(57)【要約】【課題】酸化物の含有量を可及的に低減せしめた黒鉛球状化剤を有利に製造することの出来る方法を提供する。【解決手段】黒鉛球状化元素として少なくともＭｇを含む黒鉛球状化剤の目的とする合金組成を与えるように原料を組み合わせて、加熱溶解炉１０に投入し、それぞれ溶解せしめる一方、かかる溶解によって生じる溶湯１８中に不活性ガスを吹き込んで、黒鉛球状化元素の酸化を阻止しつつ、目的とする合金組成の球状化剤溶湯を溶製した後、その得られた溶湯を凝固せしめることにより、インゴットを形成して、所定サイズの固形の黒鉛球状化剤を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳鉄溶湯中の黒鉛を球状化せしめる黒鉛球状化元素として少なくともＭｇを含む合金組成からなる黒鉛球状化剤を製造するに際して、
該黒鉛球状化剤の目的とする合金組成を与えるように原料を組み合わせて加熱溶解炉に投入して、それぞれ溶解せしめる一方、かかる溶解によって生じる溶湯中に不活性ガスを吹き込んで、前記黒鉛球状化元素の酸化を阻止しつつ、目的とする合金組成の球状化剤溶湯を溶製した後、その得られた溶湯を凝固せしめることにより形成されるインゴットから、所定サイズの固形の黒鉛球状化剤を得ることを特徴とする黒鉛球状化剤の製造方法。
【請求項２】
前記加熱溶解炉の底部にポーラスプラグを配設して、該ポーラスプラグを通じて、前記不活性ガスが溶湯中に吹き込まれる請求項１に記載の黒鉛球状化剤の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、黒鉛球状化剤の製造方法に係り、特に、酸化物の含有量の少ない黒鉛球状化剤を有利に製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鋳鉄溶湯に対して、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｉ、ＲＥ（希土類元素）等の黒鉛球状化元素を含む球状化剤を添加して、かかる溶湯中の黒鉛を球状化せしめることにより得られる球状黒鉛鋳鉄は、強度や靭性等の特性に優れているところから、鋳鉄管や自動車のエンジン、足回り材料等として、広く用いられてきている。また、そのような球状黒鉛鋳鉄の製造に際しては、通常、置き注ぎ法乃至はサンドイッチ法と称される手法が採用されて、固形の粒状形態にある所定サイズの球状化剤を取鍋の底部に配置した状態において、処理対象となる鋳鉄溶湯を注湯せしめることにより、それら球状化剤と鋳鉄溶湯との反応を進めて、かかる球状化剤中の黒鉛球状化元素にて、鋳鉄溶湯中の黒鉛を球状化せしめるようになっている。
【０００３】
そして、そのような置き注ぎ法乃至はサンドイッチ法等による黒鉛球状化に際しては、球状化剤として、非特許文献１にみられるように、所定サイズ（大きさ）の固形の粒状物が用いられており、それには、一般に、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金、Ｎｉ−Ｍｇ系合金、Ｃｕ−Ｍｇ系合金等の黒鉛球状化添加合金からなるインゴットを破砕する等して、その得られた粒状物が、市場において提供され、例えば、２ｍｍ〜３０ｍｍ程度のサイズのものが用いられてきている（非特許文献２等参照）。
【０００４】
ところで、そのような固形の球状化剤を与える、所定の黒鉛球状化添加合金からなるインゴットは、適当な加熱溶解炉を用いて、かかる黒鉛球状化添加合金の合金組成を与える複数の各種原料を組み合わせて、溶解せしめることにより、黒鉛球状化添加合金（球状化剤）溶湯を溶製した後、それを凝固せしめることによって、得られるものであるが、その際、球状化剤溶湯における合金成分たるＭｇやＲＥ等の黒鉛球状化元素が酸化されて、酸化物となることにより、活性な黒鉛球状化元素の含有量が低下した球状化剤が製造されることとなり、そのために、鋳鉄溶湯中の黒鉛を球状化させる球状化剤自体の使用量を多くしなければならないという問題があった。
【０００５】
尤も、そのような加熱溶解炉で溶製される球状化剤溶湯の酸化を避けるべく、溶湯表面に不活性ガスを供給して、かかる溶湯が大気中の酸素に接触しないようにすることが考えられるのであるが、そのような手法では、未だ充分に球状化剤溶湯中の酸化物量を低減せしめ得るものではなかったのである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】丸善株式会社発行「改訂３版  鋳物便覧」第１１１３〜１１１５頁
