JPH07268432A - 純酸素利用回転炉による球状黒鉛鋳鉄の製造方法 - Google Patents

純酸素利用回転炉による球状黒鉛鋳鉄の製造方法

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JPH07268432A
JPH07268432A JP6065095A JP6509594A JPH07268432A JP H07268432 A JPH07268432 A JP H07268432A JP 6065095 A JP6065095 A JP 6065095A JP 6509594 A JP6509594 A JP 6509594A JP H07268432 A JPH07268432 A JP H07268432A
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furnace
cast iron
spheroidal graphite
graphite cast
molten metal
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Nobuyuki Fukai
伸之 深井
Yasuoki Ishihara
安興 石原
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Hitachi Metals Ltd
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  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Mn等の黒鉛化妨害元素の含有量の高い原材
料を無害化し、有効活用できる球状黒鉛鋳鉄の製造方法
を提供する。 【構成】 純酸素を利用した回転炉(溶解炉)により脱
Mn処理を施した原湯を得、該原湯と他炉で溶解した溶
湯とを併せ湯することにより球状黒鉛鋳鉄用原湯を得
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は鋳鉄の製造方法に係り、
特にエネルギー源を純酸素を利用した回転炉を用いて球
状黒鉛鋳鉄の原湯を得ることによって球状黒鉛鋳鉄を製
造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】球状黒鉛鋳鉄はフェライト基地のもの
と、パーライト基地のものとに大別されるが、このうち
フェライト基地のものは良好な延伸率と機械加工性を有
するので、自動車部品その他の機械部品として多く使用
されている。そしてこのフェライト基地球状黒鉛鋳鉄
は、最近における球状黒鉛鋳鉄の鋳放し状態における基
地組織の改良によって、鋳放し状態において殆んどフェ
ライト基地を有し、従って全く熱処理を必要とせずに良
好な延伸率と機械加工性を有するフェライト基地球状黒
鉛鋳鉄の製造方法が確立されるに至った。
【0003】鋳放し状態でフェライト基地を有する球状
黒鉛鋳鉄は、熱処理工程が全く不要であるから生産効率
の向上、エネルギーの節減などに大きな効果がある。し
かしながら鋳放フェライト基地を有する球状黒鉛鋳鉄の
生産を安定して行なうには、その原湯中のパーライトを
安定にし、黒鉛化を妨害する元素の含有量を低くおさえ
る必要がある。これら元素のうち主なものとしてMn,
Crなどが考えられ、特にMn含有量は一般に0.25
重量%(本明細書では以下単に%と記す)以下であるこ
とが必要とされている。市販鋼屑中にはMnが0.4〜
0.7%含まれていることが多く、現在採用されている
鋳放フェライト基地を有する球状黒鉛鋳鉄の製造にはM
nなどの黒鉛化妨害元素の含有量の少ない多量の特殊銑
