DE3330389A1

DE3330389A1 - Verfahren zur herstellung und verwendung einer amorphen mutterlegierung

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Publication number: DE3330389A1
Application number: DE19833330389
Authority: DE
Inventors: Takao Hamada; Toshihiro Inatani; Yo Ito; Hideshi Ichihara Katayama; Toshimitsu Koitabashi; Mitsuo Chiba Sumito; Yoshiyasu Takada; Nobuo Tsuchiya
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1982-08-27
Filing date: 1983-08-23
Publication date: 1984-03-08
Also published as: JPH0255499B2; DE3330389C2; US4505745A; FR2532330B1; JPS5938353A; FR2532330A1

Description

Verfahren zur Herstellung und Verwendung einer amorphen Mutterlegierung

Die Erfindung betrifft eine amorphe Mutterlegierung und Verfahren zur Herstellung und Verwendung derselben.

Amorphe Legierungen, die hauptsächlich aus Fe-B bestehen, weisen ausgezeichnete Eigenschaften als elektromagnetisches Material auf. Wenn beabsichtigt ist, diese amorphen Legierungen als Kernmaterial eines Transformators zu verwenden, beträgt der Eisenverlust etwa 1/3 desjenigen von konventionellen, kornorientierten Siliciumstahlblechen, sie werden bisher jedoch in der Praxis nicht verwendet.

Einer der Hauptgründe dafür ist der, daß die Kosten für diese amorphe Legierung ziemlich hoch sind, verglichen mit denjenigen des Siliciumstahlbleches. Da mindestens die Hälfte der Kosten für die Herstellung eines amorphen Bandes durch den Preis für Bor gegeben ist, ist es wichtig, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung

von Bor enth .Ltenden Materialien zu finden.

Elementares Bor ist teuer und als Ausgangsmaterial für die Herstellung einer amorphen Legierung nicht geeignet. Ferrobor kann nach einem Thermitverfahren mit Aluminium oder nach einem Elektroofenverfahren hergestellt werden. Das Thermitverfahren ist jedoch für amorphe Materialien nicht geeignet, weil Aluminium in Ferrobor enthalten ist, während bei dem Elektroofenverfahren ein Problem in bezug auf die hohen Energiepreise auftritt, weil dabei die Menge an verbrauchter elektrischer Energie groß ist.

Es wurde bereits ein Verfahren zur Herstellung eines geschmolzenen Metalls der Fe-B-Reihe durch Verwendung von Kohlenstoff als Reduktionsmittel ohne ein Metall, wie z.B. Al oder dgl., und ohne elektrische Energie vorgeschlagen, wie in der japanischen Offenlegungsschrift 58-77 509 beschrieben.

Diesbezüglich wurden weitere Untersuchungen gemacht mit dem Ziel, ein geschmolzenes Metall der Fe-B-Si-Reihe mit für ein amorphes Material geeigneten B- und Si-Gehalten und einem niedrigen C-Gehalt auf vorteilhafte Weise herzustellen.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Zusammensetzungsbereich der amorphen Mutterle

gierung, der amorphen Formbarkeit und der Sättigung smagnet is ie rung zeigt;

Fig. 2 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen den B-, Si- und C-Gehalten eines geschmolzenen

Metalls der Fe-B-Si-Reihe gemäß der Erfindung und den Zusamirensetzungsbereichen der amorphen Mutterlegierur g und des amorphen Ausgangsma-

terials zeigt;

Fig. 3a ein Diagramm, das die Beziehung zwischen

Fe₂O- und B in Atom-% zeigt; 5

Fig. 3b ein Diagramm, das die Beziehung zwischen ₂ Fe₃O₃ und Si in Atom-% zeigt;

Fig. 4 ein Systemdiagramm, das die Herstellung einer amorphen Mutterlegierung in einem Elektroofen ge

mäß der vorliegenden Erfindung erläutert;

Fig. 5 und 6 systematische Ansichten, welche die Herstellung der amorphen Mutterlegierung in einem Schmelz· reduktionsofen bzw. einem Schachtofen gemäß der

vorliegenden Erfindung erläutern; und

Fig. 7a und 7b Fließdiagramme, welche jeweils die Verarbeitung der amorphen Mutterlegierung zu einem amorphen Band gemäß der vorliegenden Erfindung

erläutern.

