(57)【要約】  本発明は、鋳鉄のマンガン除去において、硫化物などの脱マンガン剤や可燃性ガスを要せず、生成スラグが少なくマンガン除去効率が高く、安全に操業することができる。本発明に係る鋳鉄のマンガン除去方法は、炉内を酸素雰囲気にするとともにその炉内の鋳鉄溶湯に空気を吹き込んで、その鋳鉄溶湯中の炭素成分をほぼ一定に保持してマンガン成分の除去を行うことにより実施される。また、本発明に係る鋳鉄のマンガン除去方法は、炉内を酸素雰囲気にしてその炉内の鋳鉄溶湯を攪拌し、その鋳鉄溶湯中の炭素成分をほぼ一定に保持してマンガン成分の除去を行うことにより実施される。
2016093093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内を酸素雰囲気にするとともにその炉内の鋳鉄溶湯に空気を吹き込んで、その鋳鉄溶湯中の炭素成分をほぼ一定に保持してマンガン成分の除去を行う鋳鉄のマンガン除去方法。
【請求項２】
炉内を酸素雰囲気にしてその炉内の鋳鉄溶湯を攪拌し、その鋳鉄溶湯中の炭素成分をほぼ一定に保持してマンガン成分の除去を行う鋳鉄のマンガン除去方法。
【請求項３】
炉内に供給する酸素量又は／及び炉内の鋳鉄溶湯の攪拌速度を調整しつつマンガン成分の除去を行う請求項２に記載の鋳鉄のマンガン除去方法。
【請求項４】
珪素成分の除去速度とマンガン成分の除去速度の比をほぼ一定に保持して行う請求項１〜３の何れか一項に記載の鋳鉄のマンガン除去方法。
【請求項５】
珪素成分の減少を抑えてマンガン成分の除去を行う請求項１〜３の何れか一項に記載の鋳鉄のマンガン除去方法。
【請求項６】
鋳鉄溶湯の湯温をほぼ一定に保持して行う請求項１〜３の何れか一項に記載の鋳鉄のマンガン除去方法。
【請求項７】
鋳鉄溶湯の温度は、1400℃〜1200℃である請求項１〜６の何れか一項に記載の鋳鉄のマンガン除去方法。
【請求項８】
炉内を酸素雰囲気にするとともにその炉内の鋳鉄溶湯に空気を吹き込み又は炉内を酸素雰囲気にしてその炉内の鋳鉄溶湯を攪拌し、その鋳鉄溶湯中の炭素成分をほぼ一定に保持してマンガン成分と合わせ、クロム、チタン、アルミニウム、硼素又は亜鉛の金属成分の除去を行う鋳鉄の金属成分除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳鉄部品の製造に供されるマンガン含有量の高い原材料のマンガン除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳鉄鋳物は自動車部品や機械部品などに使用されており、鋳鉄鋳物の生産量の約半分が自動車用として生産され、自動車総重量の約10％を鋳鉄鋳物が占めている。この鋳鉄鋳物の製造に供される原材料は自動車用鋼板の鋼屑が利用されているところ、近年の軽量化の要請から自動車用鋼板のマンガン含有量が増加しており、マンガンがパーライト化促進元素であるため靱性が低下すること、また、内部欠陥を生じ易くなるということから問題になっている。【０００３】
この鋳鉄部品の製造に供される原材料のマンガン含有量の増加に対する問題に対し、以下のような提案がされている。例えば、特許文献１に、マンガンを含む鋳鉄溶湯中に硫黄を含む脱マンガン処理剤を加え、硫化マンガンとして浮上させて溶湯中からマンガンを除去する鋳鉄の脱マンガン処理方法が提案されている。そして、マンガン成分の除去について、溶湯中で生成したMnSは浮上し溶湯表面のスラグ中に除去される。この浮上除去を促進するためには、溶湯の入った取鍋底部のポーラスプラグからガスを吹込むなど、溶湯を攪拌することが有効である。ガス攪拌の場合、吹込みガスとしては圧縮空気や窒素ガスが安価で使い易い。但し、溶湯中の酸素量、窒素量の増加を抑えるためにはAr等の不活性ガスの方が好ましいとされる。【０００４】
特許文献２に、鋳鉄の製造においてマンガン含有量を低下させる方法であって、温度が1400〜1500℃である鋳鉄溶湯に、添加剤として硫酸ナトリウムのみを添加混合する鋳鉄溶湯中のマンガン除去方法が提案されている。このマンガン除去方法において、鋳鉄溶湯の温度は1300℃未満であると、SiO2の生成が激しく、鋳鉄の主要成分であるSiの減耗が大きく好ましくない。また、1300℃以上の鋳鉄溶湯中では、Mn又はSの含有量（％）が非常に高い領域でないとMnSは形成されないとされる。そして、この発明は、鋳鉄溶湯のMn含有量が1.5質量％以上であっても、Mn除去率を70％以上にすることが可能である。Mn除去率は、Na2SO4の添加量が概ね10質量％までは、Na2SO4の添加量に応じて向上するとされる。【０００５】
