JPS6013050B2 - 銅基合金の溶解方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は２乃至１２％のアルミニウムを含有する銅基合
金を溶解するための改良された方法に係る。

本質的には、本方法は溶融体保護対策を礎じて溶解処理
を容易にするのに溶融溶剤層を利用する。本発明の方法
は前記鋼基合金の追加量を溶融体へ送り込むのを容易に
しかつドロスの生成を最低限にする結果をもたらす。溶
融塩溶剤層は本質的には塩化カリウムと塩化ナトリウム
との混合体から成って、該溶剤層の組成は、同溶剤層の
融点、流動性乃び化学的活性が問題の合金の溶解特性と
調和するような組成である。銅及び銅合金を炭素質被覆
層で覆って溶解するのは工業界に確立されている方法で
ある。

工業界で支配的に使用されている被覆層は単独にかまた
は組合わされているかの何れかの木炭、グラフアィトま
たはランプブラック（無定形純粋炭素）から成っている
。これらの被覆層は普通の炉用耐火材に対して本質的に
は不活性であり、溶解作業中に溶融俗を過度に酸化しな
いように保護し、かつ溶融体表面から熱が過度に損失す
るのを防ぐ。その上、被覆層の選択如何によっては炭素
「酸素及び水素の如き浸入型不純物がある程度制御され
る。前述された被覆層は全範囲の銅基合金の溶解に広く
使用されるに至っている。

然し、これらの被覆層の使用に関しては、これら粒状炭
素質被覆藩中に溶解中に生成されるドロスが同伴される
ことに関して数多の欠点がある。これらのドロスの同伴
は還元性元素、特に、強固な酸化物皮膜を形成するアル
ミニウムを含有する合金に於いて特に明白である。特性
として、アルミニウム酸化物は粒状物質を総べて濡らし
かつ取り込み、従ってド。スと被覆層の集合体の形成を
促進する。被覆層と溶解中に生成されるドロスとの機械
的相互作用は溶傷中に追加合金の装入量を送り込むのを
阻害する。それ故に溶解の進むに従って、処理効率は益
益低下して溶解損失を大きくしかつ溶け落ち時間を長く
する。更にまた、溶解後に除去されるドロスが顕著な金
属損失となるような非常に多量の金属を含有することに
なるように、金属がドロス−被覆層混合体内に、いまい
ま取り込まれることになる。こうした事実ま、処女原料
から合金を造る時に予想される低歩蟹りを埋め合わせる
のに余分の追加装入を必要とする。塩の溶剤層は、米国
特許第３８２３０１３号、米国特許第３７弦８６７号、
東ドイツ国特許第１５４２６号及びフランス国特許第１
１９７１９び影こ提唱されている合金の如き種々の合金
に対して提唱されている。

これらの処理に関しては、塩溶剤及びその複合体のコス
トを上昇させるような実質的量の追加成分を含むような
数多の欠点がある。従って、著るしく改良された性能特
性を具えることになる安価な溶剤材料を利用して銅基合
金を溶解するのに高い費用のかからない効率的方法を提
供する必要がある。

重要なのは、こうした改良が炉用耐火物の劣化を早めた
り、または費用を著るしく高くするような濠性を払った
上で達成されてはならないということを認識することで
ある。従って、アルミニウム含有鋼基合金を溶解するの
に商業上容易に使用することができ、際立つや技術的改
良をもたらし、かつ炉用耐火材を侵かすことないこ溶解
性能を向上させる比較的費用のかからない方法を提供す
ることが商業上大いに必要である。従って、本発明の主
要な目的は２乃至１２％のアルミニウムを含有する銅基
合金を溶解するための改良された方法を提供するにある
。

高い費用を要することなく便宜に利用されかつ炉用耐火
材を侵かすことないこ溶解性能を向上させる上記の如き
改良された方法を提供するのも本発明の目的である。

本発明のその他の目的及び利点は以下の説明に於いて明
らかになる。

次に、本発明の概要が説明される。

本発明に従って現在判明しているのは、２乃至１２％の
アルミニウムを含有する鋼基合金を溶解するための改良
された方法が提供されて、在釆技術の欠点を克服するこ
とである。

