マグネシウム添加装置

【課題】ワイヤフィーダ法において、ワイヤ添加時の溶融鋳鉄の飛散防止ための蓋への過大な荷重と防御壁が、小型化とワイヤフィーダ法の事前評価にとって課題であった。
【解決手段】溶融鋳鉄の衝突を処理容器と蓋で連動して受け、蓋への荷重を小さくし、装置の小型化によって、移動・搬送可能なマグネシウム添加装置とワイヤフィーダ法の事前評価を可能にした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶解炉などで溶解された溶融鋳鉄に顆粒または粉末状の金属マグネシウムまたはマグネシウム合金を軟鋼板で被覆してコイル状としたワイヤを添加する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
普通鋳鉄の高強度化のため、黒鉛の形状を球状や芋虫状にする技術は古くから行われており、溶融鋳鉄に金属マグネシウム、マグネシウム合金などの黒鉛球状化剤を添加する方法が広く普及している。
溶融鋳鉄に黒鉛球状化剤を添加する方法には、置注ぎ法、タンディッシュ法、ポーラスプラグ法、プランジャ法、インモールド法、ストリーム法、コンバータ法、圧力添加法、Ｔノック法、ボルテックス法、サイホン式取鍋法、オンザモールド法及び、ワイヤフィーダ法など多くの方法が提案されている。
【０００３】
このなかで、ワイヤフィーダ法は添加するマグネシウムの歩留まりが安定していること、処理容器に取り分けられた溶融鋳鉄の量に応じて添加量が可変であること、添加作業が簡単であり、自動化が可能であるなどの特徴とともに、ワイヤの添加量によって添加後の温度降下が推定可能なので溶解炉などでの溶解温度の低下、ワイヤ中のマグネシウム成分の増加による添加量の低減などコスト低減の利点も多く認められる。
【０００４】
ワイヤフィーダ法では１４００℃〜１５５０℃の溶融鋳鉄の表面よりワイヤを添加する。マグネシウムが低沸点（１１０７℃）なため、溶融鋳鉄内部に導入されたマグネシウムの大部分は気化して、溶融鋳鉄は激しく沸騰した状態を呈すので、処理容器には蓋が必要であり、ワイヤ添加は、蓋を被せた状態で処理しなければならない。
この溶融鋳鉄の外部への飛散を防止するため、蓋自身の重量、スプリングなどを利用した機械的な荷重の少なくとも一つの方法で蓋に荷重を加え、ワイヤ添加中に蓋と処理容器に出来る間隙を最小限にする方法が採られていた。
【０００５】
ワイヤ添加によって、溶融鋳鉄が処理容器内で大きく波打ち、処理容器の側壁内面や蓋の内面に時間差をもって異なる方向で衝突が起こるため瞬間的に生じる処理容器と蓋の間隙から溶融鋳鉄が飛散する。この衝撃に対して直接床置きの処理容器である場合や台の上に設置しても蓋と処理容器が衝撃に対して連動しない従来の方法では、蓋により強力な荷重が必要であった。
【０００６】
蓋に加える荷重が不足する場合は、溶融鋳鉄の外部への飛散が避けられず、危険防止のため蓋と処理容器全体を囲う防御壁が必要であった。
また、機械的に大きな荷重を掛ける場合は、処理容器の昇降装置や油圧装置などが必要となり、装置全体は大型なものとなり、千数百度の溶融鋳鉄が飛散する危険性の面からも、装置の設置場所は制約をうけている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３９３９３０６号
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】日本鋳物協会編「改訂４版鋳物便覧」昭和６１年１月２０日、Ｐ．５６０−５６５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ワイヤ添加中、溶融鋳鉄はマグネシウム添加用ワイヤと激しく反応して、溶融鋳鉄が大きく波打ち、処理容器の側壁内面や蓋の内面に衝突して強い振動を与えるので、蓋には大きな荷重を加える必要がある。このための装置や防御壁が必要なため装置が小型化を困難であった。
【００１０】
従って、マグネシウム添加装置は移動不可能であり、安全面から設置場所が制限されていた。大規模な生産用の装置の建設が行われなければ、ワイヤフィーダ法を導入するための事前評価が不可能であった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明にかかるマグネシウム添加装置は、従来、構造的に溶融鋳鉄の衝突を個別に受けていた溶融鋳鉄を収容する処理容器を設置する台と処理容器から溶融鋳鉄飛散を防ぐ蓋を、台に固定された支柱と支柱に連結された可動アームによって処理容器と蓋とを一体となし、この衝撃に対して連動させることで、ワイヤを添加時の蓋と反応容器に生ずる間隙を減少させ、溶融鋳鉄の飛散を緩和、もしくは防止して、小型化によって搬送可能な装置とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ワイヤフィーダ法における溶融鋳鉄の飛散を防止して安全性を確保するとともに、小型化により搬送可能となり、鋳造工場がワイヤフィーダ法を大規模な生産用の装置の建設前にその効果を確認出来きる。