JPS63282206A - 強靭鋳鉄用接種剤及びその接種方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、強靭鋳鉄用接種剤に関し、特に球状黒鉛組織
を有する強靭鋳鉄接種用としてランタン塩類及びカルシ
ウムシリコンを主体とした、強靭鋳鉄用接種剤及びその
接種方法に関するものである。

（従来の技術） 元来、球状黒鉛鋳鉄は、鋳鉄溶湯に黒鉛球状化元素であ
るＭｇ、　［：ｅ族、［ａ等を添加して、黒鉛を球状化
させるのであるが、黒鉛を球状化処理したばかりの溶湯
は、また球状黒鉛の形が不揃いであったり、又基地に炭
化物Ｆｅ、Ｃが存在したりして、其のままでは所期の機
械的性質を得ることが困難なので球状化処理後、接種と
いう操作を通常行う必要がある。この接種というのは球
状化処理後、凝固の始まる前の鋳鉄溶湯に、通常Ｆｅ−
５ｉ又は其の他の接種剤を少量添加することである。こ
の、接種によって起こる現象は、球状黒鉛組織に著しい
改善があって、顕微鏡組織を見ると、球状黒鉛の形は小
さくなり、数は多く、形がよく揃って来る。

又炭化物は消失し、肉厚の最終凝固の部分に発生する逆
チル現象もなくなって来る。このため、接種は、球状黒
鉛鋳鉄の性質を左右する重大な要素となっているのであ
る。

現在一般的に使用されている接種剤としては、フェロ−
シリコン（Ｆｅ−７５％Ｓｉ、　Ｆｅ−５０％Ｓｉ）で
あるが、この接種効果を出すものは、このＦｅ−３ｉ中
に不純物として必ず含まれているＣａとＡＩが有効であ
るという事である。このため逆にいえば接種剤としての
Ｆｅ−３ｉは少なくともある程度のＣａとＡ１とが含ま
れていることが必要であるといわれている。この事は高
純度のＳｉには接種効果がないということがよく知られ
ていることでも証明される。

又、現在発表されている接種剤には、Ｆｅ−３ｉを主体
として、これに前述のＣａ、　ＡＩのみならず、少量の
Ｂａ、　Ｓｒ、　Ｂｉ、　Ｚｎ等の元素を合金元素とし
て含有しているものがあって、接種効果が大きいと言わ
れている。

（発明が解決しようとする問題点） 然しなから最近の球状黒鉛鋳鉄は、だんだんと、鋳放し
の状態で、なるべく黒鉛の径は小さく、粒数の多い事を
要求されているので、上述した従来の接種剤では不満足
であるとの認識があり、尚一層接種効果の大きな接種剤
が要求されるようになった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、以上の目的に沿って、従来の接種剤の不充分
な点を改善した新規な接種剤を提供することを目的とす
るものであり、重１百分、率で塩化カルシウム５〜２５
％、塩化ランタン（ＬａＣ１３）、酸化ランタン（Ｌａ
２０３）、弗化ランタン（ＬａＦ３）、炭酸ランタン（
Ｌａ２（ＣＤ３）　３）のうちから選ばれる何れかの少
なくとも１種または１種以上のランタン塩類を１〜２５
％含有し、残部実質的にカルシウムシリコンよりなり、
前記カルシウムシリコン各粒子の外周が、塩化カルシウ
ム及びランタン塩類の混合物により被覆されてなる強靭
鋳鉄用接種剤及びその接種法を提供することによって、
前記目的を達成することができる。

（作　用） 次に本発明の詳細な説明する。

本発明の接種剤は、還元能力の大きい元素であるじａを
主体とするカルシウムシリコンに、希土類元素のランタ
ンの塩類、即ちＬａ２Ｏ３，Ｌａ（１３，ＬａＦ、、。

Ｌａｚ　（ＣＤ３）　３の１種または１種以上及び塩化
カルシウムの混合物を被覆してなる接種剤であり、この
塩化カルシウムは、接種剤が鋳鉄溶湯中に添加されると
き、Ｃａの酸化消耗を防ぎ、この歩留りを良くし空気中
の酸素に触れて無駄に消耗するのを防止するためである
。

