專利名稱：鑄鐵熔液中的雜質(zhì)除去方法及鑄鐵原料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及抑制鑄鐵熔液中的雜質(zhì)、特別是抑制碳(以下稱作C)、硅(以下稱作Si)的損耗并同時(shí)除去錳(以下、稱作Mn)的方法、及通過(guò)該方法制造的鑄鐵原料。
背景技術(shù)：
鑄鐵是以鐵(以下稱作Fe)為主體，在添加C、Si、Mn、磷(以下稱作P)、硫(以下稱作S)的主要元素的基礎(chǔ)上，根據(jù)其使用目的還添加銅(Cu)、錫(Sn)、鉻(Cr)、鎂(以下稱作Mg)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鑰(Mo)、釩(V)、銀(Nb)、鋁(以下稱作Al)、鈦(以下稱作Ti)、鋯(Zr)、鈰(Ce)、鈣(Ca)、鋇(Ba)、鉍(Bi)等元素，而且還含有其它 不可避免的雜質(zhì)元素的鐵
I=I -Wl o鑄鐵的原料是生鐵、碎鐵、古生鐵、回收鐵、車屑等主鐵源、和用于調(diào)整C、Si其它成分的碳源、及其它合金鐵。在制造鑄鐵時(shí)，為消減成本及能耗，多以碎鐵等為主要的原料的鐵源，鑄鐵是循環(huán)性優(yōu)異的材料。另一方面，就成為作為用于制造鑄鐵的鐵源利用的碎鐵的產(chǎn)生基礎(chǔ)的鋼鐵材料而言，為了高性能化、輕量化、高功能化等目的，C、Si以外的合金元素的添加量有增加的趨勢(shì)。而且，既使在高性能的鋼鐵材料的制造中，由于至今的稀有金屬的價(jià)格高昂，所以為消減其成本，多進(jìn)行較廉價(jià)的Mn的添加，因此，碎鐵中的Mn含量的增加在作為鑄鐵原料使用的情況下存在問(wèn)題。鑄鐵中的Mn作為使Fe和C的化合物即滲碳體(Fe3C)穩(wěn)定的元素起作用。因此，在鑄鐵中，該鐵基體組織向Fe3C和Fe的層狀組織即珠光體變化。由此，鑄鐵的硬度增大，高強(qiáng)度化，但伸長(zhǎng)率、韌性等特性降低。通過(guò)Mg使鑄鐵中的石墨進(jìn)行球狀化來(lái)提高其強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率的球狀石墨鑄鐵中，其鐵基體組織變化對(duì)強(qiáng)度特性帶來(lái)的影響強(qiáng)。特別是因Mn含量的增加，球狀石墨鑄鐵的伸長(zhǎng)率、韌性的降低顯著，制造上成為問(wèn)題。目前，作為從鑄鐵熔液除去Mn的方法，有向鑄鐵熔液供給S，生成MnS的方法(專利文獻(xiàn)I、專利文獻(xiàn)2)。但是，該方法中，存在的問(wèn)題是，在鑄鐵熔液中產(chǎn)生MnS且難以進(jìn)行其除去處理，為提高除去效率而需要添加大量的S。另一方面，不僅鑄鐵，而且從通常的鋼鐵熔融金屬的Mn除去通過(guò)使用轉(zhuǎn)爐等的氧的添加進(jìn)行的精練且利用下述反應(yīng)進(jìn)行。Mn + 1/2 (O2) — MnO但是，就該反應(yīng)而言，在鑄鐵之類的高C、高Si的熔液中，如熱力學(xué)的氧勢(shì)圖所表明，在1400°C以上的溫度下，從C、Si的氧化反應(yīng)來(lái)看在熱力學(xué)上不穩(wěn)定。因此，如果向鑄鐵熔液供給氧，則在除去Mn之前，C、Si等有用的元素失去，存在不能熔制鑄鐵熔液的問(wèn)題。