JPH0699774B2 - 中、低炭素フェロマンガンの製造方法 - Google Patents

中、低炭素フェロマンガンの製造方法

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JPH0699774B2
JPH0699774B2 JP62201766A JP20176687A JPH0699774B2 JP H0699774 B2 JPH0699774 B2 JP H0699774B2 JP 62201766 A JP62201766 A JP 62201766A JP 20176687 A JP20176687 A JP 20176687A JP H0699774 B2 JPH0699774 B2 JP H0699774B2
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昌治 宮川
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  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、高炭素フェロマンガンから中、低炭素フェロ
マンガンまで炭素を除去して、より利用価値の高い製品
にする合金鉄の製造方法に関するものである。
<従来の技術> 鉄鋼製品の合金成分として有用であるマンガン(Mn)
は、高炉溶銑を主原料とする転炉精錬の終了時点で、ま
たスクラップを主原料とする電気炉製鋼法の場合には溶
解作業時に、何れもFe−Mn合金の形で添加されるのが一
般的である。
このFe−Mn合金は、その炭素濃度によって高炭素フェロ
マンガン(HCFeMn),中炭素フェロマンガン(MCFeM
n),低炭素フェロマンガン(LCFeMn)に分類され、日
本工業規格(JIS)で定められている(第1表参照)。
MCFeMnやLCFeMnは通常、高価なSi−Mn合金と多量の電力
を使用して製造するのでHCFeMnに比してはるかに高価な
合金鉄である。したがってMCFeMn製造法として電気炉に
よる場合のほか溶融HCFeMnを酸素(O2)により脱炭する
方法も提案され、例えば特公昭57−27166号,特開昭54
−97521号各公報に記載されている方法はいずれも溶融H
CFeMnを転炉状の反応容器に装入し、炉底の羽口より純O
2もしくはO2と水蒸気の混合ガスを吹き込み6.5〜7.5%
のCを1〜1.3%程度まで脱炭する方法であって、炉底
の羽口は2重管構造とされO2を吹き込むことによる羽口
の溶損を防ぐためにO2羽口の周囲に冷却用のガスを流す
ことを必要としている。
また特開昭60−56051号公報には反応容器の炉底羽口か
ら非酸化性ガスを吹き込み撹拌すると同時に上吹ランス
から純O2ガスを吹き込む方法が、特開昭60−67608号公
報には反応容器の底吹きと上吹きの両方からO2を供給す
る方法が開示されている。
<発明が解決しようとする問題点> 従来のフェロマンガンの脱炭精錬において、炉底羽口か
らのO2供給を行っていたのは、溶湯浴面上からのO2供給
だけでは、溶湯の撹拌が十分ではないために過剰に酸化
されたMnがスラグ化することが問題とされていたためで
ある。しかし、O2あるいはO2と水蒸気の混合ガスを炉底
の羽口から供給する方法では、反応容器に2重管構造の
炉底羽口を設置せねばならず、容器の構造が複雑とな
る。また高温の吹錬が要求されるFeMnの脱炭精錬にあっ
て溶湯の漏洩を防止するために高度な操業技術が必要で
あって、一般的に設備費、操業費とも嵩む。
また、特開昭60−56051号公報では、不活性ガス底吹
き、純O2ガス上吹き法でMnの酸化による損失を抑制する
ために、熱力学的にCの酸化が優先的に起こる約1800℃
といった高温で、吹錬を行う方法(実施例では1810℃か
ら1830℃)が開示されている。
熱力学的にMn,炭素,酸素の関与する下記の反応式
(4)において式(5)の平衡が成立する。
MnO+C=Mn+CO ……(4) logK=−12853/T+7.91 ……(5) 式(5)から判るように低温領域においては炭素の酸化
よりもMnの酸化が優先し、高温領域においては逆にMnの
酸化よりも炭素の酸化が優先する。従って脱炭を効率的
に行うには、できるだけ高温下で反応を進行させること
が有利なことは明らかである。しかしながら高温下では
Mnの蒸発が活発になり、また反応容器の耐火物等の損耗
が問題になってくる。特に1800℃以上といった高温に長
