JPH03166311A - 高マンガン溶鉄の脱りん方法 - 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） この発明は、マンガン含有量（Ｍｎ）が５重量％以上の
高マンガン溶鉄を安価な脱りん剤を使用して効率よく脱
りんする方法に関する． （従来の技術） 近年、鋼材の使用分野が多様化するなかで、多くの新鋼
種の開発がみられるが、マンガン含有量がおよそ５％（
以下、特に断らない限りｒ％」は「重量％」を意味する
）以上の高マンガン鋼もその一つである． 非磁性鋼としての高マンガン鋼は、親合材料であるＮｉ
を含有するオ．−ステナイト系ステンレス鋼に比べて安
価であるだけでなく、高強度、低透磁率であるとい利点
を有しており、近年、磁気浮上鉄道用部材、核融合装置
用部材、消磁装置用部材、電気機器用部材等に非磁性鋼
、構造用鋼、耐摩耗鋼として用途が拡大している． ところで、一般に高マンガン鋼中のりん（Ｐ）は、熱間
加工性および耐溶接割れ性に悪影響を及ぼす有害物質で
あるから、できるだけ低くすることが望まれる．高マン
ガン鋼の溶製に当たって、Ｍｎ源として安価なフエロマ
ンガンを使用すると、それに含まれるＰが溶鉄に移り、
溶鉄のＰ含有量（Ｐ）が高くなる．そこで、Ｍｎ源とし
てフエロマンガンを（Ｐ）規格の許容する限り添加し、
残りのＭｎ分を金属マンガンで補充して、（Ｐ）が高く
ならないように配慮するのが常であった．しかしながら
、この方法では、高価な金属マンガンを多量に使用する
ので溶製コストが高くなる．そこで、より低コストの溶
製技術として、大部分のＭｎ分をフエ口マンガンにより
配合し、得られるりん含有量の高い高マンガン溶鉄から
低りん高マンガン溶鉄を製造する技術の確立が不可欠と
なる．かかる要請に応えて、高マンガン溶鉄の脱りん方
法がこれまでにもいくつか提案されているが、実用化に
は至っていない． 例えば、比較的安価なＣａＣｔ　　ＣａＦｘ系フラック
スによる還元脱りん法でさえ、以下の理由によりその実
用化は難しい． ■この還元脱りん法では（１）式のような分解反応によ
り（Ｃａ）が生威し、これが溶鉄中（Ｐ）と（２）式の
ごとく結合することにより脱りんする．（ＣａＣｔ）−
　［Ｃａ）　＋　２　（　Ｃ　）　　　　　・・・（１
）３　（Ｃａｌ　＋２　（Ｐ）→（ＣａｓＰ２）　　・
・・（２）ここで、（１）式に示す分解反応促進のため
には溶鉄中の（Ｃ）は低いほど有利であるため、事前の
脱炭処理が不可欠である． ■（Ｃａ）の空気酸化ロスを防ぐため、還元脱りんは非
酸化性雰囲気で行う必要があり、脱りん効率が雰囲気の
影響を受けやすい。

■脱りん処理後、スラグは（３）式のように大気中で容
易に水分と反応して有毒なフォスフィン（ＰＨ３）を発
生する． ＣＣａｘＰｚ’）＋　３　ＩＩｚＯ　　−３　　（Ｃａ
Ｏ）＋　　２Ｐ｝Ｉｚ　　　・　・　・　（３）一方、
通常の炭素鋼や低合金鋼の脱りん法として実施されてい
る酸化脱りん法、即ち、転炉吹錬の際にＣａＯ系スラグ
を用いて０８吹きするような強酸化精錬、を高マンガン