なお、本発明の接種剤はカルシラ／シリコンに上記のラ
ンタン塩類の１種または１種以上を混合し、これに塩化
カルシウムを被覆してもよい。

次に接種能力強化剤として、ランタン塩類を選んだ理由
を述べる。

元来接種剤として、鋳鉄溶湯中の黒鉛を析出させるもの
は、接種剤として使用するフェロシリコン（Ｆｅ”Ｓｉ
）中に含有する少量のＣａやＡＩの作用によるといわれ
るが、これらの元素はＣａｂ、　Ａｌ□０３の形で溶湯
中に存在し、この非金属介在物が黒鉛析出の核となると
いわれている。又、従来発表されている接種能力強化元
素としてＳｒ、　Ｂａ、　Ｂｉ、　Ｚｎがあるが、これ
らは、いずれもＦｅ−３ｉ中に合金元素として含有され
、いずれも金属の状態であるが、これらが鋳鉄溶湯中に
添加されるときは、溶湯中の酸素と結合し、各々ＳｒＯ
，Ｂａｎ、　Ｂｉ、０３．２ｒＯ□等の比較的比重の大
きな酸化物の粒子として溶湯中に存在し、これらが黒鉛
析出の核として有効であるといわれている。

有効な接種剤とは、少量の添加で単位面積に出来るだけ
多くの黒鉛を析出させるものであって、通常接種剤の能
力の比較は、一定条件の鋳鉄溶湯中に等量の各々の接種
剤を添加し、これより同一冷却条件の試料を採取、この
試料の一定箇所の顕微鏡組織を観察し単位面積（１ｍｍ
２）中の黒鉛の粒数を数える。この場合この粒数の多い
ほどより有効な接種剤といえる。ランタンは、希土類元
素中セリウム族に属し、ランタン単体として鋳鉄の球状
化元素として、使用された実績がある。即ち強力な脱酸
剤として働き、鋳鉄溶湯中に添加した場合、溶湯中の溶
解酸素と直ちに結びつき、脱酸を行い其の結果として球
状黒鉛を形成する。然るに、このランタン金属と、カル
シウムシリコンを混合して接種剤として使用する場合、
球状黒鉛は形成するが接種剤として、黒鉛粒数を増す働
きはない事が実験の結果判明した。又同時に行ったセリ
ウム金属の添加も同じような結果であった。この傾向に
ついては後述する実施例にて述べることとする。

ところが本発明接種剤の如く、接種強化用としてランタ
ン塩類を使用したものは、驚くべき効果をあられし黒鉛
粒数が非常に増加した。其の理由は次に述べる通りであ
る。

本発明接種剤を鋳鉄溶湯中に添加すると、下記の反応が
生起する。

Ｃａ−３ｉ　　−＊　　Ｃａ＋Ｓｉ　　　　　　　　　
（１）Ｌａ２０３＋　３Ｃａ　　→２Ｌａ　＋　３Ｃａ
Ｏ（２）２ＬａＣ１２＋　３Ｃａ　　−２Ｌａ　＋　３
ＣａＣ１２（３）２ＬａＦｓ　　＋　３Ｃａ　　−２Ｌ
ａ　＋　３ＣａＦ２（４）Ｌａ２（ＣＯ３）３　　→Ｌ
ａ２Ｔｏ　　＋　２ＣＯ２（５）（５）の反応に続いて
（２〕の反応を生起する。

この反応によって生起した発生機のＬａは、直ちに溶湯
中の溶解酸素０と次の反応を生起する。

２Ｌａ　　＋　　３０　　→　　しａ２０３この反応に
より急激に鋳鉄溶湯中に生成した、多数の微細なＬａ２
Ｏ３が、黒鉛析出のための不均質核として有効に働いて
いるものと考えられる。又、この生成したＬａ２０．は
比重が６．２９で前述した接種に有効とされている各種
の酸化物、即ちＣａＯ（比重３．４　）　、Ａｌ２Ｏ３
（比重３．５　）　、５１０２　（比重２．６５）、Ｂ
１２０．（比重５．１　）　、ＢａＯ（比重５．７　）
　、５ｒＯ（比重４．７　）　、Ｚｒ０７（比重５．７
）などより重い。

この発生機の微細なＬａ２Ｏ３は、鋳鉄溶湯（比重６．
８）と比重が殆んど同じであるため、溶湯中より浮上し
難く万遍なく残留し、黒鉛析出の核として有効に働くも
のと考えられる。

