(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高融点粒子とマグネシウム粒子の混合物からなり、該高融点粒子がアルミニウム、アンチモン、ベリリウム、ボロン、カルシウム、クロム、銅、鉄、マグネシウム、マンガン、ニッケル、希土類金属、シリコン、銀、ナトリウム、ストロンチウム、スズ、チタン、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム、及びこれらの混合物からなる群から選ばれる少なくとも２種の金属を含む金属粒子を含み、該混合物中の該高融点粒子の含有量が該マグネシウム粒子が該溶融鉄に混入する前に溶融マグネシウムになることを妨げるのに有効な量であり、そして該高融点粒子対該マグネシウム粒子の比率が１０：９０〜９５：５であることを特徴とする溶融鉄処理剤。
【請求項２】
該高融点粒子がＭｇ−Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ、又はこれらの混合物である請求項１記載の処理剤。
【請求項３】
該高融点粒子がカルシウムカーバイド、石灰又はこれらの混合物である請求項１記載の処理剤。
【請求項４】
該高融点合金粒子含有粒子対該マグネシウム粒子の比率が１０：９０〜４０：６０である請求項１〜３のいずれか１項記載の処理剤。
【請求項５】
該高融点粒子対該マグネシウム粒子の比率が１０：９０〜４０：６０である請求項４記載の処理剤。
【請求項６】
該マグネシウム粒子が純粋なマグネシウムを含む請求項１〜５のいずれか１項記載の処理剤。
【請求項７】
該マグネシウム粒子が１．５ｍｍより小さい平均粒子サイズをもつ請求項１〜６のいずれか１項記載の処理剤。
【請求項８】
該マグネシウム粒子が０．１８〜１．５ｍｍの平均粒子サイズをもつ請求項７記載の処理剤。
【請求項９】
該高融点粒子が２２００°Ｆより高い平均融点をもつ請求項１〜８のいずれか１項記載の処理剤。
【請求項１０】
該高融点粒子が５〜８５重量パーセントの鉄、０〜２０重量パーセントのマグネシウム、及び１５〜９５重量パーセントのシリコンを含む組成をもつ金属合金を含む請求項１〜９のいずれか１項記載の処理剤。
【請求項１１】
該高融点粒子が鉄―シリコン合金である請求項１〜１０のいずれか１項記載の処理剤。
【請求項１２】
ａ）鉄を溶融し、
ｂ）ランスの先端が少なくとも一部が溶融鉄の表面より下に沈められるまで、該ランスを該溶融鉄中に挿入し、
ｃ）該ランスを通して、該溶融鉄中に処理剤を注入して該溶融鉄の組成を変化させることからなり、該処理剤は該処理剤が該溶融鉄に混入される前にはその少なくとも一部が溶融しないような組成をもち、それによって該ランスの先端の、溶融した処理剤による詰まりの発生を減少させ、該処理剤は高融点粒子及びマグネシウム粒子を含み、該高融点粒子がアルミニウム、アンチモン、ベリリウム、ボロン、カルシウム、クロム、銅、鉄、マグメシウム、マンガン、ニッケル、希土類金属、シリコン、銀、ナトリウム、ストロンチウム、スズ、チタン、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム、及びこれらの混合物からなる群から選ばれる少なくとも２種の金属を含む金属粒子を含み、該高融点粒子対該マグネシウム粒子の比率が１０：９０〜９５：５であることを特徴とする鉄を合金化する方法。
【請求項１３】
高融点粒子が鉄合金粒子を含み、該鉄合金粒子が鉄、及びアルミニウム、アンチモン、ベリリウム、ボロン、カルシウム、クロム、銅、鉄、マグメシウム、マンガン、ニッケル、希土類金属、シリコン、銀、ナトリウム、ストロンチウム、スズ、チタン、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム及びこれらの混合物からなる群から選ばれる金属を含む鉄合金剤を含む請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
該高融点粒子がＭｇ−Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ、又はこれらの混合物からなる請求項１２又は１３記載の方法。
