JP2000345277A

JP2000345277A - 低硫黄含有共晶組成鉄およびその製造方法

Info

Publication number: JP2000345277A
Application number: JP11156022A
Authority: JP
Inventors: Masahide Kawabata; 將秀川畑; Toshiki Yoshida; 敏樹吉田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 1999-06-03
Publication date: 2000-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】低硫黄含有共晶組成鉄およびその製造方法を
提供すること。【解決手段】本発明の低硫黄含有共晶組成鉄は、重量
％で、Ｃ：３．０〜４．５％、Ｓｉ：０．１〜４．０
％、その他組成、残部Ｆｅおよび不可避的不純物を含
み、４．０％＜Ｃ％＋（Ｓｉ％／４）＜４．５％を満足
し、その他組成のうちの硫黄含有量が０．００２％以下
であることを特徴とする。この低硫黄含有共晶組成鉄
は、銑鉄または球状黒鉛鋳鉄である。また、本発明の低
硫黄含有共晶組成鉄の製造方法は、共晶組成の溶湯を球
状化処理した後、該溶湯に攪拌を付与しながら１２５０
〜１３５０℃の温度に所定時間保持することにより硫黄
含有量を０．００２重量％以下にすることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は低硫黄含有共晶組成
鉄およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】硫黄は溶解原材料中に元来含まれてお
り、製造される金属材料に不可避的に含有されてくる。
硫黄は、金属材料の機械的強度を脆弱にし、また鋳造欠
陥の発生原因ともなること等から、通常金属材料中のＳ
含有量をできるだけ低く目標とする。機械切削性を重要
視するために意図的にＳ含有量を高くした快削鋼、例え
ばＡＩＳＩ記号Ｂ１１１３ではＳ０．２４〜０．３３
（％）、は特殊な例である。

【０００３】ＪＩＳＧ２２０２（鋳物用銑鉄の化学
成分規格）では１種〜３種で化学成分が規格化されてい
る。この規格のうち３種１号Ｄでは、Ｃ：３．４以上、
Ｓｉ：１．８１〜３．５０、Ｍｎ：０．４０以下、Ｐ：
０．１００以下、Ｓ：０．０４０以下、Ｃｒ：０．０３
０以下、また同規格３種２号では、Ｃ：３．４以上、Ｓ
ｉ：３．５０以下、Ｍｎ：０．５０以下、Ｐ：０．１５
０以下、Ｓ：０．０４５以下、Ｃｒ：０．０３５以下と
規格化されている。Ｓについて言えば銑鉄ではＳ上限が
０．０４５（％）と規格されている。

【０００４】また、ＪＩＳＧ２２０１（製鋼用銑鉄
の化学成分規格）の３種１号は、砂鉄を原料として電気
炉によって製造される銑鉄で、Ｍｎの値によってＡ及び
Ｂの２種類に分けられて規格化されている。この３種１
号Ａの化学成分は、Ｃ：３．５０以上、Ｓｉ：０．５０
以下、Ｍｎ：０．４０以下、Ｐ：０．３５０以下、Ｓ：
０．０５０以下、Ｃｒ：０．０２以下と規格化されてい
る。また３種１号Ｂの化学成分では、Ｍｎ：０．４１以
下との規格値以外の化学成分は３種１号Ａでの規格値と
同じである。以上のようにＳについてみると、鋳物用銑
鉄ではＳ上限値が０．０４５（％）、製鋼用銑鉄ではＳ
上限値が０．０５０（％）と規格化されている。ＪＩＳ
ではＳ下限値は規格化はなされていないが、通常製造す
る金属材料へのＳの悪影響がなくなる許され得る含有量
まで作業性や経済性等を考慮して低くすることが行われ
ている。

【０００５】溶解材料の配合計算において、Ｓ含有量が
極めて低い高純度銑鉄の配合量を増加すると、金属材料
中のＳ含有量を低目、例えば０．０１重量％以下、にす
ることができるが、製造コストが高くなり経済性に劣
る。もっとも、Ｓ含有量が極めて低い高純度銑鉄は市場
で入手が困難になりつつあり、また非常に高価でもあ
る。このような実情から、通常製造コストに見合った銑
鉄の配合量（場合によっては、銑鉄の配合量をほとんど
ゼロとすることもありうる。）により溶解した溶融鉄
（以下、「溶湯」と記す。）から脱硫して、目標とする
Ｓ含有量とすることが行われている。例えば、球状黒鉛
鋳鉄を製造する場合には、溶湯をＭｇ系球状化処理剤で
処理してＭｇＳを生成、浮遊させて脱硫することが、通
常行なわれており、鋳造欠陥発生防止や黒鉛球状化の確
保の点から溶湯中のＳ量を約０．０３０％以下とするこ
とが好ましいとされている。溶湯からの脱硫率９０％程
度の完全ともいえる脱硫は従来から難しいところである
が、多くは球状黒鉛鋳鉄溶湯からの脱硫について各種各
様の提案がなされている。

