JPH044388B2

JPH044388B2 -

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Publication number: JPH044388B2
Application number: JP58174156A
Authority: JP
Priority date: 1983-09-22
Filing date: 1983-09-22
Publication date: 1992-01-28
Also published as: JPS6067608A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、中・低炭素フエロマンガンの製造方
法に関し、特に本発明は、溶融高炭素フエロマン
ガンを原料とし上吹・底吹転炉による中・低炭素
フエロマンガンの製造方法に関するものである。従来、中・低炭素フエロマンガンは一般に下記
(a)、(b)の工程を経て製造されている。 (a) マンガン鉱石、珪石を主原料として電気製錬
炉中で炭材を還元剤として用いて還元製錬し
て、Mn60〜70％、Si14〜23％、C0.5〜２％、
残部鉄ならびに不可避的不純物よりなるシリコ
マンガンを製造する。 (b) 前記シリコマンガンを別個の電気製錬炉中に
高品位マンガン鉱石、石灰と共に装入して溶解
させることにより、前記シリコマンガン中のSi
を酸化させてSiO₂となし、すなわち脱珪反応
を生起させることによりMn75〜85％、Si0.2％
〜２％、C0.5〜２％を含有し、残部実質的に
Feよりなる中・低炭素フエロマンガンを製造
する。上記従来のシリコマンガンを脱珪して中・低炭
素フエロマンガンを製造する方法によれば、(a)工
程のシリコマンガンを製造する際の電気エネルギ
ーが1t当り3500〜500KWh消費され、さらに(b)脱
珪反応工程で製品1t当り800〜1200KWhが消費さ
れるため、電気エネルギーコストが高くなり、こ
の結果特に電力代の高い我が国においては製品コ
ストが国際競争力に耐えられない程高くなつてい
る。さらに(b)の工程においても電気炉を必要とす
るため設備ならびに作業人員の面でも経費がかか
つている。一方、シリコマンガン法によらずに溶融高炭素
フエロマンガンに酸素を吹込んで中・低炭素フエ
ロマンガンを製造する方法が特公昭55−4238号お
よび特公昭57−27166号により開示されており、
前者の方法によれば反応容器側壁に設けられたジ
ヤケツト式ノズルから酸素を吹込み、後者の方法
によれば反応容器底面に設けた二重管構造のノズ
ルから酸素および天然ガスを吹込んでいる。この
他にU.S特許3305352および中華人民共和国鋼鉄
誌Vol.16No.５ May1981にはそれぞれ上吹ラン
スを用いて反応容器内に酸素を吹込む方法が、ま
た特開昭54−97521号には底吹き転炉を用いる製
造方法が開示されている。ところでマンガンは鉄あるいはクロムに比較し
て酸化され易く、また蒸気圧も相当高いため、酸
素吹精中にマンガンはスラグとなるかあるいは蒸
発して系外へ逸出する量が多くなるので、従来方
法によれば脱炭は行なわれてもMnの歩留の点で
経済的な精錬にはなり得ず、このため上吹き、側
吹きあるいは底吹きの何れかにより酸素を吹込む
中・低酸素フエロマンガンの製造方法は工業的規
模では行なわれていない。本発明は、従来の酸素吹込みによる中・低炭素
フエロマンガンの製造方法の有する欠点を除去、
改善した方法を提供することを目的とし、特許請
求の範囲記載の方法を提供することにより前記目
的を達成することができる。次に本発明を詳細に説明する。溶融高炭素フエロマンガンを酸素吹精により
中・低炭素フエロマンガンとなす精錬において
は、吹込まれた酸素による脱炭素率を上げるこ
と、マンガンの酸化を極力防止すること、脱炭反
応に伴つて生起するマンガンの蒸発損失を抑制す
ることおよび精錬によりスラグ中へ移行したマン
ガン分を効率よく回収することなどが達成される
必要がある。熱力学的にマンガン、炭素、酸素が関与する下
記の反応式(1)にあつては、式(2)の平衡が成立する
ことが知られている。 MnO＋Ｃ＝Mn＋CO ……(1) logK＝−12853／Ｔ＋7.91 ……(2) 式(2)より判るように低温領域においてはＣの酸化
