JPS63500043A - 溶融金属の処理方法およびその実施のための装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 溶融金属の処理方法およびその実施のための手段技術分野 本発明は、冶金および鋳造における金属溶解の分野に関し、更に詳しくは溶融金 属の処理方法およびその実施のための手段に関する。

背景技術 今日、鋼製造業界の趨勢は、溶解設備の容量を拡大し、設備毎の生産量を上昇さ せ、多様な用途に向けて鋼の高級化および高品質化を進めている。

高生産量の巨大鋼溶解設備における溶湯の精錬および仕上工程の実施は、その性 能特性によらず、がなりの困難が伴い、加熱時間の実質的な増加や技術的および 経済的な指数の悪化脱ガス、脱硫、脱酸、合金添加、等）の進んだ方法は溶解設 備の外で、すなわち各々の目的に最も適した設備で行なわれる。

近代的な炉外金属処理方法には必ず真空、不活性ガスや活性ガス、高反応性の脱 酸剤や調整剤の粉末が用いられ、また、反応相の強烈な攪拌や加熱も必要である 。これら種々の方法は、反応の速度および完全性、および有害不純物の除去の程 度において、これらを溶解設備内で実現する特異性にくらべて大きな優位性があ る。

鋼の炉外処理は、金属品質（硫黄量、ガス量、非金属介在物量、温度と組成の均 一性）に対する要求がより厳しい連続鋳造法において広範に採用されている。

鋼の炉外処理は次のような銅製造上の問題を解決する。すなわち、鋼中の水素を 応力割れ（薄片状割れ）を回避する水準にまで除去すること、炭素による金属の 制御脱酸、金属中に予め決定された組成の非金属介在物を形成すること、予め決 定された量の元素を非常に狭い変動幅で精密に合金化すること、取鍋内の金属本 体全体の温度および組成の均一化、純金属および合金溶湯の完全な脱炭、脱硫（ 溶湯およびスラグの加熱および攪拌の手段が使用できる場合）である。炉外精錬 法の使用によって、製銅炉の生産量が増加し、炉をより迅速に空けて次の溶解が でき、フェロアロイの消耗量が減少し、化学組成の不具合や表面欠陥による圧延 製品の不良が減少し、最終製品の品質が向上して製品の使用寿命が延長するので 、高度の経済的効果を得ることができる。

炉および金属の炉外精錬方法の選択は、溶製する鋼の級や、製品金属に要求され る品質、技術的なサイクルの時間および鋳造の条件によって決定される。

電気炉工場に繰返し型および循環型の真空脱ガス装置を備えると伴に、金属の加 熱と攪拌あるいは真空下での酸素吹込の機能を有する取鍋真空脱ガス装置をも設 備することが前提である。そのような真空脱ガス装置は、一般的には、容量２０ ０ｔｏｎまでの電孤炉が設置された電気炉工場内に設置され、最高級の軸受鋼、 構造用合金鋼、種々の極低炭素の耐食鋼を製造するために使用される。取鍋内で 金属を加熱すれば炉内で過熱（スーパーヒート、５ｕｐｅｒｈｅａ　ｔ）する必 要がないので、ライニングの耐久性が上がり且つ製鋼設備の生産量が実質的に増 加する。

新らたな電気炉工場のレイアウトに考慮されるべきことは、取鍋内での金属およ びスラグの電気加熱や攪拌を用いて、中性のガスと粉末状添加剤によって、真空 下での鋼の複雑な精練が行なえるような設備の配置にすることである。

公知技（ネテの一つは、真空下で脱酸中に溶融金属を加熱する方法およびその実 施のための手段である（米国特許第３，５０１，２８９号、１９７０年、分類７ ５−１２）。

この公知方法では、脱ガスのために溶融金属表面上方を真空にして、電極と溶湯 との間に印加した交流アークによって溶融金属を加熱する。脱ガスを更に完全に 行なうには直接アークに接触する溶湯の部分とそれ以外の溶湯の部分との温度差 によって起こる対流熱交換による溶湯の攪拌が必要である。

電気アークの燃焼は放射による実質的な熱損失を伴うので、この公知方法の溶湯 加熱のエネルギー効率は低い。そのよう、　な方法は実施するために真空を必要 とすることが実質的な欠点である。加えて、上記の方法は、合金元素添加、脱炭 、脱酸、あるいはスラグの形成を伴う脱硫や脱燐などのような金属の処理を行な うことが技術的に困難である。

