黒鉛球状化処理方法
【課題】 鉄被覆Ｍｇワイヤーをワイヤーフィーダー法によって溶融鋳鉄に添加し、黒鉛を球状化処理してダクタイル鋳物用溶融鋳鉄を溶製するに当たり、Ｍｇを高い歩留まりで溶融鋳鉄中に添加する。
【解決手段】 鋼板または鋼管からなる被覆材で被覆された鉄被覆Ｍｇワイヤー１４を上方から溶融鋳鉄１７に供給して溶融鋳鉄中の黒鉛を球状化処理するに際し、前記被覆材の溶融鋳鉄中における溶解位置が溶融鋳鉄の浴深さ（Ｌ）の１／２以上の深さの位置になるように、溶融鋳鉄の浴深さ及び被覆材の厚みに応じて鉄被覆Ｍｇワイヤーの溶融鋳鉄中への供給速度を調整する。
【解決手段】 鋼板または鋼管からなる被覆材で被覆された鉄被覆Ｍｇワイヤー１４を上方から溶融鋳鉄１７に供給して溶融鋳鉄中の黒鉛を球状化処理するに際し、前記被覆材の溶融鋳鉄中における溶解位置が溶融鋳鉄の浴深さ（Ｌ）の１／２以上の深さの位置になるように、溶融鋳鉄の浴深さ及び被覆材の厚みに応じて鉄被覆Ｍｇワイヤーの溶融鋳鉄中への供給速度を調整する。
【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、金属ＭｇやＭｇ合金を、鋼板或いは鋼管などで被覆して成形した鉄被覆Ｍｇワイヤーを添加して、溶融鋳鉄中の黒鉛を球状化する黒鉛球状化処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダクタイル鋳鉄管などのダクタイル鋳物は、鋼材と同等の引張強度を有し、その伸び及び靱性などの機械試験値は普通鋳鉄の十数倍に達し、更に、普通鋳鉄と同等の優れた耐食性を有しており、そのため、これらの特性が要求される地中埋設管などの、より厳しい環境下での各種配管材などに広く採用されている。
【０００３】
このダクタイル鋳物は、鉄スクラップを主たる鉄源原料としてキュポラ或いは電気炉などの溶解炉によって溶解された溶融鋳鉄に、黒鉛球状化剤として金属ＭｇやＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金などのＭｇ合金を添加し、Ｃ：３〜４質量％（以下「％」と記す）、Ｓｉ：２〜３％、Ｍｎ：０．２〜０．５％、Ｍｇ：０．０１〜０．０６％を含有するダクタイル鋳物用溶融鋳鉄を溶製し、これを遠心鋳造機などの鋳造設備によって鋳造することで製造されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
Ｍｇは、沸点（１１０３℃）が低く、溶融鋳鉄の温度域では蒸気圧が高いため、溶融鋳鉄には本来溶解しにくい。このような性質の金属ＭｇやＭｇ合金を、高い添加歩留まりで溶融鋳鉄に添加する方法として、置注ぎ法、蓋付取鍋添加法、プランジャ法、圧力添加法、ワイヤーフィーダー法などの種々の添加方法が実施されている（例えば、非特許文献１参照）。これらは何れも、金属ＭｇやＭｇ合金の溶解する雰囲気の圧力を高め、Ｍｇガスとなってロスする分を少なくした添加方法である。
【０００５】
このなかで、ワイヤーフィーダー法では、金属ＭｇやＭｇ合金を芯材とし、この芯材を鋼板或いは鋼管などの被覆材で被覆・成形した鉄被覆Ｍｇワイヤーを、溶融鋳鉄中に供給し、被覆材が溶解した後に芯材と溶融鋳鉄とが接触することによって、金属ＭｇやＭｇ合金が溶融鋳鉄中に添加される。そのために、ワイヤーフィーダー法では、供給した鉄被覆Ｍｇワイヤーの長さを管理することで、金属ＭｇやＭｇ合金の添加量を制御することができ、しかも、供給した鉄被覆Ｍｇワイヤーの長さは、鉄被覆Ｍｇワイヤーを供給するピンチロール或いはメジャーロールなどによって自動的に計測されるため、前述した他の添加法に比べて大幅に作業付加が削減されるというメリットがある。換言すれば、ワイヤーフィーダー法を適用することにより、黒鉛球状化処理作業を極めて簡単に無人化することが可能となる。
【０００６】
しかしながら、従来、ダクタイル鋳物用溶融鋳鉄を溶製する際に、ワイヤーフィーダー法を用いた事例（例えば特許文献２参照）はあるものの、鉄被覆Ｍｇワイヤーを高い添加歩留まりで添加することのできる具体的な添加方法を提案した事例はない。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２４６４１５号公報
【特許文献２】特開２００４−２３８６７４号公報
【非特許文献１】改訂４版鋳物便覧，日本鋳物協会編，昭和６１年１月２０日発行、ｐ．５６０−５６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、金属ＭｇやＭｇ合金を鋼板或いは鋼管などで被覆して成形した鉄被覆Ｍｇワイヤーを、ワイヤーフィーダー法によって溶融鋳鉄に添加し、黒鉛を球状化処理してダクタイル鋳物用溶融鋳鉄を溶製するに当たり、Ｍｇを高い歩留まりで溶融鋳鉄中に添加することのできる黒鉛球状化処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究・検討を行った。その結果、溶融鋳鉄中に供給した鉄被覆Ｍｇワイヤーの被覆材が溶解する時点を、溶融鋳鉄の浴深さの１／２以上の深さ位置とし、鉄被覆Ｍｇワイヤーの芯材と溶融鋳鉄との接触がそれ以降に起こるようにすることで、溶融鋳鉄の静圧が寄与してＭｇガスの発生が抑制され、高い歩留まりでＭｇを添加できるとの知見が得られた。