鉄を鋼屑および戻り屑とともに配合して鋳放フェライト
基地を有する球状黒鉛鋳鉄の原湯を得なければならな
い。しかしながら、このような特殊銑鉄は充分に供給を
受けることが困難であり、また高価であるため経済的な
面からの制約も大きい。また、近年、戻り屑について
も、フェライト化及び黒鉛化妨害元素の含有量の高い、
たとえば、高Mn戻り屑やZnメッキ鋼板等が市場に多
く出まわっており、これらの中から必要適正な戻り屑の
みを選択入手することが困難な情況になってきている。
これらのことが、鋳放フェライト基地に限らずパーライ
ト基地を有する安定した品質の球状黒鉛鋳鉄の製造を妨
げる大きな要因となって問題化してきている。
【0004】一方、上記特殊銑鉄を使用せず、鋼屑を主
体とする鉄地金配合とした場合には、鋼屑はC含有量が
低くてMn含有量が高いので球状黒鉛鋳鉄の原湯を得る
ためには加炭操作が必要であり、また鋳放しフェライト
基地を有する球状黒鉛鋳鉄の原湯を得るためには脱Mn
操作が必要である。脱Mnの方法は、一般の製鋼操業に
おいては、CおよびSiの含有量を低下させる目的で溶
鉄に造滓剤と同時に酸化剤(例えば鉄鉱石、ミルスケー
ル等)を投入して溶鉄表面にスラグを生成させるか、あ
るいは溶鉄中に酸素を吹込む方法が行なわれている。こ
の方法を利用した場合、鋼屑の溶解過程において加炭操
作が行なわれ、加炭が完了し鋳鉄浴に対して上述のごと
き酸化処理を施すことは、一方(酸素吹込みの場合)で
はSi,Mnの燃焼熱により浴温度の上昇を来たし、ひ
いては有効成分であるCの酸化損失を生起する。また一
方造滓剤等を投入して浴温度を低く保ちながらスラグに
よる脱Mn反応を行なわせる場合は、この反応の進行に
はきわめて長時間を要する。すなわち、いずれの場合に
も折角経済的な溶解過程における加炭を行なったとして
も、脱Mnのためにさらに大きな経済的損失をともなう
ことになる。これに反して、加炭処置を施さない鋼浴に
対してはまず上述のごときスラグによる脱Mn処置を施
せば有効成分であるCの損失をともなわずに低Mn成分
の鋼浴を得ることができる。しかしながらこの場合に
は、その後炉内の鋼浴に対して例えば黒鉛粉をインジェ
クションして加炭するかあるいは取鍋に溶鉄を移し替え
た後加炭をするなどの処置を施さねば目標とする鋳鉄成
分は得られない。従ってこの方法による場合も鋼浴(低
炭素濃度であり溶融点が高い)温度がきわめて高くなっ
て熱損失が大きく、かつ加炭歩留りが悪くて大量の加炭
は困難であり、また溶湯を取鍋に移し替えて加炭をする
場合はさらに熱損失をともなうと共に多くの作業工数を
要するなど経済性、生産性が著しく低いものである。
【0005】本出願人は、先に特公昭55−19290
号公報において、上記の点に鑑み特殊な低Mn銑鉄を使
わずに鋳放し状態で良好なフェライト化を行なうことの
できる球状黒鉛鋳鉄の原湯を能率的かつ経済的に得るこ
とができる鋳放しフェライト基地球状黒鉛鋳鉄の製造方
法を提案した。すなわち、酸性アーク炉(以下単にアー
ク炉と記す)の底部に溶鉄が間隙に侵入しない粒度の加
炭剤を装入し、つづいて、鉄地金と酸化性スラグ剤とを
装入して通電溶解し、得られた溶鉄と上記加炭剤との接
触による加炭反応(1440℃以下の温度域において
は、Cの酸素親和力がSi,Mn,Crなどの元素の酸
素親和力よりも小さいので、加炭反応が進行し、溶鉄の
C濃度が上昇する)と、上記溶鉄と酸性スラグとの接触
による酸化反応(鉄地金の溶融中および/または溶融直
後の低温の段階では、Si,Mn,Crなどの元素の酸
素親和力がCの酸素親和力より大きいため、Si,M
n,Crなどの元素が選択的に酸化され低Si、低Mn
および低Crが促進される)とを上記アーク炉内におい
