JP2020117774A - Method for manufacturing low carbon ferro-manganese - Google Patents

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Abstract

To provide a method for manufacturing low carbon ferro-manganese by which it is possible to obtain a high yield of Mn.SOLUTION: A method for manufacturing low carbon ferro-manganese includes decarbonizing by spraying oxidizing gas from a top-blowing lance onto a molten metal bath surface of ferro-manganese of high carbon in a reaction vessel including the top-blowing lance and a bottom-blowing tuyere. Refining is carried out by spraying so that a flow rate when the oxidizing gas reaches a bath surface is not less than 70 m/s and not more than 150 m/s at the time of manufacturing the low carbon ferro-manganese. Additionally, mixing is carried out under conditions that a mixing power density of gas blown from the bottom-blowing tuyere becomes 500 W/t or more.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、低炭素フェロマンガンの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing low carbon ferromanganese.

鉄鋼製品の合金成分として有用なマンガン(Mn)成分は、高炉溶銑を主原料とする転炉製鋼法の場合には転炉精錬の終了時点で添加され、一方、スクラップを主原料とする電気炉製鋼法の場合には溶解作業時に添加されるが、何れの場合も、マンガン成分としては、フェロマンガン(FeMn)合金を用いるのが一般的である。このフェロマンガン合金は、含有する炭素濃度によって高炭素フェロマンガン(HCFeMn)、中炭素フェロマンガン(MCFeMn)、低炭素フェロマンガン(LCFeMn)に分類され、その化学組成は日本工業規格(JIS)で定められている(表1参照)。なお、MCFeMnやLCFeMnは通常、高価なシリコンマンガン(SiMn)合金と多量の電力を使用して製造するので、HCFeMnに比べてはるかに高価な合金鉄である。 Manganese (Mn) component, which is useful as an alloying component of steel products, is added at the end of converter refining in the case of the converter steelmaking method using blast furnace hot metal as the main raw material, while the electric furnace using scrap as the main raw material. In the case of the steelmaking method, it is added during the melting operation, but in any case, it is common to use a ferromanganese (FeMn) alloy as the manganese component. This ferromanganese alloy is classified into high-carbon ferromanganese (HCFeMn), medium-carbon ferromanganese (MCFeMn), and low-carbon ferromanganese (LCFeMn) according to the contained carbon concentration, and its chemical composition is determined by Japanese Industrial Standards (JIS). (See Table 1). Since MCFeMn and LCFeMn are usually manufactured by using an expensive silicon manganese (SiMn) alloy and a large amount of electric power, they are alloyed iron far more expensive than HCFeMn.

中・低炭素フェロマンガンを製造する従来の技術の中には、いわゆる脱珪法と呼ばれる方法がある。この方法はまず、電気炉等において目標炭素含有量のシリコン−マンガン溶湯を準備し、その後この溶湯にマンガン鉱石等のマンガン酸化物を添加してシリコン−マンガン溶湯中のシリコンを酸化除去する方法である。この方法は、電気炉を使用するために電力コストが嵩むという問題点がある。 Among the conventional techniques for producing medium/low carbon ferromanganese is a so-called desiliconization method. This method is a method of first preparing a silicon-manganese molten metal having a target carbon content in an electric furnace or the like, and then adding manganese oxide such as manganese ore to this molten metal to oxidize and remove silicon in the silicon-manganese molten metal. is there. This method has a problem that the electric power cost is increased because the electric furnace is used.

このような問題点を解決するため、従来は、高炭素フェロマンガン溶湯に酸素ガスを吹きつけたり、溶湯中に酸素ガスを吹きこんだりして、フェロマンガン溶湯中の炭素を酸化除去するという方法がとられている。一般に、フェロマンガン溶湯の脱炭反応は、下記(1)式で表され、その際の平衡定数Kは、下記(2)式で示すことができる。
(MnO)+[C]=[Mn]+CO ・・・(1)
K=aMn・PCO/aMnO・a ・・・(2)
ここで、aは成分iの活量、Pは成分jの分圧(atm)である。平衡定数K、aMn、aの値は文献の熱力学データを用いて計算することができ、そして、下記(3)、(4)式の条件のもとで溶湯中の平衡[C]濃度と溶湯温度の関係を求めることにより、フェロマンガン溶湯の脱炭限界を知ることができる。
MnO=1 ・・・(3)
P=PMn+PCO=1 ・・・(4)
ただし、上記(4)式においてPは全圧(atm)であり、PMnはその温度でのMnの蒸気圧に等しいとする。
In order to solve such a problem, conventionally, a method of blowing oxygen gas into a high-carbon ferromanganese melt or blowing oxygen gas into the melt to oxidize and remove carbon in the ferromanganese melt has been proposed. It is taken. Generally, the decarburization reaction of ferromanganese melt is represented by the following equation (1), and the equilibrium constant K at that time can be represented by the following equation (2).
(MnO)+[C]=[Mn]+CO (1)
K=a Mn ·P CO /a MnO ·a C (2)
Here, a i is the activity of the component i, and P j is the partial pressure (atm) of the component j. The values of the equilibrium constants K, a Mn , and a C can be calculated using the thermodynamic data of the literature, and the equilibrium [C] in the molten metal under the conditions of the following equations (3) and (4) By determining the relationship between the concentration and the molten metal temperature, the decarburization limit of the ferromanganese molten metal can be known.
a MnO =1 (3)
P=P Mn +P CO =1 (4)
However, in the equation (4), P is the total pressure (atm), and P Mn is equal to the vapor pressure of Mn at that temperature.

