(57)【要約】【課題】多大の熱エネルギーや電力を要することなく、白鋳鉄の鋳片を効率よく安価に製造し得る製造方法を提供すること。【解決手段】高炉銑に酸素源、鋼スクラップの一方または双方を添加し、白鋳鉄となる成分に調整した溶湯を連続鋳造することを特徴とする白鋳鉄鋳片の製造方法。なお、白鋳鉄となる成分が、質量％で、（％Ｃ）≦４．３−１．３×（％Ｓｉ）、Ｃ≧１．７％を満足する組成であること、酸素源として酸素ガス、酸化鉄、鉄スケール、精錬ダスト、鉄鉱石の１種以上を用いることが好ましい。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉銑に酸素源、鋼スクラップの一方または双方を添加し、白鋳鉄となる成分に調整した溶湯を連続鋳造することを特徴とする白鋳鉄鋳片の製造方法。
【請求項２】
白鋳鉄となる成分が、質量％で、（％Ｃ）≦４．３−１．３×（％Ｓｉ）、Ｃ≧１．７％を満足する組成であることを特徴とする請求項１に記載の白鋳鉄鋳片の製造方法。
【請求項３】
酸素源として酸素ガス、酸化鉄、鉄スケール、精錬ダスト、鉄鉱石の１種以上を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の白鋳鉄鋳片の製造方法。
【請求項４】
白鋳鉄となる成分に調整した溶湯に球状化剤を添加することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の白鋳鉄鋳片の製造方法。
【請求項５】
水冷銅鋳型を用いた連続鋳造機で連続鋳造することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の白鋳鉄鋳片の製造方法。
【請求項６】
連続鋳造する溶湯の過熱度を５０℃以下とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の白鋳鉄鋳片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉溶銑から白鋳鉄の鋳片を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常鋳鉄を製造する場合には、非特許文献１に開示されているように、銑鉄や鋼スクラップ、戻し屑等を適宜配合してキュポラや誘導炉で溶解した元湯に、溶湯処理を施して成分を調整した後、鋳型に鋳造している。
強靱鋳鉄として、Ｍｇ，Ｃａ，Ｃｅ等の黒鉛球状化剤を添加し、黒鉛球状化処理して得られるダクタイル鋳鉄やコンパクトバーミキュラ鋳鉄（以降はＣ／Ｖ鋳鉄と記載）があり、又、白銑化鋳造で得られる白鋳鉄を熱処理して得られる可鍛鋳鉄等がある。
【０００３】
可鍛鋳鉄は鋳造性が良く、しかも熱処理を施すことによって鋼のように延性に富み、強靱な特性を有するので、機械構造用材料として重要なものである。この可鍛鋳鉄には白心可鍛鋳鉄、黒心可鍛鋳鉄、特殊な基地を有するもの等に分類される。この内、黒心可鍛鋳鉄においては、可鍛鋳鉄鋳物として鋳放しのままでは白銑組織を呈しており、これは硬くて脆いため、その製造工程において焼なましによる黒鉛化処理を行っている。
この可鍛鋳鉄の材料となる白鋳鉄の鋳片を製造する際には、非特許文献２に開示されているように、銑鉄や鋼スクラップ、戻し屑等を適宜配合してキュポラや誘導炉で溶解した元湯に、溶湯処理を施して成分を調整した後、砂型等の鋳型を用いて鋳造している。
銑鉄や鋼スクラップ等を溶解して元湯を作るためには、多大の熱エネルギーや電力が必要である。また、鋳型への鋳造では製造コストが高く、生産性が低い。
生産性の高いプロセスとして連続鋳造があるが、通常鋳鉄の連続鋳造で用いられている黒鉛鋳型では、白銑鉄では溶鉄中に炭素が溶解していくために鋳型の損耗が激しく、長時間の鋳造ができないことや、白鋳鉄は固液共存域が広いために、黒鉛鋳型では凝固シェルの強度が弱く、ブレークアウトが発生しやすく鋳造が困難であり、特許文献１に示されている様に、ごく一部を除いてほとんど行われていない。
【０００４】