特許文献３に、熱源として天然ガス、液化石油ガス又は灯油等と純酸素を利用する回転炉による溶解において、装入材料地金として鋼屑と戻り屑又は鋼屑のみを用い、酸化性燃焼期に脱Mn溶解を行うことにより得られる原湯と、他炉であらかじめ溶解し、成分調整した溶湯とを併せ湯手段により得られる球状黒鉛鋳鉄の製造方法が提案されている。そして、この球状黒鉛鋳鉄の製造方法の実施例において、鋼屑60％と戻り屑40％の配合割合の材料地金を材料装入口より回転炉内に装入し、その上部に造滓剤として、1.62％珪砂と0.30％石灰石を散布した。純酸素と天然ガス（CH4）の容量比を1.95〜2.10の範囲で調整しながら溶解したとされる。【０００６】
特許文献４に、あらかじめ溶融された鋳鉄溶湯中に含まれている炭素（C）およびシリコン（Si）の減耗を抑制しながら、マンガン（Mn）を含む不純物を除去する方法であって、前記鋳鉄溶湯の温度を1250℃以上1500℃未満に維持して、該溶湯と酸性スラグ層とを接触させながら、燃料と酸素との理論燃焼比（酸素量（体積）×5／燃料（体積）量）が1〜1.5である酸素過剰の火炎を前記鋳鉄溶湯の表面に直接暴露して、該表面を過熱する鋳鉄溶湯中の不純物除去方法が提案されている。給湯時の鋳鉄溶湯の温度は、1500℃未満であることが好ましく、より好ましくは1250℃以上1500℃未満である。この温度範囲であると、給湯後に、C、Siの減耗を抑制しながらの脱Mn処理が容易となる。また、酸素過剰の火炎は、LPGガスまたはLNGガスを用いて、燃焼に必要な酸素量よりも過剰の酸素量を供給しながら燃焼させるバーナーが好ましいとされる。そして、酸素過剰の火炎は、溶湯表面を火炎に直接暴露して、残りの溶湯表面を酸性スラグに接触させながら溶湯全体の温度を上昇させることなく不純物除去処理するので、Mnの酸化除去が進行しつつ、C、Siの減耗を少なくできるとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2003-105420号公報
【特許文献２】特許第4210603号公報
【特許文献３】特開平7-268432号公報
【特許文献４】特開2011-153359号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１又は２に記載のマンガン除去方法は、脱マンガン剤として硫化物を使用し、質量％で数パーセントの量が必要とされ、硫黄を含有する多量のスラグを生じるという問題がある。また、特許文献２に記載の方法によると、鋳鉄溶湯中の硫黄の増加が少ないとされるが、硫黄含有量が0.02〜0.03％に増加するので球状黒鉛鋳鉄部品に供するには脱硫が必要になるという問題がある。【０００９】
一方、特許文献３又は４に記載のマンガン除去方法は、鋳鉄中に含まれるマンガンを酸化させてスラグとして除去する方法であるから、生成スラグ量が少なくて済むという利点がある。特に、特許文献４に記載の方法は、特許文献３に記載の方法と異なり、造滓材を使用しないので生成スラグ量を少なくすることができる。しかしながら、特許文献３又は４に記載のマンガン処理方法は、可燃性ガスを必要としており、高温作業を行う現場においては好ましくないという問題がある。【００１０】
鋳鉄のマンガン除去方法として、環境保全が重視される社会においてはスラグ量が多く、硫黄を含むスラグが生成される方法は好ましくない。そして、鋳鉄のマンガン除去方法は、取扱性、作業効率の観点から可燃性ガスを必要としない方法が好ましい。また、鋳鉄のマンガン除去の処理温度はなるべく低い温度であるのが、省エネルギーの観点から好ましい。【００１１】
本発明は、このような従来の問題点及び要請に鑑み、鋳鉄のマンガン除去において、硫化物などの脱マンガン剤や可燃性ガスを要せず、生成スラグが少なくマンガン除去効率が高く、安全に操業することができる鋳鉄のマンガン除去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】
【００１２】