上記(1)〜(4)式より、フェロマンガン溶湯の脱炭を進行させるには、溶湯温度の上昇、CO分圧の低下および酸化マンガンの活量の増加が必要であることがわかる。従って、低炭域でのフェロマンガン溶湯の脱炭については、大気圧下での吹錬を行うかぎり高温吹錬はもちろんのこと、歩留り低下の要因となるマンガンの酸化による酸化Mnの生成とマンガン蒸気の発生がある程度は避けられない。 From the above formulas (1) to (4), it is necessary to increase the melt temperature, decrease the CO partial pressure, and increase the manganese oxide activity in order to proceed with the decarburization of the ferromanganese melt. Therefore, for decarburization of the ferromanganese melt in the low-carbon region, not only high-temperature blowing as long as the blowing is performed under atmospheric pressure, but also the production of Mn oxide and manganese of manganese due to the oxidation of manganese that causes the yield decrease. The generation of steam is unavoidable to some extent.

高炭素フェロマンガン溶湯に酸素ガスを吹き込んで吹錬する方法としては、特許文献1や特許文献2において、高炭素フェロマンガン溶湯中に反応炉の炉底羽口から酸素ガスを吹きこむことにより、溶湯中の炭素を酸化除去するという方法が提案されている。 As a method of blowing oxygen gas into the high-carbon ferromanganese melt and blowing it, in Patent Document 1 or Patent Document 2, by blowing oxygen gas into the high-carbon ferromanganese melt from the bottom tuyere of the reactor, A method of oxidizing and removing carbon in the molten metal has been proposed.

また、特許文献3には、炉底羽口から不活性ガスを吹き込んで溶湯を攪拌しつつ、上吹きランスから酸素ガスを吹きつけることにより溶湯中の炭素を酸化除去するという方法が提案されている。 Further, Patent Document 3 proposes a method in which an inert gas is blown from the bottom tuyeres to stir the molten metal, and at the same time, oxygen gas is blown from a top blowing lance to oxidize and remove carbon in the molten metal. There is.

さらに、上吹きガス、底吹きガスのガス種やその流量を、吹錬の時期や溶湯温度とともに制御する方法も提案されている。例えば、特許文献4には、炉底羽口から酸素ガスを吹き込んで高炭素フェロマンガン溶湯を脱炭するに際し、低炭域では酸素ガスに水蒸気および不活性ガスを混合して吹きこむ方法が提案されている。 Further, a method of controlling the gas species of the top blowing gas and the bottom blowing gas and the flow rates thereof together with the timing of the blowing and the temperature of the molten metal has been proposed. For example, Patent Document 4 proposes a method of blowing oxygen gas from the bottom of the furnace bottom to decarburize the high-carbon ferromanganese melt and to mix the oxygen gas with steam and an inert gas in the low-carbon region. Has been done.

また、特許文献5には、炉底羽口から酸素ガスと不活性ガスを混合して吹き込んで溶湯を攪拌しつつ、上吹きランスから酸素ガスを吹きつけて高炭素フェロマンガンの溶湯を脱炭するに際し、吹錬の進行に伴って底吹き酸素流量および底吹き不活性ガス流量を低下させる方法が提案されている。 Further, in Patent Document 5, while mixing and blowing oxygen gas and an inert gas from the tuyere of the furnace bottom to stir the molten metal, the oxygen gas is blown from the top blowing lance to decarburize the molten high carbon ferromanganese. In doing so, a method of reducing the bottom blown oxygen flow rate and the bottom blown inert gas flow rate with the progress of blowing has been proposed.

さらに、特許文献6や特許文献7には、上吹き酸素に不活性ガスを混合して吹きつける方法が提案されている。 Further, Patent Documents 6 and 7 propose methods for mixing and blowing an inert gas into top-blown oxygen.

