JPS5952940B2 - 高炭素フエロマンガンの脱りん方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、マンガン源として最も安価な合金鉄である
高炭素フェロマンガンの脱りん方法に関する。

一般にマンガンは、鋼の機械的性質を向上させるのに不
可欠な添加元素であり、いわ■る高級鋼にはマンガンを
１％以上添加している。

またステンレス鋼に比べて安価な非磁性材料として最近
注目されている高マンガン非磁性鋼にはおよそ１８％マ
ンガンが添加されている。

これに対して、りんは、鋼の機械的性質を阻害する元素
である。

このため、できるだけ鋼中のりんを少なくすることが望
ましく少なくとも０．０４％以下におさえることが必要
とされている。

製鋼過程におけるマンガン添加剤として使用される合金
鉄としては、高炭素フェロマンガンが最も安価である。

この高炭素フェロマンガンは、主として、電気炉法によ
って製造されている。

電気炉法では、マンガン鉱石を電気炉にて炭素還元して
製造するがその際に原料中のりんの酸化物も同時に還元
されて合金鉄中に入り、りんの含有率が０．１５〜０．
２０％にも達する。

従って、製鋼過程でこのりん含有量の高い合金鉄をマン
ガン源として使用する場合、この合金鉄よりりんが入り
、成品高級鋼中のりん含有量が高くなるという問題があ
った。

そこで、この合金鉄による成品高級鋼中のりん含有量の
上昇が問題となる場合、りんをほとんど含有しない高価
な電解法により製造された金属マンガンを使用せぜるを
得なかった。

これまでにも、高炭素フェロマンガンの脱りんについて
研究がなされている。

しかしながら高炭素フェロマンガンにＣａ又はＭｇを約
９００℃で作用させる方法しか実験室的にも見い出され
ておらず、しかもこの方法では高炭素フェロマンガンを
粒径０．０６ｍｍ程度にまで粉砕する必要があり、粉砕
ならびに後処理に多くの費用と時間がかかること、及び
処理量全量を均一に脱りんするためには多量のＣａ又は
Ｍｇを必要としさらに脱りん効率が悪く、処理後でも０
．１０％程度のりんを含有しているという問題があった
。

一方、低炭素フェロクロムの脱窒方法として、特開昭４
９−７３３２１号公報、特開昭５０−１４３７１２号公
報には、低炭素フェロマンガンに対して、Ｃａ−ＣａＣ
１□またはＭｇ−ＭｇＣ１゜から成るフラックスを作用
させて脱燐する方法が提案されている。

この発明は、いずれも酸化されやすい合金成分を含む合
金の脱燐及び脱窒方法に係り、Ｃｏ、 １２％以下の低
炭素フェロマンガンに対して、Ｃａ−ＣａＣ１□または
Ｍｇ−ＭｇＣｌ２から成るフラックスを作用させて脱燐
する方法が記載されている。

上記従来発明による脱燐方法の化学反応は、例えば、Ｃ
ａ−ＣａＣ１□を用いる場合、ＣａとＰは下記Ａ式の反
応で進行すると考えられる。

３Ｃａ＋２Ｐ−→Ｃａ３Ｐ２．．．．．．Ａところが、
このＣａはＣの存在下では下記Ｂ式の反応でＣａＣ２を
生成してしまう。

Ｃａ＋２（、−→ＣａＣ２・−・・・−Ｂしたがって、
従来は、本願発明対象の如く、Ｃ５％以上のＣの高い溶
鉄に対してＣａを用いる脱燐方法は適用不可能と考えら
れていたのである。

この発明は、高炭素フェロマンガンの脱りんを工業的規
模で実施できる脱りん方法を提供することを目的とする
。

この発明は、Ｍｇ、 Ｃａの１種又は２種を２〜５０％
含み、残部がＭｇｃｌ。

、 Ｃａｃｌ□の１種又は２種からなるフラックスを、
粒状又は粉状としたＣ：５％以上の高炭素フェロマンガ
ンに、非酸化性雰囲気中において、前記フラックスの融
点以上でかつ高炭素フェロマンガンの融点以下の温度で
作用させることを特徴とする高炭素フェロマンガンの脱
りん方法である。

