JP3227601U

JP3227601U - 置き注ぎ法用カバー材

Info

Publication number: JP3227601U
Application number: JP2020002129U
Authority: JP
Inventors: 宮内　啓次; 啓次宮内
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-05-06
Filing date: 2020-05-06
Publication date: 2020-09-03
Anticipated expiration: 2030-05-06

Abstract

【課題】鋳鉄溶湯を処理して球状黒鉛溶湯を製造する場合に、球状化剤が浮上し、白煙閃光発生による作業環境の劣化や使用球状化剤の使用量増加に起因するコスト高を改善し、電気炉で再溶解せずに炭素当量の適正管理の許に球状黒鉛溶湯を製造出来、球状黒鉛鋳鉄の製造コスト低減に貢献するカバー材を提供する。
【解決手段】カバー材は、骨材ｂが主成分として炭酸カルシュウムシリコンを主成分とする無機物粒であり、その粒子径が０．８４ｍｍ〜１．１９ｍｍで、全体重量の７０％以上を占め、重量比１〜２％のフェノールノボラック樹脂Ｃで被覆されている。
【選択図】図１

Description

カバー材課題解決法調査予備試験

カバー材課題を解決する新カバー材の開発を目的に種々の条件下での予備試験を行い課題を解決出来る効果的条件と解決技術を検証し、対策法を考案しその結果を考察することにより新カバー材が具備すべき条件を検証して新規カバー材の開発の基本的条件とした。表２にその評価結果記載しその下部に考察結果の纏めと新規開発指針を記載する。その結果として
１）カバー材設置法としては処理溶湯が球状化剤の上部に到達するまでに層状の防壁になり溶湯と球状化剤を隔離して早期の接触反応と浮力の発生を確実に防止し球状化剤の初期の反応と浮上を防止する。
２）球状化剤はバインダーによりブロック状に個化させて処理容器内壁底部に固着させる方法も考察出来るが十分な対策には成り得ず比重が小さい故に固着面の隙間に溶湯が侵入して浮力を発生し易く浮上する場合が生じ易い。従って形状を出来るだけ小さく設計してバラ状の深さが十分大きく小塊状にて使用すれば浮上を開始しても短時間にても処理容器の浮上中に溶湯中で十分反応を終了出来上部に到達擦るまでには反応を終了出来ることを予備試験の実施と途中の現象観察により確認出来た。この方策により殆どの課題を解決し併せて作業コストと球状化剤の添加量削減及び作業環境の改善が出来る。又この方式により球状化剤設置作業時間の短縮と環境改善が出来作業効率の向上に役立つ。

考案の詳細な説明

産業上の利用分野

本考案は球状黒鉛溶湯を製造する場合に置き注ぎ法により球状化処理する場合に浮上防止のために用いるカバー材に関するものである。更に詳しくは球状黒鉛溶湯を製造するために鋳鉄溶湯の球状化溶湯処理に使用する高価な球状化剤の使用量を低減してコストダウンと作業環境改善を可能に出来る技術革新に貢献出来るカバー材に関するものである。

従来置き注ぎ法により球状化処理を行う場合に専用のカバー材が市販されていない事もあって現場工場では応急的に打ち抜き鋼板屑や釘頭、機削り屑及びダライ粉等の高比重の金属カバー材を予め準備して汎用して来ているが、種々の課題が発生しており、実際にはその対策に工夫しながら球状化処理しているが実際では種々の課題が存在しそれら課題はまだ解決されていない。

未解決の課題

未解決の課題としては
１）他業種にて発生するスクラップ故に必要な時に必要量を入手するのは困難である。
２）化学成分の指定と成分管理は不可能に近い。
３）金属スクラップは比重が大きく使用するカバーに必要な重量が多くなってしまい処理後の溶湯温度が低下し易い。
４）金属カバー材は低炭素のスチールスクラップを使用する場合が多く重要ファクターの炭素当量を管理するためにコークスを原料とする加炭剤を使用して成分調整する必要が多くコストアップの原因となる一方、加炭材剤は球状化を阻害するＳ量を多く含有する場合が有り結果的にはＳに起因する球状化弊害対策として球状化剤の添加量を増加する必要が発生しコストアップを生じ球状化不良の原因となり易い。
５）殆どの球状化剤は浮上し浮上防止に球状化剤を樹脂バインダーで固めて鍋底に固着しても注湯された時に隙間に溶湯が侵入して注湯中に中芯まで未反応の球状化剤の塊が浮上する場合が発生し固着させた塊状の球状化剤塊は取鍋接着壁との間隙に処理溶湯が侵入して浮力を発生し易く浮上し、早期に溶湯上部に到達し、内部未反応球状化剤は取鍋上部に浮上したまま閃光と白煙と閃光を発生しながら燃焼反応する結果となって正常な球状化処理が出来ない上に白煙による作業環境の劣化を招き易い。
６）カバー材の原料としては他企業のスクラップや廃棄物等の企業の都合によって発生するものであれば、企業の都合によって供給時期と供給量が左右されタイムリーな安定供が困難になる場合が発生する。

