JPH0623408B2 - 転炉による溶鋼中Ｍｎ上昇精錬方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、転炉による酸素吹錬によって吹止［Mn］量
の高い鋼を得る精錬方法に関するものである。

＜従来技術とその問題点＞ 近年、厚板鋼材等の品質安定化要求の高まりと共に高Mn
鋼の需要が増大しているが、溶鋼［Mn］量の調整には、
従来、「まず、高炉装入物中にMn含有物質を配合して溶
銑中の［Mn］量を 0.5重量％前後にまで高めると共に、
この溶銑を転炉にて酸素吹錬するが、この酸素吹錬によ
り溶銑中のMnが酸化されてスラグ中へ移行し、吹止時
［Mn］量が0.1〜0.2％程度にまで目減りするので、これ
を補償するため、転炉出鋼時に更にフェロマンガン等の
合金鉄を添加して目的製品に見合う［Mn］量とする」と
言う方法が採用されていた。

しかしながら、上記従来法には、「転炉精錬の際のMn損
失が大きく、そのため折角高い［Mn］量との溶銑を原料
としているにも係わらず出鋼の際にも高価な鉄−マンガ
ン合金の添加が必要であるなど、製品コストがどうして
も高くなってしまう」との問題が指摘されていた。

このようなことから、事前に製品レベルまで脱燐処理し
た溶銑を用いることによって使用するスラグ量を少なく
し、これに加えて溶鉄中にMn鉱石等のMn含有物質を投入
して酸素吹錬を行うことで吹止［Mn］量を上昇させる転
炉精錬方法が提案された (特開昭55−50414号)。即ち、
この方法は、転炉(酸素製鋼炉)での脱燐を不必要とする
ことで造滓剤を極く少量しか添加しない所謂“スラグミ
ニウム吹錬”を可能とし、これによってスラグへのMnロ
スを極力抑えると共に、転炉中に添加したMn含有物質中
のMnが溶鉄中［Ｃ］により還元され溶鉄中に溶解する現
象をも利用して吹止［Mn］量を向上させようとしたもの
で、この方法を適用することにより高価な鉄−マンガン
合金の大幅な節約が達成できるとされている。

ところが、後述する実施例の結果からも明らかなよう
に、上記方法には、Mn鉱石(Mn含有物質)の装入量を増や
して吹止［Mn］量を更に上昇させようとすると（特に、
Mn鉱石装入量が溶鉄トン当り１０kg以上になると）Mn歩
留の低下を招くばかりか、スロッピングによる操業トラ
ブルを引き起こし易くなると言う問題点が認められたも
のである。

この“Mn歩留の低下”は、Mn鉱石(Mn含有物質)の添加量
が多くなるとMn鉱石自身の溶融が遅くなって溶鉄中
［Ｃ］によるMnＯの還元が速やかに進行しなくなること
に起因するものと考えられ、また、“スロッピング等の
トラブルが引き起こされ易くなる原因”は、上述のよう
に溶鉄中の［Ｃ］によるMn鉱石還元が速やかに進行しな
いためMnＯ含有量の高いスラグが生成し、スラグのフォ
ーミングが著しくなることにあると推測される。

従って、高Mn鋼をコスト安く安定して溶製するために
は、上記問題を解決できる転炉吹錬法の確率が是非とも
必要であった。

＜問題点を解決するための手段＞ 本発明者等は、上述のような観点から、転炉吹止［Mn］
量の低下抑制に対する“スラグミニマム吹錬”の利点を
十分に認識した上で、操業トラブルやコスト上の不満を
招くことなく吹止［Mn］量を更に大幅に向上させ得る転
炉精錬法を見出すべく、まず、前記特開昭５５−５０４
１４号として提案された方法に見られる問題の発生原因
について様々な角度から検討を加え、次のような確認と
結論を得た。

即ち、上記特開昭５５−５０４１４号として提案された
方法においては、転炉に装入する含Mn物質として一般に
塊状のMn鉱石が用いられる。なぜなら、扮状のものを装
入すると、転炉吹錬による発生ガス(ＣＯ，ＣＯ₂等) に
より大部分が飛散ロスしてしまうからである。

また、Mn鉱石は、Mn酸化物を主成分とすると共に脈石と
して主にSiＯ₂, Al₂Ｏ_３を含有しているが、その融点は
１７００℃以上と高い。しかし、Mn鉱石を還元するため
にはスラグ中に溶解することが必要であるので、生石
灰，ドロマイト，蛍石等の造滓剤を添加してMn鉱石の溶
解を促進する方法が一般に行われている。そして、この
ような造滓剤も飛散ロス防止の意味から一般に塊状のも
のが使用される。

ところが、造滓剤が塊状であると溶解が遅く、特に吹錬
初期の低温域(１５００℃以下)では造滓剤そのものの滓
化が不十分であり、そのためMn鉱石の溶解も十分に進行
しない。従って、特に多量のMn鉱石を添加した場合に
は、Mn鉱石の滓化が遅れてしまって、吹錬末期に至って
も未還元のMn酸化物がスラグ中に多量に残った状態にな
り（場合によっては未溶解のMn鉱石が残った状態にな
る）、Mnの歩留が低下する。

