JPH0629478B2 - 低シリコン中・低炭素フエロマンガンの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、Ｍｎ歩留りに悪影響を与えることなく経済的
に目標Ｃ量並びにＳｉ量を達成することのできる低Ｓｉ
中・低炭素フェロマンガンの製造方法に関するものであ
る。

［従来の技術］ 中・低炭素フェロマンガンを製造する従来の方法は、所
謂シリサイド法と呼ばれる方法であって、Ｆｅ−Ｍｎ合
金に対するＣ及びＳｉの相互溶解度を利用することによ
って目標Ｃ含有量のＳｉ−Ｍｎ溶湯を製造し（電気
炉）、これにＭｎ鉱石等のＭｎ酸化物を添加してＳｉ−
Ｍｎ中のＳｉを酸化除去するのが常法であった。この方
法は電気炉を使用するものである為電力コストの比重が
高いという経済上の問題を内包する他、上記酸化除去に
よって大量に副生するＳｉＯ_２を捕捉する為の塩基性酸
化物（例えばＣａＯ）を同じく大量に使用する必要があ
り、スラグ量が過大になるという操業上の問題もある。
しかも該スラグ中には回収対象となるほどに多くはない
けれどもそのまま投棄すると公害発生を惹起する程度の
量のＭｎが混入しているので、スラグ処理に細心の注意
を払わなければならないという問題も抱えている。さら
にＭｎ酸化物の添加によりＳｉを酸化除去するに際して
はＳｉ量の低下目標によってはＭｎ酸化物を相当多量に
使用しなければならないこともあり、更に生成したＳｉ
Ｏ_２を中和する為に添加する塩基性酸化物（ＣａＯ等）
の使用量も相当に多量となり副原料コストが高騰すると
いう問題があった。一方低炭素化に関してもシリサイド
法によってＪＩＳ１号品（Ｃ＜1.0 ％、実質0.9 ％）相
当の低炭素フェロマンガンを製造しようとすればＣとＳ
ｉの相互溶解度の関係からＳｉを２１〜２２％含有する
Ｓｉ−Ｍｎ溶湯を原料とする必要があり、さらにより一
層の低炭素例えばＣ量がおよそ0.5 ％の低炭素フェロマ
ンガンを製造しようとするならば、原料であるＳｉ−Ｍ
ｎ溶湯中のＳｉ含有量を２５〜２６％まで高めておかな
ければならず、Ｍｎよりも還元されにいくＳｉをこの様
に多量に含有させる為に莫大な電力を必要とするという
欠点があった。またＭｎ酸化物によるＳｉ酸化除去の工
程では発熱反応によって熱補給があるとは言うものの熱
量が絶対的に不足する為、アーク加熱による熱補給を行
なう必要があり、電極からのＣのピックアップによって
製品の炭素濃度が上昇する恐れがある等、一層の低炭素
・低Ｓｉのフェロマンガンを製造することは極めて困難
であった。

一方シリサイド法とは原理的に異なる製造法として、Ｍ
ｎスラグ中のＣの溶解度がかなり低いことを利用して高
Ｍｎスラグを還元して低炭素フェロマンガンを製造する
方法が提案されている。例えば特公昭５７−３６３３７
号公報にはＭｎ含有スラグを水平偏心運動する容器に入
れＦｅ−Ｓｉを加えて還元する方法が挙げられており、
この方法によればＣ含有量１％以下のフェロマンガンを
製造することは可能である。しかしながらこの方法では
Ｆｅ−Ｓｉを添加する為Ｓｉが0.8 〜0.9 ％残留し、Ｓ
ｉの残留が問題となる製品には使用できないという欠点
があった。また高価なＦｅ−Ｓｉを多量に［例えば２７
０〜３５２kg／ｔ（製品フェロマンガン）］使用する為
副原料コストが高騰するという欠点があった。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明はこうした事情に着目してなされたものであっ
て、Ｍｎ歩留りを悪化させることなく、Ｓｉ量の低い中
・低炭素フェロマンガンを経済的に製造する方法を提供
することを目的とするものである。

［問題点を解決する為の手段］ しかして上記目的を達成した本発明方法は、Ｓｉ含有量
が1.5 ％以上の高炭素フェロマンガン溶湯を対象とし酸
素ガスの上吹きと酸素および不活性ガスの底吹きによっ
て所定炭素量まで脱炭すると共にシリコンをも燃焼させ
て脱炭・脱珪する第一工程と酸素ガスの底吹きと不活性
ガスの底吹きを併用し底吹酸素ガス量１００容量部に対
する不活性ガス底吹量を２０容量部以上とすると共に溶
湯温度を１６５０〜１８００℃に制御しつつ所望の炭素
量まで脱炭する第二工程からなる点に要旨を有するもの
である。尚本発明方法は脱炭を進行させる過程で比較的
高炭素領域の中炭素フェロマンガン（例えばＣ濃度：3.
0 〜2.5 ％）を経て中炭素フェロマンガン（例えばＣ濃
度：1.9 〜1.6 ％）に到達（第２工程）する方法と、同
じく高炭素フェロマンガンから出発し、一般的な中濃度
の炭素領域（例えばＣ濃度：2.5 〜 1.9％）を経て低炭
素フェロマンガン（例えばＣ濃度： 0.95〜0.70％に到
達（第２工程）する方法を包含している。

