JPS6013967B2 - フエロボロンの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、棚酸、酸化棚素、棚砂等の棚素化合物、木炭
、コークス等の炭素質物質粉、および鉄粉を混合した糠
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２１ｖｏｌ％（大気）からｌｏｗｏｌ％、好まし
くは３ルｏｌ％からマルｏｌ％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、ポ
ロン採収率およびフェロボロン中のボロン舎量を低下さ
せることなくアルミニウム、炭素を酸化除去し、こうに
溶存する酸素をも同時に除去できることを特徴とする、
フェロボロンの製造方法に関するものである。

従来フヱ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、ポロン含草として３■叫２下に
なるようにフェロポロンを添加したいわゆる側黍鋼が最
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ボロン含量が極めて小さいので、た
とえば前者の棚秦鋼の場合、不純物であるアルミニウム
合Ｓが数Ｍ％もあるいわゆるアルミテルミツト法で製造
されるフェロポ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、袴公
階払−２７８１８号に開示される如き高硬度燐結合金等
に使用されるフェロボロンについては、技終製品中のボ
ロン含童が３ｗｔ％〜２印れ％と高く、アルミニウム、
炭素等の不純物の合算が極めて低いことが要求されてい
る。特に、非晶質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、アルミニウム舎量０
．０５ｗｔ％以下、溶存酸素１００風以下であることが
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
量の少ないフヱロポロンの製造方法については、樽公昭
３４一９１０８号、特公略４０一１繁りＩ号、袴公昭５
１−３７６１３号開示の方法があり、いずれも棚酸、酸
化棚素、棚砂等の棚素化合物、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、フェロボロンを製
造するものである。しかし、これらの特許公報に開示さ
れている方法によりボロン含童１５ｗｔ％のフェロボロ
ンを製造する場合には、ボロン含量１印の％の場合より
アルミニウム含量が高く、０．１Ｍ％、典型的には０．
がｔ％以上となる。また、炭素舎量についても０．かｔ
％以上、典型的には０．４ｗｔ％、また溶存酸素を７０
０脚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、ボロンの探収率
およびフェロポ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ポ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
（△Ｇｏ）が酸化棚素よりも低い点に注目し、ポロンを
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｝ 合金としてフェロポ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
、ボロン含墨をほとんど下げることなく、アルミニウム
、溶存酸素の含量を低下させることができた。

｛２） 酸化棚素、棚酸、棚砂等の棚素化合物、木炭粉
および鉄粉を十分に混合し、電気炉に袋入した後、ァー
ク放電により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り酸素富化ガス
を溶融物に吹きつけた。

袋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を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、棚素化合物、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２１ｖｏｌ％
（大気）からｌｏｗｏｌ％の範囲の酸素富化ガスを半溶
融ないし溶融したフヱ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
めて簡単な方法により、アルミニウム・炭素および綾存
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ポ
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、原料を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ポロンのロ
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
濃度は、２１ｖｏｌ％（大気）からｌｏｗｏｌ％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、溶存酸素を１０
０胸以下のフェロボロンを得るには酸素濃度は３仇ｏｌ
％以上が好ましく、また７小ｏｌ％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びｏｌ％
から７爪ｏｌ％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
ロポ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１８側の鉄製の
ものであるが、形状は電気炉の形、大きさにより自由に
選択できるものであり、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
明は装置に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 銑ダラィ粉（Ｍ一Ｆｅ９４Ｍ％， −２０メツシユ） ７．２ｋ９ 棚酸（瓜Ｂ０３＞９９．肌ｔ％， −２０メツシユ） １２．３ｋ９木炭粉
（一５メッシュ） ７．０ｋ９を、５０〆
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
。■木炭粉：Ｆ．０５４多、Ｖ．Ｎ．１８％、灰分７多
、水分２１％の品位のものを使用この混合原料を電気炉
へ袋入し、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分割こ、内径１８腕の鉄製ラン
ス管を炉内に先端が溶融物に接触しない長さで菱入し、
連結したブロワーを作動してェアを流量４８〆／ｍｉｎ
だけ吹き入れた。

ガスの吹きつけは、タッピングまで２技分間続けた。そ
の結果、Ｂ１６．細ｔ％，ＡＩＯ．０鋤ｔ％，ＣＯ．０
榊ｔ％、港存酸素１０鉢曲のフェロボロンを７．７ｋ９
得た。ボロン孫収率は５９．８％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
してからめ分割こ、電気炉にランス管を袋入し、ェア５
０夕／ｍｉｎ、酸素２３そ／ｍｉｎをあらかじめ混合し
た酸素濃度４Ｗｏｌ％のガスを溶融したフェロポロンに
吹きつけた。

吹きつけ時間は、タツビングまでの泌分間。その結果、
Ｂ１６．２ｗｔ％．ＡＩＯ．０４ｗｔ％．ＣＯ．０机ｔ
％、溶存酸素９１跡のフヱロポロン６．６ｋ９を得た。
ポロン孫収率は５１．２％であった。ガス吹きつけ量、
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片目に、ェア５０Ｚ／ｍｉｎと酸素４７そ
ノｍｉｎをあらかじめ混合した酸素濃度６沙ｏｌ％のガ
スをタツピングまで１０分間続けた。

その結果、Ｂ１６１Ｍ％，山０．０３Ｋ％，ＣＯ．０２
ｗｔ％、溶存酸素４３血のフェロボロン８４ｋ９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、電気炉にランス管を
菱入し、連結したブロワ−を作動してェアを流量２０そ
／ｍｉｎだけ吹き入れた。

ガスの吹きつけはタツピングまで２８分間続けた。その
結果、Ｂ１６．８ｗｔ％，ＡＩＯ．ＯＷｔ％．ＣＯ．１
仇れ％、溶存酸素１１朝風のフヱロボロンを７．０ｋ９
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、Ｂ１６３の％，Ａ１０．紙Ｗｔ％，ＣＯ．２
８れ％、溶存酸素７２０跡のフヱロボロンを６．５ｋ９
得た。ポロン孫収率は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 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
とにより、フェロボロン中のボロン含量を低下させるこ
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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 硼素化合物、炭素質物質粉および鉄粉からなる混合物
   原料を溶解してフエ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２１ｖｏｌ％から１００ｖｏｌ
   ％の範囲の酸素富化ガスを半溶融ないし溶融したフエロ
   ボロンに吹きつけることによって、該フエロボロン中に
   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
   特徴とするフエロボロンの製造方法。