次に、同じＬａであるが、Ｌａの純金属を鋳鉄溶湯中に
カルシウムシリコンと一緒に添加した場合は、接種効果
が悪い。これはＬａ金属で添加して生成したＬａ２Ｏ３
が、前述のＬａ塩類とカルシウムシリコンとを添加して
生成された発生機のＬａにより生じたＬａ２０．の場合
に比べ、数が少なく、又一部凝集しているため、これを
核として析出する黒鉛の粒数もはるかに少ないからであ
る。

以上の理由で、本発明接種剤の接種強化成分としてＬａ
の塩類に特定したものである。

次に、塩化カルシウムを含有させる理由を説明する。

塩化カルシウムは、低融点（７７３℃）でかつ比較的高
沸点（１６００℃以上）であるから、溶湯中で流動性が
よく、且つカルシウムシリコンを被覆しているので、こ
れらを溶湯に添加するとき、溶湯の表面又は溶湯中にお
いて酸素、炭素等とカルシウムとの結合を妨げ、カルシ
ウムの無駄な消耗を防ぎ、カルシウムは有効にランタン
塩類の還元に利用される。又流動性がよいので、前述の
反応より生成したＣａｂ、　ＣａＦ２等はすばやく溶湯
より浮上分離させる働きがあり、溶湯を綺麗にしてドロ
ス欠陥を防止する効果がある。

本発明の接種剤の配合組成の割合は、重量％にて次に示
す通りである。

主成分　Ｃａ−３ｉ　　　　　５０〜９４％副成分　Ｃ
ａＣ１ｚ　　　　　　５〜２５％接種強化成分 Ｌａ２Ｏ３，ＬａＣ１，、ＬａＦ３．　Ｌａ（ＣＤ、）
３より選ばれた１種又は１種以上１〜２５％ 次に本発明の接種剤において配合組成を限定する理由を
説明する。

塩化カルシウムが５％より少ないと、カルシウムシリコ
ン粒子を充分被覆することが出来ないので、所定のＣａ
の酸化防止作用ができず、一方これが２５％より多いと
、生成する溶滓の量が過大となり、反応の生起が不充分
となるので、塩化カルシウムは５〜２５％の範囲内にす
る必要がある。菌量も好適な配合割合は１０〜１５％の
範囲内である。

ランタン塩類は、１％より少ない場合は所定の接種能力
強化の作用を得ることが出来ず、又２５％より多い場合
は、同時に配合するカルシウムシリコンの量が減り還元
に必要なＣａが不足となり、接種効果が有効でなくなっ
てくる。それでランタン塩類の配合量は１〜２５％の範
囲内としたのである。

尚配合割合は５〜２０％の範囲内で最良の結果を得るこ
とができる。

（実施例） 次に本発明を実施例について説明する。

実施例１ 塩化カルシウム１．５ｋｇに酸化ランタン１．０ｋｇを
混入し、これを鉄板製の乾燥盤にあけ、２００℃内外に
加熱する。次に３ｍｍ〜０．５１１１［Ｄに粉砕したカ
ルシウムシリコン７．５ｋｇを乾燥盤に入れ加熱しなが
ら吸湿を防ぎつつよく撹拌混合すると、酸化ランタン及
び塩化カルシウムはカルシウムシリコン粒子の囲りに付
着する。充分に撹拌し付着し終わったら加熱を止め、密
閉容器中で冷却し、これを一定量ポリエチレンの如き袋
に入れ密封する。

この接種剤を（Ａ）　　とし、配合割合は重量％でカル
シウムシリコン７５％、塩化カルシウム１５％、酸化ラ
ンタン１０％であり、換算純ランタン含有量は８．５２
％である。

実施例２ 塩化カルシウム１．５ｋｇに塩化ランタン１．５ｋｇを
混入し、これを鉄板製の乾燥盤にあけ、２００℃内外に
加熱する。次に３ｍｍ〜０．５＋ｎｍに粉砕したカルシ
ウムシリコン？、Ｏｋｇを乾燥盤に入れ、加熱しながら
吸湿を防ぎつつ、よく撹拌混合すると、塩化ランタン及
び塩化カルシウムは、カルシウムシリコン粒子の囲りに
付着する。充分に撹拌し、付着し終わったら加熱を止め
密閉容器中で冷却し、これを一定量ポリエチレンの如き
袋に入れ密封する。

この接種剤を（Ｂ）　とし、換算ランタン含有量を実施
例１の（Ａ）　　と殆ど同じくするため、配合割合は重
量％でカルシウムシリコン７０％、塩化カルシウム１５
％、塩化ランタン１５％としたもので、換算純ランタン
含有量は８．４９％である。

