JPH04128308A

JPH04128308A - 直接製鋼法

Info

Publication number: JPH04128308A
Application number: JP25080690A
Authority: JP
Inventors: Ryoda Sato; 佐藤　亮拿; Kichinosuke Shoji; 荘司　吉之助
Original assignee: BANYOU KOGYO KK; Manyo Kogyo KK
Current assignee: BANYOU KOGYO KK; Manyo Kogyo KK
Priority date: 1990-09-18
Filing date: 1990-09-18
Publication date: 1992-04-28
Anticipated expiration: 2015-04-10
Also published as: JP3029854B2

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〕この発明は鉄鉱石または酸化鉄を還元して鋼組成の溶鉄
を得る直接製鋼法に関するものである。

〔従来の技術〕

現在、製鋼法の主流としては鉄鉱石を溶鉱炉でコークス
を使用して還元し、まず溶融銑鉄を得、次に転炉等でこ
れを酸化脱炭して純度の高いＦｅからなる溶鋼を得るよ
うにしている。

また、他の方法として、天然ガスを改質した水素及び−
酸化炭素を主成分とする還元性ガスを使用してシャフト
炉等の炉中で鉄鉱石を加熱還元して還元鉄を得る直接製
鉄法がある。

さらに、他の方法として、プラズマ炉に粉状鉄鉱石を供
給し、天然ガスと水素の混合ガスをプラズマ発生ガスと
して上記粉用鉱石を加熱、溶融。

還元して高品位（例えばＣ＝０．０１％、　　Ｓ＝０．
０１％。

Ｐ　＝　０．００５％、５ｉ＝０．０１％）の溶鉄を得
ている。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかるに、溶鉱炉でコークスを使用して鉄鉱石を還元す
ると鉄生成以外の副次反応か起こり鉄中に炭素その他の
不純物か入る。従って次の製鋼工程において、この炭素
を除去するために酸化の過程か必要で、さらに出鋼に際
しては、鉄鉱石中の不純物、即ちＳｉ、Ｍｎ、　さらに
コークス中にもあるＰ、　　Ｓ等の除去のために、脱酸
による清浄化を行う、即ちＡＩ、Ｃａ等を加えることに
より酸素を除去する工程を設けることを必要とする。こ
のため製造工程の短縮化と、溶鉱炉用コークスの製造に
必要な強粘結炭等の資源の問題やエネルギー問題等から
、鉄鉱石から１回の工程てＦｅの純度の高い溶鋼を得る
直接製鋼法か注目されている。

また砂鉄等の純良鉱石を使用する小規模生産ではむしろ
直接製鋼法が適している場合かある。

また上記還元性ガスを使用した直接製鉄法による還元鉄
の製造では、還元時に脈石を溶融状態ての比重分離によ
り分離する。いわゆる脈石のスラグ化による分離（これ
は通常石灰石（ＣａＣＯ３）を９００°Ｃで分解してＣ
ａＯとし、これを５ｉ０２等と結合させて極めて溶けや
すいガラス質のスラグとし分離する。）か不可能（直接
製鉄法では鉄鉱石材料か固体状態にあり、溶けていない
のてこのような方法による分離かできない。）なだめ、
原料鉱石として鉄分６５％以上の精鉱を用いる必要かあ
り、さらに得られる製鋼用還元鉄の金属化率、即ち全体
に対するＦｅの重量比も９０％近辺にすぎない（あとは
ＦｅＯとなっている）。

またこの方法は大量生産には向かず、天然ガス資源に恵
まれない地域での企業化には大きな困難があった。

また、この直接製鉄法では、スポンジ状の粒鉄。

あるいはつぶつぶの軽石状の粒鉄しかできず、これは製
鋼の原料として使用するもので、やはり２段階の処理か
必要となるものであった。

さらに、プラズマ炉による鉄鉱石の還元製錬では、アル
ゴン、水素等の高級ガスを消費するため、経済上の問題
かあった。また、十分高品位の鋼を製造できるものの、
原料を微粉にして一定速度でプラズマの最高温度部に導
入する技術を必要とし、さらにはプラズマ形成ガスの回
収再利用に問題かあって実用化には至っていない。また
鉄鉱石も一定粒度の微細粉に調整する必要かあった。

