JP2003268431A - 高純度鋳鉄の製造方法 - Google Patents
高純度鋳鉄の製造方法Info
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Landscapes
- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 十分な接種効果を得ることのできる高純度鋳
鉄の製造方法を提供すること。 【解決手段】 溶解工程後の溶解材料中の鉄（Ｆｅ）、
炭素(Ｃ)、ケイ素(Ｓｉ)、リン(Ｐ)、硫黄(Ｓ)、マグネ
シウム(Ｍｇ)およびマンガン（Ｍｎ）を除いた単一の不
純物元素量を３０ｐｐｍ以下とし、その後の接種工程に
おいて硫黄(Ｓ)を含有する接種剤を添加する。硫黄(Ｓ)
含有量は、球状黒鉛鋳鉄では３〜５４ｐｐｍの範囲とな
るようにすることが好ましい。
鉄の製造方法を提供すること。 【解決手段】 溶解工程後の溶解材料中の鉄（Ｆｅ）、
炭素(Ｃ)、ケイ素(Ｓｉ)、リン(Ｐ)、硫黄(Ｓ)、マグネ
シウム(Ｍｇ)およびマンガン（Ｍｎ）を除いた単一の不
純物元素量を３０ｐｐｍ以下とし、その後の接種工程に
おいて硫黄(Ｓ)を含有する接種剤を添加する。硫黄(Ｓ)
含有量は、球状黒鉛鋳鉄では３〜５４ｐｐｍの範囲とな
るようにすることが好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高純度鋳鉄の製造
方法に関し、より詳しくは、接種効果を得られやすくし
た高純度鋳鉄の製造方法に関する。
方法に関し、より詳しくは、接種効果を得られやすくし
た高純度鋳鉄の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】鋳鉄は、鉄−炭素二元系合金のうち、炭
素含有量がオーステナイトの最高炭素固溶量（Ｃ＝２．
０％）以上であり、一般的にこのほか、ケイ素(Ｓｉ)，
リン(Ｐ)，硫黄(Ｓ)を適量含んでいる。
素含有量がオーステナイトの最高炭素固溶量（Ｃ＝２．
０％）以上であり、一般的にこのほか、ケイ素(Ｓｉ)，
リン(Ｐ)，硫黄(Ｓ)を適量含んでいる。
【０００３】この鋳鉄は、鋼に匹敵する強度を有し、ま
た溶解凝固させた後、わずかな加工や熱処理を施すだけ
で複雑な形状の製品が得られる等の利点を有することか
ら、機械部品、自動車部品、マンホール蓋等として多用
されている。しかしその反面、簡単な後処理しかないた
め、材料中のマクロあるいはミクロレベルの欠陥の影響
が直接的に発現しやすく、靭性の面では鋼に比べ劣って
いる状況にある。
た溶解凝固させた後、わずかな加工や熱処理を施すだけ
で複雑な形状の製品が得られる等の利点を有することか
ら、機械部品、自動車部品、マンホール蓋等として多用
されている。しかしその反面、簡単な後処理しかないた
め、材料中のマクロあるいはミクロレベルの欠陥の影響
が直接的に発現しやすく、靭性の面では鋼に比べ劣って
いる状況にある。
【０００４】そこで、鋳鉄の靭性を向上させるべく、様
々な試みが行われており、その一つとして鋳鉄の高純度
化が検討されている。金属材料の高純度化については、
東北大学金属材料研究所を中心としたグループが積極的
に取り組んでいるが、この研究の中で、例えば、日本金
属学会発行の「まてりあ 」第３３巻 第１号(１９９４)
ｐ．１３に記載されているように、純鉄、鉄(Ｆｅ)−
０．２質量％リン(Ｐ)および鉄(Ｆｅ)−０．２質量％リ
ン(Ｐ)−０．００２質量％炭素(Ｃ)合金等においては既
に高純度化による靭性向上の効果が確認されており、鋳
鉄においても同様の効果が期待されている。
々な試みが行われており、その一つとして鋳鉄の高純度
化が検討されている。金属材料の高純度化については、
東北大学金属材料研究所を中心としたグループが積極的
