JPH01177334A - フェ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】 ［産業上の利用分野］ この発明は電気炉法によるフェロボロンの製造方法に関
するものである。

［従来技術］ 近年アモルファス合金特にＦｅ−Ｂ−３ｉ系のアモルフ
ァス合金がトランス用鉄心として注目を浴びており、そ
のボロン源としてフェロボロンが用いられている。この
フェロボロンの安価な製造法として電気炉炭素還元法が
行われている。

電気炉法によるフェロボロンの製造方法に関する従来技
術としては特公昭３４−９１０８、　特　公　昭４０−
１８８４１、特公昭５１−３７６１３、特公昭６０−１
０３１５１があるが、これらの方法ではいずれも長期に
わたっての安定操業が困難であること、またボロン収率
が低いことなどの問題があり、満足すべき方法ではない
。

すなわち特公昭３４−９１０８の方法は鉄および酸化硼
素、硼酸等の硼素化合物ならびに木炭、コークス等の炭
素質の物質を５メツシユ以下の粉末とし、かつ炭素質還
元材の量を、原料中の酸素を還元するのに必要な量に対
して過剰に添加することを特徴としているが、この方法
では還元材の過剰配合により炉内で８４Ｃ等の難溶性物
質が生成し、これが炉床部に堆積し炉床が上昇するため
長期安定操業が不可能である。

公開４０−１８８４１は鉄源として鉄鉱石を用い、炭素
量をその脱酸素に要する理論値より少なくすることによ
って易溶性のスラグを副生し、さらに、硼素化合物が溶
融して他の原料と分離することを防止するため、原料を
全て５ｍｍ以下に粉砕し、少量の水を加えて混合し２０
０℃に加熱した後電気炉に投入することを特徴としてい
る。しかしながら、本方法では原料の事前処理が必要で
あり、この処理費がかかることの他、炉内でスラグを生
成させるためにボロンのスラグへの損失が避けられず、
炭材配合率も理論必要量の５０Ｘ以下と極めて小さいの
でボロンの高収率は期待出来ない、また還元反応は固−
液反応となり、固−固反応に比べて反応速度が低下し、
単位製品重量当たりの消費電力が高くなることも明らか
で、工業生産に適した技術とはいい難い。

特公昭５１−３７６１３の方法は炉床部での難溶性物質
の堆積を防止するため、原料中に石灰分を配合すること
を提唱しているが、硼酸は炉内で石灰分と容易にスラグ
を生成するので、ボロンのスラグへの損失は避けらす、
又生成するスラグの顕熱による単位製品重量当たりの消
費電力の増加も避けられない。

特公昭６０−１０３１５１は炉床部に生成する難溶性の
堆積物を積極的に利用しようとしたもので、操業開始時
に反応性不良の還元材を主体とする操業により難溶性の
堆積物を生成せしめ、そのあと炉底が適正温度に至った
ところで木炭を主体とする反応性良好な還元材を理論必
要量の９０％以下の弱還元性操業に転換することにより
難溶性の堆積物の成長を抑制して適正な層厚を保持する
ことにより長期安定操業を可能とし、併せてＴｉ、Ａ１
等の不純物の低い高純度製品が得られるとしている。

しかしながら、この方法はこの特許発明者も述べている
通り、難溶性堆積物は一定の堆積量を越えるとその成長
を抑制することは困難で、その消長をコントロールする
こととは容易ではない、加えて堆積層上で弱還元性操業
を行えば、炉内は還元材の不足から硼素源が低融点のス
ラグとなって炉内温度が下がり、ボロン収率の低下、消
費電力の増加となる。また、熱不足による反応不良から
、むしろ難溶性物質を増加させる虞がある。このような
本方法によって　長期の安定操業が困難であることは明
らかである。また、弱還元操業では電極の炭素分が加炭
され易く電極消耗量が大幅に増加してコストを高めるの
で有利な操業法とはいえない。

［発明が解決しようとする問題点コ 前述の通り、従来の電気炉によるフェロボロンの生産は
、炭材を理論値以上に過剰配合すれば炉床部に難溶性物
質の生成、堆積となって安定した操業が不可能となり、
反面、炭材の配合量を必要以上に抑制すれば、金属化率
低下によるボロン収率の低下、製品単位重量当たりの電
力消費量の増加、さらには熱不足となって難溶性物質の
分解反応が起こらず、上記の炭材の過剰配合の場合と同
様に炉床部に難溶性物質を堆積させて不安定な操業にな
るという問題点がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、炉床部に
難溶性物質を堆積させることなくボロンの収率を高め、
製品単位重量当たりの電力消費量を低減させるフェロボ
ロンの製造方法を提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によるフェロボロンの製造方法は、電気炉法によ
るフェロボロンの製造方法において、出湯口の下に深さ
１００ｍｍ乃至５００ｍｍの湯溜層を設けた 直流式ジロー炉を用い、酸化硼素、硼酸等の硼素源を還
元する炭材の配合量を、前記硼素源を還元するための理
論必要量の９１％乃至１００％とすることを特徴とする
。

