JP2003129143A - 高純度金属又は合金の溶解方法 - Google Patents
高純度金属又は合金の溶解方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐火物製容器の耐火物及び溶解雰囲気の不純
物濃度を規制することにより、C，N，S，P，H，O等の不
純物混入量を極端に低減した高純度金属又は合金を得
る。 【構成】 N2：0.001体積％以下，H2O：0.01体積％以下
の高純度不活性ガス雰囲気中で、不純物成分の合計含有
量が10質量％以下の耐火物製容器内で金属又は合金原料
を溶解することにより金属又は合金中に混入するC，N，
S，P，Hの合計量を0.005質量％以下に規制する。不活性
ガス雰囲気のN2濃度，H2O濃度は、N2≦0.0002体積％，H
2O≦0.001体積％に規制することが好ましい。
物濃度を規制することにより、C，N，S，P，H，O等の不
純物混入量を極端に低減した高純度金属又は合金を得
る。 【構成】 N2：0.001体積％以下，H2O：0.01体積％以下
の高純度不活性ガス雰囲気中で、不純物成分の合計含有
量が10質量％以下の耐火物製容器内で金属又は合金原料
を溶解することにより金属又は合金中に混入するC，N，
S，P，Hの合計量を0.005質量％以下に規制する。不活性
ガス雰囲気のN2濃度，H2O濃度は、N2≦0.0002体積％，H
2O≦0.001体積％に規制することが好ましい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、各種性能に悪影響を及
ぼすＣ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈ，Ｏの混入量を抑え、機能部材
として好適な高純度金属又は合金を製造する方法に関す
る。
ぼすＣ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈ，Ｏの混入量を抑え、機能部材
として好適な高純度金属又は合金を製造する方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】金属又は合金に含まれるＣ，Ｎ，Ｓ，
Ｐ，Ｈ，Ｏ等の大半は、不純物成分であり、金属又は合
金の加工性，靭性，耐食性に悪影響を及ぼす。そのた
め、得られた金属又は合金の材料特性が効果的に発現さ
れず、或いはＣ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈ，Ｏを除去するために
歩留を低下させることになる。そこで、Ｃ，Ｎ，Ｓ，
Ｐ，Ｈ，Ｏ等の不純物を低減する方法や不純物の混入を
抑制した溶解方法が種々検討されている。ところが、金
属又は合金の溶解に際しては、気相，スラグ，耐火物に
メタルが接触するため、気相，スラグ，耐火物からの不
純物混入が避けられない。不純物混入を極力抑制する方
法としては、１０-6トール以下の極めて高い真空度を維
持できるタンク内でコールドクルーシブルを用いる溶解
法が知られている。コールドクルーシブル法は、電磁気
力によってメタルを浮遊させながら溶解する方法であ
り、溶解時に気相のみがメタルに接触するため耐火物か
らの汚染が防止される。しかも、高真空にすることによ
って気相中の不純物であるＮ2，Ｈ2Ｏ等が排気され、メ
タルにピックアップされることも大幅に抑制される。
Ｐ，Ｈ，Ｏ等の大半は、不純物成分であり、金属又は合
金の加工性，靭性，耐食性に悪影響を及ぼす。そのた
め、得られた金属又は合金の材料特性が効果的に発現さ
れず、或いはＣ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈ，Ｏを除去するために
歩留を低下させることになる。そこで、Ｃ，Ｎ，Ｓ，
Ｐ，Ｈ，Ｏ等の不純物を低減する方法や不純物の混入を
抑制した溶解方法が種々検討されている。ところが、金
属又は合金の溶解に際しては、気相，スラグ，耐火物に
メタルが接触するため、気相，スラグ，耐火物からの不
純物混入が避けられない。不純物混入を極力抑制する方
法としては、１０-6トール以下の極めて高い真空度を維
持できるタンク内でコールドクルーシブルを用いる溶解
法が知られている。コールドクルーシブル法は、電磁気
力によってメタルを浮遊させながら溶解する方法であ
り、溶解時に気相のみがメタルに接触するため耐火物か
らの汚染が防止される。しかも、高真空にすることによ
って気相中の不純物であるＮ2，Ｈ2Ｏ等が排気され、メ
タルにピックアップされることも大幅に抑制される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】コールドクルーシブル
を高真空雰囲気に保つために気密性の高いタンクを必要
とし、高真空を常に維持するためにタンクの管理に掛か
る手間が莫大になる。工業規模の量で高純度金属又は合
金を生産するには大型の真空タンクが必要とされるが、
タンクが大型になるほど高い気密性を維持することが困
難になり、現実的には高真空雰囲気が得られない。仮
に、高真空度が達成されたとしても、高真空雰囲気に到
達するために長時間を必要とし、生産性向上のネックと
なる。このようなことから、コールドクルーシブル法
は、工業規模での実用化に適さない。
を高真空雰囲気に保つために気密性の高いタンクを必要
とし、高真空を常に維持するためにタンクの管理に掛か
る手間が莫大になる。工業規模の量で高純度金属又は合
