(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶銑予備処理を行う高炉溶銑の精錬方法であって、少なくとも脱珪工程、脱燐工程及び脱炭工程を、この順序で行う溶銑精錬方法において、
前記脱珪工程での高炉溶銑の脱珪処理においては、溶銑精錬工程で投入すべき全マンガン源のうちの少なくとも一部を投入し、溶銑中のマンガン濃度を高めるとともに、溶銑の珪素濃度を０．１０重量％以下とし、且つ脱珪処理の少なくとも一部を脱珪処理容器を用いて行い、該脱珪処理容器を用いた脱珪処理においては、溶銑をガス撹拌するとともに、脱珪処理容器内に脱珪剤として気体酸素（但し、酸素含有ガスの場合を含む）又は気体酸素（但し、酸素含有ガスの場合を含む）と酸化鉄を添加し、
前記脱燐工程においては、石灰を主成分とする脱燐剤を用い、３０ｋｇ／Ｔ以下のスラグ量で脱燐処理を行うことにより、溶銑中の燐濃度を実質的に製品の燐濃度レベルまで低減させることを特徴とする溶銑精錬方法。
【請求項２】
脱珪工程終了時のスラグ中（Ｔ．Ｆｅ）を５重量％以下とすることを特徴とする請求項１に記載の溶銑精錬方法。
【請求項３】
脱珪工程において、溶銑の珪素濃度を０．０５重量％以下とするとともに、脱珪工程終了時のスラグ中（Ｔ．Ｆｅ）を３重量％以下とすることを特徴とする請求項１または２記載の溶銑精錬方法。
【請求項４】
脱珪工程での脱珪処理容器を用いた脱珪処理においては、浸漬ランスを通じて、撹拌ガスとともに媒溶剤又は／及びマンガン源を溶銑中に吹き込むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶銑精錬方法。
【請求項５】
脱炭工程においては、新たに発生するスラグ量を１０ｋｇ／Ｔ以下にして吹錬を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の溶銑精錬方法。
【請求項６】
脱炭工程においては、前チャージで用いたスラグを残し、これを当チャージで用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の溶銑精錬方法。
【請求項７】
脱珪工程でのマンガン源の投入により、脱珪工程終了時における溶銑中のマンガン濃度を、高炉溶銑に対して０．２重量％以上増加させることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の溶銑精錬方法。
【請求項８】
脱珪工程でのマンガン源の投入量を、溶銑精錬工程で投入すべき全マンガン源量の７０重量％以上とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の溶銑精錬方法。
【請求項９】
脱珪工程で投入されるマンガン源が、マンガン鉱石、高マンガンスラグ、マンガン合金鉄の中から選ばれる１種または２種以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の溶銑精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、従来法に較べてマンガン合金鉄の使用量を低減できるとともに、省資源、省エネルギーで、且つスラグ等の発生物の量も極力少なくできる環境に優しい溶銑精錬方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉で製造された溶銑から鋼材を製造するには、溶銑に含まれる不純物成分を所定濃度まで低減するとともに、必要な成分を添加して鋼材として要求される成分組成に調整することが必要である。溶銑中に含まれる不純物成分としては、４重量％以上含まれる炭素のほか、燐、硫黄等があり、また、鋼材の要求成分としては強度や靭性を高めるマンガン、珪素等がある。
【０００３】
溶銑から燐や炭素を除くためには、溶銑をスラグと反応させたり、大量の酸素を添加して酸化反応を進行させる方法が採られるが、転炉を用いて炭素・燐を同時に除去していた従来の方法に対し、最近では溶銑段階で燐だけを事前に除去（溶銑予備脱燐処理）した後、転炉脱炭吹錬を行う方法が普及しつつある。また、このような転炉吹錬では、高価なマンガン合金鉄の使用量を節約するために、マンガン鉱石や高マンガンスラグなどのマンガン源が添加される。