期間耐えうる耐火物はまだなく、このような高温吹錬を
行う方法を工業的に実施することは経済的に著しく不利
である。さらにこのような熱力学的に有利な高温吹錬に
もかかわらずMn歩留りは約90%にすぎず工業的に有効な
方法とはいえない。これは上吹ガスによる高温の火点で
のMnの蒸発損失や過剰酸化が大きいことによるものであ
る。
本発明は、前述のような問題点を解決し、転炉状の反応
容器において上吹ランスのみから送酸を行い、その上吹
ガスの吹込み条件を最適にすることにより、1700℃前後
の比較的低温で95%程度の高値のMn歩留りが得られる高
炭素フェロマンガン溶湯の脱炭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> 本発明者らは、Mn歩留りのよい中、低炭素フェロマンガ
ン製造方法について鋭意研究を重ねた結果、上吹ランス
からの吹込ガスによる溶湯浴面の凹み深さをコントロー
ルすればMnの蒸発および過剰な酸化を抑えることができ
るとの知見を得て、この知見にもとづいて本発明をなす
に至った。
本発明は、高炭素のフェロマンガンの溶湯を反応容器
中にて、溶湯浴面上に酸化性ガスを吹きつけて脱炭し、
中、低炭素のフェロマンガンを製造するに際し、中、低
炭素のフェロマンガンを製造するに際し、溶湯温度が15
00℃以上の精錬中盤以後、下式(1),(2),(3)
で定義される上吹ガスによる凹み深さLを200mm以上か
ら200mm以下として吹錬する中、低炭素フェロマンガン
の製造方法である。
L=Lhexp(−0.78h/Lh) ……(1) Lh=63.0(60k・Q/n・d)2/3 ……(2) ここで L:上吹ガスによる溶湯浴面の凹み深さ(mm), h:溶湯浴面からランス先端までの距離(mm), Lh:h=0のときの凹み深さ(mm), Q:上吹ガスの供給速度(Nm3/min), n:上吹ランスのノズル数, d:上吹ランスのノズル直径(mm), θ:上吹ランスのノズルの軸とランス中心軸のなす角度
(°), k:式(3)から求められる係数, また、において浴面下に非酸化性ガスを簡便な構造
の羽口から供給して、溶湯の流動撹拌を行う中、低炭素
フェロマンガンの製造方法、および、において反応
容器を揺動させて溶融の流動撹拌を行う中、低炭素フェ
ロマンガンの製造方法である。
<作用> さて上記方法を実施するのに適切な設備の1例を第1図
に示し、図に従って以下HCFeMnの脱炭精錬を説明する。
図中1は溶湯浴面下にガスの供給ができるような反応容
器(図示例では上底吹き転炉)であり、2は溶融HCFeM
n、4は溶湯浴面上からO2および非酸化性ガスを吹き付
けるランス、5は浴面下に非酸化性ガスを導く羽口、6
は羽口5へ非酸化性ガスを導くガス配管、7は上吹き用
の非酸化性ガス配管、8はO2用配管、9は何れも流量調
節弁である。
まず、HCFeMnの溶湯を反応容器1内に装入する。この装
入以前から精錬中にわたって羽口5を経て非酸化性ガス
を適当量流し、溶湯を撹拌する。なお後述するように炉
体を揺動する場合には底吹き羽口は必ずしも必要でな
い。
次にランス4を上方より下降し、酸化性ガスを吹きつけ
て脱炭を行う。この際、ランスの種類、上吹ガスの供給
速度、ランス先端と溶湯浴面間の距離などから(1),
(2),(3)式により計算される浴面の凹み深さLが
高温域で200mm以下となる範囲で操業を行うことによ
り、高Mn歩留りが得られるというのが本発明の要点であ
る。特に溶湯温度が1500℃以上のMnの蒸発が活発に起こ
る精錬中盤以後において、凹み深さを小さくすること
が、Mnの蒸発を抑制するために重要である。
ここで、上方より吹きつけるガスは、O2と窒素、希ガス
などの酸素分圧を下げる非酸化性ガスの混合ガスを用い
るを可とするが、O2のみとしてもよい。この際、式
(2)中のQは非酸化性ガスも含めた上吹ガスの供給速
度である。
Fe−Mnの脱炭促進の観点からは、可能な限り早期に溶湯
温度を高温とするのが望ましいが、高温下では既に述べ
たとおり、耐火物の損耗とMnの蒸発が生じるという問題
がある。こうした問題点と脱炭速度の維持を両立させる
溶湯温度は概略〔%C〕>2.0までは1700℃以下、2.0>
〔%C〕>1.5では1750℃以下にして操業を行うことが
望ましい。
操業温度を維持する観点から、この脱炭精錬の途中で必
要に応じて生石灰、ドロマイトなどの副原料やMn鉱石、
スラグなどを冷却材として添加する方法も可能である
