JPH024938A - 中炭素および低炭素フェロマンガンの製造方法 - Google Patents

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ＨＣＦｅＭｎと
略す）を中炭素フェロマンガン（以下ＭＣＰｅＭｎと略
す）または低炭素フェロマンガン（以下ＬＣＦｅＭｎと
略す）まで炭素を除去し、より利用価値の高い製品にす
る合金鉄の製造方法に関し、特にｌＩｃＰｅＭｎ溶湯の
有利な脱炭処理に関するものである。

〈従来の技術〉 鉄鋼製品には、その物理的特性、化学的特性電気的特性
、磁気的特性を向上させるためにその使用目的に応じて
種々の合金成分を添加するが、特にマンガン（Ｍｎ）は
物理的特性、より具体的には強度の向上を目的として薄
鋼板、厚鋼板、形鋼・棒鋼などの条鋼製品などきわめて
広範囲にわたって使用され、高炉溶銑を主原料とする転
炉精練の場合には脱炭精錬終了時点で、またスクラップ
を主原料とする電気炉製鋼法の場合には溶解作業後に、
いずれもｒｅ−Ｍｎ合金の形で添加されるのが一般的で
ある。

ｒｅ　−Ｍｎ合金は、その炭素濃度によってｔｌｃＦｅ
Ｍｎ。

ＭＣＦｅＭｎ、　ＬＣＦｅＭｎに分類され、日本工業規
格（ＪＩＳ）で定められている成分値は第１表の通りで
ある。

ＭＣＦｅＭｎやＬＣＦｅＭｎは、通常、高価な５１−Ｍ
ｎ合金と多量の電力を使用して製造するのでＨＣＦｅＭ
ｎに比しばるかに高価な合金鉄である。

ＭＣＦｅＭｎ製造法として電気炉による場合のほか溶融
１１ｃＦｅＭｎを酸素（０゜）によって脱炭する方法も
提案され例えば特公昭５７−２７１６６号、特開昭５４
−９７５２１号各公報定記載されている方法は、いずれ
も溶融１１ｃＰｅＭｎを転炉状の反応容器に装入し、炉
底の羽目から純０□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）の炭
素（Ｃ）を１〜１．３％程度まで脱炭する方法であって
、発を、抑制することもまた肝要であって、優先脱炭の
条件を確保維持するため反応系を高温に保つ際には、特
に蒸発によるＭｎの損失をいかに抑制するかが重要であ
る。

Ｃ＋　　　　０２　（ｇ　）　＝ＣＯ（ｇ　）　　　−
−−−−（１）Ｍｎ＋−〇□（ｇ　）　−（ＭｎＯ）　
　　　−−−−−−−−（２）Ｍｎ　（１）　＝　Ｍｎ
　（ｇ　）　　　　　　　　　−−−−（３）ここに、
（ＭｎＯ）はスラグ中のＭｎ酸化物である。

以上述べたように熱力学的な検討からＦｅＭｎｔ８湯の
脱炭に好適な条件を定めることは可能である。

ここで、ＦｅＭｎ溶湯中のＣ濃度（％）と脱炭酸素効率
との関係を第２図に示す。図は、時刻ｔ。

む８．１におけるＦｅＭｎ？＄湯中のＣ？！４度をそれ
ぞれＣｉ　（％）、Ｃ０゜、（％）としたとき、その平
均値−（Ｃ４（％）十Ｃ８゜、（％））に対して、時刻
ｔ８　とｔ、４の間での脱炭酸素効率ηをプロットした
ものであり、ここにηとはＦｅＭｎ？ａ湯中から脱炭除
去された脱炭量（八Ｃ）ｉ（ｋｇ）によってこの間にＦ
ｅＭｎ溶湯炉底の羽目は二重管構造とし０□を吹き込む
ことによる羽目の溶損を防ぐために０□羽口の周囲に冷
却用のガスを流すことが必要である。

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込み攪拌すると同時に、上
吹きランスから純０□ガスを吹込む方法が開示されてい
る。

〈発明が解決しようとする課題〉 ｌｌＣＦｅＭｎ溶湯に０２を供給して該溶湯中のＣを効
率よく除去（脱炭）し、ＭＣＦｅＭｎ溶湯あるいはＬＣ
ＦｅＭｎ溶湯を得るに際し、Ｍｎの燃焼あるいは蒸発に
よる損失をいかに効果的に抑制しうるかがこの精錬反応
の要諦である。脱炭反応は下記（１）式、Ｍｎの損失は
下記（２）、　（３１式にしたがうので、Ｐｃｏを低下
させることによって（２）式より（＋）式の反応を優先
せしめ、脱炭に有利な条件を得ることができる。さらに
（１）式と（２）式との反応の競合を考えるとき、より
高温であるほど（２）式の反応に対しく１）式の反応が
優先する。