Was die Zusammensetzung des geschmolzenen Metalls der Fe-B-Si-Reihe (nachstehend als amorphes Ausgangsmaterial bezeichnet) für die Herstellung von amorphen Legierungsbändern angeht, so ist es aus vielen Untersuchungen bereits bekannt, daß B-, Si- und C-Gehalte jeweils innerhalb der nachfolgend angegebenen Bereiche geeignet sind:

1/4 < Si (Atom-%)/B (Atom-%) < 1, 16 < B (Atom-%) + 2/3 Si (Atom-%)< 25 und C (Atom-%)< 1

(1)

Bei der Herstellung eines amorphen Legierungsbandes ist es in der Regel wichtig, daß die amorphe Substanz zuerst geformt wird, daß die Sättigungsmagnetisierung als elektromagnetische Eigenschaft gut ist und daß die thermische Stabilität zur Vermeidung einer Kristallisation beim

Erhitzen des Produktes gut ist. Um eine gute amorphe Formbarkeit, wie in Fig. 1 dargestellt, zu erhalten, ist es erforderlich, daß die folgenden Beziehungen erfüllt sind:

Si (Atom-%)/B (Atom-%) > 1/4 und B (Atom-%) + 2/3 Si (Atom-%) > 16

wobei dann, wenn diese Beziehungen nicht erfüllt sind, die amorphe Formbarkeit abnimmt. Andererseits ist es zur Erzielung einer gegebenen Sättigungsmagnetisierung erforderlich, daß die folgenden Beziehungen erfüllt sind:

Si (Atom-%)/B (Atom-%) <1 und
β (Atom-%) + 2/3 Si (Atom-%) <25

wobei dann, wenn diese Beziehungen nicht erfüllt sind, die Sättigungsmagnetisierung abnimmt (schlechter wird). Darüber hinaus darf der C-Gehalt im Hinblick auf die thermische Stabilität nicht mehr als 1 Atom-% betragen.

Ferrobor, das in der Regel in einem Elektroofen hergestellt wird, enthält 10 bis 20 Gew.-% B und nicht mehr als 2 Gew.-% Si. Wenn dieses Ferrobor als Ausgangsmaterial zur Herstellung des amorphen Ausgangsmaterials mit dem Zusammensetzungsbereich der obigen Gleichung (1) verwendet wird, muß eine große Menge an metallischem Si als Si-Quelle zusätzlich zu dem geschmolzenen Stahl zugegeben werden. In diesem Falle erhöhen sich die Kosten für das amorphe Ausgangsmaterial, weil die Preise für das obige Ferrobor und das metallische Si hoch sind.

Es wurden nun Versuche durchgeführt in bezug auf die Herstellung von geschmolzenen Metallen der Fe-B-Reihe unter Verwendung insbesondere von Kohlenstoff als Reduktionsmittel in einem Schme".zreduktionsofen, in einem Hochofen oder in einem Elektroofen, und dabei wurde gefunden, daß zwischen den B-, 3i- und C-Gehalten eine Korrelation

-JtT-

besteht, wie sie in der Fig. 2 dargestel'Lt ist

Das heißt, der C-Gehalt ist um so geringer, je höher die B- und Si-Gehalte.sind, oder umgekehrt ist der C-Gehalt um so größer, je geringer die B- und Si-Gehalte sind. Man ist daher bestrebt, geschmolzene Metalle mit einem optimalen Bereich von B- und Si-Gehalten, wie in Fig. 1 dargestellt (d.h. einer Fläche I gemäß Fig. 2) direkt herzustellen durch Verwendung von Kohlenstoff als Reduktionsmittel, wobei der C-Gehalt einige Atom-% beträgt und oberhalb des optimalen Bereiches liegt, so daß es erforderlich ist, den C-Gehalt auf andere Weise auf einen Wert von nicht mehr als 1 Atom-% zu bringen.

