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公開番号2024169963
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-06
出願番号2023086846
出願日2023-05-26
発明の名称フェロニッケル合金とその製造方法
出願人日本冶金工業株式会社
代理人個人
主分類C22C 38/00 20060101AFI20241129BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】ステンレス鋼および特殊鋼の原料として用いるのに良好な形状を持ち、高純度であり、特に、微量の硫黄分を有効に活用した、フェロニッケル合金を提供する。
【解決手段】以下質量%にて、Ni:10～50%、C:1%以下、S:0.1～2%、P:0.04%以下、Co:2%以下、Cr:2%以下、Cu:0.01～0.5%、Mo:0.01～1%、Sn:0.03%以下、残部Feおよび不可避的不純物から成り、その粒度が0.05mm～50mmであって、粒子はNi:10～90%のFe-Ni相およびFe:10～80%、Ni:5～70%、S:10～40%のFe-Ni-S相から構成され、相構成は、Fe-Ni-S相がFe-Ni相間に分布するか、Fe-Ni-S相中にFe-Ni相が分散するか、または、単一のFe-Ni相の周囲にFe-Ni-S相が被覆するフェロニッケル合金。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
以下質量％にて、Ｎｉ：１０～５０％、Ｃ：１％以下、Ｓ：０．１～２％、Ｐ：０．０４％以下、Ｃｏ：２％以下、Ｃｒ：２％以下、Ｃｕ：０．０１～０．５％、Ｍｏ：０．０１～１％、Ｓｎ：０．０３％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物から成り、その粒度が０．０５ｍｍ～５０ｍｍであって、粒子はＮｉ：１０～９０％のＦｅ－Ｎｉ相およびＦｅ：１０～８０％、Ｎｉ：５～７０％、Ｓ：１０～４０％のＦｅ－Ｎｉ－Ｓ相から構成され、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｓ相はＦｅ－Ｎｉ相間に分布することを特徴とするフェロニッケル合金。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
以下質量％にて、Ｎｉ：１０～５０％、Ｃ：１％以下、Ｓ：０．１～２％、Ｐ：０．０４％以下、Ｃｏ：２％以下、Ｃｒ：２％以下、Ｃｕ：０．０１～０．５％、Ｍｏ：０．０１～１％、Ｓｎ：０．０３％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物から成り、その粒度が０．０５ｍｍ～５０ｍｍであって、粒子はＮｉ：１０～９０％のＦｅ－Ｎｉ相およびＦｅ：１０～８０％、Ｎｉ：５～７０％、Ｓ：１０～４０％のＦｅ－Ｎｉ－Ｓ相から構成され、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｓ相中にＦｅ－Ｎｉ相が分散することを特徴とするフェロニッケル合金。
【請求項３】
以下質量％にて、Ｎｉ：１０～５０％、Ｃ：１％以下、Ｓ：０．１～２％、Ｐ：０．０４％以下、Ｃｏ：２％以下、Ｃｒ：２％以下、Ｃｕ：０．０１～０．５％、Ｍｏ：０．０１～１％、Ｓｎ：０．０３％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物から成り、その粒度が０．０５ｍｍ～５０ｍｍであって、粒子はＮｉ：１０～９０％のＦｅ－Ｎｉ相およびＦｅ：１０～８０％、Ｎｉ：５～７０％、Ｓ：１０～４０％のＦｅ－Ｎｉ－Ｓ相から構成され、単一のＦｅ－Ｎｉ相の周囲にＦｅ－Ｎｉ－Ｓ相が被覆することを特徴とするフェロニッケル合金。
【請求項４】
請求項１～３のいずれかに記載のフェロニッケル合金の製造方法であって、
以下質量％で、ＳｉＯ
２
：３６～５２％、Ａｌ
２
Ｏ
３
：０．２～３％、Ｆｅ：６～２０％、ＭｇＯ：１７～３０％、Ｎｉ：１．５～３％、Ｃｏ：０．５％以下、Ｃｒ
２
Ｏ
３
：２％以下、Ｐ：０．００５％以下、不可避的不純物を含有する酸化ニッケル鉱石と、１．５％以上ニッケルを含む含ニッケル物質の混合体であって、その平均組成としてＮｉ：１．５％以上、Ｆｅ：０．２～７０％、Ａｌ：０．０１～２０％、Ｃａ：０．０１～１０％、Ｐ：０．２％以下、Ｓ：０．０２％～２．５％、Ｂａ：０．００１～５０％、Ｃｏ：２％以下、Ｃｒ：１０％以下、Ｃｕ：０．００１～３％、Ｍｏ：０．００１～３％、Ｓｎ：０．２％以下を含むリサイクルＮｉ原料を１０～２００ｋｇ／ｏｒｅトンと、Ｆｉｘｅｄ－Ｃ：７０～８０％、ＳｉＯ
２
、Ａｌ
２
Ｏ
３
、ＣａＯからなるアッシュ分１０～１５％、Ｓ：０．３～１．０％、Ｉｇ－ｌｏｓｓ：１０～１５％の炭材を１００～１８０ｋｇ／ｏｒｅトンと、スラグ溶融剤を１０～１００ｋｇ／ｏｒｅトンとを粉砕混合して水分を８～３０％に調整してブリケットに製団し、
