JPS61229462A - 球状黒鉛鋳鉄の製造方法 - 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】 （技術分野） 本発明は球状黒鉛鋳鉄の製造方法に係り、特に球状黒鉛
鋳鉄の製造工程における溶湯の球状化処理作業において
、最も経済的且つ効果的に球状化溶湯を得ると同時に、
鋳型の鋳造キャビティ内に流入する溶湯中の金属酸化物
、非金属介在物などを除去することを兼ねた瞬間球状化
処理法に関するものである。

（従来技術とその問題点） 一般に、球状黒鉛鋳鉄の製造に際して、その溶湯の球状
化処理は、マグネシウム、セリウム、カルシウム、ラン
タン、ストロンチウム、リチウム等の金属をＦｅ、Ｓｉ
等の合金鉄として用いて、それを所定の溶湯に接触せし
めている。而して、多くの場合、経済性等を考慮して、
この球状化処理剤にはＭｇ合金が用いられ、普通鋳鉄溶
湯の中へＭｇが０．０３０〜０．０４０％程度或いはそ
れ以上の割合で含有せしめられて、目的とする球状黒鉛
組織を得ている。

ところで、この球状化処理剤として用いられるＭｇは、
鋳鉄溶湯の温度域で容易に沸騰する。そして、一般的に
普通の処理温度におけるＭｇの蒸気圧は大気圧の１０倍
以上であり、溶湯に触れると、容易に燃焼する。このよ
うな条件の中で、少量のＭｇを溶湯中に正確な歩留りを
もって含有させることは非常に困難な作業といえる。

従来、健全な球状黒鉛組織を得るために、また安全性、
経済性３歩留り９品質の再現性などを考慮しつつ、種々
の検討がなされ、各種の処理方法が選択され、実施され
て来た。

ここで、その方法を大きく分けると、その処理を鋳型の
外で行なう方法と鋳型内で行なう方法があり、そして前
者の鋳型外で行なう処理のなかで最も一般的に行なわれ
るのは、第１図に示される如きサンドインチ法である。

かかるサンドインチ法は、Ｍｇ合金の反応時間を考慮し
て、取鍋２の内径：Ｄと取鍋２の高さ：Ｈの比：　Ｄ／
Ｈを、溶湯４の処理重量に応じて設計し、取鍋２の底面
へＭｇ合金６を置き、その上へ溶湯４を入れ、溶湯４中
へＭｇを含有させる方法であり、また他の方法も、一定
の器の中で処理することから、基本的にはサンドインチ
法と類似する方法である。

しかしながら、最も一般的なこの方法においても、Ｍｇ
合金等の歩留り２反応時の安全性などに問題を有し、更
にまたその最も大きな問題は、球状化処理後の時間に比
例して、Ｍｇ含有量が低下し、その効果が消失する消失
現象、所謂「フェーディング（Ｆａｄｉｎｇ）　Ｊを有
することである。

この球状化効果の消失現象は、酸化又は結合によりＭｇ
が減少して行くことであり、黒鉛粒数が減ったり、黒鉛
の形状が悪くなったりして、球状化処理の直後から始ま
り擬片状黒鉛が現れる時点まで進行し続けるのである。

従って、健全な溶湯を鋳型へ注湯するためには、時間的
な制約を大きく受けることとなる。

一方、鋳型内における球状化処理法としてはインモール
ド法があり、この処理法は湯口系の一部である反応室に
球状化剤を装入しておき、注入と同時に球状化を行なう
ものである。

従って、このインモールド法は、Ｍｇの歩留すが非常に
高く、環境、空気汚染の危険性が少ない等の利点を有し
、また球状化効果の消失現象の発生もないところから、
経済性１作業性、そして健全な球状黒鉛組織を得る上で
効果的な処理方法といえる。

このように、現在、一般的に最も多く用いられているサ
ンドインチ法に対し、インモールド法は球状化効果の消
失現象もなく、発煙の防止と添加Ｍｇの歩留りも高い、
多くの利点を持つものではあるが、この方法とても、現
在の段階では、鋳物製品への非金属介在物の混入等の問
題を有しているのである。

すなわち、前述の如く、一般的に普通の処理温度におけ
るＭｇの蒸気圧は大気の１０倍以上もあり、Ｍｇの沸点
が比較的低い（約１００℃）ために、極めて激しい反応
が惹起されるところから、そのエネルギーが反応室を形
成する鋳型壁を著しく損傷させ、砂粒を同時に鋳型の製
品（鋳造）キャビティ内へ混入させることと、反応直後
に溶湯は製品キャビティ内へと流入するために、反応時
に発生するＭｇＯをベースとしたドロス等を除去するこ
となく、製品キャビティへ導き、混入せしめることとな
ることから、安定した球状化組織は得られても、その製
品は砂粒、ドロス混入等による外観不良、品質低下等の
大きな問題を惹起するのである。

