JPS63502995A - 金属をバナジウムと合金化する材料 - 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】 金属をバナジウムと合金化する材料 技術分野 本発明は第一鉄の冶金に関し、更に詳細には金属とバナジウムと合金化する材料 に関する。

背景技術 バナジウム含有製品（鋳鉄、鋼およびバナジウム含有合金）の高温冶金生産にお いては、バナジウム含有合金（ケイ素バナジウム、フェロバナジウム等）の需要 が著しく高まってきている。バナジウム合金を、中でもフェロバナジウムを合金 化する生産は限界的でかなり高価な五酸化バナジウムを必要とし、バナジウム含 有合金は主として鋳鉄および鋼をバナジウムと合金するのに用いられる。このた め、新規な合金用バナジウム含有材料の研究が行われるようになった。これに関 して、合金用バナジウム含有材料としてバナジウム鋳鉄の酸化を生じるバナジウ ムスラグを用いることが提唱されている（ＳＵ。

Ａ、１９６０６４．ＳＵ％Ａ、３５８３７４　；　ＳＵ％Ａ。

３９４４３７）。

スラグは質量百分率で次のものを含んでいる。

酸化鉄　４１．６ 酸化ケイ素　１６．４ 特表昭６３−５０２９９５　（２） 酸化バナジウム　１５．８ 酸化マンガン　９．１ 酸化チタン　７．４ 酸化クロム　２．８ 酸化カルシウム　１．５ 金属相　８〜１２ 不純物（ＭｇＯ，Ａ１２０３　、Ｒ２０）　残部。

上記のスラグは、エヌ・ビー・レキシェフ（Ｎ、　Ｐ。

Ｌｅｋｉｓｈｅｖ）らの著書、「第一鉄冶金におけるバナジウム（Ｖａｎａｄｉ ｕｍ　ｉｎ　Ｆｅｒｒｏｕｓ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ）Ｊ　１９８３年、モスク ワ、３６頁に記載されている。しかしながら、カルシウムおよびバナジウム酸化 物が高酸化度であり且つ低含量であることによって金属がバナジウムと合金する 時間が増すので、バナジウム含有生成物の調製効率は全体として低下する。

同様なことは、中国とＳＡＲにおいて生産されるバナジウムスラグのバナジウム 含有材料としての使用についても言える。

中国において生産されるバナジウムスラグは（質量百分率で）酸化バナジウム１ ０〜１５％、酸化鉄３３〜４５％、酸化チタン８〜１３．５％、酸化ケイ素７． ６〜３５．４％、酸化マンガン２．７〜５．７％、酸化カルシウム０．９〜１． ５％を含むが、これらのスラグはバナジウムが減少しており、付随の試薬（フラ ックスおよび還元剤）を多量に消費する（ソコロバ・ケー・エイチ（Ｓｏｋｏｌ ｏｖａ　Ｋ、　Ｈ，）　ｒ海外におけるバナジウムの生産と消費（Ｐｒｏｄｕｃ ｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｏｎ５ｕＩｌｐｔ１ｏｎ　ｏｆ　ＶａｎａｄｉｕｍＡｂｒ ｏａｄ）　、Ｂｕｌｌｅｔｅｎ　１ｎｓｔ１ｔｕｔａ　＋Ｃｈｅｒｍｅｔｉｎｆ ｏｒｍａｔｓｉｙａ−１９８１年１０月発行、３〜１５頁を参照されたい）。

ＳＡＲで生産されるバナジウムスラグは（質量百分率で）酸化バナジウム２７． ８％、酸化鉄２２．４％、酸化カルシウム０．５％、酸化マグネシウム０．３％ 、酸化ケイ素１７．３％、酸化アルミニウム３．５％、炭素３．５％を含み、残 部は不純物（Ｔ　ｉ　０２　、Ｍｎ　０２、Ｃｒ２０））であり、次のようにそ の化学組成から、これらのスラグは金属をバナジウムと合金するのに一層適して いるが、合金金属についての文献データーがないことは材料中のカルシウムおよ びマグネシウム酸化物の含量が低く、フラックスと還元剤の消費が大きくなるこ とがあることを示唆している。

