JPS646243B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ アーク中にプラズマ形成剤を通すことによつ
て低温プラズマ・ジエツト２を発生させ、該低温
プラズマ・ジエツト２を溶融金属３に配送する溶
融金属処理方法において、該溶融金属３を撹拌す
るために該低温プラズマ・ジエツト２を該溶融金
属３の本体の内部の該溶融金属の表面の側に約
1500m／ｓの速度で配送し、且つ添加物を該プラ
ズマ・ジエツト２と一緒に導入することを特徴と
する溶融金属処理方法。

２ 窒素含有物質を添加物として用いることを特
徴とする請求の範囲第１項記載の方法。

３ 添加物として予め約0.1〜約1.0mmの範囲の寸
法の粒子に粉砕されたスラグ形成添加物を用いる
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。

４ 該スラグ形成添加物と一緒に、（酸素の体
積）／（プラズマ形成剤の体積）の比が１以下と
なる量の酸素を含有するプラズマ形成剤を用いる
ことを特徴とする請求の範囲第３項記載の方法。

５ 鉛直面内で往復運動するように設置され且つ
溶融金属３の表面の上方に配置された低温プラズ
マ・ジエツト２生成用のプラズマ発生装置１を含
んで成る、低温プラズマ・ジエツトによつて溶融
金属を処理するための装置において、該プラズマ
発生装置１にノズル５が接続され、該ノズル５は
端面を該溶融金属３に面しており更に該プラズマ
発生装置１から該低温プラズマ・ジエツト２が排
出される位置に該プラズマ発生装置１の流出部と
実質的に断面積が等しい流入部を有しており、該
溶融金属３中に浸漬したノズル５の部分の長さが
該溶融金属３の浴の深さの約0.1〜約0.8倍である
ことを特徴とする溶融金属処理装置。

６ 該プラズマ発生装置１が水平面内で移動する
ように設置されていることを特徴とする請求の範
囲第５項記載の装置。

７ トーチ型のプラズマ発生装置１を用いること
を特徴とする請求の範囲第５項または第６項に記
載の装置。

８ 外部プラズマ・アークを伴うプラズマ発生装
置１を用いることを特徴とする請求の範囲第５項
または第６項に記載の装置。

９ 該ノズル５が流出部の帯域においてプレート
２１を具備し、且つ該プレート２１は該ノズルの
内部孔と同軸の中央孔、および該プレート２１の
中心から周縁に向かつて数量が増加する鉛直貫通
路を有することを特徴とする請求の範囲第５項か
ら第８項までのいずれか１項に記載の装置。

１０ 該ノズル５が流入部の帯域において添加物
の導入のための孔２４を有することを特徴とする
請求の範囲第５項記載の装置。

技術分野 本発明は、冶金および鋳造における金属溶解の
分野に関し、更に詳しくは溶融金属の処理方法お
よびその実施のための装置に関する。

背景技術 今日、鋼製造業界の趨勢は、溶解設備の容量を
拡大し、設備毎の生産量を上昇させ、多様な用途
に向けて鋼の高級化および高品質化を進めてい
る。

高生産量の巨大鋼溶解設備における溶湯の精錬
および仕上工程の実施は、その性能特性によら
ず、かなりの困難が伴い、加熱時間の実質的な増
加や技術的および経済的な指数の悪化をもたらし
ている。したがつて、鋼の精錬や処理（脱炭、脱
ガス、脱硫、脱酸、合金添加、等）の進んだ方法
は溶解設備の外で、すなわち各々の目的に最も適
した設備で行なわれる。

近代的な炉外金属処理方法には必ず真空、不活
性ガスや活性ガス、高反応性の脱酸剤や調整剤の
粉末が用いられ、また、反応相の強烈な撹拌や加
熱も必要である。これら種々の方法は、反応の速
度および完全性、および有害不純物の除去の程度
において、これらを溶解設備内で実現する特異性
にくらべて大きな優位性がある。