課題を解決する手段

球状化剤にはＭｇを含有するフェロシリコン合金が汎用されていて状化処理には種々の未解決課題を伴っており、その原因として市販の球状化剤には一般的には激しい反応を抑えるために３〜５％の低量Ｍｇが含有されているものが多く、比重が処理溶湯（比重約７．２）よりも小さいために処理中に容易に浮上してしまえば処理取鍋の上面に浮かんで溶湯熱で燃焼して空気と反応して閃光と共にＭｇＯの白煙を発し、球状化剤を浪費するか又は球状化を阻害してしまい、球状化剤の添加量を増加しなければならない状態が生じ、高価な球状化剤の使用量を増加すことになってしまってコストアップを招いてしまう。従来スチール等の高比重金属スクラップカバー材を適用して対応しているが十分な解決策とはなっておらず金属カバー材に替わって解決出来る手段を有するカバー材が存在すれば球状黒鉛鋳鉄を製造する企業鋳物工場にとっては長年切望してきた重要な課題を解決出来る故に新カバー材の開発が待たれている所である。これらの課題を解決するための新カバー材の技術的な対応策を考案するために種々の条件に於いて球状化剤及びカバー材に必要とされる条件として種々の開発試験を実施し、その結果の考察より浮上防止対策として球状化剤の比重に拘らず金属とは別に無機のカバー材層防壁層を利用することにより実施時に所定時間球状化剤を溶湯と隔離して接触させなければ浮力を発生させることは無く従来の球状化剤を小塊化してそのまま使用してバラ積みしても反応は取鍋底で開始され初期の反応と浮上を防止を確実に実現し浮以降上しても小粒故に溶湯中にて完全に反応を終了出来る条件を見出す事が出来、更にこの防壁が脱硫機能を持てば球状化剤が処理溶湯を脱硫後に球状化処理が開始されるまでに溶湯を脱硫して球状化剤のＭｇロスを低減して添加量を一層低減出来る故著しいコストダウンが出来る事を見出すことが出来た。課題を解決する手段としてはこの防壁硬化層式カバー材適用する事によってと閃光を発する球状化剤中のＭｇのロスを低減し、球状化阻害を防止し、球状化剤の添加量を、更に低減し高価な球状化剤の使用量低減によるコストダウンを確実に実施出来る。
従来のように他業種でのスクラップ発生を待つ必要は無くなり、６か月以上の長期保存性の良好な専用のカバー材登場により保存性も数か月以上有る故に必要時に必要量を容易に入手出来て２０ｋｇ以下の軽量小出しにして使用出来る故に手作業で簡単に出来、スムーズな作業工程が守られて作業効率と作業環境の更なる向上と大幅なコストダウンが期待出来る。一方スクラップの化学成分の影響を消滅出来る故に鋳物材質の品質管理も容易になってシンプル化されて製品の品質保証も一段と向上することが想定出来る。球状化剤には溶鉄溶湯の比重（約７．２）より高い比重の球状化剤は市場には存在せず、これまでにあるとしても比較的高比重のフェロニッケル合金が存在するのが報告されているが球状化剤として使用するには価格が非常識な程高価で適用金属も限定されて現実的でないし高比重の球状化剤を新規に開発するのは至難の業で球状化原理の学術的解明等と共に多くの開発時間とコストがかかりそうである。本法適用による新たな課題としては大幅添加量低減により処理溶湯のシリコン％が低下し易く低減するシリコン量を元湯から増加調整する必要が発生する課題が残存する。予備試験結果からの要旨としては
１）現在市販の安価なフェロシリコン合金をそのまま使用することにして球状化剤は溶湯中に存在すれば必ず浮上するものと想定して浮上中に十分な反を応を得るために
２）反応開始時期の適正化と反応時間延長と反応時の高溶湯圧のように反応条件を如何に理想的条件に設定出来るかを予備試験の結果より考察すれば浮力は溶湯と接触させなければ発生しないことは明らかで反応開始時期はカバー材の骨材は約７００℃で溶融すると報告されており、注入する溶湯は一般的に約１３００〜１４００℃であるので溶融して球状化剤が溶湯と接触反応するまでの時間が発生することによって溶湯が球状化剤を覆うまでに防壁となって頑張る事が出来れば目的を果たす事が出来て注湯が取鍋底で反応開後始終了するまで後鍋底に存在出来るように中盤位まで溶湯と隔離出来れば反応は鍋底にて開始されてその時点では注入中期に当たる故に上部に多量の溶湯が存在し、球状化剤の形状が小さければ浮上して行っても上部に到達する迄にその反応を十分終了出来て浮上中に蛍の光のような黄緑色の蛍光体が盛んに浮上してきて湯面上部で消滅し反応が終了するのを予備試験中に観察出来た。故に球状化剤のＭｇ蒸気圧は溶湯圧で抑制されて湯面の閃光やバブリングと白煙発生も抑えられ高湯圧の条件下で静かな反応状況を呈し処理を穏やかに終了出来る。従って諸課題を解決する基本的な条件設定としては球状化剤は浮上を前提として認め、その上で形状を小さくして浮上するまでに完全に反応を終了出来るように設計する。一方少粒の球状化剤をバインダーで纏めて形状を更に大きい少塊状にすると取鍋上部に浮上するまでに内部まで全て反応を終了出来ずに内部の未反応球状化剤が溶湯上部にて最終反応をしながら白煙と閃光を発生する結果を予備試験にて経験し、球状化剤はせいぜい２０〜３０Φの小塊状のものを採用して特にバインダー等で鍋底に固着させずにバラ積みしフリーにした方がベターである。結果を予備試験にて重複確認出来た故にカバー材防壁法がベストの方策であることは予備試験にて実証出来ている。最終的にはカバー材防壁方式の適用によって課題の大部分を解決出来るものと想定出来る。
