［技術報告］

鋳鉄溶湯からの脱マンガン・脱クロム技術の開発
高川貫仁＊、勝負澤善行＊＊、池浩之＊、明＊＊＊

茨島

酸化鉄添加による鋳鉄溶湯からの脱マンガン及び脱クロムの効果について検討を行った。その結果、酸化鉄を添加することによりマンガンとクロムは減少した。ただし、シリコンも同様に減少することから、今後、シリコン損耗の抑制についてさらに検討が必要である。
キーワード：脱マンガン、脱クロム、鋳鉄、酸化鉄、鉄スクラップ

Development of the Removal Technique of Manganese andChromium from Molten Cast Iron
TAKAGAWA Takahito, SHOUBUZAWA Yoshiyuki, IKE Hiroyuki
and BARAJIMA Akira
The effect of the iron oxide addition on removal of the manganese and chromiumfrom molten cast iron was examined. As a result, Manganese and chromium have decreased
as the amount of the iron oxide addition increases. However, the control of the silicondecrease should be examined more in the future because silicon decreases similarly, too.
key words: manganese removal, chrome removal, cast iron, iron oxide, steel scrap
１

緒

去の目標値は、県内企業の要望等を考慮し、以下のとお言りとした。

マンガンやクロムは銑鉄鋳物製品の耐衝撃性を大きく低下させる元素である。銑鉄鋳物の主原料に、鉄スクラ①ップが用いられているが、現在、鉄鋼材料の合金化に伴脱マンガン率６０％以上。
（溶湯中マンガン含有量 1.0％→0.4％以下）

い、鉄スクラップ中のマンガンやクロムの含有量は増加②

してきており、銑鉄鋳物製品の品質に影響を及ぼすこれ脱クロム率７０％以上。
（溶湯中クロム含有量 0.1％→0.03％以下）

らの元素を除去する技術が必要になっている。

なお、マンガンやクロムよりも酸化されやすい炭素

マンガンの除去技術については、マンガンが硫化物やシリコンが優先酸化される可能性がある(図１においをつくりやすいことから、硫化物フラックス添加によるて、縦軸の標準生成自由エネルギーΔG0 がマイナスに大脱マンガン技術が研究されたが1)2)、発生する硫黄ガスきい元素ほど酸化物を生成しやすい元素である)ことかなど作業環境上の問題があり実用化には至っていない。

ら、これらの元素の挙動についても併せて検討を行った。

そこで本研究では、酸化物添加による脱マンガン・脱クロム技術について検討を行った。

２

この方法は、マンガンやクロムが酸化しやすいことに

２−１脱マンガン技術についての検討
実験方法

着目し、鋳鉄溶湯中に酸化鉄を添加して、それによりマ鋳鉄(4.0%C−0.6〜1.8%Si−1.0%Mn)を黒鉛ルツボにンガンとクロムを酸化物にして湯面にスラグとして浮上入れて高周波溶解炉を用いて溶解した。溶湯温度が所定させ、溶湯から分離除去するという方法である。酸化除温度に達した後、酸化鉄(FeO 又は Fe2O3)を添加し、所＊材料技術部＊＊材料技術部（現＊＊＊ 企画情報部(財)いわて産業振興センター）132

岩手県工業技術センター研究報告

図１

酸化物の標準生成自由エネルギー温度図

第１１号（２００４）

図２酸化鉄を添加したときの鋳鉄溶湯中マンガンとシリコン含有量の経時変化

定時間保持した後、分析試料を採取した。また、脱マンガン率の向上やシリコンの酸化抑制を目的として、FeOと同時に酸化シリコン(SiO2)や酸化アルミニウム(Al2O3)なども添加し実験を行った。得られた鋳鉄分析試料について、固体発光分光分析装置により諸元素の定量分析を行った。実験終了後のスラグについては、粉砕してプレス機で固めた後、波長分散型蛍光Ｘ線分析装置により、半定量分析を行った。
２−２

実験結果および考察

図２に、1450℃において、FeO を 2〜6％添加したときの鋳鉄溶湯中のマンガン含有量[%Mn]及びシリコン含有量[%Si]の経時変化を示す。[%Mn]と[%Si]は、FeO 添加後すぐに大きく減少し、約５分後から緩やかに減少した。また、FeO 添加量を増やすことにより、その減少量は大きくなり、FeO を 4%以上添加することにより約５分でマンガン含有量を 0.91％から 0.34％まで下げることができ(脱マンガン率：63%)、目標は達成された。シリコンについては、図１から予想されたとおり、マンガンよりも優先的に酸化された。炭素については、グラフ上

