球状黒鉛鋳鉄の製造方法
【課題】大掛かりな装置を必要とせず、鋳鉄溶湯の脱酸及び組成管理を簡易に行うことができて、黒鉛を効率良く球状化させることができる球状黒鉛鋳鉄の製造方法を提供する。
【解決手段】鋳鉄溶湯をカルシウムに接触させることにより、該溶湯中の酸素とカルシウムとの反応によって酸化物を生成させて該溶湯を脱酸する脱酸工程と、脱酸された鋳鉄溶湯を黒鉛球状化剤に接触させる黒鉛球状化処理工程とを順に実施することで、球状黒鉛鋳鉄を製造する。
【解決手段】鋳鉄溶湯をカルシウムに接触させることにより、該溶湯中の酸素とカルシウムとの反応によって酸化物を生成させて該溶湯を脱酸する脱酸工程と、脱酸された鋳鉄溶湯を黒鉛球状化剤に接触させる黒鉛球状化処理工程とを順に実施することで、球状黒鉛鋳鉄を製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳鉄溶湯中の酸素を脱酸する球状黒鉛鋳鉄の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の球状黒鉛鋳鉄の製造方法として、特許文献１に記載されたものが知られている。この球状黒鉛鋳鉄の製造方法は、真空タンク内で鋳鉄溶湯を減圧処理して脱酸すると共に脱酸剤を添加し、鋳鉄溶湯中の酸素を３ｍａｓｓｐｐｍ未満にした後、黒鉛球状化剤を添加することで、球状黒鉛鋳鉄を製造している。また、脱酸剤としては、ＣａＣ２、ＣａＦ２、ＣａＳｉから選択した一種又は二種以上が用いられている。
【特許文献１】特開２００６−４５６２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載された球状黒鉛鋳鉄の製造方法では、鋳鉄溶湯を真空タンク内で減圧処理して脱酸する必要があることから、装置が大掛かりなものとなってしまう。また、脱酸剤として、ＣａＣ２、ＣａＦ２、ＣａＳｉから選択した一種又は二種以上を用いた場合には、鋳鉄溶湯の組成を管理することが困難になる。
【０００４】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、大掛かりな装置を必要とせず、鋳鉄溶湯の脱酸および組成管理を簡易に行うことができて、黒鉛を効率良く球状化させることのできる球状黒鉛鋳鉄の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明における球状黒鉛鋳鉄の製造方法は、鋳鉄溶湯をカルシウムに接触させることにより、該溶湯中の酸素とカルシウムとの反応によって酸化物を生成させて該溶湯を脱酸する脱酸工程と、前記脱酸された鋳鉄溶湯を黒鉛球状化剤に接触させる黒鉛球状化処理工程とを順に実施することをその要旨としている。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、脱酸工程において、鋳鉄溶湯をカルシウムに接触させることによって脱酸が行われることから、従来技術のように鋳鉄溶湯を真空タンク内で減圧処理して脱酸する必要がないため、装置は大掛かりなものとはならない。また、脱酸でカルシウムを用いるだけなので、鋳鉄溶湯の組成管理が容易なものとなる。更に、脱酸工程において、黒鉛の球状化を阻害するおそれのある酸素がカルシウムと反応して除去されるため、黒鉛球状化処理工程において、脱酸された鋳鉄溶湯を黒鉛球状化剤に接触させることで、鋳鉄溶湯中の黒鉛は効率良く球状化される。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の球状黒鉛鋳鉄の製造方法において、前記カルシウム及び前記黒鉛球状化剤は、容器内に配置されると共に、前記カルシウムは、前記黒鉛球状化剤よりも高い位置に配置されており、前記鋳鉄溶湯は、前記容器の上方から当該容器内の前記カルシウムに向かって供給されることをその要旨としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、容器内において、カルシウムが黒鉛球状化剤よりも高い位置に配置されていることから、鋳鉄溶湯を容器の上方から容器内のカルシウムに向かって供給すると、鋳鉄溶湯は黒鉛球状化剤よりも先にカルシウムに対して確実に接触する。これにより、脱酸が良好な状態で行われることとなるため、請求項１に記載の発明の作用効果が確実に奏される。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の球状黒鉛鋳鉄の製造方法において、前記カルシウム及び前記黒鉛球状化剤は、容器内に配置されると共に、前記カルシウムと前記黒鉛球状化剤とは、仕切壁によって仕切られており、前記鋳鉄溶湯は、前記容器の上方から当該容器内の前記カルシウムに向かって供給されることをその要旨としている。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、容器内において、カルシウムと黒鉛球状化剤とは仕切壁によって仕切られていることから、カルシウム及び黒鉛球状化剤の両者が混ざらない。また、容器内において、カルシウムと黒鉛球状化剤とは仕切壁によって仕切られていることから、鋳鉄溶湯を容器の上方からカルシウムに向かって供給すると、鋳鉄溶湯は黒鉛球状化剤よりも先にカルシウムに対してより確実に接触する。これにより、脱酸が良好な状態で行われることとなるため、請求項１に記載の発明の作用効果が確実に奏される。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の球状黒鉛鋳鉄の製造方法において、前記黒鉛球状化剤は、カバー材によって覆われていることをその要旨としている。