JPS596385B2 - 鋳鉄溶湯の黒鉛球状化度の迅速判定方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、鋳鉄溶湯の黒鉛球状化度の迅速判定装置に関
し、特に本発明は球状黒鉛鋳鉄用溶湯試料について冷却
凝固過程の温度と時間との関係を熱分析的に測定して鋳
鉄の黒鉛球状化度と最も相関の強い３つのパラメーター
を実験例から予め統計的に求めた関係式と合致するよう
演算処理し、その結果を直視可能に表示する鋳鉄溶湯の
黒鉛球状化度の迅速判定方法および装置に関するもので
ある。

球状黒鉛鋳鉄は、片状黒鉛鋳鉄に比較して、機械的、物
理的性質、溶接性あるいは切削性などについて、数多く
のすぐれた特徴をもつているが、製造上にはいまだ多く
の問題が残されている。

すなわち、球状黒鉛鋳鉄は、たとえば溶解原材料の種類
、化学組成、溶解履歴、溶解方法によつて決まる元湯の
性状、あるいはたとえば処理量、処理温度、処理方法、
球状化剤の種類と添加量などによつて決まる黒鉛球状化
処理の良否によつて、溶湯の黒鉛球状化度、ひいては製
品材質の良否が決定される。このように、球状黒鉛鋳鉄
は片状黒鉛鋳鉄に比較して、製品材質を向上するために
は、その製品材質を左右する製造上の要因がきわめて多
く、工程上それらすべて適確に管理することは非常にむ
ずかしい。一般に、球状黒鉛鋳鉄における黒鉛の球状化
度は、鋳製品と同一条件で鋳造した供試材ないしは鋳造
品本体付きの試片について、直接的に組織の顕微鏡写真
の観察により、黒鉛球状化度を決定するほか、間接的に
は、球状化度と有意な相関関係をもつことが認められて
いる引張強さ、伸びなどの機械的性質、黒鉛球状化用添
加マグネシウムの残留含有率（残留Ｍｇ量）などの測定
結果から通常判定されている。

しかし前記測定結果に基づいて判定することは確実では
あるが、測定ならびに判定に長時間を要し、たとえば最
も迅速になし得ると思われる組織観察についても、注湯
後かなりの時間を必要とし、球状化度が悪いと判定され
ても、すでに鋳造後で手の施しようがなく、その鋳造品
は不良となり、製造上著しい経済的損失を招くことはな
る。

したがつて、鋳造現場では、球状黒鉛鋳鉄用溶湯（以下
ＳＧ溶湯と称す）が鋳型に注湯される前、すなわち、黒
鉛球状化処理直後に溶湯の凝固後の鋳鉄の黒鉛球状化度
を迅速にしかも精度よく判定し、処置対策を速やかに実
施することができる方法の出現が切望されていた。周知
のごとく、鋳造時の溶湯の黒鉛球状化度は、基本的には
球状化処理直後の黒鉛球状化剤の溶湯の残留マグネシウ
ム量あるいは黒鉛球状化率によつて支配される。

鋳鉄溶湯の黒鉛球状化処理後注湯にいたるまでの残留マ
グネシウム量の減少あるいは球状化率の低下は、溶湯の
保持温度、保持時間、さらには使用取鍋の形状、大きさ
など、各鋳造現場の標準作業状態によつてそれぞれあら
かじめ定つている性質のものである。したがつて、黒鉛
球状化処理直後の溶湯の黒鉛球状化度が判別できれば、
注湯の可否が各鋳造現場の標準作業状態に基づいて決定
され、球状化処理不良の溶湯をそのまま注湯して不合格
品を作ることを回避することも可能となる。ＳＧ溶湯の
冷却凝固過程において熱分析の結果得られる冷却曲線（
経過時間と試料温度との関係を示す曲線）の形状は、凝
固後の鋳鉄の黒鉛球状化度と密接な関係があることから
、最近、黒鉛球状化処理直後のＳＧ溶湯試料について熱
分析を行ない、その温度変化の状態からＳＧ溶湯の黒鉛
球状化度を鋳型に注湯する以前に判定する、いわゆる熱
分析法が提唱されている。

たとえば、特開昭４８−１４３９３号に示すようにＳＧ
溶湯から採取した溶湯試料を試料鋳型（カツプ）に注湯
し、適宜の熱電温度記録計を用いて冷却曲線を描かせ、
その形状からＳＧ溶湯の黒鉛球状化度を判定する方法が
ある。しかし、この方法は、あらかじめ多数の実際例に
ついて冷却曲線の形状と黒鉛球状化度との関係を数十種
類以上に分類用意したものと当該曲線とを比較対照する
ものであり、測定の迅速性は満足されるが、比較解析が
複雑で面倒なために主観にとられれ易く、個人誤差が大
となる危険性があり、鋳造現場で実用されるにいたらな
いのが現状である。別の方法として、同様に冷却曲線を
利用し、初晶温度ならびに共晶凝固の際の過冷による最
低温度およびその後の再輝現象による最高温度を曲線か
ら目測で読取り、それらと溶湯の黒鉛球状化度、さらに
は炭化物含有量との関係を求めるものがある。

この方法によれば、前の方法と同様に測定の迅速性は満
足されるが、温度計が数値表示式でないために起る最低
温度および最高温度の読取りの不正確さが結局誤差を生
じ、さらには温度計の熱起電力分解能が不足しているこ
とと、ＳＧ溶湯の黒鉛球状化度を判定するうえで重要な
意味をもつ温度変化の時間的パラメータが考慮されてい
ないために、十分な精度を得ることができず鋳造現場で
実用することは無理である。さらに、冷却曲線を利用す
る他の方法として、共晶凝固の際の過冷最低温度、再輝
による最高温度および両温度の差ならびに最低温度から
最高温度にいたるまでの曲線の最大傾斜角度などの単相
関関係からＳＧ溶湯の黒鉛球状化度を推定する方法が提
唱されている。

