JPH02247313A

JPH02247313A - 中・低炭素フェロマンガンの製造方法

Info

Publication number: JPH02247313A
Application number: JP6753289A
Authority: JP
Inventors: Shoji Miyagawa; 宮川　昌治; Yasuo Kishimoto; 康夫岸本; Hiroshi Itaya; 板谷　宏
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1989-03-22
Filing date: 1989-03-22
Publication date: 1990-10-03

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、高炭素フェロマンガン（以下ｌＩＣＦｅＭｎ
と略称する）から中炭素フェロマンガン（以下−ＣＦｅ
Ｍｎと略称する）あるいは、低炭素フェロマンガン（以
下ＬＣＦｅＭｎと略称する）等のより利用価値の高い製
品を簡単な冶金操作で得る中・低炭素フェロマンガンの
製造方法に関するものである。

〈従来の技術〉鉄鋼製品には、その製品の物理的特性、化学的特性、電
気的特性、磁気的特性のいずれかを、あるいはこれらの
うちの複数個の特性を同時に向上させるために、使用目
的・使用環境に応じてさまざまな合金元素を添加する５
特にマンガン（Ｍｎ）は、主として引張強度の向」二を
目的々して薄銅板、厚鋼板あるいは形鋼・棒鋼１．ｆど
の条鋼製品などの広い範囲にわたって用いられている。

高炉溶銑を主原料とする転炉精錬法にＪ４；いては脱炭
精錬の終了時点で、またスクラップを主原料とする電気
炉製鋼法においては熔解作業後に、いずれの場合もＦｅ
−Ｍｒｉ合金の形で添加されるのが一般的である。

Ｆｅ−Ｍｎ合金は、その炭素濃度によッ’（ＩＩＣＦｅ
Ｍｎ、　ＭＣＦｅｒｎ、　ＬＣＦｅＭｎに分類され、日
本工業規格（ＪＩＳ）で定められている成分（ａ−を転
記すれば第１表の通りである。

ＭＣＦｅＭｎやＬＣＦｅＭｎは通常、高価なＳｔ−Ｍｎ
合金と多量の電力を使用して製造するのでｌＩＣＦｅＭ
ｎ！：比較してはるかに高価な合金鉄である。

一般に、ＭＣＦｅＭｎ、　ＬＣＦｅＭｎを始めとして合
金鉄の電気炉法による製造は、電力単価が製造コストに
大きく影響する。海外の多くの合金鉄製造業者と比較し
て、我が国で消費される電力はより高価であり、このよ
うな立地条件の下では、操業技術の改善を主体としたコ
スト低減のみでは、海外諸国に充分対抗できず、近年急
速に国際競争力を失ないつつあるのが現状である。

このような状況下で、脱型カプロセスとして電気炉によ
らないＭＣＦｅＭｎ、　ＬＣＦｅＭｎの製造方法として
熔融１１ｃＦｅＭｎを酸素（０，）によって脱炭する方
法が提案されている０例えば特公昭５７−２７１６６号
、特開昭５４−９７５２１号各公報に記載されている方
法はいずれも溶融ｌｌＣＦｅＭｎを転炉状の反応容器に
装入し、炉底の羽口より純０３もしくは０．と水蒸気の
混合ガスを吹き込み６．５〜７．５重量％（以下％と略
す）の（Ｃを１〜１．３％程度まで脱炭する方法であっ
て、炉底の羽目は２重管構造とされ０２を吹き込むこと
による羽目の溶ｔｉを防ぐために０２羽口の周囲に冷却
用のガスを流すことを必要としている。

また特開昭６０−５６０５１号公報には反応容器の炉底
羽口から非酸化性ガスを吹き込み攪拌すると同時に上吹
ランスから純０寥ガスを吹き込む方法が、特開昭６０−
６７６０８号公報には反応容器の底吹きと上吹きの両方
から鵠を供給する方法が開示されている。

