(57)【要約】【課題】電気炉溶解で鋳鉄を製造する場合において加硫材を添加することなく、簡易に鋳鉄のＳ含有量を調整することが可能な原料銑を提供する。【解決手段】高炉から抽出した溶銑中に、溶銑樋から鋳銑機前のタンディッシュまでの少なくともいずれか１ヶ所において、硫化鉄などの加硫材を添加することにより溶銑のＳ含有量を増加させたのち鋳銑機で冷却・固化させて得た、質量％で、Ｃ：３．０〜４．５％、Ｓｉ：０．１〜１２％、Ｍｎ：０．０１〜５％、Ｓ：０．３％超５％以下を含有し、残部不可避的不純物およびＦｅよりなる原料銑。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気炉溶解で鋳鉄を製造するのに使用される原料銑であって、質量％で、Ｃ：３．０〜４．５％、Ｓｉ：０．１〜１２％、Ｍｎ：０．０１〜５％、Ｓ：０．３％超５％以下を含有し、残部不可避的不純物およびＦｅよりなる電気炉溶解鋳鉄用原料銑。
【請求項２】
前記鋳鉄が、ねずみ鋳鉄または球状黒鉛鋳鉄である請求項１に記載の電気炉溶解鋳鉄用原料銑。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電気炉溶解鋳鉄用原料銑を製造する方法であって、高炉から抽出された溶銑中に、溶銑樋から鋳銑機前のタンディッシュまでの少なくともいずれか１ヶ所において、加硫材を添加することにより溶銑のＳ含有量を増加させることを特徴とする電気炉溶解鋳鉄用原料銑の製造方法。
【請求項４】
前記加硫材を溶銑中に添加する手段が、不活性ガスにより前記加硫材を前記溶銑中に吹き込むものである請求項３に記載の電気炉溶解鋳鉄用原料銑の製造方法。
【請求項５】
前記加硫材を溶銑中に添加する手段が、前記溶銑が流下するところに前記加硫材を落とし込むものである請求項３に記載の電気炉溶解鋳鉄用原料銑の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気炉溶解で鋳鉄鋳物を製造するのに使用される原料銑とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来鋳鉄鋳物を製造するための溶解炉としては、キュポラが多く用いられていたが、近年キュポラ溶解には環境衛生上の問題や生産弾力性に欠ける問題等があることにより、電気炉溶解に移行している。
【０００３】
鋳鉄鋳物の主原料としては、一般的に原料銑、鋼屑、返り材（鋳物を製造した際の押湯、湯道、不良品などの自家発生品）等が用いられる。キュポラ溶解では熱源としてコークスを使用するためコークス中のＳ分が溶銑中に加硫される。このため鋳鉄中のＳ許容量の制約により原料銑中のＳ含有量は低位に制限されていた（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
ところが、電気炉溶解では電気を熱源とするためコークスを使用する必要がないため、電気炉で従来と同様の主原料を用いて鋳鉄を製造すると鋳鉄中のＳ含有量がキュポラ溶解で製造された鋳鉄に比べ大幅に低くなる。そして、このように鋳鉄中のＳ含有量が過少となると、鋳造時に引け巣が発生しやすい、薄肉部にチルが発生しやすい、鋳物の引張強度が不足する、熱処理時にクラックが発生しやすい、機械加工性が悪化する等の諸問題が生じることが明らかとなってきた。
【０００５】
したがって、上記諸問題を回避するため、鋳鉄中のＳ含有量は過少とすることなく一定のレベルに維持する必要があり、この対策として電気炉溶解の際に硫化鉄などの加硫材を添加することが行われている。
【０００６】
ところが、加硫材として硫化鉄を用いた場合、鋳造製品の種類や加炭材の量等によって鋳鉄中へのＳ歩留が５０〜９５％の間で変動することが知られている。このため、溶解後の溶湯の成分分析によりＳ含有量が不足していた場合には再調整用の硫化鉄を添加する必要があること、一方Ｓ含有量が過剰な場合はＳを薄めるため鋼屑等の主原料を投入する必要があり他の成分の再調整も必要となることから工程が複雑となり、生産性が低い問題があった。
【０００７】
