JP2856103B2 - 溶銑脱燐方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、溶銑の脱燐と同時に
溶銑中［Mn］濃度も上昇させて高［Mn］濃度鋼の製造を
有利化するための溶銑脱燐方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術とその課題】近年、高Mn鋼溶製コストの低減
に関する要望がとみに高まってきたことに呼応し、脱炭
吹錬を行う転炉内の溶銑にマンガン鉱石を投入して終点
［Mn］濃度を上昇させる手立てが採られるようになって
きた。しかしながら、転炉へのマンガン鉱石添加可能量
は“吹錬開始時の溶銑温度と溶銑［Ｃ］濃度”及び“吹
錬終点時の溶鋼温度と溶鋼［Ｃ］濃度”によって決定さ
れるので自ずと限度があり、達成できる終点［Mn］濃度
も要求値よりは遙に低く、そのため依然として高価なフ
ェロマンガン等の添加で［Mn］濃度調整を行わなければ
ならないという問題は解決されなかった。

【０００３】そこで、マンガン鉱石添加を伴う脱炭吹錬
後の転炉滓中に比較的高濃度のMn分が含まれていること
が注目され、この転炉滓を溶銑の予備精錬（脱燐処理）
に再利用すると共に、予備精錬炉（脱燐炉）内へも新た
なマンガン鉱石を添加して精錬を行うことでMn回収をよ
り効率的に行う方法が提案された（特開平１−259115号
公報, 特開平４-37134号公報等を参照）。しかし、この
方法によっても、出鋼温度の差によるバラツキがあるも
のの熱的余力から見て使用できるマンガン鉱石量は脱燐
炉及び脱炭炉のト−タルで２０kg/T程度にしかならず、
従って［Mn］濃度が１重量％以上の高Mn鋼を溶製するた
めには、特開平２−１９７５１３号公報所載の技術のよ
うに炉内への炭材の添加を行ったり、あるいは特開平３
−１８３７１９号公報所載の技術のように添加するマン
ガン鉱石の予備還元を行うことが必要であった。

【０００４】しかるに、炉内へ炭材を添加する方法で
は、Ｓピックアップ等の防止という観点から炭材として
高価なコ−クスを使用しなければならず、またコ−クス
が燃焼する分だけ吹錬時間が延びるといった問題も付随
していた。一方、マンガン鉱石を予備還元して添加する
方法では、マンガン鉱石の予備還元にコ−クスが必要で
あることからコスト上昇を如何ともし難かった。しか
も、鉱石中のマンガン酸化物をMnＯに還元する温度（≧
1200℃）以上にまで加熱すると鉱石が溶融してその後の
処理（粉砕）が不利となる上、予備還元操業も不安定と
なるので、単純な予備還元法では還元温度を１２００℃
未満に抑える必要があり、そのため実際上は完全な予備
還元を行えないという問題があった。更に、何れの方法
においても、鉱石を大量に炉内に投入した時には鉱石の
溶融が律速となり、脱燐炉での鉱石溶け残りやMn歩留り
の低下が認められた。

【０００５】このようなことから、本発明が目的とする
のは、高Mn鋼の溶製に有利な［Mn］濃度の高い脱燐銑が
低コストで得られる溶銑脱燐法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者は上記
目的を達成すべく鋭意研究を行ったところ、次のような
知見を得ることができた。 a) 脱炭吹錬後に転炉から排出される転炉滓は高い保有
熱を有しており、そのため転炉（脱炭炉）排滓時に転炉
滓中へマンガン鉱石又は鉄マンガン鉱石を投入してやる
と転炉滓の保有熱によって投入されたマンガン鉱石ある
いは鉄マンガン鉱石の予備還元や溶解が円滑に進んで、
Mn分含有濃度の高い転炉滓がコ−クス等の外部エネルギ
−を加えることなく安価に得られる， b) このようにしてMn富化がなされた転炉滓は転炉形式
の炉を用いる溶銑脱燐処理時の精錬剤（脱燐剤）として
有効に使用できるだけでなく、このような精錬剤（脱燐
剤）として使用することによって溶銑中［Mn］の上昇に
大いに寄与し、脱燐炉での直接的なマンガン鉱石又は鉄
マンガン鉱石の添加量が少なく抑えられたとしても、高
［Mn］鋼の溶製に有利な［Mn］濃度の高い脱燐溶銑を安
定した操業の下で供給できるようになる， c) また、転炉からの排滓時にマンガン鉱石又は鉄マン
ガン鉱石が投入されてその予備還元や溶解が進行した転
炉滓は、固化した後も容易に破砕することができ、固形
の脱燐処理剤としても何ら問題は生じない。

