(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶銑から不純成分を除去した後に、鋳型に注入し凝固させる鋳物用型銑の製造に際し、鋳型から離型直後の型銑表面温度を700 ℃以上1100℃未満とし、鉄酸化剤を添加した冷却水を散水することによって、マグネタイト(Fe3O4) 或いはヘマタイト(Fe2O3) 皮膜を型銑表面に生成せしめ、防錆効果を高めることを特徴とする、鋳物用型銑の製造方法。
【請求項２】
溶銑から不純成分を除去した後に、鋳型に注入し凝固させる鋳物用型銑の製造に際し、鋳型から離型直後の型銑表面温度を700 ℃以上1100℃未満とし、鉄酸化剤を添加した冷却水を散水することによって、厚み10μm 以上400 μm 以下のマグネタイト(Fe3O4) 或いはヘマタイト(Fe2O3) 皮膜を型銑表面に生成せしめ、防錆効果を高めることを特徴とする、鋳物用型銑の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳物用型銑の製造方法に係わり、表面にマグネタイト或いはヘマタイトの皮膜を有する、防錆効果の高い鋳物用型銑の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋳物原料として使用される型銑は、高炉等によって製造された溶銑から不純成分を除去した後、1150℃以上の高温にて鋳型に注入される。注入された溶銑は、空冷、又は上方からの散水による直接冷却、或いは鋳型への裏面散水による間接冷却によって凝固した後、鋳型の傾転等によって離型される。離型された型銑表面は、通常200 ℃以上の高温であるため、後工程において空冷或いは水冷され、成品として出荷される。
【０００３】
このようにして製造された鋳物用型銑は、通常出荷を待つ間、ヤードや船積み場に仮置きされるが、この間風雨にさらされることによって、表面に赤錆を発生する。発生した赤錆は、型銑重量のうち約５％を占めるほどに成長し、以下のような問題を生じる。
(1) 鋳物用型銑の利用先である電炉やキュポラにおいてスラグとなり、鉄歩留りを低下させるため、経済的に損失である。
(2) 発生したスラグの侵食作用により、電炉やキュポラの耐火物を損耗させるため、操業が困難となるばかりでなく、経済的な損失である。
(3) 約300 μm の厚みを持つ赤錆が水分を吸収するため、電炉に投入され溶銑と接触する際、爆裂を生じ、溶銑を飛散させるため、安全上問題である。
【０００４】
型銑表面に発生する赤錆を抑制し、上記の問題を回避するため、従来から様々な方法が試みられてきた。
例えば、熱延鋼板或いは冷延鋼板に使用される防錆剤を用いて、鋳物用型銑表面に油膜または樹脂膜を生成させる方法がある。
また例えば、特開平3-268842号公報に提案されているように、冷却時にミスト或いは水蒸気で、冷却終了温度が700 ℃以上となるように型銑を冷却することによって、型銑表面にマグネタイト皮膜を生成させる方法がある。また、特開平8-71703 号公報に提案されているように、型銑の表面温度が700 ℃以上となるまで復熱させた上で、流通する空気により表面温度が500 ℃以下になるまで冷却して、型銑表面にαヘマタイト皮膜を生成する方法がある。
【０００５】
一般に鉄製品の防錆手段としては、メッキに代表されるように、表面に酸化されにくい物質を被覆せしめ、鉄と酸素の接触を断つことが有効である。
しかし鋳物用型銑は、利用先にて電炉やキュポラで溶解されるため、メッキなどの被覆は不純成分となり、成品鋳物の品質劣化を招く。これは鋳物用型銑表面に、油膜または樹脂膜を生成させる場合も同様であり、電炉やキュポラでの溶解の際、炉の耐火物を劣化せしめる。また船積み、車積みの際、他の鋳物用型銑や荷台との衝突により、油膜や樹脂成分が剥がれ落ち、防錆効果を充分に発揮できない可能性がある。
【０００６】
上記理由より、鋳物用型銑、とくに高純度鋳物用型銑の防錆効果を高めるためには、型銑表面に数十μm のマグネタイト或いはヘマタイト皮膜を生成せしめる手段が有効である。マグネタイト及びヘマタイトは、地鉄であるFeや、一般的に錆と言われる水酸化鉄(Fe(OH)2、又はFe(OH)3)に比べ非常に緻密な組織構造を持つため、大気中の酸素分子が鋳物用型銑内部に浸透するのを抑止する働きが強い。この働きによって、マグネタイト或いはヘマタイト皮膜が生成した鋳物用型銑は、あたかも表面に大気との遮断層を持つかのごとく、地鉄と酸素の接触を遮断され、錆の発生及び進行が、非常に遅いものとなる。
【０００７】
しかし、冷却時にミスト或いは水蒸気を用いて型銑表面にマグネタイト皮膜を生成する方法では、ミスト或いは水蒸気の発生装置、噴霧装置、周囲へのミスト或いは水蒸気の飛散防止措置などが必要なことから設備投資が多額となる。また、台車上に山積みした鋳物用型銑に、少量のミスト或いは水蒸気を噴霧しても、流れの抵抗の少ない部分に偏流しやすいため、マグネタイト或いはヘマタイト皮膜の生成量にむらが生じる。山積みした型銑の全体にむらなく皮膜を生成させるには、相当量のミスト或いは水蒸気を噴霧する必要がある。それに伴い、ミスト或いは水蒸気の発生コストが増加するばかりか、噴霧装置が大型化し、初期投資が甚大となる。