この方法によれば、前記２つの方法と同様に、迅速性は
満足されるものの、最低および最高温度の読取り誤差、
熱起電力分解能の不足、さらには単相関関係のみを使用
するという判定基準の不備のため、十分な精度を得るこ
とができず、そのうえこの方法は亜共晶ＳＧ溶湯だけに
しか適用できないとされているので、はとんどの鋳造工
場では過共晶溶湯から球状黒鉛鋳鉄が製造されているこ
とを考え合わせると、鋳造現場で使用することは不可能
といわざるをえない。何れにしても、ＳＧ溶湯の黒鉛球
状化度の判定については、信頼性を得ようとすれば結果
を得るまで長時間を要し、また熱分析法を利用する従来
の方法では、測定の迅速性については満足できるが、上
に述べたような理由から十分な信頼性を得るにいたらず
、また適用できる溶湯組成に制限が加わるなどして、鋳
造現場で実用されるものがないのが現状である。本発明
は、従来方法に伴う前記諸欠点を除去し、改善した方法
とその方法の実施に直接使用する装置を提供することを
目的とし、本発明の方法は、予め多数の各種球状黒鉛鋳
鉄用溶湯試料を所定の冷却条件下でそれぞれ冷却凝固さ
せる過程中の共晶凝固の際に生ずる過冷による最低温度
ＴＥＵ、引続いて生ずる再輝現象による最高温度ＴＥＭ
ならびに前記最低温度ＴＥＵから最高温度ＴＥＭに到達
するまでの経過時間Ｚを読取つたそれぞれの値と、前記
それぞれの凝固後の鋳鉄の黒鉛球状化率、Ｍｇ残留含有
率、引張強さ、伸びのうちから選ばれる何れか１つの黒
鉛球状化度を示す特性値Ｄｓとの間の関係を示す下記の
関係式（但しΔＴＥはＴＥＭとＴＥＵとの差を示す）中
の定数Ａ，ｂ，ｃ，ｅを決定し、黒鉛球状化度が未知の
球状黒鉛鋳鉄用溶湯試料を前記所定の冷却条件下で冷却
凝固する際読取られるＴＥＵ，ＴＥＭ，Ｚの数値を前記
関係式に代入して黒鉛球状化度判定用特性値Ｄ８を求め
る鋳鉄溶湯の黒鉛球状化度の迅速判定方法にある。

本発明の装置は、球状黒鉛鋳鉄用溶湯試料を注入する試
料鋳型と；鋳鉄溶湯試料について所定の冷却条件下でそ
れぞれ冷却凝固させる過程中の溶湯の温度変化を測定し
、その共晶凝固の際に生ずる過冷による最低温度ＴＥＵ
およびこれに引続いて生ずる再輝現象による最高温度Ｔ
ＥＭを測定してこれを電気信号に変換するサーモカツプ
ルと、前記サーモカツプルの冷接点を取囲む外気温度の
変動を補償する温度補償回路と、この温度補償されたア
ナログ信号を増幅する増幅器と、この増幅器出力を少く
とも３秒以下の所定時間間隔でデジタル量に変換するた
めのアナログ・デジタル変換器と、前記試料鋳型に注湯
した溶湯の球状黒鋭化度Ｄｓを（但しΔＴＥはＴＥＭ（
５ＴＥＵとの差を示す）なる式に合致する演算が可能な
ように構成したマイクロコンピユータと、演算結果得ら
れた球状黒鉛化度を表示する表示器とより成り、前記マ
イクロコンピユータは前記の式において少くとも４つの
試料に対して実験により予め定めた定数Ａ，ｂ，ｃおよ
びｅを記憶する記憶素子と、機器異常と接触不良および
測定不良を検出する機能をもつたスタート回路と、前記
過冷による最低温度ＴＥＵを検出し、記憶する記憶素子
と、再輝現象による最高温度ＴＥＭを検出し、記憶する
記憶素子と、前記最高温度ＴＥＭと最低温度ＴＥＵとの
温度差ΔＴＥを決定し記憶する引算素子と、前記最低温
度ＴＥＵから最高温度ＴＥＭに到達するまでの経過時間
Ｚを検出し、記憶する素子と、前記最高温度ＴＥＭと定
数ｂとを乗算しＢＴＥＭを求める素子と、前記温度差Δ
ＴＥと定数ｃとを乗算しＣＪＴＥを求める素子と、前記
経過時間Ｚと定数ｅとを乗算しＥＺを求める素子と、定
数ａとＢＴＥＭおよびＥＺとの和より球状黒鉛化度Ｄｓ
を求める演算素子とを具備して成り、前記演算処理して
得られる数値を可視的に数字あるいは図形で表示し得る
よう構成した鋳鉄溶湯の黒鉛球状化度の迅速判定装置に
ある。

本発明の他の目的はＡ／Ｄ変換器にデジタルパイロメー
タを接続し前記鋳型に注湯された溶湯の凝固に至る迄の
温度を連続して表示する装置を設けた鋳鉄溶湯の黒鉛球
状化度の迅速判定装置を提供するにある。次に本発明を
詳細に説明する。

