JPH10317032A

JPH10317032A - クロム鉱石の溶融還元方法

Info

Publication number: JPH10317032A
Application number: JP6654398A
Authority: JP
Inventors: Hideji Takeuchi; 秀次竹内; Kimiharu Aida; 公治会田
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1998-03-17
Publication date: 1998-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】上底吹き機能を有する転炉型溶融還元炉を用
いてクロム還元歩留と炭材歩留の向上を可能にするクロ
ム鉱石の溶融還元方法を提案する。【解決手段】上底吹き機能を有する転炉型溶融還元炉
にクロム鉱石を炭素含有物質とともに添加し、上底吹き
で酸素を供給することによりクロム含有溶湯を溶製する
際に、炉内スラグの見掛け比重を添加する炭素含有物質
の真比重より小さく調整する。添加する炭素含有物質
は、粒径３mm以上および／または熱崩壊性を有するもの
を使用するのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クロム鉱石に炭素
含有物質を添加してクロム鉱石を溶融還元するクロム鉱
石の溶融還元方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ステンレス鋼の溶製はクロム鉱石
等を電気炉にて炭素還元して製造したフェロクロムを用
いて行われているが、高価な電力を使用するためフェロ
クロムのコストが高く、その結果、ステンレス鋼の製造
コストが高いものとなっている。この問題を解決するた
めに、クロム鉱石を予備還元した半還元クロムペレット
を上底吹き転炉を用いて、電力を使わずに炭素還元して
クロム含有溶湯を溶製する方法が従来から知られてい
る。またそれをさらに進めてクロム鉱石を直接還元して
クロム含有溶湯を得る方法も提案されている。（特開昭
58-9959 号公報、特開昭55-91913号公報参照）また、特開平7-41872 号公報には、熱崩壊性のある炭材
を用いて、炭材にメタル粒が付着することを防止するこ
とによりメタルロスを低減するとともに、還元反応速度
を増大させる方法が開示されている。

【０００３】また、特開平1-195212号公報には、鉄浴式
溶融還元炉において、１mm以下の炭材をスラグ内に吹き
込む際に、スラグの嵩比重を0.5 〜1.5 に維持する方法
が示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】半還元クロムペレット
の溶融還元法は、クロムペレット製造のための設備が必
要となり、直接クロム鉱石を溶融還元する方法に比べて
コストが高くなるという問題があった。一方、クロム鉱
石の溶融還元法は、半還元クロムペレットを用いた従来
法に比べて、同一クロム量当たりの酸化物（Cr₂O₃, Fe
O）の投入速度が大きくなるため、単位時間当たりのク
ロム還元量を従来法と同一にするためには還元反応速度
を大きくしなければならないという問題がある。これに
対しては、主たる還元反応界面である炭素含有物質表面
積を増やすことが効果的であるが、従来と同一の炭素含
有物質を用いた場合には炭素含有物質添加量の増加が必
要となる。この炭素含有物質添加量の増加は、添加量の
増加自体がコストアップの要因となるばかりでなく、処
理後のスラグ中に炭素含有物質が残留することとなり、
スラグの再利用に悪影響を及ぼす点からも有害で、クロ
ム鉱石の溶融還元法のメリットを大きく減殺する。

【０００５】本発明は、上記した問題を有利に解決し、
高い炭材歩留が得られるクロム鉱石の溶融還元方法を提
案することを目的とする。上記の目的は粒径の微細な炭
材の使用により解決可能ではあるが、この種の微細な炭
材の使用に当たってはその添加歩留りが低く、ダスト発
生量が増大するという問題があった。これに対して特開
平7-41872 号公報では、炭材表面温度が800 ℃以下の状
態で、スラグあるいはメタルに到達するように投入方法
を調整することにより、炭材の熱崩壊前にスラグ中ある
いはメタル中に巻き込ませる方法が開示されている。

【０００６】しかし、本発明者らが炭材投入高さを変化
させて実験を行ったところ、表面温度800 ℃以下を保て
る条件の下でも炭材の歩留りには変化がなく、単に排ガ
ス流量の増加に合わせて炭材歩留りが低下する傾向が見
られた。また、実験中の炉口付近には炉内圧力の脈動に
伴って炭材粉の吹き出しが認められ、また、実験後の炉
内の観察およびスラグのサンプリング結果からはスラグ
上部に多量の炭材の存在が認められた。

【０００７】これらの結果から、炉内に投入された炭材
の一部はスラグおよびメタル中に巻き込まれるものの、
その大部分はスラグ上に浮いているかあるいは炉内の空
間に懸濁しているものと推定された。このため、投入途
中に熱崩壊をさせないような処置を行った場合にも炭材
の飛散が減少しないものと考えられる。このように、熱
崩壊する炭材を添加する方法には添加歩留りが低いとい
う問題がある。

