［技術報告］

コシキ溶解技術の高度化
勝負澤善行 、高川＊

貫仁 、池浩之 、茨島＊＊明＊＊

コシキ炉溶解における操業の安定化を目的に、溶解の基礎的調査を行い、さらにイオウ含有量の抑制、高温溶解技術について検討を行った。その結果、コークスの一部を木炭に代替することにより、イオウの増加を抑制することができた。また、空気と一緒に酸素ガスを吹き込むことにより、高い温度の鋳鉄溶湯を得ることができた。
キーワード：コシキ炉、鋳鉄、イオウ、温度The Improvement on the Melting Technology of Small Cupola
SHOUBUZAWA Yoshiyuki, TAKAGAWA Takahito, IKE Hiroyuki
and BARAJIMA Akira
In order to stabilize the quality of molten cast iron by small cupola, we carriedout the basic investigation of the melting operation. In addition, we examined technology
which controlled the content of sulfur in molten cast iron, and which increased
the temperature of molten cast iron. Consequently, by using charcoal as a substitutefor a part of coke, we were able to suppress that the sulfur increased. And by
blowing the oxygen gas with the air, we were able to increase the temperature of
the molten cast iron.
key words： small cupola, cast iron, sulfur, temperature１

緒制については、イオウ発生源がコークスであることが知言鉄瓶などの南部鉄器を製造している工房では、コシキられており１）、今回はコークス投入量の一部を木炭に換(甑)炉と言われる、キュポラを縮小したような形状の小えてその影響を検討した。また高温溶解技術については、型炉で鋳鉄を溶解している。使用されているコシキ炉の酸素ガスを吹き込むことによりその効果を検討した。

サイズは様々であるが、いずれも溶解能力は低く、それ故に、手づくりで鉄瓶用焼型を造型し鋳造している小２ロット生産の工房に適している。

２−１

実験方法
コシキ炉の構造

コシキ炉は、積み重ね式の炉であり、上ゴシキ・中ゴ実験に用いたコシキ炉の概略図を図１に示す。本炉のシキ・湯溜部の３つに分けることができるので、炉の補特徴は、①羽口が３本ある、②風箱がある、③上ゴシキ修がしやすく、扱いやすいのが特徴である。に湯返口がある等である。①②は、炉に送り込まれる風

しかし、溶解作業は、経験に頼るところが多く目勘定の方向性を和らげ、燃料や材料の溶解が不均一にならなで行われているため、溶湯温度が変化しやすかったり、いように考慮されたものであり、③はテル(取鍋)の残り溶湯成分がバラつくなど、操業の安定化が難しい。当然、湯を戻しやすいというだけでなく、湯温を高める効果も業界においても数値の蓄積や操業の技術改善等が大切で持つ。炉の性能を示す各値は次のとおりである。

あるとの認識はあるのだが、コシキ炉溶解方法の文献や＜有効高さ比＞

情報はほとんどなく、技術的解析が求められている。

有効高さ比とは、羽口面から原材料が常に充填されてそこで、本実験では、操業の安定化を目的に、コシキいる上面までの高さ(有効高さ)と、羽口面の炉内径との炉溶解における基礎的な調査を行い、さらに湯流れや材比率のことである。有効高さの上方は地金を予熱するの料を脆くするイオウの抑制や高温溶解技術など、業界がで、高くした方が熱的に有利となる。しかし高すぎると、抱えている諸問題についても検討を行った。イオウの抑燃料(コークスや木炭など)に大きな圧力がかかるため燃＊金属材料部（現在 材料技術部）

＊＊

企画情報部

71

岩手県工業技術センター研究報告第１０号（２００３）

φ130

上ゴシキ

290

湯返し口

送風管
風箱

φ205

中ゴシキ

520

羽口

φ22100
170

湯溜部

出湯口

図１

図２

操業の様子

コシキ炉の概略図

料が破損し、炉内の通風抵抗が大きくなり正常な溶解が溶解における温度の経時変化は、Ｒ熱電対を炉床の炉行われない。一般的なキュポラでは4〜6程度であるが壁内面より10mmの所に挿入し記録した。また20〜30１）、小型炉の場合は大抵、少し大きめである。

分おきに、テルで受けた溶湯温度を測定し、その後、分本炉は、710／205 ≒3.5

析用金型に注湯した。得られた分析試料について、発光であり、値は小さめである。木炭を燃料とした炉は、木炭の圧縮強度が弱いため分光分析装置により分析を行った。に小さな値となっているものが多い。この炉も、木炭を２−２−２燃料として南部鉄瓶を製造していた当時の寸法比率に

木炭添加実験

２−２−１の実験方法をベースとして、燃料にコークなっていると思われる。

スと木炭を用い、溶湯中元素におよぼす木炭使用の影響＜羽口比＞を調べた。1回の燃料投入量は、コークス1kgおよび木羽口の効率は、羽口面の炉の断面積と羽口の総断面積炭0.5kgである。木炭の投入は、出湯開始から80分経過の比率(羽口比)で示される。羽口比が大きいことは、羽後に開始した。