金を生産するには大型の真空タンクが必要とされるが、
タンクが大型になるほど高い気密性を維持することが困
難になり、現実的には高真空雰囲気が得られない。仮
に、高真空度が達成されたとしても、高真空雰囲気に到
達するために長時間を必要とし、生産性向上のネックと
なる。このようなことから、コールドクルーシブル法
は、工業規模での実用化に適さない。
【０００４】しかも、蒸気圧の高い元素であるＭｎ，Ｃ
ｕ，Ｃｒ等は高真空雰囲気下で溶解すると蒸発しやす
く、蒸発した金属蒸気がタンク内壁に蒸着する。このタ
ンクを溶解終了後に大気開放すると、Ｍｎ，Ｃｕ，Ｃｒ
等の蒸着メタルが大気中のＮ2，Ｈ2Ｏと反応してタンク
内部が汚染されやすい。汚染物は、次回の溶解時に真空
度の低下やメタルによる不純物ピックアップの原因とな
る。溶解終了後のタンク内から金属蒸着物を除去するこ
とにより汚染物による悪影響を排除できるが、金属蒸着
物の除去に多数の手間と時間がかかる。この点も、コー
ルドクルーシブル法による量産化ができない理由の一つ
である。
ｕ，Ｃｒ等は高真空雰囲気下で溶解すると蒸発しやす
く、蒸発した金属蒸気がタンク内壁に蒸着する。このタ
ンクを溶解終了後に大気開放すると、Ｍｎ，Ｃｕ，Ｃｒ
等の蒸着メタルが大気中のＮ2，Ｈ2Ｏと反応してタンク
内部が汚染されやすい。汚染物は、次回の溶解時に真空
度の低下やメタルによる不純物ピックアップの原因とな
る。溶解終了後のタンク内から金属蒸着物を除去するこ
とにより汚染物による悪影響を排除できるが、金属蒸着
物の除去に多数の手間と時間がかかる。この点も、コー
ルドクルーシブル法による量産化ができない理由の一つ
である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題を解消すべく案出されたものであり、メタルが曝され
る雰囲気及び不純物成分含有量が規制された耐火物製容
器を使用することにより、１０-6トールと極めて高い真
空度を必要とせず、不純物成分の含有量を大幅に低減し
た高純度金属又は合金を工業的規模で製造すること目的
とする。
題を解消すべく案出されたものであり、メタルが曝され
る雰囲気及び不純物成分含有量が規制された耐火物製容
器を使用することにより、１０-6トールと極めて高い真
空度を必要とせず、不純物成分の含有量を大幅に低減し
た高純度金属又は合金を工業的規模で製造すること目的
とする。
【０００６】本発明の溶解方法は、その目的を達成する
ため、Ｎ2：０.００１体積％以下，Ｈ2Ｏ：０.０１体積
％以下の高純度不活性ガス雰囲気中で、不純物成分の合
計含有量が１０質量％以下の耐火物製容器内で金属又は
合金原料を溶解することにより金属又は合金中に混入す
るＣ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈ，Ｏの合計量を０.００５質量％
以下に規制することを特徴とする。
ため、Ｎ2：０.００１体積％以下，Ｈ2Ｏ：０.０１体積
％以下の高純度不活性ガス雰囲気中で、不純物成分の合
計含有量が１０質量％以下の耐火物製容器内で金属又は
合金原料を溶解することにより金属又は合金中に混入す
るＣ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈ，Ｏの合計量を０.００５質量％
以下に規制することを特徴とする。
【０００７】不活性ガス雰囲気のＮ2濃度，Ｈ2Ｏ濃度
は、それぞれＮ2≦０.０００２体積％，Ｈ2Ｏ≦０.００
１体積％に規制することが好ましい。この方法によると
き、得られた金属又は合金に不純物として含まれるＣ，
Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈ，Ｏの合計量を２００ｐｐｍ以下に規制
できる。雰囲気用の不活性ガス雰囲気には、Ａｒ，Ｈ
ｅ，Ａｒ−Ｈｅの混合ガス等の高純度ドライ不活性ガス
が使用される。高純度ドライ不活性ガスの導入に先立っ
てタンク内を真空引きすると、タンク内の残留エアや吸
着ガスが効果的に除去される。タンク内の到達真空度が
高いほど残留エアや吸着ガスの除去効率が向上するが、
１０-3トール程度の真空引きで十分な効果が得られる。
は、それぞれＮ2≦０.０００２体積％，Ｈ2Ｏ≦０.００
１体積％に規制することが好ましい。この方法によると
き、得られた金属又は合金に不純物として含まれるＣ，
Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈ，Ｏの合計量を２００ｐｐｍ以下に規制
できる。雰囲気用の不活性ガス雰囲気には、Ａｒ，Ｈ
ｅ，Ａｒ−Ｈｅの混合ガス等の高純度ドライ不活性ガス
が使用される。高純度ドライ不活性ガスの導入に先立っ
てタンク内を真空引きすると、タンク内の残留エアや吸
着ガスが効果的に除去される。タンク内の到達真空度が
高いほど残留エアや吸着ガスの除去効率が向上するが、
１０-3トール程度の真空引きで十分な効果が得られる。
【０００８】この方法で溶解される材料には、Ｆｅ，Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｃｕ等の金属やＦｅ−Ｃｒ系，Ｆｅ−
Ｃｒ−Ｎｉ系，Ｆｅ−Ｎｉ系，Ｆｅ−Ｃ系，Ｎｉ−Ｃｒ
系，Ｎｉ−Ｔｉ系等の合金がある。各合金系は、Ｃｏ，
Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｖ，Ｗ，Ｂ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍ
