JPH06505050A - 液体鋳鉄中に存在する亜鉛を抽出する方法、該方法を実施するための装置、およびそれにより得られた生成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液体鋳鉄中に存在する亜鉛を抽出する方法に関する。

本発明はまた上述した方法を実施する装置およびこの得られた生成物にも関する 。

さらに特には、それに限定されるものではないが、本発明は工業的な装置および 特に鋳物工場に適用可能な方法に関する。

正確には、然し限定的でないが、本発明は回収鉄材料を溶融することによって生 成する鋳鉄中の亜鉛の除去に関する。

腐蝕に対して保護するために鋼鉄を亜鉛メッキする加工は一般化しており、それ は回収スクラップ鉄中の亜鉛の存在をしばしば増加させている。

上述されたタイプのスクラップ鉄から製造される鋳鉄中に存在する該亜鉛は、該 鋳鉄の球状黒鉛の形成を確実にするために使用するマグネシウムの活性を阻害す る問題を含めた問題を伴う（Ｅｆｆｅｔｓ　ｄｕ　ｚｉｎｃ　１ｎｔｒｏｄｕｉ ｔ　ｄａｎｓ　ｌｅｓ　ｃｈａｒｇｅｓ　ｅｎ　ｆｏｎｄｅｒｉｅ　ｄｅ　ｆｏ ｎｔｅ″（鋳鉄操作におけるバッチに加えた亜鉛の効果）、Ｓ。

液体鋳鉄の溶液に存在しうる亜鉛の量は温度、圧力、および鋳鉄の組成の関数で ある与えられた水準を物理的に越えることはできないことが知られている。

１ｂａｒの標準大気圧と等しい空気圧の下で慣用の鋳鉄（炭素で飽和された液体 鉄）の最大の亜鉛含量は１２００℃で２．２％、１３００’Ｃで１．６％、１４ ００’Ｃで１．２％；および１５００　”Ｃで０．９％である。

該含量は実際には上に挙げた最大含量と同じ高さでない。

このような含量は少なくとも１９９０年には一般的に約０．２％でありおよびま れに過剰な場合０．４％である。

亜鉛は０．１％、または１１０００ｐｐのレベルで鋳鉄中に存在する場合におい ても、依然として問題を起こすことが見出されている。

亜鉛の除去のために現在提案されている技術は溶融前に、亜鉛を蒸発するために その沸点に到達するため９１Ｏ℃より高い温度でスクラップ鉄を処理するか、あ るいはスクラップ材料および粉体に還元剤を使用して化学処理を施し、次いで亜 鉛を回収するかどちらかによるものである。

本発明による技術は、スクラップ鉄からでなく、液体鋳鉄から亜鉛を除去するこ とを目的とする。そして相当する処理は、液体鋳鉄が誘導電気炉中でソータ（５ ｏａｋ）される間、または炉の出口と鋳鉄位置（ｃａｓｔｉｎｇ　５ｔａｔｉ。

ｎ）間に位置するトリベ（ｌａｄｄｉｅ）中で適用することができる。

液体鋳鉄の温度は通常１１００℃および１６００”Ｃの間である。

勿論これらは極限値であり、実際には１３００’Ｃより下に低下させることおよ び１５００　”Ｃより上に加熱することは避けているからである。

１４００℃の平均温度が種々の範囲間の実際的な妥協値である。

最大含量を越えて該液体鋳鉄中に溶解している亜鉛の両分は自然にそしてその初 期濃度が高ければ高いほど増加する速度を持って漸進的に蒸発する。

従って、液体鋳鉄中に溶解して自然に残留するかなりの量の亜鉛、即ち「残留亜 鉛」がある。本発明は該［残留亜鉛を」完全に除去すること、または少なくとも 洛中のその濃度を低くすることを目的とする。

その面に対する本発明の目的は先ず、鋳造位置より前に・ 一第一段階として容器に保持された鋳鉄と共に鋳鉄浴より上部に位置した気体容 積を密封することで閉じ込め； 一第二段階で、浴の温度における鋳鉄に溶解している亜鉛の飽和蒸気圧の時間に 関する発生の関数として予め決定した値（該予め決定した値は少な（とも飽和蒸 気圧よりも僅かに高い）に対して常に適合可能なように、閉じ込めた雰囲気を調 節することにより変化可能な部分的減圧下に置き；そして 一該亜鉛を捕捉（ｔｒａｐ）すること を特徴とする方法である。

