(57)【要約】  溶融鉄を接種する方法。その方法は、約１ｃｍ／秒から約６０ｃｍ／秒の接近速度で、フィルタ集合体を通して溶融鉄を通過させることを包含する。フィルタ集合体は、フィルタ要素、及びフィルタ要素と接触する接種ペレットを包含する。ペレットは、少なくとも１ｍｇ／秒から３２０ｍｇ／秒以下までの接種物溶解速度を示し、そして約４０〜９９．９重量％の、フェロシリコンを含む担体を包含する。ペレットは、さらに、セリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、カルシウム、マンガン、バリウム、ビスマス、マグネシウム、チタン及びアルミニウムから構成される群、又は希土類から選択される少なくとも一種の約０．１〜６０重量％の接種剤を包含する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
最終濾過での鋳鉄の後期接種のためのフィルタ及びペレットを包含する集合体であって、前記ペレットが、粉末接種物合金の塊状化により得られ、前記フィルタが、耐熱性多孔質材料であり、前記ペレットの粉末接種物は、１００重量％の２ｍｍ未満；３０〜７０重量％の５０〜２５０Φの間、そして２５重量％未満の５０Φより下を含む粒子サイズ分布を含み、そして前記フィルタは、１０Φより下の粒子を通過させるのみである、フィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項２】
前記フィルタは、３Φより下の粒子を通過させるのみである、請求項１に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項３】
前記ペレットが、グラムで測定された質量を示し、前記フィルタがｃｍ2で測定された表面積を示し、前記表面積に対する前記グラムの比が少なくとも０．７５から１．５以下までである、請求項１に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項４】
前記集合体が、少なくとも１ｋｇ／ｓから２５ｋｇ／ｓ以下までの溶融鋳鉄流速を処理する、請求項１に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項５】
前記ペレットが、４０重量％から６０重量％間の前記５０〜２５０Φの間のもの、及び２０重量％未満の５０Φより下の前記区分混合物より下のものを含む接種物合金粉末を有する、請求項１に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項６】
前記粉末化接種物が、二種又はそれ以上の接種物粉末合金の混合物を包含する、請求項１に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項７】
前記粉末化接種物は、異質の接種物から構成される二種又はそれ以上の生成物の混合物である、請求項１に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項８】
前記ペレットが、約４０〜９９．９重量％のフェロシリコンを含む担体、及び約０．１〜６０重量％で、希土類から選択される少なくとも一種の接種剤を含む活性成分を包含する、請求項１に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項９】
前記ペレットが、約４０〜９９．９重量％の、フェロシリコンを含む担体、及び約０．１〜６０重量％で、セリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、カルシウム、マンガン、バリウム、ビスマス、マグネシウム、チタン、アルミニウム、ランタン及び硫黄から構成される群から選択される少なくとも一種の接種剤を含む活性成分を包含する、請求項１に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項１０】
前記ペレットが、ストロンチウム、ジルコニウム、カルシウム、ランタン、マグネシウム及びアルミニウムから構成される群から選択される接種要素を少なくとも一つ包含する、請求項９に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項１１】
前記ペレットが、約０．１〜４０重量％の接種要素を包含する、請求項９に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項１２】
前記ペレットが、約０．１〜２０重量％の接種要素を包含する、請求項１１の溶融鉄を接種する方法。
【請求項１３】
前記ペレットが、少なくとも１ｍｇ／秒から３２０ｍｇ／秒以下までの接種物溶解速度を示す、請求項１に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項１４】
前記ペレットが、少なくとも１０ｍｇ／秒の接種物溶解速度を示す、請求項１３に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項１５】
前記ペレットが、少なくとも２０ｍｇ／秒の接種物溶解速度を示す、請求項１４に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項１６】
前記ペレットが、２５０ｍｇ／秒以下の接種物溶解速度を示す、請求項１３に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項１７】
前記ペレットが、２００ｍｇ／秒以下の接種物溶解速度を示す、請求項１６に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項１８】
溶融鉄を接種する方法であって、前記フィルタ集合体が、フィルタ要素、及びフィルタ要素と接触する接種ペレットを包含し、前記ペレットは、少なくとも１ｍｇ／秒から３２０ｍｇ／秒以下までの接種物溶解速度を示す、約１ｃｍ／秒から約６０ｃｍ／秒までの接近速度で、前記フィルタ集合体を通して前記溶融鉄を通過させることを包含する、溶融鉄を接種する方法。
【請求項１９】
前記接種物溶解速度が、少なくとも１０ｍｇ／秒である、請求項１８に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項２０】
前記接種物溶解速度が、少なくとも２０ｍｇ／秒である、請求項１９に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項２１】
前記接種ペレットが、約４０〜９９．９重量％の、フェロシリコンを含む担体、及び約０．１〜６０重量％の、希土類から選択される少なくとも一種の接種剤を含む活性成分を包含する、請求項１８に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項２２】
前記接種ペレットが、約４０〜９９．９重量％のフェロシリコンを含む担体、及び約０．１〜６０重量％の、セリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、カルシウム、マンガン、バリウム、ビスマス、マグネシウム、チタン、アルミニウム、ランタン及び硫黄から構成される群から選択される少なくとも一種の接種剤を包含する活性成分を包含する、請求項１８に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項２３】
前記ペレットが、ストロンチウム、ジルコニウム、カルシウム、アルミニウム、ランタン及びマンガンから構成される群から選択される接種要素を少なくとも一つ包含する、請求項２２に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項２４】
前記ペレットが、少なくとも２ｍｇ／秒の接種物溶解速度を示す、請求項１８に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項２５】
前記ペレットが、少なくとも２ｍｇ／秒の接種物溶解速度を示す、請求項２１に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項２６】
前記ペレットが、２５０ｍｇ／秒以下の接種物溶解速度を示す、請求項１８に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項２７】
前記ペレットが、２００ｍｇ／秒以下の接種物溶解速度を示す、請求項２６に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項２８】
前記接近速度が、約１ｃｍ／秒から約４０ｃｍ／秒までである、請求項１８に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項２９】