ｎ，Ｚｒ，ＲＥＭ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｂｅ，Ｒｅ，Ｙ，Ａ
ｕ，Ａｇ等の合金元素や、脱酸剤として使用されるＳ
ｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭ，Ｙ
等の成分を含んでいても良い。金属又は合金に混入する
Ｃ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈの混入量は０.００５質量％以下に
抑えられる。本件明細書では、溶解後に得られた金属又
は合金に含まれているＣ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈの含有量から
溶解原料の中にすでに含まれている不純物の含有量を差
し引いた量を「混入量」という。Ｃ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈ，
Ｏのうち何れかを合金成分として積極的に含む合金系で
は、当該合金成分を除外した不純物成分の合計含有量が
２００ｐｐｍ以下の高純度金属又は合金に溶製される。
ｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｃｕ等の金属やＦｅ−Ｃｒ系，Ｆｅ−
Ｃｒ−Ｎｉ系，Ｆｅ−Ｎｉ系，Ｆｅ−Ｃ系，Ｎｉ−Ｃｒ
系，Ｎｉ−Ｔｉ系等の合金がある。各合金系は、Ｃｏ，
Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｖ，Ｗ，Ｂ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍ
ｎ，Ｚｒ，ＲＥＭ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｂｅ，Ｒｅ，Ｙ，Ａ
ｕ，Ａｇ等の合金元素や、脱酸剤として使用されるＳ
ｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭ，Ｙ
等の成分を含んでいても良い。金属又は合金に混入する
Ｃ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈの混入量は０.００５質量％以下に
抑えられる。本件明細書では、溶解後に得られた金属又
は合金に含まれているＣ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈの含有量から
溶解原料の中にすでに含まれている不純物の含有量を差
し引いた量を「混入量」という。Ｃ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈ，
Ｏのうち何れかを合金成分として積極的に含む合金系で
は、当該合金成分を除外した不純物成分の合計含有量が
２００ｐｐｍ以下の高純度金属又は合金に溶製される。
【０００９】不純物成分として混入するＯは、高純度ド
ライ不活性ガスの使用によって極力排除されるが、合金
系によっては酸素溶解度が高い溶湯もある。酸素溶解度
が高い金属又は合金を溶解する場合、効果的な脱酸剤を
用いることで脱酸される。不純物成分の含有量調整は、
積極的に合金成分として添加される元素を除いて実施さ
れる。たとえば、目標組成がＦｅ−１質量％Ｃの合金を
溶解する場合、意図的に添加したＣ量を除外し不可避的
に導入された部分のみ混入量として扱う。この場合、更
に好適な高純度合金としてはＣを除くＮ，Ｓ，Ｐ，Ｈ，
Ｏの合計含有量≦２００ｐｐｍを満足させることが好ま
しい。このようにＣ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈ，Ｏ等の元素を合
金成分として利用することもあるので、単独で０．１質
量％以上含まれる元素を合金成分として扱い、不純物成
分から除外する。
ライ不活性ガスの使用によって極力排除されるが、合金
系によっては酸素溶解度が高い溶湯もある。酸素溶解度
が高い金属又は合金を溶解する場合、効果的な脱酸剤を
用いることで脱酸される。不純物成分の含有量調整は、
積極的に合金成分として添加される元素を除いて実施さ
れる。たとえば、目標組成がＦｅ−１質量％Ｃの合金を
溶解する場合、意図的に添加したＣ量を除外し不可避的
に導入された部分のみ混入量として扱う。この場合、更
に好適な高純度合金としてはＣを除くＮ，Ｓ，Ｐ，Ｈ，
Ｏの合計含有量≦２００ｐｐｍを満足させることが好ま
しい。このようにＣ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈ，Ｏ等の元素を合
金成分として利用することもあるので、単独で０．１質
量％以上含まれる元素を合金成分として扱い、不純物成
分から除外する。
【００１０】
【実施の形態】金属又は合金原料の溶解には、好ましく
は真空誘導溶解炉等の真空精錬炉が使用される。耐火物
製容器は予め焼成した耐火物，炉内でスタンプした耐火
物、内張りレンガ等で構築できるが、製造しようとする
金属又は合金の用途，目的に応じて耐火物を使い分ける
ことができる。耐火物は特に材質が制約されるものでは
なく、ＣａＯ，マグドロ，ＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3（スピネ