熔鉄の脱りん法として適用しても（Ｍｎ）が優先的に酸
化されるのみで溶鉄の（Ｐ）は除去できない． しかしながら、特開昭６１−２７２３１２号公報、特開
昭６２−３０８１０号公報、特開昭６２　−　２２７０
６３号公報に１！案されているように、（Ｍｎｌを過剰
に酸化させない程度の弱い酸化力で（４）式に示すよう
に溶鉄中の（Ｐ）を酸化し、そして、（５）式に示すよ
うに脱りん生底物である酸性酸化物ｐ．ｏｓを転炉スラ
グ中のＣａＯよりも著しく強い塩基性酸化物であるＢａ
Ｏによりスラグ中で安定化させることにより溶鉄中の（
Ｐ）を除去することができる． ２　（Ｐ）　＋５　（０）　−　（Ｐ，Ｏ，）　　　・
・・（４）（Ｐ，Ｏｓ）＋　３　（ＢａＯ）＝（３Ｂａ
Ｏ　・ＰｚＯｓ）　　・’　・（５）このＢａＯ系スラ
グによる脱りん法は処理が容易で、しかも脱りん処理後
のスラグのＩ￥ｎＭＩもないが、ＢａＯ系スラグは非常
に高価であるため脱りんのコストが嵩み大量処理には採
用し難い． 更に、高マンガン溶鉄の酸化脱りん法として、「鉄と鋼
』第７４年（１９８Ｂ）第９号Ｐ．１７７Ｂには、Ｎａ
４ＳｉＯａ（オルトケイ酸ソーダ）、Ｎａ４ＳｉＯｎ　
　ＮａＦｚフラックスを用いたＮａｇＯ系スラグによる
脱りん方法が紹介されている． このＳａｇｏ系フラックスによる脱りん法によれば非常
に高い脱りん率が得られるが、■Ｎａ４Ｓｉ０４は高価
である．■脱りん処理中に白煙が発生する．■溶鉄中（
Ｍｎ）の酸化ロスが多い（１４％｝Ｉｎ−５％Ｃ溶銑で
は０．９〜１，６％の（Ｍｎ）ロスがある）などの理由
でこの方法も実用化は困難である．（発明が解決しよう
とする課Ｎ） 本発明は、処理コストが安く量産に適する高マ？ガン鉄
合金の脱りん方法の提供を課題とし、上述のＢａＯ系フ
ラックスよりも安価で人手容易なフランクスによる高マ
ンガン鉄合金の酸化脱りん方法を提供することを目的と
する． （課理を解決するための手段） 本発明者は、前掲の「鉄と綱」に開示されるＮａｚＯ系
スラグの脱りん能に注目した．しかし、Ｎａ　１０系ス
ラグを生戒させるためにＮａｎＳｉＯａやＮａ４Ｓｉ０
４ＮａＦｚフラックスを使用することには、先に述べた
ような難点がある．そこで、本発明者は、これらに変え
て、Ｎａ２ＣＯｓ−ＳｉＯ■系のフラックスを用いるこ
とを検討し、これが極めて実用的であることを確認した
． 本発明は、ｊマンガン含有量が５重量％以上の溶鉄に、
Ｎａ．ＣＯ，およびＳｉｆｔを主戒分とするフラックス
を接触させることを特徴とする高マンガン溶鉄の脱りん
方法１を要旨とする．この方法においては、脱りん処理
中に（ＮａｚＯ）ｘ−Ｓｉｆｔ　（ｘ≧１）を生威させ
ることにより脱りんを行うのであるが、フラックスのＮ
ａｔＣＯｘ中のＮａｚＯとＳｉｎ）の比、即ち、（Ｎａ
ｚＯ）　／　（Ｓｔｏｗ）が１．２５　〜１．５である
フラックスを使用するのが望ましい． （作用） Ｎａｎｏ系スラグによる高マンガン溶鉄の酸化脱りん法
の原理は以下のとおりである． すなわち、溶鉄中の（Ｍｎ）を過剰に酸化しない程度の
弱い酸化力で、前掲の（４）式に示すように、（Ｐ）を