【非特許文献２】東洋電化工業株式会社カタログ「ＭＡＧＮＥＳＩＵＭ  ＡＬＬＯＹ  黒鉛球状化剤」第１〜１８頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、酸化物の含有量を可及的に低減せしめ得た黒鉛球状化剤を有利に製造することの出来る方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そして、本発明にあっては、かくの如き課題を解決するために、鋳鉄溶湯中の黒鉛を球状化せしめる黒鉛球状化元素として少なくともＭｇを含む合金組成からなる黒鉛球状化剤を製造するに際して、該黒鉛球状化剤の目的とする合金組成を与えるように原料を組み合わせて加熱溶解炉に投入して、それぞれ溶解せしめる一方、かかる溶解によって生じる溶湯中に不活性ガスを吹き込んで、前記黒鉛球状化元素の酸化を阻止しつつ、目的とする合金組成の球状化剤溶湯を溶製した後、その得られた溶湯を凝固せしめることにより形成されるインゴットから、所定サイズの固形の黒鉛球状化剤を得ることを特徴とする黒鉛球状化剤の製造方法を、その要旨とするものである。
【０００９】
なお、この本発明に従う黒鉛球状化剤の製造方法の好ましい態様の一つによれば、前記加熱溶解炉の底部にポーラスプラグを配設して、該ポーラスプラグを通じて、前記不活性ガスが溶湯中に吹き込まれるようにした構成が、有利に採用されることとなる。
【発明の効果】
【００１０】
このように、本発明に従う黒鉛球状化剤の製造方法にあっては、目的とする合金組成の黒鉛球状化剤を得るべく、複数種の原料を組み合わせて、加熱溶解せしめる一方、そのような溶解によって生じる溶湯中に、不活性ガスを吹き込むようにすることにより、かかる原料によって導入される黒鉛球状化元素の酸化が、効果的に阻止乃至は抑制せしめられ得ることとなるのであって、これにより、酸化物の含有量が著しく低減せしめられた、所定サイズの固形の黒鉛球状化剤を有利に得ることが出来ることとなったのである。
【００１１】
そして、黒鉛球状化元素であるＭｇを始めとして、ＲＥ等の他の元素の酸化も、効果的に阻止乃至は抑制されることにより、球状化剤中の酸化物量が有利に低減され得て、より有効な活性Ｍｇ等の元素を、黒鉛球状化添加合金（球状化剤）中により多く残存させることが出来ることとなったのであり、それによって、そのような黒鉛球状化剤の鋳鉄溶湯中への添加量も大幅に削減することが可能となったのである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に従う黒鉛球状化剤の製造方法において、加熱溶解炉にて形成される溶湯中に不活性ガスを吹き込んでいる形態を示す断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
先ず、本発明に従う黒鉛球状化剤の製造方法において、その対象とされる黒鉛球状化剤は、鋳鉄溶湯中の黒鉛を球状化せしめる黒鉛球状化元素として用いられるＭｇが酸化され易く、そのために、黒鉛球状化剤中の酸化物量の増大の一因となるところから、そのようなＭｇを黒鉛球状化元素として少なくとも含む合金組成からなる、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金、Ｎｉ−Ｍｇ系合金、Ｃｕ−Ｍｇ系合金等の黒鉛球状化添加合金にて、構成されてなるものである。尤も、黒鉛球状化元素としては、かかるＭｇの他に、ＲＥ（希土類元素）やＣａ、Ｓｉ等の公知の元素が合金成分として用いられることも、従来と同様である。
【００１４】
そして、そのような本発明の対象とする黒鉛球状化剤を得るべく、その目的とする合金組成が実現されるように、複数の各種原料、例えば、Ｍｇ、ＲＥ（ミッシュメタル、Ｒｅ−Ｓｉ、Ｌａ、Ｃｅメタル等）、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｃａ−Ｓｉ、Ｆｅ源等の原料を適宜に組み合わせて、所定の加熱溶解炉、例えば、アーク炉、高周波炉、低周波炉等の各種の電気炉に投入して、それぞれ溶解せしめることにより、目的とする合金組成の球状化剤溶湯の溶製が行なわれることとなる。
【００１５】