て併行して進行させるものである。
【0006】また、前記と同じ要領により炉底に加炭剤
を置き、つぎに所定の鉄地金を装入して溶解作業を開始
すると、アークの高熱によって溶かされた鉄地金は溶滴
となって流下し加炭剤の表面をおおう状態となる。この
ように溶鉄が加炭剤の表面をおおった状態、つまり吹込
む酸素が加炭剤に直接接触しないようになった状態から
酸素を吹込むと、加炭剤と溶鉄の界面において加炭反応
(溶鉄のC濃度上昇)が進行するとともに、酸素吹込に
よる酸化反応(吹込まれた酸素によって、Si,Mn,
Crなどの元素の酸化除去が急速に進行)が同時に進行
するものである。このように酸化反応と加炭反応が同時
に進行し高C、低Si、低Mn、低Crの鋳放フェライ
ト基地を有する球状黒鉛鋳鉄の原湯を得ることができ
る。このようにして溶製された原湯は、脱Siされてい
るので、通常、該原湯を低周波誘導炉に移し、Siの再
添加を行い(必要に応じ加炭も行う)、鋳放フェライト
基地を有する球状黒鉛鋳鉄の最終的な原湯を得るもので
ある。
【0007】「鋳物」第64巻(1992)第11号
P.811〜P.815に記載の「純酸素利用鋳鉄溶解
用回転炉に関する2,3の知見」によれば、近年ヨーロ
ッパで純酸素の利用による溶湯温度の上昇、公害・作業
環境の改善、耐火材の改善、操業の自動管理など、該回
転炉の欠点を大幅に改良したものが開発され急速に普及
している旨記載されている。すなわち、現在1〜20t
onのものが稼動している。スキップ式装入装置を持っ
た回転炉の構造例として図2(正面図)と図3(側面
図)が記載され、回転炉1(容量3ton)の炉体は図
1に示す如く、両端にコニカル部2を持つ円筒形で、一
端はバーナ取付口3で操業終了時の除滓口を兼ね、他端
は材料装入口4で操業時は排ガスを煙道へ導く通路とな
る。炉体は油圧や電動で傾動しうる構造で、材料装入は
一般に炉を傾斜して行うが、水平のまま材料を押込む型
式もある。材料装入後炉を水平に保ち煙道と結合させ、
他端にバーナを取付け、炉体を円筒軸を中心に回転させ
ながら地金の予熱・溶解・保持などを行う。測温と溶湯
への加炭剤や合金類の添加は主にバーナ口3を利用す
る。出湯は出湯口5を開栓して行い、炉内溶湯がすくな
くなるにつれて炉を傾斜させ、最後に炉内に残留するス
ラグをバーナ口3から落下除去する。容量3tの炉で材
料装入口は500mmφ、バーナ取付口370mmφ、
円筒部内径1120mm、耐火物の厚さ300mm、出
湯口はバーナ取付口外周に2個設けられているが、3t
炉で約70mmφ×700mmと細長い。バーナは三重
管で中央から燃焼ガス、その外側を酸素、最外周に水を
流し冷却している。熱源として天然ガス、液化石油ガス
又は灯油等と純酸素を用いるので火炎は約2850℃
(空気燃焼では約1900℃)に達し、空気燃焼より燃
焼ガス量がすくなく熱の分散が防止でき、火炎の長さの
調整が容易で短いらせん状の火炎を作らせ熱効率を向上
させ得るなどの利点があると述べている。
【0008】炉壁ライニングは通常SiO2 90〜95
%を含むSiO2 −Al2 3 系酸性ラミング材が用い
られる。築炉はるつぼ型誘導電気炉と同様コアを挿入
し、外殻鉄板との間にラミング材を流し込んでつき固め
る。自然乾燥後焼成処理により表面をセラミック化(c
eramisation)させることを特徴とし、この
処理で円筒部は500回以上、両端のコニカル部は25
〜50回連続使用可能という。造滓材としては材料装入
時に地金の1.65%のけい砂と0.3%の石灰石の添
加を標準とし、SiO2 91%,Al2 3 6.5%の
ライニング材使用の炉で、SiO2 68.5、Al2
3 5.0,CaO0.5,FeO15.8,MnO7.