前記接近速度が、約１０ｃｍ／秒から約３０ｃｍ／秒までである、請求項２８に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項３０】
前記接近速度が、約１５ｃｍ／秒から約２５ｃｍ／秒までであり、前記接種物溶解速度が、少なくとも約２ｍｇ／秒から２５０ｍｇ／秒以下までである、請求項１８に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項３１】
前記ペレットが、約０．１〜４０重量％の接種要素を包含する、請求項１８に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項３２】
前記ペレットが、約０．１〜２０重量％の接種要素を包含する、請求項３１に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項３３】
前記ペレットが、１００重量％の２ｍｍ未満、３０〜７０重量％の５０〜２５０Φの間、及び２５重量％未満の５０Φより下を含む粒子サイズ分布を包含する塊状化粉末接種物ペレットを包含し、そして前記フィルタが、１０Φより下の粒子がそこを通過することを許すのみである、請求項１８に記載の鉄を接種する方法。
【請求項３４】
前記ペレットが、４０重量％と６０重量％の間の、５０〜２５０Φの間の粒子、及び２０重量％未満の５０Φより下のものを含む塊状化粉末接種ペレットを有する、請求項３３に記載の鉄を接種する方法。
【請求項３５】
前記フィルタは、３Φより下の粒子がそこを通過することを許すのみである、請求項３３に記載の鉄を接種する方法。
【請求項３６】
前記ペレットが、グラムで測定された質量を示し、前記フィルタが、ｃｍ2で測定された表面積を示し、そして前記表面積に対する前記質量の比が、少なくとも０．７５から１．５以下までである、請求項１８に記載の鉄を接種する方法。
【請求項３７】
前記フィルタ集合体が、少なくとも１ｋｇ／ｓから２５ｋｇ／ｓ以下までの溶融鋳鉄流速を処理する、請求項１８に記載の鉄を接種する方法。
【請求項３８】
フィルタ集合体であって、
前記接種物ペレットが、担体及び接種物を包含し、
前記担体は、少なくとも３０重量％のフェロシリコンを包含し、そして
前記接種物が、希土類から選択される少なくとも一種の接種剤を包含する多孔質フィルタ及び接種物ペレットを包含するフィルタ集合体。
【請求項３９】
多孔質フィルタ及び接種物ペレットを包含するフィルタ集合体であって、
前記接種物ペレットが、担体及び接種物を包含し、前記担体は、少なくとも３０重量％のフェロシリコンを包含し、そして
前記接種物が、セリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、カルシウム、マンガン、バリウム、ビスマス、マグネシウム、チタン、アルミニウム、ランタン及び硫黄から構成される群から選択される少なくとも一種の接種剤を包含する、
フィルタ集合体。
【請求項４０】
前記フィルタが、サイズで１０Φより下の粒子が通過することを許すのみである、請求項３９に記載のフィルタ集合体。
【請求項４１】
前記ペレットが、グラムで測定された質量を示し、前記フィルタが、ｃｍ2で測定された表面積を示し、前記表面積に対する前記質量の比が、少なくとも０．７５から１．５以下までである、請求項３９に記載のフィルタ集合体。
【請求項４２】
前記接種ペレットが、約４０〜９９．９重量％の前記担体、及び約０．１〜６０重量％の前記接種物を包含する、請求項３９に記載のフィルタ集合体。
【請求項４３】
前記接種ペレットが、約０．１〜２０重量％の前記接種物を包含する、請求項４２に記載のフィルタ集合体。
【請求項４４】
前記接種物が、ストロンチウム、ジルコニウム、アルミニウム、カルシウム、マンガン及びランタンから構成される群から選択される少なくとも一種の接種剤を包含する、請求項３９に記載のフィルタ集合体。
【請求項４５】
溶融鉄を接種する方法であって、
前記溶融鉄に、約１〜６０ｃｍ／秒の速度でフィルタ集合体を通過させる過程であって、前記フィルタ集合体が、フィルタ要素、及び前記フィルタ要素と接触する接種ペレットを包含し、前記接種物ペレットは、担体、及びセリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、カルシウム、マンガン、バリウム、ビスマス、マグネシウム、チタン、アルミニウム、ランタン及び硫黄から構成される群から選択される少なくとも一種の接種剤を包含する約０．１〜６０重量％の接種物を包含し、前記ペレットは、少なくとも約１ｍｇ／秒から約３２０ｍｇ／秒以下までの接種物溶解速度を示し、それにより接種溶融鉄を形成する過程と、
前記接種溶融鉄を収集する過程とを包含する、溶融鉄を接種する方法。
【請求項４６】
前記接種剤は、ストロンチウム、カルシウム、アルミニウム、ジルコニウム、ランタン及びマグネシウムから構成される群から選択される、請求項４５に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項４７】
前記ペレットが、少なくとも約２ｍｇ／秒から約２５０ｍｇ／秒までの接種物溶解速度を示す、請求項４５に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項４８】
前記ペレットが、３０．２５ｃｍ2断面の流れで測定された少なくとも約２ｍｇ／秒から約２５０ｍｇ／秒までの接種物溶解速度を示す、請求項４５に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項４９】
前記フィルタ要素が、中央の部分的穴を含み、前記ペレットは、前記中央の部分的穴で受け取られる、請求項４５に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項５０】
前記担体が、少なくとも３０重量％のフェロシリコンを包含する、請求項４５に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項５１】
前記ペレットが、約０．１〜２０重量％の接種物を包含する、請求項４５に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項５２】
前記ペレットが、１００重量％の２ｍｍ未満、３０〜７０重量％の５０〜２５０Φの間、及び２５重量％未満の５０Φより下を含む粒子サイズ分布を包含する塊状化粉末接種物を包含し、そして前記フィルタが、１０Φより下の粒子が通過することを許すのみである、請求項４５に記載の鉄を接種する方法。
【請求項５３】
前記ペレットが、４０重量％から６０重量％の間の、５０〜２５０Φの間、及び２０重量％未満の５０Φより下を含む接種物合金粉末を有する、請求項５２に記載の鉄を接種する方法。
【請求項５４】
前記フィルタが、３Φより下の粒子が通過することを許すのみである、請求項５２に記載の鉄を接種する方法。
【請求項５５】
前記ペレットが、グラムで測定された質量を示し、前記フィルタが、ｃｍ2で測定された表面積を示し、そして前記表面積に対する前記質量の比が、少なくとも０．７５から１．５以下までである、請求項４５に記載の鉄を接種する方法。
【請求項５６】
前記フィルタ集合体は、少なくとも１ｋｇ／ｓから２５ｋｇ／秒以下まで溶融鋳鉄流速を処理する、請求項４５に記載の鉄を接種する方法。
【請求項５７】
鉄を成形する方法であって、
鉄を溶融させて、溶融鉄を形成する過程と、
フィルタ集合体が、フィルタ要素、及び前記フィルタ要素に接触する接種ペレットを包含し、そして前記接種物ペレットが、担体、及びセリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、カルシウム、マンガン、バリウム、ビスマス、マグネシウム、チタン、アルミニウム、ランタン及び硫黄から構成される群から選択される少なくとも一種の接種剤を含む約０．１〜６０重量％の接種物を包含し、そして前記ペレットが、３０．２５ｃｍ2断面フロー面積で測定された少なくとも約１ｍｇ／秒から約３２０ｍｇ／秒以下までの接種物溶解速度を示すものであり、溶融鉄を、前記フィルタ集合体に輸送する過程と、
溶融鉄に、約１ｃｍ／秒から６０ｃｍ／秒の速度でフィルタ集合体を通過させて、接種濾過鉄を形成する過程と、
接種濾過鉄を、溶融形状を形成する鋳型に輸送する過程と、
前記溶融形状を冷却して、溶融鉄を成形する
過程とを包含する、鉄を成形する方法。
【請求項５８】
前記ペレットが、少なくとも約２ｍｇ／秒から約２５０ｍｇ／秒までの接種物溶解速度を示す、請求項５７に記載の鉄を成形する方法。
【請求項５９】
前記フィルタ要素が、中央の部分的穴を含み、前記ペレットが、前記中央の部分的穴で受け取られる、請求項５７に記載の鉄を成形する方法。
【請求項６０】
前記担体が、少なくとも３０重量％のフェロシリコンを包含する、請求項５７に記載の鉄を成形する方法。
【請求項６１】
前記ペレットが、約０．１〜２０重量％の接種物を包含する、請求項５７に記載の鉄を成形する方法。