が、スラグボリュームがMnの蒸発を抑える必要量以上に
増加するとスラグへのMnの移行が増加し、Mn歩留まりを
低下させるのでスラグ生成物となる冷却材の添加は好ま
しくない。それ故冷却材としてはFeMnの破砕屑を用いる
のが望ましい。
しかし、そうした破砕屑を用いて操業温度の制御を行っ
た場合でも、冷却材の添加によって溶湯が局部的に冷却
されるため、脱炭反応促進の観点からは好ましくない。
それ故破砕屑を用いて溶湯温度を制御する場合でも、極
力その使用量は減らすことが望ましい。所定濃度まで脱
炭が終了したらランス4を上昇し、酸化性ガスの吹きつ
けも停止する。
また、ランス上昇後、底吹きガスや反応容器の揺動によ
って撹拌しながら、FeSi,SiMnなどの還元材を添加し、
スラグ中の酸化Mnを還元回収することもできる。
以上のような方法によってHCFeMnに脱炭を施して〔C〕
≒1.0%まで精錬した時の上吹ガスによる凹み深さLの
代表値とMn歩留りの関係を第2図に示した。
Lが200mm超ではMnの蒸発および過剰酸化によりMn歩留
りが急激に低下する。またLが160mm以下の場合は特にM
n歩留りが高く、好適な操業条件といえる。
この条件は通常の転炉吹錬の常識からすると極端なソフ
トブローの状態に対応し、これによって火点でのMnの過
剰な酸化を防止して優先脱炭をはかり、またMnの火点で
の蒸発損失を抑制するものである。
また、第3図に示すようなシェイキングレードルにより
溶湯に揺動を与えて撹拌を強化すると、スラグ中へのマ
ンガンの酸化ロスを抑制することができMn歩留りはさら
に向上する。第2図中黒丸で示した点は振幅300mm、回
転数20rpmで揺動を与えた時のデータであるが本発明の
凹み深さ200mm以下では揺動を与えない場合に比べて平
均で約2%Mn歩留りが向上している。この際には底吹き
は用いても用いなくてもMn歩留りに大きな差は認められ
ず底吹きは必須要件ではない。また底吹き羽口より酸素
を含むガスを吹きこむ方法では、撹拌が強すぎて溶湯表
面のスラグ層が排除されて上吹きガスが直接溶鋼に当た
るために、本発明法により上吹ガスの吹き込み条件を制
御してもMnの蒸発や過剰酸化による損失を効果的に抑制
することはできなかった。
<実施例> <実施例1> 11.92tonのHCFeMnの溶湯を内径約2.3mの円筒状のシェイ
キングレードルに装入し、脱炭精錬を行った。用いたHC
FeMnの成分は第2表に示すとおりで、装入直後の温度は
1348℃であった。底吹き羽口から2.2Nm3/minの供給速度
でArを吹き込み溶湯を撹拌しつつ、上吹きランスより純
O2を吹きつけ反応容器の揺動は行わなかった。酸素供給
速度は精錬開始当初は25Nm3/minとし、15分後に溶湯温
度が1556℃の時点で、酸素供給速度を20Nm3/minに下げ
て30分間精錬を行った。その間冷材として第2表に示す
成分のMCFeMnの破砕屑500kgおよびLCFeMnの破砕屑450kg
を添加したが、溶湯温度は1556℃から1696℃に推移し
た。用いたランスはスロート径9.5mmのラバールノズル
を4個有しており各ノズルの軸はランス軸に対して15°
の角度をもって交わっている。精錬中のランス高さは、
1.1mとした。このとき式(1),(2),(3)により
計算される凹み深さLは、精錬開始後15分間は、226m
m、その後は161mmである。
以上の操業により、第2表に示す組成のMCFeMnが11.54t
on得られた。Mn歩留りは、94.4%であった。また、製品
中の珪素濃度は0.32%と原料である溶融HCFeMnの珪素濃
度は0.71%から大幅に低減できた。
なお、Mn歩留りの定義は下記式(6)のとおりである。
<実施例2> 実施例1と同様の操業をシェイキングレードルを振幅30
0mm、振動数20rpmで揺動しながら行った。11.35tonの第
3表に示す成分のHCFeMnの溶湯を装入したが、装入直後
の温度は1335℃であった。上吹きガス供給速度とランス
及びランス高さは実施例1と同じ条件で、底吹きは行わ
ずに精錬を行い、冷却材として第2表に示す成分のMCFe
Mnの破砕屑350kgおよびLCFeMnの破砕屑450kgを添加し
た。溶湯温度は15分後の酸素流量変更時において1549℃
であり、その後吹き止め温度の1712℃まで推移した。そ
の結果、第3表に示す成分のLCFeMnが11.08ton得られ
た。このときのMn歩留りは96.2%であった。
