JP2021028404A - 中低炭素フェロマンガンの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マンガンのスラグ生成による損失と蒸発損失の両方を抑制してトータルとしてマンガンの歩留を向上できる中低炭素フェロマンガンの製造方法の提供。【解決手段】上吹きランス１６と底吹き羽口１８とを備えた反応容器１０に高炭素フェロマンガン溶湯を装入し、上吹きランス１６から酸素含有ガスを吹きつけるとともに、底吹き羽口１８から不活性ガスを吹き込むことで脱炭精錬する中低炭素フェロマンガンの製造方法であって、前記高炭素フェロマンガン溶湯の脱炭精錬前および／または脱炭精錬中に過去の高炭素フェロマンガンの脱炭精錬で生成されたリターンスラグを前記反応容器１０に装入する方法。【選択図】図１

Description

本発明は、マンガン歩留を向上できる中低炭素フェロマンガンの製造方法に関する。

中低炭素フェロマンガンを製造する従来の技術の中には、いわゆる脱珪法と呼ばれる方法がある。この方法は、まず、電気炉等において目標炭素含有量のシリコマンガン溶湯を準備し、その後、この溶湯にマンガン鉱石等のマンガン酸化物を装入してシリコマンガン溶湯中のシリコンを酸化除去する方法である。この方法は、電気炉を使用するために電力コストが嵩むという問題点がある。

このような問題点に対し、特許文献１には、転炉型の反応容器を用いて、炉底に設けられた羽口から不活性ガスを吹き込んで溶湯を撹拌しつつ、上吹きランスから酸素ガスを吹きつけることで、高炭素フェロマンガン溶湯中の炭素を酸化除去して中低炭素フェロマンガンを製造する方法が開示されている。

特公平６−１７５３７号公報

上記の転炉型の反応容器での操業は、操業末期に溶湯温度が高温になるので、主要成分であるマンガンの蒸発損失が過大になる。これを防止するために、吹錬開始前や吹錬中に造滓材を反応容器に装入して、溶湯表面を覆うスラグを生成させることが行われる。しかしながら、造滓材を装入してスラグを生成させると、当該スラグによって主要成分であるマンガンがスラグに吸収されてしまい結局マンガンの損失が大きくなるという課題がある。

本発明は上記課題を鑑みてなされたもので、その目的とすることは、マンガンのスラグ生成による損失と蒸発損失の両方を抑制してトータルとしてマンガンの歩留を向上できる中低炭素フェロマンガンの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
（１）上吹きランスと底吹き羽口とを備えた反応容器に高炭素フェロマンガン溶湯を装入し、前記上吹きランスから酸素含有ガスを吹きつけるとともに、前記底吹き羽口から不活性ガスを吹き込むことで脱炭精錬する中低炭素フェロマンガンの製造方法であって、
前記高炭素フェロマンガン溶湯の脱炭精錬前および／または脱炭精錬中に過去の高炭素フェロマンガンの脱炭精錬で生成されたリターンスラグを前記反応容器に装入する、中低炭素フェロマンガンの製造方法。
（２）前記反応容器に１０ｋｇ／ｔ以上の前記リターンスラグを装入する、（１）に記載の中低炭素フェロマンガンの製造方法。

本発明に係る中低炭素フェロマンガンの製造方法を実施することで、高炭素フェロマンガンの脱炭精錬で生成されるスラグへのマンガンの損失を抑えることができ、且つ、溶湯温度が上昇した吹錬終盤においてはマンガンの蒸発損失を抑制できる。これにより、中低炭素フェロマンガン製造におけるマンガンの歩留を向上できる。

転炉型の反応容器にリターンスラグを事前装入した状態を示す断面模式図である。 反応容器にて高炭素フェロマンガン溶湯を脱炭精錬する状態を示す断面模式図である。 中低炭素フェロマンガン溶湯を鋳型に出湯する状態を示す断面模式図である。 実施例１、比較例１および比較例２のマンガンロス指数を示すグラフである。 実施例１、比較例１および比較例２の酸素原単位指数を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を通じて本発明を説明する。図１は、転炉型の反応容器に造滓材３４とともに、リターンスラグ３２を事前装入した状態を示す断面模式図である。反応容器１０は、転炉型の反応容器であって、高炭素フェロマンガン溶湯を収容する容器本体１２と、高炭素フェロマンガン溶湯２０に酸素含有ガスを吹きつける上吹きランス１６とを備える。容器本体１２の側面には、精錬処理後の中低炭素フェロマンガン溶湯２１を出湯する出湯口１４が設けられ、容器本体１２の底部には、不活性ガス２６を高炭素フェロマンガン溶湯２０に吹き込む底吹き羽口１８が複数設けられている。

