JPS6022043B2

JPS6022043B2 - 溶融スラグによる黒鉛球状化処理法

Info

Publication number: JPS6022043B2
Application number: JP2915078A
Authority: JP
Inventors: 忍佐々木; 宗谷高木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1978-03-14
Filing date: 1978-03-14
Publication date: 1985-05-30
Also published as: JPS54121217A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は溶融スラグによる鋳鉄の黒鉛球状化処理法に関
するものであり、さらに詳しくは鋳鉄落陽（以下港湯と
いう）を一定の組成を有する厚い溶融スラグ層中を通す
ことにより、黒鉛の球状化を図る処理法に関する。

従釆より黒鉛球状化の添加金属としては一般にＭｇ（金
属マグネシウム）またはＭｇ系合金が用いられており、
その他Ｃａ系合金や希土類元素合金が実用化されている
。

しかしながら、これら黒鉛球状化剤は酸素および硫黄と
の親和力が強く、極めて強力な脱酸脱硫剤であるばかり
でなく、約１３０ぴ０以上である黒鉛球状化処理温度で
は蒸気圧が高く、特にＭｇは著しく高く、添加の際爆発
的に反応する。また、これらは溶湯に対する溶解度が極
めて小さい。黒鉛球状化剤の上記の如き性質のため、落
陽とる反応には十分な管理が必要であり、これら黒鉛球
状化剤の溶湯への添加法が従来より種々工夫されている
。

これら添加法にはＭｇ合金等の黒鉛球状化処理剤を取鍋
の底に入れて置き、上面より溶湯を注入し反応させる直
荘法、ＭｇまたはＭｇ合金等の黒鉛球状化処理剤を黒鉛
クローシュ中に袋入し、このクローシュを溶湯中に浸糟
するホスホラィザー法、取鋼底部に反応室を設け、そこ
にＭｇを装填しておき懐動して溶湯と反応させるコンバ
ータ法、鋳型の途中に反応室を設け、ここに黒鉛球状化
処理剤を入れておき鋳型内で黒鉛球状化処理を行うィン
モールド法等がある。しかしながら、これら従来法にお
いてＭｇを使用する場合には上述した如き性質を有する
ため爆発を誘発する危険があり、また歩蟹りも低い。そ
こでＭｇの代わりにＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇの様なＭｇ合金を
使用すればこの様な欠点は解消または軽減されるわけで
あるが、Ｍｇ合金の使用はＭｇに比べその効果が低下す
るだけでなくコスト高となり、さらにＭｇ以外の合金元
素、例えばＳｉ等が混入し、成分が変動しやすくなるた
めこれを調整する必要があり、また房し材中のＳｉ値が
高くなるため戻し材を再溶解して使用する場合には、Ｓ
ｉを薄めるために鉄板屑等を配合して再溶解しなければ
ならないという欠点がある。また従来法で製造された球
状黒鉛鋳鉄は、Ｍｇが溶湯中のＳと反応しＭ簿を形成す
るため、この溶湯を鋳型に鋳込んだ場合、凝固過程で鋳
物表面に浮上し、いわゆるドロス欠陥を生ずるだけでな
く大気雰囲気中で溶湯と反応を行なっているめ多量のＭ
ｇ０が発生し、これが溶湯中に懸濁するため鋳込んだ場
合、製品中に非金属介在物として存在し、これらのため
製品の耐衝撃特性や疲労強度の低下を生じていた。近年
では上記の様な欠点を解消すべく米国特許第２８２２６
６号や特関昭５０−９２８０８の様な処理法が提案され
ている。

