JPS582561B2 - 発泡中空粒鉄の製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内部に比較的大なる容積率を占める気泡を形
成し、単粒の見掛比重が軽小な発泡中空粒鉄の製法を提
供するもので、製造された発泡中空粒鉄はそのまゝ、ま
たは単味ないしは他の素材ないしは充填材、結合剤等と
複合し成形することにより、軽量、耐火、断熱、耐水、
防音、吸振等各種の特性を有する構造材料その他の用途
に供することができる。

多孔質軽縫金属材料の製造方法については多数の公知の
方法があるが、それらのうち鉄鋼材料関係については、
いわゆる粉末冶金法すなわち先づ微細な鉄粉をつくり、
これを素材として成形し焼結する方法が知られている。

これらの粉末冶金法によって成形製造された材料は充実
した素材粉末の相互間の接触空隙だけによって多孔質と
なっているものであるが、本発明方法による発泡中空粒
鉄を素材として成形すれば素材自体の内蔵気泡と粒鉄相
互間の接触空隙が相俟って、嵩比重において著しく軽小
な多孔質構造材を製造することができる。

また鉄鋼などの金属塊の実質中に相当な容積率を占める
気泡を形成させるには、溶融状態から冷却固化する際に
ガスを分離、発生させることが有効な手段と考えられる
が、そのとき溶融金属が相当大量の場合は、冷却固化の
進行や液圧差、浮力などの関係で、気泡の形成分布を全
体に均一にすることはもちろん、全気泡の容積率を大に
することも極めて至難になる。

これに対し、本発明方法による発泡中空粒鉄によるとき
は、後記の理由で粒鉄それぞれの単粒毎に相当な容積率
を占める気泡を形成させることが可能であり、それらの
粒型、気泡容積率などを揃えることも可能となるから、
それらを集合成形すれば、均質かつ著しく軽量な多孔質
の構造材を容易に製造することができることになる。

これに関連して、内部に相当な容積率の気泡を形成させ
るために、ガスを発生する状態とした溶鉄を小容積の液
滴状とし自由落下などの無重力状態において処理すれば
、表面張力だけによる液圧状態であるので比較的僅かの
発生ガス圧により容易に発泡し、また液滴は表面から冷
却が進行して粘性と表面張力を増加するので発生ガスに
より液滴は発泡膨脹して球状となり内部に大なる容積率
の気泡を形成した粒鉄として凝固するものと推定した。

発明者等は、以上の考察にもとづき、発泡中空粒鉄の製
法を開発するために、各種の方策による模索実験を追究
反覆した結果、炭素を含有する溶鉄を液滴に分散して、
飛散させ、表向張力によって粒状として冷却凝固させる
にあたり、予め溶鉄を酸化状態として、過剰酸素により
脱炭反応が進行するように処理すれば、発生ガスにより
内部に大なる容積率の気泡を有する中空粒鉄を製造でき
ることを確認し本発明を完成するに至った。

本発明による発泡中空粒鉄の製法は、炭素を含有する溶
鉄な酸化剤と反応せしめて酸化進行状態で流下させ、流
下しつつある溶鉄流を分散させて液滴となし、該液滴を
表面張力により粒状化させると共に冷却させ、その際に
溶鉄中の炭素の酸化により発生する酸化炭素ガスを主と
するガスによって内部にガス気泡を形成させることを特
徴としている。

本発明による製法において、溶鉄と酸化剤との反応は、
溶鉄をその容器より溶鉄流となす際に流出部の上方から
溶鉄に酸化剤を噴射させて行なうのが有利である、蓋し
、これにより流出する溶鉄の温度が上昇して流出部にお
ける狭窄が未然に防止できると共に溶鉄流中の炭素の酸
化進行を促進し得るからである。

溶鉄流形成は公知手段例えば容器の傾斜による流出、溶
鉄溜の底部流出口よりの流下により行われることができ
、溶鉄流からの造粒も又公知の手段にて、例えば空気流
の吹付けにより行なうことができる。