【０００８】一方、特開平1-195212号公報に示された方
法は、粒径が１mm以下の微粉炭を溶融還元炉の製錬に利
用するため、泡立たせたスラグ中に微粉炭を直接吹込む
方法である。スラグ中に微粉炭を直接吹込むには、同公
報に明記されているように炉体の側面にノズルを設ける
必要がある。しかし、炉体の側面にノズルを設置するこ
とは、炉内内張り耐火物への負担を大きくし炉寿命を著
しく低下させる。さらに、製錬中には、炉内の溶融鉄と
溶融スラグが激しく揺動しているため、炉体側面に設置
したノズルの出口圧力は大きく脈動し、安定した吹込み
が継続できない。また、炉内の溶融鉄と溶融スラッグの
揺動が極端な場合には、ノズル先端がスラグから露出
し、吹き込まれた微粉炭が炉内空間に吹き抜けてしまう
という問題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、転炉を用
いた溶融還元工程におけるクロム還元歩留と炭材歩留の
向上を目的に、鋭意検討した結果、炭材飛散率はスラグ
の見掛け比重に大きく影響され、スラグの見掛け比重を
ある値以下に制御することにより炭材歩留が飛躍的に向
上することを知見した。

【００１０】まず、本発明の基礎となった実験について
説明する。本発明者らは、５ton 試験転炉で、転炉にク
ロム鉱石と、炉に投入時細粒化する熱崩壊性の炭素含有
物質とを添加し、上底吹きで酸素を供給してクロム鉱石
の溶融還元処理を行った。なお、添加した炭素含有物質
は、比重の異なる３種類とし、炭素含有物質の比重の影
響について検討した。

【００１１】まず、この処理の際、転炉から飛散したダ
ストを分析し、その１例を表１に示す。

【００１２】

【表１】

【００１３】ダストは、主として炭素含有物質起因の炭
素(T.C) とメタル起因の鉄(T.Fe 、M.Fe) 、鉱石起因の
クロム(T.Cr)により構成されており、スラグ起因のCaO
、SiO₂の比率は極めて少ない。このことから、スラグ
の飛散がほとんど生じないことを示している。また、炭
素含有物質は、一旦スラグに巻き込まれれば飛散しない
か、スラグに巻き込まれたものはスラグと分離したのち
飛散するものと推定できる。

【００１４】さらに、添加した炭素含有物質の飛散率を
調査したところ、図１に示すように、添加した炭素含有
物質の飛散率はスラグの見掛け比重と強い相関のあるこ
とを知見した。すなわち、スラグの見掛け比重が炭材の
真比重と等しい点を境としてスラグの見掛け比重が大き
くなると飛散率が増加する。また、投入時の粒径が炉口
排ガス流速によって逸散する臨界粒径より大きい場合に
は、炭素含有物質の粒径分布は、炭素含有物質の飛散率
には大きく影響しないことを知見した。さらに、スラグ
の濡れ性も、炭素含有物質の飛散率には大きくは影響し
ないという知見も得た。

【００１５】本発明は、上記した知見をもとに構成され
たものである。すなわち、本発明は、上底吹き機能を有
する転炉型溶融還元炉にクロム鉱石を炭素含有物質とと
もに添加し、上底吹きで酸素を供給することによりクロ
ム含有溶湯を溶製するクロム鉱石の溶融還元方法におい
て、前記転炉型溶融還元炉内に存在するスラグの見掛け
比重を前記炭素含有物質の真比重より小さく調整して溶
融還元することを特徴とするクロム鉱石の溶融還元方法
である。

【００１６】また、本発明では、前記炭素含有物質とし
て粒径３mm以上のものを使用するのが好ましく、また、
前記炭素含有物質として熱崩壊性のものを使用するのが
好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明では、上底吹き機能を有す
る転炉型溶融還元炉を用いる。転炉にクロム鉱石を炭素
含有物質とともに添加し、上底吹きで酸素を供給するこ
とにより炭素含有物質を燃焼し、その燃焼熱でクロム鉱
石の溶融と還元を行い、クロム含有溶湯を溶製する。こ
こで、炭素含有物質は炉上から添加する。

【００１８】上底吹き転炉の使用は、上底の両方から大
量の酸素ガスを供給し高生産性の溶融還元を可能にし、
また、底吹きガスによる強力な攪拌によりスラグ中の金
属酸化物の還元反応速度を高める意味からも有効であ
る。本発明では、炭素含有物質は、炉上から添加する。
これにより、炉側壁にノズルを設ける等の特別な吹込み
設備の設置を必要とせず、炉内耐火物の負荷も少なく、
また吹込みの不安定や、吹き抜けなどの問題もなく、安
定して炭素含有物質を吹込める。

【００１９】本発明では、転炉型溶融還元炉内に存在す
るスラグの見掛け比重を、添加する炭素含有物質の真比
重より小さく調整して溶融還元処理を行う。スラグの見
掛け比重の調整は、ランス高さを調節して、スラグフォ
ーミングを調節する方法や、残留炭材量の調節、スラグ
成分の調節等が好適である。スラグの見掛け比重が添加
する炭素含有物質の真比重より大きい場合には、スラグ
中に炭素含有物質が巻き込まれにくく、炭素含有物資の
飛散率が増大するという不都合がある。このため、スラ
グの見掛け比重は、添加する炭素含有物質の真比重より
小さく調整する。