【非特許文献１】
日本鉄鋼協会、「新版鉄鋼技術講座  第５巻  鋼鋳物・鋳鉄鋳物」、頁１１９〜１５１、１９７９年
【非特許文献２】
日本鉄鋼協会、「第３版  鉄鋼便覧、第Ｖ巻  鋳造・鍛造・粉末冶金」、頁１０５、１９８２年
【特許文献１】
ＵＳ  Ｐａｔｅｎｔ  ４０７４７４７号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情に着目してなされたものであって、多大の熱エネルギーや電力を要することなく、白鋳鉄の鋳片を効率よく安価に製造し得る製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）  高炉銑に酸素源、鋼スクラップの一方または双方を添加し、白鋳鉄となる成分に調整した溶湯を連続鋳造することを特徴とする白鋳鉄鋳片の製造方法。
（２）  白鋳鉄となる成分が、質量％で、（％Ｃ）≦４．３−１．３×（％Ｓｉ）、Ｃ≧１．７％を満足する組成であることを特徴とする（１）に記載の白鋳鉄鋳片の製造方法。
（３）  酸素源として酸素ガス、酸化鉄、鉄スケール、精錬ダスト、鉄鉱石の１種以上を用いることを特徴とする（１）または（２）に記載の白鋳鉄鋳片の製造方法。
（４）  白鋳鉄となる成分に調整した溶湯に球状化剤を添加することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の白鋳鉄鋳片の製造方法。
（５）  水冷銅鋳型を用いた連続鋳造機で連続鋳造することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の白鋳鉄鋳片の製造方法。
（６）  連続鋳造する溶湯の過熱度を５０℃以下とすることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の白鋳鉄鋳片の製造方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明者は、高炉溶銑から直接、白鋳鉄の溶湯を作りこれを鋳造することで、安価で効率よく白鋳鉄の鋳片を鋳造できることが可能であることを新たに見出した。以下に詳細に説明する。
高炉溶銑は通常、１５００℃程度の高温で出銑されるため、この様な高温の溶銑をそのまま利用して、白鋳鉄成分の溶湯を溶製し、この溶湯を連続鋳造することで、安価で効率よく白鋳鉄の鋳片を製造できる。しかし、高炉溶銑の炭素濃度は４質量％以上と高いために、白鋳鉄成分に調整するためには脱炭を行って炭素濃度を調整する必要がある。
【０００８】
脱炭処理としては、高炉溶銑に酸素源を添加することで実施できる。酸素源の添加量を調整することで、白鋳鉄成分になる様にすれば良い。また、高炉溶銑に鋼スクラップを添加してもよい。高炉溶銑に添加された鋼スクラップが溶解すると、溶鋼中に鋼分が増加するため、相対的に炭素濃度は希釈されて減少する。これにより、白鋳鉄成分に調整できる。さらに、高炉溶銑に酸素源と鋼スクラップを併せて添加しても良い。高炉溶銑に添加された鋼スクラップが溶解すると、溶鋼中に鋼スクラップ分が増加するため、相対的に炭素濃度は希釈されて減少する。これにより、白鋳鉄成分に調整できる。
【０００９】
従って、酸素源による脱炭と、鋼スクラップで希釈されたことによる炭素濃度の減少による両方により、白鋳鉄成分に調整可能となる。特に、酸素源を添加して脱炭する際に発熱反応により温度が上昇する場合があり、温度を低下させる必要がある。また多量の鋼スクラップの添加により希釈する際には温度が低下するため、加熱する必要がある。しかし、両者を併用するにより、この点が解消されるため好ましい。
【００１０】
特に、鋼スクラップで希釈して溶鋼中の炭素濃度を調整した場合には、炭素濃度を調整するために多量の鋼スクラップを添加することが必要であるが、特に不純物含有量の多い鋼スクラップを使用したような場合には、鋼スクラップ中の不純物元素が多量に混入して、製品の品質が低下することがある。その場合には、鉄を含有する酸素源をあわせて添加することで、鉄が溶鋼中の鋼分として増加するため、相対的に不純物濃度は希釈されて減少するため、望ましい。
