JPS6340729A - 硫化第一鉄の製造方法 - 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、硫化第一鉄の乾式冶金製造に関する。

〔先行技術及び解決−しようとする問題点〕硫化第一鉄
はこれまで長い間、硫黄それ自体であってもよいしある
いは黄鉄鉱のような二硫化鉄であってもよい適当な硫黄
源と、適当な金属鉄源とを炉に装入し、炉を運転して硫
黄源と金属鉄源との溶融反応混合物を生成させ、前記反
応混合物中の硫黄あるいは二硫化鉄と金属鉄との間の反
応を行わせ、生成した溶融硫化第二鉄製品を炉から出湯
し、次に生成した不要なスラグな捨てることによって製
造してきた。

燃料油のような燃料の燃焼によって直熱する炉が最初に
使用され、またこの型の炉には不都合な点が伴っている
にも拘らず、上記したような硫化第一鉄の製造方法では
この型の炉が今日でもなお使用されている。炉の装入物
の中に存在する酸素または酸化物、ならびに燃焼ガス中
に存在する残留酸素は、かなりな程度に原料の硫黄部分
と反応して二酸化硫黄を生成するが、その許容放出レベ
ルは大抵の工業国では厳密に規制されている。二酸化硫
黄放出を規制することが必要なために、通常の直火型硫
化第一鉄製造炉から放出される煙道ガスを洗浄すること
が必要になる上、このようにして除去される硫黄の価格
を有用な形態で回収できる場合でも、このことが硫黄を
経済的に利用することを意味するものではない。さらに
炉の燃焼ガス中に酸素が存在するために、酸化第一鉄が
生成することがあり、それが存在すると英国特許明細書
第１２８１２８４号に記載されているように、炉のアル
ミナまたはシリカの内張りの摩耗を引起すことになる。

低い残留酸素濃度ではこの効果は著しくないかも知れな
いけれども、炉の内張りの摩耗をもたらす可能性のある
要因となる。

１９１６年の昔に、硫化第一鉄の製造における直火型炉
の使用に伴うこの問題は米国特許第１１６９０９５号明
細曹に記載され、その問題を避ける方法が提案されてい
る。その方法によれば、使用する硫黄資源は、溶融物上
にスラグの被覆を生成するに十分な量のシリカ質不純物
を含有する黄鉄鉱であった。スラグの効果は、炉の装入
物中に存在する酸素または酸化物との反応によって生成
する恐らくは二酸化硫黄の形での、溶融物表面からの硫
黄の損失を減らすためであった。使用する炉は、アーク
型の電気炉であった。そのような炉の中で装入物を急速
に溶融すると直ちにスラグが生成されるので、その過程
の初めから終りまでスラグは保護被覆として維持されて
いることができる。もし必要な厚さを有するスラグの被
覆を得るに足りるだけの不純物を含有する黄鉄鉱が入手
できないならば、砂または他のスラグ形成用の材料を装
入物に添加することによって、その不足分をある程度補
うことができる。しかしながら低品質の黄鉄鉱を原料と
して使用することが必要になると、より大量の原料を加
熱することのために、硫化第一鉄製品の単位当りの費用
効率は低下する。

〔問題点を解決するための手段〕

硫化第一鉄を製造するための新規な、即ち改良された方
法をこ〜に提供するが、その方法は、硫黄の資源と金属
鉄の資源との混合物より成る溶融物を炉中で生成させ、
硫化第一鉄を生成する硫黄資源と金属鉄資源との間の反
応を溶融物の中で起こさせると共にスラグ層を形成させ
、スラグ層を除去し、さらに溶融硫化第一鉄生成物を回
収することを包含する方法であって、炉が電気誘導炉で
あることが特徴とする方法である。

〔作　用〕

電気誘導炉の運転によって溶融物中に非常に大きなかく
はんが起るので、スラグ層は生成することができない。

上記に引用した米国特許明細書によってスラグの被覆が
重要な役割を果すという教示から、この特徴は誘導炉を
硫化第一鉄の製造に使用することを不適当にすると考え
ろｎるかも知れない。これに反して出願人は、新規なま
た期待しなかった利点、即ち炉からの二酸化硫黄の放出
が予期しなかった程小さいこと、および比較的純粋な硫
黄資源、例えば浮遊選鉱級の黄鉄鉱を使用でき、しかも
スラグ生成用材料を添加する必要のないことが、誘導炉
を使用することからでてくることを今や発見した。