この公知方法は内部に溶湯容器を収容した真空室を有する設備で実施される。

真空室の本体内には非消耗電極を固定する手段が設置されている。この電極は水 平面内および鉛直面内で移動できる。

更に、交流電源から溶湯に電圧を印加する手段も存在する。

真空脱ガス中に溶湯を加熱する手段は、真空を維持する必要があるために複雑で ある。

公知方法の一つは溶融金属の精錬方法である（ＦＲＧ特許第１，２１７，９８６ 号、１９６６年、分類１８ｂ）。

、この公知方法は、溶湯中の炭素量を減少させるために酸化性ガスによる溶湯の 酸化を行ない、酸化したこの溶湯を、不活性なガスで生成させたプラズマ・ジェ ットで加熱する。同時に三原子ガスを活性媒質として不活性なガス中に導入する 。

溶湯の脱酸のための二原子ガスとして水素が用いられる。その際、不活性なガス 中への水素の導入量はプラズマが主として水素から成るようにする。溶湯の脱酸 後に、不活性なガス、たとえばアルゴンがもう一度プラズマ形成ガスとして用い られる。

溶湯表面の上方でプラズマ・シェアドが形成されるので放射による実質的な熱損 失が生ずる。そのためエネルギー効率が低い。

この公知の溶融金属精錬方法を使用すると、溶湯−プラズマ界面での熱交換およ び物質交換の過程が低速なので精錬時間が長いため経済的でない。その上、溶湯 の一部分の処理が不完全になることがある。

この公知方法では、金属−スラグ−プラズマ・ジェット界面で（７）　？９　ｔ ｎの攪拌が効果的に行なわれないので、スラグ形成を伴う脱硫や脱燐のような処 理を完全に行なうことができない。更に、撹拌が対流熱交換によってのみ行なわ れるので不十分であり、したがって金属全体の温度および組成が均等でないので 公知方法によって溶湯に合金添加を行なうことが実際上不可能である。

この公知方法を行う設備は、溶融金属のための取鍋と低温プラズマ・ジェット生 成用のプラズマ発生装置とを含んで成り、プラズマ発生装置は溶融金属の上方に 配置され且つ往復運動できるように設置されている。

放射による実質的な熱損失は実質的な熱的負荷を加えるので取鍋の耐火物ライニ ングの耐用寿命を短くする。

本発明に最も近い先行技術は直流プラズマ・ジェットによる溶融金属の精錬方法 およびその実施のための手段である（米国特許第３，５４７．６２２号、１９７ ０年、分類７５−１０）。

この公知方法では、プラズマ形成ガスをアーク中を通すことによって低温プラズ マ・ジェットを発生させ、この低温プラズマ・ジェットを溶湯、すなわち溶鋼に 配送して溶鋼を加熱し、溶湯表面上方には真空を形成し、この真空中に直流を通 して、アークの磁束と共に作用する直流磁場を形成することによって溶湯の攪拌 を行なう。

溶湯の脱ガスは、溶湯の真空下での処理、低温プラズマ・ジェットによる攪拌お よび加熱の間に行なわれる。

電気アークの燃焼は放射による実質的な熱損失を伴うので、この公知方法は溶湯 加熱のエネルギー効率が低い。この方法の実施には真空を必要とするので実質的 に困難がある。加えて、上記のようにしてこの公知方法を行なうと、合金元素添 加、脱酸、更に、スラグ形成を伴う脱硫や脱燐のような溶湯の処理を行なうこと は技術的に困難である。

この公知の溶湯処理方法は、溶湯を効果的に攪拌することが困難であり、熱交換 および物質交換が最も効果的に行なわれる高温プラズマ−溶湯界面の表面積が小 さいために実質的なエネルギー消耗を要する。

この公知方法は、鉛直面内で互に上下に配置され且つ二つの金属輸送路で相互連 通した二つの溶融金属浴を含んで成る設備で実施される。浴の一つには、鉛直面 内で往復運動するように設置され且つ溶湯表面上方に配置された、低温プラズマ ・ジェット生成用のプラズマ発生装置が設けられている。

この設備には低温プラズマ・ジェットを生成するために直流電源が設けられてい る。

真空下で溶融金属の加熱、攪拌、および脱ガスを同時に行なうために、プラズマ ・アークのイオン化ガス柱が溶融金属の表面に衝突し、高アンペアの直流電流が プラズマ・アーク柱を通って溶融金属浴に流れる。アーク電流の流れの方向に直 角に浴内を通る直流磁場が、アーク電流の誘起する磁束と共に作用して溶融金属 を長方形の周囲に沿って移動させる。