【請求項１５】
該処理剤が石灰、カルシウムカーバイド又はこれらの混合物を含む請求項１２〜１４のいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
該高融点粒子対該マグネシウム粒子の比率が１０：９０〜４０：６０である請求項１２〜１５のいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
該マグネシウム粒子が純粋なマグネシウムを含む請求項１２〜１６のいずれか１項記載の方法。
【請求項１８】
該マグネシウム粒子が１．５ｍｍより小さい平均粒子サイズをもつ請求項１２〜１７のいずれか１項記載の方法。
【請求項１９】
該マグネシウム粒子が０．１８〜１．５ｍｍの平均粒子サイズをもつ請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
該高融点粒子が２２００°Ｆより高い平均融点をもつ請求項１２〜１９のいずれか１項記載の方法。
【請求項２１】
充分な量の該処理剤を該溶融鉄に加えて、５〜８５重量パーセントの鉄、０〜２０重量パーセントのマグネシウム、及び１５〜９５重量パーセントのシリコンの組成をもつマグネシウム−鉄−シリコン合金を形成する工程を含む請求項１２〜２０のいずれか１項記載の方法。
【請求項２２】
該マグネシウム−鉄−シリコン合金が５〜８５重量パーセントの鉄、０．０５〜２０重量パーセントのマグネシウム、及び１５〜９５重量パーセントのシリコンの組成をもつ請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
充分な量の該処理剤を該溶融鉄に加えて、
鉄            ８０〜９８％
アルミニウム  ０〜０．２％
炭素          １．８〜４％
クロム        ０〜５％
銅            ０〜３％
マグネシウム  ０．０２〜０．１％
マンガン      １．２〜２％
モリブデン    ０〜１％
ニッケル      ０〜２０％
シリコン      ０．８〜１７％
を含む組成（重量パーセント）をもつ鉄混合物を形成する工程を含む請求項１２〜２２のいずれか１項記載の方法。
【請求項２４】
該高融点粒子が鉄−シリコン合金である請求項１２〜２３のいずれか１項記載の方法。
【請求項２５】
該高融点粒子及び該マグネシウム粒子を該溶融鉄に注入する前に該高融点粒子及び該マグネシウム粒子を少なくとも一部分混合する工程を含む請求項１２〜２４のいずれか１項記載の方法。
【請求項２６】
該マグネシウム粒子及び石灰及び／又はカルシウムカーバイド粒子を該溶融鉄に注入する前にマグネシウム粒子及び石灰及び／又はカルシウムカーバイド粒子を少なくとも一部分混合する工程を含む請求項１２〜２５のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は処理剤の組成及び溶融鉄の処理方法に関する、そしてより具体的にはマグネシウムを含む処理剤及び溶融鉄の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
鋳鉄は基本的には炭素とシリコンを含む鉄の合金である。炭素とシリコンの量を変えることにより、また種々の金属合金を鋳鉄に添加することによって鋳鉄材の多様な物性を得ることができる。商業上の鋳鉄とは特に灰色（gray）、柔軟（ductile ）、可鍛（malleable ）、高密度炭素（compacted carbon）、白色（white)などの鋳鉄を含む。白色鋳鉄を除き、鋳鉄鋼はグラファイト相とフェライト型、パーライト型、バイナイト型、鍛造マルテンサイト型又はそれらの組合せからなる共通の微細構造を持っている。灰色鉄は薄片状のグラファイトを持ち、柔軟鉄は結節状又は球状のグラファイトを持ち、高密度グラファイト鉄（バーミキュラーグラファイト鉄とも呼ばれる）はこれら両者の中間であり、可鍛鉄は白色鋳鉄を鍛造する際に形成される不定形な球状のグラファイトを持つ。白色鋳鉄は微細構造中に全くグラファイトを持たないが、その代わりに炭素はセメンタイト（炭化鉄）の形で存在している。鋳鉄はまた非合金化鋳鉄であるか合金化鋳鉄であるかによっても分類される。非合金化鋳鉄は本質的に鉄−炭素−シリコン合金であって極微量の他の元素を含む。合金化鋳鉄は鉄−炭素−シリコン組織に基く鋳鉄であって、鋳鉄の１又はそれ以上の有用な物性を高めるために意図的に添加された１又はそれ以上の合金化された元素を含んでいる鋳鉄であると考えられている。