スラグ（バナジウム含有）成分と金属成分とから成り、これらの成分が任意の形 状をしており且つ構造が均一なスラグ−金属材料の使用は、当業界に知られてい る。

これらの材料は下記の組成（質量百分率）を有している。

酸化鉄　５〜１５ 酸化ケイ素　３〜７ 酸化カルシウム　２〜５ 酸化バナジウム　０．３〜０．８ 酸化チタン　２〜５．０ 炭素　１．０〜３．０ 還元性鉄　残部。

これらの材料は、直径が５〜１０＋ａ＋ｓの二層粒子状に作られる。粒子の表面 層はかなりの量の炭素を含み、内層には酸化物とセメントの均一溶体が満たされ ている（ソ連発明者証第９２６０２４号、Ｃ２１Ｃ１１０６，１９８２年発行） 。上記合金材料は、合金工程の時間が長くなり且つバナジウム含有生成物の生産 能力が低下することにより金属中のその溶解速度が低いので不利である。

したがって、金属をバナジウムと合金するのに用いる有効なバナジウム含有材料 を見出だすという問題が起きる。

発明の開示 本発明の目的は、合金工程の時間を減少させ且つ特性を劣化させることなくバナ ジウム含有生成物の生産能力を向上させるような金属とバナジウムと合金させる 材料を見出すことである。

上記目的は、金属を合金するために金属成分を含有する粒子状材料であって、本 発明によれば、金属成分が下記の組成（質量百分率） 酸化ケイ素　１０〜２４ 酸化バナジウム　１４〜２５ 酸化マンガン　４〜１４ 酸化チタン　３〜１゜ 酸化クロム　１〜４ 酸化カルシウムまたは酸化マグネシウム３〜５゜酸化鉄　残部 のスラグ成分からなる殻で覆われており、金属成分のスラグ成分に対する比率が （質量百分率で）金属成分　５〜９５ スラグ成分　９５〜５ であることを特徴とする材料を用いることを提案することによって達成される。

下記の組成（！全百分率） 炭素　０．　５〜３．５ 金属　０．０１〜０．０５ 鉄　残部 （但し、金属はバナジウム、マンガン、クロムである）の金属成分を有する上記 材料を用いるのが有利である。

上記材料の粒子の大きさを０．　５〜３０．０＋ａ＋ｓの範囲内に維持するのが 好ましい。

金属をバナジウムと合金するための提案材料は、既知の材料と比較すると下記の ような利点を有する。

溶解速度が高い、 金属をバナジウムと合金する時間が短い、バナジウムの金属中への抽出が高く、 金属をバナジウムと合金するための費用が少ない。

提案材料の主要且つ極めて重要な利点は、それが例えば鋳鉄または鋼のような液 状金属に速やかに溶解することにある。

液体浴の余り撹拌されていない底に浸漬される合金剤として用いられる金属材料 （フェロ合金、合金組成物）が十分な時間をかけて金属中に完全に溶解すること はなく且つ既知のスラグ−金属材料は（還元される鉄の多孔度が高度に展開して いる（５０％より高い）ため）完全に金属の表面にあることとは対照的に、提案 材料は容積の８０〜９０％までが浸漬され、それ故、特に脱炭またはその他の金 属の表面の摂動時に循環金属流で積極的に撹拌される。この場合に、耐火性が極 めて高く且つ金属成分に強力に定着されたスラグ成分は、「カプセル化された」 金属成分が形成される炭素酸化物によって破壊さない。この様な材料の爆発的分 解によって合金材料と液状金属の相互作用の反応表面が増すので、材料の溶解速 度が著しく増加する。耐火性で化学的に安定なスラグ殻による金属成分の「カプ セル化」の積極的な効果は、主として所定の範囲の粒度内で達成される。粒子が ０．５關未満の大きさく平均直径）のときには、スラグ殻の厚さが十分でないた め上記効果は弱くなる。粒子の直径が３０６０關を超えるときにも、「カプセル 化」効果は低下し、これはスラグ殻の変形（乃至は分解）が大きく、金属成分か ら炭素酸化物が早期に放出されることによるものと考えられる。