溶湯の処理のために用いる設備は、耐火材料でライニングした二つの浴が存在し 且つ溶湯上方に真空を形成する必要があるために、実現するには複雑である。

プラズマ・アークが高アンペアであり且つ溶融金属が循環するので、金属輸送路 および浴の耐火物ライニングの耐久性が低い。特に、実際には溶融金属の処理は 処理済溶湯の排出と新らたな溶湯の注入とが周期的に行なわれるので、必ず浴の 密閉解除が行なわれるから更に技術的に複雑になる。

発明の開示 本発明の目的は、低温プラズマ・ジェットと溶融金属との間の熱交換および物質 交換を促進するように溶融金属中に低温プラズマ・ジェットを配送し且つ添加物 を供給することによって、溶融金属を加熱する熱効率を高め、且つ溶融金属と添 加物との間の熱交換および物質交換を促進し、更に、単純な構造の溶融金属処理 手段で合金の機械的性質および実用特性を向上させる、溶融金属処理方法および その実施手段を提供することである。

この目的は、アーク中にプラズマ形成剤を通すことによって低温プラズマ・ジェ ットを発生させ、低温プラズマ・ジェットを溶融金属に配送する溶融金属処理方 法において、゛咳溶融金属を攪拌するために該低温プラズマ・ジェットを該溶融 金属の本体の内部の該溶融金属の表面の側に約１５００ｍ　／　ｓの速度で配送 し、且つ添加物を予め該プラズマ・ジェットの中に通して導入する本発明の溶融 金属処理方法によって達成される。

低温プラズマ・ジェットを溶湯内部に配送することによってプラズマと溶融金属 との間の熱交換および物質交換を実質的に促進することができる。この場合、溶 湯より高温の、浮上するプラズマ形成ガス泡は溶湯に熱エネルギーを付与し尽す ので、プラズマ・ジェットの全熱エネルギーは実際上溶湯を加熱するために費さ れる。

プラズマ・ジェットの熱エネルギーが高ければ、プラズマと溶湯との間での物質 交換の過程を促進するプラズマ形成ガスの反応能力は高まる。更に、本発明の方 法の実施によってプラズマ技術を最も効果的に用いるという利点が得られる。

すなわち、プラズマ・アーク中で加熱あるいは融解して高い反応能力を与えた合 金添加物およびスラグ形成添加物を配送するためにプラズマ技術を用いる。同時 に、プラズマ・アークは効果的な熱源であり、プラズマ・アークを溶融金属中に 没入させると放射による熱損失が除去されて最高の熱効率が得られるので、実質 的に低い温度で溶融金属処理の過程を開始することが可能になる。

本発明の方法を実施する際には、窒素含有添加物を用いることが望ましい。

窒素含有添加物の使用は、たとえば組成中にニッケルやマンガンのようなオース テナイト形成元素を有する耐食鋼や耐摩耗鋼に、これらの元素の一部を置換する 目的で合金化する場合に最も効果的である。

開示した方法の実施に際しては、予め約０．１〜約１．０ｍｍの範囲の寸法の粒 子に粉砕されたスラグ形成添加物を用いることが望ましい。製鋼設備の浴中で起 こる種々の過程（スラグ形成、脱燐、脱硫、その他）の各速度は、脱炭および金 属の加熱の速度より実質的に遅い。

粉末状のスラグ形成添加物を予めプラズマ・アーク中で活性化し、溶湯金属体中 に導入して金属／スラグ表層部の展開を最高度に行なうと、脱燐、脱硫等の過程 の速度が最高になる条件ができる。

スラグ形成添加物を用いる場合には、プラズマ発生剤は自己の体積の０〜１００ ｖｏ１％の量で酸素を適切に含有してよい。

上記の量の酸素の使用は高度に活性な鉄含有石灰系スラグの形成を促進しくこの スラグは溶融金属体中に形成される）、スラグ粒子の浮上中に脱燐過程が起きて 溶融金属を効果的に攪拌する。

この目的は、鉛直面内で往復運動するように設置され且つ溶融金属の表面の上方 に配置された低温プラズマ・ジェ−／　）生成用のプラズマ発生装置を含んで成 る溶融金属処理方法を実施するための手段において、プラズマ発生装置はノズル を具備し、ノズルは端面を溶融金属に面しており更に低温プラズマ・ジェットの 排出の位置にプラズマ発生装置の流出部と実質的に等しい流入部を有しており、 溶融金属中に浸漬したノズルの部分の長さが溶融金属の柱の高さの約０．１〜約 ０．８倍である本発明の溶融金属処理手段によっても達成される。