［作用］ 本発明は安価な高炭素フェロマンガン殊にＳｉを1.5 ％
以上含有する言わば高Ｓｉ高炭素フェロマンガンを原料
とし、Ｍｎの酸化消耗を抑制しつつ酸化吹錬の手法を合
理的に活用して脱炭及び脱Ｓｉを進行させるものであ
る。即ち本発明においては上・底吹き機能を備えた反応
容器内に高Ｓｉ高炭素フェロマンガン溶湯を投入し、炭
素の活量が高く脱炭が比較的容易な領域では不活性ガス
底吹きにより撹拌しながら酸素ガスを上・底吹きによっ
て十分に供給し脱炭を進行させると共にＳｉを酸化して
脱Ｓｉを行ない、炭素の活量が低下して脱炭反応が溶湯
中の炭素拡散速度に律せられる領域では、酸素上吹きを
止め酸素ガスおよび不活性ガスを所定の比率で底吹きし
て目標Ｃ含有量まで脱炭を進行させている。尚製鋼分野
の脱Ｓｉでは、脱炭に先立って予備脱Ｓｉを行なうのが
一般的であるが、本発明では炭素活量が高い第一工程に
おいて十分量の酸素を供給して脱炭と同時に脱Ｓｉを行
なうので予備脱Ｓｉ操作を行なわなくとも良く、安価で
はあるがＳｉが高い高炭素フェロマンガンを原料として
経済的に処理を遂行することができる。

以下本発明を更に詳述する。

高炭素フェロマンガンを酸素吹錬によって脱炭しようと
する場合の酸化反応を熱力学的に考察してみると、低温
ではＭｎの酸化が優先し、高温ではＣの酸化が優先する
という傾向が認められる。またＣの活量が高いほどＣの
酸化が優先する傾向も認められる。尚Ｓｉはかなり酸化
され易い為に温度の如何にかかわらずＭｎの酸化に優先
して進行する。従ってここでは主としてＣとＭｎの酸化
について考える。一方Ｃの酸化によって発生し溶湯の表
面に存在するＣＯの影響を、例えばＰ_CO（ＣＯの分圧）
という観点から見ると、低温であってもＰ_COが低ければ
Ｃの酸化が優先するという傾向も認められる。尚温度に
関連して述べると、高温側になるほどＭｎの蒸発ロスが
顕著になるという傾向がある。これらの傾向を総括する
と、高Ｓｉ高炭素フェロマンガンの脱炭吹錬は、低温側
で実施した方が安全であり、低温吹錬におけるＣ酸化の
低迷はＰ_COの低減によって解消する方が有利であるとい
う指針が得られる。

ところで原料となる高Ｓｉ高炭素フェロマンガンの温度
は、還元電気炉やシャフト炉で製造する場合はこれらか
らの出湯温度、或は誘導炉やアーク炉による再溶解で製
造する場合は溶け落ち温度によって夫々定められるが、
いずれにしても必要以上の高温はＭｎの蒸発ロスを招く
ので可及的に低温であることが望ましく、一般的には13
00〜1400℃程度で行なわれることになる。従って吹錬の
初期には溶湯温度が低く、また炭素の活量も高いのでこ
の点では前記指針に沿っているという利点がある。しか
し低温吹錬におけるＭｎの酸化反応は必ずしも十分低い
という訳ではなく、本発明第１工程では酸素ガスの上下
吹きを併用することとしているので、初期の吹錬ではＣ
の酸化とＭｎの酸化がいずれも顕著に進行する。勿論Ｓ
ｉの酸化も進行する。そしてこれらの酸化反応による発
熱は溶湯温度の上昇をもたらし、それに従って脱炭酸素
効率も６０〜９０％に上昇する。

こうして脱炭反応が進行し、フェロマンガン中のＣ濃度
が２％前後まで下ってくる（Ｃの活量が低下してくる）
と、溶湯温度が高温であるにもかかわらず脱炭酸素効率
が低下しはじめ、相対的にＭｎの酸化反応が顕著に進行
する。