粒子からのスラグ成分の組成に入る酸化物は二重の役割を有する。一方において 、例えば鉄およびケイ素の酸化物はケイ酸成分を形成し、酸化鉄および酸化バナ ジウムの還元を促進する。他方、ケイ酸成分は酸化バナジウムおよび酸化チタン および特に鉄酸化物と共にスピネリドを形成する酸化クロムに高度に収着される ことによって強化され、同時にマンガン酸化物が存在するためケイ酸成分が金属 成分を適度に濡らすので、合金材料の安定なスラグ殻の形成が容易になる。

提案された合金材料は、成分の濃度限界が所望範囲内である場合には、上記のよ うな積極的な効果を有する。

酸化ケイ素の含量が１０％未満であり、酸化バナジウムの含量が１４％未満であ るときには、スラグ殻が柔らかくなり早期に分解する。同様な現象は、酸化ケイ 素の含量が２４％より高く且つ酸化バナジウムの含量が２５％より高いときにも 観察される。

酸化マンガンの含量が上記範囲の４〜１４％である時には、スラグ殻の金属成分 の完全な濡れが容易であるが、酸化マンガンの含量が４％未満または１４％より 高いときには濡れがかなり少ない。スラグ殻にチタン酸化物（３〜１０％）およ び酸化クロム（１〜４％）が存在すると、ケイ酸成分に溶解した錯体鉄−バナジ ウムのスピネリドが強化される。酸化カルシウムまたは酸化マグネシウムが上記 の量である３〜５０％であるときには、酸化鉄およびケイ酸酸化物も存在し、こ のケイ酸成分が錯体鉄−バナジウムのスビネリドに対して高い収着性を有するな らば、化学的に安定なケイ酸成分の形成が促進される。

提案された材料の金属とスラグ成分の比率によって、金属をバナジウムと合金す る幼牛が確定する。最少粒度（０，５〜１ｍｍ）は金属成分の増加含量に対応し Ｃ７０〜９５％）、大きめの粒度（２０〜３０龍）では合金材料が５〜２０％の 金属成分を含むのが好都合である。材料の組成に入って、相互に可溶性の無機化 合物を形成する酸化物は、粒子の表面上に強力で化学的に安定なスラグ殻を生成 して、粒子の早期の分解を防止する。

スラグ殻と殻に封入された金属成分とは、材料の形成過程においてこれらの二つ の成分を結合するゾーンがスラグ成分の表面層に生じることによって、強力に結 合される。この場合に、その厚さは大きく、「分離困難」である。通常はスラグ −金属材料上に形成される「焼き付け（ｂｕｒｎ−ｏｎ）　Ｊとは対照的に、こ の遷移層はケイ素と鉄の酸化物の他に多量の酸化バナジウムと酸化チタンを含み 、鉄ケイ酸塩に可溶性の層を生じる。遷移層における炭素の含量が比較的低い（ ０，１〜０，５％）場合にも、スラグと金属成分の間の結合が強力になる。

粒子の内部にある炭素を溶解した金属鉄はスラグ殻によって環境から遮断されて いるので、加熱および融解時に鉄の酸化が起こらず、これによっても溶解時間が 減少する。金属鉄の濃度範囲によって、最大溶解速度が達成材料のスラグ殻は酸 化アルミニウムおよび酸化リン（総量３〜５％）を含んでいてもよく、これらは 所定の材料では不純物であり、主成分の導入に用いられる添加物と共に導入する ことができる。上記酸化物は上記の量では、材料の溶解速度に悪影響を及ぼさな い。

