(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
MgO系、CaO系、Al2O3系、ZrO2系又はこれらの複合耐火物で内張りした容器内に高炭素フェロボロン溶湯を収容し、1550〜1750℃の減圧雰囲気ガス中に保持して炭素を除去することを特徴とする低炭素フェロボロンの製造方法。
【請求項２】
減圧雰囲気は圧力が13.3kPa以下であることを特徴とする請求項１記載の低炭素フェロボロンの製造方法。
【請求項３】
雰囲気ガスはヘリウム、アルゴン及び窒素から選んだ1種又はこれらの２種以上の混合ガスであることを特徴とする請求項１又は２記載の低炭素フェロボロンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は低炭素フェロボロンの製造法であり、特に希土類永久磁石の原料として利用される低炭素フェロボロンを、高炭素フェロボロンを原料として製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フェロボロンは品質により大きく２種類、すなわち高炭素フェロボロンと低炭素フェロボロンとに区別されている。このうち高炭素フェロボロンは、酸化ほう素、ほう酸等のほう素源、鉄スクラップ、酸化鉄、鉄鉱石等の鉄源を原料とし、これにコークス、石炭、木炭、黒鉛等を還元剤として混じて電気炉により大量生産される。高炭素フェロボロンは比較的安価であるが、炭素含有量が高いために希土類永久磁石の原料として利用することはできない。
【０００３】
一方、低炭素フェロボロンは、前記ほう素源、鉄源をシリコン、アルミニウム、マグネシウムまたはこれらの混合物または合金とテルミット反応により還元することによって製造され、炭素含有量は低いがシリコン、アルミニウム含有量が高い。また、テルミット反応という比較的小規模で、かつほう素収率が低いため、希土類永久磁石の原料として利用できるが高価である。参考のため、これら高炭素フェロボロン、低炭素フェロボロンのJIS規格を表１に示す。
【０００４】
【表１】
0004132917.tif 000002
【０００５】
このような事情に鑑み、高炭素フェロボロンを脱炭して低炭素フェロボロンを製造しようとする試みが従前から数多くなされている。たとえば特開昭58-26025号公報には、容積比で酸素濃度を21〜100%含む酸素富化ガスを半溶融ないしは溶融したフェロボロンに吹き付け、フェロボロン中に含有されているアルミニウムおよび炭素を酸化・除去する技術が開示されている。また、特開昭59-126732号公報には、ほう素合金溶湯中に純酸素ガスをバブリングしてアルミニウムおよび炭素を酸化・除去する技術が開示されている。
【０００６】
さらに、特開昭59-232250号公報には、電気炉で製錬したフェロボロンをさらにその融点＋150〜200℃の温度範囲で完全に再溶解した後、融点直上まで冷却し、含有炭素を析出分離することによって低炭素フェロボロンを得る技術が、また特開昭61-195953号公報には、溶滓を伴う溶融フェロボロンの表面に耐火性冷却材を投入し、その表面に溶滓をからませて除滓してグラファイトやほう素炭化物を除去して非金属介在物の少ないフェロボロンを得る技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フェロボロン溶湯は溶銑と異なり炭素含有量が低く、またほう素の酸素との親和力が炭素と酸素との親和力より大であり、さらに、ほう素の含有量が高い。そのため、フェロボロンに酸素を吹き付けて脱炭しようとする場合、フェロボロン溶湯に吹き込まれた酸素は脱炭には寄与せず、ほう素と反応して酸化ほう素を生成し、メタル中のほう素含有量を低下させ、ほう素の収率を悪化させる。さらに生成した酸化ほう素は製錬炉の耐火物と反応してMgO-B2O3系、SiO2-B2O3系の低融点のスラグを生成し、そのためライニングの損傷が著しい。この損傷は、ほう素の酸化による溶湯温度の上昇により一層進行する。したがって、高炭素フェロボロンの気体酸素による脱炭は現実的ではない。
【０００８】
一方、フェロボロン溶湯の炭素の溶解度が温度により異なることを利用する製錬方法は、上記酸化法のような問題はないが、最終製品の炭素含有量が0.2%（質量比、以下同様）どまりであって、希土類永久磁石の原料として要求される炭素含有量0.1%以下にすることが難しい。また、溶滓を冷材にからませてグラファイトやほう素炭化物を除去する方法は、冷材の投入により溶湯の温度が低下し、取鍋へのメタル付着量が増加し、ほう素の収率を悪化させる。また、メタルのフラックスへの混入によりフラックス中の主成分および微量元素がメタル中に混入し、メタル品質を低下させる等の問題がある。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決し、フェロボロン中の炭素含有量を従来に比べて低下させ、希土類永久磁石原料として十分な品質を有するフェロボロンを高い歩留まりで生産しうる方法を提案するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の低炭素フェロボロンの製造方法では、MgO系、CaO系、Al2O3系、ZrO2系又はこれらの複合耐火物で内張りした容器内に高炭素フェロボロン溶湯を収容し、1550〜1750℃の減圧雰囲気ガス中に保持して炭素を除去する。