に取り組んでいるが、この研究の中で、例えば、日本金
属学会発行の「まてりあ 」第３３巻 第１号(１９９４)
ｐ．１３に記載されているように、純鉄、鉄(Ｆｅ)−
０．２質量％リン(Ｐ)および鉄(Ｆｅ)−０．２質量％リ
ン(Ｐ)−０．００２質量％炭素(Ｃ)合金等においては既
に高純度化による靭性向上の効果が確認されており、鋳
鉄においても同様の効果が期待されている。
【０００５】一方、球状黒鉛鋳鉄やバーミキュラー黒鉛
鋳鉄の製造においては、溶解後に鉄(Ｆｅ)、ケイ素(Ｓ
ｉ)、マグネシウム(Ｍｇ)、カルシウム(Ｃａ)、希土類
元素(ＲＥ)等の球状化促進元素（黒鉛化促進元素）を添
加する接種処理を行う。この接種は、黒鉛化が不十分で
あったり、球状黒鉛の形が不揃いで球状化が不十分であ
るため、これを改善するために行われるもので、一般的
には、鉄(Ｆｅ)、ケイ素(Ｓｉ)、カルシウム(Ｃａ)、ア
ルミニウム(Ａｌ)、ジルコニウム(Ｚｒ)等を含有する接
種剤を添加することにより行われている。このように、
接種は、接種剤を添加することにより、黒鉛の粒子数を
増加させて、これを微細化するとともに、球状化率を向
上させるために行うもので、接種工程は、球状黒鉛鋳鉄
およびバーミキュラー黒鉛鋳鉄の製造において必要不可
欠なものである。
鋳鉄の製造においては、溶解後に鉄(Ｆｅ)、ケイ素(Ｓ
ｉ)、マグネシウム(Ｍｇ)、カルシウム(Ｃａ)、希土類
元素(ＲＥ)等の球状化促進元素（黒鉛化促進元素）を添
加する接種処理を行う。この接種は、黒鉛化が不十分で
あったり、球状黒鉛の形が不揃いで球状化が不十分であ
るため、これを改善するために行われるもので、一般的
には、鉄(Ｆｅ)、ケイ素(Ｓｉ)、カルシウム(Ｃａ)、ア
ルミニウム(Ａｌ)、ジルコニウム(Ｚｒ)等を含有する接
種剤を添加することにより行われている。このように、
接種は、接種剤を添加することにより、黒鉛の粒子数を
増加させて、これを微細化するとともに、球状化率を向
上させるために行うもので、接種工程は、球状黒鉛鋳鉄
およびバーミキュラー黒鉛鋳鉄の製造において必要不可
欠なものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高純度
鋳鉄の製造においては、従来から使用されている接種剤
を用いても接種効果が得られないという問題がある。即
ち、高純度鋳鉄を製造するべく、高純度の原料を溶解
し、その後の接種工程において従来の接種剤を添加して
も、黒鉛化が促進されず、結果として、接種効果が得ら
れないという問題がある。
鋳鉄の製造においては、従来から使用されている接種剤
を用いても接種効果が得られないという問題がある。即
ち、高純度鋳鉄を製造するべく、高純度の原料を溶解
し、その後の接種工程において従来の接種剤を添加して
も、黒鉛化が促進されず、結果として、接種効果が得ら
れないという問題がある。
【０００７】そこで、本発明は、十分な接種効果を得る
ことのできる高純度鋳鉄の製造方法を提供することを課
題とする。
ことのできる高純度鋳鉄の製造方法を提供することを課
題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の高純度鋳鉄の製造方法は、溶解工程後の溶
解材料中の鉄（Ｆｅ）、炭素(Ｃ)、ケイ素(Ｓｉ)、リン
(Ｐ)、硫黄(Ｓ)、マグネシウム(Ｍｇ)およびマンガン
（Ｍｎ）を除いた単一の不純物元素量を３０ｐｐｍ以下
とし、その後の接種工程において硫黄(Ｓ)を含有する接
種剤を添加するものである。
に、本発明の高純度鋳鉄の製造方法は、溶解工程後の溶
解材料中の鉄（Ｆｅ）、炭素(Ｃ)、ケイ素(Ｓｉ)、リン
(Ｐ)、硫黄(Ｓ)、マグネシウム(Ｍｇ)およびマンガン
（Ｍｎ）を除いた単一の不純物元素量を３０ｐｐｍ以下