〈発明が解決しようとする課題〉しかしながら、酸素ガスの供給によ、って脱炭反応を進
め、ｌｌｃＦｅＭｎ溶湯からＭＣＰｅＭｎ、　ＬＣＦｅ
Ｍｎを製造する合金鉄の製造において、前述のように脱
炭吹錬時、特に脱炭吹錬の中期〜後期にかけてスロッピ
ングが頻発する。スロッピングはＭｎ歩留りを低下させ
、かつ操業を阻害するため大きな問題である。

本発明は、ｌＩＣＦｅＭｎ溶湯からの脱炭法によるＭＣ
ＦｅＭｎ＋　ＬＣＦｏＭｎの製造において、スロッピン
グの発生を防止できる中・低炭素フェロマンガンの製造
方法を促供すラム・めＧＪなされたものである。

〈Ｒ題を解決するための手段〉本発明は、高炭素フェロマンガン溶湯を酸素ガスを用い
て脱炭し、中・低炭素フェロマンガンを製造するに際し
て、生成するスラグ組成が０≦（％ＣａＯ）　／　（％
Ｓｉｎ、）≦０．２５を満足する量の副原料を投入する
ごとによって、スロッピングを防止することを特徴とす
る中・低炭素フェロマンガンの製造方法である。

〈発明をなすに至った経過および作用〉先ず、本発明者
らが研究の結果、ｌＩＣＦｅＭｎ溶湯の脱炭吹錬におけ
るスロッピング発生ｍ構に関して得た知見を以下に述べ
る。

Ｉｆ　ＣＦ　ｅ　Ｍ　ｎ　溶湯の脱炭吹錬において生じ
るスラグの組成は、副原料、造滓剤の選択によって一様
ではないが、ＭｎＯに富む組成であることが特徴である
。

これはＭｎがきわめて酸化されやすい元素であるためで
ありＦｅＭｎｔ９湯の脱炭の難しさを示すものである。

第２図に、ｌＩＣＦｅＭｎ溶湯の脱炭吹錬で生じる典型
的なスラグであるＭｎ０−ＣａＯ−５ｌｏｔ系スラグの
三元系状態図を示し、これに併せて脱炭吹錬時の代表的
なスラグ組成域を示した０図から明らかなようにスラグ
組成は、（％ＭｎＯ）が多くこのためスラグの融点はき
わめて高い。

脱炭吹錬の初期の段階においては、スラグの生成は充分
でなく、はぼ固体のままの状態である。

これは、通常吹錬の開始時点のｌＩＣＦｅＭｎ溶湯温度
がスラグの融点と比べて特段に低く生成が充分に進まな
いためである。脱炭吹錬の進行にともない脱炭反応によ
るＣの燃焼熱を主体とし、これとｌＩｃＦｅＭｎ溶湯中
のＭｎの酸化による発熱が加わり溶湯の温度は上昇し、
スラグ生成反応は徐々に進行していく。

スラグが生成し融液量の増加にともない脱炭反応は活発
になる。

これは、ｌＩＣＦｅＭｎ溶湯の温度が上昇し、このため
優先脱炭が活発になることが理由の第一である。

すなわち、熱力学的にＭｎ＋炭素、酸素の関与する下記
の反応式（１）において式（２）の平衡が成立する。

ＭｎＯ＋　Ｃ＝　Ｍｎ　＋　Ｃｏ　　−−・−−−（１
）ｊ！ｏｇＫ−１２８５３／Ｔ＋７．９１　−−−−−
（２）式（２）から判るように低温領域においては炭素
の酸化よりもＭｎの酸化が優先し、高温領域においては
逆にＭｎの酸化よりも炭素の酸化が優先する。

第二の理由としては、スラグ生成・融液化にともない反
応界面が固−液から液−液に変化することにある。精錬
反応を仔細に観察した結果を総合すると融液量がある値
以上になると脱炭反応が急激に進行することがわがうた
。

このような過程を経て脱炭反応が活発になる時点から、
スロッピングが頻発する。すでに述べたように、スラグ
の生成が進み、脱炭反応の活発化により大量のｃｏ（ｇ
）が溶湯中から発生する条件が重なりスラグは泡立ち、
スラグ層は反応容器の上部空間を占拠し、泡の生成と消
散の過程で大量のスラグが反応容器から系外に飛び出し
てしまう。