【０００３】
柔軟および高密度グラファイト鋳鉄の製造においては、純マグネシウムまたは種々の量のマグネシウムを含む合金が溶融された鋳鉄に添加される。鋳鉄へのマグネシウムの添加は鋳鉄中のグラファイト相を変性することにより鋳鉄の強度特性を改善する。マグネシウムを鋳鉄に導入するには種々の技術が使用できる。小さい粒子状のマグネシウムを溶融鋳鉄に直接添加することができる。マグネシウム粒子を柄杓一杯の溶融鋳鉄に投入することができる。ランス（lance ）を通じてマグネシウム粒子を注入することもできるが、この方法は大容量の輸送ガスが必要である、そうでないとマグネシウム粒子は溶融鋳鉄に注入される前に溶融しランスが詰まってしまう。大容量の輸送ガスを使用すると困難な跳ね飛びが起り非実用的である。溶融鋳鉄の表面へのマグネシウム粒子の添加は通常は使用されない、なぜなら多くのマグネシウムがそれが鋳鉄を変性することができるより前に気化するからである。マグネシウムの沸点は約２０２５°Ｆである。柄杓または溶融槽中の鋳鉄は通常約２３００−２８５０°Ｆに保たれている。その結果マグネシウムは溶融鋳鉄と接触して急速に気化し鋳鉄を変性することができない。鋳鉄に取込まれるマグネシウム量を増やす方法がいくつか開発された。例えば、一つの方法では溶融槽又は柄杓の底にマグネシウムを置き、反応を遅らせるスチール板を被せ、鉄がマグネシウムの上に注がれる。他の方法は同様の厄介な準備を必要とする。
【０００４】
柔軟鋳鉄及び高密度グラファイト鋳鉄合金のもっとも一般的な製造法はマグネシウムを含む鉄合金を溶融鋳鉄に添加するものである。鉄合金は典型的には望ましくない物質を鋳鉄に持ち込まないように鉄、シリコンおよびマグネシウムから製造される。鉄合金は固体の状態で溶融鋳鉄に導入される。鉄合金は溶融鋳鉄の中でゆっくり溶融し、鉄合金中のマグネシウムは純マグネシウムを鋳鉄に添加した場合に比べてずっと高い率で取り込まれる。  鉄合金は一般的には炉の中で鉄−シリコン合金を溶融し、ついで液体鉄−シリコン合金を運搬柄杓にとり、そしてその液浴に鉄−シリコン合金中に所望のマグネシウム含量が得られるに十分な量の金属マグネシウムを大きなインゴットの形で添加することによって製造される。鉄−シリコン合金にマグネシウムを添加するもう一つの一般的な方法は金属マグネシウムを芯材の形でスチール性の鞘により形成された棒に含まれた金属マグネシウムを添加する方法である。これら製造方法の各々において液浴及び柄杓は、添加物と共に機械的にかき混ぜること及び／又は柄杓中の多孔質のプラグ及び／又は液浴中に沈められたランスを通じて注入される不活性ガスにより撹拌されねばならない。所望量のマグネシウムが鉄−シリコン合金に取り込まれた後、液体鉄−シリコンは柄杓から注ぎ出されて固化され灰色鉄鋳造所でさらに加工される。溶融鉄−シリコン合金にマグネシウムを添加するもう一つの方法は耐火性ランスを通して粒状のマグネシウムを注入することである。注入ランスの先端で浴の底に直接マグネシウムを供給できるのに加えて、注入法はマグネシウム粒子と共に他の合金を添加することを可能にする。しかしながら製鉄業界における溶融鉄へのマグネシウム注入の経験から大量の輸送ガスを使用するのでなければ、キャリアー無しで単独で注入されたマグネシウム粒子はランスの内部で溶融しがちで輸送管を詰まらせ、詰まりを取るために時間と費用が掛かる結果になる。不運にも溶融鉄へのマグネシウムの注入に使用されるキャリアー物質、例えば石灰やカルシウムカーバイド、はまた鉄−シリコン合金のグレードによっては好ましくない不純物を持ち込むことにもなる。
【０００５】