Um den C-Gehalt herabzusetzen (zu decarburieren) sind jedoch zusätzliche Stufen, wie z.B. die Vakuumdecarburierungsbehandlung unter Oxidation von C und dgl._f erforderlich. Da B in bezug auf seine thermodynamischen Eigenschaften C ähnelt und dazu neigt, oxidiert zu werden, geht ferner ein Teil des B im geschmolzenen Metall durch die Oxidation verloren. Deshalb ist die Herabsetzung des C-Gehaltes auf andere Weise im Hinblick auf die Produktionskosten nachteilig.

Es wurden nun weitere Untersuchungen bezüglich dieser Nachteile durchgeführt und dabei wurde gefunden, daß diese Nachteile in vorteilhafter Weise beseitigt werden können (1) durch Herstellung eines geschmolzenen Metalls der Fe-B-Si-Reihe mit hohen B- und Si-Gehalten und einem niedrigen C-Gehalt(nachstehend als amorphe Mutterlegierung bezeichnet) und (2) durch Mischen und Verdünnen der amorphen Mutterlegierung mit geschmolzenem Stahl zur Herstellung eines amorphen Ausgangsmaterials.

Das amorphe Ausgangsmaterial mit dem Zusammensetzungsbereich gemäß der obengenannten Formel (1) kann nämlich ohne Decarburierung hergestellt werden durch Herstellung der amorphen Mutterlegierung mit einer Fläche II gemäß Fig. 2,

worin die B- und Si-Gehalte hoch sind und der C-Gehalt niedrig ist, und anschließendes Verdünnen derselben mit geschmolzenem Stahl, um die B- und Si-Gehalte auf die

Bereiche der Fläche I einzustellen. 5

In dem Zusammensetzungsbereich der Fläche II ist das Verhältnis Si/B, bezogen auf Atom-%, unveränderbar, selbst wenn mit geschmolzenem Stahl verdünnt wird, und es beträgt 1 /4 <L Si/B < 1 wie im Falle der Fläche I. Aus der Fig. 2 geht ferner hervor, daß die B- und Si-Gehalte der folgenden Beziehung genügen müssen:

B (Atom-%) + 2/3 Si (Atom-%)> 30

¹^ unter Berücksichtigung der Bedingung, daß die amorphe Mut terlegierung mit dem höchsten C-Gehalt an einem Punkt a der Fläche II mit geschmolzenem Stahl verdünnt wird zur Einstellung des C-Gehaltes des amorphen Ausgangsmaterials

an einem Punkt a¹ auf nicht mehr 1 Atom-%. 20

Nach umfangreichen Untersuchungen in bezug auf die Arbeitsbedingungen für die Herstellung einer amorphen Mutterlegierurig mit dem oben angegebenen Zusammensetzungsbereich wurde nun gefunden, daß die in den Fig. 3a und 3b angegebenen Beziehungen gelten, worin eine Abszisse das Verhältnis von B₀O-, oder SiO_n zu Fe₇O-, darstellt, das erhalten wird durch Umwandlung aller B-, Si- und Fe-Gehalte in dem Rohmaterial, in dem Reduktionsmittel und in dem sekundären Material, die in einen Ofen für die Herstellung einer amorphen Mutterlegierung eingeführt werden, in die Mengen an B₂°3' ^δ:ί02 ^unc^ ^Fe2°3' eingeführt als Oxid. Aus diesen experimentellen Ergebnissen wurde gefunden, daß die folgenden Beziehungen erfüllt werden:

„ ,. ο , Menge des zugeführten B₀O₀ B, Atom-% = Cf, χ ^³ 2 2 3

Menge des zugeführten Fe₀O₀

Si, Atom-% = ß χ

Menge des zugeführten _{Menge des} zugeführten

In diesem Falle hängen ίΧ und ß von der Art und Teilchengröße der Borverbindung, der Siliciumverbindung und des festen Reduktionsmittels sowie den Reduktionsbedingungen des Ofens, wie z.B. der Temperatur, dem Druck und dgl. ab, sie liegen jedoch innerhalb der Bereiche Si = 40 bis 120 und ß = 18 bis 75, wie in den schraffierten Teilen der Fig. 3a und 3b bei der üblichen Operation dargestellt. Je größer der Wert für K ist, um so größer ist der Wert für ß, so daß für das Verhältnisß : & die Beziehung gilt ß : tf =0,45 bis 0,625.

