JPS5819740B2 - 電弧炉作動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は粒子状材料を融解するのに使用される電気弧
光炉技術に関し、特に、造滓成分についてシリカとマグ
ネシア含有量が変化する含ニッケル・ラテライト状鉱石
からフェロニッケルを回収する方法に関する。

鉱石から貴金属を得る電気炉手段は、湯にたいする電極
の位置により大体３つの形式に分けられる。

すなわち、１）浸漬電極、１ｉ））サブマージド・アー
ク、および１１１）オープン（突出）アークである。

これらの内、最後の形式では、電極は湯の上方に設けら
れ、電極と湯との間にアークが発生する。

特殊な形式の電弧炉製錬として、シールドアーク融解と
称されるオープンアークとサブマージド・アークとの組
合せ作動は、米国特許第３，７１５．２００号に記載さ
れ、この特許では、アークは炉頂から送られる装入物に
よってしやへいされる。

この装入物は自在に流れて実質的に非導電性であるため
、常に、アークと調節可能な電極の下方部分とを完全に
取り囲む。

従って炉の屋根と壁は過度の熱はうけない。

装入物の融解はほとんど湯の上方のアークで行うので、
湯中に放出されたエネルギが主として、スラグを、湯が
それから分離しかつ溶はスラグがかぶさるプール（池）
を形成する温度に保持する。

この作動態様は、アーク電力（ＰＡ）と単一以上の渦電
力（ＰＢ）との比に一致する。

この比は次式で表わすことができる。

ここで、■ｏは相電圧、ＰＴは全相電力（ボルト）、Ｒ
Ｂは湯抵抗（オーム）、■は電流（アンペア）である。

力率は仮定の１である。

スラグ層はできるだけ浅薄に保持されることによってそ
こに放出される電力は最小でよく所望のスラグと金属と
の温度を保持し、電圧とアーク長さとは得られる電力の
入力について調節され、それでスラグに実際に放出され
る電力量は、スラグと金属とを湯出し温度に十分保持す
るが、溶はスラグを炉の耐火壁に接触させるのに不十分
なものである。

温度勾配としては、炉壁が凍結スラグ層により保護され
ることにより浸食を防止するようになっている。

従って、熱損失は少なくなり、同時に、大部分の電力が
アークに放出されてそこに熱を発生し、この熱を能率的
に利用してシールドアーク融解帯域において高温で粒子
を早急に融解する。

本質的に、本発明は、湯中に放出されたエネルギ部分を
調節して貴金属を造滓成分から分離させる一方、耐火ラ
イニングと電極とを保護できる最適な状態を保つことに
ある。

この発明は、耐火ライニングと一定の炉床面積を有する
電弧炉において、浴をおおう粒子状材料の融解により生
じた浴と、炉壁と浴との間の凝固浴材と未融解粒子状材
料との保護外皮とを形成することによって、炉に供給さ
れる大部分の電気エネルギがシールドアークに放出され
小部分の前記電気エネルギが浴に放出されるようにした
、貴金属と、シリカおよびマグネシアを含むきわめて多
数の造滓成分とを含有する粒子状材料の連続シールドア
ーク融解法において、イ）炉内の浴位変化率と一致する
浴容積変化率を決定すること、口）浴作用面積を求める
ため浴容積変化率を浴位変化粒で割ること、およびハ）
一定の浴作用面積を保つためアークに放出されるエネル
ギと浴に放出されるエネルギとの比を調節することより
成る方法に関する。

以下本発明を添付図面について説明する。

本発明の好ましい実施例において、第１図に示すような
粒子状物質を融解する電気炉に、粒径が１２．７ｍｍ（
％インチ）以上のラテライト鉱石の煙焼粒子が装入され
る。

カルサインは電気炉に供給される前に還元され、０．５
％以下の炭素を含有しさらに実質的に非導電性であり；
きわめて多数の造滓成分、主としてシリカおよびマグネ
シアと、カルサインのマトリックスに分散された溶射成
分とより構成される。