ル），マグクロ，Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2，ＺｒＯ2・ＳｉＯ2
（ジルコン），ＳｉＯ2，Ｙ2Ｏ3等がある。耐火物には
不可避的に不純物が混入しているが、成分含有量が最大
でも３質量％の成分が不純物として扱われる。たとえ
ば、ＣａＯ系耐火物中の不純物にはＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，
ＳｉＯ2，鉄酸化物，リン酸化物，クロム酸化物，炭化
物，硫化物，窒化物，バインダーに由来するＣ等があ
る。ＭｇＯ系耐火物ではＳｉＯ2，鉄酸化物，リン酸化
物，クロム酸化物，炭化物，硫化物，窒化物等、Ａｌ2
Ｏ3系耐火物ではＳｉＯ2，鉄酸化物，リン酸化物，炭化
物，硫化物，窒化物等がある。これら不純物成分の合計
含有量を１０質量％以下とした耐火物製容器を用いて金
属又は合金を溶解すると、耐火物からメタルへの不純物
の混入が防止される。
は真空誘導溶解炉等の真空精錬炉が使用される。耐火物
製容器は予め焼成した耐火物，炉内でスタンプした耐火
物、内張りレンガ等で構築できるが、製造しようとする
金属又は合金の用途，目的に応じて耐火物を使い分ける
ことができる。耐火物は特に材質が制約されるものでは
なく、ＣａＯ，マグドロ，ＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3（スピネ
ル），マグクロ，Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2，ＺｒＯ2・ＳｉＯ2
（ジルコン），ＳｉＯ2，Ｙ2Ｏ3等がある。耐火物には
不可避的に不純物が混入しているが、成分含有量が最大
でも３質量％の成分が不純物として扱われる。たとえ
ば、ＣａＯ系耐火物中の不純物にはＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，
ＳｉＯ2，鉄酸化物，リン酸化物，クロム酸化物，炭化
物，硫化物，窒化物，バインダーに由来するＣ等があ
る。ＭｇＯ系耐火物ではＳｉＯ2，鉄酸化物，リン酸化
物，クロム酸化物，炭化物，硫化物，窒化物等、Ａｌ2
Ｏ3系耐火物ではＳｉＯ2，鉄酸化物，リン酸化物，炭化
物，硫化物，窒化物等がある。これら不純物成分の合計
含有量を１０質量％以下とした耐火物製容器を用いて金
属又は合金を溶解すると、耐火物からメタルへの不純物
の混入が防止される。
【００１１】溶解する金属又は合金に応じて適正な材質
の耐火物が選択されるが、ＣａＯ系耐火物は優れた脱硫
能をもち、不純物成分の合計含有量が１０質量％以下の
ＣａＯ系耐火物製容器で特に脱Ｓ能が顕著になり、脱
Ｏ，脱Ｐ作用も発現する。なかでも、不純物成分の合計
含有量を５質量％以下に規制したＣａＯ系耐火物製容器
を使用すると、優れた脱Ｓ能，脱Ｏ能，脱Ｐ能によって
溶解した金属又は合金が高純度になる。なお、焼成した
ＣａＯ製ルツボはバインダーに由来するＣで汚染されて
いることが多いので、高純度金属又は合金の溶製に先立
ってＣａＯ製ルツボを洗浄し、Ｃ等の汚染物を除去して
おくことが好ましい。
の耐火物が選択されるが、ＣａＯ系耐火物は優れた脱硫
能をもち、不純物成分の合計含有量が１０質量％以下の
ＣａＯ系耐火物製容器で特に脱Ｓ能が顕著になり、脱
Ｏ，脱Ｐ作用も発現する。なかでも、不純物成分の合計
含有量を５質量％以下に規制したＣａＯ系耐火物製容器
を使用すると、優れた脱Ｓ能，脱Ｏ能，脱Ｐ能によって
溶解した金属又は合金が高純度になる。なお、焼成した
ＣａＯ製ルツボはバインダーに由来するＣで汚染されて
いることが多いので、高純度金属又は合金の溶製に先立
ってＣａＯ製ルツボを洗浄し、Ｃ等の汚染物を除去して
おくことが好ましい。
【００１２】ＭｇＯ系耐火物は、ＣａＯに比較すると脱
硫能に劣るが、耐吸湿性に優れ扱いやすいために汎用性
が高い。Ａｌ2Ｏ3系耐火物は、Ａｌ含有量の高い合金の
溶解に適している。これらの耐火物，特に焼結耐火物
は、バインダーに由来するリン酸化物等で汚染されてい
ることが多いので、高純度金属又は合金の溶製に先立っ
て耐火物製容器を洗浄し、Ｐ等の汚染物を除去しておく
ことが好ましい。溶解原料には、不純物が極力少ない原
料の使用が好ましい。たとえば、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ等の
金属又は合金を溶解する場合、不純物の少ない電解品が
好適である。耐火物製容器を配置したタンク内に高純度
ドライ不活性ガスを導入する前に、タンクを真空引きす
ると溶解原料やルツボ，タンク内壁の付着水分，吸着物
が吸引除去され、金属又は合金に対する不純物混入を効
果的に低減できる。真空引きは、１０-3トール以下（好
ましくは、１×１０-4トール以下）の到達真空度で実施
される。
硫能に劣るが、耐吸湿性に優れ扱いやすいために汎用性
が高い。Ａｌ2Ｏ3系耐火物は、Ａｌ含有量の高い合金の
溶解に適している。これらの耐火物，特に焼結耐火物
は、バインダーに由来するリン酸化物等で汚染されてい
ることが多いので、高純度金属又は合金の溶製に先立っ
て耐火物製容器を洗浄し、Ｐ等の汚染物を除去しておく
ことが好ましい。溶解原料には、不純物が極力少ない原
料の使用が好ましい。たとえば、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ等の
金属又は合金を溶解する場合、不純物の少ない電解品が