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、黒鉛球状化剤がカバー材によって覆われていることから、鋳鉄溶湯は黒鉛球状化剤よりも先にカルシウムに対してより確実に接触する。また、黒鉛球状化剤がカバー材によって覆われていることから、鋳鉄溶湯を黒鉛球状化剤に接触させるタイミングを遅らせることが可能となり、フェイディングが抑制されることとなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、大掛かりな装置を必要とせず、鋳鉄溶湯の脱酸および組成管理を簡易に行うことができて、黒鉛を効率良く球状化させることができる。請求項２に記載の発明によれば、鋳鉄溶湯を黒鉛球状化剤よりも先にカルシウムに対して確実に接触させることができる。請求項３に記載の発明によれば、カルシウムと黒鉛球状化剤とを確実に仕切って両者が混ざらないようにすることができると共に、鋳鉄溶湯を黒鉛球状化剤よりも先にカルシウムに対して確実に接触させることができる。請求項４に記載の発明によれば、鋳鉄溶湯を黒鉛球状化剤よりも先にカルシウムに対してより確実に接触させるができると共に、フェイディングを抑制することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明を具体化した実施の形態について詳述する。この形態では、上述した課題を解決するための手段に記載した技術的事項を補足し、あるいは更に詳細に説明することとした。
【００１５】
本発明に供される鋳鉄溶湯（片状黒鉛鋳鉄溶湯）は、特に組成が限定されるものではない。この鋳鉄溶湯（片状黒鉛鋳鉄溶湯）としては、質量比で、Ｃ（炭素）：３．２〜４．０％、Ｓｉ（ケイ素）：１．０〜３．０％、Ｍｎ（マンガン）：０．２〜０．６％、Ｐ（リン）：０．１％以下、Ｓ（硫黄）：０．０２％以下、残部がＦｅ（鉄）及び不可避的不純物からなるものが好ましい。また、鋳鉄溶湯（片状黒鉛鋳鉄）は、Ｃｒ（クロム）を含有していても良いし、含有していなくても良い。Ｃ（炭素）を３．２〜４．０％に設定したのは、３．２％未満の場合、鋳造性が悪化してしまうおそれがあり、４．０％を超える場合、カーボンドロス等の組織不良が発生してしまうおそれがあるからである。Ｓｉ（ケイ素）を１．０〜３．０％に設定したのは、１．０％未満の場合、鋳造性が悪化したり、基地組織にセメンタイトが晶出したりするおそれがあり、３．０％を超える場合、基地組織がシリコフェライト化して脆くなってしまうおそれがあるからである。Ｍｎ（マンガン）を０．２〜０．６％に設定したのは、０．２％未満の場合、基地組織に安定したフェライトが得られないおそれがあり、０．６％を超える場合、基地組織のパーライト化が促進されたり、基地組織にセメンタイトが晶出したりするおそれがあるからである。Ｐ（リン）を０．１％以下に設定したのは、０．１％を超える場合、基地組織中にステダイトが析出し、じん性を悪化させるおそれがあるからである。Ｓ（硫黄）を０．０２％以下に設定したのは、０．０２％を超える場合、黒鉛球状化不良となってしまうおそれがあるからである。鋳鉄溶湯（片状黒鉛鋳鉄溶湯）の溶湯温度としては、１４００〜１６００℃を例示できる。
【００１６】
なお、黒鉛球状化処理工程が実施された後の球状黒鉛鋳鉄溶湯としては、特に組成が限定されるものではないが、質量比で、Ｃ（炭素）：３．２〜４．０％、Ｓｉ（ケイ素）：２．０〜３．０％、Ｍｎ（マンガン）：０．２〜０．６％、Ｐ（リン）：０．１％以下、Ｓ（硫黄）：０．０２％以下、Ｍｇ（マグネシウム）：０．０３〜０．０８％、残部がＦｅ（鉄）及び不可避的不純物からなるものが好ましい。また、球状黒鉛鋳鉄溶湯としては、Ｃｒ（クロム）を含有していても良いし、含有していなくても良い。Ｃ（炭素）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｍｎ（マンガン）、Ｐ（リン）、Ｓ（硫黄）及びＣｒ（クロム）の含有量を所定範囲に設定した理由は、上記と同じ理由である。また、Ｍｇ（マグネシウム）を０．０３〜０．０８％に設定したのは、０．０３％未満の場合、黒鉛球状化不良となってしまうおそれがあり、０．０８％を超える場合、基地組織にセメンタイトが晶出すると共に、引け不良を誘発するおそれがあるからである。鋳込温度（注湯温度）としては、１３００〜１５５０℃を例示できる。黒鉛球状化処理工程が実施された後の球状黒鉛鋳鉄溶湯を鋳型（砂型又は金型）に注湯して鋳造することで、球状黒鉛鋳鉄が製造されることとなる。
【００１７】
黒鉛球状化剤としては、Ｍｇ系を採用することができる。Ｍｇ系としては、純Ｍｇ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金などを例示することができる。Ｍｇ系の金属成分（合金成分）の種類を少なくすることで、鋳鉄溶湯の組成管理をより簡易に行うことが可能となる。このため、Ｍｇ系としては、純Ｍｇを用いることが好ましい。黒鉛球状化剤は、粉末状でも良いし、塊状等でも良い。また、黒鉛球状化剤は、カバー材によって覆われていることが好ましい。
【００１８】
カルシウムとしては、粉末状のものを用いても良いし、板状のものを用いても良いし、塊状等のものを用いても良い。
【００１９】
カバー材としては、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ合金等を採用することができる。カバー材は、粉末状でも良いし、板状でも良いし、塊状等でも良い。また、カバー材は、黒鉛球状化剤を覆っていることが好ましい。