尚、酸化剤としては酸素、空気、水蒸気又はこれ等の混
合物の如き酸化性気体であることも、更には又微粉状酸
化鉄鉱の如き固体酸化物であることもできる。

炭素含有率約４％であって珪素含有率約１％の銑鉄を本
発明方法により処理すれば、炭素含有率が２．５％以下
であり且つ珪素含有率が０．５％以下の成分組成であっ
て、内部に容積率約２０％以上の気泡を有し且つ単粒の
平均見掛比重が約６以下である発泡中空粒鉄を得ること
ができる。

次に、実施例に関連して本発明を更に詳細に説明する。

実施例 １ ４．１％Ｃ、１．２％Ｓｉ、０．８％Ｍｎを含有する銑
鉄を誘導電気炉で１３５０℃に加熱して溶解し、上方か
ら吹管を通じ高圧酸素を噴射して酸化を進行させ、その
進行経過段階毎に耐火物で裏張りした漏斗に受湯しその
底部の細孔から流下する溶鉄流を空気流で分散し水槽中
に自然落丁せしめて得た粒鉄について内蔵気泡の形成状
態、成分組成などを調査したところつぎのような結果が
得られた。

銑鉄を溶解したまゝの酸化実施前の溶鉄を処理して得た
粒鉄は内部に気泡の形成は殆ど認められないが酸化が進
行し、Ｓｉ，Ｍｎにつゞいて脱Ｃが進み、およそ０．５
％Ｓｉ程度以下となり２．５％Ｃ程度以下に低下する頃
より気泡の形成が発達しはじめＳｉがさらに低下し、１
．５％Ｃ程度以下になると第１Ｂ図の断面写真に示され
るような気泡容積率５０％以上にも及ぶ擬球状の中空粒
鉄が得られた。

第１Ａ及び１Ｂ図に示される粒鉄試料の成分組成は１．
０％Ｃ、０．１％Ｓｉ、０．１％Ｍｎで粒鉄の平均外径
約２．５ｍｍ、平均見掛比重３．０、平均気泡容積率約
６０％、充填率約７割で容器中に収容した場合の嵩比重
約２．１であった。

引続きさらにＣが低下して０．３％Ｃ程度以下になると
気泡の形成は減少するようになった。

以上の実験結果から、本実験においては、溶鉄組成が２
．５％Ｃ以下０．５％Ｓｉ以下の場合に、内部に容積率
２０％以上の気泡を形成し見掛比重約６以下の粒鉄が得
られることを認められた。

すなわち、Ｃが鋼組成領域を超える程度においても、Ｓ
ｉが低く酸化進行状態とすれば発泡して粒鉄内部に気泡
を形成し、またＣが低下するのに応じて気泡の形成を促
がすためにはＳｉをさらに低下する必要があることも判
明した。

なお、酸化によりＳｉ、Ｍｎ、Ｃなどが低下しそのまゝ
で充分発泡可能な溶鉄にＡｌを添加して同様に粒鉄の製
造を試みたところ極めて微量添加した場合は気泡形成状
態が比較的良好であったが、ある程度添加量を増加した
場合には脱酸されるに従い気泡の形成は消滅した。

実施例 ２ 鋼屑に銑鉄またはコークスなどを配合し、誘導電気炉で
無滓状態および酸化鉱または酸化性鉱滓を与えて溶解し
、実施例１に準じて一連の実験を実施し、得た粒鉄につ
いて、発泡状態、成分組成などを調査したところ、何れ
の場合も実施例１と殆ど大差のない類似する結果が認め
られた。

以上の結果から、粒鉄に相当大なる容積率の内蔵気泡を
形成させるためには、リムド鋼塊製造の場合におけるい
わゆるリミングアクションによるガス気泡の発生をさら
に増大させるように、２．５％Ｃ程度、０．５％Ｓｉ程
度以下のＣを含有する溶鉄な酸化強制状態において、液
滴状となしその冷却凝固中に主として酸化炭素ガスの発
生分離を促進することが必要条件であり、特にある程度
以上のＳｉなどの残留やＡｌの添加などにより脱酸させ
ることは避けるべきであることが判明した。