好適である。耐火物製容器を配置したタンク内に高純度
ドライ不活性ガスを導入する前に、タンクを真空引きす
ると溶解原料やルツボ，タンク内壁の付着水分，吸着物
が吸引除去され、金属又は合金に対する不純物混入を効
果的に低減できる。真空引きは、１０-3トール以下（好
ましくは、１×１０-4トール以下）の到達真空度で実施
される。
【００１３】また、高純度ドライ不活性ガスの導入直前
に真空引きを停止すると、エアリークに起因する真空度
低下が生じるので、真空引き停止から可能な限り短時間
のうちに高純度ドライ不活性ガスを導入することが好ま
しい。タンクの雰囲気圧が０.５気圧以上となるように
高純度ドライ不活性ガスが導入されるが、１気圧を超え
る雰囲気圧になるまで高純度ドライ不活性ガスを導入す
ると、外気からタンク内へのＮ2の侵入を効果的に防止
できる。他方、１気圧より若干低い雰囲気圧に調整する
と、ガス性不純物が効果的に除去される。何れの場合
も、炉内に高純度ドライ不活性ガスを封じても良く、或
いは金属又は合金の溶解中に高純度ドライ不活性ガスを
流しつづけても良い。
に真空引きを停止すると、エアリークに起因する真空度
低下が生じるので、真空引き停止から可能な限り短時間
のうちに高純度ドライ不活性ガスを導入することが好ま
しい。タンクの雰囲気圧が０.５気圧以上となるように
高純度ドライ不活性ガスが導入されるが、１気圧を超え
る雰囲気圧になるまで高純度ドライ不活性ガスを導入す
ると、外気からタンク内へのＮ2の侵入を効果的に防止
できる。他方、１気圧より若干低い雰囲気圧に調整する
と、ガス性不純物が効果的に除去される。何れの場合
も、炉内に高純度ドライ不活性ガスを封じても良く、或
いは金属又は合金の溶解中に高純度ドライ不活性ガスを
流しつづけても良い。
【００１４】Ｎ2≦０.００１体積％（好ましくは、≦
０.０００２体積％），Ｈ2Ｏ≦０.０１体積％（好まし
くは、≦０.００１体積％）の高純度ドライ雰囲気にす
ることによって、溶解時にＯ，Ｎ，Ｈのピックアップが
防止される。ＣｒのようなＯ，Ｎを吸収しやすい成分の
含有量が高い金属又は合金を溶解する場合、Ｎ2≦０.０
００２体積％、Ｈ2Ｏ≦０.００１体積％の雰囲気が一層
好ましい。ガス配管中の水分や配管接続部からのＮ2混
入も予想されるので、金属又は合金の溶解に当ってはガ
ス配管を高純度ドライ不活性ガスで十分に洗浄すること
が好ましい。雰囲気ガスをボンベに充填する際にもボン
ベ内をベーキングによって十分に脱水し、真空炉内への
導入管内も溶解前に十分ガス洗浄することが好ましい。
０.０００２体積％），Ｈ2Ｏ≦０.０１体積％（好まし
くは、≦０.００１体積％）の高純度ドライ雰囲気にす
ることによって、溶解時にＯ，Ｎ，Ｈのピックアップが
防止される。ＣｒのようなＯ，Ｎを吸収しやすい成分の
含有量が高い金属又は合金を溶解する場合、Ｎ2≦０.０
００２体積％、Ｈ2Ｏ≦０.００１体積％の雰囲気が一層
好ましい。ガス配管中の水分や配管接続部からのＮ2混
入も予想されるので、金属又は合金の溶解に当ってはガ
ス配管を高純度ドライ不活性ガスで十分に洗浄すること
が好ましい。雰囲気ガスをボンベに充填する際にもボン
ベ内をベーキングによって十分に脱水し、真空炉内への
導入管内も溶解前に十分ガス洗浄することが好ましい。
【００１５】高純度ドライ不活性ガス雰囲気下で溶解原
料が溶け落ち、メタル温度が目標温度に達した段階で、
必要に応じて脱酸剤を添加して脱酸精錬することにより
メタル中酸素を低減する。脱酸剤には、Ｓｉ，Ａｌ，Ｍ
ｎ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｃａ，Ｍｇ．ＲＥＭ等の脱酸元素が単
独で、或いは複数種類組み合わせて使用される。脱酸，
脱硫を強化した溶解では、ＣａＯ，ＭｇＯ等を主成分と
した耐火物製容器の使用が望まれる。スラグは必ずしも
必要とされるものではないが、高純度で高塩基度のフラ
ックスを溶湯に添加すると効果的な脱酸・脱硫精錬が可
能となる。
料が溶け落ち、メタル温度が目標温度に達した段階で、
必要に応じて脱酸剤を添加して脱酸精錬することにより
メタル中酸素を低減する。脱酸剤には、Ｓｉ，Ａｌ，Ｍ
ｎ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｃａ，Ｍｇ．ＲＥＭ等の脱酸元素が単
独で、或いは複数種類組み合わせて使用される。脱酸，
脱硫を強化した溶解では、ＣａＯ，ＭｇＯ等を主成分と
した耐火物製容器の使用が望まれる。スラグは必ずしも
必要とされるものではないが、高純度で高塩基度のフラ
ックスを溶湯に添加すると効果的な脱酸・脱硫精錬が可
能となる。
【００１６】高純度ドライ不活性ガス雰囲気下で溶解・
鋳造することにより、蒸気圧の高い金属の蒸発が抑えら
れ、溶解炉のタンク内部の汚染が防止される。その結
果、タンク内のメンテナンスが容易になり、量産可能な
溶解プロセスが構築される。このようにして、溶湯に直
接接触する気相雰囲気及び耐火物製容器の条件を最適化
することにより、不純物混入を抑えて精錬反応を進行さ
せ、従来のコールドクルーシブル法でしか溶製できなか
った高純度金属又は合金に匹敵する高純度材料をトンオ
ーダの工業規模炉で溶製できる。
鋳造することにより、蒸気圧の高い金属の蒸発が抑えら
れ、溶解炉のタンク内部の汚染が防止される。その結
果、タンク内のメンテナンスが容易になり、量産可能な
溶解プロセスが構築される。このようにして、溶湯に直