とし、その後の接種工程において硫黄(Ｓ)を含有する接
種剤を添加するものである。
【０００９】これによって、従来の技術では得ることの
できなかった接種効果を得ることができる。硫黄(Ｓ)に
ついては、従来は黒鉛球状化阻害元素とされていたが、
溶解工程における溶解材料中の鉄（Ｆｅ）、炭素(Ｃ)、
ケイ素(Ｓｉ)、リン(Ｐ)、硫黄(Ｓ)、マグネシウム(Ｍ
ｇ)およびマンガン（Ｍｎ）を除いた単一の不純物元素
量を３０ｐｐｍ以下とすると、接種効果が発現すること
が新規に見い出されたものである。逆に、溶解材料中の
単一の不純物元素量が３０ｐｐｍを超えると接種効果が
得られない。
できなかった接種効果を得ることができる。硫黄(Ｓ)に
ついては、従来は黒鉛球状化阻害元素とされていたが、
溶解工程における溶解材料中の鉄（Ｆｅ）、炭素(Ｃ)、
ケイ素(Ｓｉ)、リン(Ｐ)、硫黄(Ｓ)、マグネシウム(Ｍ
ｇ)およびマンガン（Ｍｎ）を除いた単一の不純物元素
量を３０ｐｐｍ以下とすると、接種効果が発現すること
が新規に見い出されたものである。逆に、溶解材料中の
単一の不純物元素量が３０ｐｐｍを超えると接種効果が
得られない。
【００１０】硫黄(Ｓ)含有量は、球状黒鉛鋳鉄では３〜
５４ｐｐｍの範囲となるようにすることが好ましい。硫
黄(Ｓ)含有量がこれらの範囲外になると十分な接種効果
が得られない。
５４ｐｐｍの範囲となるようにすることが好ましい。硫
黄(Ｓ)含有量がこれらの範囲外になると十分な接種効果
が得られない。
【００１１】なお、本発明において硫黄(Ｓ)を含有する
接種剤とは、硫黄(Ｓ)を成分元素として含有する接種剤
のことを意味する。
接種剤とは、硫黄(Ｓ)を成分元素として含有する接種剤
のことを意味する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。
する。
【００１３】本発明に係る高純度鋳鉄の製造方法は基本
的には、原料を溶解した後（溶解工程）、接種処理
（接種工程）および球状化処理を行う。なお、球状化処
理は、球状黒鉛鋳鉄の製造においてのみ行う。
的には、原料を溶解した後（溶解工程）、接種処理
（接種工程）および球状化処理を行う。なお、球状化処
理は、球状黒鉛鋳鉄の製造においてのみ行う。
【００１４】溶解工程においては、電解鉄、半導体用シ
リコン、超高純度黒鉛等の原料を用いて溶解炉にて溶解
し、成分調整を行う。溶解炉としては、溶解中の不純物
の混入を少なくするため、コールドクルーシブル溶解
炉、または真空もしくはアルゴン(Ａｒ)雰囲気炉を使用
することが好ましい。
リコン、超高純度黒鉛等の原料を用いて溶解炉にて溶解
し、成分調整を行う。溶解炉としては、溶解中の不純物
の混入を少なくするため、コールドクルーシブル溶解
炉、または真空もしくはアルゴン(Ａｒ)雰囲気炉を使用
することが好ましい。
【００１５】接種工程では、硫黄(Ｓ)を含有する接種剤
を添加する。接種剤としては、硫化鉄(ＦｅＳ)などのよ
うな化合物および合金等を使用する。
を添加する。接種剤としては、硫化鉄(ＦｅＳ)などのよ
うな化合物および合金等を使用する。
【００１６】
【実施例】溶解原料として、電解鉄、半導体用シリコ
ン、超高純度黒鉛等をコールドクルーシブル溶解炉（炉
内固化浮遊溶解装置)(株式会社 富士電機 製，るつぼ容
量：１ＫＧ（鉄換算），真空度仕様：１０−３Ｐａ，電
源：１２０ｋＷ，３０ｋＨｚ１電源方式）を用いて溶解
した。溶解後、溶湯中に接種剤および球状化処理剤を添
加し、コールドクルーシブル溶解炉のるつぼ内で凝固さ
せた。また、溶解後の不純物レベルを確認するために、
溶解後、そのまま凝固させた試料も作製した。作製した
各試料について化学成分を分析するとともに、金属組織
の観察をおこなった。