【０００８】
また鋳物用型銑を700 ℃まで復熱させた上で、空気を流通させることによってα−ヘマタイト皮膜を生成する方法では、復熱のための時間が必要であり、また冷却速度の低い空冷であるが故に冷却にも多大な時間が必要であるため、鋳物用型銑の生産性を著しく悪化させる恐れがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる課題に取組み、設備の追加を極力必要とせず、また鋳物用型銑の生産性を阻害することなく、型銑の表面に均一にマグネタイト或いはヘマタイト皮膜を生成することによって、防錆効果の高い鋳物用型銑を安価に製造しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、溶銑から不純成分を除去した後に、鋳型に注入し凝固させる鋳物用型銑の製造に際し、鋳型から離型直後の型銑表面温度を700 ℃以上1100℃未満とし、鉄酸化剤を添加した冷却水を散水することによって、マグネタイト或いはヘマタイト皮膜を型銑表面に生成せしめ、防錆効果を高めることを特徴とする鋳物用型銑の製造方法にあり、また、溶銑から不純成分を除去した後に、鋳型に注入し凝固させる鋳物用型銑の製造に際し、鋳型から離型直後の型銑表面温度を700 ℃以上1100℃未満とし、鉄酸化剤を添加した冷却水を散水することによって、厚み10μm 以上400 μm 以下のマグネタイト或いはヘマタイト皮膜を型銑表面に生成せしめ、防錆効果を高めることを特徴とする、鋳物用型銑の製造方法にある。
【００１１】
すなわち、上記の課題を解決するために、鉄酸化剤を添加した冷却水を、700 ℃以上1100℃未満の表面温度を持つ鋳物用型銑に散布することによって、出荷可能な温度まで型銑を水冷すると同時に、型銑表面にマグネタイト或いはヘマタイト皮膜を生成せしめることが可能となり、防錆効果の高い鋳物用型銑の製造が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ここで、冷却水の散布開始時の鋳物用型銑表面温度を、700 ℃以上1100℃未満に限定する理由は以下の通りである。すなわち、Fe→Fe2O3 或いはFe→Fe3O4 の反応は、Fe温度が700 ℃以上の領域において、より加速される。一方、鋳物用型銑の表面温度が1100℃以上の状態では、型銑表層に未凝固部が存在する恐れがあり、溶融状態の銑鉄と冷却水の直接接触による小規模の水蒸気爆発が起こる可能性があり、安全上問題である。従って、鉄酸化剤を添加した冷却水を散布開始するのに適した型銑表面温度は、700 ℃以上1100℃未満である。
【００１３】
従来、製造直後の鋳物用型銑に対する散水冷却によっても、型銑表面には５〜10μm のマグネタイト或いはヘマタイト皮膜が生成される。しかしながらこれら皮膜は、１ケ月以上の長期間におけるFeと酸素との接触を防止するに充分な厚みを有するものではなく、Fe3O4 或いはFe2O3 分子の隙間を縫って、酸素分子がFe層に到達可能であるため、約３ケ月後には型銑表面積の約60％が赤錆に覆われることとなる。そこで本発明においては、長期間に渡る明らかな防錆効果を維持するべく、マグネタイト或いはヘマタイト皮膜の厚みを、10μm 以上としている。また、マグネタイト或いはヘマタイト皮膜は電炉内においてスラグ源となるため、過剰な厚みの皮膜を生成せしめることは非経済的であるし、皮膜厚みが200 μm を超えると、次第に皮膜厚みの増加に対する防錆効果の増加量が鈍り始め、400 μm 以上の皮膜では、皮膜厚みによらず、防錆能力はほぼ一定になる。そこで、マグネタイト或いはヘマタイト皮膜の厚みを、400 μm 以下に限定している。
【００１４】
さらに本発明は、型銑を出荷可能な温度まで水冷するために設けられている散水冷却装置において、鉄酸化剤を冷却水に添加するための、簡便な流量制御機構を含む装置を設置するだけで良いため、追加設備は極小で済み、新規の設備投資は非常に低額で済む。また、型銑を出荷可能な温度まで水冷するために設けられている散水冷却装置においては、通常、鋳物用型銑の生産性を阻害しないよう、冷却速度を上げるために十分な水量が確保され、台車上に山積みした鋳物用型銑の隅々にまで冷却水が行き渡るように設定されていることから、冷却水中に添加した鉄酸化剤も隅々にまで行き渡り、マグネタイト或いはヘマタイト皮膜の生成量にむらが生じ難い。従って、台車上に山積みされた型銑に対しても、表層部から深部まで、均一な皮膜の生成が可能となる。
以上に示すように、本発明は、冷却水中に鉄酸化剤を添加することのみによって、マグネタイト或いはヘマタイト皮膜を均一に生成せしめ、鋳物用型銑の防錆能力を著しく向上するものである。