そこで、溶解時に加硫材を添加する代わりに、予め主原料にＳ分が所定量含有されていれば、上記溶解時におけるＳ歩留の変動を防止できるものと考えられる。主原料のうち鋼屑や返り材中のＳ含有量は低くその調整もできないため、原料銑中のＳ含有量を高めることが最も有効と考えられる。
【０００８】
ここで、電気炉溶解で製造される可鍛鋳鉄用の原料銑として、製銑炉から抽出される溶銑中に硫化鉄鉱を添加することにより溶銑のＳ含有量を増加させて得られた、Ｓ：０．０５〜０．３％の原料銑を用いることが有効であることが開示されている（特許文献４参照）。しかしながら、この従来技術は、鋳造後の熱処理等により可鍛鋳鉄とするために、電気炉溶解で鋳造された鋳鉄を鋳放し状態において黒鉛を発生させないことを目的とするものである。これに対し、本発明では、通常の鋳鉄（ねずみ鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄）を対象としており、鋳放し状態で発生する黒鉛の形状を好適なものとするところに技術課題を有するものである。したがって、単に上記従来技術を適用するのみでは本発明の技術課題を解決し得ないものである。
【０００９】
【特許文献１】
特開平３−２６０００６号公報
【特許文献２】
特公平２−２９７３４号公報
【特許文献３】
特開平７−２１６４９４号公報
【特許文献４】
特開昭５３−１００１２３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、電気炉溶解で鋳鉄を製造する場合において加硫材を添加することなく、簡易に鋳鉄のＳ含有量を調整することが可能な原料銑を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、電気炉溶解で鋳鉄を製造するのに使用される原料銑であって、質量％で、Ｃ：３．０〜４．５％、Ｓｉ：０．１〜１２％、Ｍｎ：０．０１〜５％、Ｓ：０．３％超５％以下を含有し、残部不可避的不純物およびＦｅよりなる電気炉溶解鋳鉄用原料銑である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記鋳鉄が、ねずみ鋳鉄または球状黒鉛鋳鉄である請求項１に記載の電気炉溶解鋳鉄用原料銑である。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の電気炉溶解鋳鉄用原料銑を製造する方法であって、高炉から抽出された溶銑中に、溶銑樋から鋳銑機前のタンディッシュまでの少なくともいずれか１ヶ所において、加硫材を添加することにより溶銑のＳ含有量を増加させることを特徴とする電気炉溶解鋳鉄用原料銑の製造方法である。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記加硫材を溶銑中に添加する手段が、不活性ガスにより前記加硫材を前記溶銑中に吹き込むものである請求項３に記載の電気炉溶解鋳鉄用原料銑の製造方法である。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、前記加硫材を溶銑中に添加する手段が、前記溶銑が流下するところに前記加硫材を落とし込むものである請求項３に記載の電気炉溶解鋳鉄用原料銑の製造方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下の記述において、「％」は「質量％」を意味するものとする。
【００１７】
電気炉溶解に際し主原料の一部として、Ｃ：３．０〜４．５％、Ｓｉ：０．１〜１２％、Ｍｎ：０．０１〜５％、Ｓ：０．３％超５％以下を含有し、残部不可避的不純物およびＦｅよりなる原料銑（銑鉄）を用いることにより、予めＳ分が銑鉄中に高濃度に含有されているため、加硫材を添加する必要がない。また、Ｓ分が銑鉄中に分散しているため鋳鉄中へのＳ歩留が高く、鋳鉄中のＳ含有量の的中率も高い。その結果、所望の機械的性質を有する鋳鉄鋳物を従来より簡易かつ高生産性で得ることができる。
【００１８】