本発明に係る鋳鉄のマンガン除去方法は、炉内を酸素雰囲気にするとともにその炉内の鋳鉄溶湯に空気を吹き込んで、その鋳鉄溶湯中の炭素成分をほぼ一定に保持してマンガン成分の除去を行うことにより実施される。【００１３】
また、本発明に係る鋳鉄のマンガン除去方法は、炉内を酸素雰囲気にしてその炉内の鋳鉄溶湯を攪拌し、その鋳鉄溶湯中の炭素成分をほぼ一定に保持してマンガン成分の除去を行うことにより実施される。【００１４】
上記発明において、炉内に供給する酸素量又は／及び炉内の鋳鉄溶湯の攪拌速度を調整しつつ、その鋳鉄溶湯中の炭素成分をほぼ一定に保持してマンガン成分の除去を行うことができる。【００１５】
また、上記発明において、珪素成分の除去速度とマンガン成分の除去速度の比をほぼ一定に保持してマンガン成分の除去を行うことができ、珪素成分の減少を抑えてマンガン成分の除去を行うことができる。【００１６】
また、上記発明において、鋳鉄溶湯の湯温をほぼ一定に保持してマンガン成分の除去を行うことができ、鋳鉄溶湯の温度は、1400℃〜1200℃とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の鋳鉄のマンガン除去方法は、硫化物などの脱マンガン剤や可燃性ガスを要せず、生成スラグが少ないマンガン除去方法であり、高い効率でマンガンを除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の試験Aに使用される炉の説明図である。
【図２】本発明の試験Bに使用される炉の説明図である。
【図３】試験Aにおける実施例１の試験結果を示すグラフである。
【図４】試験AのMn残存率を示すグラフである。
【図５】試験AのC残存率を示すグラフである。
【図６】試験AのSi残存率を示すグラフである。
【図７】試験Aの鋳鉄溶湯温度を示すグラフである。
【図８】試験BのMn残存率を示すグラフである。
【図９】試験BのC残存率を示すグラフである。
【図１０】試験BのSi残存率を示すグラフである。
【図１１】試験Bの鋳鉄溶湯温度を示すグラフである。
【図１２】試験Bの攪拌速度とMn除去速度との関係を示すグラフである。
【図１３】Si/Mn減少比を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。本発明に係るマンガン除去方法は、炉内を酸素雰囲気にし、鋳鉄溶湯に空気を吹き込んでその鋳鉄溶湯中に含まれるマンガン成分を除去する鋳鉄のマンガン除去方法であって、前記鋳鉄溶湯中の炭素成分をほぼ一定に保持してマンガン成分の除去を行うことにより実施される。すなわち、本マンガン除去方法は、酸素雰囲気にした炉内において鋳鉄溶湯に空気を吹き込んでマンガン除去処理を行うので酸素処理方法に属する。そして、このマンガン除去処理は、炭素成分を一定に保持してマンガン成分の除去を行うことにより実施される。
【００２０】
本発明において、酸素の供給は炉内を酸素雰囲気にすることが重要である。空気によるバブリングによっても酸素を供給することができるが、炉内の湯面上に酸素を供給することができる専用の供給手段を設けて酸素を供給する方が好ましい。本発明において、酸素の供給方法や供給量はマンガン除去処理の効果を左右する。本発明は、酸素の供給量を調整することによって、鋳鉄溶湯中のマンガン成分の除去速度、あるいは溶湯温度などを調整することができる。
【００２１】
鋳鉄溶湯への空気の吹込みは、鋳鉄溶湯の流動・撹拌により吹き込んだ空気中の酸素および炉内に供給した酸素との反応界面の面積を拡大させマンガンの酸化を促進する。このため、不活性ガスは好ましくない。また、空気及び酸素の混合ガスは、酸化・燃焼を伴うので好ましくない。鋳鉄溶湯への空気の吹込みの程度は、溶湯やスラグを飛び散らすほどの量又は強さを要しない。すなわち、鋳鉄溶湯への空気の吹込みは、激しいバブリングはしなくてもよい。
【００２２】
マンガン除去処理を行うときの溶湯の温度は、鋳鉄溶湯中の炭素の消耗を抑えるために1400℃以下がよく、1350℃〜1175℃とすることができる。鋳鉄溶湯の温度は、省エネルギーの観点からは低い方が好ましいが、次工程を含めた省エレルギーを考慮すると、1350℃〜1200℃が好ましい。すなわち、Mn除去を行った鋳鉄溶湯は、1400〜1550℃に昇温した後、鋳込み等に供されるからである。