（解決手段） 本発明は、上記の問題を解決するために為されたもので
あり、球状黒鉛化処理を鋳型内で安全に行ない、しかも
健全な溶湯を瞬間球状化処理手法に従って得るようにし
た、球状黒鉛鋳鉄の製造法にある。

そして、その要旨とするところは、鋳型の鋳造キャビテ
ィに至る溶湯通路内に、かかる通路を仕切るように、連
続気孔を有する三次元網状骨格構造のセラミックス多孔
体を設置すると共に、該セラミックス多孔体よりも上流
側の溶湯通路内に位置するように、黒鉛を球状化乃至は
ノジュラー状に転換させる球状化処理剤を配置せしめ、
注湯された所定の溶湯中の黒鉛を、該球状化処理剤によ
り球状化乃至はノジュラー状に転換せしめた後、かかる
処理溶湯が、前記セラミックス多孔体を通じて前記鋳型
の鋳造キャビティー内に導かれるようにしたことを特徴
とする球状黒鉛鋳鉄の製造方法である。

より具体的には、第２図（ａ）〜（Ｃ１に示されるよう
な球状化処理コアを、第３図（ａｌ、　（ｂ）　？　４
図（ａ）、　（ｂ）に示されるように鋳型内へ設置し、
注湯して、所望の球状化処理を行なうのある。

すなわち、第３図（ａｌ及び（ｂ）においては、第２図
（ａ）、　（ｂ）に示される矩形ブロック状のセラミッ
クスフオーム（多孔体）１０が、鋳型（砂型）１２の溶
湯通路たる湯道１４にそれを仕切るようにセットされて
おり、そしてこのセットされたセラミックスフオーム１
０の上流側の湯道１４部分に中間室（反応室）１６が設
けられ、そこに所定の球状、他剤１８が収容されている
のである。

従って、鋳型１２の湯道１４の湯口２０から注湯された
所定の鋳鉄溶湯は、先ず、中間室１６内の球状化剤１８
にて球状化処理を受け、次いでそのような球状化処理さ
れた溶湯がセラミックスフオーム１０の多孔ｍ織内を通
って所定の中子２２を設けた（必要に応じて）鋳造キャ
ビティ２４に導かれることとなる。そして、このセラミ
ックスフオーム１０を通過するに際して、球状化処理溶
湯中に存在し、或いは混入する砂粒、ドロスなどの金属
酸化物や非金属介＋’１．　”Ｍは、該セラミックスフ
オーム１０の多孔網状ｍ織に捕捉されて、鋳造キャビテ
ィ２４側に流れ込むことがないところから、健全な、品
質の良い球状黒鉛鋳鉄製品が得られることとなるのであ
る。

なお、第２図（Ｃ１に示されるセラミックスフオーム１
０は、第２図（ｂｌに例示のものとは異なり、溶湯流の
下流側に位置する面に形成された略円錐状突部２６を有
しており、この円錐状突部２６にｔ溶湯の流れを拡げて
、該セラミックスフオーム１０内でのドロスなどの介在
物の捕捉を効果的に行ない得るようになっている。

また、第４図（ａｌ及び（ｂ）に示される本発明の他の
実施形態にあっては、鋳型１２の湯道１４の湯溜め２８
内に、それを仕切るようにして、セラミ・ツクスフオー
ム３０がセットされている。そして、このセラミックス
フオーム３０には、その上流側の面に凹所３２が設けら
れて、この凹所３２内に所定の球状化剤１８が収容せし
められることにより、注湯された溶湯がこの球状化剤１
８にて球状化処理を受けた後、セラミックスフオーム３
０の多孔編状組織を通って鋳造キャビティ２４に導かれ
るようになっているのである。

このようなセラミックスフオーム３０の凹所３２内に収
容、保持される球状化剤１８は、溶湯との接触効果を高
める上においては粒子状形態であることが望ましいが、
その他すング状、ブロック状などに成形されたものであ
っても何等差支えな（、更にまた凹所３２を設けること
なく、単なる平坦なセラミックスフオーム１０上に所定
の球状化剤１８を載置、支持せしめた状態下において、
湯道１４を流れる溶湯に接触せしめるようにすることも
可能である。