【００２０】
球状黒鉛鋳鉄の製造方法としては、鋳鉄溶湯をカルシウムに接触させることにより、該溶湯中の酸素とカルシウムとの反応によって酸化物を生成させて該溶湯を脱酸する脱酸工程と、前記脱酸された鋳鉄溶湯を黒鉛球状化剤に接触させる黒鉛球状化処理工程とを順に実施する必要がある。ここで、黒鉛球状化処理工程の前において、鋳鉄溶湯中の硫黄を脱硫する脱硫工程を実施することが好ましい。脱硫工程を実施することで、黒鉛の球状化に悪影響を与えるおそれのある硫黄を除去することが可能となる。また、脱硫工程を実施する場合には、脱酸工程と同時に実施しても良い。更に、黒鉛球状化処理工程を実施するにあたり、置き注ぎ法（サンドイッチ法）を採用することが好ましい。
【００２１】
球状黒鉛鋳鉄の製造方法において、カルシウム及び黒鉛球状化剤は、容器内に配置されると共に、カルシウムは、黒鉛球状化剤よりも高い位置に配置されており、鋳鉄溶湯は、容器の上方から容器内のカルシウムに向かって供給されることが好ましい。容器としては、取鍋などを例示できる。ここで、この球状黒鉛鋳鉄の製造方法における実施形態として、図１を用いて説明する。図１に示すように、容器としての取鍋１１は、有底略円筒状に形成されており、その底には、段差部１２が形成されている。また、取鍋１１の底には、段差部１２を介して第１底部１３と、第２底部１４とが形成されており、第２底部１４よりも第１底部１３が高い位置となるように形成されている。取鍋１１内の第１底部１３上には、カルシウム１５が配置されており、取鍋１１内の第２底部１４上には、下から順に黒鉛球状化剤１６としてのＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金が配置されると共に、カバー材１７としてのＦｅ−Ｓｉ合金又はＦｅ合金が配置されている。
【００２２】
本実施形態では、まず、鋳鉄溶湯（片状黒鉛鋳鉄溶湯）として、溶湯温度１５００℃で、質量比で、Ｃ（炭素）：３．２〜４．０％、Ｓｉ（ケイ素）：１．０〜３．０％、Ｍｎ（マンガン）：０．２〜０．６％、Ｐ（リン）：０．１％以下、Ｓ（硫黄）：０．０２％以下、残部が鉄及び不可避的不純物からなるものを用意する。そして、図１の矢印で示すように当該鋳鉄溶湯を第１底部１３上に配置されたカルシウム１５に向かって供給し、鋳鉄溶湯をカルシウム１５に接触させることにより、該溶湯中の酸素とカルシウムとの反応によって酸化物（酸化カルシウム）を生成させて該溶湯を脱酸する脱酸工程を実施する。この脱酸工程により、鋳鉄溶湯中の酸素は脱酸されて、黒鉛の球状化を阻害するおそれのある酸素がカルシウムと反応して除去されることとなる。脱酸された鋳鉄溶湯は、第１底部１３から第２底部１４（カバー材１７）の方へ向かって流動し、その後、脱酸された鋳鉄溶湯がカバー材１７を溶融してから当該鋳鉄溶湯を黒鉛球状化剤に接触させる黒鉛球状化処理工程を実施する。この黒鉛球状化処理工程により、球状黒鉛鋳鉄溶湯が得られる。最後に、黒鉛球状化処理工程が実施された球状黒鉛鋳鉄溶湯を注湯温度１４００℃で、砂型に注湯して鋳造することにより、球状黒鉛鋳鉄が製造される。
【００２３】
また、球状黒鉛鋳鉄の製造方法において、カルシウム及び黒鉛球状化剤は、容器内に配置されると共に、カルシウムと黒鉛球状化剤とは、仕切壁によって仕切られており、鋳鉄溶湯は、容器の上方から容器内のカルシウムに向かって供給されることが好ましい。容器としては、取鍋などを例示できる。また、仕切壁は、容器と一体形成されていても良いし、容器と別体に形成されていても良い。ここで、この球状黒鉛鋳鉄の製造方法における別の実施形態として、図２を用いて説明する。図２に示すように、容器としての取鍋２１は、有底略円筒状に形成されており、その底には、仕切壁２２が形成されている。また、取鍋２１の底には、仕切壁２２を介して第１室２３と、第２室２４とが区画形成されており、第１室２３と第２室２４とが仕切壁２２によって仕切られている。取鍋２１内の第１室２３には、カルシウム２５が配置されており、取鍋２１内の第２室２４には、下から順に黒鉛球状化剤２６としてのＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金が配置されると共に、カバー材２７としてのＦｅ−Ｓｉ合金又はＦｅ合金が配置されている。
【００２４】
本実施形態では、まず、鋳鉄溶湯（片状黒鉛鋳鉄溶湯）として、溶湯温度１５００℃で、質量比で、Ｃ（炭素）：３．２〜４．０％、Ｓｉ（ケイ素）：１．０〜３．０％、Ｍｎ（マンガン）：０．２〜０．６％、Ｐ（リン）：０．１％以下、Ｓ（硫黄）：０．０２％以下、残部が鉄及び不可避的不純物からなるものを用意する。そして、図２の矢印で示すように当該鋳鉄溶湯を第１室２３に配置されたカルシウム２５に向かって供給し、鋳鉄溶湯をカルシウム２５に接触させることにより、該溶湯中の酸素とカルシウムとの反応によって酸化物（酸化カルシウム）を生成させて該溶湯を脱酸する脱酸工程を実施する。この脱酸工程により、鋳鉄溶湯中の酸素は脱酸されて、黒鉛の球状化を阻害するおそれのある酸素がカルシウムと反応して除去されることとなる。脱酸された鋳鉄溶湯は、第１室２３から仕切壁２２を越えて第２室２４（カバー材２７）の方へ向かって流動し、その後、脱酸された鋳鉄溶湯がカバー材２７を溶融してから当該鋳鉄溶湯を黒鉛球状化剤に接触させる黒鉛球状化処理工程を実施する。この黒鉛球状化処理工程により、球状黒鉛鋳鉄溶湯が得られる。最後に、黒鉛球状化処理工程が実施された球状黒鉛鋳鉄溶湯を１４００℃で、砂型に注湯して鋳造することにより、球状黒鉛鋳鉄が製造される。
