(57)【要約】【課題】  酸化反応を向上させ、スクラップ鋼板等からマンガンを効率よく除去することができる脱マンガン方法を提供することを目的とする。【解決手段】  鋳鉄原料となる鋼材を溶解して球状黒鉛鋳鉄を得るために、鋼材に含まれるマンガンを除去する脱マンガン方法であって、所定の温度に加熱された鋼材を冷却する鋼材冷却ステップと、鋼材冷却ステップにおける冷却の条件を調整して、鋼材の表面に酸化鉄の皮膜を形成する酸化膜形成ステップと、酸化膜形成ステップで表面に酸化鉄の皮膜が形成された鋼材を溶解してマンガンを酸化除去する溶解ステップとを含むことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳鉄原料となる鋼材を溶解して球状黒鉛鋳鉄を得るために、鋼材に含まれるマンガンを除去する脱マンガン方法であって、
所定の温度に加熱された鋼材を冷却する鋼材冷却ステップと、
鋼材冷却ステップにおける冷却の条件を調整して、鋼材の表面に酸化鉄の皮膜を形成する酸化膜形成ステップと、
酸化膜形成ステップで表面に酸化鉄の皮膜が形成された鋼材を溶解してマンガンを酸化除去する溶解ステップとを含む
ことを特徴とする脱マンガン方法。
【請求項２】
前記酸化膜形成ステップにおいて、鋼材の冷却条件を冷却速度７〜２４℃／ｍｉｎ程度として冷却する
ことを特徴とする脱マンガン方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクラップ鋼板等の鋼材を溶解して鋳鉄を得る際に、鋼材に含まれるマンガンを除去する脱マンガン方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳鉄材料としては、自動車用材料や建築材料等のスクラップ鋼板が一般的に用いられている。近年、建築材料においては高耐震性等が要求されるようになり、自動車用材料においては、地球環境を考慮して燃費の向上を目指して車体の軽量化を図るべく、少ない部材で高強度、高張力化が求められている。そのため、これらの材料にはマンガンが多く添加される傾向にある。
【０００３】
マンガンが多く含まれるスクラップ鋼板を溶解して得た鋳鉄材料は、耐衝撃性に劣る等、その品質に悪影響が出てくるという問題がある。特に、球状黒鉛鋳鉄の場合、マンガンの含有量が０．４％以下でなければ、内部組織が変わってしまい、固くてもろくなってしまう。もともと球状黒鉛鋳鉄は、粘りのある材料であるので、その性能を保つ上で、マンガンの含有量は０．４％以下に抑える必要がある。そのため、銑鉄等の低マンガン材料を鋳鉄溶湯に入れてマンガンを薄めることがある。しかし、コストが高くなる傾向にあるため、鋳鉄溶湯からマンガンを薄めるのではなく、除去することについて種々の提案がなされている。例えば、特許文献１では、鋳鉄溶湯に酸化鉄を添加して酸化鉄より酸素を供給することで、マンガンを酸化物としてスラグに取り込んで溶湯中から分離する不純物の除去処理方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−４５１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような鋳鉄溶湯に酸化剤を添加する場合、酸化剤がマンガンと反応しない状態で留まる、つまり、反応の歩留まりがよくないという問題がある。特に酸化鉄の場合、酸化鉄とマンガンとの接触効率が低いと、酸化マンガンではなく、酸化鉄のままで鋳鉄溶湯にノロとなって浮き上がってしまうことがあり、鋳鉄溶湯の脱マンガン処理として効率がよくないという問題がある。
【０００６】
そこで、上記のような問題点に鑑みなされたものであり、酸化鉄とマンガンとの接触効率を向上させることにより、反応歩留まりを改善し、スクラップ鋼板等からマンガンを効率よく除去することができる脱マンガン方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る脱マンガン方法は、鋳鉄原料となる鋼材を溶解して球状黒鉛鋳鉄を得るために、鋼材に含まれるマンガンを除去する脱マンガン方法であって、所定の温度に加熱された鋼材を冷却する鋼材冷却ステップと、鋼材冷却ステップにおける冷却の条件を調整して、鋼材の表面に酸化鉄の皮膜を形成する酸化膜形成ステップと、酸化膜形成ステップで表面に酸化鉄の皮膜が形成された鋼材を溶解してマンガンを酸化除去する溶解ステップとを含むことを特徴とする。
【０００８】
これによって、鋼材の溶解時に酸化鉄として添加されるよりも、加熱されたスクラップ鋼板等の鋼材を冷却する際に意図的に鋼材表面に形成された酸化鉄の皮膜が、鋼材の溶解時にマンガンと効率よく接触するので、効率的なマンガン除去が可能となる。
【０００９】
ここで、前記酸化膜形成ステップにおいて、鋼材の冷却条件を冷却速度７〜２４℃／ｍｉｎ程度として冷却するのが好ましい。
【００１０】
これによって、望ましい厚みの酸化鉄の皮膜が形成されるので、効率よくマンガンを除去することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明に係る脱マンガン方法によれば、加熱されたスクラップ鋼板を冷却するときに、最適な酸化鉄の皮膜厚さを得ることにより、鋼材の溶解時にその表面の酸化膜がマンガンと接触しやすくなるので、マンガンを酸化物として効率的に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】脱マンガン方法の処理手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
本実施の形態に係る脱マンガン方法は、良質の球状黒鉛鋳鉄を得るために、鋳鉄原料の鋼材となるスクラップ鋼板等に含まれるマンガンを除去するものである。