上記のこの発明によるフラックスが高炭素フェロマンガ
ンの脱りんに対して有効な理由は、次の４点にあると考
えられる。

第１点は、金属中のりんの活量は炭素の存在により非常
に高められるため、Ｃ：５％以上の高炭素フェロマンガ
ンの場合は脱燐が進行し易い点である。

詳述すれば、金属中のりんＰの活量、すなわち、ａＰは
０式で表わされる。

ａｐ＝ｆｐ（％Ｐ） ■ここでｆ
ｐは活量係数であり、Ｆｅ−ｐ三元素希薄溶液の場合は
、ｆＰ＝１であるが、炭素が存在すると、Ｐは相互作用
を受ける。

このＰの活量に対するＣの相互作用助係数ｅｃ−Ｊ′、
！：ｆＰの間には■式の関係が成立する。

１ｏｇｆＰ＝ｃ−’ｘ （％Ｃ） ＠
ここで、。

←’＝０．０７９であり、高炭素フェロマンガンのよう
に、 （Ｃ）か゛５％以上存在する場合、■式より、ｆ
Ｐ＝２．５となり、炭素が多い高炭素フェロマンガンの
場合、Ｐの活量が低炭素フェロマンガンの場合に比べて
２倍以上となり、これだけ脱りんが進行し易い点が指摘
できる。

第２点としては下記の点にある。

固体状態の金属をフラックス中に浸漬し脱りんする際に
は、固体金属中のりんの拡散速度が速いことが効果的に
脱燐させるのに必要である。

一般に同一処理温度では、高融点合金より低融点合金の
方がより速いりんの拡散速度を示すが、高炭素フェロマ
ンガンの場合は、鉄−マンガン合金並びに炭素を多量に
含有することから、融点が約１２５０℃と、低炭素フェ
ロクロム等の融点約１７００℃に比較して低いため、脱
りんに対して有利に働いていることが指摘される。

第３点としては次の点が指摘できる。

固体の高炭素フェロマンガン中のりんは均一に分布せず
、りんの平均含有量が０．０１％以下のマトリックス中
に、りんが２％近く存在する偏析部分が分散しており、
脱りんを行なうには、りんが均一に溶解している場合に
比べて有利に進行すると考えられる。

第４点としては、カルシウムは低温になる程、炭素より
りんと相対的に結合し易くなり、脱りんが有利に進行す
る点が上げられる。

さらには、粒状の高炭素フェロマンガン中には亀裂が多
くこの亀裂を通しフラックスが粒の中に入り易く、前記
高炭素フェロマンガンを微粉砕せずに、粒径が大きい状
態でも、比較的良好な脱燐が進行すると考えられる。

以下にこの発明方法について詳述する。

高炭素フェロマンガンは、炭素が５％以上であればどの
ような成分範囲のものでもよい。

次にこれを粒状あるいは粉状にする必要があるが、例え
ば塊状のものを破砕、粉砕する方法、市販成品にサイジ
ングを施した場合のふるい下を用いる方法、アトマイズ
法等により製造する方法などが利用できる。

粒径は目的とする脱りんレベルにより異なるが、効果的
な脱りんを行なうには１０ｍｍ以下で好ましくは５ｍｍ
以下とするのが良い。

使用するフラックスは、Ｍｇ、 Ｃａの１種、又は２種
を２〜５０％含み、残部がＭｇＣｌ２．ＣａＣｌ２ノ１
種又は２種からなるものである。

このフラックスは、Ｍｇ、 ＣａがＭ、’ｐ２やＣａ３
Ｐ２を作り脱りん能力があルコト、又Ｍｇ、 ＣａはＭ
ｇＣｌ２と７００〜８００℃以上で相互に融体を作りう
るため少量のＭｇ、 Ｃａであっても脱りんが有効に均
一に進行すること、さらにはＭｇＣｌ２．ＣａＣｌ２が
Ｍｇ５Ｐ２．Ｃａ３Ｐ２ノ溶媒の役目を果すことなどの
点から高炭素フェロマンガンの脱りんに有効である。