【０００６】例えば、Ｍｇ系球状化処理剤を使用して、
溶融鉄からの脱硫を行う従来技術として、特開昭５０−
４４９１０号公報および特開昭５０−３５０１７号公報
がある。まず、前記特開昭５０−４４９１０号公報に
は、マグネシウム含漬多孔性鉄系金属体を用いて溶融鉄
の脱硫を行う技術を開示している。この開示技術では、
マグネシウム含漬ブリケットを溶融鉄に使用した例とし
て、初期硫黄含有量０．０４１％を含む溶融鉄を２６５
０°Ｆ（換算値約１４５４℃）で１８０秒の反応処理を
した結果、最終硫黄含有量０．０１３％（脱硫率を計算
すると、約６８％である。）となった、との記述があ
る。また、初期硫黄含有量０．０３％を含む溶融鉄を２
５８０°Ｆ（換算値約１４１６℃）で９０秒の反応処理
をした結果、最終硫黄含有量０．０１０％（脱硫率を計
算すると、約６７％である。）となった、との記述があ
る。

【０００７】次に、前記特開昭５０−３５０１７号公報
には、「Ｍｇ系黒鉛球状化剤を用いる球状黒鉛鋳鉄の製
造において、溶湯の脱硫処理により生じ、かつ溶湯表面
を覆うスラグが、黒鉛球状化処理時のＭｇの蒸散及び酸
化を防止し得る厚さを有する層を形成するようにし、該
スラグ層下の溶湯を攪拌すると共に、前記スラグより比
重の大なるＭｇ系黒鉛球状化剤をもって黒鉛球状化処理
することを特徴とする球状黒鉛鋳鉄の製造法。」を開示
している。

【０００８】前記特開昭５０−３５０１７号公報の開示
技術での実施例では、「Ｃ３．１〜３．８％、Ｓｉ１．
０〜２．０％、Ｍｎ０．２〜１．５％、Ｆｅ０．０８
％、Ｓ０．０６％、残部実質的にＦｅの１４２０℃にお
ける溶湯に、カルシウムカーバイト（比重１．２）を１
％添加し、攪拌機によって４分間攪拌脱硫してＳ０．０
０４％とした。このときの脱硫滓層の厚みは５０ｍｍで
あった。これを除滓せず、攪拌機を回転させながら、１
３８０℃でＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金（Ｍｇ５％、比重約
４．８）を５％添加し（溶湯に対するＭｇ量は０．０２
５％）、１分間攪拌した。続いてＦｅ−Ｓｉを０．５％
接種し、除滓後Ｙブロックに鋳込んで、残留Ｍｇ０．０
２０％の球状黒鉛鋳鉄を得た。黒鉛球状化率は９０％以
上であった。」と記述されている。上記のように、１３
８０℃でＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金添加、攪拌、続いてＦｅ
−Ｓｉ接種した後の残留Ｍｇ０．０２０％の球状黒鉛鋳
鉄を得たとの記述があるが、最終的なＳ％については記
述されていない。前記特開昭５０−３５０１７号公報の
開示技術は、溶湯の脱硫におけるスラグを利用し、溶湯
を攪拌することにより、Ｍｇの歩留り向上を図り、黒鉛
球状化率を高め、しかも装置、操作も容易な球状黒鉛鋳
鉄の製造法である。

【０００９】さらに、取鍋または保持炉を利用して球状
化処理を行う従来技術として、特開平３−５０２２１４
号公報（球状黒鉛鋳鉄製造での取鍋内溶湯の球状化処
理）および特開昭５５−４００６６号公報（連続鋳造に
よる球状黒鉛鋳鉄製造での保持炉内溶湯の球状化処理）
がある。まず前記特開平３−５０２２１４号公報には、
オープンタイプの取鍋中での球状黒鉛鋳鉄の製造方法を
開示している。要約して述べると、「取鍋の底に、１：
１０〜１：２０の割合よりなるマグネシウム（粒径は
０．０５〜０．３ｍｍ）とフェロシリコン（粒径は０．
０５〜２．０ｍｍ）の混合物を置き、該混合物にスチー
ル片をかぶせて、溶融鋳鉄を注ぐことにより球状黒鉛鋳
鉄を製造する方法である。該混合物の組成が、質量％
で、５〜９マグネシウム−１０〜５０マグネサイト−残
りフェロシリコンである。処理方法は、溶融鋳鉄を、取
鍋の空いているセクション中に、１３００〜１４６０℃
の温度で注ぐ、鋳鉄の最初の組成は、炭素３．０〜３．
５；シリコン１．０〜２．０；マンガン０．２〜０．５
５；硫黄０．０２〜０．１；クロム０．１２〜０．２０
（％）である。改質プロセスの時間は、処理される鋳鉄
のマスで変化する。例えば、５トンの鋳鉄を１３８０℃
で改質するためには、４〜５分が必要である。温度は３
０〜４０℃低下する。」との記載がある。上述の鋳鉄の
最初の組成中の硫黄０．０２〜０．１が、処理後にいか
ほどになったかは記述されていない。

【００１０】また、前記特開昭５５−４００６６号公報
には、連続鋳造機による球状黒鉛鋳鉄の製造方法を開示
している。すなわち、「鋳鉄連続鋳造機の保持炉におい
て、保持炉内の溶湯に、黒鉛球状化剤、ないし接種剤を
添加し、溶湯中の黒鉛の球状化の崩れを防止し、また
は、球状化を回復させて、鋳造する連続鋳造機による球
状黒鉛鋳鉄の製造方法。」である。なお、溶湯中の硫黄
含有量に関しては、「高純度銑を使用してＳ０．０１％
以下を目標とした。」との記述がある。また、保持炉内
の溶湯保持時間に関しては、「保持炉は、バーナーで約
１３００℃保持保温される。」との記述がある。しか
し、最終製品または処理後の溶湯の硫黄含有量の値につ
いては記述されていない。

