JP2595549B2

JP2595549B2 - Ｃｒ原料の溶融還元法

Info

Publication number: JP2595549B2
Application number: JP62201002A
Authority: JP
Inventors: 治良田辺; 正弘川上; 謙治高橋; 克博岩崎; 茂井上
Original assignee: 日本鋼管株式会社
Priority date: 1987-08-13
Filing date: 1987-08-13
Publication date: 1997-04-02
Anticipated expiration: 2012-04-02
Also published as: JPS6447832A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、Cr鉱石やCr鉱ペレツト等のCr原料の溶融還
元方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、ステンレス鋼等の高Cr鋼は、Cr鉱石から製造さ
れたフエロクロムを原料として溶製されてきた。このよ
うな従来の方法に対し、最近、省エネルギー、低製造コ
ストの観点から、Cr鉱石等のCr原料（以下、Cr鉱石を例
に説明する）から直接高Cr溶銑を得る、所謂溶融還元法
が注目を集めている。この溶融還元法は、還元炉にCr鉱
石、炭材等を投入し、Crを還元して直接高Cr溶銑を得る
ものである。

この溶融還元法として、従来いくつかの方式が提案さ
れているが、そのうちの１つとして、ランスからのO₂上
吹きとともに、底吹き羽口からO₂、横吹き羽口からN₂を
それぞれ吹き込む方法、或いはランスからのO₂上吹きと
ともに、底吹き羽口からO₂、横吹き羽口からO₂及びN₂を
それぞれ吹き込む方法が知られている。例えば、後者の
例としては特開昭61−279608号をあげることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、これら従来の方法はいずれもCrの還元速度が
小さく、処理に時間がかかるという大きな問題がある。
この背景には以下のような点をあげることができる。

従来、炉内におけるCr鉱石の還元はスラグ中でCr鉱石
が溶解した後、炭材のＣが作用することにより進行する
ものであつて、Cr鉱石の溶融がCr還元の律速であると考
えられ、このため処理時間を短縮するための主要な技術
的関心は、スラグ組成の特定等の点に向けられていた。
しかし、Cr鉱石は基本的に難溶融性であり、Cr鉱石の溶
融を促進して還元速度を高めることには限界がある。

Cr鉱石のスラグ中での溶融速度を上げCr鉱石の還元処
理速度を向上させるため、炉内のCOガスを二次燃焼さ
せ、その熱を利用するという方法が考えられ、従来でも
炉上部壁から二次燃焼用O₂を吹き込む方法が採られてい
る。しかし従来では、二次燃焼比を上げると排ガス温度
は上昇するものの、排ガス顕熱を効率よく溶湯へ伝達さ
せる技術がなく、この結果、着熱効率が低下し、高温排
ガスを排出せざるを得ない。そして、このような高温排
ガスは炉内壁耐火物や排ガスフードの耐火物を激しく損
耗させるという大きな問題があり、このため二次燃焼比
はあまり上げられないというのが一般的な考え方であつ
た。

〔問題を解決するための手段〕

このような従来の認識に対し、本発明者等は溶融還元
のメカニズム及びこれに対応した具体的な手段について
検討を重ねたものであり、この結果、次のような事実を
見い出した。

上述したように、従来ではCr鉱石はスラグ中に溶解し
た後、スラグ中の炭材により還元されるものと考えられ
ているが、実際の還元反応のほとんどは、実は溶湯中の
Ｃが還元物質として作用していることが判明した。した
がつて、Cr鉱石のスラグ中への溶解ではなく、高温に加
熱されたCr鉱石への溶湯の接触が還元速度の律速であ
り、溶湯を鉱石に積極的に接触させることにより還元速
度を効果的に高めることができる。

上述したように、従来では着熱効率向上に対する技術
的限界や耐火物の損耗の面で二次燃焼比を大きく上げら
れないというのが基本的な考え方であるが、二次燃焼を
主としてスラグ中で生じさせるようO₂を吹き込み、且つ
スラグを強撹拌することにより、高二次燃焼を確保しつ
つ着熱効率を効果的に高めることができる。このような
高二次燃焼、高着熱効率により、スラグ及びスラグ中の
Cr鉱石の温度が高くなり、 Cr₂O₃＋Ｃ＝Cr＋CO で表わされるＣ（溶湯中Ｃ）によるCr鉱石の還元速度を
効果的に高めることができる。

