JPH0657866B2 - 高純度リン鉄の精製方法 - Google Patents

高純度リン鉄の精製方法

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JPH0657866B2
JPH0657866B2 JP60056149A JP5614985A JPH0657866B2 JP H0657866 B2 JPH0657866 B2 JP H0657866B2 JP 60056149 A JP60056149 A JP 60056149A JP 5614985 A JP5614985 A JP 5614985A JP H0657866 B2 JPH0657866 B2 JP H0657866B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、リン鉄の精製方法であつて、特に電気炉法で
製造されたリン鉄中に不純物として含有されているSi,A
l,C,Ca,Mn等を除去してなる高純度リン鉄の精製方法に
関するものである。
(従来の技術) 従来のリン鉄の製造方法には、リン酸化物を含むリン鉱
石を、珪酸質フラツクスと炭素質還元剤を用いて電気炉
で還元製錬してFe−Pの合金とする電気炉法; 純鉄と赤リンを加圧下で加熱保持して高純度リン鉄を得
る合成法; フツ化鉄とメタリン酸ナトリウムとを925℃で電気分解
する電解法等が知られている。
これらの方法の中で電気炉法で製造されるリン鉄は、生
産性が高く、最も安価であるが、リン鉱石,屑鉄,珪
石,コークスを原料として電気炉中で還元製錬させて製
造するためこれらの原料中に含まれているSi,Al,Ca,C,M
n等の混入は避けることが出来ず従つてSi,Al,Ca,Cの含
有量はほとんどの場合0.1wt%以上、特にSi,Mnは低いも
のでも1wt%以上、一般的にSiは4〜5wt%である。
他方、合成法や電気分解法で製造されるリン鉄は品質面
においては、高純度となるが生産性が低く、これらの方
法で製造されたものは非常に高価なものとなる。
従来リン鉄は、快削鋼,鋳物,粉末冶金等へのリン添加
用母合金として使われて来たがこの種の用途としてはSi
が若干の問題となる程度で、その他の不純物について
は、大きな問題はなかつた。
(発明が解決しようとする問題点) 近年アモルフアス合金が脚光を浴びているが、これらの
合金を製造する為にはアモルフアス化元素としてP,
C,B等の半金属元素の1種又は2種以上の添加が不可
欠とされている。
これら半金属元素の中でリンは元素状で添加された場
合、添加歩留が極めて低く成分的中率が悪いため、Fe−
Pの形で添加することが望ましい。しかし、電気炉法で
製造したリン鉄中には、通常1wt%以上のSi,Mn,0.1wt
%以上のCa,Al,Cが含まれるため、これらの不純物を嫌
う種類の合金を製造する際には、かかるリン鉄を使用す
ることはできない。
上記理由からアモルフアス合金を製造する際には高純度
で安価なリン鉄の提供が望まれている。
(問題を解決するための手段) 前述の如く、従来の電気炉法で製造されるリン鉄は、生
産性が高いため比較的安価なリン鉄を提供することが可
能であるが、電気炉内での製錬時にSi,Al,Ca,C,Mn等が
混入するため用途面で制約があつた。
本発明者等は種々検討の結果、電気炉法で製造されるリ
ン鉄中の不純物はフラツクス処理によりあるいはフラツ
クス処理する際酸化性ガスを吹込むことにより、不純物
を除去して高純度リン鉄に精製することができることを
新規に知見した。
以下、これらの方法について更に詳しく述べる。
電気炉法で製造されるリン鉄の主な成分組成は、一般に
P20〜28wt%,Si4wt%前後、他に不純物としてそ
れぞれ多量のSi,Al,C,Ca,Mnと残部Feよりなり、その融
点は1150〜1350℃,比重は約6である。
本発明者等は、通常1300〜1450℃で電気炉から出湯され
るリン鉄溶湯を取鍋に受湯し、リン鉄溶湯に対して5〜
30wt%のリン鉱石を主体とするフラツクスを添加し、
攪拌処理することにより、あるいは前記攪拌処理ととも
に酸化性ガスを溶湯中に吹込むことによりリン鉄中のP
を低下させることなく、Si,Al,Ca,C,Mnの含有量が少な
い高純度のリン鉄を製造することができることを知見し
た。
このときの処理温度は、処理するリン鉄および添加する
フラツクスの組成により異なるが、一般的にはリン鉄お
よびフラツクスの融点以上、好ましくは1350〜1600℃が
良い。
前記処理温度が1350℃より低いと、反応速度が低下する
ので反応時間が長くなり、処理後のリン鉄とスラグの分
離が悪くなり、一方、温度が1600℃より高くなるとリン
の揮散損失が増大し、白煙の発生が激しくなり、作業性
を悪くし、エネルギーの利用率も低下するので処理温度
は1350〜1600℃の範囲内にする必要がある。
本発明で使用されるフラツクスの種類としては、P2O5
0〜50wt%を含有し、次式で表示される塩基度の範囲
からなるフラツクスが好適であり、なかでもP2O528〜
35wt%,塩基度1.0〜1.4のフラツクスが望ましい。
かかるフラツクスを使用するとリンの損失が防止され、
かつ、Si,Al,Ca,C,Mn等の不純物を低下させることがで
きる。
フラツクス中のP2O5を10〜50wt%とする理由は、フ
ラツクス中のP2O5が10wt%以下になると、リン鉄溶湯
中のリン損失が増大するためであり、また上限を50wt
%とするのは、これ以上にP2O5を増してもより以上の効
果が得られないためである。
フラツクスの組成と上記不純物元素の関連について説明
すると、精製後のリン鉄中のSi含有量を低くおさえた
い場合には、塩基度を上昇させ、Ca,Mnを低くおさえた
い場合には塩基度を低くする方がよいが、一般的には1.