Aus den obigen Beziehungen ergibt sich, daß für die Mengen an B₃O₃, SiO₂ und Fe₃O₃, die für die Herstellung der amorphen Mutterlegierung eingeführt werden, welche die Zusammensetzung der Fläche II in der Fig. 2 hat, die folgenden Beziehungen gelten:

4 (ß/Ä. ) > Menge an zugeführtem B₉O.,/Menge an zügeführ tem SiO₂ > (ß/t< ) und

CK. (Menge an zugeführtem B₃O₃) + 2/3 ß (Menge an zugeführtem SiO₃) > 30 (Menge ' an zugeführtem Fe₃O₃),

woraus die folgenden Beziehungen erhalten werden:

0,4 L (Menge an zugeführtem B₃O₃)/(Menge an zugeführtem SiO₃)< 2,5 und

(Menge an zugeführtem SiO₃)/(Menge an zugeführtem Fe₃O₃) > 0,08
35

Der Zusammensetzungsbereich der amorphen Mutüerlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung, die aus dem auf diese Weise erhaltenen neuen geschmolzenen Metall der Fe-B-Si-Reihe besteht, bildet ein Trapez zwischen den B-Si-Zusammensetzungsbereichen, wie sie in der Fig. 2 dargestellt sind, das spezifiziert ist durch eine Fläche abcd, worin der Scheitelpunkt a die Koordinate (26; 6,5), der Scheitelpunkt b die Koordinate (18,* 18), der Scheitelpunkt c die Koordinate (30; 30) und der Scheitelpunkt d die Koordinate (44; 11) hat.

Der mit der amorphen Mutterlegierung zu mischende geschmolzene Stahl umfaßt beispielsweise üblichen unberuhigten Stahl und beruhigten Stahl mit den nachstehend angegebenen Zusammensetzungen (in Gew.-%):

C Si O

unberuhigter Stahl 0,04 - 0,07 Spuren - 0,01 0,04-0,06 beruhigter Stahl 0,04 - 0,15 Spuren - 0,4 0,002-0,005 20

die keinen großen Einfluß auf die Zusammensetzungsbereiche von C und Si in dem amorphen Ausgangsmaterial· haben.

Der Grad der Verdünnung der amorphen Mutterlegierting mit geschmolzenem Stahl läßt sich daher leicht ermitteln aus dem Verhältnis des B-Gehaltes der Mutterlegierung und dem angestrebten B-Gehalt äes Ausgangsmaterials.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Beispiel 1

Eine amorphe Mutterlegierung wurde nach einem System-Diagramm gemäß Fig. 4 unter Verwendung eines üblichen Elektroofens hergestellt.

In einen Elektroofen wurden eine Borverbindung, wie

AO

Borsäure, Boroxid oder dgl., und eine Eisenverbindung, wie Eisenpulver, Walzzunder, Eisenerz oder dgl., aus einem Rohmaterialtrichter 2, ein fester Brennstoff, wie z.B. Koks, Kohle, Holzkohle oder dgl., aus einem Reduktionsmitte1-trichter 3 und eine Substanz, wie Siliciumdioxidsand, SiIiciumdioxid, Kalkstein, Dolomit, Fluorit oder CLgL₁ aus einem Sekundär -Materialtrichter 4 in gegebenen Mengen eingeführt und durch Zufuhr von elektrischer Energie von einer Energiequelle 5 zum Schmelzen gebracht.
10

Ein Ausführungsbeispiel, in dem der obige Elektroofen (100 KVA) verwendet wurde, war das folgende:

(1) Beschickungsmaterialien: Boroxid 15

Boroxid	2100 kg
Walζζunder	4800 kg
Siliciumdioxid sand	2900 kg
Koks	3700 kg
180 min
	5,2 t
B	34 Atom-%
Si	17 Atom-%
C	0,6 Atom-

(2) Schmelzzeit:

_9n (3) Menge des gebildeten

geschmolzenen Metalls:

Zusammensetzung:

(B 10,3 Gew.-%, Si 13,4 Gew.-%, C 0,2 Gew.-%) 25

Die Zusammensetzung des resultierenden geschmolzenen Metalls wurde identifiziert als innerhalb der trapezförmigen Fläche II der Fig. 2 liegend.