米国特許第２８２２６６号には銑鉄中の硫黄及び酸素の
含有量を低下させた後、融解状態の銑鉄中でＭｇＣ１２
を珪化カルシウムによ．り還元してＭｇを形成すると共
に、ＮａＢＩを珪化カルシウムにより還元してＮａを形
成する方法が記載されている。しかしこの方法は融解状
態の銑鉄へＭｇＣ１２珪化カルシウムの混合物を導入す
る方法が取られているためＭｇＣ１２の揮発や収量低下
などの問題が発生している。この収量低下等の問題を解
消すべく符開昭５０一９２８０８では、処理しようとす
る銑鉄あるいは鋼の液相温度以上の温度城において、炭
化物、珪化物、窒化物、燐化物、水素化物、側化物、ア
ミド、水硫化物等の還元剤と、該還元剤によって還元可
能で且つアルカリ金属並びに周期律表の０族およびｍ族
のいずれか一つに属する金属から選んだ宵なくとも１種
類の金属を含有する混合物を、均質液相の状態にして均
質な固相化合物を作製し、これを黒鉛クローシュを使用
用して溶湯中に浸薄するかあるいは不活性ガスによりこ
れら粉末を吹き込むことにより、被処理鉄合金に接触さ
せ黒鉛球状化処理する方法が記載されている。しかしな
がらこの方法は溶傷中に比較的高融点の固体スラグを菱
入する方法をとっているため次の様な問題が発生する。
即ち、スラグ浸債法では溶融するスラグの粘度が高いた
めダンゴ状となり溶湯との反応性が悪くなる。不活性ガ
スといつしよにスラグ粉末を溶湯中に吹き込む方法では
、ガスの吹き込みにより溶湯温度を少なくとも１６５０
℃以上にあげておく必要があり、熱効率的に不利なばか
りでなくスラグが溶湯中に懸濁する可能性があり、製品
の材質特性に不安が残る。またこの方法は均一相スラグ
を作製するめ一度スラグを溶濠し、それを固めて黒鉛球
状化処理剤としており、これを溶傷中で溶融させるとい
う工程をとっているため熱効率的に不利である。さらに
この法の最大の欠点は、いわゆるパッチ方式でしか操業
できず、黒鉛球状化処理された溶湯を連続的に出緩させ
ることが困難な点にある。本発明は上記した従来技術の
欠点を解決したもので、本発明によれば爆発等の危険が
なく効率よく連続的に黒鉛球状化処理を行うことができ
、ＭｇＳ．Ｍｇ０等の介在物も極めて少ないためドロス
欠陥や非金属介在物のない優れた製品を得ることができ
る。

本発明に係る黒鉛球状化処理方法とは全くその考え方を
異にするものであり、一定の組成範囲内にある厚い溶融
スラグ層を形成し、港湯を該溶融スラグ層中を通すこと
により黒鉛球状化処理を行なうものである。

以下、本発明につき詳述する。

本発明で使用するスラグ組成は、Ｍｇの化合物の１種も
しくは２種以上を０．５〜５０％、必要に応じてＳｉの
酸化物、ＣａＳｉ，ＣａＣ２，ＣａＨ２のうちの１種も
しくは２種以上を１〜４０％、残部アルカリ金属、アル
カリ士類金属の酸化物および弗化物のそれぞれ１種もし
くは２種以上よりなる。

Ｍｇの化合物としてＭｇの酸化物、弗化物、塩化物、水
酸化物、炭酸化物等がある。

このＭｇは黒鉛球状化作用の主体となるものであり、溶
融スラグ中でＭｇ＋＋の形に解離し、これが溶湯に作用
して黒鉛球状化を促進する。従ってＭｇの化合物のうち
でもＭぜ十に解離しやすい弗化物、塩化物が特に好まし
い。Ｍｇの化合物を０．５〜５０％としたのは、０．５
以下では十分な黒鉛球状化が起らないからであり、５０
％を超えても黒鉛球状化の効果はかわらないからである
。アルカリ金属、アルカリ士類金属の酸化物および弗化
物を添加する一つの理由は溶融スラグ中にＣａ十十を生
成し、黒鉛球状化作用を行なわせるためであり、他の理
由は脱硫、脱酸作用を行なわせるたっである。

