JPS61272346A - 高マンガン鉄合金の溶融還元精錬方法 - 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） マンガン鉄合金は鉄鋼精錬の際に脱酸剤とかｉンガン分
の添加剤として、また鋳物用として使用されるものであ
り、現在、そのマンガン含有率や炭素含有率で区別され
、高炭素フェロマンガン、中炭素フェロマンガン、低炭
素フェロマンガン、またシリコンを多く含有するものは
シリコマンガンなどの名称で市販されているものである
。

本発明はこのようなマンガン鉄合金を上底吹き転炉型反
応容器を用いて、マンガンの歩留高く、安価にかつ効率
良く製造する方法に関するものである。

（従来技ｗｉ） 従来、マンガン鉄合金は、マンガン鉱石またはその予備
還元物、あるいはそれらの混合物をコークス等の炭素質
還元剤および造滓剤と共に電気炉に装入し、電力により
加熱、溶融、還元して製造されている。

しかしながらかかる方法忙おいて使用される電力は１例
えば高炭素フェロマンガンの場合で製品１を当υ２２０
０　ｋＷＨ程度であシ、電力単価の高い我が国ではコス
ト上昇の主要因となっておシ、かつ一次エネルギーから
見たエネルギー効率は著しく低いことはいうまでもない
。このエネルイー源を一次エネルギー（特に、石炭、コ
ークスなどの石炭系固体炭素質物の゛燃焼エネルギー）
に置換することが出来れば経済的に極めて有利なものと
なる。

また、電気炉による前記高炭素フェロマンガンの製造に
おいては、電気炉から排出されるスラグ中のマンガン含
有量は通常酸化マンガンとして２０〜３０％と高く、マ
ンガンの歩留シが低いという欠点がある。

電気炉法においては、このスラグ中のマンガン分を回収
するために、前記高炭素フェロマンガンのスラグを用い
てシリコンの高いマンガン鉄合金、すなわち　シリ；マ
ンガンを製造することにょって前記スラグ中のマンガン
分を低くする方法が行われているが、この手段において
も多量の電力を消費し、生成するスラグ中の酸化マンガ
ン濃度は１０％程度であシ、電気炉法においてスラグ中
の酸化マンガ濃度を更に低下させることはほとんど不可
能である。このスラグ中のマンガン分を効率良く低下さ
せることが出来れば経済的に極めて有利なものとなる。

（発明が解決しようとする問題点） 電気炉を用いる従来のマンガン鉄合金の製造方法は、前
述のように電力を使用するためエネルギーコストが高い
こと、かつマンガンの利用率が低いという問題点がある
。

本発明は、マンガン鉄合金を製造するに際し、まず加熱
熱源として安価な一次エネルギー、すなわちコークス、
石炭などの固体炭素質物質の燃焼エネルギーを利用する
ことＫより、エネルギーコストを低くし、かつエネルギ
ー効率を高くすること、つぎにマンガンの利用率を向上
させることを目的とし、しかも簡単な操業方法で前記目
的を達成しようとするものでおる。

しかしフェロマンガンのような高マンガン鉄合金を溶融
還元精錬方法で製造する場合、鉄の溶融還元に比較して
次のような問題がある。すなわち、マンガン鉱石を炭素
質物質で電気炉を用いて加熱還元する従来の方法におい
て、溶融スラグ中のマンガン含有率は平衡関係によって
、その下限が規定されるため、溶融メタル中のマンガン
含有率を高くすると必然的に溶融スラグ中の酸化マンガ
ン濃度が高くなり、マンガン歩留が低くなる。この平衡
関係は他の条件、例えば操業温度、スラグ組成などによ
っても変わるが、これらはスラグの電気抵抗、スラグの
流動性、マンガンの蒸発損失、耐火物の溶損などに関係
するので、容易に操業するためには大巾な変更はできな
い。さらに、連続操業のために炉内の溶融層へのマンガ
ン酸化物の供給を止めることができないので、スラグ中
の酸化ｉンガン濃度は平衡値よりもかなり高い値となる
。

