(57)【要約】  窒素濃度および珪素濃度の低い中低炭素フェロマンガンを製造できる中低炭素フェロマンガンの製造方法ならびに窒素濃度および珪素濃度の低い中低炭素フェロマンガンを提供する。  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、上吹きランスから酸素含有ガスを吹きつけるとともに、底吹き羽口から不活性ガスを吹き込むことで高炭素フェロマンガン溶湯を脱炭精錬して中低炭素フェロマンガン溶湯にし、中低炭素フェロマンガン溶湯を鋳型に出湯し、冷却することで中低炭素フェロマンガンを製造し、脱炭精錬が終了してから１５分以内に鋳型から露出した中低炭素フェロマンガンの表面温度が８００℃以下になるように冷却する。
2018123808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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前記高炭素フェロマンガン溶湯を脱炭精錬して中低炭素フェロマンガン溶湯にし、
前記中低炭素フェロマンガン溶湯を鋳型に出湯し、冷却することで中低炭素フェロマンガンを製造し、
前記脱炭精錬が終了してから１５分以内に前記鋳型から露出した前記中低炭素フェロマンガンの表面温度が８００℃以下になるように冷却する、中低炭素フェロマンガンの製造方法。
【請求項２】
前記中低炭素フェロマンガンの珪素濃度が０．０１質量％以上０．５質量％以下になるように、珪素含有合金原料を前記高炭素フェロマンガン溶湯または前記中低炭素フェロマンガン溶湯に添加する、請求項１に記載の中低炭素フェロマンガンの製造方法。
【請求項３】
前記中低炭素フェロマンガンの珪素濃度が０．０１質量％以上０．５質量％以下になるように、珪素含有合金原料を前記高炭素フェロマンガン溶湯および前記中低炭素フェロマンガン溶湯に添加する、請求項１に記載の中低炭素フェロマンガンの製造方法。
【請求項４】
前記珪素含有合金原料を脱炭精錬終了後の前記中低炭素フェロマンガン溶湯に添加する、請求項２に記載の中低炭素フェロマンガンの製造方法。
【請求項５】
珪素濃度が０．０１質量％以上０．５質量％以下であって、窒素濃度が３００ｐｐｍ以下である、中低炭素フェロマンガン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒素濃度の低い中低炭素フェロマンガンの製造方法および中低炭素フェロマンガンに関する。
【背景技術】
【０００２】
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添加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。【０００３】
このような問題点に対し、特許文献１では、転炉型の反応容器を用いて、炉底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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平６−１７５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
中低炭素フェロマンガンは、製鉄プロセスにおける製鋼工程でマンガン源として使用される。窒素は、鋼に対して不純物になるので、中低炭素フェロマンガンの窒素濃度は低いことが好ましい。しかしながら、特許文献１に開示されている製造方法で製造される中低炭素フェロマンガンの窒素濃度の下限は４００ｐｐｍ程度である。【０００６】
中低炭素フェロマンガンに珪素を含有させれば窒素濃度を低減できることが知られている。例えば、中低炭素フェロマンガンの珪素濃度を１質量％程度にすることで、中低炭素フェロマンガンの窒素濃度を３００ｐｐｍ以下にできる。しかしながら、珪素も鋼の不純物になるので珪素濃度も低いことが好ましい。【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、珪素濃度が低く、窒素濃度が３００ｐｐｍ以下の中低炭素フェロマンガンを製造できる中低炭素フェロマンガンの製造方法ならびに窒素濃度および珪素濃度の低い中低炭素フェロマンガンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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前記高炭素フェロマンガン溶湯を脱炭精錬して中低炭素フェロマンガン溶湯にし、前記中低炭素フェロマンガン溶湯を鋳型に出湯し、冷却することで中低炭素フェロマンガンを製造し、前記脱炭精錬が終了してから１５分以内に前記鋳型から露出した前記中低炭素フェロマンガンの表面温度が８００℃以下になるように冷却する、中低炭素フェロマンガンの製造方法。