【００２３】
また、本発明において鋳鉄溶湯の処理を行う炉は、取鍋のようなそれ自体加熱手段を有していないものであってもよく、炉内を酸素雰囲気にすることができ、鋳鉄溶湯に空気を吹き込むことができる空気給気手段を有するものであればよい。例えば、図１に示すような取鍋を使用することができる。図１において、炉10は、炉本体11、炉蓋12、鋳鉄溶湯20に空気を吹き込むことができる空気給気手段15、炉10の内部を酸素雰囲気にすることができる酸素給気手段16を有している。そして、炉10は、サンプルの取り出しを行う操作口12a、処理作業中に発生するガスを排気する排気口12bを有している。
【００２４】
本発明に係る鋳鉄のマンガン除去方法は、上述のように、酸素雰囲気下において鋳鉄溶湯に空気を吹き込んで鋳鉄溶湯を流動・撹拌し、鋳鉄溶湯と酸素との反応界面の面積を拡大させてMnの酸化を促進させている。このような、鋳鉄溶湯を流動・攪拌する方法は、鋳鉄溶湯を直接的に攪拌する方法であってもよい。すなわち、炉内を酸素雰囲気にしてその炉内の鋳鉄溶湯を攪拌し、その鋳鉄溶湯中の炭素成分をほぼ一定に保持しつつマンガン成分の除去を行うことができる。このような、鋳鉄溶湯を直接的に攪拌する方法は、制御が比較的容易であるという利点がある。
【００２５】
この鋳鉄溶湯を直接的に攪拌する方法は、鋳鉄溶湯の温度低下が少なくほぼ一定温度で鋳鉄溶湯中の炭素成分をほぼ一定に保持しつつマンガン成分を除去することができる。また、この鋳鉄溶湯を直接的に攪拌する方法は、鋳鉄溶湯を攪拌する攪拌速度又は攪拌力を調整することによって、鋳鉄溶湯中のマンガン成分の除去速度を調整することができる。さらに、鋳鉄溶湯を攪拌する攪拌速度又は攪拌力を調整することによって、鋳鉄溶湯をほぼ一定温度に保持することや昇温させることが可能である。
【００２６】
以上、本発明は、炉内を酸素雰囲気にし、供給する酸素量又は／及び鋳鉄溶湯を攪拌する攪拌速度又は攪拌力を調整することによって、鋳鉄溶湯中のマンガン成分の効率的な除去を行うことができる。この炉内を酸素雰囲気にしその炉内の鋳鉄溶湯を攪拌して鋳鉄溶湯中のマンガン成分の除去を行う方法は、図２に示す炉10によって実施することができる。炉10は、炉本体11、炉蓋12、鋳鉄溶湯20を攪拌する攪拌手段17、炉10の内部を酸素雰囲気にすることができる酸素給気手段16を有している。そして、炉10は、サンプルの取り出しを行う操作口12a、処理作業中に発生するガスを排気する排気口12bを有している。本例の炉10は、モータなどの駆動源を有する攪拌手段17によって鋳鉄溶湯20を機械的に攪拌しているが、高周波など電磁気的な方法により鋳鉄溶湯を攪拌することができる攪拌手段を有するものであってもよい。
【実施例１】
【００２７】
図１に示す炉を使用し、鋳鉄のマンガン除去試験（試験A）を行った。本試験中の鋳鉄溶湯の成分測定は、炉から適時試料を採取したサンプルについて発光分光分析装置（株式会社島津製作所製PDA-7020）を使用して行った。鋳鉄溶湯の温度測定は、浸漬型の熱電対により行った。鋳鉄注湯量は500kg又は300kg（実施例２のみ）であった。酸素を供給する酸素給気手段は、酸素のみ又は酸素とプロパンガス（LPG）の混合気を供給することができるバーナー又は超音速で酸素を供給することができるソニックノズルを使用した。バーナーにより酸素のみを供給するときは、酸素流量が5Nm3/hであった。ソニックノズルにより酸素を供給するときは、酸素流量が3Nm3/hであった。バーナーの給気口内径は約15mm、ソニックノズルの給気口内径は約2mmであった。【００２８】
試験Aの試験条件を表１に示す。表１において、処理時間とは、鋳鉄溶解炉で溶解した鋳鉄溶湯を予熱した炉に注湯し、マンガン除去試験を開始した後の経過時間を示す。実施例１において、鋳鉄溶湯への空気の吹込みは流量200L/分で行い、酸素の供給は、先ず15分間はバーナーにより、次にソニックノズルにより34分まで行った。実施例２は、空気の吹込み（400L/分）のみを行った。実施例３は、空気の吹込み（200L/分）及び酸素の供給を行った。比較例１は、バーナーにより酸素とLPGの混合ガスを供給し、空気の吹込みは先ず流量200L/分で21分間行い、次に流量を400L/分に増加して41分まで行った。比較例２は、空気の吹込み（200L/分）及び酸素の供給を行った。そして、試験の最初から15分間まで断続的に10〜20kgの木炭を投入した。木炭を投入したときは、盛んな火炎がサンプル投入口から観察された。なお、比較例１において、酸素とLPGの混合ガスは、理論燃焼ガスに対して酸素過剰のガスになっている。ソニックノズルを使用する場合は、酸素を超高速（音速以上）で供給することができる。空気の吹込みが流量400L/分の場合は激しいバブリングを生じたが、流量200L/分の場合はそのようなことはなかった。【００２９】