<比較例> 使用する上吹ランスと吹錬条件とを実施例とは変えて精
錬を行った。11.05tonの第4表に示す成分のHCFeMnの溶
湯を装入し、装入直後の温度は1356℃であった。底吹き
羽口から吹込むArの供給速度は2.2Nm3/minとした。上吹
ランスからの酸素供給速度は精錬開始当初は25Nm3/min
とし、15分後に溶湯温度が1540℃の時点で酸素供給速度
を20Nm3/minに下げて40分間精錬を行った。上吹ランス
は内径26mmのラバールノズルを1個有する単孔ランスを
用い、ランス高さは1.3mとした。このとき(1),
(2),(3)式により計算される凹み深さLは、精錬
開始後15分間は320mm、その後は232mmである。冷却材と
して第2表に示す成分のMCFeMn750kgおよびLCFeMn550kg
を添加した。吹き止め時の温度は1705℃であり、第4表
の成分のMCFeMn10.06tonが得られたが、この精錬のMnの
歩留りは、83.6%と低かった。
<発明の効果> 本発明方法によると、簡単な設備でかつ特殊な操業技術
を用いなくとも、HCFeMnの脱炭ができ、MCFeMn,LCFeMn
を、高Mn歩留りでかつ従来よりも低温操業で製造するこ
とができる。その結果耐火物コストは著しく軽減され、
またよりMnの濃度の高い高付加価値のMCFeMn,LCFeMnを
製造できるようになった。また、反応容器を電気炉から
転炉に変えたので電気エネルギ消費を低くでき、また反
応容器も長時間使用できるので、作業能率が大幅に向上
した。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明方法の概略説明図,第2図は、浴面凹
み深さLとMn歩留りとの関係を示すグラフ,第3図は、
シェイキングレードルを用いた場合の概略説明図,であ
る。 1…反応容器,2…FeMn溶湯,3…シェイキングレードル,4
…上吹ランス,5…羽口,6…ガス配管,7…非酸化性ガス配
管,8…酸素用配管,9…流量調節弁,10…冷却材,11…トラ
ニオン,12…軸受,13…モータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 徹也 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 竹内 秀次 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (56)参考文献 特開 昭53−109811(JP,A) 特開 昭60−56051(JP,A) 特開 昭62−116752(JP,A) 特開 昭59−182909(JP,A) 特公 昭61−52212(JP,B2)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高炭素のフェロマンガンの溶湯を反応容器
    中にて溶湯浴面上に酸化性ガスを吹きつけて脱炭し、
    中、低炭素のフェロマンガンを製造するに際し、 溶湯温度が1500℃以上の精錬中盤以降、下式(1),
    (2),(3)で定義される上吹ガスによる凹み深さL
    を200mm超から200mm以下として吹錬することを特徴とす
    る中、低炭素フェロマンガンの製造方法。 L=LheXP(−0.78h/Lh) ……(1) Lh=63.0(60k・Q/n・d)2/3 ……(2) ここで L:上吹ガスによる溶湯浴面の凹み深さ(mm), h:溶湯浴面からランス先端までの距離(mm), Lh:h=0のときの凹み深さ(mm), Q:上吹ガスの供給速度(Nm3/min), n:上吹ランスのノズル数, d:上吹ランスのノズル直径(mm), θ:上吹ランスのノズルの軸とランス中心軸のなす角度
    (°), k:式(3)から求められる係数,
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載において浴面下
    に非酸化性ガスを供給しつつ溶湯の流動撹拌を行うこと
    を特徴とする中、低炭素フェロマンガンの製造方法。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項記載において反応容
    器の揺動によって溶湯の流動攪拌を行うことを特徴とす
    る中、低炭素フェロマンガンの製造方法。
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