Beispiel 2

Eine amorphe Mutterlegierung wurde nach einer systematischen Ansicht gemäß Fig. 5 unter Verwendung eines Schmelzreduktionsofens hergestellt.
35

Ein kohlenstoffhaltiges festes Reduktionsmittel, vorzugsweise stückiger Koks, wurde durch eine Beschickungseinrichtung 7 in einen Schachtofen 6 eingeführt unter Bildung

eines mit Reduktionsmittel gepackten Bettes in dem Schacht ofen 6. Zwei oder drei Stufen von Winddüsen waren in einem unteren Abschnitt des Schachtofens 6 vorgesehen. In diesem Beispiel diente die obere Stufe der Winddüsen 8 der Einführung eines vorreduzierten Eisenerzes zusammen mit Heißluft, die untere Stufe der Winddüsen 9 diente der Einführung von Boroxid oder Borsäure zusammen mit Heißluft und die untereste Stufe der Winddüsen 10 diente der Einführung nur von Heißluft, falls erforderlich.

. In jede Winddüse wurde Heißluft (Luft oder an Sauerstoff reiche Luft), die auch durch einen heißen Ofen 11 auf eine hohe Temperatur erhitzt worden war, eingeblasen und gleichzeitig, wurden Eisenoxid, das in einem fluidisierten Vorreduktionsofen 12 vorreduziert worden war, und eine Bor enthaltende pulverförmige Substanz, wie z.B. Boroxid oder Borsäure, gelagert in einem Trichter 13, durch die obere Stufe der Winddüsen 8 bzw. die untere Stufe der Winddüse 9, wie in Fig. 5 dargestellt, eingeblasen.

Das vorreduzierte Eisenoxid wurde hergestellt durch Reduzieren des dem fluidisierten Vorreduktionsofen 12 durch eine Beschickungseinrichtung 14 zugeführten Eisenoxids mit einem Hochtemperaturabgas, wie es beispielsweise in dem Hochofen 6 erzeugt wird.

Das vorreduzierte Eisenoxid wurde aus einem Auslaß 15 des Vorreduktionsofens 12 in die Winddüsen 8 der oberen Stufe überführt und Boroxid oder Borsäure wurden aus dem Trichter 13 in die Winddüsen 9 der unteren Stufe überführt unter Anwendung der Prinzipien des Schwerkrafttransports und des pneumatischen Transports.

Vor den Winddüsen 8 der oberen Stufe, den Winddüsen 9 der unteren Stufe und, falls erforderlich, den Winddüsen 10 der untersten Stuff in dem Schachtofen 6 wurden auf die gleiche Weise wie in der Nähe der Spitze der Winddüsen eines Hochofens als Folge der Heißluft Laufbahnen

erzeugt unter Ausbildung von Zonen mit einer hohen Temperatur von 2000 bis 2500⁰C, in denen das vorreduzierte Eisenoxid und Boroxid, die zusammen mit Heißluft oder Heißluft, der Sauerstoff zugesetzt worden war, sofort erhitzt und leicht zum Schmelzen gebracht wurden.

Die Schmelzen wurden reduziert während des Herabtropfens durch die mit Koks gepackten Betten im unteren Abschnitt des Ofens 6 unter Bildung eines geschmolzenen Metalls und einer geschmolzenen Schlacke, die sich im Schmelzbereich des Ofens in Form eines Pools sammelten und von Zeit zu Zeit durch ein Abstichloch 16 aus dem Ofen ausgetragen wurden.