【００１１】さらに、Ｍｇによる脱硫についての原理・
効果等について開示した従来技術として、特開昭６１−
３７９０７号公報および特開昭５２−９７３１８号公報
がある。前記特開昭６１−３７９０７号公報には、「球
状黒鉛を有する鋳鉄を転炉法により製造する場合、硫化
マグネシウムの形でスラグが生成される。そして、１４
５０〜１５５０℃の処理温度の場合は、空気酸素は、硫
化マグネシウムを酸化することができ、Ｓが遊離して溶
湯中に戻り、極端な場合には球状晶子の劣化を導きう
る。」旨を記述し、「溶鉄を金属マグネシウムで処理す
ることにより球状黒鉛を有する鋳鉄を製造する方法にお
いて、スラグ中に存在する硫黄を、溶湯中への硫黄の戻
りを阻止するために添加剤により安定化する球状黒鉛鋳
鉄の製造方法。添加剤による安定化は硫化マグネシウム
から熱力学的に安定な硫化物、例えばＣａＳ、ＣｅＳへ
のＳの変換によって行われる。その添加剤としてはＣａ
Ｓｉを溶湯中に導入する。ＣａＳｉの添加によって、不
安定なＭｇＳは、ＣａＳ＋Ｍｇとなってスラグ中に残留
するのでＳの戻りを阻止できる。添加剤としてはＣａＳ
ｉ以外に、カルシウム＋弗化セリウムおよび弗化マグネ
シウム、カルシウム金属、カルシウム−アルミン酸カル
シウム−ＣａＣＬ₂−スラグ、が適当である。なお、Ｓ
の戻りは、３０分間で最大０．００６〜０．００８に減
少する。」旨を開示している。

【００１２】次に前記特開昭５２−９７３１８号公報に
は、溶鉄の脱硫および鋳鉄の黒鉛球状化処理に使用する
溶鉄処理剤を開示している。すなわち、「マグネシウ
ム、カルシウム、マグネシウム合金、カルシウム合金ま
たは希土類元素の群から選らばれる低沸点金属の細片お
よび／または粉粒状物と、炭素質物質と、結合剤とから
なる均質組成物を造粒あるいは成形してなる溶鉄処理
剤。また、該造粒物あるいは成形物を炭素物質と結合剤
とからなる組成物で被覆してなる溶鉄処理剤。」であ
る。同公報中での脱硫の程度の記述の例を示すと、「処
理前Ｓ含有率（％）０．０３６が処理後Ｓ含有率（％）
０．００４となり（脱硫率８８．９％）、また処理前Ｓ
含有率（％）０．０４５が処理後Ｓ含有率（％）０．０
０５（脱硫率８８．９％）となった。」との記載があ
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】前述のとおり、通常製
造する金属材料へのＳの悪影響がなくなる許され得る低
い含有量まで溶湯から脱硫処理されており、各種各様の
提案がなされているが、硫黄含有量が０．００２重量％
以下のような小数点３桁の位より低い硫黄含有量までの
脱硫を簡単な手段で可能とする技術は提案されていな
い。本発明の課題は、非常に簡単な手段により硫黄含有
量が０．００２重量％以下の低硫黄含有量共晶鉄を製造
することができる製造方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、共晶組成
の溶湯からの脱硫について鋭意研究した。その結果、ま
ず共晶組成の溶湯を通常の手段で球状化処理を行い、そ
の後球状化処理を行った溶湯を攪拌しながら１２５０〜
１３５０℃に所定時間保持することにより、球状化処理
により生成されたＭｇＳの濃縮促進が図れるとの知見を
得て本発明に想到した。

【００１５】すなわち、本発明の低硫黄含有共晶組成鉄
は、重量％で、Ｃ：３．０〜４．５％、Ｓｉ：０．１〜
４．０％、その他組成、残部Ｆｅおよび不可避的不純物
を含み、４．０％＜Ｃ％＋（Ｓｉ％／４）＜４．５％を
満足し、その他組成のうちの硫黄含有量が０．００２％
以下であることを特徴とする。また、該低硫黄含有共晶
組成鉄が、銑鉄または球状黒鉛鋳鉄であることを特徴と
する。

【００１６】また、本発明の低硫黄含有共晶組成鉄の製
造方法は、共晶組成の溶湯を球状化処理した後、該溶湯
に攪拌を付与しながら１２５０〜１３５０℃の温度に保
持することにより硫黄含有量を０．００２重量％以下に
することを特徴とする。そして、該共晶組成の溶湯が、
重量％で、Ｃ：３．０〜４．５％、Ｓｉ：０．１〜４．
０％、Ｍｎ：０．３０〜０．４０％、Ｍｇ：０．０３５
〜０．０４２％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物を含
み、４．０％＜Ｃ％＋（Ｓｉ％／４）＜４．５％を満足
する組成であることを特徴とする。