【０００４】
この方法では、転炉吹錬において脱燐のために必要であったスラグの量を減らすことが可能になり、この結果、転炉吹錬終了時点でスラグからのマンガン還元率を高め、出鋼中または出鋼後に添加されるマンガン合金鉄の使用量を削減することができる。さらに最近では、転炉脱炭工程だけでなく、溶銑脱燐工程でもマンガン源の添加が行われ、これに伴い転炉脱炭工程後のマンガン歩留まりを効率的に高める方法が求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の方法では、添加されたマンガン源の一部が転炉脱炭工程や溶銑脱燐工程のスラグ中に残留し、マンガン歩留まりを高くすることが難しいという大きな問題がある。特に、転炉脱炭終点でマンガン歩留まりを高くすることは、溶鋼とスラグの反応原理上、非常に難しい。これは、転炉脱炭終点においては溶鋼中の炭素濃度が減少してスラグの酸化度が上昇するため、マンガンも酸化物となりやすく、マンガンのスラグ中への移行量が増えるためである。
【０００６】
また、マンガン酸化物を効率的に還元するために、スラグ塩基度を高めに制御する方法も採られているが、溶銑脱燐工程や転炉脱炭工程でマンガン鉱石を用いる場合、マンガン鉱石は酸化珪素（ＳｉＯ２）を主体とした脈石を含むため、この酸化珪素に応じて石灰の添加量が増え、このためスラグ量を減らすことは困難である。したがって、スラグ中のマンガン酸化物の濃度は減少しても、スラグ量が多くなるため、スラグ中に存在するマンガン量自体はそれほど減少しない。
したがって本発明の目的は、溶銑精錬工程において高いマンガン歩留まりが確保でき、これにより溶銑精錬段階で高いマンガン濃度を得ることができる溶銑精錬方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためには、溶銑精錬過程におけるマンガンの反応原理を十分に考慮した条件で精錬を行うことが重要であるが、それだけでなく、溶銑精錬プロセスでのスラグ量を如何に極限まで減少させ得るかなど、一貫プロセス全体の条件を考慮することも重要である。
【０００８】
マンガンの反応原理上、マンガンの酸化・還元を支配する要因には温度以外にスラグの酸素ポテンシャルがあり、マンガンの酸化を抑制してその損失（酸化によるスラグへの移行）を抑えるためにはスラグの酸素ポテンシャルを低くすることが重要である。ここで、転炉を用いた脱炭工程では酸素を吹錬して溶湯中の炭素を除去するためスラグ中の酸化鉄の量も増大し、吹錬終点でのスラグの酸素ポテンシャルは溶銑の精錬過程の中で最も高くなり、そのレベルは１０−１０ａｔｍ以上にもなる。一方、溶銑段階（脱炭工程前の段階）では炭素濃度が４重量％以上もあり、スラグの酸素ポテンシャルは１０−１６ａｔｍ程度と低い。さらに、高炉からの出銑段階では珪素を含有するため、酸素ポテンシャルはさらに安定して低位にある。このような溶銑段階での低い酸素ポテンシャルは、溶銑温度が若干低いというマンガン反応上の不利を十分補償できるレベルである。
【０００９】
したがって、マンガン源の添加は酸素ポテンシャルが低い脱炭工程前の溶銑、とりわけ脱燐工程前の溶銑に対して行うことが好ましい。特に、上述したようにマンガン源として安価なマンガン鉱石を用いる場合には、脈石中のＳｉＯ２量に応じた量の石灰を添加する必要があり、このことはスラグ量の削減（後述するようにスラグ量の削減はマンガン歩留まりの向上に有効である）には不利となるので、スラグの酸素ポテンシャルの低いプロセスの選定がさらに重要となる。
【００１０】
また、溶銑から鋼材を製造する一貫プロセスにおいてマンガン歩留まりを高くしようとした場合、プロセス中でのマンガン源の添加時期の選択だけでなく、その後の工程でのマンガンの損失を最少限に抑えることが重要である。マンガン源の添加後に還元性の精錬のみを行う場合には、マンガンの酸化は防止できるためスラグへのマンガンの損失は少なくできる。一方、マンガン源の添加後に酸化精錬を行うことが避けられない場合には、上述したマンガン反応の原理に則り酸素ポテンシャルを下げた精錬を行い、スラグ中へのマンガンの分配量を低下させることが先ず必要である。これに関しては、スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）を可能な限り下げることや、スラグの塩基度を制御することが有効である。
