(57)【要約】  スチールのチタン含有量増量用製品。スチールのチタン含有量を増加させるために溶鋼（１０２）の中へ挿入する製品（１０１）である。この製品は、金属又は金属合金で形成されているコンテナ（２０１）、及びコンテナ内に封入された混合物（２０２）を具備する。混合物は、酸化物の形の鉄；酸化物の形のチタン；及びアルミニウム又はアルミニウム合金を有する。混合物がこのようなので、熱されるとそれは発熱反応して、アルミニウムを酸化し、フェロチタンを産生する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スチールのチタン含有量を増量するために溶鋼の中に挿入する製品であって、前記製品が、
金属又は金属合金で形成されたコンテナと、
前記コンテナ内に封入された混合物と
を具備し、前記混合物が、
酸化物の形の鉄；
酸化物の形のチタン；及び
アルミニウム又はアルミニウム合金
を有することにより、前記混合物が熱されるとアルミニウムを酸化し、フェロチタンを産生するべく反応する製品。
【請求項２】
前記混合物が前記チタン及び鉄を含んでいる単一化合物を含む請求項１に記載の製品。
【請求項３】
前記酸化物の形のチタンが鉄チタン酸化物である請求項１又は２に記載の製品。
【請求項４】
前記混合物がチタン酸化物を含む請求項１に記載の製品。
【請求項５】
前記混合物がチタン金属又はチタン合金を含む請求項１〜４のいずれか１に記載の製品。
【請求項６】
前記混合物が、フェロチタンのチタン含有量が６０％〜８０％であるようにチタン金属又はチタン合金を含む請求項１〜５のいずれか１に記載の製品。
【請求項７】
前記混合物が、フェロチタンのチタン含有量が６８％〜７２％であるようにチタン金属又はチタン合金を含む請求項１〜６のいずれか１に記載の製品。
【請求項８】
前記コンテナが開口端を有するチューブであり、かつ、前記製品が含芯ワイヤである請求項１〜７のいずれか１に記載の製品。
【請求項９】
前記コンテナが鉄又はスチールで形成されている請求項１〜８のいずれか１に記載の製品。
【請求項１０】
前記コンテナがアルミニウム又はアルミニウム合金で形成されている請求項１〜８のいずれか１に記載の製品。
【請求項１１】
前記混合物が鉄チタン酸化物の粒子、アルミニウム又はアルミニウム合金の粒子、及びチタン又はチタン合金の粒子を含む請求項１〜１０のいずれか１に記載の製品。
【請求項１２】
前記粒子がそれぞれ３ｍｍ以下の最大粒子サイズを有する請求項１１に記載の製品。
【請求項１３】
スチールのチタン含有量を増量するために溶鋼の中に挿入する製品を製造する方法であって、
酸化物の形の鉄；
酸化物の形のチタン；及び
アルミニウム又はアルミニウム合金
を粒子形状で得るステップ（ａ）と、
混合物をつくるために前記アルミニウムを前記チタン及び鉄と混合するステップ（ｂ）と、
前記製品を製造するために前記混合物を金属又は金属合金のコンテナ中に配置するステップ（ｃ）と
を有する方法。
【請求項１４】
前記混合物が前記チタン及び鉄を含んでいる単一化合物を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記酸化物の形のチタンが鉄チタン酸化物である請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記混合物がチタン酸化物を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記方法が、更にチタン金属又はチタン合金を粒子形状で前記混合物中に混合する請求項１３〜１６のいずれか１に記載の方法。
【請求項１８】
前記方法が、チタン金属又はチタン合金が焼かれる脱脂工程を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記方法が、より小さい粒子をつくるためにチタン又はチタン合金の粒子がミルで破砕される破砕工程を含む請求項１７又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記チタン又はチタン合金が、チタンの燃焼を避けるために空気を排出したチャンバー内で破砕される請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
