JPS6232251B2 - - Google Patents
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- JPS6232251B2 JPS6232251B2 JP14533083A JP14533083A JPS6232251B2 JP S6232251 B2 JPS6232251 B2 JP S6232251B2 JP 14533083 A JP14533083 A JP 14533083A JP 14533083 A JP14533083 A JP 14533083A JP S6232251 B2 JPS6232251 B2 JP S6232251B2
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Description
この発明は、金属クロム又はアルミニウム・バ
ナジウム合金等の金属合金をテルミツト法で製造
する方法に関し、更に詳述すれば、金属合金中の
酸素、窒素又は不純物アルミニウム等の不純物含
有量が低く、アルミニウム等の偏析が小さい鋳塊
が高歩留まりで得られる金属合金の製造方法を提
案するものである。
金属クロム(以下、金属Crと略す)の製造方
法として、テルミツト法(乾式精錬法)と電解法
(湿式精錬法)がある。テルミツト法は、酸化ク
ロム(Cr2O3)に、還元剤としてアルミニウム
(Al)を配合し、更に塩素酸ソーダ等の酸化剤及
び生石灰等の造滓剤を添加した原料に着火させて
反応させ、酸化物をAlにより還元して金属Crを
得る方法である。而して、原料の酸化クロム又は
Alにはケイ素(Si)、鉄(Fe)又は硫黄(S)等
の不純物が含まれており、また反応時にAl、酸
素(O)又は窒素(N)等の不純物がとり込まれ
るため、金属Cr製品中には、Al、O及びNが
夫々0.1乃至0.3重量%、0.08重量%及び0.06重量
%とかなり高濃度で存在し、品質上問題がある。
一方、電解法は、高炭素フエロクロム又はクロ
ム鉱石を硫酸に溶解してCr、Feを抽出し、さら
にCrだけを明ばんとして精製した後、電解して
金属Crを得る方法である。この方法において
も、製品中にOが0.4乃至0.5%と極めて高濃度で
存在するという欠点がある。
従つて、不純物濃度が低く高品質の金属Crを
得るためには、従来は、テルミツト法又は電解法
により得た粗金属を粉砕して粒子又は別粒子状に
し、これを真空又は水素ガス中で1000乃至1500℃
に加熱して脱ガス処理を行うか、又はこの粗金属
を消耗電極としてアルゴンガス雰囲気下のもとに
エレクトロスラグ再溶解する必要がある。この精
製後処理における再加熱のために電力を消費し、
設備費が高いという難点があり、しかもこの後処
理工程のためにハンドリングロスがあつて製品歩
留りが悪く、製造コストが高いという欠点があ
る。
一方、Ti―6Al―4Vのようなチタン合金の溶製
には、Alを50%又は60%含有するAl―V母合金
がAl及びバナジウム(V)の添加剤として使用
されている。そして、このAl―V母合金は、通
常テルミツト法により製造される。つまり、V酸
化物、Al及び生石灰を混合した原料に着火して
反応させ、その反応熱により溶融させる。次い
で、反応終了後、炉内でメタルとスラグとを比重
分離し、そのまま冷却凝固させて鋳塊を得、スラ
グを研削除去した後サイジングして製品化する
か、又は溶融スラグを分離除去した後、溶融メタ
ルを鋳造して製品化する。ところで、Alの融点
とVの融点との差が大きいため、Al―V合金の
鋳塊には成分偏析及び巣(ブローホール)が発生
し易すく、また大気中の酸素及び窒素ガスによつ
て酸化及び窒化され易すく鋳塊の表面全体に酸化
被膜等が厚く生成する。このため、Al―V母合
金として製品化するために、鋳塊の巣の部分及び
酸化被膜の部分を機械的又は化学的に除去して清
浄度及び均一性を高める必要がある。この後処理
工程のために製造コストが上昇し、製品歩留りが
低下するという欠点がある。しかも、巣及び酸化
被膜を除去した後においても、なおO及びNはい
ずれも0.05重量%以上含有されており、品質上問
題がある。
この発明は斯かる事情に鑑みてなされたもので
あつて、脱ガス処理、エレクトロスラグ再溶解、
機械加工又は化学的処理等の後処理を行うことな
く、不純物濃度が低く、偏析及び酸化被膜が少な
く、清浄度が優れた鋳塊を高歩留りで得ることが
できるテルミツト法による金属合金の製造方法を
提供することを目的とする。
この発明に係るテルミツト法による金属合金の
製造方法は、酸化物をアルミニウムにより還元す
るテルミツト法による金属合金の製造方法におい
て、酸化物及びアルミニウムを反応炉に装入し、
これらを着火させて少なくともその一部を融解さ
せ、この溶融物中にガスを吹き込んで撹拌するこ
とを特徴とする。即ち、この発明は、酸化物とア
ルミニウムとをテルミツト法により反応させ、溶
融させた後、溶融物中にガスを吹込んで撹拌する
ことに特徴がある。この撹拌ガスとしては、通
常、Arガス等の不活性ガスが使用され、例えば
反応炉底部の近傍に設けたノズルから溶融物中に
吹き込まれる。撹拌期間は反応の終了直前、反応
の終了直後又は反応の終了前後に亘る期間のいず
れでもよい。未反応物及び未溶融物を含む溶融メ
タルと溶融スラグの混合溶融物中にガスを吹き込
んで強撹拌することにより、一部未反応で残存し
ている酸化物とアルミニウムとの接触が図られ、
反応が促進されて迅速に反応の終結に至ると共
に、反応終了後にガスを溶融物中に導入すること
により、吹込まれたガスの気泡が溶融メタル中を
浮上する際に、溶融メタル中に残留している非金
属介在物及びメタルの冷却過程で発生するガスが
吹込ガスの気泡に巻き込まれて浮上が促進され、
迅速にスラグ中に排出される。
以下、本発明方法について、その実施に使用す
る装置の一例を示す図面を参照して具体的に説明
する。第1図は反応炉1の縦断面図を示す。反応
炉1の側壁下部には複数個のノズル2がその長手
方向を略々水平にして設置されており、これらの
ノズル2はArガス又はO2ガス等のガス供給源に
接続されている。
先ず、金属Crの製造方法について説明する。
テルミツト法による従来の製造方法と同様に、酸
化クロム等の酸化物、アルミニウム並びに必要に
応じて塩素酸ソーダ等の酸化剤及び生石灰等の造
滓剤を所定量配合し、混合器で混合した後、反応
炉1に装入する。この原料は通常粉体であるか
ら、装入時にはノズル2にArガス等の不活性ガ
スを少量通流させてノズル詰りを防止し、装入後
においてもノズル2からArガスを装入物中に導
入して装入物中のエアーパージを行う。
次に、原料を着火させて反応を開始させ、同時
にノズル2から炉内に導入されるArガスの流量
を増加させる。これは、着火により原料が溶融
し、ノズル詰りが生じやすくなるからであり、従
つて、このときのArガスの吹込量は溶湯の逆流
によりノズル詰りが生じない程度の流量に設定す
ればよい。
而して、原料の着火により、反応(主として
Cr2O3とAlとの反応)が開始され、Alにより還元
されて金属Crが生成する。また、このときに発
生する反応熱によつて装入物が溶融メタル3と溶
融スラグ4に溶融する。このように、装入物の少
なくとも一部が溶融した後、ノズル2から装入物
中に吹き込まれているArガス等の不活性ガスの
流量を増加させて溶融メタル3及び溶融スラグ4
を強撹拌する。この強撹拌によつて、未反応で残
留しているクロム酸化物と還元剤のアルミニウム
との接触が十分に且つ均一になされ、反応が促進
されて未反応のままスラグに移行してしまうCr
が減少してクロム収率が向上すると共に、迅速に
反応が終了する。また、溶融メタルに溶存してい
るCr2O3又はAl2O3等の非金属介在物の浮上が吹