上記合金材料は下記の方法で調製される。酸素転炉において生じるバナジウムス ラグを粉砕して、大きさが　。

０．５〜３０關の部分とした後、このバナジウムスラグの磁性部分を磁性分離に よって非磁性分画から分離する。

スラグ殻でコーティングした粒度が０．　５〜３０龍の生成材料の粒子を粒度に よって分離して、鋳鉄、鋼および合金を合金するのに用いる。

発明を実施するための最良の形態 イ、　バナジウム含有鋼および鋳鉄を、鋼および鋳鉄の廃棄生成物を含む装填材 料を用いて塩基性また酸性ライニングを有するアーク電気炉で融解する。合金材 料としては、下記の組成（質量百分率）すなわち酸化ケイ素１５〜２０、酸化バ ナジウム１６〜２０、酸化マンガン６〜８、酸化チタン３〜６、酸化クロム１〜 ３、酸化カルシウムまたはマグネシウム２５〜４０および残“部が酸化鉄である バナジウムスラグ８０〜９５％、および下記の組成（質量百分率）すなわち炭素 ０．５〜２．０、バナジウム０．０１〜０．０５および残部が鉄である金属成分 ５〜２０％を含む殻でコーティングした粒度が１５〜３０鰭の粒状の材料を用い る。この材料を、最終金属におけるバナジウムの最低濃度限界を満たす量の装填 材料と共に炉に入れる。装填材料を完全に融解し、石灰または酸性スラグを形成 し、金属を加熱した後、スラグをコークスとフェロシリコンを用いて脱酸素し、 次いで最終材料における平均含量について計算したのと同じ量でバナジウムを導 入することができる上記材料によって金属をバナジウムと更に合金する。

強度、収率、衝撃強度、硬度、硬質性および相対的耐摩耗性のような上記材料と 合金した金属の作業特性を検討することにより、合金材料を用いることによって 、鋼および鋳鉄鋳造の信頼性および耐久性が既知の合金材料と合金した鋳造物と 比較して１０〜３０％向上し、且つバナジウムとの合金の経費は５０〜１００％ 減少することが分かる。材料の合金からの金属によるバナジウムの吸収は８５〜 ８８％である。

口、　鋼または鋳鉄を、スラグ成分５〜３０％と金属成分７０〜９５％を有する （各成分の組成は方法イに記載した組成と同じである）粒度が１５〜３０關の粒 状のスラグ−金属材料を用いて、同様にしてアーク電気炉で融解する。バナジウ ム（１００％）を装填時にまたは酸化工程の開始時に材料と共に金属中へ導入し 、スラグを除去せずに融解を行うと、炉へ加えたバナジウムの８５〜８７％が金 属中へ遷移し、金属の信頼性および耐久性が２０〜３０％向上する。合金材料の 生産に要する費用は、既知の第二鉄合金との金属の合金に比べて５０〜１００％ 軽減される。

ハ、　バナジウム３５〜４５％とケイ素１〜２５％を含む合金をアーク電気炉で 融解する。五酸化バナジウム、石灰、フェロシリコンおよびアルミニウム８２％ を含む装填材料中に、粒度が１５〜３０關の粒状の合金材料を導入する。合金材 料は、下記の組成（質量百分率）すなわち酸化ケイ素１４〜１８、酸化バナジウ ム１６〜２０、酸化マンガン６〜８、酸化チタン６〜１０、酸化クロム１〜３、 酸化カルシウムおよび（または）マグネシウム３０〜５０を有し残部が酸化鉄で あるスラグ成分７０〜９５％と、下記の組成（質量百分率）すなわち炭素０．５ 〜１，２、バナジウム０．０１〜０．０５を有し残部が鉄である金属成分５〜３ ０％を有する。