本発明では以上のような′問題点を解決するために、上
底吹転炉型反応容器を用い、炭素の燃焼熱を利用して加
熱、溶融、還元を行う方法における酸化マンガンの還元
反応速度、スラグ中の酸化マンガン濃度とメタル中のマ
ンガン含有率の関係について検討し、その結果に基づい
て排出するスラグ中のマンガン含有率が低く、生産性が
高く、かつ耐火物の原単位も許容できる範囲内にとどめ
つつ高マンガン鉄合金を製造するプロセスを開発するこ
とを目的とした。

（問題点を解決するための手段） 本発明は２０重量％以下のマンガンを含有する鉄合金溶
湯が入っている上底吹き転炉型反応容器に、マンガン鉱
石またはその予備還元物おるいはそれらの混合物と造滓
剤からなる原料を炭材とともに装入し、前記容器内に酸
素または酸素を含有するガスを供給して前記原料を加熱
、溶融、還元し、前記合金溶湯中のマンガン含有率を４
０重童−以上とした後、その高マンガン鉄合金の１部ま
たは全部を取り出し、鋳造する第１工程と、前記第１工
程で残留させた溶融物が入っている前記反応容器に、ま
たは前記溶融物を移した別の上底吹転炉型反応容器に、
溶融鉄合金を加えるか、あるいは鉄源と造滓剤からなる
原料を炭材とともに装入し、前記容器内に酸素または酸
素を含有するガスを供給して前記原料を加熱、溶融、還
元し、２０重量％以下のマンがンを含有する鉄合金溶湯
を生成させることにより、スラグ中のマンガン含有率を
酸化マンガンとして１０重量％以下とした後、排滓する
第２工程とよりなり、前記第１工程と前記第２工程とを
交互に行５方法である。

ｃ本発明の構成及び作用） 本発明で用いる上底吹き転炉製反応容器は製鋼−用転炉
が使用できる。その底部に、ガス底吹きのために１個ま
たは複数個の底吹きノズルを配置する。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。ノズルは２重管とし、内管よシ酸素または酸素を含
むガスあるいは不活性ガス、外管よシ冷却用ガスを吹き
込むことの出来る構造とする。前記冷却用ガスは、ゾロ
・マンなどの炭化水素が好適であるが、Ｎ２．　ＣＯ２
゜Ａｒなどが使用できる。上吹きガスには酸素または酸
素を含むガスを使用し、反応容器の上部から挿入された
上吹ランスによって供給する。この酸素供給はコークス
などの炭素質物質を燃焼して発熱させるためのもので１
）、この製錬法での主な熱発生源である。

本発明の基本とするところは、上底吹き転炉型反応容器
による操業が電気炉を用いる方法と異なシバッチ操業で
あること、さらに底吹きガスによる強攪拌によってスラ
グ−メタル間反応を平衡値に近づけやすい点を有効に利
用するものである。

すなわち、高マンが７鉄合金を製造し、その際生成する
酸化マ゛ンガン濃度の高いスラグに鉄源な加えてマンガ
ン含有率の低いマンがン鉄合金を生成させることＫよっ
てスラグ中の酸化マンがン濃度を低下させた後に排滓す
るという操作を繰返す方法である。

本発明は１本発明者らが実験を行い、検討した結果に基
づいて構成されたものであシ、その実験結果な次〈説明
する。

第１図は、スラグ中の酸化マンガンの還元反応の例を示
したものであるが、原料溶融後スラグ中の酸化マンガン
濃度は（１）式の一次反応に従って還元が進行し、平衡
に到達する。

ただし。

（Ｍｎ　Ｏ）　ｔ　ｏ　　ニスラグ中の酸化マンガンの
初期濃度（ＭｎＯ）　　：　を分時のスラグ中の酸化マ
ンガン濃を 度 （ＭｎＯ）６：スラグ中の酸化マンガン平衡濃１ｔｋ　
　　：酸化マンがンの還元反応速度定数この反応におい
て操業上問題となるのはスラグ中の酸化マンガン平衡濃
度と酸化マンガンの還元反応速度定数である。

ｇｚ図に、Ｗｌにのスラグ塩基度（ＣａＯ／５１０ｚ　
）Ｋおゆる還元反応速度定数にとメタル中のマンが７含
有率の関係、第３図にスラグ中の酸化マンガンとメタル
中のマンガンの関係について実験した結果を示した。そ
れによると、メタル中のｉンガン含有率約３０％以下で
は、メタル中のマンがン含有率が低くなるとｋは大きく
なシ、またスラグ中の酸化マンガンの平衡濃度は小さく
なるが、メタル中のマンガン含有率約３０％以上では、
ｋ及び平衡濃度に対するメタル中のマンガン含有率の影
響は極めて小さいことが分かる。また、第３図から。