【０００７】本発明は、上記知見事項等に基づいてなさ
れたものであり、「転炉形式の炉を脱燐炉として使用
し、 この脱燐炉内へ注入した溶銑に転炉滓を主成分とす
る精錬剤を添加して溶銑の脱燐を行うに当り、 前記転炉
滓として“転炉からの排滓時にマンガン鉱石又は鉄マン
ガン鉱石を投入し転炉滓の保有熱にて鉱石の予備還元な
いしは溶融を進行させてMn分を高めたもの”を使用する
ことで溶銑中［Mn］を安定した脱燐操業下で高位に上昇
させ得るようにした点」に大きな特徴を有している。

【０００８】なお、本発明に係る溶銑脱燐方法は、転炉
形式の炉を脱燐炉として使用する溶銑予備処理技術の何
れにも適用できるものであるが、２基の転炉形式の炉の
うちの一方を脱燐炉、他方を脱炭炉として向流精錬を実
施するところの特開平４−３７１３４号公報所載の高Mn
鋼製造技術に適用するならば、より一層の便益がもたら
される。また、脱燐炉内へ添加する転炉滓は、溶融状態
のままであっても冷却・固化したもの（破砕粒状，塊
状）でも良いが、熱効率の点からは溶融状態のままの方
が好ましい。

【０００９】図１は本発明法の実施手順の１例を示すも
のであるが、以下、本発明法の実施手順概要とその作用
について説明する。

【００１０】

【作用】本発明法では、まず脱炭吹錬後に転炉から排出
される転炉滓（例えばマンガン鉱石添加吹錬後のMn分を
ある程度含んだ転炉滓等）にマンガン鉱石又は鉄マンガ
ン鉱石を混合し、“脱燐炉での溶銑脱燐処理時に用いる
精錬剤の主成分をなす転炉滓”を調整する。この際、排
滓時の転炉滓が有する高い保有熱（排熱）によって混合
したマンガン鉱石あるいは鉄マンガン鉱石は予備還元、
更には予備溶融が進行する。

【００１１】即ち、マンガン鉱石あるいは鉄マンガン鉱
石中のマンガン酸化物が加熱によって分解する温度は、
鉱石の組成により幅があるものの次の通りである。 a) Mn Ｏ₂ が Mn₂Ｏ₃ に分解する温度：５６０〜７２
０℃， b) Mn₂Ｏ₃ が Mn₃Ｏ₄ に分解する温度：８８０〜１０
３０℃， c) Mn₃Ｏ₄ が MnＯ に分解する温度：１２００℃。 一方、転炉吹錬（脱炭吹錬）終了直後における転炉滓の
温度は１５００℃以上であり、そのため排滓時に転炉滓
中へマンガン鉱石あるいは鉄マンガン鉱石を投入する
と、この転炉滓の保有熱（排熱）によって、鉱石中に存
在するマンガン酸化物の主成分であるMnＯ₂ あるいは M
n₂Ｏ₃, Mn₃Ｏ₄ が外部エネルギ−の投入なしに「MnＯ₂
→ Mn₂Ｏ₃ → Mn₃Ｏ₄ →MnＯ」なる分解過程で予備還元
される。

【００１２】なお、排滓時における転炉滓の落下エネル
ギ−を利用すれば鉱石と転炉滓との混合がより十分とな
って鉱石中マンガン酸化物の分解がより効率的に進行す
ると同時に、マンガン酸化物の転炉滓中への溶解が促進
される。このようにしてMn分の高い転炉滓が得られる。