【表１】
2016093093.tif 000003
【００３０】
試験Aの実施例１の試験結果を表２に示す。表２において、成分含有量は質量%であり、表２に示す成分以外の残部は、鉄及び不可避的不純物である。上記のマンガン（Mn）、炭素（C）及び珪素（Si）以外は、表２によると、チタン（Ti）の含有量は当初0.017%であったものが処理時間34分後に0.008%になっており、含有量がほぼ半減している。また、アルミニウム（Al）の含有量は処理時間34分後に約20％減少しており、クロム（Cr）、硼素（B）及び亜鉛（Zn）の含有量についてもいくらか減少していることが分かる。【００３１】
【表２】
2016093093.tif 000004
【００３２】
上記実施例１の結果を図３に示す。図３において、横軸が処理時間、縦軸がMn、Si又はCの残存率、および溶湯温度である。残存率とは、Mn、C又はSiの含有量の当初含有量に対する残存含有量の比率である。図３によれば、C残存率は1.00〜1.02の範囲内にあり、C量は当初含有量の2%以内の変動範囲のほぼ一定値に保たれている。これに対し、Mn残存率曲線は急勾配の下降曲線になっており、処理時間34分後にMnの残存率が0.6（当初含有量の60%）になっており、Mn量が急速に減少していることを示している。一方、Si残存率曲線は滑らかに下降しており、処理時間34分後の残存率が0.84（当初含有量の84%）である。すなわち、本例においては、Mnは、Siに対して2倍以上の速度で除去されている。溶湯温度は、当初の1257℃から1152℃まで次第に低下した後、処理時間20分経過後には次第に上昇し、処理時間34分経過後には1181℃になっている。ソニックノズルの効果が表れているように解される。【００３３】
図４〜図７に示すグラフは、本試験AにおけるそれぞれMn残存率、C残存率、Si残存率又は溶湯温度と処理時間との関係を示す。図４〜図６において、横軸は処理時間、縦軸はMn、C又はSiの残存率を示す。図７において、横軸は処理時間、縦軸は溶湯温度を示す。Mn残存率曲線又はSi残存率曲線において、勾配又は除去速度とは単位処理時間当たりに除去された成分量の当初含有量に対する比（（残存率a−残存率b）／（処理時間b−処理時間ａ））をいう。【００３４】
＜燃焼ガスの吹付け＞
比較例１（□印）は、酸素過剰な炉内において、LPG燃焼ガスを鋳鉄溶湯面に吹き付けてマンガン除去試験を行った場合である。この比較例１は、処理時間10分後に酸素量及びLPGガス量を増加し、処理時間26分後に鋳鉄溶湯への空気の吹込みも200L/分から400L/分に増加した場合の例である。比較例１のMn残存率曲線の勾配は、図４によれば、実施例１〜３のMn残存率曲線の勾配より小さく、比較例１のMn除去速度は実施例１〜３のMn除去速度の約80%である。図５によれば、C除去は、空気量の増加があっても処理時間約40分後において4%程度であり、Ｃ除去（炭素の消耗）が抑制されている。図６に示すSi残存率曲線の勾配は処理時間20分までは最も小さく、Si除去も抑制されている。【００３５】
酸素量及びLPGガス量を増加した効果は、Mn残存率曲線には表れていなく（図４）、C残存率曲線（図５）及びSi残存率曲線（図６）にもほとんど表れていない。しかしながら、溶湯温度は処理時間10分後に上昇をしており、酸素量及びLPGガス量の増加によく対応している。一方、空気量の増量の効果は、Mn残存率曲線に表れており、C残存率曲線及びSi残存率曲線には明瞭に表れている。【００３６】
＜炉内の雰囲気＞