本実施形態に係る中低炭素フェロマンガンの製造方法では、反応容器１０に高炭素フェロマンガン溶湯を装入する前に、造滓材３４とともに、リターンスラグ３２を容器本体１２に事前装入する。ここで、造滓材は塩基度が０．５以上１．５以下のものであり、リターンスラグとは、過去の高炭素フェロマンガン溶湯の脱炭精錬で生成したスラグを冷却し、粉砕したものである。本実施形態では、例えば、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）が０．５〜２．０、マンガン濃度が３０〜７０質量％のリターンスラグ３２を用いる。なお、上記はリターンスラグを事前装入する場合を述べたが、精錬処理中に装入してもよいのは言うまでもない。

図２は、反応容器を用いて高炭素フェロマンガン溶湯２０を脱炭精錬する状態を示す断面模式図である。造滓材３４とリターンスラグ３２を容器本体１２に装入した後に、高炭素フェロマンガン溶湯２０を容器本体１２に装入する。反応容器１０で脱炭精錬される高炭素フェロマンガン溶湯２０は、例えば、竪型製錬炉で還元製錬されて製造される。なお、高炭素フェロマンガン溶湯２０は、電気炉を用いて還元製錬されて製造されてもよい。また、造滓材３４とリターンスラグ３２を容器本体１２に事前装入することに代えて、容器本体１２に前チャージのスラグを残してもよい。

容器本体１２へのリターンスラグ３２の事前装入量を１０ｋｇ／ｔ以上とすることが好ましい。ここで、ｋｇ／ｔとは、高炭素フェロマンガン溶湯１ｔ当りに装入するリターンスラグ３２の質量を示す。一方、リターンスラグ３２の事前装入量を１０ｋｇ／ｔ未満にすると、リターンスラグ３２からのマンガン回収量が減りマンガンの歩留向上効果が少なくなるので好ましくない。一方、スラグ総量（リターンスラグ３２の装入量と造滓材３４の装入量を合わせた量）が多くなり過ぎると、熱収支が悪化するほか、溶融物が容器本体１２の炉口から吹き出すスロッピングが発生する可能性が高くなる。このため、スラグ総量を４０ｋｇ／ｔ以下とすることが好ましい。リターンスラグ３２の装入量の上限は、造滓材３４の装入量や熱収支との兼ね合いで決定される。

造滓材３４は、炉体保護等や溶湯表面を覆うスラグを生成させるために装入される。造滓材３４は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｉＯ_２などの成分からなり、たとえば、焼石灰、ドロマイトなどから適宜選択される。造滓材３４の組成や装入量は、操業条件（操業温度、炉体の状況他）によって適宜決定してよい。

容器本体１２に装入された高炭素フェロマンガン溶湯２０は、底吹き羽口１８から不活性ガス２６が吹き込まれて撹拌されるとともに、上吹きランス１６から酸素含有ガス２４が吹きつけられ炭素が酸化除去される。上吹きランス１６から吹きつける酸素含有ガス２４としては、例えば、酸素と希ガスなどの酸素分圧を下げる非酸化性ガスとの混合ガスを用いてもよく、また、酸素のみを含む酸素ガスを用いてもよい。底吹き羽口１８から吹き込む不活性ガス２６としては、例えば、アルゴンガスを用いてよい。造滓材３４とリターンスラグ３２は、高炭素フェロマンガン溶湯２０によって溶解される。これにより、高炭素フェロマンガン溶湯２０の表面を覆うスラグ２２が形成される。

高炭素フェロマンガン溶湯２０の炭素濃度が、所定の濃度に低下するまで酸素含有ガス２４の吹きつけ、および、不活性ガス２６の吹き込みを継続して、高炭素フェロマンガン溶湯２０に含まれる炭素を酸化除去する。さらに、高炭素フェロマンガン溶湯２０の表面に形成されたスラグ２２に含まれるＭｎＯは、高炭素フェロマンガン溶湯２０に含まれる炭素と反応（ＭｎＯ＋Ｃ→Ｍｎ＋ＣＯ）する。これにより、リターンスラグ３２に含まれるマンガンを回収できるとともに、リターンスラグ３２に含まれる酸素も回収できる。このスラグ２２に含まれるＭｎＯと高炭素フェロマンガン溶湯２０に含まれる炭素との反応により、マンガン歩留を向上でき、酸素原単位も低減できる。