（２）前記中低炭素フェロマンガンの珪素濃度が０．０１質量％以上０．５質量％以下になるように、珪素含有合金原料を前記高炭素フェロマンガン溶湯または前記中低炭素フェロマンガン溶湯に添加する、（１）に記載の中低炭素フェロマンガンの製造方法。
（３）前記中低炭素フェロマンガンの珪素濃度が０．０１質量％以上０．５質量％以下になるように、珪素含有合金原料を前記高炭素フェロマンガン溶湯および前記中低炭素フェロマンガン溶湯に添加する、（１）に記載の中低炭素フェロマンガンの製造方法。
（４）前記珪素含有合金原料を脱炭精錬終了後の前記中低炭素フェロマンガン溶湯に添加する、（２）に記載の中低炭素フェロマンガンの製造方法。
（５）珪素濃度が０．０１質量％以上０．５質量％以下であって、窒素濃度が３００ｐｐｍ以下である、中低炭素フェロマンガン。
【発明の効果】
【０００９】
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、珪素濃度０．５質量％以下であって、窒素濃度の低い中低炭素フェロマンガンを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、転炉型の反応容器を用い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。
【図２】図２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図である。
【図３】図３は、脱炭精錬終了からの経過時間と、フェロマンガン表面の最高温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明者らは、中低炭素フェロマンガンの窒素濃度を下げるには、以下の３点が重要であることを見出した。
１．中低炭素フェロマンガン溶湯の出湯時の吸窒量を低減させること。
２．底吹き羽口からアルゴンガスを吹込んで中低炭素フェロマンガン溶湯の窒素分圧を下げること
３．中低炭素フェロマンガンの製造に窒素含有量の少ない原料を用いること。
【００１２】
さらに、本発明者らは、中低炭素フェロマンガンの珪素濃度が０．５質量％以下を満足する範囲で珪素を添加することで、安定的に中低炭素フェロマンガンの窒素濃度を低下できることを見出して本発明を完成させた。以下、本発明の実施形態を通じて本発明を説明する。本実施形態において、高炭素フェロマンガンとは、炭素濃度が２．０質量％超えのフェロマンガンである。中炭素フェロマンガンとは、炭素濃度が１．０質量％超えで２．０質量％以下のフェロマンガンであり、低炭素フェロマンガンとは、炭素濃度が１．０質量％以下のフェロマンガンである。
【００１３】
図１は、転炉型の反応容器を用い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。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２０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２４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を出湯する出湯口１４が設けられ、底部には、アルゴンガス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。
【００１４】
竪型製錬炉で還元製錬された高炭素フェロマンガン溶湯２０は、容器本体１２に装入される。高炭素フェロマンガン溶湯２０は、底吹き羽口１８からアルゴンガス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が吹きつけられて、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、または、酸素のみを含む酸素ガスである。底吹き羽口１８から吹き込むアルゴンガス２６は、不活性ガスの一例である。上吹きランス１６から酸素含有ガス２４を吹きつけると、マンガンが酸化されて高炭素フェロマンガン溶湯２０の溶湯面を覆うスラグ２２が形成される。容器本体１２に造滓材を予め添加してスラグ２２を形成させてもよい。高炭素フェロマンガン溶湯２０は、電気炉で還元製錬され製造されてもよい。