［作用］ フェロボロンのように高融点物置を溶融還元する電気炉
として直流ジロー式電気炉を選択した理由について述べ
る。炭系質還元材を用いた酸化硼素の還元反応として次
の■乃至■の反応式が知られている。

２／３Ｂ２０３＋７／３Ｃ＝１／３Ｂ４Ｃ＋２ＣＯΔＦ
＝１７３９００−８３．６１Ｔ・・・■２／３Ｂ２０ｓ
＋２Ｃ＝４／３Ｂ＋２ＣＯ。

ΔＦ＝１７９４０７−８５．０１７　　・・・■２／３
Ｂ２０３　＋２８４Ｃ＝２／３Ｂ＋２ＣＯ。

ΔＦ＝１９６１６８−８９．５７Ｔ　　・・・■■、■
式の反応は炉内でほぼ同時に進行していると考えられる
が、熱不足の場合は０式で生成した難溶性物質のＢ４Ｃ
は０式の分解反応を起こさず炉内に堆積する。したがっ
て、炉内に難溶性物質を堆積させないためには電気炉は
熱集中型で、操業の容易な直流ジロー式電気炉を用いる
ことが望ましい。

出湯口の下に設けた深さ１００ｍｍ乃至５００ｍｍの湯
溜りにより難溶性物質のＢ４Ｃの浮上、排出が円滑に行
われ、その深さは操業中安定しており、ジロー炉の炉底
電極が侵食される虞はない。

また、炭材の配合量は過剰になると、上記■、０式に示
される通り難溶性物質のＢ４Ｃの生成または、Ｂ４Ｃを
分解するＢ２Ｏ３の減少により８４Ｃの炉床への堆積が
進行する。一方、これが不足すると８２０３の還元が不
十分で、ボロンの収率が低下する。この兼合いの中で試
験を重ねた結果、硼素源を還元する炭材の配合量を、硼
素源を還元するための理論必要量の９１％乃至１００％
とした。

［実施例］ 最初に、電気炉法によるフェロボロンの製造方法で、出
湯口の下に湯溜りを設けた直流ジロー炉を用いることが
最適であることを見出した経緯について説明する。

第１表は５００ＫＶＡ試験電気炉で連続２０ｃｈ目標の
操業結果であり、装入原料の還元材配合量は硼酸に対す
る理論必要量の９５％で一定とした。また、築炉はいず
れも炉床に湯溜り部は設けなかった。

第１表 ３相エル−炉では操業６ｃｈ目で炉床上昇による出湯不
良となり操業中断となった。この炉帯を解体し炉床上昇
を調査した結果、難溶性物質の炉床堆積は２４０＋ａｍ
であった。このことから３相エル−炉の熱集中は上記０
式の反応進行に不十分であることが判明した。

交流ジロー炉では３相エル−炉に比べて良好な結果とな
り、目標の２０ｃｈを達成することが出来た。しかし、
炉体の解体結果では９０ｍｍの炉床上昇となっていた。

交流ジロー炉は３相エル−炉に比べてかなり熱集中炉で
あり、フェロボロン用電気炉として連続操業は可能であ
るが、炉床上昇に対しては満足すべきものではない。

次いで交流ジロー炉と直流ジロー炉で炉床上昇の比較試
験を以下のように小型試験炉を用いて実施し、直流ジロ
ー炉が適しているこを確認した。

第２表は交流ジロー炉と直流ジロー炉の切り替え可能な
７５ＫＶＡ試験炉で行った１０ｃｈ操業の結果で、装入
原料は上記５００ＫＶＡ試験電気炉の場合と同様とした
。

第　　２　　表 目標の１０ｃｈは操業はいずれも可能であったが、交流
ジロー炉は５００ＫＶＡ試験電気炉と同様に炉床上昇が
認められなたが、直流ジロー炉では炉床上昇が全くなく
、逆に２０ｍｍ炉床が下がっていた。

上述の電気炉形式比較試験において直流ジロー炉の場合
、操業中に炉底が侵食されることが明らかとなった。ジ
ロー炉では炉底が侵食されると、通常は行う必要のない
炉底電極の取り替え作業により操業が中断され、また場
合によっては大事故につながる炉底からの湯漏れの虞が
ある。この解決策として炉底電極の設置位置を湯口レベ
ルより低くして湯溜り部を設けた試験を５００ＫＶＡ直
流ジロー炉で実施した。この試験における装入原料は上
記０式の反応で、難溶融性物質である　８４Ｃを分解す
ために必要なり２０３が不足しないように、上記■、■
式の反応を抑制する意味で硼酸に対する炭材配合量を理
論必要量の９５％から９１％に下げて行った。湯溜り深
さは２００ｍｍでスタートしたが、５日後の４０ｃｈ目
で２８０ｍｍとなり、その後５日間操業したが変化なく
横這いとなった。この深さは炉内精練温度にバランスし
たものであり、大型炉になれば熱容量が増えるので若干
深くなることは容易に推定されるが、それ以上に炉底が
侵食されることはないと考えられる。