5%のスラグ3〜3.5%が作られるという。この炉
は、普通鋳鉄、強靱鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄およびニハード
やニレジストなど合金鋳鉄も溶製可能で、原材料は鋳物
工場が使う普通の材料はすべて使うことができる。地金
の大きさは装入口径以下(3t炉で500mmφ)なら
よく、ダライ粉に付着した油や亜鉛鋼板のZnなども火
炎の調整で除去しうると報告されている。
【0009】現在稼働している工場の地金配合例では、
鋼屑を60%まで配合している。この際溶湯への加炭
は、電極黒鉛屑、石油コークス、無煙炭などを装入材料
と同時に添加するか、溶解後炉内または出湯 などで吹
込む方法がとられている。溶湯中の成分の減耗はやや大
きく、C7〜10、Si15〜20、Mn30〜35
%、Crは低Cr鋳鉄で2%以下、30%Crの場合1
0%、Niは損失を認めず、Moは10〜15%とい
う。操業は、操業を予熱・溶解・保持(成分調整や昇温
を含む)の3期に分け、予熱期は酸化燃焼、他の2期は
還元燃焼が望ましいとされている。公害の作業環境につ
いては、この炉は排ガス量や排ガス中の煤塵、NoX
SoX などの含有量がキュポラと比較してはるかに少な
いことは使用燃料からも容易に理解されると記載されて
いる。本発明は、前記純酸素利用回転炉を用い、球状黒
鉛鋳鉄の製造には有害とされるMn等の元素の含有量の
高い原材料を有効に活用して球状黒鉛鋳鉄の原湯を得、
球状黒鉛鋳鉄を安定的に製造する方法を提供することを
目的とする。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前述の如
く、鋳放しフェライト基地を有する球状黒鉛鋳鉄を製造
するためのMnなどの黒鉛化妨害元素の含有量が少ない
特殊銑鉄を充分に供給を受けることが困難であること、
また、近年、戻り屑の中に高Mn含有のものや、Znメ
ッキ鋼板のように黒鉛化妨害元素を含有するものが市販
されており、これらの中から所望する一定品質の戻り屑
のみを常時入手することは不可能な実情にあること、更
に原材料の高騰等に鑑み、前記純酸素利用回転炉を球状
黒鉛鋳鉄の製造に供することを種々検討・研究した。ち
なみに現状の溶解技術においては下記の如き問題点があ
る。 1)低周波誘導炉溶解では、脱Mn溶解は多量スラグの
生成を伴ない不可能である。 2)通常のアーク炉溶解では、脱Mn溶解はできず、前
記の特公昭55−19290号公報における如く、脱M
n、脱Siした後に、Siを再添加して(場合によって
は、Cも添加必要)成分調整をしなければならないとい
う矛盾した作業をよぎなくされている。 3)キュポラ炉では、文献によればFC20の場合、脱
Mn約20%可能であるが、脱Si約20%も進行する
ので、前記アーク炉の場合と同様に脱Si後に、Siの
再添加の手段を必要とする。キュポラ炉溶解での大きな
問題は、NoX ,SoX あるいは多量のスラグ発生等の
産業廃棄物の生成、更には廃ガスの環境悪化が伴うこと
である。 4)例えば、Znメッキ鋼板を原材料として溶解した場
合、Znが蒸気化して白煙となり作業環境を悪化させ問
題がある。アーク炉溶解においては、集塵機で吸引すれ
ば環境上は改善されるが、鋳鉄溶解においては溶湯が酸
化して溶湯性状が悪くなるため集塵機による直接吸引は
好ましくない。なお、低周波誘導炉を用いてZnメッキ
鋼板を溶解した場合、Znがライニング中に浸透凝固し
て操炉上の問題を生起すると言われている。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者は、熱源として
天然ガス、液化石油ガス又は灯油等と純酸素を利用する
回転炉を球状黒鉛鋳鉄の製造に応用することを鋭意研究
し、本発明に到達した。すなわち、本発明の球状黒鉛鋳
鉄の製造方法は、熱源として天然ガス、液化石油ガス又
は灯油等と純酸素を利用する回転炉による溶解におい
て、装入材料地金として鋼屑と戻り屑又は鋼屑のみを用
い、酸化性燃焼期に脱Mn溶解を行うことにより得られ
る原湯と、他炉であらかじめ溶解し、成分調整した溶湯
とを併せ湯手段により得られることを特徴とする。そし
て、前記原湯はそのMn含有量が0.25重量%以下
(ただしゼロは含まず)である鋳放しフェライト基地球
状黒鉛鋳鉄用原湯であり、また前記原湯のMn含有量が
0.40及至0.60重量%である鋳放しパーライト基
地球状黒鉛鋳鉄用原湯であることを特徴とする。更に、
前記他炉が低周波誘導炉であることを特徴とし、前記併
せ湯手段が保持炉を使用することを特徴としている。こ
こで、本発明で用いる保持炉は炭素棒に通電して加熱す
るradiationタイプの保持炉なので溶湯の酸化
は最小限に抑えられる。
【0012】
【実施例及び作用】以下本発明の実施例について説明す
る。 (実施例1)表1に示す成分を有する鋼屑60%と戻り
屑40%の配合割合の材料地金を材料装入口より回転炉
内に装入し、その上部に造滓剤として、これら地金に対
し1.62%珪砂(SiO2 91%含有のもの)と0.