接接触する気相雰囲気及び耐火物製容器の条件を最適化
することにより、不純物混入を抑えて精錬反応を進行さ
せ、従来のコールドクルーシブル法でしか溶製できなか
った高純度金属又は合金に匹敵する高純度材料をトンオ
ーダの工業規模炉で溶製できる。
【００１７】
【実施例】２トンの真空誘導溶解炉を用い、１.５トン
の純Ｆｅ，純Ｎｉ，Ｆｅ−Ｃｒ合金，Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ
合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｎｉ−Ｔｉ合
金を溶解・鋳造した。耐火物製容器には、目的に応じて
不純物含有量が０.１〜９.１重量％のＣａＯ，ＭｇＯ，
Ａｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2製ルツボを使用し、予備洗浄によっ
てＣ，Ｐ等の汚染物を除去した。電解Ｆｅ，電解Ｃｒ，
電解Ｎｉ，高純度Ｔｉ，電解Ｃｕを溶解原料に使用し、
タンク内を１×１０-4トールまで真空引きすることによ
り溶解原料，ルツボ等の水分を十分に気化・除去した
後、高純度ドライＡｒガスの導入によってタンク内Ａｒ
ガス雰囲気のＮ2含有量を０.０００１〜０.００１体積
％，Ｈ2Ｏ含有量を０.０００５〜０.０１体積％に調整
した。
の純Ｆｅ，純Ｎｉ，Ｆｅ−Ｃｒ合金，Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ
合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｎｉ−Ｔｉ合
金を溶解・鋳造した。耐火物製容器には、目的に応じて
不純物含有量が０.１〜９.１重量％のＣａＯ，ＭｇＯ，
Ａｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2製ルツボを使用し、予備洗浄によっ
てＣ，Ｐ等の汚染物を除去した。電解Ｆｅ，電解Ｃｒ，
電解Ｎｉ，高純度Ｔｉ，電解Ｃｕを溶解原料に使用し、
タンク内を１×１０-4トールまで真空引きすることによ
り溶解原料，ルツボ等の水分を十分に気化・除去した
後、高純度ドライＡｒガスの導入によってタンク内Ａｒ
ガス雰囲気のＮ2含有量を０.０００１〜０.００１体積
％，Ｈ2Ｏ含有量を０.０００５〜０.０１体積％に調整
した。
【００１８】溶解炉タンク内へのＡｒガスの導入は約１
０分で完了した。Ａｒガスをタンク内に導入した後、Ａ
ｒ気圧を１気圧とし、金属又は合金の溶解中にＡｒガス
を流し続けた。Ｃｒ含有量が５０質量％以上の合金を溶
解する場合、ガス配管中の水分や配管接続部からのＮ2
混入も予想されるので、金属又は合金の溶解に先立って
ガス配管をＡｒガスで十分に洗浄した。更に、ボンベに
充填したＡｒガスを使用する場合、ボンベ内をベーキン
グによって十分脱水し、真空炉に接続された導入管もＡ
ｒガスで洗浄した。Ａｒ雰囲気中で溶解した原料が目標
温度に達した後、脱酸剤を添加して脱酸精錬した。次い
で、Ａｒ雰囲気下で溶湯を鋳型に注入し、鋳塊に鋳造し
た。
０分で完了した。Ａｒガスをタンク内に導入した後、Ａ
ｒ気圧を１気圧とし、金属又は合金の溶解中にＡｒガス
を流し続けた。Ｃｒ含有量が５０質量％以上の合金を溶
解する場合、ガス配管中の水分や配管接続部からのＮ2
混入も予想されるので、金属又は合金の溶解に先立って
ガス配管をＡｒガスで十分に洗浄した。更に、ボンベに
充填したＡｒガスを使用する場合、ボンベ内をベーキン
グによって十分脱水し、真空炉に接続された導入管もＡ
ｒガスで洗浄した。Ａｒ雰囲気中で溶解した原料が目標
温度に達した後、脱酸剤を添加して脱酸精錬した。次い
で、Ａｒ雰囲気下で溶湯を鋳型に注入し、鋳塊に鋳造し
た。
【００１９】比較のため、不純物含有量が１０質量％を
超えるＣａＯ又はＡｌ2Ｏ3ルツボを用い、ルツボ及び原
料の水分を真空引きで気化除去した後、同様なＡｒ雰囲
気下で金属又は合金を溶解した（試験番号１１，１
２）。また、タンク内を１×１０ -4トールの真空雰囲気
に維持して原料を溶解・鋳造し（試験番号１３）、或い
はＮ2：０.００３体積％，Ｈ2Ｏ：０.０００５体積％の
Ａｒガス雰囲気又はＮ2：０.０００１体積％，Ｈ2Ｏ：
０.００２体積％の十分に乾燥していないＡｒガス雰囲
気下で溶解・鋳造した（試験番号１４，１５）。
超えるＣａＯ又はＡｌ2Ｏ3ルツボを用い、ルツボ及び原
料の水分を真空引きで気化除去した後、同様なＡｒ雰囲
気下で金属又は合金を溶解した（試験番号１１，１
２）。また、タンク内を１×１０ -4トールの真空雰囲気
に維持して原料を溶解・鋳造し（試験番号１３）、或い
はＮ2：０.００３体積％，Ｈ2Ｏ：０.０００５体積％の
Ａｒガス雰囲気又はＮ2：０.０００１体積％，Ｈ2Ｏ：
０.００２体積％の十分に乾燥していないＡｒガス雰囲
気下で溶解・鋳造した（試験番号１４，１５）。
【００２０】得られた金属又は合金の不純物含有量を測
定し、溶解原料に当初から含まれている不純物含有量を
差し引いて溶解によるピックアップ量として算出した。
また、Ｃ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈのピックアップ量を合計した
値Δα（不純物成分の合計ピックアップ量）を算出する
と共に、得られた高純度金属又は合金に含まれている
Ｃ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈ，Ｏ濃度を合計した値β（不純物成
