NO863605L - Fremgangsmaate til fremstilling av amorfe bor-silisium-karbon jernlegeringer. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av amorfe legeringer (enten direkte eller ved å fremstille en forlegering for umiddelbar anvendelse til fremstilling av den amorfe legering), slike som f.eks. skal i det minste delvis erstatte krystallinsk elektrisk stål i transformatorer. Oppfinnelsen vedrører særlig en fremgangsmåte for fremstilling av amorfe legeringer som unngår anvendelse av kostbar ferrobor.

Amorfe legeringer av jern-3% bor-5% silisium og opp til 1% karbon (og vanligvis inneholdende ca. 0,5% karbon) har vært fore-slått for et antall av magnetiske anvendelser, såsom i motorer og transformatorer. Disse legeringer har imidlertid vært relativt kostbare særlig på grunn av prisen på bor. Borinnholdet har vanligvis vært tilsatt i form av ferrobor som er blitt fremstilt ved karbonreduksjon av en blanding av B2O3, stålskrap og/eller jern-oksyd (glødeskall). Den prosess for å fremstille ferrobor er sterkt endoterm og utføres i lysbueovner med neddykket elektrode. Reduksjonen krever temperaturer på 1600-1800°C, og borutbyttet er lavt (vanligvis kun ca. 40%, og således må det tilsettes 2,5 ganger den endelige bormengde) på grunn av det svært høye damptrykk for & 2®3 ve<^ sli^e høye reaksjonstemperaturer. Videre utvikles det store mengder med karbonmonoksydgass under prosessen, noe som nødvendiggjør utstrakt forurensningskontroll. Lavt borutbytte og utstrakt anvendelse av utstyr til forurensningskontroll resulterer i høy kostnad for å omdanne E^O-j (vannfri borsyre) til ferrobor (ferrobor koster vanligvis mere enn 5 ganger så mye som borsyre pr. kg. av det inneholdte bor).

Selv om borsyre kan reduseres ved en aluminotermisk prosess, frembringer en slik prosess ferrobor med ca. 4% aluminium (prosentene som anvendes her er vektprosenter), som er uegnede for slike magnetiske anvendelser.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved at det fremstilles en blanding vesentlig bestående av en jernbestanddel med en stort sett støkiometrisk jernmengde, og en silisiumbestanddel med stort sett 1-1,6 ganger den støkiometriske silisiummengde, idet jernbestanddelen er jern og/eller ferrosilisium, og silisiumbestanddelen er silisium og/eller ferrosilisium, at blandingen oppvarmes og tilsettes en karbonbestanddel i form av karbon og/eller karbon i jern, hvor mengden av karbon er fra 0,05-1,0% i overskudd i forhold til den støkiometrisk nødvendige mengde for å danne karbonmonoksyd med den totale oksygenmengde i blandingen pluss oksygenmengden i borsyren inneholdende en støki-ometrisk mengde bor, for å frembringe en jern-silisium-karbonsmelte, idet karbonet tilsettes før oppvarming, under oppvarmingen eller oppvarmingen eller etter kombinasjoner derav, at smeltens temperatur reguleres til mindre enn 1600°C, og at borsyre i en mengde av mellom 1 og 2 ganger den støkiometriske mengde bor innføres i bunnen av metallsmelten for å fremstille en jern-bor-silisiumsmelte slik at boroksydet i borsyren stort sett bibeholdes i metallsmelten og reduseres av karbonet og bortapet minimaliseres.

Dette er en fremgangsmåte for fremstilling av en stort sett aluminiumfri jern-bor-silisiumslegering (som anvendt her betyr uttrykket "jern-bor-silisiumlegering" en jern-3%-bor-5% silisiumlegering som også inneholder 0,05-1,0% karbon). Vannfri borsyre ( B^ O^) reduseres prinsipielt av karbon under denne fremgangsmåten. Idet borsyren innføres i bunnen av metallsmelten og fordi karbon overskuddet er tilgjengelig i smeiten for redusering av borsyren, minimaliseres bortapet gjennom fordampning av borsyre fra metallsmelten. Smeltens sammensetning kan kontrolleres og hvilke som helst av bestanddelene kan tilsettes for å justere den endelige sammensetning selv etter at bor har blitt tilsatt.

Smeiten holdes ved en temperatur mindre enn 1600°C og fortrinnsvis på en temperatur av fra 1525°C til 1575°C.

Ved kombinasjonen av smeltens lavere temperatur og reduksjonen av borsyren ved den relativt fortynnede konsentrasjonen i den endelige legering, unngås anvendelse av kostbart ferrobor og bortapet som følge av fordampningen av & 2®3 minimaliseres.

Ifølge denne oppfinnelse reduseres & 2®3 (borsyre som et tørt pulver fortrinnsvis vannfri teknisk kvalitet) av karbon i en jernsmelte (fortrinnsvis på en temperatur av 1525-1575°C) for å fremstille den ønskede legeringssammensetning av jern-bor-silisium (og karbon). Omsetningen mellom karbon og borsyre er ifølge den følgende reaksjon termodynamisk favorisert av temperaturer over ca. 1525°C, og lite eller ingen varmetilførsel er nødvendig:

Karbonmonoksyd bobler av som en gass og etterlater boret i metallsmelten. Reaksjonen utføres i en elektrisk ovn for å sikre at temperaturkontroll kan opprettholdes. Borsyre kan injiseres sammen med en inert bæregass som kan forvarmes.