【００１０】
また、被覆材の溶解時間は、被覆材の厚みから一義的に求めることができ、溶融鋳鉄の浴深さ及び被覆材の厚みに応じて決まる所定の供給速度以上とすることで、常に、被覆材の溶解位置を浴深さの１／２以上の深さ位置にすることができるとの知見が得られた。
【００１１】
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る黒鉛球状化処理方法は、鋼板または鋼管からなる被覆材で被覆された鉄被覆Ｍｇワイヤーを上方から溶融鋳鉄中に供給して溶融鋳鉄中の黒鉛を球状化処理するに際し、前記被覆材の溶融鋳鉄中における溶解位置が溶融鋳鉄の浴深さの１／２以上の深さの位置になるように、溶融鋳鉄の浴深さ及び被覆材の厚みに応じて鉄被覆Ｍｇワイヤーの溶融鋳鉄中への供給速度を調整することを特徴とするものである。
【００１２】
第２の発明に係る黒鉛球状化処理方法は、第１の発明において、溶融鋳鉄の浴深さをＬ、被覆材の厚みをｔとしたときに、前記鉄被覆Ｍｇワイヤーを、下記の（１）式によって算出される供給速度以上の供給速度で供給することを特徴とするものである。但し、（１）式において、Ｖl は供給速度（ｍｍ／秒）、Ｌは浴深さ（ｍｍ）、ｔは被覆材の厚み（ｍｍ）である。
【００１３】
【数１】
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、少なくとも溶融鋳鉄の浴深さの１／２深さの位置までは、鉄被覆Ｍｇワイヤーの被覆材を溶解させずに残留させるので、芯材である金属ＭｇやＭｇ合金は浴深さの１／２より深い位置で溶融鋳鉄と接触し、溶融鋳鉄の静圧が作用するためにＭｇガスの発生が抑制され、高い添加歩留まりでＭｇを溶融鋳鉄に添加することができる。その結果、極めて高価である金属ＭｇやＭｇ合金の使用量が削減され、ダクタイル鋳物用溶融鋳鉄の製造コストを大幅に削減することができ、工業上有益な効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明に係る黒鉛球状化処理方法を実施する際に用いた黒鉛球状化処理設備の側面概略図である。
【００１６】
図１に示すように、黒鉛球状化処理設備１は鋼製の架台２で骨組みが構成され、処理容器である取鍋１５を、架台２で四隅を囲まれた中に搬入・搬出するための搬送手段として、ローラーテーブル３が設置されている。このローラーテーブル３には、ローラーテーブル３に取り付けられたローラー駆動電動機（図示せず）によって回転可能な複数個のローラー４が設置されている。ローラー４の表面には、凹状の溝（図示せず）が設けられており、また、取鍋１５の底面には、一対のレール１６が設置されており、取鍋１５は、レール１６をローラー４の凹状の溝に乗せた状態でローラーテーブル３によって支持され、ローラー４が回転することでローラー４の上を移動するようになっている。
【００１７】
ローラーテーブル３によって黒鉛球状化処理設備１の所定位置まで搬入された取鍋１５の直上には、取鍋１５の上部開口部を覆うための蓋５が配置されている。蓋５はチェーン７と接続し、チェーン７の他方の端部は蓋昇降装置６と接続しており、蓋昇降装置６によって巻き上げ或いは巻き下げられるチェーン７を介して蓋５は昇降し、取鍋１５の上部開口部を覆うようになっている。チェーン７は複数配置されており、それぞれのチェーン７がそれぞれ独立して蓋昇降装置６に接続されている。蓋昇降装置６は、電動機（図示せず）によって駆動される。
【００１８】
また、取鍋１５の上方所定位置の架台２には、取鍋１５に収容された溶融鋳鉄１７の浴面に対して鉛直方向に向いた直線状のガイドパイプ８が取り付けられている。ガイドパイプ８は蓋５を貫通しており、蓋５とガイドパイプ８との間には、蓋５が十分に昇降可能なように、間隙が設けられている。このガイドパイプ８の斜め上方には、対向するロールとの間で鉄被覆Ｍｇワイヤー１４を挟み、電動機（図示せず）によって回転して鉄被覆Ｍｇワイヤー１４を供給する機能を備えた一対のピンチロール９が設置されている。また、複数個（図１では４個）のガイドロール１１が取付冶具１２によって架台２に取り付けられている。この場合、ピンチロール９と複数個のガイドロール１１とは、或る一点（図１ではＰ）を中心とする所定の半径の円周に沿って並んで配置されており、ガイドパイプ８の上端とピンチロール９と複数個のガイドロール１１とによって、円弧状（この場合、実質半円状）のワイヤー供給経路１０が形成されている。ガイドパイプ８の軸心方向は、この円弧状のワイヤー供給経路１０の接線方向と合致するように配置されている。また、取鍋１５から離れた位置には、コイル状に巻かれた鉄被覆Ｍｇワイヤー１４ａを置くためのワイヤー保持台１３が設けられている。
【００１９】
即ち、ワイヤー保持台１３に置かれたコイル状の鉄被覆Ｍｇワイヤー１４ａは、対向するピンチロール９の間に挟まれて巻き戻され、線状の鉄被覆Ｍｇワイヤー１４となって、円弧状のワイヤー供給経路１０及びガイドパイプ８を経由して、取鍋１５に収容された溶融鋳鉄１７に供給されるようになっている。この黒鉛球状化処理設備１では、２本の鉄被覆Ｍｇワイヤー１４を同時に供給することが可能であり、従って、ガイドパイプ８、一対のピンチロール９、円弧状のワイヤー供給経路１０、及びワイヤー保持台１３がそれぞれ独立して一基ずつ配置されているが、図１では、片方のみを図示している。鉄被覆Ｍｇワイヤー１４の供給量は、ピンチロール９によって自動的に計測され、その計測結果が制御盤（図示せず）に出力されるようになっている。
