(57)【要約】【課題】球状黒鉛鋳鉄用又はコンパクト・バーミキュラー鋳鉄を得るための溶融鋳鉄を溶製するにあたり、黒鉛球状化剤の添加に先だって脱硫処理を施すと共に脱酸処理をも施すことにより、黒鉛球状化剤の添加歩留まりを向上することができる溶融鋳鉄の溶製方法を提供する。【解決手段】球状黒鉛鋳鉄又はコンパクト・バーミキュラー鋳鉄を得るための溶融鋳鉄の溶製方法である。鉄源原料を溶解させて得られる溶湯１に、脱硫作用と脱酸作用とを併せ持つ脱酸・脱硫剤２を添加した後、金属Ｍｇ及びＭｇ合金のうち少なくとも一種を含む黒鉛球状化剤を添加する。これにより、脱酸・脱硫剤２を添加することで硫黄含有量及び酸素含有量が低減された溶湯１中に、黒鉛球状化剤を添加すると、黒鉛球状化剤におけるマグネシウムと硫黄との結合が抑制される共に酸素との結合も抑制される。また黒鉛球状化剤の添加時にＭｇの攪拌力により脱硫効率が更に助長される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状黒鉛鋳鉄又はコンパクト・バーミキュラー鋳鉄を得るための溶融鋳鉄の溶製方法であって、鉄源原料を溶解させて得られる溶湯に、脱硫作用と脱酸作用とを併せ持つ脱酸・脱硫剤を添加した後、金属Ｍｇ及びＭｇ合金のうち少なくとも一種を含む黒鉛球状化剤を添加することを特徴とする溶融鋳鉄の溶製方法。
【請求項２】
上記脱酸・脱硫剤が、Ｆｅ−Ｃａ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ、Ａｌ、Ｆｅ−ＲＥ−Ｓｉ、ミッシュメタルのうち少なくとも一種を含むものであることを特徴とする請求項１に記載の溶融鋳鉄の溶製方法。
【請求項３】
Ｆｅ−Ｃａ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ、Ａｌ、Ｆｅ−ＲＥ−Ｓｉ、ミッシュメタルのうち少なくとも一種を含むことを特徴とする溶融鋳鉄の脱酸・脱硫剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球状黒鉛鋳鉄用又はコンパクト・バーミキュラー鋳鉄を得るための溶融鋳鉄の溶製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
球状黒鉛鋳鉄（ダクタイル鋳鉄）やコンパクト・バーミキュラー鋳鉄（ＣＶ鋳鉄）は、鉄スクラップ材等の鉄源原料をキュポラ、電気炉等によって溶解させて得られる溶湯に、金属Ｍｇ等の黒鉛球状化剤を添加し、更に必要に応じてＦｅ−Ｓｉ合金等の接種剤を添加することで溶融鋳鉄を溶製し、これを注湯・生砂造型等の鋳造設備によって鋳造することで製造されている。これらの鋳鉄は、自動車部品等に広く用いられている。
【０００３】
このように溶融鋳鉄を溶製するにあたっては、溶湯中には硫黄が含有されていることが多く、また特にキュポラにおいて加熱及び炭素の添加のためにコークスを使用すると、コークス中の硫黄が溶湯中に含有されることとなる。この場合、金属Ｍｇ等の黒鉛球状化剤を添加して黒鉛球状化処理を行う際に、Ｍｇが溶湯中に溶解する前に硫黄と結合し、硫化マグネシウムが生成されて黒鉛球状化剤の添加歩留まりが悪化してしまう。そこで、この添加歩留まりを向上するためには、黒鉛球状化剤の添加に先立ち、溶湯に脱硫処理を施す必要がある。
【０００４】
このような溶湯の脱硫処理としては、従来種々提案されているが、例えば生石灰（ＣａＯ）、カルシウムカーバイド、ソーダ灰等を脱硫剤としてこれを黒鉛球状化処理前の溶湯に置き注ぎ法、ポーラスプラグ法、連続攪拌法、インジェクション法、振動取鍋法等の手法により添加することで溶湯中の硫黄含有量を低減している（非特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平０７−０１１０２１号公報
【非特許文献１】中江秀雄著、「鋳造工学」、産業図書株式会社、１９９５年１月３０日、ｐ．５２〜５６