【００１７】以下、本発明における低硫黄含有共晶組成
鉄の製造方法についての限定理由について説明する。（１）共晶組成の溶湯にまず球状化処理を行う：共晶組
成の溶湯は４．０％＜Ｃ％＋（Ｓｉ％／４）＜４．５％
を満足するものとする。Ｃ％＋（Ｓｉ％／４）の値が
４．０％以下では溶湯の湯流れ性が劣る。一方、上限の
値は実用性を勘案して４．５％未満とする。まず４．０
％＜Ｃ％＋（Ｓｉ％／４）＜４．５％を満足する共晶組
成の溶湯に球状化処理を行うことにより、溶湯中の硫黄
（Ｓ）をＭｇＳとするのは従来技術と同様である。（２）攪拌しながら、溶湯温度１２５０〜１３５０℃で
保持：次いで球状化処理した溶湯に攪拌を付与しながら
溶湯温度１２５０〜１３５０℃で所定時間たとえば１５
〜６０分保持する。このことにより、球状化処理で生成
されたＭｇＳが濃縮し、炉壁に付着して脱硫が促進さ
れ、溶湯中に復硫しない。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明では、球状化処理した共晶
組成の溶湯に誘導電流による攪拌を付与しながら、溶湯
温度を１２５０〜１３５０℃に所定時間保持することに
より、溶湯中のＳ含有量を０．００１ｗｔ％付近まで低
下させた共晶組成鉄を得ることができる。この脱硫現象
は、球状化処理により生成されたＭｇＳが、溶湯温度１
２５０〜１３５０℃の温度範囲では溶湯攪拌により濃縮
が促進されて炉の内壁に付着し、溶湯中への復硫を阻止
できるためと考える。以下、本発明の実施の形態を詳
細に説明する。本発明では、球状化処理後で共晶組成と
なるような元湯を高周波炉で溶解し、約１５００℃で取
鍋に出湯してサンドイッチ法により球状化処理を行っ
た。取鍋内で球状化処理を行った後、ノロを除去し、高
周波炉に戻した（この時の溶湯温度は１３５０℃）。そ
して、脱硫現象に及ぼす溶湯保持温度の影響（実施の形
態その１：図１〜図４）、高周波炉のライニング材の影
響（実施の形態その２：図５）、および高周波炉の誘導
電流による溶湯攪拌の有無の影響（実施の形態その３：
図６〜図７）等を調査、確認した。

【００１９】なお、サンドイッチ法による球状化処理
は、取鍋の底に塊状の球状化剤（Ｆｅ−４５Ｓｉ−６Ｍ
ｇ合金、添加量０．９２ｗｔ％。）と粒径３〜１０ｍｍ
の接種剤（Ｆｅ−７５Ｓｉ−１５Ｃａ−２Ａｌ合金、添
加量０．１ｗｔ％。球状化剤の上に載置。）を予め配置
し、出湯流による急な浮揚を防止して徐々に反応するよ
うにするために、球状化剤と接種剤の上を鋼のポンチ屑
で覆った。また、使用した原材料の配合比はスチールス
クラップ７５〜５５％、リターンスクラップ２５〜３０
％、銑鉄０〜１５％とし、適用した溶湯は、重量％で、
Ｃ：３．０〜４．５、Ｓｉ：０．１〜４．０、Ｍｎ：
０．３０〜０．４０、Ｐ：０．０１〜０．０２、Ｓ：
０．００９〜０．０１３、Ｃｕ：０．０３〜０．０５、
Ｃｒ：０．０３〜０．０５、Ｍｇ：０．０３５〜０．０
４２、残部Ｆｅおよび不可避的不純物を含み、４．０＜
Ｃ＋（Ｓｉ／４）＜４．５を満足する共晶組成よりなる
ものである。

【００２０】（実施の形態その１）実施の形態その１で
は、球状化処理剤としてＦｅ−４５％Ｓｉ−６％Ｍｇ合
金を使用し、サンドイッチ法により球状化処理した溶湯
を高周波炉内で誘導電流により攪拌しながら各種所定温
度に保持し、溶湯保持時間の経過による溶湯中のＳ量
（％）の変化を調査した（実施の形態その１：図１〜図
４）。縦軸に溶湯中のＳ量（％）を、横軸に出湯からの
時間（秒）をとり、溶湯中のＳ量（％）の変化を黒丸で
示す図１は、９８〜９９％ＳｉＯ₂よりなる酸性ライニ
ング材でライニングされた高周波炉内で、電源をＯＮ
（通電２０ＫＷ）の状態にして誘導電流により、球状化
処理した溶湯を攪拌しながら溶湯保持温度を１２５０℃
に保持した場合における脱硫の変化を示す図である。

【００２１】図１において、Ｓ量約０．０１０％を含有
する球状化処理前溶湯を１５００℃で出湯（横軸０秒の
位置）し、取鍋を用いてサンドイッチ法により１４００
℃で球状化処理行い（図１中の１番左の黒丸印の位
置）、ノロを除去した後球状化処理した１３５０℃の溶
湯を高周波炉内に戻し（図１中の左から２番目の黒丸印
の位置）、次いで高周波炉通電開始（図１中の左から３
番目の黒丸印の位置で、出湯後約６００秒）して誘導電
流により、球状化処理した溶湯を攪拌しながら溶湯温度
を１２５０℃に保持した。共晶組成の溶湯であるので１
２５０℃に保持した場合でも溶湯の流動性を維持でき、
溶湯の攪拌は円滑に行われた。