カルサインの電弧処理の目的は融解により貴金属を造滓
成分から分離することである。

分離された貴金属、たとえば、フェロニッケルは溶はス
ラグによりおおわれた金属性として、炉底に集まる。

スラグ温度はアーク近くで最高であり炉壁近辺から離れ
た所ではそれよりも低い。

その結果、スラグは凝固し、壁に沿って外皮を形成する
。

形成される外皮の正確な形状は未知であり、溶はスラグ
高さ以下の外皮の厚みや分配は評価できない。

溶はスラグ高さが炉壁に一致している場合には、凝固ス
ラグだなの厚みは操業申分らないが、この凝固スラグだ
なは未融解カルサインの冷却効果により形成される。

いずれにしても、以下述べるように、直接測定によって
湯の実際の表面積を決定してこれを炉の公称炉床面積と
比較できない。

凝固外皮の利益としては、スラグの浸食から炉壁の耐火
ライニングを保護しかつ炉の寿命を延ばすことである。

しかし、あまりスラグ外皮が大きくなると、貴金属の融
解と分離とが行われる空所がかなり小さくなる。

極端な場合、外皮は電極の近くまで延長して、浴がきわ
めて狭くなり、湯出しによりスラグの高さが大きく変化
することもあり、電極の上下移動を阻止したり、電極を
破損することさえある。

第１図の炉は耐火材張り炉壁１を有し、炉にカルサイン
を装入するため頂部に開口２が設けられている。

炉は調節可能な電極を有し、その１つ（電極）３が未融
解カルサイン４０こよって取り囲まれている（第１図）
。

カルサインは、アーク５の融解により矢印で示すように
連続的に下方に移動している。

形成された溶はスラグ浴８は炉壁１に沿い凝固したスラ
グ外皮６により包囲されているが、外皮の形状は推定に
すぎずその実際の形状の測定は実際には確認できないこ
とを強調しておく。

図示の溶はスラグ８は揚油９の上方にある。炉床７の公
称面積は垂直側壁１と炉床７をおおう（図示せざる）端
壁との間である。

金属湯出し口１１の上方にスラグ揚出し口１０が設けら
れている。

第１Ａ図は湯出し後のスラグ高さを示し、第１Ｂ図は湯
出中の高さを示す。

湯出しまたはその後のカルサインの融解によるスラグ高
さの変化により電極が上下移動し、略示された移動指示
体１２によりスラグ容積変化率と一致する浴高さ変化率
を直接測定する。

炉融解技術において、計量により湯出しされる浴容積を
求めたり、電極の上下変位を測定して浴高さ変化を決定
することは周知であるが、他の方法を使用してもよい。

本発明において、ＡＢＡ％は、浴容積変化率を、浴高さ
変化率×公称炉床面積で割って得られる。

従って、となる。

浴容積変化は湯出しによりまたは、さらに装入物の融解
による増加によって決定される。

ＡＢＡは炉操業パラメータによって得られた値で、これ
により浴の開放度が測定され、言い換えれば、融解反応
が行われる浴の幅を概算する方法が得られる。

ＡＢＡは公称炉床面積の端数（ｆｒａｃｔｉｏｎ ）と
して良く表わされる。

ここで強調したいのは、盗作用面積は、実際の浴面積に
代えて、操業中に測定できず、いずれにしても形状が時
間単位で変化する溶はスラグの表面を当業者に概算させ
る平均値にすぎない。

一定の炉作業において、盗作用面積は、造滓成分中のシ
リカ：マグネシア含有量とまた浴を溶融させておくため
に放出されるエネルギとの相関的な要素である。

浴電力は、炉の操業をもつとも有利な盗作用面積に維持
するレベルに保持される。

本発明による方法は、スラグ中のシリカ対マグネシア比
についての知識をどのように利用して、シールドアーク
電気炉操業においてカルサインを融解して貴金属を得る
ためもつとも有利な浴作用面積比を選択するかを対象に
している。