また、ワイヤフィーダ法の長所である厳密なマグネシウム添加量の制御が可能となり、製造コストの削減と安定した品質の球状黒鉛鋳鉄、もしくはＣＶ黒鉛鋳鉄の製造が可能となり工業上有益な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例を示す図であって、本発明にかかるマグネシウム添加装置の全体の構成示す斜視図である。
【００１３】
【図２】本発明の実施例であって、溶融鋳鉄を収容する処理容器に被せる蓋の正面図２−Ａ、Ａ−Ａ断面図２−Ｂ、および斜視図２−Ｃである。
【００１４】
【図３】本発明の実施例であって、溶融鋳鉄を収容する処理容器に被せる蓋の一部と蓋の一部に設置されたワイヤ導入管とガイドパイプの一部の断面拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１５】
以下に、本発明の実施例を説明する。図１は、本発明に係るマグネシウム添加装置の実施例である。なお、実施例はあくまで、発明の理解を容易にするためであり、この実施例の条件に制限されない。図１に示すように、溶融鋳鉄を収容する処理容器１は、処理容器１を設置する台３と、可動式の蓋２とで挟み込まれる位置関係を維持し、支柱１４は台３に固定され、支柱１４に設置されたアーム１３には蓋２が連結され、溶融鋳鉄が与える衝撃に対して処理容器１及び蓋２が連動して衝撃を受けるように構成される。
【００１６】
蓋２は、自重と蓋の昇降装置８によって、処理容器１を密閉することができ、上記構成によって、蓋に与える荷重が小さくとも溶融鋳鉄の飛散を防ぐことが出来る。なお、本実施例では蓋２の開閉は、上下移動によるものであるが、支柱１４に支点を置き蓋２が円弧軌道を描く開閉方法としても良い。
【００１７】
ワイヤを送り込む装置であるワイヤフィーダ４は、支柱１４に固定されていても、別な台に設置されても良い。
【００１８】
ワイヤ導入管５とガイドパイプ６は、ワイヤ供給経路を確保するためのもので、少なくとも一方は、円弧状に形成されてマグネシウム添加用ワイヤを処理容器１内の溶融鋳鉄へ導くことが出来る。
【００１９】
このような構成のマグネシウム添加装置を用いた溶融鋳鉄のマグネシウム処理方法を以下に説明する。
【００２０】
キュポラまたは電気炉などの溶解設備で溶解され、所定の成分に調整された溶融鋳鉄をマグネシウム処理に必要な量を処理容器１に分湯し、クレーン、搬送台車などで台３に設置する。このとき、位置決めガイド１１が処理容器１を台３の所定の向きと位置に誘導する。
【００２１】
蓋の昇降装置８によって、蓋２を処理容器１と密閉させる。このとき、蓋２に備えられたワイヤ導入管５は下方に移動するので、一部がワイヤ導入管５の内部に装入されているガイドパイプ６も共に移動する。この移動をジョイント可動部１２が吸収して機械的な干渉を防止する。
【００２２】
ワイヤフィーダ４の制御用コントローラ（図示せず）に処理容器１内の溶融鋳鉄の量や化学成分の情報を入力することによって計算されたマグネシウム添加用ワイヤ７の必要量が、コントローラの起動スイッチにより、処理容器１内の溶融鋳鉄へ添加される。
【００２３】
ワイヤ添加中、溶融鋳鉄はマグネシウム添加用ワイヤ７と激しく反応して、溶融鋳鉄が大きく波打ち、処理容器１の側壁内面や蓋２の内面に衝突して強い振動を与える。処理容器１が直接工場の床に設置してある場合や台３が蓋と構造的に一体になっていない場合は、溶融鋳鉄の蓋と処理容器へ異なる方向、異なる時間で衝突が起こるため、蓋と処理容器と間に間隙を生じて、高温の溶融鋳鉄が処理容器外部へ飛散し危険であったが、既述のごとく、本発明では処理容器１を蓋２および、台３で挟み込む構造のため、蓋へ加える荷重が少なくとも、蓋２と処理容器１の衝撃による間隙を最小限することが出来る。
【００２４】
ワイヤの添加が終了すると蓋２を上昇させ、クレーンなどで処理容器１を次工程の実施する場所へ移動させ、最終的には鋳型へ溶融鋳鉄を鋳込むことで球状黒鉛鋳鉄、またはＣＶ黒鉛鋳鉄の製品を製造する。
【００２５】
本発明により装置の小型化と安全性の確保が可能となり、設置場所の制約が緩和されるので、搬送可能な試験装置として利用することも出来る。そのため、必要なワイヤフック９またはフォーク装入開口部１０のいずれか一方を台３に具備している。
【００２６】
次に、第１の発明に係る蓋２に関連する発明について述べる。図２に蓋２に関連する発明の実施例を示す。