【００２２】図１中に溶湯のＳ量を黒丸で示すように、
高周波炉通電開始（出湯後約６００秒）からすぐに脱硫
がはじまり、高周波炉通電開始から約３００秒（出湯後
９００秒、図１中の左から５番目の黒丸印の位置）には
Ｓ量０．００４％にまで低下し、さらに時間の経過とと
もに脱硫が進行して、高周波炉通電開始から１４００秒
（出湯後２０００秒、図１中の右から２番目の黒丸印の
位置）にはＳ量は約０．００１％以下まで脱硫された。
高周波炉での溶湯面とほぼ同一位置の内壁には溶湯滴が
多量に付着していた。炉内壁への付着物を分析調査した
結果、球状化処理前のＳ含有量の約２０倍となってい
た。なお、実施の形態その１〜実施の形態その５におい
て、Ｓ量はＬＥＣＯ社製の炭素硫黄同時分析装置による
測定値である。

【００２３】次に、図２は溶湯保持温度を１３００℃と
した以外は、図１に示す条件と同じにした場合の脱硫の
変化を示す図である。図２（溶湯保持温度：１３００
℃）で示す脱硫の変化も図１（溶湯保持温度：１２５０
℃）の場合と同様に、その脱硫の開始時期、変化および
程度はほぼ同様で、顕著な脱硫を示している。特に、脱
硫は高周波炉通電開始（図２中の左から３番目の黒丸印
の位置で、出湯後４５０秒）して誘導電流により、球状
化処理した溶湯を攪拌しながら溶湯温度を１３００℃に
保持後ただちに急速にはじまり、高周波炉通電開始から
約１５０秒（出湯後６００秒経過直後、図２中の左から
５番目の黒丸印の位置）にはＳ量約０．００４％にまで
低下し、さらに時間の経過とともに脱硫が進行して、高
周波炉通電開始から１６５０秒（図２の横軸で示す出湯
後２１００秒の位置）にはＳ量は約０．００１％まで脱
硫された。高周波炉での溶湯面とほぼ同一位置の内壁に
は溶湯滴が多量に付着していた。炉内壁への付着物を分
析調査した結果、球状化処理前のＳ含有量の約２０倍と
なっていた。

【００２４】次に、図３は溶湯保持温度を１３５０℃と
した以外は、図１に示す条件と同じにした場合の脱硫の
変化を示す図である。図３（溶湯保持温度：１３５０
℃）で示す脱硫の変化および程度は、図１（溶湯保持温
度：１２５０℃）と図２（溶湯保持温度：１３００℃）
の場合に比べると、それほど急速かつ顕著ではないが、
Ｓ量０．００２％近くまで脱硫された。詳述すると、脱
硫は高周波炉通電開始（図３中の左から２番目の黒丸印
の位置で、出湯後約２００秒）して誘導電流により、球
状化処理した溶湯を攪拌しながら溶湯温度を１３５０℃
に保持後緩やかにはじまり、高周波炉通電開始から約１
３００秒（横軸で示す出湯後約１５００秒の位置）経過
時にはＳ量０．００３％まで低下し、さらに脱硫が少し
進行して、高周波炉通電開始から約１９００秒（横軸で
示す出湯後２１００秒の位置）にはＳ量は０．００２％
近くまで脱硫された。

【００２５】次に、図４は溶湯保持温度を１４００℃と
した以外は、図１に示す条件と同じにした場合の脱硫の
変化を示す図である。図４（溶湯保持温度：１４００
℃）では、高周波炉通電開始（図４中の左から２番目の
黒丸印の位置）から約３００秒経過までは（横軸で示す
出湯後６００秒経過直後の位置）、少しの脱硫が生じた
が、それ以後脱硫現象は起こらず、時間の経過につれて
逆にＳ量の増加がみられた。このＳ量の増加の原因は、
球状化処理により生成されたＭｇＳが、溶湯保持温度１
４００℃の影響を受けて分離し、Ｓが溶湯中に戻る復硫
現象を生じたためと考えられる。なお、炉内壁への溶湯
滴の付着はほとんど認められなかった。以上の図１〜図
４に示す結果から、共晶組成溶湯の脱硫を効果ならしめ
る溶湯保持温度は１２５０〜１３５０℃であることがわ
かった。特に好ましい溶湯保持温度は１３００℃である
ことがわかった。

【００２６】（実施の形態その２）前述の実施の形態そ
の１においては、９８〜９９％ＳｉＯ₂よりなる酸性ラ
イニング材でライニングされた高周波炉内で、電源をＯ
Ｎ（通電２０ＫＷ）の状態にして、球状化処理した溶湯
を攪拌しながら溶湯保持温度を１３００℃に保持した場
合が、最も急速かつ顕著な脱硫を達成できることが確認
できた。そこで、次に実施の形態その２においては、脱
硫現象に及ぼす高周波炉のライニング材の影響を確認す
るために、Ａｌ₂Ｏ₃（４９％）・ＭｇＯ（５０％）より
なる中性ライニング材でライニングされた高周波炉を適
用し、高周波炉の電源をＯＮ（通電２０ＫＷ）の状態に
して、球状化処理した共晶組成の溶湯を攪拌しながら溶
湯保持温度を１３００℃に保持した場合における脱硫の
変化を調査した。図５は高周波炉のライニング材をＡｌ
₂Ｏ₃（４９％）・ＭｇＯ（５０％）とした以外は、実施
の形態その１での図２に示す条件と同じにした場合の脱
硫の変化を示す図である。