Ｆｅｒｎ溶湯の脱炭反応で見られるスロッピングは、鋼
の脱炭吹錬のそれより程度が激しい、鋼の脱炭吹錬では
通常送酸量をおとし、発生ガス攬を抑制するとともに発
生したＣＯガスの通り道を確保する冶金操作によってス
ロッピングは停止するが、ＰａＨｎ溶湯におけるスロッ
ピングは、始まると送酸を停止しても脱酸反応が継続し
スロッピングは収まらない、これは酸素の供給を停止し
ても、スラグとメタルの界面で、スラグ中の６口０とメ
タル中のＣが反応を継続するためである。

以上に述べた脱炭吹錬の中〜後期に頻発するスロッピン
グは、Ｍｎ歩留りの低下のみならず、飛び出した高温の
スラグによる精錬反応容器本体、計装関係の付帯設備の
破ｔＲの原因となる。さらに、吹錬の中断によるロスタ
イム、あるいは吹錬の継続が不可能となることにより工
程に大混乱をきたす、このような事態を回避する対策の
一つとしてフリーボードを充分に確保することがあげら
れるがこれは炉体耐大物の施工仕様の変更、精錬容器に
装入する！ｌｃＰｅＭｎ溶湯量の削減、あるいは精錬容
器そのものの改造が必要となり、得策ではない。

また、本質的改善とはいえない。

ｌＩｃＦｅＭｎ溶湯の脱炭に際して操業、生産性をいち
じるしく阻害するスロッピングを防止するには、先に詳
細に述べたその発生機構から次の二点が重要な対策であ
る。まず第一は、スラグの融点を下げ生成を促進し、第
二は、スラグの絶対量を抑制することである。前者は、
脱炭反応を良好にし、脱炭の酸素効能を向上せしめた結
果としてスラグの過酸化を防ぎ、爆発的なＣＯ（ｇ）の
発生を防ぐことを可能とする。後者は、スラグが占める
空間を小さくし、その結果フリーボードが確保でき炉外
に飛び出す頻度を少なくし、同時にスラグ中の酸化源た
るＭｎＯｌを抑制することから、爆発的なｃｏ（ｇ）の
発生を防止できる。

本発明では、ｌｌｃＰｅＭｎｌ湯を酸素を用いて脱炭す
るに際して、スラグ組成が（％ＣａＯ）　／　（％５ｉ
Ｑ１）が０以上、０．２５以下となるように副原料を投
入する。従ってスラグ組成が適性化され、スラグの融点
を下げ、かつスラグの絶対量を抑制することができてＨ
ＣＦｅＭｎ溶湯の脱炭の際のスロッピングが防止できる
。

ここで、ｌＩＣＦｅＭｎ溶湯中の３１をできるだけ低く
押えることも効果的であるが、Ｓｌは精錬反応における
重要な熱源であると２６に、Ｓｌを下げるための予備処
理等の負荷を考慮すると極端に下げるのは経済的にかえ
って不利であると思われる。

ただし、脱炭終了後スラグ中のＭｎＯを回収するため還
元剤としてＳｌを含有する副原料（たとえばＦｅ−３ｌ
）を添加することはよい。

〈実施例〉さて上記方法を実施するのに適切な設備の１例を第１図
に示し、以下にこの図面に従ってＩＩ　ＣＦ　ｅ　Ｍ　
ｎの脱炭精錬を説明する。

図面中の１は溶湯浴面下にガスの供給ができるような反
応容器（図示例では上底吹き転炉）であり、２は溶融１
１ｃＦｅＭｎ、３は溶湯浴面上から０．および非酸化性
ガスを吹き付けるランス、４は浴面下に非酸化性ガスを
導く羽目、５は羽口４へ非酸化性ガスを導（ガス配管、
６は上吹き用の非酸化性ガス配管、７は０．用配管、８
は何れも流量調節弁である。９は反応容器の耐火物を保
護するために溶湯温度が上がりすぎるのを防ぐ冷却材で
ある。

