JPH06172916A - ステンレス鋼の製造 - Google Patents
ステンレス鋼の製造Info
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- JPH06172916A JPH06172916A JP5199495A JP19949593A JPH06172916A JP H06172916 A JPH06172916 A JP H06172916A JP 5199495 A JP5199495 A JP 5199495A JP 19949593 A JP19949593 A JP 19949593A JP H06172916 A JPH06172916 A JP H06172916A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高品質のステンレス鋼を経済的に製造する。
【構成】 クロム、マンガン、バナジウム、ニッケル、
コバルトまたはモリブデン合金用金属の少なくとも1種
を、微粉化した還元剤と緊密に混合した微粉化酸化物で
あって酸化物と還元剤の混合物が塊状をなす形で加える
ことを含む、鋼の製造法。
コバルトまたはモリブデン合金用金属の少なくとも1種
を、微粉化した還元剤と緊密に混合した微粉化酸化物で
あって酸化物と還元剤の混合物が塊状をなす形で加える
ことを含む、鋼の製造法。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はステンレス鋼の製造に関
するものであり、さらに詳細には、限定的するわけでは
ないが、鉄への添加前に例えば高炭素フェロクロームを
生成するように通常クロム鉱石を予備処置することを含
む既知の方法と反対に、特定の鉱石の形である酸化クロ
ムが実質的に直接鉄に添加されるステンレス鋼の製造に
関するものである。
するものであり、さらに詳細には、限定的するわけでは
ないが、鉄への添加前に例えば高炭素フェロクロームを
生成するように通常クロム鉱石を予備処置することを含
む既知の方法と反対に、特定の鉱石の形である酸化クロ
ムが実質的に直接鉄に添加されるステンレス鋼の製造に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】本明細書において、ステンレス鋼の製造
に頻繁に言及する。これは本発明の範囲をいかなる意味
でも限定的に解釈させるものではない。ステンレス鋼は
最も一般的には鉄および高炭素フェロクロームを合金化
することにより高炭素合金を製造し、次に、許容される
レベルまで炭素濃度を減少させるためにアルゴン−酸素
脱炭に付する。
に頻繁に言及する。これは本発明の範囲をいかなる意味
でも限定的に解釈させるものではない。ステンレス鋼は
最も一般的には鉄および高炭素フェロクロームを合金化
することにより高炭素合金を製造し、次に、許容される
レベルまで炭素濃度を減少させるためにアルゴン−酸素
脱炭に付する。
【0003】クローム鋼を製造するためのクロム含有合
金成分として低炭素フェロクロームを使用することによ
りアルゴン−酸素脱炭工程を避けることもまた可能で、
比較的小規模で実施されている。
金成分として低炭素フェロクロームを使用することによ
りアルゴン−酸素脱炭工程を避けることもまた可能で、
比較的小規模で実施されている。
【0004】クロームが直接クロマイトの形で添加され
る、ステンレス鋼を製造するための種々の方法がある。
詳述すると、いわゆるハミルトン−エバンス法は、鉄の
溶融および溶鋼上におけるレセプションスラグ(石灰
石、ほたる石、ミルスケース(酸化物皮膜)およびクロ
マイトの混合物)として知られる大量のスラグの発生を
含む。レセプションスラグが溶融し、充分熱せられる
と、高品質フェロ−シリコンと緊密に混合されたクロム
鉱石が、スラグの上に供給される。レセプタースラグの
使用は、生起する還元反応に熱および化学緩衝を供給
し、合金の小滴をスラグを経て溶融物に到達させるため
に必要である。レセプタースラグはまた、溶融物の表面
に反応剤の隔離が起こり、次にクロマイトの分離と溶融
物中への還元剤の溶解が起こることを防止する;また、