【請求項６２】
約４０〜９９．９重量％の担体、及び約０．１〜６０重量％の接種剤を含む、鋳型における鉄を接種するためのペレットであって、
前記担体が、少なくとも約３０重量％のフェロシリコンを包含し、
前記接種物が、セリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、カルシウム、マンガン、バリウム、ビスマス、マグネシウム、チタン、アルミニウム、ランタン及び硫黄から構成される群から選択される少なくとも一種の接種剤を含み、そして
前記ペレットが、３０．２５ｃｍ2鉄フローを示す１５ｃｍ／秒の接近速度で測定された少なくとも約２ｍｇ／秒から約２５０ｍｇ／秒までの接種物溶解速度を示すことを包含するものである、
鉄を接種するためのペレット。
【請求項６３】
前記溶融鉄が、約１ｃｍ／秒から約６０ｃｍ／秒までの接近速度でフィルタ集合体を通過させることを包含する溶融鉄を接種する方法であって、
前記フィルタ集合体が、フィルタ要素、及び前記フィルタ要素と接触する接種ペレットを包含し、前記ペレットは、少なくとも１ｍｇ／秒から３２０ｍｇ／秒以下までの接種物溶解速度を示し、前記接種ペレットが、約４０〜９９．９重量％のフェロシリコンを含む担体、及び約０．１〜６０重量％のセリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、カルシウム、マンガン、バリウム、ビスマス、マグネシウム、チタン、アルミニウム、ランタン及び硫黄から構成される群から選択される少なくとも一種の接種剤を含む活性成分を包含するものである、溶融鉄を接種する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造法で後半に鋳鉄を接種する改善された方法、及び鋳造されるべき鉄の接種で、いっそう高い濃度を与える接種物に関する。鋳型中での接種と称される本発明の鋳造法は、濾過及び接種を組合わせて、炭化鉄を含まない構造を得ることが望まれる部品の製造のための両方の技術の利点を組合わせる。
【背景技術】
【０００２】
鋳鉄は、機械部品の製造を含めた多くの市販用途で使用された鉄−炭素−シリコン合金を含む極めて用途の広い工業材料である。鋳鉄の汎用性は、鉄の均質性及び濃度が、成分性能に重大な衝撃を示す多くの構造用途での、この材料の利用へと導いた。清浄な均質の鉄、特にねずみ鋳鉄又はダクタイル鋳鉄の鋳造は、高品質加工鋳物の生産での必須工程である。これらの鋳造品目の重要さのため、鉄、特にねずみ鋳鉄か、又はダクタイル鋳鉄が、一貫して、最小の含有不純物、そして再現可能である特性と共に、均質な構造を有する鋳物であることは避けられない。
【０００３】
鋳鉄は、普通でない冶金学的構造を示す。ほとんどの金属は、凝固の間に金属単結晶性構造を形成する。しかし、鋳鉄は、凝固の間にはるかにいっそう複雑な構造を示す。鋳鉄の凝固の間に形成する結晶性層は、凝固の速度に依存する。ほとんどの加工鋳造は、凝固の間に鉄マトリックス内に結晶性黒鉛の形成を望む。鋳鉄が、あまり早く凝固する場合、炭化第一鉄は、鋳込中に結晶化しうる。炭化第一鉄は、鉄を、機械加工するのを非常に困難にし、そして一次鋳鉄の物理的及び機械的特性を変化させる硬質の脆性相である。炭化第一鉄は、一般に、「チル」と称される。炭化鉄として含まれる炭素は、一般に、ほとんどの鉄鋳込で限定されると考えられるのに対して、黒鉛に存在する炭素は、鋳鉄の物理的及び機械的特性を改善する。炭素は、凝固の間に炭化鉄又は黒鉛のいずれかとして結晶化しうる。いずれかの相の形成は、凝固の速度、及び液体鉄内に含まれる核形成の程度によって起動される。凝固の速度は、鋳造の幾何学的形状、成形材料の加熱抽出の速度、及びその金属が鋳型に入ったときに含まれる鉄の過熱の量によって拘束される。核形成の程度は、溶融鉄の冶金学的履歴によって拘束される。黒鉛として存在する炭素は、有利な形態であり、そして炭素に黒鉛として結晶化させることは、標準鋳造操作に続く目標である。黒鉛は、ダクタイル鉄を用いた場合としては、球状、そして加工していない鉄を用いた場合には、フレーク様を含めていくつかの形態学的形状で存在しうる。
【０００４】
標準鋳造冶金学上の実施としては、黒鉛の核形成及び成長が炭化鉄形成という犠牲をはらって助長されるものである接種が挙げられる。選択的な核形成は、加工された鋳物の機械的及び物理的特性を大いに増強する。接種は、一般に、流し込み取鍋、金属の流れ、又は鋳型の内のいずれかに接種剤を添加することによって行われる。接種剤は、一般に、取鍋を、液体鉄で満たすときに取鍋に顆粒化接種剤を注ぐことによって流し込み取鍋に添加されるのに対して、溶融金属が鋳型に入るときに、溶融金属の流れの中に接種剤の微細に分割された粉末を注入又は噴霧することにより、接種物を、金属の流れに加える。できるだけ遅く溶融金属に接種剤を添加して、フェーディングを最小限にすることが、一般に望みうる。不十分な、又は不適切な接種は、鋳造操作での品質が乏しいため、絶えず損失の最も重要な位置にある。
【０００５】
「ＳＧ」あるいは「ダクタイル」鉄と称される球状の黒鉛鋳鉄が必要とされる場合、球状であることが、形成された黒鉛にとって好ましい。さもなければ、積層黒鉛鋳鉄が、「ＬＧ」あるいは「ねずみ」鉄として要求される。適合すべき必須の前提条件は、炭化第一鉄の形成を防止することである。
【０００６】
この目的のために、液体鋳鉄を、鋳造の前に、冷却したとき炭化第一鉄のものよりむしろ黒鉛の外観を望む接種処理にかける。
【０００７】
したがって、接種処理は、非常に重要である。実際に、よく知られていることには、接種物をどう使用しようとも、接種は、液体鋳鉄において、時間とともに減少し、一般に、数分後には、すでに５０％まですでに減少した効率を示すのである。最大限の効率を得るために、当業者は、一般に、進行的接種を行い、そしてこの目的のために、鋳鉄の進行の様々な段階で、接種物の数回の添加を行う。鋳型が供されるとき、又は接種物材料により構成される液体鋳鉄挿入物の経路に入れることによって鋳型の供給導管でさえ、最終添加が、鋳型で行われる。これらの挿入物は、一般に、フィルタと関連して使用される。この場合には、それらは、一般に、フィルタ中、最も頻繁には適合空隙で固定されることを可能とするために、好ましく定義された形状を示す。これらの挿入物の定義された形状は、「ペレット」又は「スラグ」として知られる。我々は、ペレット及びフィルタによって構成されるユニットを、「フィルタ接種物パッケージ」という名称で示す。
【０００８】
二つの型のペレットがある。「成形」ペレットは、溶融接種物を成形することによって得られる。「塊状化」ペレットは、一般に非常に少量の結合剤を伴うか、あるいは結合剤を伴わない、圧縮粉末から得られる。
【０００９】
市販の接種物は、液体鉄に、高反応性の要素を蒔くことによって、核形成を創り出す。反応性要素は、液体鉄内に溶解される酸素及び硫黄と組合せ、そして結果物の反応生成物が、溶液の外に沈殿して、凝固の間に黒鉛のための核形成部位を形成する。これらの核形成生成物は、金属が完全に凝固するまで、溶融物中で成長し続ける。これらの粒子は、黒鉛結晶成長を核形成するために、狭いサイズ範囲内にあるべきである。したがって、金属に、できる限り凝固に近い反応性要素を蒔くことは、沈殿粒子が、黒鉛結晶の核形成に必要な狭いサイズ領域内にとどまる確率を増大する。結晶性黒鉛の形成は、運動的に好まれる生成物とは対照的である。接種に影響を及ぼす重要なパラメータは、解明されてはおらず、なおも学術的討論の対象である。接種効率を推定から改善する、能力ある当業者の手腕を当業界では渇望している。
【００１０】
溶融金属を、フィルタの直前にペレットにさらすペレット接種は、微量のカルシウム、アルミニウム、及び希土類を含む基本材料が使用されることが知られている。鋳造が進行するとき、接種効率は、ペレットから接種剤の溶解に関連した運動論により、時間と共に変化する。接種の問題をさらに複雑にするのは、種々の鋳込み量及び時間が、様々のサイズを示す様々の部品を製造するために望まれることの実現である。もし、長い鋳込み時間が利用される場合には、取鍋接種の方法は、取鍋の中の接種物のフェーディングにより、望ましくない。もし、短い鋳込み時間が利用される場合には、時間は、ペレット接種による接種の開始を可能にするのに不十分でありうる。金属の流れでの有効な接種に対処する特性は、十分に分かってはいず、そして一般には、適切な作業範囲は、大きな費用と材料の損失での実験により開発される。
【００１１】
Ｄａｕｓｓａｎの仏国特許発明第２６９２６５４号明細書には、ペレットが、優先的に０．５〜２ｍｍまでで粉末の塊状化によって得られるフィルタ接種物パッケージが記述されている。このフィルタ接種物パッケージの能率は、かなり制限されている。
【００１２】