【００２０】
鉄被覆Ｍｇワイヤー１４は、図２にその概略断面図を示すように、金属Ｍｇ、或いはＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ−R.E （稀土類元素）合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ−R.E −Ｃａ合金、Ｎｉ−Ｍｇ合金などのＭｇ合金を芯材１８とし、この芯材１８を、薄鋼鈑或いは薄鋼管を被覆材１９として被覆・成形したクラッド線材である。コイル状の鉄被覆Ｍｇワイヤー１４ａは、ドラムなどに巻く必要はなく、図１に示すように、ワイヤー保持台１３の上に置くだけで構わない。
【００２１】
このような構成の黒鉛球状化処理設備１を用いたダクタイル鋳物用溶融鋳鉄の黒鉛球状化処理方法を以下に説明する。
【００２２】
鉄スクラップや銑鉄などの鉄源とコークスなどの炭材とを原料として、キュポラ或いは電気炉などの溶解炉で溶解し、更に必要に応じて脱硫処理を施して溶融鋳鉄１７を溶製し、溶製した溶融鋳鉄１７を取鍋１５に注湯する。そして、溶融鋳鉄１７を収容した取鍋１５をクレーン、搬送台車などの適宜の搬送手段によって黒鉛球状化処理設備１に搬送し、取鍋１５をローラーテーブル３の上に載せる。図１に示す形態例では、搬送台車を用いて取鍋１５を黒鉛球状化処理設備１に搬送した例であるが、図１ではローラーテーブル３に対面する搬送台車を省略している。
【００２３】
ローラーテーブル３を作動させ、取鍋１５がローラーテーブル３の上を所定位置まで搬入されたなら、取鍋１５をストッパー（図示せず）によってローラーテーブル３の上で固定し、蓋昇降装置６を駆動して蓋５を下降させ、蓋５によって取鍋１５の上部開口部を覆う。次いで、ピンチロール９を所定の回転速度で駆動させ、鉄被覆Ｍｇワイヤー１４を取鍋１５に供給する。鉄被覆Ｍｇワイヤー１４の供給量は、ピンチロール９の回転数から自動的に計測される。
【００２４】
この場合、鉄被覆Ｍｇワイヤー１４の被覆材１９が、少なくとも溶融鋳鉄１７の浴深さ（Ｌ）の１／２深さの位置に達するまでは溶解しないようにするために、溶融鋳鉄１７の浴深さ（Ｌ）と被覆材１９の厚みとに応じて、鉄被覆Ｍｇワイヤー１４の供給速度、つまりピンチロール９の回転速度を調整する。具体的には次のようにして実施することができる。
【００２５】
図３は、本発明者等が、被覆材１９の厚みを変更して、被覆材１９の溶解時間、つまり室温の被覆材１９が１４４５℃の溶融鋳鉄１７に浸漬してから溶解するまでに必要とする時間を、伝熱計算によって求めた結果である。図３に示すように、被覆材１９の厚みが厚くなるほど溶解時間は長くなり、溶解時間は下記の（２）式によって近似できることが分かった。尚、（２）式において、Ｔは溶解時間（秒）、ｔは被覆材１９の厚み（ｍｍ）である。
【００２６】
【数２】
【００２７】
本発明者等は、室温の鉄被覆Ｍｇワイヤー１４を瞬時に溶融鋳鉄１７に浸漬させ、鉄被覆Ｍｇワイヤー１４の芯材であるＭｇが蒸発して溶融鋳鉄１７の表面で発光するまでの時間を高速度カメラで測定した結果と、（２）式により算出される溶解時間とは良く一致することを確認している。また、溶融鋳鉄１７の温度が１４４５℃から±５０℃程度乖離したとしても、被覆材１９の溶解時間は（２）式で表されることを確認している。
【００２８】
従って、使用する鉄被覆Ｍｇワイヤー１４の被覆材１９の厚みと、使用する取鍋１５における溶融鋳鉄１７の浴深さ（Ｌ）とに応じて、被覆材１９の溶解位置が浴深さの１／２以上の深さ位置になるように、鉄被覆Ｍｇワイヤー１４の供給速度を設定すればよい。具体的には、被覆材１９の厚みによって定まる溶解時間Ｔが経過するまでに鉄被覆Ｍｇワイヤー１４を、浴深さ（Ｌ）の１／２以上の深さ位置まで供給することのできる供給速度で供給すればよい、換言すれば、供給速度と溶解時間Ｔとの積が浴深さ（Ｌ）の１／２以上となるようにすればよい。即ち、前述した（１）式によって算出される供給速度Ｖl よりも速い供給速度で供給すればよい。例えば、被覆材１９の厚みが０．４ｍｍで、浴深さ（Ｌ）が５９０ｍｍのときには、供給速度を３２５ｍｍ／秒（＝１９．５ｍ／分）以上とすればよいことが分かる。
【００２９】
尚、鉄被覆Ｍｇワイヤー１４の供給速度を過剰に速くすると、鉄被覆Ｍｇワイヤー１４の被覆材１９が溶解しないまま取鍋１５などの処理容器の底面に衝突することになり、処理容器の底部の耐火物を損傷する恐れもあるので、処理容器の底面に到達するまでには被覆材１９が溶解するように、供給速度の上限を定めることが好ましい。つまり、下記の（３）式から算出される供給速度Ｖu を上限とし、この供給速度以下の供給速度で供給することが好ましい。但し、（３）式において、Ｖuは供給速度（ｍｍ／秒）、Ｌは浴深さ（ｍｍ）、ｔは被覆材の厚み（ｍｍ）である。
【００３０】
【数３】
【００３１】
