JP2004122159A - Pouring member for centrifugal casting provided with heat insulating layer, and method of forming the heat insulating layer - Google Patents

Pouring member for centrifugal casting provided with heat insulating layer, and method of forming the heat insulating layer Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pouring member for centrifugal casting in which a heat insulating layer having high temperature durability and thermal shock resistance, and capable of stably preventing the seizure of molten metal over a long period is formed on the inner surface at a low cost and at high workability. <P>SOLUTION: In the pouring member 4 for centrifugal casting, a heat insulating layer A consisting of a ceramics layer 13 formed by the application of a low temperature fired ceramic coating agent, and a coating layer 14 formed by the application of a coating agent essentially consisting of graphite is formed on the surface thereof. In this case, the ceramic layer has a composition comprising, by mass, 50 to 55% SiO<SB>2</SB>, 17 to 23% Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>, 8 to 13% ZrO<SB>2</SB>and 6 to 10% TiO<SB>2</SB>. Further, the coating layer has a composition comprising 75 to 85% C, 1 to 3% MgO, 7 to 12% SiO<SB>2</SB>and 2 to 3% Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>. Thus, the problem can easily be solved. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心鋳造機によって遠心鋳造管を鋳造する際に、取鍋内の溶湯を遠心鋳造機の金型内に供給するために用いられる、断熱層を備えた遠心鋳造用注湯部材即ちシュート及びトラフに関し、更に、この断熱層の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
遠心鋳造機による鋳鉄管等の遠心鋳造管の製造は、図２に示すような遠心鋳造機１によって行なわれる。即ち、遠心鋳造機１は、溶湯１０を収容する取鍋３と、鋳造台車７に搭載された金型２と、取鍋３から金型２内に溶湯１０を供給するための注湯部材であるシュート４及びトラフ５とから構成されており、金型２は、電動機８によりベルト９を介して、その軸線を中心として高速回転している。取鍋３を傾動してその中の溶湯１０をシュート４に排出し、トラフ５を経て金型２内に注入すると共に、鋳造台車７を、油圧シリンダー等の駆動機構（図示せず）により図２中に矢印Ｘで示す方向に後退移動させる。これによって、回転する金型２の内面全域に溶湯１０が注入され、そして冷却されて凝固し、遠心鋳造管１１が鋳造される。金型２の他端には中子６が嵌め込まれており、中子６によって金型２内からの溶湯１０の漏出が防止されると共に、遠心鋳造管１１の端面形状（この部位を「受口部」と称す）が形成される。
【０００３】
上述した注湯部材であるシュート４及びトラフ５は、通常、機械構造用炭素鋼材や耐熱鋼材等で作られており、溶湯１０の焼き付きを防止するために、鋳造の都度毎回その内表面に、黒鉛系の塗型剤を塗布することが必要とされている。このような塗型剤の塗布は、高温下の劣悪な作業環境下において、人手により刷毛又はスプレーガン等で行なわれており、しかも、塗り方が悪いと簡単に剥離して焼き付きを起こすため、塗布作業には熟練を要し、更に、このようにして塗布したとしても、鋳造中の剥離を完全には防止することができず、焼き付きを余儀なくされていた。
【０００４】
