JPS5826025A

JPS5826025A - フエロボロンの製造方法

Info

Publication number: JPS5826025A
Application number: JP12240281A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Watanabe; 浩介渡辺
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 1981-08-06
Filing date: 1981-08-06
Publication date: 1983-02-16
Also published as: JPS6013967B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、硼酸、酸化硼素、硼砂等の硼素化合物、木炭
、コークス等の炭素質物質粉、および鉄粉を混合した原
料を電気炉で溶解しフェロボロンを製造する過程で、酸
素濃度２１ｖｏ１％（大気）から１００　ｖｏ１％、好
ましくは３０ｖｏ１％から７０ｖｃｉ１％の範囲の酸素
富化ガスを、半溶融ないし溶融状態のフェロボロンに吹
きつけ、ボロン採収率およびフェロボロン中のボロン含
量を低下させることなくアルミニウム、炭素を酸化除去
し、さらに溶存する酸素をも同時に除去できることヲ特
像とする、フェロボロンの製造方法に関するものである
。

従来フェロボロンの用途として知られるのは、鋼の焼入
れ性を改善するために、ボロン含量として５０　ｐｐｍ
以下になるようにフェロボロンを添加したいわゆる硼素
鋼が最も大きく、その他、自動車等のガソリン機関に使
われるピストンリングの如き耐磨耗鋳鉄等がある。これ
らは、いずれも最終製品の一ボロン含量が極めて小さい
ので、たとえば前者の硼素鋼の場合、不純物であるアル
ミニウム含量が数ｗｔ％もあるいわゆるアルミテルミッ
ト法で製造されるフェロボロンでも工業的に問題となら
なかった。しかし、最近開発が進められている非晶質合
金や、特公昭５４−２７８１８号に開示される如き高硬
度焼結合金等に使用されるフェロボロンについては、最
終製品中のボロン含量が３ｗｔチ〜２０ｗｔ％と高く、
アルミニウム、炭素等の不納物の含量が極めて低いこと
が要求されている。

特に、非晶實合金に用いられるフェロボロンについては
、ボロン含量１５ｗｔ％以上、アルミニウム含量０．０
５ｗｔチ以下、溶存酸素ｉ　ｏ　ｏ　ｐｐｍ以下である
ことが望ましいとされ、従来のような高純度のフェロボ
ロンを工業的に製造することができなかった。

アルミニウム含量の少ないフェロボロンの製造方法につ
いてｍ、特公昭３４−９１０８号、特公昭４０−１８８
４１号、特公昭５’１−３７６１３号開示の方法があり
、いずれも硼酸、酸化硼素、硼砂等の硼素化合物、木炭
、コークス、石炭等の炭素質物質粉および鉄粉、鉄鉱石
といった粉状鉄を原料にして電気炉を用いて還元溶融し
、フェロボロン全製造するものである。しかし、これら
の特許公報に開示されている方法によシボロン含量１５
ｗｔ％のフェロボロンを製造する場合には、ボロン含量
１０ｗｔ％の場合よりアルミニウム含量が高く、０．１
ｗｔチ、典型的には［］、２ｗｔ％以上となる。また、
炭素含量についても０．２ｗｔ％以上、典型的には３．
４　ｗｔチ、また溶存酸素’ｊｚ７００ｐｐｍ以上含有
するフェロボロンしかできない。

本発明は、このような要求からなされたもので、ボロン
の採収率およびフェロボロン中のボロン含有率を高い水
準に維持しつつ、アルミニウム、炭素および溶存酸素の
含有量を極めて低減したフェロボロンの製造方法を提供
することを目的とする。

本発明者は前記目的を達成するために、フェロボロンを
溶解する過程で、原料中の酸化アルミニウムが炭素によ
って還元されて、鉄ないしボロンの合金として存在する
点、さらに酸化アルミニウムの標準生成自由エネルギー
（ΔＧ’）が酸化硼素よシも低い点に注目し、ボロンを
酸化させることなく、アルミニウムを酸化除去するため
に、次のような方法を試みた。

（１）合金としてフェロボロン中に含有されるアルミニ
ウムを酸化させるために、大気雰囲気中でフェロボロン
を再溶解し、さらに一定時間溶融状態を保持した結果、
ボロン含量全はとんど下げることなく、アルミニウム、
溶存酸素の含量全低下させることができた。