【００２０】本発明では、添加する炭素含有物質とし
て、粒径３mm以上のものを使用するのが好ましい。吹込
む炭素含有物質の粒径が３mm未満では、添加した炭素含
有物質の終末速度が炉口における排ガスの流速より小さ
い場合には、添加した炭素含有物質が排ガスとともに炉
外に散逸する。吹込む炭素含有物質の粒径が３mm以上で
あれば、通常の操業条件では、添加した炭素含有物質の
終未速度は炉口における排ガスの流速より大きくなり、
炭素含有物質の炉外への散逸を防止できる。

【００２１】一方、炭素含有物質として、粒径の大きな
ものを使用すると、スラグとの反応界面積が小さくなり
クロム鉱石の還元不良が懸念されるため、本発明では、
炭素含有物質として熱崩壊性のものを使用するのが好ま
しい。熱崩壊性を有する炭素含有物質とすることによ
り、スラグに侵入した炭素含有物質はスラグ中で熱崩壊
し粒径の小さい粒子へと分解する。これにより、スラグ
と炭素含有物質との反応界面積が増加し、クロム鉱石の
還元不良が防止できる。本発明では、スラグの見掛け比
重を添加する炭素含有物質の真比重より小さく調整して
おり、これにより、熱崩壊して小さな粒子となった炭素
含有物質も、飛散することなくスラグ中に残留すること
ができるようになる。

【００２２】

【実施例】５ton 規模の上底吹き機能を有する転炉型溶
融還元炉を用いてクロム鉱石の溶融還元を行った。粒径
５〜25mmで真比重1.60の熱崩壊性を有する炭素含有物質
を用いた。操業は底吹き酸素流量３Nm³/min 、上吹き酸
素流量17Nm³/min として上底吹きすることにより行っ
た。なお、操業中は、ランス高さの調節により、スラグ
のフォーミングを制御し、スラグの見掛け比重を1.20±
0.05の範囲に調整し、実施例とした。また、スラグの見
掛け比重を1.80±0.10の範囲に調整し、比較例とした。
添加した炭素含有物質量の添加歩留（炭材歩留）を表２
に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】炭素含有物質の熱崩壊性については、吹錬
中にスラグのサンプルを採取し、残留炭材の粒度分布を
測定して確認した。なお、スラグ中の残留炭材の粒度分
布を図２に示す。真比重1.6 の炭材の終末速度および炉
内の排ガス流速からは、粒径３mm以下の炭材が飛散可能
となるが、試験No.1（実施例）では、残留炭材の約90％
はこの範囲に含まれている。一方、比較例（試験No.2）
では、炭素含有物質が熱崩壊して微細化しているが、全
体として試験No.1（実施例）に比較して大径側にずれて
いる。これは、スラグへの巻き込みが十分に進行せず、
小径の炭材が飛散したためと考えられる。

【００２５】表２から、本発明の範囲内で操業した実施
例（試験No.1）では、炭素含有物質の添加歩留は99％と
高いのに対し、本発明の範囲を外れた比較例（試験No.
2）では、炭素含有物質の添加歩留は88％と著しく低い
値となっている。このように、炉内のスラグの見掛け比
重を添加炭素含有物質の真比重より小さく調整すること
により、炭素含有物質のスラグへの巻き込みが促進さ
れ、高い炭材歩留りが達成できる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、炭素含有物質の高い添
加歩留が得られ、産業上多大の効果を奏する。本発明で
は、炉内に存在するスラグの見掛け比重を炭素含有物質
の真比重よりも小さくすることにより、炭素含有物質の
高添加歩留を得るもので、実際の操業への適用にあたっ
ては、炭素含有物質の種類は予め決まっており、スラグ
の比重をその炭素含有物質の比重に合わせて調節するこ
とが必要になるが、この比重調節法としては、ランス高
さの調節、残留炭材量の調節、スラグ成分の調節等が考
えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】炭材飛散率とスラグの見掛け比重との関係を示
す図である。

【図２】スラグ中残留炭材の粒径分布を示すグラフであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上底吹き機能を有する転炉型溶融還元炉
にクロム鉱石を炭素含有物質とともに添加し、上底吹き
で酸素を供給することによりクロム含有溶湯を溶製する
クロム鉱石の溶融還元方法において、前記転炉型溶融還
元炉内に存在するスラグの見掛け比重を前記炭素含有物
質の真比重より小さく調整して溶融還元することを特徴
とするクロム鉱石の溶融還元方法。
【請求項２】前記炭素含有物質として粒径３mm以上の
ものを使用することを特徴とする請求項１に記載のクロ
ム鉱石の溶融還元方法。
【請求項３】前記炭素含有物質として熱崩壊性のもの
を使用することを特徴とする請求項１または２に記載の
クロム鉱石の溶融還元方法。