口面積が小さいことを意味し、速度が大きい風が炉内に２−２−３

酸素ガス吹き込み実験入り、局部的･偏析的な燃焼が起こる。これに対して羽口２−２−１の実験方法をベースにして、空気と一緒に比が小さい場合は、送られる風の速度が小さく、燃焼が酸素ガスを吹き込み、溶湯温度及び溶湯元素に及ぼす影炉の中心まで達しない。大型キュポラでは10〜15、小響を調べた。酸素ガスは、ブロアー側面の空気吸込み口型キュポラでは5〜9が一般的な値である 。

から3•/min注入した。

２）

この炉は、102.5 π／(11 π×３)≒2922である。これ

燃料にはコークスと木炭を使用し、材料投入開始からは相当高い値であるが、その理由は、この炉が設計され木炭の投入を行った。1回の燃料投入量は、上記実験同た当時は、燃料の主体が木炭であったことと、送風に鞴様、コークス1kg＋木炭0.5kgとした。

(ふいご)を使用する南部鉄瓶製造技術の名残であると考えられる。

３

送風機には、1.5kWのモーター式ブロアーを使用した。
２−２３−１

溶解方法

２−２−１

実験結果および考察
コシキ炉溶解の基礎調査結果

３−１−１

溶解温度の変化

溶解温度の経時変化を図３に示す。図は、溶解材料をコシキ炉溶解の基礎調査

原料は、銑鉄(JIS-1種B銑)および機械鋳物故銑を用い投入し始めてからの時間を示している。

た。機械鋳物故銑は不純物が比較的少なく、B銑はシリ15分後、炉床の温度が上がっていき、炉床に溶湯がコンを1.8〜2.2％を含有している。

溜まりはじめたことが分かる。18〜20分で、湯温は操業の様子を図２に示す。操業は、まず湯返口を塞ぎ1350℃付近で安定し、出湯可能となった。この時間は、出湯口を開けたままの状態で空吹きを行った。10分後、正常操業している一般のキュポラも同様である。炉床の出湯口を栓止棒で塞ぎ、溶解材料と燃料であるコークス

温度は、湯溜まりの溶湯に直接熱電対を挿入しているのを投入した。約5分おきに、コークスと材料を添加し、ではなく、炉壁の10mm内側の温度であり、実際の溶湯途中、造滓材である石灰石も添加した。

温度は1450℃程度と思われる。

72

コシキ溶解技術の高度化

0.28

2000
ｺｰｸｽ 1杯

0.24

ｺｰｸｽ 1杯

ｺｰｸｽ 1杯1600

イオウ含有量，質量％

1800

温度，℃

1400
1200
1000

ｺｰｸｽ 2杯
石灰石 半杯

800

ｺｰｸｽ 3杯

600

ｺｰｸｽ 半杯
石灰石 半杯

400

010203060800.160.120.080.04

測温場所：炉床壁内 内面より10mmの所

2000

石灰石 半杯

木炭添加開始0.200.00

100 120 140

040時間，分図３

図５

溶解温度の経時変化

120160200

木炭を添加したときのイオウの経時変化と共に減少し、90分以降では0.1％程度となった。イオ1500

5.0

ウは、石灰との反応によりある程度減少したものと考え

4.5

炭素

1400

3.53.0

温度

2.5

1300

2.0

シリコン

1.5
0.16

12000.12

イオウ

0.080.04
20406080

100120140(テルで受けた湯の)温度，℃

4.0

含有量，質量％80

出湯経過時間，分られる。
溶湯の化学成分から判断すると、50分以降の溶湯が良好である。テルの予熱を充分に行えば、注湯に適した良好な溶湯となることが予測される。
その他の元素については、次のとおりである。リン=0.072％、マンガン=0.53％、クロム=0.042％、銅=0.033％、ニッケル=0.039％、チタン=0.034％、バナジウム

1100=0.013％。リンとマンガンはやや高めであるが、問題時間，分図４になる量ではない。また、クロム、チタン、バナジウム

炭素･シリコン･イオウの経時変化等の白銑化元素も0.05％以下で問題のない量であった。
３−２

木炭添加実験の結果

溶湯中のイオウを抑制するために、コークスの一部を60分以降は、熱電対の装入場所を変え、前より厚い木炭に換えて溶解実験を行った。その結果を図５に示す。

炉床壁内で測温したため、正確な測温はできていないと横軸は、出湯からの経過時間を示す。前の実験では、初思われるが、溶解の継続により、温度の降下が大きくなっ湯(はなゆ：最初に出湯した溶湯のこと)の分析を行わなた。これは、ベットコークスが燃焼し降下したためと考かったが、今回は最初から分析試料を採取した。
イオウは、出湯開始直後では0.16〜0.23とかなり高えられ、ここから更に継続して安定な溶解を行うには、ベットコークスを補給すべきであることが分かる。