又、鋳造作業の際には、シュート４を流れる溶湯１０がシュート４に塗布された塗型層に差し込み、玉状に凝固して、所謂「ジャミ」が生ずるが、このジャミがシュート４及びトラフ５から剥離せずに残留、堆積して、製品に悪影響を及ぼす問題があり、更に、シュート４及びトラフ５に塗布された塗型層が、溶湯流により剥離して溶湯１０と共に流れ、遠心鋳造管１１の受口部にトラップして、所謂「受け巣」が発生し、製品欠陥を招くと云う問題もあった。
【０００５】
そのため、これらの問題を解決すべく種々の手段が提案されており、例えば、特許文献１には、溶射法や粉体プラズマ肉盛溶接法等によって注湯部材の内面に形成した金属層と、溶射法や粉体プラズマ肉盛溶接法等によって該金属層の表面に形成したセラミックス層と、該セラミックス層の表面に燃焼炎によって形成したスス層からなる３層が形成された遠心鋳造用注湯部材が開示されている。又、特許文献２には、その母材表面に、塗型剤を含浸可能なポーラス層が形成されたシュート及びトラフが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特公平７−６３８２９号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平８−１４１７１８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１には次ぎのような問題がある。即ち、特許文献１においては、注湯部材の表面に、先ず、溶射法又は肉盛り溶接法等によりＮｉ−Ｃｒ合金粉末等を溶着させて金属層を形成し、次いで、該金属層の表面にジルコニア系セラミックス粉末等を炎溶射法により溶射してセラミックス層を形成し、更に、その表面に、アセチレンバーナーの送酸量を絞り、不完全燃焼炎とすることによるスス層を形成している。このように、特許文献１においては、再度にわたる溶射や肉盛り溶接及びバーナー処理を必要とするため、作業が極めて煩雑であり、且つ、溶射機や溶接機等の機器の設置を必要とするので作業経費が嵩み施工性が極めて悪い。
【０００９】
又、特許文献２には次ぎのような問題がある。即ち、特許文献２においては、セラミックやグラファイトを含む素材からなる粉粒体を加熱して母材の表面に溶射し、粉粒体表面の溶融により母材表面と相互に付着させることによって、母材表面にポーラス層を形成している。従って、ポーラス層形成のための作業が極めて煩雑であり、且つ、溶射機等の特別な機器の設置が必要となるので、作業経費が嵩み施工性が悪い。更に、溶射する粉粒体及びポーラス層の上に塗布する塗型剤に関する具体的な記載がなく、前述したジャミ及び受け巣の発生に関する問題は何ら解決されていない。
【００１０】
上述した特許文献１，２に開示されている技術の他に、シュートやトラフの表面に、電気めっき、真空蒸着、イオンプレーティング等の手段を用いて、耐熱金属を付着させて断熱層を形成する手段も知られている。しかしながら、これらの手段は、何れも耐熱金属を付着させるための特別の設備や機器を必要とするので、コスト高となり施工性が悪く、又、その断熱効果も十分とは云えない。
【００１１】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、遠心鋳造機によって遠心鋳造管を鋳造する際に、取鍋内の溶湯を遠心鋳造機の金型内に供給するために用いられる注湯部材即ちシュート又はトラフにおいて、溶湯の焼き付きを長期間にわたって安定して防止すると共に、塗型層への溶湯の差し込みによって生ずるジャミの残留や、塗型層の剥離による受け巣の発生を防止することが可能な、高温耐久性並びに耐熱衝撃性に優れた断熱層が、低コストで且つ高施工性でその内表面に形成されている注湯部材を提供することであり、又、この断熱層の形成方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上述した問題を解決すべく鋭意試験研究を重ねた。その結果、注湯部材の断熱層を形成するセラミックス層として、注湯部材の表面に刷毛やローラー等により容易に塗布することが可能で、且つ、塗布後の乾燥によってポーラス状となり、母材表面に強固に接着して断熱性を高め得る性能を有する低温焼成セラミックコーティング剤、特に、低温焼成セラミックコーティング剤のうちでも、ＳｉＯ２　、Ａｌ２　Ｏ３　、ＺｒＯ２　及びＴｉＯ２　を含有するアルカリ金属塩系セラミックコーティング剤を使用し、又、塗型層として、ポーラス状のセラミックス層に浸透して密着力を高め、溶湯による焼付きや剥離が生じない性能を有する、黒鉛を主体とする塗型剤を使用することによって、溶湯の差し込みによって生ずるジャミの残留や、塗型層の剥離による受け巣の発生等の問題が生ぜず、高温耐久性及び耐熱衝撃性に優れた断熱層を、特別の機器や設備等を必要とせず、オンラインでの補修作業により低コストで且つ施工性高く形成することができ、これによって注湯部材の耐用性を高め得ることを知見した。
【００１３】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、第１の発明に係る断熱層を備えた遠心鋳造用注湯部材は、遠心鋳造用金型内に溶湯を供給するための遠心鋳造用注湯部材であって、その表面に、低温焼成セラミックコーティング剤の塗布によって形成されたセラミックス層と、黒鉛を主体とする塗型剤の塗布によって形成された塗型層と、からなる断熱層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