Ｆｏｓｅｃｏの欧州特許第０２３４８２５号明細書には、接種物が、プラスチック製パウチ内に含まれる粉末状の非塊状化粉末の形態で存在するものであるフィルタ接種物パッケージが記述されている。このユニットは、製造するのがいっそう複雑で、そして液体鋳鉄に関しての湿潤性が、常に十分に制御されるというわけではない非塊状化粉末を使用する。
【００１３】
有効な接種の問題を緩和する努力は、限られた成功で当業界に存在する。例えば、独国特許出願公開第４３１８３０９号明細書は、接種ペレットを、フィルタの窪みに組込む。ハニカムでのフィルタは、１〜８ｍｍの孔を包含する。この型のフィルタ接種物パッケージの効率は、使用されたペレットのものによって使用量で制限されることを、立証する。これは、その方法の後半で接種するという目標を達成するが、しかし、上に記述された接種効率に依存する方法に関連した第一の問題を減じない。ペレット／フィルタ組合せは、それが、ペレットを局在化させる以外のなんらの利益をも供しないので、鋳造にとって限定された価値のものと見られてきた。
【００１４】
米国特許第６，２９３，９８８号明細書では、オキシスルフィドを含む接種剤が提供されている。提供される利点は、担体媒体としてのフェロシリコンの排除である。オキシスルフィド接種剤は、ゆっくりと溶解し、そして接種の速度は、特に鋳込みの初期時、一定でなく、そして予測不可である。ゆっくりと溶解するペレットは、フェーディングの問題がある程度まで減じられうるが、鋳込みでの初期の不十分な接種に関連した問題にさらされる。
【００１５】
フェロシリコン担体を利用する接種物は、非常に迅速に溶解することが知られており、したがって取鍋接種のための使用が広く受け入れられている。溶解の迅速な速度が、ペレットを鋳込みの終了前に溶解しうることから、接種物は鋳込みの全部を通して有効でないという理解に起因して、迅速な溶解速度は、フェロシリコン担体ベースの接種物を当業界で見落す結果へと導いた。迅速な溶解速度は、フェロシリコンベースの接種物が制御するのを困難にさせた。
【００１６】
本発明以前、当業者は、取鍋中のフェロシリコンベースの接種物の使用、流れる金属及びペレットとしてのフェロシリコンベースの接種物に接種物の流れを注入することを制限された。さらに、当業者は、取鍋接種に伴うフェーディング、ペレット接種の鋳込み初期に有効でない接種、又は注入接種と関連する機械的複雑さの間から選択しなければならなかった。
【００１７】
接種剤、及び溶融金属が注がれる速度に関係なく一貫し、予測可能な接種を保証する使用の方法について当業界で長年持続した望みがあった。本発明以前、この望みが満たされることはなかった。
【特許文献１】仏国特許発明第２６９２６５４号明細書
【特許文献２】欧州特許第０２３４８２５号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第４３１８３０９号明細書
【特許文献４】米国特許第６，２９３，９８８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
フェーディング又は有効でない接種なしに、広い作業範囲の鋳込み時間をかけて、溶融鉄を一貫して接種する接種ペレットを提供することが本発明の目的である。
【００１９】
本発明の別の目的は、個々の特性が、最大限の相乗作用を発揮するよう調整されている、塊状になった接種ペレットと関連フィルタにより構成されるフィルタ接種物パッケージである。
【００２０】
本発明の別の目的としては、容易に制御されつつも冶金操作を制限せず、実質的に現存する全ての冶金システムで、物理的構造及び操作手段の最小限の変更によって利用されうる、溶融鉄を接種するためのシステムを提供することである。
【００２１】
本発明の別の目的としては、広い範囲の接近速度にわたって溶融鉄を十分に、そして均質に接種するために利用されうる接種ペレットを提供することである。冶金は、接種効率に関した制限なしに需要量を製造することによって影響される範囲で操作できることから、特定の利点を供する。
【発明を解決するための手段】
【００２２】
特定の好ましい実施態様は、溶融鉄を接種する方法で供される。その方法は、約１ｃｍ／秒から約６０ｃｍ／秒までの接近速度で、フィルタ集合体を通して溶融鉄を通過させることを包含する。フィルタ集合体が、フィルタ要素及びフィルタ要素と接触して接種ペレットを包含する。ペレットは、少なくとも１ｍｇ／秒から３２０ｍｇ／秒以下までの接種物溶解速度を示し、そして好ましくは約４０〜９９．９重量％のフェロシリコンの担体を包含する。ペレットは、さらに好ましくは、希土類から、又はセリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、カルシウム、マンガン、バリウム、ビスマス、マグネシウム、チタン、アルミニウム、ランタン及び硫黄から構成される群から選択される約０．１〜６０重量％の少なくとも一種の接種剤を包含する。
【００２３】
別の好ましい実施態様は、該ペレットが、粉末化接種物合金の塊状化により得られ、そして該フィルタは、耐熱性の多孔質材料であり、該ペレットの該粉末化接種物は、１００重量％の２ｍｍ未満、３０〜７０重量％の５０〜２５０Φの間、及び２５重量％未満の５０Φより下を含む粒子サイズ分布を包含し、そして該フィルタは、１０Φより下の粒子がそこを通過することを許すのみである、それらの最終濾過で鋳鉄の後期接種のためのフィルタ及びペレットを包含する集合体で提供される。
【００２４】
別の好ましい実施態様は、多孔質フィルタ及び接種物ペレットを含むフィルタ集合体で提供される。接種物ペレットは、担体及び接種要素を包含する。担体は、少なくとも３０重量％のフェロシリコンを包含する。接種物は、希土類から、又はセリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、カルシウム、マンガン、バリウム、ビスマス、マグネシウム、チタン、アルミニウム、ランタン及び硫黄から構成される群から選択される少なくとも一種の接種剤を包含する。
【００２５】
さらに別の好ましい実施態様は、溶融鉄を接種する方法で提供される。その方法は、溶融鉄に、約１〜６０ｃｍ／秒の速度でフィルタ集合体を通過させることを包含する。フィルタ集合体は、フィルタ要素、及びフィルタ要素と接触して接種ペレットを包含する。接種物ペレットは、結合剤及び約０．１〜６０重量％の接種物を包含する。接種物は、希土類から、又はセリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、カルシウム、マンガン、バリウム、ビスマス、アルミニウム、ランタン及び硫黄から構成される群から選択される少なくとも一種の接種剤を包含する。ペレットは、少なくとも約１ｍｇ／秒から約３２０ｍｇ／秒以下までの接種物溶解速度を示す。
【００２６】
さらに別の好ましい実施態様は、
ａ）鉄を溶融させて、溶融鉄を形成し、
ｂ）フィルタ集合体が、フィルタ要素及びそのフィルタ要素に接触した接種ペレットを包含し、そして接種物ペレットが、担体、及び希土類から、又はセリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、カルシウム、マンガン、バリウム、ビスマス、マグネシウム、チタン、アルミニウム、ランタン及び硫黄から構成される群から選択される少なくとも一種の接種剤を含む約０．１〜６０重量％の活性接種物を包含し、そしてペレットが、少なくとも約１ｍｇ／秒から約３２０ｍｇ／秒以下までの接種物溶解速度を示すものである、溶融鉄を、フィルタ集合体に輸送し、
ｃ）溶融鉄に、３０．２５ｃｍ2断面で測定された約１ｃｍ／秒から約６０ｃｍ／秒の速度で、フィルタ集合体を通過させて、接種された濾過鉄を形成し、溶融形状を形成する鋳型に接種された濾過鉄を輸送し、そして
ｄ）溶融形状を冷却して、成形された鉄を形成する
段階を包含する鉄を成形する方法で提供される。
【００２７】
さらに別の好ましい実施態様は、鋳型の中の鉄を接種するためのペレットで提供される。ペレットは、約４０〜９９．９重量％の担体、及び約０．１〜６０重量％の接種物を包含する。担体は、少なくとも約３０重量％のフェロシリコンを包含する。接種物は、希土類から、又はセリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、カルシウム、マンガン、バリウム、ビスマス、マグネシウム、チタン、アルミニウム、ランタン及び硫黄から構成される群から選択される少なくとも一種の接種剤を包含する。ペレットは、３０．２５ｃｍ2鉄の流れで、１５ｃｍ／秒の接近速度で測定された少なくとも約２ｃｍ／秒から約２５０ｃｍ／秒の接種物溶解速度を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明は、接種ペレット、システム、及びそれで溶融金属、特に鉄が、接種されうる濃度を大いに増大させる使用の方法に関する。ペレットを用いた接種の技術は、先に、限られた成功に終わっている。米国特許第６，２９３，９８８号で記述されたような非フェロシリコンベースのペレットは、ゆっくりと溶解し、そして得られた鋳鉄は、なおも不適切な接種と一致したチルを包含している。この技術は、適切な接種及び最小のフェーディングと共に、広範囲の流速、又は接近速度にわたって利用されうるフェロシリコンベースの接種物ペレットを提供する知見に欠いていた。入念な研究を経て、その知見がここに供される。