因此，提案有球狀石墨鑄鐵用熔液的制造方法，S卩，使用純氧利用轉(zhuǎn)爐，從冷材開(kāi)始熔解，與通常的鋼鐵的熔解同樣，C、Si損耗，同時(shí)通過(guò)氧化反應(yīng)除去Mn，通過(guò)與之后另外準(zhǔn)備的C、Si量多的鑄鐵熔液的合并熔液制造(專利文獻(xiàn)3)。但是，該方法中，熔解時(shí)C、Si的含量降低，因此，熔液的融點(diǎn)上升，需要在其以上的高溫下進(jìn)行操作。這帶來(lái)進(jìn)一步的C、Si的損耗。另外，由于另外需要與熔解爐的同時(shí)作業(yè)，所以在制造成本方面是不實(shí)用的。另外，即使向由電爐等熔解的鑄鐵熔液直接添加氧化鐵等，嘗試通過(guò)氧化除去Mn，也與轉(zhuǎn)爐的情況同樣，存在C、Si失去，且生成大量的爐渣 ，難以進(jìn)行作業(yè)的問(wèn)題。還公開(kāi)有用氧燃燒器的火焰加熱鐵原料使其熔解，同時(shí)添加碳材來(lái)制造鑄鐵的方法(專利文獻(xiàn)4)。但是，該方法是用于改善向鑄鐵熔液添加碳時(shí)的吸碳效率的方法，是制造碳濃度高的鑄鐵的方法。如上述各對(duì)比文獻(xiàn)所示，從鑄鐵熔液防止C、Si的損耗，同時(shí)除去Mn在上述現(xiàn)有技術(shù)中在實(shí)用上是困難的。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I:特開(kāi) 2003 - 105420專利文獻(xiàn)2:國(guó)際公開(kāi)號(hào)W02003/083143專利文獻(xiàn)3:特開(kāi)平7 - 268432專利文獻(xiàn)4:特開(kāi)平10 — 8120

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題本發(fā)明是為對(duì)應(yīng)上述課題而設(shè)立的，其目的在于，提供得到除去鑄鐵熔液中的Mn、Al,Ti,Pb,Zn,B的雜質(zhì)元素、且抑制了有用的C、Si的損耗的、清潔的熔液的鑄鐵原料的雜質(zhì)除去方法。用于解決課題的手段本發(fā)明的鑄鐵熔液中的雜質(zhì)除去方法，抑制預(yù)先熔融的鑄鐵熔液中含有的C及Si的損耗，同時(shí)除去包含Mn的雜質(zhì)，其特征在于，將所述鑄鐵熔液的溫度維持在1250°C以上且不足1500°C，使該熔液和酸渣層接觸，同時(shí)，使所述鑄鐵熔液的表面直接暴露在燃料和氧的理論燃燒比(氧量(體積)X5/燃料(體積)量)為I 1.5的氧過(guò)剩的火焰中，使鑄鐵熔液的表面過(guò)熱。另外，本發(fā)明的鑄鐵熔液中的雜質(zhì)除去方法的特征在于，在將鑄鐵熔液中的Mn的每單位時(shí)間的除去效率設(shè)為(A Mn/h)，將鑄鐵熔液中的C的每單位時(shí)間的除去效率設(shè)為(A C/h)，將鑄鐵熔液中的Si的每單位時(shí)間的除去效率設(shè)為(A Si/h)時(shí)，(A C/ A Mn)或(ASi/AMn)為 2. 5 以下。還有，本發(fā)明的鑄鐵熔液中的雜質(zhì)除去方法的特征在于，向直接暴露在氧過(guò)剩的火焰中的所述鑄鐵熔液的表面從該鑄鐵熔液的內(nèi)部注入含有氧的氣體，特別是，其特征在于，含有氧的氣體是空氣。其特征在于，每熔液IOOOkg以100(l/min.) 1600(l/min.)