（２）酸化硼素、硼酸、硼砂等の硼素化合物、木炭粉お
よび鉄粉を十分に混合し、電気炉に装入した後、アーク
放電によシ溶融する過程で原料が半溶融ないし溶融した
時点で、加熱を続けながら、先端が溶融物に接触しない
位置にて、炉内に取付けたランス管よシ酸素富化ガスを
溶融物に吹きつけた。装入原料が完全に溶融し終わった
時点で出銑し、鋳造して得られたフェロボロン全分析し
た結果アルミニウム、炭素の含量がガス吹きつけを行な
わないものに比べて、ともに極めて低くかつ溶存酸素も
低いことが分った。

本発明はこのような知見からなされたものである。すな
わち本発明は、硼素化合物、炭素質物質粉および鉄粉からなる混合物原
料を溶解してフェロボロンＩＪ造するに際し、該原料を
溶解しながら酸素濃度２１ｖｏ１％（大気）から１００
　ｖｏ１％の範囲の酸素富化ガスを半溶融ないし溶融し
たフェロボロンに吹きつけることによって、該フェロボ
ロン中に含有するアルミニウムおよび炭素を酸化除去す
ることに％徴とするフェロボロンの製造方法である。

このように本発明は、酸素富化ガスの吹きつけという極
めて簡便な方法により、アルミニウム、炭素および溶存
酸素の含量が非常に低い高純度のフェロボロンを大量に
、かつ安価に生産することができる。

また、本発明の原理は半溶融ないし溶融状態のフェロボ
ロンを一定時間酸素富化ガス雰囲気にさらすことにより
、アルミニウムおよび炭素が酸化され、アルミニウムは
スラグとして分離され、炭素は一酸化炭素として除去さ
れること、さらに、アルミニウムと炭素がそれぞれ溶存
酸素と結合して除去され、脱酸素の作用をすることで結
果的にフェロボロン中の溶存酸素が減少することにある
。

したがって、かかる酸化雰囲気をつくって不純物を除去
する方法は、原料を溶解してから施すのも、フェロボロ
ンを再溶解してから施すのも原理的には全く同じである
が、工業的には当然、原料金溶解した時点で不純物を酸
化除去する方がエネルギーコストの面およびボロンのロ
スが少ない点で有利なことは強調されるべき点である。

半溶融ないし溶融フェロボロンに吹きつけるガスの酸素
！１度は、２１ｖｏ１％（大気）から１００ｖｏ１％の
範囲で十分効果を上げることができるがアルミニウムと
炭素の含量をいずれも０，０５ｗｔ％以下、溶存酸素ｆ
ｃ１００ｐｐｍ以下のフェロボロンを得るには酸素濃度
は３０　ｖｏｌ係以上が好ましく、また７　０　ｖｏ１
％を超えると、電気炉の黒鉛電極棒の燃焼による消耗が
激しくなり、製造コストの面で不利になるので、最適な
酸素濃度は３　Ｄ　ｖｏ１％から７０　ｖｏ１％の範囲
である。吹きつけるガスの流量については、溶解するフ
ェロボロンの量や炉の大きさによって異なるのはいうま
でもないが、十分な効果を得るには、１分間のガス流量
が電気炉の内容積の１／２以上であることが好ましく、
また過剰の流量のガスを吹きつけると、溶融物の表面を
冷却し、難溶解性のブロックを生成することがあるので
、１分間の流量が電気炉内容積の４倍以内であることが
望ましい。

本発明で実施した後述の実施例の装置は、ジロー型のア
ーク炉であるが、フェロボロンを溶解できる炉であれば
いかなるタイプのものでも有効である。また実施例に使
用したランス管は、内径１８ｍｍの鉄製のものであるが
、形状は電気炉の形、大きさによシ自由に選択できるも
のであシ、材質についても耐熱性の優れたセラミックス
を使用することも可能であり、総じて本発明は装置如制
約されるものではない。

以下に実施例および比較例に基づいて本発明を具体的に
説明する。

実施例１銑ダライ粉（Ｍ−Ｆｅ　９４　ｗｔ％、−２０メツシユ
）　　ｙ、　２　Ｋ９硼　酸（Ｈ８ＢＯｓ　＞　９９．
　Ｏｗｔ％、−２ｏメツシユ）　　１２．３に９木炭粉
（−５メツシユ）　　　　　　　　　　　　　　７ＣＩ
Ｋ９’ｆ、、５０１容量のポットミキサーにて十分混合
した。これらの原料に含有される不純物は、下記の如く
である。