特開昭48−079716号公報JP-A-48-079716 特開昭52−009616号公報JP-A-52-009616 特開昭60−056051号公報JP-A-60-056051 特開昭54−097521号公報JP-A-54-097521 特開昭62−230951号公報JP 62-230951 A 特開昭61−291947号公報JP 61-291947 A 特開平02−166256号公報JP-A-02-166256

しかしながら、特許文献1〜3の方法には、次のような問題点があった。すなわち、一般にマンガンは、酸素との親和力が強く酸素ガスにより容易に酸化されてスラグを形成するとともに、蒸気圧が高いために溶湯温度の上昇とともに蒸発が活発となり、ヒュームダストとして系外に飛散しやすいという傾向がある。そのため、これらの技術では、酸素ガスを単純に溶湯中に吹きこんだり、吹きつけたりするだけでは脱炭が困難なばかりか、Mnの歩留りも低下し、その結果として中・低炭素フェロマンガンを経済的に製造することができなくなるという問題があった。 However, the methods of Patent Documents 1 to 3 have the following problems. That is, manganese generally has a strong affinity with oxygen and is easily oxidized by oxygen gas to form a slag, and since the vapor pressure is high, vaporization becomes active as the temperature of the molten metal rises and scatters out of the system as fume dust. Tends to be easy. Therefore, in these technologies, not only is it difficult to decarburize by simply blowing or blowing oxygen gas into the molten metal, but also the yield of Mn is reduced, and as a result, medium- and low-carbon ferromanganese is economically used. However, there is a problem that it cannot be manufactured.

また、特許文献4〜7に記載の先行技術についても、次のような解決すべき課題を残しているのが実情である。
例えば、炉底羽口から酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを吹きこむ方法(特許文献4および5)では、フェロマンガン溶湯の脱炭精錬について、前述したように、高温吹錬が必須であることに加えて、羽口近傍が酸素ガスによる酸化反応熱により一層の高温に曝されることが予想される。したがって、羽口の溶損による溶湯の漏洩を防止するために高度な操業技術を必要とするとともに、不活性ガスのみを吹きこむ場合と比較して羽口寿命が著しく低下し、耐火物コストの大幅な上昇が避けられない。
In addition, with respect to the prior arts described in Patent Documents 4 to 7, it is the actual situation that the following problems to be solved remain.
For example, in the method of blowing oxygen gas or a mixed gas of oxygen gas and an inert gas from the tuyere of the bottom of the furnace (Patent Documents 4 and 5), as described above, high temperature blowing is performed for decarburizing refining of the ferromanganese molten metal. In addition to being essential, it is expected that the vicinity of the tuyere will be exposed to higher temperatures due to the heat of oxidation reaction by oxygen gas. Therefore, in order to prevent leakage of the molten metal due to melting of the tuyere, advanced operation technology is required, and the life of the tuyere is significantly reduced compared to the case where only the inert gas is blown, and the refractory cost is reduced. A big rise is inevitable.

一方、上吹きする酸素ガスに不活性ガスを混合してフェロマンガン溶湯に吹きつける方法(特許文献6および7)は、最も高温で脱炭が生じやすいサイトである火点(上吹きガスが溶湯面に衝突する位置)が、不活性ガスで冷却されることになるとともに、もともと火点はマンガン蒸気の発生が大きくCO分圧の低下が生じていると考えられることから、不活性ガスによるCO分圧低下の効果が小さい。また、混合する不活性ガスの流量を大きくして反応炉内全体のCO分圧を低下させるという考え方もあるが、この方法では、不活性ガスとして高価なアルゴン等の希ガスを用いる場合には、精錬費用が嵩んで経済的でない。 On the other hand, the method of mixing an inert gas with the oxygen gas to be blown upward and blowing it to the ferromanganese molten metal (Patent Documents 6 and 7) is a fire point at which the decarburization easily occurs at the highest temperature. Since the position where it collides with the surface) is cooled by the inert gas, and since it is considered that manganese vapor is originally generated largely at the fire point and the CO partial pressure decreases, the CO caused by the inert gas is reduced. The effect of reducing partial pressure is small. There is also an idea of increasing the flow rate of the inert gas to be mixed to reduce the CO partial pressure in the entire reaction furnace. However, in this method, when an expensive rare gas such as argon is used as the inert gas, However, refining cost is high and it is not economical.

さらに、上記従来技術には、転炉状の反応容器において、上吹きランスから酸化性ガスを供給して、フェロマンガン溶湯を脱炭する際の適正な送酸条件については何ら明らかにされていない。 Furthermore, in the above-mentioned prior art, in a converter-like reaction vessel, an oxidizing gas is supplied from an upper blowing lance to decarburize a ferromanganese molten metal, and proper acid feeding conditions are not clarified at all. ..

そこで、本発明は、従来技術が抱えている上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、転炉型の反応容器において、酸化性ガスを上吹きしてフェロマンガン溶湯からの脱炭を行う際に、高いMn歩留を享受できる低炭素フェロマンガンの製造方法を提案することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems that the prior art has, and the object thereof is to convert the ferro-manganese melt from the molten ferro-manganese by blowing the oxidizing gas upward in the converter-type reaction vessel. It is to propose a method for producing low-carbon ferromanganese that can enjoy a high Mn yield when performing decarburization.