次いで同一炉で装入原料の硼酸に対する炭材配合量を理
論必要量の９５％配合した試験を２０ｃｈ実施した。こ
の試験においても炉床上昇は全くなく、余分なり４Ｃは
出湯とともに炉外に排出され、湯溜り深さは２８０■で
推移した。一方、この湯溜りを設けることによって第３
表に示す通り製品品位のバラツキの減少および消費電力
の低減が認められた。

第　　３　　表 湯溜りの有効深さを１００ｍｍ乃至５００ｍｍとするこ
とが最適であるとした理由は次の通りである。

出湯口の下に湯溜りがない場合は、炉内で還元材過剰で
Ｂ４Ｃが生成した場合、出湯後に炉床部にフェロボロン
溶湯が殆どない状態では前記８４Ｃが溶解しないので炉
床堆積物になることは容易に推定されるところであり、
出湯直後の炉床にフェロボロン溶湯が残留していれば、
そのＢ４Ｃは比重差から流動性のある溶湯上にあって、
出湯時にそのフェロボロン溶湯の流れにのって炉外に排
出されることも試験操業で確認されているところである
。出湯口の下に３００ｍｍの湯溜りを設けた９００ｋｗ
炉の試験操業においる出湯直後の炉床深さの測定では出
湯口の下の炉床深さは３５０＋＋＋ａと深くなっていた
が残湯深さは２５０ｔ＋＊であった。したがって湯溜り
の有効深さは差し引き１００ｍｍ＋以上必要であると判
断された。また、上限については熱バランス的に決まる
ものであるが、１ケ月間の操業結果では３７０ｍｍでバ
ランスしており、さらに、フェロボロンが殆ど遊離しな
い層を１３０ｍｍ設けて炉底電極を保護することを考え
、上限深さを５００ｍｍとした。炭材の配合量を硼素源
を還元するための理論必要量の９１％乃至１００％とし
た理由は、次のようにボロン収率の検討結果によるもの
である。上記０式の反応で生成した難溶性のＢ４Ｃを０
式の反応で酸化分解するために炭材配合量を少なめに設
定すれば、ボロン収率の低下をきたし、逆にボロン収率
を高めるために必要以上の炭材を配合すれば硼酸の不足
で０式の反応を起こすことなく、Ｂ４Ｃをの形で炉内に
堆積するか、または出湯中に排出されても精製工程で不
純物として除去されるので結局はボロン収率が低下する
。

従って難溶性物質であるＢ４Ｃを炉内に堆積させること
なく、高いボロン収率を得る適正な炭材量がおのずと存
在する０本発明者らは上記の考え方に立って種々の実験
を行った結果、この炭材量は原料中の酸素の総和を還元
するために必要な理論炭材量に対する実際の配合炭材量
の比（以下、これをＦＣ当量率という）が９１％乃至１
００％の範囲にあることが望ましいことを知見した。第
１図はボロン収率とＦＣ当量率との関係を表すグラフ図
で、硼酸源として０．５ｍｍ以下の無水硼酸、炭材とし
て微粉炭または木炭を使用した結果である。

即ち、本発明者らが推定した通り、ボロン収率はＦＣ当
量率に対して極大値があり、ＦＣ当量率が８８％以上か
ら顕著にボロン収率が高くなり、１００％以上になると
大幅に低下する傾向を示しているが、安定した高ボロン
収率を得るためのＦＣ当量率は９１％乃至１００％であ
る。一方、ボロン収率の向上は製品単位重量当たりの消
費電力の低減効果をもたらす。第２図は上記第１図の結
果を得た実験による製品単位重量当たりの消費電力とＦ
Ｃ当量率との関係で、ＦＣ当量率９１％乃至１００％で
低い消費電力になっている。

次に、本発明の実施例にもとすく具体的な数値を挙げる
。　９００ｋｗ直流ジロー炉で３０日間の連続操業を行
った結果で、第４表に示す通りである。なお、このとき
湯溜り深さは操業７日で３７０ｍｍとなり、以降横這い
となった。

第４表 ［発明の効果コ 本発明のフェロボロンの製造方法によれば、出湯口の下
に湯溜りを設けた直流式ジロー炉を用い、硼素源の還元
材を理論必要量以下とするので、炉床部に難溶性物質を
堆積させることなくボロンの収率を高め、製品単位重量
当たりの電力消費量を低減させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はＦＣ当量率に対するボロン収率を表すグラフ図
、第２図はＦＣ当量率に対する製品単位重量当たりの電
力消費量を表すグラフ図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　電気炉法によるフェロボロンの製造方法において、出
   湯口の下に深さ１００ｍｍ乃至５００ｍｍの湯溜層を設
   けた直流式ジロー炉を用い、酸化硼素、硼酸等の硼素源
   を還元する炭材の配合量を、前記硼素源を還元するため
   の理論必要量の９１％乃至１００％とすることを特徴と
   するフェロボロンの製造方法。