プラズマ発生装置端面にノズルが存在することによって、低温プラズマ・ジェッ トを溶融金属の内部に配送し且つ予め活性化された添加物を溶融金属の表面下に 導入し更に物質交換過程を活性化するための状態が得られる。低温プラズマ・ジ ェットの配送と溶融金属内部への添加とによって、溶融金属−スラグ−ガス界面 に高度に発達した表面が創出され、その結果、熱交換および物質交換が実質的に 促進され、スラグ形成添加物等の添加物の経済性が達成される。

プラズマ発生装置は水平面内での移動に適したように設置され得る。

これによって、溶融金属をその周縁部も含めて全体的に処理することができ、そ の結果溶融金属の温度および組成を急速に平準化できる。特に、プラズマ発生装 置を水平面内で移動させる必要があるのは、大量の（５ｔｏｎを越える）溶融金 属の処理を行なう場合に最も有利だからである。

トーチ型のプラズマ発生装置を用いることが望ましい。この型のプラズマ発生装 置は、溶融金属自体を実質的に加熱する必要がない場合には、添加物を溶融金属 中に配送するのに最も適している。この場合は、溶融金属に電位を付与するため に特別な電極を用いる必要はない。

外部プラズマ・アークを伴うプラズマ発生装置は、溶融金属を実質的に加熱する 必要がある場合や融解に比較的高温のプラズマ・シェアドを必要とする高融点添 加物を用いる場合に用いると便利である。

ノズルは次のようなプレートを具備することができる。すなわち、このプレート は、ノズルの内部孔と同軸の中央孔、およびプレート自体の中心から周縁に向が って数量が増加する鉛直貫通路を有する。

このプレートはプラズマと溶融金属との間の熱交換および物質交換を促進するた めに設けられており、溶融金属中でのガス泡の移動径路を延長して滞在時間を延 長する。これによってガス泡がより効果的に分割される。しかし、ガス泡の最も 効果的な分割は、浮上するガス泡が貫通路に入るときに分割された後均−にプレ ートの上方に溶湯全体を通して浮上するようにさせる鉛直貫通路をプレートが更 に具備する場合に達成される。

流入部の帯域においては、ノズルは添加物導入用の孔を具備してよい。このよう な孔によって粉末状添加物の溶融金属中への配送に望ましい効果が得られる。

図面の簡単な説明 本発明の理解をより明瞭にするために以下に望ましい実施態様を添付の図面を参 照してより詳しく説明する。

第１図は、取鍋の鉛直断面図とプラズマ発生装置昇降旋回機構の部分断面図とを 含む本発明の溶融金属処理手段の模式発明を実施するための最良の形態 ここに開示した溶融金属処理方法はアーク中にプラズマ発生剤を通すことによっ て行なう低温プラズマ・ジェットの発生を含む。

プラズマ発生剤は、アルゴン、窒素、酸素、水素、および／またはこれらの混合 物から成る組から選択される。

更に、開示した方法は低温プラズマ・ジェットを溶融金属に配送することを意図 する。

溶融金属処理方法において、アーク出力は約５０ｋＷ〜約５．０■のレベルに維 持され、溶融金属の量は約５０ｋＷ〜約２５．０００ｋｇの範囲にある。低温プ ラズマ・ジェットは溶融金属体内部の表面側に１５００ｍ／ｓのスピードで配送 され、それによって溶湯の攪拌が行なわれる。添加物の導入は、添加物を予めプ ラズマ・ジェット中に通すことによって行なわれる。

添加物としては、窒素含有添加物（たとえば純窒素、窒素−アルゴン混合物）お よび予め約０．１〜約１．０ｍｍの寸法に粉砕されたスラグ形成添加物（たとえ ば、チタン、タングステン等の合金元素粉末、石灰、はたる石等）が用いられる 。

スラグ形成添加物が用いられる場合には、プラズマ発生剤は自己の体積の０〜１ ００ｖｏ１％の範囲で酸素を含有すべきである。

溶融金属処理を行なうための手段は低温プラズマ・ジェット２を生成するための プラズマ発生装置１　（第１図）を含んで成る。プラズマ発生装Ｎ１は、鉛直面 内で往復運動するように設置されており、特別な容器４（たとえば取鍋あるいは 受槽）の中に収容された溶融金属３の表面の上方に配置されている。プラズマ発 生装置１はノズル５を具備し、ノズル５は端面を溶融金属３に面しており更に低 温プラズマ・ジェット２の排出の位置にプラズマ発生装置１の流出部と実質的に 等しい流入部を有しており、溶融金属３中に浸漬したノズル５の部分の長さが溶 融金属３の柱の高さの約０．１〜約０．８倍である。