ＳはＭｇと反応しＭｇＳを生成して黒鉛球状化を害し、
ドロス欠陥の元凶となり、酸素はＭｇと反応してＭｇ○
となり溶湯の清浄度を低め、製品中に非金属介在物とし
て存在するようになる。また、必要に応じＳｉの酸化物
、ＣａＳｉ，ＣａＣ２，ＣａＨ２の１種もしくは２種以
上を１〜４０％添加する。Ｓｉの酸化物としてはＳｉ０
２が王である。このＳｉの酸化物は溶傷中のＴＩＣと応
し、ＴＩＣをＴｉ０２に変えＴＩＣが製品中に非金属介
在物として含まれるのを防止する。ＣａＣ２は脱硫剤で
あり、ＣａＳｉとＣａＨ２は脱酸剤である。添加量を１
〜４０％としたのは１％以上添加しないとこれらの効果
がでないからであり、４０％以上添加してもそれ以上効
果はあがらないからである。これらのスラグのうち黒鉛
球状化率の良好なものの１例は、表１に示した組み合せ
から成るものであり、その中でも表２に示した組み合せ
から成るものは表１のものよりさらに黒鉛球状化率が高
く、８５％以上の黒鉛球状化率を示す。

第１表好ましいスラグの組み合せの例（１）ＣａＦ２二１ひ、５０多（２）ＣａＦ２；１０
・５０％Ｃａｏ：２ル６雌Ｃａｏ；２び６０※Ｍ鷹
Ｆ２；１〜１５※ ＣａＣ２；１〜２０努ＭｇＦ２
；１〜２０多■Ｃａｒ２；１び５０多 ■ ＣａＦ２
；１０〜５０亀Ｃａ〇；２０〜６０％Ｃａ〇
；２０〜６０多ＡＩ２０３；１び３０鱗ＣａＣ２
：１〜２０多Ｍｇ〇；１〜２０多Ｍ噂ＣＩ２
；５〜４０薮（３ＣａＦ２；１ル５０交 ■ＣａＦ２
；１０〜５０多Ｃａｏ；２０〜６０鱗Ｃａｏ；
２び６０弦ＣａＣ２；１〜３０※ ＣａＣ２；１〜
２０％Ｍ鷹Ｃ〇３；１〜４０鱗Ｍ鷹Ｆ２；１〜２
０鱗ＣａＳｉ；１〜１５※のＣａＦ２：１び５０※ ■
ＣａＦ２．；１小５０％Ｃａｏ；２０〜６０多Ｃ
ａｏ；２び６０多ＣａＣ２；１〜２０※ ＣａＣ２
；１〜２０多Ｍ咳Ｆ２；１〜２０鱗Ｍ鷹ＣＩ２；
５・４０努ＣａＨ２；１〜１０多ＮａＦ；１
〜１０鱗■ＣａＦ２；．１び５０匁Ｃａ〇；２〇・６
０多ＣａＣ２；１〜２０匁Ｍｇの恥：ｒ３０※ 第２表特に好ましいスラクの組み合せの例（１）Ｃａ
Ｆ２；４０〜５０多（２ＣａＦ２；４０※Ｃａｏ；
４５〜３５％Ｃａｏ；２ふ３０※ＭｇＦ２；１５
多ＣａＣ２；２〇）１５※Ｍ鷹Ｆ２；１５鱗
■ＣａＦ２：３び３鰍 ■ＣａＦ２；３孫Ｃａｏ；４び
３５※ Ｃａｏ：２０〜１鰍ＡＩ２０３；ｌｒ１５※
ＣａＣ２；１０〜１鰍Ｍ鷹Ｆ２；１５あ
ＭｇＣ１２；２５多■ＣａＦ２；５び４鰍（句Ｃａ
Ｆ２：４び４５※Ｃａ。

；２０〜３０多Ｃａ〇；３０〜２０％ＣａＣ２：１
ル１鰍ＣａＣ２；１０〜１鰍ＭｇＣ〇２；２０鱗
Ｍ鷺Ｆ２；１５※ＣａＳｉ；５多のＣａＦ２
；４０〜４５劣（８）ＣａＦ２；４び３鰍Ｃａｏ；３び
２０多Ｃａｏ；２５多ＣａＣ２；１ル１５劣Ｃ
ａＣ２；５〜１０多ＭはＦ２；１５多Ｍ鷹Ｃ
Ｉ２；２５多ＣａＨ２；５多ＮａＦ；
５多上述した組よりなるスラグに通電し、スラグの温度
を１０００℃〜１７００ｑｏとする。