【非特許文献２】「鋳鉄の生産技術」、改訂版、財団法人素形材センター、平成１０年１月１２日、ｐ．２６８〜２７０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、黒鉛球状化剤の添加歩留まりの悪化は、上記のように溶湯中に硫黄が含有されている場合だけでなく、この溶湯中における酸素含有量が高い場合にも引き起こされるものである。すなわち、溶湯の脱硫は酸化性の条件では進行しにくく（非特許文献２参照）、また黒鉛球状化剤の添加時に溶湯中における酸素含有量が高いと硫黄が含有されている場合と同様に、Ｍｇが溶湯中に溶解する前に酸素と結合して酸化マグネシウムが生成されてしまうものであって、球状化不良、チル、スラグ巻き込み等の有害欠陥を発生させる原因となる。
【０００６】
このため、溶湯中の酸素含有量は低い方が好ましく、酸素含有量が高い場合には黒鉛球状化剤の添加量を増大させなければならなくなり、黒鉛球状化剤の添加歩留まりの悪化に繋がるものであるが、従来は溶解炉の雰囲気を還元性に維持したり、溶湯中の酸素含有量をモニターする程度の対処しかとられておらず、溶湯中から硫黄と共に酸素を取り除くことは行われていなかった。
【０００７】
また、従来の手法では脱硫処理中に溶湯の温度が低下し、黒鉛球状化処理の前に保持炉等により再加熱する必要があり、処理効率が悪くなるという問題もあった。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、球状黒鉛鋳鉄用又はコンパクト・バーミキュラー鋳鉄を得るための溶融鋳鉄を溶製するにあたり、黒鉛球状化剤の添加に先だって脱硫処理を施すと共に脱酸処理をも施すことにより、黒鉛球状化剤の添加歩留まりを向上することができる溶融鋳鉄の溶製方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る溶融鋳鉄の溶製方法は、球状黒鉛鋳鉄又はコンパクト・バーミキュラー鋳鉄を得るための溶融鋳鉄の溶製方法であって、鉄源原料を溶解させて得られる溶湯１に、脱硫作用と脱酸作用とを併せ持つ脱酸・脱硫剤２を添加した後、金属Ｍｇ及びＭｇ合金のうち少なくとも一種を含む黒鉛球状化剤を添加することを特徴とするものである。これにより、脱酸・脱硫剤２を添加することで硫黄含有量及び酸素含有量が低減された溶湯１中に、黒鉛球状化剤を添加すると、黒鉛球状化剤におけるマグネシウムと硫黄との結合が抑制される共に酸素との結合も抑制される。また黒鉛球状化剤の添加時にＭｇの攪拌力により脱硫効率が更に助長される。
【００１０】
上記脱酸・脱硫剤２は、Ｆｅ−Ｃａ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ、Ａｌ、Ｆｅ−ＲＥ−Ｓｉ、ミッシュメタルのうち少なくとも一種であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る溶融鋳鉄の脱酸・脱硫剤は、Ｆｅ−Ｃａ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ、Ａｌ、Ｆｅ−ＲＥ−Ｓｉ、ミッシュメタルのうち少なくとも一種を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、黒鉛球状化処理がなされる前の溶湯中の硫黄含有量及び酸素含有量を低減して、溶融鋳鉄の均質化、黒鉛球状化処理の安定化を図ることができ、また黒鉛球状化剤の添加歩留まりを向上して生産コストを低減すると共に、製品品質の向上にも寄与することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図１を示して説明する。
【００１４】
溶湯１の生成には従来用いられている適宜の手法を採用することができる。例えば鉄スクラップ材等の鉄源原料をキュポラ、電気炉等の溶解炉８によって溶解させ、得られる溶湯１を直接、或いは必要に応じて一旦保持炉９に貯留・滞留させて温度や成分を均質化させた後、処理取鍋３に移す。
