JPS62109947A - フエロボロン合金の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、フェロボロン系合金の製造方法に関し、特に
幾分かの量の珪素を含有し実質的にアルミニウムを含有
しないフェロボロン合金の製造方法に関する。

［従来の技術］ アルミニウムを含まないフェロボロンは、これまでは高
価であった。アルミニウム含有フェロボロンは多くの用
途で満足すべきものとされているが、幾つかの用途（特
にアモルファス磁性合金の製造方法）においては、一般
的には、アルミニウム含有フェロボロンを使用できない
。

鉄３絋硼素５絋珪素（一般的には約０．５￥の炭素をも
含有する）のようなアモルファス合金類は、モータや変
圧器等のような多くの磁気的用途に適するものとされて
いる。しかしながら、この種の合金類は、主としてアル
ミニウムを含有しない硼素の価格のために、比較的高価
である。この種の磁性合金類の硼素含有成分は、−Ｅ２
的には、Ｂ２Ｏ３と鋼スクラツプもしくは酸化鉄（ミル
・スケール）またはＢ２Ｏ３と鋼スフテップと酸化鉄の
混合物の炭素を還元することによって製造されたフェロ
ボロンの形で添加されることが多い。このようなフェロ
ボロンの製造方法は、吸熱度の高いものであり、通常は
サブマージド電極アーク炉（ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ　ｅｌ
ｅｃｔｒｏｄｅ　ａｒｃ　ｆｕｒｎａｃｅ）で行われる
。還元するために約１６００乃至１８００℃の温度が必
要であり、このように高い反応温度では８２０３の蒸気
圧が極めて高くなるために、硼素の回収率は低い（一般
的には約４０零であり、従って最終硼素含有量の約２．
５倍の硼素を添加しなければならない）。更に、製造工
程で多量の一酸化炭素が発生し、大規模な汚染制御が必
要になる。硼素の回収率が低く大規模な汚染制御装置を
使用する結果、Ｂ２Ｏ３（無水硼素）のフェロボロンへ
の変換は高価につく。上記のフェロボロンの価格は、通
常、含有される硼素重量換算で硼酸価格の５倍以上にな
る。

硼酸はテルミット法によって還元することもてきるけれ
ども、テルミット法では約４堀のアルミニウムを含有す
るフェロボロンとなり、このような（アルミニウム含有
）製品は幾つかの用途に適するものではあっても磁性材
料としての用途には適さない。

［発明が解決しようとする問題点及び問題点解決のため
の手段］ 従って本発明は、鉄成分、珪素成分及び硼素を必須成分
として含有する混合物を調製する工程を有し、鉄成分は
鉄と酸化鉄とフェロシリコンの少なくとも１種から選択
されたものであり、珪素成分は珪素もしくはフェロシリ
コンまたは珪素及びフェロシリコンから成り、混合物中
の珪素の量は混合物中の酸素と５ｉｎ２を形成する化学
量論量よりも多量であり、次いで混合物を１１００乃至
１５５０℃の温度で反応させて、０．５乃至２０＊のフ
ェロボロンと最大限４．５＊の炭素とを含有し二酸化珪
素含有スラブで覆われた溶融プールを形成させ、スラグ
を除去することを特徴とする実質的にアルミニウムを含
まないフェロホロン合金の製造方法。

［実施例コ 望ましくは、フェロボロンは１０乃至２５重量零の硼素
と、０．５乃至２０重量宅珪素と、最大４．５ｍｆｉｋ
の炭素とを含有し、残部が鉄と微量の各種不純物である
。無水硼酸（Ｂ２０３）は主として珪素によって還元さ
れる。混合物中の珪素の重量百分率が混合物中の硼素重
量の２乃至３．７倍であるのが望ましい。

好ましくは、硼酸添加前に少なくとも鉄成分を含有する
溶融プールの温度を１１００乃至１４５０℃（幾分かの
炭素もしくは珪素または炭素と珪素の両方を添加すると
浴は純鉄のプールよりも低い温度で溶融状態に保持され
る）に制御し、望ましくは硼酸とともに珪素成分の少な
くとも幾分かの量を溶融プールに注入する。

