JP2001150095A

JP2001150095A - 厚肉大型鋳鋼品及びその鋳型

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Publication number: JP2001150095A
Application number: JP33482099A
Authority: JP
Inventors: Haruyoshi Kubo; 晴義久保; Atsuhito Yoshimoto; 篤人吉本
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 1999-11-25
Publication date: 2001-06-05
Anticipated expiration: 2019-11-25
Also published as: JP3589601B2

Abstract

(57)【要約】【課題】厚肉大型鋳鋼品を鋳造する場合、複雑で熱的
に過酷な形状部分においても、砂の焼着が生じないよう
にした鋳型、及び、その鋳型により鋳造された砂焼着が
生じない鋳鋼品を提供すること。【解決手段】厚肉大型鋳鋼品を鋳造するのに用いる砂鋳
型において、熱的に過酷な部位を、人造ムライトを主成
分とする人造ムライト砂型で構成し、該人造ムライト砂
型に、高純度アルミを主成分とし且つＳｉＯ２成分を含
まない塗型を塗布してなること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、厚肉大型鋳鋼品及
びその鋳型に関する。

【０００２】

【従来の技術】砂鋳型を用いて鋳造される厚肉大型鋳鋼
品においては、鋳型条件により砂の焼着と言う問題があ
った。この砂の焼着現象には、物理的焼着と化学的焼着
とがある。物理的焼着は、鋳型内への溶鋼の進入による
ものであり、化学的焼着では、溶鋼中のＦｅＯ成分と鋳
型中のＳｉＯ２成分の反応による、低融点化合物の生成
によるものとがある。物理的焼着を防止するために、鋳
型の砂粒子を小さなものに選定することが望ましく、化
学的焼着の防止策としては、溶鋼と反応しない高温安定
な金属酸化物を使用することであった。

【０００３】更に、焼着の原因となるＦｅＯを還元させ
る働きとして、塗型内にＣを含ませたもの（特開昭６４
−１２２２号公報参照）、金属Ａｌを含有させたもの
（特開昭５６−８４１４６号公報、特開昭４９−９８７
２２号公報参照）を使用する技術が知られている。な
お、塗型の一般的なのもとして、ジルコン塗型（骨材と
して、ＺｒＯ２・２ＳｉＯ２を用いたもの）、マグネシ
ア塗型（骨材として、ＭｇＯを用いたもの）、アルミナ
塗型（骨材として、Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２を用いたも
の）等が知られている。そして、これら塗型のバインダ
ーとしては、有機樹脂（フェノール樹脂）や無機（尿酸
アルミ、コロイダルシリカ）を用いたものが知られてい
る。

【０００４】更に、特開平４−２３３５号公報には、高
Ｍｎ鋳鋼減圧鋳造用珪砂鋳型への溶鋼中のＭｎ成分の進
入防止策として、下塗り塗型としてＭｇＯ系塗型を用
い、上塗り塗型として高純度のアルミナ塗型を用いたも
のが開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の技術を用い
て、厚肉大型鋳鋼品を鋳造する場合、複雑で熱的に過酷
な形状部分においては、依然として、砂の焼着が生じる
という問題があった。即ち、熱的に過酷な形状部分にお
いて、マグネシア塗型を用いた場合、鋳型成分中のＳｉ
Ｏ２とＭｇＯが反応し、低融点の化合物を生成して、砂
の焼着が生じていた。また、ジルコン塗型を用いた場
合、鋳型成分中のＡｌ２Ｏ３とジルコン中のＳｉＯ２が
反応し、低融点の化合物を生成して、砂の焼着が生じて
いた。

【０００６】カーボン入り塗型を用いた場合、カーボン
と溶鋼との反応により製品へのＣの進入が問題となって
いた。Ａｌ入り塗型を用いた場合、Ａｌと溶鋼との反応
により、製品へのＡｌの進入が問題となる。更に、通常
のアルミナ塗型を用いる場合は、天然アルミナを使用し
ているため、成分中にＳｉＯ２成分が含まれており、そ
れが溶鋼と反応して、低融点の化合物を形成し、砂の焼
着が生じるという問題があった。

【０００７】そこで、本発明は、厚肉大型鋳鋼品を鋳造
する場合、複雑で熱的に過酷な形状部分においても、砂
の焼着が生じないようにした鋳型、及び、その鋳型によ
り鋳造された砂焼着が生じない鋳鋼品を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、次の手段を講じた。即ち、本発明の特徴
とするところは、厚肉大型鋳鋼品を鋳造するのに用いる
砂鋳型において、熱的に過酷な部位を、人造ムライトを
主成分とする人造ムライト砂型で構成し、該人造ムライ
ト砂型に、高純度アルミを主成分とし且つＳｉＯ２成分
を含まない塗型を塗布してなる点にある。本発明によれ
ば、塗型にＳｉＯ２を含有していないので、鋳込み時の
溶鋼接触時に、低融点化合物の生成が認められず、化学
的焼着が防止され、厚肉、重量物の複雑形状部の鋳出し
が可能になる。