図３には載せなかったが、脱炭率は 10 分保持で 3％〜5％で脱マンガン率、脱シリコン率、脱炭率およびスラグ組成に及ぼす溶湯温度の影響ありほとんど脱炭はなかった。これは、炭素は酸化されやすい元素ではあるが、酸化速度が遅いためと考えられる。図３に脱マンガン率、脱シリコン率、脱炭率およびマンガン率よりも脱シリコン率の方が高いが、高温になスラグ組成に及ぼす溶湯温度の影響を示す。脱マンガンるに従い、その差は縮まり、1550℃では同程度になった。

率および脱シリコン率は、1300℃ではそれぞれ 35%および 38%であったが、温度の上昇に伴い低下していき、1400℃で約 30%と一定になった。また、低温側では脱133脱炭率は、温度の上昇に伴い高くなり、特に 1450℃からその勾配はやや急になった。図１からマンガンとシリ鋳鉄溶湯からの脱マンガン･脱クロム技術の開発

図５
図４

脱マンガン率、脱シリコン率およびスラグ組成に及ぼす酸化アルミニウム添加量の影響

脱マンガン率、脱シリコン率およびスラグ組成に及ぼす酸化鉄の種類と添加量の影響

0.5%、1.0%と４レベル変化させて、FeO と共に添加しコンの酸化反応は低温ほど起こりやすく、また炭素の酸た。結果を図５に示す。SiO2 と FeO のみの添加により、化反応は高温ほど起こりやすいことが分かる。これより、脱マンガン率および脱シリコン率は低下したが、脱マン1400℃付近までは温度の上昇に伴いマンガンとシリコンガン率よりも脱シリコン率を若干低くすることができた。

は酸化しづらくなるために除去率は低下したものと考え

さらに Al2O3 を 0.1%添加することにより、脱マンガンられる。さらに 1450℃以上においては脱炭反応が優先

率は FeO のみを 2%添加したときと同じままで(図３参的に起こるようになり、また(%FeO)が温度の上昇に伴照)、脱シリコン率を抑制することができた。Al2O3 添

い低下し、酸化性雰囲気の度合いが若干低下したが、相加量の増加に従い脱マンガン率は向上したが、脱シリコ対的に(%SiO2)が上昇し、脱マンガン率はほぼ一定にン率も上昇し、Al2O3 添加量 1.0%では脱マンガン率となったと考えられる。

脱シリコン率が逆転し、シリコンが優先的に酸化される

次に、酸化鉄の種類を Fe2O3 にして検討を行った。図ようになった。これより、0.5%以下の Al2O3 の添加が、４に脱マンガン率、脱シリコン率およびスラグ組成に及シリコン酸化の抑制と脱マンガンの向上に有効であるこぼす酸化鉄の種類とその添加した酸化鉄中の酸素量の影とが分かった。これは、SiO2 と Al2O3 の二元系状態図響を示す。Fe2O3 および FeO の添加量は、2%, 4%, 6%のにおいて、Al2O3 が 9％で共晶温度約 1550℃をとるこ３レベルで添加している。横軸は、その添加量と元素組とから、低 Al2O3 側でスラグの粘性が下がり、それによ成から酸素量を算出した値である。図より、それぞれのりスラグ中の SiO2 がシリコン酸化の抑制に有効に効い添加量により同程度の脱マンガン率および脱クロム率にたものと考えられる。

なり、添加した酸化鉄中の酸素量で、一つの線としては次に、初期シリコン含有量を 0.6%、1.0%、1.4%、まとまらなかった。これより、一度に酸化鉄を添加する1.8%の４レベルに変化させて、マンガン減少量及びシ場合は、酸化鉄の種類の影響はほとんど無いことがわ

リコン減少量に及ぼす初期シリコン含有量の影響を調べかった。たたし、Fe2O3 は FeO に比較して比重が軽いのた。その結果を図６に示す。マンガン減少量は、初期シで、炉に投入する体積が増える。そのため、作業性やスリコン量の増加に伴い大きく減少した。また、シリコンペース、運搬のことなどを考慮すると、FeO の方が良い減少量は、初期シリコン量の増加に伴い上昇した。これと考えられる。

は溶湯中のシリコン含有量の増加に伴い溶湯中のシリコ

次に、シリコンの酸化損耗を抑制するために、予めンの活量が大きくなり、シリコンが酸化されやすい状態

SiO2 を 1%(30g)添加し、さらにスラグの粘性を下げるになると共に、酸化鉄の活量が小さくなったためと考えために溶解温度を 1550℃とし、Al2O3 を 0.1%、0.2%、られる。

