、流動
層が形成されない。したがってこのようなスティッキン
グ１４が発生すると、ガス吹込み口５から吹き込まれた
流動化ガス６が空筒部１５を通過して、含有炭素鉄粉９
との充分な接触が図れなくなる。

第５図は、このとき差圧マノメータ１２で測定された処
理槽１内の圧力変動を示すグラフである。

スティッキング１４が発生していないとき、流動化され
ている含有炭素鉄粉９を通過する流動化ガス６の圧損は
、大きな幅で変動する。ことろが、スティッキング１４
が発生すると、流動化ガス６が空筒部１５を優先的に流
れるため、差圧マノメータ１２により測定された差圧の
変動幅は小さなものとなり、ついには差圧自体も低値に
安定する。したがって、処理槽ｌ内における流動層前後
の差圧を測定することにより、スティッキング１４発生
の有無を検出することができる。

第１図には、このようにして検出されたスティッキング
の発注状況を、流動層内の温度及び分圧比Ｐ□。／Ｐ□
との関係において表している。すなわち、スティッキン
グの発生を防止するには前述のように流動層内の温度を
８００℃以下とすると共に、分圧比Ｐ□。／Ｐ□、を０
．４以上とすることがを効である。それはスティッキン
グは温度が上昇し、還元が進行した時に生じる。第１図
に示すように、８００℃以下でＰ□ｏ／Ｐ□を０．４以
上にすることにより、脱炭とＦｅの酸化の同時進行領域
となり、過度の還元の進行を防止でき、また〔Ｃ〕＝Ｏ
，ＯＳ％程度まではＦｅ酸化もほとんど進行しない。と
ころが、８００℃以上の温度では第１図に示す如く、０
．４以上でもスティッキングが生じる。

また、Ｐ□。／Ｐ□を０．４以下とすると、第１図に示
すように、脱炭反応の平衡する００分圧が下がり脱炭が
進行し難い。

このようにして、スティッキング及び酸化反応を抑制し
ながら、含有炭素鉄粉９をＯ，ＯＳ％以下の炭素含有量
に脱炭することができた。この脱炭終了後の鉄粉は、鉄
粉同志の凝集もほどんどなく、脱炭源として酸化鉄粉を
別途ブレンドする必要もないため、鉄品位の低下がない
等において優れたものである。また、この脱炭に続いて
さらに還元を行うことによって、鉄粉の還元率を９９．
７５％以上とし、サガ一方式で製造された鉄粉の品位を
超える極めて高品位の製品を得ることができた。

なお、以上においては、転炉ダストから回収された鉄粉
を脱炭する場合を例にとって説明した。

しかし、本発明は、これに拘束されるものではなく、た
とえば鉄鉱石やミル・スケールをコークスや石炭等の炭
材を還元剤として還元した粗還元鉄粉等の含有炭素鉄粉
に対しても同様に適用することができるのは勿論である
。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、流動化ガス
の温度を８００℃以下とし、分圧比Ｐ□。／Ｐ０を０．
４以上とすることによって、酸化及びスティッキングを
防ぎながら含有炭素鉄粉を極めて低炭素レベルまで脱炭
することができる。また、この脱炭時に、鉄粉表面に酸
化被膜の形成がないため、脱炭反応を律速する境膜がな
く、迅速な脱炭が可能となる。また、このようにして脱
炭された鉄粉を分圧比Ｐ□。／　Ｐ　Ｈ−を０．４未満
の流動化ガスで還元することによって、還元率９９．７
５％以上の極めて高品位の製品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の条件がもつ意義を具体的に表したグラ
フであり、第２図は本発明実施例で使用した脱炭処理装
置を示し、第３図はその実施例における炭素含有量及び
還元率の変化を示すグラフである。他方、第４図はステ
ィッキングが発生した場合の処理槽の内部状況を示し、
第５図はそのときの圧損の変化を表したグラフである。 特許出願人　　　　新日本製鐵　株式會社代理人　　手
掘　益（ほか２名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流動層内の温度を５５０〜８００℃に維持し、水素
   に対する水蒸気の分圧比を０．４以上とした流動化ガス
   を流動層に吹き込み含有炭素鉄粉を流動状態にすること
   を特徴とする含有炭素鉄粉の脱炭処理方法。 ２、流動層内の温度を５５０〜８００℃に維持し、水素
   に対する水蒸気の分圧比を０．４以上とした流動化ガス
   を流動層に吹き込み含有炭素鉄粉を流動状態で脱炭し、
   引き続き温度８００℃以下で水素に対する水蒸気の分圧
   比を０．４未満とした流動化ガスにより前記含有炭素鉄
   粉を還元することを特徴とする含有炭素鉄粉の脱炭処理
   方法。