発明者らは、Mn歩留りのよい低炭素フェロマンガンの製造方法について、溶湯温度や溶湯中成分の変化に着目して、研究を重ねた結果、転炉型の反応容器において、酸化性ガスを上吹きしてフェロマンガン溶湯からの脱炭を行う際に、上吹ランスから吹きつける酸化性ガスの溶湯浴面での流速をコントロールすれば、高温域で大量に生成するMnの蒸発および過剰なMnの酸化が抑えられ、高い脱炭酸素効率を得られることができるとの知見を得て、本発明を開発するに至った。すなわち、本発明は、上吹きランスおよび底吹き羽口を備えた反応容器内に収容した高炭素のフェロマンガン溶湯の浴面上に、上吹きランスから酸化性ガスを吹きつけて脱炭し、低炭素のフェロマンガンを製造するに際し、上記酸化性ガスの吹きつけを浴面到達時流速が70m/s以上150m/s以下となるようにして吹錬することを特徴とする低炭素フェロマンガンの製造方法を提案する。 The inventors conducted extensive research on a method for producing low-carbon ferromanganese having a high Mn yield, paying attention to changes in the melt temperature and the components in the melt, and as a result, in a converter-type reaction vessel, oxidizing gas was removed. When decarburizing the ferromanganese melt by blowing, if the flow velocity of the oxidizing gas blown from the top blowing lance on the surface of the molten bath is controlled, Mn vaporized in a large amount in the high temperature region and excessive Mn are generated. The present invention has been developed based on the finding that the oxidation of bisphenol can be suppressed and a high decarboxylation efficiency can be obtained. That is, the present invention, on the bath surface of the high carbon ferromanganese molten metal housed in a reaction vessel equipped with a top blowing lance and bottom blowing tuyere, decarburizing by blowing an oxidizing gas from the top blowing lance, In producing low carbon ferromanganese, the oxidizing gas is blown so that the flow velocity upon reaching the bath surface is 70 m/s or more and 150 m/s or less. A manufacturing method is proposed.

なお、上記のように構成される本発明の低炭素フェロマンガンの製造方法は、また、
a.上記底吹き羽口からは、撹拌動力密度にして500W/t以上となるように撹拌用ガスの吹きこみを行うこと、
b.上記吹錬中に、中炭素フェロマンガンまたは低炭素フェロマンガンの冷材を投入すること、
がより好ましい実施形態になりうるものと考えられる。
Incidentally, the method for producing low carbon ferromanganese of the present invention configured as described above,
a. From the bottom blown tuyere, blow a stirring gas at a stirring power density of 500 W/t or more.
b. During the blowing, adding a cold material of medium carbon ferromanganese or low carbon ferromanganese,
Is considered to be a more preferable embodiment.

本発明によれば、フェロマンガン溶湯に吹きつける酸化性ガスの流速を適正化することで、高い脱炭酸素効率での吹錬を行うことができ、ひいては高いMn歩留を得ることが可能となる。加えて本発明によれば、底吹きガスの攪拌動力密度を適正化することで、より高いMn歩留を得ることができる。 According to the present invention, by optimizing the flow rate of the oxidizing gas sprayed onto the ferromanganese molten metal, it is possible to perform blowing with high decarboxylation efficiency, and it is possible to obtain a high Mn yield. Become. In addition, according to the present invention, a higher Mn yield can be obtained by optimizing the stirring power density of the bottom-blown gas.

本発明に用いる反応容器の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the reaction container used for this invention.

図1は本発明方法を実施するのに有効な設備の一例である。以下、この図1に従って、高炭素フェロマンガン(HCFeMn)の脱炭精錬方法を説明する。図示したように上底吹き転炉の例である反応容器1には、溶融した高炭素フェロマンガン溶湯2が装入される。その容器内溶湯2浴面上には、上吹きランス3から酸素ガス(O)と非酸化性ガスを混合した酸化性ガスが吹きつけられ、一方、底吹き羽口4からは溶湯2中に非酸化性ガスが吹きこまれる構成とされている。なお、上記底吹き羽口4には、非酸化性ガスを導く配管5が、そして、上吹きランス3に非酸化性ガスを導く配管6および酸素ガスを導く配管7には、それぞれ流量調節弁8が設置されている。なお、吹錬中は炉口から各種冷却材9を投入することができる。上記上吹きランス3は、ラバールノズルを用いることが好ましく、複数のノズルとするときは、ランス軸に対し、回転対称に配置することが好ましい。さらに、この上吹きランス3は、多孔のランスを用いることで、単孔ランスに比べ火点面積が広くなり、効率よく溶湯に酸素を供給することができるため、大量生産に適している。 FIG. 1 shows an example of equipment effective for carrying out the method of the present invention. Hereinafter, the method for decarburizing and refining high carbon ferromanganese (HCFeMn) will be described with reference to FIG. As shown in the figure, a molten high carbon ferromanganese melt 2 is charged into a reaction vessel 1 which is an example of an upper bottom blowing converter. Oxidizing gas, which is a mixture of oxygen gas (O 2 ) and non-oxidizing gas, is blown from the top blowing lance 3 onto the surface of the molten metal 2 in the container, while the bottom blowing tuyere 4 causes the molten metal 2 A non-oxidizing gas is blown into. Note that the bottom blowing tuyere 4 is provided with a pipe 5 for introducing a non-oxidizing gas, and the top blowing lance 3 is provided with a pipe 6 for introducing a non-oxidizing gas and a pipe 7 for introducing an oxygen gas. 8 are installed. During the blowing, various coolants 9 can be charged from the furnace opening. It is preferable to use a Laval nozzle for the upper blowing lance 3, and when using a plurality of nozzles, it is preferable to arrange the upper blowing lance 3 rotationally symmetrically with respect to the lance axis. Furthermore, since the top blowing lance 3 uses a porous lance, it has a larger fire point area than a single-hole lance and can efficiently supply oxygen to the molten metal, which is suitable for mass production.