【００２７】その結果、実施の形態その１での図２で示
した場合と同様、図５において黒丸印で示すように、顕
著な脱硫が急速に生じ、最終的Ｓ量は実施の形態その１
での図２の場合とほとんど同様に非常に低レベルまで脱
硫が行われた。このことから、ライニング材の種類は脱
硫現象には影響を及ぼさないものと考えられる。因に、
図５において詳述すると、脱硫は高周波炉通電開始（図
５中の左から３番目の黒丸印の位置で、出湯後約３００
秒直後）して誘導電流により、球状化処理した溶湯を攪
拌しながら溶湯温度を１３００℃に保持後急速にはじま
り、高周波炉通電開始から約９００秒（横軸で示す出湯
後１２００秒の位置）経過時には非常に低いＳ量０．０
００７％（７ｐｐｍ）まで低下し、さらに脱硫が進行し
て、高周波炉通電開始から約１５００秒（横軸で示す出
湯後１８００秒の位置）にはＳ量は０．０００４％（４
ｐｐｍ）（図５中の右から２番目の黒丸印で示すＳ量で
ある。）まで脱硫された。

【００２８】（実施の形態その３）実施の形態その３に
おいては、高周波炉の電源をＯＦＦの状態にして、高周
波炉内の溶湯を攪拌しなくても、脱硫を進行できるかど
うかを調査、確認した。図６は、実施の形態その１と同
様に球状化処理を行った溶湯を高周波炉に戻し（この時
の溶湯温度は１３５０℃）、高周波炉の電源をＯＦＦの
状態にして、高周波炉内の溶湯を静止状態（攪拌なし）
にした場合の脱硫の変化を示した図である。

【００２９】その結果、図６に溶湯中のＳ量％を黒丸印
で示すように、横軸で示す時間が経過してもＳ量の低
下、即ち脱硫現象は認められなかった。なお、実施の形
態その３において適用した高周波炉は、実施の形態その
１での図２の場合に適用したのと同様に９８〜９９％Ｓ
ｉＯ₂よりなるライニング材でライニングされたもので
ある。高周波炉に戻した溶湯温度１３５０℃（図６中の
左から２番目の黒丸印の位置での溶湯温度）は、高周波
炉の電源をＯＦＦの状態としているために溶湯の攪拌は
生じず、徐々に低下して出湯から９００秒経過直後で１
１９０℃まで下がり、溶湯表面に薄い酸化皮膜が生成し
た。尚、図６中の白丸印は、球状化処理前の共晶組成溶
湯のＳ含有量約０．０１３ｗｔ％である。

【００３０】図７は図６の場合に適用した９８〜９９％
ＳｉＯ₂よりなるライニング材でライニングされた高周
波炉に代えて、Ａｌ₂Ｏ₃（４９％）・ＳｉＯ₂（４０
％）よりなる中性ライニング材でライニングした注湯取
鍋を適用した場合の脱硫の変化を示した図である。その
結果、図６中に黒丸印で示すように、横軸で示す時間が
経過してもＳ量の低下、即ち脱硫現象は認められなかっ
た。なお、球状化処理した溶湯を注湯取鍋に戻した時の
溶湯温度１３５０℃（図７中の左から２番目の黒丸印の
位置での溶湯温度）は、溶湯が静止状態（攪拌なし）の
ために出湯から約１４００秒経過時に１２２０℃（図７
中の１番右の黒丸印の位置での溶湯温度）まで下がり、
溶湯表面に薄い酸化皮膜が生成した。尚、図７中の白丸
印は、球状化処理前の共晶組成溶湯のＳ含有量０．０１
０ｗｔ％である。

【００３１】実施の形態その３で説明したように、球状
化処理した溶湯を静止（攪拌なし）の状態で保持した場
合には脱硫現象が生じなかったこと、および前記実施の
形態その１で高周波炉の電源ＯＮにして誘導電流により
溶湯を攪拌しながら溶湯保持温度を１２５０℃〜１３５
０℃とした場合には脱硫現象が生じたこと、とを比較し
てみると、脱硫の促進には球状化処理を行った溶湯の攪
拌が不可欠であると考えられる。ここで言う攪拌とは、
球状化処理を行った溶湯を誘導電流による攪拌について
述べたが、たとえば金属製羽根や鉄棒を溶湯中に入れて
機械的方法で溶湯を攪拌してもよいことは当然である。

【００３２】（実施の形態その４）前記実施の形態その
１においては、球状化処理剤としてＦｅ−４５％Ｓｉ−
６％Ｍｇ合金を使用したが、実施の形態その４において
は、球状化処理剤としてＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇ−Ｃａ−ＲＥ
Ｍ合金を使用して、球状化処理剤が脱硫に及ぼす影響を
調査、確認した。図８はＣ３．７％、Ｓｉ２．３％、Ｓ
０．０１％、その他組成を含む共晶組成の溶湯をＦｅ−
Ｓｉ−Ｍｇ−Ｃａ−ＲＥＭ合金を使用してサンドイッチ
法で球状化処理を行った後、高周波炉に戻し（図８中の
左から２番目の黒丸印の位置、溶湯温度は１３５０
℃）、出湯後約４５０秒に高周波炉に通電（２０ＫＷ）
（図８中の左から３番目の黒丸印の位置）して溶湯を攪
拌させながら溶湯温度を１３００℃に保持した場合の脱
硫の変化を黒丸印で示したものである。その結果、図８
に示すように、実施の形態その１での図２（溶湯を攪拌
させながら溶湯温度を１３００℃に保持）に示したのと
同様、脱硫が急速に進行して、高周波炉通電開始から約
１８００秒（横軸で示す出湯後２３００秒の位置）には
Ｓ量は０．００１％レベル（図８中の右から２番目の黒
丸印で示すＳ量である。）まで脱硫された。前記実施の
形態その１での図２と実施の形態その４での図８を比べ
てみると、球状化処理剤の違いによって脱硫の速度、程
度等に関してはほとんど差異はないと考えられる。