【００２９】
鋳鉄の進行の様々の段階での接種を実行する技術は、全てが微細である生成物を、接種物がその方法で添加される後半に使用する。その論理は、上流に、生成物が全て溶解するまでに必要な時間をかけ、生成物が鋳型の入口に達するときには、凝固前に残された時間が僅か数秒を残すのみであることである。
【００３０】
顆粒化された２〜１０ｍｍまでの粒子は、予備接種で最近使用され、０．２〜２ｍｍ顆粒化粒子は、取鍋処理を通して使用され、そして０．２〜０．７ｍｍまでの顆粒化粒子が、鋳造のときにランナー接種のために使用される。出願人は、実際に、試験作業場での予測されない現象に気づいた。同じ使用量の接種物については、液体鋳鉄で発生した黒鉛核の数は、接種物の単位質量に添加される接種物粒子の数と共に増大することである。したがって、二つの取鍋の鋳鉄を二つの異なる粒子サイズ分布での同じ接種物を用いた同一条件で処理した場合、最も微細な生成物で処理された鋳鉄は、よりきめの粗い生成物で処理されたものよりいっそう多い黒鉛核を含む。これらの核は、サイズについても、より小さい。
【００３１】
同じ現象は、塊状化ペレットを用いた成形処理での間に観察された。微細粉末から得られたペレットで処理された鋳鉄は、よりきめの粗い粉末から得られるペレットで処理されたものよりいっそう多い黒鉛核を含む。これらの核も、サイズが小さい。
【００３２】
接種の点で最大限の有効さを示すような方法でペレットを得るために、本出願人は、以下の方法で定義された特定の内部粒子サイズ分布を示す０〜２ｍｍの粉末を製造するように導かれた：２ｍｍまで通過：１００％；５０Φと２５０Φの間を通過：３０〜７０％、さらに好ましくは４０〜６０％；５０Φより下の区分：２５％未満、さらに好ましくは２０％未満。
【００３３】
低い比率の結合剤で操作することを可能にするこの鋳型の粉末は、容易に塊状化する。したがって、ペレットの機械的性能が容易に得られることから、周知の結合剤である珪酸ナトリウムを用いて、５０〜５００ＭＰａで変化しうる使用圧力に従って、１００ｇの粉末について０．３ｃｍ3から、１００ｇの粉末について３ｃｍ3までの投与量が十分である。圧力及び結合剤含有率パラメータは、ペレットの溶解速度を制御しても、その機械的性能は制御しないように使用されうる。
【００３４】
実験は、上に定義される粒子サイズ分布が、自然の破壊によって得られえないことを示す。この粒子サイズ分布の粉末の製造は、単離で製造したサイズ区分の使用量を要求する。
【００３５】
ペレットに関連したフィルタは、金属が通過し、そして１０Φより、そして好ましくは３Φより大きなあらゆる含有粒子が、とどまるようになる連続又は半連続の空隙又は経路を含むセラミックフィルタである。
【００３６】
広範囲の流速、又は接近速度に対処するために溶解速度を制御することは、現在、３０．２５ｃｍ2フロー断面で測定される１〜６０ｃｍ／秒の作業範囲内での接近速度を考慮しないで、推定可能な接種に対処する。
【００３７】
本発明の有効な成分は、フェロシリコン担体及び少なくとも一種の活性要素を包含する。フェロシリコン担体は、明らかに種核を形成することなく、溶融鉄に溶解する低活性要素である。活性要素は、要素、又は要素の組合せであり、溶融鉄に溶解し、溶融鉄中で要素と反応して黒鉛が優先的に結晶化する種核を形成する。
【００３８】
接種物ペレットの有効な成分は、好ましくは、４０〜９９．９重量％の担体、及び０．１〜６０重量％の活性要素を包含する。特に好ましい担体は、非反応性不純物を含むフェロシリコンから製造される。フェロシリコンは、種々の源から市販で入手可能である。フェロシリコンは、当業界での用語により、材料が、約７５重量％のシリコンと２５重量％の鉄を包含することを示す７５％フェロシリコンとして一般に供される。フェロシリコンは、材料が、約５０重量％のシリコンと５０重量％の鉄を包含することを示す５０％と同程度の広く利用可能なフェロシリコンである。本発明の目的のために、結合剤としては、全ての非接種要素が挙げられる。担体は、少なくとも約３０重量％のフェロシリコンを包含することが最も好ましい。ペレットを形成する前に、結合剤を有効な成分に添加することが好ましい。珪酸ナトリウムのような結合剤は、粉末の小球状化で助長することが当業界で周知である。
【００３９】
本発明の活性要素としては、少なくとも一種の希土類、又はセリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、カルシウム、マンガン、バリウム、ビスマス、マグネシウム、チタン、アルミニウム、ランタン及び硫黄から構成される群から選択される少なくとも一種の接種剤が挙げられる。特に好ましい接種剤としては、ストロンチウム、アルミニウム、ランタン、ジルコニウム、カルシウム及びマンガンから構成される群から選択される少なくとも一種の接種剤が挙げられる。接種物は、好ましくは、約０．１〜６０重量％の接種剤を包含する。さらに好ましくは、接種物は、約０．１〜４０重量％の活性接種剤を包含する。最も好ましくは、接種物は、約０．１〜２０重量％の活性接種剤を包含する。
【００４０】
接近速度は、フィルタに対しての、そしてそれを通しての金属の流れの量を示すための、当業界で周知である実用的測定である。当業者に明らかであるとおり、接近速度は、固定された断面フロー面積で測定される。本発明の目的のために、全ての接近速度は、特に規定されない限り、３０．２５ｃｍ2の断面積で計算される。当業者に十分に明らかであることには、様々の断面積が、様々の接近速度を生じるが、しかしその接近速度は、当業界で知られるとおり簡単な転換によりここで引用されるものに十分に匹敵しうるのである。
【００４１】
接種物の溶媒速度は、時間の関数として消費される接種剤の量として定義される。所定の接種物の分析は、困難であり、したがって、溶解速度は、決定要素である接種物又はマーカーのいずれかの分析に基づく。他の接種剤に対する決定要素の重量比は、当初のペレットでの重量比と、鋳鉄で同じであると思われる。本発明の目的のために、ジルコニウムを、接種決定要素として使用する。したがって、鋳鉄での総接種物は、鉄中のジルコニウム量と他の接種物の量を足して求められる。例えば、接種物が、１重量部のマンガンに対して１重量部のジルコニウムを示し、そして鉄中のジルコニウムの量が、２０ｐｐｍである場合、それにより、マンガンの量も、４０ｐｐｍの総接種物について２０ｐｐｍである。４０ｐｐｍの量の中に存在する、ジルコニウム＋マンガンのグラムは、鋳込み時間によって割られると、接種物溶解速度である。
【００４２】
少なくとも約１ｍｇ／秒の接種物溶解速度は、１〜６０ｃｍ／秒の接近速度にとって十分な接種を示すのに必須である。１ｍｇ／秒より下で、特に鋳込の初期に、最小限の冷却又は冷却なしに確保するために、炭化鉄の形成を実質的に排除するのに、不十分な接種速度が観察される。さもないと、接近速度は、約１ｍｇ／秒より下の接種物溶解速度に実用でないレベルに低下されなければならない。好ましい接種物溶解速度は、１０ｍｇ／秒以下である。さらに好ましい接種物溶解速度は、２０ｍｇ／秒以下である。約３２０ｍｇ／秒以下の接種物溶解速度は、溶解の速度が、１〜６０ｃｍ／秒の接近速度で、ペレットが全鋳込を通して残ることを確保するのに十分に遅いことを保証するために要求される。約３２０ｍｇ／秒より上で、ペレットは時期尚早に溶解し得て、それにより鋳込の後期部分を接種するのに失敗する。さもないと、接近速度は実行力のないレベルに増大されなければならない。さらに好ましい接種物溶解速度は、約２５０ｍｇ／秒以下である。最も好ましい接種溶解速度は、約２００ｍｇ／秒以下である。
【００４３】
市販で入手可能なフェロシリコンベースの接種物は、３２０ｍｇ／秒を越える速度で溶解する。取鍋接種で使用するのに差し迫って適切でありながら、これらは、濾過の点でペレットで使用するために不適切であることが分かった。本発明の以前に、フェロシリコンベースの接種物についての溶解の速度は、速度がこの方法で使用されるのには早いという当業界での見解により、探索されていなかった。本発明は、狭い範囲の溶解速度に製造されるとき、接種物ペレットとして利用されうるフェロシリコンベースの接種物が、製造されうること、そして得られた鋳鉄は、低レベルのチルを示すことを示す。さらに、先に当業界で実現されなかった適切な溶解速度は、最小限の接種剤を用いた優れた接種に対処する。これは、接種のコストを実質的に減少させ、そして予測性を増大させる。ここでの知見により供されるさらに別の利点は、適切なレベルの接種を達成するために適切な量の接種物ペレットを決定する能力である。
【００４４】