【００１１】
また、スラグとメタルのマンガン分配比と同様に重要なのは、スラグ量である。マンガンの物質収支から見た場合、スラグ量は上記分配比と同じ比率でマンガン損失に対して影響し、分配比を二分の一にすることは、スラグ量を二分の一にすることと等価である。
このようにマンガン添加後においては、スラグの酸素ポテンシャルを低くし、且つスラグ量を少なくできる精錬プロセスであることが、一貫プロセス全体でのマンガン歩留まりを高めるための必要条件となる。
【００１２】
本発明は、上述したような基本的な設計思想の下になされたもので、その特徴は以下の通りである。
［1］溶銑予備処理を行う高炉溶銑の精錬方法であって、少なくとも脱珪工程、脱燐工程及び脱炭工程を、この順序で行う溶銑精錬方法において、
前記脱珪工程での高炉溶銑の脱珪処理においては、溶銑精錬工程で投入すべき全マンガン源のうちの少なくとも一部を投入し、溶銑中のマンガン濃度を高めるとともに、溶銑の珪素濃度を０．１０重量％以下とし、且つ脱珪処理の少なくとも一部を脱珪処理容器を用いて行い、該脱珪処理容器を用いた脱珪処理においては、溶銑をガス撹拌するとともに、脱珪処理容器内に脱珪剤として気体酸素（但し、酸素含有ガスの場合を含む）又は気体酸素（但し、酸素含有ガスの場合を含む）と酸化鉄を添加し、
前記脱燐工程においては、石灰を主成分とする脱燐剤を用い、３０ｋｇ／Ｔ以下のスラグ量で脱燐処理を行うことにより、溶銑中の燐濃度を実質的に製品の燐濃度レベルまで低減させることを特徴とする溶銑精錬方法。
［2］上記［1］の溶銑精錬方法において、脱珪工程終了時のスラグ中（Ｔ．Ｆｅ）を５重量％以下とすることを特徴とする溶銑精錬方法。
［3］上記［1］または［2］の溶銑精錬方法において、脱珪工程において、溶銑の珪素濃度を０．０５重量％以下とするとともに、脱珪工程終了時のスラグ中（Ｔ．Ｆｅ）を３重量％以下とすることを特徴とする溶銑精錬方法。
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの溶銑精錬方法において、脱珪工程での脱珪処理容器を用いた脱珪処理においては、浸漬ランスを通じて、撹拌ガスとともに媒溶剤又は／及びマンガン源を溶銑中に吹き込むことを特徴とする溶銑精錬方法。
【００１３】
［5］上記［1］〜［4］のいずれかの溶銑精錬方法において、脱炭工程においては、新たに発生するスラグ量を１０ｋｇ／Ｔ以下にして吹錬を行うことを特徴とする溶銑精錬方法。
［6］上記［1］〜［5］のいずれかの溶銑精錬方法において、脱炭工程においては、前チャージで用いたスラグを残し、これを当チャージで用いることを特徴とする溶銑精錬方法。
［7］上記［1］〜［6］のいずれかの溶銑精錬方法において、脱珪工程でのマンガン源の投入により、脱珪工程終了時における溶銑中のマンガン濃度を、高炉溶銑に対して０．２重量％以上増加させることを特徴とする溶銑精錬方法。
【００１４】
［8］上記［1］〜［7］のいずれかの溶銑精錬方法において、脱珪工程でのマンガン源の投入量を、溶銑精錬工程で投入すべき全マンガン源量の７０重量％以上とすることを特徴とする溶銑精錬方法。
［9］上記［1］〜［8］のいずれかの溶銑精錬方法において、脱珪工程で投入されるマンガン源が、マンガン鉱石、高マンガンスラグ、マンガン合金鉄の中から選ばれる１種または２種以上であることを特徴とする溶銑精錬方法。
【００１６】
また、本発明のより好ましい形態は以下の通りである。
［10］上記［1］〜［9］のいずれかの溶銑精錬方法において、脱燐工程において、２０ｋｇ／Ｔ以下のスラグ量で脱燐処理を行うことを特徴とする溶銑精錬方法。
［11］上記［1］〜［10］のいずれかの溶銑精錬方法において、脱炭工程において、実質的に媒溶剤を使用せず、前チャージまたはそれ以前のチャージに生成したスラグを主として使用することを特徴とする溶銑精錬方法。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細をその限定理由とともに説明する。
