鉱石中のマンガンを鋼に直接入れる「直接合金化」の最適条件を体系化~日印連携研究でプロセス設計の指針を提示~

2026-02-09 東北大学

東北大学多元物質科学研究所とインド工科大学ハイデラバード校(IIT Hyderabad)の国際共同研究チームは、マンガン鉱石中のマンガンを鋼に直接添加する「直接合金化」プロセスの最適条件を体系的に明らかにした。マンガンは鋼の強度や靱性を高める重要元素だが、従来は合金鉄製造を経るため工程中の損失が大きい課題があった。本研究では副原料投入の設計に着目し、その物性がマンガンの反応性や損失挙動に強く影響することを解明。条件を最適化することで、鋼中へのマンガン回収率を大幅に向上できることを示した。これにより原料投入量やロス削減が可能となり、製造コスト低減と環境負荷低減の両立が期待される。本成果は持続可能な鉄鋼製造に向けた実践的指針を提供する。

鉱石中のマンガンを鋼に直接入れる「直接合金化」の最適条件を体系化~日印連携研究でプロセス設計の指針を提示~
図1. 鋼へのマンガンの添加方法。従来法と比べ新製造法はマンガンを鋼に添加するまでの工程を省略できるが、効率的にマンガンを添加できる条件の探査が不十分であった。

<関連情報>

中マンガン鋼を生産するための持続可能な直接マンガン合金化法 Sustainable Direct Mn Alloying Practice to Produce Medium Mn Steel

Kakara Sripushpa,Elizaveta Cheremisina,Ryo Inoue,Takayuki Iwama,Shigeru Ueda & Ashok Kamaraj
Journal of Sustainable Metallurgy  Published:23 January 2026
DOI:https://doi.org/10.1007/s40831-026-01420-3

Abstract

Manganese alloying via. direct reduction of MnO in ladle refining slag is a promising alternative to energy and cost intensive conventional ferroalloy production methods. This study explores the aluminothermic reduction of MnO in CaO–SiO2–Al2O3–MgO slag under varying CaO/SiO2 ratios, Al2O3 content, and stoichiometric addition of aluminum for 4 and 8 mass% Mn concentrations in molten iron. The results showed that the slag containing 30 mass% Al2O3 suppressed Mn volatilization, whereas Al2O3-free slags exhibited a faster MnO reduction but a larger vaporization loss. On the other hand, the slag with CaO/SiO2 ratio of 2 without second-phase precipitation, facilitating enhanced slag–metal separation and reduced metal droplet suspension, showed significant improvement in Mn recovery of 68%. Furthermore, excessive Al addition leads to higher Mn loss. An empirical equation for Mn loss was developed to correlate Mn loss with factors such as slag basicity, Al2O3 content, Mn distribution ratio between slag and metal, and the amount of aluminum added.

0701鉄鋼生産システム
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