JPS58485B2 - 鋼粉の連続焼結還元用シャフト炉の始業制御法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、銅粉の焼結還元用シャフト炉の始業制御法
に関するものである。

鋼粉、就中合金鋼粉は、主としていわゆる水アトマイズ
法で調製されることが多いが、そのまゝでは粉末冶金法
による製品化には適用できず、従来ミルスケールなどの
粗還元に引続いて施された仕上げ還元工程に相当するよ
うな焼結還元を経てはじめて粉末冶金用材料とすること
ができる。

しかるにＭｎ 、 Ｃｒなどの酸化性の強い元素を主体
に合金した鋼粉は、水アトマイズ法により粉末粒子表面
が容易に酸化されて難還元性の酸化被膜を形成するので
従来の仕上還元工程では、還元困難であった。

従って該アトマイズ鋼粉に対してそれに見合うような焼
結還元を可能々らしめることの要請は今や焦眉の急務と
化しつゝある。

この点発明者は、さきに特願昭５１−２６７０８号にて
上記課題の打開に供すべく上記したよりな鋼粉に予め炭
素を内装せしめて、該鋼粉の予熱焼結を経て減圧雰囲気
下における高周波誘導加熱による焼結自己還元が、有利
に適合することの基本的開発成果を、その実施型態とし
てとくにたで形炉すなわちシャフト炉が適合することと
ともにすでに開示したところである。

この発明はかようなシャフト炉の実際操業に関するその
後の開発研究に際し、発明者らが新たに遭遇した幾多の
困難のうち、とくにシャフト炉での焼結還元における固
有な問題点、とくにシャフト炉の始業制御方法に関する
有効な解決を以下くわしくのべる所において提案するも
のである。

こゝにシャフト炉での焼結還元に供する原料鋼粉には、
たとえば、アトマイズ法で調製した炭素を予め合金した
鋼粉をそのまゝ用いるか又はその含有炭素量を原料鋼粉
の減圧（この発明ではいわゆる真空を含めて単に減圧と
いゝ、その度合を単に減圧度という）雰囲気下における
鋼粉粒子の還元反応に関して補うのに必要な量の炭素質
材料（たとえば黒鉛、木炭、コークスなど）の粉末との
混合物よりなるものを用いるが、何れにしても流動性の
ある粉状を呈する型態がむしろ処理取扱い上は便宜に活
用されるわけではあり、高周波誘導加熱による焼結還元
の反応工程とこれに進めるまでの間における予熱焼結工
程の進行との斉合の下でこの予熱に供する最初の切出し
装入原料鋼粉の支持を司るようにシャフト炉内にせシ上
がり式に設けられる先導ダミの降下に伴う予熱炉の炉心
管内における原料粉末の堆積準位低下を補うべき原料粉
末の供給を円滑、確実に行わせることが必要である。

この発明の具体的な目的は、実はかような初期予熱段階
における先導ダミの降下移動とこれに伴う原料粉末の補
給動作についての特別な工夫によってとくにこの種のシ
ャフト炉の円滑な始業制御につき有利な解決を実現する
ところにある。

さてかような予熱段階においては、はゞその温度域に相
当する１０００℃近傍において、主としてＦｅＯ系酸化
物の還元反応が有利に進行することから、こゝに減圧雰
囲気下の予熱をシャフト炉の始業当初から施すことがの
ぞまれるがこの場合においても、予熱炉の炉底付近にお
いて適用される減圧度を原料粉末の切出し側におけるそ
れよりもやゝ弱めとすることによって予熱炉に装入され
た原料鋼粉の上下圧力差が生粉床の流下を促進するきっ
かけになるのを有利に防止できる。

この発明の実施に供ちれるシャフト炉の一例を第１図に
示した。

図中１は予熱炉、２は高周波炉を示し、これらは図のよ
うにその順のたて配列になる。

予熱炉１は、下向きにわずかなテーパーの末広がりにな
るを可とする耐熱鋼管製の炉心管３と、この炉心管３を
取囲む耐火物炉壁４との間で、Ｃガスその他燃料の燃焼
もしくは抵抗加熱による外部加熱を施す燃焼室もしくは
加熱室５を有し、６は鉄皮である。