一方、Mn酸化物含有量の高いスラグは非常にフォーミン
グし易い性質を持っている。従って、上述の現象により
フォーミングし易い高MnＯスラグが生成されると、スロ
ッピング等のトラブルを引き起こす原因となる（なお、
フォーミングを鎮静するのにコークス粉等の紛状炭材を
吹付け添加する手段が効果的であることは知られている
が、これは炭材によりMnＯが還元されてその濃度が低下
することに加え、炭材が混在することにより生成ガスが
スラグより抜け易い状態となるためであると考えられ
る）。

そこで、本発明者等は、これらの問題発生原因を踏まえ
た上でその対策を種々検討した結果、 「“スラグミニマム吹錬”を実施しながらMn含有物質を
転炉の投入して吹止［Mn］量の向上を図る際、Mn含有物
質として“粉状のMn鉱石，粉状の炭材及び粉状の造滓剤
を混合しペレット状やブリケット状等に団塊化したも
の”を使用すると、 Mn鉱石と造滓剤との反応が速やかに起こって滓化が
促進される， 配合した炭材によりMn鉱石が速やかに還元される， 溶融スラグ中に粉状炭材が分散した状態が速やかに
実現され、スラグフォーミングの鎮静化が効果的に推進
される， 等の作用により、多量のMn鉱石装入時も格別なトラブル
を引き起こすことなく、良好な歩留の下で吹止［Mn］量
の飛躍的向上が確保される」 との知見を得るに至ったのである。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、 「転炉製鋼に当り、予備処理によって脱燐した溶銑を使
用すると共に、Mn鉱石粉，炭材粉及び造滓剤粉を混合・
成形した小団塊精錬剤を投入して酸素吹錬することによ
り、多量のMn鉱石装入時もMn歩留が高く、しかもスロッ
ピング等のトラブル発生もなしに、高い吹止［Mn］量を
安定して達成し得るようにした点」に特徴を有するもの
である。

本発明は、転炉内へ溶銑及び含Mn物質を装入して酸素吹
錬を行い、吹止［Mn］量の高い鋼を製造するのに際し、
上記溶銑として予備処理によって脱燐した低燐溶銑を用
い、かつ上記含Mn物質として“粉状Mn鉱石，コークスや
石炭等の粉状炭材及び生石灰や石灰石等の粉状造滓剤と
を混合しペレット状・ブリケット状等に小団塊化したも
の”を使用することを骨子とするものであるが、小団塊
化精錬剤の配合は次の条件を目安として行われる。

即ち、炭材量はMn鉱石中のMn酸化物及び銑酸化物を還元
するのに必要な化学量論程度が望ましいが、熱源として
必要な分を更に増量して配合してもよい。

また、造滓剤配合量は、小団塊(ブリケット等)中のCaＯ
含有量とSiO²含有量との比が 0.5〜2.0となるように配
合することが望ましい。これは、後述の実施例で示すよ
うに、吹錬初期（１５００℃以下の低温期）でのMn鉱石
の滓化を促進するためであり、この範囲外ではMn鉱石の
滓化・還元が遅れ、その結果Mn歩留りが悪化する恐れが
強まる。

なお、団塊化の際は適当な結合剤（例えばベントナイト
等）を添加することが有効である。

団塊化精錬剤の転炉への装入時期としては、Mn鉱石の還
元時間を確保する意味から吹錬中期より前の時期が適切
である。

また、予備処理による溶銑脱燐は、転炉吹錬時の脱燐量
を考慮し、吹錬後製品レベルまで［Ｐ］量が低下するよ
うなレベルまで脱燐処理すれば良い。そして、この脱燐
処理はトーピード，取鍋或いは転炉等の何れで実施して
も問題はない。

続いて、本発明を実施例により更に具体的に説明する。

＜実施例＞ ２トン試験転炉を準備し、これによってMn鉱石添加転炉
吹錬実験を実施した。

試験は、炭材内装Mn鉱石ペレット(紛状Mn鉱石，紛状コ
ークス及び紛状石灰石を所定量配合・混合し、ペレット
状に小団塊化したもの)を装入した場合と、塊状のMn鉱
石を使用した場合とについて行い、両者のMn歩留並びに
スロッピングの状況を比較した。

なお、実験はMn鉱石の添加量を種々に変え、多数の回数
で実施したが、以下、代表的な例についてのみ説明す
る。

まず、第１表に、使用した脱燐溶銑，Mn鉱石及びコーク
スの組成を示す。

また、第２表は、転炉に装入した各原料及び燃料の使用
量を示したものである。

第２表中、「ケース１」は炭材内装Mn鉱石ペレットを使
用した場合、「ケース２」は塊状Mn鉱石を使用した場合
である。

更に、炭材内装Mn鉱石ペレットの成分配合割合を第３表
に示す。

なお、炭材内装Mn鉱石ペレットの成分配合は、ペレット
中のCaＯ含有量とSiO₂含有量の比が約1.0となるように
石灰石配合量を決定して行った。また、ベントナイト
は、ペレット造粒の際の結合剤として使用した。そし
て、第３表に各配合原料の粒度は、すべて１００メッシ
ュ以下であった。