レセプタースラグの塩基性が高いことは、酸化物残渣の
シリカ豊富化の防止に役立ち、炉の裏打ちを過剰の摩滅
から保護する。
る、ステンレス鋼を製造するための種々の方法がある。
詳述すると、いわゆるハミルトン−エバンス法は、鉄の
溶融および溶鋼上におけるレセプションスラグ(石灰
石、ほたる石、ミルスケース(酸化物皮膜)およびクロ
マイトの混合物)として知られる大量のスラグの発生を
含む。レセプションスラグが溶融し、充分熱せられる
と、高品質フェロ−シリコンと緊密に混合されたクロム
鉱石が、スラグの上に供給される。レセプタースラグの
使用は、生起する還元反応に熱および化学緩衝を供給
し、合金の小滴をスラグを経て溶融物に到達させるため
に必要である。レセプタースラグはまた、溶融物の表面
に反応剤の隔離が起こり、次にクロマイトの分離と溶融
物中への還元剤の溶解が起こることを防止する;また、
レセプタースラグの塩基性が高いことは、酸化物残渣の
シリカ豊富化の防止に役立ち、炉の裏打ちを過剰の摩滅
から保護する。
【0005】本方法の欠点はシリコン利用およびクロミ
ウム回収に関する効率が低い点にある;溶融スラグのか
さ高い塊のため出湯から出湯まで(tap-to-tap)の時間
が長い(5時間台);Cr2O3の相当な量がスラグの中
に含まれる;および炉の裏打ちの過剰な摩滅がこれらの
欠点の結果生ずる。
ウム回収に関する効率が低い点にある;溶融スラグのか
さ高い塊のため出湯から出湯まで(tap-to-tap)の時間
が長い(5時間台);Cr2O3の相当な量がスラグの中
に含まれる;および炉の裏打ちの過剰な摩滅がこれらの
欠点の結果生ずる。
【0006】いわゆるワイルド法は、適当なクロマイト
および鉄−シリコンの交互の添加によりシリコン含量が
0.5%以下に維持できること以外上記と同様である。
還元工程で得られたスラグは時々除去し、出湯から出湯
までの時間は長すぎる約8時間であると考えられてい
る。
および鉄−シリコンの交互の添加によりシリコン含量が
0.5%以下に維持できること以外上記と同様である。
還元工程で得られたスラグは時々除去し、出湯から出湯
までの時間は長すぎる約8時間であると考えられてい
る。
【0007】一旦低炭素フェロクロームを産生すること
が可能になれば、前述の工程は徐々に放棄され、第一に
低炭素フェロクロームとの合金化、および次に、上記の
現在の方法、即ち高炭素フェロクロームと合金化し続い
てアルゴン−酸素脱炭することに置き換えられると思わ
れる。
が可能になれば、前述の工程は徐々に放棄され、第一に
低炭素フェロクロームとの合金化、および次に、上記の
現在の方法、即ち高炭素フェロクロームと合金化し続い
てアルゴン−酸素脱炭することに置き換えられると思わ
れる。
【0008】必要な合金用金属が実質的に直接このよう
な金属の酸化物または鉱石の形で鉄基材に含ませ得る、
鋼の効率的な製造法を提供することが本発明の目的であ
る。
な金属の酸化物または鉱石の形で鉄基材に含ませ得る、
鋼の効率的な製造法を提供することが本発明の目的であ
る。
【0009】
【発明の構成】本発明により必要なクロム、マンガン、
バナジウム、ニッケル、コバルトおよびモリブデンから
選ばれる鋼の合金用金属の少なくとも1種を、微粉化し
た還元剤と緊密に混合した微粉化酸化物であって酸化物
と還元剤の混合物が塊状をなす形で加えることを含む、
鋼の製造法が提供される。
バナジウム、ニッケル、コバルトおよびモリブデンから
選ばれる鋼の合金用金属の少なくとも1種を、微粉化し
た還元剤と緊密に混合した微粉化酸化物であって酸化物
と還元剤の混合物が塊状をなす形で加えることを含む、
鋼の製造法が提供される。
【0010】本発明の別の態様は、微粉化酸化物の最大
粒子径は1mmで、好ましくは75ミクロン未満であり、
この場合還元剤の最大粒子径は約1ミリメートルで、好
ましくは約75ミクロン未満であり;還元剤は酸化物中
の全ての合金用金属および鉄の酸化剤の還元に必要な理
論量の約0.4倍および好ましくは理論量の約1.3倍存
在し;および酸化物については鉱石であることを規定す
る。
粒子径は1mmで、好ましくは75ミクロン未満であり、