【００１３】そして、上述の如く脱炭炉精錬終了後の排
滓時にマンガン鉱石又は鉄マンガン鉱石を投入し排滓の
排熱により鉱石の予備還元，溶融を進行させて得られた
“Mn分の高い転炉滓”を脱燐炉での精錬剤の主成分とし
て使用すると、脱燐炉へ直接的にマンガン鉱石又は鉄マ
ンガン鉱石を投入する場合に比べ、鉱石の予備還元を行
った分だけ脱燐炉中での鉱石溶融還元（吸熱反応）時の
還元熱が減少する。即ち、脱燐炉へマンガン鉱石又は鉄
マンガン鉱石を直接的に投入する場合と比べて予備還元
を行った分だけ熱エネルギ−に余力ができる。

【００１４】それ故、排滓時にマンガン鉱石又は鉄マン
ガン鉱石を投入して作成した高Mn分含有転炉滓を用いる
本発明法によると、格別なコスト高や不安定操業を懸念
することなく脱燐炉へ投入するMn分を上昇させることが
可能となる。つまり、 "出鋼温度", "溶銑条件" 及び "
鉱石以外の転炉への装入物”が一定であるならば、製鋼
工程（脱燐工程，脱炭工程）を通じてのマンガン鉱石又
は鉄マンガン鉱石の投入量を格別な不利を伴うことなく
増やすことができるわけである。更に、事前に転炉滓と
マンガン鉱石又は鉄マンガン鉱石との混合，溶融を行う
ので、脱燐炉でのマンガン鉱石又は鉄マンガン鉱石の溶
け残りを防止できるという効果ももたらされる。

【００１５】つまり、本発明法によると“脱燐炉への投
入Mn分の更なる増加”や“脱燐炉での鉱石溶け残りが防
止されることによるMn歩留り向上”が可能となるので、
続く脱炭精錬終了後に出鋼される溶鋼の［Mn］濃度をよ
り一層向上することができ、出鋼時の成分調整用に用い
る高価なMn合金の使用量を大幅に削減することが可能で
ある。

【００１６】ここで、本発明によりもたらされる利点の
主なものを列挙すると以下のようになる。 (a) 転炉（脱炭炉）滓を脱燐炉での精錬剤として使用す
るので、製鋼の全工程を通じての造滓剤使用量が非常に
少なくて済む， (b) 排滓する転炉滓の保有熱（排熱）を利用して添加す
るマンガン鉱石又は鉄マンガン鉱石の予備還元，溶融を
行うため、鉱石の予備還元に対して別段のエネルギ−導
入を必要としない， (c) 排滓時の落下エネルギ−により転炉滓とマンガン鉱
石又は鉄マンガン鉱石とを十分に混合させることがで
き、そのためマンガン酸化物の予備還元や転炉滓中への
混合，溶解も効率良くなされるので、脱燐炉におけるMn
への溶融還元が非常に容易となる。

【００１７】なお、マンガン鉱石又は鉄マンガン鉱石を
予備還元することの具体的利点は、論理的にはマンガン
酸化物の生成エネルギ−差で説明できる。例えば、マン
ガン鉱石又は鉄マンガン鉱石の主成分たるMnＯ₂ と予備
還元後のマンガン酸化物MnＯとを比べると MnＯ₂ → Mn＋Ｏ₂ −124.3 Kcal/mol MnＯ → Mn＋ ¹/₂Ｏ₂ − 92 Kcal/mol となり、マンガン酸化物のMnへの分解（還元）エネルギ
−は、MnＯの方がMnＯ₂の７４％と極めて少なくて済
む。従って、鉱石の組成により幅があるものの、マンガ
ン鉱石を直接的に脱燐炉へ投入する場合の投入可能量が
１０kg/Tであったとしても、本発明法（予備還元された
鉱石を含む転炉滓を添加する方法）に従うと、結果とし
て脱燐炉へのマンガン鉱石投入量を最大13.5kg/Tまで増
量することが可能となる。

【００１８】

【実施例】前述の図１に示した手順で溶銑の脱燐と脱炭
吹錬を行い、高Mn鋼の溶製を試みた。即ち、まず２基の
転炉を脱燐用と脱炭用とに使い分けて溶銑の処理を行
い、脱炭吹錬を終えて出鋼した後の脱炭炉から転炉スラ
グを排滓した。