また、そのような黒鉛球状化剤を与える黒鉛球状化添加合金の合金組成は、黒鉛球状化処理手法等に応じて、公知の範囲内において適宜に選定され、そしてそのような合金組成を与えるように、公知の各種の原料が組み合わされて、目的とする合金組成の球状化剤溶湯が溶製されることとなるのであって、例えば、サンドイッチ法やタンディッシュ法等の置き注ぎ法において用いられる黒鉛球状化剤の合金組成としては、重量基準にて、Ｍｇ：２〜１５％、Ｃａ：０．５〜５％、ＲＥ：０〜５％、Ｓｉ：３５〜５５％、Ａｌ：０〜３％、Ｆｅ：残部となるような合金組成を与えるように、各種の原料が溶解せしめられることとなるのである。
【００１６】
そして、本発明にあっては、かかる黒鉛球状化剤の溶湯を溶製するに際して、上記した原料を溶解して得られる溶湯中に、所定の不活性ガス、例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ2 、Ａｒ＋５％ＣＯ2 等のガスを吹き込むことにより、Ｍｇを含む黒鉛球状化元素の酸化が効果的に抑制乃至は阻止され得ることとなるのであって、これにより、Ｍｇの酸化物等の酸化物含有量の著しく少ない球状化剤溶湯を得ることが出来るのである。
【００１７】
なお、そのような加熱溶解炉における黒鉛球状化剤原料の溶解によって生じる溶湯中への不活性ガスの吹き込みは、従来と同様にして、ポーラスプラグやランス（パイプ）等を用いて実施することが出来、その一例が、図１に示されている。
【００１８】
そこにおいて、１０は、加熱溶解炉である公知の電気炉であって、耐火物からなる炉本体１２の外周部に配設された加熱手段１４によって、炉本体１２内に投入された各種の黒鉛球状化剤原料を加熱溶解せしめ得るようになっている。また、かかる炉本体１２の炉底には、ポーラスプラグ１６が配設されており、このポーラスプラグ１６を通じて、炉本体１２内に形成された溶湯１８中に、所定の不活性ガスが吹き込まれて、かかる溶湯１８中を上昇せしめられるようになっている。そして、これによって、溶湯１８中のＭｇ等の黒鉛球状化元素の酸化が、効果的に抑制乃至は阻止され得るようになっているのであり、また溶湯１８表面上においても、溶湯１８内を上昇した不活性ガスの気泡によって不活性ガス雰囲気層が効果的に形成され得て、空気中の酸素による溶湯１８の酸化が有利に阻止せしめられ得るようになっている。
【００１９】
また、かかる溶湯（１８）中への不活性ガスの吹き込み量としては、加熱溶解炉の形状や吹き込み方法等によって種々異なり、一義的に限定することは困難であるが、一般に、溶湯（１８）中に吹き込まれた不活性ガスの気泡が上昇して、溶湯表面上に有効な不活性ガスの雰囲気層が形成され得るような割合において、不活性ガスが吹き込まれることとなる。なお、一例を挙げるならば、図１に示される如く、ポーラスプラグ１６から不活性ガスを吹き込む場合において、溶湯１８の１トンあたり、不活性ガスは０．５Ｌ／分程度以上の割合において吹き込まれることとなる。また、そのような不活性ガスの吹き込みの時期としても、適宜に選定されるところであるが、一般に、黒鉛球状化元素を与える原料の溶解に先立って、加熱溶解炉１０中に形成された溶湯１８に対して不活性ガスの吹き込みを開始するのが望ましいということが出来る。尤も、そのような不活性ガスの吹き込みは、原料の溶解開始の時点から始めても何等差支えなく、更に、目的とする合金組成の球状化剤溶湯が形成された後、そのような溶湯中に不活性ガスを吹き込むようにすることも可能である。
【００２０】
かくして、かくの如き不活性ガスの吹き込みにて、Ｍｇの如き黒鉛球状化元素の酸化防止が効果的に行なわれてなる球状化剤溶湯にあっては、そのＭｇ酸化物の含有量が、不活性ガスを吹き込まなかった場合の０．４〜０．７％に比べて、０．１〜０．２％程度と、極めて低減せしめられてなるものとなっているのである。なお、そのようにして、酸化物含有量の著しく低減せしめられた球状化剤溶湯は、従来と同様にして、インゴットケース（鋳型）を用いて凝固せしめられることにより、適当な厚さの板状等の形状のインゴットに形成され、更に、破砕等の手段にて所定サイズの固形の黒鉛球状化剤の粒状物とされる。その他、そのような球状化剤溶湯から所定サイズの粒状物に個々に成形したり、或いは、多くの粒状物の連結体として成形して、適当な外力を加えて個々に分離したりして、所定サイズの固形の黒鉛球状化剤（粒状物）を得て、鋳鉄溶湯の黒鉛球状化処理に用いられることとなるのである。そして、そのようにして得られた固形の黒鉛球状化剤は、Ｍｇ等の黒鉛球状化元素の酸化物の含有量が著しく低減せしめられ得て、そのような黒鉛球状化元素がより有効な活性状態において含有せしめられているところから、そのような黒鉛球状化剤の鋳鉄溶湯中への添加量を大幅に削減し得ることとなるのである。