このようにして鉄被覆Ｍｇワイヤー１４を溶融鋳鉄１７に供給する。取鍋１５に収容された溶融鋳鉄１７は、添加されるＭｇによって黒鉛球状化処理が施され、溶融鋳鉄１７は、例えば、Ｃ：３〜４％、Ｓｉ：２〜３％、Ｍｎ：０．２〜０．５％、Ｍｇ：０．０１〜０．０６％を含有するダクタイル鋳物用溶融鋳鉄に溶製される。
【００３２】
所定量の鉄被覆Ｍｇワイヤー１４が取鍋１５の内部に供給され、Ｍｇによる黒鉛球状化処理が終了したならば、ピンチロール９を停止し、次いで、蓋昇降装置６を駆動させて蓋５を所定位置まで上昇させる。また、蓋５と取鍋１５とが分離されたならば、ローラーテーブル３のローラー４を駆動させ、取鍋１５を黒鉛球状化処理設備１から搬出する。その後、ダクタイル鋳物用溶融鋳鉄を収容した取鍋１５を次工程の除滓設備や遠心鋳造機などの鋳造設備に、クレーンや搬送台車などの適宜の搬送手段を用いて搬送する。
【００３３】
このようにして溶融鋳鉄１７に黒鉛球状化処理を施すことにより、少なくとも溶融鋳鉄１７の浴深さ（Ｌ）の１／２深さの位置までは、鉄被覆Ｍｇワイヤー１４の被覆材１９は溶解せずに残留するので、芯材１８である金属ＭｇやＭｇ合金は浴深さの１／２より深い位置で溶融鋳鉄１７と接触し、溶融鋳鉄１７の静圧が作用するためにＭｇガスの発生が抑制され、高い添加歩留まりでＭｇを溶融鋳鉄１７に添加することができる。
【実施例１】
【００３４】
図１に示す黒鉛球状化処理設備を用い、深さが１０００ｍｍの取鍋に収容された溶融鋳鉄に鉄被覆Ｍｇワイヤーを添加して黒鉛球状化処理を実施する際に、鉄被覆Ｍｇワイヤーの供給速度を変化させて、供給速度とＭｇの歩留まりとの関係について調査した。取鍋内の溶融鋳鉄の浴深さは５９０ｍｍであった。また、使用した鉄被覆Ｍｇワイヤーは、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ−R.E −Ｃａ合金を芯材とし、厚み０．４ｍｍの鋼板を被覆材とする、外径１３ｍｍの鉄被覆Ｍｇワイヤーである。溶融鋳鉄中への鉄被覆Ｍｇワイヤーの供給速度を１０〜３４ｍ／分の範囲に変更して所定量の鉄被覆Ｍｇワイヤーを添加した。
【００３５】
Ｍｇの歩留まりは、黒鉛球状化処理後のダクタイル鋳物用溶融鋳鉄を遠心鋳造機で鋳造して得た鋳鉄管のＭｇ濃度と、添加したＭｇの質量とから算出した。図４に、鉄被覆Ｍｇワイヤーの供給速度とＭｇ歩留まりとの関係を示す。Ｍｇ添加時の溶融鋳鉄の温度が異なるとＭｇ歩留まりに差が生じ、鉄被覆Ｍｇワイヤーの供給速度とＭｇ歩留まりとの関係が不明瞭になることから、図４に示す結果は、鉄被覆Ｍｇワイヤー添加時の溶融鋳鉄温度が１４４０〜１４４９℃の操業の結果のみを表示している。
【００３６】
図４に示すように、鉄被覆Ｍｇワイヤーの供給速度が速くなるほどＭｇの歩留まりが上昇し、供給速度が２０ｍ／分以上の場合には、４５％程度の高い歩留まりが安定して得られることが分かった。
【００３７】
この操業条件、つまり浴深さが５９０ｍｍで、被覆材の厚みが０．４ｍｍである条件を、前述した（１）式に代入して供給速度Ｖl を求めると、供給速度Ｖl として１９．５ｍ／分の供給速度が得られる。即ち、１９．５ｍ／分以上の供給速度であれば、被覆材の溶解位置が浴深さの１／２位置よりも深い位置となることが分かる。
【００３８】
伝熱計算による（１）式の結果と図４に示すＭｇ歩留まりの結果とを対比した結果、鉄被覆Ｍｇワイヤーの被覆材の溶解位置を溶融鋳鉄の浴深さの１／２以上の深さ位置とすることにより、Ｍｇの歩留まりを安定して高位に維持させることが可能となることが、確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明を実施する際に用いた黒鉛球状化処理設備の側面概略図である。
【図２】本発明で使用する鉄被覆Ｍｇワイヤーの概略断面図である。
【図３】被覆材の溶解時間を伝熱計算によって求めた結果を示す図である。
【図４】実施例１における鉄被覆Ｍｇワイヤーの供給速度とＭｇ歩留まりとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１ 黒鉛球状化処理設備
２ 架台
３ ローラーテーブル
４ ローラー
５ 蓋
６ 蓋昇降装置
７ チェーン
８ ガイドパイプ
９ ピンチロール
１０ ワイヤー供給経路
１１ ガイドロール
１２ 取付冶具
１３ ワイヤー保持台
１４ 鉄被覆Ｍｇワイヤー
１５ 取鍋
１６ レール
１７ 溶融鋳鉄
１８ 芯材
１９ 被覆材
【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、金属ＭｇやＭｇ合金を、鋼板或いは鋼管などで被覆して成形した鉄被覆Ｍｇワイヤーを添加して、溶融鋳鉄中の黒鉛を球状化する黒鉛球状化処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダクタイル鋳鉄管などのダクタイル鋳物は、鋼材と同等の引張強度を有し、その伸び及び靱性などの機械試験値は普通鋳鉄の十数倍に達し、更に、普通鋳鉄と同等の優れた耐食性を有しており、そのため、これらの特性が要求される地中埋設管などの、より厳しい環境下での各種配管材などに広く採用されている。
【０００３】