【００１１】
また、白鋳鉄となる成分としては、質量％で、（％Ｃ）≦４．３−１．３×（％Ｓｉ）、Ｃ≧１．７％を満足する組成である。ここで、（％Ｃ）は白鋳鉄中のＣの質量％、（％Ｓｉ）は白鋳鉄中のＳｉの質量％を、それぞれ示している。Ｃの含有量は１．７質量％未満では白鋳鉄が得られないため、１．７質量％以上の範囲とする。
【００１２】
さらに、酸素源としては、酸素ガス、酸化鉄、鉄スケール、鉄鉱石の１種以上を用いることが好ましい。
酸素源として酸素ガスを添加することによって脱炭する場合は、発熱反応により温度が上昇する。従って、上述の様に鋼スクラップと併用する等により、温度を調整することが好ましい。
また、酸素源として酸化鉄を添加する場合は、酸化鉄が分解して生成した酸素で脱炭し、また分解によって生成した鉄で希釈効果が得られるため好ましい。酸化鉄が分解する際には吸熱するため、これにより温度の調整が可能である。さらに酸化鉄は、酸素ガスや鋼スクラップ添加との併用も可能であり、所望の温度になる様に適宜組み合わせて実施すれば良い。
【００１３】
さらに、酸化鉄源としては、鉄スケール、精錬ダスト、鉄鉱石がある。これらは上記の酸化鉄と同様の作用を発揮するものであり、これらを適宜併用して使用しても良い。ここで鉄スケールとは、圧延時等にデスケーリング処理をして得られる。また、精錬ダストとは、溶銑予備処理や転炉等の製錬工程で処理中に発生するヒュームや飛散した粒鉄を集めて得られる。
特に鉄鉱石は、通常は高炉内で還元されて鉄となり、溶銑として出銑されるものであるが、本願方法に適用することで高炉を用いることなく、還元することができるため、高炉で消費するエネルギーを節約でき、またコークスを使用しないので、資源の節約にも貢献できる。
【００１４】
さらに、白鋳鉄となる成分に調整した溶銑に球状化剤を添加することにより、この溶銑を鋳造して得られた鋳片が、圧延時または圧延後に加熱されることにより、球状黒鉛が析出し易くなり、加工性に優れた鋳鉄鋳片が得られる。
また、水冷銅鋳型を用いた連続鋳造機で連続鋳造すると、急冷することが可能であり、冷却速度が早いほうが白鋳鉄化し易い。
ここで、冷却速度を表すものとしての凝固速度は、大きいほど好ましく、特に規定するものではないが、例えば１０−４ｍｍ／Ｓ程度以上、好ましくは１０−２ｍｍ／Ｓ程度以上であれば、白鋳鉄の鋳片を得ることができる。
【００１５】
上記の様にして得られた溶銑を連続鋳造する際には、溶銑の過熱度を所定の温度以下にすることで、凝固シェルが形成され易くなるため好ましい。ここで過熱度とは鋳造前の溶銑温度と、その溶銑成分の液相線温度との差のことである。特に、過熱度を５０℃以下とすることで、凝固シェルの強度を確保してブレークアウトの発生が防止され易くなり、連続鋳造がより安定して実施できるため好ましい。
白鋳鉄の液相線温度は１３５０〜１１５０℃であり、溶銑温度は１５００℃以上あるので、溶銑温度を調節して、過熱度を５０℃以下とすることが好ましい。
【００１６】
【実施例】
（実施例１）
高炉から出銑したＣ：４．０〜５．０質量％、Ｓｉ：０．３〜０．５質量％の溶銑をトーピードカーに移し、トーピードカーの上部より酸素ガスを吹きつけ、Ｃ：２．４〜２．５質量％に調整した。その後、取鍋に移し替え、Ｓｉ：０．９〜１．０質量％に成分調整し、Ｍｇ：２００ｐｐｍ以上となる量のＮｉ−Ｍｇ合金を添加した。
溶湯温度１３４５〜１３６０℃の溶湯を水冷銅鋳型を用いた垂直型の連続鋳造機に注入し、幅８００ｍｍ、厚１００ｍｍのスラブを鋳造速度１．０ｍ／分の鋳造速度で連続鋳造した。なお、この溶湯の液相線温度は約１３１５℃であった。
鋳造後の鋳片を切り出し、断面を研磨して組織を顕微鏡で観察した結果、黒鉛は観察されておらず、さらにナイタール腐食して組織を観察した結果、パーライトとレデブライトが微細に分散した白銑組織となっていることが確認できた。
この様に、比較例に示す様な誘導炉等を用いることなく白鋳鉄鋳片が得られるため、電力の使用を大幅に削減できた。
