JPH04257691A - 高マンガン鋼の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、少ない造滓剤の使用
量の下でもって優れた品質の高マンガン鋼を能率良く溶
製する方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術とその課題】近年、厚板鋼材に対する一層の
品質安定化と低価格化を求める声が高まったことに呼応
して高Ｍｎ鋼を効率良く溶製する手段の研究・開発に拍
車がかかり、それらの結果を踏まえた様々な提案がなさ
れたが、その中で実用が期待されたものの１つに、転炉
精錬に際し炉内の溶銑にマンガン鉱石を投入して酸素吹
錬を行うことにより終点［Ｍｎ］濃度の上昇を図ろうと
の提案がある。しかしながら、実際の転炉操業に上記方
法を適用しようとすると、脱燐の程度が安定しなかった
り多量の造滓剤を必要としたりするなど別の問題が生じ
、そのため実用化までの道程は甚だ遠い感があった。

【０００３】ところが、最近、製鋼コストに大きな影響
を及ぼす“造滓剤の使用量”を極力抑えつつ十分な脱燐
が達成できる転炉精錬法として　「２基の上下両吹き転
炉をそれぞれ脱燐炉と脱炭炉とに使い分け、　その脱炭
炉で発生したスラグを上工程である脱燐炉精錬での精錬
剤として再使用する特有のスラグ・メタル二段向流精錬
法（特公平２−１４４０４号）」を確立した本出願人は
、その後、「上記２基の転炉を用いる二段向流精錬法に
よると、　その優れた脱燐効率や造滓剤低減効果の故に
脱炭工程及び脱燐工程の何れにおいてもマンガン鉱石を
投入しての精錬が安定的に行われるようになるばかりか
、　投入マンガン鉱石による予期せぬ作用（酸化鉄代替
作用）も発揮され、　高［Ｍｎ］含有鋼の低コストで能
率の良い溶製を行うことができる」と言う新たな知見を
得たことを機に、「前記特公平２−１４４０４号に係わ
る２基の転炉を用いた二段向流精錬において、　脱燐工
程では“脱炭炉で発生したスラグ”及び“マンガン鉱石
”を主成分とする精錬剤を添加して溶銑温度を１４００
℃以下に保ちながら溶銑脱燐・溶銑［Ｍｎ］上昇精錬を
行い、　脱炭炉では脱燐炉からの脱燐溶銑に通常造滓剤
とマンガン鉱石とを投入して精錬し、溶銑の脱炭と溶鉄
の精錬終点［Ｍｎ］上昇を図る高マンガン鋼の製造方法
」を提案するに至った（特開平１−１４２００９号）。 そして、この方法は、低コスト操業による効果的な高マ
ンガン鋼の製造方法として大きな注目を集めた。

【０００４】確かに、上記高マンガン鋼の製造方法は低
燐かつ高マンガン鋼を製造する上で非常に優れた技術で
はあった。しかし、その後も実際操業を通じて様々な角
度から検討を続けてきた本発明者は、この方法にも次の
ような未解決点が存在することを認識したのである。

【０００５】即ち、脱燐炉においてマンガン鉱石を添加
した際、ここでの溶銑温度は前記の如く基本的に低温で
あるため鉱石の溶融が速やかに進行しにくく、脱燐終了
後の炉内スラグ中には溶け残りのマンガン分が多く見ら
れる傾向にある。この溶け残りは脱燐処理中の初期塩基
度を低く、また温度を若干高目に設定することで改善さ
れはするものの、根本的な解決とはならない。その上、
仮にマンガン鉱石がスラグ中に溶解したとしても、この
脱燐炉での精錬工程は基本的には脱燐のための酸化精錬
工程であることからマンガンの分配比が比較的高く、溶
銑中マンガン濃度の向上に直接的にはつながらないので
、マンガン富化精錬としては今一つ効率に欠ける。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、上記観点に立っ
た本発明者は、マンガン鉱石投入による溶鉄中マンガン
富化効率がより改善された製鋼技術を確立すべく更に研
究を重ねた結果、「一般に、　製鋼の前工程（脱燐，脱
炭工程の前工程）として溶銑の攪拌式脱硫処理が実施さ
れているが、　この脱硫処理は次工程の脱燐処理とは異
なって還元精錬である。　そこで、上記脱硫処理中の溶
銑に前記特開平１−１４２００９号に係わるマンガン鉱
石添加二段向流精錬法の“脱燐処理時に発生したマンガ
ン含有量の多いスラグ”を添加して処理を進めると、　
添加したスラグ中のマンガン分は円滑に還元されて高収
率で溶銑中に溶け込むこととなり、　これに続いて脱燐
，脱炭のスラグ・メタル向流精錬を行った場合には、　
添加マンガンの非常に高い収率下で高マンガン鋼のより
安価な溶製が可能になる」との知見を得ることができた
。