【０００９】前記人造ムライト砂型は、骨材が人造ムラ
イト１００％からなり、バインダが有機自硬性樹脂から
なることが望ましい。前記塗型は、骨材が高純度のアル
ミナ粉末からなり、水又はアルコールを混合塗料化して
なることが望ましい。前記塗型の骨材は、アルミナ成分
が９９％以上であることが望ましい。前記塗型を、下塗
りと上塗りの少なくとも２回塗布してなるのが望まし
い。また、本発明の厚肉大型鋳鋼品の特徴とするところ
は、前記本発明に係る鋳型で鋳造されたものである点で
ある。

【００１０】そして、肉厚２００ｍｍ以上の厚肉大型鋳
鋼品において、直径２００ｍｍ以下かつ深さが直径以上
となるような孔、若しくは、幅２００ｍｍ以下かつ深さ
が幅以上の凹部を鋳造時に形成することにより製造する
点にある。本発明によれば、前記鋳抜き孔又は凹部に、
砂の焼着は生じないので、砂落とし及び手入れ工程が不
要となる。また、従来では、この様な孔又は凹部は、機
械加工で形成していたが、鋳抜きのままとすることがで
きるので、機械加工の工数低減になる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１に示すものは、本発明の実施の形態に
係る鋳型１であり、図２，３に示すものは、該鋳型１を
用いて鋳造した厚肉大型鋳鋼品２である。この鋳鋼品２
は、直径が１，０００ｍｍで、高さが５００ｍｍの円柱
形であり、その一端面に直径が７０ｍｍで深さが１５０
ｍｍの止まり孔３が、直径５００ｍｍの円周上に周方向
等間隔で４カ所形成されている。その製品重量は３，０
００ｋｇである。鋳鋼品２の成分は、表１に示すとおり
である。

【００１２】

【表１】

【００１３】なお、本発明では、大型肉厚鋳鋼品で、そ
の肉厚は２００ｍｍ以上を対象とする。図１において、
鋳型１は、鋳鋼品２の孔３を形成する中子４が、熱的に
過酷な部位である。従って、この中子４の部分が、人造
ムライト砂型５とされている。中子４以外の他の部分
は、通常の砂型６とされている。前記「熱的に過酷な部
分」とは、砂型が１３００℃×６Ｈｒ以上、特に１４０
０℃×１０Ｈｒ以上に加熱保持されるような部位を指
す。

【００１４】また、前記「通常の砂型６」の成分、粒
度、バインダは「表２」に示すとおりである。

【００１５】

【表２】

【００１６】前記中子４を形成する人造ムライト砂型５
は、その骨材として、硅砂より耐火度の高い人造ムライ
ト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）が１００％使用されて
おり、バインダとして、有機自硬性樹脂が用いられてい
る。前記有機自硬性樹脂として、例えば、アルカリフェ
ノール樹脂を用いた。なお、前記人造ムライトとして、
「セラビーズ」という商品名のものを使用した。なお、
人造ムライトとした理由は、化学成分として、化学的に
最も安定な比率で不純物を極力排除でき、高温にて焼成
して製造するため、その組織は緻密であり、そのため、
耐火性が高く、耐破砕性、耐熱衝撃性にも優れるためで
あり、又、形状因子として、製造時に表面張力により砂
粒が真球状に近いものとなり、粒度分布及び通気度も安
定しており、そのため流動性も良好で、砂の充填率を上
げやすく、溶鋼の進入を防止する効果があるためであ
る。

【００１７】前記人造ムライト砂型５の表面には、コー
ティング材として、塗型が塗布されている。前記塗型の
骨材として、焼着の原因となるＳｉＯ２成分を含まない
耐火度の高く、浸透性および熱膨張率が低い性質を持ち
備えた高純度のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が用いられてい
る。骨材中のアルミナ成分は９９％以上の高純度とされ
ている。前記高純度アルミナとしては、焼結アルミナ、
電融アルミナ、焼成アルミナの何れか、又は、それらの
組み合わせのものが用いられている。また前記アルミナ
粉末の粒度は、３５０メッシュ通過のものとされてい
る。