約１ｍｇ／秒から約３２０ｍｇ／秒までの溶解速度は、１〜６０ｃｍ／秒の接近速度で使用されることにより、フェーディングなしに、又は鋳込のあらゆる部分での接種の下に、本発明に係るペレットに対処する。これは、最近は、部分的にのみ使用される非常に多量のペレット、又は不適当である接近速度を利用せずには当業界で利用可能でない。より好ましい溶解速度は、約１ｃｍ／秒から約４０ｃｍ／秒までの接近速度で、約１ｍｇ／秒から約３２０ｍｇ／秒である。さらにより好ましい１０〜３０ｃｍ／秒の接近速度は利用可能であり、最も好ましい１５〜２５ｃｍ／秒の接近速度は、２〜２５０ｍｇ／秒の好ましいペレット溶解速度で利用されうる。特に好ましいペレット溶解速度は、２〜１５０ｍｇ／秒である。
【００４５】
特に好ましい実施態様では、ペレットの溶解速度は、３０．２５ｃｍ2の断面積で測定される１５ｃｍ／秒の接近速度で測定される。１５ｃｍ／秒の接近速度で、ペレットは、好ましくは、少なくとも約２ｍｇ／秒から約３００ｍｇ／秒以下までの溶解速度を示す。さらに好ましくは、１５ｃｍ／秒の接近速度で測定されると、ペレットは、少なくとも約２ｍｇ／秒から約２００ｍｇ／秒以下までの好ましい溶解速度を示す。
【００４６】
フィルタの濾過速度は、０．０１ｋｇ／（ｓ・ｃｍ2）と０．５ｋｇ／（ｓ・ｃｍ2）の間で調節されうる。さらに好ましくは、用途によって、０．０４ｋｇ／（ｓ・ｃｍ2）と０．２４ｋｇ／（ｓ・ｃｍ2）の間である。
【００４７】
０．０５％と０．１５％の間で一般に要求される接種速度により、そしてｃｍ2当たり１ｋｇと１．５ｋｇの間の液体鉄である本発明のフィルタの濾過許容量により、フィルタ接種物パッケージは、０．７５と１．５の間の比（ペレット質量ｇ／フィルタ表面ｃｍ2）のサイズに分けられる。例えば、２５ｇペレット及び３０ｃｍ2から作られるフィルタ接種物パッケージは、都合のよい分粒である。
【００４８】
ペレットの溶解速度は、組成及び充填密度によって制御される。充填密度が増大すると、溶解速度は減少する。本発明の目的のために、約２．３ｇ／ｃｃから約２．６ｇ／ｃｃまでの密度を達成するために圧縮されるフェロシリコン結合剤は、本発明について要求される溶解範囲を得るのに適切である。このような結果は、５０〜５００ＭＰａで変化しうる塊状化のために使用される圧力により、ペレットが作られる接種物合金の真の密度の６０％と８０％の間で得られうるペレットの密度を調節する上で得られうる。本発明によるフィルタ接種物パッケージは、１ｋｇ／ｓと２５ｋｇ／ｓの間の溶融鉄流速の処理のためにサイズ分けされる。
【００４９】
セラミックフィルタ要素は、それを通して、金属が通過し、あらゆる含有粒子が留まることとなる、連続又は半連続空隙又は経路を含む多孔質構成要素である。多孔質セラミックフィルタ要素は、好ましくは、米国特許第４，０５６，５８６号明細書で記述される方法によって製造され、参照としてここに組み込まれる。セラミックフィルタ要素を製造する方法でのさらなる労作は、米国特許第５，６７３，９０２号明細書、及び第５，４５６，８３３号明細書で提供され、そしてその両方は、参照としてここに含まれる。
【００５０】
実施例１〜５では、ダクタイル鋳鉄に関連する。実施例で６は、ねずみ鋳鉄に関連する。
【実施例１】
【００５１】
先行技術の市販で利用可能な塊状化接種物ペレットのバッチ「Ａ」が入手され、分析された。分析は、Ｓｉ＝７２．１％、Ａｌ＝２．５７％及びＣａ＝０．５２％を示した。先のバッチのものに可能な限り近い分析の溶融接種物のバッチは、ＦｅＳｉ７５から誘導炉で合成され、その強度は、カルシウムシリサイド、アルミニウムその後、鉄を添加することによって修正された。その後、このバッチの接種を、２５ｇ成形ペレットで鋳込した。「Ｂ」と称されるペレットのこのバッチのサンプル採取及び分析は、Ｓｉ＝７２．４％、Ａｌ＝２．８３％及びＣａ＝０．４２％を示した。一連の３０．２５ｃｍ2角のシリコンカーバイドセラミックフィルタを、標準技術を使用して製造した。有機発泡体を、全ての空隙が充填されるようにセラミックスラリーで被覆した。その後、有機発泡体を圧縮して、過剰のスラリーを除去した。その後、被覆された有機発泡体スラリーを、乾燥及び燃焼させた。直径２４ｍｍの環状の空隙を、部分的に、ペレットに適合するためのフィルタの表面に食い込ませた。
【実施例２】
【００５２】
鋳鉄の投入量を、誘導炉で溶融させ、そして１６００ｋｇの鋳鉄について２０ｋｇの投与量で、５％Ｍｇ、２％Ｃａ、及び２％総希土類（ＴＲＥ）を伴うＦｅＳｉＭｇ型の合金の手段によるタンディッシュ・カバー方法により処理した。この液体鋳鉄の分析は、Ｃ＝３．７％、Ｓｉ＝２．５％、Ｍｎ＝０．０９％、Ｐ＝０．０３％、Ｓ＝０．００３％、Ｍｇ＝０．０４２％を示した。それの共晶温度は、１１４１℃であった。この鋳鉄を、約１ｋｇのユニット質量で部品を鋳造するために使用し、バッチ「Ｂ」の成形ペレットに配置された流入導管によって供給される２０部の型でのクラスターに入れた。部品の断面での金属顕微鏡によって観察された黒鉛小瘤の数は、１８４／ｍｍ2であった。
【実施例３】
【００５３】
バッチ「Ｂ」から由来する成形スラグが、先の実施例で使用されたペレットと同じバッチ「Ｂ」から取出された成形ペレットの自然の破壊によって得られる０〜２ｍｍの粉末を通過させることによって得られる、先行技術による塊状化ペレットに置換したという唯一の差異を示す同一の方法で、実施例２を再現した。この粉末の粒子サイズ分布は、２ｍｍまで通過する：１００％、０．４ｍｍまで通過する；４２％、０．２ｍｍまで通過する：２０％；５０Φまで通過する：１０％、すなわち、欧州特許第０２３４８２５号で推奨されたものに非常に近い粒子サイズ分布。部品の断面での金属顕微鏡によって観察された黒鉛小瘤の数は、１６８／ｍｍ2であった。
【実施例４】
【００５４】
成形スラグが、バッチ「Ａ」から由来するという唯一の差異を示す同一の方法で、実施例３を再現した。ペレットの断面での金属顕微鏡によって観察された黒鉛小瘤の数は、１７０／ｍｍ2であった。
【実施例５】
【００５５】
実施例３を、以下の条件で繰返した。バッチ「Ｂ」から得られる２５ｋｇバッチの成形スラグを、０〜１ｍｍに破砕した。区分０．６３〜１ｍｍ、０．４０〜０．６３ｍｍ、０．２５〜０．４０ｍｍ、０．０５０〜０．２５ｍｍ、そして０〜０．０５０をスクリーニングによって分離した。得られたのは、３．５ｋｇの０．６３〜１ｍｍ、３．９ｋｇの０．４０〜０．６３ｍｍ、４．２ｋｇの０．２５〜０．４０ｍｍ、７．１ｋｇの０．０５０〜０．２５ｍｍ、そして６．１ｋｇの０〜０．０５０ｍｍ各区分である。混合によって粉末を製造した。２ｋｇの０．６３〜１ｍｍ、２ｋｇの０．４０〜０．６３ｍｍ、２ｋｇの０．２５〜０．４０ｍｍ、７ｋｇの０．０５０〜０．２５ｍｍ、及び２ｋｇの０〜０．０５０ｍｍである。この１５ｋｇ粉末混合物に、１５０ｃｍ3の珪酸ナトリウム、及び１５０ｃｍ3の１０ナノモルの水酸化ナトリウムを添加した。得られた混合物を、直径２４ｍｍ、厚さ２２ｍｍの円筒形状の塊状化ペレットを製造するために使用した。ペレット形成のため、ペレットに継続的にかけられた圧力は、１秒間で２８５ＭＰａであった。作られたペレットを、注意深く換気された配置で、８時間、２５℃で保存し、そしてその後、１１０℃で、４時間、オーブンで乾燥させた。２５ｇユニット質量の得られたペレットは、バッチ「Ｃ」と称されるバッチから構成された。その後、実施例３を、実施例２で使用されたものに一致するセラミック発泡体フィルタで構築されたバッチ「Ｃ」から由来するペレットで繰返した。部品の断面での金属顕微鏡によって観察された黒鉛小瘤の数は、２３４／ｍｍ2であった。
【実施例６】
【００５６】
実施例５を、以下の条件で繰返した。１６００ｋｇの鋳鉄の投入量を、誘導炉で溶融させた。液体金属からサンプルを取り出し、分析した。分析は、Ｃ＝３．１５％、Ｓｉ＝１．８２％、Ｍｎ＝０．７１％、Ｐ＝０．１５％、Ｓ＝０．０８％を示した。共晶温度は、１１３６℃であった。この鋳鉄を使用して、約１ｋｇのユニット質量で部品を鋳造し、他の実施例で使用されたものと一致する耐熱性発泡体によって構成される３０．２５ｃｍ2フィルタによって支持される成形ペレットが配置された流入導管によって供給される２０部の型でのクラスターに入れた。成形スラグは、バッチ「Ｃ」から得られた。部品の断面での金属顕微鏡によって観察された共晶セルの数は、３１０／ｍｍ2であった。
【００５７】
（発明の実施例７）
一連の３０．２５ｃｍ2角のシリコンカーバイドセラミックフィルタを、標準技術を使用して製造した。有機発泡体を、全ての空隙が充填されるようにセラミックスラリーで被覆した。その後、有機発泡体を圧縮して、スラリーで被覆された有機発泡体を遊離しながら、そこから過剰のスラリーを除去した。その後、被覆された有機発泡体スラリーを、乾燥及び燃焼させた。直径約２５．４ｍｍの環状の空隙を、部分的に、ペレットに適合するためのフィルタの表面に食い込ませた。
【００５８】