【００１５】
このようにして得られた溶湯１に、まず脱酸・脱硫剤２を添加する。脱酸・脱硫剤２は、溶湯１中の酸素及び硫黄と結合してこの酸素及び硫黄を除去可能なものであれば良く、特にＦｅ−Ｃａ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ、Ａｌ、Ｆｅ−ＲＥ−Ｓｉ、ミッシュメタル等を用いることができる。ＲＥは希土類元素（レアアース）を示す。前記合金中の構成元素の割合は適宜設定されるが、例えばＦｅ−Ｃａ−Ｓｉの場合はＦｅを５〜１２重量％、Ｃａを２５〜３３重量％、Ｓｉを５５〜６０重量％の割合で含有し、Ｆｅ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａの場合は前記Ｆｅ−Ｃａ−ＳｉにおけるＦｅ、Ｃａ、Ｓｉの比率を保持した状態で更にＢａを全体に対して５〜２５重量％の割合で含有し、Ｆｅ−ＲＥ−Ｓｉの場合は各元素を３０〜４０重量％の割合で含有するものを用いることができる。尚、これらの合金中に不可避的な不純物が混入されていても良い。
【００１６】
これらの脱酸・脱硫剤２は一種選択して用い、或いは二種以上を併用することができる。このうち、特にＦｅ−Ｃａ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ、Ａｌを用いることが好ましい。但しＡｌは脱酸力は強いが鋳鉄中における有害元素であるため、使用量を極力少なくすることが好ましく、このためＡｌを使用する場合にはＦｅ−Ｃａ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａのうち少なくとも一方と併用することが好ましい。
【００１７】
脱酸・脱硫剤２の溶湯１への添加量は特に制限されず、溶湯１の酸化の度合い及び溶湯１中の硫黄含有量に応じて適時調整される。好ましくは溶湯１中の添加量が０．０５〜０．５質量％の範囲となるようにする。
【００１８】
脱酸・脱硫剤２の添加方法は特に制限されないが、貯留された溶湯１の上方からそのまま投入すると雰囲気中の酸素等と反応してしまい、溶湯１内部において十分に脱酸・脱硫を行うことが困難となるため、溶湯１内部に添加されるように考慮することが好ましい。
【００１９】
例えば図１（ａ）に示すように、溶湯１を溶解炉８や保持炉９等から処理取鍋３に移す際にこの溶湯１を処理取鍋３に流下しながら、同時に粒状や粉体状等の脱酸・脱硫剤２を処理取鍋３に投入することで、脱酸・脱硫剤２を溶湯１の内部に添加する。
【００２０】
また、脱酸・脱硫剤２をワイヤ状に成形して被覆を施したワイヤ材４を用い、このワイヤ材４を処理取鍋３等に貯留された溶湯１中に供給することで、脱酸・脱硫剤２の添加を行うこともできる。前記被覆は溶湯１中で融解し、且つ溶湯１中で有害な作用を引き起こさないものであれば適宜の材質で形成することができるが、特に鉄材にて形成することが好ましい。
【００２１】
図１（ｂ）はワイヤ材４を用いた脱酸・脱硫処理の一例を示す。ワイヤ材４を溶湯１中に供給するための供給設備は、ワイヤ材４を巻回したコイル５と、このコイル５からワイヤ材４を引き出して溶湯１へと供給する供給装置６（ワイヤフィーダ）とを備えている。供給装置６としては、ワイヤ材４を適宜の搬送ロール７で挟持しながらこの搬送ロール７を回転駆動して搬送するなどして、搬送量を制御しながら搬送可能なものが使用できる。そして、このワイヤ材４の先端を溶湯１中に浸漬し、更にこのワイヤ材４を供給装置６にて搬送して溶湯１内に供給することができる。このワイヤ材４の供給設備は一つだけ用いるほか、二つ以上を同時に使用して二本以上のワイヤ材４を同時に溶湯１中に供給し、処理の効率化を図っても良い。
【００２２】
かかるワイヤ材４を用いた処理では、溶湯１中でワイヤ材４の被覆が溶融した後にこの被覆の内側の脱酸・脱硫剤２が溶湯１の内部に分散することで、脱酸・脱硫処理が効率よくなされる。