ここで、従来のように鋳鉄の溶製時に加硫材を添加する代わりに、本発明の高Ｓ含有量の原料銑を用いることが、なぜ有利な効果をもたらすのかについて述べる。従来のように、加硫材として硫化鉄（ＦｅＳ）を電気炉溶解時に添加すると、まず溶湯中にＦｅＳが溶解し、その後溶湯中のＭｎと化合しＭｎＳとなる。このＭｎＳは融点が約１６００℃であるため固体として溶湯中に分散し、冷却時における黒鉛化促進の核となるとともに、黒鉛化反応の正触媒として働き、良好な黒鉛形状が得られると考えられる。また、球状化黒鉛鋳鉄を溶製する場合には、Ｓは球状化剤とも化合して融点または分解温度が２０００℃以上のＭｇＳやＲｅＳとして球状化黒鉛の核を形成すると言われている。電気炉溶解においては、これら高融点または高分解温度の硫化物の形成には数十分程度の長時間を要すると考えられており、加硫材をできるだけ溶解工程の初期に添加することが行われているが、上述したように電気炉溶解においては加硫材のＳ歩留は大きく変動し、十分な黒鉛形状の改善効果が得られない問題がある。これに対し、銑鉄中に予めＳを添加して硫化物を含有させておけば、電気炉溶解時に高Ｓ歩留で溶湯全体に硫化物が速やかに分散するため、安定して優れた黒鉛形状の改善効果が得られるものである。
【００１９】
以下に、本発明の電気炉溶解鋳鉄用原料銑の成分組成を限定する理由を説明する。
【００２０】
ａ）Ｃ：３．０〜４．５％
Ｃが４．５％より多いと、Ｃを希釈するために鋼屑を多量に配合する必要があるため、鋳鉄中に鋼屑中のＣｕなどの不純物が移行して不純物濃度が高くなりすぎる。一方、Ｃが３．０％より少ないと、鋳鉄中のＣ含有量を維持するために鋼屑の配合量を減らすか、鋼屑の配合量を減らさない場合には炭化材の添加を必要とするため、経済的に不利である。したがって、Ｃは３．０〜４．５％の範囲とする。
【００２１】
ｂ）Ｓｉ：０．１〜１２％、Ｍｎ：０．０１〜５％
Ｓｉ、Ｍｎは、製造される鋳鉄の成分組成からの要求に応じて、溶銑に脱Ｓｉ、Ｍｎ処理または加Ｓｉ、Ｍｎ処理を施して含有量を調整することができる。しかし、Ｓｉが１２％、Ｍｎが５％より多いと、これらの元素を希釈するために鋼屑を多量に配合する必要があるため、鋳鉄中に鋼屑中のＣｕなどの不純物が移行して不純物濃度が高くなりすぎる。一方、Ｓｉが０．１％、Ｍｎが０．０１％より少ないと、脱Ｓｉ、Ｍｎ処理のコストが高くなり過ぎ、経済的に不利である。したがって、Ｓｉは０．１〜１２％、Ｍｎは０．０１〜５％の範囲とする。
【００２２】
ｃ）Ｓ：０．３％超５％以下
Ｓは５％より多いと、鋳鉄のＳ含有量を好適値にするために銑鉄の添加量が僅少となり、鋳鉄全体へのＳ分の分散が不十分となりやすく、鋳鉄のＳ含有量の変動を生じるおそれが高くなる。一方、Ｓが０．３％以下になると、鋳鉄中のＳ含有量が好適値を維持できず、鋳放し状態において黒鉛の析出が抑制され（特許文献４、第２頁右下欄最下行〜第３頁左上欄第２行参照）、Ｃ分はセメンタイトとして析出するため、本発明が対象とする通常の鋳鉄としての機械的性質等を悪化させる。したがって、Ｓは０．３％超５％以下の範囲とする。なお、Ｓの下限は好ましくは０．５％、より好ましくは０．７％、Ｓの上限は好ましくは３％、より好ましくは１％が推奨される。
【００２３】
ｃ）残部不可避的不純物およびＦｅ
残部は実質的にＦｅ成分とするが、銑鉄を製造する際に原料等から不可避的に持ち込まれる成分、例えばＰ、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ａｌ等を含有してもよいものとする。なお、Ｐは鋳鉄の延性や強度に悪影響を及ぼす元素であるためできるだけ少ない方が望ましく、必要により溶銑の脱りん処理を行ってもよい。
【００２４】
次に、本発明の電気炉溶解鋳鉄用原料銑の製造方法について説明する。一般的に、高炉から抽出された溶銑は、溶銑樋にてスラグと分離されたのち、傾注樋を経て溶銑鍋（またはトーピード）にて受銑される。この溶銑鍋（またはトーピード）に受銑された溶銑は、必要により脱りん処理等の溶銑予備処理を施された後、鋳銑工場に移送され、鋳銑機前のタンディッシュに供給される。そして、溶銑はタンディッシュから鋳銑機に注がれ、冷却・固化して型銑（銑鉄）が得られる。
【００２５】
本発明の電気炉溶解鋳鉄用原料銑を得るために、高炉から抽出された溶銑中に、溶銑樋から鋳銑機前のタンディッシュまでの間にて加硫材を添加することにより溶銑のＳ含有量を増加させる。
【００２６】