本発明法は、溶銑予備処理を行う高炉溶銑の精錬方法であって、少なくとも脱珪工程、脱燐工程及び転炉型容器を用いた脱炭工程をこの順序で行う溶銑精錬方法である。
高炉から出銑された溶銑は、まず脱珪工程において脱珪処理されるが、この脱珪工程では、溶銑精錬工程で投入すべき全マンガン源のうちの少なくとも一部、好ましくは７０重量％以上のマンガン源を投入する。
【００１８】
先に述べたように、この脱珪工程ではスラグの酸素ポテンシャルが低いためマンガンの酸化が抑制され、しかも、処理時のスラグ塩基度が比較的低いため、マンガン源（マンガン鉱石の場合）から脈石として混入するＳｉＯ２に対して添加される石灰の量は少なくてよく、このため生成するスラグ量も低く抑えられる。この結果、添加したマンガン源の溶銑中への歩留まりを非常に高くすることが可能である。
【００１９】
したがって、溶銑精錬工程で投入すべき全マンガン源のうちの相当量（好ましくは７０重量％以上）を、このような酸素ポテンシャルが低い脱珪工程で投入することは、マンガン源の高歩留まりを確保する上で非常に有効である。
投入するマンガン源としては、マンガン鉱石、高マンガンスラグ、マンガン合金鉄の中から選ばれる１種または２種以上を利用できるが、上述したようにこの脱珪工程ではマンガン鉱石を投入した場合でも高いマンガン歩留まりが得られるため、熱的な制約などの特別な理由がない限り、脈石分は少ないが高価なマンガン合金鉄を用いる必要はなく、脈石分を比較的多く含有するが安価なマンガン鉱石や高マンガンスラグを使用した方が工業上は有利である。
【００２０】
また、この脱珪工程では溶銑中珪素濃度０．１０％以下、好ましくは０．０５重量％以下まで脱珪処理する。これにより、後に行われる脱燐工程において脱燐のために必要な高塩基度のスラグの量を十分に低減させることができる。
一般に、高炉から出銑された溶銑は鋳床を経由して溶銑鍋等の容器に注湯及び貯留されるが、脱珪処理は鋳床での脱珪、容器内での脱珪処理のいずれか、若しくはその両方を実施してよい。容器内での脱珪処理では、処理容器として溶銑鍋や装入鍋等の取鍋、トピードカー（混銑車）、その他の脱珪専用容器等が用いられる。したがって、マンガン鉱石等のマンガン源の添加は、鋳床、溶銑鍋等の容器への注湯時、容器内での処理時等のいずれで行ってもよい。また、その添加方法としては、溶湯流や溶湯浴面上への上置きや浴中への吹き込みのいずれでもよい。
【００２１】
脱珪処理では脱珪剤として酸素源が添加され、また、必要に応じて媒溶剤として焼石灰などのＣａＯ分が添加され、スラグの塩基度が調整される。酸素源としては、固酸（通常、鉄鉱石、ミルスケール等の酸化鉄）または気酸（気体酸素または酸素含有ガス）のいずれを用いてもよく、また両者を併用してもよい。
【００２２】
脱珪処理では溶銑をガス撹拌等により十分に撹拌することが、脱珪効率及びマンガン源のマンガン歩留を高める上で有効である。この点、取鍋等の容器内で行う脱珪処理は、その溶銑保持形状のために溶銑を十分に撹拌できるため、他の方法（例えば、鋳床での脱珪処理）よりも効率が良い。したがって、特に優れた脱珪効率及びマンガン源のマンガン歩留を得るためには、取鍋等の容器内での脱珪処理を実施するか、或いは鋳床脱珪を実施した後、容器内での脱珪処理を実施するのが好ましい。このような容器としては、媒溶剤、脱珪剤、マンガン源等の供給機能と溶銑の撹拌機能を備えたものであればよく、先に述べた溶銑鍋等の取鍋やこれに類似した形状の脱珪専用容器のいずれでもよい。
【００２３】
なお、脱珪処理を鋳床と容器内の両方で実施する場合において、鋳床での脱珪処理においてマンガン源を添加した場合には、マンガン鉱石中のマンガンのメタルへの回収をより完全に行わせるために、鋳床での脱珪処理と容器内での脱珪処理間における排滓はなるべく行わない方が好ましい。一方、マンガン源の添加を容器内での脱珪処理でのみ行う場合には、鋳床での脱珪処理と容器内での脱珪処理間における排滓は任意であるが、容器内での脱珪処理時のスラグ量を削減するという観点からは排滓を行うのが好ましい。
【００２４】