提案された合金材籾殻の金属によるバナジウムの同化は９５．４％である。

本発明を更に理解するために、鋼、鋳鉄および合金をバナジウムと合金するため のバナジウム含有合金材料を用いる例による具体例を下記に示す。

例１ クロムとバナジウムを含有する炭素鋼を、工業用アーク電気炉中で再融解法によ って融解した。クロム含有鋼の廃棄生成物８０％と、炭素２．６％、リン０．０ ４％、硫黄０．０２３％およびバナジウム０．０６％を含み残部が鉄である炭素 半製品２０％を有する装填材料を用いた。石灰５％と粉砕シャモット２〜３％を 装填材料中に導入した。この装填材料を融解した後、粒状で粒度が０．５＋ａｍ の合金材料を、（質量百分率で）炭素０．５７〜０．６２、リン０．０１８〜０ ．０２１、バナジウム０．０１５〜０．０２０を含む金属の表面に１５２０〜１ ５４０℃で加えた。合金材料の金属成分は（質量百分率で）炭素２ｏ４、バナジ ウム０．０３、クロム０．０３、マンガン０．０４を含み残部は鉄であり、粒子 の重量の９５％の量で採取されたスラグ成分は（質量百分率で）酸化ケイ素１０ 、酸化バナジウム２５、酸化マンガン１４、酸化チタン１０、酸化クロム４、酸 化カルシウム３を含み、残部は酸化鉄であった。この合金材料を最終の鋼におけ る平均バナジウム含！（０，１２％）となる量で導入した。浴を短時間（１０〜 １５分間）「過沸騰」した後、スラグをフェロシリコン（２〜５ｋｇ／１）で処 理した。バナジウムの同化は８８．４％であり、調製された鋼の相対的耐摩耗性 はフェロバナジウムで合金した同じ鋼に対して］２％向上し、合金の費用は８０ ％だけ軽減した。

例２ クロムとバナジウムを含有する炭素鋼を、工業用アーク電気炉中で再融解法によ って融解した。クロム含有鋼の廃棄生成物７０％と、炭素２，５％、リン０．０ ３％、硫黄０．０２１％およびバナジウム０．０５％を含み残部が鉄である炭素 半製品２０％を有する装填材料と、鋼スクラツプ１０％を含む装填材料を用いた 。石灰（４゜５％）と粉砕したシャモット（２％）も装填材料に導入した。装填 材料を融解した後、粒状で粒度が１０〜２０■の合金材料を、（質量百分率で） 炭素０．５４、リン０．０１７、硫黄０．０１９およびバナジウム０．０２を含 む金属の表面に１５５０℃で加えた。合金材料の金属成分は（質量百分率で）炭 素３．２、バナジウム０．０３、クロム０．０３、マンガン０．０５を含み残部 は鉄であり、粒子重量の５％の量で採取されたスラグ成分は（質量百分率で）酸 化ケイ素１８、酸化バナジウム１４、酸化マンガン４、酸化チタン３、酸化クロ ム１、酸化カルシウム５０を含み、残部は酸化鉄であった。この合金材料を最終 の鋼における平均バナジウム含量が０．１２％となる量で使用した。浴を１５〜 ２０分間「過沸騰」した後、スラグを磨砕したフェロシリコンで処理した。

バナジウムの同化は８７．２％であり、最終の鋼の相対的耐摩耗性はフェロバナ ジウムで合金した同じ鋼に対して１４％向上し、合金の費用は１２０％軽減した 。

例３ クロムとバナジウムを含有する炭素鋼を、工業用アーク電気炉中で再融解法によ って融解した。クロム含有鋼の廃棄生成物７５％と、炭素２．７％、リン０．０ ４％、硫黄０．０２０％およびバナジウム０．０５％を含む炭素半製品２５％を 有する装填材料を用いた。石灰（５％）と粉砕したシャモット（２，５％）を装 填材料に導入した。装填材料を融解した後、粒状で粒度が３ｍ１１の合金材料を 、（質量百分率で）炭素０．５１．リン０．０２０、硫黄０．０１８およびバナ ジウム０．０２を含む金属の表面に１５７０℃で加えた。合金材料の金属成分は （質量百分率で）炭素２．９、バナジウム０．０４、クロム０．０２、マンガン ０．０２を含み、残部は鉄であり、粒子重量の８５％の量で採取されたスラグ成 分は（質量百分率で）酸化ケイ素２４、酸化バナジウム１８、酸化マンガン６、 酸化チタン６、酸化クロム３、酸化カルシウム２４を含み、残部は酸化鉄・であ った。この合金材料を最終の鋼における平均バナジウム含量が０．１２％となる 量で使用する。浴を１０〜１５分間「過沸騰」シた後、スラグを磨砕したフェロ シリコンで処理した。