鋼の炉外処理は、金属品質（硫黄量、ガス量、
非金属介在物量、温度と組成の均一性）に対する
要求がより厳しく連続鋳造法において広範に採用
されている。

鋼の炉外処理は次のような鋼製造上の問題を解
決する。すなわち、鋼中の水素を応力割れ（薄片
状割れ）を回避する水準にまで除去すること、炭
素による金属の制御脱酸、金属中に予め決定され
た組成の非金属介在物を形成すること、予め決定
された量の元素を非常に狭い変動幅で精密に合金
化すること、取鍋内の金属本体全体の温度および
組成の均一化、純金属および合金溶湯の完全な脱
炭、脱硫（溶湯およびスラグの加熱および撹拌の
手段が使用できる場合）である。炉外精錬法の使
用によつて、製鋼炉の生産量が増加し、炉をより
迅速に空けて次に溶解ができ、フエロアロイの消
耗量が減少し、化学組成の不具合や表面欠陥によ
る圧延製品の不良が減少し、最終製品の品質が向
上して製品の使用寿命が延長するので、高度の経
済的効果を得ることができる。

炉および金属の炉外精錬方法の選択は、溶製す
る鋼の級や、製品金属に要求される品質、技術的
なサイクルの時間および鋳造の条件によつて決定
される。

電気炉工場に繰返し型および循環型の真空脱ガ
ス装置を備えると伴に、金属の加熱と撹拌あるい
は真空下での酸素吹込の機能を有する取鍋真空脱
ガス装置をも設備することが前提である。そのよ
うな真空脱ガス装置は、一般的には、容量200ton
までの電孤炉が設置された電気炉工場内に設置さ
れ、最高級の軸受鋼、構造用合金鋼、種々の極低
炭素の耐食鋼を製造するために使用される。取鍋
内で金属を加熱すれば炉内で過熱（スーパーヒー
ト、superheat）する必要がないので、ライニン
グの耐久性が上がり且つ製鋼設備の生産量が実質
的に増加する。

新らたな電気炉工場のレイアウトに考慮される
べきことは、取鍋内での金属およびスラグの電気
加熱や撹拌を用いて、中性のガスと粉末状添加剤
によつて、真空下での鋼の複雑な精錬が行なえる
ような設備の配置にすることである。

公知技術の一つは、真空下で脱酸中に溶融金属
を加熱する方法およびその実施のための装置であ
る（米国特許第3501289号、1970年、分類74−
12）。

この公知方法では、脱ガスのために溶融金属表
面上方を真空にして、電極と溶湯との間に印加し
た交流アークによつて溶融金属を加熱する。脱ガ
スを更に完全に行なうには直接アークに接触する
溶湯の部分とそれ以外の溶湯の部分との温度差に
よつて起こる対流熱交換による溶湯の撹拌が必要
である。電気アークの燃焼は放射による実質的な
熱損失を伴うので、この公知方法の溶湯加熱のエ
ネルギー効率は低い。そのような方法は実施する
ために真空を必要とすることが実質的な欠点であ
る。加えて、上記の方法は、合金元素添加、脱
炭、脱酸、あるいはスラグの形成を伴う脱硫や脱
燐などのような金属の処理を行なうことが技術的
に困難である。

この公知方法は内部に溶湯容器を収容した真空
室を有する設備で実施される。

真空室の本体内には非消耗電極を固定する装置
が設置されている。この電極は水平面内および鉛
直面内で移動できる。更に、交流電源から溶湯に
電圧を印加する装置も存在する。

真空脱ガス中に溶湯を加熱する装置は、真空を
維持する必要があるために複雑である。

現在、プラズマ・ジエツトによる溶湯の処理が
溶湯中での熱交換および物質交換を促進する方法
として広い用途を見出されている。

公知方法の一つは溶融金属の精錬方法である
（FRG特許第1217986号、1966年、分類18b）。

この公知方法は、溶湯中の炭素量を減少させる
ために酸化性ガスによる溶湯の酸化を行ない、酸
化したこの溶湯を、不活性なガスで生成させたプ
ラズマ・ジエツトで加熱する。同時に二原子ガス
を活性媒質として不活性なガス中に導入する。溶
湯の脱酸のための二原子ガスとして水素が用いら
れる。その際、不活性なガス中への水素の導入量
はプラズマが主として水素から成るようにする。
溶湯の脱酸後に、不活性なガス、たとえばアルゴ
ンがもう一度プラズマ形成ガスとして用いられ
る。