図１は、溶銑鍋１を用いた脱珪処理状況の一例を模式的に示しており、この例では溶銑鍋１内に送酸ランス２を通じて気酸（気体酸素または酸素含有ガス）が吹き込まれるとともに、浸漬ランス３を通じて撹拌ガスや石灰粉等の媒溶剤が溶銑中に吹き込まれ、さらに必要に応じて固体原料（例えば、焼結粉やミルスケール等の固酸）が鍋上方の原料投入装置４から上置き装入できるようになっている。このような溶銑鍋１内の溶銑に対してマンガン源を投入する場合、浸漬ランス３を通じた吹き込み、鍋上方からの上置き装入のいずれでもよく、また、その両方を併用することもできる。
【００２５】
また、スラグの酸素ポテンシャルを低減させて、投入されたマンガン源の還元を効果的に促進させるためには、容器内に脱珪剤である酸素源を添加しつつ、溶銑を撹拌することにより、脱珪工程終了時のスラグ中（Ｔ．Ｆｅ）を５重量％以下とすることが好ましい。脱珪工程終了時のスラグ中（Ｔ．Ｆｅ）が５重量％を超えると、スラグの酸素ポテンシャルが高くなり過ぎるため、マンガン源の還元を効果的に促進させることができない。
【００２６】
以上のようにして行われる脱珪処理により、高炉溶銑よりもマンガン濃度が高められ、且つ珪素濃度が０．１０重量％以下、好ましくは０．０５重量％以下まで低減された低珪素溶銑を得る。
また、脱珪工程終了時の溶銑中のマンガン濃度は、高炉溶銑に対して０．２重量％以上増加していることが好ましい。これは、一貫プロセスの中でスラグの酸素ポテンシャルが最も低い脱珪処理において積極的に溶銑中マンガン濃度を上昇させておくことが有利だからである。
【００２７】
前記脱燐工程では、上記のようにマンガン濃度が高められた低珪素溶銑に対して、３０ｋｇ／Ｔ（溶銑ｔｏｎ）以下、好ましくは２０ｋｇ／Ｔ以下のスラグ量で脱燐処理を行い、溶銑中の燐濃度を実質的に製品の燐濃度レベルまで低減させる。
この脱燐工程では、脱燐に有利な低温処理を可能とするために溶銑の脱炭を最小限に抑さえ、処理後メタルの炭素濃度を高く維持するものであるから、メタルの酸素ポテンシャルが低く、それに伴い処理後スラグの（Ｔ．Ｆｅ）を低くできる。このためスラグの酸素ポテンシャルの問題は比較的少ないが、スラグへのマンガン損失を抑制するにはスラグ量を極力少なくした精錬を行う必要があり、スラグ量が３０ｋｇ／Ｔを超えるとスラグへのマンガン損失が増大し、マンガン歩留まりの向上を図る本発明の目的が損なわれる。脱燐処理される溶銑が珪素濃度０．１０重量％以下、好ましくは０．０５重量％以下の低珪素溶銑であることは、スラグ量の低減化に有効である。
【００２８】
少ないスラグ量で効率的な脱燐処理を行うためには脱燐能が高いスラグを生成させる必要がある。このためにはスラグの塩基度を高めることが必要であり、したがって、脱珪スラグ等の混入は極力抑制することが好ましい。
脱燐工程では、機械式排滓装置や手作業等より前工程で生じたスラグを分離した溶銑を溶銑鍋等の取鍋、トピードカー、転炉型容器等を用いて脱燐処理するが、使用する容器に特別な制約はなく、場合によっては、同一容器内で前記脱珪処理と脱燐処理を順次実施してもよい。
【００２９】
通常、脱燐処理では石灰を主成分とする脱燐剤が用いられるが、その添加量は１５ｋｇ／Ｔ（溶銑ｔｏｎ）以下、望ましくは８ｋｇ／Ｔ以下とすることが好ましい。脱燐剤の添加量が１５ｋｇ／Ｔを超えると、生成するスラグ量が３０ｋｇ／Ｔを超えてしまう。
脱燐処理では、脱燐反応を効率的に行うために気酸（気体酸素または酸素含有ガス）および／または固酸（例えば、鉄鉱石、ミルスケール等の酸化鉄）を媒溶剤とともに添加（上置きまたはインジェクションによる添加）するが、スラグの過酸化を防止してマンガンの酸化を抑制するためには、十分な撹拌を行うことが好ましい。一般に、この撹拌は浸漬ランス等を利用したガス撹拌が行われる。
【００３０】
また、この脱燐工程でのマンガン源の投入も可能であるが、マンガン源によっては、脈石や含有成分としてＳｉＯ２やＳｉを含むため、多量には添加できない。これは、マンガン源を多量に添加した場合にはスラグに溶解したＳｉＯ２が塩基度を低下させてしまうため、脱燐に有利な高い塩基度を補償するには媒溶剤の追加が必要であり、このためスラグ量が増え、添加したマンガン源のメタル（溶銑）への歩留まりを高くできないためである。