的比例注入該含有氧的氣體。另外，本發(fā)明的鑄鐵熔液中的雜質(zhì)除去方法的特征在于，作為所述鑄鐵熔液中的雜質(zhì)被除去的Mn以外的元素是選自Pb、Zn、Ti、Al、及B中的至少一種元素。另外，本發(fā)明的鑄鐵熔液中的雜質(zhì)除去方法的特征在于，在所述鑄鐵熔液中添加氧化鐵。另外，其特征在于，保持所述鑄鐵熔液的裝置是轉(zhuǎn)爐、電爐、澆包、化鐵爐脫硫澆包、或中間包、或它們的組合。本發(fā)明的鑄鐵原料，其通過(guò)上述的方法制造，其特征在于，該鑄鐵原料為碳
(C)2 4 質(zhì)量％、硅(Si)O. 5 4 質(zhì)量％、錳(Mn)O. I 3 質(zhì)量％、鉛(Pb)O. 0001 0. 03質(zhì)量％、鋅(Zn)0. 0001 I. 0 質(zhì)量％、鈦(Ti)O. 001 0. 2 質(zhì)量％、鋁(Al)O. 0001 0. 5質(zhì)量％、硼(B)O. 0001 0. 04質(zhì)量％,余量為鐵(Fe)及不可避免的雜質(zhì)。發(fā)明效果本發(fā)明的鑄鐵熔液中的雜質(zhì)除去方法是抑制預(yù)先溶融的鑄鐵熔液中含有的C及Si的損耗，同時(shí)除去包含Mn的雜質(zhì)的方法，將所述鑄鐵熔液的溫度維持在1250°C以上且不 足1500°C，使該熔液和酸渣層接觸，同時(shí)，使所述鑄鐵熔液的表面直接暴露在燃料和氧的理論燃燒比為I I. 5的氧過(guò)剩的火焰中，使鑄鐵熔液的表面過(guò)熱，因此，能夠得到從鑄鐵熔液除去Mn等雜質(zhì)元素，且抑制了鑄鐵的必要元素即C、Si的損耗的清潔的鑄鐵熔液。特別是在球狀石墨鑄鐵中，Mn等雜質(zhì)大幅阻礙作為鑄鐵材料的伸長(zhǎng)率、韌性，因此，Mn等雜質(zhì)元素除去的效果顯著。


圖I是表示向處理裝置供給的鑄鐵熔液的處理狀態(tài)的示意圖；圖2是表示小型轉(zhuǎn)爐式雜質(zhì)除去裝置的圖；圖3是表示處理時(shí)間和熔液中的C、Si、Mn含量的圖；圖4是表示處理時(shí)間和熔液中的Pb、Zn、Ti、Al、B含量的圖；圖5是表示對(duì)鑄鐵熔液的脫Mn效率帶來(lái)的起泡等影響的圖；圖6是表示實(shí)機(jī)轉(zhuǎn)爐式雜質(zhì)除去裝置的圖；圖7是表示實(shí)機(jī)轉(zhuǎn)爐式雜質(zhì)除去裝置的實(shí)施結(jié)果的圖；圖8是表示澆包式雜質(zhì)除去裝置的圖；圖9是表示澆包式雜質(zhì)除去裝置的實(shí)施結(jié)果的圖；圖10是以熔液的比表面積整理了 Mn除去效率的圖；圖11是表示Mn除去效率和A C/ A Mn、A Si/ A Mn的值的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式為除去鑄鐵熔液中的Mn、Al、Ti、Pb、Zn、B的雜質(zhì)元素且抑制有用的C、Si的損耗，