このダクタイル鋳物は、鉄スクラップを主たる鉄源原料としてキュポラ或いは電気炉などの溶解炉によって溶解された溶融鋳鉄に、黒鉛球状化剤として金属ＭｇやＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金などのＭｇ合金を添加し、Ｃ：３〜４質量％（以下「％」と記す）、Ｓｉ：２〜３％、Ｍｎ：０．２〜０．５％、Ｍｇ：０．０１〜０．０６％を含有するダクタイル鋳物用溶融鋳鉄を溶製し、これを遠心鋳造機などの鋳造設備によって鋳造することで製造されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
Ｍｇは、沸点（１１０３℃）が低く、溶融鋳鉄の温度域では蒸気圧が高いため、溶融鋳鉄には本来溶解しにくい。このような性質の金属ＭｇやＭｇ合金を、高い添加歩留まりで溶融鋳鉄に添加する方法として、置注ぎ法、蓋付取鍋添加法、プランジャ法、圧力添加法、ワイヤーフィーダー法などの種々の添加方法が実施されている（例えば、非特許文献１参照）。これらは何れも、金属ＭｇやＭｇ合金の溶解する雰囲気の圧力を高め、Ｍｇガスとなってロスする分を少なくした添加方法である。
【０００５】
このなかで、ワイヤーフィーダー法では、金属ＭｇやＭｇ合金を芯材とし、この芯材を鋼板或いは鋼管などの被覆材で被覆・成形した鉄被覆Ｍｇワイヤーを、溶融鋳鉄中に供給し、被覆材が溶解した後に芯材と溶融鋳鉄とが接触することによって、金属ＭｇやＭｇ合金が溶融鋳鉄中に添加される。そのために、ワイヤーフィーダー法では、供給した鉄被覆Ｍｇワイヤーの長さを管理することで、金属ＭｇやＭｇ合金の添加量を制御することができ、しかも、供給した鉄被覆Ｍｇワイヤーの長さは、鉄被覆Ｍｇワイヤーを供給するピンチロール或いはメジャーロールなどによって自動的に計測されるため、前述した他の添加法に比べて大幅に作業付加が削減されるというメリットがある。換言すれば、ワイヤーフィーダー法を適用することにより、黒鉛球状化処理作業を極めて簡単に無人化することが可能となる。
【０００６】
しかしながら、従来、ダクタイル鋳物用溶融鋳鉄を溶製する際に、ワイヤーフィーダー法を用いた事例（例えば特許文献２参照）はあるものの、鉄被覆Ｍｇワイヤーを高い添加歩留まりで添加することのできる具体的な添加方法を提案した事例はない。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２４６４１５号公報
【特許文献２】特開２００４−２３８６７４号公報
【非特許文献１】改訂４版鋳物便覧，日本鋳物協会編，昭和６１年１月２０日発行、ｐ．５６０−５６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、金属ＭｇやＭｇ合金を鋼板或いは鋼管などで被覆して成形した鉄被覆Ｍｇワイヤーを、ワイヤーフィーダー法によって溶融鋳鉄に添加し、黒鉛を球状化処理してダクタイル鋳物用溶融鋳鉄を溶製するに当たり、Ｍｇを高い歩留まりで溶融鋳鉄中に添加することのできる黒鉛球状化処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究・検討を行った。その結果、溶融鋳鉄中に供給した鉄被覆Ｍｇワイヤーの被覆材が溶解する時点を、溶融鋳鉄の浴深さの１／２以上の深さ位置とし、鉄被覆Ｍｇワイヤーの芯材と溶融鋳鉄との接触がそれ以降に起こるようにすることで、溶融鋳鉄の静圧が寄与してＭｇガスの発生が抑制され、高い歩留まりでＭｇを添加できるとの知見が得られた。
【００１０】
また、被覆材の溶解時間は、被覆材の厚みから一義的に求めることができ、溶融鋳鉄の浴深さ及び被覆材の厚みに応じて決まる所定の供給速度以上とすることで、常に、被覆材の溶解位置を浴深さの１／２以上の深さ位置にすることができるとの知見が得られた。
【００１１】
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る黒鉛球状化処理方法は、鋼板または鋼管からなる被覆材で被覆された鉄被覆Ｍｇワイヤーを上方から溶融鋳鉄中に供給して溶融鋳鉄中の黒鉛を球状化処理するに際し、前記被覆材の溶融鋳鉄中における溶解位置が溶融鋳鉄の浴深さの１／２以上の深さの位置になるように、溶融鋳鉄の浴深さ及び被覆材の厚みに応じて鉄被覆Ｍｇワイヤーの溶融鋳鉄中への供給速度を調整することを特徴とするものである。
【００１２】
第２の発明に係る黒鉛球状化処理方法は、第１の発明において、溶融鋳鉄の浴深さをＬ、被覆材の厚みをｔとしたときに、前記鉄被覆Ｍｇワイヤーを、下記の（１）式によって算出される供給速度以上の供給速度で供給することを特徴とするものである。但し、（１）式において、Ｖl は供給速度（ｍｍ／秒）、Ｌは浴深さ（ｍｍ）、ｔは被覆材の厚み（ｍｍ）である。
【００１３】
【数１】
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、少なくとも溶融鋳鉄の浴深さの１／２深さの位置までは、鉄被覆Ｍｇワイヤーの被覆材を溶解させずに残留させるので、芯材である金属ＭｇやＭｇ合金は浴深さの１／２より深い位置で溶融鋳鉄と接触し、溶融鋳鉄の静圧が作用するためにＭｇガスの発生が抑制され、高い添加歩留まりでＭｇを溶融鋳鉄に添加することができる。その結果、極めて高価である金属ＭｇやＭｇ合金の使用量が削減され、ダクタイル鋳物用溶融鋳鉄の製造コストを大幅に削減することができ、工業上有益な効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明に係る黒鉛球状化処理方法を実施する際に用いた黒鉛球状化処理設備の側面概略図である。