炭材内装Mn鉱石ペレットは、ディスク型ペレタイザーに
て造粒したペレットを２００℃で２時間乾燥して製造し
たが、実験にはこのうちの粒径が１０〜２５mmのものを
選んで使用した。

ところで、前記ケース１及び２とも、Mn鉱石，コークス
及び各造滓剤の全使用量は同一とした。

コークスの配合量は、添加したMn鉱石中のMn及びFe酸化
物をすべて還元するのに必要な量の２０％増とした。ま
た、造滓剤の配合はスラグの塩基度(CaO/SiＯ₂)が約３
になるように設定した。

さて、実験吹錬は、前記脱燐溶銑を転炉内に注銑後、吹
錬開始直後に第２表に示す装入物を全量投入して実施し
た。なお、吹錬開始時の溶湯温度は１３００℃であっ
た。

吹錬中、上吹ランスからの送酸量は5.0Nm³/分で一定と
し、また底吹羽口からはアルゴンガスを1.0Nm³/分の流
量で吹込んだ。そして、途中でメタル及びスラグのサン
プリングを実施して分析に供した。

このときの吹錬中におけるメタル中［Mn］濃度及び
［Ｃ］濃度の推移を第１図及び第２図に示した。ここ
で、第１図は炭材内装Mn鉱石ペレットを使用した場合の
結果であり、第２図は塊状Mn鉱石及び塊状コークスを添
加した場合の結果である。なお、両者の場合とも吹止
［Ｃ］は0.12％であり、溶鋼温度で１６５０℃であっ
た。

この第１図と第２図とを比較することで、炭材内装ペレ
ットの使用によりMn鉱石の溶融還元反応が促進され、そ
の結果、吹止［Mn］が向上しているのが分かる。なお、
Mn投入量に対するメタルへのMn歩留は、塊状Mn鉱石使用
の場合には約６０％であったのに対して炭材内装Mn鉱石
ペレット使用の場合は約７２％に向上した。

また、第３図は吹錬中のスラグ層厚を計測した結果を示
しているが、この第３図からも、塊状Mn鉱石を使用した
場合には激しいスロッピングが起ったのに対し、炭材内
装ペレットを使用した場合はスロッピングを殆んど生じ
ることなく吹錬を終了し得たことが確認できる。

更に、第４図はこれら一連の実験結果を“Mn鉱石添加量
とMn歩留”との関係でまとめたものであるが、この第４
図から、炭材内装Mn鉱石ペレットを使用すればMn鉱石を
多量添加した場合でも迅速に溶融還元反応を進行させる
ことができ、従って比較的高いMn歩留を達成できること
が明らかである。

一方、第５図は、種々造滓剤(石灰石，生石灰，ドロマ
イト等)の配合を変えたペレットを作成し、炭材内容Mn
鉱石ペレット中の適正な造滓剤配合割合を検討した結果
を示しているが、この第５図に示される結果からは、ペ
レットに配合する造滓剤のCaＯ/SiO₂比を0.5〜2.0に調
整することが高いMn歩留を確保する上で好ましいと判断
することができる。勿論、この場合の各テストとも、塊
状の造滓剤も含めた全造滓剤配合量は一定とした。

この第５図に現れた結果は、Mn歩留は特に吹錬初期の低
温域でのMn鉱石の滓化の良否に依存しており、CaＯ/SiO
₂が0.5〜2.0の範囲を外れるとMn鉱石の滓化・還元が遅
れ、その結果Mn歩留が悪化するためであると推測され
る。

＜発明の効果＞ 以上に説明した如く、この発明によれば、転炉吹錬にお
いて操業トラブルを引き起こすことなく投入Mn源から高
いMn歩留で溶鉄中へMn分を移行させることができ、吹止
［Mn］濃度を安定して大幅に向上することが可能となっ
て高Mn鋼精錬コストの顕著な低減が実現されるなど、産
業上極めて有用な効果がもたらされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、炭材内装Mn鉱石ペレットを投入した場合の、
吹錬中のメタル中［Mn］及び［Ｃ］濃度の推移を示した
グラフである。 第２図は、塊状Mn鉱石及び塊状コークスを投入した場合
の、吹錬中のメタル中［Mn］及び［Ｃ］濃度の推移を示
したグラフである。 第３図は、吹錬中におけるスラグ層厚の計測結果を示し
たグラフである。 第４図は、実施例での結果を“Mn鉱石添加量とMn歩留”
との関係でまとめたグラフである。 第５図は、ペレットに配合する造滓剤のCaＯ／SiＯ₂比
とMn歩留との関係を示したグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】転炉製鋼に当り、予備処理によって脱燐し
   た溶銑を使用すると共に、Mn鉱石粉，炭材粉及び造滓剤
   粉を混合・成形した小団塊精錬剤を投入して酸素吹錬す
   ることを特徴とする溶鋼中Mn上昇精錬方法。