よりもMnの酸化が優先し、高温領域においては
逆にMnの酸化よりもＣの酸化が優先する。従つ
て脱炭の目的からすれば反応を極力高温下で生起
させることが望ましいが、一方マンガンの蒸発が
活発になり、また反応容器のライニング等の損耗
が問題になつてくる。このため容器の温度を適正
に制御することが操業上の重要な因子となる。本発明において使用する反応容器はその底部あ
るいは底部に近い側壁部に１個あるいは複数個の
ガス吹込み手段を有し、この手段は二重管もしく
は三重管からなり、これら管の外管からはアルゴ
ン、窒素、炭酸ガス、プロパンのなかから選ばれ
る少なくとも１種のカスを管の先端の溶損を防止
するための冷却ガスとして吹込み、内管から酸素
ガスを、あるいはアルゴン、窒素等の不活性ガス
を精錬工程中に切替えて吹込むことができる。本発明において、主原料として使用する溶融高
酸素フエロマンガンは一般に電気製錬炉あるいは
シヤフト炉により製造され、その成分組成Si2％
以下、C6〜７％、Mn75〜85％を含有し残部実質
的にFeよりなる高炭素フエロマンガンを有利に
使用することができ、かかる溶湯は製錬炉から抽
出されたものを直接あるいはこの溶湯を一旦保持
炉に装入した後、必要の都度反応容器に装入して
精錬する。反応容器に装入される溶湯の温度は脱
炭反応を考慮して高温である程好ましいが、溶融
温度以上であれば何ら問題はない。前記溶湯を反応容器に装入するに際しては、容
器の底部あるいは底部に近い側壁部に設けられた
底吹き手段の内管よりは酸素を、外管よりは不活
性ガスを吹込みながら溶湯を装入する。その際の
底吹き手段の内管からの吹込み酸素量は上吹き手
段と底吹き手段とより吹込まれる全酸素容量の３
〜20％であり、底吹き手段の外管からの不活性ガ
スの吹込み量は前記内管からの酸素容量とほぼ同
量とすることが有利である。上述のようにして反応容器内に溶湯の注入を終
了した後、上吹き手段より酸素吹精を開始する。
その際の酸素容量は全使用酸素容量の80〜97％で
ある。吹精開始と同時に生石灰、ドロマイトある
いはフエロマンガンスラグ等を容器中に投入して
早期にスラグを生成させてマンガンの損失を防止
することは有利である。酸素吹精の初期には溶湯
中のシリコンおよび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つて
溶湯温度は上昇を続けるが溶湯温度を1650〜1850
℃に制御して最終製品の炭素含有量を制御する。
すなわち最終製品中のＣを２％以下にするには溶
湯最終到達温度を1750〜1780℃に、またＣを１％
以下にするには前記温度を1820〜1850℃に調整す
る。溶湯温度が1650℃より低いと炭素の酸化よりマ
ンガンの酸化が優先し、一方1850℃より高いとマ
ンガンの蒸発が活発になつてマンガンの損失が激
しくなるので、溶湯温度は1650〜1850℃の範囲内
で精錬することが好ましい。なお溶湯温度を制御
するには高、中あるいは低炭素フエロマンガン等
の冷材あるいはフラツクスを装入することのほ
か、酸素吸込み量を調整することによつて行なう
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、生成されるスラグ中にはマンガが
酸化されて酸化マンガンとしてマンガン含有量で
30〜50％含有されている。このスラグ中のマンガ
ン分を回収するには上吹き手段からの酸素吹込み
を停止し、底吹き手段の内管よりの酸素吹込みを
不活性ガス吹込みに切替え、シリコマンガン、フ
エロシリコン、金属シリコン、アルミニウムのな
かから選ばれる何れか１種または２種以上を必要
によりフラツクスと共に容器中に装入し、10〜15
分間不活性ガスを底吹きして溶湯ならびにスラグ
を撹拌して、スラグ中の酸化マンガンを還元して
還元されたマンガンを溶湯中に回収して精錬を終
了する。以上に述べた本発明方法の特徴を従来の方法と
比較しながら以下に説明する。 (1) 溶融高酸素フエロマンガン中の炭素を酸化し
て脱炭するには、上吹き手段より吹込まれる酸
素を常に新鮮な溶湯と接触する機会を多くして
やる必要があり、本発明によれば、従来の上吹
きのみにより酸素吹精する場合に比し下吹き手