【００１６】
図１に示すように、黒鉛球状化処理設備１は鋼製の架台２で骨組みが構成され、処理容器である取鍋１５を、架台２で四隅を囲まれた中に搬入・搬出するための搬送手段として、ローラーテーブル３が設置されている。このローラーテーブル３には、ローラーテーブル３に取り付けられたローラー駆動電動機（図示せず）によって回転可能な複数個のローラー４が設置されている。ローラー４の表面には、凹状の溝（図示せず）が設けられており、また、取鍋１５の底面には、一対のレール１６が設置されており、取鍋１５は、レール１６をローラー４の凹状の溝に乗せた状態でローラーテーブル３によって支持され、ローラー４が回転することでローラー４の上を移動するようになっている。
【００１７】
ローラーテーブル３によって黒鉛球状化処理設備１の所定位置まで搬入された取鍋１５の直上には、取鍋１５の上部開口部を覆うための蓋５が配置されている。蓋５はチェーン７と接続し、チェーン７の他方の端部は蓋昇降装置６と接続しており、蓋昇降装置６によって巻き上げ或いは巻き下げられるチェーン７を介して蓋５は昇降し、取鍋１５の上部開口部を覆うようになっている。チェーン７は複数配置されており、それぞれのチェーン７がそれぞれ独立して蓋昇降装置６に接続されている。蓋昇降装置６は、電動機（図示せず）によって駆動される。
【００１８】
また、取鍋１５の上方所定位置の架台２には、取鍋１５に収容された溶融鋳鉄１７の浴面に対して鉛直方向に向いた直線状のガイドパイプ８が取り付けられている。ガイドパイプ８は蓋５を貫通しており、蓋５とガイドパイプ８との間には、蓋５が十分に昇降可能なように、間隙が設けられている。このガイドパイプ８の斜め上方には、対向するロールとの間で鉄被覆Ｍｇワイヤー１４を挟み、電動機（図示せず）によって回転して鉄被覆Ｍｇワイヤー１４を供給する機能を備えた一対のピンチロール９が設置されている。また、複数個（図１では４個）のガイドロール１１が取付冶具１２によって架台２に取り付けられている。この場合、ピンチロール９と複数個のガイドロール１１とは、或る一点（図１ではＰ）を中心とする所定の半径の円周に沿って並んで配置されており、ガイドパイプ８の上端とピンチロール９と複数個のガイドロール１１とによって、円弧状（この場合、実質半円状）のワイヤー供給経路１０が形成されている。ガイドパイプ８の軸心方向は、この円弧状のワイヤー供給経路１０の接線方向と合致するように配置されている。また、取鍋１５から離れた位置には、コイル状に巻かれた鉄被覆Ｍｇワイヤー１４ａを置くためのワイヤー保持台１３が設けられている。
【００１９】
即ち、ワイヤー保持台１３に置かれたコイル状の鉄被覆Ｍｇワイヤー１４ａは、対向するピンチロール９の間に挟まれて巻き戻され、線状の鉄被覆Ｍｇワイヤー１４となって、円弧状のワイヤー供給経路１０及びガイドパイプ８を経由して、取鍋１５に収容された溶融鋳鉄１７に供給されるようになっている。この黒鉛球状化処理設備１では、２本の鉄被覆Ｍｇワイヤー１４を同時に供給することが可能であり、従って、ガイドパイプ８、一対のピンチロール９、円弧状のワイヤー供給経路１０、及びワイヤー保持台１３がそれぞれ独立して一基ずつ配置されているが、図１では、片方のみを図示している。鉄被覆Ｍｇワイヤー１４の供給量は、ピンチロール９によって自動的に計測され、その計測結果が制御盤（図示せず）に出力されるようになっている。
【００２０】
鉄被覆Ｍｇワイヤー１４は、図２にその概略断面図を示すように、金属Ｍｇ、或いはＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ−R.E （稀土類元素）合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ−R.E −Ｃａ合金、Ｎｉ−Ｍｇ合金などのＭｇ合金を芯材１８とし、この芯材１８を、薄鋼鈑或いは薄鋼管を被覆材１９として被覆・成形したクラッド線材である。コイル状の鉄被覆Ｍｇワイヤー１４ａは、ドラムなどに巻く必要はなく、図１に示すように、ワイヤー保持台１３の上に置くだけで構わない。
【００２１】
このような構成の黒鉛球状化処理設備１を用いたダクタイル鋳物用溶融鋳鉄の黒鉛球状化処理方法を以下に説明する。
【００２２】
鉄スクラップや銑鉄などの鉄源とコークスなどの炭材とを原料として、キュポラ或いは電気炉などの溶解炉で溶解し、更に必要に応じて脱硫処理を施して溶融鋳鉄１７を溶製し、溶製した溶融鋳鉄１７を取鍋１５に注湯する。そして、溶融鋳鉄１７を収容した取鍋１５をクレーン、搬送台車などの適宜の搬送手段によって黒鉛球状化処理設備１に搬送し、取鍋１５をローラーテーブル３の上に載せる。図１に示す形態例では、搬送台車を用いて取鍋１５を黒鉛球状化処理設備１に搬送した例であるが、図１ではローラーテーブル３に対面する搬送台車を省略している。
【００２３】