ノズル５を具備したプラズマ発生装置１の鉛直面内での往復運動を行なうために 用いられる駆動装置は、基盤６の上に球状支持体７を介して支持盤８が載ってお り更に基盤６にば支柱９と下部支持体１０および上部支持体１１の各本体とが固 定されている。親ねじ１４が、支持体ｉｏ　、　ｉｉの中の特別な下部スラスト 軸受１２と特別な上部スラスト軸受１３とに固定されている。親ねじ１４への回 転は電動モーター１５から伝導装置Ｊ６を介して伝達される。並進運動を行なう ナツト１７が親ねじ１４に固定されている。

ナツト１７が親ねじ１４と共に回転するのを防止するために、支柱９に設けられ た溝穴９′がナツト１７を保持している。ノズル５を具備したプラズマ発生装置 １はナフト１７に固着されたブラケット１８に固定されている。

ここに開示した手段の構成はプラズマ発生装置１の水平面内での移動を可能とす る。そのために上記駆動装置は球状支持体７の上で自己の軸に関して回転させら れる。

この手段はトーチ型のプラズマ発生装置（図示せず）または外部プラズマ・アー クを伴なう第１図の型のプラズマ発生装置を使用するように準備されている。

第１の態様によって溶融金属を処理する場合には、アークはトーチ型のプラズマ 発生装置１の陽極と陰極との間に形成される。

外部プラズマ・アークを伴うプラズマ発生装置１を用いる場合は、アークは陰極 と溶融金属３との間に形成され、溶融金属３には特別な電極２０を介して直流電 源１９の陽極が接続されている。電極２０は溶融金属内の浴面側に浸漬されても よく、あるいは溶融金属処理用容器の底部または側壁に設置されてもよい。

流出部の帯域においては、ノズル５は自己の内部孔（第１図）と同軸の中央孔２ ２を有するプレート２１　（第２図）を具備する。

プレート２Ｊは中実体として作られていてもよく、または理の過程においては、 プレート２１は溶融金属３の中に完全に没している。このようにすることによっ て、溶融金属３中゛を浮上′するガス泡２′の移動径路が延長し且つガス泡２′ がプレート２１の鉛直貫通路２３を通過するときに分割されるので、プラズマ２ と溶融金属３との間の熱交換および物質交属３の処理が行なわれる容器４の内径 の約１／３〜約１／２である。このプレート寸法によって処理過程の遂行と処理 の最大の有効性とが確保される。プレート２１の鉛直貫通路２３は断面が丸ある いは四角でよい。

貫通路２３の最適な内側寸法は８〜１０ｍｍである。内側寸法（孔の直径あるい は四角の辺）が１０ｍｍを超えると、ノズル５の片側にある一部の貫通路をガス が通過する傾向があるので、貫通路が不均等に機能することになる。貫通路２３ の寸法が８ｍｍ未満であると、一種の閉塞状態、すなわち貫通路がガスを通さな い状態が生じる。

貫通路２３を通過するガス・プラズマ・ジェットは細かく分割されてから小さい ガス泡２′の形でプレート２１の上方を浮上し、それによって高度に発達したガ ス／金属界面が提供される。プレート２１の上方で溶融金属全体を確実に処理す るために、また、全てのガスがプレート２１の内部孔に最も近い貫通路２３を通 過するような事態を避けるために、貫通路をプレート２１の表面全体に亘って不 均一に配置し、貫通路２３の数量（密度、ｉｎ　ｔｅｎｓ　ｉ　ｔｙ）がプレー トの中心から周縁に向かって増加するようにする。

流入部の帯域においては、ノズル５は添加物の導入のための孔２４（第１図）を 有する。これによって、粉末状添加物をプラズマ・ジェット２を通して溶融金属 ３の本体の中に導入することができる。