従来法では、還元処理の一時期または全期間、O₂の底
吹きを行つている例があるが、このようなO₂底吹きは、
二次燃焼に有害である。すなわち、O₂を底吹きすると溶
湯中で大量のCOガスを生じさせて溶湯を強撹拌し、この
結果、溶湯スプラツシユが二次燃焼域に達し、溶湯中Ｃ
がO₂と反応することにより二次燃焼が阻害される。した
がつて還元期間の一部または全部を問わず、O₂を底吹き
するのは絶対に避ける必要がある。

本発明は、このような知見に基づき次のような条件を
規定し、これにより高い処理速度での還元処理を可能な
らしめたものである。

（イ）撹拌ガスの底吹きと横吹きの組み合せにより、溶
湯をスラグ中のCr鉱石の存在する領域に積極的に拡散さ
せ、溶湯中ＣによりCr鉱石の還元作用を促進させる。

（ロ）所定レベル以上の二次燃焼比が得られるよう、脱
炭用O₂とは別に二次燃焼用O₂の吹き込みを行う。そし
て、この二次燃焼用O₂を上吹きランスからスラグ中に吹
き込んで二次燃焼領域をスラグ中に形成させ、且つ横吹
きガスによりスラグを強撹拌し、二次燃焼により生じた
熱をCr鉱石に着熱させる。

（ハ）溶湯中Ｃによる還元作用及び上吹きO₂による二次
燃焼が阻害されないようにするため、横吹きガス及び底
吹きガスはCOまたは不活性ガスとし、O₂は使わない。

すなわち、本発明は底吹き羽口、横吹き羽口及び上吹
きランスを備えた溶融還元炉を用い、Cr鉱石等のCr原料
を炭材のＣ源により還元して高Cr溶銑を得る方法におい
て、還元期間中、下記（イ）〜（ハ）のガス吹き込みを
行い、（イ）底吹き羽口からCOまたは／および不溶性ガスを吹
き込む、（ロ）ガス流の少なくとも一部が、底吹きガスによる溶
湯隆起部に当たるよう、横吹き羽口からCOまたは／およ
び不活性ガスを吹き込む、（ハ）上吹きランスから、溶湯中へ脱炭用O₂を吹き込む
とともに、スラグ中へ二次燃焼用O₂を吹き込む、且つ、二次燃焼比を0.3以上に保持しつつ還元処理を行
うことをその基本的特徴とする。

以下、本発明の詳細を説明する。

第１図及び第２図は本発明法を模式的に示したもので
ある。

本発明では、主に転炉型の溶融還元炉を使用してCr鉱
石やCrペレツト等のCr原料の還元を行うもので、具体的
には、底吹き羽口（１）、横吹き羽口（２）及び上吹き
ランス（３）を備えた炉を用いる。