本發(fā)明人進(jìn)行刻意研究，利用氧氣燃料燃燒器使鑄鐵熔液直接暴露在火焰中，使熔液表面過(guò)熱，由此直至完成雜質(zhì)除去技術(shù)。本發(fā)明方法中，原料以生鐵、碎鐵、古生鐵、回收鐵、車屑等為鐵源，特別是以碎鐵為主鐵源。就近年來(lái)的碎鐵而言，為了鋼鐵材料的高性能化、輕量化、高功能化等而所添加的較為廉價(jià)的Mn的量多，需要除去該Mn。本發(fā)明方法特別適合用于大量含有Mn量的碎鐵。作為Mn以外的元素，通過(guò)本發(fā)明方法能夠除去Pb、Zn、Ti、Al、或B。本發(fā)明方法是包含Mn并從碎鐵除去這些元素的方法。本發(fā)明例如是可以從C含有3 4質(zhì)量％、Si含有I 3質(zhì)量％、Mn含有0.5 3質(zhì)量％的預(yù)熔解保持的鑄鐵熔液除去0. 2質(zhì)量％以上的Mn的處理方法。該處理方法中，是在將Mn的每單位時(shí)間的除去效率設(shè)為A Mn，將C的每單位時(shí)間的除去效率設(shè)為A C JfSi的每單位時(shí)間的除去效率設(shè)為A Si時(shí)，(AC/A Mn)或(A Si/ A Mn)為2.5以下的方法。在此，每單位時(shí)間的除去效率為每單位時(shí)間的(處理前的元素量一處理后的元素量)。特別優(yōu)選將Mn的除去速度確保0. 6質(zhì)量％ /h以上，將A C/ A Mn控制在1，將ASi/A Mn控制在2以下。碎鐵在除去雜質(zhì)之前被預(yù)先熔解，向處理裝置供給。此外，處理裝置例如只要具備電爐等加熱溶融設(shè)備，則可以在該裝置內(nèi)制成鑄鐵熔液。供給時(shí)的鑄鐵熔液的溫度優(yōu)選為不足1500°C，更優(yōu)選為1250°C以上且不足1500°C。如果在該溫度范圍，則在供給后，抑制C、Si的損耗的同時(shí)的脫Mn處理變得容易。圖I顯示表示向處理裝置供給的鑄鐵熔液的處理狀態(tài)的示意圖。從燃燒器3對(duì)向處理裝置供給的鑄鐵熔液I的表面Ia直接暴露氧過(guò)剩的火焰2，使熔液表面過(guò)熱。圖I中，4是酸渣層，5是包含注入鑄鐵熔液I內(nèi)的氧的氣體。作為氧過(guò)剩的火焰2的熱源，優(yōu)選使用LPG氣體或LNG氣體邊供給比燃燒所需的氧量過(guò)剩的氧量邊燃燒的燃燒器3。作為過(guò)剩氧的供給源，可列舉空氣、純氧氣體。燃料和氧的理論燃燒比(氧量(體積)X 5/燃料(體積)量)為I I. 5，優(yōu)選為
I.I 1.4。理論燃燒比不足I時(shí)，因過(guò)剩氧不足而脫Mn不能進(jìn)行，如果為1.5以上，則火焰的溫度不上升，而這也不能高效地進(jìn)行脫Mn。鑄鐵熔液的表面Ia直接暴露在氧過(guò)剩的火焰2中?；鹧姹┞稌r(shí)的鑄鐵熔液的表面Ia的溫度預(yù)測(cè)為2000°C以上，但鑄鐵熔液內(nèi)Ib的溫度維持在1250°C以上且不足1500°C。作為將鑄鐵熔液內(nèi)的溫度維持在該范圍的裝置，有控制熔液量和燃料吹入量，圖I中注入熔液內(nèi)的氣體5的量、處理裝置的予熱量，因此該情況下為控制耐火物的溫度等的 >J-U裝直。鑄鐵熔液的表面Ia在通過(guò)開(kāi)始雜質(zhì)處理而熔液溫度達(dá)到1400°C之前由酸渣層4覆蓋，但通過(guò)使鑄鐵熔液的表面Ia直接暴露在氧過(guò)剩的火焰2中，排除暴露的部分的爐渣4。其結(jié)果是，火焰2直接與鑄鐵熔液的表面Ia接觸。另外，未暴露于火焰2的面Ic與酸渣層4接觸(圖I)。使熔液表面直接暴露在火焰中，使殘留的熔液表面不與酸渣層接觸且不使熔液整體的溫度上升而進(jìn)行雜質(zhì)除去處理，由此，認(rèn)為可進(jìn)行Mn的氧化除去，同時(shí)減少C、Si的損耗。鑄鐵熔液I通過(guò)注入含氧的氣體5而被進(jìn)行攪拌。