【００３３】（実施の形態その５）実施の形態その５に
おいては、Ｃ＋（Ｓｉ／４）＝約４．３の共晶組成の溶
湯ではあるが、低Ｃ・高Ｓｉの溶湯と高Ｃ・低Ｓｉの溶
湯との脱硫に及ぼす影響を調査、確認した。図９は白丸
印で示すＳ量約０．０１２％の低Ｃ・高Ｓｉ（Ｃ３．７
％、Ｓｉ２．３％）の共晶組成の溶湯を、球状化処理剤
Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ−Ｃａ−ＲＥＭ合金を使用して、サン
ドイッチ法により球状化処理（図９中の１番左の黒丸印
の位置、溶湯温度は１４００℃）し、高周波炉に戻し
（図９中の左から２番目の黒丸印の位置、この時の溶湯
温度は１３５０℃）、通電（２０ＫＷ）して溶湯を攪拌
しながら溶湯温度を１３００℃に保持した場合の溶湯中
のＳ量を、出湯からの時間（秒）に対応して黒丸印で示
したものである。

【００３４】図９に示した脱硫の調査に適用した低Ｃ・
高Ｓｉの共晶組成の溶湯は、重量％で、Ｃ：３．７、Ｓ
ｉ：２．３、Ｍｎ：０．４０、Ｐ：０．０１、Ｓ：０．
０１２、Ｃｕ：０．０２、Ｃｒ：０．０１、Ｍｇ：０．
０４０、残部Ｆｅおよび不可避的不純物を含み、Ｃ＋
（Ｓｉ／４）＝４．２７のものである。通電開始（図９
中の左から３番目の黒丸印の位置、出湯から約４５０
秒）して溶湯を攪拌すると、直ちに急速に脱硫が生じ、
通電開始から約１５０秒（出湯から６００秒）にはＳ量
が０．００４％に低下し、以後徐々に脱硫が進行して通
電開始から約１８５０秒（出湯から２３００秒）経過時
にはＳ量が約０．００１％まで脱硫された。なお、高周
波炉は、実施の形態その１での図２の場合に適用したの
と同様に９８〜９９％ＳｉＯ₂よりなるライニング材で
ライニングされたものである。

【００３５】図１０はＣ＋（Ｓｉ／４）＝４．３２の高
Ｃ・低Ｓｉ（Ｃ４．２％、Ｓｉ０．５％）および球状化
処理前溶湯のＳ量０．０１４％の共晶組成の溶湯である
以外は、図９に示すものと同様の条件で調査を行い、溶
湯中のＳ量を出湯からの経過時間（秒）に対応して黒丸
印で示したものである。球状化処理（図１０中の左から
２番目の黒丸印の位置）した溶湯を高周波炉に戻し、高
周波炉通電開始（図１０中の左から３番目の黒丸印の位
置、出湯後約４００秒）して溶湯を攪拌すると、直ちに
急速に脱硫が生じ、通電開始から約８００秒（出湯から
１２００秒）には溶湯中のＳ量が０．００４％に低下
し、以後時間が経過しても脱硫は進行せず、むしろＳ量
が若干増加し、通電開始から約２２００秒（出湯から約
２６５０秒）経過時にはＳ量が約０．００６％になっ
た。

【００３６】球状化処理前のＳ量％はほとんど同じ共晶
組成の溶湯ではあるが、低Ｃ・高Ｓｉ（Ｃ３．７％、Ｓ
ｉ２．３％）の溶湯の脱硫の変化を示す図９と、高Ｃ・
低Ｓｉ（Ｃ４．２％、Ｓｉ０．５％）の溶湯の脱硫の変
化を示す図１０とを比べてみると、両溶湯とも脱硫現象
は発生している。そして、低Ｃ・高Ｓｉ（Ｃ３．７％、
Ｓｉ２．３％）の溶湯の脱硫の程度が、高Ｃ・低Ｓｉ
（Ｃ４．２％、Ｓｉ０．５％）の溶湯の脱硫の程度より
も顕著で、非常に低いＳ量約０．００１％まで脱硫され
た。なお、日本金属学会会報によると、鉄鋼の分野での
Ｓ量の最小含有量は２ｐｐｍと示されている。この２ｐ
ｐｍがどのような技術で達成されたかは分からないが、
原価の制約をやや緩めた場合の数値としている。以上の
実施の形態その１〜実施の形態その５で詳細に説明した
ように、本発明によれば、球状化処理した共晶組成溶湯
を攪拌しながら１２５０〜１３５０℃に所定時間保持す
るという非常に簡単な手段により著しい脱硫効果を達成
することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上詳細に説明のとおり、本発明の低硫
黄含有共晶組成鉄は、４．０％＜Ｃ％＋（Ｓｉ％／４）
＜４．５％を満足し、硫黄含有量が０．００２％以下で
ある。このために銑鉄や球状黒鉛鋳鉄等に適用できる。
また、本発明の低硫黄含有共晶組成鉄の製造方法は、共
晶組成の溶湯を球状化処理した後、該溶湯に攪拌を付与
しながら１２５０〜１３５０℃の温度に所定時間保持す
るという非常に簡単な手段により著しい脱硫効果が得ら
れると共に、復硫を阻止することができ、硫黄含有量を
０．００２重量％以下にすることができる。このため、
硫黄含有量の高い原材料でも使用できることから製造コ
ストの低減にも寄与すること大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】球状化処理した溶湯を酸性ライニング材（Ｓｉ
Ｏ₂）でライニングされた高周波炉内で、誘導電流によ
り溶湯を攪拌しながら溶湯温度を１２５０℃に保持した
場合における脱硫の変化を示す図である。