また、高炭素フェロマンガン溶湯２０の表面に形成されたスラグ２２は、フェロマンガン溶湯中におけるマンガンの蒸発を抑制する役割を果たす。これにより、マンガンの蒸発損失が抑制され、さらにマンガン歩留を向上できる。高炭素フェロマンガン溶湯２０は、中炭素フェロマンガンを製造する場合には、炭素濃度が２．０質量％以下になるまで脱炭され、低炭素フェロマンガンを製造する場合には、炭素濃度が１．０質量％以下になるまで脱炭される。

脱炭処理中の高炭素フェロマンガン溶湯２０の炭素濃度は、竪型製錬炉から出湯した高炭素フェロマンガン溶湯２０の炭素濃度の測定値と、上吹きランス１６から吹きつける酸素含有ガス２４の供給量と、経験的に得られているフェロマンガン溶湯の脱炭酸素効率とから推定できる。このため、高炭素フェロマンガン溶湯２０の炭素濃度の測定値と、脱炭酸素効率と、目標とする炭素濃度とから算出された供給量の酸素が、酸素含有ガス２４として高炭素フェロマンガン溶湯２０に供給されたことで、高炭素フェロマンガン溶湯２０の炭素濃度が上述した炭素濃度まで低下したと判断する。なお、脱炭精錬中に高炭素フェロマンガン溶湯２０を採取して炭素濃度を実測し、高炭素フェロマンガン溶湯２０の炭素濃度の推定値と実測値とに差がないことを確認してもよい。

高炭素フェロマンガン溶湯２０の炭素濃度が上述した炭素濃度まで低下したら、上吹きランス１６からの酸素含有ガス２４の吹きつけを停止して脱炭精錬を終了する。図３は、中低炭素フェロマンガン溶湯を鋳型に出湯する状態を示す断面模式図である。図３に示すように、脱炭され炭素濃度が低下した中低炭素フェロマンガン溶湯２１は、容器本体１２が傾動されて、出湯口１４から樋２８を介して鋳型３０へ出湯される。鋳型３０へ出湯された中低炭素フェロマンガン溶湯２１は、鋳型３０内で空気冷却および散水冷却され、中低炭素フェロマンガンが製造される。

このように、本実施形態に係る中低炭素フェロマンガンの製造方法は、容器本体１２に造滓材３４とリターンスラグ３２を事前装入した後に高炭素フェロマンガン溶湯２０を装入して脱炭精錬を行う。これにより、高炭素フェロマンガン溶湯２０の表面にスラグ２２を形成させ、マンガンのスラグ生成による損失と蒸発損失を抑制することができ、マンガンの歩留が向上する。また、表面に形成されたスラグ２２に含まれるＭｎＯは、高炭素フェロマンガン溶湯２０の炭素と脱炭反応するので、上吹きランス１６から吹きつけられる酸素を用いることなくマンガンを回収できる。これにより、マンガンの歩留をさらに向上できるとともに、酸素原単位をも低減できる。

なお、本実施形態に係る中低炭素フェロマンガンの製造方法として、造滓材３４とリターンスラグ３２を容器本体１２に事前装入する例を示したが、これに限られない。例えば、高炭素フェロマンガン溶湯２０を容器本体１２に装入した後であって脱炭精錬を開始する前に、造滓材３４とリターンスラグ３２を容器本体１２に装入してもよい。但し、造滓材３４とリターンスラグ３２を容器本体１２に事前装入する方が高炭素フェロマンガン溶湯２０でリターンスラグ３２を効率的に加熱でき、造滓材３４とリターンスラグ３２の融解を促進できるのでより好ましい。

また、高炭素フェロマンガン溶湯２０の脱炭精錬の開始後に造滓材３４とリターンスラグ３２を容器本体１２に装入してもよく、また、脱炭精錬前および脱炭精錬中に造滓材３４とリターンスラグ３２を容器本体１２に装入してもよい。但し、脱炭精錬の開始後に造滓材３４とリターンスラグ３２を装入する場合には、マンガンの蒸発ロスが激しくなる前に、造滓材３４とリターンスラグ３２が融解してスラグ２２が形成されるように造滓材３４とリターンスラグ３２を容器本体１２に装入する。