鋳鉄の合金化に引続き使用されるマグネシウム−鉄−シリコン合金の現在の製造法から見て、マグネシウムの合金化量を増大させ、合金化プロセスを単純化し、マグネシウム−鉄−シリコン合金の製造に伴うコストや無駄を減少させるようなマグネシウム−鉄−シリコン合金製造のための改良された方法や添加剤が必要とされている。さらに溶融鉄、鉄−シリコンにマグネシウムを導入するのに使用されるこれらの処理剤や方法は、柔軟鋳鉄の製造のために溶融鋳鉄をマグネシウム処理するのにも応用できる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は高融点粒子とマグネシウム粒子の混合物からなり、該高融点粒子がアルミニウム、アンチモン、ベリリウム、ボロン、カルシウム、クロム、銅、鉄、マグネシウム、マンガン、ニッケル、希土類金属、シリコン、銀、ナトリウム、ストロンチウム、スズ、チタン、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム、及びこれらの混合物からなる群から選ばれる少なくとも２種の金属を含む金属粒子を含み、該混合物中の該高融点粒子の含有量が該マグネシウム粒子が該溶融鉄に混入する前に溶融マグネシウムになることを妨げるのに有効な量であり、そして該高融点粒子対該マグネシウム粒子の比率が１０：９０〜９５：５であることを特徴とする溶融鉄処理剤を提供する。本発明は処理用粒子群の改良された混合物を使用することにより、鉄−シリコン合金にマグネシウム粒子のみを注入するマグネシウム添加法の問題点を解決するものである。本発明はまた合金化プロセスを単純化し、マグネシウム−鉄−シリコン合金に不純物が混入する可能性を低下させ、鉄−シリコン合金中へのマグネシウムの合金化量を改善し、及び／又はマグネシウム−鉄−シリコン合金の製造に伴う廃棄物の量を低減させるものである。しかしながら本発明はより広い応用が可能であり、処理用粒子群は溶融鉄に直接添加して溶融鉄をマグネシム−鉄−シリコン合金の使用又はその使用との組み合わせなしに合金化及び／又は脱硫黄化することができるのである。
【０００７】
本発明の主要な側面によればマグネシウム粒子はランスによって鉄−シリコン合金に注入され所望量のマグネシウムが鉄−シリコン合金中に合金化される。ランスの輸送管の中での金属マグネシウムの溶融の問題はマグネシウム粒子を高融点粒子と混合することによってなくなり解決される。高融点粒子は高融点粒子として熱を吸収するように設計されており、マグネシウム粒子はランスを通じて鉄−シリコン合金中に運ばれる。高融点粒子による熱の吸収はマグネシウム粒子が溶融鉄−シリコン合金中に注入される前に溶融又は完全に溶融するのを禁止し又は妨げる。ランスでのマグネシウム粒子の溶融が無くなることにより、鉄−シリコン合金のマグネシウム合金化におけるランスの詰まりに伴う問題が解決される。一つの実施態様においてマグネシウム粒子は大部分マグネシウムから造られる。この実施態様の一形態ではマグネシウム粒子は９０％以上、好ましくは９５％以上、より好ましくは９８％以上がマグネシウムから造られる。もう一つの実施態様においては、高融点合金粒子は次の金属群、即ちアルミニウム、アンチモン、ベリリウム、ボロン、カルシウム、クロム、銅、鉄、マグネシウム、マンガン、ニッケル、希土類金属、シリコン、銀、ナトリウム、ストロンチウム、スズ、チタン、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム及びこれらの混合物の２又はそれ以上から造られる。この実施態様の一形態においては高融点粒子は鉄とシリコンを含んでいる。この実施態様のもう一つの形態においては高融点粒子は鉄、マグネシウムとシリコンを含んでいる。特定の組成の高融点粒子がマグネシウム粒子と組合わせて使用する場合に所望の熱吸収性能を得るために選択される。また、溶融鉄−シリコン合金への不純物混入を最小化するためにも特定の組成の高融点粒子が選択される。好ましくは、もし鉄金属の最終組成がアルミニウムを含んではいけないのであれば、高融点粒子は、後で溶融鉄金属に添加されることになる鉄−シリコン合金にアルミニウムを持ち込まないようにするために、アルミニウムを含んではいけない。さらにもう一つの実施態様において高融点粒子はが望ましくない元素の溶融鉄への混入を避けるために、鉄、シリコン及びマグネシウム又は鉄及びシリコンを含む。マグネシウム−鉄−シリコン合金又は鉄−シリコン合金を使用すると溶融鉄−シリコンに単に類似組成の物質を加えることになり、望ましくない元素で鉄−シリコン合金を汚染することがない。