JPS6126752A - 溶融還元による低りん高マンガン鉄合金の製造方法 - Google Patents

溶融還元による低りん高マンガン鉄合金の製造方法

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JPS6126752A
JPS6126752A JP14596684A JP14596684A JPS6126752A JP S6126752 A JPS6126752 A JP S6126752A JP 14596684 A JP14596684 A JP 14596684A JP 14596684 A JP14596684 A JP 14596684A JP S6126752 A JPS6126752 A JP S6126752A
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Hideki Ishikawa
英毅 石川
Hiroyuki Katayama
裕之 片山
Masatoshi Kuwabara
桑原 正年
Takashi Shimanuki
嶋貫 孝
Yoshinori Koga
古賀 ▲い▼徳
Masaki Fujita
正樹 藤田
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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) 本発明は上底吹転炉型反応容器を用いて溶融還元精錬方
法により、安価にかつ効率よく低シん高マンガン鉄合金
を製造する方法に関するものであるO (従来の技術) 高マンガン鉄合金は鉄鋼精煉において、鉄鋼の品質を向
上させる目的で溶鋼の脱酸剤として、またマンガン分の
添加剤として使用されるものであるが、その際高マンガ
ン鉄合金中に不純分として含まれているシんは、最終製
品である鉄鋼の品質に悪影響上敷はすことが知られてい
るため、最近特に出来るだけシん含有量の低い高マンガ
ン鉄合金が要望されてきている。
従来像−シん高マンガン鉄合金を製造する、方法として
次のような2方法が工業的に用いられている。
まず第1にシリコン含有率の高い高マンガン鉄造し除滓
後攪拌機能(スターラー、シェーカー)を有する反応容
器に入れ、上部より脱りん剤(Ca OrCaC2* 
Ca5t r CaF2等)を装入攪拌して脱シん処理
を行い、更に電気炉などでマンがン鉱石を用いて脱離処
理を行って低シん高マンガン鉄合金とする方法があシ、
第2に高炭素高マンガン鉄合金を電気炉で製造し、除滓
後上吹転炉型反応容器に入れ、酸素吹精によシ炭素不飽
和の高マンガン鉄合金を作シ、除滓稜攪拌機能(スター
ラー、シェーカー)を有する反応容器に入れ、上部よシ
脱シん剤(CaO,CaC2,CaSi+CaF2等)
を装入攪拌して脱シん処理する方法がある。
しかしこれらの方法は前述の如く電気炉、及び他の反応
容器などを交互に使用して3工程も必要であるという複
雑な方法でアシ、更に電気炉を使用することによシ非常
に高価なものとなる。またこれらの方法において使用さ
れる電力は第1の方法で製品IT当り 4500 KW
I(。
第2の方法で製品IT当、92200KWHも要するた
め、製品価格上昇の要因となっておシ、かつ双方とも反
応容器の処理においてはマンガン分の損失や熱ロスが大
きく且り脱シん率も低くなるという欠点がある。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は、上述の欠点のない方法、すなわち加熱熱源と
して安価な一部エネルギー(特に石炭、コークスなどの
石炭系固体炭素質物質の燃焼エネルギー)を利用し、マ
ンガン分の損失や熱ロスが少なく、効率の良り低シん高
マンガン鉄合金の製造方法を提供するものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明は電力を使用しないで上底吹き転炉型反応容器を