【００２５】
以下に、本発明を更に具体化した実施例１〜３、及び、比較例について説明する。
【実施例１】
【００２６】
実施例１では、図２に示した態様の球状黒鉛鋳鉄の製造方法を採用することで、球状黒鉛鋳鉄を製造した。なお、実施例１に係る球状黒鉛鋳鉄において、カルシウム添加量（質量％）及び成分組成は、表１に示す値となるように調製されている。
【００２７】
脱酸工程と黒鉛球状化処理工程とを順に実施した後において、取鍋内の溶湯の酸素量を測定したところ、７ｐｐｍであった。また、脱酸工程と黒鉛球状化処理工程とを順に実施した後において、０分後、１分後、３分後、５分後の溶湯中のマグネシウム量をそれぞれ測定したところ、０．０４０質量％（０分後）、０．０３８質量％（１分後）、０．０３５質量％（３分後）、０．０３３質量％（５分後）であった。
【００２８】
【表１】
【実施例２】
【００２９】
実施例２でも、図２に示した態様の球状黒鉛鋳鉄の製造方法を採用することで、球状黒鉛鋳鉄を製造した。なお、実施例２に係る球状黒鉛鋳鉄において、カルシウム添加量（質量％）及び成分組成は、表１に示す値となるように調製されている。
【００３０】
脱酸工程と黒鉛球状化処理工程とを順に実施した後において、取鍋内の溶湯の酸素量を測定したところ、６ｐｐｍであった。また、脱酸工程と黒鉛球状化処理工程とを順に実施した後において、０分後、１分後、３分後、５分後の溶湯中のマグネシウム量をそれぞれ測定したところ、０．０４３質量％（０分後）、０．０４０質量％（１分後）、０．０３８質量％（３分後）、０．０３３質量％（５分後）であった。
【実施例３】
【００３１】
実施例３でも、図２に示した態様の球状黒鉛鋳鉄の製造方法を採用することで、球状黒鉛鋳鉄を製造した。なお、実施例３に係る球状黒鉛鋳鉄において、カルシウム添加量（質量％）及び成分組成は、表１に示す値となるように調製されている。
【００３２】
脱酸工程と黒鉛球状化処理工程とを順に実施した後において、取鍋内の溶湯の酸素量を測定したところ、５ｐｐｍであった。また、脱酸工程と黒鉛球状化処理工程とを順に実施した後において、０分後、１分後、３分後、５分後の溶湯中のマグネシウム量をそれぞれ測定したところ、０．０４１質量％（０分後）、０．０４０質量％（１分後）、０．０３９質量％（３分後）、０．０３０質量％（５分後）であった。
（比較例）
【００３３】
比較例でも、実施例１〜実施例３と同様に、図２に示した態様の球状黒鉛鋳鉄の製造方法を採用することで、球状黒鉛鋳鉄を製造した。なお、比較例に係る球状黒鉛鋳鉄において、カルシウム添加量（質量％）及び成分組成は、表１に示す値となるように調製されている。
【００３４】
脱酸工程と黒鉛球状化処理工程とを順に実施した後において、取鍋内の溶湯の酸素量を測定したところ、１０ｐｐｍであった。また、脱酸工程と黒鉛球状化処理工程とを順に実施した後において、０分後、１分後、３分後、５分後の溶湯中のマグネシウム量をそれぞれ測定したところ、０．０４２質量％（０分後）、０．０４１質量％（１分後）、０．０３７質量％（３分後）、０．０３０質量％（５分後）であった。
（実施例１〜３と比較例との比較）
【００３５】
実施例１〜３と比較例との比較（取鍋内の溶湯の酸素量）から、カルシウムに溶湯を接触させる脱酸工程を実施することにより、脱酸が良好な状態で行われていることを確認できた。また、脱酸工程と黒鉛球状化処理工程とを順に実施した後において、１分後、３分後、５分後の溶湯中のマグネシウム量から、カバー材で黒鉛球状化剤を覆うことにより、フェイディングを抑制できることも確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態における球状黒鉛鋳鉄の製造方法に係り、脱酸工程及び球状化処理工程を実施する様子を説明するための断面図である。
【図２】本発明の別の実施形態における球状黒鉛鋳鉄の製造方法に係り、脱酸工程及び球状化処理工程を実施する様子を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１，２１ 取鍋（容器）
１５，２５ カルシウム
１６，２６ 黒鉛球状化剤
１７，２７ カバー材
２２ 仕切壁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳鉄溶湯中の酸素を脱酸する球状黒鉛鋳鉄の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の球状黒鉛鋳鉄の製造方法として、特許文献１に記載されたものが知られている。この球状黒鉛鋳鉄の製造方法は、真空タンク内で鋳鉄溶湯を減圧処理して脱酸すると共に脱酸剤を添加し、鋳鉄溶湯中の酸素を３ｍａｓｓｐｐｍ未満にした後、黒鉛球状化剤を添加することで、球状黒鉛鋳鉄を製造している。また、脱酸剤としては、ＣａＣ２、ＣａＦ２、ＣａＳｉから選択した一種又は二種以上が用いられている。
【特許文献１】特開２００６−４５６２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載された球状黒鉛鋳鉄の製造方法では、鋳鉄溶湯を真空タンク内で減圧処理して脱酸する必要があることから、装置が大掛かりなものとなってしまう。また、脱酸剤として、ＣａＣ２、ＣａＦ２、ＣａＳｉから選択した一種又は二種以上を用いた場合には、鋳鉄溶湯の組成を管理することが困難になる。