なお、かかる球状化処理コア＜ｔｏ、３０）には、コー
ジェライトアルミナ、ＳｉＣ等を主成分とした、空孔率
が高く　（例えば８０〜９０％程度）、連続気孔の三次
元網状骨格構造を有するセラミックフオームに、その目
的とする球状黒鉛鋳鉄若しくはＣＶ鋳鉄の材質に応じて
造られた球状化剤（Ｆｅ−３ｉ　−Ｍｌ？、　　ｌｉ’
ｅ−３ｉ−Ｃａ−ＲＥ−Ｍｇ、Ｎ　ｉ−Ｍｇ）を装填若
しくは装填出来るスペースを有するものが、好適に用い
られることとなる。

而して、今仮に１モールドへの鋳込重量３０ｋｇの製品
を造る時、サンドインチ法においては、処理時のＭｇの
反応を穏やかにし、また白煙の発生を滅じ、作業環境と
安全性に十分な注意を払うが、本発明方法においては、
比較的Ｍｇの含有率の高い合金鉄を用いることが可能で
、例えば球状化処理後の溶湯中のＭｇ％を０．０４％と
設定した時、８％のＭｇを含むＭｇ合金を０．５％添加
すれば良く、従って３０ｋｇの鋳込重量に対しては、球
状化剤としてのＭｇ合金は１５０ｇと、少量の添加量で
よいと同時に、球状化処理コアが、連続気孔のセラミッ
クスフオームの鋳鉄系フィルターであるため、球状化剤
の装填部への形状限定がなく、塊状、粒状の何れにおい
ても可能となる。そして、その溶湯に対する清浄化効果
は、複雑な三次元の連続気孔中を通過し、製品キャビテ
ィへ達するため、非金属介在物の混入は極少となると同
時に、溶湯の製品キャビティへ注入する際の整流効果を
十分に発揮し、健全な球状黒鉛鋳鉄の球状化処理法とな
るのである。

（作用・効果） 現在、鋳造工場において実施されている球状化処理法は
、鋳型内、外の方法において、経済性。

生産性２品質の安全性に対し検討を加えながら採用され
ているが、各々に一長一短が存する。

最も一般的な球状化処理法であるサンドインチ法におい
ては、容易な球状化処理法であるが、球状化効果の消失
現象のため、球状化処理後から注湯比の時間的制約を受
けるし、またその為に球状化処理溶湯の自動注湯システ
ム化に問題を残す等、将来へ向けての鋳造工程の無人化
、自動化の方向づけには、望ましい処理方法とは言えな
い。

一方、鋳型内球状比処理法としてのインモールド法は、
球状化効果の消失現象は無く、Ｍｇ合金の歩留りの向上
、作業環境の向上環、多くの利点があるが、ドロス等の
非金属介在物の製品キャビティ内混入により、凝固後、
製品内外面の欠陥とを生ずる等の問題を有し、その着想
は優れ、経済性、安全性２作業性、そして球状化効果の
消失現象がないことによる溶湯の自動注湯システム化が
可能等の多くのメリットを有しながら、実際の採用には
至っていいのが現状である。

本発明は前述した鋳型内における球状化処理方法の欠陥
を解決するものといえる。

先ず、第一に、鋳型内球状比処理方法の一番の効果とし
て、球状化効果の消失現象はなく、Ｍｇ合金の歩留り向
上２反応煙は少ない等の利点は多く、品質の安定性、経
済性２作業環境の向上、安全性等に、多くの効果を挙げ
ることが出来る。

第二は、球状化処理コアが空孔率が高い連続気孔の三次
元網状骨格構造を有したセラミックスフオームの鋳鉄系
フィルターであるため、Ｍｇ合金に溶湯が触れた時の激
しい反応によるエネルギーも球状化処理コアが吸収し、
鋳型壁の損傷は少なく、また、溶湯と共に流入したスラ
グ、溶湯が流れて来た湯口系の砂粒、そしてＭｇ合金が
溶湯と反応した時のＭｇＯをベースとするドロス等の非
金属介在物は、全て、この球状化処理コアがフィルター
として作用してそれらを濾過することとなり、製品キャ
ビティ内へは清浄溶湯のみが注入され、以て健全な鋳造
品の製作が可能となり、従来の鋳型肉処理法の欠陥が大
きく改善されることとなるのである。

第三は、球状化処理コアあるいは中間室内へ充填する球
状化剤の種類と添加量を選ぶことにより、球状黒鉛鋳鉄
の材質の範囲を同一溶湯で選ぶことが出来ることにある
。このことは、鋳造工場内に複数の造型ラインを存し、
各々が異なった材質である時、従来はその都度具なった
球状化処理を必要としたが、本発明によればその必要性
はなくなり、多材質、少量生産が容易に可能となること
を意味する。