フラックス中のＭｇ、 Ｃａのうち少なくとも１種が、
２％未満では効果的な脱りんが進行せず、５０％を越え
ると脱りん効率がそれ以上向上しないため、２〜５０％
の範囲でＭｇ、 Ｃａのうち少なくとも１種を含有し、
残りをＭｇｃｌ。

、 Ｃａｃｌ。のうち少なくとも１種でフラックスを構
成する。

フラックスの使用量は少なくとも、高炭素フェロマンガ
ンｔｏｎあたり１００ｋｇ以上が好ましい。

しかし、１００ｋｇ以下であってもフラックスと高炭素
フェロマンガンとの接触をよくするため、例えば攪拌す
る等の処理を行なうと良好な脱りんができる。

又良好な脱りん効果を期待するにはｔｏｎ当り、２００
〜４００ｋｇのフラックスの使用が好ましい。

次に処理温度について述べると固体金属の脱りんを行な
うことから、上述のフラックスの融点以上で高炭素フェ
ロマンガンの融点以下であることが必要である。

なお、フラックス中にＭｇを使用する場合にはその沸点
以下で処理しないと、Ｍｇが蒸発し脱りんが有効に進行
しない。

このため、最適処理温度は９００℃〜１１００℃程度が
好ましい。

又、処理雰囲気はフラックスにＭｇ、 Ｃａを使用する
ことからＭｇＯ，ＣａＯの反応を防止するため非酸化性
雰囲気中である必要があり例えば、アルゴン等の不活性
ガス中で処理するのが良い。

処理時間は高い脱りん効率を得るには長い時間はど好ま
しいが、３時間以下の処理で十分な脱りんが可能である
。

又、処理に使用する反応容器には、通常のＭｇＯのよう
な酸化物系耐火物を使用した容器でもよい。

しかしながら、上記したフラックスを使用すると侵食さ
れやすいため、Ｆｅ。

Ｍｏ、Ｗ等の金属又は合金でその融点が処理温度以上で
ある金属製容器が好ましい。

ただしフラックスにＣａを使用しない場合は黒鉛質の容
器を使用するこてができる。

すなわちＣａは黒鉛と反応しカーバイドを作るが、Ｍｇ
はこれを生成しないため黒鉛質の容器を反応器とするこ
とができる。

このように黒鉛質の容器を使用できるのは、本発明によ
る高炭素フェロマンガンの処理の場合の特徴である。

最後に脱りん後の高炭素フェロマンガンとフラックスの
分離には、水によりフラックスのみを溶かし出す方法あ
るいはさらに速いフラックスの溶出を行なう希塩酸によ
る洗浄方法等があるが、他にどのような方法であっても
分離が可能な方法であれば利用できるのは言うまでもな
いことである。

以下にこの発明による実施例を示しその効果を明らかに
する。

下記第１表の成分からなる高炭素フェロマンガンを破砕
しふるい分けを行ない粒径０．３〜１ｍｍのものと粒径
３〜４ｍｍの２種の粒径の試料とした。

１気圧のＡｒ雰囲気中で、容器にステンレス製又は黒鉛
製の容器を用い、高炭素フェロマンガン５００ｇに種々
の組成からなるフラックスを第２表に示す処理条件で反
応させ脱りんを行なった。

処理後の各試料は、水中にてフラックスを溶出させた後
、希塩酸で洗浄しりんの含有量を調べた。

その結果は脱りん率とあわせて第３表に示す。

以上の結果から明らかなごとく、この発明によるフラッ
クスを用いて高炭素フェロマンガンの粒径を１ｍｍ以下
の試料に作用させると９０％以上の脱りん率が得られ、
粒径が３〜４ｍｍであっても７０％以上の高い脱りん率
を得られることがわかる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｌ Ｍｇ、 Ｃａの１種又は２種を２〜５０％含み残
   部がＭｇｃｌ□、 Ｃａｃｌ□の１種又は２種からなる
   フラックスを、粒状又は粉状としたＣ：５％以上の高炭
   素フェロマンガンに、非酸化性雰囲気中において、前記
   フラックスの融点以上でかつ高炭素フェロマンガンの融
   点以下の温度で作用させることを特徴とする高炭素フェ
   ロマンガンの脱りん方法。