(57)【要約】【課題】フェロボロンの代替として、溶鋼へ添加するためのボロン添加材を提供する。【解決手段】溶鋼へ添加するボロン添加材であって、粉状炭化ボロンと粉状シリコン又は／及び粉状炭化珪素を混合機によって混合し、その混合物を金属パイプに封入した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼へ添加するためのボロン添加材であって、粉状炭化ボロンと粉状シリコン又は／及び粉状炭化珪素を混合機によって混合したことを特徴とするボロン添加材。
【請求項２】
粉状炭化ボロンと粉状シリコン又は／及び粉状炭化珪素との混合比率が質量比で６０：４０〜７０：３０であることを特徴とする請求項１記載のボロン添加材。
【請求項３】
粉状炭化ボロンと粉状シリコン又は／及び粉状炭化珪素に加えて、粒状アルミニウムも混合したことを特徴とする請求項１記載のボロン添加材。
【請求項４】
混合物を鉄などの金属パイプに充填した上、その金属パイプの両端部を閉塞したことを特徴とする請求項１又は３記載のボロン添加材。
【請求項５】
粉状シリコンがシリコンインゴットをスライスする際に発生するシリコンスラッジであり、粉状炭化珪素がやはりシリコンインゴットをスライスする際に発生する炭化珪素スラッジであることを特徴とする請求項１又は３記載のボロン添加材。
【請求項６】
バインダーも混合して、成形機によりブリケットに成形したことを特徴とする請求項１又は３記載のボロン添加材。
【請求項７】
溶鋼中へ沈下させるために、アルミニウム以外の金属粉も混合したことを特徴とする請求項６記載のボロン添加材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフェロボロンの代替として、溶鋼へ添加するためのボロン添加材に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼又は鋳鋼へ添加するボロンとしては、通常合金鉄の形態であるフェロボロンが使用されている。ボロンは微量の添加にも拘らず、鉄鋼の焼入れ性改善やクリープ強度の増大、高温特性の向上などに大きく貢献しており、又低鉄損トランスに使用されるアモルファス合金（鉄シリコンボロン）の有効成分でもある。
【０００３】
他方、鋳鋼の分野においては鋳鋼中の炭素と結合して、強固な炭化物を形成するため、耐磨耗性の著しく改善されることが知られている。更に、未だ使用量は多くないが、高性能の強力な磁石であるネオジウム鉄ボロンの主要成分をなし、有用な金属の１つである。
【０００４】
ボロンは極めて高価である上、バナジウムなどと同様に還元困難な元素の１つであり、その通常使用されているフェロボロンは「アルミテルミット法」によって製造されていた。アルミテルミット法の反応式は次のとおりである。（特許文献１参照）
【０００５】
【化１】
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【０００６】
しかし、アルミテルミット法はバッチ方式であるため、生産性に劣るほか、爆発に近い反応が起り、極めて危険な作業を余儀なくされる問題もある。
【０００７】
そこで、近年はフェロボロンの製造法として、アルミテルミット法に代る「電気炉法」が主流になりつつある。電気炉法はフェロマンガンやフェロクロムなどの製造法と同じ方法であり、酸化ボロンを炭素によって還元する。
【０００８】
つまり、酸化ボロンに還元材であるコークスを鉄源と共に、必要に応じてフラックスを加えながら電気炉へ装入し、溶融・還元してフェロボロンを製造する方法である。その電気炉法の反応式は次のとおりである。（特許文献２参照）
【０００９】
【化２】
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【００１０】
更に、電気炉法によるフェロボロンの製造について具体的に説明する。即ち、コレマナイトやウレキサイトなどの鉱石を湿式処理して得られた酸化ボロンと、鉄源として使用される鉄鉱石と、酸化ボロンに含まれる酸素を除去するために必要な炭素系還元材（カーボン）である石炭、木炭又はコークスとを充分に混合する。
【００１１】
これらの混合物は電気炉の上部にあるホッパーに貯蔵され、そのホッパーから重力によって電気炉の内部へ装入される。
【００１２】