【００３１】
前記脱炭工程では、上記脱珪処理と脱燐処理においてマンガン濃度が高められ且つ低燐化、低珪素化された溶銑を、転炉型容器を用いて新たに発生するスラグ量を１０ｋｇ／Ｔ（溶銑ｔｏｎ）以下にして脱炭処理が行われる。
この脱炭工程では、炭素濃度が低下するにしたがって処理後スラグの酸素ポテンシャルが高くなることは従来と同様に避けがたい。しかし、本発明法においては、事前の脱燐工程において溶銑中の燐濃度は実質的に製品の燐濃度レベルまで低下しているため、脱炭工程では実質的な脱燐は必要とされない。さらに、溶銑中のマンガン濃度も事前に十分に高めておくことができるため、マンガン源、特にＳｉＯ２の混入源となるマンガン鉱石の投入量は実質的ゼロか、若しくは投入する場合でも最小限の量に抑えることができる。
【００３２】
これらのためにスラグ塩基度を調整するための石灰の投入もほとんど必要がなく、このためスラグの発生量を１０ｋｇ／Ｔ以下の最小限に抑えることができる。このため前チャージのスラグを用いても、当チャージ中のスラグの塩基度低下などの組成の劣化がなく、実質的にスラグを半永久的に繰り返し使用でき、この意味でパーマネントスラグ化が可能である。この結果、前チャージの吹錬中に生じたマンガン損失分は次チャージ以降で回収することが可能となる。このように本発明法では、脱炭工程におけるスラグ自体の酸素ポテンシャルが高いにもかかわらず、脱炭工程でのマンガン損失を実質的にほとんど無くすことができる。
【００３３】
上述したように脱炭工程では脱燐の必要がほとんどないため、吹錬時に生成する酸化鉄の希釈材としてや、浴面からの粒滴の飛散や放熱を抑制するために多少のカバースラグは必要であるが、媒溶剤で生成させるスラグ量は極く少量でよい。また、スラグの精錬能が必須ではなく、スラグ組成の多少の変動も問題ないため、上述したように炉内へのスラグ残し操業などによりスラグを繰り返し使用すること、すなわち、実質的に媒溶剤を使用せず、前チャージまたはそれ以前のチャージに生成したスラグを主として使用することも可能である。
【００３４】
この脱炭工程では、必要に応じてマンガン源の添加（溶銑精錬工程で投入すべき全マンガン源のうち、脱珪工程で添加されなかった残量）が行われるが、脱珪工程においてマンガン濃度を十分に高めておくことにより、マンガン源の投入量を実質的ゼロか、若しくは投入する場合でも最小限の量に抑えることができる。脱炭工程で添加できるマンガン源としても、脱珪工程と同様、マンガン鉱石、高マンガンスラグ、マンガン合金鉄の中から選ばれる１種または２種以上を利用できるが、高価なマンガン合金鉄の使用量を節減するという点からは、マンガン鉱石や高マンガンスラグを用いることが好ましい。
【００３５】
また、脱炭工程で添加されるマンガン源は、溶銑精錬工程で投入すべき全マンガン源の量の３０重量％未満とすることが好ましい。脱炭工程におけるマンガン源の投入量が３０重量％以上となると、マンガン源（特に、マンガン鉱石）から混入するＳｉＯ２量に応じて石灰の添加量を増やす必要があるため、その分スラグ量が増大してスラグ発生量が１０ｋｇ／Ｔを超えるような場合も生じ、脱炭工程でのマンガン損失が抑制できなくなる。
以上のように本発明法によれば、溶銑精錬工程において高い歩留まりで溶銑中のマンガン濃度を高めることができ、このため出鋼中や出鋼後に添加されるマンガン合金鉄の使用量を従来に較べて大幅に削減することができる。
【００３６】
【実施例】
［実施例１］
高炉から出銑された溶銑に対し、鋳床脱珪−鍋脱珪（溶銑鍋での脱珪）−転炉脱燐−転炉脱炭を行う一連の工程での溶銑の精錬を行った。
マンガン源としては、マンガン濃度：４８重量％、ＳｉＯ２濃度：６重量％のマンガン鉱石を用い、大部分の実施例においては、鋳床脱珪工程および／または鍋脱珪工程においてマンガン鉱石の塊状物を上投入により添加するとともに、転炉脱炭工程においても工程初期に炉内に上投入によって添加した。また、一部の実施例（比較例）では、転炉脱炭工程においてのみマンガン鉱石を添加した。
全溶銑精錬工程でのマンガン源の添加量は、溶銑ｔｏｎ当たり約１２ｋｇで一定とした。
【００３７】