本発明者らは、ＳＧ溶湯の冷却凝固過程の温度経過を熱
分析的に測定し、その結果の解析により溶湯の黒鉛球状
化度を判定する方法について、多数の実際例について広
範な試験を実施することにより、上に述べたような欠点
をすべて解消し、迅速でしかも信頼性のある方法ならび
に装置の開発に成功した。

まず、従来の熱分析法の欠点とされる温度変化を連続し
た曲線で描かせる、いわゆるアナログ方式を、アナログ
・デジタル変換装置により変換し、短時間間隔の頻度を
もつて数値として読取りデータ処理する数値式温度読取
り方式とするとともに、測定結果の解析上必要とする温
度を後述の方法によつて適確に決定できるようにして、
読取り誤差をほとんど全く解消した。

この場合、読取る数値は、直接的に温度に対応する熱起
電力値（ＭＶ）であつても、またその関数（以下代表的
に温度℃とする）であつてもよい。さらに、温度変化探
知感度（熱起電力分解能、ＤＶ）を、必要により熱起電
力（電圧）を増幅することにより２．５℃相当値以下と
して測定精度を上げると同時に、測定頻度の逆数である
時間間隔ＤＺを３秒以下の所定の短時間間隔で読取るこ
とにより、冷却過程における温度変化に精度よく正確に
迫随できるようにした。

ＤＶが２．５℃を越える場合には、冷却過程の解析上必
要な温度を把握できないことがあり、その結果、黒鉛球
状化度の判定が不可能となることが多いことが種々の実
験により確認された。またＤＺについてもそれが３秒を
越える定時間間隔においては、冷却過程での非常に速い
温度変化、たとえば溶湯試料の注湯から初晶の晶出まで
の経過を正確に把握できなかつたり、あるいは解析上必
要な温度を見逃すおそれがあると同時に、時間的パラメ
ーターの把握に誤差を生じる欠点もある。その結果、Ｄ
Ｚが３秒を越える場合にも、やはり溶湯の黒鉛球状化度
の判定が困難となる。この種の数値式温度計は、当然な
がら性能上からもそれぞれ所定のＤＶとＤＺの値をもつ
ているが、本発明の目的によれば上述のように、ＤＶは
２．５℃相当値以下、ＤＺは３秒以下のなるべく短い時
間とすることが有利である。

次に、この数値式温度計を使用して、亜共晶ならびに過
共晶組成のＳＧ溶湯の多数例について、）冷却速度を異
にする種々のカツプに注湯し、熱分析を行なつたところ
、カツプに溶湯試料を注湯してから、共晶凝固終了まで
の時間が１分以内となるような急速冷却のときは、両組
成とも熱分析で把握された種々のパラメーターと溶湯の
黒鉛球状化度との間には統計的に有意な相関関係が認め
られなかつた。

これらの組成を観察すると、冷却速度が速いために多量
のセメンタイトが認められ、この影響であることが確認
された。他方、注湯から共晶凝固終了までの時間が１０
分以上となる緩徐冷却のときは、平衡凝固状態に近づき
、ＤＶとＤＺの精度が低い場合と同じ結果になり、これ
も統計上有意となる結果を得ることができなかつた。

以上のように、熱分析用カツプに溶湯試料を注湯してか
ら、共晶凝固終了までの時間は、本発明の目的を達成す
るためには重要な因子であり、１分以上１０分以内とす
ることが有利である。

熱分析用カツプに注湯された試料の、注湯から共晶凝固
終了までの時間は、注湯温度、注湯重量、カツプの形状
およびその構成材料ならびに冷却条件等によつて影響さ
れるが、通例使用されるシエル鋳型を用いてカツプを構
成し、かつ大気中で冷却する場合には、注湯温度のほか
注湯重量が重要な因子である。本発明者らは多数の実験
に基づき、シエル鋳型を用いたカツプの場合、注湯重量
としては２００Ｖないし５００？が最適で、上記の凝固
時間の条件を満足し、最もよい結果が得られることを発
見した。したがつて、カツプの寸法も上記の注湯重量に
適合した内容積をもつことが望ましい。数値式温度計に
よつて読取られる冷却過程は、そのＤＶとＤＺとによつ
て決定される各時点における温度点の連続的な曲線とし
て把握される。

したがつて、任意の時点における温度は１つの数値とし
て正確に読取ることが可能であり、時間的パラメーター
についてＤＺによつてきめられた所定時間間隔の頻度の
積算によつて正確に読取ることが可能である。ＳＧ溶湯
の冷却曲線の１例を示すと第１図のようになる。

本発明者らは、亜共晶および過共晶組成のＳＧ溶湯の多
数例について、数値的に読取つた冷却曲線から得られる
種々のパラメーターと、該溶湯の黒鉛球状化度との関係
を、統計的手法すなわちある水準以上の有意性をもつパ
ラメーターのうち、最も相関性の強いものから順次取入
れ、段階的に重回帰分析を繰り返す方法によつて解析し
た結果、この重相関関係で有意となるパラメーターは、
共晶凝固の再輝による最高温度ＴＥＭ、この温度と共晶
凝固の過冷による最低温度ＴＥＵとの差ΔＴＥおよび数
値式温度計がＴＥＵを示す最終の時点からＴＥＭを示す
最初の時点までの経過時間Ｚの３つであり、きわめて高
度の有意性をもつ重相関関係が成り立つことを知見した
。すなわち、溶湯の凝固後の鋳鉄の黒鉛球状化度すなわ
ち溶湯の黒鉛球状化度を示す特性値Ｄｓは、ＴＥＭ，Δ
ＴＥおよびＺの関数として、下記関係式（１）によつて
表わすことができる。但しＡ，ｂ，ｃ，ｅは実験によつ
て定められる定数。