本発明法によれば、上記溶融還元炉中の金属浴にCr原
料（以下、Cr鉱石を例に説明する。）、炭材及びフラツ
クスが装入され、次のような条件で還元処理が行われ
る。

まず、還元処理中は、その初期から終期に至るまで底
吹き羽口（１）、横吹き羽口（２）及び上吹きランス
（３）からのガス吹き込みが行われる。

底吹き羽口（１）及び横吹き羽口（２）からのガス吹
き込みは、両者の協働作用により溶湯をスラグ中に拡散
させ、還元速度を飛躍的に高める効果をもたらす。

前述したように、本発明者はスラグ中のCr鉱石の還元
は、大部分溶湯中のＣを還元物質として進行するという
事実を解明し、これに基づき溶湯を強撹拌してスラグ
（Cr鉱石が浮遊する領域）中に積極的に拡散させて還元
速度を高めるようにするものである。このため本発明
は、底吹き羽口（１）から撹拌ガスを供給して溶湯面に
隆起部（Ａ）を形成し、同時に、横吹き羽口（２）から
ガス流の少なくとも一部が上記溶湯隆起部（Ａ）に当た
るようにして撹拌ガスを供給するものであり、この横吹
きガスにより溶湯隆起部（Ａ）の溶湯がスラグ中に飛散
することになる。スラグの見掛比重は通常0.3〜0.5であ
り、一方、Cr鉱石の嵩比重は3.0前後であり、したがつ
てスラグ中のCr鉱石は、第２図に示すようにほとんどス
ラグ下部領域に集中して浮遊している。上記のように溶
湯隆起部を横吹きガスで飛散させると、この飛散溶湯
は、第２図からも判るようにCr鉱石が存在するスラグ下
部領域に拡散し、この拡散溶湯中のＣがCr₂O₃を還元
し、高い還元速度が得られる。このような効果を得るた
めには、底吹き及び横吹きとも比較的大量のガスを吹き
込み、強撹拌を行う必要があることは言うまでもない
が、その吹き込みガス量は溶湯量、溶湯深さ等に応じて
決定される。第８図は底吹きガス量（底吹き羽口１本当
り・溶湯1Ton当りのNm³/min）と溶湯中のCr上昇速度と
の関係を概略的に示したもので、底吹きガス量の増加に
伴いCr上昇速度、すなわちCr還元速度が上昇し、効率的
な還元反応が生じていることが判る。

このような作用を得るためには、横吹きガス炉の上下
方向及び水平方向においてなるべく正確に上記溶湯隆起
部（Ａ）に当たるようにすることが好ましく、例えば、
水平方向においては第３図（ａ）及び（ｂ）に示すよう
な位置関係で底吹き羽口（１）及び横吹き羽口（２）を
設けることが好ましい。

横吹きガスは、上述したような溶湯の拡散作用に加
え、二次燃焼領域が形成されるスラグの撹拌作用をも行
うものであり、これについては後述する。

本発明で使用される横吹きガス及び底吹きガスは、CO
及び不活性ガス（N₂,Ar等）に限定され、O₂は使用しな
い。これは次のような理由による。

まず、横吹きガスにO₂を用いると、Cr鉱石還元のため
に飛散させた溶湯中のＣとこのO₂とが反応し、溶湯中Ｃ
による還元作用を阻害してしまうという基本的問題があ
る。加えてO₂を使用した場合、耐火物の温度が上昇し、
耐火物の損耗という問題を生じる。

また、底吹きガスにO₂を用いると、上述したように溶
湯中で大量のCOガスを生じさせて溶湯を強撹拌し過ぎ、
この結果、溶湯のスプリツシユが二次燃焼領域（第２図
参照）に達し、溶湯中Ｃが後述する二次燃焼用O₂と反応
して二次燃焼が阻害されてしまう。加えて、O₂を使用す
ると底吹き羽口など耐火物の温度が上がり過ぎるため冷
却ガス（C₃H₅等）を添加する必要があり、これも底吹き
ガス量を増大させ、強撹拌→溶湯スプラツシユの発生を
過大に助長することになる。第４図は、N₂底吹きを行う
本発明法と、N₂に代えO₂底吹きを行つた比較例につい
て、設定二次燃焼比〔PcO₂/（DcO₂＋鉱石中O₂）〕に対
する実際の二次燃焼比（実測）を調べた結果を示すもの
で、O₂底吹きにより二次燃焼が阻害されることが示され
ている。

なお、撹拌ガスたるCOやN₂,Ar等の不活性ガスは、単
独または混合して使用することができる。

次に、上吹きランス（３）からは溶湯中に脱炭用O₂の
吹き込みが行われるとともに、スラグ中に二次燃焼用O₂
の吹き込みが行われる。上吹きランス（３）は、脱炭用
O₂のノズル孔と二次燃焼用O₂のノズル孔とを備えてお
り、二次燃焼用O₂は、その供給用ノズル孔から脱炭用O₂
よりも外側の斜め下方に供給される。

本発明では、二次燃焼領域を主としてスラグ内に形成
させつつ高二次燃焼を実現させるものであり、このよう
に二次燃焼領域をスラグ内に形成し且つ横吹きガスによ
つてスラグを強撹拌することにより、高二次燃焼を確保
しつつ高い着熱効率を得ることができる。したがつて、
上記二次燃焼用O₂は、主としてスラグ内に二次燃焼領域
が形成されるようスラグ中に吹き込まれることが必要で
ある。