水分２１チの品位のもの全使用この混合原料を電気炉へ装入し、溶解する。実験に使用
した電気炉は下記の如くである。

溶解を続けながら、始めてから７７分間に、内径１８朋
の鉄製ランス管を炉内に先端が溶融物に接触しない長さ
で装入し、連結したブロワ−を作動してエアを流量４８
１／ｍだけ吹き入れた。ガスの吹きつけは、タッピング
まで２５分間続けた。その結果、Ｂ　１６，３ｗｔ％、
ＡｌＯ，０６Ｗｔ　％、ＣＤ、　０６ｗｔ％、溶存酸素
１０８　ｐｐｍのフェロボロンヲ７．７に９得た。ボロ
ン採収率は５９．８チであった。ガス吹きつけ量、サン
プル品位等を併せて第１表に示す。

実施例２実施例１と同一の原料を同一の条件で溶解し溶解を開始
してから６３分目に、電気炉にランス管全装入し、エア
５０　ｌ／、、、酸素２３１／ｍをあらがじめ混合した
酸素濃度４９　ｖｏ１％のガスを溶融したフェロボロン
に吹きつけた。吹きつけ時間は、タッピングまでの２２
分間。その結果、Ｂ　１６，２ｗｔ％、Ａｎ　（１，０
４ｗｔ％、ＣＯ，０３ｗｔ％、溶存酸素９１　ｐｐｍの
フェロボロン６．５ＫｇＴｈ得た。ボロン採収率は５１
．２　％であった。ガス吹きっけ量、サンプル品位等を
第１表に併せて示す。

実施例３実施例１と同一の原料を同一の条件で溶解し溶解を開始
してから７３分目に、エア５０１／―と酸素４７／／−
ｍ′ｌｔあらかじめ混合した酸素濃度６２ｖｏ１％のガ
スをタッピングまで１０分間続けた。

その結果、Ｂ１６．１ｗｔ％、ＡｌＯ，０！ｌ　ｗｔ　
％、ＣＤ、０２ｗｔチ、溶存酸素４３　ｐｐｍのフェロ
ボロン８．４Ｋｇを得た。ボロン採収率は６４．７％で
あった。ガス吹きつけ量、サンプル品位等を併せて第１
表に示す。

実施例４および比較例１実施例１と同一の原料を同一の条件で溶解し、溶解を開
始してから７７分目に、電気炉にランス管全装入し、連
結したブロワ−を作動してエアを流量２０１／―だけ吹
き入れた。ガスの吹きつけはタッピングまで２８分間続
けた。その結果、Ｂ１６．８Ｗｔチ、ｋｌ　Ｏ，０７ｗ
ｔチ、Ｃ［１，１０ｗｔｑ６、溶存酸素１１５　ｐｐｍ
のフェロボロンを７．０〜得た。ボロン採収率は５６．
３％であった。

比較として、実施例と同一の原料を同一の条件で１０３
分間溶解のみを行い、ガス吹きつけを行なわなかった。

その結果、Ｂ　１６，２　ｗｔ％、Ａｌ０１３８ｗｔ％
、ＣＤ、２８ｗｔ％、溶存酸素７２’Ｏｐｐｍのフェロ
ボロンｆ６．５に９得た。ボロン採収率は５５．４　％
であった。これらのガス吹きつけ、サンプル品位等も併
せて第１表に示す。

第１表から明らかなごとく酸素富化ガスを吹きつけるこ
とによシ、フェロボロン中のボロン含１を低下させるこ
となく、かつ電力原単位、ボロン採収率も悪化させるこ
となく、アルミニウム、炭素、溶存酸素の含量を飛躍的
に下げることができる。吹きつけガスの酸素濃度３０　
ｖｏ１％から７０ｖｏ１％の好ましい範囲内において、
酸素濃度が高いほどアルミニウム等の不純物含量が低く
、また風量が大きいほど効果が大きい。なお、第１表の
ボロン採収率は、原料の硼酸量に対する生成フェロボロ
ンのボロン比を示したものであり、実際の操業において
は、捕集した排ガスダスト（ボロン含量１０〜１５ｗｔ
％）を回収し、電気炉に繰返すことによシ、８０チ以上
にすることが可能である。

特許出願人　　三井金属鉱業株式会社代理人　弁理士　　伊　東　辰　雄

Claims

【特許請求の範囲】

硼素化合物、炭素質物質粉および鉄粉からなる混合物原
料を溶解してフェロボロンを製造するに際し、該原料を
溶解しながら酸素濃度２１　ｖｏ１％から１００°ｖｏ
１％の範囲の酸素富化ガスを半溶融ないし溶融した７エ
ロボロンに吹きつけることによって、該フェロボロン中
に含有するアルミニウムおよび炭素を酸化除去すること
を特徴とするフェロボロンの製造方法。