十分なチタン金属又はチタン合金が混合物に加えられることにより、前記混合物が反応してフェロチタンをつくるときに、フェロチタンのチタン含有量が６０％〜８０％である請求項１７〜２０のいずれか１に記載の方法。
【請求項２２】
十分なチタン金属又はチタン合金が混合物に加えられることにより、前記混合物が反応してフェロチタンをつくるときに、フェロチタンのチタン含有量が６８％〜７２％である請求項１７〜２０のいずれか１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ステップ（ａ）が、
鉄チタン酸化物；
チタン又はチタン合金；及び
アルミニウム又はアルミニウム合金
を粒子形状で得るステップを含む請求項１７〜２１のいずれか１に記載の方法。
【請求項２４】
前記粒子がそれぞれ３ｍｍ以下の最大粒子サイズを有する請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記コンテナが開口端を有するチューブであり、かつ、含芯ワイヤを製造するために前記チューブが前記混合物で満たされている請求項１３〜２４のいずれか１に記載の方法。
【請求項２６】
前記コンテナが鉄又はスチールで形成されている請求項１３〜２５のいずれか１に記載の方法。
【請求項２７】
前記コンテナがアルミニウム又はアルミニウム合金で形成されている請求項１３〜２６のいずれか１に記載の方法。
【請求項２８】
含芯ワイヤに収容されている混合物の成分間の反応を開始させるために溶鋼内に前記含芯ワイヤを下げるステップを含み、前記含芯ワイヤが、
（i）アルミニウム又はアルミニウム合金；
（ii）鉄及びチタンの酸化物を含む化合物；及び
（iii）チタン又はチタン合金
の混合物を有する溶鋼のチタン含有量を増量する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スチールのチタン含有量を増量するために溶鋼の中に挿入する製品、チタン含有量を増量するために溶鋼の中に挿入する製品を製造する方法、及び溶鋼のチタン含有量を増量する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スチールの製造において、フェロチタン合金を溶鋼に加えることによってスチールのチタン含有量を増加させることは公知である。これは通常、フェロチタンの塊を加え、次に、微調整するために芯がフェロチタンのワイヤを使用することによってなされる。チタン金属の融点はスチール製造において使用された金属の融点よりも高いのに対して、フェロチタンの融点は低いのでスチールと容易に合金になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようなプロセスに関連する問題は、添加されたフェロチタンがスチールの温度まで上昇し、融解するために熱を吸収することにある。結果として、スチールの温度を維持するためには取鍋に熱を加えなければならないことである。
【０００４】
このプロセスに関連する第２の問題は、フェロチタンの製造それ自体が、エネルギー、工場設備及び人件費に関して高価であるということである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、スチールのチタン含有量を増量するために溶鋼の中に挿入する製品であって、前記製品が、金属又は金属合金で形成されたコンテナと、前記コンテナ内に封入された混合物とを具備し、前記混合物が、酸化物の形の鉄；酸化物の形のチタン；及びアルミニウム又はアルミニウム合金を有することにより、前記混合物が熱されるとアルミニウムを酸化し、フェロチタンを産生するべく反応する製品を提供する。
【０００６】