【０００４】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、大掛かりな装置を必要とせず、鋳鉄溶湯の脱酸および組成管理を簡易に行うことができて、黒鉛を効率良く球状化させることのできる球状黒鉛鋳鉄の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明における球状黒鉛鋳鉄の製造方法は、鋳鉄溶湯をカルシウムに接触させることにより、該溶湯中の酸素とカルシウムとの反応によって酸化物を生成させて該溶湯を脱酸する脱酸工程と、前記脱酸された鋳鉄溶湯を黒鉛球状化剤に接触させる黒鉛球状化処理工程とを順に実施することをその要旨としている。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、脱酸工程において、鋳鉄溶湯をカルシウムに接触させることによって脱酸が行われることから、従来技術のように鋳鉄溶湯を真空タンク内で減圧処理して脱酸する必要がないため、装置は大掛かりなものとはならない。また、脱酸でカルシウムを用いるだけなので、鋳鉄溶湯の組成管理が容易なものとなる。更に、脱酸工程において、黒鉛の球状化を阻害するおそれのある酸素がカルシウムと反応して除去されるため、黒鉛球状化処理工程において、脱酸された鋳鉄溶湯を黒鉛球状化剤に接触させることで、鋳鉄溶湯中の黒鉛は効率良く球状化される。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の球状黒鉛鋳鉄の製造方法において、前記カルシウム及び前記黒鉛球状化剤は、容器内に配置されると共に、前記カルシウムは、前記黒鉛球状化剤よりも高い位置に配置されており、前記鋳鉄溶湯は、前記容器の上方から当該容器内の前記カルシウムに向かって供給されることをその要旨としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、容器内において、カルシウムが黒鉛球状化剤よりも高い位置に配置されていることから、鋳鉄溶湯を容器の上方から容器内のカルシウムに向かって供給すると、鋳鉄溶湯は黒鉛球状化剤よりも先にカルシウムに対して確実に接触する。これにより、脱酸が良好な状態で行われることとなるため、請求項１に記載の発明の作用効果が確実に奏される。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の球状黒鉛鋳鉄の製造方法において、前記カルシウム及び前記黒鉛球状化剤は、容器内に配置されると共に、前記カルシウムと前記黒鉛球状化剤とは、仕切壁によって仕切られており、前記鋳鉄溶湯は、前記容器の上方から当該容器内の前記カルシウムに向かって供給されることをその要旨としている。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、容器内において、カルシウムと黒鉛球状化剤とは仕切壁によって仕切られていることから、カルシウム及び黒鉛球状化剤の両者が混ざらない。また、容器内において、カルシウムと黒鉛球状化剤とは仕切壁によって仕切られていることから、鋳鉄溶湯を容器の上方からカルシウムに向かって供給すると、鋳鉄溶湯は黒鉛球状化剤よりも先にカルシウムに対してより確実に接触する。これにより、脱酸が良好な状態で行われることとなるため、請求項１に記載の発明の作用効果が確実に奏される。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の球状黒鉛鋳鉄の製造方法において、前記黒鉛球状化剤は、カバー材によって覆われていることをその要旨としている。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、黒鉛球状化剤がカバー材によって覆われていることから、鋳鉄溶湯は黒鉛球状化剤よりも先にカルシウムに対してより確実に接触する。また、黒鉛球状化剤がカバー材によって覆われていることから、鋳鉄溶湯を黒鉛球状化剤に接触させるタイミングを遅らせることが可能となり、フェイディングが抑制されることとなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、大掛かりな装置を必要とせず、鋳鉄溶湯の脱酸および組成管理を簡易に行うことができて、黒鉛を効率良く球状化させることができる。請求項２に記載の発明によれば、鋳鉄溶湯を黒鉛球状化剤よりも先にカルシウムに対して確実に接触させることができる。請求項３に記載の発明によれば、カルシウムと黒鉛球状化剤とを確実に仕切って両者が混ざらないようにすることができると共に、鋳鉄溶湯を黒鉛球状化剤よりも先にカルシウムに対して確実に接触させることができる。請求項４に記載の発明によれば、鋳鉄溶湯を黒鉛球状化剤よりも先にカルシウムに対してより確実に接触させるができると共に、フェイディングを抑制することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明を具体化した実施の形態について詳述する。この形態では、上述した課題を解決するための手段に記載した技術的事項を補足し、あるいは更に詳細に説明することとした。
【００１５】