ン、超高純度黒鉛等をコールドクルーシブル溶解炉（炉
内固化浮遊溶解装置)(株式会社 富士電機 製，るつぼ容
量：１ＫＧ（鉄換算），真空度仕様：１０−３Ｐａ，電
源：１２０ｋＷ，３０ｋＨｚ１電源方式）を用いて溶解
した。溶解後、溶湯中に接種剤および球状化処理剤を添
加し、コールドクルーシブル溶解炉のるつぼ内で凝固さ
せた。また、溶解後の不純物レベルを確認するために、
溶解後、そのまま凝固させた試料も作製した。作製した
各試料について化学成分を分析するとともに、金属組織
の観察をおこなった。
【００１７】溶解後そのまま凝固させた試料の化学成分
をグロー放電質量分析（ＧＤ−ＭＳ）装置によって分析
した結果を表１に示す。表１に示すように、溶解後の単
一不純物元素量は、最高でコバルト（Ｃｏ）の２２．６
ｐｐｍであり、本発明における単一不純物元素量の上限
値３０ｐｐｍ以下であった。なお、表１では、鋳鉄の主
成分である炭素(Ｃ)，ケイ素(Ｓｉ)，リン(Ｐ)，硫黄
(Ｓ)，マグネシウム(Ｍｇ)，マンガン（Ｍｎ）の分析値
は省略しているが、これらは通常の鋳鉄の成分の範囲内
で任意に調整できる。
をグロー放電質量分析（ＧＤ−ＭＳ）装置によって分析
した結果を表１に示す。表１に示すように、溶解後の単
一不純物元素量は、最高でコバルト（Ｃｏ）の２２．６
ｐｐｍであり、本発明における単一不純物元素量の上限
値３０ｐｐｍ以下であった。なお、表１では、鋳鉄の主
成分である炭素(Ｃ)，ケイ素(Ｓｉ)，リン(Ｐ)，硫黄
(Ｓ)，マグネシウム(Ｍｇ)，マンガン（Ｍｎ）の分析値
は省略しているが、これらは通常の鋳鉄の成分の範囲内
で任意に調整できる。
【００１８】
【表１】
＜試験１＞（高純度ブルスアイ基地球状黒鉛鋳鉄の製
造） 表１に示す溶解材料中に硫黄(Ｓ)を含有する接種剤（Ｆ
ｅＳ）を添加し、その後、球状化処理剤（Ｆｅ−Ｓｉ−
Ｍｇ合金）を添加して通常の球状化処理を行い、高純度
ブルスアイ基地球状黒鉛鋳鉄（材料組織 黒鉛：球状，
基地組織：フェライト＋パーライト＋(レデブライト)）
の試料を作製した。ここでは、硫黄(Ｓ)を含有する接種
剤の添加量を変化させることによって硫黄(Ｓ)含有量の
異なる試料を作製した。また、比較材として接種剤を添
加しない試料も作製した。得られた各試料について、組
織観察を行い、材料特性を測定した。
造） 表１に示す溶解材料中に硫黄(Ｓ)を含有する接種剤（Ｆ
ｅＳ）を添加し、その後、球状化処理剤（Ｆｅ−Ｓｉ−
Ｍｇ合金）を添加して通常の球状化処理を行い、高純度
ブルスアイ基地球状黒鉛鋳鉄（材料組織 黒鉛：球状，
基地組織：フェライト＋パーライト＋(レデブライト)）
の試料を作製した。ここでは、硫黄(Ｓ)を含有する接種
剤の添加量を変化させることによって硫黄(Ｓ)含有量の
異なる試料を作製した。また、比較材として接種剤を添
加しない試料も作製した。得られた各試料について、組
織観察を行い、材料特性を測定した。
【００１９】各試料の組織観察結果を表２に示し、実施
例の試料２と比較例の試料５の組織写真を図１に示す。
表１および図１からわかるように、実施例の試料１およ
び試料２では黒鉛粒数が増加し、レデブライト面積率が
減少した良好な組織が得られている。
例の試料２と比較例の試料５の組織写真を図１に示す。
表１および図１からわかるように、実施例の試料１およ
び試料２では黒鉛粒数が増加し、レデブライト面積率が
減少した良好な組織が得られている。
【００２０】
【表２】
各試料の機械的性質の測定結果を表３に示し、靱性の測
定結果を表４に示す。これらの測定結果から、実施例の
試料１および試料２は良好な材料特性（機械的性質（引
張り強度：730N/mm2以上，伸び：5％以上））を有する
ことがわかる。
定結果を表４に示す。これらの測定結果から、実施例の