なお、この発明の好ましい実施例により暇焼した後融解
されたラテライト状鉱石について、炉の安全操業の上限
は約６０パーセントの盗作用面積であり、溶鉱からのシ
リカ濃厚スラグ組ｌｘこついて、下限は約３０パーセン
トである。

シリカ対マグネシア比が１３のように比較的小さいラテ
ライト鉱石の場合、盗作用面積は本発明により、約２０
（！１ｌ−４０パーセントの間に調整される。

なお、粒子状材料が、シリカ対マグネシア比を重量パー
セントで１．３と２．０との間とした烟焼含ニッケルラ
テライト鉱石であると、炉床面積の端数として表わされ
る盗作用面積は、耐火ライニングの浸食を防止して浴を
囲み及び浴内の固形凝固物の量を少なくするため、シリ
カ′対マグネシア比の０．１５倍と０６３０倍の間に調
整される。

第２図には、上記のように得られたＡＢＡ％がスラグ中
に存在するシリカ対マグネシア比にたいして図表で描か
れており、各変化にたいし１′理想範、囲“は炉操業が
もつとも有利であることを示し、１′許容範囲“は操業
が受容できることを示している。

上記引用特許に記載されているようＯこ、浴に放出され
る電力が高すぎる場合には、盗作用面積は大きくなり、
保護凝固外皮を融解してしまい、スラグが耐火ライニン
グを破損したりこれに浸透することさえある。

一方、浴に放出される電力が一定のスラグ組成にとって
不十分な場合には、浴は除々に狭くなり、段々と溶はス
ラグ容積を減じ、貴金属の所望の分離率を減することに
なり、遂に、電極を破損するような作動状態になる。

従って、この発明によれば、第２図は、カルサインの造
滓成分中のシリカとマグネシア含有量を考慮した、最適
な融解とフェロニッケル生産の有利な実施例における状
態を示す。

米国特許第３，７１５，２００号に記載されたシールド
アーク炉の作動方法は１“より太きい、アーク電力対温
電力比が必要で、この特許によれば、電弧炉への全エネ
ルギ入力を増大すると同時に比較的小さい電流で作動す
ることができる。

第３図はアーク電力と浴電力との比にたいし全炉電力を
図表で描いて得たカーブを示す。

この線図は、浴作用面積比を所定範囲内に保つため、炉
にたいす−る全電力が場合により増減されるときのアー
ク電力と浴電力との比の所定調整を示す。

第３図は盗作用面積が約３５％に調整された場合を示す
。

スラグ中のシリカ対マグネシア重量比は１．６８十０．
０４で、第２図に示す理想範囲内に十分入り込んでいる
。

スラグ中のシリカ対マグネシア比より見て選択された他
の所定盗作用面積範囲についても、同様な全傾動力対Ｐ
Ａ／ＰＢ関係が得られる。

従ってこの発明の好ましい実施例において、電弧炉の操
業番こより、熱損失を少なくしながらまた、盗作用面積
を、カルサインの造滓成分に含まれるシリカ対マグネシ
ア比にとってもつとも有利な値に制御しながら、比較的
小さい電流でフェロニッケルを得ることができる。

シールドアーク融解の有利な作動についての他の特徴は
、スラグ中の金属損失を少なくすることである。

スラグ中の金属損失部分は溶解金属として保持される。

大部分のスラグ損失は、冷却時に凍結する嵩スラグに分
散される微小金属部として生ずる。

比較的狭い浴外用面積で作動する電弧炉は核化を阻止し
、結果的にこのような分散金属滴を金属性に沈める。

第４図はスラグ中に損失したニッケル貴金属とＡＢＡ％
との関係を示す。

スラグ化学に関する文献には、スラグの粘性はそのシリ
カ含有量、特にシリカ対アルカリ金属イオン比に密接な
関係があると説明されている。

従って、スラグ中のシリカ対マグネシア比と核化と分散
金属滴の硬化速度との間に関係があるが、これは本発明
では考えない。

炉をアークと浴との間の最適な電力分割により作動しつ
つ浴外用面積を調整し、スラグ中の特別のシリカとマグ
ネシア含有量に適する、本発明の有する利益は以下の実
施例に記載される。