この発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので
、原料鉄鉱石の厳密な粒度管理やペレット化等の前処理
を必要とせず、特別な還元性雰囲気調整を行うことなく
、高温で製錬することによって高純度の溶鋼を容易に得
ることのてきる直接製鋼法を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明にかかる直接製鋼法は、多数の電極の各々に多
相交流電源の各相電圧を印加して各電極間に複数のアー
ク放電を発生させるとともに、非移行性プラズマアーク
を多数電極の集束する電極先端部より噴射させ、該アー
クを、炉床上の鉄鉱石に噴射させ、あるいは該アーク中
に粉状鉄鉱石または酸化鉄粉を供給することによって鉱
石等を高温に加熱、溶融、還元して直接に鋼組成の溶鉄
を得るようにしたものである。

また、第２の発明にかかる直接製鋼法は、電極に黒鉛を
用い、空気中でアーク放電するようにしたもので、これ
により黒鉛の酸化によって生じた一酸化炭素ガスはアー
ク気圏に高濃度に存在し、高温に加熱されて一部プラズ
マ状態となり、極めて還元性に富むアークを形成する。

従って一般のプラズマアークのように発火と還元性付与
のためにアルゴン、水素、−酸化炭素等のプラズマ形成
ガスを送入することは全く不必要で、大気中で鉄鉱石等
を容易に還元することかでき、設備装置費や操業費か安
価で極めて経済的である。

また、第３の発明にかかる直接製鋼法は、多相電極の逆
円錐状に集束する電極下端の中央上部に粉状鉄鉱石と石
灰等のフラックスの混合物を供給するようにしたもので
、これにより鉱石等か多相電極の集束する電極先端部の
空隙部分を通過し、最高温熱流のアーク中心を貫流して
その加熱、溶融、還元処理か効果的に行われる。

また、第４の発明にかかる直接製鋼法は、炉床を塩基性
耐火物で構築し、塩基性フラックスをライニングしたも
のである。これにより、原料鉱石中に少量（約５％重量
）の炭素粉を加えると鉱石の還元は加速され、過剰に加
えると溶鉄中の炭素及びけい素の含有量か高くなり、ま
た、鉱石脈石中のけい酸（ＳｉＯ□）の還元は石灰（Ｃ
ａｂ）。

マグネシア（ＭｇＯ）等の塩基性フラックスの添加と炭
素粉の使用制限で抑えられるものであるところ、上記塩
基性フラックスの使用は高温における脱硫効果（ＣａＯ
かＣａＳとなり、スラグとなってＦｅとは分離する。）
を著しくし、溶鉄中の硫黄含有量を低くすることかでき
る。

Ｃ作用〕本発明においては、原料鉄鉱石の厳密な粒度管理やペレ
ット化等の前処理を必要とせず、また特別な還元性雰囲
気調整を行うことなく、高温に加熱、溶融、還元するこ
とによって純度の高い溶鋼を得ることかできる。しかも
、低炭素、低けい素。

低硫黄の良質鋼溶湯か鉄鉱石の還元で直接得られ、原料
鉱石か銅、錫等の含有の少ない砂鉄や酸化物の場合は、
特別の用途に用いることのできる純良鋼を製造すること
かできる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は本発明の第１の実施例による直接製鋼法を実施
するための製錬炉の概要説明図である。

図において、多相多電極プラズマアーク発生装置８は６
本の黒鉛電極１．　２．　３．　　ＩＡ、　　２Ａ、　
　３Ａと三相交流電源７とよりなる。６本の上記電極は
逆円錐形状を形成するよう、かつ、電極先端部９て収束
するよう、上方から見て等角度（６０゜間隔）で放射状
に並んでいる。各電極は電極送り機構（図示省略）によ
って進退自在となっており、電極の消耗に対して調整さ
れる。