用いて不活性ガス等を底吹きする事によシ得られる強攪
拌力を利用し、短時間で効率よく1、低シん高マンがン
鉄合金を製造するものであって、マンガン鉱石またはそ
の予備還元物のうち少なくとも1つと固体炭素質物質と
造滓剤を原料とし、前記容器に前記原料を装入し、酸素
または酸素を含むガスを供給して加熱溶融還元すること
により炭素の飽和した高マンガン鉄合金を生成させた後
、スラグの一部を取り除いて再び酸化性ガス企吹込むこ
とによって脱炭し、炭素飽和高マンガン鉄合金を製造す
る第一工程と、次にスラグの全量を取り除いて、生石灰
、炭化カルシウム、カルシウムシリコンのうちから選ば
れる何れか少なくとも1種とアルカリ土類金属のハロゲ
ン化物との混合物を添加し、不活性ガスを底吹きするこ
とにょ9脱シんする第二工程とから成る低シん高マンガ
ン鉄合金の製造方法である。
(作用) 高マンガン鉄合金のりん含有量は、主な原料であるマン
ガン鉱石中のシん含有量に大きく左右されるため、シん
の低いものを製造するためには、高マンガン鉄合金を製
造した後、脱シんを行う方法がとられる。
ところが、炭素質物質を還元、剤として高マンガン鉄合
金を製造した場合、炭素の飽和したもの(炭素含有量的
7%)となシ、この炭素飽和高マンガン鉄合金は脱シん
が非常にむずかしい。
例えばカルシウム化合物を用いる高マンガン鉄合金溶湯
の脱りんはカルシウムカーバイドを例にとると次のよう
な反応式によるとされている。
3CaC2+14Mn−+3(Ca〕+2Mn7C3−
−(す3〔Ca〕+2P−4Ca3P2・・・・・・(
2)すなわち(1)式のMn 7 C5は炭素飽和の場
合に相当し炭素飽和高マンガン鉄合金では(1)式が生
起しないため、(2)式も生じない。したがって高マン
ガン鉄合金溶湯を炭素不飽和の状態にして、(l)式を
生起させ、溶融フラックス中に敗り込み、低りん品とす
る方法が有効となってくる。
本発明者らはまずこの高マンガン鉄合金の炭素含有率と
脱シん率の関係を実験したところ、第3図に示したよう
に、おおよそ04%以下であれば、十分な脱夛ん率が得
られることがわかった。
次に本発明について詳細に説明する。
本発明で用いる設備概要を第1図に示し九。上底吹転炉
型反応容器2は製鋼用上底状転炉を用いるのが望ましい
。この反応容器の底部には1個または複数個のノズル3
が配置されている。ノズルの数は前記反応容器の容量及
び吹き込みガス量によって決定される。ノズル3は2重
管とし、内管よシ酸素または不活性ガス、外管よシ冷却
用ガスを吹込むことの出来る構造とする。前記冷却用ガ
スとしてはプロパンが好適であるがN2+CO2+Ar
なども使用できる。また第二工程である脱シん工程では
、かならずしも転炉型でなくとも良く、底吹き手段を具
備した反応容器を用いる事ができる。第1図において1
はロータリーキルンで、反応容器から排出されるガスの
排熱を利用し、装入原料の乾燥、予熱、予備還元の事前
処理を行うことができる。
次に第一工程で用いる原料として、マンガン鉱石は、乾
燥した生鉱、または、ロータリーキルン、流動還元炉、
焼結機等の予備処理設備を用いて事前処理を行ったマン
ガン鉱石の予備還元物または焼結鉱を、それぞれ単独ま
たは混合して使用することができる。
固体炭素質物質は、石炭、コークスなどの石炭系の固体
炭素質物質を使用し造滓剤は主として生石灰、石灰石な
どを使用し、すべて乾燥品とする。
第二工程で用いる脱シん用フラックスは生石灰、カルシ
ウムカーバイド、カルシウムシリコン、畳方等であって
通常市販品を必要あれば、適正粒度に粉砕して使用する
次に本発明による操業の態様およびその作用について説
明する。
まず第一工程について説明すると、上底吹転炉型反応容
器内には高マンガン鉄合金溶湯と溶滓を残しておき、底
吹ノズルの内管から酸素または酸素を含むガスを外管か
らゾロノ母ン、N2+CO2+Arの何れかを吹き込ん
でおき、そこに固体炭素質物質を前記炉内に装入し、上
吹きランスよシ酸素または酸素を含むガスの吹き込みを