本発明はまたその目的として該方法を実施する装置およびそれにより得られた生 成物も持つ。

本発明は、概略的に示された添付図面に関して非限定的な実施例として、以下に 提供された記述を読むことにより明確に理解することができるであろう。

−図に本発明を実施するための装置。

−図２二本発明を実施するための装置の変化例。

−図３二時間の関数としての亜鉛濃度の発生を表したグラフ。

図面を参照して、我々は鋳鉄２を溶融するためおよび／またはその上部４に溶融 したバッチを充填および／または注型するための開口部５を含む、るつぼのよう な容器ｓ中に保持された鋳鉄浴をソーキングするため装置１を理解する。

予想できるように、容積７は少な（ともるつぼの開口面４と浴の自由表面６を形 成する面との間で広がっており、気体雰囲気は該容積の大部分であり、その自由 上部表面を介して浴に与えられた圧力を伝える。

知られているように、与えられている温度において溶解している液体媒体から蒸 発する物質の傾向は考慮に基づく温度における該物質の飽和蒸気圧（蒸気圧）に 依存する。

同様に、与えれた圧力下の液体の沸騰温度は、その蒸気圧がその温度における考 慮に基づく圧力と等しくなる温度と等しいことが知られている。

従って、若し一定温度において亜鉛が添加された鋳鉄浴上の大部分である雰囲気 圧が低下するならば、これはまず第一に亜鉛の蒸発を誘発する傾向を示す。

本発明は該現象を都合よく使用して、浴上部に位置する雰囲気の圧力が調節され ない場合に起こるであろう間層を矯正する。

実際に、浴の上部表面に加える気体圧力を過度に低下することは突然亜鉛を蒸発 させ、液体鋳鉄を激しくスパッターさせるであろう。

このため液体鋳鉄の温度を考慮して、亜鉛の蒸発を樋やかにすることが望ましい 。

その目的のため、本発明に従えば、浴を鋳造部分のために使用する前にニ ー第一段階では、容器３において鋳鉄浴２より上部に位置した気体容積７を密封 状態で閉じ込め；−第二段階では、浴の温度における鋳鉄に溶解している亜鉛の 飽和蒸気圧の時間に関する発生関数として予め決定した値に常に適合できるよう に（該予め決定した値は少なくとも僅かに該飽和蒸気圧よりも高い）、閉じ込め た雰囲気を調節することにより変更可能な部分的減圧下に置き；そして 一該亜鉛を捕捉する。

部分的減圧を適用するために、予め決定した時間の間、閉じ込めた雰囲気の圧力 を予め決定された値でしかも浴の温度における鋳鉄に溶解している亜鉛の飽和蒸 気圧より高い値に漸進的に低下させるように調節することにより、閉じ込めた雰 囲気を形成するガス状流体が抽出される：次いで 一該圧力を予め決定した期間維持する。

第一に、亜鉛が浴の上部表面より離れて捕捉される場合、亜鉛蒸気が浴の上で凝 縮されモして該浴中に落下して戻ることが防止される。

本発明では、亜鉛蒸気を浴の上で凝縮することを防止するために、該蒸気を酸浴 から取り去り、ガス状流体が移送される間凝縮を防止するために再加熱する。

捕捉操作は適切に言えば、最初の具体例では、容器から抽出されたガス状流体を その中に含む亜鉛蒸気が凝縮するように浴から離して処理する。

変化例では、亜鉛を酸化させそしてその目的のため、蒸気が酸浴から離れるとす ぐに亜鉛の該酸化が生ずるように、閉じ込めた雰囲気を形成するガス状流体を抽 出する間にガス状酸化流体を容器中に実質的に鋳鉄浴の表面に直角に注入する。

洗浄操作は続いて酸化亜鉛の抽出に使用される。

発明を実施する装置は先ず（図１）ニ ー容器において浴より上部に位置する気体容積を閉じ込めるための機構（８） 一調節することにより変化可能な雰囲気中の部分的減圧を作りだす、および浴の 温度における鋳鉄中に溶解している亜鉛の飽和蒸気圧の時間に関する発生の関数 として予め決定した値（該予め決定した値は少なくとも飽和蒸気圧よりも僅かに 高い）に常に適合する機構（９）：および 一亜鉛を捕捉する機構１１．１２ からなる。