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岩手県工業技術センター研究報告

図６

マンガン減少量、シリコン減少量およびスラグ組第１１号（２００４）

図７

成に及ぼす鋳鉄溶湯中初期シリコン含有量の影響

３

酸化鉄を添加したときの鋳鉄溶湯中クロムとシリコン量の経時変化

脱クロム技術についての検討

３−１

実験方法

鋳鉄溶湯(4.0%C-1.0%Si-0.1%Cr)を 1450℃で溶解し、酸化鉄(FeO)を所定量添加して、所定時間保持した後、分析試料を採取した。また、FeO と同時に、酸化カルシウム(CaO)を添加し塩基度(=(%CaO)/(%SiO2))を変化させ、塩基度の影響について検討を行った。得られた鋳鉄分析試料について、固体発光分光分析装置により諸元素の定量分析を行った。
３−２

実験結果および考察

図７に、FeO を添加したときの鋳鉄溶湯中のクロム含有量[%Cr]及び[%Si]の経時変化を示す。[%Si]は、FeOを添加後すぐに大きく減少したが、[％Cr]は僅かに減少しただけで、逆に時間の経過に伴い復クロム現象が起こった。[%Cr]は FeO 添加量 6％でも 0.06%付近までしか下がらず、脱クロム率にすると 40％にとどまった。
Cr の標準生成自由エネルギーは Mn と大きな差がある

図８

わけではないが、シリコンの含有量に対してクロムの含脱クロム率、脱シリコン率およびスラグ組成に及ぼす塩基度の影響有量が 1/10 とかなり低いことが、クロムの酸化を難しくしていると思われた。FeO 添加量を増やすことにより更なる脱クロム率の向上は望めるが、これ以上 FeO をら、塩基性酸化物である CaO を添加し塩基度を変化さ添加することはスラグの問題やシリコンの酸化減少の問せて、クロムの酸化除去について検討を行った。図８に、題を大きくしてしまうので、FeO の添加はここまでとしFeO 添加量 2%のときの、脱クロム率及び脱シリコン率た。におよぼす塩基度の影響を示す。また、塩基度は、次に、酸化クロム(Cr2O3)が中性酸化物であることかCaO 添加量を 0.3%〜1.0%まで変化させた。塩基度135

鋳鉄溶湯からの脱マンガン･脱クロム技術の開発
1.0%以下の範囲では、脱クロム率は塩基度の上昇に伴脱マンガン率を脱シリコン率よりも高められたことは、い低下した。また脱シリコン率は僅かに上がった。塩基酸化法を進めていく上で、前向きに取り組める第一歩と度を上げることにより、酸性酸化物となるシリコンだけなった。さらに、その条件として、スラグ中の酸化シリが酸化減少していき、同時にクロムを下げるまでには塩コンや酸化アルミニウムの存在がシリコンの酸化抑制な基度の効果はおよばなかった。今回塩基度の検討を行っ

らびに脱マンガン率の向上に有効に働くことは、工場かた実験条件では、酸化鉄の添加量が 2％と少なく、うまら廃棄されている酸化鉄等のリサイクルにもつながり、くスラグが形成されなかったので、今後、スラグが形成好結果となった。

しやすいように、酸化鉄の添加量を 4％に増やすなどしスラグの発生量は、添加した酸化物以上のスラグが発生するわけではなく、添加量の 1/2〜2/3 程度であるこてさらに検討を行うこととした。とが分かった。
４

結言
本研究を遂行するにあたり、御指導・御助言をいただ

１）脱マンガン及び脱クロム反応は、酸化剤添加後すぐいた室蘭工業大学 片山博名誉教授および桃野正教授にに起こり、約５分で落ち着いた。

深く感謝いたします｡

２）マンガン除去について、鋳鉄溶湯に酸化鉄を 4％添加することによりマンガン含有量は 0.34％まで減

本研究は、平成 15 年度特定地域産業集積活性化機関

少し、目標を達成することができた。

支援強化事業において実施したものである。

３）鋳鉄溶湯に酸化鉄を添加したとき、マンガンやクロムよりもシリコンのほうが優先的に酸化除去された。

また、本研究に使用した高周波溶解炉は、日本自転車振興会の補助金により導入したものです。

４）酸化鉄以外に酸化シリコンや酸化アルミニウムを添加することにより、マンガンをシリコンよりも優先

文酸化させることができた。

献１）高川貫仁、勝負澤善行、茨島明、池浩之：岩手県工５）クロム除去については、酸化鉄を添加したり、スラ業技術センター研究報告 5(1998)181

グの塩基度を変化させたりしたが、今回の実験範囲

２）堀江皓、小綿利憲、福井克彦、石川佳樹：鋳物

では 0.06％までしか減少させることができず、目62(1990)643

標は達成できなかった。

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