本発明によれば、銅基合金の溶融体が本質的には２乃至
１２％のアルミニウムと残部銅を含有して準備される。
その溶融体は、本質的には重量で１０乃至９０％の塩化
カリウムと、重量で１０乃至９０％の塩化ナトリウムと
重量で５％禾満のその他の材料から成り、６６０乃至８
００つ０、の融点を有する溶融塩の本質的に連続した溶
剤層で覆われる。前記鋼合金の追加量は溶剤層を通して
溶融体に添加される。本発明の好適実施例には、前記溶
融金属体の末端部即ちヒール（ｈｅｅｌ）が設けられて
、該末端部が前記溶剤の被覆層によって覆われ、前記鋼
基合金の追加量は前記の溶剤層を通して前記末端部に添
加される。次に本発明の細部を説明する。本発明は２乃
至１２％のアルミニウムを含有する銅合金、特に、２〜
９．５けのアルミニウムを含有して残部が本質的には銅
である銅基合金を溶解することに係る。

本発明に従って処理されるこれらの合金は、勿論、特に
望ましい結果を得るために添加される量の添加材料を含
有しても購わない。従って、本発明の方法は３０％まで
の亜鉛、１０％までのニッケル、１５％までのマンガン
、３％までのけし、素を含有しかつ結晶微細化元素とし
て、０．００１乃至５．０％の鉄、０．００１乃至１％
のクロム、０．００１乃至１％のジルコン、０．００１
乃至５．０％のコバルト及びこれらの元素の混合体の群
から選択された元素を含有する銅合金に適用可能である
、当然、０．００１％の何れの上記添加剤が採用されて
も構わない。本発明の方法に使用されるのに特に適する
合金としてはＣＤＡ合金６３８及びＣＤＡ合金６８８が
ある。当然、その他の添加剤及び不純物が問題の特定合
金に応じて存在しても構わない。本発明によれば、本質
的には１０乃至９の重量％の塩化カリウムと１０乃至９
の重量％の塩化ナトリウムとから成り、好ましくは各々
が３０乃至７０％のこれらの材料を含有する熔融塩の溶
剤層が設けられる。

これらの塩は在釆炭素質カバーとほとんど同じに、市場
で妥当な価格で容易に入手可能であり、かつ固体の形で
容易に適用される。これらの塩は容易に溶解されること
ができて、液状層を装入体上に形成する。本発明によれ
ば、好適なのは、みぞ形譲導炉内で溶解する時などに、
溶融塩のこの層によって覆われることのできる溶融金属
の少量則ち末端部を設けることである。あるいはまた、
塩材料を最初に溶解することができ、かつ鋼合金はガス
焚きまたは油焚きるつぼ炉に於ける如く、この最初に溶
解された塩の下にあって溶解されることができる。更に
他の代替方法はコアレス（無心）誘導炉またはガス焚き
または油焚きるつぼ炉に於ける如く塩を最初の菱入金属
と共に溶解することである。その後の溶解は塩の溶剤層
を経て溶融合金浴中へ供野合する固体金属袋入量を通過
させることによって進められても構わない。本発明の方
法によれば、以上に説明された方法がアルミニウム含有
鋼合金を溶解するのに商業的処理の能力を在来方法に較
べて著るしく改善することが認められている。この改善
は成生されるドロス量の減少、速められた溶落ちサイク
ル、及び実質的に高められた溶融金属の清浄度を含んだ
複数の特徴に由来する。これらの特徴の原因は総べて本
発明の方法に使用される塩の特定の特徴、及び本発明の
方法の処理方法にある。従って、例えば、溶融合金末端
部としての量の溶融合金と合金菱入材との間に存在する
本質的には連続した溶剤層は、進入してくる装入金属の
酸化を最低限にする熱絶縁壁になる。この事実は装入量
溶解後のドロス生成を少くし、かつその上、装入金属が
溶融浴と接触する以前に塩層を通過するようにさせ、そ
の結果、袋入金属の表面汚染物質が清浄化されることに
なる。それらの汚染物質は次いで溶融格へ進入するより
は塩中に分散されるかまたは溶解される。ドロス生成が
少くされる結果を伴なうように溶解処理が改善されるこ
とにより、ドロスに未溶融菱入金属が同伴されるのは最
低限にされ、従って金属回収率が高められると共に溶解
損失が少〈されることになる。以上に説明された改善は
、ィンゴットを処女元素材料及び細かく粉砕された袋入
スクラップ材の双方かる造る時に達成される。本発明の
方法の特定利点は、金属スクラップ装入材を使用する時
に得られる。

