JPS599601B2 - 金属および合金粒状物の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属および合金、特に９５％もしくはそれ以上
のニッケルおよび／またはコバルトを含み、少くとも２
咽の径並びに少くとも８ｇ／ｃｎｉの密度を有する金属
および合金の粒状物の製造方法に関する。

金属および合金の粒状体は多くの用途、特に金属または
合金が溶融工程に原料ストックとして適用される場合に
望ましく使用することができるものである。

このような工程において、より一般的なビレット状スト
ックに反して粒状原料を使用することの利点は、例えば
粒状物が比較的容易に溶融して溶湯浴に《まなく均一に
拡散すること、それとともに粒状物を自動的に取扱う可
能性と所望量を正確に計測することが含まれる。

金属および合金を粉体に製造する技術は種々知られてい
る。

これら′゛微粉化″技術は１またはそれ以上の不活性ガ
スまたは水の噴霧流を粉砕するべき溶融金属流に衝突す
ることを含むものである。

このような微粉化工程のコストはさて置き、得られた小
粒子サイズの製品は多くの用途、例えば散粉の問題が引
起こされる用途に有用さを示す。

このような用途においては、上記した粉体よりもより粗
い粒状原料、例えば約２霧より大きな径の粒子から実質
的になるもの、そして好ましくは２５謹もし《はそれ以
上の径の粒子からなるものを適用することが望ましい。

本発叫は粉体ではなく、上記のような粒子状原料に係り
、ここで用いる′゛粒状物″なる用語はこのような粗い
粒子状原料を示すものである。

粒状物は多くの場合、一般に″ショツテイング″と呼ば
れる方法、即ち溶融金属を水浴中に流出させる方法で製
造されている。

この方法は鉛ショットの製造と最も密接に関連するもの
であるが、鉄および鋼のように鉛よりも融点の高い金属
にも適用されている。

鋼ショットの製造における最近の方法は英国特許第１２
０１４５１号明細書に記載されている。

この方法では溶鋼を垂直流として平担な耐火材の水平面
上に注ぎ、破片とするべき溶鋼流を小滴とし、その後冷
却液の浴中に落下させるものである。

この技術の欠点は破砕表面として使用される耐火材の保
守管理が頻繁となり、さらに金属流が完全に分解される
ように破砕する液体金属を耐火材表面の所定の破砕位置
にくることを確実にするために注意深い調整が必要とな
ることである。

さらにまた、この特許は再溶解するのに適当なニッケル
またはコバルトショットを製造するという問題につき完
全に満足できる溶液を提供するものではない。

この特許に記載された方法によって、もしくは通常のシ
ョツテイング方法によってニッケルまたはコバルト粒状
物を製造する場合、２つの多少の特異な問題が生ずる。

即ち製品が滑かで丸い粒状の形態となり、そして望まし
くない高い多孔質のものとなる傾向があることである。

球形の細粒は一般に通常のコンベヤベルトによる取扱い
が不適当であり、しかも工業的落下が生ずる場合に安全
性に問題を残すことから鋳造用に使用することは望まし
くない。

細粒の孔は、低密度即ち孔中にガスが含まれる粒状物を
溶融浴中に導入すると、含まれるガスの急激な膨脹が゛
熱ポツピイング（ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｐｐｉｎｇ
） ”といわれる現象を持らし、それにより浴からの高
温金属とともに添加した粒状物が外周・＼と浴外に噴出
する重大な問題がある。

飛散する金属粒子は安全性の点だけでなく、重大な影響
のある金属損失を結果する。

本発明者らは、球形の細粒と低密度との明らかに異なる
問題が全く無関係ではなく、それら・＼の通常の溶液が
製造される粒状物の貨：午：適当な選択と粒状化条件の
適当な選択 にあるということを見い出した。

本発明によれは、ニッケル、コバルトの１種または２種
を少くとも９５重量係含有し、少くとも２閣の径並びに
少くとも８ｇ／ｃｒｄの密度を有する、ニッケル、コバ
ルトマたはニッケルーコバルト合金の滑らで不規則形状
の粒状物を溶融金属または合金から製造する方法におい
て、溶融金属または゛合金がそれぞれ０．１〜２重量係
の炭素および珪素を含有し、但し炭素および珪素は８．
０３Ｘ（％Ｃ）−４．４２Ｘ（％Ｃ）２＋７．２３ｘ（
％Ｓｉ）＞３．６となるよう相関させ、この溶融金属ま
たは合金をその液相温度より５０〜１００℃高い範囲の
温度を有する流れとして、３０〜６０℃の温度に保持さ
れ金属または合金流の粒状化を生じさせる撹拌が誘導さ
れている水浴表面上に落下させることを特徴とする金属
または合金粒状物の製造方法が提供される。