0〜1.6の塩基度のフラツクスを用いる。
また、フラツクスとしては主としてリン鉱石が用いられ
るが、リン鉱石またはP2O5を主成分とする原料とともに
Si,Ca,Mg,Al等の酸化物および/またはフツ化物を含む
フラツクスを使用することもできる。
フラツクスの添加量は、除去すべき不純物含有量によつ
て大きく左右され、不純物含有量が少なければ、少量の
フラツクス量で所期の組成のリン鉄が得られるが、電気
炉法により得られたリン鉄を精製する場合にはフラツク
スの添加量は10〜30wt%が適当である。
通常電気炉法で製造されるリン鉄のSiは約4%であ
り、不純物の総計では5〜6wt%であるので、フラツク
スの添加量は、リン鉄重量の約30wt%が必要である
が、フラツクスを3〜4回に分割してフラツクス処理と
除滓処理を3〜4回繰返す場合には、同一組成のフラツ
クスをリン鉄重量に対して15wt%程度の使用で所期の
純度のリン鉄を得ることができる。
フラツクス処理と酸化性ガスの吹込み処理を併用した場
合には、さらに少ないフラツクス量で所期の純度のリン
鉄を得ることができる。
本発明によれば、フラツクスを使用し、もしくは使用す
ることなくO2,CO2等の酸化性ガスあるいは酸化性ガスと
N2,Ar等の不活性ガスとの混合ガスを溶湯を収容した取
鍋の底部より吹込むことも有利であり、若しくは、取鍋
中の溶湯の表面に吹きつけまたは、溶湯中に吹込むこと
も有利である。このようにすることにより、取鍋中の溶
湯を攪拌製錬することができるので取鍋を揺動させた
り、また攪拌翼を用いて攪拌することの代替手段とする
ことができる。
このように、酸化性ガスを溶湯中に吹き付けあるいは吹
き込むことによつて溶湯中の不純物を迅速に酸化してス
ラグとすることができる。
なお、上記ガス中に粉状にフラツクスを浮遊させて溶湯
中に吹き込むことにより、フラツクスと溶湯との接触が
極めて良くなり、溶湯とフラツクスの界面における不純
物除去反応が迅速、かつ完全に行なわれるという利点が
ある。
また、上記溶湯とフラツクスとの接触を良好にするた
め、誘導炉を用いて電磁攪拌することもできる。
つぎに本発明を実施例によつて説明する。
実施例1. 電気により還元製錬して得られたリン鉄溶湯3,540Kgを
カーボンライニングした取鍋に受湯し、フラツクスとし
て1,270℃に予熱したリン鉱石1000Kgを添加し、3相カ
ーボン電極を挿入して通電し、1,550℃まで昇温後、揺
動攪拌器に移し替えて5分間揺動攪拌処理し、除滓後、
鋳床に鋳込んだ。下記第1表に使用したフラツクスの組
成を示し、下記第2表にフラツクス処理前後のリン鉄の
組成を示す。
第2表よりわかるようにフラツクス処理をすることによ
り、Pが上昇するとともに、Si,Al,Ca,C,Mnはいずれも
大幅に減少して初期の高純度のリン鉄を得ることができ
た。
実施例2. 実施例1で使用したものと同様のリン鉄溶湯2,980Kgを
カーボンライニングした取鍋に受湯しフラツクスとして
1,230℃に予熱した配合フラツクスとして第1表に示す
リン鉱石80部と生石灰20部を配合したもの300Kgを
加え1,550℃まで加熱し炭素質攪拌羽根で10分間攪拌
した。その後除滓し再度1,250℃に予熱した。前記配合
フラツクス300Kgを加え、1,550℃まで加熱し炭素質攪拌
羽根で10分間攪拌し、除滓後鋳床に鋳込んだ。フラツ
クス処理前後のリン鉄組成を第3表に示す。
本実施例によれば所期の高純度のリン鉄を得るのに使用
するフラツクスを2回に分けて処理することにより不純
物を大幅に低減させるとともに、フラツクスの使用量を
低減させることができた。
実施例3. 実施例1に使用したものと同様のリン鉄溶湯2,850Kgを
カーボンライニングした取鍋に受湯し1,230℃に予熱し
た配合フラツクスとして第1表に示すリン鉱石50部と生
石灰50部を配合したもの140Kgを加え取鍋底よりArガス1
50Nl/min,取鍋上方より酸素ガスを5Nm3/minで10分
間吹精後除滓し、再び1,230℃に予熱した配合フラツク
ス140Kgを加え、同様に取鍋底よりArガスを150Nl/mi
n,取鍋上方より酸素ガスを5Nm3/minで10分間吹精
し、除滓後鋳床に鋳込んだ。フラツクス処理前後のリン
鉄組成を第4表に示す。
本実施例によれば、酸素ガスの使用によりフラツクスの
使用量が少なくともよいが、反面わずかながらリンが低
下する。
しかしながら不純物の含有量は十分所期の含有量におさ
えることができた。
実施例4. 実施例1に使用したものと同様のリン鉄溶湯2,700Kgを