本発明に係る低炭素フェロマンガンの製造方法にあたっては、まず、反応容器1内に高炭素フェロマンガンの溶湯2を装入する。そして、その溶湯2の装入前から精錬中にかけて、底吹き羽口4からは所要量の非酸化性ガスを該溶湯2中に吹きこんで、溶湯2を攪拌する。その後、上吹きランス3を上方より下降させ、上記溶湯2の浴面に酸化性ガスの吹きつけを行って、脱炭吹錬を開始する。 In the method for producing low carbon ferromanganese according to the present invention, first, the molten metal 2 of high carbon ferromanganese is charged into the reaction vessel 1. Then, from before the charging of the molten metal 2 to during refining, a required amount of non-oxidizing gas is blown into the molten metal 2 from the bottom blowing tuyere 4 to stir the molten metal 2. After that, the upper blowing lance 3 is lowered from above, the oxidizing gas is blown onto the bath surface of the molten metal 2, and decarburization blowing is started.

なお、上吹きランス3から吹きつける酸化性ガスとしては、酸素ガスや酸素ガスに非酸化性ガスを30vol%以下混合した酸素混合ガスを用いることができる。混合する非酸化性ガスとしては、Arが好ましい。このとき、火点の温度確保の観点から、上吹きガスは非酸化性ガスが10vol%以下の酸素混合ガスがより好ましく、純酸素ガスを用いることがより好ましい。一方、底吹き羽口から吹込む非酸化性ガスとしては、溶湯中の窒素濃度を上昇させず効率よく撹拌するという観点から、Ar、COもしくはCOまたはそれらの混合ガスを用いることが好ましい。 As the oxidizing gas blown from the upper blowing lance 3, oxygen gas or an oxygen mixed gas in which a non-oxidizing gas is mixed with oxygen gas in an amount of 30 vol% or less can be used. Ar is preferable as the non-oxidizing gas to be mixed. At this time, from the viewpoint of securing the temperature of the fire point, the upper blowing gas is more preferably an oxygen mixed gas in which the non-oxidizing gas is 10 vol% or less, and more preferably pure oxygen gas. On the other hand, as the non-oxidizing gas blown from the bottom blowing tuyere, it is preferable to use Ar, CO, or CO 2 or a mixed gas thereof from the viewpoint of efficiently stirring without increasing the nitrogen concentration in the molten metal.

上吹きランス3からの酸化性ガスの吹きつけは、下記(5)〜(8)式により計算される浴面到達時の流速が70m/s以上150m/s以下となるように操業をすることが必要であり、その理由はこの範囲内で操業することにより、酸素がMnの蒸気(ヒューム)に遮られることなく、かつ溶湯の飛散を抑制しながら吹錬を行うことができるので、脱炭酸素効率が向上し、高いMn歩留りが得られるからである。より好ましくは、浴面到達時の流速が80m/s以上130m/s以下の範囲となるようにして吹錬することである。 The blowing of the oxidizing gas from the upper blowing lance 3 should be performed so that the flow velocity when reaching the bath surface calculated by the following equations (5) to (8) is 70 m/s or more and 150 m/s or less. The reason is that by operating within this range, oxygen is not blocked by Mn vapor (fumes) and it is possible to perform blowing while suppressing the scattering of the molten metal. This is because the element efficiency is improved and a high Mn yield is obtained. More preferably, the blowing is performed such that the flow velocity when reaching the bath surface is in the range of 80 m/s or more and 130 m/s or less.