また、本実施形態に係る中低炭素フェロマンガンの製造方法として、造滓材３４とに加えて、リターンスラグ３２を容器本体１２に装入する例を示したが、これに限られない。例えば、リターンスラグ３２に代えて、マンガン鉱石のようにマンガン酸化物を２０質量％以上含むものを容器本体１２に装入してもよい。ただし、マンガン鉱石を用いる場合においては、マンガン酸化物の含有量が多いマンガン鉱石を用いることが好ましい。マンガン酸化物の含有量が多いマンガン鉱石を用いることで、脱炭精錬中にスラグから回収できるマンガン量が増加する。

次に、本発明の実施例を説明する。実施例として、造滓材１０ｋｇ／ｔとリターンスラグ２０ｋｇ／ｔを図１に示した反応容器１０の容器本体１２に事前装入し、その後、竪型製錬炉で還元製錬されて製造された高炭素フェロマンガン溶湯を装入して脱炭精錬を実施した。

底吹き羽口からアルゴンガスを高炭素フェロマンガン溶湯に吹き込み、上吹きランスから酸素ガスを高炭素フェロマンガン溶湯に吹きつけて脱炭精錬を実施した。フェロマンガン溶湯の炭素濃度が１．０質量％になった段階で、上吹きランスからの酸素ガスの吹きつけを停止して脱炭精錬を終了した。その後、フェロマンガン溶湯を鋳型に出湯し、鋳型内でフェロマンガン溶湯を空気冷却および散水冷却して低炭素フェロマンガンを製造した。このようにして製造された低炭素フェロマンガンの成分は、Ｍｎ：７５．３質量％、Ｆｅ：２３．１質量％、Ｓｉ：０．３質量％、Ｃ：１．０質量％、Ｐ：０．１４質量％であった。

低炭素フェロマンガンを製造した後、実施例の低炭素フェロマンガン製造におけるマンガンのスラグロスとダストロスを、装入した高炭素フェロマンガン溶湯に含まれるマンガン量と、生成されたスラグに含まれるマンガン量と、発生したダストに含まれるマンガン量とを用いて算出した。また、低炭素フェロマンガン１トンを製造するのに用いた酸素量である酸素原単位を算出した。

比較例１として、リターンスラグを事前装入せずに、造滓材３０ｋｇ／ｔを、実施例と同じ反応容器１０の容器本体１２に事前装入し、その後、竪型製錬炉で還元製練されて製造された高炭素フェロマンガン溶湯を、実施例と同じ反応容器１０の容器本体１２に装入した。底吹き羽口からアルゴンガスを高炭素フェロマンガン溶湯に吹き込み、上吹きランスから酸素ガスを高炭素フェロマンガン溶湯に吹きつけて脱炭精錬を実施した。

フェロマンガン溶湯の炭素濃度が１．０質量％になった段階で、上吹きランスからの酸素ガスの吹きつけを停止して脱炭精錬を終了した。その後、フェロマンガン溶湯を鋳型に出湯し、鋳型を空気冷却および散水冷却して低炭素フェロマンガンを製造した。このようにして製造された低炭素フェロマンガンの成分は、Ｍｎ：７５．２質量％、Ｆｅ：２３．２質量％、Ｓｉ：０．３質量％、Ｃ：１．０質量％、Ｐ：０．１５質量％であった。

低炭素フェロマンガンを製造した後、比較例１の低炭素フェロマンガン製造におけるマンガンのスラグロスとダストロスを、装入した高炭素フェロマンガン溶湯に含まれるマンガン量と、生成されたスラグに含まれるマンガン量と、発生したダストに含まれるマンガン量とを用いて算出した。また、低炭素フェロマンガン１トンを製造するのに用いた酸素量である酸素原単位を算出した。

比較例２として、リターンスラグを事前装入せずに、造滓材４０ｋｇ／ｔを、実施例と同じ反応容器１０の容器本体１２に事前装入し、その後、竪型製錬炉で還元製練されて製造された高炭素フェロマンガン溶湯を、実施例と同じ反応容器１０の容器本体１２に装入した。底吹き羽口からアルゴンガスを高炭素フェロマンガン溶湯に吹き込み、上吹きランスから酸素ガスを高炭素フェロマンガン溶湯に吹きつけて脱炭精錬を実施した。