１）カバー材原料は他産業で発生する原料に替わって国内拘って国産にて容易に入手出来る石灰石鉱物などの鉱物資源を採用する。石灰石は古代の貝や珊瑚等の体積物が主原料であり国内はもとより世界中潤沢に存在する原料であり安定的に供給出来る原料と想定出来る。
２）被覆樹脂としては自動車産業に使用実績がある被覆後の流動性と保存性に優れるフェノールノボラック樹脂を採用する。自動車産業にてポピュラーなフェノール樹脂が適切と考えられる。このノボラック樹脂は常温（３０〜４０）度以下では固体であり、サラサラと流動性が良く、一般の自硬性樹脂のように防壁設置にはその都度硬化剤と樹脂と骨材を混錬しなければならない故に各使用時に専用のミキサー設備や混錬作業者を準備する必要があり非効率で使用材料の未使用量の過不足による廃棄量が発生しコストロスになりやすいがノボラック樹脂の場合は使用するまでにはサラサラした状態でここの状態は暗冷所に保管すれば長時間（６か月以上）そのまま性能は変化せずに何時でも必要時に取り出して使用し約２００℃に加熱すれば高強度のカバー材母壁硬化層を形成出来る故に現場では大変使いやすく効率的で無駄なロスが少ない故に現場では作業者の好評を得ることは大いに期待出来る。約２００℃の加熱はプロパンガストーチで焙るか取鍋余熱の利用により容易に加熱硬化することが可能である。
３）実用に関する作業性が良好で使用法がシンプルで解かりやすいカバー材を採用する。
４）適用時に人体に有害な物質を発生しないようなカバー材であること。
５）球状黒鉛湯鋳鉄の正常な黒鉛組織に影響を及ぼす成分元素を含有しない。
６）状化剤は市販の実績あるもので小粒のものを採用し、結合財を被覆し混合して個化を防ぐ。一方結合水分を含有する結合剤は水分爆発の原因で不適切で使用しない。
１）適用技術としては市販の適用実績と価格及び品質の安定供給可能な球状化剤を使用し、溶湯とを適用技術としては約７００℃で溶融すると報告されている炭酸カルシュームなどの鉱物資源を主体とするカバーを用いて球状化剤と溶湯とを中期注入時迄には確実に隔離出来る防壁硬化層方式カバー材層を形成することにより従来の金属カバー材で押比重差を利用してさえ込んで浮上を防止する考えはやめてカバー材層で防壁層を形成して溶湯と球状化剤を確実に隔離してカバー材層が溶融浮上、溶失して溶湯と球状化剤の接触を防止し浮力発生を確実に防止し初期の浮上を防止し、併せてカバー材に脱硫機能を持たせて球状化反応以前に溶湯を脱硫して効率的球状化処理を可能にする。従って使用する球状化剤は市販の実績ある球状化剤で小粒のものをそのままバラで採用して球状化反応の添加量を鍋底で開始させて浮上が始まっても溶湯面に到達するまでに反応を終了させるようにすれば、終始白煙の発生が少ない安定した効率的な処理が可能となり目的の緒課題を殆ど解決出来る。と想定される。以上の解決策を予備試験結果の分析と種々対策考案により新たに考案する事が出来た。以上の色々な考察に基いて新カバー材のサンプルを製造し実用検証を試験を実施した結果、想定通りの結果を得ることが出来た故に実際に実用に適用してもらえれば鋳物工場のコストダウンに貢献し、鋳物製造工場の作業環境の改善と経営合理化に役立つことが出来ると想定する。従って球状化剤をフェノールノボラック樹脂で被覆したカバー材で覆い熱硬化させてカバー硬化層で覆う事が出来れば球状化剤は溶湯と完全に隔離されて浮力は発生せずに浮上は確実に防止される。このカバー材か約７００℃で溶融浮上消失する故、約１４００〜１５００℃の鋳鉄処理溶湯によりカバー材が容易に溶融してスラグ状になり取鍋上面に浮上し鋳込み前に除滓凝集材等で書き出し除去される。球状化剤が溶湯と反応を開始する時は既に溶湯の半量は注入されており球状化剤は鍋底にて反応を開始することになって、バラ積みの球状化剤は個々で浮上しながら溶湯と反応を継続してくるが予備試にてよく観察できたように蛍の光のような黄緑色の蛍光体が上部湯面に到達するまで反応によるマグネシュウム蒸気の黄緑色の光体が浮上して来て湯面で消滅するのを肉眼で観察出来たが閃光、白煙は殆ど発生しない故に効率的な処理が行われていると判断出来る。故に殆ど反応を終了出来て効率的な処理が実施されたと見て良い。一方このカバー材は脱硫機能を有している故に処理溶湯を予め脱硫して球状化剤のＭｇロスを