O2=0.456・n・d・(P/0.97) ・・・(5)
=740{1−(P/P2/71/2 ・・・(6)
U/U=D/2CL ・・・(7)
C=0.016+0.19/((P/0.97)−1.034) ・・・(8)
ここで、FO2:上吹きランスからの酸化性ガスの供給速度(Nm/h)、n:上吹きランスのノズル孔数(個)、d:上吹きランスのノズルのスロート径(mm)、P:酸化性ガスの上吹きランスノズル前圧力(atm)、P:同出口圧力(atm)、U:上吹きランスからの酸化性ガスの噴出流速(m/s)、U:上吹きランスからの酸化性ガスの浴面到達時流速(m/s)、L:ランス高さ(上吹きランスのノズル出口から、静止時浴面までの距離)(mm)、D:上吹きランスのノズル出口径(mm)、C:酸化性ガスのジェットの広がりを表す常数(−)である。
F O2 =0.456·n·d 2 ·(P 0 /0.97) (5)
U 0 = 740 {1- (P e / P 0) 2/7} 1/2 ··· (6)
U/U 0 =D/2CL (7)
C = 0.016 + 0.19 / (( P 0 /0.97)-1.034) ··· (8)
Here, F O2 : supply rate of the oxidizing gas from the upper blowing lance (Nm 3 /h), n: the number of nozzle holes of the upper blowing lance, d: throat diameter (mm) of the nozzle of the upper blowing lance , P 0 : pressure before the top blowing lance nozzle of the oxidizing gas (atm), P e : same outlet pressure (atm), U 0 : jetting flow rate (m/s) of the oxidizing gas from the top blowing lance, U: Velocity (m/s) when the oxidizing gas reaches the bath surface from the top blowing lance, L: lance height (distance from nozzle outlet of top blowing lance to bath surface when stationary) (mm), D: top blowing Lance nozzle outlet diameter (mm), C: a constant (-) representing the spread of the jet of oxidizing gas.

また、上述の操業にあたっては、吹錬中の脱炭反応を促進させるため、下記の(9)式で示される溶湯2の撹拌動力密度εが500W/t以上となる条件で溶湯2中に羽口4から底吹きガスを供給することが好ましい。それは適正な撹拌動力で溶湯の撹拌を行うことで、スラグ−メタル反応を促進し、スラグ中の酸化Mnを回収することができるからである。さらに好ましくは、攪拌動力密度を600W/t以上とすることである。一方、通常は底吹きガスを大量に吹き込んでも吹抜けによって溶湯の撹拌に寄与する有効な底吹きガスが減少するため、攪拌動力密度の最大値は1000W/t程度である。
ε=6.183×(Q×T/(60×W))×[ln{1+h/(1.02×10−4×(101325×P))}+{1−(T/T)}] ・・・(9)
ここで、ε:底吹きガスの撹拌動力密度(W/t)、Q:底吹きガス流量(Nm/h)、W:フェロマンガン溶湯量(t)、T:フェロマンガン溶湯温度(℃)、T:底吹きガス温度(℃)、h:浴深(静止時浴面から反応容器底までの距離)(m)、P:大気圧力(atm)である。
Further, in the above-mentioned operation, in order to promote the decarburization reaction during blowing, the blades in the molten metal 2 under the condition that the stirring power density ε of the molten metal 2 represented by the following formula (9) is 500 W/t or more. It is preferable to supply the bottom blown gas from the mouth 4. This is because the slag-metal reaction can be promoted and Mn oxide in the slag can be recovered by stirring the molten metal with an appropriate stirring power. More preferably, the stirring power density is 600 W/t or more. On the other hand, even if a large amount of bottom-blown gas is blown, the effective bottom-blown gas that contributes to the stirring of the molten metal decreases due to blow-through, so the maximum value of the stirring power density is about 1000 W/t.
ε=6.183×(Q×T l /(60×W))×[ln{1+h/(1.02×10 −4 ×(101325×P))}+{1-(T g /T l )}] ・・・(9)
Here, ε: agitation power density (W/t) of bottom-blown gas, Q: bottom-blown gas flow rate (Nm 3 /h), W: molten ferromanganese amount (t), T 1 : molten ferromanganese temperature (° C.) ), T g : bottom blown gas temperature (° C.), h: bath depth (distance from the bath surface to the reaction vessel bottom at rest) (m), P: atmospheric pressure (atm).

なお、耐火物の損耗、Mnの蒸発の抑制、脱炭速度の維持を獲得するという観点からは、フェロマンガン溶湯温度Tは、溶湯中炭素濃度[C]:2.0mass%以上は1700℃以下、[C]:2.0mass%未満1.5mass%以上では1750℃以下にして操業を行うことが望ましい。上記範囲に溶湯温度を維持するためには、この脱炭精錬の途中で必要に応じて合金、生石灰、ドロマイトなどの副原料やMn鉱石、スラグなどを冷却材9として添加することが有効である。この場合において、Mnの蒸発を抑えること以上にスラグボリュームが増加すると、スラグへのMnの移行が増加し、Mn歩留まりの低下を招く。そのため、冷却材としてはFeMnの破砕屑を用いることが好ましく、MCFeMnまたはLCFeMnを冷材として用いることがさらに好ましい。しかし、そうした破砕屑を用いて操業温度の制御を行うことは、冷却材の添加によって溶湯が局部的に冷却されるため、脱炭反応促進の観点からはあまり好ましくない。そこで、破砕屑を用いて溶湯温度を制御する場合には、その使用量は極力減らすことが望ましい。 From the viewpoint of obtaining wear of refractory materials, suppression of Mn evaporation, and maintenance of decarburization rate, the ferromanganese melt temperature T 1 is 1700° C. when the carbon concentration [C] in the melt is 2.0 mass% or more. Hereinafter, when [C]: less than 2.0 mass% and 1.5 mass% or more, it is desirable to operate at 1750° C. or lower. In order to maintain the molten metal temperature within the above range, it is effective to add an auxiliary material such as an alloy, quick lime, dolomite, Mn ore, slag, etc. as the coolant 9 during the decarburization refining, if necessary. .. In this case, if the slag volume is increased more than suppressing the evaporation of Mn, the migration of Mn to the slag is increased and the Mn yield is lowered. Therefore, it is preferable to use the crushed waste of FeMn as the cooling material, and it is more preferable to use MCFeMn or LCFeMn as the cooling material. However, controlling the operating temperature by using such crushed scrap is not preferable from the viewpoint of accelerating the decarburization reaction because the molten metal is locally cooled by the addition of the coolant. Therefore, when the molten metal temperature is controlled using crushed scrap, it is desirable to reduce the amount used as much as possible.