また、７は３相交流電源、４．　５．　６は３相交流出
力の電流出力を調整するシリコン制御整流素子あるいは
りアクドル等により形成されている電流調整装置、１０
は６本の黒鉛電極１．　２．　３゜ＩＡ、２Ａ、３Ａの
間で複数のアークか得られると同時に、電極先端部９て
下方に向けて噴出するように得られる、非移行性プラズ
マアーク、１２は補助還元剤としての黒鉛、塩基性フラ
ックスとしての石灰、マグネシア等を添加した原料鉄鉱
石である。１１は坩堝である。

ここで、本多相多電極プラズマアーク発生装置により発
生されるマルチアークは、以下の特色を有するものであ
る。

■　大気中、各種ガス雰囲気中、液体中、真空中（約１
０−２Ｔｏｒｒ）を問わずマイナス電子イオンを帯びた
超高温のアークか発生する。

■　スイッチＯＮと同時に４０００″Ｃ以上の熱源か得
られるため、高融点の鉱石等でも速やかに溶融すること
ができる。

■　電極先端に回転磁界か発生するため、溶鉄。

スラグ等の攪拌作用が期待でき、精錬効果か優れる。

■　３の倍数で相数、電極数を増やすことかて゛き、か
つ電極径を太くするとともに負荷電流を増大することに
より、大容量の製鋼も可能となる。

■　３相、６相等の多相交流を用いており、各相の合計
電流値は常に０となり、アース線か不要の為、アークは
対極を必要としない非移行性のものとなり、従って非導
電性の鉱石等に対しても直接照射することかできる。

■　複数の電極の中心部にニュートラル電極を設けるこ
とにより、さらに強力なプラズマアークか発生する。

■　上記のニュートラル電極を設けるかわりに、この中
心部から溶剤またはガス等を放出することもてきる。

次に動作について説明する。

第１図の装置において、電流調整装置４，５゜６からの
３相交流電源７出力（各相出力をそのままかけてもよい
か、アークの強さ加減を調節したいときは各相出力の位
相を若干調整する。）の各相出力を、電極１．ＩＡ、電
極２，２Ａ、電極３゜３Ａにそれぞれ供給すると、該計
６つの電極相互間に複数のアーク、即ちマーＸ７Ｙアー
クが発生するとともに、これらの電極先端部９より非移
行性プラズマアークｌＯが噴射される。このプラズマア
ークか照射される位置に、坩堝１１に収容して被処理物
である補助還元剤としての黒鉛、フラックスとしての石
灰、マグネシア等を添加した原料鉄鉱石１２を置いてお
くと、該原料鉄鉱石１２は約４．０００°Ｃの超高温に
加熱、溶融、還元され、高温溶融された鋼組成の溶鉄が
生成される。

また、第２図は本発明の第２の実施例を示し、これは多
相交流プラズマアーク１０に対し、その多数電極の集束
する中央部に、粉状鉱石等を供給する機構を付加し、鉱
石粉等か最高温熱流のアーク中心を貫流して効果的に加
熱、溶融、還元されるようにした製錬炉の概要説明図で
ある。

すなわち、装入口１３に装入された鉱石粉１２は、基底
にある定量供給装置１４によって装入とい１５から送入
管１６を通過してアーク先端部９の中心に上方から供給
される。そして、上記プラズマアーク１０の中心に導入
され、その最高温熱流を通過する間に上述のように鉱石
は加熱、溶融。

還元され、さらにこれはアーク先端にある塩基性耐火物
で構築し、ライニングして塩基性フラックスを使用した
耐火材障壁１７に当たって完全に還元処理されて溶鉄と
なり、炉床湯溜まり１８に溜まる。