酸化し、生成した酸性酸化物ｐ．ｏｓを下記の（６）式
に示すように強塩基性酸化物Ｎａｎｏにより、スラグ中
で保持するのである． （ＰｘＯｉ）　＋　３　（ＮａＪ）→（　３　ＮａｔＯ
　・ＰｚＯｓ）　　”　’　（６）Ｎａｎｏは前述のＢ
ａＯと同様に、通常脱りんに用いられているＣａＯと比
べ、極めて塩基性の強い酸化物である．また、Ｎａ２Ｏ
はＣａＯと同様にＢａＯに比べ、比較的安価で入手しや
すい酸化物でもある．しかしながら、ＣａＯ、ＢａＯに
比べ、ＮａｚＯの使用上の問題点は高温において蒸発し
やすいことにある．本発明方法は、Ｎａｎｏを高温下で
スラグ中に保持するために適当量のＳｉ（ｈを配合する
ことを特徴の一つとする．さらに、ＮａｇＯ源として高
価なオルトケイ酸ソーダ（Ｎａ４ＳｉＯａ）、またはメ
タケイ酸ソーダ（ＮむＳｉｎｓ）ではなく、ＮａｔＣＯ
ｓを用いるのが本発明方法の第二の特徴である． ＮａｔＣＯｚを用いる主な利点は次の４つである．■安
価である．■入手が容易である．■Ｎａ４ＳｉＯｎ、Ｎ
ａｌＳｉ０３とは異なり、Ｎａ２ＣＯ．とｓｔｏｗを用
いる場合は、両者の添加量を変えることにより、（Ｎａ
＊０）／（Ｓｉｎｇ）を容易にコントロールすることが
できる．■Ｎａ．ＣＯ．は、高温下では（７）式のよう
に分解するが、発生するＣｏｔを（８）式に示す反応に
より、ＣＰ）の酸化剤として働（　ＭｎＯを生戒させる
のに利用することができる． （ＮａｇＣＯｓ）−’（Ｎａ．ｏ）＋ＣＯｍ　　　　”
　”　（７）ＣＯｔ＋Ｍｎ−＋ＧＯ＋（ＭｎＯ）　　　
　　Ｈ　＋　＋　（８）第１図および第２図は、本発明
方法の開発に当たっての基礎試験（ルツボ実験）の結果
を示すものである．試験は、次の条件で行った．（ａ）
　　処理した溶鉄： （Ｍｎｌ　＃１８％、（Ｃ）＃４％、（　Ｐ　）　Ｚ０
．０６％の溶鉄２ｋｇ，処理温度＝１３００℃ ？ロ）使用したフラックス： （ＮａｘＯ）／（ＳｉＯｘ）　”ｉｌ．５になるように
配合したＮａｇＣＯ３　　ＳｉＯｘ系フラックスを、熔
鉄ｌ｝，当たり（Ｎａ＊ＣＯｓ　：　１０Ｇｋｇ）　＋
　（Ｓｉｆｔ　：　４０ｋｇ）の割合で使用．第１図は
、処理時間の経過に伴う溶鉄の（Ｐ）および（Ｍｎ）と
、スラグの（ＭｎＯ）および（Ｎａ２Ｏ）／（ＳｉＯ■
）の変化を示したものである．〔Ｐ〕は、当初０．０６
６％であったものが、３０分の処理で０．０１６％まで
低下しており、脱りん率は８０％近くに達する．溶鉄中
の（Ｍｎ）は約２％酸化ロスしているが、その理由は次
のように推定される．即ち、（７）式に示したように、
添加したＮａ．ＣＯ．中の過剰なＣＯよにより、（８）
式に示すようにＭｎが酸化されること、Ｎａ８０自身の
酸化力により下記の（９）式に示すようにＭｎが酸化さ
れること、である． ＮａｚＯ＋Ｍｎ−＋　ＭｎＯ＋２　Ｈａ　　　　　・・
・（９）したがって、脱りん後のスラグ中の（ＭｎＯ）
　濃度はｌＯ％から２０％まで上昇した．また、Ｎａｔ
Ｏの蒸発のため、（ＮａｘＯ）／（Ｓｉｎｇ）は当初の
フラックスの１．５より、時間が経つに従って低くなっ
