JPS60211049A - 低アルミニウム・高ホウ素含有フエロボロンの製造方法 - Google Patents

低アルミニウム・高ホウ素含有フエロボロンの製造方法

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JPS60211049A
JPS60211049A JP6754884A JP6754884A JPS60211049A JP S60211049 A JPS60211049 A JP S60211049A JP 6754884 A JP6754884 A JP 6754884A JP 6754884 A JP6754884 A JP 6754884A JP S60211049 A JPS60211049 A JP S60211049A
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boron
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魚谷 進
Masakazu Takahata
高畠 正和
Tatsuhiko Fujinuma
藤沼 龍彦
Koichi Oku
奥 孝一
Nobuhiro Sato
佐藤 信弘
Akio Okitsu
興津 昭夫
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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、ホウ素および鉄含有原料を電気炉中で炭素質
還元剤を用いて還元製錬するフェロボロンの製造方法に
関するものであり、特に本発明は先ず電気炉に鉄含有原
料を装・入して溶解した鉄浴にホウ素含有原料と炭素質
還元剤を装入して還元製錬する低アルミニウム・高ホウ
素含有7エロボロンの製造方法に関するものである。
従来フェロボロンは、酸化ホウ素、ホf)Wiなどのホ
ウ素化合物に鉄粉およびアルミニウム粉を配合、混合し
てアルミニウムによりホウ素化合物を還元するテルミッ
ト法と、ホウ素化合物に鉄粉および炭素質還元剤を配合
して電気炉中に装入して還元製錬する電気炉法とにより
主として製造されている。
テルミット法によれば、合金中のB含有量を20%以上
にすることができるが、アルミニウムを還元剤として使
用するため、製造されたフェロボロン中に数%の駐が含
有されることが避けられずかかる7エロボロンは紅の含
有がきられれるアモルファス合金あるいは特殊鋼等には
使用することができないという欠点がある。
一方前記従来の電気炉法によれば、製造されるフェロボ
ロンに含有されるアルミニウムは低いという点では有利
であるが、B含有量が低く、大体18%以下であった。
このようにB含有量が低い理由は、B含有量が高くなる
ような電気炉操業をすると高融点のB4Cが生成されて
、電気炉の炉床が隆起、上昇して安定操業を長期間継続
することができなく力るからである。このような低ホウ
素含有フェロボロンを前記アモルファス合金あるいは特
殊鋼洛中に添加して所定のボロンを合金させるには、高
ホウ素含有フェロボロンを使用する場合より多量のフェ
ロボロンを使用する必要があるばかりでな(、さらに多
量のフェロボロン中に含有されている不純物が浴中に移
行して製品の純度〈させる必要がある。
従って、従来アル1=ウムの含有量が低く、かつホウ素
の含有量の高いフエロボロンカ使用者側で強く要望され
ていた。さて従来このようなフェロボロンを製造するこ
とができなかった理由は、酸化ホウ素(Bs03 )を
炭素(C)により還元する反応を電気炉中で進行させる
のに困輸があったのである。すなわち 810BをCK
より還元する反応としては下記式(1)、(2)が考え
られる。
V3 B20B + 20 = 4/3 B + 2 
CO””・(1)v3 BgOs +’I/3C= 1
/3B4C+2CO”−(2)上記式(1)の反応の△
伊が零となる温度は約1550 cであり、式(2)の
反応のΔG0が零となる温度は約2100 Cであり、
式(1)、(2)の反応が右辺へ進行する場合には熱力
学的にみて1000〜2000 Cの実用温度領域にお
いて式(2)の反応が式(1)の反応より優先して進行
することが判る。実際操業において、Bの収率を上昇さ