Ein Ausführungsbeispiel, in dem der obige Schmelzredüktionsofen verwendet wurde, war folgendes:

1) Bor enthaltende Substanz Boroxid

Teilchengröße weniger als 0,074 mm

(200 mesh)

durch die Winddüsen 9 der unteren Stufe eingeführte Menge: 240 kg/h

2) Eisenerz Carol Lake-Erz

Teilchengröße weniger als 2 mm

in den Vorreduktionsofen 12 eingeführte Menge 340 kg/h

in die Winddüsen 8 der oberen

Stufe eingeführte Menge 280 kg/h

Vorreduktionsverhältnxs: 78 %

3) kohlenstoffhaltiges festes Reduktionsmittel Koks _g5 Teilchengröße 20-30 mm eingeführte Menge 800 kg/h

4) Menge der in den Schachtofen ·

eingeblasenen Luft 1800 Nm³/h

Temperatur der eingeblasenen
Luft 900⁰C

. Anzahl der Lufteinblas-Düsen:

insgesamt 12;in jeder der oberen, unteren und niedrigsten Stufen: 4 (in die vier Winddüsen der oberen Stufe: vorreduziertes Eisenerz; in die vier Winddüsen der unteren Stufe: Boroxid)

5) gebildete Menge an geschmolzenem

Metall der Fe-B-Si-C-Reihe: 290 kg/h B = 33 Atom-%, Si = 17 Atom-%, C = 0,8 Atom-%, Fe = Rest)

(B 9,9 Gew.-%, Si 13,3 Gew.-%, C 0,3 Gew.-%) 15

6) Menge der ausgetragenen Schlacke: 200 kg/h

Das resultierende geschmolzene Metall fiel in die trapezförmige Fläche II der Fig. 2.

Beispiel 3

Eine amorphe Mutterlegierung wurde gemäß der systematischen Ansicht der Fig. 6 hergestellt unter Verwendung des gleichen Schachtofens 17 als Hochofen zur Herstellung von Rohe i sen.

Zuerst wurden pulverförmige Erze als Eisenoxid in gesinterte Erze oder Pellets umgewandelt und dann mittels einer _Qn Beschickungseinrichtung 18 an der Ofen-Oberseite abwech-

selnd mit stückigem Koks in den Schachtofen 17 eingeführt. Die stückigen Erze wurden auf die gleiche Weise wie oben angegeben direkt in den Schachtofen eingeführt. Das Eisenoxid wurde erhitzt und reduziert, während es in dem Ofen ,-.,- nach unten sank und geschmolzen und tropfte durch das mit Koks gepackte Bett.

Das Boroxid oder die E orsäure wurden aus einem Trichter

-ys-

19 in die Winddüsen 20 überführt und zusammen mit aus einem heißen Ofen 11' zugeführter Heißluft in den Schachtofen eingeführt. Wenn in dem unteren Abschnitt des Ofens ein Mangel an Wärmeenergie herrschte, wurden Winddüsen 21 nur für die Einführung von Heißluft zusätzlich in der unteren Stufe vorgesehen und die erfor·^ derliche Wärmeenergie wurde ergänzt. Die Bezugsziffer bezieht sich auf ein Abstichloch.

Der Unterschied zwischen den Beispielen in den Fig. 5 und 6 liegt darin, daß das vorreduzierte Eisenoxid durch die Winddüsen eingeführt wurde oder eine stückige Form von Eisenoxid, das nicht vorreduziert war, oben in den Ofen eingeführt wurde.

Als Siliciumdioxidquelle . diente in den Beispielen 2 und 3 das in dem Gangartmineral des Eisenerzes und in der Koksasche enthaltene SiO₂/ Siliciumdioxid oder SiIiciumdioxidsand, das (der) oben in den Schachtofen oder durch die Winddüsen in den Ofen eingeführt wurde, und dgl.

Ein Ausführungsbeispiel, in dem der obige Schachtofen verwendet wurde, ist folgendes:
25

1) Bor enthaltende Substanz Borsäure Teilchengröße weniger als 0,074 mm

(200 mesh)

in die Winddüsen 20 der oberen Stufe eingeführte Menge 250 kg/h

2) Eisenerz gesintertes Erz Teilchengröße 5 bis 10 mm eingeführte Menge 360 kg/h

3) festes Reduktionsmittel Koks

Teilchengröße 20 bis 30 mm

eingeführte Menge 820 kg/h

4) eingeblasene Luftmenge 1700 Nm³/h 5

Temperatur der eingeblasenen

Luft 900⁰C

Anzahl, der Lufteinblasdüsen:

in jeder der oberen und unteren Stufen: 4

insgesamt 8

(in die Winddüsen 20 der oberen Stufe: Borsäure)

5) gebildete Menge an geschmolzenem

Metall der Fe-B-Si-C-Reihe 280 kg/h (B = 34 Atom-%, Si = 15 Atom-%, C = 0,7 Atom-%, Fe = Rest)

(Β 10,2 Gew.-%, Si 11,7 Gew.-%, C 0,2 Gew.-%)

6) ausgetragene Schlackenmenge 230 kg/h

Das dabei erhaltene geschmolzene Metall lag innerhalb der trapezförmigen Fläche II der Fig. 2.