ローラーテーブル３を作動させ、取鍋１５がローラーテーブル３の上を所定位置まで搬入されたなら、取鍋１５をストッパー（図示せず）によってローラーテーブル３の上で固定し、蓋昇降装置６を駆動して蓋５を下降させ、蓋５によって取鍋１５の上部開口部を覆う。次いで、ピンチロール９を所定の回転速度で駆動させ、鉄被覆Ｍｇワイヤー１４を取鍋１５に供給する。鉄被覆Ｍｇワイヤー１４の供給量は、ピンチロール９の回転数から自動的に計測される。
【００２４】
この場合、鉄被覆Ｍｇワイヤー１４の被覆材１９が、少なくとも溶融鋳鉄１７の浴深さ（Ｌ）の１／２深さの位置に達するまでは溶解しないようにするために、溶融鋳鉄１７の浴深さ（Ｌ）と被覆材１９の厚みとに応じて、鉄被覆Ｍｇワイヤー１４の供給速度、つまりピンチロール９の回転速度を調整する。具体的には次のようにして実施することができる。
【００２５】
図３は、本発明者等が、被覆材１９の厚みを変更して、被覆材１９の溶解時間、つまり室温の被覆材１９が１４４５℃の溶融鋳鉄１７に浸漬してから溶解するまでに必要とする時間を、伝熱計算によって求めた結果である。図３に示すように、被覆材１９の厚みが厚くなるほど溶解時間は長くなり、溶解時間は下記の（２）式によって近似できることが分かった。尚、（２）式において、Ｔは溶解時間（秒）、ｔは被覆材１９の厚み（ｍｍ）である。
【００２６】
【数２】
【００２７】
本発明者等は、室温の鉄被覆Ｍｇワイヤー１４を瞬時に溶融鋳鉄１７に浸漬させ、鉄被覆Ｍｇワイヤー１４の芯材であるＭｇが蒸発して溶融鋳鉄１７の表面で発光するまでの時間を高速度カメラで測定した結果と、（２）式により算出される溶解時間とは良く一致することを確認している。また、溶融鋳鉄１７の温度が１４４５℃から±５０℃程度乖離したとしても、被覆材１９の溶解時間は（２）式で表されることを確認している。
【００２８】
従って、使用する鉄被覆Ｍｇワイヤー１４の被覆材１９の厚みと、使用する取鍋１５における溶融鋳鉄１７の浴深さ（Ｌ）とに応じて、被覆材１９の溶解位置が浴深さの１／２以上の深さ位置になるように、鉄被覆Ｍｇワイヤー１４の供給速度を設定すればよい。具体的には、被覆材１９の厚みによって定まる溶解時間Ｔが経過するまでに鉄被覆Ｍｇワイヤー１４を、浴深さ（Ｌ）の１／２以上の深さ位置まで供給することのできる供給速度で供給すればよい、換言すれば、供給速度と溶解時間Ｔとの積が浴深さ（Ｌ）の１／２以上となるようにすればよい。即ち、前述した（１）式によって算出される供給速度Ｖl よりも速い供給速度で供給すればよい。例えば、被覆材１９の厚みが０．４ｍｍで、浴深さ（Ｌ）が５９０ｍｍのときには、供給速度を３２５ｍｍ／秒（＝１９．５ｍ／分）以上とすればよいことが分かる。
【００２９】
尚、鉄被覆Ｍｇワイヤー１４の供給速度を過剰に速くすると、鉄被覆Ｍｇワイヤー１４の被覆材１９が溶解しないまま取鍋１５などの処理容器の底面に衝突することになり、処理容器の底部の耐火物を損傷する恐れもあるので、処理容器の底面に到達するまでには被覆材１９が溶解するように、供給速度の上限を定めることが好ましい。つまり、下記の（３）式から算出される供給速度Ｖu を上限とし、この供給速度以下の供給速度で供給することが好ましい。但し、（３）式において、Ｖuは供給速度（ｍｍ／秒）、Ｌは浴深さ（ｍｍ）、ｔは被覆材の厚み（ｍｍ）である。
【００３０】
【数３】
【００３１】
このようにして鉄被覆Ｍｇワイヤー１４を溶融鋳鉄１７に供給する。取鍋１５に収容された溶融鋳鉄１７は、添加されるＭｇによって黒鉛球状化処理が施され、溶融鋳鉄１７は、例えば、Ｃ：３〜４％、Ｓｉ：２〜３％、Ｍｎ：０．２〜０．５％、Ｍｇ：０．０１〜０．０６％を含有するダクタイル鋳物用溶融鋳鉄に溶製される。
【００３２】
所定量の鉄被覆Ｍｇワイヤー１４が取鍋１５の内部に供給され、Ｍｇによる黒鉛球状化処理が終了したならば、ピンチロール９を停止し、次いで、蓋昇降装置６を駆動させて蓋５を所定位置まで上昇させる。また、蓋５と取鍋１５とが分離されたならば、ローラーテーブル３のローラー４を駆動させ、取鍋１５を黒鉛球状化処理設備１から搬出する。その後、ダクタイル鋳物用溶融鋳鉄を収容した取鍋１５を次工程の除滓設備や遠心鋳造機などの鋳造設備に、クレーンや搬送台車などの適宜の搬送手段を用いて搬送する。
【００３３】
このようにして溶融鋳鉄１７に黒鉛球状化処理を施すことにより、少なくとも溶融鋳鉄１７の浴深さ（Ｌ）の１／２深さの位置までは、鉄被覆Ｍｇワイヤー１４の被覆材１９は溶解せずに残留するので、芯材１８である金属ＭｇやＭｇ合金は浴深さの１／２より深い位置で溶融鋳鉄１７と接触し、溶融鋳鉄１７の静圧が作用するためにＭｇガスの発生が抑制され、高い添加歩留まりでＭｇを溶融鋳鉄１７に添加することができる。
【実施例１】
【００３４】
図１に示す黒鉛球状化処理設備を用い、深さが１０００ｍｍの取鍋に収容された溶融鋳鉄に鉄被覆Ｍｇワイヤーを添加して黒鉛球状化処理を実施する際に、鉄被覆Ｍｇワイヤーの供給速度を変化させて、供給速度とＭｇの歩留まりとの関係について調査した。取鍋内の溶融鋳鉄の浴深さは５９０ｍｍであった。また、使用した鉄被覆Ｍｇワイヤーは、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ−R.E −Ｃａ合金を芯材とし、厚み０．４ｍｍの鋼板を被覆材とする、外径１３ｍｍの鉄被覆Ｍｇワイヤーである。溶融鋳鉄中への鉄被覆Ｍｇワイヤーの供給速度を１０〜３４ｍ／分の範囲に変更して所定量の鉄被覆Ｍｇワイヤーを添加した。