溶湯表面の上方でプラズマ・ジエツトが形成さ
れるので放射による実質的な熱損失が生ずる。そ
のためエネルギー効率が低い。

この公知の溶融金属精錬方法を使用すると、溶
湯−プラズマ界面での熱交換および物質交換の過
程が低速なので精錬時間が長いため経済的でな
い。その上、溶湯の一部分の処理が不完全になる
ことがある。

この公知方法では、金属−スラグ−プラズマ・
ジエツト界面での溶湯の撹拌が効果的に行なわれ
ないので、スラグ形成を伴う脱硫や脱燐のような
処理を完全に行なうことができない。更に、撹拌
が対流熱交換によつてのみ行なわれるので不十分
であり、したがつて金属全体の温度および組成が
均等でないので公知方法によつて溶湯に合金添加
を行なうことが実際上不可能である。

この公知方法を行う設備は、溶融金属のための
取鍋と低温プラズマ・ジエツト生成用のプラズマ
発生装置とを含んで成り、プラズマ発生装置は溶
融金属の上方に配置され且つ往復運動できるよう
に設備されている。

放射による実質的な熱損失は実質的な熱的負荷
を加えるので取鍋の耐火物ライニングの耐用寿命
を短くする。

本発明に最も近い先行技術は直流プラズマ・ジ
エツトによる溶融金属の精錬方法およびその実施
のための装置である（米国特許第3547622号、
1970年、分類75−10）。

この公知方法では、プラズマ形成ガスをアーク
中を通すことによつて低温プラズマ・ジエツトを
発生させ、この低温プラズマ・ジエツトを溶湯、
すなわち溶鋼に配送して溶鋼を加熱し、溶湯表面
上方には真空を形成し、この真空中に直流を通し
て、アークの磁束と共に作用するる直流磁場を形
成することによつて溶湯の撹拌を行なう。

溶湯の脱ガスは、溶湯の真空下での処理、低温
プラズマ・ジエツトによる撹拌および加熱の間に
行なわれる。

電気アークの燃焼は放射による実質的な熱損失
を伴うので、この公知方法は溶湯加熱のエネルギ
ー効率が低い。この方法の実施には真空を必要と
するので実質的に困難がある。加えて、上記のよ
うにしてこの公知方法を行なうと、合金元素添
加、脱酸、更に、スラグ形成を伴う脱硫や脱燐の
ような溶湯の処理を行なうことは技術的に困難で
ある。

この公知の溶湯処理方法は、溶湯を効果的に撹
拌することが困難であり、熱交換および物質交換
が最も効果的に行なわれる高温プラズマ−溶湯界
面の表面積が小さいために実質的なエネルギー消
耗を要する。

この公知方法は、鉛直面内で互に上下に配置さ
れ且つ二つの金属輸送路で相互連通した二つの溶
融金属浴を含んで成る設備で実施される。浴の一
つには、鉛直面内で往復運動するように設置され
且つ溶湯表面上方に配置された、低温プラズマ・
ジエツト生成用のプラズマ発生装置が設けられて
いる。この設備には低温プラズマ・ジエツトを生
成するために直流電源が設けられている。

真空下で溶融金属の加熱、撹拌、および脱ガス
を同時に行なうために、プラズマ・アークのイオ
ン化ガス柱が溶融金属の表面に衝突し、高アンペ
アの直流電流がプラズマ・アーク柱を通つて溶融
金属浴に流れる。アーク電流の流れの方向に直角
に浴内を通る直流磁場が、アーク電流の誘起する
磁束と共に作用して溶融金属を長方形の周囲に沿
つて移動させる。

溶湯の処理のために用いる設備は、耐火材料で
ライニングした二つの浴が存在し且つ溶湯上方に
真空を形成する必要があるために、実現するには
複雑である。

プラズマ・アークが高アンペアであり且つ溶融
金属が循環するので、金属輸送路および浴の耐火
物ライニングの耐久性が低い。特に、実際には溶
融金属の処理は処理済溶湯の排出と新らたな溶湯
の注入とが周期的に行なわれるので、必ず浴の密
閉解除が行なわれるから更に技術的に複雑にな
る。