込まれた不活性ガスの気泡によつて促進され、溶
融メタル中のO及びAlの濃度が低下する。ま
た、不活性ガスの吹込により溶融物は不活性ガス
の雰囲気下におかれ、大気中の窒素ガスによる汚
染から保護されるので、溶融メタル中のNの濃度
が低下する。
不活性ガスによる撹拌は反応の終了直前又は終
了直後から1乃至2分間行う。この発明において
はノズル2から不活性ガスを高速度で装入物中に
吐出させ、その強力な吐出エネルギーによつて装
入物を強撹拌することにより、反応の促進と非金
属介在物の浮上の促進とを図るものであるから、
この不活性ガスの吹込量がこの発明の目的を達成
する上で重要な要素を占める。本願発明者等が
種々の実験及び研究を重ねた結果、不活性ガスの
吹込量を、標準状態に換算した流速Vで
200Nm/秒以上又は標準状態に換算した流量L
で溶融物(溶融メタル及び溶融スラグ)1Kg当り
0.15Nl/分以上にすることにより、極めて優れた
効果を奏することが判明した。このようにして強
撹拌することにより、金属Cr製品のO及びNの
濃度は夫々0.05重量%及び0.04重量%となり、従
来の製品に比して30乃至40%程度低い。また、
Alの濃度は0.07乃至0.10重量%と従来の製品に比
して0.03乃至0.2重量%も低下し、鋳塊内のAl濃
度のばらつきも従来の製品におけるばらつきの
1/2〜1/3と極めて低い。
強撹拌後、吹込ガスの流量を減少させ、1時間
程ガスの吹込みを継続させる。このガス流量はノ
ズル詰りを防止するためであり、この間に溶融物
の凝固が進行する。そして、鋳塊表面の凝固殻が
生成した後、ガス流量を原料の装入時の流量に更
に低下させてガスの吹込みを継続しつつ、鋳塊を
冷却して完全に凝固させる。この吹込ガスは鋳塊
と反応炉内面との間を通流して離散する。このよ
うに鋳塊冷却時においてもノズルを介して不活性
ガスを吹込むのは、高温の鋳塊表面を不活性ガス
で被覆することにより、鋳塊表面の酸化及び窒化
を防止するためである。
なお、不純物Al濃度が一層低下した金属Cr製
品を得るためには、上述の如くしてノズル2を介
して吹き込まれるガスとして、不活性ガスの替り
に、不活性ガスと酸素ガス又は酸素含有ガスとの
混合ガスを使用すればよい。特に、溶融物の撹拌
過程においてこの混合ガスを使用することによ
り、溶融メタル中の未反応のAlが吹込ガス中の
酸素ガスと反応してAl2O3となり、溶融メタル中
を浮上してスラグ中に移行する。これによつて、
Al濃度が0.07重量%以下の金属Crを製造するこ
とができる。
また、以下の如くして不活性ガス雰囲気下で上
述の各処理を行うことにより、不純物N濃度が一
層低下した金属Cr製品を得ることができる。第
2図はハウジング5内に収納設置された反応炉1
の縦断面図を示す。ハウジング5は本体6と蓋体
7とからなり、本体6内に反応炉1を設置した
後、本体6と蓋体7とをゴムパツキン8を介して
密閉し、押え金具9により両者を固定する。本体
6の側壁にはガス供給口13及びガス排出口14
が設けられており、ハウジング5内にArガス等
の不活性ガスを導入し、ハウジング5内を不活性
ガスで充填させることができるようになつてい
る。反応炉1に設置されたノズル2は、供給パイ
プ15を介して、Arガス又はO2ガス等のガス供
給源に接続されている。一方、蓋体7の上面中央
には、ガス噴出口が穿設されており、このガス噴
出口には蓋板10がゴムパツキン11を介して押
え金具12により固定されていて、蓋板10によ
りハウジング5が密閉されるようになつている。
なお、このハウジング5は鋳塊の冷却速度を高め
るために、水冷ジヤケツト構造にするのが好まし
い。
先ず、原料を配合し混合して反応炉1に装入し
た後、反応炉1を本体6に設置し、ノズル2と供
給パイプ15とを連結した後、蓋体7を本体6上
に載置して封密的に固定する。ガス供給口13を
介して不活性ガス、例えばArガスをハウジング
5内に導入し、ガス排出口14を介してハウジン
グ5内の空気を排出させることにより、ハウジン
グ5内をArガスで置換する。この置換作業と併
行して反応炉1内の原料にノズル2を介してAr
ガスを吹込み、原料のエアパージを行う。置換作
業はガス排出口14から排出される排出ガス中の
酸素濃度を検出しつつ行い、酸素濃度が例えば3
容量%以下に低下したときに置換作業を終了す
る。
置換作業の終了後、蓋板10を開けて反応炉1
内の原料に着火し、反応を開始させ、前述と同様
にして、ノズル2を介して吹込まれた不活性ガス
により溶融物を撹拌する。なお、この間、ハウジ
ング5内へのArガスの導入は継続してなされ、
反応及び撹拌期間中、反応炉1内の装入物は不活
性ガス雰囲気下に保持される。
撹拌終了後、前述の如く、溶融物へのガス吹込
量を低下させて冷却過程に入り、同時にガス排出
口の蓋板10を閉じる。ガス供給口13からは、
ハウジング5内を10mmH2O程度の圧力に保持でき
る量のArガスを供給しつつ、鋳塊を冷却させ
る。
このようにして不活性ガス雰囲気下で金属Cr
を製造することにより、N濃度が0.010重量%以
下である極めて低N濃度の金属Cr製品が得ら
れ、またAlの偏析がなく均一性に優れた鋳塊が
得られる。なお、本願発明者等の実験によれば、
ガス排出口14から排出される排出ガス中のO濃
度が3容量%を超えると、N濃度が0.010重量%
以下の金属Crを得ることが困難になるので、原
料の着火に先立ち、ハウジング5内を十分にAr
ガスで置換することが好ましい。
次に、Al―V母合金の製造方法について説明
する。母合金の所望の組成を得るのに必要な量の
Vを含むバナジウム化合物(五酸化バナジウム又
はヘキサバナジン酸ソーダ等)と、このバナジウ
ム化合物の還元に必要な量のAlと、母合金の所
望の組成を得るのに必要な量のAlと、生石灰等
の適量の造滓剤とを配合し、この原料を混合す
る。そして、金属Crの製造の場合と同様の方法
で、装入・エアパージ、着火、反応、撹拌及び冷
却の各工程を実施してAl―V母合金を製造す
る。なお、装入物の撹拌に際しては、不活性ガス
の吹込量を200Nm/秒以上及び/又は溶融物1
Kg当り0.15Nl/分以上に設定することが好まし
い。これにより、Al―V母合金製品のO濃度及
びN濃度はいずれも0.03重量%程度となり、従来
のテルミツト法によるAl―V母合金製品に比し
て約40%低値のO濃度及びN濃度を有するAl―
V母合金が得られる。また、鋳塊内のAl偏析は
従来品に比して軽減され、更に、鋳塊内部の巣の
発生は抑制され、鋳塊表面の酸化被膜の生成は極
めて少ない。更にまた、製品後処理は極めて軽度
で足りるので、清浄部鋳塊歩留り〔(清浄部鋳塊
重量)/(生成鋳塊重量)〕は従来のものに比し
て15乃至20%向上する。
このように溶融物を強撹拌することによつて製
品品質及び歩留りが向上する理由は、金属Crの
製造の場合と同様である。つまり、不活性ガスの
吹込みによる強撹拌によつて、残留している未反
応のバナジウム化合物とアルミニウムとの接触が
十分になされ、反応が促進されて、未反応のまま
溶融スラグ中に移行するVが減少することによつ
て鋳塊のVの歩留りが向上する。また、スラグに
移行せず酸化物として溶融メタル中に溶存してい
る非金属介在物及び冷却過程でメタルから発生す
るガスが、吹込まれた不活性ガスの気泡に巻き込
まれて浮上が促進されるため、製品のO濃度が低
下し、鋳塊の巣の発生が抑制される。更に、不活
性ガスの吹込みにより溶融物の表面が不活性ガス
によつて保護され、大気中の窒素ガスによる汚染
が減少し、製品のN濃度が従来法によるAl―V
母合金製品のN濃度に比して低下するが、高純度
チタン合金添加用のAl―V母合金等、O及びN
濃度が一層低い製品を得るためには、前述と同様
にして不活性ガス雰囲気下で各工程を実施すれば