せるため炭素質還元剤を例えばB、O,を還元するに要
する理論量よりも多量に配合装入し、さらにフェロボロ
ン中のB含有量を高くするため鉄含有原料の配合割合を
減少させたりすると、短期間に電気炉炉床にB4Cが堆
積して炉床が隆起し、電気炉の連続操業が困難になるこ
とから、上記式(2)の反応が優先して進行することが
判る。
本発明は、従来方法にみられる欠点を除去、改善する方
法を提供することを目的とするものであり、特許請求の
範囲記載の方法を提供することにより前記目的を達成す
ることができる。
次に本発明の詳細な説明する。
本発明によれに、従来の電気炉による低アル書ニウム含
有フェロボロンを製造する方法と同様に電気炉方法によ
り低アルξニウム・高ホウ素含有のフェロボロンを製造
することができる。先ず、1回分の7エロボロンを製造
するに要する鉄含有原料を電気炉内に装入する。この際
、鉄含有原料中に酸化鉄が含有されているときには、こ
の酸化鉄を還元するに要する炭素材をも同時に装入した
後通電して鉄含有原料を溶解して鉄浴を生成させる。欣
にホウ素含有原料と炭素質還元剤を配合。
混合して装入し、ホウ素の還元反応を行なわせて生成し
たホウ素を鉄と合金させて、Bが低くとも20%のフェ
ロボロン浴を生成させた後、電気炉よりフェロボロン溶
湯を抽出する。
本発明によれば、先ず最初に炉床内で鉄浴を生成させる
ので、たとえ炉床にB4Cが堆積していて本この堆積物
の一部は溶鉄あるいは酸化鉄とそれを還元するに要する
炭素材の配合割合を調節することによって分解してBは
溶鉄中に吸収されるため、炉床が隆起することを防止す
ることができるという特長を有する。従ってフェロボロ
ン中のB−を上昇させるために鉄含有原料の配合比率を
減少させても、従来方法による如< B4Cの急激な生
成による炉床が隆起する懸念は極めて少なくなるので、
ホウ素含有量が高く、かつアルζニウム含有量の低いフ
ェロボロンを電気炉により長期間安定して製造するこ1
ができる。
本発明によれば、使用する鉄含有原料としては軟鋼層、
ダライ粉、海綿鉄、鉄鉱石、スケール等を使用すること
ができ、銹の多い鉄含有原料や鉄鉱石、スケールを用い
るときはこれらを還元するに要する還元剤をも添加する
。前回の電気炉操業において出湯を終了した後に次回の
操業のため鉄含有原料を電気炉中に装入した後、通電し
て溶解させて鉄浴を生成させる。なおこの際、各回操業
に必要な鉄含有原料の全量を出湯後電気炉炉床中に装入
する態様のほかに、前記全量の少なくとも2/3を先に
装入して溶融させ、残艶は後期にボロン含有原料、還元
剤等に混合して装入することもできる。
本発明によれば、炭素質還元剤としてコークス。
石炭1石油コークス、木炭、チャーの力かから選ばれる
何れか1種または2種以上を使用することができる。後
述するようにボロン含有原料は低融点のものが多く、炉
内の反応により生ずる高温の上昇ガスによって容易に溶
融し、炭素材により還元される温度に達する前に装入し
たB2O3の溶融が先行する傾向あるので、この傾向を
抑止するため前記還元剤は嵩比重が軽く、活性の炭素質
を含み、かつ灰分の少ないものが望しく、木炭が最も好
ましい。
なお前記ボロン含有原料の炉内における先行溶融をでき
るだけ阻止するため、嵩比重の極めて軽いウッドチップ
をホウ素含有原料と炭素質還元剤との合計重量の10−
60重量邦混合装入すると、B、OSの還元反応と82
0mの溶融の均衡が保たれ炉内反応により生成されるガ
スの通気性が良好になり、排ガスと降下原料との熱交換
が充分に行なわれるので熱損失が大巾に減少し熱効率が
上昇し、また排ガスが原料中を通過中に排ガス中の揮散
B2O3が原料層中で凝縮捕集されるのでB収率が向上
し、良好なボロン収率と低い電力消費量で高品位のフェ
ロボロンを製造することができ、さらに電気炉炉床が堆
積物により隆起することも少なくなるので、長期にわた
り操業を継続することができる。
本発明によれば、ボロン含有原料として無水ホウ酸(B
203) 、ホウ砂(Na2B4O7・10H20) 
、コールマン石(C82B6011 )等を使用するこ
とができる。
本発明に使用する諸原料は製造されるフェロボロン中の
アルζニウム含有量をできるだけ低くしたいので、n含
有量の低い諸原料を用いることが有利である。