発明の開示 本発明の目的は、低温プラズマ・ジエツトと溶
融金属との間の熱交換および物質交換を促進する
ように溶融金属中に低温プラズマ・ジエツトを配
送し且つ添加物を供給することによつて、溶融金
属を加熱する熱効率を高め、且つ溶融金属と添加
物との間の熱交換および物質交換を促進し、更
に、単純な構造の溶融金属処理装置で合金の機械
的性質および実用特性を向上させる、溶融金属処
理方法およびその実施のための装置を提供するこ
とである。

この目的は、アーク中にプラズマ形成剤を通す
ことによつて低温プラズマ・ジエツトを発生さ
せ、低温プラズマ・ジエツトを溶融金属に配送す
る溶融金属処理方法において、該溶融金属を撹拌
するために該低温プラズマ・ジエツトを該溶融金
属の本体の内部の該溶融金属の表面の側に約
1500m／ｓの速度で配送し、且つ添加物を該プラ
ズマ・ジエツトと一緒に導入する本発明の溶融金
属処理方法によつて達成される。

低温プラズマ・ジエツトを溶湯内部に配送する
ことによつてプラズマと溶融金属との間の熱交換
および物質交換を実質的に促進することができ
る。この場合、溶湯より高温の、浮上するプラズ
マ形成ガス泡は溶湯に熱エネルギーを付与し尽す
ので、プラズマ・ジエツトの全熱エネルギーは実
際上溶湯を加熱するために費される。

プラズマ・ジエツトの熱エネルギーが高けれ
ば、プラズマと溶湯との間での物質交換の過程を
促進するプラズマ形成ガスの反応能力は高まる。
更に、本発明の方法の実施によつてプラズマ技術
を最も効果的に用いるという利点が得られる。す
なわち、プラズマ・アーク中で加熱あるいは融解
して高い反応能力を与えた合金添加物およびスラ
グ形成添加物を配送するためにプラズマ技術を用
いる。同時に、プラズマ・アークは効果的な熱源
であり、プラズマ・アークを溶融金属中に没入さ
せると放射による熱損失が除去されて最高の熱効
率が得られるので、実質的に低い温度で溶融金属
処理の過程を開始することが可能になる。

本発明の方法を実施する際には、窒素含有添加
物を用いることが望ましい。

窒素含有添加物の使用は、たとえば組成中にニ
ツケルやマンガンのようなオーステナイト形成元
素を有する耐食鋼や耐摩耗鋼に、これらの元素の
一部を置換する目的で合金化する場合に最も効果
的である。

開示した方法の実施に際しては、予め約0.1〜
約1.0mmの範囲の寸法の粒子に粉砕されたスラグ
形成添加物を用いることが望ましい。製鋼設備の
浴中で起こる種々の過程（スラグ形成、脱燐、脱
硫、その他）の各速度は、脱炭および金属の加熱
の速度より実質的に遅い。

粉末状のスラグ形成添加物を予めプラズマ・ア
ーク中で活性化し、溶湯金属体中に導入して金
属／スラグ表層部の展開を最高度に行なうと、脱
燐、脱硫等の過程の速度が最高になる条件ができ
る。

スラグ形成添加物を用いる場合には、プラズマ
形成剤は自己の体積の100vol％までの量、すなわ
ち（酸素の体積）／（プラズマ形成剤の体積）の
比が１以下となる量で酸素を適宜に含有してよ
い。

上記の量の酸素の使用は高度に活性な鉄含有石
灰系スラグの形成を促進し（このスラグは溶融金
属体中に形成される）、スラグ粒子の浮上中に脱
燐過程が起きて溶融金属を効果的に撹拌する。

この目的は、鉛直面内で往復運動するように設
置され且つ溶融金属の表面の上方に配置された低
温プラズマ・ジエツト生成用のプラズマ発生装置
を含んで成る溶融金属処理方法を実施するための
装置において、プラズマ発生装置にノズルが接続
され、ノズルは端面を溶融金属に面しており更に
プラズマ発生装置から低温プラズマ・ジエツトが
排出される位置にプラズマ発生装置の流出部と実
質的に断面積が等しい流入部を有しており、溶融
金属中に浸漬したノズルの部分の長さが溶融金属
の浴の深さの約0.1〜約0.8倍である本発明の溶融
金属処理装置によつても達成される。