その利点は装入材料上に存在する元素の表面酸化物に対
する高度の反応性及びその結果同酸化物に生ずる崩解つ
まりアンダーマイニング（肌ｐｅｎｎｉｎｉｎｇ）及び
剥離に由来する。溶融塩層によるこれらの酸化物の相互
作用及び取り込みは、溶融体にこれらの酸化物が分散す
るのを防ぎかつ従って次に処理される固体合金に有害な
影響を及ぼすのを防ぐ。本発明によれば、以上に説明さ
れた利点は既述された塩化ナトリウム・塩化カリウム混
合体を使用して容易に得られることができる。

本発明の好適な実施方法によれば既述された塩混合体は
鋳造されるべき特定材料の所要条件に応じて、純鋼材料
から成ってもまたは銅基合金から成っているかに拘らず
溶融金属末端部に量を調整されて添加される。スクラッ
プまたは添加合金元素成分は溶融塩を通して炉中に装入
され、それによって装入量を溶解する。前記サイクル全
体に亘って、溶融塩は本質的には連続した溶剤層になっ
て溶融金属体を覆うべきであり、かつ妥当な流動性を有
するべきである。溶解過程の終りに、溶剤材料は溶融体
の頂上から容易に除律されることができる。この事情は
、除淫が望ましい処理である場合には、特に有意義であ
る。当然、溶融金属は、必要に応じ出湯口から取出され
ることができる。本発明によれば、溶解されるべき装入
量の４５キログラム（１００ポンドＺ当りに４５グラム
乃至１．３５キログラム（０．１乃至３ポンド）の溶剤
材料が使用される。

その上、溶剤は６６０乃至８００３０、の融点を有すべ
きである。好適実施例には２２５乃至６７５グラム（０
．５乃至１．５ポンド）の溶剤が４５キログラム（１０
０ポンド）の金属装入量当りに採用されて、溶剤の好適
融点は各成分を３０乃至７０％使用する好適混合体に対
応して６６０乃至７５０つ０である。判明しているのは
、前記パラメータが装入量の溶解を促進するのに十分な
流動性を有する適切な量の溶剤層を提供することである
。そのほかに、溶解過程の終りに、上記溶剤層は必要に
応じ同伴ドロス、異物材料、ちり及び酸化物皮膜を含め
て溶融材料の表面から容易に除淫されることができる。
特に好まれるのは、融点が６６０ｏｏで約５０％の塩化
カリウムと５０％の塩化ナトリウムとを有する共晶混合
体を利用することである。前記範囲外の溶剤混合体は溶
解効率を低下させるか、溶解過程を経て−部狼費される
か〜 または除淫され難いかの何れかであることが判明
している。

８００００よりも高い融点範囲を有する塩材料は処理の
終り頃に、特に炉の周縁へ溶融体表面が近づくに従って
溶解を阻害する。

排出空気の冷却効果はこれらの高融点混合体を凝固させ
かつ溶融を妨害しかつ除蓬を妨げる。上述されたのより
も低い融点を有する塩組成が本技術分野に知られている
。こうした組成はその他の、塩化リチウム、塩化亜鉛、
塩化アルミニウム、塩化バリウムの如き塩の実質的量を
含んでも構わない。これらの材料が添加されれば、概し
て費用が上昇しかつ作業の安全が阻害される。上記の如
き添加剤は、炉内雰囲気中に存在する水蒸気と容易に化
合することができて、塩化水素煙霧を生成する。塩化バ
リウム煙霧は作業員の神経系に悪影響を及ぼすので望ま
しくない。従って、その他の材料は重量の５％よりも少
い量のみを利用することにより箸るしく改善された結果
を得られるのが本発明の方法お特定の利点である。当然
、使用される特定の炉の特性、装入量の補給等に起因し
て、本発明の方法にはある程度の可変性が予期される。

本発明に従って特に望ましいのは、溶剤が容易に除遅さ
れるように改善するために、溶解の終りに、特に、溶解
過程の終りに一部の溶剤材料を除去した後に、ヒル石の
如凝集剤を溶剤材料に添加することである。従って、本
発明の方法によれば、２乃至１２％のアルミニウムを含
有する銅基合金の溶解に重要な利点が付与される。