特に規定しない限り、本明細書で示した百分率はすべて
重量による。

合金組成の適当な組合せは本発明方法の成功にとって重
要であり、製品密度およびその形態の両者に影響する。

少量の炭素および珪素は数量において効果が異なるが、
製品密度に有益な効果を有する。

しかしながら、製品形態に及ぼすこの２つの合金元素の
効果は同一ではない。

炭素は丸く、滑らかな粒状物の形成を促進することが見
い出されているが、一方珪素は粒状物形状の不規則さを
促進する。

従って製品の形状と密度との最適な組合せを達成し得る
ように炭素含有を珪素含有と相関させることが必要であ
る。

好ましくは、炭素および珪素の配合は０．４％の炭素お
よび０． ２ ％の珪素を少くとも９７％のニッケルお
よび／またはコバルトを含有する製品に使用する。

このような組成にて、本発明者らは８．２１／ｃｒＡま
たはそれ以上の密度が３ｍｍ〜２５調径の範囲で不規則
な形状の粒状からなる製品にて本発明方法により達成す
ることができることを見い出した。

概して組成および粒状化条件は、熱ポッピングが製品の
再溶解時に回避される場合には少くとも約８′？／ｃｙ
ｄ（即ち理論的密度の約９０％）の密度を確保するよう
にすべきである。

上述のように、粒状化条件も製品の所望特性を達成する
のに重要である。

本発明方法において、溶融金属流は自由落下に際して水
噴射を向けることによる破砕を受けず、単に水浴の表面
上に落下させるようにすることが注目されるところであ
る，細粒の形成を促進し水浴の底部に金属の大きな融合
した塊が形成されることを防止するせん断作用を付与す
るために、冷却水浴の撹拌を誘導することが基本的なこ
とである。

このような撹拌は機械的撹拌の手段で与えることができ
るか、本発明者らは水浴表面下の位置であって金属流が
水浴表面と衝突する位置に近接した浴内・＼注入される
水流による手段を選ぶものである。

この水流は２重の目的に寄与する。

まず第１に浴内にて所望のせん断作用を与えることであ
る。

そしてさらに粒状化される金属流′の流速に関係して水
流の流速を適当に選択することによって浴温を調節する
手段となることである。

一方、機械的撹拌をとった場合には水浴温度を所定限度
内に維持するために冷却浴内に冷却コイルを設けること
が必要となる。

溶湯流が冷却される水浴の温度は３０〜６０℃の範囲と
しなければならず、好ましくは４０および５０℃の間と
する。

このような温度は周辺温度（ ａｍｂｉｅｎｔ ｔｅｍ
ｐｅｒａｔｕｒｅ ）の水流を使用し、冷却浴・＼の水
および金属の流速を水の流速が金属の流速の８〜１０倍
となるように相関させることにより維持することができ
る。

より高い水温は望ましくない大きな塊りになることのあ
る球状の製品となることがわかった。

またより低い水温は望ましい滑らかな不規則細粒という
よりむしろ繊維状の製品となることがわかった。

同様に重要なのは溶湯流が注入される温度である。

これは望ましくない繊維状製品を生ずるあまりに早い凝
固を避けるために合金の液相温度より５０℃以上高くな
ければならない。

他方、本発明者らはあまりに過熱しすぎると丸く滑らか
な粒子を生じ、粒子サイズの所望の粗さを達成すること
が阻害されることを見い出した。

従って注入温度は合金の液相温度より５０〜１００℃高
くすべきである。

好ましくは、液体金属流は冷却水浴の表面に達する前に
約３０〜６０ｃｍの距離を自由落下させるようにする。

以下に本発明を実施例により説明する。

実施例 １ 商業的な酸化ニッケル焼結体を低硫黄コークスとともに
燃料一燃焼炉内で還元製錬して１５０トンのニッケル溶
湯を調製した。

適量の珪素およびコークスを添加して溶湯組成を次のよ
うに調製した。

銅 ： １饅 コバルト＝１．２係 鉄 ：０．４係 硫 黄 二０．１係 珪 素 ：０．２係 炭 素 二０．４％ 浴はラウンダー（ ｌａｕｎｄｅｒ ）から１００００
ｉｃｇ／ｈの速度でタップし、ラウンダ一端部での金属
温度を１５００℃とした。

溶融金属流は水浴表面に達するまで約５０ｃｍの距離を
落下させた。

水流を浴面下約１５ｃｍの位置で冷却浴中に９００００
ｋｇ／ ｈの速度で導入した。

比較的低圧（約３５キロパスカル）で導入した水流は冷
却浴へ金属流の方向と直角に向けた。

冷却浴・＼の金属と水との相対流速は冷却浴の温度を約
５０℃に維持するものであった。

冷却浴から回収した粒状物は、乾燥後において８． ２
１？ｌｃｒｄの密度を有するもので、この製品の理論
的密度の９２係であった。

得られた細粒の不規則形状は参考写真１に示す。

スクリーン分析の結果、第１表に示すようにサイズ分布
を呈した６ ，．．− 鋳造についてのこの粒状物の適合性を１６００℃のニッ
ケル溶湯内・＼装入することによって調べた。

