JP3176560B2

JP3176560B2 - 鋳鉄原料から低融点金属を除去する方法

Info

Publication number: JP3176560B2
Application number: JP4467797A
Authority: JP
Inventors: 弘大塚; 浩植村; 定洋上野; 英美服部
Original assignee: 中小企業総合事業団
Priority date: 1997-02-13
Filing date: 1997-02-13
Publication date: 2001-06-18
Anticipated expiration: 2017-02-13
Also published as: JPH10227570A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、るつぼ形誘導炉
による鋳鉄原料の溶解に関し、特に鋳鉄原料から低融点
金属を除去する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記るつぼ形誘導炉で溶解する鋳鉄原料
としては、銑鉄、鋼屑（鋼材の切削屑や切断端材）、鋳
鉄の戻り材（鋳造品の仕上げ工程で生じる鋳鉄屑）、ス
クラップ鋼材（廃棄物から回収される鋼材）などが用い
られるが、材料コストの低減面からは成分調整が可能な
範囲内でスクラップ鋼材を多く用いることが望まれる。
このスクラップ鋼材は近時は自動車や大型家電品などの
解体品からの供給割合が増え、そのためにスクラップ鋼
材中には亜鉛や鉛などの低融点金属をめっきした鋼板が
多く含まれるようになってきている。ところが、これら
の低融点金属の成分量の増加は鋳鉄の品質を低下させる
とともに、特に亜鉛は鉄の溶解温度で気化して誘導炉の
溶解室を形成する耐火材中に浸透し、耐火材と反応して
これを溶損させたり、耐火材の外側の誘導コイルを損傷
したりする。

【０００３】そこで、特開平４−９０４９４号では、る
つぼ形誘導炉に排気装置を接続して炉内を４００〜６５
０トル（ｔｏｒｒ）の負圧に減圧し、亜鉛蒸気を排気す
ることが提案されている。しかし、この場合の排気は耐
火物中への亜鉛の浸透防止をねらいとするものであっ
て、鋳鉄の品質保持の面からどの程度まで減圧するべき
かについては触れられていない。一方、溶湯内にアルゴ
ンや窒素などの不活性ガスを泡状にして吹き込むことに
より、溶湯中に含まれる不純物金属の蒸発を促してこれ
を除去する手法が知られている。しかし、この手法は溶
鋼の鋳込作業に用いる取鍋精錬炉などの分野では多用さ
れているものの鋳造用るつぼ形誘導炉の分野では実績が
少なく、具体的にどの程度の流量でガス吹き込むべきか
については明らかでない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、上記した減
圧排気やガス吹き込みは、低融点金属の除去手段として
有効であり、また排気の場合には減圧度が高いほど、ガ
ス吹き込みの場合はガスの流量が多いほど除去作用が大
きいとは考えられるものの、減圧度を高くすればそれだ
け排気装置の設備費が高くなり、ガス吹き込み量を増や
せばそれだけ運転経費が高くなる一方、作業効率の面か
らは、炉内に投入した溶解材が完全に溶け落ちた後、溶
湯を更に昇温させてから出湯するまでに要する時間と低
融点金属の除去時間との兼ね合いも必要である。つま
り、減圧度やガス吹き込み量は鋳鉄の品質のみならず経
済性や作業合理性も考慮して定める必要があるが、上に
も述べた通り、それらについては十分な解明がなされて
いない。この発明の課題は、減圧排気あるいはガス吹き
込みによる亜鉛及び鉛の除去に関し、実用面から適切な
作業条件を突き止めることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】るつぼ形誘導炉に投入さ
れる鋳鉄原料の種別や重量割合はその都度異なり一概に
はいえないが、例えば鉄骨端材などの上質材２０％、め
っき鋼板を含むスクラップ材３０％、銑鉄３０％、鋳鉄
戻り材２０％程度が一般的であると推測される。本発明
者らはこのおおよその推測値を基本に、原料条件がこれ
よりも悪い、すなわちスクラップ材の割合が多い場合を
想定して、溶解材を後述する実験例に示す割合に設定
し、これを容量５トンのるつぼ形誘導炉を用いて溶解
し、同時に種々の条件で減圧排気及びガス吹き込みを行
いながら、溶湯中の亜鉛及び鉛の含有量の時間変化を分
析する実験を行った。この発明は、上記実験結果から得
られた知見に基づくものである。

【０００６】まず、請求項１記載のこの発明は、溶解室
内の溶湯中に不活性ガスを吹き込んで亜鉛又は鉛を除去
する場合に、単位湯量当たり１０〜１６ノルマルリット
ル／分の不活性ガスを吹き込むものとする（ノルマルリ
ットルは１ａｔｍの圧力下での容積であり、以下単にリ
ットルと記す）。