溶融プールの温度が低く　８２０３の還元に珪素が利用
できる結果として、硼素分の減損量が少なくなる。

本発明においては、溶融した鉄のプール中の珪素（通常
は１１００乃至１５５０℃の温度に保持されている）に
よって８２０３　（乾燥粉末の形の硼酸、好ましくは工
業用の無水物）が還元されて、実質的にアルミニウムを
含まず珪素を含有するフェロボロン合金が得られる。以
下の反応式による珪素と硼酸との反応が熱力学的に有利
であり、外部加熱はほとんどあるいは全く必要としない
。

２Ｂ２０３＋　３Ｓｉ→４Ｂ　＋　３Ｓｉ０２二酸化珪
素は表面上のスラグを形成し、容易に除去できる。電気
炉で反応させて、必要ならば加熱し、スラグと金属との
分離状態を良好にすることもできる。

本発明による解決法は、硼素の必要量を最少限に抑え、
アルミニウム汚染を回避する方策である。

珪素は、フェロシリコン、または金属珪素あるいはこれ
らの混合物の形で添加することができる。鉄は、鉄（た
とえば鋳鉄のような炭素含有鉄）、酸化鉄、フェロシリ
コン及びこれらの混合物の形で加えることができる。

浴の還元性が高いので、鉄分のうちの幾分かは酸化鉄の
形で添加できる。炭素分は、炭素、鉄（たとえば鋳鉄）
中の炭素またはこれらの混合物の形で加えることができ
る。各構成成分を加える最も実際的な方法であるから、
上述の化合物類の使用が好ましい。

たとえばアモルファスろうづけ用合金頚のような幾つか
の用途にあてる場合には、最終合金の他の諸成分の少な
くとも一部分を上記の合金のフェロボロン中に添加して
もよい。

更に、スラグとして放出されるその他の成分（たとえば
過剰の燐）または直接もしくは酸化されて気泡中に放出
される成分（たとえば過剰の炭素）を含有させておいて
もよい。従って、炭素は酸化されて浴から除去されるの
で、炭素を含有しないアモルファス合金類とともに使用
する場合であっても、幾分かの量の炭素を含有させるこ
とができ゛る。特に、この主のアモルファス磁性合金類
中の不純物としての炭素の含有率レベルがそれほど高く
ないとぎには一般的には問題とはならないので、幾分か
の量の炭素を含有させることが可能になる。

硼素の還元は主として珪素によって行われ、１５００℃
未満の温度においては Ｂ２Ｏ３”　３Ｃ→２Ｂ　＋　３ＧＯ の反応が熱力学的に不利な（進行しない）温度であるの
で、好ましくは１５００℃未満の温度で行われる。

一般に、フェロボロンは１０乃至２０重量＊の硼素を含
有する。硼素の還元のために必要な珪素の伍は、硼素の
重量のほぼ２倍であり、通常はそれ以上に添加された珪
素はフェロボロン中に残留する。珪素の追加は、硼酸の
蒸発による硼素の損失量を減少させ、浴を溶融状態に保
持するに必要な温度を低下させ、その結果、フェロボロ
ン生成物中の珪素含有率を高める。従って、最終製品が
硼素３＊と珪素部とを含有するものである場合、添加す
る珪素の量を好ましくは生成する硼素の重量の約３７倍
にする。

フェロボロン生成物中の好ましい鉄対硼素の比率は８：
１乃至３：１である。この比率は、勿論、硼素元素を基
準とした比率であり、Ｂ２Ｏ３の蒸発によって失われる
硼素は含まれない比率である。

好ましくは、本発明方法によるフェロホロンは主として
アモルファス合金中の硼素併給成分として使用され、ア
モルファス合金は変圧器またはモータ等の電気装置で用
いる磁性材料の少なくとも一部分として使用するのが好
ましい。

