その場製造アルカリ土類金属蒸気を用いた新しい鉄鋼精錬プロセスの開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11555192
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 佐野 正道 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70023174)
• 研究分担者: 奥村 圭二 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (50204144)
• キーワード: 鉄鋼精錬 / 還元精錬 / アルカリ土類金属 / 脱硫 / 脱燐 / 脱酸 / 炭素熱還元 / アルミニウム熱還元

研究概要

本年度においては、主としてアルミニウムとマグネシアの混合粉末を加圧成形したペレットを、高炭素濃度溶鉄の脱硫ではグラファイト製タンマン管に装入して溶鉄中に浸漬し、管下部の孔(直径1mm)よりアルゴンキャリアガスとともに生成したマグネシウム蒸気を浴内に吹き込み、脱硫実験を行った。なお、硫黄濃度の他に新たに溶鉄中のマグネシウム濃度をICPにより測定した。
マグネシウムの脱硫効率は、脱硫剤原単位の増加とともに減少した。この減少は、過剰の脱硫剤を使用したことに起因し、最適な脱硫剤原単位は約2kg/tで、20minで硫黄濃度は500ppmから30ppmまで低下し、脱硫効率は54%であった。溶鉄中のマグネシウム濃度は、脱硫剤原単位、溶鉄中硫黄濃度に依存し、実験初期で増加し、その後減少した。本プロセスにおける脱硫反応機構を検討するため、気泡中のマグネシウムと溶鉄中の硫黄の物質移動を律速段階とした反応モデルを構築し、その計算結果と実験結果を比較検討した。溶鉄中の硫黄濃度があまり高くない場合には、溶鉄中の硫黄の物資移動が律速段階であることがわかった。
溶鉄の脱酸については、ガス吹込み口が閉塞する問題を解決するため、浸漬管の吹込み口の材質を種々変化させて検討した結果、ジルコニアが最も閉塞しにくいことがわかった。なお、吹込み口の形状についてはさらに検討する必要があることが判明した。また、脱酸反応モデルを構築し、マグネシアの炭素熱還元により生成したマグネシウム蒸気を用いた溶鉄の脱酸反応に関する実験結果を解析した。溶鉄中の酸素濃度が高い場合には気泡生成時にマグネシウムが脱酸反応によりほぼ消費され、マグネシウムの供給速度が脱酸反応を律速していることがわかった。また、溶鉄中の酸素濃度が低くなると、脱酸反応は気泡中のマグネシウムと溶鉄中酸素の物質移動の混合律速となる。なお、マグネシアの炭素熱還元で生成したCOにより、一部マグネシウムが再酸化されることも明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] 佐野正道 他: "マグネシアのアルミニウム熱還元反応を用いたその場製造マグネシウム蒸気による高炭素濃度溶鉄の脱硫-2"材料トプロセス. Vol.13,No.4. 869 (2000)
• [文献書誌] 佐野正道 他: "マグネシアのアルミニウム熱還元反応を用いたその場製造マグネシウム蒸気による高炭素濃度溶鉄の脱硫の速度論的解析"材料とプロセス. Vol.13,No.4. 870 (2000)
• [文献書誌] 佐野正道 他: "マグネシアの炭素熱還元反応速度に及ぼす鉄添加の影響"材料とプロセス. Vol.13,No.4. 961 (2000)
• [文献書誌] 佐野正道 他: "溶鉄に浸漬したマグネシア・アルミニウム圧密体によるその場製造マグネシウム脱硫"材料とプロセス. Vol.13,No.4. 962 (2000)
• [文献書誌] 佐野正道 他: "マグネシアのアルミニウム熱還元反応を用いたその場製造マグネシウム蒸気による高炭素濃度溶鉄の脱硫プロセスにおけるマグネシウムの挙動"材料とプロセス. Vol.14,No.1. (2001)
• [文献書誌] 佐野正道 他: "その場製造したマグネシウム蒸気による溶鉄の脱酸における吹き込みノズルの閉塞機構"材料とプロセス. Vol.14,No.1. (2001)