【００１５】
鉄酸化剤としては無機塩、無機酸、キレート剤などがあげられるが、機能として、鋳物用型銑の表面素地の鉄と結合して無機酸鉄化合物を生成せしめるものや、同じく非晶質マグネタイト層を形成するもの、マグネタイト或いはヘマタイト皮膜の生成を阻害するCa2+イオンなどを選択的に捕捉して安定化することで、マグネタイト或いはヘマタイト皮膜の生成を促進するものが、本発明の効果を発揮するために望ましい鉄酸化剤である。生成する皮膜がマグネタイトかヘマタイト かは、鉄酸化剤の酸化度、濃度、温度により決められるが、鉄酸化剤の酸化度は極端に高い必要はなく、皮膜もマグネタイトとヘマタイトの複層構造のものであって構わない。
【００１６】
【実施例】
次に、本発明の実施例を詳細に説明する。
図１に示す通り、溶銑鍋１内の溶銑２を、溶銑樋３を通してモールドコンベア４に注入する。モールドコンベア４上には約10cm×10cm×20cmの形状を持つ、鋳物用型銑の鋳型が設置されており、空冷または水冷によって溶銑２を凝固させる。凝固した溶銑は、鋳物用型銑５として型銑パレット６上に積み付けられる。この時点での鋳物用型銑は高温であることが多く、前述の特開平8-71703 号公報に提案されているように、空気を流通させることによって、型銑表面にマグネタイト或いはヘマタイト皮膜を生成すれば、鋳物用型銑の防錆能力は向上する。しかし従来は、冷却速度を上げ、生産性を向上させるために、冷却水ノズル７を通じて冷却水８を散布し、鋳物用型銑を水冷するのが普通であるため、短時間での急冷により、型銑表面でのマグネタイト或いはヘマタイト皮膜の成長が抑制され、十分な防錆効果を発揮するほどマグネタイト或いはヘマタイト皮膜は厚くならない。
【００１７】
本発明においては型銑パレット６において散布される冷却水８中に、鉄酸化剤10を含有せしめることにより、鋳物用型銑５表面にマグネタイト或いはヘマタイト皮膜を生成するものである。本発明によれば、従来通りの散水冷却を行うことが可能であるため、冷却に要する時間を延長する必要性がなく、すなわち鋳物用型銑の生産性を低下させることなしに、防錆能力の向上が可能である。また、鉄酸化剤を冷却水配管９中に混入させる装置を設置するだけで良いため、設備投資は低額で済む。
【００１８】
さらに、本発明の前記実施例の効果を詳細に説明するためになされた試験結果について、以下に詳述する。
まず、鋳物用型銑の原料である溶銑の成分は、表１に示す通りである。溶銑樋3 において測定した溶銑温度は1320〜1380℃、溶銑注入速度は2.5t/min、型銑パレットで散布した冷却水は、温度35〜45℃、水量 500リットル/min、散水時間  、型銑パレットへの型銑積付け開始から25min とし、型銑パレットへの型銑積付け量は30t/パレットとした。この試験結果は表２に示す通りであり、冷却水中に添加した鉄酸化剤の種類により多少の差はあるものの、鉄酸化剤無添加の冷却水を散布した比較例とマグネタイト或いはヘマタイトの皮膜厚みや３ケ月後の発錆面積に大きな差が認められ、本発明による製品の、防錆効果が優れたものであることを確認できた。
【００１９】
【表１】
0004276362.tif 000002
【００２０】
【表２】
0004276362.tif 000003
【００２１】
実施例及び比較例より、防錆効果を向上せしめ、発錆面積を低減させるためには、マグネタイト或いはヘマタイト厚みを増大させることが有効である。上記実施例によって製造された鋳物用型銑の、表面付近の断面図を、図２に示す。比較例における皮膜厚みが５μm であるのに対し、本発明によれば、鉄酸化剤の種類及び濃度により差はあるものの、皮膜厚みは比較例に対し10倍以上に増大させることが可能である。これに伴い、発錆面積を大幅に低減することが可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、本発明により、長期間の貯留においても発錆面積の少ない、防錆効果の高い、鋳物用型銑を安定して製造することが可能となり、とくに高純度鋳物銑の利用先において、スラグ低減による歩留り向上、電炉やキュポラの耐火物寿命延長などに効果を発揮する。尚且つ、本発明実施に必要な設備は、鉄酸化剤を冷却水中に注入する装置のみであるので、設備改造に伴う投資も低額で済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための装置構成を説明する立面図。
【図２】本発明によって製造された、鋳物用型銑の表面付近断面図。
【符号の説明】
１  溶銑鍋
２  溶銑
３  溶銑樋
４  モールドコンベア
５  鋳物用型銑
６  型銑パレット
７  冷却水散布ノズル
８  冷却水
９  冷却水配管
10  鉄酸化剤とその注入配管
11  鋳物用型銑表層付近に生成したマグネタイト或いはヘマタイト皮膜
【図１】
0004276362.tif 000004
【図２】
0004276362.tif 000005