分の合計含有量）を算出した。溶解・鋳造時の雰囲気及
び耐火物容器を表１に、溶解・鋳造で得られた各種金属
又は合金の純度を表２に示す。表１，２から明らかなよ
うに，本発明で規定した条件下で溶解した試験番号１〜
１０では，Ｃ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈの合計ピックアップ量Δ
αが０.００５質量％以下で、得られた高純度金属又は
合金に含まれるＣ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈ，Ｏ等の不純物成分
の合計含有量も２００ｐｐｍ以下と低い値を示した。
定し、溶解原料に当初から含まれている不純物含有量を
差し引いて溶解によるピックアップ量として算出した。
また、Ｃ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈのピックアップ量を合計した
値Δα（不純物成分の合計ピックアップ量）を算出する
と共に、得られた高純度金属又は合金に含まれている
Ｃ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈ，Ｏ濃度を合計した値β（不純物成
分の合計含有量）を算出した。溶解・鋳造時の雰囲気及
び耐火物容器を表１に、溶解・鋳造で得られた各種金属
又は合金の純度を表２に示す。表１，２から明らかなよ
うに，本発明で規定した条件下で溶解した試験番号１〜
１０では，Ｃ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈの合計ピックアップ量Δ
αが０.００５質量％以下で、得られた高純度金属又は
合金に含まれるＣ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈ，Ｏ等の不純物成分
の合計含有量も２００ｐｐｍ以下と低い値を示した。
【００２１】これに対し、試験番号１１，１２では、耐
火物からの不純物混入が避けられず、ピックアップ量Δ
αが０.００５質量％を超え、得られた金属又は合金の
不純物含有量βが２００ｐｐｍを超えていた。溶解時に
高純度ドライＡｒガスを使用しなかった試験番号１３で
は、Ｎ2，Ｈ2Ｏのピックアップが多くなり、高純度金属
又は合金が得られなかった。Ｎ2が高濃度のＡｒガスを
雰囲気に使用した試験番号１４では、溶解時にＮのピッ
クアップが著しく、得られた合金の不純物含有量βも２
００ｐｐｍを超えていた。また、十分に乾燥していない
Ａｒガスを雰囲気に使用した試験番号１５では、Ｈのピ
ックアップが多く、高純度合金が得られなかった。
火物からの不純物混入が避けられず、ピックアップ量Δ
αが０.００５質量％を超え、得られた金属又は合金の
不純物含有量βが２００ｐｐｍを超えていた。溶解時に
高純度ドライＡｒガスを使用しなかった試験番号１３で
は、Ｎ2，Ｈ2Ｏのピックアップが多くなり、高純度金属
又は合金が得られなかった。Ｎ2が高濃度のＡｒガスを
雰囲気に使用した試験番号１４では、溶解時にＮのピッ
クアップが著しく、得られた合金の不純物含有量βも２
００ｐｐｍを超えていた。また、十分に乾燥していない
Ａｒガスを雰囲気に使用した試験番号１５では、Ｈのピ
ックアップが多く、高純度合金が得られなかった。
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、溶解中の金属又は合金が直接接触する雰囲気（気
相）及び耐火物製容器にそれぞれ不純物成分の少ない高
純度ドライ不活性ガスや耐火物を使用することにより、
従来のコールドクルーシブル法でしか製造できなかった
不純物成分の合計含有量が２００ｐｐｍ以下の高純度金
属又は合金を製造できる。しかも、コールドクルーシブ
ル法と異なり、工業規模での量産化が可能となり、C，
N，S，P，H，Oが大幅に低減できることから、各種機能
部材に使用される材料が安価に提供される。
は、溶解中の金属又は合金が直接接触する雰囲気（気
相）及び耐火物製容器にそれぞれ不純物成分の少ない高
純度ドライ不活性ガスや耐火物を使用することにより、
従来のコールドクルーシブル法でしか製造できなかった
不純物成分の合計含有量が２００ｐｐｍ以下の高純度金
属又は合金を製造できる。しかも、コールドクルーシブ
ル法と異なり、工業規模での量産化が可能となり、C，
N，S，P，H，Oが大幅に低減できることから、各種機能
部材に使用される材料が安価に提供される。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 安彦 兼次
宮城県仙台市青葉区片平二丁目１番地１号
東北大学 金属材料研究所内
Ｆターム(参考） 4K001 AA10 AA19 AA27 AA42 EA02
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｎ2：０.００１体積％以下，Ｈ2Ｏ：０.
０１体積％以下の高純度不活性ガス雰囲気中で、不純物
成分の合計含有量が１０質量％以下の耐火物製容器内で
金属又は合金原料を溶解することにより金属又は合金中
に混入するＣ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈの合計量を０.００５質
量％以下に規制することを特徴とする高純度金属又は合
金の溶解方法。 - 【請求項２】 Ｎ2濃度，Ｈ2Ｏ濃度をそれぞれＮ2≦０.