以上のように上記２つの実施例では、多相多電極アーク
発生装置を用い、多数の電極に多相交流電源の各相電圧
を印加してアーク放電させ、アーク電流により生じた磁
場の作用で電極間に生成したプラズマアークを電極の先
端より噴出させ、更に、噴出するプラズマアークは多相
交流によって生じた回転磁場によって攪拌作用か付加さ
れるか、このようにして生じたプラズマアークは非移行
性のものであり、そのプラズマアークを、補助還元剤と
しての黒鉛と、石灰なとのフラックスとを混合した、石
灰質炉床上の鉄鉱石に噴射させ、あるいは該アーク中に
粉状鉄鉱石または酸化鉄粉を供給するようにしたので、
原料鉄鉱石の厳密な粒度管理やペレット化等の前処理を
必要とせず、また特別な還元性雰囲気調整を行うことな
く、鉱石等を高温に加熱、溶融、還元して直接に鋼組成
の溶鉄を得ることかできる。

また、電極に黒鉛棒を用い、空気中でアーク放電すると
、黒鉛の酸化によって生じた一酸化炭素ガスはアーク気
圏に高濃度に存在し、高温に加熱されて一部プラズマ状
態となり、極めて還元性に富むアークを形成する。従っ
て一般のプラズマアークのように発火と還元性付与のた
めにアルゴン。

水素、−酸化炭素等のプラズマ形成ガスを送入すること
は全く不必要となり、大気中で鉄鉱石等を容易に還元す
ることかでき、設備装置費や操業費も極めて安価となり
、極めて経済的である。

また、多相電極の逆円錐状に集束する電極下端の中央上
部に粉状鉄鉱石と石灰等のフラックスの混合物を供給す
ると、多相電極の集束する電極先端部の空隙部分を通過
し、最高温熱流のアーク中心を鉱石等が貫流して加熱、
溶融、還元処理か効果的に行われる。

また、原料鉱石中に少量（約５％重量）の炭素粉を加え
るど鉱石の還元は加速されるか、過剰に加えると溶鉱炉
を使用した場合と同して溶けた鉄か炭素と触れて吸炭し
、ＳｉＯ２とＣか反応してＳｉとＣＯになり、溶鉄中の
炭素及びけい素の含有量か高くなる。このような鉱石脈
石中のけい酸の還元は石灰、マグネシア等の塩基性フラ
ックスの添加と炭素粉の使用制限で抑えることかでき、
またこの塩基性フラックスの使用は高温における脱硫効
果か著しく、溶鉄中の硫黄含有量は低くなる。したかっ
て炉床は塩基性耐火物で構築し、塩基性フラックスをラ
イニングしておくことにより、溶鉄中の硫黄含有量か低
いものか得られる。

かくして低炭素、低けい素、低硫黄の良質鋼溶湯が鉄鉱
石の還元で直接得られ、原料鉱石か銅。

錫等の含有の少ない砂鉄やその酸化物の場合は、特別の
用途の純良鋼を製造することかできる。

（実施例１）使用した原料砂鉄の化学組成は、（ここで、ＴＦｅはＦｅＯとＦｅ２ｅｓの中の鉄分の比
（計算値）でトータル鉄という。）この砂鉄１ｋｇに補助還元剤として黒鉛粉５０ｇ、造滓
剤（フラックス）として生石灰１２０　ｇ＋マグネシア
３０ｇ、アルミナ２０ｇを添加混合し、これを石灰質不
定形耐火物でライニングした製錬炉の処理部炉床に装入
し、φ１３黒鉛電極６本を備えた第１図に示す多相多電
極プラズマアーク発生装置を使用してアーク照射し加熱
、溶融、還元した。

照射条件は電力水準７５ｋｗｈで同一条件での間欠的操
業第３回目（１回目、２回目はウオーミングアツプの意
味をもつ）における照射時間は１００秒である。その後
冷却凝固させ第３回目操業では鋼片５４８ｇを得た。従
って鉄の還元回収率は５４８／　（１，０００Ｘｏ、６
０２）＝　９１％で電力原単位は３，８００ｋｗｈ／ｌ
ｏｎ鉄てあった。