第２の発明に係る断熱層を備えた遠心鋳造用注湯部材は、第１の発明において、前記低温焼成セラミックコーティング剤は、ＳｉＯ２　、Ａｌ２　Ｏ３　、ＺｒＯ２　及びＴｉＯ２　を含有するアルカリ金属塩系セラミックコーティング剤であることを特徴とするものである。
【００１５】
第３の発明に係る断熱層を備えた遠心鋳造用注湯部材は、第１又は第２の発明において、前記セラミックス層は、ＳｉＯ２　：５０〜５５ｍａｓｓ％、Ａｌ２　Ｏ３　：１７〜２３ｍａｓｓ％、ＺｒＯ２　：８〜１３ｍａｓｓ％及びＴｉＯ２　：６〜１０ｍａｓｓ％を含有することを特徴とするものである。
【００１６】
第４の発明に係る断熱層を備えた遠心鋳造用注湯部材は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記塗型層は、Ｃ：７５〜８５ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：１〜３ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２　：７〜１２ｍａｓｓ％及びＡｌ２　Ｏ３　：２〜３ｍａｓｓ％を含有することを特徴とするものである。
【００１７】
第５の発明に係る断熱層を備えた遠心鋳造用注湯部材は、第１ないし第４の発明の何れかにおいて、前記セラミックス層は、ポーラス状であって、その厚みは６０〜１００μｍであり、前記塗型層の厚みは０．３〜１．０ｍｍであって、その一部は前記セラミックス層中に含浸していることを特徴とするものである。
【００１８】
第６の発明に係る遠心鋳造用注湯部材の断熱層形成方法は、遠心鋳造用金型内に溶湯を供給するための遠心鋳造用注湯部材の表面に、セラミックス層と塗型層とからなる断熱層を形成する方法であって、当該注湯部材の表面をピーニング処理し、ピーニング処理の施された注湯部材の表面に低温焼成セラミックコーティング剤を塗布し、これを強制乾燥することによって、前記注湯部材の表面にポーラス状のセラミックス層を形成し、次いで、当該セラミックス層の表面に、黒鉛を主体とする塗型剤を塗布することによって塗型層を形成することを特徴とするものである。
【００１９】
第７の発明に係る遠心鋳造用注湯部材の断熱層形成方法は、第６の発明において、前記低温焼成セラミックコーティング剤は、ＳｉＯ２　、Ａｌ２　Ｏ３　、ＺｒＯ２　、ＴｉＯ２　のうちの少なくとも１種以上を含有するアルカリ金属塩系セラミックコーティング剤であることを特徴とするものである。
【００２０】
第８の発明に係る遠心鋳造用注湯部材の断熱層形成方法は、第７の発明において、前記アルカリ金属塩系セラミックコーティング剤は、ＳｉＯ２　：５０〜５５ｍａｓｓ％，Ａｌ２　Ｏ３　：１７〜２３ｍａｓｓ％、ＺｒＯ２　：８〜１３ｍａｓｓ％及びＴｉＯ２　：６〜１０ｍａｓｓ％を含有する無機質の液体状であることを特徴とするものである。
【００２１】
第９の発明に係る遠心鋳造用注湯部材の断熱層形成方法は、第６ないし第８の発明の何れかにおいて、前記塗型剤は、黒鉛を主体とし、黒鉛とベントナイトとカーボンブラックとを、水と共に混合して構成されていることを特徴とするものである。
【００２２】
第１０の発明に係る遠心鋳造用注湯部材の断熱層形成方法は、第９の発明において、前記塗型剤の水を除いた主要成分組成は、Ｃ：７５〜８５ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：１〜３ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２　：７〜１２ｍａｓｓ％及びＡｌ２　Ｏ３　：２〜３ｍａｓｓ％であることを特徴とするものである。
【００２３】
第１１の発明に係る遠心鋳造用注湯部材の断熱層形成方法は、第６ないし第１０の発明の何れかにおいて、前記注湯部材の表面に塗布された低温焼成セラミックコーティング剤に対する強制乾燥温度は、４００℃以上であることを特徴とするものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次ぎに、本発明の好ましい実施形態を、遠心鋳造機の金型内に挿入されるトラフに溶湯を供給するシュートにおいて断熱層を形成した場合につき、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態を示す図であり、本発明に係るシュートの横断面図である。図１に示すように、本発明に係るシュート４においては、シュート母材１２の内表面に、低温焼成セラミックコーティング剤（単に「セラミックコーティング剤」と称すこともある）の塗布によって形成されたポーラス状のセラミックス層１３と、このセラミックス層１３の表面に、塗型剤の塗布によって形成された塗型層１４とからなる断熱層Ａが形成されている。ここで、本発明における遠心鋳造機の注湯部材とは、シュート及びトラフのことである。
【００２５】
シュート４における断熱層Ａは、次ぎのような方法によって形成される。先ず、シュート母材１２の表面に対してブラスト処理を施し、シュート母材１２の表面に付着しているスケール、油脂、汚れ等を除去する。次いで、ブラスト処理の施されたシュート母材１２の表面に対してピーニング処理（ピーニングハンマー径：５ｍｍ、エアー圧力：５ｋｇ／ｃｍ２　）を施し、例えば径３ｍｍ程度の多数の小凹部１５を形成する。このピーニング処理により、シュート母材１２とセラミックス層１３との接着力が強化される。
【００２６】