試料１および試料２は良好な材料特性（機械的性質（引
張り強度：730N/mm2以上，伸び：5％以上））を有する
ことがわかる。
【００２１】
【表３】
【表４】
以上のことから、接種効果が発現し、材料特性が向上す
る硫黄(Ｓ)含有量は、球状黒鉛鋳鉄では３ｐｐｍ〜５４
ｐｐｍの範囲であることがわかる。
る硫黄(Ｓ)含有量は、球状黒鉛鋳鉄では３ｐｐｍ〜５４
ｐｐｍの範囲であることがわかる。
【００２２】＜試験２＞（高純度バーミキュラー黒鉛鋳
鉄の製造） 表１に示す溶解材料中に硫黄(Ｓ)を含有する接種剤（Ｆ
ｅＳ）を添加し、高純度バーミキュラー黒鉛鋳鉄（材料
組織 黒鉛：芋虫状，基地組織：レデブライト＋パーラ
イト）の試料を作製した。また、比較材として接種剤を
添加しない試料も作製した。得られた各試料について、
組織観察を行った。
鉄の製造） 表１に示す溶解材料中に硫黄(Ｓ)を含有する接種剤（Ｆ
ｅＳ）を添加し、高純度バーミキュラー黒鉛鋳鉄（材料
組織 黒鉛：芋虫状，基地組織：レデブライト＋パーラ
イト）の試料を作製した。また、比較材として接種剤を
添加しない試料も作製した。得られた各試料について、
組織観察を行った。
【００２３】各試料の組織観察結果を表５に示し、組織
写真を図２に示す。表５および図２からわかるように、
実施例の試料１では黒鉛化率が増加し、レデブライト面
積率が減少した良好な組織が得られている。
写真を図２に示す。表５および図２からわかるように、
実施例の試料１では黒鉛化率が増加し、レデブライト面
積率が減少した良好な組織が得られている。
【００２４】
【表５】
以上のように、バーミキュラー黒鉛鋳鉄においても、硫
黄(Ｓ)を含有する接種剤を添加することによって接種効
果が発現することがわかる。
黄(Ｓ)を含有する接種剤を添加することによって接種効
果が発現することがわかる。
【００２５】＜比較試験＞表１に示す溶解材料中に、３
種類の市販接種剤（Ｚ，Ｆ，Ｍ）を添加し、高純度バー
ミキュラー黒鉛鋳鉄（材料組織 黒鉛：芋虫状，基地組
織：レデブライト＋パーライト）の試料を作製した。市
販接種剤の化学成分は表６に示すとおりで、いずれの接
種剤も硫黄(Ｓ)を成分元素（主成分）として含有しない
ものである。
種類の市販接種剤（Ｚ，Ｆ，Ｍ）を添加し、高純度バー
ミキュラー黒鉛鋳鉄（材料組織 黒鉛：芋虫状，基地組
織：レデブライト＋パーライト）の試料を作製した。市
販接種剤の化学成分は表６に示すとおりで、いずれの接
種剤も硫黄(Ｓ)を成分元素（主成分）として含有しない
ものである。
【００２６】
【表６】
各試料の組織観察結果を表７に示し、市販接種剤Ｚを添
加した試料１の組織写真を図３に示す。表７および図３
からわかるように、硫黄(Ｓ)を成分元素（主成分）とし
て含有しない接種剤を添加しても接種効果は発現しなか
った。
加した試料１の組織写真を図３に示す。表７および図３
からわかるように、硫黄(Ｓ)を成分元素（主成分）とし
て含有しない接種剤を添加しても接種効果は発現しなか
った。
【００２７】
【表７】
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、従来の高純度鋳鉄の製
造方法では得ることのできなかった接種効果を得ること
ができ、優れた材料特性を有する高純度鋳鉄を製造する
ことができる。
造方法では得ることのできなかった接種効果を得ること
ができ、優れた材料特性を有する高純度鋳鉄を製造する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】試験１で作製した試料２（実施例）および試料
５（比較例）の組織写真である。
５（比較例）の組織写真である。
【図２】試験２で作製した試料１（実施例）および試料
２（比較例）の組織写真である。