黄鉄鉱、特に本発明によって好適である浮遊選鉱級材料
に通常見られる微粉砕黄鉄鉱は、処理が困難な材料であ
る。それはひとりで溶融することはなくて、溶体中でだ
け溶融する。さらに粉末は導電性で僅かに磁性があり、
後者の性質のために電気装置に対して特に侵食性であり
、さらに電気回路に短絡を生じ勝ちである。そのような
材料を電気誘導炉中で処理するのは明らかに極めて不適
当であるが、それは使用する電流密度が太き（またその
ような炉の中で流動性の大きい流体状態を保たなければ
ならないからである。それにも拘らず、黄験゛鉱はその
ような炉の中で５まく処理できること、特にある種の運
転上および構造上の特徴を利用すればうまく処理できる
ことが発見された。

黄鉄鉱の上述の特別な性質のために、電気誘導炉中でそ
れだけを加熱することはできない。

本発明の１つの重要な概念は、金属鉄の装入物を使用し
て必要な程度の熱の発生を達成する一方、鉄か不当に希
釈されて不当に温度低下が生じないように黄鉄鉱または
他の硫黄資源を導入し、さらに該添加を制御して時間に
よる炉の温度グラフが満足の行くようにすることである
。

好適には、本発明によって、金属鉄資源の少なくとも一
部、特に好適には大部分を炉の中に導入してそこで溶融
し、さらに黄鉄鉱または他の硫黄資源を鉄溶融物中に導
入する。添加するにつれて黄鉄鉱または他の硫黄資源は
容易に溶融物中に溶解し、また以下に詳細に記載するよ
うに温度制御を行うことができる。

黄鉄鉱が侵食をもっているために、炉の電気回路を取り
巻く雰囲気は、好適゛ｒは黄鉄鉱のダストがないように
、もしくは実質的にないように保つ。このことはコイル
およびそれに付随する回路が組込まれている炉の部分を
建物の内部に隔離するか、さもなければ炉が運転位置に
ある時は黄鉄鉱ダストの侵入に対して封止されている遮
蔽構造を用意することによって達成される。この建物ま
たは遮蔽構造の内部の空気からダストを除去するに適し
た手段もまた用意することができる。炉が溶融物を型へ
注加する段階にある場合には、建物または構造の内部を
曝らすことが必要になるかも知れないが、この時には黄
鉄鉱の供給機構は運転されていないので、一般の空気ｆ
過システムは存在するダストの量を容認できるレベルに
まで減らしている筈である。

炉は以下に述べるように比較的低い周波数で好適に運転
される。そのよ５な条件の下では反応混合物は均一に保
たれてスラグの生成はなく、また黄鉄鉱か溶融していな
い分離した相を形成する傾向は比較的小さいことが分っ
た。黄鉄鉱が炉口をブリッジングする傾向を示すことが
現われても、火かき棒またはそれに類似の道具を使って
防ぐことができる。

本方法に伴う二酸化硫黄の放出が小さいことは、本方法
の工程の藺に行われる装入添加物中に急速に加わる炉装
入物のか（はんに基づく、高い反応効率によるものであ
ろう。最初の炉装入物およびそれに続（添加物、例えば
黄鉄鉱添加物は、溶融すると容積が減少するので、連続
的にあるいは間欠的に装入物を増加する管理方式が、硫
化第一鉄生成物の装入物で炉を一杯にするために必要で
あることが分る。硫化第一鉄の生成の間、スラグ形成用
成分が残余の反応剤との混合物の中に保持されて存在す
ることもまた、硫化第一鉄生成物の不純物レベルに１つ
の効果をもつことができる。