比較例２（○印）は、鋳鉄溶湯に対する酸素の供給、空気の吹込みが実施例１又は３と同様であるが、炉内に木炭を投入し炉内の環境を実施例１又は３の場合と異なる状態にしてマンガン除去試験を行った場合である。図４に示すように、Mn残存率曲線の勾配は最も緩やかで、比較例２のMn除去速度は実施例１又は３のMn除去速度の約40%である。図５に示すC残存率曲線によると、木炭による加炭の効果が観察されるが、C残存量は当初含有量の4%変動範囲内にある。図６に示すSi残存率曲線によると、Siの残存率は最も高く、処理時間30分後においても残存率は0.93である。すなわち、炉内が酸化し難い環境になっており、Siの酸化が抑制される環境になっていると解される。図７に示す溶湯温度曲線によると、木炭燃焼による溶湯温度の上昇は観察されず、実施例３の溶湯温度曲線に重なっている。なお、図４に示す指標ａ直線と、図６に示す指標ａ直線は同じ勾配の直線である。すなわち、図４に示す比較例２のMn除去速度は、図６に示す実施例１〜３のSi除去速度とほぼ同等であることが示されている。
【実施例２】
【００３７】
図２に示す炉を使用して鋳鉄のマンガン除去試験（試験B）を行った。試験は、酸素の供給条件又は鋳鉄溶湯の攪拌条件を表３に示すように、種々変えて行った。実施例４〜６は、酸素の供給とともに、200L／分の空気の吹込みを行った。この空気の吹込みは、上記試験Aの実施例１又は３と同様の方法で行った。実施例７〜９は、酸素を20N3/hで試験開始から終了まで供給するとともに、攪拌手段17の攪拌速度を種々変えた。例えば、攪拌手段17の攪拌速度は、実施例７において試験開始から終了まで200rpm、実施例８において100rpmで試験開始し、処理時間11分後に200rpmに増加した。本試験中の鋳鉄溶湯の成分測定又は温度測定は、試験Aの場合と同様の発光分光分析装置又は浸漬型の熱電対により行った。鋳鉄の炉への注湯量は500kgであった。【００３８】
【表３】
2016093093.tif 000005
【００３９】
試験Bの結果を図８〜図１１に示す。図８はMn残存率、図９はC残存率、図１０はSi残存率を示し、横軸は処理時間、縦軸はMn、C又はSiの残存率を示す。図１１は、横軸は処理時間、縦軸は溶湯温度を示す。図８に示すMn除去率は、試験Bの結果とともに試験Aの実施例１及び３の結果をも合わせて示している。また、図８の指標ａ直線、指標ｂ直線は、図６又は図１０に示す指標ａ直線、指標ｂ直線と同じ勾配の直線を示す。指標ａ直線、指標ｂ直線、指標ｃ直線の勾配は、指標ａ直線を基準にすると、1：3.2：6.1である。【００４０】
図８によると、Mn残存率は、処理の開始から処理時間10分〜20分までにおいて指標ｂ直線又は指標ｃ直線にほぼ沿って減少している。実施例１、実施例３、実施例５及び実施例８のMn残存率は指標ｂ直線に沿って減少している。実施例４、実施例６、実施例７及び実施例９のMn残存率は指標ｃ直線に沿って減少している。そして、実施例５及び実施例８のMn残存率曲線は、処理時間が11分のところで下に屈曲しており、他のMn残存率曲線と異なる形状をしている。【００４１】
図９によると、C残存率は、ほぼ1.02〜0.96の範囲に入っており、ほぼ一定値になっている。すなわち、Ｃ除去（脱炭）が抑制されている。図１０によると、各実施例のSi残存率はほぼ指標ｂ直線に沿って減少している。実施例５のSi残存率は、当初指標ａ直線に沿って減少していたが、処理時間16分後に急速に減少し、処理時間25分後には指標ｂ直線に沿うように減少している。実施例９の場合は、Siの除去が最も進んでいる。図１１によると、溶湯温度1410〜1270℃において処理が進行しており、溶湯温度曲線は、概して処理の途中で上昇し溶湯が昇温していることを示している。【００４２】
＜酸素の供給＞
図８に示す実施例１、３、４〜６は、空気の吹込みが200L/minで同じであるが、酸素の供給量又は供給の仕方が異なる。これらのMn残存率曲線を観察すると、酸素の供給量によってMnの除去速度を調整できることが分かる。すなわち、実施例４のMn残存率曲線によると、大量の酸素（50Nm3/h）を供給した処理時間7分までの勾配が最も大きく、処理時間12分で当初Mn含有量の30%が除去されている。最初に充分な酸素を供給したことが効果的であったと解される。また、実施例５の場合は、酸素の供給を当初の15Nm3/hから処理時間11分経過後に20Nm3/hに増加したことに起因して、Mn残存率曲線が処理時間11分において屈曲しており、Mnの除去が促進されていることが観察される。【００４３】