厚さ約２０．５ｍｍ及び直径約２５．４ｍｍの一連の円筒状ペレットを、シリコン及び鉄を有する活性成分の合金を作製しながら製造した。合金を溶融させ、破砕し、微粉状にしてサイズ分けした後、珪酸ナトリウムと混合してペレットを形成した。粉末を、鋳型に入れ、そして約２．３〜２．６ｇ／ｃｃの要求された密度を得るのに十分なレベルまで圧縮した。その後、ペレットを、セラミックフィルタの円形空隙に挿入した。
【００５９】
各チャンバーが単独の孔に連続して充填される、等しいサイズの５個のチャンバーを含む試験用鋳型を、鋳造を通したペレット／フィルタ組合せの溶媒速度を測定するために使用した。ペレット／フィルタ組合せを、チャンバーの前に試験用鋳型に挿入し、そして２９．５１Ｋｇの溶融鉄を、様々の時間の期間かけて鋳型に注いだ。鋳造の間の温度は、この範囲の温度内に示される明らかな差異なしに、１３３５〜１４７０℃の範囲に決定された。
【００６０】
複数のコアサンプルを、試験用鋳型の第一、第三及び第五チャンバーでプレート鋳物から取り出し、そしてコアサンプルを、溶解させ、誘導的に結合したプラズマ分光計によりジルコニウムについて分析した。平均ジルコニウム濃度を、平均接種（ＡＩ）と定義した。フィルタの先端で金属の速度である接近速度（ＡＶ）は、以下の方程式から算出した。
【００６１】
ＡＶ＝ＰＷ／（Ｄ*ＥＦＡ*ｔ）
ここに、ＰＷはグラムでの鋳込重量、Ｄは立方センチメートル当たりのグラムでの金属密度、ＥＦＡはｃｍ2での有効なフィルタ面積、又はペレットにより被覆されないフィルタの表面積であり、ｔは秒での時間である。平均溶解速度（ＡＤＲ）は、ジルコニウムの分析に基づき、総鋳込時間にわたる、金属によって消費された接種剤の総グラムとして測定された。結果は、表１に供される。
【００６２】
鋳込が完了した後、ペレットは、もはやフィルタ上で目視できない。最初及び最後のプレートでの適切な接種の存在は、溶解速度が、あらゆるサンプルでの接種が乏しいことによる冷却なしで、全鋳込を有効に接種するのに十分であることを示した。
【００６３】
鋳鉄の分析は、発明のサンプルの全ては、鋳鉄中のジルコニウムの濃度に基づく平均接種（ＡＩ）で示唆されるとおり、適切な接種を示したことを表した。
【００６４】
【表１】
2005514206.tif 000002
【００６５】
（比較例）
フェロシリコンペレットを、フェロシリコンベースの接種物で一般に使用される粒子サイズ及び充填を除いて、発明の実施例と同様に製造した。溶解速度を、ペレット損失分析及び接種物要素パーセンテージによって概算した。結果は、表２に供される。
【００６６】
【表２】
2005514206.tif 000003
溶解速度は、効果的な接種物であるのには高すぎた。
【００６７】
（比較例２）
２６．４ｍｍの直径及び約１７ｍｍの厚みを示す円形接種ディスクを、ＳＥＬＥＥ（登録商標）シリコンカーバイドフィルタに挿入した。接種ディスクは、１５〜４９重量％シリコン、７〜２２重量％カルシウム、２．５〜１０重量％硫黄、２．５〜７．５重量％マグネシウム及び０．５〜５重量％アルミニウムを包含する。２０ｋｇ〜２９ｋｇねずみ鉄のサンプルを、約１２〜１８ｃｍ／秒の接近速度で、フィルタを通して注いだ。鋳込を完了した後、残りのペレットを、ＳＥＭ／ＥＤＳによって分析した。ペレットがもはや判別できなかったため、発明の実施例での類似の分析は不可能であった。分析は、カルシウム・マグネシウム・アルミニウム化合物のシリケート及びスルフィドを含めた複合ドロス形成の形成を示唆した。
【００６８】
比較例のペレットを利用する鋳鉄の独立の分析は、フレーク状黒鉛の最小限の形成を伴う炭化鉄の形成を示し、それにより有効でない接種を示した。
【００６９】
有効な接種が、フィルタ要素と接触するフェロシリコンベースのペレットを利用して達成されうることは、ここにある説明及び実施例から明らかである。この組合せが、当業界での知識に基づいて適切であることは、予想外である。さらに驚くのは、炭化物の形成が実質的に排除され、冷却制御は鋳込の期間中ずっと良好な優れた接種が得られうるという観察である。これは、当業者の期待と、フェロシリコンベースのペレットを用いたペレット接種は望ましくないと信じられていた当業界で先入観によってこれまで活用されなかったフェロシリコンベースの接種物の特性の取り扱いとを翻す、当業界での進歩である。
【００７０】
本発明は、好ましい実施態様で特に強調して記述されてきている。代替の実施態様は、付随の各請求項で記述される本発明の範囲から逸脱することなく実現されうることは、当業者に明らかである。
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月22日(2003.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最終濾過での鋳鉄の後期接種のためのフィルタ及びペレットを包含する集合体であって、前記ペレットが、粉末接種物合金の塊状化により得られ、前記フィルタが、耐熱性多孔質材料であり、前記ペレットの粉末接種物は、１００重量％の２ｍｍ未満；３０〜７０重量％の５０〜２５０μｍの間、そして２５重量％未満の５０μｍより下を含む粒子サイズ分布を含み、そして前記フィルタは、１０μｍより下の粒子を通過させるのみである、フィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項２】
前記フィルタは、３μｍより下の粒子を通過させるのみである、請求項１に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項３】
前記ペレットが、グラムで測定された質量を示し、前記フィルタがｃｍ2で測定された表面積を示し、前記表面積に対する前記グラムの比が少なくとも０．７５から１．５以下までである、請求項１に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項４】
前記ペレットが、４０重量％から６０重量％間の前記５０〜２５０μｍの間のもの、及び２０重量％未満の５０μｍより下の前記区分混合物より下のものを含む接種物合金粉末を有する、請求項１に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項５】
前記粉末化接種物が、二種又はそれ以上の接種物粉末合金の混合物を包含する、請求項１に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項６】
前記粉末化接種物は、異質の接種物から構成される二種又はそれ以上の生成物の混合物である、請求項１に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項７】
前記ペレットが、約４０〜９９．９重量％のフェロシリコンを含む担体、及び約０．１〜６０重量％で、希土類から選択される少なくとも一種の接種剤を含む活性成分を包含する、請求項１に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項８】
前記ペレットが、約４０〜９９．９重量％の、フェロシリコンを含む担体、及び約０．１〜６０重量％で、セリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、カルシウム、マンガン、バリウム、ビスマス、マグネシウム、チタン、アルミニウム、ランタン及び硫黄から構成される群から選択される少なくとも一種の接種剤を含む活性成分を包含する、請求項１に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項９】
前記ペレットが、ストロンチウム、ジルコニウム、カルシウム、ランタン、マグネシウム及びアルミニウムから構成される群から選択される接種要素を少なくとも一つ包含する、請求項８に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項１０】
前記ペレットが、約０．１〜４０重量％の接種要素を包含する、請求項８に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項１１】
前記ペレットが、約０．１〜２０重量％の接種要素を包含する、請求項１０の溶融鉄を接種する方法。
【請求項１２】
前記ペレットが、少なくとも１ｍｇ／秒から３２０ｍｇ／秒以下までの接種物溶解速度を示す、請求項１に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項１３】
前記ペレットが、少なくとも１０ｍｇ／秒の接種物溶解速度を示す、請求項１２に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項１４】
前記ペレットが、少なくとも２０ｍｇ／秒の接種物溶解速度を示す、請求項１３に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項１５】