具体的には、上吹きランスの高さがスラグや溶湯レベ
ルに対し適度なレベルに設定されることが必要である。
すなわち、上吹きランス（３）はそのノズル孔高さをス
ラグ面上方或いはスラグ面下とすることができるが、そ
の高さが高過ぎると二次燃焼領域がスラグ内に形成され
なくなり、着熱効率が低下するという問題があり、ま
た、ランス高さが低過ぎると二次燃焼領域が適正に形成
されなくなる。

第５図はランス先端のスラグ面（フオーミングレベ
ル）からの高さと着熱効率との関係を示すもので、ラン
ス高さがスラグ面に対して高過ぎると良好な着熱効率が
得られなくなることが示されている。また、第６図は横
吹きガス量と着熱効率との関係を示すもので、横吹きガ
スを大量に吹き込みスラグ層を強撹拌することにより良
好な着熱効率が得られることが判る。

上記二次燃焼比は、排ガス中のガス成分の（CO₂＋H
₂O）／（CO＋CO₂＋H₂＋H₂O）で定義されるが、本発明で
はこの二次燃焼比を0.3以上として上述の還元処理を行
う。本発明では、高着熱効率が得られるため、二次燃焼
比を上記のように高くすることにより、高い還元処理性
（還元速度）が得られるが、これに加え、二次燃焼比を
上げることにより炭材（主としてコークス）の添加量を
低く抑えることができ、この結果、炭材原単位の低減を
図ることができるとともに、溶湯中のＰ成分のほとんど
が炭材により持ち込まれることから、溶湯中Ｐの低減を
図ることができる。また二次燃焼比が高くなると、気化
脱硫現象が活発になり、溶湯中のＳも低下する。このよ
うな観点からも本発明では二次燃焼比を0.3以上とす
る。第７図は、本発明方式の溶融還元における炉内二次
燃焼比とコークス原単位、溶湯中Ｐ成分及びＳ成分との
関係を示すもので、二次燃焼比を0.3以上とすることに
より、コークス原単位が抑えられ、且つ溶湯中のP,Sも
適切に低減している。

以上が本発明の詳細な内容であるが、本発明を実際に
実施する場合、通常、装入−造滓・昇熱−Cr鉱石溶融還
元という工程となる。

ここで装入工程とは溶銑等のFe源を装入し、炉内に金
属浴を形成することを意味する。造滓・昇熱工程では浴
中への送酸と炭材、フラツクス等の装入を行い、Cr鉱石
の還元領域となるスラグを形成するとともに、浴温度を
還元に必要な温度まで高める。Cr鉱石溶融還元工程で
は、溶融還元炉中にCr鉱石、炭材、フラツクスが順次投
入される。この工程末期においてはCr鉱石の投入を行う
ことなく仕上還元がなされ、溶湯中のCr濃度が目標値と
なつた時点で還元処理を完了させる。

なお、本発明では、Cr原料、炭材等の原料は、炉口上
方から落下させる所謂上置きにより装入することができ
る。

〔実施例〕

転炉型溶融還元炉（5Ton）を用い、3.7Tonの溶銑を装
入した後、Cr鉱石、コークス及びフラツクスを装入して
溶融還元を行い、5.5Tonの18％Cr溶銑を得た。第９図
は、その際の溶銑中のCr,C濃度、浴温度、二次燃焼比OD
等の変化、及びランスによる送酸量、原料装入量を示し
たものである。

第10図は本実施例の処理時間（還元開始から終了まで
の時間）を、第11図（ａ）及び（ｂ）に示す従来方式に
よる処理時間と比較して示したものである。なお、従来
法（１）は上吹きランスから微粉炭及びO₂を上吹きし、
底吹き羽口から撹拌ガスを吹き込む方法、従来法（２）
は上吹きランスからスラグ上にO₂を吹き込むとともに、
底吹き羽口からN₂、横吹き羽口からN₂,O₂をそれぞれ引
き込む方法であり、具体的な操業条件は以下の通りであ
る。