次いで、ピーニング処理の施されたシュート母材１２の表面に、刷毛やローラー等を使用して低温焼成セラミックコーティング剤を塗布する。低温焼成セラミックコーティング剤は、これを形成するバインダーによって、アルカリ金属塩系、酸性燐酸金属塩系、シリカゾル系、金属アルコキシド系の４つに大別され、これらのうちのどの種類の低温焼成セラミックコーティング剤を用いても、セラミックス層１３を形成することができるが、施工性やコスト等からアルカリ金属塩系セラミックコーティング剤が最適であり、特に、アルカリ金属塩系セラミックコーティング剤のなかでも、高温耐久性や耐熱衝撃性に優れていることから、ＳｉＯ２　、Ａｌ２　Ｏ３　、ＺｒＯ２　及びＴｉＯ２　を含有し、珪酸ナトリウムと珪酸カリウムをバインダーとする無機質の液体状アルカリ金属塩系セラミックコーティング剤が最適である。
【００２７】
このアルカリ金属塩系セラミックコーティング剤の好ましい主要化学成分組成は、ＳｉＯ２　：５０〜５５ｍａｓｓ％（以下「％」と記す）、Ａｌ２　Ｏ３　：１７〜２３％、ＺｒＯ２　：８〜１３％、ＴｉＯ２　：６〜１０％、Ｎａ２　Ｏ：３．５〜４．０％、Ｋ２　Ｏ：１．５〜２．５％である。このＳｉＯ２　、Ａｌ２　Ｏ３　、ＺｒＯ２　及びＴｉＯ２　を含有するアルカリ金属塩系セラミックコーティング剤は粘性の水溶液である。即ち、上記成分中のＡｌ２　Ｏ３　は両性化合物（ＺｒＯ２　も同様）であるので、Ａｌ２　Ｏ３　＋２ＮａＯＨ→２ＮａＡｌＯ２　＋Ｈ２　Ｏの反応によってアルミン酸ソーダとなり、液体状になり得るのである。
【００２８】
上述した化学成分組成のアルカリ金属塩系セラミックコーティング剤は、施工性に優れているので、刷毛やローラー等を使用してシュート母材１２の表面に容易に塗布することができる。塗布に際しては、ピーニング処理によりシュート母材１２の表面に生成した小凹部１５を埋め込むように下塗りした後、低圧の簡易塗装機等を使用して上塗りする２段塗布が好ましい。
【００２９】
シュート母材１２の表面にこのようにして塗布されたアルカリ金属塩系セラミックコーティング剤を自然乾燥し、次いで、ガスバーナー等を使用してその表面を所定温度で強制乾燥する。その結果、塗付されたアルカリ金属塩系セラミックコーティング剤中の水分が蒸発し、シュート母材１２の表面に均一なポーラス状のセラミックス層１３が強い接着力で形成される。このポーラス状セラミックス層１３の気孔径は、１０〜３０μｍ程度である。
【００３０】
シュート母材１２の表面に塗布されたアルカリ金属塩系セラミックコーティング剤を、所定温度で強制乾燥しその水分を蒸発させると、アルミン酸ソーダの液体が乾燥により固体化し、これによって強い接着力が生ずる。即ち、アルカリ金属塩系セラミックコーティング剤中にはＳｉＯ２　が含有されており、水分を蒸発させると、シラノール間で脱水縮合が生じ、シラノール基による水素結合によってＳｉ−Ｏ−Ｓｉの機構が強固になり、イオンはその中に閉じ込められる。Ｓｉ及びＯの電気陰性度は、Ｓｉが１．８、Ｏが３．５であり、Ｏの方が大きいので、Ｓｉ−Ｏ結合は、イオン性を帯びた共有結合ということができる。又、ＳｉＯ２　源として０．１μｍ以下の超微粉のＳｉＯ２　が使用されているので、ファンデルワース力により強い付着力が得られ、このようなＳｉＯ２　微粉の表面にはシラノール基が多く付着していると考えられる。
【００３１】
シュート母材１２の表面に塗布されたアルカリ金属塩系セラミックコーティング剤に対して施す強制乾燥温度は、４００℃以上が好ましい。強制乾燥温度が４００℃未満では、所望の気孔率を有するポーラス状のセラミックス層１３を形成することができない。
【００３２】
本発明者等は、このようなＳｉＯ２　、Ａｌ２　Ｏ３　、ＺｒＯ２　及びＴｉＯ２　を含有するアルカリ金属塩系セラミックコーティング剤の塗布及び強制乾燥によって形成されたポーラス状のセラミックス層１３には、主な組成物として、ＳｉＯ２　（Ｃｒｉｓｔｏｂａｌｉｔｅ，Ｑｕａｒｔｚ）、Ａｌ２　Ｏ３　（Ｃｏｒｕｎｄｕｍ）、ＴｉＯ２　（Ｒｕｔｉｌｅ）、ＺｒＯ２　（Ｂａｄｄｅｌｅｙｉｔｅ　）が存在することを確認している。
【００３３】
このような組成のポーラス状のセラミックス層１３は、耐熱温度が約１５００℃の優れた高温耐久性、断熱性、及び耐熱衝撃性を有し、シュート母材１２との熱膨張及び収縮差を吸収してこれに追随している。更に、セラミックス層１３を構成する微細粒子が、シュート母材１２の表面の細かな凹凸に入り込んで、表面に存在する空気を追い出す結果、シュート母材１２に対する付着力が極めて強くなる。従って、過酷な使用条件下においても、シュート母材１２上のセラミックス層１３に剥離やクラック等が発生せず、長期間の使用に耐えることができる。
【００３４】
アルカリ金属塩系セラミックコーティング剤の主要化学成分組成が、前述した好ましい範囲を外れると、ポーラス状のセラミックス層１３に、優れた高温耐久性、断熱性、及び耐熱衝撃性を付与することが困難になる。
【００３５】
シュート母材１２の表面に形成されたセラミックス層１３の膜厚は、６０〜１００μｍの範囲内であることが好ましい。上記膜厚が６０μｍ未満では、十分な断熱効果が得られず、一方、１００μｍを超えると、セラミックス層１３の表裏において温度差が大きくなり、亀裂が発生してセラミックス層１３が剥離しやすくなるため、好ましくない。
【００３６】
このようにしてシュート母材１２の表面にセラミックス層１３を形成した後、セラミックス層１３の表面に、刷毛やローラー等を使用して、黒鉛を主体とする塗型剤を塗布し塗型層１４を形成する。