【００１５】
脱炭精錬では、底吹き羽口１８から高炭素フェロマンガン溶湯２０に吹き込むアルゴンガス２６の流量を０．０１Ｎｍ３／ｔ・ｍｉｎ以上にして、高炭素フェロマンガン溶湯２０を撹拌することが好ましい。底吹き羽口１８からアルゴンガス２６を吹きこむことで、高炭素フェロマンガン溶湯２０の窒素分圧が低下するので、高炭素フェロマンガン溶湯２０の窒素濃度も低下する。一方、底吹き羽口１８から吹き込むアルゴンガス２６の流量を０．２０Ｎｍ３／ｔ・ｍｉｎより多くすると、高炭素フェロマンガン溶湯２０の撹拌に寄与せず、アルゴンガス２６がそのまま吹き抜ける。このため、底吹き羽口１８から高炭素フェロマンガン溶湯２０に吹き込むアルゴンガス２６の流量を０．２０Ｎｍ３／ｔ・ｍｉｎ以下にすることが好ましい。本実施形態において、「Ｎｍ３／ｔ・ｍｉｎ」は、高炭素フェロマンガン溶湯１ｔにおける１分当たりのアルゴンガスの吹込み量を意味する。
【００１６】
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、アルゴンガス２６の吹き込みを継続する。中炭素フェロマンガンを製造する場合には、高炭素フェロマンガン溶湯２０の炭素濃度が２．０質量％以下になるまで脱炭する。低炭素フェロマンガンを製造する場合には、高炭素フェロマンガン溶湯２０の炭素濃度が１．０質量％以下になるまで脱炭する。
【００１７】
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供給されたことで、高炭素フェロマンガン溶湯２０の炭素が上述した炭素濃度まで低下したと判断する。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か確認してもよい。
【００１８】
高炭素フェロマンガン溶湯２０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。次いで、冷却後の中低炭素フェロマンガンの珪素濃度が０．０１質量％以上０．５質量％以下になるように、珪素含有合金原料を中低炭素フェロマンガン溶湯に添加する。珪素含有合金原料としては、例えば、フェロシリコンやシリコマンガンを用いてよい。中低炭素フェロマンガン溶湯への珪素含有合金原料の添加量は、溶湯中における珪素の酸化速度を考慮し、冷却後の中低炭素フェロマンガンの珪素濃度が０．０１質量％以上０．５質量％以下になるように経験的に定めてよい。
【００１９】
珪素含有合金原料の添加量をフェロマンガンの珪素濃度が０．０１質量％未満となる量にすると、溶融マンガンの窒素濃度低減効果が小さくなるので好ましくない。珪素は鋼の不純物になるので、珪素含有合金原料の添加量をフェロマンガンの珪素濃度が０．５質量％を超える量にすると、鋼の不純物となる珪素濃度が高くなり、中低炭素フェロマンガンの価値が下がるので好ましくない。
【００２０】
上記例では、珪素含有合金原料を脱炭精錬後の中低炭素フェロマンガン溶湯に添加する例を示したが、中低炭素フェロマンガン溶湯に添加することに代えて、または、中低炭素フェロマンガン溶湯に添加するとともに珪素含有合金原料を脱炭精錬中の高炭素フェロマンガン溶湯２０に添加してもよい。しかしながら、脱炭精錬中の高炭素フェロマンガンに珪素含有合金原料を添加すると、珪素が上吹きランス１６から吹きつけられる酸素含有気体によって酸化されて二酸化珪素になり、塩基度の低いスラグが増加してスロッピングが発生するおそれが生じる。このため、珪素含有合金原料は、脱炭精錬後の中低炭素フェロマンガン溶湯に添加することがより好ましい。
【００２１】
図２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図である。図２に示すように、脱炭され珪素含有合金原料が添加され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。中低炭素フェロマンガン溶湯２１は、鋳型３０内で散水冷却および空気冷却される。
【００２２】