【０００７】また、請求項２記載のこの発明は、溶解室
を減圧排気して亜鉛又は鉛を除去する場合に、溶解室内
を８７００〜１６７００パスカル（Ｐａ）に減圧するも
のとする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に図１〜図７に基づき、この
発明の根拠となる実験例について説明する。実験例１図１及び図２は請求項１の発明に係る実験例１の結果を
示す線図、図５は実験例１で使用したガス吹き込み手段
を備えた容量５トンのるつぼ形誘導炉を示す縦断面図、
図６は図５のガス吹き込み部分の拡大図である、まず、
図５において、スタンプ耐火材からなるるつぼ１により
溶解室２が形成され、上部に出湯口３が設けられてい
る。るつぼ１の外側にはコイルセメントからなる絶縁材
４を介して誘導コイル５が配置され、その外側には継鉄
６が配置されている。上記各部は炉枠７に収容されて炉
体を構成し、るつぼ１は断熱れんが８及び耐火れんが９
からなる台床を介して炉枠７上に支持され、またるつぼ
１の周囲は上下２箇所で耐火セメント１０により炉枠７
に固定されている。図示炉体は油圧シリンダを備えた図
示しないスタンド上に傾動可能に支持されている。

【０００９】炉体底部には、溶解室２内の溶湯中に不活
性ガスを吹き込むためのポーラスプラグ１１が設けられ
ている。図６にその取付部の拡大図を示す。高アルミナ
質の多孔性耐火材からなるポーラスプラグ１１は円錐状
に形成され、ガスは通過させるが金属溶湯は通過させな
い性質を持っており、ガス配管１２を通して供給された
ガスはポーラスプラグ１１を通過して溶湯中に吹き込ま
れる。なお、図示しないがるつぼ１の上方には排気フー
ドが設けられており、溶湯からの金属蒸気やガスは排気
フードから集じん器を経て排気ファンにより場外に排出
される。

【００１０】図６において、ポーラスプラグ１１はるつ
ぼ底部に埋設された中空円錐体のスリーブ１３内に挿入
され、炉枠７にねじ止めされたフランジ１４により中空
円筒体の押えれんが１５を介してスリーブ１３に押し付
けられて固定されている。図５に示すように、ポーラス
プラグ１１にはガス配管１２により可変流量調整弁１６
を介して不活性ガスとしてのアルゴンガスのボンベ１７
が接続されている。以下に、図５の炉を用いた亜鉛及び
鉛の除去実験について述べる。

【００１１】ガス吹き込みによる亜鉛除去実験におい
て、溶解材は亜鉛めっき鋼板６０％、銑鉄１５％、鋳鉄
戻り材２５％の配合割合とした。この溶解材の割合は通
常投入される鋳鉄原料としては低融点金属の含有量が最
大に近いものと推定される。実験ではこの溶解材を数回
に分けて炉内に投入し、全溶解材が完全に溶け落ち後、
昇温及び保温の段階でガスを吹き込みながら溶湯中の亜
鉛含有量の時間変化をガス吹き込み量を変えながら分析
した。亜鉛の初期含有量は0.06〜0.08（mass％）で、ガ
ス吹き込み量を２０リットル／分，３０リットル／分，
６０リットル／分，８０リットル／分及び１００リット
ル／分に変えたときの亜鉛含有量の時間変化の分析結果
を図１に示す。

【００１２】鋳鉄の許容亜鉛含有量は0.02〜0.03（mass
％）以下といわれているが、図１の結果によれば、この
レベル（図１にハッチングにより範囲を示す）まで減少
させるには、ガス吹き込み量が３０リットル／分以下で
は無理で、６０リットル／分で約２０〜３５分、８０リ
ットル／分では１５〜３０分となる。１００リットル／
分では約１０〜２５分となるが、その実験の際、ガス吹
き込み量が９０リットル／分を越えると溶湯の飛散が激
しくなり、安全上好ましくないことが判明した。これら
のことから、操業上妥当な６０分以内に亜鉛を除去する
には、５０〜８０リットル／分が妥当であると考えられ
る。

【００１３】次に、鉛除去実験は、溶解材として亜鉛め
っき鋼板に変えて鉛めっき鋼板を用いた点を除いては、
実験方法は上述亜鉛の場合と同じである。その結果を図
２に示す。鋳鉄の許容鉛含有量は 0.003（mass％）以下
といわれているが、図２の結果によれば、このレベル
（図２に点線により示す）まで減少させるには、ガス吹
き込み量が３０リットル／分以下ではやはり無理で、６
０リットル／分で約３０分、８０リットル／分で約２０
分となることが分かった。１００リットル／分では約１
０分となるが、上述の通り安全上は好ましくない。

【００１４】以上の結果から、安全にかつ妥当な時間で
除去するには、亜鉛及び鉛のいずれにおいても、ガス吹
き込み量は５０〜８０リットル／分が適切であり、特に
６０リットル／分程度とすれば、鉛も亜鉛と同じ約３０
分程度で除去できることが分かる。上記５０〜８０リッ
トル／分のガス吹き込み量は、単位湯量（１トン）当た
りに換算すれば、その５分の１の１０〜１６リットル／
分ということになる。