【００１９】ここで、脱炭炉から排滓された転炉スラグ
の組成は下記の通りであった。 CaＯ ：４７％， MgＯ ： 8.5％， SiＯ₂ ：１０％， FeＯ＋ Fe₂Ｏ₃ ：２０％， MnＯ ： ８％， Ｐ₂ Ｏ₅ ： ２％， CaＦ₂ ： ３％。

【００２０】そして、上記脱炭炉スラグの排滓時にその
排滓流へ3.2tonのマンガン鉱石（Mn分：50重量％）を投
入し、転炉滓の保有熱（排熱）を利用してマンガン鉱石
の予備還元，溶融を進めた。このようにして得られたマ
ンガン鉱石混入転炉滓のト−タル量は8.2tonで、Mn含有
率は23重量％となった（従来のようにマンガン鉱石を添
加しなかった場合の転炉滓中Mn含有率は６重量％であ
る）。

【００２１】この時、マンガン鉱石投入量を更に増量し
ても構わない。但し、投入するマンガン鉱石量が多くな
り過ぎるとスラグ中の熱量が不足して鉱石中マンガン酸
化物の予備還元率が低下する。なお、ここで言う予備還
元率とは、鉱石中マンガン酸化物のＯ₂ 除去率のことで
あり、例えばMnＯ₂ が全て（100%) MnＯになった時に予
備還元率：５０％ということになる。

【００２２】図２は、脱燐炉中のスラグ１０kg当りのマ
ンガン鉱石投入量と予備還元率との関係を示すグラフで
ある。この図２からして、例えば排滓脱燐炉中のスラグ
１０kg当り７kgのマンガン鉱石を投入した時にはＯ₂ 除
去率が３８％となることが分かる。

【００２３】ところで、本実施例では、前記図１で示し
たようにマンガン鉱石は排滓流中へ投入したが、出鋼後
に転炉中のスラグへマンガン鉱石を投入してから排滓し
ても良いし、また排滓前に受滓鍋中へマンガン鉱石を事
前投入しておいて排滓時に転炉滓と混合されるようにし
ても良い。更に、少量のホタル石を添加することも、転
炉滓の融点低下や流動性改善を通じてマンガン鉱石の予
備還元に効果がある。この場合、脱燐炉において添加す
るホタル石（CaＦ₂ ）の量をこの分だけ減少させれば媒
溶剤ト−タル使用量に変化はなく、コストアップにつな
がることはない。

【００２４】次に、上記操作で得られた高Mn分含有転炉
滓を精錬剤の主成分として“溶銑が注入された脱燐炉”
へ２０kg/T装入し、更に副成分としての造滓剤（生石
灰，ホタル石）を加えて、脱燐炉スラグの塩基度（CaＯ
／SiＯ₂)：2.5 ，スラグ中の全CaＦ₂ 含有割合：２０重
量％とし、脱燐吹錬を行うと同時に転炉滓中のマンガン
鉱石（マンガン酸化物）を溶融還元して溶銑中［Mn］濃
度を上昇させた。この時、更なる熱的余裕がある場合、
“脱燐炉でのマンガン鉱石投入”を併用しても構わな
い。

【００２５】上述のような“本発明法に従う溶銑脱燐”
を実施した際の、脱燐処理前後での溶銑の成分組成と温
度，使用した媒溶剤の量を表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】一方、これとは別に、脱炭炉からの排滓時
にマンガン鉱石の添加を行わずに脱燐炉内へ直接的にマ
ンガン鉱石添加を行う以外は上記本発明実施例と同様条
件で脱燐する“従来法”をも実施した。なお、この従来
例でも、脱燐炉スラグの塩基度（CaＯ／SiＯ₂)は2.5 、
スラグ中の全CaＦ₂ 割合は２０重量％に調整されたこと
は言うまでもない。上記従来例における脱燐処理前後で
の溶銑の成分組成と温度，使用した媒溶剤の量を表２に
示す。