本発明の第２の態様によれば、スチールのチタン含有量を増量するために溶鋼の中に挿入する製品を製造する方法であって、酸化物の形の鉄；酸化物の形のチタン；及びアルミニウム又はアルミニウム合金を粒子形状で得るステップ（ａ）と、混合物をつくるために前記アルミニウムを前記チタン及び鉄と混合するステップ（ｂ）と、前記製品を製造するために前記混合物を金属又は金属合金のコンテナ中に配置するステップ（ｃ）とを有する方法を提供する。
【０００７】
本発明の第３の態様によれば、含芯ワイヤに収容されている混合物の成分間の反応を開始させるために溶鋼内に前記含芯ワイヤを下げるステップを含み、前記含芯ワイヤが、（i）アルミニウム又はアルミニウム合金；（ii）鉄及びチタンの酸化物を含む化合物；及び（iii）チタン又はチタン合金の混合物を有する溶鋼のチタン含有量を増量する方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明において具体化された含芯ワイヤ１０１の使用を示す。基本的な酸素炉（図示せず）のような炉の中でのスチールの製造に続いて、溶鋼１０２は鋳造設備への輸送のために取鍋１０３へ移される。溶鋼１０２のメタラージ（metallurgy）を調整するために、それが取鍋にある間に、種々の成分が加えられる。これらの成分には、スチールに溶解し、それによってその合金の組成を調整する金属及び／又は金属合金が含まれる。
【０００９】
本実施例において、スチール１０２のチタン含有量は、その中に含芯ワイヤ１０１を注入することによって増加する。ワイヤ注入装置器１０４は、ケージ（図示せず）内で支持されたワイヤのコイル１０５から含芯ワイヤ１０１を引き出し、ガイド・チューブ１０６に通し、溶鋼１０２の中に下げることによって供給する。含芯ワイヤ１０１は反応成分の混合物を含んでいる芯を有する。前記反応成分がスチールによって加熱されると反応成分間の反応を開始する。反応の産生物の１つは、フェロチタン、鉄とチタンの合金である。産生されたフェロチタンの融点は、溶鋼の融点より低い。したがって、融解した合金は混合し、スチール１０２のチタン含有量を増加させる。
【００１０】
通常、溶鋼に注入される材料は溶鋼の熱の一部を吸収するので、その結果として、溶鋼の温度を維持するために取鍋内のスチールを再加熱する手段を有することは公知である。しかし、含芯ワイヤ１０１内の混合物の成分間で生じる反応は放熱反応である。したがって、一旦反応が始まると、含芯ワイヤはスチールへ熱をある程度提供する。
【００１１】
図２は、含芯ワイヤ１０１の短い断片を示す。含芯ワイヤ１０１は、その長さに沿って均一な構造を備えており、金属又は金属合金でできたチューブ形状のコンテナ２０１；及び芯２０２を有する。
チューブは細長い一片の金属から形成され、前記金属が管状に巻かれると、その両端は一緒に折られて縫い目２０３を形成する。
【００１２】
本例において、金属チューブは軟鋼で作られているが、取鍋１０３内で製造されるスチールのタイプ及び品質によって、他の金属又は金属合金が使用される。他の実施例では、チューブはアルミニウムで作られ、フェロチタンが加えられると同時にスチールの酸素含有量を減らすために使用される。
【００１３】
芯２０２は、３ｍｍ以下の寸法を有する小さい粒子形状の材料の混合物である。混合物は、酸化物の形の鉄；酸化物の形のチタン；チタン又はチタン合金；及びアルミニウム又はアルミニウム合金を含むことにより、熱せられると発熱反応が生じ、アルミニウムを酸化し、フェロチタンが産生される。すなわち、アルミノサーミック（aluminothermic）反応により鉄／チタン酸化物が還元される。芯の中の材料の特別な混合物については、図７Ａから図７Ｇに関連して下記にて説明する。
【００１４】
コンテナ２０１はいくつかの機能を有する。第１に、コンテナは、スチールの表面に存在するスラグの下の溶鋼１０２の中に、取り扱われて押しやられるのに必要な機械的強度を有する含芯ワイヤを提供する。
【００１５】
第２に、コンテナは溶鋼１０２と芯２０２の間に障壁を提供し一方、芯の成分間では反応が生じる。さもなければ、芯の混合物の成分は、完全に反応する前に溶鋼内に分散することになるので、これは重要である。この主な帰結は、少なくとも一部のチタンが溶鋼合金の一部になることができないことである。
【００１６】