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、中低炭素フェロマンガン溶湯２１は、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した時点から１５分以内に、鋳型３０から露出しているフェロマンガン表面の最高温度が８００℃以下になるように冷却される。フェロマンガンは、鋳型内で凝固した後も吸窒しており、その温度が８００℃程度までは吸窒速度が速い。このため、出湯後の中低炭素フェロマンガン溶湯２１を急冷してフェロマンガンの表面温度が８００℃以下になるまでの時間を短くする。これにより、フェロマンガンの吸窒量は少なくなり、中低炭素フェロマンガンの窒素濃度を３００ｐｐｍ以下に低減できる。上述した中低炭素フェロマンガン溶湯２１の急冷は、散水冷却することで実施できる。フェロマンガンの表面温度は、放射温度計を用いて測定できる。
【００２３】
図３は、脱炭精錬終了からの経過時間と、フェロマンガン表面の最高温度との関係を示すグラフである。図３において、横軸は、脱炭精錬終了からの経過時間（ｍｉｎ）であり、縦軸は、フェロマンガン表面の最高温度（℃）である。図３の実線は、脱炭精錬を終了した時点から１５分以内にフェロマンガン表面の最高温度が８００℃以下になるように散水冷却した場合の表面温度プロファイルであり、破線は、空気冷却によってフェロマンガン表面の最高温度を８００℃近くまで冷却した場合の表面温度プロファイルである。
【００２４】
図３の実線で示した表面温度プロファイルで冷却したフェロマンガンの窒素濃度は、破線で示した表面温度プロファイルで空気冷却したフェロマンガンの窒素濃度よりも低かった。上述したように、高温の溶融マンガンおよび８００℃以上の凝固したマンガンは、窒素の吸収速度が速い。このため、少なくとも、空気と接触し得る鋳型３０から露出したフェロマンガン表面の最高温度を、脱炭精錬が終了した時点から１５分以内に８００℃以下になるように冷却する。これにより、マンガンが吸収する窒素量は少なくなり、中低炭素フェロマンガンの窒素濃度を３００ｐｐｍ以下に低減できる。散水冷却する場合の冷却水量は、鋳型３０に出湯された中低炭素フェロマンガン溶湯の冷却実験を予め行うことで定めてよい。フェロマンガンの窒素濃度を低減させるには、脱炭精錬が終了した時点からフェロマンガン表面の最高温度が８００℃以下になるまでの時間を短くすることが好ましい。このため、空気と接触し得る鋳型３０から露出したフェロマンガン表面の最高温度を脱炭精錬が終了した時点から１０分以内に８００℃以下にすることがより好ましい。
【００２５】
以上、説明したように、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、高炭素フェロマンガンから窒素濃度の低い中低炭素フェロマンガンを製造できる。さらに、フェロマンガンの珪素濃度が０．０１質量％以上０．５質量％以下になるように、珪素含有合金原料を中低炭素フェロマンガン溶湯２１に添加することで、中低炭素フェロマンガンの珪素濃度を０．５質量％以下に維持しつつ、さらに中低炭素フェロマンガンの窒素濃度を安定して低減できる。
【００２６】
本実施形態の説明において、脱炭精錬後の中低炭素フェロマンガン溶湯２１に、珪素含有合金原料を添加する例を示したが、これに加えて、フェロマンガン冷材を投入してもよい。これにより、中低炭素フェロマンガン溶湯２１の温度を急速に低下させることができる。さらに、投入するフェロマンガン冷材として窒素濃度の低いフェロマンガン冷材を用いることが好ましい。これにより、当該冷材によって持ち込まれる窒素が少なくなり、中低炭素フェロマンガンの窒素濃度の増加を抑制できる。
【実施例】
【００２７】
（実施例１）
竪型製錬炉で還元製錬された高炭素フェロマンガン溶湯２６ｔを、図１に示した反応容器１０と同じ反応容器へ装入して脱炭精錬を実施した。反応容器へ装入された高炭素フェロマンガンの成分は、Ｍｎ：７３．５質量％、Ｆｅ：１９．０質量％、Ｓｉ：０．４質量％、Ｃ：７．０質量％、Ｐ：０．０１３質量％であり、反応容器へ装入した後の温度は１３５０℃であった。【００２８】