例えば、高温勤続脱硫黄のような他の応用において、金属マグネシウムのキャリアとして共通に使用される物質、それには石灰やカルシウムカーバイドが含まれる、はマグネシウム−鉄−シリコン合金にカルシウムを導入し、それはあるグレードの合金にとっては好ましくない。本発明は望ましくない元素の添加を回避する。しかしながらあるグレードのケイ素鉄は微量のカルシウムを必要とする。これらのグレードのためには高融点粒子用の物質として石灰やカルシウムカーバイドを使用することが非常に好ましい。この実施態様においてマグネシウム粒子と石灰及び／又はカルシウムカーバイド粒子はマグネシウム及びカルシウムがそこから取り込まれることを目的として溶融鉄−シリコン浴に注入される。
【０００８】
本発明のさらに他の実施態様によれば、マグネシウム粒子と高融点粒子は鉄合金に添加される。この実施態様の一形態においては、鉄合金は実質的に鉄そのものである。この実施態様の他の形態においては、鉄合金は鉄−シリコン合金である。好ましくは、鉄−シリコン合金は１５−９５％のシリコンと５−８５％の鉄を含む。発明のさらに他の実施態様においては、マグネシウム粒子は約０．５−２０％のマグネシウムが鉄合金の中に合金化されるのに十分な量鉄合金に添加される。
【０００９】
本発明の他の側面によれば、高融点粒子のマグネシウム粒子に対する比率は、マグネシウム粒子と高融点粒子が鉄−シリコン合金に注入される間にランスの凝結を引き起すに程にはマグネシウム粒子がランス内で溶融しないように選定される。一実施態様において、粒子混合物中におけるマグネシウム粒子の量は、混合物の約５から９０％、好ましくは６０から９０％である。金属マグネシウムの高融点粒子に対する比率は溶融合金のタイプ、例えばケイ素鉄合金、及び高融点粒子の組成によって変化する。
【００１０】
本発明のさらに他の側面においては、注入ランスが溶融鉄合金（例えばケイ素鉄合金）にマグネシウムを注入するのに使われ、鉄合金中でのマグネシウムの合金化を改良する。溶融鉄合金の液浴にマグネシウム粒子が投入される場合は、マグネシウムが溶融鉄合金中で溶融するときに、実質的な量のマグネシウムが蒸発により煙霧としてまた酸化されて白煙として失われる。注入ランスを通じてのマグネシウム粒子の注入はマグネシウム粒子を浴内に沈めて、鉄合金との合金化以前にマグネシウムが酸化されるのを最少化し、またマグネシウムの蒸発を減少させ、それによってマグネシウムが浴の表面に到達する前により完全に溶融鉄合金に溶解するようにさせる。さらに、マグネシウムの減耗が少なくなることによりプロセスの経済的な利点が増大する。粒子群を輸送するガスも溶融鉄合金中で粒子群が動くのを助ける。その結果撹拌装置が不要になるのである。
【００１１】
本発明のさらに他の側面においては、鉄−シリコン合金やマグネシウム−鉄−シリコン合金等の鋳造工程で生成する微粉がリサイクルされ、後続のマグネシウム合金化工程において高融点合金粒子として使用される。先行の鋳造プロセスからこれらの金属微粉をリサイクルし再溶融できることによって微粉中の金属成分の回収率を高め、その結果合金化プロセスの経済性が高まり廃棄物が減少する。本発明のさらに他の側面においては、高融点粒子の組成は十分な高融点になるように選定され、その粒子がマグネシウム粒子と一緒にランスを通じて注入される際に高融点粒子がマグネシウム粒子のランス内での完全な溶融を妨げ又は防止するに十分な熱量を吸収するのである。一実施態様において、高融点粒子の平均融点は約２２００°Ｆである。
【００１２】
本発明のさらに他の側面においては、マグネシウム粒子と高融点粒子は溶融鉄合金（例えばケイ素鉄合金）中に予めブレンドされた混合物として注入される。
【００１３】
【発明の実施の態様】