実施例３ 塩化カルシウム１．５ｋｇに弗化ランタン１．２ｋｇを
混入し、これを鉄板製の乾燥盤にあけ、２００℃内外１
こ加熱する。次に３ｍｍ〜０．５ｍｍに粉砕したカルシ
ウムシリコン７．３ｋｇを乾燥盤に入れ加熱しながら吸
湿を防ぎつつ、よく撹拌混合すると、弗化ランタン及び
塩化カルシウムは、カルシウムシリコン粒子の囲りに付
着する。充分に撹拌し、付着し終わったら加熱を止め密
閉容器中で冷却し、これを一定量ポリエチレンの如き袋
に入れて密封する。

この接種剤を（Ｃ）　とし、換算ランタン含有量を実施
例１の＜Ａ）　　と殆んど同じ（するため配合割合を重
量％でカルシウムシリコン７３％、塩化カルシウム１５
％、弗化ランタン１２％としたもので、換算純ランタン
含有量は８．５０％である。

実施例４ 塩化カルシウム１．５ｋｇに炭酸ランタン１．４ｋｇを
混入し、鉄板製の乾燥盤にあけ、２００℃内外に加熱す
る。次に３１１１ｍ〜０．５ｍｍに粉砕したカルシウム
シリコン７．１ｋｇを乾燥盤に入れ、加熱しながら吸湿
を防ぎつつ、よく撹拌混合すると、炭酸ランクン及び塩
化カルシウムはカルシウムシリコン粒子の囲りに付着す
る。充分に撹拌し、付着し終わったら加熱を止め、密閉
容器中で冷却し、これを一定量ポリエチレンの如き袋に
入れて密封する。

この接種剤を（Ｄ）とし、換算ランタン含有量を実施例
１の（八）と殆んど同じくするため、配合割合を重量％
でカルシウムシリコン７１％、塩化カルシウム１５％、
炭酸カルシウム１４％としたもので、換算純ランタン含
有量は８．４６％である。

次に溶解材料として球状黒鉛鋳鉄用銑と鋼屑、金属シリ
コンを用意した。それぞれの化学組成は次の表１に示す
。

この溶解材料を高周波誘導電気炉を用いて２００ｋｇる
つぼにより溶解した。配合は、球状黒鉛鋳鉄用銑１４４
　ｋｇ、鋼屑７，６ｋｇ、金属シリコン０．９ｋｇであ
る。１５００℃まで昇温したのち、３ｋｇの脱硫剤にて
脱硫を行い、除滓後金型に鋳込み、試験用母材とした。

この母材の化学組成は次の通りである。

０％　　Ｓｉ％　　Ｍｎ％　　２％　　８％　　Ｆｅ％
４．２９１．０５０．１９０．０６４０．００７残この
母材を各回２．７５ｋｇ計量しクリプトル炉を用いて、
６番るつぼにより再溶解し１５００℃に昇温したとき、
球状化処理を行う。球状化合金の化学成分は次に示す通
りである。

Ｍｇ％　　　Ｓ１％　　　Ｆｅ％ １０．３　　　４５．３　　　４０．５この合金を、あ
らかじめ砕いて、５　ｍｍ〜７闘に揃え、これを各回１
１０　ｇ　（溶湯量に対し重量％で４％）宛、表面添加
後、直ちに強く撹拌して球状化処理する。処理後除滓し
接種する。接種は置き注ぎ法で行うが、あらかじめ熱し
ておいた２番るつぼ３個にそれぞれ接種剤を入れ、そこ
に溶湯を言ぎ込んで、石英管で撹拌する。この２番るつ
ぼＩＪは、溶湯の量が７５０ｇになるようあらかじめ底
力ら５５ｍｍの位置に穴をあけておきその位置まで溶な
を注いだ。

接種剤は、前述の実施例１から４までのＡ、シＣ，Ｄの
４種の接種剤及び比較対照のためカルシウムシリコン粒
（Ｅ）、フェロシリコン（Ｆ）　、カッ・シウムシリコ
ン９１．５％、純ランタン８．５％の混ζ物（Ｇ）、カ
ルシウムシリコン９１．５％、純セリウノ８．５％の混
合物（Ｈ）　及ヒビスマス含有フエロシ５コン（１）　
とし、添加量は各々溶湯に対し重量％−〔０，２％、０
．３％、０．５％、０．７％、１．０％、１．２％とし
た。