プラズマ発生装置端面にノズルが存在すること
によつて、低温プラズマ・ジエツトを溶融金属の
内部に配送し且つ予め活性化された添加物を溶融
金属の表面下に導入し更に物質交換過程を活性化
するための状態が得られる。低温プラズマ・ジエ
ツトの配送と溶融金属内部への添加とによつて、
溶融金属−スラグ−ガス界面に高度に発達した表
面が創出され、その結果、熱交換および物質交換
が実質的に促進され、スラグ形成添加物等の添加
物の経済性が達成される。

プラズマ発生装置は水平面内での移動に適した
ように設置され得る。

これによつて、溶融金属をその周縁部も含めて
全体的に処理することができ、その結果溶融金属
の温度および組成を急速に平準化できる。特に、
プラズマ発生装置を水平面内で移動させる必要が
あるのは、大量の（5tonを越える）溶融金属の処
理を行なう場合に最も有利だからである。

トーチ型のプラズマ発生装置を用いることが望
ましい。この型のプラズマ発生装置は、溶融金属
自体を実質的に加熱する必要がない場合には、添
加物を溶融金属中に配送するのに最も適してい
る。この場合は、溶融金属に電位を付与するため
に特別な電極を用いる必要はない。

外部プラズマ・アークを伴うプラズマ発生装置
は、溶融金属を実質的に加熱する必要がある場合
や融解に比較的高温のプラズマ・ジエツトを必要
とする高融点添加物を用いる場合に用いると便利
である。

ノズルは次のようなプレートを具備することが
できる。すなわち、このプレートは、ノズルの内
部孔と同軸の中央孔、およびプレート自体の中心
から周縁に向かつて数量が増加する鉛直貫通路を
有する。

このプレートはプラズマと溶融金属との間の熱
交換および物質交換を促進するために設けられて
おり、溶融金属中でのガス泡の移動径路を延長し
て滞在時間を延長する。これによつてガス泡がよ
り効果的に分割される。しかし、ガス泡の最も効
果的な分割は、浮上するガス泡が貫通路に入ると
きに分割された後均一にプレートの上方に溶湯全
体を通して浮上するようにさせる鉛直貫通路をプ
レートが更に具備する場合に達成される。

流入部の帯域においては、ノズルは添加物導入
用の孔を具備してよい。このような孔によつて粉
末状添加物の溶融金属中への配送に望ましい効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

本発明の理解をより明瞭にするために以下に望
ましい実施態様を添付の図面を参照してより詳し
く説明する。

第１図は、取鍋の鉛直断面図とプラズマ発生装
置昇降旋回機構の部分断面図とを含む本発明の溶
融金属処理装置の模式図である。

第２図は、第１図のＡ−Ａでの拡大断面図であ
る。

発明を実施するための最良の形態 ここに開示した溶融金属処理方法はアーク中に
プラズマ発生剤を通すことによつて行なう低温プ
ラズマ・ジエツトの発生を含む。

プラズマ発生剤は、アルゴン、窒素、酸素、水
素、および／またはこれらの混合物から成る組か
ら選択される。

更に、開示した方法は低温プラズマ・ジエツト
を溶融金属に配送することを意図する。

溶融金属処理方法において、アーク出力は約
50kW〜約5.0MWのレベルに維持され、溶融金属
の量は約100Kg〜約25000Kgの範囲にある。低温プ
ラズマ・ジエツトは溶融金属体内部の表面側に
1500m／ｓのスピードで配送され、それによつて
溶湯の撹拌が行なわれる。添加物の導入は、添加
物を予めプラズマ・ジエツト中に通すことによつ
て行なわれる。

添加物としては、窒素含有添加物（たとえば純
窒素、窒素−アルゴン混合物）および予め約0.1
〜約1.0mmの寸法に粉砕されたスラグ形成添加物
（たとえば、チタン、タングステン等の合金元素
粉末、石灰、ほたる石等）が用いられる。