Silisium kan tilsettes enten som ferrosilsium eller silisi-ummetall eller blandinger derav. Jernet kan tilsettes som jern (omfattende f.eks. råjern), ferrosilisium eller blandinger derav. Karbonet kan tilsettes som karbon, karbon i jern (f.eks. i råjern) eller som blandinger derav. Andre forbindelser som tilveie-bringer disse bestanddeler, men som ikke endrer den endelige legering, kan også anvendes, men de forannevnte er antatt å være de mest praktiske.

Selv om boroksydet reduseres prinsipielt av karbon ved disse temperaturer og sammensetninger, skal det bemerkes at silisium også kan reagere med borsyren (såvel som med annet oksygen i blandingen). Den samlede mengde av silisium og karbon i blandingen er fortrinnsvis ca. 5-6% mere enn det som vil anvendes under reaksjonene som danner karbonmonoksyd (og muligens noe karbondioksyd, særlig ettersom karbon kan reagere med annet oksygen i blandingen) og silisiumdioksyd med blandingens oksygenmengde. Eventuelt dannet silisiumdioksyd danner en slagg på overflaten og kan fjernes enkelt.

Borsyren og karbonet kan hensiktsmessig blandes eksternt og ved hjelp av en inert bæregass sprøytes inn i bunnen av metallsmelten. Et slikt arrangement danner lokalt høye karbonkonsentra-sjoner og hjelper til å forsikre at reduksjon primært er på grunn av karbon, særlig i den nedre ende av temperaturområdet 1525-1575°C hvor det opereres. Igjen kan smeiten analyseres og dens kjemiske sammensetning justeres ved tilsatser av bestanddeler. Disse justeringer er særlig hensiktsmessige ettersom bortapet på grunn av fordampning av B,,03såvel som forholdet mellon dannet karbonmonoksyd og karbondioksyd er helt avhengig av ovnskonfigu-rasjonen, bestanddelene og den eksakte fremgangsmåte som anvendes .

Alle bestanddelene bør være stort sett aluminiumsfrie ettersom aluminium på skadelig måte påvirker legeringens egen-skaper som et amorft magnetisk materiale. Det er velkjent at det kreves hurtigstørkning for å fremstille en legering i amorf form. Dette kan gjøres enten direkte fra smeiten eller ved å la smeiten størkne for midlertidig lagring, mens resmelting og hurtigstørk-ning utføres på et senere tidspunkt. Den opprinnelige blanding er fortrinnsvis fremstilt fra jern, karbon i jern og silisium, og blandingen oppvarmes for å fremstille en smelte. Fortrinnsvis sprøytes også karbon inn i smeiten sammen med borsyre under anvendelse av en inert bæregass. Ved å forblande karbonet og borsyren, kan prosessen utføres i det foretrukne temperaturområdet fra 1525 til 1575°C.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en amorf legering av jern-3% bor-5% silisium inneholdende 0,05-1,0% karbon karakterisert ved at det fremstilles en blanding vesentlig bestående av en jernbestanddel med en stort sett stø-kiometrisk jernmengde, og en silisiumbestanddel med stort sett 1-1,6 ganger den støkiometriske silisiummengde, idet jernbestanddelen er jern og/eller ferrosilisium, og silisiumbestanddelen er silisium og/eller ferrosilisium, at bladingen oppvarmes og tilsettes en karbonbestanddel i form av karbon og/eller karbon i jern, hvor mengden av karbon er fra 0,05-1,0% i overskudd i forhold til den støkiometrisk nødvendige mengde for å danne karbonmonoksyd med den totale oksygenmengde i blandingen pluss oksygenmengden i borsyren inneholdende en støkiometrisk mengde bor, for å frembringe en jern-silisium-karbonsmelte, idet karbonet tilsettes for oppvarming under oppvarmingen eller etter oppvarmingen eller kombinasjoner derav, at smeltens temperatur reguleres til mindre enn 1600°C, og at borsyre i en mengde av mellom 1 og 2 ganger den støkiometriske mengde bor innføres i bunnen av metallsmelten for å fremstille en jern-bor-silisiumsmelte slik at boroksydet i borsyren stort sett bibeholdes i metallsmelten og reduseres av karbonet og bortapet minimaliseres.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at blandingen er av jern, karbon i jern og silisium.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at minst noe av karbonet injiseres i metallsmelten sammen med borsyren og metallsmelten er ved en temperatur på 1525-1575°C.

4. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at etter at minst noe av borsyren er injisert, foretas en kjemisk analyse av metallsmelten og det foretas minst én tilsetning for å justere den kjemiske sammensetning .

5. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at blandingen av jernbestanddelen, silisiumbestanddelen og karbonbestanddelen prepareres og oppvarmes til 1525-1575°C for å frembringe jern-silisium-karbonsmelten.

6. Fremgansmåte i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at jern-bor-silisiumsmelten hurtig-størknes for å fremstille den amorfe legering.