この場合還元剤の最大粒子径は約1ミリメートルで、好
ましくは約75ミクロン未満であり;還元剤は酸化物中
の全ての合金用金属および鉄の酸化剤の還元に必要な理
論量の約0.4倍および好ましくは理論量の約1.3倍存
在し;および酸化物については鉱石であることを規定す
る。
【0011】クロム酸化物および還元剤の塊状混合物は
ブリケット、ペレットまたは他の凝集単位の形が可能
で、また存在している溶融鉄の浴に加えることができ、
または、別法として、合金用金属と合金化すべき固体鉄
と共に加熱することができる。凝集物には任意の慣用さ
れるかまたは適当な結合剤を用いることができる。
ブリケット、ペレットまたは他の凝集単位の形が可能
で、また存在している溶融鉄の浴に加えることができ、
または、別法として、合金用金属と合金化すべき固体鉄
と共に加熱することができる。凝集物には任意の慣用さ
れるかまたは適当な結合剤を用いることができる。
【0012】いずれの場合も、実験は合金用金属酸化物
の固体状態還元の後で凝集単位の温度の上昇と共に溶融
が起こることを示した。
の固体状態還元の後で凝集単位の温度の上昇と共に溶融
が起こることを示した。
【0013】試験は固体状態還元が約1200℃で開始
し、急速に1300℃および1400℃で完了に向かっ
て進行し、一方物質の溶融は1500℃および1550
℃でおこる。固体状態還元は極めて急速におこり、ステ
ンレス鋼のバッチは、例えば本発明の方法を用いて45
分の短時間で製造できる。
し、急速に1300℃および1400℃で完了に向かっ
て進行し、一方物質の溶融は1500℃および1550
℃でおこる。固体状態還元は極めて急速におこり、ステ
ンレス鋼のバッチは、例えば本発明の方法を用いて45
分の短時間で製造できる。
【0014】合金用金属がクロムである場合、クロマイ
トの形で添加し得、還元剤はフェロシリコンまたはフェ
ロ−アルミニウム−シリコンであり得る。このような場
合、還元は、空気のような酸化性環境の中でさえ、14
00℃で実質的完了に至る。
トの形で添加し得、還元剤はフェロシリコンまたはフェ
ロ−アルミニウム−シリコンであり得る。このような場
合、還元は、空気のような酸化性環境の中でさえ、14
00℃で実質的完了に至る。
【0015】鋼の製造は、還元の進行および、熱の損失
を補うために必要な最小限のエネルギーを供給するため
に、電孤炉、プラズマアーク炉、誘導炉等を含む任意の
適当な炉で行い得る。本発明をさらに充分理解し得るよ
うに、現在まで行った種々の試験を述べる。
を補うために必要な最小限のエネルギーを供給するため
に、電孤炉、プラズマアーク炉、誘導炉等を含む任意の
適当な炉で行い得る。本発明をさらに充分理解し得るよ
うに、現在まで行った種々の試験を述べる。
【0016】実施した試験の詳細な記述 三種の試験を行ったが、最初のものは小規模のルツボ試
験であり、他のものはこれを更にスケールアップした2
00kVA直流転移プラスマアーク炉についての試験と
300kVA3相交流電気アーク炉についての試験であ
る。これら試験の結果を以下に記述する。
験であり、他のものはこれを更にスケールアップした2
00kVA直流転移プラスマアーク炉についての試験と
300kVA3相交流電気アーク炉についての試験であ
る。これら試験の結果を以下に記述する。
【0017】ルツボバッチ試験 クロマイトとフェロシリコンの細粒子を使用し、多くの
場合ベントナイトを結合剤として用いて、コンポジット
ペレットを作成し、これについて種々の試験を行った。
ペレットの組成は、第2表の「仕込量(g)」に示され
たとおりであって、種々の成分が種々の割合で使用され
たことが理解できよう。原料の分析は第1表に示すとお
りである。
場合ベントナイトを結合剤として用いて、コンポジット
ペレットを作成し、これについて種々の試験を行った。
ペレットの組成は、第2表の「仕込量(g)」に示され
たとおりであって、種々の成分が種々の割合で使用され
たことが理解できよう。原料の分析は第1表に示すとお
りである。
【0018】
【表1】
【0019】各場合において、湿ったペレットを120