反応容器において、底吹き羽口から０．０７Ｎｍ３／ｔ・ｍｉｎの供給量でアルゴンガスを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１．５Ｎｍ３／ｔ・ｍｉｎの酸素供給速度でフェロマンガン溶湯に吹きつけて脱炭精錬を実施した。酸素供給量がメタルトン当たり８０Ｎｍ３になった時点で、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。【００２９】
脱炭精錬終了後、成分が、Ｍｎ：７５．３質量％、Ｆｅ：２３．２質量％、Ｓｉ：０．３質量％、Ｃ：１．０質量％、Ｐ：０．０１４質量％、Ｎ：３１０ｐｐｍのフェロマンガン冷材を、溶解後の溶湯温度が約１５５０℃になるように添加した。その後、フェロマンガン溶湯を鋳型に出湯し、図３に示した実線の表面温度プロファイルに従ってフェロマンガン溶湯を散水冷却した。これにより、鋳型から露出しているフェロマンガン表面の最高温度は、脱炭精錬終了から９分で８００℃以下になった。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：０．０１４質量％、Ｎ：２２０ｐｐｍであった。
（実施例２）
実施例１と同じ条件で脱炭精錬を行い、脱炭精錬終了後に成分が、Ｍｎ：７５．３質量％、Ｆｅ：２３．２質量％、Ｓｉ：０．３質量％、Ｃ：１．０質量％、Ｐ：０．０１４質量％、Ｎ：３１０ｐｐｍのフェロマンガン冷材と、成分がＳｉ：７５．０質量％、Ｆｅ：２４．５質量％のフェロシリコンと、をフェロマンガン溶湯に添加した。フェロマンガン溶湯に添加したフェロシリコンの添加量は、低炭素フェロマンガンの珪素濃度が０．５質量％となる量であり、フェロマンガン冷材の添加量は、フェロマンガン冷材を溶解した後の溶湯温度が約１５５０℃になる量である。【００３０】
添加したフェロマンガン冷材とフェロシリコンとを溶解させて、溶湯温度を約１５５０℃としたフェロマンガン溶湯を鋳型に出湯し、図３に示した実線の表面温度プロファイルに従ってフェロマンガン溶湯を冷却した。これにより、鋳型から露出しているフェロマンガン表面の最高温度は、脱炭精錬終了から９分で８００℃以下になった。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：０．５質量％、Ｃ：１．０質量％、Ｐ：０．０１４質量％、Ｎ：２００ｐｐｍであった。
（比較例１）
底吹き羽口からのアルゴンガスの吹き込み量を０．０６Ｎｍ３／ｔ・ｍｉｎとしたこと以外は同じ条件で脱炭精錬を行ない、脱炭精錬終了後に成分がＭｎ：７５．３質量％、Ｆｅ：２３．３質量％、Ｓｉ：０．３質量％、Ｃ：１．０質量％、Ｐ：０．０１４質量％、Ｎ：３１０ｐｐｍのフェロマンガン冷材を添加し、フェロシリコンは添加しなかった。【００３１】
添加したフェロマンガン冷材を溶解させて、溶湯温度を約１５５０℃としたフェロマンガン溶湯を鋳型に出湯し、図３に示した破線の表面温度プロファイルに従って、フェロマンガン溶湯を冷却した。これにより、鋳型から露出しているフェロマンガン表面の最高温度は、脱炭精錬終了から２３分で８００℃以下に低下した。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：２３．３質量％、Ｓｉ：０．３質量％、Ｃ：１．０質量％、Ｐ：０．０１４質量％、Ｎ：３１０ｐｐｍであった。【００３２】
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で低炭素フェロマガンを製造することで、珪素濃度０．５質量％以下であって、３００ｐｐｍ以下の窒素濃度の低い中低炭素フェロマンガンを製造できることがわかる。【００３３】
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、中炭素フェロマンガンも低炭素フェロマンガンと同様に製造できる。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、珪素濃度が０．０１質量％以上０．５質量％以下であって、窒素濃度が３００ｐｐｍ以下の中低炭素フェロマンガンが製造できることが確認できた。
【符号の説明】
【００３４】
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  アルゴンガス
２８  樋
３０  鋳型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2018123808.tif 000006
2018123808.tif 000007
2018123808.tif 000008