一実施態様において、マグネシウム粒子と高融点粒子は少なくとも部分的にランスに粒子群を入れる前に混合される。この実施態様の一形態において、マグネシウム粒子と高融点粒子はランスに入れる前に実質的に混合される。もう一つの実施態様において、マグネシウム粒子と高融点粒子は別のディスペンサーからランスに一緒に入れられ、溶融鉄合金中に運ばれる前にランスの中で混合される。実施態様のこの形態において、マグネシウム粒子は少なくとも１０％の高融点合金微粉（例えば、ケイ素鉄、マグネシウム−鉄−シリコンなど）と混合され取り扱い輸送中のマグネシウム粒子の不意の燃焼の機会を減少させている。発明のもう一つの実施態様において、ランスを通じての注入方法は単一の輸送ラインを通じての注入からなるか又は同じランスの中に含まれている第２の輸送ラインを通じて、例えばデュアルポートランスを使用して、の注入からなる。好ましくは、粒子群はランスに入れられる前に粒子をキャリアーガス中に浮遊させることにより流体化される。マグネシウム粒子及び高融点合金粒子の粒子サイズは一般的には同一であるが、相違していてもよい。好ましくは、粒子はランスへの輸送中の流動性を高めるためグリコール又はシリコン化合物のような流動処理剤でコートされる。流動化された粒子はキャリアガスによってランスを通して輸送されうる。キャリアガスは好ましくは不活性なガスである。通常使用されるキャリアガスはアルゴン、窒素、ヘリウム、天然ガス又はその他の種々の非酸化性ガスである。好ましくは、キャリアガスは窒素である。一般に粒子を溶融鉄の中に注入するのに必要なキャリアガスの圧力は約２０から９０ｐｓｉｇである；しかしながら圧力は粒子の粒子サイズと粒子が溶融鉄合金中に注入される深さによって大きくも小さくもなる。マグネシウム粒子の溶融鉄中への注入は溶融鉄へのマグネシウムの合金化を増大させるだけでなく、輸送ガスがまた溶融鉄中での粒子の撹拌を強め、溶融鉄合金中での粒子の合金化と分散をも促進する。
【００１４】
本発明のさらなる側面において、マグネシウム粒子及び高融点粒子は灰色鉄鋳造における使用に適用できる。これらの鋳造は鋳鉄にマグネシウムを導入することによる接種として知られるプロセスにおいて結節鋳鉄を製造する。
【００１５】
本発明の目的は新規な合金混合物及び合金化混合物を溶融鉄と結合し、マグネシウムを溶融鉄と合金化する方法を提供することである。
【００１６】
本発明の他の目的は高融点粒子を含み粒子が溶融鉄に結合される前にマグネシウム粒子が溶融することを防ぎ又は妨げる合金化物質を提供することである。
本発明のさらに他の目的は溶融鉄に注入によって入れることができる合金化混合物を提供することである。
【００１７】
本発明のさらなる目的はマグネシウム粒子を高融点粒子と粒子混合物を溶融鉄に注入する前に混合することである。
【００１８】
本発明の他の目的はランス又は共注入ランスを用いて金属合金化粒子を溶融鉄に注入することである。
【００１９】
本発明のさらに他の目的は溶融鉄中へのマグネシウム金属の合金化を改良することである。
【００２０】
合金化プロセスを通じて揮発又は酸化によるマグネシウムの損失を減少させることが本発明のさらにもう一つの目的である。
さらに本発明の目的は先行する鋳造プロセスからの金属微粉を含む合金化混合物を提供して金属回収率を改良し及び／又はプルセスの経済性を改善することである。
【００２１】
本発明のこれらの及び他の目的は発明の詳細な説明を図面と組合わせて読むことにより当業者に明らかになるであろう。
【００２２】
図１は本発明によって注入ランスによりマグネシウム粒子と高融点合金粒子を溶融鉄に注入するプロセスを図示する。そして
図２はマグネシウム粒子と高融点合金粒子が注入ランスの中で溶融鉄に注入される前に混合される共注入ランスを図示する。
【００２３】
図を参照して説明する。図は好ましい態様を図示するためのみのものでそれを限定するためのものではない。図１は鉄−シリコンの溶融浴にマグネシウムを注入するための好ましいやり方の一つを図示する。図１に示されるように注入装置１０はフレーム２２で支持された注入器２０、注入管３０に粒子群を供給する注入器ポート２４を含む。注入器２０中の粒子はマグネシウム粒子と鉄−シリコン又はマグネシウム−鉄−シリコンのような高融点合金粒子の混合物である。マグネシウム粒子と高融点粒子の粒子サイズは実質的に同じであり、平均粒子サイズは約１．５ｍｍより小さい、そして好ましくは０．１８と１．５ｍｍの間である。マグネシウム粒子と高融点粒子の注入器２０の中における比率は約５：９５から約９０：１０の範囲内である。好ましくはマグネシウム粒子が過半を占める。