本発明に供される鋳鉄溶湯（片状黒鉛鋳鉄溶湯）は、特に組成が限定されるものではない。この鋳鉄溶湯（片状黒鉛鋳鉄溶湯）としては、質量比で、Ｃ（炭素）：３．２〜４．０％、Ｓｉ（ケイ素）：１．０〜３．０％、Ｍｎ（マンガン）：０．２〜０．６％、Ｐ（リン）：０．１％以下、Ｓ（硫黄）：０．０２％以下、残部がＦｅ（鉄）及び不可避的不純物からなるものが好ましい。また、鋳鉄溶湯（片状黒鉛鋳鉄）は、Ｃｒ（クロム）を含有していても良いし、含有していなくても良い。Ｃ（炭素）を３．２〜４．０％に設定したのは、３．２％未満の場合、鋳造性が悪化してしまうおそれがあり、４．０％を超える場合、カーボンドロス等の組織不良が発生してしまうおそれがあるからである。Ｓｉ（ケイ素）を１．０〜３．０％に設定したのは、１．０％未満の場合、鋳造性が悪化したり、基地組織にセメンタイトが晶出したりするおそれがあり、３．０％を超える場合、基地組織がシリコフェライト化して脆くなってしまうおそれがあるからである。Ｍｎ（マンガン）を０．２〜０．６％に設定したのは、０．２％未満の場合、基地組織に安定したフェライトが得られないおそれがあり、０．６％を超える場合、基地組織のパーライト化が促進されたり、基地組織にセメンタイトが晶出したりするおそれがあるからである。Ｐ（リン）を０．１％以下に設定したのは、０．１％を超える場合、基地組織中にステダイトが析出し、じん性を悪化させるおそれがあるからである。Ｓ（硫黄）を０．０２％以下に設定したのは、０．０２％を超える場合、黒鉛球状化不良となってしまうおそれがあるからである。鋳鉄溶湯（片状黒鉛鋳鉄溶湯）の溶湯温度としては、１４００〜１６００℃を例示できる。
【００１６】
なお、黒鉛球状化処理工程が実施された後の球状黒鉛鋳鉄溶湯としては、特に組成が限定されるものではないが、質量比で、Ｃ（炭素）：３．２〜４．０％、Ｓｉ（ケイ素）：２．０〜３．０％、Ｍｎ（マンガン）：０．２〜０．６％、Ｐ（リン）：０．１％以下、Ｓ（硫黄）：０．０２％以下、Ｍｇ（マグネシウム）：０．０３〜０．０８％、残部がＦｅ（鉄）及び不可避的不純物からなるものが好ましい。また、球状黒鉛鋳鉄溶湯としては、Ｃｒ（クロム）を含有していても良いし、含有していなくても良い。Ｃ（炭素）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｍｎ（マンガン）、Ｐ（リン）、Ｓ（硫黄）及びＣｒ（クロム）の含有量を所定範囲に設定した理由は、上記と同じ理由である。また、Ｍｇ（マグネシウム）を０．０３〜０．０８％に設定したのは、０．０３％未満の場合、黒鉛球状化不良となってしまうおそれがあり、０．０８％を超える場合、基地組織にセメンタイトが晶出すると共に、引け不良を誘発するおそれがあるからである。鋳込温度（注湯温度）としては、１３００〜１５５０℃を例示できる。黒鉛球状化処理工程が実施された後の球状黒鉛鋳鉄溶湯を鋳型（砂型又は金型）に注湯して鋳造することで、球状黒鉛鋳鉄が製造されることとなる。
【００１７】
黒鉛球状化剤としては、Ｍｇ系を採用することができる。Ｍｇ系としては、純Ｍｇ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金などを例示することができる。Ｍｇ系の金属成分（合金成分）の種類を少なくすることで、鋳鉄溶湯の組成管理をより簡易に行うことが可能となる。このため、Ｍｇ系としては、純Ｍｇを用いることが好ましい。黒鉛球状化剤は、粉末状でも良いし、塊状等でも良い。また、黒鉛球状化剤は、カバー材によって覆われていることが好ましい。
【００１８】
カルシウムとしては、粉末状のものを用いても良いし、板状のものを用いても良いし、塊状等のものを用いても良い。
【００１９】
カバー材としては、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ合金等を採用することができる。カバー材は、粉末状でも良いし、板状でも良いし、塊状等でも良い。また、カバー材は、黒鉛球状化剤を覆っていることが好ましい。
【００２０】
球状黒鉛鋳鉄の製造方法としては、鋳鉄溶湯をカルシウムに接触させることにより、該溶湯中の酸素とカルシウムとの反応によって酸化物を生成させて該溶湯を脱酸する脱酸工程と、前記脱酸された鋳鉄溶湯を黒鉛球状化剤に接触させる黒鉛球状化処理工程とを順に実施する必要がある。ここで、黒鉛球状化処理工程の前において、鋳鉄溶湯中の硫黄を脱硫する脱硫工程を実施することが好ましい。脱硫工程を実施することで、黒鉛の球状化に悪影響を与えるおそれのある硫黄を除去することが可能となる。また、脱硫工程を実施する場合には、脱酸工程と同時に実施しても良い。更に、黒鉛球状化処理工程を実施するにあたり、置き注ぎ法（サンドイッチ法）を採用することが好ましい。
【００２１】
球状黒鉛鋳鉄の製造方法において、カルシウム及び黒鉛球状化剤は、容器内に配置されると共に、カルシウムは、黒鉛球状化剤よりも高い位置に配置されており、鋳鉄溶湯は、容器の上方から容器内のカルシウムに向かって供給されることが好ましい。容器としては、取鍋などを例示できる。ここで、この球状黒鉛鋳鉄の製造方法における実施形態として、図１を用いて説明する。図１に示すように、容器としての取鍋１１は、有底略円筒状に形成されており、その底には、段差部１２が形成されている。また、取鍋１１の底には、段差部１２を介して第１底部１３と、第２底部１４とが形成されており、第２底部１４よりも第１底部１３が高い位置となるように形成されている。取鍋１１内の第１底部１３上には、カルシウム１５が配置されており、取鍋１１内の第２底部１４上には、下から順に黒鉛球状化剤１６としてのＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金が配置されると共に、カバー材１７としてのＦｅ−Ｓｉ合金又はＦｅ合金が配置されている。
【００２２】