スラグ形成添加物が用いられる場合には、プラ
ズマ形成剤は自己の体積の100vol％までの範囲、
すなわち（酸素の体積）／（プラズマ形成剤の体
積）の比が１以下となる範囲で酸素を含有すべき
である。

溶融金属処理を行なうための装置は低温プラズ
マ・ジエツト２を生成するためのプラズマ発生装
置１（第１図）を含んで成る。プラズマ発生装置
１は、鉛直面内で往復運動するように設置されて
おり、特別な容器４（たとえば取鍋あるいは受
槽）の中に収容された溶融金属３の表面の上方に
配置されている。プラズマ発生装置１にノズル５
が接続され、ノズル５は端面を溶融金属３に面し
ており更にプラズマ発生装置１から低温プラズ
マ・ジエツト２が排出される位置にプラズマ発生
装置１の流出部と実質的に断面積が等しい流入部
を有しており、溶融金属３中に浸漬したノズル５
の部分の長さが溶融金属３の浴の深さの約0.1〜
約0.8倍である。

プラズマ発生装置１の内部孔の流出部と、この
内部孔とほぼ等しい断面積のノズル５の内部孔の
流入部とが密接に突き合わせられている。

ノズル５を具備したプラズマ発生装置１の鉛直
面内での往復運動を行なうために用いられる駆動
装置は、基盤６の上に球状支持体７を介して支持
盤８が載つており更に基盤６には支柱９と下部支
持体１０および上部支持体１１の各本体とが固定
されている。親ねじ１４が、支持体１０，１１の
中の特別な下部スラスト軸受１２と特別な上部ス
ラスト軸受１３とに固定されている。親ねじ１４
への回転は電動モーター１５から伝導装置１６を
介して伝達される。並進運動を行なうナツト１７
が親ねじ１４に固定されている。

ナツト１７が親ねじ１４と共に回転するのを防
止するために、支柱９に設けられた溝穴９′がナ
ツト１７を保持している。ノズル５を具備したプ
ラズマ発生装置１はナツト１７に固着されたブラ
ケツト１８に固定されている。

ここに開示した手段の構成はプラズマ発生装置
１の水平面内での移動を可能とする。そのために
上記駆動装置は球状支持体７の上で自己の軸に関
して回転させられる。

この手段はトーチ型のプラズマ発生装置（図示
せず）または外部プラズマ・アークを伴なう第１
図の型のプラズマ発生装置を使用するように準備
されている。

第１の態様によつて溶融金属を処理する場合に
は、アークはトーチ型のプラズマ発生装置１の陽
極と陰極との間に形成される。

外部プラズマ・アークを伴うプラズマ発生装置
１を用いる場合は、アークは陰極と溶融金属３と
の間に形成され、溶融金属３には特別な電極２０
を介して直流電源１９の陽極が接続されている。
電極２０は溶融金属内の浴面側に浸漬されてもよ
く、あるいは溶融金属処理用容器の底部または側
壁に設置されてもよい。

流出部の帯域においては、ノズル５は自己の内
部孔（第１図）と同軸の中央孔２２を有するプレ
ート２１（第２図）を具備する。

プレート２１は中実体として作られていてもよ
く、またはプレート２１の中心から周縁に向けて
数量が増加する鉛直貫通路２３（第２図）を具備
するように作られてもよい。溶融金属３の処理の
過程においては、プレート２１は溶融金属３の中
に完全に没している。このようにすることによつ
て、溶融金属３中を浮上するガス泡２′の移動径
路が延長し且つガス泡２′がプレート２１の鉛直
貫通路２３を通過するときに分割されるので、プ
ラズマ２と溶融金属３との間の熱交換および物質
交換を促進することができる。プレート２１の外
径には、溶融金属３の処理が行なわれる容器４の
内径の約1/3〜約1/2である。このプレート寸法に
よつて処理過程の遂行と処理の最大の有効性とが
確保される。プレート２１の鉛直貫通路２３は断
面が丸あるいは四角でよい。