第３に、コンテナ２０１は、反応産生物を芯から放つために溶鋼１０２の中で溶解するべく設けられる。
【００１７】
芯の成分間で反応が始まると、芯２０２の温度は、反応の発熱的性質のために、溶鋼１０２の温度より高くなる。結果として、芯２０２は拡がり、チューブ２０１の内部の壁面に圧力を加える。そして、このために、反応が生じている間その完全性を維持するのに十分な強さを与えるべく、チューブの材料と壁の厚さが選択される。
【００１８】
芯の粒子サイズが比較的小さい場合には、反応時間は短く、芯の温度は比較的高くなる。粒子サイズが比較的大きい（２〜３ｍｍの間）場合には、反応時間は長くなり、芯の温度はより低い。さらに、芯温度及び圧力は、通常１０〜３０ｍｍの間であるチューブの直径によって異なる。このように、チューブの材料と壁の厚さを選択するときに、チューブの直径と芯混合物の粒子サイズが考慮される。
本実施態様において、チューブ２０１は円形の断面を有する、しかし、他の実施態様において、横断面は四角形のような多角形である。
【００１９】
図３は、含芯ワイヤ１０１のような製品を製造する主なステップを示す。
まず最初に、ステップ３０１において、芯の混合物用の原料が得られる。ある実施態様では、混合物は、イルメナイト、化学式ＦｅＴｉＯ3の鉄とチタンの酸化物を含む鉱物、スクラップチタン又はチタン合金、及びアルミニウム又はアルミニウム合金を有する。
【００２０】
イルメナイトは、南アフリカやオーストラリアのような国に埋蔵する。そして、英国のローマテリアル・ソルーションズ・リミテッドのような代理店を通して得ることができる。アルミニウムは、英国のマウントスター・マテリアル・コーポレーション・リミテッドのような多くの生産者／供給者のうちの一者から塊の形で入手することができる。
ステップ３０１に続いて、ステップ３０２において、原料は芯混合物として要求される形に加工される。具体的にいうと、粒子サイズは必要に応じて小さく加工され、金属は必要ならば脱脂される。
【００２１】
ステップ３０３において、原料成分は秤量され、必要な割合で混合される。ステップ３０３で生産された混合物は、次いでステップ３０４において、チタン含有量を増やすために溶鋼に継続的に挿入するための製品を製造するべくコンテナに入れられる。このために、例えば、ステップ３０４では、金属チューブは圧延機で成形され、混合物が充填されて含芯ワイヤ１０１が製造される。
【００２２】
図４は、混合に必要な形状を生産するために原料を処理するステップ３０２を更に詳細に示す。
ステップ４０１において、必要に応じて、芯混合物として使用できるために必要な粒子サイズを得るために、例えばイルメナイトのような鉱物は篩にかけられる。必要な粒子サイズの範囲を選ぶために篩にかけられる前に、必要ならば、より大きい粒子は例えばボールミルで破砕される。
【００２３】
ステップ３０１で得られたチタンが大きい物質を有するところ、ステップ４０２において、チタン回転物（turnings）及び／又は圧搾物（millings）をつくるために機械加工される。次にステップ４０３において、チタンは脱脂される。脱脂ステップとしては、例えば有機溶媒を使用する洗浄工程、又は、有機不純物を蒸発及び／又は焼却するために空気中でチタン回転物が焼かれる焼成工程というかたちをとることができる。
脱脂されたチタン回転物／圧搾物は、ステップ４０４で必要な大きさに粉砕される。
【００２４】
アルミニウムは、種々の大きさの塊として容易に購入することができる。その塊の大きさには、本発明の実施に必要な大きさが含まれる。結果としてステップ３０２では、アルミニウムの更なる処理は必要でない。しかし、もし必要な場合には、アルミニウムは、例えばボールミルで必要な粒子サイズになるまで砕くことができる。
イルメナイト及びチタンの処理は各々独立している、そして、ステップ４０１は同時に又はステップ４０２から４０４の後に実行されると理解される。
【００２５】