開始する。この場合、上吹き、底吹きの酸素の割合は例
えば97:3〜80:20とするのが好適である。
つぎにマンガン鉱石および/またはその予備還元物と固
体炭素質物質と造滓剤を前記反応容器内に装入する。こ
の場合、これらの各原料は混合原料として装入しても良
く、また別々に装入することもできる。
これらの各原料を前記上底吹転炉型反応容器に装入する
際、予備処理を行なった原料の場合は予備処理して後冷
却することなく、直接前記反応容器に装入することが、
原料の顕熱を利用出来るので、総エネルギーの節約上有
利である。例えばロータリーキルンでマンガン鉱石の予
備還元を行う場合はマンがン鉱石と炭素質物質を前記キ
ルンに装入し、約1000℃程度で加熱還元を行うので
、前記キルンと上底吹転炉型反応容器を直結させ直接1
000℃程度の原料を装入する事が出来る。
前記反応容器内の高マンガン鉄合金溶湯の温度は160
0℃を超えないよう上吹き用ランス・ぐイブの高さおよ
び吹き込みガス量を調節する。
このようにして、一定の吹酸量および原料の装入が終了
した後、溶融原料中のマンガン酸化物が過剰の炭素によ
シ還元され、炭素の飽和した高マンガン鉄合金(C含有
量約7%)が生成する。
この還元期においては、底吹きノズルの内管から吹込む
ガスを酸素または、酸素を含むガスからプロノやン+ 
N2+Ar+CO2+COなどの中から選ばれる何れか
少なくとも1つのガスに切り換えることが好適である。
これは、マンガンが鉄、クロムなどに比較して酸化され
やすいためである。一定時間吹酸を行った後、生成され
たスラグの一部を反応容器より除去し、残したスラグお
よび炭素の飽和した高マンガン合金に再び吹酸し、脱炭
する。この段階における酸素吹精の初期には溶湯中のマ
ンガンが酸化され、溶湯温度は急速に上昇し、引続いて
炭素の酸化が始まって溶湯温度は上昇を続けるが溶湯温
度を1650〜1850℃に制御して溶湯中の炭素含有
量を制御する。すなわち溶湯の最終到達温度が1750
〜1780℃の場合は生成する溶融金属中のC含有量は
2%以下となシ、前記温度が1820〜1850℃の場
合は1%以下となるが、前述した如く、C2qb以下で
次工程において十分な脱シん率が得られること(第3図
参照)及び次工程の処理温度を考慮すると1750〜1
780℃附近の温度で十分である。なお溶湯温度が16
50℃よシ低いと炭素の酸化よりマンガンの酸化が曖先
し、一方1850℃よシ高いとマンガンの蒸発が活発に
なってマンガンの損失が激しくなるので、溶湯温度は1
650〜1850℃の範囲内で精錬する必要がある。溶
湯温度を制御するには高マンガン鉄合金の塗材あるいは
7/’−/クスを装入することの#1か、酸素吸込み量
を調整することによって行うことができる。
この−ようにして溶湯中の炭素含有量を所定値に低下さ
せると、マンガンの一部が酸化されて酸化マンガンとし
てマンガン含有量30〜50%含有するスラグが生成す
るが、このスラグは第二工程に入る前に溶融高マンガン
鉄合金と分離し、溶融状態のまま、または塗材でも良い
が、次回の第一工程原料としてマンガン鉱石の代りに使
用される。
次に第二工程について説明する。
第一工程が終了した後、生成したスラグをほとんど全量
除去し、残った炭素不飽和高マンガン鉄合金溶湯に脱シ
ん用フラックスを適正量添加し、不活性ガスを底吹きし
て強制攪拌する。
脱シん用フラックスは生石灰、カルシウムカーバイド、
カルシウムシリコンのうちから選ばれる何れか少なくと
も1種とアルカリ土類金属のハロゲン化物の混合物が使
われるが、生石灰、カルシウムカーバイド、カルシウム
シリコンは高マンガン鉄合金中のマンガンと反応して容
易にカルシウム単体を生成し、この発生期のカルシウム
はシんと容易に結合し、C83P2となる。前にも述べ
たが、その反応式はそれぞれ次の通りである。
3 [Ca ] +2P −+Ca3P2     ’
   −= (2)更に(2)式で生成したCa3P2