【図２】球状化処理した溶湯を酸性ライニング材（Ｓｉ
Ｏ₂）でライニングされた高周波炉内で、誘導電流によ
り溶湯を攪拌しながら溶湯温度を１３００℃に保持した
場合における脱硫の変化を示す図である。

【図３】球状化処理した溶湯を酸性ライニング材（Ｓｉ
Ｏ₂）でライニングされた高周波炉内で、誘導電流によ
り溶湯を攪拌しながら溶湯温度を１３５０℃に保持した
場合における脱硫の変化を示す図である。

【図４】球状化処理した溶湯を酸性ライニング材（Ｓｉ
Ｏ₂）でライニングされた高周波炉内で、誘導電流によ
り溶湯を攪拌しながら溶湯温度を１４００℃に保持した
場合における脱硫の変化を示す図である。

【図５】球状化処理した溶湯を中性ライニング材（Ａｌ
₂Ｏ₃（４９％）・ＭｇＯ（５０％））でライニングされ
た高周波炉内で、誘導電流により溶湯を攪拌しながら溶
湯温度を１３００℃に保持した場合における脱硫の変化
を示す図である。

【図６】球状化処理した溶湯を酸性ライニング材（Ｓｉ
Ｏ₂）でライニングされた高周波炉内で、静止状態（攪
拌なし）に保持した場合における脱硫の変化を示す図で
ある。

【図７】図７は図６の場合に適用した９８〜９９％Ｓｉ
Ｏ₂よりなるライニング材でライニングされた高周波炉
に代えて、Ａｌ₂Ｏ₃（４９％）・ＳｉＯ₂（４０％）よ
りなる中性ライニング材でライニングされた注湯取鍋を
適用した場合における脱硫の変化を示す図である。

【図８】図８はＣ３．７％、Ｓｉ２．３％、Ｓ０．０１
％、その他組成を含む共晶組成の溶湯をＦｅ−Ｓｉ−Ｍ
ｇ−Ｃａ−ＲＥＭ合金を使用してサンドイッチ法で球状
化処理を行った後、高周波炉に戻し、通電（２０ＫＷ）
して溶湯を攪拌しながら溶湯温度を１３００℃に保持し
た場合における脱硫の変化を示す図である。

【図９】Ｓ含有量０．０１２ｗｔ％の低Ｃ・高Ｓｉ（Ｃ
３．７％、Ｓｉ２．３％）の共晶組成の溶湯を、球状化
処理剤Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ−Ｃａ−ＲＥＭ合金を使用し
て、サンドイッチ法により球状化処理を行った後、高周
波炉に戻し、通電（２０ＫＷ）して溶湯を攪拌しながら
溶湯温度を１３００℃に保持した場合における脱硫の変
化を示す図である。

【図１０】Ｓ含有量０．０１４ｗｔ％の高Ｃ・低Ｓｉ
（Ｃ４．２％、Ｓｉ０．５％）の共晶組成の溶湯である
以外は、図９に示すものと同様の条件で調査を行った場
合における脱硫の変化を示す図である。

【符号の説明】

（なし）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：３．０〜４．５％、Ｓ
ｉ：０．１〜４．０％、その他組成、残部Ｆｅおよび不
可避的不純物を含み、４．０％＜Ｃ％＋（Ｓｉ％／４）
＜４．５％を満足し、その他組成のうちの硫黄含有量が
０．００２％以下であることを特徴とする低硫黄含有共
晶組成鉄。
【請求項２】前記共晶組成鉄が、銑鉄または球状黒鉛
鋳鉄であることを特徴とする請求項１記載の低硫黄含有
共晶組成鉄。
【請求項３】共晶組成の溶湯を球状化処理した後、該
溶湯に攪拌を付与しながら１２５０〜１３５０℃の温度
に保持することにより硫黄含有量を０．００２重量％以
下にすることを特徴とする低硫黄含有共晶組成鉄の製造
方法。
【請求項４】前記共晶組成の溶湯が、重量％で、Ｃ：
３．０〜４．５％、Ｓｉ：０．１〜４．０％、Ｍｎ：
０．３０〜０．４０％、Ｍｇ：０．０３５〜０．０４２
％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物を含み、４．０％＜
Ｃ％＋（Ｓｉ％／４）＜４．５％を満足する組成である
ことを特徴とする請求項３記載の低硫黄含有共晶組成鉄
の製造方法。