JPS60145352A - フエロボロンの製造方法 - Google Patents

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】 本発明は多段階遺児によりフェロボロンを製造するため
の方法に関する。

高ホウ素フェロアロイは非晶質合金業界の重要な部分で
ある。これらの合金の原料費を最小限に抑えるためには
、有効かつ安価なフェロポロン製造法を得ることが望ま
しい。

一般的なテルミット法は非晶質金属製造用のフェロボロ
ンを製造するためには適切でない。フェロボロンが望ま
しくないほど高いアルミニウム含量を保持するからであ
る。

非晶質合金製造用の安価なフェロボロンを供給する目的
で％に開発された方法が米国特許第４．３９７，６９１
号明細書（１９８３年８月９日にハマダらに交付）に記
載されている。彼らの方法（３） では、頂部に酸化鉄の塊を供給する溶鉱炉（ｂｌａｓｔ
ｆｕｒｎａｃｅ）を使用するか、あるいは予備還元され
た酸化鉄を羽目から供給する修正された構造のものを使
用する。ノ・マダらによれば電気炉の使用は費用がかか
りすぎるとして退けられている。

直接アーク反応器中におけるシリカの還元によりケイ素
を製造する方法が米国特許第４，２４７，５２８号明細
書（１９８’１年１月２７日、　Ｄｏｓａｊらに交付）
に記載されている。特に酸化ホウ素の融解温度は二酸化
ケイ素のものより実質的に低いので、Ｊ）ｏｓａｊらの
記述はフェロボロンの製造を導き出すのには限られた価
値をもつにすぎない。

ローゼンフエルダ−らによる最近の論文（ケミストリー
・アンド・インダストリー、１９８３年８月１５日、３
６９頁）には、低アルミニウム含量のフェロボロンを製
造するだめのカーボケ−ミック法の収率および電力効率
を改良する努力がなされていることが記載されている。

本発明によれば、フェロボロンの製法は（α）酸化ホウ
素、ホウ酸、硼砂、灰硼石（４） （ｃｏｌｅｍａｎｉｔｅ　）、ブリサイト（ｐｒｉｃｅ
ｔｅ　）、　マイエルホラフェル石（ｍｅｙｅｒｈｏ　
ｆｆｅｒｉ　ｔ　ｅ　）およびそれらの混合物よりなる
群から選ばれるホウ素含有物質；鉄、酸化鉄およびそれ
らの混合物；カーボンブラック、活性炭、コークスおよ
びそれらの混合物よりなる群から選ばれる炭質還元剤；
ならびに糖、デンプン、セルロースおよびそれらの混合
物よυなる群から選ばれる炭水化物からなる混合物を、
酸化ホウ素全含有する炭の生成に十分な温度に、かつこ
れに十分な時間加熱し；Ｃｂ）　この炭を電気炉または
アークプラズマ炉の第１還元帯域中へ移動させ、その間
これを酸化ホウ素の部分還元に十分な温度に加熱し；（
Ｃ）　これにより生成した物質を第２還元帯域へ移行さ
せ、ここでこの物質をさらに溶融フェロボロンを得るの
に十分な温度に加熱し；そして（カ　発生した蒸気のす
べてをより低温の帯域へ戻し、これによってより低温の
帯域において蒸気中のホウ紫外を維持する 工程よ＃）なる。

（５） この方法によれば、低炭素（すなわち〈５．０％）、２
高ホウ素（すなわちほぼ化学量論的ＦｅＢ）フェロボロ
ンが従来法によって可能であったよりも低い原価でｊ！
！！！潰される。その過程で生じるガス状のホウ紫外を
炉内に保持することによって、９０％以上のホウ素収率
が達成される。同時に、原料として酸化ホウ素の代わり
にホウ酸またはホウ素含有鉱物を、また鉄の代わりに酸
化鉄を使用することによって、さらに節約することが可
能である。ホウ酸を脱水し、酸化鉄を予備還元する廃熱
を利用することにより、エネルギー費が最小限に抑えら
れる。

図面は本発明方法を実施するのに適した装置の概略的な
、一部は断面を示す図を表わす。

本発明によれば、王として非晶質フェロアロイの製造に
使用される比較的安価なフェロボロンの製法が提供され
る。本発明は捷ずホウ素化合物、鉄および／または酸化
鉄、炭質還元剤、および炭水化物の混合物を加熱して炭
（ｃｈａｒ）を製造することよりなる。この炭を電気炉
またはアークプラズマ炉内で、まず酸化ホウ素を部分的
に還元するのに十分な温度に、次いで溶融フェロボロン
が得られるいっそう高い温度に加熱する。材料は炉内を
一方向に移動するのに伴って加熱され、還元される。還
元中に発生する酸化ホウ素蒸気は、蒸気が反対方向へ（
より低温の帯域へ）移動して行くとぎに、導入されてく
る供給材料により炉内に保有される。ホウ紫外の保有が
、高いホウ素歩留りを得るために重要である。