使用シタカルシウムシリコン、フェロシリコ〕及びビス
マス含有フェロシリコンの化学組成は３の表２に示す通
りである。

接種後直ちに、顕微鏡組織観察用試験片の砂型に鋳込ん
だ。この試験片は、直径２０ｍｍ、長さ５０ｍｍの丸棒
である。

試験棒は下から２０ｍｍのところで水平に切断し、エメ
リー研磨、パフ研磨を行いその顕微鏡組織観察を行い、
画像解析装置Ｌｕｚｅｘ５００により、球状黒鉛の平均
粒数、平均粒径及び黒鉛面積率を測定した。これらは１
０視野の平均をとった。

以上の測定結果のうち、接種効果をもっとも端的にあら
れす単位面積中の黒鉛の平均粒数を、各接種剤について
示すと次の表３の通りである。

以上の結果を見ると、本発明のカルシウムシリコンに塩
化カルシウムとランタン塩類を付着させた接種剤は通常
使用されるカルシウムシリコン、又はフェロシリコンに
（らべ析出した黒鉛の平均粒数は２倍に近く、又現在量
も有効といわれるＢｉ含有フェロシリコンにくらべても
約２０％多く黒鉛を析出している。

又金属ランタンを使用した接種剤は粒数が少なく、添加
量が増しても黒鉛粒数は増えない。又セリウム人接種剤
は最も黒鉛粒数が少なかった。

以上で見ると、本発明のランタン塩類は非常に有効であ
ることが証明され、中でも酸化ランタンＬａ２Ｏ３がも
っとも有効であった。

（発明の効果） 本発明の接種剤は次の如き特徴を有する。

（イ）鋳鉄溶湯中への溶は込みが容易であるばかりでな
く、塩化カルシウムの作用により、カルシウムシリコン
中のＣａが空気中で酸化することが防止されるので、Ｃ
ａが有効に作用する。

（ロ）本発明の接種剤で接種した鋳鉄溶湯は成分の偏析
がなく、均一な成分組成を有しているので、製造される
鋳鉄の成分組成を所定範囲内で制御することが容易であ
る。

（ハ）本発明の接種剤を用いて製造した鋳鉄は、黒鉛の
析出が多いため、特に引は巣の発生が極めて少なく、鋳
造歩留りが良い。

（ニ）ドロス等の発生は極めて少なく、処理後のスラグ
除去も簡単である。

（ホ）鋳物の大小、肉厚に対する感度かにぶく、薄肉鋳
物、厚肉鋳物共に析出する黒鉛粒数が通常のＦｅ−３ｉ
系接種剤の１．５〜２．０倍となり、優良な鋳物が得や
すい。又、急冷部分に発生するチルは皆無となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明酸化ランタン含有接種剤を球状黒鉛鋳鉄
溶湯に０．５％添加した実施例０．５−Ａの顕微鏡倍率
１００倍の金属組織写真である。第２図は、通常量も多
く使用されるフェロシリコンを球状黒鉛鋳鉄溶湯に０．
５％添加した実施例０．５−Ｆの顕微鏡倍率１００倍の
金属組織写真である。 手続補正書 昭和６２年　５月１８日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量％で、塩化カルシウム５〜２５％、塩化ランタ
   ン、弗化ランタン、酸化ランタン、炭酸ランタンのうち
   から選ばれる何れかの少なくとも１種または１種以上の
   ランタン塩類を、１〜２５％含有し、残部実質的にカル
   シウムシリコン粒子よりなり、前記カルシウムシリコン
   各粒子の外周が塩化カルシウム、及びランタン塩類の混
   合物により被覆されてなる強靭鋳鉄用接種剤。 ２、重量％で、塩化カルシウム５〜２５％、塩化ランタ
   ン、弗化ランタン、酸化ランタン、炭酸ランタンのうち
   から選ばれる何れかの少なくとも１種または１種以上の
   ランタン塩類を１〜２５％含有し、残部実質的にカルシ
   ウムシリコン粒子よりなり、前記カルシウムシリコン各
   粒子の外周が塩化カルシウム、及びランタン塩類の混合
   物により被覆されてなる強靭鋳鉄用接種剤を鋳鉄溶湯に
   接種することを特徴とする強靭鋳鉄の接種方法。