取鍋内の溶融金属を処理する手段は以下のように作動する。

高マンガン鋼を処理対象として用いる。加熱は誘導炉内で行なう。昇降旋回機構 によって溶融金属を誘導炉から取鍋に注ぐ。

プラズマ発生装置１の冷却器のための水を水供給器２５（第１図）に配送する。

同時に、接続端子２６を通してプラズマ形成ガスの配送を開始する。電源のスイ ッチをＯＮにし、プラズマ発生装置に電圧を印加してアークを発生させる。

ノズル５を具備したプラズマ発生装置を降下させてノズル５を溶融金属中に浸漬 する。その結果、溶融金属の処理が行なわれる羽目帯域が形成される。

本発明が更に十分理解されるように本発明の実施態様の特定な例を以下に図面を 参照しながら説明する。

実施例１ 組成が重量％で炭素０．３６％、けい素０．２９％、マンガン０．６１％である 鋼を誘導炉で製造した。次にこの溶融金属を容量１６０ｋｇの取鍋中に注入し、 昇降旋回機構によってプラズマ発生装置を取鍋まで移動させた。プラズマ発生装 置を下記作動条件で始動させた。すなわち、アーク電流３５０Ａ、プラズマ形成 ガス（アルゴン）の消費量３．２ｇ／ｓであった。次に、プラズマ発生装置のノ ズルを溶融金属中に深さ６０１まで浸漬させ、処理を１０分間行なった。その後 溶融金属を鋳造した。同時に、機械的性質の試験のための金属試料を採取した。

得られた試験片を焼ならしした。この処理された鋼の機械的性質は以下の通りで ある。すなわち、σｓ　５６０ＭＰａ、６２３％、’％２８％、ＫＣＶ　（衝撃 強度’）　４６０　ｋＪ／ボ、ここでσは引張強さ、δは伸びである。

比較として、処理を行なわない同−鋼の機械的性質は、（’　Ｂ　４８０ＭＰａ 、δ１６％、≠２１％、ＫＣＶ　（衝撃強度）３５５ｋＪ／ｍである。プラズマ 処理後の鋳造金属を調べた結果、プラズマ処理を行なわなかった同じ組成の鋼に 比較して非金属不純物の量が３０〜５０％減少していることが判った。しかも、 非金属不純物が粉砕されており、正確な面を有し、金属中に均一に分布している 。

プラズマによって処理された金属中のガスの量は実質的に減少していることが確 認された。たとえば、酸素含有量は０．００３５％から０．００２４％に減少し た。プラズマ処理後の綱を調べたところ、０．０００６５％という低い水素含有 量であり、この量は水素含有量が０．０００８５％の出発材料よりも実質的に低 い。

これらの改良要因が鋳造製品の機械的性質や実用特性を実質的に高める。

実施例２ 誘導炉で製造した耐摩耗鋼に処理を行なった。この銅の組成は、重量％で炭素１ ．１０％、マンガン１２．２０％、けい素０．８３％、チタン０．０９％、硫黄 ０．０３７％、燐０．０７４％、窒素０．００７２％である。次に溶融金属を容 量１６０ｋｇの取鍋に注入し、この取鍋内で溶融金属中に浸漬したプラズマ・ア ークからの窒素をノズルによって合金した。

プラズマ発生装置を以下の作動条件で始動させた。すなわち、アーク電流３００ Ａ、プラズマ発生ガス（窒素）の消費量４．５ｇ／ｓである。ノズルの下端を溶 融金属中に深さ５０〜６０ｍｍまで浸漬させた。このような処理の態様によって 金属およびガスを効果的に攪拌することができるので、熱交換および物質交換の ための高度に発達した表面が提供される。１２分間の吹込後の金属の化学組成は 、炭素１．０７％、マンガン１２．０％、けい素０．７５％、硫黄０．０３２％ 、燐０．０６８％、窒素０．０６５％であった。処理後の鋼の機械特性は、σｍ 　７６０ＭＰａ、σ１５７０ＭＰａ、δ２０．８％、Ｖ）２４．１％、ＫＣＶ　 （衝撃強度）　２１００ｋＪ／イであった。

出発鋼の機械的性質は、σｍ　６８０ＭＰａ、　δ７３９０ＭＰａ、δ１９．２ ％、朶２３．２％、ＫＣＶ　（衝撃強度）　１９８０ｋＪ／　ｇであった。

衝撃摩耗の状態を近似するために、相互に軸が４５％の角度で傾いている２つの ドラムで構成されたボールミル中で試験を行なった。ドラムの内側寸法は、直径 ２０＋ｎｍ、長さ３２０ｍｍであった。ドラムを３３ｒｐｍのスピードで回転さ せた。各ドラムに、直径５０ｍｍの鋼球（ＨＲＣ５０）を１０ｋｇ、寸法を限定 した（１０〜２０ｍｍ程度の）破砕花崗岩を６　ｋｇ、および寸法が１０Ｘ　１ ０　Ｘ　２５ｍｍの処理済鋼の試験片を装荷した。綱の耐摩耗性評価は相対的摩 耗によって行なった。出発鋼の試験片を標準とした。