【０００７】本発明は、上記知見事項等を基に完成され
たものであり、「図１で示す如く、　上下両吹き機能を
有した２基の転炉形式の炉のうちの一方を脱燐炉１、　
他方を脱炭炉２として脱硫溶銑とスラグとの向流精錬を
実施するに際し、　前記脱燐炉１，脱炭炉２への装入材
としてマンガン鉱石（鉄・マンガン鉱石をも含む）を加
えると共に、　脱炭炉２から発生したマンガン含有スラ
グ３を脱燐炉１に、　また脱燐炉１から発生したマンガ
ン含有スラグ３′を脱燐の前工程である脱硫処理中の攪
拌式溶銑脱硫容器（注銑鍋）４にそれぞれ装入・添加し
て三段向流精錬を行い、　これによって造滓剤の使用量
少なく、　かつ高い添加マンガン分の収率でもって品質
の良好な高マンガン鋼を生産性良く溶製し得るようにし
た点」に大きな特徴を有している（図面において、　符
号５は攪拌ガス吹き込みノズル，６はランス，７は攪拌
インペラ−をそれぞれ示している）。

【０００８】ここで、前記「上下両吹き機能を有した転
炉形式の炉」としては現在使われている“上下吹き複合
吹錬転炉”が最も好ましいが、脱燐炉については精錬条
件が脱炭炉よりもマイルドであるため小型のものとして
脱燐専用に新設してもコスト的にそれほど不利となるこ
とはない。

【０００９】なお、上述した“脱燐炉から発生したスラ
グ”には当然多量の燐が含有されており、これを脱硫容
器に添加して脱硫剤（通常のもので何ら差支えはない）
と共に溶銑と接触させた場合には、マンガンのみならず
燐までもが溶銑中に入ることが懸念される。しかし、高
マンガン鋼としては低燐材のみか強度向上を目的とした
中燐レベルの材料も重要な地位を占めており、例え脱硫
溶銑中の燐濃度が多少高くなったとしても上記高マンガ
ン鋼溶製方法の有為性は何ら阻害されるものではない。

【０００１０】脱燐炉での精錬剤（脱燐剤）としては、
脱炭炉で発生したスラグとマンガン鉱石を主成分とする
もの（例えば脱炭炉で発生したスラグ，マンガン鉱石，
蛍石を配合したもの）等が使用でき、更には生石灰やＣ
ａＣｌ２，Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２，　Ｎａ２ＣＯ３　等を
加えても良い。そして、使用する脱炭炉スラグは溶融状
態のものが熱経済的にも脱燐フラックスの滓化性の面か
らも好ましいが、一旦冷却凝固させて粒状又は塊状に破
砕してから用いても良い。勿論、該脱炭炉スラグはタイ
ミングとしては前回チャ−ジのものが良いが、それ以前
に脱炭炉から出たものや他の工場の脱炭炉で発生したも
のでも良いことは言うまでもない。

【０００１１】炉底から吹き込む撹拌ガスとしてはＡｒ
，ＣＯ２　，ＣＯ，　Ｎ２　，Ｏ２　，空気等の何れで
あっても良い。そして、脱燐炉の炉底ガス撹拌の程度は
通常の上下両吹き複合吹錬におけると同程度（０．０３
〜０．２　Ｎｍ３／ｔ　）で良いが、脱燐速度の向上を
狙ってこれよりも更に多くして良いことは勿論である。