本方法の好ましい実施態様においては、ホウ素含有材料
がホウ酸であり、炭水化物が糖である。

糖は結合剤として作用し、脱水に際して反応性の高い大
きな表面を生じる。酸化鉄ではなく鉄を使用すると歩留
りはより高いが、実際には個々の用途の純度要求に適合
しうる最も安価な鉄源が使用されるであろう。カーボン
ブラックが好ましい還元剤であるが、他の形の炭素、お
よび各種の有機屑材料、たとえば木材チップも適してい
る。いずれの場合も供給材料の流量は、炭素による鉱物
酸化物の１００％化学量論的転化率が得られ、Ｃ０２（
７） は生成しないように調整される。供給材料の組成は化学
量論的であるか、またはその過程でのホウ素の損失を補
償するためにわずかに過剰のホウ素を含む。炭の製造中
に約５〜９％のホウ素が失われる。

供給材料の組成に対する他の制限は、その後の加熱に際
して炉を閉塞する可能性のある中性変態を生じない硬質
の非粘着性の炭を形成する必要があることである。炭を
形成するためには、供給材料をまず混合し、Ｋレット化
し、次いで１００℃以上、好ましくは約３００℃の温度
に加熱して炭水化物を炭化し、水分を確実に除去する。

あるいは炭を別個の囲いの中で製造し、次いで砕いて塊
状となし、そして炉に導入することもできる。その場合
、３００℃を越える温度は避けるべきである。これによ
りホウ素損失が増すからである。

最適な結果は、炭ペレット化過程の制御に依存する。好
１しくは糖が約２０〜４０％の炭素原子を提供するよう
に糖／炭素の比率が選ばれる。好１しくけ、充填ベッド
の円滑な動きが確保される（８） うに、炭はその最大寸法が炉の直径の約１０〜１５％で
あるペレツＩ−’に有する。ペレットを構成する個々の
粒子は実質的にこれよりも小さい。供給材料はいずれの
製造工程においても多くの微粉が発生しないように十分
に硬くなければならない。

微粉は充填されたカラム全閉塞する可能性があるからで
ある。ペレット化すると炭素が糖と一緒に使用されるの
で微粉の発生が最小限に抑えられる。

すなわち１００％糖を用いれば微粉の形成に導く脆い塊
を与える。

炭混合物は炉の第１還元帯域内へ流入し、ここで金属酸
化物は部分的に還元される。材料が炉内を移動し続ける
のに伴って温度が上昇し、酸化物は最終的に還元されて
溶融フェロボロンとなり、これは炉の加熱端においてタ
ップから取り出される。

本方法に用いられる炉の温度は、フェロボロン生成物の
希望する化学量論に依存する。たとえば低ホウ素のフェ
ロボロン共晶は１１６１℃Ｓ度の低温で生成するであろ
うが、高フツ素共晶はより（９） 高い温度を必要とする。ＦｅＢ２の共晶温度は約１５０
０℃である。従って高ホウ素生成物を得るためには、第
２の還元は好ましくは少なくとも約１５００℃の温度で
起こる。しかしホウ素の損失を最小限に抑えるためには
、過度の温度は避けるべきである。第１還元帯域の温度
は好ましくは約１０００〜１３００℃である。

その過程を通じて炭素は溶融物の上方に維持され、より
高温の領域で発生する酸化ホウ素はまずより低温の炎上
で捕獲され、次いで再循環される。

炉内における材料のベッド・ターンオーバ／時間（ｂｅ
ｄ　ｔｕｒｎｏｖｅｒ／　ｔｉｍｅ）が約０．５／時以
下である場合に最適な結果が得られる。空間速度がより
高い（ベッド・ターンオーバ／時がより大きい）と、一
般に収率が低下する。しかし空間速度が低下すると、生
産も低下する。

いずれかの理論により拘束されることは望まないが、本
発明方法においては下記の反応が起こると考えられる。

（１０） 脱水：　Ｈｓ　Ｂ　０３−−一→直ＢＯ２＋Ｈ２Ｏ２Ｈ
ＢＯ２−ンＢ２Ｏ３＋Ｈ２０ 初期還元： ２Ｆｅ２０ｓ　＋　Ｃ＋□Ｈ２□Ｑ＋＋　＋４ＨｓＢＯ
ｓ　−〉４ＦｅＯ＋２Ｂ２０３＋１２ＣＯ＋１７Ｈ２０
最終還元： ４ＦｅＯ＋２＆０３　＋　１０最終−４ＦｅＢ＋１０Ｃ
Ｏ逃出（酸化ホウ素の）： Ｂ２０３（Ｌ）−ｍ−÷Ｂ２０３（Ｇ）Ｂ２０３ＣＬ）
十Ｃ−＝〉ＣＢＯ）＞２＋ＣＯ捕獲（酸化ホウ素の）： １３２０３ＣＧ）−一峠Ｂ２０３（Ｌ　）一部は断面で
示す。原料は凝集を起こさせるのに十分な量の水丑たは
他のベレット化剤と共にディスク被しタイザ−１０に供
給される。材料が４レツト化されたのち、これらをロー
タリーキルン１１へ移動させ、ここで帯域Ａ、　Ｂおよ
びＣにおいてこれらは順次脱水され、炭化し、そして部
分的に還元される。空気１２が一端においてロータリー
キルンに供給され、廃ガス１３が他端において排出され
る。材料はロータリーキルン１１において部分的に還元
されたのち炉１４に供給される。