このときの溶融スラグ層の厚さは１比ネ以上であること
が必要である。溶湯と黒鉛球状化作用をするＭｇ，Ｃａ
とを十分接触、反応させるためである。このようにして
形成した厚い溶融スラグ層の中を溶湯を溶滴または溶濠
流の形で通過させ黒鉛球状化処理を行なつｏ以下に実施
例を示す。実施例１スラグ材としてＣａＦ２，ＣａＯ，ＭｇＦ２の３種を用
い、各々の混合比をかえて４種類のスラグを調整した。

これを第３表に示す。スラグの溶解および黒鉛球状化処
理は第１図および第２図に示す溶解炉で行なった。この
溶解炉は炉枠１３により郭定された内側にシリカ系ラィ
ニング１２を内懲りし、その内側に黒鉛系ラィニング７
がラミングしてある。そしてスラグプール形成初期にア
ークを発生させるための黒鉛電極６及び炉底黒鉛電極１
１が設けてある。まずスラグプール２を溶融させるのに
必要な温度まで昇温し、保持できる所要の容量を持った
電源１４に黒鉛電極６および炉底の黒鉛電極１１を接続
する。

ついで炉底に第３表の■の組成を主体とする粉末状また
は粒状スラグを黒鉛電極１１の全体が覆われてしまわな
い様に装填する。次に黒鉛電極６を炉底の黒鉛電極１１
に近づけて両電極間にアーク放電を発生させる。この場
合、電極が黒鉛であるためアーク放電は安定して発生し
た長時間持続することができる。このアーーク熱により
炉底に戦遣したスラグは溶解しスラグプールを形成する
。そこで黒鉛電極６をスラグプールに浸潰させる。溶融
したスラグプールは電気伝導性を有するので、黒鉛電極
６と黒鉛電極１１の間のスラグに電流が流れジュール熱
により目から発熱し、スラグプールの温度が上昇する。
なお通電量はスラグ層の厚さ、スラグの種類により変化
する。加熱を継続させるとスラグプールの温度は１６０
０℃〜１７００ｑｏとなる。この時点で第３表の■の組
成を主体とするスラグを添加、溶解させスラグプール層
の厚さを順次増加させていく。スラグプールの深さが固
定黒鉛電極５が十分浸る厚さになった時、切り替えスイ
ッチ１５により黒鉛電極１１から固定黒鉛電極５に通電
を切り替え、黒鉛電極６と固定黒鉛電極５の間のスラグ
に電流を流し、ジュール熱により発熱する様にする。

その後スラグを添加し、スラグプールを厚さ１瓜机こな
る様にした。この時のスラグの溶解温度は１６００００
であった。次に炉頂部に取り付けた底部が資の子状にな
った堰８から３．９０％Ｃ，２．４４％Ｓｉ，０．２７
％Ｍｎ，０．０１６％Ｐ，０．０２９％Ｓ及び残部Ｆｅ
よりなる溶湯を港瓶または溶湯流にして溶融スラグ中を
通過させ、炉底部に溶湯プール１を形成させた。溶湯プ
ール１が十分な量に達した時点で溶傷ストッパー９を開
き、溶傷ストッパー９より出湯される量と堰８に流入す
る落陽量が均衡する様に出湯量を調節し、タンディッシ
ュ１０に溶湯を流入させる。この時の出湯温度は１５０
０こ○であった。タンデシツシュ１０では底部の溶湯ス
トッパー１６を開閉ることで連続的に鋳型に注湯する。
この時の出湯温度は１４５０ｏ○であった。なお溶解し
たスラグは１０Ｚ９であり、１００【９の綾湯を処理し
た。鋳型に洋濠することにより作製した試験片を使って
その化学組成、残留Ｍｇ量、黒鉛球状化率を測定した。

さらに第３表■と同一の操作を第３表■，■，■でも行
ない、それぞれ■と同じ項目を測定した。それらの結果
も第３表に併せ示す。第３表使用スラク組成および黒
鉛球状化処理後の溶湯組成実施例２スラグ材としてＣ
ａＦ２，Ｃａ０，ＣａＣ２，Ｍ頚２の４種を用い、各々
の混合比をかえて第４表に示す４種類のスラグを調製し
た。

これらのスラグを用いて実施例１と同じ条件で黒鉛球状
化処理を行なった。この結果を第４表に示す。第４表
使用スラク組成および黒鉛球状イ払匹理後の溶錫組成な
お各試験片の黒鉛球状化率はＱＴＭで測定した。