【００１１】
上記発明を実施するに当たり、減圧雰囲気は圧力が13.3kPa以下であることとするのが好適であり、雰囲気ガスはヘリウム、アルゴン及び窒素から選んだ１種又はこれらの２種以上の混合ガスとするのが好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を具体的に説明する。
【００１３】
本発明においては出発原料として高炭素フェロボロンの鋳塊または溶湯を使用する。高炭素フェロボロンを出発原料とするのは、これが比較的安価で、後工程での炭素および炭化物の除去に適しているからである。先に示したJIS FBH1およびFBH2を含めほう素量が5〜25%の範囲の高炭素フェロボロンを好適に利用できる。このような高炭素フェロボロンは、たとえば電気炉での還元製錬により製造できる。
【００１４】
電気炉から出湯した高炭素フェロボロンをMgO系、CaO系、Al2O3、ZrO2系、又はこれらの複合耐火物で内張りした容器内に受湯する。これら耐火物は高温の減圧下において酸素源として溶融高炭素フェロボロン中の炭素と反応し、たとえばMgO＋C＝Mg＋CO
の反応によって溶融高炭素フェロボロンの脱炭反応に寄与する。この脱炭反応は温度、圧力（減圧度）にもよるが、MgOを用いたとき最も円滑に進行する。また、この反応によって生じたMgは、その沸点が1120℃であり、本発明の脱炭処理温度より低いので蒸気の形で系外に排出される。
【００１５】
上記反応による脱炭は、雰囲気圧力を13.3kPa以下とすることによって容易に進行する。雰囲気圧力が13.3kPaを超えると脱炭反応の進行は遅くなり、一方、1.3kPa未満になると脱炭反応に伴うCOの発生が増加するため溶湯の飛散が多くなる。したがって、雰囲気圧力は、1.3kPa以上、13.3kPa以下とするのがよい。
【００１６】
溶湯温度が1550℃未満のときは、溶湯表面に固化物が生成し、そのため脱炭の進行が妨げられる。また、溶湯の攪拌が十分行なわれなくなるため、フェロボロン溶湯中の炭素と酸素源である耐火物ライニングとの反応が十分に進まなくなる。一方、保持温度を1750℃以上にすると耐火物ライニングの損傷が大きくなり、溶損した耐火物がそのままの形で製品中に混入するおそれがある。したがって、上記反応を行うための溶湯温度は1550〜1750℃とする。
【００１７】
なお、上記反応による脱炭を進行させる条件は、耐火物の材質により調整するのがよい。たとえば、耐火物としてCaO系を用いるときは、MgO系を用いる場合に比べて高温及び／又は低圧（高真空側）とするのがよい。
【００１８】
また、ほう素含有量が特に高いフェロボロンを原料として使用する場合、雰囲気ガスとして、ヘリウム、アルゴン及び窒素から選んだ１種又は２種以上の混合ガスを非酸化性雰囲気として用いるのがよい。これによって、反応過程におけるほう素の酸化損失を防止することができる。
【００１９】
本発明は、上記のように高温、減圧下において耐火物とフェロボロン溶湯中の炭素（C）を反応させて脱炭するものである。したがって、たとえば前述の特開昭58-26025号公報で開示されているような高炭素フェロボロン溶湯に酸素ガスを吹き込む方法などとまったく異なり、脱炭により生成する物質はガスであり、容易に系外に取り除くことができ、そのため介在物の少ない清浄なフェロボロンを製造することが可能である。また、フェロボロンのほう素含有量に依存することなく、ほう素含有量が5〜25%の範囲の高炭素フェロボロンが利用できる。
【００２０】
上記発明を実施するに当たっては、図１に示す装置を利用できる。この装置では、真空槽１内にMgO等のライニング２を施しその外周に水冷溶解用コイル３を配置した高周波誘導電気炉４、及び電気炉４で脱炭された溶湯５を凝固させて製品とするためのタンディッシュ６、鋳型７が設置されている。この真空槽１は真空ポンプ８及びアルゴンなどの不活性ガスタンク９に接続されており、その内部を所要の減圧雰囲気に調整できるようになっている。また、追装タンク１０が備えつけられており、脱炭中に必要に応じて原料を追装することができるようになっている。
【００２１】
【実施例】
高炭素フェロボロンを各種材質の坩堝を有する真空高周波誘導加熱炉（図１に示す）内に装入し、本発明にしたがって脱炭処理を行って低炭素フェロボロンを溶製した。操業条件は表２に示すとおりであり、得られた製品の分析値は表３に示すとおりであった。表３に示すように本発明例ではほう素を酸化することなく、脱炭を行うことができた。
【００２２】
【表２】
0004132917.tif 000003
【００２３】
【表３】
0004132917.tif 000004
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、高炭素フェロボロンを出発原料として、炭素含有量の極めて低い低炭素フェロボロンを極めて経済的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を実施する代表的な装置の模式図である。
【符号の説明】
１：真空槽
２：耐火物ライニング
３：水冷溶解用コイル
４：高周波誘導電気炉
５：溶湯
６：タンディッシュ
７：鋳型
８：真空ポンプ
９：不活性ガスタンク
１０：追装タンク
【図１】
0004132917.tif 000005