溶鉄の冷却凝固の際には溶存するＨ２やＮ２などのガス
分離による発泡効果も考慮されるが実施例の場合にはそ
の影響を無視した。

尚、溶鉄の成分組成において０．３％Ｃ程度以下となる
場合は、気泡が粒鉄の外殻を破ったいわゆる開放気孔と
なる傾向が認められるので、特に独立した閉鎖気孔とす
る必要ある場合などには液、固相の共存温度巾のある、
ある程度高Ｃ％組成とすることが望ましい。

また、別に実施した実験結果から、成分組成が適当範囲
にあれば、未酸化の溶鉄流についてもその凝固前に酸素
などにより酸化を強制すれば発泡できることが認められ
た。

気泡の容積率は、溶鉄の成分組成、酸化強制程度その他
により変えることができ、無気泡はもちろん、少率に留
めることも可能であるが容積率２０％以下、見掛比重６
．２以上では、発泡中空粒鉄として気泡を内蔵せしめた
効果が稀薄となるので、容積率２０％以上の気泡を内蔵
させ、見掛比重もより軽小とする点に本発明の特徴が存
する。

しかして、溶鉄の発泡は溶鉄内に含有されている炭素の
酸化によるガス発生に主として起因するものであるから
、その発泡性はＣ以外にＳｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｎなどの
所謂脱酸元素の影響を受けるが、その他の元素例えばＮ
ｉ，Ｃｒ，Ｃｕなどは合金化により発泡性そのものには
格別な影響を与えないようになすことができる。

また、本発明により得られた発泡粒鉄はその用途に応じ
熱処理等の処理を施こして調質することができる。

溶鉄流を液滴に分散して、球状の粒鉄として冷却、凝固
させるには、各種の公知の方法を含む適宜を溶融物の造
粒法を適用することができる。

しかしながら、本発明は高温度の溶鉄を処理し、製品粒
鉄は目的粒径に、しかも粒度の分布をつとめて所定の範
囲に収める場合があるので、種々の考慮を要する。

溶鉄流を分散して得られる粒鉄の粒径、発泡状態は溶鉄
の成分組成、温度、酸化進行状態、発泡能力、表面張力
、粘性および溶鉄の流出方法ならびに分散方法などの諸
条件に支配され、広い粒径範囲で実施でき、１０ｍｍ程
度とすることも可能であるが、概ね１５ｍｍ以上とする
ことは難かしい。

しかして、粒度を揃えるには、諸条件とともに、分散す
べき溶鉄流の束径を作業中常に一定に保つことが重要で
ある。

溶鉄の流出方法は種々存するがそれらのうち、特に溶鉄
溜りの底部の流出孔より流出させる場合は、液圧および
特に流出孔の孔径を所定に保つ必要がある。

ところが流出孔は口径を数ｍｍ程度以下にする場合など
には溶鉄が次第に固着して狭窄し遂には閉塞し易いので
これを解決しなげればならない。

前述の各実施例においても初期の段階では、流出孔を穿
った耐火物を裏張した漏斗を使用前に予熱しても、その
程度にもよるが使用中早期に狭窄し孔径が小なる場合は
まもなく閉塞し作業の中断を余儀なくされた。

よって、この故障を解決するために種々工夫した結果、
溶鉄を受湯し、処理すべき容器を区分し、溶鉄を受湯し
必要により酸化を実施する部分（以下受湯処理室という
）と底部において溶湯を連通ずるが隔壁によって分離さ
れ底部に流出孔を穿った流出室とを設け、流出孔の上方
に昇降可能とした圧力酸素等の酸化剤用吹管を装備し、
溶湯処理室より流出室に流入した溶鉄浴深さと、吹管位
置を調整して酸化剤を吹きつけつゝ溶鉄を流出させたと
ころ流出温度が上昇して流出孔が狭窄することなく作業
を継続することができ、また粒鉄の粒度、発泡効果も良
好であった。