ただし、この際、（３）式によって示されるＭｎの蒸に
供給された酸素ガス量（Σｏｚ）　（ｔＪ＋ｄ）の何％
が有効に作用したかを示す指数であり下記（４）式で定
義する。

第２図からＣ濃度が２％より低くなると脱炭酸素効率が
急激に減少することが判る。これは、ＦｅＭｎ溶湯中の
Ｃ１度が充分大きいときは酸素の供給が脱炭反応を律速
し脱炭酸素効率は高値で推移するのに対し、Ｃ濃度が低
くなるにしたがって反応サイト（火点）へのＣの移動が
脱炭反応を律速することによって生じる脱炭反応の停滞
である。

このような脱炭反応の停滞（脱炭反応効率の低下）は、
脱炭反応によって消費されず過剰となった酸素によるＭ
ｎの酸化を生じＭｎ歩留りに対し致命的な悪影響を与え
る。このため、脱炭反応サイトへの酸素の供給を低下せ
しめることが考えられるがこれは単位時間あたりの脱炭
量の低下をもたらし、結果として吹錬時間が延長し、こ
のため耐火物寿命の短命化が問題となる。さらには、吹
錬時間の延長は、Ｍｎの蒸発損失量の増大をもたらしＭ
ｎの歩留りの低下、はなはだしい時にはＭｎ蒸発損失の
速度が、脱炭速度より早くなり、その結果脱炭反応は進
行しているものの見掛は上ｃ１度が低下しないという事
態になることもある。

〈課題を解決するための手段〉 本発明者らは、課題解決のために鋭意研究を重ねた結果
、ｌＩＣＦｅＭｎ溶湯の脱炭精錬において脱炭酸素効率
が著しく低下し始める脱炭停滞期から吹錬終期において
、鉄鉱石、　Ｍｎ鉱石などの固体酸素源をＦｅＭｎ溶湯
中に供給することにより、脱炭反応の反応サイトを火点
以外にも確保することによって、脱炭反応の停滞を解消
できるとの知見を得、本知見にもとづいて本発明をなす
に至った。

本発明は、高炭素フェロマンガン溶湯を上底吹き反応容
器に装入し、上吹きランスから酸素ガスまたは酸素ガス
と非酸化性ガスとからなる混合ガスを溶湯浴面上から吹
きイ」け、かつ底吹き羽口から非酸化性ガスを浴中に吹
き込み中炭素および低炭素フェロマンガンを製造する方
法において、脱炭停滞期から吹錬終期にかけて、上吹き
ランスから吹き付ける混合ガスの非酸化性ガスの比率を
増加すると共に、固体酸素原料を浴中に供給する中炭素
および低炭素フェロマンガンの製造方法である。

〈作　用〉 本発明方法を実施するのに適切な設備の一例を第１図に
示したが以下、第１図にしたがってｌＩＣＦｅＭｎの本
発明に係る脱炭精錬方法を説明する。

先ず、ｌＩＣＦｅＭｎ溶湯を反応容器１内に装入する。

溶湯装入以前から吹錬中にわたって、羽口５を経て非酸
化性ガスの適当量を流し、溶湯を攪拌する。

次いでランス４を炉口上方より下降し、酸化性ガスを溶
湯２に供給し脱炭反応を開始させる。この際、ランス４
の種類、上吹きガスの供給速度、ランス４の先端と溶湯
２浴面との距離を適切に設定する必要がある。

ランス４を介して上方から供給するガスは、０□と窒素
、希釈ガスなどの非酸化性ガスあるいは水蒸気、炭酸ガ
スなどとの混合ガスを用いるが、０□のみとしてもよい
。ここに、非酸化性ガスの併用による０□の希釈は脱炭
精錬の初期から継続的に行ってもよいし、あるＣ濃度を
目標としその濃度以下になったところで０□の希釈を開
始するものとしてもよい。

この脱炭吹錬の途中で必要に応じ、石灰石やドロマイト
などの副原料やＦｅＭｎ破砕屑、スラグなどのＭｎ含有
物を冷却材１０として添加し溶湯を適当な温度範囲に保
つ。

以上のように吹錬を開始し脱炭反応を進行させるが、前
述のようにＰｅＭｎ溶湯中のＣ濃度の低下とともに脱炭
反応の停滞すなわち脱炭酸素効率の低下が生じる。脱炭
の停滞が開始する臨界Ｃ濃度は、溶鋼温度、　ＣＯ分圧
（Ｐｃｏ）、　Ｍｎ濃度の影響を受け、通常の脱炭吹錬
（溶鋼温度＝１７００〜１７５０°Ｃ＋　　Ｐｃ。