【００３７】
塗型剤は、鱗状黒鉛等の黒鉛を主体とし、黒鉛と粘結剤であるベントナイトとカーボンブラックとを、水と共に混合して構成されており、塗型剤の固形分の好ましい化学成分組成は、Ｃ：７５〜８５％、ＭｇＯ：１〜３％、ＳｉＯ２　：７〜１２％、Ａｌ２　Ｏ３　：２〜３％である。この場合、ベントナイトは、モンモリロナイトを約９０％含有するボルクレイ・ベントナイトであることが好ましく、その化学成分組成の一例は、ＳｉＯ２　：５５〜７５％、ＣａＯ：０．１〜２．０％、Ａｌ２　Ｏ３　：１５〜２５％、Ｎａ２　Ｏ：１〜４％、Ｆｅ２　Ｏ３　：２〜６％、Ｋ２　Ｏ：０．１〜２％、ＭｇＯ：１〜４％、結晶水：５〜１０％である。
【００３８】
ポーラス状のセラミックス層１３の表面に、上記化学成分組成を有する塗型剤を塗布することによって形成された塗型層１４の組成は、Ｃ（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）が殆んどで、他に、Ｍｇ３　Ｓｉ４　Ｏ１０（ＯＨ）２　（Ｔａｌｃ）、（Ｍｇ５　Ａｌ）（Ｓｉ，Ａｌ）４　Ｏ１０（ＯＨ）８　（Ｃｌｉｎｏｃｈｌｏｒｅ　）が存在し、更に、（Ｎａ，Ｃａ）Ａｌ（Ｓｉ，Ａｌ）３　Ｏ８　（Ａｌｂｉｔｅ）、ＳｉＯ２　（Ｑｕａｒｔｚ）が存在している可能性がある。セラミックス層１３の化学成分組成を前述した好ましい範囲に調整するために、これらの鉱物、例えばＴａｌｃ（滑石）等を塗型剤に予め添加してもよい。
【００３９】
このような組成の塗型層１４を形成したことによって、塗型層１４の一部はポーラスなセラミックス層１３に吸い込まれ含浸される。その結果、塗型層１４は、セラミックス層１３に強力に密着し、溶湯による焼き付きが防止され、且つ、溶湯の差し込みによって生ずるジャミの残留や、塗型層１４の剥離による受け巣の発生等の問題が生ずることはなく、過酷な使用条件下においても、剥離やクラック等が発生しない断熱層Ａを形成することができ、これによって注湯部材であるシュート４の耐用性を高めることができる。
【００４０】
セラミックス層１３に対する塗型剤の塗布は、前述したように、刷毛やローラー等で行うことができるが、シリンダー等によってスプレーガンを自動的に移動させ、このスプレーガンから塗型剤を自動的に噴霧する簡易塗布機を使用すれば、塗型剤を自動的に均一塗布することができて、効果的である。
【００４１】
本発明において、塗型層１４を形成する塗型剤の好ましい化学成分組成を、前述のように限定した理由について、以下に述べる。
【００４２】
Ｃ：Ｃは、骨材である黒鉛及びカーボンブラックに含有されており、塗型層１４に優れた耐熱性、耐濡れ性及び分散性を付与する作用を有している。しかしながら、水を除いた塗型剤中のＣ量が８５％を超えて多くなると、塗型層１４がセラミックス層１３から剥離しやすくなり、受け巣の発生原因となる問題が生ずる。これは、塗型層１４中の過剰のＣ分が大気中で溶湯と反応し、ＣＯ又はＣＯ２　等にガス化するためであると考えられる。一方、Ｃ量が７５％未満では、注湯部材であるシュート４に所望の耐用性を付与することができず、更に、塗型層１４に対する溶湯の差し込みによって生成したジャミが、シュート４から剥離し難くなって、シュート４上に残留する問題が生ずる。従って、水を除いた塗型剤の固形分中のＣ含有量は、７５〜８５％の範囲内とすることが好ましい。
【００４３】
ＭｇＯ，ＳｉＯ２　，Ａｌ２　Ｏ３　：ＭｇＯ、ＳｉＯ２　及びＡｌ２　Ｏ３　は、主に粘結剤として用いられるベントナイト中に含有されており、Ｃと結びついてセラミックス層１３に対する付着力を高める作用を有している。しかしながら、水を除いた塗型剤中のＭｇＯ量が１％未満、ＳｉＯ２　量が７％未満、そしてＡｌ２　Ｏ３　量が２％未満では、上述した作用に所望の効果が得られず、一方、ＭｇＯ量が３％、ＳｉＯ２　量が１２％そしてＡｌ２　Ｏ３　量が３％をそれぞれ超えると、上述したジャミが、シュート４から剥離し難くなって、シュート４上に残留する問題が生ずる。従って、水を除いた塗型剤の固形分中のＭｇＯ含有量は１〜３％の範囲内、ＳｉＯ２　含有量は７〜１２％の範囲内、そしてＡｌ２　Ｏ３　含有量は２〜３％の範囲内とすることが好ましい。
【００４４】
セラミックス層１３の上に形成された塗型層１４の膜厚は、０．３〜１ｍｍの範囲内であることが好ましい。塗型層１４の膜厚が０．３ｍｍ未満では、所期の耐熱効果が得られず、一方、膜厚が１ｍｍを超えると剥離しやすくなる問題が生ずる。
【００４５】
【実施例】
次ぎに、本発明を実施例によって、比較例と共に説明する。溶湯供給用シュート４におけるシュート母材１２の表面を、ショットブラストを使用してブラスト処理し、表面のスケール、油脂、汚れ等を除去した。次いで、ブラスト処理の施されたシュート母材１２の表面に、ピーニングハンマー径：５ｍｍ、エアー圧力：５ｋｇ／ｃｍ２　の条件によるピーニング処理を施して、シュート母材１２の表面に径３ｍｍ程度の多数の小凹部１５を形成した。
【００４６】
ブラスト処理及びピーニング処理の施されたシュート母材１２を十分に水洗し、付着している油脂等を除去した後、刷毛によってその表面に０．１１〜０．１３ｋｇ／ｍ２　の量のアルカリ金属塩系セラミックコーティング剤を塗布し、ピーニング処理によって生成した多数の小凹部１５を塞いだ後、温風低圧簡易塗装機を使用して０．１４〜０．１６ｋｇ／ｍ２　の量のアルカリ金属塩系セラミックコーティング剤を上塗り塗布した。使用したアルカリ金属塩系セラミックコーティング剤の化学成分組成は、ＳｉＯ２　：５２．９％、Ａｌ２　Ｏ３　：２０．０％、ＺｒＯ２　：１０．９％、ＴｉＯ２　：８．８％、Ｎａ２　Ｏ：３．８％、Ｋ２　Ｏ：２．０％であった。