そして、通電が開始され、上記混合物は加熱・溶融されると同時に、還元が行われる。還元されたボロンは、同じく還元された鉄と合金を形成して、フェロボロンが製造されることになる。そのフェロボロンは出湯口から排出され、鋳型の中で冷却されて製品となるのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−１８１７７８号公報
【特許文献２】特開２００３−２８６５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところが、ボロンは既述のように還元の極めて困難な元素であるため、その溶融・還元には高温と長い精錬時間を必要とする。電気炉を長時間連続して操業すると、一部の酸化ボロンが炭化ボロン（Ｂ4 Ｃ）に変換して、電気炉内に堆積する。
【００１５】
そして、炭化ボロンが堆積し巨大化すると、操業が不安定となるため、その操業を定期的に中止して、上記堆積物を除去しなければならないが、炭化ボロンは極めて硬い物質であるため、その電気炉からの除去作業には多大の時間と労力を要し、生産性の著しい低下とフェロボロンの高価格を招来することになる。
【００１６】
他方、フェロボロンの品質について言えば、そのアルミテルミット法により製造されたものには、未反応のアルミニウムが残留する。そのアルミニウムが多量に残留すると、鉄鋼の特性に悪影響を与えるおそれがある。
【００１７】
又、電気炉法（炭素還元法）により製造されたフェロボロンには、炭素源である石炭やコークス中の不純物まで還元されてしまう。リン（Ｐ）や硫黄（Ｓ）、重金属などの鉄鋼において好ましくない不純物が多く含まれることになるのである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は上記実情に鑑みて、従来のフェロボロンに代えて使用可能な安価で、しかも不純物の極めて少ないボロン添加材の提供を目的としており、その目的を達成するために、請求項１では溶鋼へ添加するためのボロン添加材であって、粉状炭化ボロンと粉状シリコン又は／及び粉状炭化珪素を混合機によって混合したことを特徴とする。
【００１９】
又、請求項２では粉状炭化ボロンと粉状シリコン又は／及び粉状炭化珪素との混合比率が質量比で６０：４０〜７０：３０であることを特徴する。
【００２０】
請求項３では粉状炭化ボロンと粉状シリコン又は／及び粉状炭化珪素に加えて、粒状アルミニウムも混合したことを特徴とする。
【００２１】
請求項４では混合物を鉄などの金属パイプに充填した上、その金属パイプの両端部を閉塞したことを特徴とする。
【００２２】
請求項５では粉状シリコンがシリコンインゴットをスライスする際に発生するシリコンスラッジであり、粉状炭化珪素がやはりシリコンインゴットをスライスする際に発生する炭化珪素スラッジであることを特徴とする。
【００２３】
請求項６ではバインダーも混合して、成形機によりブリケットに成形したことを特徴とする。
【００２４】
更に、請求項７では溶鋼中へ沈下させるために、アルミニウム以外の金属粉も混合したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１の構成によれば、粉状炭化ボロンと粉状シリコン又は／及び粉状炭化珪素を混合機により混合するだけで、不純物の極めて少ない清浄なボロン添加材を容易に製造することができ、清浄な鉄鋼又は鋳鋼を得ることに役立つ。
【００２６】
その場合、請求項２の構成を採用するならば、炭化ボロンには酸化ボロンと異なって、酸素が殆んど含まれておらず、その酸素を除去するための還元材である粉状シリコン又は／及び粉状炭化珪素の使用量が少量で足りるほか、通常のフェロボロンを使用した場合と同等の歩留りを得られる効果がある。
【００２７】
又、請求項３の構成を採用するならば、粒状アルミニウムも不純物の少ない材料であり、これを追加混合することによって、ブリケット（塊状物）への成形を容易に行える。
【００２８】
特に、請求項４の構成を採用するならば、鉄などの金属パイプに充填したボロンが、空気中の酸素と反応する前に、その酸素をシリコンにより酸化シリコン（シリカ）（ＳｉＯ2 ）として固定化し、極めて酸化しやすいボロンの酸化を最小限に防止し得る効果があり、製鉄所への運搬なども便利良く行える。
【００２９】
請求項５の構成を採用するならば、微粉として再利用が困難なシリコンスラッジや炭化珪素スラッジの強い還元力を活用することができ、製鋼原価の低減に大きく貢献し得る効果がある。
【００３０】