作為含有氧的氣體優(yōu)選為空氣。另外，注入量?jī)?yōu)選每熔液重量為100 (1/min.)以上且不足1600 (1/min.)，更優(yōu)選為200 (I/min.)以上且不足800 (1/min.)。如果注入量少則熔液的攪拌力過(guò)小，如果注入量過(guò)多則因被氣體帶走的熱而熔液的溫度過(guò)量降低。另外，含有氧的氣體5以氣體5的氣泡到達(dá)氧過(guò)剩的火焰2直接暴露而過(guò)熱的鑄鐵熔液的表面Ia的方式從鑄鐵熔液的內(nèi)部注入(圖I)。就本發(fā)明的處理方法而言，由于直接暴露于該火焰2的鑄鐵熔液的表面Ia的反應(yīng)至為重要，所以通過(guò)注入含有氧的氣體5而進(jìn)行該表面反應(yīng)。作為收容鑄鐵熔液的處理裝置，如圖I所示，只要是熔液I直接暴露在火焰2中的形狀的處理裝置就可以使用。作為可使用的處理裝置，可列舉轉(zhuǎn)爐、電爐、澆包、化鐵爐脫硫燒包、或中間包、或它們的組合。通過(guò)上述本發(fā)明制造的鑄鐵原料能夠抑制有用的C、Si的損耗，并且能夠減少M(fèi)n等雜質(zhì)。因此，能夠容易地制造C 2 4質(zhì)量％、SiO. 5 4質(zhì)量％、Mn 0. I 3質(zhì)量％，優(yōu)選為Mn 0. I I質(zhì)量％、PbO. 0001 0. 03質(zhì)量％，優(yōu)選為Pb 0. 0001 0. 02質(zhì)量％、Zn 0. 0001 I. 0 質(zhì)量％，優(yōu)選為 Zn 0. 0001 0. 02 質(zhì)量％、Ti 0. 001 0. 2 質(zhì)量％、Al0. 0001 0. 5質(zhì)量％，優(yōu)選為Al 0. 0001 0. 2質(zhì)量％、B0. 0001 0. 04質(zhì)量％，優(yōu)選為B0. 0001 0. 01質(zhì)量％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)的鑄鐵原料。實(shí)施方式例I :小型轉(zhuǎn)爐式雜質(zhì)除去裝置的例子利用圖2所示的小型轉(zhuǎn)爐式雜質(zhì)除去裝置除去鑄鐵原料的雜質(zhì)。該小型轉(zhuǎn)爐式雜質(zhì)除去裝置6以使收容于爐體6a內(nèi)的熔液I的表面直接暴露在燃燒器的火焰2中而過(guò)熱的方式在裝置上部設(shè)置有燃燒器3。本裝置6為與一般的鑄鐵熔解爐的爐前設(shè)置的熔液保持爐型的形狀，但只要是使熔液I直接暴露在火焰2中可以過(guò)熱的形狀，則未必可以是該形狀。圖2中，10表示排氣管道。在將裝置予熱后，將表I所示的處理前的鑄鐵熔液預(yù)先另外熔解，向除去裝置6供給。熔液重量以50kg進(jìn)行。[表 I]
權(quán)利要求
1.鑄鐵熔液中的雜質(zhì)除去方法，抑制預(yù)先熔融的鑄鐵熔液中含有的碳(C)及硅(Si)的損耗，同時(shí)除去包含錳(Mn)的雜質(zhì)，其特征在于， 將所述鑄鐵熔液的溫度維持在1250°C以上且不足1500°C，使該熔液和酸渣層接觸，同時(shí)，使所述鑄鐵熔液的表面直接暴露在燃料和氧的理論燃燒比(氧量(體積)X5/燃料(體積)量)為I I. 5的氧過(guò)剩的火焰中，使該表面過(guò)熱。