ていく．？２図は、フラックスの（ＮａＪ）／　（Ｓｉ
ｆｔ）の値を変えて（他の条件は第１図・の場合と同じ
．ただし処理時間は３０分）、脱りん率、（Ｍｎ）酸化
ロス、および（ＮａｔＯ）蒸発量を調べた結果を示すも
のである． フラックスの（Ｈａｚｅ）／（Ｓｉｆｔ）の値が大きく
なるほど脱りん率は向上するが、（ＮａｘＯ）／（Ｓｉ
Ｏ２）≧１．５で脱りん率は８０％以上になる−　（Ｎ
ａｍｅ）／（Ｓｉｆｔ）が１以上であれば脱燐反応が進
行するが、５０％以上の脱りん率を得るには１．２５≦
（ＮａｚＯ）／　（Ｓｉｆｔ）にするのが望ましい． （Ｍｎ）酸化ロスおよび（Ｎａｎｏ）蒸発量は、フラッ
クスの（Ｎａ■０）／（ＳｉＯ２）の値が小さいほど低
減できる．特に、（Ｍａｉｌ）／（Ｓｉｎｇ）≦１．５
では（Ｍｎ）酸化ロス量を２％以下に抑えられ、しかも
（ＮａｚＯ）蒸発量も著しく少なくなる． 従って、（Ｍｎ）酸化ロスと（Ｎａｎｏ）蒸発量の観点
からは、（Ｍａｉｌ）／（Ｓｉｎｇ）≦１．５とするの
が望ましい． 以上の結果をまとめると、フラックスは、１．２５　　
≦（Ｎａ！Ｏ）／（ＳｉＯ！）　　≦１．５の条件を満
足するようにＮａ．ＣＯ２とＳＩＯｔが配合されたもの
であるのが望ましいことになる．次に、溶鉄或分の条件
について述べる．溶鉄中の（Ｃ）は高いほど脱りんには
望ましい．それは次の２つの理由による．その一つは、
（Ｃ）が高いはど溶鉄の融点が低いので、低温で脱りん
処理ができることである．一般に酸化脱りん反応は発熱
反応であるので、低温であるほど脱りんには有利である
．もう一つの理由は、（Ｃ）が高いはどＣ−Ｐの相互作
用によりＰの溶鉄中での熱力学的濃度（活量）が上昇す
るため、脱りんに有利になることである． しかしながら、脱りんの後工程である脱炭工程に負担を
かけないという意味では、実操業上の（Ｃ）の上限が存
在する．これらの点を総合すれば、２％≦（Ｃ）≦４％
が望ましい範囲と言える．溶鉄中の（Ｓｉ）は、ＣａＯ
系、ＢａＯ系の塩基性スラスラグによる酸化脱りんの場
合は、スラグ盪の増加とスラグ塩基度低下の原因になる
ため、（Ｓｉ　）？上限に制約を設けるのが一般である
．しかしながら、本発明方法においては（Ｓｉ　）の上
限に関する厳しい制限はない．このことも本発明方法の
大きな特徴の一つである。すなわち、本発明方法ではＮ
ａｔＯｉｊｉｔとしてＮａ．ＣＯ．を使用しているため
、処理中に生戒するＣＯ■により〔Ｓ１〕が酸化され、
スラグ層にＳｉ（ｈとして除去され、ｘＮａ．ｏ　・Ｓ
ｉＯｓ（ｘ≧１）として脱りんスラグとなる．従って、
熔鉄中（Ｓ＋）が高い場合は、配合するＳｉＯｚｌを減
らすことにより対処でき、通常の事前説珪処理を必須と
しない．例えば、（ＮａｚＯ）　＋　（ＳｉＯよ）のフ
ラックスを溶鉄ト，当たり１００ｋｇ使用して、（Ｎａ
ｇＯ）／　（Ｓｔｏｗ）　＝　１．５となるスラグを生
或させる場合、（Ｓｉ）は最大約１．８％まで許容でき
る． 次に、脱りん処理温度について述べる．収りん処理温度
は、前述した熱力学的理由から、また、Ｈａ　ｔｏの蒸
発を抑え、耐火物の溶損を少なくするという理由から、