本発明を実施する方法を、こ〜でさらに詳細に記載する
。

饋黄資源は黄鉄鉱、好適には浮遊選鉱黄鉄鉱のような高
品質黄鉄鉱であつで、約８５〜９８重量係のＦ　ｅ　Ｓ
　２　　含有量と１０係以下好適には５重廿係以下の７
リカおよび他のスラグ形成用不純物含有量とを有するも
の、もしくは他の適当な硫黄資源である。以下において
は他に記載がない限り、黄鉄鉱とは他の適当な硫黄資源
をも云うものと理解されたい。黄鉄鉱は好適には乾燥さ
れていて、例えば０゜５重量％以下の水、峙て好適には
０．２重量％以下の水を含有する。

金属鉄材料資源は、鉄屑または鋼屑であって、あらゆる
適当な物理的形状、例えば板層、中ぐり屑あるいは旋削
屑の形をしたものでよい。酸化物および炭素の含量が小
さいので、鋼が好適である。原料は、スラグ形成成分を
除いて計算して、約２５ないし３５重量％の硫黄を含む
生成物を与えるような割合で好適に使用される。

金属鉄に関連して使用される黄鉄鉱の量は、適当に調整
して希望する硫化第一鉄含有量を有する生成物を与えろ
ようにする。もし高い硫黄含有量を有する生成物が必要
ならば、スラグ中の黄鉄鉱のある程度゛の損失を補償す
るために、化学量論量を越えている量の黄鉄鉱、例えば
化学量論的の量を１０％も越える量さえ使用する必要か
ある。もし比較的低い硫黄含有量を有する人品を希望す
るならば、黄鉄鉱の化学量論量の５０％程度の量を使用
することもできる。多くの工業用生成物に対しては、黄
鉄鉱の化学量論的の量の約６０ないし約９５％を使用す
るのか好適である。

炉は通常の方法で好適に内張すされ、好適にはシリカま
たはアルミナの粉末あるいは適当な代替物を使用して、
後で炉装入物の一部となる鋼の型の後に突き込まれる。

好適には１種またはそれ以上の遷移金属酸化物または酸
化物生成用化合物、例えばクロムまたはジルコニウムの
酸化物、あるいはホウ素酸化物またはホウ素酸化物生成
用化合物をシリカまたはアルミナの粉末に少量、例えば
０．２％ないし５重量係以下添加して、本発明による使
用中の内張りの耐久性を改良する。次に炉に鉄資源を満
たして徐々に、例えば１ｎ−１５時間に亘つＹ１５５０
℃まで加熱して粉末を溶融する。次に生成した鉄溶融物
に黄鉄鉱を添加して本発明を実施する。好適には黄鉄鉱
の添加を炉への入力に関連させて調整し、炉装入物のか
くはんを続けながら炉内温度を添加中に１０９３℃の共
融温度に向けて冷却するように調整する。実質的な反応
完了時点である黄鉄鉱添加終了時の温度は、好適には共
融温度の約２００℃以内、特に好適には約１００℃以内
である。この温度降下を達成する速さは、ブリッジング
を生ずることなしに黄鉄鉱を炉装入物に添加する速さに
よって決まる。

電気誘導炉を運転する周波数は、好適には通常のレベル
よりも低い周波数に維持される。そのような炉は、１０
００　Ｈｚより僅か下の周波数で運転されることが多い
。しかしながら、本発明によって周波数は好適には６３
０　Ｈｚ　　以下、特に好適には１５０ないし３５０　
Ｈｚ　　の間、例えば非常に好適には黄鉄鉱の添加中に
２００ないし３００Ｈ２の間に維持さｎる。周波数選択
の問題は本発明の１つの重要な特徴であるが、それは周
波数が炉装入物のか（はんの度合に影響を及ぼすからで
あるが、所望の加熱効果を得るのに充分な高周波は維持
されるべきである。

好適にはかくはんの度合は、黄鉄鉱の導入中に実質的な
スラグの被覆の形成が妨げられる程度である。

所望量の黄鉄鉱を炉に添加し終ってから、炉への電力を
止めるかあるいは炉への電力を充分に下げてスラグを形
成させる。スラグを除去し、主として溶融硫化第一鉄よ
り成っていて、ある程度の残留不純物および多分残留す
る鉄を伴なっている残った装入物を、型の中に注ぐある
いはあげる。次いで次のサイクルが開始され、鉄資源装
入物を炉の中に導入し、炉を運転してそれを溶融し、さ
らにそれが溶融するにつれであるいはそれが溶融し終っ
た後に上記したようにして黄鉄鉱を添加する。溶融温度
もまた上記したように黄鉄鉱の添加中適切に即ち好適に
維持され、さらにスラグの形成と除去の段階および第１
サイクルの生成物の注入段階が繰り返えさ才′し　ろ　
。