℃で24時間オーブン乾燥し、計量したコンポジットペ
レットと鉄フレークを、アルミナルツボ中、小型垂直管
状炉内の大気雰囲気下1550℃に1時間加熱した。生
成金属とスラグについてそれらの組成を分析し、結果を
第2表に示す。
℃で24時間オーブン乾燥し、計量したコンポジットペ
レットと鉄フレークを、アルミナルツボ中、小型垂直管
状炉内の大気雰囲気下1550℃に1時間加熱した。生
成金属とスラグについてそれらの組成を分析し、結果を
第2表に示す。
【0020】
【表2】
【表3】
【0021】直流プラスマアーク試験 この試験は、出願人製造にかかる200kVA炉中で実
施した。炉は炉浴上の中心に位置する単一グラファイト
電極を使用する公知の直流プラスマアーク炉であった。
直流電力を供給して溶融浴を形成させてアノードとし、
グラファイト電極をカソードとした。外径830mm、
耐火性被覆厚140mmの炉をAl2O3含量約90%の
耐火性材料で被覆した。炉床を類似の材料で300mm
厚に被覆し、多数の軟鋼棒を使用して溶融浴から炉床を
経てアノードケーブルに至る直流(アノード)電流路を
作った。
施した。炉は炉浴上の中心に位置する単一グラファイト
電極を使用する公知の直流プラスマアーク炉であった。
直流電力を供給して溶融浴を形成させてアノードとし、
グラファイト電極をカソードとした。外径830mm、
耐火性被覆厚140mmの炉をAl2O3含量約90%の
耐火性材料で被覆した。炉床を類似の材料で300mm
厚に被覆し、多数の軟鋼棒を使用して溶融浴から炉床を
経てアノードケーブルに至る直流(アノード)電流路を
作った。
【0022】仕込み材料は、鋼スクラップ、ニッケルお
よびクロマイト細粒とフェロシリコンからベントナイト
を結合剤として使用して作ったコンポジットペレットか
ら成るものであった。ペレットの組成は第4表に示すと
おりであり、原料の分析は第3表に示すとおりである。
試験に先立って、ペレットを24時間空気乾燥し、更に
800℃に約4時間加熱してペレットの強度高める。
よびクロマイト細粒とフェロシリコンからベントナイト
を結合剤として使用して作ったコンポジットペレットか
ら成るものであった。ペレットの組成は第4表に示すと
おりであり、原料の分析は第3表に示すとおりである。
試験に先立って、ペレットを24時間空気乾燥し、更に
800℃に約4時間加熱してペレットの強度高める。
【0023】各加熱または試験は2段階から成る。第1
段階は、鋼スクラップとニッケルを約30分間溶融させ
るものであり、第2段階はクロマイトとフェロッシリコ
ンポジットペレットをさらに1.5時間にわたって供給
し、融解させるものである。両段階において、炉電力と
エネルギーを適宜に調節して、溶融温度を1550℃と
1600℃の間に保持する。すべての仕込み材料は、炉
の屋根に設けた仕込み口から手で炉に供給した。生産さ
れた金属とスラグについて、それらの組成を分析し、結
果を第4表に示す。
段階は、鋼スクラップとニッケルを約30分間溶融させ
るものであり、第2段階はクロマイトとフェロッシリコ
ンポジットペレットをさらに1.5時間にわたって供給
し、融解させるものである。両段階において、炉電力と
エネルギーを適宜に調節して、溶融温度を1550℃と
1600℃の間に保持する。すべての仕込み材料は、炉
の屋根に設けた仕込み口から手で炉に供給した。生産さ
れた金属とスラグについて、それらの組成を分析し、結
果を第4表に示す。
【0024】
【表4】
【表5】
【表6】
【0025】3相交流オープンアーク炉試験 この試験は、出願人の製造にかかる300kVA3相交
流オープンアーク炉を使用して行われた。炉は浴上の中
央に位置する500mmのPCDを備えた、3グラファ
イト電極を使用する公知のタイプのものであった。三相
交流電力供給は電極により溶融浴にたいして行われた。
炉は外径965mmであり、マグネシアの外側ライニン
グとアルミナ耐火煉瓦(Al2O3、90%)の内側ライ
ニングを有している。炉床は鋳造アルミナでライニング
されており、その床には栓付きの穴があり、試験の間で
炉に保持される材料の量を最小にし、希釈効果を除くよ