30%石灰石を散布した。加炭材は、電極黒鉛屑を装入
した。なお、表2に上記配合による装入地金の平均成分
を示す。純酸素と天然ガス(CH4 )の容量比を1.9
5〜2.10の範囲で調整しながら溶解した。予熱期を
経て、酸化燃焼期に(溶湯温度1360℃)、C1.4
0% ,Si0.94%,Mn0.27%,Cr0.0
4%の成分の原湯を得た。除滓後、還元燃焼を行い、溶
湯温度1420℃まで昇温し、出湯して保持炉に移し
た。別途、低周波誘導炉であらかじめ溶解しておいた高
C、高Si、低Mnの溶湯を併せ湯し、下記成分の球状
黒鉛鋳鉄用原湯を得た。 C3.60%,Si1.53%,Mn0.23%,P
0.012%,Cr0.03% 次に、この得られた原湯に球状化処理および接種処理を
行って鋳放しフェライト基地を有する球状黒鉛鋳鉄を得
た。成分(%)は下記の通りであった。 C3.52,Si2.63,Mn0.23,P0.01
2,S0.006,Cr0.03,Mg0.044
【0013】
【表1】
【0014】
【表2】
【0015】(実施例2)表1と同一成分の鋼屑(80
%配合)と戻り屑(20%配合)とを配合し、溶解を行
った。装入材料地金配合時の平均成分(%)は、C0.
87,Si0.66,Mn0.47,Cr0.05であ
った。 酸化燃焼期における原湯の成分(%)は、C0.80,
Si0.57,Mn0.32,Cr0.04であった。
還元雰囲気において、溶湯温度1500℃まで昇温し、
出湯して保持炉に移した。実施例1と同様に併せ湯を行
い、次の成分(%)を得た。 C3.61,Si1.50,Mn0.25,P0.01
3,Cr0.02 次に、この得られた原湯に球状化処理および接種処理を
行って、鋳放しフェライト基地を有する球状黒鉛鋳鉄を
得た。成分(%)は下記の通りであった。 C3.55,Si2.65,Mn0.25,P0.01
3,S0.005,Cr0.02,Mg0.045
【0016】(実施例3)装入材料地金として表1に示
す鋼屑100%を用いた以外は、実施例1と同様の溶解
を行った。酸化燃焼期で得られた原湯の成分(%)は下
記の通りであった。C0.18,Si0.16,Mn
0.40,Cr0.05 還元燃焼期を経て、溶湯1500℃で出湯し、低周波誘
導炉に移し、加炭と純銅を添加し下記成分(%)を得
た。C3.65,Si1.50,Mn0.40,Cu
0.52,Cr0.05 次に、この得られた原湯に球状化処理および接種処理を
行って鋳放しでパーライト基地を有する球状黒鉛鋳鉄を
得た。成分(%)は下記の通りであった。 C3.63,Si2.60,Mn0.40,P0.01
2,S0.005,Cu0.52,Cr0.05,Mg
0.045
【0017】(実施例4)実施例3と同様にして得た原
湯(C0.18%,Si0.16%,Mn0.40%,
Cr0.05%)を保持炉に移した後、あらかじめ低周
波誘導炉で溶解、成分調整していた高Cの溶湯を併せ湯
し下記成分(%)の溶湯を得た。 C3.64,Si1.52,Mn0.40,P0.01
2,S0.005,Cu0.55,Mo0.30 次に、この溶湯に球状化処理および接種処理を行って、
下記成分(%)の溶湯を得た。 C3.62,Si2.10,Mn0.40,P0.01
2,S0.005,Cu0.55,Cr0.05,Mo
0.30,Mg0.043 この溶湯を注入温度1420℃で砂鋳型に注湯し、凝固
直後のA1 変態点以上の温度(870℃)で鋳型から取
り出し、オーステナイト温度領域の850℃からパーラ
イト組織を生じない冷却速度で375℃まで急冷し、こ
の温度で2時間保持した。次に水冷にて常温まで急冷し
た。このようにして、基地組織をベイナイトと残留オー