図５は、ステップ４０４でチタンの粒子サイズを小さくするために適合されたボールミル５０１を示す。ボールミル５０１はシリンダ５０２を具備し、シリンダ５０２は、その中心軸について回転することを可能にするベアリング５０３によって各端で支持されている。その外面に関して、シリンダ５０２は、駆動ギア５０５によって駆動されるべく設けられているスレーブ（slave）ギア５０４を支持する。スレーブギア５０４は、それ自体電機モータ５０６によって駆動されるべく設けられている。
【００２６】
シリンダ５０２はスチールボール５０７を含み、使用の間、チタンは回転により必要なサイズに破砕される。運転中、シリンダ５０２は、駆動ギア５０５及びスレーブギア５０４を介してモータ５０６によって回転する。この回転によりボール５０７が転がり、これによって回転するチタンは破砕され、挽かれる。
【００２７】
従来のボールミルと違って、スパークによってチタンが燃焼するのを防ぐために、ボールミルの運転中、シリンダから空気が除去される。このために、シリンダ５０２は、空気を取り除くパイプ５０９を有する真空室５０８の中に位置する。シリンダから空気を除去することができるように、シリンダ５０２自体には通気孔（図示せず）が備えられている。
チタンのバッチを取り込み、ボールミルから降ろすためのアクセスが提供されるように、真空室５０８には真空が漏れないドア（図示せず）が備えられている。
【００２８】
図６Ａ、６Ｂ及び６Ｃは、本発明の実施態様で利用されるアルミノサーミック反応を示す。別の実施態様では、真空室５０８にはガス放出口及びアルゴンのような不活性ガスの供給に繋がっているガス引入口が備えられている。運転中、空気は、不活性ガスで流出させることによって真空室から追い出され、大気圧より高い圧力下、不活性ガスの雰囲気が維持される。
別の実施例では、ボールミルの代わりにロールミルが使用される。しかし、いずれにせよ空気は、チタンの燃焼を避けるために装置から除去される。
【００２９】
ある実施例において、芯混合物２０２は、フェロチタン合金及びアルミニウム酸化物を産生するために図６Ａに示すように反応するイルメナイト及びアルミニウム粒子を有する。フェロチタンは溶鋼との合金になる一方、アルミニウム酸化物は溶鋼の表面に浮かびスラグを形成する。
【００３０】
他の実施態様において、混合物は、鉄及びアルミニウム酸化物を産生するために図６Ｂに示すように反応する酸化鉄、Ｆｅ2Ｏ3、及びアルミニウムを含む。その一方で、混合物の中に含まれている酸化チタン（ＴｉＯ2）は、チタン及びアルミニウム酸化物を産生するために図６Ｃに示すようにアルミニウムと反応する。図６Ｂ及び図６Ｃの反応により産生した鉄とチタンは混合し、フェロチタン合金が産生される。
【００３１】
図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ及び７Ｅは、含芯ワイヤ１０１において使用された多くの異なる混合物の例を示す。
図７Ａの表に示された混合物は、イルメナイト、チタン金属及びアルミニウム金属を有し、その重量割合でそれぞれ１５２：９６：５４である。イルメナイト（ＦｅＴｉＯ3）は、図６Ａに示すようにアルミニウムによって還元される。チタンは、反応の間、製品中に溶解する。そして、このことにより、産生合金のチタン含有量は７２％に増加する。それ故、この実施例では、産生合金は、共晶合金のチタンと鉄の割合に近いチタンと鉄の割合を有する。結果として、その低い融点のために、スチールの製造中、それは容易に溶鋼に溶解する。
【００３２】
図７Ｂの表に示す混合物は、チタン金属の含有量を半分にした以外は、図７Ａの混合物と同様である。結果として、産生合金中のチタン含有量は６３％に減少している。
図７Ｂの混合物は、より高価でないイルメナイトをより高い割合で、及び比較的高価なチタン金属をより少ない割合で含むので、含芯ワイヤの製造のコストは低下する。結果として、必要なチタンの増加のためにより多くの含芯ワイヤを溶鋼１０２に加える必要があるにもかかわらず、図７Ｂの混合物を使用している含芯ワイヤの使用は、図７Ａの場合よりも廉価となる。
【００３３】
上記のように、チタン金属に対するイルメナイトの割合を増加することにより、溶鋼に加えるチタンの全コストを下げることができる。図７Ｃは、チタン金属が混合物に含まれない極端なケースを提供する。従って、図７Ｃの混合物は、単にイルメナイト及びアルミニウムからなるだけである、そして、結果として生じる産生合金は４６％のチタン含有量を有するだけである。