【００４７】
上記アルカリ金属塩系セラミックコーティング剤の塗膜表面を３０分間自然乾燥した後、ＬＰＧバーナーを使用し、４００℃以上の温度で２０分間強制乾燥した。その結果、シュート母材１２の表面上に、厚みが８０μｍで気孔径１０〜３０μｍの均一なポーラス状セラミックス層１３が形成された。
【００４８】
次いで、上記セラミックス層１３の表面に、刷毛を使用し塗型剤を塗布することにより、セラミックス層１３の表面に厚み０．５ｍｍの塗型層１４を形成した。使用した塗型剤の化学成分組成及びそのｐＨ値を表１に示す。
【００４９】
【表１】

Figure 2004122159
【００５０】
比較のために、表１に比較例１及び比較例２として併せて示す、本発明の好ましい範囲外の化学成分組成を有する塗型剤Ｎｏ．１及びＮｏ．２を使用し、上記と同じ条件で、セラミックス層１３の表面に塗型層１４を形成した。
【００５１】
このようにして、シュート母材１２の表面に、ポーラス状のセラミックス層１３と塗型層１４の２層からなる断熱層Ａが形成された、本発明例及び比較例１，２のシュート４を使用し、図２に示す遠心鋳造機１によって、取鍋３内の約１５３０℃の溶湯１０を、トラフ５を経て金型２内に供給し、内径１５０ｍｍ、長さ５ｍの遠心鋳造管１１を遠心鋳造した。
【００５２】
その結果、本発明例の場合には、ジャミがシュート４から剥離せずに残留して製品に悪影響を及ぼすような問題は生ぜず、更に、塗型層が溶湯流により剥離して製品の受口部分にトラップして生ずる受け巣の発生率を大幅に低減することができ、その耐用期間は、従来のセラミックス溶射による断熱層を形成したシュートに比べて約３倍以上に伸び、約２７０００本の遠心鋳造管を連続的に遠心鋳造することができ、大幅な製造コストの削減を達成することができた。
【００５３】
これに対して、比較例１に示す、Ｃ量が本発明の好ましい範囲を外れて低く、且つ、ＳｉＯ２　及びＭｇＯの各含有量が本発明の好ましい範囲を外れて高い塗型剤Ｎｏ．１を使用して塗型層１４を形成したシュートの場合には、シュートからジャミが剥離せずに残留して、製品に悪影響を及ぼす問題が発生した。又、比較例２に示す、Ｃ量が本発明の好ましい範囲を外れて高く、且つ、ＳｉＯ２　及びＭｇＯの各含有量が本発明の好ましい範囲を外れて低い塗型剤Ｎｏ．２を使用して塗型層１４を形成したシュートの場合には、溶湯流によって塗型層が剥離し、製品の受口部分に付着してトラップされ、受け巣が発生して製品欠陥を招く問題が生じた。
【００５４】
上述した実施例は、遠心鋳造機の注湯部材として、金型内に挿入されたトラフに取鍋内の溶湯を供給するシュートに断熱層を形成した場合について述べたが、トラフに対して本発明の断熱層を形成しても同様の効果が発揮され、トラフの内表面に高温耐久性及び耐熱衝撃性に優れた断熱層を、オンラインでの補修作業により低コストで施工性高く形成することができ、更に、断熱層を形成する塗型層に溶湯の差し込みによって生ずるジャミの残留や、塗型層の剥離による受け巣の発生等の問題が防止されて、トラフの耐用性を大幅に高めることができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、遠心鋳造機によって遠心鋳造管を鋳造するに際し、注湯部材の表面に、低温焼成セラミックコーティング剤を塗布し、次いでこれを強制乾燥することにより形成された均一なポーラス状のセラミックス層と、黒鉛を主体とする塗型剤を塗布することによる塗型層とからなる断熱層を形成したことによって、注湯部材の内表面に高温耐久性及び耐熱衝撃性に優れた断熱層が、オンラインでの補修作業により低コストで施工性高く形成され、更に、断熱層を形成する塗型層に溶湯の差し込みによって生ずるジャミの残留や、塗型層の剥離による受け巣の発生等の問題を防止することができ、遠心鋳造用注湯部材の耐用性を大幅に高めることが達成される等、多くの工業上優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す図であり、本発明に係るシュートの一例を示す概略縦断面図である。
【図２】遠心鋳造機の概略説明図である。
【符号の説明】
１　遠心鋳造機
２　金型
３　取鍋
４　シュート
５　トラフ
６　中子
７　鋳造台車
８　電動機
９　ベルト
１０　溶湯
１１　遠心鋳造管
１２　シュート母材
１３　セラミックス層
１４　塗型層
１５　小凹部
Ａ　断熱層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is used for supplying a molten metal in a ladle into a mold of a centrifugal casting machine when casting a centrifugal casting tube by a centrifugal casting machine. The present invention relates to a chute and a trough, and further relates to a method for forming the heat insulating layer.