本発明によれば、使用する電気炉の炉内寸法として、ウ
ッドチップを使用しないときには炉床部の内径と炉内の
深さの寸法比を1.1〜0.7の範囲内圧するとき、好
適な操業を行なうことができる。
一方ウッドチップを使用するときには、前記寸法比を1
.1〜0.5の範囲内にするとき同様に好適な操業を行
なうことができる。すなわちウッドチップを使用すると
きには単位重量の製品を製造するに要する鉄含有原料を
除く賭原料の嵩容積が大きくなるので、炉内の深さが深
いときでも良い操業tL繍を得ることができる°ことが
判る。
本発明によれば、上述の如き要領で諸原料を装入して還
元製錬を実施することにより、従来方法のように全種類
の原料を所定割合に配合、混合。
装入した場合に比し、低アルミニウム、高ホウ素含有フ
ェロボロンを長期間安定して製造することができる。
次に本発明を実施例について説明する。
実施例1 300KVA 3相エル一式電気炉(炉床内径/1深=
1)を用いて下記の諸原料の配合割合で操業した。
無水ホウ酸(B 30.75%、−1闘粉末)100部
木 炭 (Fe12.7 %、 −3m5) 51.2
部鉄 源 (軟鋼層) 62.5部 操業を開始するに当り、先ず今回操業に要する軟鋼層を
炉内に装入し、溶落後無水ホウ酸と木炭の混合物を炉内
に装入して所定時間通電し、炉内に装入された全原料が
ほぼ溶落した後、溶湯であるフェロボロンを抽出し、抽
出口を閉し次回操業にそなえ、上記操業を30日間繰返
した。次にそれらの操業条件ならびに製造成績を平均し
て下記する。
負荷条件 電 圧! 45〜55V 電 流1 1800〜2500 A 平均電力負荷1195KW 操業成績 平均出湯間隔時間! 120 min。
平均出湯量1 56.9KF/回 製品品位lB22.5% 紅0.27%平均出湯渇度1
 1800C 原単位: 無水ホウ酸 1209に2 木 炭 619に2 軟鋼層 756KF 電 力 6857 KWh/1 30日間操業後炉内に若干堆積物が認められたが引続き
操業可能な状況にあった。
実施例2 300KVA 3相エル一式電気炉(炉床内径/1深=
 0.67)を用いて、実施例1と同一原料のほかにさ
らにウッドチップを併用した。すなわち電気炉から出湯
後の炉内に軟鋼層を装入し溶落後、無水ホウ酸、木炭、
ウッドチップの混合物を炉内に装入して所定時間操業後
出湯した。操業はウッドチップ配合量を2水準になし各
20日間合計40日間の連続操業を行なった。各期間別
の操業条件ならびに操業結果の平均値は下表に示す如く
であった。
表 上記40日間の連続操業後炉内に堆積物は全く認められ
なかった。なお実施例1の操業においては排ガス集塵器
にはかなりのダストが捕集されたが、実施例2の操業に
おいてはダストの発生は極めて少なく、従ってダストの
捕集量も激減した。
このようなダストの減少はウッドチップの併用が寄与し
ているからである。
実施例3 300KVA 3相エル一式電気炉(炉床内径/1深−
1)’を用いて下記の諸原料の配合割合で操業した。
無水ホウ酸(B 30.75%、−1m粉末> 100
部木 炭(FC80,7%、−3闘) 51.2部鉄 
源 (軟鋼層) 62.5部 操業を開始するに当り、先ず今回操業に要する軟鋼層の
70%を炉内に装入し溶落後無水ホウ酸と木炭及び軟鋼
層の残部30%の混合物を炉内に装入して所定時間通電
し、炉内に装入された全原料がほぼ溶落した後、溶湯で
あるフェロボロンを抽出し、抽出口を閉し次回操業にそ
なえ、上記操業を30日間繰返した。次にそれらの操業
条件ならびに製造成績を平均して下記する。
負荷条件 電圧245〜55 V 電流11800〜250OA 平均電力負荷1192KW 操業成績 平均出湯間隔時間7 120 min 平均出湯量Iss、sKy/回 製品品位+ B22.3%、A/!、0.27%平均出
湯泪度: 1780C 原 単 位: 無水ホウ酸 1196KF木炭 6iz
xy 軟鋼層 748Ky 電力 6901 Kivh/1 30日間操業後炉内に若干堆積物が認められたが引続き
操業可能な状況にあった。
比較例 300KVA 3相エル一式電気炉(炉床内径/1深=
1)を用いて、下記に示す操業条件で従来方法により操
業を行なった。すなわち諸使用原料を予め配合、混合し
て炉内に装入して通電操業を行なつた。