本発明の方法に利用される塩溶剤混合体は上記合金に特
に適している。これらの塩混合体の融点は、同混合体が
溶解処理全体に亘つて溶融されたままの状態にあっても
過度に煙霧を発生きなし、ようになっている点で、これ
らの合金の特性に関して特に有効である。本発明の方法
は、大容量の非常に細かいスクラップを再溶解すべき時
に特に有益である。特に注目されるべきは、炉の普通の
高アルミナ耐火材に有害な影響を及ぼさない溶融ハロゲ
ン化物を使用することによって本発明の利点が得られる
ことである。本発明の以上に説明された諸利点は以下の
典型的実施例を参照すれば一層容易に理解される。

比較例 １ＣＤＡ合金６８８（２３％が亜鉛、３．５％
がアルミニウム、０．４％がコバルト、残りが銅）の細
かいスクラップ４．５キログラム（１０ポンド）が謙導
炉に装入されて溶解された、るつぼの底に溶融末端部が
形成された後に、グリーンチャーコール（鱗ｅｅｎｃｈ
ａｒｃｏａｌ）の被覆層が施され、かつ残りの装入量が
この被覆層を通して末端部へ送り込まれた。

溶解が進行するに従ってドロスが段々多くたまって、進
入する装入スクラップの送り込みを妨げることが判った
、次いで、溶解を完了させるために、袋入スクラップは
このチヤーコール・ドロス混合層を通過し手動で押込ま
なければならなかった。この時点に於いて、残存する被
覆層とドロスは溶融体の表面から除淫されかつィンゴッ
トが鋳造された。回収されたィンゴット及びドロスの重
量を装入量の重量と比較して、１２％の溶解損失の生じ
たことが判明した。実施例 １ 比較例１と同じ手順によって、ＣＤＡ合金銃遼の細かい
スクラップ４．５キログラム（１０ポンド）が挿入され
て、等量の塩化ナトリウムと塩化カリウムから成る溶融
塩溶剤層の下で溶解された。

前記銅合金の溶融末端部が形成されかつ塩溶剤層が添加
された後に、前記塩溶剤層を通過して添加されたスクラ
ップの溶解が、手動補助を更に必要とすることないこ進
められた。使用された溶剤の全量は４５グラム（０．１
ポンド）、即ち４５キログラム（１００ポンド）の袋入
金属当りに塩４５０グラム（１ポンド）であった。溶解
過程の終りに、同伴グラムを含めて溶剤は溶融体の表面
から除律され、かつィンゴットが鋳造されて、２．５％
の金属損失を生じた。比較例 ０ 比較例１と同じ手順によって、ＣＤＡ合金６斑（３％が
アルミニウム、２％がけし、素、０．４％がコバルト、
残りが銅）の細かいスクラップ４．５キログラム（１０
ポンド）が袋入されて、在来のグラファィト被覆層の下
で溶解された。

ドロスが多量に発生したので、溶解は手動補助をかりて
はじめて完了させられることができ、また１０．１％の
溶解損失を生じた。実施例 ０ 実施例１に於ける如く等量の塩化ナトリウムと塩化カリ
ウムとから成る溶融塩被覆層の下で溶解されるＣＤＡ合
金６３８の４．５キログラム（１０ポンド）の装入量を
使用して、比較例１の手順が繰返された。

溶解が難なく進められ、同伴ドロスを含めて塩溶剤層が
除去され、かつィンゴットが鋳造されて１．１％の溶解
損失が生じた。比較例 ｍ ＣＤＡ合金６機のクラップ４５００キログラム（１００
００ポンドＺが木炭被覆層を使用するみぞ形誘導炉内に
装入された。

その被覆層はその炉へスクラップを装入するのに先立っ
て、６７５キログラム（１５００ポンド）の溶融合金末
端部に施された。前記菱入量の最初の半分を溶解した後
に、溶解を中断しなければならなかった。大容積のドロ
スが生成されて、除遅された。溶解を再開すると、更に
ドロスが生成されかっこの処理を確実に完了するには手
動補助が絶えず必要があった。生成されたドロスには大
きい割合の未溶解装入物が同伴含有されていた。２２５
０００キログラム（５０００００ポンド）以上がこの方
法で溶解されて１０％までの溶解損失が経験された。

実施例 ｍ ＣＤＡ合金６８８のスクラップ４５００キログラム（１
００００ポンド）が、等量の塩化ナトリウムと塩化カリ
ウムとから成る溶融塩溶剤層を用いて、実施例Ｖに使用
したみぞ形誘導炉内に装入されて溶解された。