よい。これにより、O及びN濃度がいずれも
0.010重量%以下の高純度母合金を製造すること
ができる。この場合においても、製品のO及びN
濃度を0.010重量%以下にするためには、ハウジ
ング内の残存O濃度(排出ガス中のO濃度)を3
容量%以下にすることが好ましい。
次に、この発明の実施例についてその効果と共
に説明する。実施例1乃至4は、金属Crの製造
についてのものであり、いずれも原料配合量は、
酸化クロム、Al、塩素酸ソーダ及び生石灰が
夫々3130Kg、1242Kg、276Kg及び76Kgである。反
応炉1の内面はマグネシアクリンカーでライニン
グしてあり、内のり及び高さが、夫々1500mmφ及
び2300mmである。また、反応炉1の側壁には、下
端から2cm離れた位置に、内径3mmφのステンレ
ス製のガス吹込ノズル2が10本装着されている。
The present invention relates to a method for producing metal alloys such as metal chromium or aluminum-vanadium alloys by the thermite method. More specifically, the present invention relates to a method for producing metal alloys such as metal chromium or aluminum vanadium alloys by the thermite method. This paper proposes a method for producing metal alloys that can produce ingots with low segregation at a high yield. There are two methods for producing metallic chromium (hereinafter abbreviated as metallic Cr): thermite method (pyrometallurgical refining method) and electrolytic method (hydro-refining method). The Thermite method involves mixing chromium oxide (Cr 2 O 3 ) with aluminum (Al) as a reducing agent, and adding an oxidizing agent such as sodium chlorate and a slag-forming agent such as quicklime, and then igniting the raw material to cause a reaction. , is a method to obtain metal Cr by reducing an oxide with Al. Therefore, the raw material chromium oxide or
Al contains impurities such as silicon (Si), iron (Fe), or sulfur (S), and impurities such as Al, oxygen (O), or nitrogen (N) are incorporated during the reaction, so the metal In Cr products, Al, O, and N are present in fairly high concentrations of 0.1 to 0.3% by weight, 0.08% by weight, and 0.06% by weight, respectively, which poses a quality problem. On the other hand, the electrolytic method is a method in which high carbon ferrochrome or chromium ore is dissolved in sulfuric acid to extract Cr and Fe, and after further refining only Cr as alum, it is electrolyzed to obtain metal Cr. This method also has the disadvantage that O is present in the product at an extremely high concentration of 0.4 to 0.5%. Therefore, in order to obtain high-quality metal Cr with a low impurity concentration, conventionally the crude metal obtained by the thermite method or electrolytic method is pulverized into particles or separate particles, which are then processed in vacuum or in hydrogen gas. 1000~1500℃
It is necessary to perform a degassing treatment by heating the metal to a temperature of 100.degree. C. or to remelt the electroslag under an argon gas atmosphere using this crude metal as a consumable electrode. Electricity is consumed for reheating in this post-purification treatment,
There is a drawback that the equipment cost is high, and furthermore, this post-processing process causes handling loss, resulting in poor product yield and high manufacturing cost. On the other hand, in the production of titanium alloys such as Ti-6Al-4V, an Al-V master alloy containing 50% or 60% Al is used as an additive for Al and vanadium (V). This Al--V master alloy is usually produced by the thermite method. That is, a raw material mixture of V oxide, Al, and quicklime is ignited and reacted, and is melted by the heat of the reaction. After the reaction is complete, the metal and slag are separated by specific gravity in a furnace, then cooled and solidified to obtain an ingot, and after the slag is ground and removed, it