【００１５】実験例２図３及び図４は請求項２に係る実験例２の結果を示す線
図、図７は実験例２で使用した減圧排気手段を備えたる
つぼ形誘導炉を示す縦断面図ある。図７において、炉体
は実験例１のものと同じであるが、この場合は炉枠７の
上端に固定されたフランジ１８を用いて炉蓋１９が取り
付けられ、溶解室２は密閉されている。そして、炉蓋１
９の頭頂部には溶解室２内を排気減圧するための減圧ポ
ンプ２０が集じん器２１を介して配管接続されている。

【００１６】図７の炉を用いた実験例２において、溶解
材は実験例１と同じものを用い、この溶解材を炉蓋１９
を開いて炉内に投入し、全溶解材溶け落ち後、炉蓋１９
を閉じて排気をしながら、亜鉛及び鉛の含有量の時間変
化を炉内圧力を変えながら分析した。炉内圧力を４００
０パスカル（３０トル），８７００パスカル（６５ト
ル），１６７００パスカル（１２５トル）及び２０００
０パスカル（１５０トル）に変えたときの亜鉛及び鉛の
含有量の時間変化の分析結果を図３及び図４にそれぞれ
示す。

【００１７】図３の亜鉛の分析結果において、鋳鉄の許
容亜鉛含有量の0.02〜0.03（mass％）以下まで６０分以
内に減少させるには、圧力２００００パスカルでは無理
で、１６７００パスカルで約５〜１５分、８７００パス
カルで約３〜５分、４０００パスカルで約２〜３分程度
となることが分かった。

【００１８】また、図４の鉛について見れば、許容鉛含
有量の 0.003（mass％）以下に減少させるには、圧力２
００００パスカルでは６０分以内はやはり無理で、圧力
１６７００パスカルで約３０分、８７００パスカルで約
２０分、４０００パスカルで約１０分となることが分か
った。圧力４０００パスカルまで減圧するには高容量の
減圧ポンプが必要であり、また溶湯の昇温〜保持に要す
る時間を考慮すると、低融点金属の除去時間を必要以上
に短縮しても無駄である。以上の結果から、操業上妥当
な６０分以内で除去するには、亜鉛及び鉛のいずれにつ
いても減圧圧力は８７００〜１６７００パスカルとする
のが適切である。

【００１９】

【発明の効果】この発明は、亜鉛めっき鋼板や鉛めっき
鋼板が含まれる鋳鉄原料をるつぼ形誘導炉により溶解す
る際の適正なガス吹き込み量や減圧圧力を示すものであ
り、この発明によれば適切な設備と時間で鋳鉄溶湯中の
亜鉛や鉛を除去し、高品質の鋳鉄溶湯を得ることが容易
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガス吹き込み量を変えながら亜鉛含有量の時間
変化を分析した実験例の結果を示す線図である。

【図２】ガス吹き込み量を変えながら鉛含有量の時間変
化を分析した実験例の結果を示す線図である。

【図３】減圧圧力を変えながら亜鉛含有量の時間変化を
分析した実験例の結果を示す線図である。

【図４】減圧圧力を変えながら鉛含有量の時間変化を分
析した実験例の結果を示す線図である。

【図５】図１及び図２の実験例に使用したるつぼ形誘導
炉の断面図である。

【図６】図５におけるガス吹き込み部の拡大図である。

【図７】図３及び図４の実験例に使用したるつぼ形誘導
炉の断面図である。

【符号の説明】

１るつぼ２溶解室１２ポーラスプラグ１６流量調節弁１９ガスボンベ２０減圧ポンプ２１集じん器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０５Ｂ 6/02 Ｈ０５Ｂ 6/02 (72)発明者服部英美神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内 (56)参考文献特開平７−216438（ＪＰ，Ａ) 特開平４−90494（ＪＰ，Ａ) 特開平４−232216（ＪＰ，Ａ) 特開平８−29064（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21C 7/00 - 7/10 C22B 7/00 - 7/04 C22B 19/12 F27B 14/00 - 14/20 H05B 6/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】亜鉛又は鉛がめっきされた鋼板スクラップ
を含む鋳鉄原料を溶解したるつぼ形誘導炉の溶解室内の
溶湯中に、単位湯量当たり１０〜１６ノルマルリットル
／分の不活性ガスを吹き込んで前記亜鉛又は鉛を除去す
ることを特徴とする鋳鉄原料から低融点金属を除去する
方法。
【請求項２】亜鉛又は鉛がめっきされた鋼板スクラップ
を含む鋳鉄原料を溶解したるつぼ形誘導炉の溶解室内を
排気により８７００〜１６７００パスカルに減圧し、前
記亜鉛又は鉛を除去することを特徴とする鋳鉄原料から
低融点金属を除去する方法。