【００３５】
Ｍｇの歩留まりは、黒鉛球状化処理後のダクタイル鋳物用溶融鋳鉄を遠心鋳造機で鋳造して得た鋳鉄管のＭｇ濃度と、添加したＭｇの質量とから算出した。図４に、鉄被覆Ｍｇワイヤーの供給速度とＭｇ歩留まりとの関係を示す。Ｍｇ添加時の溶融鋳鉄の温度が異なるとＭｇ歩留まりに差が生じ、鉄被覆Ｍｇワイヤーの供給速度とＭｇ歩留まりとの関係が不明瞭になることから、図４に示す結果は、鉄被覆Ｍｇワイヤー添加時の溶融鋳鉄温度が１４４０〜１４４９℃の操業の結果のみを表示している。
【００３６】
図４に示すように、鉄被覆Ｍｇワイヤーの供給速度が速くなるほどＭｇの歩留まりが上昇し、供給速度が２０ｍ／分以上の場合には、４５％程度の高い歩留まりが安定して得られることが分かった。
【００３７】
この操業条件、つまり浴深さが５９０ｍｍで、被覆材の厚みが０．４ｍｍである条件を、前述した（１）式に代入して供給速度Ｖl を求めると、供給速度Ｖl として１９．５ｍ／分の供給速度が得られる。即ち、１９．５ｍ／分以上の供給速度であれば、被覆材の溶解位置が浴深さの１／２位置よりも深い位置となることが分かる。
【００３８】
伝熱計算による（１）式の結果と図４に示すＭｇ歩留まりの結果とを対比した結果、鉄被覆Ｍｇワイヤーの被覆材の溶解位置を溶融鋳鉄の浴深さの１／２以上の深さ位置とすることにより、Ｍｇの歩留まりを安定して高位に維持させることが可能となることが、確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明を実施する際に用いた黒鉛球状化処理設備の側面概略図である。
【図２】本発明で使用する鉄被覆Ｍｇワイヤーの概略断面図である。
【図３】被覆材の溶解時間を伝熱計算によって求めた結果を示す図である。
【図４】実施例１における鉄被覆Ｍｇワイヤーの供給速度とＭｇ歩留まりとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１ 黒鉛球状化処理設備
２ 架台
３ ローラーテーブル
４ ローラー
５ 蓋
６ 蓋昇降装置
７ チェーン
８ ガイドパイプ
９ ピンチロール
１０ ワイヤー供給経路
１１ ガイドロール
１２ 取付冶具
１３ ワイヤー保持台
１４ 鉄被覆Ｍｇワイヤー
１５ 取鍋
１６ レール
１７ 溶融鋳鉄
１８ 芯材
１９ 被覆材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板または鋼管からなる被覆材で被覆された鉄被覆Ｍｇワイヤーを上方から溶融鋳鉄中に供給して溶融鋳鉄中の黒鉛を球状化処理するに際し、前記被覆材の溶融鋳鉄中における溶解位置が溶融鋳鉄の浴深さの１／２以上の深さの位置になるように、溶融鋳鉄の浴深さ及び被覆材の厚みに応じて鉄被覆Ｍｇワイヤーの溶融鋳鉄中への供給速度を調整することを特徴とする黒鉛球状化処理方法。
【請求項２】
溶融鋳鉄の浴深さをＬ、被覆材の厚みをｔとしたときに、前記鉄被覆Ｍｇワイヤーを、下記の（１）式によって算出される供給速度以上の供給速度で供給することを特徴とする、請求項１に記載の黒鉛球状化処理方法。
Vl=(L/2)×[1/(-0.18t2+2.07t+0.11)] …(1)
但し、（１）式において、Ｖl は供給速度（ｍｍ／秒）、Ｌは浴深さ（ｍｍ）、ｔは被覆材の厚み（ｍｍ）である。
【請求項１】
鋼板または鋼管からなる被覆材で被覆された鉄被覆Ｍｇワイヤーを上方から溶融鋳鉄中に供給して溶融鋳鉄中の黒鉛を球状化処理するに際し、前記被覆材の溶融鋳鉄中における溶解位置が溶融鋳鉄の浴深さの１／２以上の深さの位置になるように、溶融鋳鉄の浴深さ及び被覆材の厚みに応じて鉄被覆Ｍｇワイヤーの溶融鋳鉄中への供給速度を調整することを特徴とする黒鉛球状化処理方法。
【請求項２】
溶融鋳鉄の浴深さをＬ、被覆材の厚みをｔとしたときに、前記鉄被覆Ｍｇワイヤーを、下記の（１）式によって算出される供給速度以上の供給速度で供給することを特徴とする、請求項１に記載の黒鉛球状化処理方法。
Vl=(L/2)×[1/(-0.18t2+2.07t+0.11)] …(1)
但し、（１）式において、Ｖl は供給速度（ｍｍ／秒）、Ｌは浴深さ（ｍｍ）、ｔは被覆材の厚み（ｍｍ）である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−３１６３３１（Ｐ２００６−３１６３３１Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１４２２８３（Ｐ２００５−１４２２８３）
【出願日】平成１７年５月１６日（２００５．５．１６）
【出願人】（０００２３１８７７）日本鋳鉄管株式会社 (48)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１６日（２００５．５．１６）
【出願人】（０００２３１８７７）日本鋳鉄管株式会社 (48)
【Ｆターム（参考）】
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