従って本発明ではこの段階で酸素の上吹きを中止し、そ
れ以上の脱炭は底吹酸素に主役を荷なわせることとす
る。即ちＣの活量が低下した状態での脱炭はＣほ拡散律
速で進行するので第２工程では酸素の底吹きと不活性ガ
スの底吹きによる穏やかな脱炭を行なわせることとし、
脱炭の進行に応じて酸素比率（酸素ガス量／不活性ガス
量）を低下させる。最後には不活性ガスの単独底吹きで
しめくくることもある。酸素比率が低下した分は不活性
ガス吹込量の相対的増大又は絶対的増大によって不活性
ガス比率の増大となって現われ、脱炭酸素効率が比較的
高レベルに保持されるので、Ｍｎ酸化の少ない状態で脱
炭が促進され、目標とする炭素レベルまで吹錬を続行す
る。尚本発明で使用される不活性ガスとしては一般にＡ
ｒやＮ_２が汎用されるが、底吹ノズルの保護という観点
からは炭化水素系ガスの使用も可能であり、もとよりそ
と種類は本発明を制限するものではない。又酸素底吹き
と不活性ガス底吹きは、単管ノズルを介して行なっても
良いが、２重管以上の複層ノズルを使用し、内管から酸
素ガスを、外管から不活性ガスを夫々吹込む様に構成し
ておけば、ノズルの熱損防止という意味で好結果が得ら
れる。

ところで脱炭の第２工程における不活性ガスの底吹量
は、底吹き酸素ガス１００容量部に対して２０容量部以
上とする必要があり、２０容量部未満であると撹拌効果
の不十分によって脱炭酸素効率の増大が望めず、その結
果として脱炭の進行が抑制され、結果的にＭｎの酸化ロ
スが増大する。従ってより好ましい量は５０容量部以上
である。しかし不活性ガス量が過剰になると溶湯温度を
低下させ、前述の如くＭｎの酸化が促進される。従って
好ましい上限は４００容量部であり、更に好ましい上限
は２００容量部である。上記は本発明を総括して述べる
場合であって、目的とするフェロマンガン中の目標Ｃ量
に応じて増減することが望まれる。例えば中炭素フェロ
マンガン（たとえばＣ濃度：1.9 〜 1.6％）を目標とす
る場合は、第１工程における目標Ｃ濃度をたとえば3.0
〜2.5 ％とし、第２工程における不活性ガスの底吹量を
２０〜１００容量部（対酸素底吹量１００容量部）に制
御し、一方低炭素フェロマンガン（たとえばＣ濃度：0.
95〜0.70％）を目標とする場合は第１工程における目標
Ｃ濃度をたとえば2.5 〜1.9 ％とし、第２工程における
不活性ガスの吹込量を５０〜２００容量部（同）に制御
することが例示される。

次に該第２工程における溶湯温度の制御を説明する。本
発明は目標Ｃ濃度を２段階に分けて吹き下げる様に制御
しており、第１工程においては中間目標として掲げる所
定量の炭素濃度まで一気に脱炭しているので、第２工程
において更に所望の炭素濃度まで吹下げる為の負荷が軽
減されている。従って第２工程では溶湯温度を必要以上
に高める必要はなく、１８００℃以下で十分である。１
８００℃を超えるとＭｎの蒸発が盛んになるので回避し
なければならない。但し低温になり過ぎると、前述の如
くＭｎの酸化が進行し易くなるのでできる限り高温側、
具体的には１６５０℃以上にして脱炭酸素効率の維持を
図り、脱炭の進行に寄与せしめるべきである。

上記説明における第１工程から第２工程への切り換えポ
イントは、Ｃ濃度が所定値になることを一応の基準とし
たが、第１工程の吹錬中に脱炭酸素効率の推移をチェッ
クしておき、ある値以下（例えば４０〜２５％）になれ
ば第２工程への制御に切り替えるという風に制御するこ
とも本発明の技術的範囲に含まれる。

以上の様に第１工程は上吹酸素を中心とする脱炭及び脱
Ｓｉを行ない、第２工程では底吹酸素と底吹不活性ガス
の協力による脱炭操業を行なう方法を採用したので、第
２工程における脱炭酸素効率を４０〜５０％のレベル
（破線）に維持することも可能であり、従来の様に１段
で最終目標濃度まで脱炭していた場合（脱炭酸素効率：
５〜１５％）に比べて効率の良い脱炭を行なうことがで
きる。従ってＭｎの酸化も少なく、高価な還元剤を用い
てＭｎの回収を行なうといった不経済且つ繁雑な手間を
かける必要がない。但し最終的な成分調整を目的として
合金元素を添加することまで排除するものではない。