試験の結果、開示した技術によって窒素を合金した鋼の耐摩耗性は出発鋼の耐摩 耗性より３０％向上していることが判った。

実施例３ 組成が、重量％で、炭素３．９８％、けい素０．９１％、マンガン０．５２％、 燐０．１１０％、硫黄０．０２６％である銑鉄を誘導炉で溶解した。溶融金属を 誘導炉から容量１６０ｋｇの取鍋に注入した。

処理前の金属の温度は１２６０℃であった。作動準備されたプラズマ発生装置を 取鍋まで移動し、溶融金属の上方に配置した。

プラズマ発生装置を以下の作動条件で始動させた。すなわち、アーク電流３００ 〜４００Ａ、電圧降下１８０〜２５０■、プラズマ形成ガスの消耗量４　ｇ　／ 　ｓである。プラズマ発生ガスはアルゴン（９５％）と酸素（５％）とから成る 。ノズルを溶融金属中に深さ７０〜８抛ｍまで浸漬した。同時に、溶融金属中に 組成が（重量％）石灰８０％およびほたる石２０％である微粉状スラグ形成添加 物（粉末粒子の寸法はプラズマ発生装置の操作性を確保する条件から選択される ）を導入した。粉末の総消費量は１３ｋｇ／ｌであった。

粉末粒子はプラズマ・アーク中を通った後に、加熱状態あるいは溶融状態で溶融 金属中に入る。吹込帯域においては、スラグ形成剤と溶融金属とを含むガス・プ ラズマ・ジェットの効果的な攪拌のための条件が整っている。プラズマ状態にあ る酸素は、吹込の過程で溶融金属中に高度に活性な鉄含有石灰系スラグを形成す るのに寄与する。その結果、この場合には吹込帯域で起きてスラグ粒子の浮上中 ′ｍ、続する脱燐過程が、急速に且つ効果的に行なわれる。３分間の吹込継続の 後に溶融銑鉄の温度は１２８５℃にまで上昇した。

溶融金属をガス・プラズマ・ジェットによって処理した後に、スラグ除去、脱酸 、および金属の鋳造の各操作を行なった。

処理後の銑鉄の組成は、重量％で、炭素３．６０％、けい素：微量、マンガン： 微量、燐０．０１％、硫黄０．０１８％であった。

産業上の利用可能性 本発明は、通常の鉄−炭素合金、高価な稀少元素を含有する合金、特殊な合金（ たとえば、耐摩耗合金、耐食合金、耐熱合金、高温用途合金など）、更に、特殊 な鉄、および非鉄合金（たとえばアルミニウム合金）の製造に最も有利に利用す ることができる。

手続補正書 昭和６２年９月　１日 特許庁長官　小　川　邦　夫　殿 １、事件の表示 ＰＣＴ／ＳＵ８５１０００７１ 、発明の名称 溶融金属の処理方法およびその実施のための手段３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号５、　補正により増加する発 明の数１　（１から２に増加）６、補正の対象 （１）　明細書の「図面の簡単な説明」の欄および「発明を実施するための最良 の形態」の欄（２）請求の範囲 ７、補正の内容 （１）　（ｉ　）明細書第１１頁第１８行のｒＵ−ｒｉＪを「Ａ−ＡＪＵに補正 する。

（ｉｉ　）明細書第１８頁第１行の「４５％」を「４５度Ｊに補正する。

（２）請求の範囲を別紙のとおり補正する。

８、添付書類の目録 詰ボの範回：　ｌ誦− 請求の範囲 １、　アーク中にプラズマ形成剤を通すことによって低温プラズマ・ジェット（ ２）を発生させ、該低温プラズマ・ジェット（２）を溶融金属（３）に配送する 溶融金属処理方法において、該溶融金属（３）を攪拌するために該低温プラズマ ・ジ工−ｚ）（２）を該溶融金属（３）の本体の内部の該溶融金属の表面の側に 約１５００ｍ／ｓの速度で配送し、且つ添加物を予め該プラズマ・ジェット（２ ）の中に通して導入することを特徴とする溶融金属処理方法。

２、窒素含有物質を添加物として用いるこ止を特徴とする請求の範囲第１項記載 の方法。

３、添加物として予め約０．１〜約１．ＯＨの範囲の寸法の粒子に粉砕されたス ラグ形成添加物を用いることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。