段よりの不活性ガスならびに酸素ガス吹込みに
より溶湯の撹拌が有効に行なわれるだけでな
く、底吹き酸素ガスによる溶湯中の炭素の酸化
が促進され、かつ炭素の酸化により生成される
COあるいはCO₂により溶湯の撹拌がさらに増
加する。溶湯の精錬が進行してスラグが生成してスラ
グ層が溶湯表面上に形成されるとスラグ層を局
部的に排除して上吹き手段より吹込まれる酸素
を溶湯面に到達させる必要がある。このため、
従来の単独上吹き手段により酸素を吹込む場合
にはスラグ層を排除するため酸素圧力を上昇さ
せることが必要であるが、このようにすると容
器中でスピツテイング、フオーミング等の現象
が生起して順調な操業ができなくなるため、必
然的に操業時間が延長されるばかりでなく使用
される酸素効率が低かつた。一方本発明によれ
ば、底吹き手段よりガスを吹込むため溶湯表面
のスラグ層を局部的に排除することができるこ
とにより、上吹き酸素圧を低くすること、すな
わちソフトブローすることができるため酸素効
率もよく、操業時間が短縮され、操業の安定度
も上昇する。 (2) 単独上吹き吹精によると酸化されたマンガン
は速かにスラグ中に移行する。一方本発明によ
れば、底吹き手段の内管より吹込まれた酸素に
より酸化された酸化マンガンは溶湯中を浮上し
て表面に至る間に溶湯中の炭素とを接触反応し
て酸化マンガンは還元されてマンガンとなつて
溶湯中に溶合する。かくして酸素効率は上昇す
るだけでなく、底吹き吹精により従来方法に比
し酸素吹精終了期のスラグ中のマンガン分の含
有量も低いので、スラグ中の酸化マンガンを還
元するのに用いられる還元剤すなわちシリコマ
ンガン、フエロシリコン、金属シリコンあるい
はアルミニウムなどの使用量を低下させること
ができ、またマンガンの歩留を４〜５％向上さ
せることができる。 (3) 従来の上吹き単独吹精方法によれば、反応容
器中の溶融高炭素フエロマンガンの温度が低い
と酸素吹精の際の着火が困難であるばかりでな
く、たとえ着火しても初期には低温によるマン
ガンの酸化損失が大きい。このため溶融高炭素
フエロマンガンの温度を反応容器に装入する前
に別の昇温炉で所定の温度まで上昇させる必要
がある。一方本発明方法によれば、底吹き吹精
により着火の如何は問題なく解消されるため、
溶湯の初期温度の如何の影響は少ないので昇温
炉により溶湯温度を上昇させる必要度は軽減さ
れて、例えば電気製錬炉よりの溶湯を直接反応
容器中に装入することができる。以上本発明によれば、従来方法に比し精錬に使
用される酸素原単位は20％程度低減し、前述のよ
うにマンガン歩留は４〜５％上昇する。次に本発明を実施例について説明する。実施例１下記第１表に示す成分組成を有する諸原料を用
いて、マグネシヤ系レンガを内張りした内径1100
mmφの反応容器中で溶融高炭素フエロマンガンを
本発明により酸素吹精するに当つて、容器底部中
央に設けた底吹き手段の内管から酸素450／
min、外管からアルゴン450／minを吹込みな
がら前記溶湯3tを容器中に装入した。その時の溶
湯温度は1280℃であつたが、上吹き手段より酸素
を吹込むと容易に着火し、脱炭反応が開始され
た。上吹き酸素の送酸速度は最初の10分間は
9.6Nm³／min、その後の15分45秒間は7.2Nm³／
minであり、酸素使用量は上吹き、底吹合計で
221Nm³であつた。その間、生石灰120Kg、ドロマイト30Kg、マン
ガンスラグ45Kgをフラツクスとして装入した。送
酸速度の変更は溶湯温度を見ながら行つた。すな
わちマンガンの酸化が炭素のそれより優先して進
行する1650℃に至るまでは9.6Nm³／minで酸素吹
精した。これまでの時間は着火後10分間であつ
た。1650℃になつた後7.2Nm³／minに送酸量を減
じて1770℃になるまで送酸した。これまでの時間
は着火後25分45秒であつた。この時点で上吹きを
停止し、底吹き手段の内管の酸素を同量の窒素に
切換え、シリコマンガン250Kg、中炭素フエロマ
ンガンのサイズ下品150Kg、生石灰40Kgを投入し、
10分間撹拌精錬を行い、除滓後溶湯を鋳造した。
得られた製品重量は3030Kgであり、メタルとスラ
グの分離は良好でスラグ中へのメタル混入はほと
んどなかつた。製品の成分組成を第２表に示す。