バナジウムの同化は８７％であり、最終の鋼の相対的耐摩耗性はフェロバナジウ ムで合金した同じ鋼に対して１６％向上し、合金の費用は８０％軽減した。

例４ バナジウム０．５％と合金したロールキャスト鉄を、酸ライニングを有する誘導 炉中で融解した。装填材料は銑鉄（６０％）とロールキャスト鉄スクラツプ（４ ０％）から成っていた。金属を１５００〜１５２０℃に過熱した。粒状で粒度が １０〜１５關の合金材料を、バナジウムの平均含量が０．４５％になるような量 で鋳鉄表面に少しずつ導入した。合金材料の鉄成分は（質量百分率で）炭素３． １、バナジウム０．０３、クロム痕跡量、マンガン痕跡量を含み、残部は酸化鉄 であり、粒子重量の９０％の量で採取されたスラグ成分は（質量百分率で）酸化 ケイ素１８、酸化バナジウム１８、酸化マンガン６、酸化チタン６、酸化クロム ３、酸化カルシウム３０を含み、残部は酸化鉄であった。

フェロシリコンでスラグを脱酸素し、１０分間保持した後、金属をタップした。

バナジウムの同化は８６．２％に達し、上記材料のバナジウムと合金したロール の耐摩耗性はバナジウムと合金したロールと比較すると２０％向上し、バナジウ ムと合金する費用は８０％減少した。

例５ バナジウム３５〜４５％とケイ素５〜２５％を含む合金をアーク電気炉で融解し た。上記合金材料を（装填材料のバナジウムに関して）２０％の量で、五酸化バ ナジウム、石灰、フェロシリコンおよびケイ素と共に装填材料に導入した。この 材料を炉の底に導入した後、残りの装填材料を供給した。合金材料の金属成分は く質量百分率で）炭素３．５、バナジウム０．０５、クロムおよびマンガンを痕 跡量で含み、残部は鉄であり、粒子重量の５０％の量で採取されるスラグ成分は （質量百分率で）酸化ケイ素１４、酸化バナジウム２０、酸化マンガン６、酸化 チタン４、酸化クロム３、酸化マグネシウム２０、酸化カルシウム２２を含み、 残部は鉄であった。

材料からの金属によるバナジウムの同化は９４．９％になった。バナジウムを合 金する費用は、五酸化バナジウムのみを用いる合金融解に比較して４０％減少し た。

産業上の利用可能性 本発明は鋳鉄、鋼または合金をバナジウムと合金するおよびバナジウム含有生成 物を調製する高温冶金製造に用いることができる。

国際調査報告

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．金属成分を含む粒子状の金属をバナジウムと合金するための材料であって、 金属成分が下記の組成（質量百分率） 酸化ケイ素１０〜２４ 酸化バナジウム１４〜２５ 酸化マンガン４〜１４ 酸化チタン３〜１０ 酸化クロム１〜４ 酸化カルシウムまたは酸化マグネシウム３〜５０酸化鉄残部 のスラグ成分の殻で覆われており、 金属成分のスラグ成分に対する比率が（質量百分率で）金属成分５〜９５ スラグ成分残部 であることを特徴とする材料。
2. ２．金属成分が下記の組成（質量百分率）すなわち炭素０．５〜３．５ 金属０．０１〜０．０５ 鉄残部 （但し、金属はバナジウム、マンガン、クロムである）を有する、請求の範囲第 １項記載の材料。
3. ３．粒子の粒度が０．５〜３０．０ｍｍである、請求の範囲第１項および第２項 記載の材料。