加硫材としては、電気炉溶解における鋳鉄製造時に用いられるものと同様の硫化鉄または硫化鉄鉱を用いることが推奨される。溶銑温度１４００〜１５００℃に比べＦｅＳの融点は１１９３℃と低いので溶銑中に溶け込みやすいからである。なお、単体イオウは沸点が４４５℃と低く、かつ燃えやすいので使いづらいものであるが、後述の不活性ガスによるインジェクションにより直接溶銑中に吹き込む方法を用いれば使用可能である。
【００２７】
加硫材を添加する場所は、溶銑樋から鋳銑機前のタンディッシュまでの間であればいずれの場所でもよく、１ヶ所のみでなく複数の場所において添加してもよい。
【００２８】
加硫材の溶銑中への添加方法は、特に限定されるものではないが、不活性ガスにより吹き込む方法、または溶銑が流下するところに落とし込む方法を採用することが好ましい。
【００２９】
例えば、加硫材を溶銑樋、傾注樋、溶銑鍋（またはトーピード）およびタンディッシュ内など比較的溶銑流れが穏やかな場所で添加する場合には、ランスを用いてＮ２ガス、Ａｒガス等の不活性ガスによるインジェクションにて、溶銑中に直接吹き込むことが好ましい。これにより、大気中への加硫材の飛散を防止しつつ、吹込みガスによる溶銑の攪拌効果により加硫材が溶銑中に迅速に溶け込み、溶銑加硫時におけるＳ歩留が向上するからである。
【００３０】
また、溶銑樋から傾注樋へ溶銑が流下する場所、傾注樋から溶銑鍋（またはトーピード）内に溶銑が流下する場所、溶銑鍋（またはトーピード）から鋳銑機前のタンディッシュ内に溶銑が流下する場所など、溶銑が流下するところに加硫材を落とし込むことが好ましい。これにより、溶銑が下流側の樋や容器（溶銑鍋、トーピード、タンディッシュ等）内の溶銑上に落下した際の攪拌効果により加硫材が溶銑中に迅速に溶け込み、加硫時におけるＳ歩留が向上するからである。
【００３１】
溶銑への加硫材の添加量は、過去の高炉操業実績から予測される加硫前の溶銑Ｓ含有量と、加硫後の目標の銑鉄Ｓ含有量と、予定の溶銑抽出量（出銑量）とに、加硫時におけるＳ歩留（本発明の実施による実績値から予測すればよい）を考慮して定めることができる。そして、加硫材の添加は、溶銑に添加した加硫材が過剰に溶け残ることがない程度に少量ずつ連続的に行うことが好ましく、溶銑抽出速度（出銑速度）や容器（溶銑鍋、トーピード、タンディッシュ等）の容積等を考慮して適宜添加速度を調整すればよい。
【００３２】
以上のようにして、所望のＳ含有量の型銑（銑鉄）が得られ、この型銑（銑鉄）を電気炉溶解用の原料銑として用いることにより、鋳造時に加硫材を添加する必要がなくなるため、鋳鉄のＳ含有量を容易に所望のレベルに調整でき、高品質の鋳物を高生産性で製造できる。
【００３３】
【実施例】
高炉から溶銑鍋にて移送された溶銑（母溶銑）を鋳銑機前のタンディッシュに注入する際に、タンディッシュの上方に設けた加硫材添加用のホッパーから加硫材を重力添加により溶銑流中に連続的に落とし込んだ。溶銑鍋の溶銑容量は７０トンで、タンディッシュへの母溶銑の注入は約３０分間で行った。加硫材としては粒径１０〜５０ｍｍの硫化鉄（Ｆｅ：４２％、Ｓ：４８％、Ｓｉ：５％）を用い、溶銑１トン当り６．９ｋｇの硫化鉄を添加した。
【００３４】
母溶銑および鋳銑機で製造された型銑（銑鉄）の成分組成を表１に示す。
【００３５】
【表１】
2004300518.tif 000002
【００３６】
表１に示すように、本発明の成分組成を有する高Ｓ含有量の銑鉄が、高Ｓ歩留で得られた。
【００３７】
この銑鉄を原料銑として用い、鋼屑等を配合して１トン高周波電気炉で溶解して、ねずみ鋳鉄（片状黒鉛鋳鉄）および球状黒鉛鋳鉄の鋳造品を製造した。その結果、電気炉溶解に際して加硫材を用いることなく、高Ｓ歩留で高Ｓ含有量の鋳造品が得られた。また、良好な黒鉛形状を有する鋳造組織が得られ、引け巣等の鋳造不良は解消し、引張強度や伸び等の機械的性質も大幅に改善された。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明によれば、電気炉溶解で鋳鉄を製造する場合において加硫材を添加することなく、簡易に鋳鉄のＳ含有量を調整することが可能な原料銑を提供することができる。また、このような原料銑を用いることにより、機械的性質に優れた鋳鉄鋳物製品を高生産性で製造できる。