鋳造初心者必読: 鋳鉄の精錬中に炭素とシリコンの含有量を安全かつ効率的に制御するにはどうすればよいですか?

パート I: 安全は最優先です

溶融金属を扱う作業には非常に高いリスクが伴います。として 鋳鉄鋳物 初心者は必ず配置してください 安全性 何よりも次の運用基準を厳格に遵守してください。

1. 個人用保護具 (PPE) の厳格な実施

• 全身保護: 規格に準拠したものを着用する必要があります 難燃スーツ・革製作業服 輻射熱を遮断し、溶融金属の飛散を防ぎます。
• 目と顔の保護: ウェア特化型 フルフェイスシールド (強い光と赤外線から保護する色付きフィルター付き) 安全性 glasses .
• 手の保護: 使用する 柄の長い耐熱手袋 .
• 足の保護: 摩耗 安全性 boots （耐衝撃性、耐突き刺し性、溶融金属の流入を防止するように設計されている必要があります）。
• ツールの使用法: 溶融金属と接触するすべてのツールが安全であることを確認してください。 長い柄の 使用前に乾燥と予熱が確認されています。

2. 爆発危険の防止

• 徹底した除湿： これは最も重要な安全対策です。溶融金属が水分（工具、装入材料、または合金中の微量であっても）に接触すると、直ちに大量の蒸気が発生し、激しい火災を引き起こします。 水蒸気爆発 溶けた金属があちこちに飛び散ります。
• 充電予熱: 復元スクラップ、鉄スクラップ、さらには合金添加剤 (フェロシリコン、浸炭剤など) を炉に追加する前に、 完全に焼き、予熱する必要があります to drive off adsorbed surface and internal moisture. Preheating temperatures should ensure complete drying, e.g., reaching $\ge 200^{\circ}C$.

3. 有毒ガスと環境制御

• 換気: 特に製錬中には大量のヒュームが発生します。 carbon monoxide ($\text{CO}$) 溶融物表面の酸化と燃焼から保護されます。とろけるお店には欠かせない 高効率の局所排気装置 店内全体の換気も良好です。
• 空気監視: It is recommended to be equipped with $\text{CO}$ monitors to ensure the air quality in the working area meets safety standards.

パート II: 炭素およびシリコン含有量の効率的な制御

鋳鉄の特性は主に炭素含有量 ($%C$) とシリコン含有量 ($%Si$) によって決まり、これらが一緒になって凝固挙動と最終的な微細構造を決定します。これは多くの場合、次の方法を使用して評価されます。 炭素当量（CE） :

$$CE = %C \frac{%Si %P}{3}$$

1. 炭素含有量（$%C$）の管理・調整（浸炭）

炭素は黒鉛を形成し、鋳鉄の流動性を決定するための中心要素です。溶解中にカーボンが抜けたり、チャージが不十分になったりすると、 浸炭剤 を追加する必要があります。

• 浸炭剤の選択: 浸炭剤の純度と粒子サイズは、その溶解速度と 浸炭効率 (溶融鉄によって吸収される添加炭素の割合)。
  • 高純度黒鉛/人造黒鉛: 高純度、固定炭素 $>98%$、最高の吸収率 (通常 $>90%$)、要求の高い溶解または誘導炉製錬に適しています。
  • 石油コークス: コスト効率が高く、$90% ～ 95%$ の固定炭素で、一般的に使用される浸炭剤です。
• 最適な追加方法: 浸炭効率は添加位置と添加タイミングに大きく関係します。
  • 途中添加（電気炉）： これは、 一番お勧めの 方法。浸炭剤を装入物の一部（リバートスクラップや鉄スクラップなど）と混合し、溶融プールの中央と下部に置きます。溶融中、浸炭剤は過熱ゾーンで溶解するまでの接触時間が長くなり、より高い吸収率を達成します。
  • タップ前のサーフェスの追加: 微調整に適しています。の スラグは完全に除去する必要があります まず、浸炭剤を表面に均等に振りかけます。 電磁撹拌 （誘導炉内）または手動で撹拌して溶解を促進します。この方法は効率は比較的低くなりますが、操作は簡単です。

2. シリコン含有量($%Si$)の管理・調整（珪素化）

シリコンは強い 黒鉛化促進剤 、白鋳鉄の形成を防ぐために重要です。

• 主なシリコン源: Ferrosilicon ($\text{FeSi}$) . $\text{FeSi}75$ (containing approx. $75%$ silicon) is commonly used.
  • 追加方法: 通常、追加されるのは、 タッピング直前の液体金属 。均質性を確保するには、スラグをすくい取った後に添加し、完全に溶解して混合できるように十分な浸漬時間（約 5 ～ 10 分間）保持する必要があります。
  • 予熱の重要性: フェロシリコンの塊は、湿気による水蒸気爆発を防ぐために予熱する必要があります。
• 炭素とシリコンを組み合わせた添加剤: Silicon Carbide ($\text{SiC}$) 優れた複合添加剤です。
  • 原則: $\text{SiC}$ does not melt in the iron melt but dissociates via the reaction $\text{SiC} \rightarrow [\text{Si}] [\text{C}]$, releasing both silicon and carbon into the iron.
  • 利点: $%C$ と $%Si$ を同時に増加させ、優れた効果をもたらします。 予防接種前 効果があり、微細な黒鉛の形成に寄与します。通常は以下に追加されます 充電する as a supplement or alternative to $\text{FeSi}$ and carburizers.

3. 酸化損失の回避と補償

製錬プロセス中、特に溶解と過熱の後期段階では、大気やスラグ中の酸化物との反応により炭素とシリコンが失われる可能性があります。

• バーンオフ反応:
  • $2[\text{C}] \text{O}_2 \rightarrow 2\text{CO} \uparrow$
  • $[\text{Si}] \text{O}_2 \rightarrow \text{SiO}_2$ (enters the slag)
• 対策:
  • スラグ制御: タイムリー removal of slag containing high iron oxide ($\text{FeO}$) . $\text{FeO}$ in the slag will continuously oxidize the $\text{C}$ and $\text{Si}$ in the molten iron.
  • 補償: 最終的な構成を決定するとき、特定の バーンオフ手当 これは、製錬中の通常の損失を補うために、添加量が目標値をわずかに超える必要があることを意味します。

パート III: 一般的なカーボンおよびシリコン制御材料の比較

情報に基づいた選択を支援するために、以下の表に一般的なカーボンおよびシリコン調整材料とその主な特性を示します。