is sized and made into a product, or after the molten slag is separated and removed. , casting molten metal to produce products. By the way, because the difference between the melting point of Al and the melting point of V is large, component segregation and blowholes are likely to occur in Al-V alloy ingots. It is easily oxidized and nitrided, forming a thick oxide film on the entire surface of the ingot. Therefore, in order to commercialize the Al--V master alloy, it is necessary to mechanically or chemically remove the porosity and oxide film of the ingot to improve its cleanliness and uniformity. This post-processing step has the disadvantage of increasing manufacturing costs and reducing product yield. Moreover, even after removing the cavities and oxide film, O and N still each contain 0.05% by weight or more, which poses a quality problem. This invention was made in view of the above circumstances, and it provides degassing treatment, electroslag remelting,
A method for producing metal alloys using the thermite method, which allows obtaining ingots with low impurity concentration, less segregation and oxide film, and excellent cleanliness at a high yield without post-processing such as machining or chemical processing. The purpose is to provide A method for producing a metal alloy by the thermite method according to the present invention is a method for producing a metal alloy by the thermite method in which an oxide is reduced with aluminum, in which the oxide and aluminum are charged into a reactor,
It is characterized by igniting these to melt at least a portion of them, and then blowing gas into this melt to stir it. That is, the present invention is characterized in that an oxide and aluminum are reacted and melted by the thermite method, and then gas is blown into the melt and stirred. As this stirring gas, an inert gas such as Ar gas is usually used, and is blown into the melt from a nozzle provided near the bottom of the reactor, for example. The stirring period may be immediately before the end of the reaction, immediately after the end of the reaction, or a period spanning before and after the end of the reaction. By blowing gas into the mixed melt of molten metal and molten slag containing unreacted substances and unmelted substances and stirring it strongly, the oxide that remains partially unreacted is brought into contact with the aluminum,
In addition to promoting the reaction and quickly bringing it to a close, by introducing gas into the molten material after the reaction is complete, bubbles of the injected gas float through the molten metal, causing them to remain in the molten metal. Non-metallic inclusions and gas generated during the cooling process of the metal are caught up in the bubbles of the blown gas, promoting levitation.
It is quickly discharged into slag. Hereinafter, the method of the present invention will be specifically explained with reference to the drawings showing an example of the apparatus used for carrying out the method. FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of a reactor 1. FIG. A plurality of nozzles 2 are installed in the lower part of the side wall of the reactor 1 with their longitudinal direction substantially horizontal, and these nozzles 2 are connected to a gas supply source such as Ar gas or O 2 gas. First, a method for producing metal Cr will be explained.