なお本図はＣガス炉の例であるがバーナおよび排ガス煙
道は図示を省略した。

高周波炉２は、誘導加熱コイル７を、予熱炉１の炉心管
３に摺動フランジ継手８を介して連結しだ一ターン二次
コイル９のまわりに配置し、この二次コイル９の内部に
アルミナ磁器よりなるを可とする絶縁内筒１０を内装し
てなる。

予熱炉１の頂部に、切出し装置１１を介して二段式の原
料ホッパ１２を配置する。

原料ホッパ１２には、原料鋼粉を貯え、これを図示例で
はスライドフィーダ１３の定容積まず内に導き、炉心管
３内における原料鋼粉の装入レベルを、適時に検出する
昇降式ツイーン１４のストロークに応じてスライドフィ
ーダ１３を動作させることによって原料鋼粉を間けつ的
に炉心管３内に切出し装入する。

炉心管３内には、この原料鋼粉の最初の装入を予熱炉１
内において堆積させるように、せり上がり式の先導ダミ
１５を設ける。

先導ダミ１５は、炉心管３の下端近くで比較的緩くはま
り合うダミヘッド１６と、これに重ねて固定したスチー
ルウールパツキン１７を、長い昇降ステム１８上に保持
させてなる。

昇降ステム１８は図示を略したが、たとえばロープ仕掛
けにより、たとえば数ｍｍ／ｍｉｎの微速での降下を制
御できるようにする。

なお図中１９は、この発明に従って得られる焼結還元ケ
ーキ（以下■ケーキという）の重量を、その生成に応じ
て先導ダミ１５から肩代り支持するピンチロール、２０
は１ケーキの粗砕カッタ、２１は、放出固定シュート、
２２はパケット、２３は取出口扉、２４は■ケーキ冷却
室である。

この発明に従うシャフト炉の操業は、図示した先導ダミ
１５の上昇位置において、先ずスライドフィーダ１３を
作動させて、原料ホッパ１２内の原料鋼粉を、予熱炉１
の炉心管３内に切出し、間けつ的に装入することの第１
着手にはじまり、このスライドフィーダ１３の復元行程
で、ツイーン１４が空ストロークを行うことによりスラ
イドフィーダ１３の切出し装入動作を反覆させ、これに
より原料鋼粉が炉心管３内で先導ダミ１５の上端部のス
チールウール１７上に充てんされて柱状堆積体が形成さ
れると、ツイーン１４がストローク途中でこれを検出し
、その結果一旦スライドフィーダ１３が停止する一方で
この間に予熱炉１内の燃焼室にガス着火が行われ、その
外部加熱によって、先導ダミ１５上に保持された柱状堆
積物は、その外周から半径方向内向きの焼結反応が進行
し、これによって柱状堆積物には筒殻状の焼結域が肥厚
化するような成長がおこる。

この予熱温度は一般に７８０〜１２００℃の範囲で、原
料鋼粉の成分組成や、装置の規模その他の条件によって
適切に選ばれ、上記の筒殻状の焼結域力唯己保形と、そ
の内部および上部へさらに堆積される原料鋼粉の自重支
持とを達して崩かいによる生粉流下の心配がなくなるま
でに必要な時間焼結が継続される。

このとき、柱状堆積体の外径を１６０ｍｍに設定した試
験によると、筒殻状の焼結域の肉厚がはゞ３０ｍｍ従っ
て内部の未焼結部外径１００ｍｍ程度で降下開始が十分
な状態が得られた。

この焼結域を含む柱状堆積体についてとくにＰケーキと
よぶことにする。

上記のＰケーキの焼上りをまって、一旦予熱炉１の炉温
を予熱温度が１１００℃に設定されたとき５００℃程度
まで降温させる。

との降温は、耐熱鋼の炉心管３に生じる熱収縮が、Ｐケ
ーキの半径方向緊縮、締め固めをもたらして、次に予熱
炉を再昇温した際に、炉心管３のみが先行膨張するにと
もない、Ｐケーキと炉心管３の内壁との間に、僅少の間
隙を生じて、Ｐケーキの円滑な芯降下が準備されるとこ
ろとなる。