次に統計上有意となる温度および時間のパラメーターを
実際上どのように把握決定するかも重要な問題である。

まず、ＳＧ溶湯の冷却凝固過程で現われるＴＥＵｌすな
わち温度が下降から上昇に移る時点での温度値およびＴ
ＥＭ、すなわち温度の上昇が停止する時点での温度値は
、実際上次の方法で把握決定される。ＴＥＵに関しては
、連続した３段階の温度値を常に記憶装置により記憶し
ておき、第２段階の温度値が第１および第３段階の温度
値よりもともにＤＶだけ低く、かつ第２段階の温度値が
２秒以上継続した場合の温度値を、またＴＥＭに関して
は同様に、第２段階の温度値が、第１および第３段階の
温度値よりもともにＤＶだけ高く、かつ第２段階の温度
値が２秒以上継続した場合の温度値を採用する。ここで
重要なことは、第２段階と、第１、第３段階の温度差が
ＤＶであることと、第２段階が２秒以上継続したときに
はじめてＴＥＵあるいはＴＥＭとして採用するというこ
とである。

これらの条件を満足しない場合には、測定温度値のハン
チング、あるいは過共晶組成のＳＧ溶湯に見られる初晶
球状黒鉛のまわりのオーステナイト環の生成による温度
変化など不必要なデーターを把握し、結局本発明の目的
を達成することができない。ΔＴＥは、（ＴＥＭ−ＴＥ
ｕ）で簡単に求められ、Ｚについては、ＴＥＵを示す最
終の時点から、ＴＥＭｊを示す最初の時点までの経過時
間をＤＺを積算することにより把握するという方法を採
用する。

上述の方法によつて、ＴＥＭ，ΔＴＥおよびＺを把握決
定し、これらの数値を代入することによつてはじめて関
係式（１）の関係が、統計上高度の有意性をもつて成立
することが認められた。本発明の方法を実施するには、
溶湯試料を注入する熱接点を具える試料鋳型（カツプ）
、数値式温度計、電気回路、記憶装置、判別装置、演算
装置、表示装置、集積回路、制御回路等を具えた装置を
必要とする。

すなわち、ＳＧ溶湯試料の冷却凝固過程における温度の
時間的経過を、必要により増幅器により起電力を増幅し
、所定の短時間間隔の頻度で数値式温度計により把握し
、これを記憶装置によりいつたん記憶し、連続して把握
された３段階の温度値と経過時間とを判別装置で判別し
ながら、予め記憶装置に記憶させたＴＥＵおよびＴＥＭ
の所定の条件に合致するまで不必要な温度値を逐次消去
し、所定の条件に合つた温度値をＴＥＵＴＥＭとして決
リ定して記憶しておく。

このＴＥＵとＴＥＭとから、予め記憶させたΔＴＥの算
出演算式によつてΔＴＥの値を算出決定し記憶する。さ
らに、数値式温度計がＴＥＵを示した最終の時点から時
間間隔ＤＺを積算しはじめ、ＴＥＭを示す最初の時点ま
での経過時間をＺとして決定し記憶装置に記憶する。以
上の方法によつて記憶させたＴＥＭ，ΔＴＥ，Ｚの値を
、予め多数の実際例に基づいて統計上有意であると認め
て記憶させてあるＴＥＭ，ΔＴＥ，Ｚと凝固鋳鉄の黒鉛
球状化度との間の関係式（１）（と、演算装置を介して
代入演算させ、求められた解答を表示装置に表示する。
本発明の装置による測定方法を第４図について説明する
と、球状黒鉛鋳鉄となる組成をもつた溶湯を鋳型１に注
湯すると溶湯は冷却凝固する。

この鋳型１中にはサーモカツプル２ａの熱接点が挿入さ
れ、その溶湯に露出する部分は耐蝕性セラミツクコーテ
イングにより被覆保護されており、溶湯の冷却凝固過程
において測定した温度に対応する電気信号が連続して温
度補償導線２を通じて温度補償器３に送られる。上記の
測定温度に対応した電気値はサーモカツプル２ａの冷接
点を取囲む周囲温度の変化によりサーモカツプルによる
測定値が大幅に変動するので、周囲温度補償をこの温度
補償器３で行うのである。この温度補償された温度測定
値は次の増幅器４で増幅されたＡ／Ｄ変換器５に加えら
れ、ここでアナログ信号よりデジタル信号に変換されマ
イクロコンピユータ９に入力したとき演算可能な信号と
なる。このＡ／Ｄ変換器５より得られるデジタル信号を
デジタルパイロメータ一６に送ると、経過時間に対応し
た温度測定値が表示できるので作業性が著しく改善され
る。Ａ／Ｄ変換器５よりの出力がマイクロコンピユータ
９のスタート回路に入力される。このマイクロコンピユ
ータ９のスタート回路に入力が入ると上述のＤｓ＝ａ＋
ＢＴＥＭ＋ｃΔＴＥ＋Ｅｚの演算がなされるのである。
第４図は本発明の鋳鉄溶湯の黒鉛球状化度の迅速判定装
置の一例を示すもので、溶湯試料を注入する試料鋳型１
にサーモカツプル２ａを取付け、これを補償導線２を介
し温度補償器３および増幅器４を介してＡ／Ｄ変換器５
に接続し、その出力側にデジタルパイロメータ一６を接
続し、前記サーモカツプル２ａにより測定した温度をデ
ジタル表示できるようにすると共に、その出力側をマイ
クロコンピユータ９に接続する。