かったが、その後数回出湯することにより、0.12％近傍３−１−２に安定した。木炭投入開始後、イオウは徐々に下がって鋳鉄溶湯の化学組成の変化

図４に、鋳鉄の主要元素である炭素・シリコン・イオいき、0.08％まで減少した。これより、木炭による代替ウの経時変化を示す。また、図中に、テルで受けた溶湯は、溶湯中イオウ含有量の抑制に効果があることが分温度も示す。溶湯温度は、テルの予熱によりバラツキがかった。初湯のイオウ含有量が高いのは、コークスの燃生じているが、実験による溶湯温度の変化を見るための焼により溶解材料がイオウガス雰囲気中にさらされ、さ大まかな目安として記録した。

らに湯溜部でベットコークスのイオウ分を吸収するためと考えられる。

図中の３元素とも、時間の経過と共に大きく変化している。炭素は、溶解温度の上昇に伴って増加することが早期にイオウの量を減少させるには、石灰石の投入量知られており１）、本実験でも、3.5％から3.9％へ増加しを多くすることにより可能と思われるが、炉壁が酸性耐ており、時間の経過にしたがって炉況が良くなっている火物であるため、炉壁の損耗が大きくなる。この辺の兼ことが分かる。

ね合いは、これからの溶解で見極めていく必要がある。
また、イオウの含有量を高めないために、初湯を再度炉

また珪素は、溶解当初、酸化傾向が強かったためか値は低いが、時間の経過にしたがって上昇した。これは炭に返さないで、捨てる方がよいと思われた。

素の挙動と類似している。

３−３

酸素ガス吹き込み実験の結果

これに対して、鋳鉄の材質を劣化させるイオウは、溶酸素ガス吹き込みによる溶解温度および溶湯中元素の解開始時には0.12％以上と高い値であるが、時間の経過の経時変化を図６に示す。図は、溶解材料を投入し始め73

岩手県工業技術センター研究報告第１０号（２００３）

投入などを改善すれば、更に良好な溶解が可能と思われ酸素ガス吹き込み改善などを検討すれば、このような小型のコシキで、さ4.5含有量，質量％

1400

3.5

温度

3.02.51300

2.01.5

シリコン

1200

イオウ
406080100120(テルで受けた湯の)温度，℃

炭素4.00.160.120.080.04る。また、風圧・風量と温度上昇、耐火物の選択と築炉

1500

5.0

らに良好な溶湯が得られるものと考えられる。

本実験を遂行するにあたり、多大なる御協力をいただ
いた、南部鉄器販売(株)の皆様、ならびに南部鉄器協同組合 岩清水康二氏に深く感謝いたします。

1100

最後に、平成12年度から平成14年度に行われたペル

時間，分ーと当センター及び県内企業との技術交流により、本報
図６

告で使用したコシキ炉と同様の炉が、ペルーにも造られ酸素ガス吹き込みによる溶解温度と元素の挙動たので図７に紹介いたします。てからの時間を示している。また、図中の溶湯温度は、テルで受けた溶湯温度である。
酸素ガス吹き込み前は、1330℃付近で安定していたが、酸素吹き込み開始後、溶湯温度は急激に上昇し、1360℃、最高1370℃まで上がった。これは、酸素ガスの吹き込みにより、C＋O２＝CO２の発熱反応が活発に行われたためと考えられる。また、溶湯中の炭素含有量が増加していることから、燃料の投入量及びサイズには問題なく、良好な溶解ができたことが分かる。
イオウ含有量は、溶解当初はベットコークスの影響もあり変わらず高い値であったが、徐々に減少していき0.07％まで下がった。
４結言

１）通常の操業において、溶解材料投入開始から18〜20分後に湯溜部の湯温は安定した。
２）通常の操業において、テルに受けた湯の温度は、約1300℃であった。
３）原材料に機械鋳物故銑と銑鉄(B銑)を用いて、炭素含有量3.8％、シリコン含有量1.8％前後の南部鉄瓶にとって理想の化学組成を得ることができた。
４）初湯のイオウ含有量は、0.16〜0.23％とかなり高く、その後数回出湯することにより0.12％まで減少した。
５）燃料として、コークス投入量の1/3を木炭に換えることにより、イオウ含有量の増加を抑えることができた。

図７

ペルー国で造られたコシキ炉６）酸素ガスを吹き込むことにより、湯温を1330℃から最高1370℃まで上昇させることができた。
文献1）例えば、石野亨著：キュポラ、(社)新日本鋳鍛造協以上より、不良や歩留まり、単価を考慮すれば、今後会(1985)は機械鋳物の故銑や専用に配合された銑鉄を購入し用い

2）例えば、鋳造技術シリーズ３ 鋳鉄の生産技術(改訂た方が、品質の安定化に効果的と考えられた。

版)、(財)素形材センター(1998)

今後、初湯の処理やベットコークスの補給、石灰石の74