【００１５】
鋳鉄原料のスクラップ鋼板は、鋼板を溶解する前処理として所定の温度まで加熱されることが多い。例えば、鋼板溶解の前処理として、亜鉛を揮発除去する場合であれば、１，０００℃以上にまで加熱されることもある。
【００１６】
本実施形態の脱マンガン方法は、鋼板を溶解して鋳鉄溶湯とする、その前処理として加熱されたスクラップ鋼板の冷却条件を調整することにより、スクラップ鋼板に含まれるマンガンを効率的に除去しようとするものである。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る脱マンガン方法の処理手順を示す図である。
【００１８】
まず、スクラップ鋼板を、溶解する前処理として加熱する（ステップＳ１０）。スクラップ鋼板にどのような前処理を施すかについては特に問わないが、少なくとも６００℃以上にスクラップ鋼板が加熱されることが必要である。また、加熱時における酸化を防ぐため、窒素ガス雰囲気下で加熱することが望ましい。
【００１９】
次に、前処理が施された後、すなわち、加熱後のスクラップ鋼板を冷却する（ステップＳ１２）。このとき冷却条件を調整しながらスクラップ鋼板を冷却する。冷却条件については、後に詳細を説明する。
【００２０】
そして、この冷却条件の調整により、スクラップ鋼板の表面に、酸化鉄による皮膜、つまり、酸化膜を形成する（ステップＳ１４）。
【００２１】
意図的に酸化膜が表面に形成されたスクラップ鋼板が鋳鉄原料として溶解されると（ステップＳ１６）、表面の酸化鉄は溶鋼中のマンガンと効率よく接触する。そして、酸化鉄が置換反応により溶鋼中のマンガンをＭｎＯに酸化させてマンガンを除去する（ステップＳ１８）。
【００２２】
このように、本実施の形態に係る脱マンガン方法は、鋳鉄原料としてスクラップ鋼板を溶解するときに酸化鉄を添加するのではなく、溶解の前処理のために加熱されたスクラップ鋼板を冷却する際に、意図的に酸化鉄の皮膜をスクラップ鋼板の表面に形成することにより、溶解時にマンガンとの接触効率を高め、効率のよいマンガン除去を実現するものである。
【００２３】
ここで、酸化膜を形成するためのスクラップ鋼板の冷却条件について説明する。
【００２４】
スクラップ鋼板の冷却は、スクラップ鋼板を６００℃以上の高温域から８０℃に冷却したときに、酸化膜の形成状態が良いことが分かった。そこで、温度の条件を合わせて冷却速度を比較することにした。
【００２５】
表１は、異なる冷却速度下において、酸化膜の形成状態を比較したものである。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
冷却速度１〜４は、密閉された容器内で冷却風を送り込んでスクラップ鋼板を冷却したものである。なお、スクラップ重量差は、形成された酸化膜の重量と一致するものであり、多いほど形成された酸化膜が多いことを示している。
【００２８】
この表で示されるように、冷却速度１が酸化膜の厚さ、Ｍｎ含有率の点で最も優れていることが分かる。
【００２９】
冷却速度２および３の数値からみて、冷却速度を速くしても十分な量の酸化膜が形成されないことが分かる。
【００３０】
また、冷却速度４は、酸素を送り込まないことにしているため、望ましい量の酸化膜の形成がなされていないことが分かる。
【００３１】
冷却速度５は、密閉容器内で冷却風を送り込まずに時間をかけて冷却したもので、好ましい量の酸化膜が形成されているが、冷却速度１には劣る結果になっている。
【００３２】
冷却速度６は、大気中に解放して冷却したものであり、冷却速度５と同様に、好ましい量の酸化膜は形成されているものの、冷却速度１には劣る結果になっている。
【００３３】
このことから、酸素を送り込んで、ある程度の時間をかけながら冷却するのが酸化膜を形成する点で重要であり、冷却速度７〜２４℃／ｍｉｎ程度の冷却速度で冷却するのが好ましいことがわかる。そして、冷却速度１３℃／ｍｉｎの条件において酸化膜の厚さおよびＭｎ含有率が最も優れた数値となっていることから、冷却速度１３℃／ｍｉｎ前後、すなわち、冷却速度１０〜１５℃／ｍｉｎ程度の冷却速度で冷却するのが最も好ましいといえる。
【００３４】
以上説明したように、本実施の形態に係る脱マンガン方法によれば、加熱されたスクラップ鋼板を冷却する際に、その冷却条件を調整して、意図的に酸化鉄の皮膜をスクラップ鋼板の表面に形成する。スクラップ鋼板の溶解時に酸化鉄として添加されるよりも、その表面に形成された酸化鉄の皮膜は溶解時にマンガンと接触しやすいので、効率よくマンガンを除去することが可能となる。
【００３５】
以上、本発明に係る脱マンガン方法について、実施の形態に基づいて説明したが本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の目的を達成でき、かつ発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々設計変更が可能であり、それらも全て本発明の範囲内に包含されるものである。
【００３６】
例えば、上記実施の形態では、鋳鉄原料の鋼材として、前処理で加熱されるスクラップ鋼板を用いて説明したが、本発明でマンガンを除去されるのはこれに限定されるものではない。つまり、一般的な鉄鋼鋼材を、廃熱などのエネルギーを用いて一定の温度まで加熱し、それを冷却するという手順であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る脱マンガン方法は、鋳鉄溶湯のマンガン除去方法として有用であり、特に、良質の球状黒鉛鋳鉄を得るための脱マンガン方法として好適である。
【図１】
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