【００２３】
上記脱酸・脱硫処理時には、脱酸・脱硫剤２はまず酸素及び硫黄と結合してＣａＯ、ＣａＳ等を生成して脱硫をなすと考えられる。かかる脱酸・脱硫処理時の溶湯１の温度は１４００〜１５５０℃の範囲とすることが好ましい。
上記ワイヤ材４の寸法は、溶湯１の量や深さ等に応じ、被覆が溶湯１の内部で融解し、且つ脱酸・脱硫剤２が溶湯１内部で速やかに分散するように適宜設定される。好ましくはワイヤ材４の線径を６〜２５ｍｍとし、被覆の厚みを０．２〜０．６ｍｍの範囲とする。
【００２４】
脱酸・脱硫処理がなされた溶湯１には、黒鉛球状化剤の添加による黒鉛球状化処理がなされる。このとき、上記の脱酸・脱硫処理は、ワイヤ材４を供給するなどして脱酸・脱硫剤２を添加するだけで行うことができ、更に後述するように黒鉛球状化処理時のＭｇによる攪拌作用により脱酸・脱硫が促進されるものであるから、処理中における溶湯１の温度低下を抑制することができ、脱酸・脱硫剤２の添加がなされた溶湯１は再加熱を施すことなく黒鉛球状化処理に供することができる。これにより処理の効率化を図ることができる。
【００２５】
黒鉛球状化剤は公知の適宜のものを使用可能だが、金属Ｍｇや、Ｓｉ−Ｍｇ、Ｓｉ−Ｍｇ−Ｃａ、Ｓｉ−Ｍｇ−Ｃａ−ＲＥ等のＭｇ合金から選択される一種以上を用いることが好ましい。また前記のものと共に、Ｓｉ、Ｃａ、ＲＥ、並びにこれらの内の二種以上からなる合金のうち、少なくとも一種を添加しても良い。このような黒鉛球状化剤を用いた黒鉛球状化処理は、公知の適宜の手法で行うことができる。
【００２６】
また、黒鉛球状化剤をワイヤ状に成形すると共に被覆を施したワイヤ材４を用い、このワイヤ材４を処理取鍋３等に貯留された溶湯１中に供給することで、黒鉛球状化処理を為すこともできる。前記被覆は溶湯１中で融解し、且つ溶湯１中で有害な作用を引き起こさないものであれば適宜の材質で形成することができるが、特に鉄材にて形成することが好ましい。
【００２７】
このようなワイヤ材４を用いた黒鉛球状化処理は、上記のワイヤ材４を用いた脱酸・脱硫処理の場合と同様の手法で行うことができる。すなわち、図１（ｂ）に示すように、ワイヤ材４を巻回したコイル５から供給装置６にてワイヤ材４を引き出してこのワイヤ材４の先端を溶湯１中に浸漬し、更にこのワイヤ材４を搬送して溶湯１内に供給することができる。この場合も二本以上のワイヤ材４を同時に溶湯１中に供給し、処理の効率化を図っても良い。
【００２８】
かかるワイヤ材４を用いた処理では、溶湯１中でワイヤ材４の被覆が溶融した後にこの被覆の内側の黒鉛球状化剤中のＭｇが溶湯１の内部で気化・分散し、溶湯１を攪拌しながら溶湯１中に均一に含有されることとなる。このとき脱酸・脱硫処理がなされた溶湯１中では酸素や硫黄と結合するＭｇ量が低減され、黒鉛球状化剤の添加歩留まりが向上する。また、溶湯１とＭｇとの合金化速度はワイヤ材４の供給速度により決定されて常に一定に保つことができ、安定した処理を行うことができる。また、Ｍｇによる溶湯１の攪拌によって、脱酸・脱硫処理時に生成したＣａＯと溶湯１中のＳとの反応が促進されてＣａＳが生成し、更に脱硫が促進されることとなって、黒鉛球状化剤の添加歩留まりが更に向上するものである。このとき前記ＣａＯとＳとの反応で生成する酸素の大部分は溶湯１中の炭素と反応して系外に脱離するものと考えられる。
【００２９】
また、黒鉛球状化剤の組成を考慮すれば、反応性が緩やかとなり、添加歩留まりを更に向上することができる。すなわち黒鉛球状化剤としてＭｇ金属のみを用いる場合よりも、Ｍｇ合金を用いることでＭｇの急激な反応を抑制して黒鉛球状化を促進することができるものである。
【００３０】
上記黒鉛球状化処理におけるワイヤ材４の寸法も、溶湯１の量や深さ等に応じ、被覆が溶湯１の内部で融解し、且つ脱酸・脱硫剤２が溶湯１内部で速やかに分散するように適宜設定される。好ましくはワイヤ材４の線径を６〜２５ｍｍとし、被覆の厚みを０．２〜０．６ｍｍの範囲とする。