そして好ましくは高融点粒子の量は全混合物の約４０％以下である。注入器２０の中で粒子は窒素のような輸送ガスによってライン２６を通じて注入管３０へ運ばれる。粒子は注入器２０の中で注入管３０への輸送を容易にするために事前に流動化されてもよい。図１に示されるように粒子は注入管３０、可撓部分３２を通ってランス４０のランス管４２へと移動する。ランス４０は地面Ｇにマウントされているランスハンドラー１２０によって柄杓ピット９０に位置づけられている。ランスハンドラー１２０はリフトポール１２６、リフトポール１２６に軸止めされた二本のリフトアーム１２２、リフトアーム１２２を持ち上げるリフトピストン１２４及びランス管４２をリフトアーム１２２に確保するリフトアダプター１２８を含んでいる。
【００２４】
ランス管４２を通って移動する粒子はランス先端４４で鉄−シリコン８０へと出て行く。溶融鉄−シリコン８０に接触した時、マグネシウム粒子は溶融し、鉄−シリコン内に気化する。そして最終的には柄杓７０内で鉄−シリコンと合金化する。窒素キャリアガス及び鉄−シリコン合金８０と合金化しなかった気化粒子のいくらかは鉄−シリコン合金８０の表面に気泡として上昇し、煙霧１１０になり、柄杓ピット９０から煙霧フード１００を通して排出される。これらのガスの鉄−シリコン合金８０ないでの泡立ちは合金を撹拌し、マグネシウムの合金化を促進し、鉄−シリコンの組成を均一化する。
【００２５】
図２により発明の他の態様が示されている。図２においては、二つの注入器１３０、１４０がランス４０に粒子を供給するのに使用される。注入器１３０はマグネシウム粒子とそ高融点粒子を含んでいる。マグネシウム粒子の高融点粒子に対する比率は約１．１：１から１０：１であり、好ましくは２：１から１０：１である。注入器１４０は高融点粒子を含みマグネシウムはあったとしても少量である。注入器１３０と１４０内の粒子は注入ポート１３２、１４２を通じて注入管３０へ移送する前に流動化させることができる。注入管３０内の粒子はライン２６を通じて注入管３０に供給される輸送ガスによってランス４０へと運ばれる。注入管３０への輸送の間注入器１３０、１４０からの粒子は混和される。注入管３０内の粒子は可撓部分３２を通ってランス４０のランス管４２へと移動する。ランス４０を通過するマグネシウム粒子と高融点粒子の比率は約５：９５から約９０：１０である。粒子はランス４０を通ってランス先端４４で柄杓７０の柄杓ピット９０に入っている鉄−シリコン８０の中に出て行く。好ましくは、注入器１３０中の粒子の少なくとも１０％は高融点粒子であり、輸送取扱い中にマグネシウム粒子が不意の燃焼を起す可能性を低減している。好ましくはそれぞれの注入器の移送ガスは同じものである。
【００２６】
高融点粒子の組成はその融点がマグネシウム粒子のそれより実質的に高くなるように選定される。一つの好ましい実施態様において鉄−シリコン粒子は高融点粒子として使用される。もう一つの実施態様においてマグネシウム−鉄−シリコン粒子は単独で又は鉄−シリコン粒子と組合わせて高融点粒子として使用される。これらのタイプの粒子の一つ又は両方を鉄−シリコンのマグネシウムとの合金化プロセスにおいて使用すると、鉄−シリコン合金に不純物を持ち込まないで済む。加えてマグネシウム−鉄−シリコン合金の鋳造から出る微粉がリサイクルされ、他のバッチの鉄−シリコン金属の合金化のために高融点粒子として使用される。鉄−シリコン粒子が使用される場合、この粒子の組成は一般的に約１５−９５％のシリコンと５−８５％の鉄である。マグネシウム−鉄−シリコン粒子が使用される場合、一般的に組成は０．０５−２０％のマグネシウム、１５−９５％のシリコン、５−８０％の鉄である。追加的な金属が鉄−シリコン合金組成に含まれる予定である場合、これら合金は高融点粒子に含まれていても良いし、このような高融点粒子と合金化されていても良い。
【００２７】
マグネシウム粒子の組成は高含有率でマグネシウムを含むように選定される。マグネシウム粒子中のマグネシウム含量は少なくとも９０％、好ましくは９５％、より好ましくは９８％マグネシウムである。