Wie oben angegeben, können amorphe Mutterlegierungen mit dem Zusammensetzungsbereich der Fläche II, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, leicht hergestellt werden nach irgendeinem der Verfahren, in denen ein Elektroofen, ein Schmelzreduktionsofen und ein Hochofen verwendet werden.

Durch Mischen der amorphen Mutterlegierung der Fläche II mit geschmolzenem Stahl können amorphe Ausgangsmaterialien mit dem Zusammensetzungsbereich der weiter oben angegebenen Formel (I) ohne Decarburierung, Siliciumzugabe und Desilicierung hergestellt werden, wie in dem folgenden Beispiel 4 angegeben.
35

Beispiel 4

Aus einer amorphen Mut-erlegierung wurde ein amorphes

Äusgangsmaterial wie folgt hergestellt:

1) amorphe Mutterlegierung: geschmolzenes Metall,

wie es in Beispiel 2

erhalten wurde

Zusammensetzung: B =33 Atom-%

Si = 17 Atom-% C = 0,8 Atom-%

(B = 9,9 Gew.-%, Si = 13,3 Gew.-%, C= 0,3 Gew.-%)

2) geschmolzener Stahl: geschmolzener Stahl, wie er

durch Raffinieren von Rohei sen aus einem Hochofen in

einem Konverter erhalten 15

wurde

Zusammensetzung: C = 0,12 Gew.—%

Si = 0,1 Gew.-% B=O Gew.-%

3) Mischungsverhältnis

amorphe Mutterlegierung 800 kg "geschmolzener Stahl 1760 kg

4) amorphes Ausgangsmaterial

Gewicht 2560 kg

Zusammensetzung B = 3,1 Gew.-%

Si = 4,2 Gew.-% C = 0,15 Gew--%

Bei der Umwandlung der Zusammensetzung des amorphen Ausgangsmaterials von Gew.-% in Atom-% erhält man B = 13,6 Atom-%, Si = 7,1 Atom-% und C = 0,6 Atom-%, woraus resultiert:

1/4 4Si (Atom-%)/B (Atom-%) = 0,5241 16 <, B (Atom-%) + 2/3 Si (Atom-%) = 18,34,25 und c (Atom-%) = 0,6 4.1 .

Aus den obigen Daten geht hervor, daß amorphe Ausgangsmaterialien mit niedrigem Kohlenstoffgehalt mit einem

optimalen Zusammensetzungsbereich gemäß der Gleichung (1) leicht erhalten werden können aus der amorphen Mutterlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Beim Verdünnen der amorphen Mutterlegierung mit geschmolzenem Stahl, wie in Beispiel 4 beschrieben und in Fig. 7a dargestellt, können durch Oxidation von Al, Ti, B, Si und dgl. als Folge der Anwesenheit von gelöstem Sauerstoff Einschlüsse gebildet werden. Diese Einschlüsse führen ^O zu einer Verstopfung der Düse und zu einer Beeinträchtigung (Verschlechterung) der amorphen Formbarkeit bei der Herstellung von amorphen Bändern aus dem amorphen Ausgangsmaterial .

Um das Auftreten von Einschlüssen beim Verdünnen der amorphen Mutterlegierung mit geschmolzenem Stahl zu verhindern, ist es zweckmäßig, das geschmolzene Metall durch Einblasen von Argongas oder durch Raffinieren in einer Vakuumentgasungsvorrichtung für den RH- oder DH-Prozeß durchzurühren, wie in Fig. 7b dargestellt und wie aus dem folgenden Beispiel 5 hervorgeht.