所望の各フェロボロン組成に対して使用する化学量論比
の鉄と、化学量論比の１乃至１７５倍の硼素と、化学量
論比の硼素の重量の２乃至３．７倍（好ましくは２．５
乃至３．７倍）の二の珪素とを混合するに先立って、混
合物の組成を算出するわけであるが、この際、溶融プー
ルの化学組成を分析し必要な化学組成に調製するために
添加を行うことができる。

Ｂ２Ｏ３の蒸発による硼素の損失並びに酸素と反応する
珪素として他の珪素源からの珪素がバッチ毎に変動する
可能性があるので、上記の如き分析と添加を行うのが良
い。

適宜な耐火物塗装を施した容器またはサントビット中で
本発明方法を実施することができ、よく混合された反応
剤は容器またはビット内で溶融して一体になる。反応に
よって生成したシリカ（ＳｉＯ□）はフェロボロン溶融
物の上部でスラグを形成しており、除去できる。

使用した反応剤の性質及び量によっては、珪素３元時に
発生する熱がスラグを溶かしてスラグと金属との分離を
良好にするには不充分であることもあり、本発明方法を
電気炉中で実施して幾分かの熱を追加してやる必要が生
じる場合もある。本発明によるフェロボロン製品は幾分
からの量の珪素（少なくとも５＊）を含有しており、そ
の理由は、上記の如きシリコテルミット反応（ｓｉｌｉ
ｃｏｔｈｅｒｍｉｃｒｅａｃｔｆｏｎ）は一般には完結
せず、過剰の珪素が８２０．の蒸発による損失を最少に
抑えるものだからである。しかしながら、珪素は通常は
とんどのフェロボロンの用途の場合、害を及ぼすもので
はなく、磁性材料のアモルファス合金類は通常的５重量
零の珪素を含有しているので、珪素含有フェロボロンは
硼素の導入並びにアモルファス合金中で必要な珪素の少
なくとも一部分の導入の目的に完結に適合するものと言
える。本発明のフェロボロンの製造コストは、必要な投
下資金が極めて少なく、操作が簡単であり、工程が発熱
工程であるため、従来法のカーホテルミツト ｃａｒｂｏｔｈｅｒｍｉｃ）還元法よりも遥かに少ない
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鉄成分、珪素成分及び硼素を必須成分として含有す
   る混合物を調製する工程を有し、鉄成分は鉄と酸化鉄と
   フェロシリコンの少なくとも１種から選択されたもので
   あり、珪素成分は珪素もしくはフェロシリコンまたは珪
   素及びフェロシリコンから成り、混合物中の珪素の量は
   混合物中の酸素とＳｉＯ＿２を形成する化学量論量より
   も多量であり、次いで混合物を１１００乃至１５５０℃
   の温度で反応させて、０．５乃至２０％のフェロボロン
   と最大限４．５％の炭素とを含有し二酸化珪素含有スラ
   ブで覆われた溶融プールを形成させ、スラグを除去する
   ことを特徴とする実質的にアルミニウムを含まないフェ
   ロボロン合金の製造方法。 ２、混合物中の珪素の重量百分率が混合物中の硼素の重
   量百分率の２倍乃至３．７倍であり、フェロボロンが１
   ０乃至２５重量％の硼素を含有していることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３、フェロボロンが１０乃至２０重量％の硼素を含有し
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の
   方法。 ４、珪素の重量百分率が硼素の重量百分率の２．５倍乃
   至３．７倍であることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項に記載の方法。 ５、プール中の鉄対硼素の比率が１０：１乃至２：１で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項
   の何れかに記載の方法。 ６、鉄対硼素の比率が８：１乃至３：１であることを特
   徴とする特許請求の範囲第５項に記載の方法。 ７、少なくとも鉄成分を加熱して溶融プールを形成させ
   、硼素添加前にプールの温度を １１００乃至１４５０℃に制御しておくことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第６項の何れかに記載の方
   法。 ８、硼素とともに幾らかの量の珪素成分を溶融プールに
   注入することを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載
   の方法。