請求項６の構成を採用するならば、バインダーの混合によってブリケットへの成形性を向上させることができるほか、製鋼所における必要量の計測や切り出しなどを容易に行える効果もある。
【００３１】
更に、請求項７の構成を採用するならば、製鋼所での溶鋼中やスラブ中に安定良く沈めることができ、ボロンを鋼へ確実に取り込ませることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るボロン添加材の製造工程を示すフロー図である。
【図２】同じく第１実施形態のボロン添加材（製品）を示す半欠截断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るボロン添加材の製造工程を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明のボロン添加材は鉄鋼又は鋳鋼の原料として添加されるものであり、従来のフェロボロンと異なって、金属ではなく、セラミックである炭化ボロンを主原料とする。
【００３４】
つまり、ホウ酸「Ｂ（ＯＨ）3 」を焙焼して得られる酸化ボロン（Ｂ2 Ｏ3 ）を、カーボンにより強還元して製造された粉状炭化ボロンに、粉状シリコン又は／及び粉状炭化珪素を加えて、混合機により充分混合したものである。
【００３５】
その場合、粉状シリコンとしては主に太陽電池用の多結晶シリコンインゴット又は単結晶シリコンインゴットをスライスするウエハー加工プロセスから発生するシリコンスラッジを用い、又は粉状炭化珪素としてはやはり上記のようなシリコンインゴットをスライスする際に発生する炭化珪素スラッジを用いる。そのシリコンスラッジと炭化珪素スラッジとの混合物を用いても良い。上記シリコンスラッジはグリコールを含有するが、不純物の極めて少ない原料である。
【００３６】
図１は本発明の第１実施形態に係るボロン添加材の製造工程を示しており、これでは上記粉状炭化ボロンと粉状シリコン又は／及び粉状炭化珪素とが各々ホッパーに貯蔵されており、これから切り出された一定比率のもとで、ミキサーやその他の混合機により充分混合された後、図２のようにその混合物（１０）が鉄などの金属パイプ（１１）に充填される。その後、金属パイプ（１１）の両端部が蓋板（１２）（１２）の溶接又は機械加工などにより閉塞され、ボロン添加材の製品（金属パイプへの封入品）（Ａ）として仕上げられる。その製品（金属パイプへの装入品）（Ａ）は一定量の束にされて、パレットやフレコンなどにより製鉄所・製鋼所へ運ばれることになる。
【００３７】
ボロンは極めて酸化されやすい金属であるため、溶鋼に投入した際、簡単に酸化されて、酸化ボロンの形態に戻り、スラグの一成分になってしまうので、上記金属パイプ（１１）中のボロンが空気中の酸素と反応する前に、その酸素をシリコンにより酸化シリコン（シリカ）（ＳｉＯ2 ）として固定化し、ボロンの酸化を最小限に予防するのである。
【００３８】
上記粉状炭化ボロンと粉状シリコン又は／及び粉状炭化珪素との混合比率としては、前者を６０〜７０質量％、後者を３０〜４０質量％に設定することが好ましい。その場合、必要に応じては粒状アルミニウムも追加することができる。
【００３９】
上記粉状シリコン又は粉状炭化珪素としては、主に太陽電池用多結晶シリコンインゴット又は単結晶シリコンインゴットのウエハー加工プロセスから発生するシリコンスラッジ又は炭化珪素スラッジを使用すれば良い。これらはグリコールを含有するが、不純物の極めて少ない材料である。又、粒状アルミニウムとしては使用済み飲料缶から回収・裁断処理された一辺が数ミリメートル程度の細片を使用することができる。これも不純物の少ない材料と言えるからである。
【００４０】
要すれば、炭化ボロンには酸化ボロンと異なって、酸素が殆んど含まれていないので、その酸素を除去するための還元材であるシリコン又は／及び炭化珪素としても、その言わば本来廃棄されてしまう運命にある微粉物（スラッジ）の少量を用意すれば足り、従来のように高価なアルミニウムを用いる必要はない。
【００４１】
その意味から混合比率としても、酸化ボロンよりも多い６０〜７０質量％の粉状炭化ボロンと、残る３０〜４０質量％の粉状シリコン又は／及び粉状炭化珪素とを混合すれば良く、この比率のもとにある還元材の粉状シリコン又は／及び粉状炭化珪素によって、粉状炭化ボロンに含有の酸素を確実に除去することができ、このような効果は粒状アルミニウムの追加や金属（好ましくは鉄）パイプ（１１）への封入によって、ますます向上することになる。