好壕しくけ炉はサブマージド電極１５を含むアーク炉で
ある。あるいは炉を誘導加熱炉丑たはプラズマアークに
より加熱することもできる。材料は炉１４内を下方へ移
動するのに伴って加熱され、還元される。ガス状の酸化
ホウ素はより低温の領域へ上昇するのに伴って炎内で捕
獲される。溶融したフェロボロン生成物はタップ１６に
おいて取出される。

本発明をより十分に理解するために以下の実施例を提示
する。本発明の原理および実際を説明するために示した
特定の技術、東件、材料および報告されたデータは一例
であり、本発明の範囲を限定するものと解すべきではな
い。

実施例１ それぞれ９．０．８．８．４３．２および３９．０重量
係の量の糖、炭素、ホウ酸および鉄をまず混合し、次い
で一定の重量が保たれるまで約２７５°　の温度に加熱
した。周囲温度にまで冷却したのちこの゛′前炭（ｐｒ
ｅｃｈａｒ）”物質をくだき、ふるい分けして−１２，
７ｍｍ−十Ｎｏ　、　１０　Ｕ　Ｓふるい（２，０ｍｍ
）にした。この前炭坑を垂直ダラファイト製誘導炉の供
給材料として用いた。ベッドが炉のより高温帯域へ下降
するのに伴って、前炭が炉の頂部に補給された。ベッド
空間速度は、はぼベッド・ターンオーバが０２２７時と
なるように調整された。

生成物フェロボロンはホウ素１３．６％を含み、総括歩
留は７７％であった。

実施例２〜４ 供給材料の組成および空間速度を変えて実施例１の方法
を繰り返した。これらの実施例および実施例１のパラメ
ーターおよび結果を表に示す。実施例４は２種の空間速
度で行われた点を留意されたい。

初期供給材料組成（重量％） １　９．０　８．８　４３．２　３９．０２　９．０　
８．８　４３．２　３９．０３　１２．５　１２．４　
３３．７　４１．４４．４’　１２．１　１２．７　３
２．３　４２．９（１４ ＦｅＢ中の 、２２　１３．６　０．３４　７７ ．１８　１３．７　０．３０　８６ ．１８　１３．９　０．２９　６８ ．０８．．４６　−．１５．４−　８０．５４

【図面の簡単な説明】

図面は本発明方法を実施するのに適した装置の概略的な
、一部は断面を示す図を表わす。図中の各記号は下記の
ものを示す。 １０：ディスクベレタイザー； １１：ロータリーキルン（Ａ％Ｂ、Ｃ：それぞれ脱水、
炭化、部分還元帯域）； １２：空気　１３：廃ガス １４：炉　１５：サブマージド電極 １６：タップ 特許出願人　アライド・コーポレーション（１５）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）（α）（１）酸化ホウ素、ホウ酸、硼砂、灰硼石
   、ブリサイト、マイエルホラフェル石およびそれらの混
   合物よりなる群から選ばれるホウ素含有物質、 （１１）鉄、酸化鉄、およびそれらの混合物、Ｇ１１）
   　カーボンブラック、活性炭、コークスおよびそれらの
   混合物よりなる群から選ばれる炭質還元剤；ならびに θ■）糖、デンプン、セルロースおよびそれらの混合物
   よりなる群から選ばれる炭水化物からなる混合物を、酸
   化ホウ素を含有する炭の生成に十分な温度に、かつこれ
   に十分な期間加熱し；（ｂ）　この炭を電気炉またはア
   ークプラズマ炉の第１還元帯域中へ移動させ、その間こ
   れを酸化ホウ素の部分還元に十分な温度に加熱し；（Ｃ
   ）　これにより生成した物質を第２還元帯域へ（１） 移行させ、ここでこの物質をさらに溶融フェロポロンを
   得るのに十分な温度に加熱し；そして（ｄｌ　発生した
   蒸気をすべて、より低温の帯域へ戻し、これによってよ
   り低温の帯域において蒸気態のホウ素が保留される 工程からなる、フェロボロンの製造方法。 （２）ホウ素化合物がホウ酸である、特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 （３）　炭水化物が糖である、特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 （４）炭が炉内で製造される、特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 （５）　炭がまず製造され、次いで炉内へ導入される、
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 （６）　炉における加熱がサブマージドアークにより行
   われる、特許請求の範囲第１項記載の方法。 （７〕　第１還元帯域における温度が約１ｏｏｏ〜１３
   ００℃である、特許請求の範囲第１項記載の方法。 （８）第２還元帯域に２ける温度が少なくとも約（２） １５００℃である、特許請求の範囲第１項記載の方法。 （９）材料が約０．５７時以下のベッド・ターンオーバ
   ／時で炉内各帯域を特徴する特許請求の範囲第１項記載
   の方法。