配合 無水ホウ酸(B 30.95−11111) Z
oo部木 炭(−1m F−C−80,7) 52.4
部スケール(−30mesh) 68.9部以上を良く
混合し、電気炉中ヘチャージ電圧 45〜55 V 電流 1800〜2500 A 通電時平均負荷 198 KW 平均タップ時間 153 min 平均出湯量 52.6KF 原単位 無水ホウ酸 is’ytKy 木炭 823KF スケール 1082Kp 電力 9600 KWh/1 metal B 22.8% At O,29%従来法
′によれば、操業の際発生するガス量が多いばかりでな
く、酸化ホウ素が溶融して炉内原料面をおおうため原料
面が異常に膨張して、操業が著しく難渋した。8日間の
連続操業後には炉床にB4Cの堆積物が隆起したので操
業を停止せざるを得なかった。
以上の実施例ならびに比較例からも判るように本発明は
従来知られた電気炉による7エロボロンの製造方法に比
し、極めて優れた数々の特長を有し、低アルミニウム・
高ホウ素含有フェロボロンを長期間安定して製造するこ
とができる。
特許出願人 日本重化学工業株式会社 代 理 人 弁理士 村 1) 政 治弁理士 秦 野
 拓 也

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 l ホウ素および鉄含有原料を電気炉中で炭素質還元剤
    を用いて還元製錬するフェロボロンの製造方法において
    、ある回の出湯を終了した後に電気炉中に鉄含有原料を
    装入して前記鉄含有原料を溶融させた後に、前記溶融浴
    にホウ素含有原料と炭素質還元剤と必要により鉄含有原
    料を装入して炭素によりホウ素含有原料を溶融還元して
    溶融フェロボロンを生成させた後、前記溶融フェロボロ
    ンを電気炉より出湯することを特徴とする低アルミニウ
    ム・高ホウ素含有7エロボロンの製造方法。 2 ある回の出湯を終了した後に電気炉中に予め鉄溶融
    浴を形成させるために装入される鉄含有原料の重量は、
    次回出湯される溶融7エロボロンを製造するために必要
    な鉄含有原料の重量の30〜100重量%である特許請
    求の範囲第7項記載の方法。 3 前記炭素質還元剤として、コークス、石炭。 、[1コークス、木炭、チャーのなかから選ばれる何れ
    か1種または2種以上を使用する特許請求の範囲第7項
    記載の方法。 仏 それぞれ装入された鉄およびボロン含有原料が溶落
    して貯溜される電気炉内の炉床部の内径と炉内の深さと
    の寸法比は1.1〜0.7である特許請求の範囲第1項
    記載の方法。 S、 ホウ素および鉄含有原料を電気炉中で炭素質還元
    剤を用いて還元製錬するフェロボロンの製造方法におい
    て、ある回の出湯を終了した後に電気炉中に鉄含有原料
    を装入して前記鉄含有原料を溶融させた後に、前記溶融
    浴にホウ素含有原料と炭素質還元剤とウッドチップと必
    要により鉄含有原料を装入して、炭素によりホウ素含有
    原料を溶融還元して溶融フェロボロンを生成させた後、
    前記溶融フェロボロンを電気炉より出湯することを特徴
    とする低アルミニウム・高ホウ素含有7エロボロンの製
    造方法。 乙 ある回の出湯を終了した後に電気炉中に予め鉄溶融
    浴を形成させるために装入される鉄含有原料の重量は、
    次回出湯される溶融フェロボロンを製造するために必要
    な鉄含有原料の重量の30〜100重量外である特許請
    求の範囲第5項記載の方法。 2 前記炭素質還元剤として、コークス、石炭。 石油コークス、木炭、チャーのなかから選ばれる何れか
    1種まfcti2種以上を特徴とする特許請求の範囲第
    S項記載の方法。 L ホウ素含有原料と炭素質還元剤との合計重量に対す
    るウッドチップの重量比率は10〜60重量%である特
    許請求の範囲第5項記載の方法。 θ それぞれ装入された鉄およびボロン含有原料が溶落
    して貯溜される電気炉内の炉床部の内径と炉内の深さと
    の寸法比は1.1〜0.5である特許請求の範囲第3項
    記載の方法。
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