実施例 ｌ ＳｉＯ２対ＭｇＯ比が１．６６の低燐うテライト状鉱石
を、米国特許第３，７１５，２００号に記載されるシー
ルドアーク作動の原理に従って電弧炉に装入した。

炉を４３ＭＷに相当する平均エネルギ速度及び相電圧１
２６５Ｖで作動した。

浴に放出した電力にたいする、アークに放出された電力
の比を、アーク長さを変えて調整した。

パーセント浴作用面積は上記のように浴高さ降下率と一
致する湯出しされたスラグ量率を測定して決定した。

適当な壁保護、スラグ流動性及び金属分離と一致する最
大浴外用面積は公称炉床面積の４５パーセントであるこ
と、及びこの状態は、浴に放出した電力にたいするアー
クに放出した電力の比、すなわち、ＰＡ／ＰＢが４．３
：１に達すると生ずることが分った。

実施例 ２ シリカ対マグネシア比が１．５４の暇焼うテライト鉱石
を実施例１で使用した電弧炉に装入した。

炉を４１ＭＷの平均速度、相電圧９４５Ｖで作動した。

浴外用面積を湯出しされるスラグ量率を測定して上記方
法により計算した。

有利な炉操業・湯出し状態と一致する浴外用面積が公称
炉床面積の３５パーセントであることが分った。

この浴外用面積は、浴に放出された電力にたいするアー
クに放出された電力の比、ＰＡ／ＰＢが２．２４に等し
い時に得られた。

実施例 ３ 実施例１と２で使用されたシールドアーク電気炉を数日
間、全室カレー１−２３．３ＭＷで作動した。

次の作動数値が記録された 日 スラグ中のＳ ｉＯ２Ｍｇ Ｏ％浴外用面積２
１．７２ ５５３
１、７６ ６２４
１．７０ ７０５日目Ｋ１溶はスラグは
炉ライニングを浸食して流出した。

実施例 ４ 前記各実施例で使用された電弧炉を、５以上のアーク電
力対温電力比で作動した。

得られたスラグは粘性があり、スラグ揚出し状態はおそ
く、電極を汚染する状態であった。

スラグ中のシリカ対マグネシア比は１．６０で、ＡＢＡ
％は約２０パーセントであった。

スラグ中に過度のニッケルが損失した。

浴電力と電流とをその後増大して湯出し条件を向上させ
た。

本発明には、電弧炉を作動する改良方法が説明されてい
る。

ここに記載の方法は発明者が知る最良の作動態様を示す
が、他の変型及び変更も、この発明の精神と範囲とから
逸脱しないで当業者にとって明らかである。

実施例 ５ 前記の実施例で用いたシールドアーク電気炉は、比較的
低いシリカ：マグネシア比を持つ鉱石から金属を得るた
めに、４５ＭＷの全電力で運転された。

相電圧は１１４５ボルトであり、平均相電流は、約１３
ＫＡであると観測された。

得られたスラグは、シリカ：マグネシア比−１，３５で
あった、活性浴面積は、上記の如き方法で計算され、正
常ヒース領域の３３％であった。

比較的に低いシリカ：マグネシア比により、比較的に高
い浴電力入力で運転することが有利であることが分った
。

運転アーク電カニ浴電力の比は、３．４ ＆こ保たれた
。

炉運転は、良好で、安定していた。

そして十分な壁保護性、スラグ流動性及び金属分離性が
あった。

実施例 ６ 前記の実施例で用いたシールドアーク電気炉は、比較的
に高いシリカ：マグネシア比を有する鉱石から金属を得
るために運転された。

適切なスラグ流動性、金属分離性及び壁保護性が、３９
ＭＷに相当する平均炉型力量で、１２６５Ｖの相電圧と
、１０．３ＫＡの平均相電流で得られた。

スラグ中の平均スリカニマグネシア比は、１．９２であ
り、アーク電力対温電力比は平均的５．１の値であり、
活性浴面積（ＡＢＡ）は約３５％であった。

実施例 ７ シールド・アークで運転される前記の実施例の電気炉が
、４２ＭＷの炉型力量、１０２５Ｖの相電圧で粉状材料
の融解に用いられた；この運転での平均相電流は、１３
．８ＫＡであり、この運転条件は、数日間保持され、活
性浴面積は、除々に、５０％から７２％に増加し、３日
目に運転終了になった。