Similar to the conventional manufacturing method using the thermite method, a predetermined amount of oxides such as chromium oxide, aluminum, and optionally an oxidizing agent such as sodium chlorate and a slag-forming agent such as quicklime are mixed in a mixer. , charged into the reactor 1. Since this raw material is usually powder, a small amount of inert gas such as Ar gas is passed through the nozzle 2 during charging to prevent nozzle clogging, and even after charging, Ar gas is passed through the nozzle 2 into the charged material. air purge in the charge. Next, the raw material is ignited to start a reaction, and at the same time the flow rate of Ar gas introduced into the furnace from the nozzle 2 is increased. This is because the raw material melts due to ignition, which tends to cause nozzle clogging. Therefore, the amount of Ar gas blown at this time may be set to a flow rate that does not cause nozzle clogging due to backflow of the molten metal. By igniting the raw materials, a reaction (mainly
The reaction between Cr 2 O 3 and Al begins, and is reduced by Al to produce metal Cr. Further, the charge is melted into molten metal 3 and molten slag 4 by the reaction heat generated at this time. In this way, after at least a part of the charge is melted, the flow rate of the inert gas such as Ar gas blown into the charge from the nozzle 2 is increased to melt the molten metal 3 and the molten slag 4.
Stir vigorously. This strong stirring ensures sufficient and uniform contact between the unreacted and remaining chromium oxide and the reducing agent aluminum, promoting the reaction and causing the unreacted chromium oxide to transfer to slag.
is reduced, the chromium yield is improved, and the reaction is quickly completed. In addition, the floating of non-metallic inclusions such as Cr 2 O 3 or Al 2 O 3 dissolved in the molten metal is promoted by the bubbles of the inert gas, and the concentration of O and Al in the molten metal increases. decreases. Further, by blowing inert gas, the molten metal is placed in an inert gas atmosphere and is protected from contamination by nitrogen gas in the atmosphere, thereby reducing the concentration of N in the molten metal. Stirring with an inert gas is performed for 1 to 2 minutes immediately before or after the completion of the reaction. In this invention, inert gas is discharged from the nozzle 2 into the charge at high speed, and the charge is strongly stirred by the powerful discharge energy, thereby promoting the reaction and floating non-metallic inclusions. Because it aims to promote
The amount of inert gas blown is an important factor in achieving the object of the present invention. As a result of various experiments and research conducted by the inventors of the present application, the amount of inert gas blown was determined at a flow rate V converted to the standard state.
200Nm/sec or more or flow rate L converted to standard condition
per kg of molten material (molten metal and molten slag)
It has been found that extremely excellent effects can be achieved by setting the flow rate to 0.15 Nl/min or more. By vigorously stirring in this manner, the O and N concentrations of the metal Cr product are 0.05% by weight and 0.04% by weight, respectively, which are approximately 30 to 40% lower than conventional products. Also,
The concentration of Al is 0.07 to 0.10% by weight, which is 0.03 to 0.2% by weight lower than that of conventional products, and the variation in Al concentration in the ingot is extremely low, being 1/2 to 1/3 of the variation in conventional products. low. After strong stirring, the flow rate of the blowing gas is reduced and the gas blowing is continued for about 1 hour. This gas flow rate is to prevent nozzle clogging, and during this time solidification of the molten material progresses. After a solidified shell is formed on the surface of the ingot, the gas flow rate is further reduced to the flow rate at the time of charging the raw material, and while gas is continued to be blown, the ingot is cooled and completely solidified. This blown gas flows between the ingot and the inner surface of the reactor and is dispersed. The reason for blowing inert gas through the nozzle even during cooling of the ingot is to prevent oxidation and nitridation of the ingot surface by coating the high temperature ingot surface with inert gas. . Note that in order to obtain a metal Cr product with a further reduced Al impurity concentration, inert gas and oxygen gas or oxygen-containing gas are used instead of inert gas as the gas blown through the nozzle 2 as described above. You can use a mixed gas with In particular, by using this mixed gas in the stirring process of the molten metal, unreacted Al in the molten metal reacts with the oxygen gas in the blown gas to become Al 2 O 3 , which floats up in the molten metal and forms slag. Move inside. By this,
It is possible to produce metallic Cr with an Al concentration of 0.07% by weight or less. Further, by performing the above-mentioned treatments in an inert gas atmosphere as described below, a metal Cr product with a further reduced impurity N concentration can be obtained. Figure 2 shows a reactor 1 housed in a housing 5.
A vertical cross-sectional view is shown. The housing 5 consists of a main body 6 and a lid 7. After the reactor 1 is installed in the main body 6, the main body 6 and the lid 7 are sealed together with a rubber gasket 8, and both are fixed with a presser fitting 9. A gas supply port 13 and a gas discharge port 14 are provided on the side wall of the main body 6.
is provided so that an inert gas such as Ar gas can be introduced into the housing 5 to fill the inside of the housing 5 with the inert gas. The nozzle 2 installed in the reactor 1 is connected via a supply pipe 15 to a gas supply source such as Ar gas or O 2 gas. On the other hand, a gas outlet is bored in the center of the upper surface of the lid body 7, and a lid plate 10 is fixed to this gas outlet with a presser fitting 12 through a rubber packing 11. 5 is now sealed.
Note that this housing 5 preferably has a water-cooled jacket structure in order to increase the cooling rate of the ingot. First, after blending and mixing raw materials and charging them into the reactor 1, the reactor 1 is installed on the main body 6, and after connecting the nozzle 2 and the supply pipe 15, the lid body 7 is placed on the main body 6. and fix it tightly. Inert gas, such as Ar gas, is introduced into the housing 5 through the gas supply port 13 and air inside the housing 5 is exhausted through the gas exhaust port 14, thereby replacing the inside of the housing 5 with Ar gas. At the same time as this replacement work, Ar is applied to the raw material in the reactor 1 through the nozzle 2.