製品はいかなる熱ポツピイングを示すことなくスムーズ
に溶解するものであった。

実施例 ２ 細粒の密度における製品組成の効果とともにそれらの再
溶解特性を次の一連の実験によって調べた。

炭素および珪素をそれらの量を変えて含有す−るニッケ
ル溶湯を、実施例１に記載した全ての場合の手続および
条件を適用することにより粒状化した。

粒状化に引続き、製品密度を測定し、誘導炉にて１６５
０℃に保持したニッケル浴中へ５００１の乾燥細粒を装
入してその溶解特性を調べた。

満足な製品は全くボツピイングの徴候を示すことなく溶
解したが、密度が低すぎるものは浴から金属が噴出し、
その噴出物はしばしば空気中を数メートルも飛ぶもので
あった。

第２表は１００粒状化試験の結果を示し、１１６． １
〜Ａ３は本発明の工程バラメーターの範囲外のもの、煮
４〜煮１０は本発明範囲内のものであり、このうちＪｆ
６．５は実施例１の試験からなる。

第２表には種々のニッケル溶湯の炭素および珪素含有の
みについて示しており、残りの合金元素（銅、コバルト
、鉄および硫黄）は実施例１で規定した量で全ての場合
に存在するものであった。

第２表には溶湯組成の各々につき炭素一珪素相関ファク
ター、即ちｆｆ’ｓ．ｏ３ｘ（％Ｃ）−４．４２Ｘ（％
Ｃ）２＋７．２３Ｘ（％Ｓｉ）Ｊで表わされる値をも示
す。

第２表の結果から、８．０以上の、即ち理論的密度の９
０係を越える密度を有する製品は満足に溶解でき、そし
てこのような密度は炭素一珪素相関ファクターが３．６
を越える場合、即ち試験扁４〜Ａ１０を含む全ての場合
に確実に達成された。

実施例 ３ 粒状化試験を実施例１と同一のニッケル溶湯であって、
ラウンダーから出る金属流が１６５０℃、換言すれば液
相温度より約２００℃過熱した温度となるようにより高
いニッケル浴温度としたこと以外は同一の粒状化条件の
もとで実施した。

得られた細粒は参考写真２からわかるように実施例１の
試験で得られたものより、より小さくしかもより球形の
ものであった。

この結果は当の合金の゛液相温度上の１００℃より高い
注湯温度を適用することの不利益さを強調するものであ
る。

実施例 ４ さらに他の粒状化試験を冷却水浴を２０℃に保持したこ
と以外は実施例１の場合と同一の方法で実施した。

得られた製品の構造を参考写真３に示す。

細粒のぎざぎざした繊維状形態のものは望ましくなく、
あまりに低い冷却温度は避けるべきであることがわかる
。

上述した実施例における細粒の組成は単なる例示であり
、ニッケルに比較して比較的少量のコバルトを含有する
粒状物を記載したが、本発明は実質的に純粋なニッケル
の製造に決して限定されるものではない。

本発明の粒状化方法はニッケル、コバルト系列の種々の
合金にうまく適用することができ、このような合金は結
合したニッケルおよびコバルトが組成の少くとも９５％
を構成するならば少量の鉄または非鉄金属を含有しても
よい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ニッケル、コバルトの１種または２種を少くとも９
   ５重量係含有し、少くとも２Ｗｒｒｎの径並びに少くと
   も８ｇ／ｃ４の密度を有する、ニッケル、コバルトまた
   はニッケルーコバルト合金の滑らかで不規則形状の粒状
   物を溶融金属または合金から製造する方法において、溶
   融金属または合金がそれぞれ０．１〜２重量係の炭素お
   よび珪素を含有し、但し炭素および珪素は８．０３Ｘ（
   ％Ｃ）−４．４２×（％Ｃ）”＋７．２３Ｘ（％Ｓｉ）
   ＞３．６となるよう相関させ、この溶融金属または合金
   をその液相温度より５０〜１００℃高い範囲の温度を有
   する流れとして、３０〜６０℃の温度に保持され金属ま
   たは合金流の粒状化を生じさせる撹拌が誘導されている
   水浴表面上に落下させることを特徴とする金属または合
   金粒状物の製造方法。 ２ 撹拌を、水浴表面下の位置であって金属流が水浴表
   面と衝突する位置に近接した位置にて水流を水浴内−＼
   注入することにより誘導する特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 ３ 金属流と水流との流速を、水浴４０〜５０℃に保持
   されるように相関させる特許請求の範囲第２項記載の方
   法。 ４ 水流を実質的に外周温度とし、流速の相関関係を水
   流の流速が金属流の流速の約８〜１０倍となるようにす
   る特許請求の範囲第２項または第３項記載の方法。 ５ 溶融合金が少くとも９７％のニッケルおよび／また
   はコバルト、および０．４の炭素および０．２係の珪素
   を含有する特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか
   に記載の方法。 ６ 金属流を水浴表面と接触するまでに３０〜６０ｃｍ
   の距離を重力下に落下させる特許請求の範囲第１項乃至
   第５項のいずれかに記載の方法。