うにしている。
流オープンアーク炉を使用して行われた。炉は浴上の中
央に位置する500mmのPCDを備えた、3グラファ
イト電極を使用する公知のタイプのものであった。三相
交流電力供給は電極により溶融浴にたいして行われた。
炉は外径965mmであり、マグネシアの外側ライニン
グとアルミナ耐火煉瓦(Al2O3、90%)の内側ライ
ニングを有している。炉床は鋳造アルミナでライニング
されており、その床には栓付きの穴があり、試験の間で
炉に保持される材料の量を最小にし、希釈効果を除くよ
うにしている。
【0026】仕込み材料は、鋼スクラップ、ニッケルお
よびコンポジットペレットから成る。コンポジットペレ
ットはクロマイト細粒とフェロシリコンからベントナイ
トまたはナトリウムシリケートを結合剤として形成され
たものである。ベントナイトペレットは24時間空気乾
燥したのち、800℃に4時間加熱して硬化させる。ま
た、ナトリウムシリケートペレットは12時間空気乾燥
したのち、更に12時間にわたり120℃でオーブン乾
燥させたものを使用する。クロマイト、フェロシリコン
およびスクラップの組成は第5表に示すとおりであり、
各試験にたいするペレット組成は第6表に示すとおりで
ある。
よびコンポジットペレットから成る。コンポジットペレ
ットはクロマイト細粒とフェロシリコンからベントナイ
トまたはナトリウムシリケートを結合剤として形成され
たものである。ベントナイトペレットは24時間空気乾
燥したのち、800℃に4時間加熱して硬化させる。ま
た、ナトリウムシリケートペレットは12時間空気乾燥
したのち、更に12時間にわたり120℃でオーブン乾
燥させたものを使用する。クロマイト、フェロシリコン
およびスクラップの組成は第5表に示すとおりであり、
各試験にたいするペレット組成は第6表に示すとおりで
ある。
【0027】
【表7】
【0028】200kVA直流プラスマアーク試験の場
合と同様、各加熱または試験は2段階、すなわち溶融及
び融解の段階から成る。溶融の間、鋼スクラップとニッ
ケルは約30分間にわたり手で供給され、ついでコンポ
ジットペレットを約1時間にわたり自動供給装置で供給
された。炉への電力の供給は作業温度1550℃が維持
されるように調節された。炉は各試験後開口し、材料の
ほとんどを除去し、固体物と分析結果を第6表に示す。
合と同様、各加熱または試験は2段階、すなわち溶融及
び融解の段階から成る。溶融の間、鋼スクラップとニッ
ケルは約30分間にわたり手で供給され、ついでコンポ
ジットペレットを約1時間にわたり自動供給装置で供給
された。炉への電力の供給は作業温度1550℃が維持
されるように調節された。炉は各試験後開口し、材料の
ほとんどを除去し、固体物と分析結果を第6表に示す。
【0029】
【表8】
【表9】
【0030】
【表10】
【表11】
【0031】本発明方法を説明するために200kVA
プラスマアーク炉と300kVA電気アーク炉を使用し
て行われた試験の結果は、最初のルツボ試験から予期さ
れたよりも低い熔融物中のクロム回収率を示す。これに
対する理由として、プラスマアーク炉や電気アーク炉の
場合とルツボ試験で用いられる管状炉の場合とでは、作
業条件が異なることによるものと考えられる。プラスマ
アーク炉と電気アーク炉の場合、管状炉の場合と比べ
て、最大温度がより高く、しかもより早く達成される。
熔融物が早く形成されると、ペレット中の固相反応時間
が短縮され、スラグ層に入るクロムの割合がより大とな
る。
プラスマアーク炉と300kVA電気アーク炉を使用し
て行われた試験の結果は、最初のルツボ試験から予期さ
れたよりも低い熔融物中のクロム回収率を示す。これに
対する理由として、プラスマアーク炉や電気アーク炉の
場合とルツボ試験で用いられる管状炉の場合とでは、作
業条件が異なることによるものと考えられる。プラスマ
アーク炉と電気アーク炉の場合、管状炉の場合と比べ
て、最大温度がより高く、しかもより早く達成される。
熔融物が早く形成されると、ペレット中の固相反応時間
が短縮され、スラグ層に入るクロムの割合がより大とな
る。
【0032】上記の理由により、本発明の利益は、凝集