マンガン鉱石中の酸素を脱珪反応に利用するため、鋳床脱珪工程においてマンガン源を添加した場合には鋳床脱珪工程と鍋脱珪工程との間での排滓は行わず、溶銑と反応させた。鍋脱珪工程では、浸漬ランスから約０．０１Ｎｍ３／ｍｉｎ・Ｔ（溶銑ｔｏｎ）の供給量で窒素ガスを浴中に吹き込んで、溶銑を撹拌するとともに、スラグ反応を進行させた。また、必要とする脱珪量に応じて気体酸素や酸化鉄を添加した。
脱珪終了時のスラグの（Ｔ．Ｆｅ）は、一部の実施例では５重量％を超える濃度であったが、大部分の実施例では、鋳床での上置き添加後の落下流による撹拌とその後の溶銑鍋でのガス撹拌によってスラグを強化することにより、これを５重量％以下とした。
【００３８】
鋳床脱珪工程および鍋脱珪工程により溶銑の珪素濃度を所定のレベルまで低下させた後、生成スラグを排滓し、次いで溶銑脱燐を行う転炉に溶銑を装入した。脱燐のための石灰量は、装入された溶銑の珪素濃度に応じ決められるため、珪素濃度が低い溶銑の場合は石灰投入量は少なく、このため生成した脱燐スラグ量にも差が生じた。本実施例では、石灰の投入によりスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）をほぼ４．５に調整した。また、脱燐処理終点のスラグの酸化度を低位とすることによりスラグへのマンガン損失を少なくするため、スラグ中の全酸化鉄濃度の指標である（Ｔ．Ｆｅ）濃度を５重量％以下とした。
【００３９】
転炉での脱燐処理が終了した溶銑は、一旦溶銑鍋に出湯した後、別の転炉に再装入し、最終脱炭を主目的とした処理を行った。この脱炭処理では炉底部から約０．１Ｎｍ３／ｍｉｎ・Ｔ（溶銑ｔｏｎ）の供給量で窒素またはアルゴンガスを吹き込んで溶銑の撹拌を行いつつ、上部から送酸を行った。この脱炭工程では、スラグの塩基度が３．５に調整されるよう、混入するＳｉＯ２量に対して石灰源を添加した。脱炭処理後のスラグは全量排滓せず、炉内に１５〜４５ｋｇ／Ｔ（溶銑ｔｏｎ）相当のスラグが残留する状態で処理を連続して行った。
【００４０】
この脱炭処理では、前チャージの処理で用いたスラグを残し、これを当該チャージで使用したため、スラグ中のマンガン源も継続して利用でき、基本的にはマンガンの損失がない条件で処理を行った。すなわち、この脱炭工程で装入されたマンガン鉱石から混入するＳｉＯ２量に応じて新たに増量されたスラグへのマンガン分配分が、マンガン損失として生じる条件であった。
【００４１】
また、本発明例の脱炭工程では新たに発生したスラグ量を１０ｋｇ／Ｔ（溶銑ｔｏｎ）以下として吹錬した。この新たに発生したスラグは、この工程で発生するＳｉＯ２分に対してスラグの塩基度補償するために添加される石灰と、酸化度に応じて分配される酸化鉄分、マンガン分などを主体としたものである。上記のように事前に脱燐工程で燐を除去しているため、脱炭工程では脱燐のためのスラグは実質的に不要であり、しかも全マンガン源添加量の一部を脱珪工程で添加しているため脱炭工程でのマンガン源の添加および発生するＳｉＯ２分を少なくでき、この結果、石灰、酸化鉄、マンガン分などで形成されるスラグ量を少なくできる。
一方、一部の比較例（表１のＮｏ．５）のように全マンガン源を転炉での脱炭工程で添加した場合には、脱炭工程で新たに発生するスラグは１０ｋｇ／Ｔを僅かに超えた。
脱炭工程終了時の溶鋼中炭素濃度は略０．０８重量％であり、溶鋼温度は約１６５０℃に制御した。
【００４２】
本実施例における一連の処理条件とマンガンの総合歩留まりを表１に示す。
表１によれば、鋳床及び溶銑鍋での脱珪処理後の珪素濃度が高い比較例（実施例Ｎｏ．１、Ｎｏ．２）では、その後の脱燐処理でのマンガン損失が大きく、鋳床や溶銑鍋での脱珪工程でマンガン源を添加することによる効果はほとんどない。これに対して鋳床及び溶銑鍋での脱珪処理後の珪素濃度が０．１０重量％以下と低い本発明例の場合には、脱燐工程でのスラグ量も少なくでき、マンガン損失を効果的に抑制することができる。さらに、実施例Ｎｏ．１３、Ｎｏ．１４のように珪素濃度を０．０５重量％以下とし、脱珪工程終点でのスラグの（Ｔ．Ｆｅ）を３重量％以下とすることにより、さらに高いマンガン歩留まりが得られている。
【００４３】