その塩混合体は４５キログラム（１００ポンド）の袋入
量当りに４５０グラム（１ポンド）の割合で溶融末端部
に施され、かつ追加菱入材は次いでこの塩溶剤層を通し
て炉内へ添加された。２２５０００キログラム（５００
０００ポンド）の溶解に対して典型的な溶解損失は約５
％であった。

その上、４５００キログラム（１００００ポンド）の袋
入材を溶解するのに要した時間は実施例Ｖに於ける従来
技術の炭素質被覆層に就いて観察された時間の３分の１
に短縮された。実施例 Ｗ ＣＤＡ合金球紙のスクラップの装入量４５００キログラ
ム（１００００ポンド）が、全体が塩化ナトリウムのみ
から成る溶融塩溶剤層を使用して実施例Ｖと同機にして
溶解された。

その塩化ナトリウムは４５キログラム（１００ポンド）
の菱入村に対し４５０グラム（１ポンド）の割合で溶融
末端部に施され、続いて追加袋入材炉に添加された。こ
の装入量は在来の炭素質被覆層に就いて観察された時間
の約３分の１の時間で難なく溶解されたが手動補助が必
要であった。然し、溶解の完了した時に、塩溶剤層は炉
の排出装置に起因する一層の熱損失により同カバーが硬
い固体層にさせられる点まで厚くされた。この層はジャ
ックナンマの助けをかりてしか除去することができなか
った。本発明は、本発明の精神または本質的特性から逸
脱することないこ、その他の形態にして具現されてもま
たはその他の方法で実施されても構わない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ （Ａ） ２％から１２％までのアルミニウムを含有
   する２元および３元以上の銅基合金の溶融体を準備し；
   （Ｂ） 主として１０％から９０重量％までの塩化カリ
   ウムと、１０％から９０重量％までの塩化ナトリウムと
   、５重量％よりも少いその他の材料とから成り６６０℃
   から８００℃までの融点を有する溶融塩の本質的に連続
   した溶剤層によつて前記溶融体を覆い；かつ（Ｃ） 前
   記銅合金の追加量を前記溶剤層を通して前記溶融体に加
   えそれにより該追加量を溶融させる；諾工程を包含し、
   従つてドロスの量が少くされ、溶融金属の清浄度が高め
   られかつ金属損失が少くされることを特徴とする２％か
   ら１２％までのアルミニウムを含有する２元および３元
   以上の多元銅基合金の溶解方法。 ２ 特許請求の範囲第１項の方法に於いて、前記溶融塩
   が主として３０％から７０％までの塩化カリウムと、３
   ０％から７０％までの塩化ナトリウムとから成る前記溶
   解方法。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項の方法に於いて
   、金属溶融体の末端部が設けられ、前記末端部が前記溶
   融塩の溶剤被覆層によつて覆われ、かつ前記溶融銅合金
   の追加量が前記溶剤被覆層を通して前記末端部に加えら
   れる前記方法。 ４ 特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか一
   つの項に記載の方法に於いて、前記溶融塩の前記溶剤層
   が前記溶融体から同伴される材料を含めて前記溶融体か
   ら除去される前記方法。 ５ 特許請求の範囲第１項から第４項までの何れか一つ
   の項に記載の方法に於いて、前記溶融塩は５０％の塩化
   カリウムと５０％塩化ナトリウムとから成る組成を有す
   る共晶混合体である前記方法。 ６ 特許請求の範囲第１項から第４項までの何れか一つ
   項に記載の方法に於いて、４５グラム乃至１．３５キロ
   グラム（０．１乃至３ポンド）の塩が４５キログラム（
   １００ポンド）の金属装入量当りに使用される前記方法
   。 ７ 特許請求の範囲第６項の方法に於いて、２２５乃至
   ６７５グラム（０．５乃至１．５ポンド）の塩が４５キ
   ログラム（１００ポンド）の金属装入量当りに使用され
   る前記方法。 ８ 特許請求の範囲第１項から第４項までの何れか一つ
   の項に記載の方法に於いて、前記塩が６６０乃至７５０
   ℃、の融点を有する前記方法。 ９ 特許請求の範囲第１項から第４項までの何れか一つ
   の項に記載の方法に於いて前記溶融塩の溶剤層が前記溶
   融体から除滓される前記方法。 １０ 特許請求の範囲第９項の方法に於いて、前記塩の
   除去がひる石の添加によつて助けられる前記方法。