【００２８】

【表２】

【００２９】そして、前記本発明例と上記従来例の結果
を比較し、更に得られた脱燐銑を脱炭吹錬した結果（脱
炭炉においてもマンガン鉱石を10kg/T添加）を比較する
ことにより、次のことが確認された。 (A) 本発明例では、転炉滓の排滓時にマンガン鉱石を加
えて予備還元を行ったので、従来例に比べて予備還元実
施分の熱的余裕が生まれ、転炉滓を介して脱燐炉へ投入
可能なマンガン鉱石の量が１３kg/Tと多くなる（従来例
で脱燐炉へ直接的に添加することが可能なマンガン鉱石
量は１０kg/Tであった）。

【００３０】(B) 本発明例では、転炉滓とマンガン鉱石
の事前混合によって鉱石の溶け残りが防止されるので、
脱燐炉でのMn歩留りが図３に示したように９０％へと向
上した（従来例では脱燐炉におけるMn歩留りは８０％で
あった）。 (C) 脱炭炉の吹錬は本発明例及び従来例とも同一である
ので、脱炭炉でのMn歩留りには、図４に示したように本
発明例，従来例とも何ら差は見られない。

【００３１】(D) これらの結果、Mn分が５０重量％のマ
ンガン鉱石を使用した場合には、図５に示したように、
本発明例では従来例に比較して鉱石投入量が増加できた
分及び脱燐炉でのMn歩留り向上分だけ脱燐後溶銑［Mn］
濃度、脱炭転炉終点［Mn］濃度が共に向上する。

【００３２】なお、脱燐後溶銑［Mn］濃度及び脱炭転炉
終点［Mn］濃度を更に上げるべく、例えば特開平２−１
９７５１３号公報に示されているように脱燐炉での炭材
投入を同時に行っても良い。この場合には、本発明法の
適用により炭材の効率が向上する。例えば、５kg/Tのコ
−クスを脱燐炉に用いた場合、従来法ではこれによるマ
ンガン鉱石増加分は４kg/Tであるが（ベ−ス10kg/T＋４
kg/T＝ Totalマンガン鉱石投入量14kg/T）、脱炭炉排滓
(20kg/T)時にマンガン鉱石を投入する本発明法を適用す
ることで使用可能 Totalマンガン鉱石量は18kg/Tとな
り、炭材によるマンガン鉱石増加の効果が向上すること
になる。

【００３３】ところで、この実施例では脱炭炉からの転
炉滓にマンガン鉱石を投入する場合について述べたが、
Mn源として鉄マンガン鉱石を投入した場合も同様の効果
が得られるほか、他の金属酸化物（鉄鉱石，クロム鉱
石）を添加して相応金属の濃度上昇を図る等への応用も
勿論可能である。

【００３４】

【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、転炉精錬での投入マンガン鉱石量又は鉄マンガン鉱
石量の増量が可能となり、かつ脱燐炉でのMn歩留りが向
上する結果、脱炭精錬終点［Mn］濃度:1.0重量％以上の
高Mn鋼を安定かつ低コストで溶製できるようになるな
ど、産業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法の実施手順の１例を示した説明図であ
る。

【図２】脱燐転炉におけるスラグ１０kg当りのマンガン
鉱石投入量と予備還元率との関係を示すグラフである。

【図３】脱燐炉でのMn歩留りを本発明例と従来例とで比
較したグラフである。

【図４】脱炭炉でのMn歩留りを本発明例と従来例とで比
較したグラフである。

【図５】脱燐処理前溶銑，脱燐処理後溶銑及び脱炭処理
後溶鋼の［Mn］濃度を本発明例と従来例とで比較したグ
ラフである。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 転炉形式の炉を脱燐炉として使用し、こ
   の脱燐炉内へ注入した溶銑に転炉滓を主成分とする精錬
   剤を添加して溶銑の脱燐を行うに当り、前記転炉滓とし
   て“転炉からの排滓時にマンガン鉱石又は鉄マンガン鉱
   石を投入し転炉滓の保有熱にて鉱石の予備還元ないしは
   溶融を進行させてMn分を高めたもの”を使用することで
   溶銑中［Mn］の上昇を図ることを特徴とする、溶銑脱燐
   方法。