【００３１】
黒鉛球状化剤の溶湯１への添加量は、鋳鉄に要求される黒鉛の球状化の度合いに応じて適宜調整されるが、球状黒鉛鋳鉄を得る場合には溶湯１中のＭｇ含有量が０．０３〜０．０７重量％となる範囲で添加し、ＣＶ鋳鉄を得る場合には溶湯１中のＭｇ含有量が０．０１〜０．０４重量％となる範囲で添加することが好ましい。また、黒鉛球状化処理時の溶湯１の温度は１４００〜１５５０℃の範囲としておくことが好ましい。
黒鉛球状化処理がなされた溶湯１には、必要に応じてＦｅ−Ｓｉ合金等の接種剤を添加する。
【００３２】
以上のように溶製された溶融鋳鉄は、遠心鋳造機等の適宜の鋳造設備にて鋳造することができ、これにより球状黒鉛鋳鉄やＣＶ鋳鉄を得ることができる。
【実施例】
【００３３】
（実施例）
高周波溶解炉を用いて得られた重量４５０ｋｇ、温度１４１５℃の溶湯１（Ｃ含有量３．７４重量％、Ｓｉ含有量１．１３重量％、Ｓ含有量０．０６９重量％）を処理取鍋３に流下しながら、この処理取鍋３に脱酸・脱硫剤２（Ｆｅ−Ｃａ−Ｓｉ；Ｃａ３０重量％、Ｓｉ６０重量％、残部はＦｅ及び不可避的不純物）を０．９ｋｇ投入して添加し、脱酸・脱硫処理を施した。
【００３４】
次にこの溶湯１に、ワイヤ材４を用いた黒鉛球状化処理を施した。ワイヤ材４としては線径１３ｍｍ、鉄被覆厚み０．４ｍｍ、黒鉛球状化剤の組成が重量比率でＭｇ：Ｃａ：ＲＥ：Ｓｉ＝７．６：２．０：１．０：５４．９のものを用いた。またワイヤ材４を供給するにあたり、ワイヤ材４の送線量を３０ｍ、送線に要した時間を１．５分とした。
【００３５】
次いで、接種剤（Ｆｅ−Ｓｉ合金）を溶湯１に対して０．３重量％の割合で添加して後期接種を行い、溶融鋳鉄を得た。
この溶融鋳鉄をＹブロックに注湯して鋳造し、試験サンプルを得た。
【００３６】
（比較例）
脱酸・脱硫処理を行わなかった以外は上記実施例と同様にして溶融鋳鉄を得た。
この溶融鋳鉄をＹブロックに注湯して鋳造し、試験サンプルを得た。
【００３７】
（評価試験）
上記実施例及び比較例において、黒鉛球状化処理を施した後、１０分経過した溶湯の組成を発光分光分析にて測定したところ、実施例ではＣ含有量３．６２重量％、Ｓｉ含有量２．４０重量％、Ｓ含有量０．０１３重量％、Ｍｇ含有量０．０４２重量％であったのに対して、比較例ではＣ含有量３．６０重量％、Ｓｉ含有量２．２６重量％、Ｓ含有量０．０１５重量％、Ｍｇ含有量０．０２４重量％であり、同一量の黒鉛球状化剤を添加したにもかかわらず、比較例におけるＭｇ含有量は実施例の半分程度となっていた。
【００３８】
また、上記実施例及び比較例における試験サンプルの黒鉛球状化率をＪＩＳ  Ｇ５５０２に準拠して画像解析により測定したところ、実施例では９３．２％であるのに対して、比較例では４１．２％であった。また、図２（ａ）は実施例、図２（ｂ）は比較例について、各試験サンプルの金属組織の顕微鏡写真を撮影した結果を示すものであり、これにより実施例の方が明らかに黒鉛球状化が進んでいることが確認できた。
【００３９】
また、各試験サンプルの引張強度をアムスラー試験機にて測定したところ、実施例では７６７Ｎ／ｍｍ2、であるのに対して比較例では４７５Ｎ／ｍｍ2であり、またこの引張試験時の前後のサンプル長をノギスで測定して伸び率を導出したところ、実施例では４％であったのに対して比較例では１％であった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。
【図２】（ａ）は実施例、（ｂ）は比較例における試験サンプルの金属組織を示す顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００４１】
１  溶湯
２  脱酸・脱硫剤
【図１】
2007023355.tif 000003
【図２】
2007023355.tif 000004