2.如權(quán)利要求I所述的鑄鐵熔液中的雜質(zhì)除去方法，其特征在于，為如下方法 在將所述錳(Mn)的每單位時(shí)間的除去效率設(shè)為(ΛΜη/h)，將所述碳(C)的每單位時(shí)間的除去效率設(shè)為(AC/h)，將所述硅(Si)的每單位時(shí)間的除去效率設(shè)為(ASi/h)時(shí)，(Λ C/ Λ Mn)或(Λ Si/ Λ Mn)為 2· 5 以下。
3.如權(quán)利要求2所述的鑄鐵熔液中的雜質(zhì)除去方法，其特征在于， 向直接暴露在所述氧過(guò)剩的火焰中的所述鑄鐵熔液的表面從該鑄鐵熔液的內(nèi)部注入含有氧的氣體。
4.如權(quán)利要求3所述的鑄鐵熔液中的雜質(zhì)除去方法，其特征在于， 所述含有氧的氣體是空氣。
5.如權(quán)利要求3或4所述的鑄鐵熔液中的雜質(zhì)除去方法，其特征在于， 每熔液IOOOkg注入所述含有氧的氣體100 (Ι/min.) 1600 (Ι/min.)。
6.如權(quán)利要求I 5中任一項(xiàng)所述的鑄鐵熔液中的雜質(zhì)除去方法，其特征在于， 作為所述鑄鐵熔液中的雜質(zhì)被除去的錳(Mn)以外的元素是選自鉛(Pb)、鋅(Zn)、鈦(Ti)、鋁(Al)、及硼(B)中的至少一種元素。
7.如權(quán)利要求I 6中任一項(xiàng)所述的鑄鐵熔液中的雜質(zhì)除去方法，其特征在于， 在所述鑄鐵熔液中添加氧化鐵。
8.如權(quán)利要求I 7中任一項(xiàng)所述的鑄鐵熔液中的雜質(zhì)除去方法，其特征在于， 保持所述鑄鐵熔液的裝置是轉(zhuǎn)爐、電爐、澆包、化鐵爐脫硫澆包、或中間包、或它們的組口 ο
9.鑄鐵原料，其特征在于，其通過(guò)權(quán)利要求I所記載的方法制造， 該鑄鐵原料為碳(C)2 4質(zhì)量％、硅(Si)O. 5 4質(zhì)量％、錳(Mn)O. I 3質(zhì)量％、鉛(Pb) O. 0001 O. 03 質(zhì)量％、鋅(Zn) O. 0001 I. O 質(zhì)量％、鈦(Ti)O. 001 O. 2 質(zhì)量％、鋁(Al)O. 0001 0.5質(zhì)量％、硼(B)O. 0001 O. 04質(zhì)量％，余量為鐵(Fe)及不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)如下方法從鑄鐵熔液中除去鑄鐵熔液中的Mn、Al、Ti、Pb、Zn、B的雜質(zhì)元素，且抑制有用的C、S i的損耗，得到清潔的熔液，使預(yù)先熔融的鑄鐵熔液的表面直接暴露在燃料和氧的理論燃燒比(氧量(體積)×5/燃料(體積)量)為1～1.5的氧過(guò)剩的火焰中，使該熔液表面過(guò)熱，同時(shí)，邊使該熔液和酸渣層接觸，邊將所述鑄鐵熔液的溫度維持在1250℃以上且不足1500℃，向該鑄鐵熔液的內(nèi)部注入含有氧的氣體。
文檔編號(hào)C21C1/08GK102782163SQ201180007330
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者姜一求, 山本展也, 木下潔, 村田博敏, 渥美建夫, 竹內(nèi)宏光, 菅野利猛, 藤川貴朗 申請(qǐng)人:三重縣, 日立金屬株式會(huì)社, 株式會(huì)社木下制作所, 株式會(huì)社木村鑄造所, 株式會(huì)社泉州, 浪速爐機(jī)研究所