上底吹設備を備えた取鍋に受湯し、取鍋底よりArガス15
0Nl/minを送入し溶湯を攪拌しながら、取鍋上方より酸
素ガスを10Nm3/minで10分間吹精しリン鉄上に浮上し
た酸化物を完全に除去した。
次いで、1,230℃に予熱した配合フラツクスとして第1
表に示すリン鉱石50部と生石灰50部を配合したもの
135Kgを加え取鍋底よりArガス150Nl/min,取鍋上方
より酸素ガス5Nm3/minで10分間吹精し、ガス吹込み
とフラツクス処理を併用した。処理後除滓し鋳床に鋳込
んだ。
処理前、ガス吹除滓後及びガス吹込みとフラツクス処理
を併用した場合のリン鉄組成を第5表に示す。
第5表からわかるように酸化性ガスを吹込むことによ
り、不純物が大幅に低下するが有効成分でありリンの酸
化もかなり進行する。しかしガス吹込みにより最も含有
量の多いSiを予め酸化除去し、しかる後フラツクスを
添加し、ガス吹込みと併用処理することにより、メタル
中のリンの損失を完全に抑えてしかも不純物が効果的に
除去出来た。
(発明の効果) 本発明によれば、リン鉄溶湯中のリン含有量の大幅な変
動なしにアモルフアス合金の製造の際に忌避される不純
物であるSi,Al,C,Ca,Mn等を低減させることができ、か
つ、本発明による精製方法は、生産性が高いという工業
的なメリツトを有する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 義行 群馬県山田郡大間々町大字大間々1719番地 日本重化学工業株式会社中央研究所内 (72)発明者 奥 孝一 東京都中央区日本橋小網町8番4号 日本 重化学工業株式会社内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リン鉱石と珪石と炭素質還元剤と含鉄原料
    とを電気炉により還元製錬して得られたリン鉄溶湯に、
    フラックスを添加して撹拌した後、除滓することによ
    り、前記リン鉄溶湯中に含有するSi,Al,C,Ca,Mnの含有
    量を低減させることを特徴とする高純度リン鉄の精製方
    法。
  2. 【請求項2】前記フラックスは、P2O5の含有量が低くと
    も10wt%であるリン鉱石よりなるものである特許請求の
    範囲第1項に記載の精製方法。
  3. 【請求項3】前記フラックスは、主としてリン鉱石より
    なり、その他Ca,Mg,Al,Siの酸化物および/またはフッ
    化物よりなるものである特許請求の範囲第1項に記載の
    精製方法。
  4. 【請求項4】前記フラックスのリン鉄溶湯重量に対する
    添加量は、5〜30wt%である特許請求の範囲第1項に記
    載の精製方法。
  5. 【請求項5】リン鉱石と珪石と炭素質還元剤と含鉄原料
    とを電気炉により還元製錬して得られたリン鉄溶湯にフ
    ラックスを添加して撹拌した後除滓し、次いで、酸化性
    ガスもしくは酸化性ガスと不活性ガスとの混合ガス吹錬
    を行ってから除滓することにより、前記溶湯中に含有す
    るSi,Al,C,Ca,Mnの含有量を低減させることを特徴とす
    る高純度リン鉄の精製方法。
  6. 【請求項6】前記フラックスは、P2O5の含有量が低くと
    も20wt%のリン鉱石よりなるものである特許請求の範囲
    第5項に記載の精製方法。
  7. 【請求項7】前記フラックスは、主としてリン鉱石より
    なり、その他Ca,Mg,Al,Siの酸化物および/またはフッ
    化物よりなるものである特許請求の範囲第5項に記載の
    精製方法。
  8. 【請求項8】前記フラックスのリン鉄溶湯重量に対する
    添加量は、5〜30wt%である特許請求の範囲第5項に記
    載の精製方法。
  9. 【請求項9】前記酸化性ガスは、O、COのいずれ
    か少なくとも1種のガス、O、COのいずれか少な
    くとも1種のガスと不活性ガスとの混合ガスである特許
    請求の範囲第5項に記載の精製方法。
  10. 【請求項10】フラックス添加は、その一部もしくは全
    部を粉状とし、前記酸化性ガスもしくは酸化性ガスと不
    活性ガスとの混合ガスを介して溶湯中に吹込み添加する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第5項に記載の精製方
    法。
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