貫通路２３の最適な内側寸法は８〜10mmであ
る。内側寸法（孔の直径あるいは四角の辺）が10
mmを超えると、ノズル５の片側にある一部の貫通
路をガスが通過する傾向があるので、貫通路が不
均等に機能することになる。貫通路２３の寸法が
８mm未満であると、一種の閉塞状態、すなわち貫
通路がガスを通さない状態が生じる。

貫通路２３を通過するガス・プラズマ・ジエツ
トは細かく分割されてから小さいガス泡２′の形
でプレート２１の上方を浮上し、それによつて高
度に発達したガス／金属界面が提供される。プレ
ート２１の上方で溶融金属全体を確実に処理する
ために、また、全てのガスがプレート２１の内部
孔に最も近い貫通路２３を通過するような事態を
避けるために、貫通路をプレート２１の表面全体
に亘つて不均一に配置し、貫通路２３の数量（密
度、intensity）がプレートの中心から周縁に向
かつて増加するようにする。

流入部の帯域においては、ノズル５は添加物の
導入のための孔２４（第１図）を有する。これに
よつて、粉末状添加物をプラズマ・ジエツト２を
通して溶融金属３の本体の中に導入することがで
きる。

取鍋内の溶融金属を処理する装置は以下のよう
に作動する。

高マンガン鋼を処理対象として用いる。加熱は
誘導炉内で行なう。昇降旋回機構によつて溶融金
属を誘導炉から取鍋に注ぐ。

プラズマ発生装置１の冷却器のための水を水供
給器２５（第１図）に配送する。同時に、接続端
子２６を通してプラズマ形成ガスの配送を開始す
る。電源のスイツチをONにし、プラズマ発生装
置に電圧を印加してアークを発生させる。

ノズル５を具備したプラズマ発生装置を降下さ
せてノズル５を溶融金属中に浸漬する。その結
果、溶融金属の処理が行なわれる羽口帯域が形成
される。

本発明が更に十分理解されるように本発明の実
施態様の特定な例を以下に図面を参照しながら説
明する。

実施例 １ 組成が重量％で炭素0.36％、けい素0.29％、マ
ンガン0.61％である鋼を誘導炉で製造した。次に
この溶融金属を容量160Kgの取鍋中に注入し、昇
降旋回機構によつてプラズマ発生装置を取鍋まで
移動させた。プラズマ発生装置を下記作動条件で
始動させた。すなわち、アーク電流350A、プラ
ズマ形成ガス（アルゴン）の消費量3.2g／ｓであ
つた。次に、プラズマ発生装置のノズルを溶融金
属中に深さ60mmまで浸漬させ、処理を10分間行な
つた。その後溶融金属を鋳造した。同時に、機械
的性質の試験のための金属試料を採取した。得ら
れた試験片を焼ならしした。その処理された鋼の
機械的性質は以下の通りである。すなわち、σ_B
560MPa、δ23％、ψ28％、KCV（衝撃強度）
460kJ／m²、ここでσは引張強さ、δは伸びであ
る。

比較として、処理を行なわない同一鋼の機械的
性質は、σ_B480MPa、δ16％、ψ21％、KCV（衝撃
強度）355kJ／m²である。プラズマ処理後の鋳造
金属を調べた結果、プラズマ処理を行なわなかつ
た同じ組成の鋼に比較して非金属不純物の量が30
〜50％減少していることが判つた。しかも、非金
属不純物が粉砕されており、正確な面を有し、金
属中に均一に分布している。

プラズマによつて処理された金属中のガスの量
は実質的に減少していることが確認された。たと
えば、酸素含有量は0.0035％から0.0024％に減少
した。プラズマ処理後の鋼を調べたところ、
0.00065％という低い水素含有量であり、この量
は水素含有量が0.00085％の出発材料よりも実質
的に低い。これらの改良要因が鋳造製品の機械的
性質や実用特性を実質的に高める。

実施例 ２ 誘導炉で製造した耐摩耗鋼に処理を行なつた。
この鋼の組成は、重量％で炭素1.10％、マンガン
12.20％、けい素0.83％、チタン0.09％、硫黄
0.037％、燐0.074％、窒素0.0072％である。次に
溶融金属を容量160Kgの取鍋に注入し、この取鍋
内で溶融金属中に浸漬したプラズマ・アークから
の窒素をノズルによつて合金した。