第３表■と第４表■の試料の組織写真をそれぞれ第３図
、第４図に示す。本発明に係る黒鉛球状化処理法の効果
を以下に述べる。

‘１’本発明の場合、厚い溶融スラグ層中を綾湯を通す
という簡単な方法で実施例１および実施例２に示すよう
にきわめて効率のよい黒鉛球状化処理ができる。（２）
従釆法と異なり、黒鉛球状化処理を連続的に行ない、か
つ溶湯を連続的に出湯できるため、従来に比べ熱効率、
生産効率が著しく高められる。

【３１実施例１および実施例２の結果より明らかな様
に、残留Ｍｇ量が少ない（０．００３〜０．０２細ｔ％
）にもかかわらず良い黒鉛球状化率を示している。

従来法では残留Ｍｇが０．０４％程度なければこれだけ
の黒鉛球状化率は得られない。本発明の場合の残留Ｍｇ
量は平均して従釆法の約１／４である。このことは製品
中に含有される非計属介在物Ｍｇ○が非常に少ないこと
を示している。これは黒鉛球状化処理が優れた脱酸、脱
硫作用を有するスラグ中で行なわれたためと考えられる
。ちなみに本発明の場合、溶湯中のＳ含有率は０．００
５％以下であり、８０％以上の脱硫率を示している。非
金属介在物の数を測定した結果、従来法によるものはＭ
ｇＯが４００〜５０の固ノ協存在していたのが、本発明
のものは製品中に３０〜４川固／地と１／１０以下に減
少していることが判明した。これにより、本発明の黒鉛
球状化処理法に基づくものは単に優れた黒鉛球状化作用
を示すだけでなく、処理された溶湯の清浄度が著しく高
くなっていることが判る。‘４１通電量を変化させる
ことでスラグ温度を容易に変化させることができるので
、添加されたＭｇ化合物の分解能に合わせてスラグ温度
を変化させることができ、かつ通電により発生した過電
流がスラグを蝿拝するため、分解されたＭｇ十十と溶融
を効率よく反応させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る黒鉛球状化処理を行なった溶解炉
の縦断面図であり、第２図１−１から見たものである。第２図は溶解炉の平面図である。第３図は本発明の実施
例１において、第３表■に示すスラグ組成で黒鉛球状化
処理を行なったときの製品の組織写真（１０Ｍ音）であ
る。第４図は本発明の実施例２において、第４表■に示
すスラグ組成で黒鉛球状化処理を行なったときの製品の
組織写真（１０ぴ音）である。１・・・溶腸プール層、
２・・・スラグプール、３・・・銭鉄溶湯、４・・・溶
滴、５・・・黒鉛電極、６…黒鉛電極、７・・・黒鉛系
ラィニング、８・・・堰、９…溶傷ストッパー、１０…
タンデイシュ、１１…黒鉛電極、１２・・・シリカ系ラ
ィニング、１３・・・炉枠、１４・・・電源、１５・・
・切り替えスイッチ、１６・・・溶湯ストツ／ｆ一。第１図第２図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】１Ｍｇの化合物の１種もしくは２種以上を０．５〜５
０％、残部アルカリ金属、アルカリ土類金属の酸化物お
よび弗化物のそれぞれ１種もしくは２種以上よりなるス
ラグに通電し、ジユール熱により１０００℃〜１７００
℃の厚い溶融スラグ層を形成した後、該溶融スラグ中を
鋳鉄溶湯を連続的に通すことを特徴とする溶融スラグに
よる黒鉛球状化処理法。２Ｍｇの化合物の１種もしくは２種以上を０．５〜５
０％、Ｓｉの酸化物、ＣａＳｉ，ＣａＣ＿２，ＣａＨ＿
２のうちの１種もしくは２種以上を１〜４０％、残部ア
ルカリ金属、アルカリ土類金属の酸化物および弗化物の
それぞれ１種もしくは２種以上よりなるスラグに通電し
、ジユール熱により１０００℃〜１７００℃の厚い溶融
スラグ層を形成した後、該溶融スラグ層中を鋳鉄力湯を
連続的に通すことを特徴とする溶融スラグによる黒鉛球
状化処理法。