本方法は上記したような仕方でサイクル的に操業され、
しかも多数回のサイクルに対して、例えば炉の内張りか
シリカの場合には約５０サイクルまで内張りを換える必
要はないが、その後に内張りを改める必要がある。

黄鉄鉱ケ連続的にあるいは間欠的に添加する必要がある
ので、好適には炉は上部を開いたま瓦で操業する。本過
程を上に教示したように制（財）すると、炉からの放出
量は非常に僅かなので、運転者の保護のための通常の排
煙を行えばこのことは４成されることが分る。例えば電
気訪導炉での生産操業からの最大の放出量は、１時間当
り２０〜４０に９のＳ量の間で変動し、−バッチの平均
の放出量は８−１５に９７時間のＳ量でτ−：゛−ラ、 ある。同じ装入重量を入れる直火の油燃焼炉に、ｌ゛ 対する対応する数値は、５ｏ−１２ｏＫｙ／時間のＳ量
の最高放出量範囲で、−バッチ平均放出量は１８．３　
Ｋ９７時間のＳ量であった。水含有量を０．１係以下に
まで乾燥した、硫黄５１係、鉄４６％、水４％を含む黄
鉄鉱と飛とを使用した生産運転において、ピークの放出
量はｓ５．２Ｋｙ／時間のＳ量、−バッチ平均は１２に
９／時間のＳ量であって、生成物は硫黄をベースにして
３１重量％に相当する８５重量％のＦｅ　Ｓ　２を含ん
でいた。この生成物は、金属として計算して５０　ｐｐ
ｒｎ重量部以下の鉛を含有していた。

本発明により放出物中の二酸化硫黄の割合を減少させる
ことができたたぬに、放出物の直接排出が可能になった
。例えば黄鉄鉱からのダストは、通常のダスト捕捉手段
によって空気から除去することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、硫黄資源と金属鉄資源との混合物より成る溶融物を
   炉中に形成させ、硫化第一鉄を生成するための硫黄資源
   と金属鉄との間の反応を溶融物の中で起させると共にス
   ラグ層を形成させ、スラグ層を除去して溶融した硫化第
   一鉄生成物を回収することによつて硫化第一鉄を製造す
   る方法であつて、炉が電気誘導炉であることを特徴とす
   る方法。 ２、金属鉄資源の少なくとも一部分を炉の中に導入して
   溶融し、硫黄資源をその鉄溶融物中に導入する特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 ３、硫黄資源の導入中、炉中の温度を溶融物の共融温度
   の２００℃以内に低下させる特許請求の範囲第２項記載
   の方法。 ４、硫黄資源を導入する間、炉を１５０〜６００Ｈｚの
   周波数で運転する特許請求の範囲第２項または第３項記
   載の方法。 ５、硫黄資源を導入する間、炉を１５０〜３５０Ｈｚの
   周波数で運転する特許請求の範囲第４項記載の方法。 ６、硫黄資源を導入する間、スラグ層の形成を妨げるよ
   うに炉を運転する特許請求の範囲第２項から第５項まで
   のいずれか１項に記載の方法。 ７、炉が、５重量％までの１種またはそれ以上の遷移金
   属酸化物またはホウ素酸化物を含有する、シリカの内張
   りを備える特許請求の範囲第１項から第６項までのいず
   れか１項記載の方法。 ８、硫黄資源が黄鉄鉱である特許請求の範囲第１項から
   第７項までのいずれか１項記載の方法。 ９、金属鉄資源が鋼屑または鉄屑である特許請求の範囲
   第１項から第８項までのいずれか１項記載の方法。 １０、硫黄資源と金属鉄資源との割合が硫黄として計算
   して２５〜３５重量％の硫化第一鉄を含有する生成物を
   与える割合である特許請求の範囲第１項から第９項まで
   のいずれか１項記載の方法。