前記ペレットが、２５０ｍｇ／秒以下の接種物溶解速度を示す、請求項１２に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項１６】
前記ペレットが、２００ｍｇ／秒以下の接種物溶解速度を示す、請求項１５に記載のフィルタ及びペレットを包含する集合体。
【請求項１７】
溶融鉄を接種する方法であって、前記フィルタ集合体が、フィルタ要素、及びフィルタ要素と接触する接種ペレットを包含し、前記ペレットは、断面積３０．２５ｃｍ2で計算して、少なくとも１ｍｇ／秒から３２０ｍｇ／秒以下までの接種物溶解速度を示す、約１ｃｍ／秒から約６０ｃｍ／秒までの接近速度で、前記フィルタ集合体を通して前記溶融鉄を通過させることを包含する、溶融鉄を接種する方法。
【請求項１８】
前記接種物溶解速度が、少なくとも１０ｍｇ／秒である、請求項１７に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項１９】
前記接種物溶解速度が、少なくとも２０ｍｇ／秒である、請求項１８に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項２０】
前記接種ペレットが、約４０〜９９．９重量％の、フェロシリコンを含む担体、及び約０．１〜６０重量％の、希土類から選択される少なくとも一種の接種剤を含む活性成分を包含する、請求項１７に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項２１】
前記接種ペレットが、約４０〜９９．９重量％のフェロシリコンを含む担体、及び約０．１〜６０重量％の、セリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、カルシウム、マンガン、バリウム、ビスマス、マグネシウム、チタン、アルミニウム、ランタン及び硫黄から構成される群から選択される少なくとも一種の接種剤を包含する活性成分を包含する、請求項１７に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項２２】
前記ペレットが、少なくとも２ｍｇ／秒の接種物溶解速度を示す、請求項１７に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項２３】
前記ペレットが、２５０ｍｇ／秒以下の接種物溶解速度を示す、請求項１７に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項２４】
前記ペレットが、２００ｍｇ／秒以下の接種物溶解速度を示す、請求項２３に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項２５】
前記接近速度が、約１ｃｍ／秒から約４０ｃｍ／秒までである、請求項１７に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項２６】
前記接近速度が、約１０ｃｍ／秒から約３０ｃｍ／秒までである、請求項２５に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項２７】
前記接近速度が、約１５ｃｍ／秒から約２５ｃｍ／秒までであり、前記接種物溶解速度が、少なくとも約２ｍｇ／秒から２５０ｍｇ／秒以下までである、請求項１７に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項２８】
前記ペレットが、約０．１〜４０重量％の接種要素を包含する、請求項１７に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項２９】
前記ペレットが、約０．１〜２０重量％の接種要素を包含する、請求項２８に記載の溶融鉄を接種する方法。
【請求項３０】
前記ペレットが、１００重量％の２ｍｍ未満、３０〜７０重量％の５０〜２５０μｍの間、及び２５重量％未満の５０μｍより下を含む粒子サイズ分布を包含する塊状化粉末接種物ペレットを包含し、そして前記フィルタが、１０μｍより下の粒子がそこを通過することを許すのみである、請求項１７に記載の鉄を接種する方法。
【請求項３１】
前記ペレットが、４０重量％と６０重量％の間の、５０〜２５０μｍの間の粒子、及び２０重量％未満の５０μｍより下のものを含む塊状化粉末接種ペレットを有する、請求項３０に記載の鉄を接種する方法。
【請求項３２】
前記フィルタは、３μｍより下の粒子がそこを通過することを許すのみである、請求項３１に記載の鉄を接種する方法。
【請求項３３】
前記ペレットが、グラムで測定された質量を示し、前記フィルタが、ｃｍ2で測定された表面積を示し、そして前記表面積に対する前記質量の比が、少なくとも０．７５から１．５以下までである、請求項１７に記載の鉄を接種する方法。
【請求項３４】
前記フィルタ集合体が、少なくとも１ｋｇ／ｓから２５ｋｇ／ｓ以下までの溶融鋳鉄流速を処理する、請求項１７に記載の鉄を接種する方法。
【請求項３５】
多孔質フィルタ及び接種物ペレットを包含するフィルタ集合体であって、
前記接種物ペレットが、グラムで測定されたある質量を有し、かつ、前記フィルタがｃｍ2で測定された表面積を有し、前記質量と前記表面積との比が、少なくとも０．７５から１以下までとなるようなものであり、
前記ペレットが、担体及び接種物を包含し、前記担体は、少なくとも３０重量％のフェロシリコンを包含し、そして前記接種物が、セリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、カルシウム、マンガン、バリウム、ビスマス、マグネシウム、チタン、アルミニウム、ランタン、硫黄及び希土類から構成される群から選択される少なくとも一種の接種剤を包含する、フィルタ集合体。
【請求項３６】
前記フィルタが、サイズで１０μｍより下の粒子が通過することを許すのみである、請求項３５に記載のフィルタ集合体。
【請求項３７】
前記接種ペレットが、約４０〜９９．９重量％の前記担体、及び約０．１〜６０重量％の前記接種物を包含する、請求項３５に記載のフィルタ集合体。
【請求項３８】
前記接種ペレットが、約０．１〜２０重量％の前記接種物を包含する、請求項３７に記載のフィルタ集合体。
【請求項３９】
前記接種物が、ストロンチウム、ジルコニウム、アルミニウム、カルシウム、マンガン及びランタンから構成される群から選択される少なくとも一種の接種剤を包含する、請求項３８に記載のフィルタ集合体。
【請求項４０】
鉄を成形する方法であって、
鉄を溶融させて、溶融鉄を形成する過程と、
フィルタ集合体が、フィルタ要素、及び前記フィルタ要素に接触する接種ペレットを包含し、そして前記接種物ペレットが、担体、及びセリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、カルシウム、マンガン、バリウム、ビスマス、マグネシウム、チタン、アルミニウム、ランタン及び硫黄から構成される群から選択される少なくとも一種の接種剤を含む約０．１〜６０重量％の接種物を包含し、そして前記ペレットが、少なくとも約１ｍｇ／秒から約３２０ｍｇ／秒以下までの接種物溶解速度を示すものであり、溶融鉄を、前記フィルタ集合体に輸送する過程と、
溶融鉄に、断面積３０．２５ｃｍ2で計算された、約１ｃｍ／秒から６０ｃｍ／秒の速度でフィルタ集合体を通過させて、接種濾過鉄を形成する過程と、
接種濾過鉄を、溶融形状を形成する鋳型に輸送する過程と、
前記溶融形状を冷却して、溶融鉄を成形する
過程とを包含する、鉄を成形する方法。
【請求項４１】
前記ペレットが、少なくとも約２ｍｇ／秒から約２５０ｍｇ／秒までの接種物溶解速度を示す、請求項４０に記載の鉄を成形する方法。
【請求項４２】
前記フィルタ要素が、中央の部分的穴を含み、前記ペレットが、前記中央の部分的穴で受け取られる、請求項４０に記載の鉄を成形する方法。
【請求項４３】
前記担体が、少なくとも３０重量％のフェロシリコンを包含する、請求項４０に記載の鉄を成形する方法。
【請求項４４】
前記ペレットが、約０．１〜２０重量％の接種物を包含する、請求項４０に記載の鉄を成形する方法。
【請求項４５】
約４０〜９９．９重量％の担体、及び約０．１〜６０重量％の接種剤を含む、鋳型における鉄を接種するためのペレットであって、
前記担体が、少なくとも約３０重量％のフェロシリコンを包含し、
前記接種物が、セリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、カルシウム、マンガン、バリウム、ビスマス、マグネシウム、チタン、アルミニウム、ランタン及び硫黄から構成される群から選択される少なくとも一種の接種剤を含み、そして
前記ペレットが、少なくとも約２ｍｇ／秒から約２５０ｍｇ／秒までの接種物溶解速度を示すことを包含するものである、
鉄を接種するためのペレット。
【国際調査報告】
2005514206.tif 000004
2005514206.tif 000005