フェロマンガン溶湯の炭素濃度が１．０質量％になった段階で、上吹きランスからの酸素ガスの吹きつけを停止して脱炭精錬を終了した。その後、フェロマンガン溶湯を鋳型に出湯し、鋳型を空気冷却および散水冷却して低炭素フェロマンガンを製造した。このようにして製造された低炭素フェロマンガンの成分は、Ｍｎ：７５．１質量％、Ｆｅ：２３．３質量％、Ｓｉ：０．３質量％、Ｃ：１．０質量％、Ｐ：０．１５質量％であった。

低炭素フェロマンガンを製造した後、比較例２の低炭素フェロマンガン製造におけるマンガンのスラグロスとダストロスを、装入した高炭素フェロマンガン溶湯に含まれるマンガン量と、生成されたスラグに含まれるマンガン量と、発生したダストに含まれるマンガン量とを用いて算出した。また、低炭素フェロマンガン１トンを製造するのに用いた酸素量である酸素原単位を算出した。

図４は、実施例、比較例１および比較例２のマンガンロス指数を示すグラフである。図４の縦軸は、比較例１のスラグとダストによるマンガンロスの合計を１００とした時の、マンガンロス指数（−）である。このため、図４において、比較例１のマンガンロス指数の合計は１００になっている。

図５は、実施例、比較例１および比較例２の酸素原単位指数を示すグラフである。図５の縦軸は、比較例１酸素原単位を１とした時の、酸素原単位指数（−）である。このため、図５において、比較例１の酸素原単位指数は１になっている。

図４に示すように、造滓材３０ｋｇ／ｔのみを装入した比較例１に対して、マンガン蒸発ロスを減らすために造滓材の装入量を４０ｋｇ／ｔに増やした比較例２では、ダストへのマンガンロスは減っているが、スラグへのマンガンロスがその分だけ増えており、メタルへのマンガン歩留は向上していない。それに対して、実施例では、過去の高炭素フェロマンガン溶湯の脱炭精錬で生成したリターンスラグを事前装入することで、当該スラグ中のＭｎＯと高炭素フェロマンガン溶湯中の炭素との反応によってスラグ中のマンガンが回収されるのでマンガン歩留まりは比較例１および比較例2よりも向上する。

図５に示すように、造滓材３０ｋｇ／ｔのみを装入した比較例１に対して、造滓材の装入量を４０ｋｇ／ｔに増やした比較例２では酸素原単位が増えている。図４に示したように、比較例２では、マンガンのスラグロス量は増えるので、その分のマンガンを酸化するのに酸素を多く使用した結果である。それに対して、実施例では、過去の高炭素フェロマンガン溶湯の脱炭精錬で生成したリターンスラグを事前装入することで、高炭素フェロマンガン溶湯中の炭素が当該スラグ中のＭｎＯにより脱炭されるため、その分、上吹きランスから吹きつける酸素の原単位が低減した。

なお、本実施例においては、炭素濃度が１．０質量％の低炭素フェロマンガンの製造例を示したが、同様の方法で中炭素フェロマンガンも製造でき、同様の効果が得られることは明らかである。このように、本実施形態に係る中低炭素フェロマンガンの製造方法を実施することで、マンガン歩留を向上でき、さらに、酸素原単位を低減できることが確認された。

１０ 反応容器
１２ 容器本体
１４ 出湯口
１６ 上吹きランス
１８ 底吹き羽口
２０ 高炭素フェロマンガン溶湯
２１ 中低炭素フェロマンガン溶湯
２２ スラグ
２４ 酸素含有ガス
２６ 不活性ガス
２８ 樋
３０ 鋳型
３２ リターンスラグ
３４ 造滓材

Claims (2)

1. 上吹きランスと底吹き羽口とを備えた反応容器に高炭素フェロマンガン溶湯を装入し、前記上吹きランスから酸素含有ガスを吹きつけるとともに、前記底吹き羽口から不活性ガスを吹き込むことで脱炭精錬する中低炭素フェロマンガンの製造方法であって、
   前記高炭素フェロマンガン溶湯の脱炭精錬前および／または脱炭精錬中に過去の高炭素フェロマンガンの脱炭精錬で生成されたリターンスラグを前記反応容器に装入する、中低炭素フェロマンガンの製造方法。
2. 前記反応容器に１０ｋｇ／ｔ以上の前記リターンスラグを装入する、請求項１に記載の中低炭素フェロマンガンの製造方法。

Images