かようにして降下を開始したＰケーキは、引続き高周波
誘導加熱されるが、この際以下にのべるようにして高周
波入力の漸増下にＰケーキを加熱昇温することがまた必
要である。

すなわち、上記降温ののち、所定の予熱温度である１１
００℃まで予熱炉温を再昇温させ、筒穀状焼結域を生長
させながら先導ダミ１５のダミヘッド１６を高周波炉２
の加熱帯の直下まで遂次降下させ、この間に後続して装
入される原料鋼粉に予熱を施し、筒状焼結域を遂次だて
方向に成長させる。

なお、原料粉末の降下中においても、予熱管内原料粉末
の堆積準位を定位置に保持する方法としては、タイマー
により間けつ的に昇降を繰返すツイーン−１４が、その
下端を原料粉末の堆積準位に接する以前に、図示しない
下限位置設定のリミットスイッチを押し「入」とするこ
とによりスライドフィーダー１３へ信号が発せられて、
追加粉末が投入される方式により行なわれる。

その後、再びツイーン−１４が降下し、もし再び下限リ
ミットスイッチを「入」とするならば、更に粉末が追加
投入され、また、もし下限リミットスイッチを「入」と
する以前にツイーン−１４の下端が原料粉末の堆積準位
に接したならば、ツイーン−１４はタイマーによるタイ
ムアツプ後、上昇して上限位置に停止し、粉末の追加投
入は行なわれない。

以上の方法により原料粉末の堆積準位は、定位置に維持
される。

かくしてシャフト炉の内部で下向きに順次に伸長するＰ
ケーキの内部には、高周波炉２における一次コイル７の
上端部を底点とした下向きに凸の放物面状の焼結−未焼
結界面、すなわち焼結前線が形成される。

この焼結前線が、高周波炉２の加熱帯直上に到達したの
ちに、その高周波入力を漸増しつゝＰケーキを前述■ケ
ーキに変成させる。

この高周波入力の漸増は、上部の設例すなわち外径１６
０ｍｍの■ケーキに対してはゞ２ＫＷとびの１０分間隔
で、はソ１時間強を費して検数ＫＷに達しさせるような
ステップ方式により好成績が得られた。

その後は、予熱炉１内で生成するＰケーキを、遂次に進
めて■ケーキに変成させ、その下端がピンチロール１９
のベルに達することは先導ダミ１５のステム１８により
たとえば検出接点を動作させるようにして容易に検知さ
れ、これによって先導ダミ１５上の負荷を、ピンチロー
ル１９に肩代り支持させることができ、そこで引続き先
導ダミ１５を避譲位置まで急速降下させ、この間にもう
一つの検出接点を動作させるようにして、これによりシ
ュート２を、ピンチロール１９およびカッタ２０の直下
位置へ、それまでの避譲位置から進出させ、これと同時
に適時反覆駆動を開始するようにしたカッタ２０による
粗砕■ケーキを、次次にパケット２２内に導くことがで
きる。

説明の煩雑をさけて言及をしなかったが、予熱炉１内の
比較的低温域で ２ＭＯ＋Ｃ→２Ｍ十００２ の反応が主に、そして予熱炉１の高温域から高周波炉２
の加熱帯にかけては、 ＭＯ＋Ｃ→Ｍ＋ＣＯ の反応が、原料鋼粉の含有炭素又は、これに加えた炭素
質材料を還元剤として進行する。