【００２７】
既述のごとくワイヤ添加時は高温の溶融鋳鉄が処理容器外部へ飛散する危険があり、第１の発明を実施した場合でも、処理容器１の蓋２と接触する面にスラグなどの異物の付着や、内張りの耐火物が損傷を受けた場合に蓋と処理容器と間に間隙を生じて、溶融鋳鉄の飛散が起こる。図２の弾力性のある耐火材内張り１７は、蓋側にセラミックファイバなどの弾力性に富んだ耐火性素材を用いることで、上記の問題を解決する。
【００２８】
直接溶融鋳鉄の飛散を受ける蓋２の部分には耐火材１８で内張りされ、飛散による溶融鋳鉄の温度低下を防いでいるが、耐火材内張り１７と同じ素材で一体化しも良い。
【００２９】
更に、耐火性シート１９は、溶融鋳鉄の飛散が蓋と処理容器と間に間隙から水平方向に飛ぶため危険なので、飛散を耐火シート１９に衝突させて、飛散方向を垂直下向きに変えて、台３に落とすことで更に安全な処理が可能である。耐火シート１９は、例えば石綿布や金属板を使用することが出来、望ましくは脱着可能とする。
【００３０】
ワイヤフィーダによるワイヤ添加時には溶融鋳鉄の飛散ばかりではなく、主にマグネシウム蒸気による噴煙も、工場内の安全衛生上問題となる。吸塵口１６は、ワイヤ添加により発生した噴煙を工場内の集塵装置へ誘導するためのものである。
【００３１】
図１に示すワイヤ導入管５とガイドパイプ６の位置関係がワイヤ導入管５の開口部が蓋２の開口部から離れていれば、溶融鋳鉄の飛散がワイヤ導入管５とガイドパイプ６の間隙より飛散する危険性は少ないが、ワイヤ導入管５の開口部が蓋２の開口部から離れていない場合は、溶融鋳鉄の飛散がこの間隙より飛散する。この飛散防止のため図３の３−Ａでは、間隙にセラミックファイバなどの耐火材２０を充填または、３−Ｂで示す様に石綿布の様な耐火性シート２１で覆い溶融鋳鉄の飛散を防止する。
【００３２】
以上の様に危険な溶融鋳鉄の飛散を軽減し、しかも小型化が可能になったため、設置場所の制限が少なくなり、生産装置としてだけではなく、ワイヤフィーダ法の事前試験や確認が可能となった。
【符号の説明】
【００３３】
１処理容器
２蓋
３台
４ワイヤフィーダ
５ワイヤ導入管
６ガイドパイプ
７マグネシウム添加用ワイヤ
８蓋の昇降装置
９ワイヤフック
１０フォーク装入開口部
１１位置決めガイド
１２ジョイント可動部
１３アーム
１４支柱
１５ワイヤ導入リング
１６吸塵口
１７弾力性のある耐火材内張り
１８耐火材
１９耐火性シート
２０耐火材
２１耐火性シート

【特許請求の範囲】
【請求項１】
顆粒または粉末状の金属マグネシウムまたはマグネシウム合金を軟鋼板で被覆してコイル状としたワイヤを溶融鋳鉄に添加する装置において、
前記溶融鋳鉄を収容する処理容器を設置する台と、
前記台に固定された支柱と、
前記支柱に連結された可動式のアームと、
前記ワイヤを挿入する挿入口を有し、前記アームに連結され前記処理容器を閉じる蓋と、
を備えたことを特徴とするマグネシウム添加装置。
【請求項２】
前記ワイヤを送り込む装置が前記支柱に設置されることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム添加装置。
【請求項３】
前記蓋にワイヤ添加時に出る噴煙を吸引する開口部を備えた請求項１に記載のマグネシウム添加装置。
【請求項４】
前記ワイヤを送り込む装置により排出されたワイヤを前記蓋に備えられた開口部へ導入するためのガイドパイプと前記蓋にワイヤ導入口として前記ガイドパイプより径が大きい円筒状または、前記ガイドパイプ側の径が前記ガイドパイプの径より大きなラッパ状の導入管を備えた請求項１に記載のマグネシウム添加装置。
【請求項５】
前記導入管側と前記ワイヤを送り込む装置側の少なくとも一方に可動部を有する請求項４に記載のマグネシウム添加装置。
【請求項６】
前記ガイドパイプと前記導入管との間隙を充填するか、包み込む耐火性充填物を備えた請求項４に記載のマグネシウム添加装置。
【請求項７】
少なくとも前記処理容器と前記蓋が接する面に弾力性のある耐火材の内張りを有する前記蓋を備えた請求項１に記載のマグネシウム添加装置。
【請求項８】
前記台に前記処理容器を所定の位置に設置出来るガイドを有する請求項１に記載のマグネシウム添加装置。
【請求項９】
前記台にフォークリフトのフォークが装入される開口部とホイスト用のワイヤフックの少なくとも一方を備え、装置全体に可搬性を具備させた請求項１に記載のマグネシウム添加装置。
【請求項１０】
前記蓋が前記処理容器にセットされたときに前記処理容器と前記蓋が接する面より少なくとも１００ｍｍ以上下を覆うように前記蓋周囲に耐火性シートを備えた請求項１に記載のマグネシウム添加装置。

【図１】