マグネシウム粒子と高融点粒子の粒子サイズは溶融鉄−シリコンへの粒子の移送が適切かつ容易に実現できるように選定される。金属粒子のサイズが小さすぎると取扱い安全上の重大な問題が起る。粒子サイズが大きすぎると流動化するのが困難になり、注入管内での詰まりのような移送中の問題が発生する。好ましくはマグネシウム粒子及び鉄−シリコン、マグネシウム−鉄−シリコンのような高融点粒子の平均粒子サイズは約１．５ｍｍ以下、好ましくは約０．１８−１．５である。
【００２８】
高融点粒子の融点はランス４０を通して移送される間に十分な熱量を吸収し、マグネシウム粒子がランス内部で溶融するのを防ぎ又は妨げるように設定される。この高融点粒子の熱吸収効果は、高融点粒子を使用してマグネシウムの溶融を防止した過去の注入プロセスと共に問題を解決し、マグネシウム粒子の溶融によって引き起こされるランスの詰まりを減らし実質上無くしてしまうものである。高融点粒子はその溶融温度がマグネシウム粒子よりも実質的に高くなるように処方される。好ましくは高融点粒子の平均溶融温度は少なくとも約２２００  Ｆである。マグネシウム粒子の溶融を防止するために高融点粒子を選ぶのに加えて、高融点粒子を十分な量マグネシウム粒子と組合わせて使用し十分な熱量を高融点粒子に吸収させるのである。鉄−シリコン合金７０に添加される粒子混合物の少なくとも１０重量％は高融点粒子である。
【００２９】
鉄−シリコンが粒子混合物を注入された後のマグネシウム−鉄−シリコンの一般的な組成（重量％）は次のようである。
鉄                      ５−８５
マグネシウム      ０．０５−２０
シリコン              １５−９５
溶融鉄にマグネシウム−鉄−シリコン合金が添加された後の鋳鉄の組成（重量％）は次のようである。
【００３０】
鉄                    ８０−９８
アルミニウム          ０−０．２
炭素                  １．８−４
クロム                    ０−５
銅                        ０−３
マグネシウム    ０．０２−０．１
マンガン              ０．２−２
モリブデン                ０−１
ニッケル                ０−２０
シリコン            ０．８−１７
【００３１】
価値があるのは溶融鉄−シリコンの合金化プロセスは鋳鉄又は他の鉄物質の合金化及び／又は脱硫黄処理のために使用できることである。
非酸化性のシールドガスが粒子との合金化を行う間溶融鉄−シリコン合金の頂部をほごするのに使用され得る。アルゴン、窒素、ヘリウム及び／又は天然ガスのようなシールドガスが使用できる。シールドされた雰囲気は主に酸素が溶融鉄−シリコン合金と相互作用するのを妨げ、それによりスラグの生成を減少させ、かつ鉄−シリコン合金の表面から出てくる煙霧の燃焼を妨げる。
【００３２】
本発明は好ましい態様とその代替物に関して記述されてきた。開示された実施態様に対する多くの変更や代替が、発明の詳細な説明を読みかつ理解した当業者には示唆されるものと信じる。あらゆるこれらの変更や代替は本発明の範囲に含まれるように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】注入ランスによりマグネシウム粒子及び高融点合金粒子を溶融鉄に注入するプロセスを示す。
【図２】マグネシウム粒子及び高融点合金粒子が注入ランスの中で溶融鉄に注入される前に混合される共注入ランスを示す。
【符号の説明】
Ｇ・・・地面
１０・・・注入装置
２０・・・注入器
２２・・・フレーム
２４・・・注入器ポート
２６・・・ライン
３０・・・注入管
３２・・・可塑部分
４０・・・ランス
４２・・・ランス管
４４・・・ランス先端
７０・・・柄杓
８０・・・溶融鉄−シリコン
９０・・・柄杓ピット
１００・・煙霧フード
１２０・・ランスハンドラー
１２２・・リフトアーム
１２４・・リフトピストン
１２８・・リフトアダプター
１２６・・リフトポール
１３０・・注入器
１３２・・注入ポート
１４０・・注入器
１４２・・注入ポート
【図１】
0003643313.tif 000002
【図２】
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