まず、ｌｃＦｅＭｎの溶湯を反応容器ｌ内に装入する。

この装入以前からｔ／ｌＩｓ中にわたって羽口４を経て
非酸化性ガスを適当量流し、溶湯を攪拌する、次にラン
ス３を上方より下降し、酸化性ガスを吹きつけて脱炭を
行う、この際、ランスの種類、上吹きガスの供給速度、
ランス先端と溶湯浴面間の距離などを最適に選択し制御
することについてはいうまでもない、すなわち、Ｃを優
先的に酸化除去し、かつ溶湯温度が１５００℃以上のＭ
ｎの蒸発が活発に起こる精錬中期以後において、Ｍｎの
蒸発を抑制することが重要である。

ここで、上方より吹きつけるガスは、０ｔ、！：窒素、
希ガスなどの酸素分圧を下げる非酸化性ガスとの混合ガ
スを用いるを可とするが、０！のみとしてもよい。

この脱炭精錬の開始時あるいは途中で必要に応じて生石
灰、ドロマイトなどの副原料やＭｎＫ石、ＦｅＭｎの破
砕屑、スラグなとのＭｎ含有物を冷却材として添加し、
反応容器の耐火物を保護するために溶湯を適当な温度範
囲に保持する。所定濃度まで脱炭が終了したらランス３
を上昇し、酸化性ガスの吹きつけも停止する。

また、ランス上昇後、底吹きガスによってｍけしながら
、Ｆｅ５Ｉ、ＳｉＭｎなどの還元材を添加し、スラグ中
のＭｎＯを還元回収することもできる。

このような冶金操作において副原料の投入ｍを調整しス
ラグ組成を変化させ、スラグ組成とスロッピングの有無
との関係を調べた結果を示すと第３図の通りである。

スラブ組成が（％ＣａＯ）　／　（％Ｓｌａｍ）≦０．
２５の場合はスロッピング頻度は２％であったのに対し
、（％ＣａＯ）　／　（％５ｌｏｐ）　＞０．２５の場
合はスロッピング頻度は急速に増加し８０％〜１００％
の間を推移する。ただし、ここでは吹錬停止に至るよう
に程度の激しいスロッピングはもちろんであるが、炉外
にスラグが飛び出したものについてはすべてスロッピン
グ発生としてカウントし、スロッピング頻度（％）はつ
ぎの式（３）で求めた。

スロッピング頻度（％）− 吹錬のｃｈ数以上の理由によりスロッピングを防止できるスラグ組成
の適正範囲は０≦（％ＣａＯ）　／　（％Ｓｔｏｗ）≦
０．２５とする。

以下により具体的な実施例と比較例とを示す。

ｌＩｃＦｅＭｎに溶湯を内径的２．３ｍの円筒状のシ！
イキングレ一ドルへの装入に際して０、予め可溶ｔ１４
の成分組成にもとすいて、スラグ組成が０≦（％ＣａＯ
）／（％ｓｈｏｗ）≦０．２５となるように副原料とし
て投入するＣａＯ等の投入量を決定する。このようにし
てＭｎ　：　７６．２％、ＣＦ２．０％、　Ｓｉ：０．
７％、残部Ｐａから成るｌＩｃＦｅＭｎの溶湯１１．９
２ｔをシェイキングレードルに装入し、次いで投入量を
前記のように決定した副原料のＣａＯを３０ｋｇ投入し
、脱炭精錬を行った。

装入直後の温度は１３７０°Ｃであった。底吹き羽Ｌ１
から２．２８ｎｆ／ｓ＋ｉｎの供給速度で＾「ガスを吹
き込み溶湯を攪拌しつつ、上吹きランスから純０．を吹
きつけた６Ｍ素供給速度は精錬開始当初は２５Ｎｎ（／
ｓｉｎとし、１５分後に溶湯温度が１５４０°Ｃの時点
で、酸素供給速度を２０８ｎｆ／ｓｉｎに下げて約３０
分間精錬を行った。その間耐火物を保護するため、溶湯
温度が上がりすぎることを防ぐために冷却材としてＭｎ
：５０％のＭＣＰｅＭｎの破砕屑１０００ｋｇを間欠的
に添加したが、溶湯温度は１５４０°Ｃから１６５９°
Ｃに推移した。