本実施形態では、まず、鋳鉄溶湯（片状黒鉛鋳鉄溶湯）として、溶湯温度１５００℃で、質量比で、Ｃ（炭素）：３．２〜４．０％、Ｓｉ（ケイ素）：１．０〜３．０％、Ｍｎ（マンガン）：０．２〜０．６％、Ｐ（リン）：０．１％以下、Ｓ（硫黄）：０．０２％以下、残部が鉄及び不可避的不純物からなるものを用意する。そして、図１の矢印で示すように当該鋳鉄溶湯を第１底部１３上に配置されたカルシウム１５に向かって供給し、鋳鉄溶湯をカルシウム１５に接触させることにより、該溶湯中の酸素とカルシウムとの反応によって酸化物（酸化カルシウム）を生成させて該溶湯を脱酸する脱酸工程を実施する。この脱酸工程により、鋳鉄溶湯中の酸素は脱酸されて、黒鉛の球状化を阻害するおそれのある酸素がカルシウムと反応して除去されることとなる。脱酸された鋳鉄溶湯は、第１底部１３から第２底部１４（カバー材１７）の方へ向かって流動し、その後、脱酸された鋳鉄溶湯がカバー材１７を溶融してから当該鋳鉄溶湯を黒鉛球状化剤に接触させる黒鉛球状化処理工程を実施する。この黒鉛球状化処理工程により、球状黒鉛鋳鉄溶湯が得られる。最後に、黒鉛球状化処理工程が実施された球状黒鉛鋳鉄溶湯を注湯温度１４００℃で、砂型に注湯して鋳造することにより、球状黒鉛鋳鉄が製造される。
【００２３】
また、球状黒鉛鋳鉄の製造方法において、カルシウム及び黒鉛球状化剤は、容器内に配置されると共に、カルシウムと黒鉛球状化剤とは、仕切壁によって仕切られており、鋳鉄溶湯は、容器の上方から容器内のカルシウムに向かって供給されることが好ましい。容器としては、取鍋などを例示できる。また、仕切壁は、容器と一体形成されていても良いし、容器と別体に形成されていても良い。ここで、この球状黒鉛鋳鉄の製造方法における別の実施形態として、図２を用いて説明する。図２に示すように、容器としての取鍋２１は、有底略円筒状に形成されており、その底には、仕切壁２２が形成されている。また、取鍋２１の底には、仕切壁２２を介して第１室２３と、第２室２４とが区画形成されており、第１室２３と第２室２４とが仕切壁２２によって仕切られている。取鍋２１内の第１室２３には、カルシウム２５が配置されており、取鍋２１内の第２室２４には、下から順に黒鉛球状化剤２６としてのＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金が配置されると共に、カバー材２７としてのＦｅ−Ｓｉ合金又はＦｅ合金が配置されている。
【００２４】
本実施形態では、まず、鋳鉄溶湯（片状黒鉛鋳鉄溶湯）として、溶湯温度１５００℃で、質量比で、Ｃ（炭素）：３．２〜４．０％、Ｓｉ（ケイ素）：１．０〜３．０％、Ｍｎ（マンガン）：０．２〜０．６％、Ｐ（リン）：０．１％以下、Ｓ（硫黄）：０．０２％以下、残部が鉄及び不可避的不純物からなるものを用意する。そして、図２の矢印で示すように当該鋳鉄溶湯を第１室２３に配置されたカルシウム２５に向かって供給し、鋳鉄溶湯をカルシウム２５に接触させることにより、該溶湯中の酸素とカルシウムとの反応によって酸化物（酸化カルシウム）を生成させて該溶湯を脱酸する脱酸工程を実施する。この脱酸工程により、鋳鉄溶湯中の酸素は脱酸されて、黒鉛の球状化を阻害するおそれのある酸素がカルシウムと反応して除去されることとなる。脱酸された鋳鉄溶湯は、第１室２３から仕切壁２２を越えて第２室２４（カバー材２７）の方へ向かって流動し、その後、脱酸された鋳鉄溶湯がカバー材２７を溶融してから当該鋳鉄溶湯を黒鉛球状化剤に接触させる黒鉛球状化処理工程を実施する。この黒鉛球状化処理工程により、球状黒鉛鋳鉄溶湯が得られる。最後に、黒鉛球状化処理工程が実施された球状黒鉛鋳鉄溶湯を１４００℃で、砂型に注湯して鋳造することにより、球状黒鉛鋳鉄が製造される。
【００２５】
以下に、本発明を更に具体化した実施例１〜３、及び、比較例について説明する。
【実施例１】
【００２６】
実施例１では、図２に示した態様の球状黒鉛鋳鉄の製造方法を採用することで、球状黒鉛鋳鉄を製造した。なお、実施例１に係る球状黒鉛鋳鉄において、カルシウム添加量（質量％）及び成分組成は、表１に示す値となるように調製されている。
【００２７】
脱酸工程と黒鉛球状化処理工程とを順に実施した後において、取鍋内の溶湯の酸素量を測定したところ、７ｐｐｍであった。また、脱酸工程と黒鉛球状化処理工程とを順に実施した後において、０分後、１分後、３分後、５分後の溶湯中のマグネシウム量をそれぞれ測定したところ、０．０４０質量％（０分後）、０．０３８質量％（１分後）、０．０３５質量％（３分後）、０．０３３質量％（５分後）であった。
【００２８】
【表１】
【実施例２】
【００２９】
実施例２でも、図２に示した態様の球状黒鉛鋳鉄の製造方法を採用することで、球状黒鉛鋳鉄を製造した。なお、実施例２に係る球状黒鉛鋳鉄において、カルシウム添加量（質量％）及び成分組成は、表１に示す値となるように調製されている。
【００３０】
脱酸工程と黒鉛球状化処理工程とを順に実施した後において、取鍋内の溶湯の酸素量を測定したところ、６ｐｐｍであった。また、脱酸工程と黒鉛球状化処理工程とを順に実施した後において、０分後、１分後、３分後、５分後の溶湯中のマグネシウム量をそれぞれ測定したところ、０．０４３質量％（０分後）、０．０４０質量％（１分後）、０．０３８質量％（３分後）、０．０３３質量％（５分後）であった。
【実施例３】
【００３１】
実施例３でも、図２に示した態様の球状黒鉛鋳鉄の製造方法を採用することで、球状黒鉛鋳鉄を製造した。なお、実施例３に係る球状黒鉛鋳鉄において、カルシウム添加量（質量％）及び成分組成は、表１に示す値となるように調製されている。
【００３２】