【００１８】前記塗型のバインダには、焼着の原因とな
るＳｉＯ２成分を含まず、作業性に優れ、浸透性の良好
で膜厚が確保できるものが用いられている。例えば、有
機のものとして、アクリルバインダ、フェノール樹脂、
ビンソール等があり、無機のものとして、酢酸ビニル、
リン酸アルミ、尿酸アルミ等がある。そして、これらの
組み合わせにより、作業性をよくする組み合わせを適宜
選択する。特に、ヒートクラックが発生しないようなバ
インダの選定を行う必要がある。熱硬化型の無機性の塗
型では、ヒートクラックを緩和させることができないた
め、有機系樹脂をバインダとして用いている。

【００１９】前記塗型の溶剤としては、水またはアルコ
ールが用いられる。アルコールとしては、メチルアルコ
ール及びエチルアルコールが用いられ、純エタノールが
望ましい。前記塗型は、下塗りと上塗りの二回塗りされ
ている。塗型厚みとしては、１ｍｍ以上が望ましく、下
塗り用塗型の鋳型への浸透深さは，１ｍｍ以上が望まし
い。

【００２０】

【実施例】図１に示す形状の鋳型１を用いて、普通重量
鋳造法により、図２，３に示す形状の鋳鋼品２を鋳造し
た。鋳鋼の成分は、前記「表１」に示すとおりである。
このとき、鋳型１における中子４の砂の種類を「表３」
に示すように、硅砂と人造ムライトとの二種類に変えま
た、塗型の成分を各種変化させた。そして、各鋳型によ
り鋳造した鋳鋼品の砂焼着率を測定した。

【００２１】

【表３】

【００２２】前記表３におけるペケ、丸、三角印は、砂
焼着率を示す。ここで、「砂焼着率」とは、鋳型解枠
後、砂落とし段階で、鋳鋼製品２の孔３に残存する砂の
割合（孔全体の体積）の比率とした。砂が固まって通常
の作業（シェイクアウト）では、とれないものを残存し
た砂とした。前記表２より、熱的に過酷な部位に、人造
ムライト砂型５を部分適用し、そして、その部分の表面
に高純度アルミナからなる塗型を塗布することにより、
砂の焼着が防止されることが判った。

【００２３】図４に示すものは、前記中子４を人造ムラ
イト砂型５とし、塗型の骨材及びバインダの成分を種々
変更して鋳型１を作成し、そして、各鋳型１により鋳造
した鋳鋼品２の砂焼着率を測定した結果を示す。図中、
「シリカ分を含むバインダー」は、特公昭６１−４１６
５６号公報に記載のものである。図４によれば、塗型の
骨材中のシリカ成分が少ないほど、また、バインダにも
シリカ成分を含まないほど、砂焼着率が低くなることが
判る。更に、本発明実施品と比較例１〜４につき、砂焼
着率と、原単位を比較した。その結果を表４、５に示
す。

【００２４】

【表４】

【００２５】

【表５】

【００２６】前記各表に示す実験は、前記図１に示す形
状の鋳型１を用い、図２，３に示す形状の鋳鋼品２を鋳
造した場合のものであり、その鋳鋼品２の成分は、「表
１」に示すものである。本発明実施例では、中子４の砂
を人造ムライト１００％とし、そのバインダをアルカリ
フェノール樹脂とした。下塗り用及び上塗り用塗型の骨
材は、アルミが９９％以上の高純度アルミナ粉末を用
い、バインダとしてシリカ成分を含まないものとした。

【００２７】なお、塗型のバインダは、アクリルバイン
ダを用い、溶剤は、下塗り用にはエチルアルコールを用
い、上塗り用には水を用いた。また、膜厚は下塗りが
０．８〜１．０ｍｍ、上塗りが１〜２ｍｍとした。その
結果、砂焼着率は、ゼロであった。従って、原単位は、
砂落とし工程がゼロ時間、グラインダー工程が０．１時
間、機械加工が不要となり、手入れ工数もゼロ時間であ
り、又、製品歩留まり（最終形状重量で鋳込み重量を割
ったもの）は、０．６０％向上した。

【００２８】比較例１は、鋳型として主型と中子を有
し、主型の使用砂は、クロマイトサンドで、バインダ
は、フラン樹脂を用い、中子の使用砂は、セラビーズ
で、バインダは、アルカリフェノール樹脂を用いた。下
塗り用及び上塗り用塗型の骨材は、アルミナ９５％で、
バインダとしてシリカ成分を含有するものを用いた。焼
着率は、５０％であった。その結果、砂落とし作業はで
きなかった。また、グラインダー作業もできなかった。
そのため、機械加工が必要となった。又加工後の手入れ
作業は、１時間であった。製品歩留まりは向上しなかっ
た。