 tフラックス中に溶解して安定に存在させるためにア
ルカリ土類金属のハロゲン化物をフラックス中に含有さ
せる必要がある。そのためには前記ハロゲン化物は7″
y。
ジス中に5%以上含まれていることが必要で、10〜3
0%含有されている場合が最適で69、そのような比率
になるように添加する。なお前記ハロゲン化物は塩化物
でも良いが吸湿性があるため、併行(CaF2)が最も
好適である。
次に添加するフラックスの量は脱りん可能な量であれば
十分であるが、高マンガン合金の場合は溶湯が表面まで
露出すると溶湯中のマンガン分の蒸発損失が大きくなる
ので、適当な厚さの溶融スラグ層で溶融金属を覆ってや
ることか好結果を与える。
それについて底吹き攪拌時間とマンガン分の蒸発損失の
関係を実験した結果第2図に示したとおシであシ、メタ
ル表面t−40cm以上の溶融スラグ層で覆うことが有
効であることがわかった。更にそのスラグが脱シん能を
もつ必要があるためi一工程のスラグを全量排出し、新
たに脱シん用フラックスを添加するものである。脱シん
用フラックスは固体粒状あるいは粉末状のものが使用さ
れるが、炭素不飽和高マンガン鉄合金溶湯の熱で加熱溶
解し、脱りん反応が生起する。この場合効果的な攪拌を
行うことが操業時間の短縮のために必要であるが、本発
明で用いられる底吹きによる強制攪拌は、従来のスター
ラーとかシェーカ′−による方法に比較すると1/!〜
2/3の攪拌時間で十分である。このように攪拌時間を
短縮できることは、前述のマンガン分の蒸発損失も少な
くすることが出来ることが第2図より明らかである。
更にこの底吹きがスによる強制攪拌と合わせて一部のフ
ラックスを粉末状として底吹きガス中に混合して溶湯下
部よシ吹き込む事も攪拌時間の短縮及び脱シん率の向上
にとって有効な手段である。
次に第二工程の溶湯温度については、前記脱りんの反応
式において(1) 、 (2)の反応を順調に進める為
には、1300〜2200℃の温度範囲が必要である。
この理由は、この範囲の温度でないと(1)式が進行し
ないためである。しかじ脱シん処理中のマンガン分の蒸
発損失を少なくするため、また反応容器のライニング材
の脱りん用フラックスによる損傷を少なくするためには
出来るだけ低い温度で処理する゛ことが望ましく、一方
温度が低すぎると溶湯の粘性が増し攪拌か順調に出来な
くなるため、1400〜1500℃の温度範囲が最適で
ある。
以上のような工程において、反応容器は第一工程で用い
た上底吹転炉をそのまま用いる9とが出来る。すなわち
第一工程で生成したスラグを取り除いた後直ちに脱りん
用ブラックスを添加して脱シんを行う。
また、別の底吹き装置を具備する反応容器に第一工程で
生成した高マンガン鉄合金溶湯のみを取り、第二工程を
行うこともできる。この場合、第一工程で用いた上底吹
転炉では、直ちに次回の第一工程が実施できるため生産
性が向上する。
反応容器は、5を小型転炉の底部に二重管ノズルを中心
に取付けたものを使用した。原料及びその品位は第1表
に示した通りである。
使用したマンガン鉱石はロータリーキルンで還元剤とし
てコークスとともに1’OOO℃にて加熱還元した。こ
の時マンガンの酸化度(4価のマンガンに換算されたマ
ンガンの全マンガンに占める割合)は5%であった。
上底吹転炉には予め、高マンガン鉄合金゛溶湯1トンを
装入し、その表面に20m++厚さになるように溶融ス
ラグを装入した。この時底吹ノズルよシは3k17/l
ar”の圧力で、内管よシは酸素を、外管よシは冷却用
ガスとしてアルゴンな洛々2o01/−で吹き込んでい
る。
以上のような準備が完了した後、先ず第一工程として乾
燥したコークスを上底吹転炉内に30kg投入し、上吹
ランスより 5klI/m”の圧力で5Nm3/mで酸
素を吹き込んで着火させた。着人確認後前記転炉内に、
前記予備還元されたマンガン鉱石を冷却することなく連
続的に投入し、コークス及び石灰原石は間欠的に40分
の間にマンガン鉱石420ゆ、コークス200kgおよ