さて、所定の炭素濃度になるまで脱炭したら、上記上吹きランス3を上昇させ、酸化性ガスの吹きつけを停止する。また、該上吹きランス3の上昇後、底吹きガスによって撹拌しながら、FeSi、SiMnなどの還元材を添加し、スラグ中の酸化Mnを還元回収することが好ましい。 Now, after decarburizing to a predetermined carbon concentration, the upper blowing lance 3 is raised and the blowing of the oxidizing gas is stopped. Further, it is preferable that after raising the top blowing lance 3, a reducing agent such as FeSi or SiMn is added while stirring with a bottom blowing gas to reduce and recover Mn oxide in the slag.

この実施例は、25tの高炭素フェロマンガン(HCFeMn)の溶湯を、内径約2.3mの円筒状の上底吹き型精錬炉に装入し、脱炭精錬を行った例である。ここで使用したHCFeMnは、表1に示す2号(Mn:73mass%、C:6.9mass%)に相当し、装入直後の温度は1335〜1342℃であった。操業(吹錬)にあたっては、底吹き羽口からArを吹き込んで、溶湯を撹拌しつつ、上吹きランスより純Oを吹きつけた。酸素供給速度は精錬開始から終了まで40Nm/minで行った。そして、吹錬に際しては、MCFeMn(Mn:80mass%、C:1.5〜2.0mass%)の破砕屑500kgおよびLCFeMn(Mn:80mass%、C:0.5〜1.0mass%)の破砕屑450kgをそれぞれ添加した。また、この操業にあたっては、ランス高さ、上吹きノズルの形状および孔数、ならびにノズル前圧力を変化させ、上吹きガスの浴面到達時流速を変化させて、高炭素フェロマンガン溶湯の脱炭精錬を行った。その結果を表2にまとめた。なお、フェロマンガン溶湯中の炭素濃度[C]:0.5mass%を終点として吹錬を終了した。 This example is an example in which 25 ton of high carbon ferromanganese (HCFeMn) molten metal was charged into a cylindrical top-bottom blow type smelting furnace having an inner diameter of about 2.3 m to perform decarburization refining. The HCFeMn used here corresponds to No. 2 (Mn: 73 mass%, C: 6.9 mass%) shown in Table 1, and the temperature immediately after charging was 1335 to 1342°C. In the operation (blowing), Ar was blown from the bottom blowing tuyere to stir the molten metal, and pure O 2 was blown from the top blowing lance. The oxygen supply rate was 40 Nm 3 /min from the start to the end of refining. When blowing, 500 kg of MCFeMn (Mn: 80 mass%, C: 1.5 to 2.0 mass%) crushed waste and LCFeMn (Mn: 80 mass%, C: 0.5 to 1.0 mass%) crushed. 450 kg of waste was added respectively. In this operation, the lance height, the shape and the number of holes of the upper blowing nozzle, and the pressure before the nozzle are changed to change the flow velocity of the upper blowing gas when it reaches the bath surface to decarburize the high carbon ferromanganese melt. Smelted. The results are summarized in Table 2. The carbon concentration in the molten ferromanganese [C]: 0.5 mass% was set as the end point and the blowing was completed.