かような発生ガスを排除して上記の還元反応を促進する
ために、シャフト炉の各部に真空系の配管を行い炉内を
常時に排気することが必要である。

すなわち、図示例のようにシャフト炉の炉底すに弁Ａを
介してたとえばメカニカルブースタＭＢ１とロータリ真
空ポンプＲＰ、を配管し、この弁Ａとメカニカルブース
タＭＢ１との間を切出し装置１１を内蔵した炉頂ｔに配
管し、この炉頂ｔと炉底すとの間に弁Ｂを設け、そして
炉頂ｔにはさらに弁りを介してたとえばメカニカルブー
スタＭＢ２とロータリ真空ポンプＲＰ２を配管するとと
もにメカニカルブースタＭＢ２と弁りとの間を、弁Ｅを
介して炉底すにも配管する。

この真空系は、上述したシャフト炉のスタートの際およ
び定常運転の際に、次のような弁操作を行う。

こゝにスタート運転の際に弁Ｃを半開にすることにより
炉底すまたは摺動フランジ継手８における中引き部Ｍか
ら、予熱炉１の炉心管３の下端附近における減圧度を、
炉頂ｔでのそれよりもわずかに弱目にすることによって
、炉心管３の上下圧力差がときとしてＰケーキの生成前
に原料鋼粉の柱状堆積を吹き破って生粉の流下を生じる
原因となるのを完封するためである。

そして定常運転１において炉底すおよび炉頂ｔに対する
真空系統を独立させ、同２においてはさらに炉底すにお
ける減圧度を強化するのは炉底すで、降温■ケーキの表
面における２ＣＯ→Ｃ＋Ｃ０２の反応を通じたＣＯ２に
よる■ケーキ表面層の再酸化が生じるおそれを回避する
ためである。

かくして確実なＰおよび１ケーキの連続的な生成を有利
に導くことができるわけであるが、予熱炉１内では、主
としてＦｅＯの先行還元が、また高周波炉加熱帯の１２
００〜１４００℃域では主としてＭｎＯ，Ｃｒ２Ｏ３な
どの後続還元がそれぞれ有利に進行し、かような還元反
応を継続させるためには、■ケーキひいてはＰケーキの
降下速度の選択が重要であり、その決定要因は、発明者
らのあまた実験と試行錯誤の反覆の結果を綜合して、前
述焼結前線が、高周波炉の加熱帯の直上においてすでに
消失しているような降下速度を選ぶことの肝要さがだし
かめられた。

それというのは高周波加熱帯に焼結前線が侵入したとき
、未焼結域に対する焼結反応のために高周波コイルのパ
ワーがくわれて還元反応が不完全となるからである。

上述のようにしてこの発明によれば、鋼粉の能率的な焼
結還元に供されるシャフト炉への原料鋼粉の最初の装入
に際してとくに問題となるシャフト炉固有の問題点とし
ての原料粉末の先導ダミの制御による支持の下での焼結
および還元反応を有利に導き、しかも簡便確実な炉操業
が実現できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施能様を示すシャフト炉の縦断面
図である。 １・・・・・・予熱炉、２・・・・・・高周波炉、３・
・・・・・炉心管、１５・・・・・・先導ダミ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 予熱炉及び高周波炉の順次たて配列になるシャフト
   炉の炉底から、高周波炉を通り抜けて予熱炉の炉心管内
   に達する間に昇降し、該炉心管の底端でその上端より逐
   次に切出し装入される炭素を内装せる原料粉末を、予熱
   炉心管の内周に関して封止する先導ダミを予熱炉心管の
   外部加熱による装入原料粉末の減圧雰囲気における筒穀
   状焼結域の肥厚化の進行に応じて降下させる段階と、と
   の筒穀状焼結域内における未焼結粉末界面のはゞ放物面
   状をなす焼結前線あ直下における焼結域に対する減圧下
   の高周波誘導加熱による焼結粒子の個個に生じる還元反
   応の進行に応じて先導ダミを継続的に降下させる段階と
   を、両段階を通じ、先導ダミの降下による予熱炉の炉心
   管内における原料粉末の堆積準位低下を検出しこれを一
   定準位に保持する原料粉末の補充切出し装入を、該準位
   の低下に応じて逐次に行う工程に組合わせたことを特徴
   とする銅粉の連続焼結還元用シャフト炉の始動制御法。