低温であるほどよい．例えば、溶鉄融点より５０〜１０
０゜Ｃ高い程度がよい．実操業においては、フランクス
添加による温度降下？考慮して、炉の容量にもよるが脱
りん処理前の熔鉄温度は融点より１５０℃〜４５０゜Ｃ
高い温度としておくのが望ましい． 次にフラックスの添加量について述べる．フランクスの
必要添加量は、処理する溶鉄の当初の（Ｐｌ量および目
的とする脱りん率によって異なるが、概ね溶鉄のトン当
たり２０ｋｇから１２０ｋｇの範囲で必要な量を選定す
ればよい． 使用するフラックスの性状は、固体粒状あるいは粉末状
のもので、その添加方法は、上置き法または溶鉄中への
インジェクシタン法のいずれでもよいが、粉末状フラッ
クスのインジェクシジン法の場合に最も効果的に脱りん
が進行する．フランクスを構戒するＮａｔＣＯｘとＳｉ
Ｏ■は事前に混合してから添加する方がよい．それは、
Ｎａ２ＯとＳｉｎ．を迅速に反応させ、Ｎａｎｏ分の蒸
発を最小限にすることができるからである． なお、この発明方法を実施するための装置としては、Ａ
ＯＤ炉その他の炉底から攪拌ガスを導入できる炉があげ
られる．また、取鍋でＡ『バプリンク撹拌、インペラー
攪拌を行って処理することも可能である． （実施例） 第１表に示ず組戒（処理前）の３種の高マンガン溶鉄を
それぞれ１０｝ン、電気炉で大気溶解し、ＡＯＤ炉に注
銑後、同じく第１表に示す所定の温度に調整した． そして、第２表に示すフラックスを溶鉄上に添加し、＾
『ガスで約ｌＯ分間攪拌しながら脱りん処理を行った．
処理後の化学組戒を第１表に併記する．第ｌ表から明ら
かなように、脱りん率はＮｌｌｌｌで７９％、弘２で７
７％、咀３で７１％である．また脱珪、脱硫も同時に進
行していることがわかる。

第 ２ 表 （発明の効果） 本発明方法によれば、安価で入手容易なＮａ．２ＣＯｘ
−Ｓｔｏｗ系フラックスにより高マンガン溶鉄を効率よ
く酸化脱りんすることができる．本発明方法は、近年生
産量の増加している高マンガン鋼を低コストで製造する
のに極めて有用なものである．

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、ＮａｌＣＯ３−Ｓｉｎｇ系フラ
ックスによる高マンガン溶鉄の脱りん実験結果を示すも
ので、 第１図は、処理時間と（Ｐ）、（Ｍｎ）および（Ｎａｘ
ＣＯｓ／ＳｉＯｔ）との関係を示す図、第２図は、（Ｎ
ａｔＣＯｓ／　Ｓｉｎｇ）の値と脱りん率、（Ｍｎ）酸
化ロス量およびＮａｔＯ蒸発ロス量との関係を示す図、
である．

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マンガン含有量が５重量％以上の溶鉄に、Ｎａ＿
   ２ＣＯ＿３およびＳｉＯ＿２を主成分とするフラックス
   を接触させることを特徴とする高マンガン溶鉄の脱りん
   方法。
2. （２）Ｈａ＿２ＣＯ＿３中のＮａ＿２ＯとＳｉＯ＿２の
   比、（Ｎａ＿２Ｏ）／（ＳｉＯ＿２）が１．２５〜１．
   ５であるフラックスを使用する請求項第（１）記載の溶
   鉄の脱りん方法。