【表】

【表】実施例２実施例１と同様の反応容器に溶融高炭素フエロ
マンガン3000Kgを、底吹き手段の内管より酸素を
450／min、外管よりアルゴンを450／minの
速度で吹き込みながら装入した。高炭素フエロマ
ンガンの温度は1250℃であり、上吹きランスより
酸素を吹き込むと容易に着火した。送酸速度は
9.6Nm³／minで溶融温度が1650℃に達するまで11
分間行い、その後7.2Nm³／minで1830℃に達する
まで20分15秒吹精を行つた。使用酸素量は265N
m³であつた。その間、フラツクスとして生石灰
120Kg、ドロマイト３Kg、マンガンスラグ45Kgを
装入した。上吹き酸素を停止後、底吹きの酸素を同量の窒
素に切替え、シリコマンガン325Kg、低炭素フエ
ロマンガンサイズ下品150Kg、生石灰50Kgを投入
し、10分間底吹き撹拌を行い除滓後、製品を鋳造
した。得られた製品は2940Kgであり、メタルとス
ラグの分離は良好であつた。尚、製品の成分組成を第３表に示す。

【表】比較例中炭素フエロマンガンを上吹き単独の酸素吹精
により製造した。上・底吹き法の効果を見極める
為、実施例１で示す反応容器の底面のノズルを取
り外し、マグネシア系レンガを施工した。実施例
１と同様の方法で吹精を行つたが、注湯された高
炭素フエロマンガンは温度が1270℃であつたのに
もかかわらず着火がきわめて困難であつた。又着
火するも、吹精中何度もの失火のトラブルが生じ
た。脱炭反応が活発になる1650℃を越えてからス
ロツピングが激しくなり、送酸速度を上・底吹き
時に比較して20％程減ずることを強いられた。そ
の間、相当量のマンガンロスが発生している。そ
の結果、得られた製品の酸素原単位は本発明方法
に比べて50％の増加、又マンガン歩留は５〜７％
の低下となつた。以上の結果より、中・低炭素品の製造原価をみ
てみると、本発明は従来のシリコマンガン法及び
従来の酸素吹精法と比較して総合コストで中炭素
フエロマンガンを製造する場合には91％、低炭素
フエロマンガンを製造する場合には92％となり、
本発明によれば工業規模で最も経済的に中・低炭
素フエロマンガンを製造することができる。

Claims

【特許請求の範囲】１上吹き手段ならびに底吹き手段を具える反応
容器中に、Ｃ：６〜７％、Mn：75〜85％を含有
する溶融高炭素フエロマンガンを装入し、上吹き
手段および底吹き手段からそれぞれ精錬用酸素ガ
スを溶湯中に吹込み、該溶湯中のＣ含有量を２％
以下にまで低下させ、その後前記上吹き手段よりの酸素ガス吹込みを
停止する一方、底吹き手段からは不活性ガスを吹
込むと共に、前記容器内にはシリコマンガン、フ
エロシリコン、金属シリコン、アルミニウムのな
かから選ばれるいずれか少なくとも１種を装入す
ることにより、前記脱炭精錬中にスラグ中に移行
した酸化マンガンを溶融金属中に還元回収するこ
とを特徴とする中・低酸素フエロマンガンの製造
方法。２上吹きおよび下吹き手段より吹込まれる酸素
ガスの合計容量を標準状態に換算して100容量部
とするときは、上吹き手段より吹込まれる酸素ガ
スは80〜97容量部である特許請求の範囲第１項記
載の方法。