この場合のシリカ：マグネシア比は、平均１．８５の値
であり、ＰＡ／ＰＢは２．７であった。

実施例 ８ 前記で使用したシールド・アーク・電気炉を、３５ＭＷ
の全炉型力量で、１０２５の相電圧で運転した。

アーク電力対温電力の比は、数日間３．７の値に保持さ
れた。

スラグ中のシリカ：マグネシアの比は、分析すると、１
．４０であると分った。

スラグは粘性で、タップすることが困難であり、許容で
ない程高いニッケル含有率であった。

ＡＢＡ％は、上記の方法で測定し、２０％以下であると
計算された。

活性浴碩域は、小さくなり、凝結シエルブが、浴中Ｑこ
長く伸びすぎる為に、電極破損の危険があった。

従って、アーク電力対温電力比を減少させることを定め
、除々に、炉運転条件を改良した。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ、Ｂ図はアーク炉、炉床および融解区域を示す略
図で、第１Ａ図は湯出し直後のスラグの高さを、第１Ｂ
図は湯出し中供給カルサイン（焼結）の融解により上昇
したスラグの高さを示し、第２図はパーセント浴作用面
積（ＡＢＡと称する）と、本発明による方法によって実
験で得られたスラグ中のシリカ対マグネシアの重量割合
との関係を示し、第３図は全炉電力と、一定値の浴外用
面積比（ＡＢＡ％）にたいするアーク電力対温電力比（
ＰＡ／ＰＢ）との関係を示し、第４図はＡＢＡ％による
スラグ中に含有する金属の変化を示す。 主要部分の符号の説明１・・・・・・炉壁、２・・・・
・・開口、３・・・・・・電極、４・・・・・・カルサ
イン、５・・・・・・アーク、６・・・・・・スラグ外
皮、７・・・・・・炉床、８・・・・・・溶スラグ浴、
９・・・・・・揚油、１０・・・・・・スラグ揚出し口
、１１・・・・・・金属湯出し口、１２・・・・・・移
動指示体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 耐火ライニングと所定の炉床面積とを有する電弧炉
   において、浴をおおう粒子状材料の融解により生じた浴
   と、耐火ライニングと浴との間の凝固浴材と未融解粒子
   状材料との保護外皮とを形成することによって、炉に供
   給される大部分の電気エネルギがシールドアークに放出
   され、小部分の電気エネルギが浴に放出されるようにし
   た、貴金属と、シリカおよびマグネシアを含むきわめて
   多数の造滓成分とを含有する粒子状材料を連続シールド
   アーク融解する方法において、イ）炉内の浴高さ変化率
   と一致する浴容積変化率を決定すること、口）浴作用面
   積を求めるため浴容積変化率を浴位変化率で割ること、
   およびハ）一定の浴作用面積を保つためアークに放出さ
   れるエネルギと浴に放出されるエネルギとの比を調節す
   ることとより成る前記融解方法。 ２ 粒子状材料は、シリカ対マグネシア比を重量パーセ
   ントで１．３と２．０との間とした暇焼含ニッケルラテ
   ライト鉱石であり、炉床面積の端数として表わされる浴
   作用面積は、耐火ライニングの浸食を防止して浴を囲み
   及び浴内の固形凝固物の量を少なくするため、シリカ対
   マグネシア比の０．１５倍と０．３０倍との間に調整さ
   れる前記特許請求の範囲第１項に記載の方法。