材料を当初比較的低い温度で処理することにより固相還
元を促進し、その後にたとえば高温電気アーク炉に仕込
むような二段階法を使用することにより、最大となるも
のと信じられる。ロータリーキルンやロータリー床キル
ンが適切である。このような方法において、合金用金属
はより高い割合で熔融物になるであろう。以上示された
結果から、クロム源としてのクロマイトを本発明におけ
るように直接的に使用することによって良質のステンレ
ス鋼が生産されることが明らかであろう。
材料を当初比較的低い温度で処理することにより固相還
元を促進し、その後にたとえば高温電気アーク炉に仕込
むような二段階法を使用することにより、最大となるも
のと信じられる。ロータリーキルンやロータリー床キル
ンが適切である。このような方法において、合金用金属
はより高い割合で熔融物になるであろう。以上示された
結果から、クロム源としてのクロマイトを本発明におけ
るように直接的に使用することによって良質のステンレ
ス鋼が生産されることが明らかであろう。
【0033】この発明の範囲は、ここに記載の方法のみ
に限定されるものではなく、鉄鋼生産者に販売される中
間体としての酸化クロムと適当な還元剤と要すれば結合
剤の凝集体をも包含することが意図されている。さら
に、本発明は、クロム、マンガン、バナジウム、ニッケ
ル、コバルトまたはモリブデンを単独または結合して含
むたの合金鋼の製造にも同様に適用されうるものであ
る。
に限定されるものではなく、鉄鋼生産者に販売される中
間体としての酸化クロムと適当な還元剤と要すれば結合
剤の凝集体をも包含することが意図されている。さら
に、本発明は、クロム、マンガン、バナジウム、ニッケ
ル、コバルトまたはモリブデンを単独または結合して含
むたの合金鋼の製造にも同様に適用されうるものであ
る。
Claims (14)
- 【請求項1】 クロム、マンガン、バナジウム、ニッケ
ル、コバルトおよびモリブデンから成るグループから選
択された少なくとも一種の鋼との合金金属を、当該合金
金属が細粉化または細粒化された酸化物の形で、かつ細
粉化または細粒化された還元剤との密接な混和かつ凝集
形態において提供することを特徴とする、鋼の製造方
法。 - 【請求項2】 細粉化または細粒化された酸化物が最大
粒径1mmである請求項第1項記載の方法。 - 【請求項3】 細粉化または細粒化された還元剤が最大
粒径1mmである請求項第1項記載の方法。 - 【請求項4】 酸化物の最大粒径が75ミクロンである
請求項第2項記載の方法。 - 【請求項5】 還元剤の最大粒径が75ミクロンである
請求項第3項記載の方法。 - 【請求項6】 還元剤が酸化物中のクロム酸化物と鉄酸
化物のすべてを還元するに必要な化学量論量の少なくと
も約0.4倍の量で存在する請求項第1〜5項のいずれ
かに記載の方法。 - 【請求項7】 還元剤が酸化物中のクロム酸化物と鉄酸
化物のすべてを還元するに必要な化学量論量の約1.3
倍の量で存在する請求項第6項に記載の方法。 - 【請求項8】 酸化物が鉱石の形状である請求項第1〜
7項のいずれかに記載の方法。 - 【請求項9】 酸化物と還元剤の混合物の凝集状態がブ
リケット、ペレットまたはその他の類似形状である請求
項第1〜8項のいずれかに記載の方法。 - 【請求項10】 酸化物と還元剤の凝集体が熔融鉄浴に
添加される請求項第1〜9項のいずれかに記載の方法。 - 【請求項11】 酸化物と還元剤の凝集体が合金金属が
合金化されるべき固体鉄と共に加熱される請求項第1〜
10項のいずれかに記載の方法。 - 【請求項12】 酸化物と還元剤の凝集体を当初比較的
低温で処理することにより、溶融鉄浴に対する添加に先
立って固相還元を促進する請求項第1〜11項のいずれ
かに記載の方法。 - 【請求項13】 酸化物がクロマイト鉱石である請求項
第1〜12項のいずれかに記載の方法。 - 【請求項14】 還元剤がフェロシリコンとフェロアル
ミノシリコンの少なくともいずれか一種である請求項第
1〜13項のいずれかに記載の方法。
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