用いたランスはスロート径９．５閣のラバールノズルを
４個具えており、各ノズルの軸はランス軸に対して１５
°の角度をもって交わっている。精錬中のランス高さは
、１．１ｍとした。

以上の操作によってＭｎ　＋　８０．６％、Ｃ：１．２
％のＭＣＦｅＭｎ　１１．９Ｌが得られた。このときＭ
ｎ歩留りは、９６．１％であった。なお、Ｍｎ歩留りは
、下記（４）式によって求めた。

Ｍｎ歩留まり（％）＝（製品中のＭｎ重３１）／・−・
・・・−・−・・・−−−−（４）スラグの（％ＣａＯ
）　／　（％５ｉｆｔ）は０．２であり、かつ製品Ｆｅ
ｒｎ　ｔあたりのスラグ量は５２ｋｇであり、吹錬の途
中全くスロッピングは生じなかった。

比較例は実施例と全く同じ吹錬条件で精錬を行った。　
Ｍｎ　：　７６．４％、Ｃ７０，９％、　Ｓｉ　：　０
．６９％の１１．５ｔのｌｌｃＦｅＭｎの溶湯を装入し
、副原料として生石灰を１４０ｋｇ投入した。装入直後
の温度は１３７９℃であった。底吹き羽目から吹込む＾
「ガスの供給速度は２．２８ｍ’／　ｓｉｎとした。上
吹ランスからの酸素供給速度は精錬開始当初は２５Ｎｍ
”／ｓｉｎとし、１５分後に湯溶温度が１５２５℃の時
点で酸素供給速度を２ＯＮｍ″／　ｍ　ｌ　ｎに下げて
４０分間精錬を行った。

冷却材としてＭｎ　：　８０％のＭＣＦｅＭｎ　　１０
５０ｋｇを間欠的に添加した。吹き止め時の温度は１６
７０℃であり、Ｍｎ　：　８０．０％、Ｃ：１．４％の
ＭＣＦｅＭｎ　ｌＯ，９６ｔが得られたが、この精錬の
Ｍｎ歩留りは、９３．８％と低かった。

このときスラグは（％ＣａＯ）　／　（％Ｓ１Ｇｇ）　
−１，０で、かつスラグ量はｌｏ１ｋｇ／ｌであった。

吹錬の途中スロッピングは、２回生じたが吹錬を中断す
るにはいたらなかった。

〈発明の効果〉本発明方法によると電気炉法と比較して経済性において
優位な脱炭法によるＭＣＦａＭｎ、ＬＣＦｅＭｎの製造
において、Ｍｎ歩留りを低下させ、かつ操業を阻害する
要因であるスロッピングの防止を特殊な操業装置を用い
ることなく達成できる。またその結果、九歩留りが向上
し、かつ炉本体あるいは周辺ａ器のＩ１傷を防止でき、
操業を安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための模式図、第２図
は、ＭｎＯ，ＣａＯ，５ｉＯ１系スラグの三元状態図、
Ｗ！３図は、スラグ組成とスロッピング頻度との関係を
示す特性図である。ｌ・・・反応容器、３・・・上吹きランス、５・・・ガス配管、７・・・酸素用配管、９・・・冷却材。２・・・ＦｅＭｎ溶湯、４・・・羽目、６・・・非酸化性ガス配管、８・・・流１！１１節弁、

Claims

【特許請求の範囲】

　高炭素フェロマンガン溶湯を酸素ガスを用いて脱炭し
、中・低炭素フェロマンガンを製造するに際して、生成
するスラグ組成が０≦（％ＣａＯ）／（％ＳｉＯ＿２）
≦０．２５を満足する量の副原料を投入することによっ
て、スロッピングを防止することを特徴とする中・低炭
素フェロマンガンの製造方法。