本実施例を示す第２図によってさらに説明する。

容器１は底部に連通部３のある隔壁２によって受湯処理
室４と底部に１個または複数個の流出孔６を穿った流出
室５に区分され、何れも耐火物によって裏張りされてい
る。

受湯処理室４の上方および流出室５の流出孔６の上方に
、それぞれ昇降調整可能とした酸素などの酸化性気体噴
射用の吹管７および８を備えている。

溶解炉または溶鉄取鍋Ｌを傾瀉して溶鉄Ｍを受湯処理室
４に流しこむと溶鉄Ｍは連通部３を潜流して流出室５に
入り底部の流出孔６より溶鉄流Ｓとなって流下する。

溶鉄流Ｓは公知または適宜の方法により液滴に分散され
、造粒され発泡しつゝ冷却されて中空粒鉄９として凝固
する。

受湯処理室４においては、溶鉄Ｍが溶解炉または溶鉄取
鍋し中で酸化処理される場合や、後に流出室５における
酸化処理で充分な場合は別として、受湯した溶鉄Ｍに対
し、吹管γを適当な位置に調整して酸素などを噴射して
酸化処理するか、その代りに鉄鉱石などの酸化物を添加
して行うこともできる。

溶鉄Ｍは連通部３を潜流して流出室５に入るが、このと
き隔壁２は受湯処理室４における受湯に伴う波立ちや溶
滓などの異物が流出室５に流入するのを防止する。

また、受湯処理室４における受湯速度は、流出室５にお
ける溶鉄浴が適当な深さを保ちつゝ流出孔６より流下す
るように調整される。

このとき、吹管８の溶鉄面からの位置を昇降調整して酸
素などを適宜噴射することにより酸化を促進するととも
に溶鉄Ｍの流出温度を上昇し、流出孔６の狭窄を防止す
る。

流出孔６が複数個ある場合は吹管８はそれぞれ専属して
設けることが望ましい。

万一、流出孔６が狭窄ないし閉塞した場合は、作業を中
止し、赤熱状態のうちに周辺に酸素を噴射して溶出し、
あるいは突棒なとで手入れすることもできる。

なお、本例とは別に溶鉄の収容容器を傾瀉して流出口な
どの流出部より流出する場合においても、その流出部直
前の溶湯に対し吹管を設けて同様に処理することができ
る。

【図面の簡単な説明】

添附図面中、第１Ａ及び１Ｂ図は本発明方法により製造
された発泡中空粒鉄の拡大尺（約２倍）写真であって、
第１Ａ図は外観を示し、第１Ｂ図は複数個の発泡中空粒
鉄を合成樹脂に埋込み次いで截断して各粒鉄の断面を示
し、第２図は本発明方法を実施する装置を略示する断面
図である。 尚、第２図に示された装置各部等と参照符号との対応関
係は次の通りである。 Ｌ・・・・・・取鍋、Ｍ・・・・・・溶鉄、Ｓ・・・・
・・溶鉄流、１・・・・・・容器、２・・・・・隔壁、
３・・・・・・連通部、４・・・・・・受湯処理室、５
・・・・・・流出室、６・・・・・・流出孔、７・・・
・・・吹管、８・・・・・・吹管、９・・・・・・発泡
中空粒鉄。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 炭素を含有する溶鉄を酸化剤と反応せしめて酸化進
   行状態で流下させ、流下しつつある溶鉄流を分散させて
   液滴となし、該液滴を表面張力により粒状化させると共
   に冷却させ、その際に溶鉄中の炭素の酸化により発生す
   る酸化炭素ガスを主とするガスによって内部にガス気泡
   を形成させることを特徴とする発泡中空粒鉄の製法。