以上述べた様に本発明では、炭素濃度の推移または脱炭
酸素効率の変化を見合わせながら２段階に分けて効率的
な脱炭を行なうので、Ｍｎの酸化ロスを可及的に抑制さ
れる。しかしながら吹錬工程中のＭｎ酸化ロスは、これ
を完全に防ぎ得る訳ではない。また吹錬温度の調節用と
して冷却剤（一般に中・低炭素フェロマンガン冷塊）を
投入する場合があるが、該冷却剤中のＭｎ量が少なけれ
ば吹錬終了時のＭｎ含有量も当然低くなるし、吹錬終了
後のＭｎ酸化物量はかなり多くなる場合もある。そこで
本発明では還元剤を投入（一般的には酸素吹錬後である
方が好ましい）してスラグ中のＭｎ酸化物を還元し溶湯
中のＭｎ量を増大させることもできる。尚上記還元剤と
しては、フェロシリコン、金属Ｓｉ，シリコンマンガ
ン，金属Ｃａ，金属Ａｌ等を非限定的に例示することが
できるが、一般的にはフェロシリコンが多用される。こ
こでＭｎスラグを還元するためにフェロシリコン等を用
いると、時として過剰のＳｉが残留する場合があるが、
前述の様にＳｉは酸化され易いので還元処理後のサンプ
ルを分析し、上吹き及び／又は底吹きにより必要量の酸
素を供給すれば簡単に脱Ｓｉすることができ、所望の低
Ｓｉ中・低炭素フェロマンガンを製造することができ
る。

［実施例］ 実施例１ ＭｇＯ−Ｃ系レンガを内張りした内径６００mmの反応容
器の容器底部中央に設置した２重管ノズルより、内外管
合計0.5Nm³／分のＡｒを吹きながら高炭素フェロマンガ
ン溶湯（第１表参照）５００Kgを装入した。装入後の溶
湯温度は１４００℃であった。その後底吹きノズル外管
よりＡｒを0.2Nm³／分，内管より酸素0.3Nm³／分の速度
で吹き込むと同時に、容器の上部に設置した水冷ランス
より酸素を1.3Nm³／分の速度で吹き込み２５分間吹錬を
行なった。その後上吹き酸素を停止して底吹き吹錬のみ
を１２分間続けた。吹錬終了時の溶湯の成分組成及び温
度は第１表に示す通りでありＭｎ含有量の高い低Ｓｉ中
炭素フェロマンガンを製造することができた。また鋳造
したメタルは３２５Kgであり、歩留は７２％であった。

実施例２ 実施例１と同様の反応容器をもちいて脱炭精錬を行なう
にあたり、底吹き２重管ノズルより0.4Nm³／分のＡｒを
吹きながら第１表に示した高炭素フェロマンガン溶湯５
００Kgを容器内に装入した。装入後の溶湯温度は１３４
０℃であった。その後底吹きノズルの外管よりＡｒを0.
25Nm³／分，内管より酸素を0.5Nm³／分の速度で吹き込
むとともに容器上部に設置した水冷ランスより酸素を1.
5Nm³／分の速度で吹き込み２６分間吹錬を続行した。こ
の間にＭｎ鉱石４５Kg，生石灰22.5Kgを投入した。その
後上吹き酸素を停止し、酸素0.5Nm³／分で２２分間継続
して吹錬を終了した。この間にＭｎ鉱石１５Kg，生石灰
7.5 Kgを分割投入した。吹錬終了後底吹きノズルよりＡ
ｒのみを内外管合計0.4Nm³／分で吹き込みながら蛍石１
５Kg，フェロシリコン６０Kg，生石灰９１Kgを分割投入
し、出湯前サンプルを採取し分析したところ［Ｓｉ］＝
0.7 ％であったため上吹き停止後の底吹き条件で８分間
再吹錬し、除滓後出湯，鋳造した。鋳造終了時のメタル
成分は第１表に示すとおりであり、またＭｎ含有量の高
い低炭素フェロマンガンが得られた。鋳造したメタルは
４７２KgでＭｎ歩留は97.5％であった。尚添加物の成分
は第２表に併記した。

［発明の効果］ 本発明は上記の様に構成されているので、脱炭の進行を
効果的に抑制することができ、且つＳｉ濃度を制御でき
るので従来のシリサイド法や他の酸素脱炭法より経済的
に低Ｓｉ中・低炭素フェロマンガンを製造できる様にな
った。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｓｉ含有量が1.5 ％以上の高炭素フェロマ
   ンガン溶湯を対象とし酸素ガスの上吹きと酸素および不
   活性ガスの底吹きによって所定炭素量まで脱炭すると共
   にシリコンをも燃焼させて脱炭・脱珪する第一工程と酸
   素ガスの底吹きと不活性ガスの底吹きを併用し底吹酸素
   ガス量１００容量部に対する不活性ガス底吹量を２０容
   量部以上とすると共に溶湯温度を１６５０〜１８００℃
   に制御しつつ所望の炭素量まで脱炭する第二工程からな
   ることを特徴とする低シリコン中・低炭素フェロマンガ
   ンの製造方法。