Blow gas and air purge the raw material. The replacement work is performed while detecting the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the gas outlet 14.
The replacement work is terminated when the value falls below the capacity%. After the replacement work is completed, open the lid plate 10 and close the reactor 1.
The raw material inside is ignited to start the reaction, and the melt is stirred by inert gas blown through the nozzle 2 in the same manner as described above. Note that during this time, the introduction of Ar gas into the housing 5 continues.
During the reaction and stirring period, the charge in the reactor 1 is kept under an inert gas atmosphere. After the stirring is completed, as described above, the amount of gas blown into the melt is reduced to begin the cooling process, and at the same time, the lid plate 10 of the gas outlet is closed. From the gas supply port 13,
The ingot is cooled while supplying Ar gas in an amount that can maintain a pressure of about 10 mmH 2 O inside the housing 5. In this way, metal Cr can be prepared under an inert gas atmosphere.
By producing this, a metal Cr product with an extremely low N concentration of 0.010% by weight or less can be obtained, and an ingot with excellent uniformity without segregation of Al can be obtained. According to the experiments of the present inventors,
When the O concentration in the exhaust gas discharged from the gas outlet 14 exceeds 3% by volume, the N concentration increases to 0.010% by weight.
Since it will be difficult to obtain the following metal Cr, the interior of the housing 5 must be sufficiently argonized before igniting the raw materials.
It is preferable to replace with gas. Next, a method for manufacturing the Al--V master alloy will be explained. A vanadium compound (vanadium pentoxide or sodium hexavanadate, etc.) containing V in the amount necessary to obtain the desired composition of the mother alloy, Al in the amount necessary to reduce this vanadium compound, and the desired composition of the mother alloy. The amount of Al necessary to obtain the composition and an appropriate amount of a slag-forming agent such as quicklime are blended, and the raw materials are mixed. Then, in the same manner as in the production of metal Cr, the steps of charging, air purge, ignition, reaction, stirring, and cooling are performed to produce an Al-V master alloy. When stirring the charge, the inert gas injection rate should be 200 Nm/sec or more and/or the melt 1
It is preferable to set it to 0.15 Nl/min or more per kg. As a result, the O and N concentrations of the Al-V master alloy product are both approximately 0.03% by weight, approximately 40% lower than the Al-V master alloy product produced using the conventional thermite method. Al with
A V master alloy is obtained. In addition, Al segregation within the ingot is reduced compared to conventional products, the generation of cavities inside the ingot is suppressed, and the formation of an oxide film on the ingot surface is extremely small. Furthermore, since the post-treatment of the product is extremely light, the clean section ingot yield [(clean section ingot weight)/(produced ingot weight)] is improved by 15 to 20% compared to the conventional method. The reason why product quality and yield are improved by strongly stirring the melt in this way is the same as in the case of manufacturing Cr metal. In other words, strong stirring by blowing inert gas brings the remaining unreacted vanadium compound into sufficient contact with the aluminum, promoting the reaction, and transferring it unreacted to the molten slag. By reducing V, the yield of V in the ingot is improved. In addition, nonmetallic inclusions that do not transfer to slag but are dissolved in the molten metal as oxides and gas generated from the metal during the cooling process are caught up in the bubbles of the inert gas that is blown in, promoting floating. Therefore, the O concentration of the product is reduced and the occurrence of cavities in the ingot is suppressed. Furthermore, by blowing inert gas, the surface of the melt is protected by the inert gas, reducing contamination by nitrogen gas in the atmosphere, and the N concentration of the product is lower than that of the conventional method.
Although the N concentration is lower than that of the mother alloy product, O and N
In order to obtain a product with a lower concentration, each step may be carried out under an inert gas atmosphere in the same manner as described above. As a result, both O and N concentrations are
A high purity master alloy of 0.010% by weight or less can be produced. In this case as well, the product's O and N
In order to reduce the concentration to 0.010% by weight or less, the residual O concentration in the housing (O concentration in exhaust gas) must be reduced to 3.
It is preferable to make it less than % by volume. Next, embodiments of the present invention will be described along with their effects. Examples 1 to 4 are about the production of metal Cr, and in each case, the raw material blending amount was:
Chromium oxide, Al, sodium chlorate and quicklime weigh 3130Kg, 1242Kg, 276Kg and 76Kg, respectively. The inner surface of the reactor 1 is lined with magnesia clinker, and the inner diameter and height are 1500 mmφ and 2300 mm, respectively. Furthermore, ten gas blowing nozzles 2 made of stainless steel and having an inner diameter of 3 mmφ are attached to the side wall of the reactor 1 at positions 2 cm apart from the lower end.