得られた鋼片の分析値は、次の通りである。

ここて、この分析値には原料破鉄中のＡｆ２０ｓ　、Ｍ
ｇＯ，ＴｉＯ２，Ｖ２０に中のＡ１．　Ｍｇ。

Ｔｉ、Ｖか見られないか、これらは高温溶融時に完全に
分離され、スラグとなって除去されたものである。

（実施例２）第２図に示す粉状鉱石等を供給する機構を備え、鉱石等
がアーク中心部を貫流し耐火材障壁に当たって還元処理
される装置を使用し、実施例１と同一配合の砂鉄原料を
用いて操業した。

鉱石配合物は定量供給装置１４によって２０ｇ／秒の流
量で１分間送入した。その後なお４０秒間アークを照射
し続けた。照射条件は電力水準７５ｋｗｈで、得られた
鋼片は５５３ｇであった。

従って鉄の還元回収率は５５３　／　（１，０００Ｘｏ、６０２）＝　９２％で
、得られた鋼片の分析値は、次のとおりである。

二こで、Ａｆ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ等が見られないのは（実
施例１）と同様の理由による。

電力現単位は３７８７ｋｗｈ／ｌｏｎ鉄てあった。しか
しこれは操業時間の延長によってさらに低下できると考
える。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明にかかる直接製鋼法によれば、多
相の電極の各々に多相交流電源の各相電圧を印加して各
電極間に複数のアーク放電を発生させるとともに、非移
行性プラズマアークを多相電極の集束する電極先端部よ
り噴射させ、該アークを補助還元剤としての黒鉛と石灰
なとのフラックスを混合した石灰質炉床上等の鉄鉱石に
噴射させ、あるいは該アーク中に粉状鉄鉱石または酸化
鉄粉を供給することによって鉱石等を高温に加熱。

溶融、還元して直接に鋼組成の溶鉄を得るようにしたの
で、低炭素、低けい素、低硫黄の良質鋼溶湯が鉄鉱石の
還元で直接得られ、また原料鉱石か銅、錫等の含有の少
ない砂鉄や酸化物の場合は特別の用途の純良鋼を製造す
ることができる効果かある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例による直接製鋼法を実
施する、多相交流プラズマアーク発生装置を用いた間欠
式処理炉の概要説明図、第２図はこの発明の第２の実施
例による直接製鋼法を実施する、多相交流プラズマアー
ク発生装置を用いた連続式処理炉の概要説明図である。図において、１．ＩＡ、２．２Ａ、３．３Ａは電極、７
は三相交流電源、４．５．６は電流調整装置、８は多相
交流プラズマアーク発生装置、９は電極先端部、ｌＯは
プラズマアーク、１２は原料鉄鉱石、１３は装入パイプ
、１１は坩堝、１７は耐火物障壁（処理部炉床）、１８
は炉床湯溜まりである。なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）多数の電極の各々に多相交流電源の各相電圧を印
加して各電極間に複数のアーク放電を発生させるととも
に、非移行性プラズマアークを電極先端部より噴射させ
、該アークを鉄鉱石または酸化鉄に照射させ、あるいは
該アーク中に鉄鉱石粉または酸化鉄粉を供給することに
よってこれらを加熱、溶融、還元して鋼組成の溶鉄を得
ることを特徴とする直接製鋼法。
（２）上記非移行性プラズマアークは、黒鉛電極の酸化
によって生じる強還元性を有するものであることを特徴
とする請求項１記載の直接製鋼法。
（３）鉄鉱石粉または酸化鉄粉を多数電極の集束するプ
ラズマアークの最高温熱流が通過する中心部に導入する
ようにしたことを特徴とする請求項１記載の直接製鋼法
。
（４）上記プラズマアークが照射され、鉄鉱石または酸
化鉄をその上に載置する炉床は、塩基性耐火物で構築し
、塩基性フラックスをライニングしたものであることを
特徴とする請求項１記載の直接製鋼法。