従来法（１）上吹きO₂ 1700Nm³/Hr（仕上還元期）底吹きN₂ 350Nm³/Hr（仕上還元期）溶銑 10Ton Cr鉱 4600kg（ランスよりインジエクシヨン）炭材 6700kg（ランスよりインジエクシヨン）従来法（２）上吹きO₂ 1000Nm³/Hr（仕上還元期）底吹きN₂ 120Nm³/Hr（仕上還元期）横吹きN₂ 350Nm³/Hr（仕上還元期）溶銑 5Ton Cr鉱（粉鉱石） 5000kg（上置き）炭材 3200Kg（上置き）第10図によれば、従来法（２）はCr濃度が６〜７％程
度にしかならず、また従来法（１）ではCr濃度は目標の
18％にはなるものの、処理に120分も要している。これ
に対し、本発明によれば約半分の60分の処理時間で18％
Crに達しており、本発明の極めて優れた処理性能が示さ
れている。

なお、第12図は本発明におけるCr純分投入速度（純Cr
量に換算したCr鉱石の投入速度）に対するCr上昇速度を
調べたもので、従来法（１）、（２）に較べ高いCr上昇
速度が得られていることが判る。

〔発明の効果〕

以上述べた本発明によれば、溶湯によるCr鉱石の還元
作用を積極的に促進し、しかも高い二次燃焼比と着熱効
率を確保した処理を行うためCr鉱石の還元速度を従来レ
ベルに較べ大幅に上昇させることができ、このため溶融
還元処理を短時間で効率的に行うことができる。また、
二次燃焼比が高いため炭材原単位を下げることができる
とともに、得られる溶銑中のP,S成分量を低く抑えるこ
とができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明における溶融還元の原理を模
式的に示す説明図である。第３図（ａ）及び（ｂ）は底
吹き羽口に対する好ましい横吹きガス噴射方向を示す説
明図である。第４図は本発明法とO₂底吹きを行う比較法
について、設定二次燃焼比に対する実測二次燃焼比を示
すものである。第５図は上吹きランス高さと着熱効率と
の関係を示すものである。第６図は横吹きガス量と着熱
効率との関係を示すものである。第７図は炉内二次燃焼
比と溶湯中のＳ量、Ｐ量及びコークス原単位との関係を
示すものである。第８図は本発明における底吹きガス量
に対するCr上昇速度の関係を概略的に示すものである。
第９図は実施例における溶湯中Cr,C濃度、浴温度、二次
燃焼比、ランス送酸量、原料供給量等の経時変化を示す
ものである。第10図は本発明実施例の還元処理時間を従
来法と比較して示すものである。第11図（ａ）及び
（ｂ）は第10図において示した従来法（１）、（２）の
処理方法を示す説明図である。第12図は本発明例におけ
るCr純分投入速度とCr上昇速度との関係を、従来法と比
較して示したものである。図において、（１）は底吹き羽口、（２）は横吹き羽
口、（３）は上吹きランス、（Ａ）は溶湯隆起部であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩崎克博東京都千代田区丸の内１丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者井上茂東京都千代田区丸の内１丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (56)参考文献特開昭61−67727（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−279608（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】底吹き羽口、横吹き羽口及び上吹きランス
を備えた溶融還元炉を用い、Cr鉱石等のCr原料を炭材の
Ｃ源により還元して高Cr溶銑を得る方法において、還元
期間中、下記（イ）〜（ハ）のガス吹き込みを行い、（イ）底吹き羽口からCOまたは／および不溶性ガスを吹
き込む、（ロ）ガス流の少なくとも一部が、底吹きガスによる溶
湯隆起部に当たるよう、横吹き羽口からCOまたは／およ
び不活性ガスを吹き込む、（ハ）上吹きランスから、溶湯中へ脱炭用O₂を吹き込む
とともに、スラグ中へ二次燃焼用O₂を吹き込む、且つ、二次燃焼比を0.3以上に保持しつつ還元処理を行
うことを特徴とするCr原料の溶融還元法。
【請求項２】先端が操業中のスラグ面近くまたはスラグ
面下に位置したランスにより、脱炭用O₂及び二次燃焼用
O₂を吹き込むことを特徴とする特許請求の範囲（１）記
載のCr原料の溶融還元法。