【００４２】
更に、上記金属パイプ（１１）の材質としては特殊鋼よりも普通鋼を採用することが好ましい。鉄以外の余分な元素が含まれないので、鉄鋼又は鋳鋼を汚染するおそれがないからである。
【００４３】
同じく金属パイプ（１１）の厚みとしては２．０mm程度が望ましい。これよりも薄肉であると、溶鋼への投入時にすぐ解けてしまい、酸化ボロンが露出（酸化）するからであり、他方２．０mmよりも厚肉であると、両端部を機械的に閉塞することが困難になるからである。
【００４４】
又、上記金属パイプ（１１）の太さと長さについては、通常ボロンの添加量は微量であり、その投入が人手作業として行われるため、太さ（直径）：６０mm、長さ：５００mm〜６００mm程度が取り扱いやすく、好ましいと言える。
【００４５】
上記第１実施形態のボロン添加材によれば、その主原料のセラミックである炭化ボロンと、シリコン又は／及び炭化珪素とが何れも不純物の極めて少ないものであるため、清浄な鉄鋼又は鋳鋼を製造することができるのであり、しかも金属パイプ（１１）に封入された製品（Ａ）になっているため、その炭化ボロンが酸素に触れるおそれなく、溶鋼に溶け込む結果、ボロンの歩留りが著しく向上する。
【００４６】
更に、ボロン添加材の製造法としても、粉状炭化ボロンと粉状シリコン又は／及び粉状炭化珪素との定量づつ切り出された混合物（１０）を、鉄などの金属パイプ（１１）に充填した後、その両端部を閉塞すれば足りるため、極めて容易に製造することができ、量産効果を最大限に得られるのである。
【００４７】
次に、図３は本発明の第２実施形態に係るボロン添加材の製造工程を示しており、これでは上記第１実施形態のボロン添加材と同じ粉状炭化ボロンと、粉状シリコン又は／及び粉状炭化珪素にバインダーも加えて、やはりミキサーなどの混合機により充分混合した後、その混合物をプレス機やその他の成形機によって、一定な大きさのブリケット（塊状物）に成形・固化した製品（機械成形品）に仕上げている。
【００４８】
その場合にも、必要に応じて還元材である粒状アルミニウムを追加することができる。特に、アルミニウム以外の金属粉、好ましくは比重が４〜５g/cc程度の鉄粉も追加して、上記混合機により混合するならば、ボロン添加材が溶鋼やスラグの表面に浮上せず、必らず沈下する質量を与え得る効果がある。
【００４９】
上記バインダーとしては有機バインダーや無機バインダー、水溶性樹脂などの樹脂系バインダーを広く採用することができる。尚、粉状炭化ボロンや粉状シリコン又は粉状炭化珪素、粒状アルミニウムなどの原料については、上記第１実施形態のそれらと同じであるため、その第２実施形態の詳細な説明を省略する。
【００５０】
本発明のボロン添加材はその第１実施形態に示した金属パイプ（１１）への封入製品（Ａ）と、第２実施形態に示した機械成形品との何れにあっても、その一定量がパレットやフレコンなどによって製鉄所・製鋼所へ運搬され、溶鋼へ投入使用されることになる。
【実施例１】
【００５１】
１３０トン電気炉でボロン入り特殊鋼を製造する際に、本発明のボロン添加材を試用したが、その溶鋼への投入は電気炉出鋼取鍋によって行った。
【００５２】
また、本発明の供試サンプルは以下のとおりであった。
・鉄パイプのサイズ      厚さ２．０mm、直径６０mm、長さ６００mm
・内容物だけの重量      １Ｋｇ
・内容物の混合比率（質量％）
粉状炭化ボロン                    ６０％
含グリコール粉状シリコン          ４０％
・製造量（内容物だけとして）２５Ｋｇ（２５本）
【００５３】
製造した上記２５ＫｇをＮｏ．１〜Ｎｏ．５の５チャージに分けてテストした。その結果を下記の表１に示す。尚、ボロンの添加目標値は０．０００７％であった。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
歩留りは通常のフェロボロンを使用した場合とほぼ同等の結果であり、満足できるものであった。
【符号の説明】
【００５６】
（１０）・混合物
（１１）・金属パイプ
（１２）・蓋板
（Ａ）・製品（金属パイプへの封入品）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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