ステナイトの混合組織を有する球状黒鉛鉛鋳鉄を得た。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように本発明の純酸素利用
回転炉による球状黒鉛鋳鉄の製造方法は下記(1)〜
(5)の如き効果を有する。 (1)近年、益々悪化しつつある球状黒鉛鋳鉄用原材料
事情、特に黒鉛化妨害元素の含有量の高い戻り屑を無害
化して、有効活用ができるので、資源活用の面から見て
も産業界への貢献多大である。 (2)酸化燃焼期において脱Mnにより得られた原湯
を、低周波誘導炉等の他炉によりあらかじめ溶解し、成
分調整した溶湯と併せ湯することにより所望の適正な成
分を有する球状黒鉛鋳鉄溶湯を得ることができる。 (3)本発明に用いる回転炉の熱源は、純酸素を使用す
るので、球状黒鉛鋳鉄の品質に悪影響を及ぼすS(硫
黄)を最低におさえることができる。 (4)本発明に供する回転炉自体が廃ガスが少ないこ
と、スラグの生成が少ないこと等環境問題の解決に寄与
大である。 (5)操炉上の面で、回転炉の構造が複雑でないため、
メインテナンスが容易であり、作業効率向上に寄与でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の球状黒鉛鋳鉄の製造に供する回転炉の
縦断面図である。
【図2】回転炉の正面図である。
【図3】回転炉の側面図である。
【符号の説明】
1 回転炉 2 コニカル部 3 バーナー取付部(除滓口を兼ねる) 4 材料装入口(操業時は排ガスを煙道へ導く通路) 5 出湯口

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱源として天然ガス、液化石油ガス又は
    灯油等と純酸素を利用する回転炉による溶解において、
    装入材料地金として鋼屑と戻り屑又は鋼屑のみを用い、
    酸化性燃焼期に脱Mn溶解を行うことにより得られる原
    湯と、他炉であらかじめ溶解し、成分調整した溶湯とを
    併せ湯手段により得られることを特徴とする球状黒鉛鋳
    鉄の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記原湯のMn含有量が0.25重量%
    以下(ただしゼロは含まず)である鋳放しフェライト基
    地球状黒鉛鋳鉄用原湯であることを特徴とする請求項1
    記載の球状黒鉛鋳鉄の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記原湯のMn含有量が0.40及至
    0.60重量%である鋳放しパーライト基地球状黒鉛鋳
    鉄用原湯であることを特徴とする請求項1記載の球状黒
    鉛鋳鉄の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記他炉が低周波誘導炉であることを特
    徴とする請求項1乃至3記載の球状黒鉛鋳鉄の製造方
    法。
  5. 【請求項5】 前記併せ湯手段が保持炉を使用すること
    を特徴とする請求項1乃至4記載の球状黒鉛鋳鉄の製造
    方法。
JP6065095A 1994-04-01 1994-04-01 純酸素利用回転炉による球状黒鉛鋳鉄の製造方法 Pending JPH07268432A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011093237A1 (ja) 2010-01-28 2011-08-04 株式会社木村鋳造所 鋳鉄溶湯中の不純物除去方法および鋳鉄原料

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