実施例１、３、４〜６のC残存量は、図５及び図９によるとC残存率が1.02〜0.97の範囲にあり、ほぼ一定値になっている。C残存率は、酸素の供給量及び供給の仕方にほとんど左右されない。一方、Si残存率は、酸素の供給量及び供給の仕方に影響を受けることが図６及び図１０に示されている。概して、酸素の供給量が少ない場合はSi残存率が指標ａ直線に沿って減少し、酸素の供給量が多い場合はSi残存率が指標ｂ直線に沿って減少している。酸素の供給量を変化させた影響が実施例５の場合によく表れている。すなわち、Si残存率は、酸素の供給が15Nm3/hのときは指標ａ直線に沿って減少し、酸素の供給が20Nm3/hに増加すると急激に減少している。そして、Si残存率は処理時間25分後には指標ｂ直線に沿って減少している。一方、当初に大量の酸素（50Nm3/h）を供給し、処理時間7分（20Nm3/h）及び15分（10Nm3/h）に酸素の供給量を急激に絞った実施例４においては、Si残存率曲線、C残存率曲線及び溶湯温度曲線にその効果はほとんど表れていない（図９〜１１）。【００４４】
図７と図１１を比較すると、実施例１又は３の溶湯温度は処理中に約100℃低下する。これに対し、実施例４〜６の溶湯温度の低下は少なく、実施例４の温度低下が最大で55℃である。酸素の供給量が一定量（例えば15Nm3/h）以上になると、溶湯への空気の吹込みによる溶湯温度の低下を抑制できると解される。また、図１１によると、酸素量を増加すると溶湯温度が上昇する傾向にあることが分かる。すなわち、酸素供給量を調整することによって、溶湯温度の調整が可能である。【００４５】
＜溶湯の攪拌＞
実施例７、８及び９は、表３に示すように、酸素の供給が20Nm3/hで鋳鉄溶湯の攪拌条件をそれぞれ変えて行った試験である。実施例７は、攪拌速度を200rpmで試験を行った場合である。実施例７によれば、効率的にMnを除去することができ（図８）、脱炭は少なく（図９）、溶湯温度の低下が約20℃で少なくほぼ一定の溶湯温度でMn除去を行うことができる（図１１）。実施例８の場合は、攪拌速度を当初の100rpmから処理時間11分経過後に200rpmに増加したことに起因し、Mn残存率が指標ｂ直線に沿って減少していたところ急速に低下し、処理時間18分後に指標ｃ直線に沿って減少するようになっている。すなわち、溶湯の攪拌速度を調整することによってMn除去の程度を調整することができることが示されている。図８によると、実施例７〜９のMn残存率は、処理時間10まで直線的に減少している。このMn残存率曲線の勾配（Mn除去速度）と攪拌速度との関係を図１２に示す。図１２によると、Mn除去速度と攪拌速度には一定の関係が観察される。このため、図１２に基づいて溶湯の攪拌速度を調整することによってMn除去の程度を調整することができる。【００４６】
図１１によると、実施例８は、溶湯温度が処理時間15分後に上昇しており、これは処理時間11分後に攪拌速度を100rpmから200rpmに増加させたことによく対応している。また、実施例９は、攪拌速度が150rpmで処理を開始し、処理時間20分後に攪拌速度を250rpmに増加した例であるが、溶湯温度は処理時間20分後に上昇しており、攪拌速度変更の効果が明瞭に表れている。なお、実施例９の場合は、図８〜図１０に示すように、攪拌速度変更の効果は、Mn残存率、C残存率及びSi残存率にほとんど表れていない。【００４７】
＜Mn除去とSi除去＞
図８によると、Mn残存率は、指標ｂ直線、指標ｃ直線のそれぞれに沿って減少している。また、図６及び図１０によると、Si残存率は、指標ｂ直線、指標ｃ直線のそれぞれに沿って減少している。指標ｂ直線の勾配と指標ｃ直線の勾配の比は32/61で約1/2である。すなわち、減少速度の比は約1/2である。【００４８】
図１３は、処理時間aにおけるSi/Mn減少比（（1.00−Si残存率a）／（1.00−Mn残存率a））と処理時間の関係を示すグラフである。図１３によると、実施例７のSi/Mn減少比は、ほぼ0.5で一定である。すなわち、Siの減少速度は、Mnの減少速度の1/2である。また、図１３によると、実施例９のSi/Mn減少比は約0.8で一定であるが、実施例４はSi/Mn減少比が0.1〜0.7の範囲で振動している。実施例６のSi/Mn減少比は0.62〜0.9の範囲でほぼ直線的に増加している。実施例８のSi/Mn減少比は0.01〜0.5の範囲でほぼ直線的に増加しており、Siの除去（消耗）が抑制されている。鋳鉄溶湯のマンガン除去方法においては、Mn除去に対し、Siの除去の程度も予測できるのが好ましい。かかる観点からは、実施例７又は実施例９の方法が好ましい。【００４９】