図１は当考案のカバー材の断面構造を示す。図中ｂはカバー材骨材を示す。これは炭酸カルシュウムを主成分とする石灰石粒で構成されるが、その粒度と粒度構成は請求項１に記載した通常の鋳物砂よりは粗目の粒度度と粒度構成を有する。図中ｃは被覆するフェノールノボラック樹脂を示す。樹脂量は重量比で１〜２％である。図２は実施時の球状化剤とカバーの設置状況の側面図を示す。図中Ａは通常球状化剤処理専用のポケット付き取鍋をＢは一般的な汎用の平取鍋を示す。図中▲ａ▼は市販の球状化剤を示し▲ｂ▼ははカバー材層を示す。このカバー材層は約７００℃で溶失するがその間に▲ｂ▼ のカバー材層によって溶湯と球状化剤と溶湯を隔離して早期の反応を防止して球状化処理中の初期のバブリングと白煙発生を防止して球状化剤の反応を取鍋底部にて開始出来るようになり効率的な反応を促進し球状化剤の添加量低減を促進しコストダウンを計る。

実施結果

実施結果を表１に記載する。
１）カバー材と球状化剤は共に浮上しない。
２）初期のバブリングと白煙発生は少なく穏やかな反応を呈する。
３）球状化剤添加量約２０〜４０％低減可能。
４）高Ｍｇ％の球状化剤を安全に適用出来て添加量を大幅に低減してコストダウンが可能。（５％Ｍｇ球状化剤でも３％Ｍｇと同様の穏やかな反応が得られる。
５）３％ｍＭｇ添加量１．２％→０．８．％）（３０％減））５％Ｍｇ

考案の効果

本発明のカバー材を適用することにより次に記載するような効果がある。
１）緻密で高強度の防壁が球状化剤と溶湯を確実にカバー出来てバブリングと白煙閃光発生を抑えることが出来る故、作業環境の向上が出来る。
２）初期^〜後期に至る激しいバブリングと白煙発生を抑制して安全に処理溶湯処理が可能となって高Ｍｇ球状化剤を容易に適用出来る故添加量低減によるコストダウンが出来る。
３）国産の工業原料故に価格と量の安定供給が可能となる。
４）カバー材は脱硫機能故を有する故に球状化剤の添加量低減によるコストダウンを計ることが可能。
５）Ｍｇ歩留は６０％以上高歩留が可能。
６）高Ｍｇの球状化剤でも穏やか反応を維持出来る故に高Ｍｇ球状化剤を使用して一層の添加量低減による大幅コストダウンが可能となる。

Claims

鋳鉄溶湯を処理して球状黒鉛溶湯を製造する場合に球状化剤を処理容器の底部に設置し上部に溶湯を注入して処理する置き注ぎ法において使用するカバー材の骨材が主成分として炭酸カルシュウムシリコンを主成分とする無機物粒であってその鉱物粒の粒径が粒子径が０．８４ｍｍ〜１．１９ｍｍΦの無機物混合粒で構成されていてその全重量が全体重量の７０％以上を占有する粒度構成で更に重量比１〜２％のフェノールノボラック樹脂で被覆されていることを特徴とする置き注ぎ法用カバー材。