[0002]
[Prior art]
The production of a centrifugal cast tube such as a cast iron tube by a centrifugal caster is performed by a centrifugal caster 1 as shown in FIG. That is, the centrifugal casting machine 1 includes a ladle 3 for accommodating the molten metal 10, a mold 2 mounted on a casting cart 7, and a pouring member for supplying the molten metal 10 from the ladle 3 into the mold 2. The mold 2 includes a chute 4 and a trough 5, and the mold 2 is rotated at high speed about an axis thereof by a motor 8 via a belt 9. The ladle 3 is tilted to discharge the molten metal 10 therein into the chute 4 and is poured into the mold 2 through the trough 5, and the casting cart 7 is moved by a drive mechanism (not shown) such as a hydraulic cylinder. 2 is moved backward in the direction indicated by the arrow X. As a result, the molten metal 10 is injected into the entire inner surface of the rotating mold 2, cooled and solidified, and the centrifugal casting tube 11 is cast. A core 6 is fitted into the other end of the mold 2 to prevent the molten metal 10 from leaking from the inside of the mold 2 by the core 6 and to form an end face of the centrifugally cast pipe 11 (this portion is referred to as “receiving part”). Mouth) is formed.
[0003]
The chute 4 and the trough 5, which are the above-described pouring members, are usually made of a carbon steel material for a machine structure, a heat-resistant steel material, or the like. It is necessary to apply a graphite type mold wash. The application of such a coating agent is carried out by hand or with a brush or a spray gun under a poor working environment under high temperature. The coating operation requires skill, and even if the coating is performed in this manner, peeling during casting cannot be completely prevented, and burning was forced.
[0004]
In the casting operation, the molten metal 10 flowing through the chute 4 is inserted into the coating layer applied to the chute 4 and solidifies in a ball shape, so-called "jam" is generated. There is a problem that it is left behind and deposited without peeling off from the mold 5 and adversely affects the product. Further, the coating layer applied to the chute 4 and the trough 5 is peeled off by the flow of the molten metal and flows together with the molten metal 10, and is centrifugally cast. There is also a problem that a so-called "nest" is generated by trapping in a receiving portion of the pipe 11, thereby causing a product defect.
[0005]
Therefore, various means have been proposed to solve these problems. For example, Patent Document 1 discloses a metal layer formed on an inner surface of a pouring member by a thermal spraying method, a powder plasma overlay welding method, or the like, A centrifugal casting pouring metal in which a ceramic layer formed on the surface of the metal layer by a thermal spraying method or a powder plasma overlay welding method and a soot layer formed on the surface of the ceramic layer by a combustion flame are formed. A member is disclosed. Patent Literature 2 discloses a chute and a trough in which a porous layer that can be impregnated with a coating agent is formed on the surface of a base material thereof.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 7-63829
[0007]
[Patent Document 2]
JP-A-8-141718
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, Patent Document 1 has the following problem. That is, in Patent Document 1, a metal layer is first formed on the surface of a pouring member by welding a Ni-Cr alloy powder or the like by a thermal spraying method or a build-up welding method, and then, on the surface of the metal layer. A ceramic layer is formed by spraying zirconia-based ceramic powder or the like by a flame spraying method, and a soot layer is formed on the surface of the ceramic layer by reducing the amount of acetylene burner supplied with acid to form an incomplete combustion flame. As described above, in Patent Literature 1, since the re-spraying, overlay welding and burner treatment are required again, the operation is extremely complicated, and the installation of equipment such as a spraying machine or a welding machine is required. The work cost is high and the workability is extremely poor.
[0009]
Patent Document 2 has the following problem. That is, in Patent Literature 2, a powder made of a material containing ceramic or graphite is heated and sprayed on the surface of a base material, and is adhered to the surface of the base material by melting the surface of the powder and granule. A porous layer is formed on the surface of the material. Therefore, the work for forming the porous layer is extremely complicated, and special equipment such as a thermal spraying machine is required, so that the work cost is high and the workability is poor. Furthermore, there is no specific description about the powder and granules to be sprayed and the coating agent applied on the porous layer, and the above-mentioned problem relating to the occurrence of jams and nests is not solved at all.
[0010]
In addition to the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 described above, a heat-insulating layer is formed by attaching a heat-resistant metal to the surface of a chute or trough using means such as electroplating, vacuum deposition, or ion plating. Means for doing so are also known. However, any of these means requires special equipment and equipment for depositing the heat-resistant metal, so that the cost is high, the workability is poor, and the heat insulating effect is not sufficient.
[0011]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to cast a molten metal in a ladle into a mold of a centrifugal casting machine when casting a centrifugal casting tube by the centrifugal casting machine. In the pouring member, that is, the chute or the trough used to supply the molten metal into the inside, the seizure of the molten metal is prevented stably for a long period of time, and the remaining of the jam caused by the insertion of the molten metal into the mold layer, Provided is a pouring member in which a heat insulating layer having excellent high-temperature durability and thermal shock resistance capable of preventing occurrence of nests due to peeling is formed on the inner surface thereof at low cost and high workability. Another object of the present invention is to provide a method for forming the heat insulating layer.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies and studies to solve the above-mentioned problems. As a result, as a ceramic layer forming a heat insulating layer of the pouring member, it can be easily applied to the surface of the pouring member with a brush, a roller, or the like. Low-temperature-fired ceramic coating agent having a performance of being able to strongly adhere to the surface and enhancing heat insulation, especially, among low-temperature-fired ceramic coating agents, 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 And TiO 2 Use an alkali metal salt-based ceramic coating agent containing, and, as a coating layer, a graphite that has a performance that penetrates the porous ceramic layer to increase the adhesion and prevents seizure and peeling by molten metal. The use of the main mold wash does not cause problems such as residual jams caused by the insertion of the molten metal and the occurrence of nests due to peeling of the mold wash layer, and is excellent in high-temperature durability and thermal shock resistance. It has been found that the layer can be formed at low cost and with high workability by a repair work online without the need for special equipment or equipment, thereby improving the durability of the pouring member.