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】
装入・エアパージ、着火、反応、撹拌、冷却
及び冷却の各工程の反応炉内へのガス吹込条件
は第1表に示すとおりである。なお、流量は全流
量であり、従つて撹拌時流量1200Nl/分を溶融
物1Kg当りに換算すると0.254Nl/分になる。ま
た、このガスの高速吹込みによる撹拌は、いずれ
の実施例においても反応が終了したと思われる時
点の直後から開始した。実施例1においては全工
程でArガスを使用し、実施例2においては撹拌
工程までのArガスとO2ガスとを50容量%ずつ混
合させた混合ガスを使用した。実施例3において
は、撹拌工程まで、5本のノズルからArガス
を、また他の5本のノズルからO2ガスを導入し
た。つまり、例えば撹拌時において、Arガスを
5本のノズルから600Nl/分だけ吹込み、O2ガス
を他の5本ノズルから600Nl/分だけ吹込んだ。
実施例4はアルゴンガス雰囲気下で各処理を行つ
た。ガス供給口を介してハウジング内にArガス
を50Nl/分の流量で供給した。このとき、排出
ガス中のO濃度は2.9容量%以下に低下した。
上述の如くして製造された金属Cr製品の組
成、クロム収率及びAl濃度の分散(バラツキ)
を第2表に示す。Al、O、Nの各不純物濃度は
極めて低値である。特に、不活性ガス雰囲気下で
製造された実施例4の場合は、N濃度が0.009%
と極めて低い。また、Cr収率はいずれも90%以
上であり、Al濃度のバラツキも極めて少ない。
実施例1において、鋳塊内のAl濃度(重量%)
のバラツキを調査した結果を第3表に示す。鋳塊
の直径方向に5等分し、高さ方向の上、中、下に
3等分した計15個のサンプルについてAl濃度を
分析した。その結果、第3表から明らかな如く、
Al濃度のバラツキは極めて小さいことがわか
る。
次に、Al―V母合金の製造に関する実施例5
及び6と、従来方法によるその比較例について説
明する。実施例5、6及び比較例のいずれも、原
料配合量はV2O5が900Kg、Alが945Kg及びCaOが
150Kgであつた。なお、ガス吹込みノズル2は6
本使用した。
装入.エアパージ、着火、反応、撹拌、冷却
及び冷却の各工程の反応炉内へのガス吹込条件
は第4表に示すとおりである。なお、撹拌時の吹
込ガス流量700Nl/分は溶融物1Kg当りに換算す
ると、0.351Nl/分である。実施例6はハウジン
グ内の不活性ガス雰囲気下で各処理を行つたもの
であり、ハウジング内にはArガスを50Nl/分の
流量で供給した。比較例においては、溶融物へガ
スを吹込むことなく、大気下で上述の各処理を行
つた。
各実施例5、6及び比較例におけるAl―V母
合金製品の組成、性状及び歩留りは第5表に示す
とおりである。比較例のO及びN濃度はいずれも
0.05重量%以上であるのに対し、実施例5及び6
のO及びN濃度はいずれも0.05重量%以下と低
い。特に、実施例6における不純物濃度は比較例
の1/10程度と極めて低い。また、比較例におい
ては、鋳塊の中央部から上部にかけて多量の巣が
生成しており、鋳塊表面及びその冷却時に発生す
るクラツクに黒紫色の酸化被膜が生成している。
このため、チタン合金用のAl―V母合金として
は使用できないので、巣及び酸化被膜の部分を破
砕し又は研削して除去した。従つて、清浄鋳塊部
の歩留りは73%と極めて低い。これに対し、本発
明方法による場合は(実施例5、6)、巣は殆ん
ど発生せず、酸化被膜は極めて少ない。このた
め、鋳塊歩留りはいずれも90%以上と高値であつ
た。更に、第3図は横軸に鋳塊下部表面からの距
離をとり、縦軸にAl濃度をとつて、Alの偏析を
示すグラフであるが、実施例5及び6は比較例に
比して偏析が少ないことがわかる。
以上詳細に説明した如く、この発明によれば、
不純物濃度が低く高品質であり、清浄度が優れた
金属・合金を高歩留りで製造することができる。
なお、この発明は上記実施例のように金属Cr
又はAl―V合金の製造に限らず、Al―Mo合金、
Fe―V合金、Fe―Mo合金、Fe―Nb合金又はFe
―B合金等、種々の金属合金の製造に適用でき
る。[Table] Table 1 shows the gas injection conditions into the reactor for each step of charging/air purge, ignition, reaction, stirring, cooling, and cooling. Note that the flow rate is the total flow rate, and therefore, when the flow rate during stirring of 1200 Nl/min is converted to 0.254 Nl/min per 1 kg of melt. Further, in all Examples, stirring by high-speed gas injection was started immediately after the reaction was thought to have ended. In Example 1, Ar gas was used in all steps, and in Example 2, a mixed gas in which Ar gas and O 2 gas were mixed at 50% by volume up to the stirring step was used. In Example 3, Ar gas was introduced through five nozzles and O 2 gas was introduced through the other five nozzles until the stirring step. That is, for example, during stirring, Ar gas was blown at 600 Nl/min from five nozzles, and O 2 gas was blown at 600 Nl/min from the other five nozzles.
In Example 4, each treatment was performed under an argon gas atmosphere. Ar gas was supplied into the housing through the gas supply port at a flow rate of 50 Nl/min. At this time, the O concentration in the exhaust gas decreased to 2.9% by volume or less. Dispersion (variation) of composition, chromium yield, and Al concentration of metal Cr products manufactured as described above
are shown in Table 2. The impurity concentrations of Al, O, and N are extremely low. In particular, in the case of Example 4 manufactured under an inert gas atmosphere, the N concentration was 0.009%.
extremely low. In addition, the Cr yield is 90% or more in all cases, and the variation in Al concentration is also extremely small.
In Example 1, Al concentration in the ingot (wt%)
Table 3 shows the results of investigating the variation in . The Al concentration was analyzed for a total of 15 samples, which were divided into 5 equal parts in the diameter direction of the ingot and 3 equal parts in the height direction: upper, middle, and lower. As a result, as is clear from Table 3,
It can be seen that the variation in Al concentration is extremely small. Next, Example 5 regarding the production of Al-V master alloy
and 6, and a comparative example thereof using a conventional method will be explained. In both Examples 5 and 6 and the comparative example, the raw material blending amounts were 900 kg of V 2 O 5 , 945 kg of Al, and 945 kg of CaO.