【実施例】
【００２１】
以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記した具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべきである。
【００２２】
先ず、図１に示される如き、炉底にポーラスプラグを設けてなる構造の電気炉を、加熱溶解炉として用い、目標合金組成が、Ｓｉ：３７〜５０％、Ｍｇ：４．８〜５．２％、Ｃａ：１．８〜２．２％、ＲＥ：１．６〜２．０％、Ｆｅ：残部からなる黒鉛球状化剤の１トンを製造すべく、溶解原料として、フェロシリコン（Ｆｅ−Ｓｉ；７５％Ｓｉ）：５６０ｋｇ、金属マグネシウム（Ｍｇ）：５３ｋｇ、ミッシュメタル（ＲＥ）：２０．２ｋｇ、カルシリ（Ｃａ−Ｓｉ）：７４ｋｇ、及び鉄スクラップ（Ｆｅ）：３４０ｋｇを準備した。
【００２３】
次いで、それら準備された溶解原料（鉄スクラップを除く）を電気炉内に投入して、１１００〜１２００℃の温度で溶解せしめる一方、その溶解の開始の時点から、ポーラスプラグを通じて、Ａｒガスを不活性ガスとして用いて、約１Ｌ／分の流量において吹き込んだ。そして、炉内の原料が溶解せしめられた後、残余の原料である鉄スクラップを投入して、溶解することにより、目的とする合金組成の球状化剤溶湯を溶製した。その後、出湯温度：１２５０〜１３５０℃において電気炉から出湯せしめて、板状のインゴットを成形し、更に、それを破砕することによって、３〜２５ｍｍ程度の固形の黒鉛球状化剤（粒状物）を得た。その合金組成は、Ｓｉ：４６％、Ｍｇ：５．２％、ＲＥ：２．０％、Ｃａ：２．１％、Ｆｅ：残部であり、Ｍｇ酸化物の分析値は０．１５％であった。
【００２４】
一方、比較のために、不活性ガス（Ａｒ）を吹き込むことなく、上記の溶解原料を加熱溶解して、目的とする球状化剤溶湯を溶製する従来法に従って得られた黒鉛球状化剤（粒状物）にあっては、その合金組成が、Ｓｉ：４６％、Ｍｇ：５．０％、ＲＥ：２．０％、Ｃａ：２．１％、Ｆｅ：残部となり、Ｍｇ酸化物の分析値は０．４５％となった。
【００２５】
かかる実験の結果より、本発明に従って、不活性ガスとしてＡｒガスを吹き込みつつ、黒鉛球状化剤の溶湯を溶製した場合においては、溶損が少なく且つＭｇ酸化物の含有量も著しく低いことから、より有効な活性Ｍｇ等の黒鉛球状化元素を球状化剤中に残存せしめ得るものと認められる。これに対して、不活性ガス（Ａｒ）を吹き込むことなく、球状化剤溶湯を溶製した場合にあっては、Ｍｇの溶損が大きく且つＭｇ酸化物の含有量が多くなることが認められ、このことから、より有効な活性Ｍｇ等の黒鉛球状化元素の割合が少ないものと認められる。
【００２６】
さらに、それら２種類の黒鉛球状化剤を用いて、それぞれ、鋳鉄溶湯（Ｃ：３．７％、Ｓｉ：２．５％、Ｍｎ：０．２７％、Ｐ：０．０６％、Ｓ：０．０１２５％、Ｆｅ：残部）の１トンを、１４８０℃の処理温度において、黒鉛球状化処理を行なった。なお、不活性ガスを吹き込んで得られた黒鉛球状化剤の添加量は０．９％とされ、不活性ガスを吹き込むことなく得られた黒鉛球状化剤の添加量は１．０％とされた。
【００２７】
その結果、不活性ガスを吹き込んで得られた黒鉛球状化剤を用いて、黒鉛球状化処理した場合にあっては、その処理後のＭｇ歩留まりは約７５％となったのに対して、不活性ガスを吹き込むことなく得られた黒鉛球状化剤を用いて、黒鉛球状化処理した場合にあっては、その処理後のＭｇ歩留まりは約６８．６％となった。このことから、黒鉛球状化処理の溶製時に不活性ガスを吹き込むことによって、黒鉛球状化処理時におけるＭｇ歩留まりが有利に向上せしめられ得ることが明らかとなった。
【符号の説明】
【００２８】
１０    加熱溶解炉                    １２    炉本体
１４    加熱手段                      １６    ポーラスプラグ
１８    溶湯
【図１】
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