スラグの塩基度（ＣａＯ／５１０ｚ　）を大きくするこ
とによってスラグ中の酸化マンガン平衡濃度を低下させ
得ることが分かる。

スラグ中の酸化マンがンの平衡濃度は、スラブ中の酸化
マンガン含有率を低下させることのできる限界値を表わ
しており、また還元反応速度定数にはその限界値に近づ
く速度を表わしている。すなわち、平衡濃度が低くとも
反応速度が小さければスラグ中の酸化マンガン濃度を低
下させるために長時間を要することになる。実際の操業
において長時間の操業を行うことは、生産性の低下もさ
ることながら、エネルギー効率の悪化、耐火物損傷の増
加などの結果となり好ましくなく、さらにまた、マンガ
ン鉄合金の場合はマンガン自体０蒸発損失が多くなυ、
マンガン歩留の低下をきたす。

したがって、本発明では、メタル溶湯中のマンガン含有
率が低い場合、スラグ溶湯中の酸化マンガンの還元反応
速度が速く、かつマンガン含有率が低くなるという点（
第２図及び第３図参照）を利用して排滓時のメタル中の
マンガン含有率を意図的に下げるような操業形態をとる
ことＫよって、短時間の操業で、スラグ中のマンガン含
有率を低下させ得る高マンガン鉄合金の製造方法を確立
した。

本発明において、製造する高マンガン鉄合金をマンガン
含有率４０チ以上としたのは、実際に鉄鋼用脱酸剤とし
て使用する場合少なくとも４０’％は必要であることに
よる。また、第２工程で生成させる低マンガン鉄合金を
２０−以下としたのは、第３図から明らかな如く、メタ
ル中のマンがン含有率が約２０％以下において低塩基度
のスラグの場合でもスラグ中の酸化マンガン含有率を１
０％以下忙できることによるものである。

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。

操業を始めるにあたっては、使用する上底吹き転炉型反
応容器の定格量の５０９６以下に相当する量のメタル溶
湯を前記反応容器に装入する。このような溶湯としては
、溶銑あるいは前記反応容器から得られたフェロマンガ
ン溶湯を誘導溶解炉で保温、あるいは再溶解したものが
適している。なお、一旦、操業を開始すると、以後は生
成した溶湯を炉外に出湯するに際し、その一部を残留さ
せることによって操業が繰返されてゆく。

本発明方法の操業の概要は第４図に示した通りである。

本発明方法においては上底吹転炉型反応容器は１基を用
いて第１工程とｆｇ２工程を同一容器内で交互に繰返し
て行うことができるが、また反応容器２基を用いて行う
こともできる。以下反応容器１基を用いる場合について
説明する。

まず、第１工程は高マンガン鉄合金を製造する工程であ
るが、上底吹き転炉型反応容器内に前工程（第２工程）
で生成したゼンガン含有率２０重量％以下のマンガン鉄
合金溶湯と溶融スラグを装入しておき、底吹ノズルの内
管から酸素または酸素を含むガスあるいは不活性ガスを
、外管からプロ・母ンなどの炭化水素、　Ｎ２．　Ｃｏ
２．　Ａｒの何れかを吹き込んでおき、まず、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。底吹がスが酸
素又は酸素を含むガスの場合、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。そのような状態の前記反応容器内にマンガン源、
固体炭素質物質および造滓剤を装入する。

前記７ンガン源としては、乾燥したマンガン鉱石、また
はロータリーキルン、流動還元炉、焼結機などの予備処
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あるいは混合して使用
する。

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、転炉
スラグなどを使用し、すべて乾燥品とする。

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、それぞれ単独に装入しても良く、混合物として装入
することもできる。

さらに予備処理を行りた原料の場合は予備処理後に冷却
することなく、直接前記反応容器に装入すれば、原料の
顕熱な利用することが出来るので、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ガ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て
直接１０００℃程度の原料を装入することができる。