４、該スラグ形成添加物と一緒に自己の体積の０〜１００ｖｏ１％の量の酸素を 含有するプラズマ形成剤を用いることを特徴とする請求の範囲第３項記載の方法 。

５．鉛直面内で往復運動するように設置され且つ溶融金属（３）の表面の上方に 配置された低温プラズマ・ジェット（２）生成用のプラズマ発生装置（１）を含 んで成る、ノ０プラズマ°ジエ”／トによ　て９融　−を几　するた汝夏手役に おいて、該プラズマ発生装置（１）はノズル（５）を具備し、該ノズル（５）は 端面を該溶融金属（３）に面しており更に該低温プラズマ・ジェット（２）の排 出の位置に該プラズマ発生装置（１）の流出部と実質的に等しい流入部を有して おり、該溶融金属（３）中に浸漬したノズル（５）の部分の長さが該溶融金属（ ３）の柱の高さの約０．１〜約０．８倍であることを特徴とする溶融金属処理手 段。

６、該プラズマ発生装置（１）が水平面内で移動するように設置されていること を特徴とする請求の範囲第５項記載の手段。

７、トーチ型のプラズマ発生装置（１）を用いることを特徴とする請求の範囲第 ５項または第６項に記載の手段。

特ノ（口［；３−５０００４３　（８）８、外部プラズマ・アークを伴うプラズ マ発生装置（１）を用いることを特徴とする請求の範囲第５項または第６項に記 載の手段。

９、該ノズル（５）が流出部の帯域においてプレート（６）を具備し、且つ該プ レート（６）は該ノズルの内部孔と同軸の中央孔、および該プレする鉛直貫通路 を有することを特徴とする請求の範囲第５項から第８項までのいずれが１項に記 載の手段。

１０、該ノズル（５）が流入部の帯域において添加物の導入のための孔（２４） を有することを特徴とする請求の範囲第５項記載の手段。

以下余白

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．アーク中にプラズマ形成剤を通すことによって低温プラズマ・ジェット（２ ）を発生させ、該低温プラズマ・ジェット（２）を溶融金属（３）に配送する溶 融金属処理方法において、該溶融金属（３）を撹拌するために該低温プラズマ・ ジェット（２）を該溶融金属（３）の本体の内部の該溶融金属の表面の側に約１ ５００ｍ／ｓの速度で配送し、且つ添加物を予め該プラズマ・ジェット（２）の 中に通して導入することを特徴とする溶融金属処理方法。
2. ２．窒素含有物質を添加物として用いることを特徴とする請求の範囲第１項記載 の方法。
3. ３．添加物として予め約０．１〜約１．０ｍｍの範囲の寸法の粒子に粉砕された スラグ形成添加物を用いることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
4. ４．該スラグ形成添加物と一緒に自己の体積の０〜１００ｖｏｌ％の量の酸素を 含有するプラズマ形成剤を用いることを特徴とする請求の範囲第３項記載の方法 。
5. ５．鉛直面内で往復運動するように設置され且つ溶融金属（３）の表面の上方に 配置された低温プラズマ・ジェット（２）生成用のプラズマ発生装置（１）を含 んで成る請求の範囲第１項記載の溶融金属処理方法を実施するための手段におい て、該プラズマ発生装置（１）はノズル（５）を具備し、該ノズル（５）は端面 を該溶融金属（３）に面しており更に該低温プラズマ・ジェット（２）の排出の 位置に該プラズマ発生装置（１）の流出部と実質的に等しい流入部を有しており 、該溶融金属（３）中に浸漬したノズル（５）の部分の長さが該溶融金属（３） の柱の高さの約０．１〜約０．８倍であることを特徴とする溶融金属処理手段。
6. ６．該プラズマ発生装置（１）が水平面内で移動するように設置されていること を特徴とする請求の範囲第５項記載の手段。
7. ７．トーチ型のプラズマ発生装置（１）を用いることを特徴とする請求の範囲第 ５項または第６項に記載の手段。
8. ８．外部プラズマ・アークを伴うプラズマ発生装置（１）を用いることを特徴と する請求の範囲第５項または第６項に記載の手段。
9. ９．該ノズル（５）が流出部の帯域においてプレート（６）を具備し、且つ該プ レート（６）は該ノズルの内部孔と同軸の中央孔、および該プレート（６）の中 心から周縁に向かって数量が増加する鉛直貫通路を有することを特徴とする請求 の範囲第５項から第８項までのいずれか１項に記載の手段。
10. １０．該ノズル（５）が流入部の帯域において添加物の導入のための孔（２４） を有することを特徴とする請求の範囲第５項記載の手段。