このマイクロコンピユータ９にはその入力側に電源回路
８を接続する。電源回路８には電源スイツチ７ａおよび
その表示灯７ｂと、測定開始スイツチ８ａおよびその表
示灯８ｂを設ける。また、マイクロコンピユータ９の一
方の出力側には増幅器１０を経て球状黒鉛表示灯１１、
擬球状黒鉛表示灯１２、およびいも虫状黒鉛表示灯１３
を接続し、球状黒鉛化度を三等級に分類して表示するよ
う構成する。さらに、マイクロコンピユータ９の他方の
出力側には測定終了表示灯１４、測定不良表示灯１５、
接触不良表示灯１６、機器異常表示灯１７、チル警報表
示灯１８および警報ブザー１９をそれぞれ設ける。第５
図は本発明装置の更に詳細な回路図を示すもので、１は
サンプリング鋳型を示し、このサンプリング鋳型１には
この中に注湯された鋼溶湯の温度を測定して電気信号を
取出すためのサーモカツプル２ａを設ける。

このサーモカツプル２ａで測定した信号は導線２により
温度補償器３に送られ、ここで温度誤差の補償が行われ
る。この温度補償器３で補正された信号は次の増幅器４
により増幅されてアナログ・デジタル信号変換に適当な
信号に波形整形する。増幅器４の出力はＡ／Ｄ変換器５
に入力されアナログ信号よりデジタル信号に変換される
。Ａ／Ｄ変換器５よりの出力は次のデジタルパイロメー
タ一６に加えられ、ここで測定温度の補正がなされマイ
クロコンピユータ一９のスタート回路に入力される。こ
のスタート回路２０は電源回路８が作動しているとスタ
ートできる状態にあり、Ａ／Ｄ変換器５よりの信号がス
タート回路２０に入り、かつスタート回路２０が正常な
作動状態であると次のＴＥＵ測定回路２１によりＴＥＵ
信号が判別され、その値を記憶する。スタート回路２０
の出力は同時にＴＥＭ測定回路２２に入つており、ＴＥ
Ｍ信号が来たときにこれをＴＥＭ測定回路２２により判
別し記憶する。ＴＥＵ回路２１とＴＥＭ回路２２との出
力はＺ測定回路２３に加えられており過冷却状態の最低
温度η丁の生じた時点と過冷に引続いて生ずる再輝現象
による最高温度ＴＥＭの生ずる時点との時間差を各信号
の遅延時間により測定し、Ｚ測定回路２３はこれを記憶
する。ＴＥＵ測定回路２１とＴＥＭ測定回路２２との出
力は引算回路２４に入力せられ、ここでＴＥＭ一ＴＥＵ
＝ΔＴＥの引算演算が行われ、ＴＥＵとＴＥＭとの温度
差ΔＴＥが演算され記憶される。ＴＥＭ測定回路２２の
出力と定数ｂの記憶回路２６との出力とはかけ算回路３
１に入力されＢＴＥＭの値が求められ、この値に対応し
た信号がＤｓ演算回路２９に加えられる。又一方引算回
路２４の出力と定数ｃの記憶回路２７の出力とはかけ算
回路３２に入力され、ＣＪＴＥの値が求められ、これに
対応した信号がＤｓ演算回路２９に加えられる。又一方
Ｚ測定回路２３の出力と定数ｅの出力とはかけ算回路３
３に入力され、ＥＺの値が求められ、この値ＥＺに対応
した電気信号Ｄｓ演算回路２９に入力される。又ａ定数
の記憶回路２５の出力は直接Ｄｓ演算回路２９に入力せ
られ、ここでａ＋ＢＴＥＭ＋ＣＪＴＥ＋ＥＺ＝Ｄ８の演
算が行われる。このＤ８演算回路２９の出力はＤｓ記憶
回路３０に入力され記憶される。Ｄｓ記憶回路３０の出
力は増幅器１０に入力され、増幅されて指示器９１１，
１２，１３の何れかを点灯して球状黒鉛化度を顕微鏡第
２図及び第３図に示すようなパターン又は図形として等
級を示すか、デジタル表示器により１〜５等級として表
示を行うものである。１４は測定終了を表示するランプ
で、Ｄｓ記憶回路３０に出力があつたときに点灯し、測
定終了を直視的に表示するものである。

１５，１６，１７は夫々測定不良表示ランプ、接触不良
表示ランプ、機器異常表示ランプであつて、これはスタ
ート回路２０に接続され、スタート回路２０において測
定不良、接触不良、機器異常が検出されたときに表示を
行うものである。

またこれらの測定不良、接触不良、機器異常等が発生し
たときは警報表示灯１８を点灯し、ブザー１９により機
器異常特を警報するものである。上記のサーモカツプル
２ａは鋳型支持台中を貫通して鋳型中に挿入し、溶湯に
直接接触するようにし、このサーモカツプルの表面は耐
熱材料で被覆して、１４００〜１５００℃位迄耐えられ
るようにする。

鋳型に溶湯が注湯されるとこの溶湯温度は電気信号に変
換されて連続して測定がなされる。前にも述べたとおり
、球状黒鉛鋳鉄における黒鉛の球状化程度は、組織の顕
微鏡観察に基づく黒鉛球状化率のほか、残留Ｍｇ量、あ
るいは引張強さ、伸びなどの機械的性質と有意な相関関
係をもつことが認められている。