【０００１２】脱炭炉での吹錬は、基本的には通常の“
炉外で脱燐された溶銑”を吹錬する場合と同じであるが
、終点での溶鋼の［Ｍｎ］濃度を向上させるため、生石
灰やドロマイトを中心とする造滓剤の他にマンガン鉱石
が添加される。

【０００１３】次に、実施例により、この発明を比較例
と対比して更に具体的に説明する。

【実施例】比較例 攪拌式溶銑脱硫容器（溶銑鍋）内で脱硫した表１の上段
に示される如き組成の脱珪溶銑２５０トンを脱炭炉とし
て使用する上下両吹き複合吹錬転炉に注銑し、これに同
様形式の脱炭炉で発生した転炉滓２５　ｋｇ／溶銑ｔ　
と蛍石８　ｋｇ／溶銑ｔ　並びに粒径３０ｍｍ以下のマ
ンガン鉱石１２　ｋｇ／溶銑ｔ　を添加し、表２に示す
条件で精錬を行った。

【０００１４】次に、このようにして得られた脱燐銑（
組成は表１の中段に示す）を一旦鍋中に出銑してから脱
炭炉に注銑し、更に生石灰８　ｋｇ／溶銑ｔ　，ドロマ
イト５　ｋｇ／溶銑ｔ　，蛍石１　ｋｇ／溶銑ｔ及びマ
ンガン鉱石２０　ｋｇ／溶銑ｔ　を添加してから主吹錬
を実施した。

【表１】

【表２】 この場合の成分推移を表１に示す。上記表１に示される
結果からも明らかなように、脱燐処理後で溶銑中マンガ
ン濃度０．５９％、脱炭後で溶鋼中マンガン濃度１．０
５％が得られている。

【０００１５】実施例　　１ 前記図１に示したような、攪拌式溶銑脱硫容器，脱燐炉
，脱炭炉を有する設備を使用し、次の手順で溶銑の精錬
を実施した。

【０００１６】〔第１段階〕まず、表３に示す組成の脱
燐炉発生スラグ２１　ｋｇ／溶銑ｔ　及び生石灰３．５
ｋｇ／溶銑ｔ　を脱硫処理初期の攪拌式溶銑脱硫容器内
に添加し、表４上段に示す組成の溶銑の脱硫処理を１２
分間続けた。なお、攪拌式溶銑脱硫容器のインペラ−回
転数は１３０ｒｐｍ　とした。

【表３】

【表４】 なお、この時の成分推移を図２及び前記表４に示す。

【０００１７】つまり、この脱硫処理を通じて、添加さ
れた脱燐炉発生スラグは次のように作用する。まず、処
理進行に伴いスラグ中鉄酸化物が溶銑中シリコン或いは
カ−ボンにより　（１）式で示したように還元される。 　　　　　　　　４（ＦｅＯ）＋Ｃ　　→　　ＣＯ２　
↑＋４Ｆｅ　　　　　　　　　　　　　　……（１）　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｓｉ　　　
　（ＳｉＯ２） 　　そのため、フォスフェイトキャパシティが低下し、
急激なる溶銑中燐濃度の増加が見られる。その後　（２
）式で示される反応に従い、スラグ中のマンガン酸化物
が還元され、徐々に溶銑中マンガン濃度が上昇していく
。 　　　　　　（ＭｎＯ）＋　Ｆｅ　→（ＦｅＯ）＋　Ｍ
ｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……（
２）　鉄酸化物及びマンガン酸化物の存在のため、スラ
グ中酸素ポテンシャルが高い間は脱硫は進まないが、　
（１）式，　（２）式よりスラグ中酸素ポテンシャルが
低くなるにつれて急激に脱硫は進行し、１２分後には　
０．００４％にまで［Ｓ］濃度は低下した（前記表４参
照）。