び石灰原石30ゆを投入した。この間、溶湯温度は16
00℃を越えな、い様ランス高さ、吹酸量を随時調整し
た。
原料投入完了後スラグ中のマンガンを回収するためコー
クスを10kg投入し、ランス位置を上げ吹酸条件を4
 kg/cm” + 4 Nm” /yinに変更し1
0分間吹酸を実施した。この時マンガンの再酸化防止の
ため底吹きの酸素はArに切替えた。そして、上吹ラン
スよシ吹酸を停止し、ランスを巻き上げ過剰の炭材を除
去し、又スラグを約手分取り出し、再び上吹きランスよ
シ吹酸を開始した。同時に底吹きの内管よシのAtは溶
湯温度保持のため再び酸素に切シ替えた。その時の着火
は容易であシ脱炭反応は開始された。
上吹酸素の送酸速度は最初の10分間は4 ONm”/
vitr、その後の15分間は3.0 Nm”7’IM
Rであシ、底吹きは引き続き2001/miで行ってお
シ酸素使用量は上吹底吹合計で92 Nm”であった。
送酸速度の変更は、溶湯温度をみながら行った。即ちマ
ンガンの酸化が炭素のそれよシも優先して進行する16
50℃になるまでは4ONm”7mで行った。そして1
770℃で上吹き吹酸を停止した。
つづいて第二工程として第一工程で得られた溶湯からス
ラグのほぼ全量を除去し残留した高マンガン鉄合金溶湯
の温度が1650’eになった時点(上吹き停止したの
ちスラグ除去の時間も入れて約10分後)に転炉上部よ
l) Ca(’z 60 ユ、CaF 210kg(粒
度5〜15tIM1温度200’C)を装入し下部2重
管の内管よ〕微粉状ノcac24okII(1ooIg
n以下)とN2ガス2Nm’とを混合したものを、外管
よシ攪拌用のN2ガス2Nm”を1o分間吹き込みを行
った。吹き込み終了後、スラグを除去して製品を鋳造し
た。
このようにして得られた各工程の高マンガン鉄合金の化
学組成は第2表の通シであった。
第2表 高マンガン鉄合金の化学組成 (発明の効果) 以上のように、本発明は安価で、かつ不純物の少ないマ
ンガン鉄合金を効率良く製造する手段を提供するもので
あシ、高マンガン鋼の製造や製鋼製銑の製造コストの低
下、品質向上を通して工業的な価値は極めて高いもので
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施するのに用いる設備の1例を示す
縦断面図、第2図は第二工程における種種の溶融スラグ
層の厚さにおける攪拌時間とマンガンの蒸発損失(4)
の関係を示す図、第3図は高マンガン鉄合金中の炭素含
有率(4)と脱シん率の関係を示す図である。 1・・・ロータリーキルン、2・・・上底吹き転炉、3
・・・底吹きノズル、4・・・上吹きノズル、6・・・
脱りん用フラックスホッノや−。 L/)    寸   「つ   N   \ン桟耽縛
4璽家(ド) 貿−く停2

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 上底吹き転炉型反応容器を用いて、マンガン鉱石または
    その予備還元物のうち少なくとも1つと固体炭素質物質
    と造滓剤を原料とし前記容器に前記原料を装入し、酸素
    または酸素を含むガスを供給して加熱、溶融、還元する
    高マンガン鉄合金の溶融還元精錬方法において、炭素の
    飽和した高マンガン鉄合金を生成させた後、スラグの一
    部を取り除いて再び酸化性ガスを吹込むことによって脱
    炭し、炭素不飽和高マンガン鉄合金を製造する第一工程
    と、次にスラグの全量を取り除いて、生石灰、炭化カル
    シウム、カルシウムシリコンのうちから選ばれる何れか
    少なくとも1種とアルカリ土類金属のハロゲン化物との
    混合物を添加し、不活性ガスを底吹きすることにより脱
    りんする第二工程とから成ることを特徴とする溶融還元
    による低りん高マンガン鉄合金の製造方法。
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