＜Cr、Ti、Al、B、Zn＞
本願発明は、Cr、Ti、Al、B、Znなどの各金属成分を除去することができる。表４に実施例５による結果、表５に実施例７による結果を示す。この表において、時間とは、処理時間を示し、温度とは溶湯温度を示す。各成分の含有量は質量％を示す。表４と表５を比較すると、Bは、実施例５、実施例７のいずれの場合も効率よく除去することができる。しかし、Znは、空気吹込みによる実施例５の場合は除去し難く、溶湯攪拌による実施例７の場合はCr及びAlの除去が難しい。実施例５によれば、約30分の処理で、Cr、Ti又はAlを40〜50%除去することができる。実施例７によれば、15分の処理で、Ti又はZnを50〜60%除去することができる。【００５０】
【表４】
2016093093.tif 000006
【００５１】
【表５】
2016093093.tif 000007
【符号の説明】
【００５２】
10    炉
11    炉本体
12    炉蓋
15    空気給気手段
16    酸素給気手段
20    鋳鉄溶湯
【図１】
2016093093.tif 000008
【図２】
2016093093.tif 000009
【図３】
2016093093.tif 000010
【図４】
2016093093.tif 000011
【図５】
2016093093.tif 000012
【図６】
2016093093.tif 000013
【図７】
2016093093.tif 000014
【図８】
2016093093.tif 000015
【図９】
2016093093.tif 000016
【図１０】
2016093093.tif 000017
【図１１】
2016093093.tif 000018
【図１２】
2016093093.tif 000019
【図１３】
2016093093.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月18日(2017.1.18)
【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】
炉内を酸素ガスを導入して酸素雰囲気にするとともにその炉内の鋳鉄溶湯に空気を吹き込んで、その鋳鉄溶湯中の炭素成分をほぼ一定に保持してマンガン成分の除去を行う鋳鉄のマンガン除去方法。
【請求項２】
炉内を酸素ガスを導入して酸素雰囲気にしてその炉内の鋳鉄溶湯を攪拌し、その鋳鉄溶湯中の炭素成分をほぼ一定に保持してマンガン成分の除去を行う鋳鉄のマンガン除去方法。
【請求項３】
炉内に供給する酸素量又は／及び炉内の鋳鉄溶湯の攪拌速度を調整しつつマンガン成分の除去を行う請求項２に記載の鋳鉄のマンガン除去方法。
【請求項４】
珪素成分の除去速度とマンガン成分の除去速度の比をほぼ一定に保持して行う請求項１〜３の何れか一項に記載の鋳鉄のマンガン除去方法。
【請求項５】
珪素成分の減少を抑えてマンガン成分の除去を行う請求項１〜３の何れか一項に記載の鋳鉄のマンガン除去方法。
【請求項６】
鋳鉄溶湯の湯温をほぼ一定に保持して行う請求項１〜３の何れか一項に記載の鋳鉄のマンガン除去方法。
【請求項７】
鋳鉄溶湯の温度は、1400℃〜1200℃である請求項１〜６の何れか一項に記載の鋳鉄のマンガン除去方法。
【請求項８】
炉内を酸素ガスを導入して酸素雰囲気にするとともにその炉内の鋳鉄溶湯に空気を吹き込み又は炉内を酸素雰囲気にしてその炉内の鋳鉄溶湯を攪拌し、その鋳鉄溶湯中の炭素成分をほぼ一定に保持してマンガン成分と合わせ、クロム、チタン、アルミニウム、硼素又は亜鉛の金属成分の除去を行う鋳鉄の金属成分除去方法。
【国際調査報告】
2016093093.tif 000021
2016093093.tif 000022
2016093093.tif 000023
2016093093.tif 000024