Beispiel 5

Beim Verdünnen von 10 kg amorpher Mutterlegierung (Si 12,3 Gew.-%, B 10,0 Gew.-%, C 0,32 Gew.-%, lösliches Al 0,32 Gew.-%, unlösliches Al 0,30 Gew.-%) mit 15 kg geschmolzenem Stahl (halbberuhigter Stahl, C 0,12 Gew.-%) wurden die folgenden Versuche durchgeführt, wobei die in der folgenden Tabelle I angegebenen Ergebnisse erzielt wurden.

Der Versuch A wurde durchgeführt durch bloßes Verdünnen der amorphen Mutterlegierung mit geschmolzenem Stahl, der Versuch B wurde durchgeführt unter Einblasen von Argon™ gas unter einem Druck von 0,1 atm während des Verdünnens und der Versuch C wurde durchgeführt unter Einblasen von Sauerstoffgas anter einem Druck von 0,1 atm

	des	Verdünnens	B	Si	-Yf- '	•	• *	lösliches Al	06	•	,08
während			,8	4,		0,	01		,01
		,1	5,	Tabelle I	0,	007		,006
Versuch	3	,5	4,	C	o,
A	4		r8	0,19
B	3		,1	0,15
C		,6	0,06	unlösliches Al (Gew.-%)
			0
		0
	0

Ira Versuch A trat häufig eine Verstopfung der Düse auf bei der Verarbeitung von amorphem Ausgangsmaterial zu einem amorphen Band und es wurde auch die amorphe Formbarkeit beeinträchtigt (verschlechtert), während in den

Versuchen B und C keine Verstopfung der Düse auftrat und die amorphe Formbarkeit gut war.

Wie aus den obigen Ergebnissen hervorgeht, bietet die

vorliegende Erfindung folgende Vorteile: 20

1) Amorphe Mutterlegierungen mit hohen B- und Si-Gehalten und niedrigem C-Gehalt können leicht und billig hergestellt werden unter Verwendung eines kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels;

2) bei der Herstellung der amorphen Mutterlegierung sind so wohl eine Decarburierungsstufe als auch eine Siliciumzugabe oder eine Desilic.i^eruiKJ^sstufe nicht erforderlich, so daß keine Verminderung der Ausbeute durch Decarburierung oder Desilicierung auftritt; und

3) durch Mischen und Verdünnen der amorphen Mutterlegierung mit geschmolzenem Stahl, insbesondere geschmolzenem Stahl, der in einem Massenproduktionssystem, wie z.B. in einem Hochofen-Konverter, hergestellt worden ist, können amorphe Ausgangsmaterialien hergestellt werden, so daß die Herstellungskosten für das amorphe Ausgangsmaterial beträchtlich gesenkt werden können.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf spezifische bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Leerseite

Claims

fr ί> ο. ■» β -VS-Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von amorphen Mutterlegierungen durch Einführen von Rohmaterial, kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel und Sekundärmaterial in einen Elektroofen oder einen Schachtofen als Schmelzreduktionsofen oder als Hochofen und Aufschmelzen derselben zur Herstellung eines geschmolzenen Metalls der Fe-B-Si-Reihe mit einem B-Si-Zusammensetzungsbereich, der innerhalb eines Bereiches liegt, wie er durch die trapezförmige Fläche abcd der Fig. 2 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt wird, dadurch gekennzeichnet , daß die B-, Si- und Fe-Gehalte des Rohmaterials, des Reduktionsmittels und des Sekundärmaterials, die in den Ofen eingeführt werden, so eingestellt werden, daß sie, bezogen auf das Gewicht jedes Oxids, den Bedingungen genügen
0,4 4.B₂O₃/SiO₂ < 2,5 und

0,08< SiO₂/Fe₂O₃

und daß das resultierende geschmolzene Metall den Bedingungen, bezogen auf Atom-%, genügt 1/4<Si/B<1 und
B + 2/3 Si > 30.

2. Verfahren zur Verwendung der amorphen Mutterlegierungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Mutterlegierung von geschmolzenem Metall der Fe-B-Si-Reihe gemäß Anspruch 1 mit getrennt raffiniertem geschmolzenem Stahl verdünnt wird zur Herstellung eines amorphen Ausgangsmaterials, das den folgenden Bedingungen, bezogen auf Atom-%, genügt:

16< B + 2/3 Si< 25 und
CO.