【０００１８】この到達硫黄濃度及び脱硫時間は、初期
の脱硫停滞時期があるにもかかわらず従来の操業のバラ
ツキ範囲であって、特に操業に負荷がかかるものではな
い。この理由として、上記脱硫処理で用いた脱燐炉発生
スラグは熱間状態にあり、かつ蛍石を多量に含む所謂プ
リメルト品であるため非常に滓化性が良かったことが挙
げられる。このため、スラグの酸素ポテンシャルが低下
した以降は従来法以上の脱硫速度が得られたと考えられ
る。

【０００１９】なお、脱硫終了時点で脱燐炉発生スラグ
中のマンガンの溶銑への回収率は表４からも明らかなよ
うに８７％にも達し、本発明の重要項目であるマンガン
回収についてはほぼ満足する結果が得られている。

【０００２０】〔第２段階〕次に、上記脱硫処理終了後
の溶銑を脱燐炉に注銑し、比較例におけると同様条件で
脱炭炉発生スラグ，マンガン鉱石等を投入して脱燐処理
を行った。ここで、脱燐炉におけるマンガン鉱石添加精
錬時は塩基度を２．５以上に保つのが有利であるが、そ
の理由を図３を参照しながら説明する。

【０００２１】即ち、図３は“脱燐炉のスラグ中（Ｍｎ
）〔実際はＭｎＯの形態であるＭｎ分を重量％で表わし
たもの〕と溶銑［Ｍｎ］との比（Ｍｎ分配比）　”と“
スラグ塩基度”との関係を示したものであるが、この図
３からも明らかなように、塩基度が高くなるほど　（Ｍ
ｎ）／［Ｍｎ］は小さくなることが分かる。つまり、ス
ラグ塩基度が高いほど酸化マンガンは還元されやすくな
り、スラグ塩基度が　２．５以上の領域ではこの傾向が
最も強くなって一定化することを確認できる。スラグの
塩基度を高くするためには、脱炭炉発生スラグ量を多く
する方法があるが、スラグと共に生石灰を補助的に添加
しても良い。

【０００２２】この結果、脱燐炉装入時のマンガン濃度
が０．４８％と高いにもかかわらず、脱燐処理後のマン
ガン濃度は０．８２％と０．３４％向上しており（前記
表４参照）、比較法の０．４０％向上に比較してそれほ
ど劣るものではない。また、比較法と異なり、この脱燐
スラグはそのままで或いは希釈後に攪拌式溶銑脱硫処理
時で再使用してマンガン回収するため、脱燐炉単味での
マンガン回収率悪化はそれ程大きな問題とはならない。

【０００２３】〔第３段階〕次いで、このようにして得
られた脱燐銑（成分組成は表４の３段目に示す）を脱炭
炉に注銑し、比較例におけると同様条件で脱炭精錬した
。その結果、表４の下段に示す成分組成の溶鋼が得られ
、脱炭炉での終点［Ｍｎ］が１．２７重量％まで上昇し
たことが確認された。なお、全製鋼工程での使用生石灰
及びドロマイト量は、１基の転炉で精錬を行う従来法に
比して非常に少なく済んだことは言うまでもない。

【０００２４】このように、脱燐炉での発生スラグを攪
拌式脱硫処理中に添加する本発明方法によると、前記比
較例に比して脱燐炉，脱炭炉にて使用したマンガン鉱石
は同量であるにもかかわらず脱炭終了時で０．２２％も
高いマンガン濃度が得られることが明らかである。なお
、脱炭終了時点での燐濃度は　０．０３０％であるが、
これは実用高マンガン鋼の成分規格に合致しているため
、特にこの点での成分調整を必要することもない。

【０００２５】ところで、上記実施例の結果からも分か
るように、本発明に従った処理を行うと溶銑脱硫後の燐
濃度が［Ｐ］＝　０．１６０％と高くなるため、この溶
銑を用いた脱燐処理時の炉内発生スラグは燐含有量がか
なり高くなる。従って、このスラグを更に攪拌式溶銑脱
硫設備で再使用する際には、その絶対使用量に制限を加
えるのが良い。