また、本発明者らの実験によつても、溶湯の黒鉛球状化
度を示す特性値Ｄｓとして、これらのいずれをとつても
、パラメーターＴＥＭ，ΔＴＥ，Ｚはそのままとして関
係式（１）中の定数を変えるだけで、それぞれ高度の有
意性をもつ重相関関係が成立することが認められた。し
たがつて、黒鉛球状化度の判定結果は、前記黒鉛球状化
率、残留Ｍｇ量、引張強さ、あるいは伸びの何れかによ
つて表示できるが、そのほかに黒鉛粒の形態（黒鉛形状
）の類別とそれぞれ類別された形状の黒鉛量との関係に
基づき図形的に示すことは、本発明の実施に際して現場
的に最も好ましい態様の一例である。一般に、球状黒鉛
鋳鉄の黒鉛形状は、通常第２図に例示するように５種類
に類別され、類別された形状に対応する形状係数と観察
されたそれぞれ）の類別形状の粒数から黒鉛球状化率を
算出する。

しかし、実際の球状黒鉛鋳鉄製品では、ほとんどの場合
に、片状黒鉛に相当する形状１を除き、形状，１，，が
混在しており、これらの形状の類別と量に対応して図形
的に表示しようというのがこの方式であり、実際の鋳造
品の黒鉛球状化程度を視覚的によりよく表現できる。

図形的に表示する場合、黒鉛形状の類別として上述の形
状からまでの４種類に分類するほか、形状の類別の数を
適宜減らすこともできる。

すなわち、実際の顕微鏡観察では形状Ｉと、あるい．は
ととは明瞭に区別しにくいことが多く、かつ黒鉛球状化
程度は特にととでは大差のないことから、いも虫状、擬
球状および球状の３種類に類別して表示しても十分に目
的が達せられる。第３図は図形的表示の１例を示すもの
であり、黒鉛形状としては上述の３類別とし、各類別の
区画を２分割し、かつ黒鉛球状化率の判定は７段階に区
分してある。溶湯試料について、本発明の方法の熱分析
法によつて測定、解析して得られた黒鉛球状化率に関す
る判定結果を各段階に応じて、該当区画に点灯して自動
的に表示する。たとえば、黒鉛球状化率が９１％と判定
された場合には、区画（１−１）と（１−２）に点灯さ
れる。実際の装置については、カツプ内の熱電対との電
気的接触不良などによる測定不良、機器内の回路故障に
よる演算不能などの機器異常の場合に、点灯あるいは警
報により示すこともできる。

次に本発明の方法ならびに装置を実施例について説明す
る。実施例 １ 所定の条件下で多数例についての実験の結果求められた
関係式（１）中の定数Ａ，ｂ，ｃ，ｅの値は溶湯の黒鉛
球状化度を示す特性値Ｄｓとして、黒鉛球状化率（％）
、残留Ｍｇ量（％）、引張強さ（Ｋｆ！／Ｍｌｌ）、あ
るいは伸び（％）の何れを用いるかによつて第１表の数
値となつた。

次に、黒鉛球状化処理前の化学組成Ｃ３．５６％、Ｓｉ
ｌ．６２％、ＭｎＯ．５２％、ＰＯ．Ｏ３ｌ％、ＳＯ、
０１９％（亜共晶組成）の元湯１ｔに対して、Ｍｇ８％
を含有するＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金をサンドイツチ方式に
より０．８％添加し、黒鉛球状化処理をしたＳＧ溶湯を
、溶湯試料の注湯から共晶凝固終了まで３分を要するカ
ツプおよびいわゆるＹプロツク〉状鋳型に、球状化処理
直後および処理後１５分経過した時点に注湯し、本方法
および装置により測定し前記関係式を適用して算出した
黒鉛球状化度の判定結果（黒鉛球状化率％、引張強さＫ
ｇ／ｍ？ｉ、伸び％、残留Ｍｇ量％）とＹプロツク試料
を用いて実際にそれぞれ測定した黒鉛球状化程度の結果
を対比して示すと第２表のようになつた。

実施例 ２ 黒鉛球状化処理前の化学組成Ｃ３．８２％、Ｓｉｌ．９
３％、ＭｎＯ．３８％、ＰＯ．Ｏ２９％、ＳＯ．Ｏエ７
％（過共晶組成）の元湯１ｔに対して、Ｍｇ８％を含有
するＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金をサンドイツチ方式により０
．８％添加し、黒鉛球状化処理をしたＳＧ溶湯を、溶湯
試料の注湯から共晶凝固終了まで４分を要するカツプお
よびＹプロツク状鋳型に、球状化処理直後および処理後
１５分経過した時点に注湯し、本発明の方法および装置
により測定し実施例１記載の関係式を適用して算出した
黒鉛球状化度の判定結果（黒鉛球状化率％、引張強さＫ
ｇ／Ｍｉｌ）伸び％、残留Ｍｇ量％）とＹプロツク試料
を用いて実際にそれぞれ測定した黒鉛球状化程度の結果
を対比して示すと第３表のようになつた。