調節された部分的減圧を作りだす機構（９）は少なくともニ ー閉じ込められた容積に存在するガス状流体を抽出する機構（９ａ）； 一子め決定した圧力変化方式による抽出機構を調節する機構（９ｂ）からなる。

閉じ込める機構（８）は本質的に容器の開口部上を密封するように適合するカバ ーからなる。

流体抽出機構９ａは例えばカバーに位置する開口部に連結した真空ポンプよりな る。

予め決定した方式に従った抽出機構を調節するための機構９ｂは、例えばプログ ラムしつるオートレース（ａＵｔｏｒａｔｈｅ）よりなる。

亜鉛を捕捉することを意図する機構１１は、亜鉛蒸気が鋳鉄浴より上部で凝縮す るのを防止するための機構８ａ、例えば浴の上部からガス状流体を移動するおよ びカバー８に位置する道管（ｃｈａｎｎｅｌ）　８　ａのようなもの（該道管８ ａは亜鉛がその部位で凝縮するのを防止するように設計された加熱機構８０を備 える）からなる。

好ましくはカバー８は道管８ａが浴の自由表面から数センチメートル離れて出る ように作られる。

カバー８は部会長（はそれ自体フレーム８ｄにより保持されるジヤツキ８ｂによ り支持され、開放に際しては該ジヤツキはカバーを持ち上げ、さらにそれを容器 に関して側面に引き込ませることを可能にさせ、およびその閉鎖において逆も可 能である。

捕捉操作は適切に言えば、具体例の初期形態１１においては捕捉機構１１．１２ は浴上から除去された亜鉛蒸気を凝縮する機構からなる。

たとえば　、該凝縮機構１１は水で冷却されたラッヒシリング（Ｒａｃｈｉｇ　 ｒｉｎｇ）よりなる。

変化例（図２）では、捕捉機構１１．１２は鋳鉄浴の表面６に直角にガス状酸化 流体の調節された導入のための機構のような、亜鉛を酸化する機構１２よりなる 。

空気のようなガス状酸化流体の閉じ込めた容積自体中への取入口はそのため調節 され部分的減圧を決定するために考慮される。

該変化法において、亜鉛蒸気が浴より上部で凝縮することを意図する機構１２は 、一方で浴の表面とおおよそ同じ大きさである実質的に平らな表面（１７）を持 つ剛性プレート（１６）を、そして他方で浴の表面より上部に小さい距離で、調 節された圧力下、亜鉛の気化温度より高い温度で該プレートを保持する部材（１ ３）を包含する。

好ましい具体例では、一方においては、ガス状酸化流体は機構１３ｂにより、そ の目的のために導管（ｃｏｎｄｕｉｔＨ３ａを介して（該導管は好ましくは要求 される距離で剛性プレートを保持する構成部分１３で構成される）、浴の表面に 向かってプレート１６を介して注入され、さらに他方、剛性プレートは耐熱性材 料からできたディスクよりなる。

図３においては、曲線Ａは１３８０℃、１２０ｍｂａｒ　（１２ｋＰａ）におけ る亜鉛除去の速度を表し、同時に同じ図における曲線Ｂは１３８０℃、５００ｍ ｂａｒ（５０ｋＰａ）における亜鉛除去の速度を示す。

図３においては、時間ｔは横座標に示し同時に濃度Ｃは縦座標の位置する。

時間０は操作圧力が閉じ込めた容器中に達した瞬間である。

例えば、５０ｇの量を保持した浴に対して、１２ｋＰａの圧力が１６秒間保持さ れた後、我々は総量に関する亜鉛量０．０１４％（３０秒間の時間保持に対して は０゜００４％）の比を得る。

５０ｋＰａの圧力下では、量比は３０秒の保持時間後は単に０．０５１％である 。

本発明による方法は亜鉛の濃度をｐｐｍレベルより下まで低めることが可能であ るに違いない。

実際には、分析は広く使用されているスパーク分光光度計の検出閾値より低くま たは１０ｐｐｍより低くするのは容易であることを示し、同時に、冶金学的見地 から、５０ｐｐｍの残量はすでに総合的な許容限界値であると考えられる。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成５年４月９日