２（比較例）の組織写真である。
【図３】比較試験で作製した試料１（比較例）の組織写
真である。
真である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 服▲崎▼ 雄一
福岡県福岡市博多区堅粕５丁目８番18号
日之出水道機器株式会社内
Ｆターム(参考） 4K014 BA01 BC11 BC13 BD00
Claims (2)
- 【請求項１】 溶解工程後の溶解材料中の鉄（Ｆｅ）、
炭素(Ｃ)、ケイ素(Ｓｉ)、リン(Ｐ)、硫黄(Ｓ)、マグネ
シウム(Ｍｇ)およびマンガン（Ｍｎ）を除いた単一の不
純物元素量を３０ｐｐｍ以下とし、その後の接種工程に
おいて硫黄(Ｓ)を含有する接種剤を添加することを特徴
とする高純度鋳鉄の製造方法。 - 【請求項２】 高純度鋳鉄が球状黒鉛鋳鉄であって、球
状黒鉛鋳鉄中の硫黄（Ｓ）含有量が３〜５４ｐｐｍの範
囲となるようにする請求項１に記載の高純度鋳鉄の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002069498A JP3947413B2 (ja) | 2002-03-14 | 2002-03-14 | 高純度鋳鉄の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002069498A JP3947413B2 (ja) | 2002-03-14 | 2002-03-14 | 高純度鋳鉄の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003268431A true JP2003268431A (ja) | 2003-09-25 |
| JP3947413B2 JP3947413B2 (ja) | 2007-07-18 |
Family
ID=29200319
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002069498A Expired - Fee Related JP3947413B2 (ja) | 2002-03-14 | 2002-03-14 | 高純度鋳鉄の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3947413B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011050976A (ja) * | 2009-08-31 | 2011-03-17 | Nishikimi Chuzo Kk | 球状黒鉛鋳鉄製の薄板状製品の製造方法 |
| JP2024502557A (ja) * | 2020-12-17 | 2024-01-22 | フォセコ インターナショナル リミテッド | 溶融鉄の処理プロセス |
-
2002
- 2002-03-14 JP JP2002069498A patent/JP3947413B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2024502557A (ja) * | 2020-12-17 | 2024-01-22 | フォセコ インターナショナル リミテッド | 溶融鉄の処理プロセス |
| JP7824297B2 (ja) | 2020-12-17 | 2026-03-04 | フォセコ・インターナショナル・リミテッド | 溶融鉄の処理プロセス |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3947413B2 (ja) | 2007-07-18 |
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