これらの実施例から明らかなように、本発明の方法、装
置による溶湯の黒鉛球状化度の迅速判定結果は、亜共晶
、過共晶両組成の球状黒鉛鋳鉄に対して十分な信頼性を
有することが明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は過共晶ＳＧ溶湯の冷却凝固過程における冷却曲
線の１例を示す図、第２図Ｉ，，良，，Ｖは球状黒鉛鋳
鉄のそれぞれ異なる黒鉛形伏を示す図、第３図は溶湯の
黒鉛球状化度の判定結果を図形的に表示する方法の一例
を示す説明図、第４図、第５図は本発明の装置のプロツ
ク図である。 １ ・・・・・・鋳型、２・・・・・・補償導線、２ａ
・・・・・・サーモカツプル、３・・・・・・温度補償
器、４・・・・・・増幅器、５・・・・・・Ａ／Ｄ変換
器、６・・・・・・デジタルパイロメータ一、７ａ・・
・・・・電源スイツチ、７ｂ・・・・・・電源スイツチ
表示灯、８・・・・・・電源回路、８ａ・・・・・・測
定開始スイツチ、８ｂ・・・・・・測定開始スイツチ表
示灯、９・・・・・・マイクロコンピユータ、１０・・
・・・・増幅器、１１・・・・・・球状黒鉛表示灯、１
２・・・・・・擬球状黒鉛表示灯、１３・・・・・・い
も虫状黒鉛表示灯、１４・・・・・・測定終了表示灯、
１５・・・・・・測定不良表示灯、１６・・・・・・接
触２υ不良表示灯、１７・・・・・・機器異常表示灯、
１８・・・・・・チル警報表示灯、１９・・・・・・警
報ブザー、２０・・・・・・スタート回路、２１・・・
・・・ＴＥｕ回路、２２・・・・・・ＴＥＭ測定回路、
２３・・・・・・Ｚ測定回路、２４・・・・・・引算回
路、２５・・・・・・ａ記憶回路、２６・・・・・・ｂ
記憶回路、２７・・・・・・ｃ記憶回路、２８・・・・
・・ｅ記憶回路、２９・・・・・・Ｄｓ演算回路、３０
・・・・・・Ｄｓ記憶回路、３１，３３・・・・・・か
け算回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 予め多数の各種球状黒鉛鋳鉄用溶湯試料を所定の冷
   却条件下でそれぞれ冷却凝固させる過程中の共晶凝固の
   際に生ずる過冷による最低温度Ｔ＿Ｅ＿Ｕ、引続いて生
   ずる再輝現象による最高温度Ｔ＿Ｅ＿Ｍならびに前記最
   低温度Ｔ＿Ｅ＿Ｕから最高温度Ｔ＿Ｅ＿Ｍに到達するま
   での経過時間Ｚを読取つたそれぞれの値と、前記それぞ
   れの凝固後の鋳鉄の黒鉛球状化率、Ｍｇ残留含有率、引
   張強さ、伸びのうちから選ばれる何れか１つの黒鉛球状
   化度を示す特性値Ｄ＿Ｓとの間の関係を示す下記関係式
   Ｄ＿Ｓ＝ａ＋ｂＴ＿Ｅ＿Ｍ＋ｃΔＴ＿Ｅ＋ｅＺ（但しΔ
   Ｔ＿ＥはＴ＿Ｅ＿ＭとＴ＿Ｅ＿Ｕとの差を示す）中の定
   数ａ、ｂ、ｃ、ｅを決定し、黒鉛球状化度が末知の球状
   黒鉛鋳鉄用溶湯試料を前記所定の冷却条件下で冷却凝固
   する際読取られるＴ＿Ｅ＿Ｕ、Ｔ＿Ｅ＿Ｍ、Ｚの数値を
   前記関係式に代入して黒鉛球状化度判定用特性値Ｄ＿Ｓ
   を求めることを特徴とする鋳鉄溶湯の黒鉛球状化度の迅
   速判定方法。 ２ 前記所定の冷却条件として、溶湯試料が試料鋳型に
   注湯された後共晶凝固終了までの時間を１〜１０分の範
   囲内とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 試料鋳型に注湯された溶湯が冷却凝固するまでの温
   度の時間的経過を３秒以下の一定時間間隔で電気的にア
   ナログ・デジタル変換装置によつて変換した数値として
   読取る特許請求の範囲第１あるいは２項記載の方法。 ４ 鋳鉄溶湯試料の温度変化探知感度を示す熱起電力分
   解能ｄＶを必要により増幅器を用いて熱起電力を増幅し
   て、２．５℃相当値以下とする特許請求の範囲第１〜３
   項の何れかに記載の方法。 ５ 鋳鉄溶湯試料の冷却凝固過程における前記最低温度
   Ｔ＿Ｅ＿Ｕおよび最高温度Ｔ＿Ｅ＿Ｍの値を把握決定す
   るに当り、それぞれ連続して読取られる３段階の温度値
   を常に記憶装置により記憶し、第２段階の温度値が第１
   および第３段階の温度値よりも、Ｔ＿Ｅ＿Ｕにあたつて
   は共にｄＶだけ低く、Ｔ＿Ｅ＿Ｍにあつては共にｄＶだ
   け低く、Ｔ＿Ｅ＿Ｍにあつては共にｄＶだけ高く、かつ
   第２段階がそれぞれ２秒以上継続したときの温度値をそ
   れぞれＴ＿Ｅ＿Ｕ、Ｔ＿Ｅ＿Ｍとする特許請求の範囲第
   １〜４項の何れかに記載の方法。 ６ 鋳鉄溶湯試料の冷却凝固過程において、前記Ｔ＿Ｅ
   ＿ＵからＴ＿Ｅ＿Ｍに到達するまでの経過時間ＺをＴ＿
   Ｅ＿Ｕを示す最終時点からＴ＿Ｅ＿Ｍを示す最初の時点