Figure 2020117774
Figure 2020117774

Figure 2020117774
Figure 2020117774

なお、この実施例において、Mn歩留り、脱炭酸素効率の定義はそれぞれ下記(10)(11)式のとおりである。
ηMn=W/(W+W+W)×100 ・・・(10)
ここで、ηMn:Mn歩留(%)、W:製品FeMn中のMn重量(kg)、W:HCFeMn溶湯中のMn重量(kg)、W:Mn含有合金として添加したMn重量(kg)、W:酸化Mnとして添加したMn重量(kg)である。
ηO2=(([C]1−[C]2)×10/12×0.5×22.4×100)/WO2 ・・・(11)
ここで、ηO2:脱炭酸素効率(%)、[C]1:吹錬開始時の溶湯中炭素濃度(mass%)、[C]2:吹錬終了時の溶湯中炭素濃度(mass%)、およびWO2はFeMnの単位重量当たりの吹錬酸素総量(Nm/t)である。
In this example, the definitions of Mn yield and decarbonation efficiency are as shown in the following equations (10) and (11).
η Mn =W 1 /(W 2 +W 3 +W 4 )×100 (10)
Here, η Mn : Mn yield (%), W 1 : weight of Mn in product FeMn (kg), W 2 : weight of Mn in molten HCFeMn (kg), W 3 : weight of Mn added as Mn-containing alloy (Kg), W 4 : Mn weight (kg) added as Mn oxide.
η O2 =(([C] 1 −[C] 2 )×10/12×0.5×22.4×100)/W O2 (11)
Here, η O2: decarboxylation efficiency (%), [C] 1 : carbon concentration in melt at start of blowing (mass%), [C] 2 : carbon concentration in melt at end of blowing (mass%) ), and W O2 are the total amount of blown oxygen (Nm 3 /t) per unit weight of FeMn.

表2に示すように、上記脱炭精錬の結果、上吹きガスの浴面到達時の流速が70m/s以上150m/s以下である水準では、Mn歩留りが高位であった。一方で、浴面到達時流速が70m/s未満である水準では、酸素がMnの蒸気(ヒューム)に遮られ、十分浴面に到達しなかったため、脱炭酸素効率が低位であったと考えられる。また、浴面到達時流速が150m/s超えの水準では、溶湯の飛散が多くなりMn歩留が低下したと考えられる。さらに、底吹きガスの撹拌動力密度が500W/t以上の水準では、撹拌動力密度が500W/t未満の水準よりもMn歩留がより高位であった。適正な撹拌動力で溶湯の撹拌を行うことで、スラグ-メタル反応を促進し、スラグ中の酸化Mnを還元回収することが出来たためであると考えられる。 As shown in Table 2, as a result of the above decarburization refining, the Mn yield was high when the flow velocity of the top-blown gas when reaching the bath surface was 70 m/s or more and 150 m/s or less. On the other hand, at the level where the flow velocity on arrival at the bath surface was less than 70 m/s, oxygen was blocked by Mn vapor (fumes) and did not reach the bath surface sufficiently, so it is considered that the decarboxylation efficiency was low. .. Further, it is considered that when the flow velocity at the time of reaching the bath surface exceeds 150 m/s, the molten metal is scattered and the Mn yield is lowered. Further, at a level where the stirring power density of the bottom-blown gas was 500 W/t or more, the Mn yield was higher than that when the stirring power density was less than 500 W/t. It is considered that the slag-metal reaction was promoted and the Mn oxide in the slag could be reduced and recovered by stirring the molten metal with appropriate stirring power.

本発明に係る低炭素フェロマンガンの製造方法で提案している技術は、例えば、その他の一般的な製鋼精錬技術の分野への展開も可能であると考えられる。 It is considered that the technique proposed in the method for producing low-carbon ferromanganese according to the present invention can be applied to the field of other general steelmaking and refining techniques, for example.

1 反応容器
2 溶湯
3 ランス
4 羽口
5 非酸化性ガス配管
6 非酸化性ガス配管
7 酸素ガス配管
8 流量調節弁
9 冷却材(添加材)
1 Reaction Container 2 Molten Metal 3 Lance 4 Tuyere 5 Non-Oxidizing Gas Pipe 6 Non-Oxidizing Gas Pipe 7 Oxygen Gas Pipe 8 Flow Control Valve 9 Coolant (Additive)

Claims (3)

上吹きランスおよび底吹き羽口を備えた反応容器内に収容した高炭素のフェロマンガン溶湯の浴面上に、上吹きランスから酸化性ガスを吹きつけて脱炭し、低炭素のフェロマンガンを製造するに際し、前記酸化性ガスの吹きつけを浴面到達時流速が70m/s以上150m/s以下となるようにして吹錬することを特徴とする低炭素フェロマンガンの製造方法。 On top of the bath surface of the high carbon ferromanganese melt contained in a reaction vessel equipped with a top blowing lance and a bottom blowing tuyere, an oxidizing gas was blown from the top blowing lance to decarburize the low carbon ferromanganese. During the production, a method for producing low carbon ferromanganese, characterized in that the oxidizing gas is blown so that the flow velocity upon reaching the bath surface is 70 m/s or more and 150 m/s or less. 前記底吹き羽口からは、撹拌動力密度にして500W/t以上となるように撹拌用ガスの吹きこみを行うことを特徴とする請求項1に記載の低炭素フェロマンガンの製造方法。 The method for producing low-carbon ferromanganese according to claim 1, wherein the stirring gas is blown from the bottom blown tuyere so that the stirring power density is 500 W/t or more. 前記吹錬中に、中炭素フェロマンガンまたは低炭素フェロマンガンの冷材を投入することを特徴とする請求項1または2に記載の低炭素フェロマンガンの製造方法。
The method for producing low carbon ferromanganese according to claim 1 or 2, wherein a cooling material of medium carbon ferromanganese or low carbon ferromanganese is charged during the blowing.
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