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
フ還元され、炭素の飽和した高マンガン鉄合金（Ｃ含有
量約７チ）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ん
でいるガスが酸素または、酸素を含むがスの場合は底吹
ガスをプロ・ダンな、どの炭化水素。

Ｎ２．　Ａｒ　、　Ｃｏ２．　Ｃｏ又は工程内発生ガス
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
シ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ので、酸化を防止す
るためである。一定時間吹酸した後、生成した高マンが
ン鉄合金溶湯の大部分を取り出して鋳造する。溶融スラ
グ及びメタル溶湯の一部は反応容器内に残しておき、第
２工程を行う。

第２工程は第１工程で生成した溶融スラグ全量が入って
いる反応容器に第１工程と同じ要領で鉄源、固体炭素質
物質および造滓剤を装入し、マンガン含有率の低いマン
ガン鉄合金を生成させ、スラグ中の酸化マンガンを過剰
の炭素により還元させる。

前記鉄源は鉄マンガン鉱石、鉄鉱石、スクラップまたは
溶銑などが使用されるが、前２者の場合はマンガン鉱石
と同様に予備処理物とすることもできる。

反応容器内の温度及びガス吹き条件は第１工程と同様に
調整しながら操業する。第２工程において、溶融スラグ
中の酸化マンガン含有率を低くするには、メタル溶湯中
のマンガン含有率が出来るだけ低いほうが望ましい。

また、操業上の条件としては反応容器内の温度を高くす
ること、及びスラグの塩基度（ＣａＯ／Ｓ　１０□）を
高くすることなどの手段によりてスラグ中の酸化マンガ
ン濃度を低下できる。第２工程においては、これらの手
段を随時用いることができる。

以上のようにして、マンガン含有率が低い鉄合金溶湯と
酸化マンガン含有率１０％以下のスラグな生成させた後
、スラグを排出するが、この場合。

次の工程（第１工程）Ｋ必要な量のスラグな残してかく
。すなわち、第２工程で生成した低マンガン鉄合金を用
いて再び第１工程を行い、これを繰返すことによって高
マンガン鉄合金を製造するのであるが、第１工程の操業
当初も常に一定量以上、上吹きガスのジェットによシメ
タル溶湯が露出しない糧度の量の溶融スラグでメタル溶
湯を覆っておく必要がある。メタル溶湯が露出すると上
吹き酸素によってその場所に高温部分が生じ、マンガン
の蒸発が促進し、蒸発損失が増大する結果となる。

以下実施例について説明する・ 実施例１ 反応容器としての上底吹転炉には、１０を小型転炉の底
部に二重管ノズルを中心に取りつけたものを使用した。

原料及びその品位は第１表に示した通シである。

（注）コークス：揮発分　２％、　　灰分　１３％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１００ＯＣＫて加熱還元した。この時マ
ンがンの酸化度（４価のマンガンに換算されたマンガン
の全マンｆンに占める割合）は５’１６でありた。

上底吹転炉に、低マンガン鉄合金溶湯１０００に９、お
よび本発明方法の第二工程で生成するスラグと同組成の
溶融スラグな約２００１１１Ｉ厚さく約１０００ｋｌｉ
Ｆ）Ｉｃなるように装入した。この時底吹ノズルよシは
３ｋｇ／ａｎ２の圧力で、内管よシは酸素を、外管よシ
は冷却用がスとしてアルコ９ンを各々７００１／ｍｉｎ
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３０に９投入し、上吹
ランスよ！Ｄ　５　ｋｇ／ｍ２の圧力、１５Ｎｍ’／ｎ
ｘｉｎ、の流速で酸素を吹き込んで着火させた。

着火確認後前配転炉内に、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投入し、それぞれマンガン鉱石Ａ３
６５０ｋｇ、コークス１５００ｋｌ？、　　゛および生
石灰３００ｋｇを投入した。この間、溶湯温度は１５５
０℃を越えないようにランス高さ、吹酸量を随時調整し
た。