【００２９】比較例２は、前記比較例１と同じ鋳型を用
い、下塗り用及び上塗り用塗型の骨材は、アルミナ９９
％以上の高純度アルミナで、バインダとしてシリカ成分
を含有するものを用いた。焼着率は、２０％であった。
その結果、機械加工は不要であり、手入れ作業は、０時
間であった。製品歩留まりの向上は、０．６０％であっ
たが、砂落とし作業に６時間を要し、また、グラインダ
ー作業も４時間を要した。比較例３は、前記比較例１と
同じ鋳型を用い、下塗り用塗型の骨材は、マグネシアと
し、バインダとしてシリカ成分を含有しないものを用い
た。上塗り用塗型の骨材は、アルミナ９９％以上の高純
度アルミナで、バインダとしてシリカ成分を含有しない
ものを用いた。焼着率は、１５％であった。

【００３０】その結果、機械加工は不要であり、手入れ
作業は、０時間であった。製品歩留まりの向上は、０．
６０％であったが、砂落とし作業に４時間を要し、ま
た、グラインダー作業も４時間を要した。比較例４は、
前記比較例１と同じ鋳型を用い、下塗り用塗型の骨材
は、マグネシアとし、バインダとしてシリカ成分を含有
するものを用いた。上塗り用塗型の骨材は、アルミナ９
９％以上の高純度アルミナで、バインダとしてシリカ成
分を含有するものを用いた。焼着率は、３０％であっ
た。

【００３１】その結果、砂落とし作業はできなかった。
また、グラインダー作業もできなかった。そのため、機
械加工が必要となった。手入れ作業は、１時間であっ
た。製品歩留まりは向上しなかった。なお、本発明は、
前記実施例や実施の形態に示したものに限定されるもの
ではない。即ち、肉厚２００ｍｍ以上の厚肉大型鋳鋼品
において、鋳造で形成される孔の大きさは、直径２００
ｍｍ以下かつ深さが直径以上となるような孔であれば良
く、更に、孔に限らず溝やその他の形状の凹部であって
も良く、その凹部は、幅２００ｍｍ以下かつ深さが幅以
上であれば、本発明の対象となる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、非常に熱的負荷の激し
い部位（形状）のものの鋳出しが可能になり、それによ
り、機械加工等が不要になるので、大幅なコストダウン
が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施の形態として示す鋳型の
断面図である。

【図２】図には、図１の鋳型により鋳造した鋳鋼品の断
面図である。

【図３】図３は、図２の鋳鋼品の底面図である。

【図４】図４は、塗型中の骨材及びバインダーに含まれ
るシリカ成分の砂焼着への影響を示すグラフである。

【符号の説明】

１鋳型２鋳鋼品４中子５人造ムライト砂型

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２２Ｃ 3/00 Ｂ２２Ｃ 3/00 ＥＢ２２Ｄ 27/18 Ｂ２２Ｄ 27/18 Ｂ // Ｂ２２Ｃ 9/10 Ｂ２２Ｃ 9/10 Ｊ 9/24 9/24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚肉大型鋳鋼品を鋳造するのに用いる砂
鋳型において、熱的に過酷な部位を、人造ムライトを主
成分とする人造ムライト砂型で構成し、該人造ムライト
砂型に、高純度アルミを主成分とし且つＳｉＯ２成分を
含まない塗型を塗布してなることを特徴とする厚肉大型
鋳鋼品用鋳型。
【請求項２】前記人造ムライト砂型は、骨材が人造ム
ライト１００％からなり、バインダが有機自硬性樹脂か
らなることを特徴とする請求項１記載の厚肉大型鋳鋼品
用鋳型。
【請求項３】前記塗型は、骨材が高純度のアルミナ粉
末からなり、水又はアルコールを混合塗料化してなるな
ることを特徴とする請求項１又は２記載の厚肉大型鋳鋼
品用鋳型。
【請求項４】前記塗型の骨材は、アルミナ成分が９９
％以上であることを特徴とする請求項３記載の厚肉大型
鋳鋼品用鋳型。
【請求項５】前記塗型を、下塗りと上塗りの少なくと
も２回塗布してなることを特徴とする請求項４記載の厚
肉大型鋳鋼品用鋳型。
【請求項６】請求項１乃至５の何れか一つに記載の鋳
型を用いて鋳造されたことを特徴とする厚肉大型鋳鋼
品。
【請求項７】直径２００ｍｍ以下かつ深さが直径以上
となるような孔、若しくは、幅２００ｍｍ以下かつ深さ
が幅以上の凹部を鋳造で形成されていることを特徴とす
る肉厚２００ｍｍ以上の厚肉大型鋳鋼品。