プラズマ発生装置を以下の作動条件で始動させ
た。すなわち、アーク電流300A、プラズマ発生
ガス（窒素）の消費量4.5g／ｓである。ノズルの
下端を溶融金属中に深さ50〜60mmまで浸漬させ
た。このような処理の態様によつて金属およびガ
スを効果的に撹拌することができるので、熱交換
および物質交換のための高度に発達した表面が提
供される。12分間の吹込後の金属の化学組成は、
炭素1.07％、マンガン12.0％、けい素0.75％、硫
黄0.032％、燐0.068％、窒素0.065％であつた。処
理後の鋼の機械特性は、σ_B760MPa、σ_T570MPa、
δ20.8％、ψ24.1％、KCV（衝撃強度）2100kJ／m²
であつた。

出発鋼の機械的性質は、σ_B680MPa、σ_T
390MPa、δ19.2％、ψ23.2％、KCV（衝撃強度）
1980kJ／m²であつた。

衝撃摩耗の状態を近似するために、相互に軸が
45度の角度に傾いている２つのドラムで構成され
たボールミル中で試験を行なつた。ドラムの内側
寸法は、直径20mm、長さ320mmであつた。ドラム
を33rpmのスピードで回転させた。各ドラムに、
直径50mmの鋼球（HRC50）を10Kg、寸法を限定
した（10〜20mm程度の）破砕花崗岩を６Kg、およ
び寸法が10×10×25mmの処理済鋼の試験片を装荷
した。鋼の耐摩耗性評価は相対的摩耗によつて行
なつた。出発鋼の試験片を標準とした。

試験の結果、開示した技術によつて窒素を合金
した鋼の耐摩耗性は出発鋼の耐摩耗性より30％向
上していることが判つた。

実施例 ３ 組成が、重量％で、炭素3.98％、けい素0.91
％、マンガン0.52％、燐0.110％、硫黄0.026％で
ある銑鉄を誘導炉で溶解した。溶融金属を誘導炉
から容量160Kgの取鍋に注入した。処理前の金属
の温度は1260℃であつた。作動準備されたプラズ
マ発生装置を取鍋まで移動し、溶融金属の上方に
配置した。プラズマ発生装置を以下の作動条件で
始動させた。すなわち、アーク電流300〜400A、
電圧降下180〜250V、プラズマ形成ガスの消費量
4g／ｓである。プラズマ発生ガスはアルゴン
（95％）と酸素（５％）とから成る。ノズルを溶
融金属中に深さ70〜80mmまで浸漬した。同時に、
溶融金属中に組成が（重量％）石灰80％およびほ
たる石20％である微粉状スラグ形成添加物（粉末
粒子の寸法はプラズマ発生装置の操作性を確保す
る条件から選択される）を導入した。粉末の総消
費量は13Kg／ｔであつた。

粉末粒子はプラズマ・アーク中を通つた後に、
加熱状態あるいは溶融状態で溶融金属中に入る。
吹込帯域においては、スラグ形成剤と溶融金属と
を含むガス・プラズマ・ジエツトの効果的な撹拌
のための条件が整つている。プラズマ状態にある
酸素は、吹込の過程で溶融金属中に高度に活性な
鉄含有石灰系スラグを形成するのに寄与する。そ
の結果、この場合には吹込帯域で起きてスラグ粒
子の浮上中継続する脱燐過程が、急速に且つ効果
的に行なわれる。３分間の吹込継続の後に溶融銑
鉄の温度は1285℃にまで上昇した。

溶融金属をガス・プラズマ・ジエツトによつて
処理した後に、スラグ除去、脱酸、および金属の
鋳造の各操作を行なつた。

処理後の銑鉄の組成は、重量％で、炭素3.60
％、けい素：微量、マンガン：微量、燐0.01％、
硫黄0.018％であつた。

産業上の利用可能性 本発明は、通常の鉄−炭素合金、高価な稀少元
素を含有する合金、特殊な合金（たとえば、耐摩
耗合金、耐食合金、耐熱合金、高温用途合金な
ど）、更に、特殊な鉄、および非鉄合金（たとえ
ばアルミニウム合金）の製造に最も有利に利用す
ることができる。