＝１ａｔｍ、　Ｍｎ濃度ニア５〜８５％）においては、
臨界Ｃ濃度は１〜２％であり、これはＭｎとＣの酸化が
競合するものとして熱力学的に求める値と一致している
。この脱炭停滞時期において、Ｍｎ鉱石や鉄鉱石の固体
酸素源１１を溶湯中へ供給する。このとき固体酸素源は
ＦｅＭｎ溶湯の浴面に単にとどまるのではな（ＦｅＭｎ
溶湯中に一旦侵入しその後の溶湯から浮上し充分にＦｅ
Ｍｎ溶湯に０２を供給でき、かつ脱炭反応に寄与しうる
時間を充分確保するため固体酸素源をｐｅＭＪＪ湯中へ
打ち込み投入する方法をとるのが望ましい。これにより
、脱炭反応の停滞を抑制しつつ効率よく脱炭反応を進行
せしめ、目標とするＣ濃度までＭｎ損失を極めて少なく
脱炭反応を継続させることができる。目的とする所定の
濃度までの脱炭が完了したときに、ランス４を上昇しラ
ンス４を介してＰｅＭｎ溶湯に供給していた酸化性ガス
の吹き付けも停止する。さらに、固体酸素源１１を介し
てＦｅＭｎ溶湯中に供給していたＭｎ鉱石や鉄鉱石の供
給も同時に停止する。

ランス４の上昇後、底吹きガスによるＦｅＭｎ溶湯の攪
拌の下で、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もできる。

〈実施例〉 約１０ｔｏｎのｌｌｃＦｅＭｎｌＩＦｅＭｎ、３ｍの転
炉状脱炭容器に装入し脱炭吹錬を行った。以下に吹錬の
手順を示す。

底吹き羽目から１．０ＮｒｒＩ／ｌｌｎの供給速度で計
を吹き込み、これによって溶湯を攪拌しながら、上吹き
ランスから純０□の供給を開始する。溶湯に対する純０
□の供給速度は、吹錬開始後脱炭が活発になるまでは２
５Ｎ　ｒｄ　／　＋＋＋ｎであり、脱炭反応が活発化し
たことを確認した上で溶湯温度の過度な上昇を避けるべ
く　２ＯＮｒｒｆ／ｍｌｎに下げる。さらに、第２図に
示すように溶湯中のＣ濃度が２％以下になると象、激に
脱炭酸素効率が低下し、Ｍｎ歩留りの低下をきたすので
希釈吹錬を行った。すなわち、送酸量を２０　Ｎ　ｒｒ
ｒ　／　ｍａｎから１５Ｎｒｒｒ／ｍ＋ｎまで低減せし
め、一方希釈ガスとしてＡｒガスを５　Ｎ　ｒｄ　／　
ｍａｎこれに混合した。

この間、耐火物保護を目的とし、ＦｅＭｎ溶湯の温度が
過度に上昇しないように具体的には少なくとも１８００
°Ｃ以上になることを防ぐため、適時ＬＣＦｅＭｎの破
砕屑を溶湯中に投入した。

用いたランスは、スロート径９　、５　ｍｍのラバール
ノズルを４個有しており、各ラバールノズルの軸はラン
ス軸に対して１５°の角度を有している。吹錬中のラン
ス高さ（ランス下端と溶湯面との距離）は、送酸速度に
応じて変化させ、送酸速度＝２５Ｎｒｒｒ／ｍに対して
は２．０ｍ、送酸速度：　　２ＯＮｍ／１１ｎに対して
は１．７ｍとした。なお、希釈吹錬時すなわち酸素：　
　１５Ｎ　ｒｒｒ／　ｍｌｎとＡｒガス５Ｎ　ｎｆ　／
　ｍｍの混合気を用いるときは、送酸速度：　　２ＯＮ
ｒｒｆ／ｍ＋ｎの設定に準じて１．７ｍとした。

以上述べた手順が基本となる吹錬の手順であり比較例に
示す吹錬はこの手順に従って行った。本発明の効果を確
認するためにさらに以下の操作を行った。すなわち、脱
炭吹錬の脱炭停滞期から吹錬終期にかけて脱炭反応の停
滞を防ぐことを目的としてＭｎ！石あるいは鉄鉱石の連
続的な投入を行った。ここにその投入法は、連続的であ
る必要はないが、間欠的に大量に投入するよりも少量を
連続的に投入する方がＭｎ鉱石、鉄鉱石の利用効率を高
める上でより好ましい。以下、本発明例について具体的
に述べる。