次に、上吹ランスよりの吹酸を停止し、炉口に取りつけ
たセキを利用して生成スラグは排出せずに生成したメタ
ルのみをほぼ全量排出した。

引き続き第２工程としてスラグ中の酸化マンガンを回収
するために、再び上吹ランスよυ吹酸を開始した。この
場合、スラブ中にコークスが残留しているため着火は非
常に容易であった。この時の吹酸は５　ｋｌ？／ｃｙｔ
２の圧力で１０　Ｎｍ’／ｍｉｎ、の流速で行った。直
ちに銑鉄（溶湯）８００に９を装入し、さらにコークス
２００ｋ１１及び生石灰５０に９を間欠的Ｖｃ洛揚湯温
度確認しながら投入した。投入後、溶湯温度を上げるた
め強吹酸を行い、１６００℃に達した後、上吹ランスよ
りの吹酸を停止し、生成したスラグのみを、溶融メタル
上に約２００目位の厚さＫなる程度残すようにして排出
した。

実際のニーでは、前記第２工程で生成した低マンガン合
金溶湯を利用して再び第１工程を実施して連続操業が行
われるが、今回の試験では１サイクルの試験で打ち切り
、生成した低マンガン鉄合金溶湯も排出し、生成量、組
成などを、測定したうこのようＫして得られた各工程の
メタル及びスラグの量及び化学組成は第２表に示した通
シであった。

実施例２ 反応容器及び原料は実施例１と同じものを使用し、高マ
ンガン鉄合金のマンガン含有率４５％前後を目標とした
。

反応容器に、低マンがン鉄合金溶湯１０００ｋｐと実施
例１で生成したスラグ溶湯を約２００ｍ厚さになるよう
に装入して実施例１と同様の条件で準備した。続いて、
マンガン鉱石８３６００に９を連続的に、コークス１５
００に９及び生石灰３１０ゆを間欠的に投入した。使用
したマンガン鉱石Ｂは第１表に示したものを予備還元処
理して冷却することなく用いた。所定時間吹酸した後、
メタル溶湯を約１００）ｕｐ程度残して排出し、鋳造し
た。

反応容器に残した溶湯に再び吹酸を開始した。

ここでは、メタル溶湯を若干残しているため操業自体は
実施例１に比較して非常に容易であった。

吹酸条件は実施例１と同様にして、鉄鉱石１０３０時、
コークスｓｏｏｔｇ及び生石灰１４０ｋｌ？を間欠的に
投入し、溶湯温度を１６００℃まで上昇させた後、スラ
グのみを排出した。

以上のようにして得られた各工程のメタル及びスラグの
量と化学組成を第３表に示した。

以上述べた如く本発明方法によれば、高マンガン鉄合金
を上底吹転炉型反応容器を用いて、マンガンの歩留シ高
く、安価にかつ効率良く製造することができる。更に、
第１工程におけるマンガン鉱石の原料配合のみを変える
ことによって製造される高マンガン鉄合金のマンガン品
位を容易に変更することが出来るという機動性も持って
いる。

また、生成スラグは酸化マンガン含有率が適当であるこ
とにより農業用肥料として利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はスラグ中の酸化マンガンの還元反応速度を示す
図、第２図はメタル中のマンガン含有率と還元反応速度
定数の関係を示す図、第３図はスラグ中のＭｎＯ平衡濃
度とメタル中のＭｎ含有率の関係を示す図、第４図は本
発明方法のフローシートを示す図である。 第１図 １１７４Ｍ（今） メタル甲のＭ々勅率（ｚ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２０重量％以下のマンガンを含有する鉄合金溶湯が入っ
   ている上底吹き転炉型反応容器に、マンガン鉱石または
   その予備還元物あるいはそれらの混合物と造滓剤からな
   る原料を炭材とともに装入し、前記容器内に酸素または
   酸素を含有するガスを供給して前記原料を加熱、溶融、
   還元し、前記合金溶湯中のマンガン含有率を４０重量％
   以上とした後、その高マンガン鉄合金の１部または全部
   を取り出し、鋳造する第１工程と、前記第１工程で残留
   させた溶融物に鉄源と造滓剤からなる原料を炭材ととも
   に装入し、前記容器内に酸素または酸素を含有するガス
   を供給して前記原料を加熱、溶融、還元し、２０重量％
   以下のマンガンを含有する鉄合金溶湯を生成させること
   によりスラグ中の酸化マンガン含有率を１０重量％以下
   とした後、排滓する第２工程とよりなり、前記第１工程
   と前記第２工程を交互に行うことを特徴とする高マンガ
   ン鉄合金の溶融還元精錬方法。