It weighed 150Kg. In addition, the gas blowing nozzle 2 is 6
I used this book. Charge. The gas injection conditions into the reactor in each step of air purge, ignition, reaction, stirring, cooling, and cooling are as shown in Table 4. Note that the blowing gas flow rate of 700 Nl/min during stirring is converted to 0.351 Nl/min per 1 kg of melt. In Example 6, each treatment was performed in an inert gas atmosphere inside the housing, and Ar gas was supplied into the housing at a flow rate of 50 Nl/min. In the comparative example, the above-mentioned treatments were performed in the atmosphere without blowing gas into the melt. The composition, properties, and yield of the Al--V master alloy products in Examples 5 and 6 and Comparative Examples are shown in Table 5. The O and N concentrations of the comparative example are both
0.05% by weight or more, whereas Examples 5 and 6
The O and N concentrations of both are as low as 0.05% by weight or less. In particular, the impurity concentration in Example 6 is extremely low, about 1/10 of that in Comparative Example. In addition, in the comparative example, a large number of cavities were formed from the center to the upper part of the ingot, and a black-purple oxide film was formed on the surface of the ingot and cracks that were generated when the ingot was cooled.
For this reason, it could not be used as an Al--V master alloy for titanium alloys, so the cavities and oxide film portions were removed by crushing or grinding. Therefore, the yield of the clean ingot part is extremely low at 73%. On the other hand, in the case of the method of the present invention (Examples 5 and 6), almost no cavities were generated and the oxide film was extremely small. For this reason, the ingot yield was high at over 90% in all cases. Furthermore, Fig. 3 is a graph showing the segregation of Al, with the distance from the bottom surface of the ingot being plotted on the horizontal axis and the Al concentration on the vertical axis. It can be seen that there is little segregation. As explained in detail above, according to the present invention,
Metals and alloys with low impurity concentration, high quality, and excellent cleanliness can be produced at high yields. Note that this invention uses metal Cr as in the above embodiment.
Or not limited to the production of Al-V alloys, but also Al-Mo alloys,
Fe-V alloy, Fe-Mo alloy, Fe-Nb alloy or Fe
-Applicable to the production of various metal alloys such as B alloy.
第1図は反応炉の縦断面図、第2図はハウジン
グ内に設置された反応炉の縦断面図、第3図はこ
の発明の効果を示すグラフである。
1…反応炉、2…ノズル、3…溶融メタル、4
…溶融スラグ、5…ハウジング。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the reactor, FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the reactor installed in the housing, and FIG. 3 is a graph showing the effects of the present invention. 1... Reactor, 2... Nozzle, 3... Molten metal, 4
...Melted slag, 5...Housing.
Claims (1)
ツト法による金属合金の製造方法において、酸化
物及びアルミニウムを反応炉に装入し、これらを
着火させて少なくともその一部を融解させ、この
溶融物中にガスを吹き込んで撹拌することを特徴
とするテルミツト法による金属合金の製造方法。 2 前記ガスを200Nm/秒以上及び/又は溶融
物1Kg当り0.15Nl/分以上の速度で溶融物に吹き
込むことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記
載のテルミツト法による金属合金の製造方法。 3 前記酸化物はクロム酸化物を含むことを特徴
とする特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の
テルミツト法による金属合金の製造方法。 4 前記酸化物はバナジウム酸化物を含むことを
特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項に記
載のテルミツト法による金属合金の製造方法。 5 前記ガスは不活性ガスであることを特徴とす
る特許請求の範囲第3項又は第4項に記載のテル
ミツト法による金属合金の製造方法。 6 前記ガスは不活性ガスと酸素ガスとの混合ガ
スであることを特徴とする特許請求の範囲第3項
に記載のテルミツト法による金属合金の製造方
法。 7 前記酸化物とアルミニウムとを反応炉に装入
した後、これらを不活性ガス雰囲気下にすること
を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のテル
ミツト法による金属合金の製造方法。[Claims] 1. In a method for producing a metal alloy by the thermite method in which an oxide is reduced with aluminum, the oxide and aluminum are charged into a reactor, ignited to melt at least a portion of the oxide, and A method for producing a metal alloy by the thermite method, which is characterized by blowing gas into a molten material and stirring it. 2. The method for producing a metal alloy by the thermite method according to claim 1, characterized in that the gas is blown into the melt at a rate of 200 Nm/sec or more and/or 0.15 Nl/min/kg of molten material or more. . 3. The method for producing a metal alloy by the thermite method according to claim 1 or 2, wherein the oxide contains chromium oxide. 4. The method for producing a metal alloy by the thermite method according to claim 1 or 2, wherein the oxide includes vanadium oxide. 5. The method for producing a metal alloy by the thermite method according to claim 3 or 4, wherein the gas is an inert gas. 6. The method for producing a metal alloy by the thermite method according to claim 3, wherein the gas is a mixed gas of an inert gas and oxygen gas. 7. The method for producing a metal alloy by the thermite method according to claim 1, which comprises charging the oxide and aluminum into a reactor and then placing them under an inert gas atmosphere.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14533083A JPS6036632A (en) | 1983-08-09 | 1983-08-09 | Production of metallic alloy by thermit method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14533083A JPS6036632A (en) | 1983-08-09 | 1983-08-09 | Production of metallic alloy by thermit method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6036632A JPS6036632A (en) | 1985-02-25 |
| JPS6232251B2 true JPS6232251B2 (en) | 1987-07-14 |
Family
ID=15382670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14533083A Granted JPS6036632A (en) | 1983-08-09 | 1983-08-09 | Production of metallic alloy by thermit method |
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| Country | Link |
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-
1983
- 1983-08-09 JP JP14533083A patent/JPS6036632A/en active Granted
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|---|---|---|---|
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