また、従来から、球状化処理溶湯の無人自動化注湯シス
テムの導入は球状化効果の消失現象への配慮を必要とし
、また注湯時の溶湯の流れが脈動を生じ、静かに注湯出
来ず、湯口系鋳型壁をｔ員傷させたりしたが、本発明に
よる球状化処理コアは、溶湯の濾過・と溶湯の流れを整
流する等の効果を有し、従来から問題となっていた無人
自動化注湯システムの導入に、大きく貢献すると思われ
る。

従って、本発明は、球状化処理法の鋳型肉処理としてそ
の意義は大きく、鋳造業界の将来へ向けての新しい試み
ともなるものである。

なお、この球状化処理法は、Ｃ■鋳鉄における少量の球
状化材を処理する処理法としても十分採用出来ることか
ら、多目的球状化処理方法とも言えるものである。

（実施例） 次に、本発明を更に具体的に明らかにするために、従来
から多く採用されているサンドインチ法と、インモール
ド法と、本発明による瞬間球状化処理法との比較実験を
行なった例を示す。

実験は、第１図に示されるようなサンドインチ手法によ
る球状化処理後、鋳型に注湯する方法、セラミックスフ
オームを用いない従来のインモールド法、第４図に示さ
れる球状化処理コアを用いた本発明方法とで行ない、材
質はＦＣＤ５０とした。使用した片状黒鉛鋳鉄と球状化
剤の化学組成を、下記第１表に示す。

第１表 鋳型は砂型を用い、その他の実験条件は、水平鋳込みと
し、製品は機械部品、製品型１１４ｋｇ。

鋳込み重量２０ｋｇとし、球状化処理剤はサンドイツチ
法では０．７％、インモールド法と本発明に従う瞬間球
状化処理法は０．４％とした。

本実験中、サンドインチ法における注湯前の球状化処理
の際の激しい反応は、他の二つの方法の注湯時には全く
認められなかった。本実験を行なった製品から採取され
た実体試験片は、引張強さ：　５１〜５２．５　ｋｇ／
ｍｍ”　、伸び率：１６〜１９％の数値を呈し、本発明
の実施製品における機械的強度は、他方法と変わりない
ことが認められた。

なお、顕微鏡による組織写真の検討から、優秀なノジエ
ラー構造を確認することが出来、製品外観においても、
インモールド法におけるようなドロス、砂喰み等の不良
はなく、優秀な鋳肌であり、発煙、添加Ｍｇの歩留り２
作業性、製品外観等に関し、本発明の効果を確認するこ
とが出来た。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のサンドインチ法による球状化処理法を説
明するための略図であり、第２図（ａ）は本発明にて用
いられるセラミックスフオームの一例を示す斜視図、第
２図（ｂｌは第２図（ａ）のセラミックスフオームの横
断面図、第２図（Ｃ１は他の異なるセラミックスフオー
ムの例を示す第２図（ｂ）に対応する図であり、第３図
（ａ）は本発明の実施形態の一例を示す鋳型断面説明図
、第３図［ｂ）は第３図（ａ）におけるＡ部拡大図であ
り、第４図（ａ）は本発明の実施形態を他の一例を示す
鋳型断面説明図、第４図（ｂ）は第４図（ａ）における
Ｂ部拡大図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋳型の鋳造キャビティに至る溶湯通路内に、かか
   る通路を仕切るように、連続気孔を有する三次元網状骨
   格構造のセラミックス多孔体を設置すると共に、該セラ
   ミックス多孔体よりも上流側の溶湯通路内に位置するよ
   うに、黒鉛を球状化乃至はノジュラー状に転換させる球
   状化処理剤を配置せしめ、注湯された所定の溶湯中の黒
   鉛を、該球状化処理剤により球状化乃至はノジュラー状
   に転換せしめた後、かかる処理溶湯が、前記セラミック
   ス多孔体を通じて前記鋳型の鋳造キャビティー内に導か
   れるようにしたことを特徴とする球状黒鉛鋳鉄の製造方
   法。
2. （２）前記球状化処理剤が、前記鋳型の溶湯通路に通ず
   るように、該鋳型内に設けられた中間室内に収容され、
   前記注湯された溶湯が該中間室内の球状化処理剤による
   球状化処理を受けた後、前記セラミックス多孔体を通過
   せしめられるようにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の製造方法。
3. （３）前記球状化処理剤が、前記セラミックス多孔体に
   支持乃至は保持され、前記注湯された溶湯が該球状化処
   理剤による球状化処理を受けた後、直ちに前記セラミッ
   クス多孔体を通過せしめられるようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の製造方法。