前記ブリケットをロータリーキルンに装入し、
空気を炉内に導入してクリンカー排出側から加熱しつつ、
前記ブリケットを転動させながら半溶融還元してクリンカーとし、
排出された前記クリンカーを冷却、破砕、選鉱することを特徴するフェロニッケル合金の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス鋼、特殊鋼などの製鋼工程においてＮｉ源として用いられるフェロニッケル合金に関し、特に、化学成分および粒度を向上させることで製鋼工程において最適な形で原料として扱えることを可能としたフェロニッケル合金に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
フェロニッケル合金は、ニッケルを含有するオーステナイトステンレス鋼、二相ステンレス鋼、合金鋼等のニッケル源として、広く使用されている。このフェロニッケル合金は、従来、酸化ニッケル鉱石に含まれる酸化ニッケル、並びに酸化鉄を還元してフェロニッケル合金を製造している。
【０００３】
フェロニッケル合金の製造方法としては、特許文献１に示されるロータリーキルンを用いて乾燥、還元を行う方法、特許文献２で示されるロータリードライヤーと電気炉を組み合わせて乾燥、還元を行う方法、特許文献３に示される電気を用いた還元炉を用いて還元を行う方法が挙げられる。
【０００４】
特許文献１で開示されているフェロニッケル合金製錬方法は、ロータリーキルンを用いて、ニッケル鉱石を半溶融状態として、石炭で還元製錬するものである。その工程では、フェロニッケル合金を効果的に凝集合体として、スラグとフェロニッケル合金粒子の混合体であるクリンカーを製造する。ここで、キーとなるのがフェロニッケル合金粒子を十分に成長させないと、その後のクリンカー粉砕、水中での浮遊選鉱、磁力選鉱を経てのフェロニッケル合金粒子の回収が難しいという技術課題がある。つまり、ニッケルの収率では不利点があるという課題があった。
【０００５】
一方、特許文献２及び３は、フェロニッケル合金を製造するにあたり、最も広く利用されている方法である。その方法とは、ニッケル鉱石と石炭を混合して、ロータリーキルンで予備乾燥、予備還元を行い、その後、電気炉に投入して、フェロニッケル合金とスラグを完全溶融させるものである。つまり、溶融フェロニッケル合金上に溶融スラグが分離してフェロニッケル合金を回収するため、Ｎｉの収率としては有利である。しかしながら、そのための三相黒鉛電極を配した放電アーク溶解設備を必要として、かつ、多大な電力を使用するため、コスト的には不利であるという難点がある。なおかつ、数多くの設備を初期投資せねばならないという課題がある。
【０００６】
また、ロータリーキルンで製錬する方法においては、特許文献４に記載されているように、ロータリーキルンの内壁にスラグリングが形成して、生産性を著しく損なうという課題も挙げられていた。さらに、特許文献５に示されている通り、ニッケル鉱石の組み合わせを厳選しないと、適切な操業を実施できないという難点も抱えていた。
【０００７】
上記したニッケル収率に関する技術については、特許文献６で示されている通り、ロータリーキルンを使う特許文献１、４、５に開示された技術において、ロータリーキルンから１３００℃で排出され水冷されたクリンカーは、主としてスラグとフェロニッケル粒とからなり、このフェロニッケル合金粒子の表面はＦｅとＮｉの硫化物相で覆われているとしている。しかし、硫化物の働きについては何ら開示が無い。
【０００８】
半溶融還元法では、元来、上記に述べた通り、原料は酸化ニッケル鉱石に限られていた。しかし、近年では、製錬コスト削減、資源循環、鉱山の環境保護、さらにカーボンニュートラルを目的として、電気・電子製品廃棄屑や廃触媒など、酸化ニッケル鉱石と同等、もしくはそれ以上にニッケルを含む廃棄物を添加して、フェロニッケル合金を得ることへの要求は高まっている。しかしながら、ニッケル以外の含有成分が製錬において阻害要因となる場合があるため、使用量拡大に対して新たな技術開発が必要となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開平３－１００２６号公報
特開２０１６－２１１０３２号公報
特開２０１６－３５０８５号公報
特開２０１１－０４７０２０号公報
特開２００６－３３６０２８号公報
特開平０５－２９５４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ステンレス鋼および特殊鋼に用いるのに良好な形状を持ち、高純度のフェロニッケル合金を提供する。特に微量の硫黄分を有効に活用したフェロニッケル合金を提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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