実施例１においては、ＦｅＭｎ１湯中のＣ濃度が２％以
下となる時点を目標とし、希釈吹錬の開始と同時にＭｎ
鉱石（サイズ：２ｍｍ以下）の投入を開始した。Ｍｎ鉱
石の投入速度は１０〜２０　ｋｇ　／　ｍａｎの範囲で
制御しＦｅＭｎ溶湯上に形成されている火点近傍を主体
として投入した。

実施例２においては、Ｍｎ鉱石（サイズ５２ｍｍ以下）
に代えて鉄鉱石（サイズ：２ｍｍ以下）を用いたが、他
の条件はすべて実施例１と同一である。

ここに、Ｍｎ鉱石、鉄鉱石は塊状のものは反応界面積の
点で不利と判断し２胴以下のサイズのものを用いること
とした。

実施例、比較例の吹錬の結果を第２表に示す。

いずれも、ＪＩＳに定めるところのＬＣＦｅＭｎの１級
品の規格をみたすべく、Ｃ濃度＝１％以下を目標として
脱炭吹錬を行った結果である。

実施例１においては、Ｃ濃度７．０％から０．８８％に
まで脱炭し、かつこのときのＭｎ歩留りは固体酸素源と
して用いたＭｎ鉱石中のＭｎ分を含めて９５．８％であ
った。実施例２においてはｃ１度６．９％から０．９１
にまで脱炭し、このときＭｎ歩留りは９４．３％であっ
た。これに対し、比較例においてはＣ濃度６．９％から
０．９８まで脱炭しＭｎ歩留りは９２．１％であった。

すなわち、本発明はＣ濃度のより低いところまで脱炭し
たにもかかわらずＭｎ歩留りは良好であり、０５２％に
おける脱炭反応の停滞を防ぐことに対し、極めて有効で
ある。

同様の実験を、本発明法（希釈吹錬＋固体酸素の供給）
と比較法（希釈吹ｆｉ）とで各１０ヒート行った。ただ
し、供給する固体酸素源としてはＭｎ鉱石を用いた。Ｊ
ＩＳに規定されたＬＣＰｅＭｎの１級品の規格を満たし
、かつＭｎ歩留りを比較するためＣ：０．９％を目標に
脱炭吹錬を実施した。第３表に示すように、本発明法の
実施例においては平均のＭｎ歩留り：　９５．２％（標
準偏差：１．７％）であり、比較法の比較例においては
平均Ｍｎ歩留り：　９０．２％（標準偏差：３．９％）
であった。Ｍｎ歩留りの平均値、標準偏差のいずれにお
いても本発明法がすぐれている。また、耐火物の溶損速
度も０．５６ｍｍ／ｃｈ　（比較例）から０．３２ｍｍ
　／　ｃｈ（実施例）と著しい改善がみられた。

〈発明の効果〉 本発明方法によると、簡単な設備でかつ特殊な操業技術
を用いないでもＭＣＰｅＭｎ、　ＬＣＦｅＭｎが容易に
製造でき、かつ高Ｍｎ歩留りで安定した操業が可能であ
る。また、反応容器も長期間使用できるので耐火物原単
位の大幅な低減が図られ、作業能率も大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示す説明図、第２図は、脱
炭酸素効率とＣ濃度との関係を示す図である。 １・・・反応容器、 ３・・・スラグ、 ５・・・羽　目、 ７・・・非酸化性ガス配管、 ９・・・流量調節弁、 １１・・・固体酸素源。 ２・・・溶融ｌｌＣＦｅＭｎ。 ４・・・ランス、 ６・・・ガス配管、 ８・・・０２用配管、 １０・・・冷却材、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 高炭素フェロマンガン溶湯を上底吹き反応容器に装入し
   、上吹きランスから酸素ガスまたは酸素ガスと非酸化性
   ガスとからなる混合ガスを溶湯浴面上から吹き付け、か
   つ底吹き羽口から非酸化性ガスを浴中に吹き込み中炭素
   および低炭素フェロマンガンを製造する方法において、 脱炭停滞期から吹錬終期にかけて、上吹きランスから吹
   き付ける混合ガスの非酸化性ガスの比率を増加すると共
   に、固体酸素原料を浴中に供給することを特徴とする中
   炭素および低炭素フェロマンガンの製造方法。