   までの経過時間とする特許請求の範囲第１〜５項の何れ
   かに記載の方法。 ７ 記憶装置によりＴ＿Ｅ＿Ｕ、Ｔ＿Ｅ＿Ｍ、Ｚとして
   決定した数値以外の記憶された数値を必要により逐次消
   去する特許請求の範囲第１〜６項の何れかに記載の方法
   。 ８ 鋳鉄溶湯の黒鉛球状化度の判定結果を、黒鉛形状の
   類別とそれぞれ類別された形状の黒鉛量との関係に基づ
   き図形的に表示する特許請求の範囲第１〜７項の何れか
   に記載の方法。 ９ 球状黒鉛鋳鉄用溶湯試料を注入する試料鋳型と；鋳
   鉄溶湯試料について所定の冷却条件下でそれぞれ冷却凝
   固させる過程中の溶湯の温度変化を測定し、その共晶凝
   固の際に生ずる過冷による最低温度Ｔ＿Ｅ＿Ｕおよびこ
   れに引続いて生ずる再輝現象による最高温度Ｔ＿Ｅ＿Ｍ
   を測定してこれを電気信号に変換するサーモカップルと
   、前記サーモカップルの冷接点を取囲む外気温度の変動
   を補償する温度補償回路と、この温度補償されたアナロ
   グ信号を増幅する増幅器と、この増幅器出力を少くとも
   ３秒以下の所定時間間隔でデジタル量に変換するための
   アナログ−デジタル変換器と、前記試料鋳型に注湯した
   溶湯の球状黒鉛化度Ｄ＿ＳをＤ＿Ｓ＝ａ＋ｂＴ＿Ｅ＿Ｍ
   ＋ｃΔＴ＿Ｅ＋ｅＺ（但しΔＴ＿ＥはＴ＿Ｅ＿ＭとＴ＿
   Ｅ＿Ｕとの差を示す。 ）なる式に合致する演算が可能なように構成したマイク
   ロコンピュータと、演算結果得られた球状黒鉛化度を表
   示する表示器とより成り、前記マイクロコンピュータは
   前記の式において少くとも４つの試料に対して実験によ
   り予め定めた定数ａ、ｂ、ｃおよびｅを記憶する記憶素
   子と、機器異常と接触不良および測定不良を検出する機
   能をもつたスタート回路と、前記過冷による最低温度Ｔ
   ＿Ｅ＿Ｕを検出し、記憶する記憶素子と、再輝現象によ
   る最高温度Ｔ＿Ｅ＿Ｍを検出し、記憶する記憶素子と、
   前記最高温度Ｔ＿Ｅ＿Ｍと最低温度Ｔ＿Ｅ＿Ｕとの温度
   差ΔＴ＿Ｅを決定し記憶する引算素子と、前記最低温度
   Ｔ＿Ｅ＿Ｍ到達するまでの経過時間Ｚを検出し、記憶す
   ると、前記最高温度Ｔ＿Ｅ＿Ｍと定数ｂとを乗算し、ｂ
   Ｔ＿Ｅ＿Ｍを求める素子と、前記温度差ΔＴ＿Ｅと定数
   ｃとを乗算し、ｃΔＴ＿Ｅを求める素子と、前記経過時
   間Ｚと定数ｅとを乗算しｅＺを求める素子と、定数ａと
   ｂＴ＿Ｅ＿Ｍ、ｃΔＴ＿ＥおよびｅＺとの和より球状黒
   鉛化度Ｄ＿Ｓを求める演算素子とを具備して成り、前記
   演算処理して得られる数値を可視的に数字あるいは図形
   で表示し得るよう構成したことを特徴とする鋳鉄溶湯の
   黒鉛球状化度の迅速判定装置。１０ 前記アナログ・デ
   ジタル変換器にデジタルパイロメータを接続し、前記鋳
   型に注湯された溶湯の凝固に至る迄の温度を連続して表
   示する装置を設けた特許請求の範囲第９項記載の装置。 １１ 試料鋳型に注湯が冷却凝固するまでの温度の時間
   的経過を３秒以下の一定時間間隔で電気的にアナログ・
   デジタル変換装置によつて変換した数値として読取る特
   許請求の範囲第９項記載の装置。 １２ 鋳鉄溶湯試料の温度変化探知感度を示す熱起電力
   分解能ｄＶを増幅器を用いて熱起電力を増幅して２．５
   ℃相当値以下とする特許請求の範囲第９項に記載の装置
   。 １３ 鋳鉄溶湯試料の冷却凝固過程における前記最低温
   度Ｔ＿Ｅ＿Ｕおよび最高温度Ｔ＿Ｅ＿Ｍの値を把握決定
   するに当り、それぞれ連続して読取られる３段階の温度
   値を常に記憶装置により記憶し、第２段階の温度値が第
   １および３段階の温度値よりも、Ｔ＿Ｅ＿Ｕにあつては
   共にｄＶだけ低く、Ｔ＿Ｅ＿Ｍだけ高く、かつ第２段階
   がそれぞれ２秒以上継続したときの温度値をそれぞれＴ
   ＿Ｅ＿Ｕ、Ｔ＿Ｅ＿Ｍとする特許請求の範囲第９項記載
   の装置。 １４ 鋳鉄溶湯試料の冷却凝固過程において、前記Ｔ＿
   Ｅ＿ＵからＴ＿Ｅ＿Ｍに到達するまでの経過時間ＺをＴ
   ＿Ｅ＿Ｕを示す最終時点からＴ＿Ｅ＿Ｍを示す最初の時
   点までの経過時間とする特許請求の範囲第９〜１３項の
   何れかに記載の装置。 １５ 記憶装置によりＴ＿Ｅ＿Ｕ、Ｔ＿Ｅ＿Ｍ、Ｚとし
   て決定した数値以外の記憶された数値を必要により逐次
   消去する特許請求の範囲第９項記載の装置。 １６ 鋳鉄溶湯の黒鉛球状化度の判定結果を、黒鉛形状
   の類別とそれぞれ類別された形状の黒鉛量との関係に基
   づき図形的に表示する特許請求の範囲第９項記載の装置
   。