脱酸工程と黒鉛球状化処理工程とを順に実施した後において、取鍋内の溶湯の酸素量を測定したところ、５ｐｐｍであった。また、脱酸工程と黒鉛球状化処理工程とを順に実施した後において、０分後、１分後、３分後、５分後の溶湯中のマグネシウム量をそれぞれ測定したところ、０．０４１質量％（０分後）、０．０４０質量％（１分後）、０．０３９質量％（３分後）、０．０３０質量％（５分後）であった。
（比較例）
【００３３】
比較例でも、実施例１〜実施例３と同様に、図２に示した態様の球状黒鉛鋳鉄の製造方法を採用することで、球状黒鉛鋳鉄を製造した。なお、比較例に係る球状黒鉛鋳鉄において、カルシウム添加量（質量％）及び成分組成は、表１に示す値となるように調製されている。
【００３４】
脱酸工程と黒鉛球状化処理工程とを順に実施した後において、取鍋内の溶湯の酸素量を測定したところ、１０ｐｐｍであった。また、脱酸工程と黒鉛球状化処理工程とを順に実施した後において、０分後、１分後、３分後、５分後の溶湯中のマグネシウム量をそれぞれ測定したところ、０．０４２質量％（０分後）、０．０４１質量％（１分後）、０．０３７質量％（３分後）、０．０３０質量％（５分後）であった。
（実施例１〜３と比較例との比較）
【００３５】
実施例１〜３と比較例との比較（取鍋内の溶湯の酸素量）から、カルシウムに溶湯を接触させる脱酸工程を実施することにより、脱酸が良好な状態で行われていることを確認できた。また、脱酸工程と黒鉛球状化処理工程とを順に実施した後において、１分後、３分後、５分後の溶湯中のマグネシウム量から、カバー材で黒鉛球状化剤を覆うことにより、フェイディングを抑制できることも確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態における球状黒鉛鋳鉄の製造方法に係り、脱酸工程及び球状化処理工程を実施する様子を説明するための断面図である。
【図２】本発明の別の実施形態における球状黒鉛鋳鉄の製造方法に係り、脱酸工程及び球状化処理工程を実施する様子を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１，２１ 取鍋（容器）
１５，２５ カルシウム
１６，２６ 黒鉛球状化剤
１７，２７ カバー材
２２ 仕切壁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳鉄溶湯をカルシウムに接触させることにより、該溶湯中の酸素とカルシウムとの反応によって酸化物を生成させて該溶湯を脱酸する脱酸工程と、
前記脱酸された鋳鉄溶湯を黒鉛球状化剤に接触させる黒鉛球状化処理工程と
を順に実施することを特徴とする球状黒鉛鋳鉄の製造方法。
【請求項２】
前記カルシウム及び前記黒鉛球状化剤は、容器内に配置されると共に、前記カルシウムは、前記黒鉛球状化剤よりも高い位置に配置されており、前記鋳鉄溶湯は、前記容器の上方から当該容器内の前記カルシウムに向かって供給されることを特徴とする請求項１に記載の球状黒鉛鋳鉄の製造方法。
【請求項３】
前記カルシウム及び前記黒鉛球状化剤は、容器内に配置されると共に、前記カルシウムと前記黒鉛球状化剤とは、仕切壁によって仕切られており、前記鋳鉄溶湯は、前記容器の上方から当該容器内の前記カルシウムに向かって供給されることを特徴とする請求項１に記載の球状黒鉛鋳鉄の製造方法。
【請求項４】
前記黒鉛球状化剤は、カバー材によって覆われていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の球状黒鉛鋳鉄の製造方法。
【請求項１】
鋳鉄溶湯をカルシウムに接触させることにより、該溶湯中の酸素とカルシウムとの反応によって酸化物を生成させて該溶湯を脱酸する脱酸工程と、
前記脱酸された鋳鉄溶湯を黒鉛球状化剤に接触させる黒鉛球状化処理工程と
を順に実施することを特徴とする球状黒鉛鋳鉄の製造方法。
【請求項２】
前記カルシウム及び前記黒鉛球状化剤は、容器内に配置されると共に、前記カルシウムは、前記黒鉛球状化剤よりも高い位置に配置されており、前記鋳鉄溶湯は、前記容器の上方から当該容器内の前記カルシウムに向かって供給されることを特徴とする請求項１に記載の球状黒鉛鋳鉄の製造方法。
【請求項３】
前記カルシウム及び前記黒鉛球状化剤は、容器内に配置されると共に、前記カルシウムと前記黒鉛球状化剤とは、仕切壁によって仕切られており、前記鋳鉄溶湯は、前記容器の上方から当該容器内の前記カルシウムに向かって供給されることを特徴とする請求項１に記載の球状黒鉛鋳鉄の製造方法。
【請求項４】
前記黒鉛球状化剤は、カバー材によって覆われていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の球状黒鉛鋳鉄の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−９５７５２（Ｐ２０１０−９５７５２Ａ）
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６６７７８（Ｐ２００８−２６６７７８）
【出願日】平成２０年１０月１５日（２００８．１０．１５）
【出願人】（０００１００８０５）アイシン高丘株式会社 (202)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１５日（２００８．１０．１５）
【出願人】（０００１００８０５）アイシン高丘株式会社 (202)
【Ｆターム（参考）】
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