【０００２６】ただ、燐濃度が高いもののマンガン含有
量も非常に高い上記脱硫溶銑には、別の処理を施して有
用な鋼種を溶製する道も考えられる。つまり、脱燐炉で
発生する燐含有量の高い上記マンガン含有スラグを攪拌
式溶銑脱硫容器に添加して溶銑の脱硫を行った後、続く
脱燐炉での脱燐処理時にはマンガン鉱石の代わりに酸化
鉄或いは鉄鉱石を用いることで脱燐をスム−ズに進行さ
せる手法であり、この方法は低燐中マンガン鋼（燐規格
［Ｐ］≦　０．０１５％，マンガン規格［Ｍｎ］：０．
５０〜１．００％）の溶製に極めて効果的であると思わ
れる。勿論、この際には、脱硫後に得られたマンガン濃
度の高い溶銑の処理時に極力マンガンの酸化ロスを防止
するように図る必要がある。しかしながら、前記図２に
示したように塩基度を高めればマンガン分配比を下げる
ことができるので、マンガン酸化ロスの防止はそれほど
困難なことではない。また、脱燐処理時における脱燐率
自体の向上に、生石灰を追加するなどして塩基度（Ｃａ
Ｏ／ＳｉＯ２）を上げることが非常に有効であることは
言うまでもない。即ち、脱燐炉において、マンガン鉱石
の代わりに鉄鉱石を用いると共に塩基度を高く設定（Ｃ
／Ｓ≧２．５）すれば、マンガン分配比が小さくなる（
マンガン酸化ロスが極小になる）だけでなく脱燐自体も
スム−ズに効率良く行われるようになり、そのため、脱
硫処理後の燐濃度が　０．１６１％と高い場合において
も脱燐処理により燐濃度：０．０１４％程度の低燐鋼と
することが可能である。

【０００２７】表５は、図４に示したような上記プロセ
スの試験例で得られた溶鉄成分濃度の推移を示しており
、この結果も該プロセスの有効性を明瞭に窺わせている
。なお、この時の試験条件は 脱硫処理…脱燐炉発生スラグ添加量２１　ｋｇ／溶銑ｔ
　，生石灰添加量３．５ｋｇ／溶銑ｔ　，攪拌式溶銑脱
硫容器のエンペラ−回転数１３０ｒｐｍ　，処理時間１
２分，脱燐処理…脱炭炉発生スラグ添加量２５　ｋｇ／
溶銑ｔ　，蛍石添加量８ｋｇ／溶銑ｔ，鉄鉱石添加量１
０　ｋｇ／溶銑ｔ　，脱炭処理…生石灰添加量８　ｋｇ
／溶銑ｔ　，ドロマイト添加量５　ｋｇ／溶銑ｔ　，蛍
石添加量１ｋｇ／　溶銑ｔ　，マンガン鉱石添加量２０
　ｋｇ／溶銑ｔ　，の通りで、その他の精錬条件は前記
表２に示されたのと同様であった。

【表５】

【０００２８】

【効果の総括】以上に説明した如く、本発明によれば、
品質の良好な高マンガン鋼を低コストで量産することが
可能となるなど、産業上極めて有用な効果がもたらされ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明プロセスの概念図である。

【図２】脱硫処理時における溶銑の成分推移を示したグ
ラフである。

【図３】脱燐炉でのＭｎ分配比とスラグ塩基度との関係
を示したグラフである。

【図４】低燐中マンガン鋼の溶製に好適と考えられると
プロセスの概念図である。

【符号の説明】

１　　脱燐炉 ２　　脱炭炉 ３　　脱炭炉スラグ ３′脱燐炉スラグ ４　　攪拌式溶銑脱硫容器（注銑鍋） ５　　撹拌ガス吹き込みノズル ６　　ランス ７　　攪拌インペラ−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　上下両吹き機能を有した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脱硫
   溶銑とスラグとの向流精錬を実施するに際し、前記脱燐
   炉，脱炭炉への装入材としてマンガン鉱石を加えると共
   に、脱炭炉から発生したマンガン含有スラグを脱燐炉に
   、また脱燐炉から発生したマンガン含有スラグを脱燐の
   前工程である脱硫処理中の攪拌式溶銑脱硫容器にそれぞ
   れ装入・添加して三段向流精錬することを特徴とする、
   高マンガン鋼の製造方法。