【００１７】
（実施例２）
高炉から出銑したＣ：４．０〜５．０質量％、Ｓｉ：０．３〜０．５質量％の溶銑を混銑炉に移し、温度を調整しながら鋼スクラップを添加し、Ｃ：３．４〜３．５質量％に調整した。その後、取鍋に移し替え、Ｓｉ：０．３〜０．３質量％に成分調整し、Ｍｇ：２００ｐｐｍ以上となる量のＮｉ−Ｍｇ合金を添加した。溶湯温度１２７０〜１２９０℃の溶湯を水冷銅鋳型を用いた湾曲型の連続鋳造機に注入し、幅１２００ｍｍ、厚２１０ｍｍのスラブを鋳造速度１．２ｍ／分で連続鋳造した。なお、この溶湯の液相線温度は約１２５０℃であった。
鋳造後の鋳片を切り出し、断面を研磨して組織を顕微鏡で観察した結果、黒鉛は観察されておらず、さらにナイタール腐食して組織を観察した結果、パーライトとレデブライトが微細に分散した白銑組織となっていることが確認できた。
この様に、比較例に示す様な誘導炉等を用いることなく白鋳鉄鋳片が得られるため、電力の使用を大幅に削減できた。
【００１８】
（実施例３）
高炉から出銑したＣ：４．０〜５．０質量％、Ｓｉ：０．３〜０．５質量％の溶銑を転炉型の精錬容器に移した後、鋼スクラップを添加し、酸素ガスを吹き付けながら、Ｃ：３．０〜３．２質量％に調整した。その後、鍋に移してＦｅ−Ｓｉ合金およびＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金成分を添加して、Ｓｉ：０．５〜０．６質量％、Ｍｇ：２５０〜３００ｐｐｍに調整した。
溶湯温度１３００〜１３４０℃での溶湯を水冷銅鋳型を用いた湾曲型の連続鋳造機に注入し、１５０ｍｍ角のビレットを鋳造速度１．５ｍ／分で連続鋳造した。なお、この溶湯の液相線温度は約１２９５℃であった。
鋳造後の鋳片を切り出し、断面を研磨して組織を顕微鏡で観察した結果、黒鉛は観察されておらず、さらにナイタール腐食して組織を観察した結果、パーライトとレデブライトが微細に分散した白銑組織となっていることが確認できた。
この様に、比較例に示す様な誘導炉等を用いることなく白鋳鉄鋳片が得られるため、電力の使用を大幅に削減できた。
【００１９】
（実施例４）
高炉から出銑したＣ：４．０〜５．０質量％、Ｓｉ：０．３〜０．５質量％の溶銑を鍋に移し、鉄鉱石および転炉ダストを添加し、Ｃ：３．４〜３．５質量％に調整した後、Ｆｅ−Ｓｉ合金を添加してＳｉ：０．３〜０．３質量％に成分調整した。
溶湯温度１２７０〜１２９０℃の溶湯を水冷銅鋳型を用いた湾曲型の連続鋳造機に注入し、幅１２００ｍｍ、厚２４０ｍｍのスラブを鋳造速度１．２ｍ／分で連続鋳造した。なお、この溶湯の液相線温度は約１２５０℃であった。
鋳造後の鋳片を切り出し、断面を研磨して組織を顕微鏡で観察した結果、黒鉛は観察されておらず、さらにナイタール腐食して組織を観察した結果、パーライトとレデブライトが微細に分散した白銑組織となっていることが確認できた。
この様に、比較例に示す様な誘導炉等を用いることなく白鋳鉄鋳片が得られるため、電力の使用を大幅に削減できた。
【００２０】
（比較例）
銑鉄や鋼スクラップ、戻し屑等を適宜配合して低周波誘導炉で溶解した後、Ｃ：２．４〜２．５質量％、Ｓｉ：０．９〜１．０質量％に成分調整し、鍋に移した。溶湯温度１４５０〜１５００℃の溶湯を２００ｍｍ径の砂型に鋳造した。
鋳造後の鋳片を切り出し、断面を研磨して組織を顕微鏡で観察した結果、黒鉛は観察されておらず、さらにナイタール腐食して組織を観察した結果、白銑組織となっていたものの、粗大なパーライトとレデブライトが混在していた。
また、低周波誘導炉を用いて鋼スクラップ等を溶解したために、多量の電力使用が必要であった。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、多大なエネルギーや電力を要することなく白鋳鉄の鋳片を効率よく安価に製造しうる。これによって得られた白鋳鉄を材料として、これに加工や熱処理を施して様々な製品を提供することが可能となり、エネルギー消費の少ない鋼材の提供が可能となる。