また、実施例Ｎｏ．３、Ｎｏ．４のようにマンガン源の投入割合を脱炭工程で大きくすると、マンガン源から混入するＳｉＯ２量に応じた量の石灰を投入する必要が生じるためスラグ量が確実に増加し、このためマンガンの損失を抑制できなくなる。
マンガン源の添加は、処理時のスラグの塩基度を３以上と高くするためにスラグ量が多くなる脱燐工程や脱炭工程（脱燐工程での脱燐能力を高めるためや脱炭工程でのスラグ／メタルへのマンガン分配比を低下させるために、これらの工程ではスラグの塩基度を高める必要があり、そのために石灰源を多く添加することになるためスラグ量が多くなる。）での投入割合が多くなることを避けるようにすれば、鋳床脱珪工程、鍋脱珪工程のいずれで投入しても構わない。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
［実施例２］
高炉溶銑を溶銑鍋に受銑後、脱珪処理し、次いで脱燐及び脱炭を転炉で行った。
マンガン源としては、マンガン濃度：５０重量％のマンガン鉱石かマンガン濃度：２６重量％の高マンガンスラグを用い、マンガン源は溶銑鍋での脱珪工程時にのみに添加した。マンガン源の添加量は、溶銑ｔｏｎ当たり１０ｋｇで一定とした。溶銑鍋内へのマンガン源の添加は上置きまたはインジェクションで行った。
【００４６】
本実施例における一連の処理条件とマンガンの総合歩留まりを表２に示す。
なお、表２に示す添加方法の具体的内容は以下の通りである。
インジェクション１：２本の浸漬ランスからそれぞれ毎分１Ｎｍ３の撹拌ガスを吹き込むとともに、合計で毎分０．２５ｋｇ／Ｔ（溶銑ｔｏｎ）のマンガン源をインジェクションした。
インジェクション２：２本の浸漬ランスからそれぞれ毎分１Ｎｍ３の撹拌ガスを吹き込むとともに、合計で毎分０．５０ｋｇ／Ｔ（溶銑ｔｏｎ）のマンガン源をインジェクションした。
上置き１：マンガン源を上置き装入するとともに、２本の浸漬ノズルからそれぞれ毎分１Ｎｍ３の撹拌ガスを吹き込んだ。
上置き２：マンガン源を上置き装入するとともに、１本の浸漬ノズルから毎分１Ｎｍ３の撹拌ガスを吹き込んだ。
【００４７】
表２によれば、実施例１の結果と同様に、脱珪処理終了時のスラグの（Ｔ．Ｆｅ）を低下させ、この時点までに装入されたマンガンの歩留まりを高めることができれば、その後の脱燐及び脱炭工程でのマンガン損失を少なくでき、溶銑精錬工程全体でのマンガン歩留まりを高くすることが可能である。これは、脱珪処理終了までに溶銑中のマンガン濃度を高めておけば、後工程においてマンガン源から混入するＳｉＯ２に応じた石灰源を投入する必要が無くなり或いは投入量を低減できるため、スラグ量を極力少なくすることができ、マンガン分配が一定の場合、スラグ量が少ないほどマンガン損失が少なくできるためである。すなわち、マンガン歩留が高い脱珪工程においてマンガン濃度を高め、後工程でのマンガン損失を極少とすることで、全体でのマンガン歩留を高めることができる。
【００４８】
また、脱珪工程で投入されるマンガン源の種類に拘りなく、溶銑精錬工程全体で高いマンガン歩留まりを得ることが可能であるが、脱珪処理時にインジェクションの装入速度や撹拌強度を調整して最終のスラグ酸化度を低下することが有効である。
【００４９】
【表２】
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【００５０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明法によれば、鋼材に必要なマンガン成分の濃度を溶銑精錬段階において高い歩留まりで効果的に高めることができ、このため出鋼中や出鋼後におけるマンガン合金鉄の使用量を最小限に抑えることができ、さらに、スラグ等の発生物の量も極力低減させることができる。このため本発明法は、鉄鋼製造における省資源化や省エネルギー化、さらにはスラグ等の発生物の低減化、製造コストの低減化の面で優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶銑鍋を用いた脱珪処理状況の一例を模式的に示す説明図
【符号の説明】
１…溶銑鍋、２…送酸ランス、３…浸漬ランス、４…原料投入装置
【図１】
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