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．鋳物部品の鋳造用るつぼ等の容器（３）に保持された液体鋳鉄浴（２）に溶 解している亜鉛を抽出する方法であって； 該容器はまた、特定の温度にある鋳鉄浴の自由表面（６）より上部に、上記の自 由表面を介して該浴に特定なおよび初期は大気圧である圧力を伝達し、溶解して いる亜鉛について与えられた蒸気圧を有するガス状流体の容積（７）を保持して おり； 該方法が、浴が部品の鋳造に使用される前に：−第一段階で、容器（３）におい て鋳鉄浴（２）より上部に位置する気体容積（７）を密封状態で閉じ込め； −第二段階で、浴の温度における鋳鉄中に溶解している亜鉛の飽和蒸気圧の時間 に関する発生の関数として予め決定した値に常に適合可能なように（該予め決定 した値は少なくとも飽和蒸気圧よりも僅かに高い）、閉じ込めた雰囲気を調節す ることで変化可能な部分的減圧下に置き；そして該亜鉛が捕捉（ｔｒａｐ）され ることを特徴とする方法。
2. ２．部分的減圧をつくり出すために、 −予め決められた期間中、予め決定されさらに浴の温度における鋳鉄中に溶解し ている亜鉛の飽和蒸気圧よりも高い値まで、閉じ込めた雰囲気の圧力を漸進的に 低下させるように、調節された方法で閉じ込めた雰囲気を形成するガス状流体が 抽出され、そして；−該圧力を予め決定した期間の間保持することを特徴とする 、請求項１に記載の方法。
3. ３．亜鉛が浴の上部表面より離れて捕捉され、亜鉛蒸気が浴上で凝縮し、そのた め該液体中に落下して戻ることを防止することを特徴とする請求項１および２の 何れかに記載の方法。
4. ４．亜鉛蒸気が浴上で凝縮することを防止するために、それらを該浴から取り去 り、かつガス状流体を移送させる間再加熱することを特徴とする請求項３に記載 の方法。
5. ５．亜鉛を捕捉するために、容器から抽出されるガス状流体をその中に含む亜鉛 蒸気が凝縮するように浴から離して処理することを特徴とする請求項１ないし４ の何れかに記載の方法。
6. ６．閉じ込めた雰囲気を形成するガス状流体が抽出される間、気体状酸化液体を 容器中に実質的に鋳鉄浴の表面に直角に注入して該浴から発生する亜鉛蒸気を酸 化することを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の方法。
7. ７．第一に、 −容器おいて浴より上部に位置する気体容積を閉じ込めるための機構（８） −調節することで変化可能な雰囲気中の部分的減圧を作りだすための、および浴 の温度における鋳鉄中に溶解している亜鉛の飽和蒸気圧の時間に関する発生の関 数として予め決定した値に常に部分的減圧を適合する機構（９）（該予め決定し た値は少なくとも飽和蒸気圧よりも僅かに高い）；および −亜鉛を捕捉する機構（１１，１２） からなることを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の方法を実施する装 置。
8. ８．部分的に調節された減圧を作りだす機構（９）が少なくとも： −閉じ込めた容積中にあるガス状流体を抽出する機構（９ａ）； −予め決定した圧力変化方式による抽出機構を調節する機構（９ｂ）からなるこ とを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. ９．捕捉機構（１２）が、鋳鉄浴の表面（６）に対し直角である亜鉛を酸化する ための機構からなる請求項７または８に記載の装置。
10. １０．亜鉛蒸気を浴の上で凝縮させることを意図する機構（１２）が： −浴の表面とおおよそ同じ大きさである実質的に平らな表面（１７）を持つ剛性 プレート（１６）；−浴の表面より上部に小さい距離で、調節された圧力下、亜 鉛の気化温度より高い温度で該プレートを保持する部材（１３）； −気体状酸化液体を導く導管（１３ａ）〔該導管はプレート（１６）を通して浴 の表面（６）に直角に出ている〕； −ガス状流体を上記の導管（１３ａ）に注入する機構（１３ｂ）からなることを 特徴とする請求項９に記載の装置。