０００２体積％，Ｈ 2Ｏ≦０.００１体積％に規制した高
純度不活性ガス雰囲気を使用する請求項１記載の溶解方
法。 - 【請求項３】 ＣａＯ製の耐火物製容器を使用する請求
項１又は２記載の溶解方法。 - 【請求項４】 Ｃ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｈ，Ｏのうち合金成分
として意図的に含ませるものを除き、他の合計含有量を
２００ｐｐｍ以下に規制する請求項１〜３何れかに記載
の溶解方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001317663A JP2003129143A (ja) | 2001-10-16 | 2001-10-16 | 高純度金属又は合金の溶解方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001317663A JP2003129143A (ja) | 2001-10-16 | 2001-10-16 | 高純度金属又は合金の溶解方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003129143A true JP2003129143A (ja) | 2003-05-08 |
Family
ID=19135495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001317663A Pending JP2003129143A (ja) | 2001-10-16 | 2001-10-16 | 高純度金属又は合金の溶解方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003129143A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005154836A (ja) * | 2003-11-26 | 2005-06-16 | Kenji Abiko | 高温耐食性高クロム鉄合金 |
| JP2009019262A (ja) * | 2007-06-14 | 2009-01-29 | Toyota Central R&D Labs Inc | 金属溶湯の調製装置、金属溶湯の調製方法、金属溶湯の脱ガスまたは非金属介在物除去装置、金属溶湯の製造方法および金属溶湯の脱ガスまたは非金属介在物除去方法 |
| JP2010100891A (ja) * | 2008-10-23 | 2010-05-06 | Kenji Abiko | 耐疲労特性に優れる高純度鉄合金 |
| JP2010100894A (ja) * | 2008-10-23 | 2010-05-06 | Kenji Abiko | 再処理装置用超高純度鉄合金 |
| JP2010100892A (ja) * | 2008-10-23 | 2010-05-06 | Kenji Abiko | 固相接合性に優れる高純度鉄合金 |
| JP2010111911A (ja) * | 2008-11-06 | 2010-05-20 | Kenji Abiko | 耐照射損傷性に優れるオーステナイト系高純度鉄合金 |
| JP2010111909A (ja) * | 2008-11-06 | 2010-05-20 | Kenji Abiko | オーステナイト系高純度鉄合金 |
| JP2010133024A (ja) * | 2008-11-06 | 2010-06-17 | Kenji Abiko | 高温強度特性に優れるオーステナイト系高純度鉄合金 |
| US8030082B2 (en) | 2006-01-13 | 2011-10-04 | Honeywell International Inc. | Liquid-particle analysis of metal materials |
| WO2020218237A1 (ja) * | 2019-04-23 | 2020-10-29 | 国立大学法人東北大学 | ドロスの発生抑制方法、金属の精錬方法および金属精錬装置 |
| CN113293311A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-08-24 | 金川集团股份有限公司 | 真空感应冷坩埚熔炼制备高纯镍锭的方法 |
-
2001
- 2001-10-16 JP JP2001317663A patent/JP2003129143A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4490081B2 (ja) * | 2003-11-26 | 2010-06-23 | 兼次 安彦 | 高温耐食性高クロム鉄合金 |
| JP2005154836A (ja) * | 2003-11-26 | 2005-06-16 | Kenji Abiko | 高温耐食性高クロム鉄合金 |
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| JP2012067389A (ja) * | 2007-06-14 | 2012-04-05 | Toyota Central R&D Labs Inc | 金属溶湯の調製装置、金属溶湯の調製方法、金属溶湯の脱ガスまたは非金属介在物除去装置、金属溶湯の製造方法および金属溶湯の脱ガスまたは非金属介在物除去方法 |
| JP2010100894A (ja) * | 2008-10-23 | 2010-05-06 | Kenji Abiko | 再処理装置用超高純度鉄合金 |
| JP2010100892A (ja) * | 2008-10-23 | 2010-05-06 | Kenji Abiko | 固相接合性に優れる高純度鉄合金 |
| JP2010100891A (ja) * | 2008-10-23 | 2010-05-06 | Kenji Abiko | 耐疲労特性に優れる高純度鉄合金 |
| JP2010111909A (ja) * | 2008-11-06 | 2010-05-20 | Kenji Abiko | オーステナイト系高純度鉄合金 |
| JP2010133024A (ja) * | 2008-11-06 | 2010-06-17 | Kenji Abiko | 高温強度特性に優れるオーステナイト系高純度鉄合金 |
| JP2010111911A (ja) * | 2008-11-06 | 2010-05-20 | Kenji Abiko | 耐照射損傷性に優れるオーステナイト系高純度鉄合金 |
| WO2020218237A1 (ja) * | 2019-04-23 | 2020-10-29 | 国立大学法人東北大学 | ドロスの発生抑制方法、金属の精錬方法および金属精錬装置 |
| CN113293311A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-08-24 | 金川集团股份有限公司 | 真空感应冷坩埚熔炼制备高纯镍锭的方法 |
| CN113293311B (zh) * | 2021-05-28 | 2022-12-09 | 金川集团股份有限公司 | 真空感应冷坩埚熔炼制备高纯镍锭的方法 |
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