【００３４】
図７Ｄは、高いチタン含有量を有する混合物を示す。従って、混合物は、イルメナイト、チタン金属及びアルミニウムを含み、その重量割合はそれぞれ１５２：１４４：５４である。そして、結果として生じる産生合金は７７％のチタン含有量を有する。
【００３５】
図７Ｅは、さらにより高いチタン含有量を有する混合物を示す。従って、混合物は、イルメナイト、チタン金属及びアルミニウムを含む。その重量割合はそれぞれ１５２：３３６：８１であり、結果として生じる産生合金は８７％のチタン含有量を有する。
含芯ワイヤ１０１を溶鋼１０１へ添加している間、酸素や窒素のような望ましくない成分がスチールに加えられる。より高価ではあるがより少量の含芯ワイヤが必要とされるので、図７Ｄと図７Ｅの混合物を有する含芯ワイヤは、これらの望ましくない成分をより少量加える。しかしながら、図７Ｅの混合物の反応材料の部分がより少ないために、全体の反応に必要な時間は、ある適用では法外となる。
【００３６】
使用されるチタンに対するイルメナイトの割合は、生産されているスチール１０２のタイプ及び鋳物工場の特徴に依存する。低級スチールのために低コストが要求されるところでは、低いチタン含有量の混合物が使用され、高級スチールが要求されるところでは、より高いチタン含有量の混合物が必要とされる。しかしながら、チタン含有量が６０％と８０％の間で、好ましくは６８％と７２％の間で低い融点フェロチタン合金を産生する芯の混合物は、含芯ワイヤの点検速度における変化に最も寛容である。
図７Ａから図７Ｅは、実施例として提供された混合物の成分の割合及び予見される他の割合を示す。
【００３７】
図８Ａ及び８Ｂは、代わりのタイプの成分を使用している混合物を示す。各々の場合において、混合物は、酸化鉄、Ｆｅ2Ｏ3、酸化チタン、ＴｉＯ2、及びアルミニウムを含む。図８Ａの混合物のこれらの成分の重量割合はそれぞれ１６０：２４０：１６２であり、５６％のチタンを含有するフェロチタン合金が産生される。図８Ｂの対応する割合はそれぞれ１６０：４８０：２７０であり、７２％のチタンを含有するフェロチタン合金が産生される。
【００３８】
使用中、混合物の成分は、図６Ｂ及び図６Ｃに示す方法で反応する。
図７Ａから図７Ｅまでの混合物と違って、図８Ａ及び図８Ｂの混合物は、比較的安価なイルメナイトを利用しない、しかし比較的高価なチタン金属を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明において具体化された含芯ワイヤ１０１の使用を示す図である。
【図２】含芯ワイヤ１０１の短い断片を示す図である。
【図３】含芯ワイヤ１０１のような製品を製造する主なステップを例示するフローチャートである。
【図４】混合に必要な形状を生産するために原料を処理するステップ３０２を更に詳細に示すフローチャートである。
【図５】ステップ４０４においてチタンの粒子サイズを小さくするために適合されたボールミル５０１を示す図である。
【図６】図６Ａ、６Ｂ及び６Ｃは、本発明の実施態様で利用されるアルミノサーミック反応を示す図である。
【図７】図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ及び７Ｅは、含芯ワイヤ１０１において使用される異なる混合物の例を示す表である。
【図８】図８Ａ及び８Ｂは、代わりのタイプの成分使用している混合物を示す表である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008506837.tif 000007
【図６】
2008506837.tif 000008
【図７】
2008506837.tif 000009
【図８】
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【国際調査報告】
2008506837.tif 000011
2008506837.tif 000012
2008506837.tif 000013