[0013]
The present invention has been made on the basis of the above findings, and a centrifugal casting pouring member provided with a heat insulating layer according to the first invention is a centrifugal casting mold for supplying molten metal into a centrifugal casting mold. A heat-insulating layer comprising: a pouring member, a ceramic layer formed on the surface thereof by applying a low-temperature firing ceramic coating agent, and a mold layer formed by applying a mold agent mainly composed of graphite. Are formed.
[0014]
The pouring member for centrifugal casting provided with a heat insulating layer according to the second invention is the first invention, wherein the low-temperature firing ceramic coating agent is SiO 2. 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 And TiO 2 Which is characterized by being an alkali metal salt-based ceramic coating agent containing
[0015]
The pouring member for centrifugal casting provided with a heat insulating layer according to a third invention is the first or second invention, wherein the ceramic layer is made of SiO. 2 : 50 to 55 mass%, Al 2 O 3 : 17-23 mass%, ZrO 2 : 8 to 13 mass% and TiO 2 : 6 to 10 mass%.
[0016]
A pouring member for centrifugal casting provided with a heat insulating layer according to a fourth aspect of the present invention is the casting member according to any one of the first to third aspects, wherein the coating layer is C: 75 to 85 mass%, MgO: 1 to 3 mass%. , SiO 2 : 7 to 12 mass% and Al 2 O 3 : Characterized by containing 2 to 3 mass%.
[0017]
A pouring member for centrifugal casting provided with a heat insulating layer according to a fifth invention is the pouring member for centrifugal casting according to any one of the first to fourth inventions, wherein the ceramic layer is porous and has a thickness of 60 to 100 μm. The thickness of the coating layer is 0.3 to 1.0 mm, and a part thereof is impregnated in the ceramic layer.
[0018]
The method for forming a heat insulating layer of a pouring member for centrifugal casting according to the sixth invention comprises a step of forming a ceramic layer and a coating layer on the surface of the pouring member for centrifugal casting for supplying molten metal into the mold for centrifugal casting. A method for forming a heat insulating layer comprising: peening the surface of the pouring member, applying a low-temperature firing ceramic coating agent to the surface of the pouring member subjected to the peening treatment, and forcibly drying the low-temperature firing ceramic coating agent. Forming a porous ceramic layer on the surface of the pouring member, and then applying a coating agent mainly composed of graphite on the surface of the ceramic layer to form a coating layer. Things.
[0019]
A method for forming a heat insulating layer of a pouring member for centrifugal casting according to a seventh invention is the method of the sixth invention, wherein the low-temperature firing ceramic coating agent is SiO 2. 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 Characterized in that it is an alkali metal salt-based ceramic coating agent containing at least one of the above.
[0020]
The method for forming a heat insulating layer of a pouring member for centrifugal casting according to an eighth invention is the method according to the seventh invention, wherein the alkali metal salt-based ceramic coating agent is SiO 2. 2 : 50-55 mass%, Al 2 O 3 : 17-23 mass%, ZrO 2 : 8 to 13 mass% and TiO 2 : Characterized in that it is an inorganic liquid containing 6 to 10 mass%.
[0021]
The method for forming a heat insulating layer of a pouring member for centrifugal casting according to a ninth invention is the method according to any one of the sixth to eighth inventions, wherein the mold wash is mainly made of graphite, and comprises graphite, bentonite and carbon black. , Mixed with water.
[0022]
In the method for forming a heat insulating layer of a pouring member for centrifugal casting according to a tenth invention, in the ninth invention, the main component composition excluding water of the coating composition is C: 75 to 85 mass%, MgO: 1 to 3 mass%, SiO 2 : 7 to 12 mass% and Al 2 O 3 : 2 to 3 mass%.
[0023]
The method for forming a heat insulating layer of a pouring member for centrifugal casting according to an eleventh aspect of the present invention is the method of any of the sixth to tenth aspects, wherein the forced drying temperature for the low-temperature firing ceramic coating agent applied to the surface of the pouring member is provided. Is characterized by a temperature of 400 ° C. or higher.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, in which a heat insulating layer is formed in a chute for supplying molten metal to a trough inserted into a mold of a centrifugal casting machine. FIG. 1 is a view showing an embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of a chute according to the present invention. As shown in FIG. 1, in the chute 4 according to the present invention, a porous material formed by applying a low-temperature firing ceramic coating agent (sometimes simply referred to as “ceramic coating agent”) to the inner surface of the chute base material 12. A heat insulating layer A is formed of a ceramic layer 13 having a shape and a coating layer 14 formed by applying a coating agent on the surface of the ceramic layer 13. Here, the pouring members of the centrifugal casting machine in the present invention are chutes and troughs.
[0025]
The heat insulating layer A in the chute 4 is formed by the following method. First, a blast process is performed on the surface of the chute base material 12 to remove scale, grease, dirt, and the like adhering to the surface of the chute base material 12. Next, the surface of the blasted chute base material 12 is peened (peening hammer diameter: 5 mm, air pressure: 5 kg / cm). 2 ) To form a large number of small recesses 15 having a diameter of about 3 mm, for example. By this peening process, the adhesive strength between the chute base material 12 and the ceramic layer 13 is strengthened.
[0026]
Next, a low-temperature firing ceramic coating agent is applied to the surface of the shot base material 12 that has been subjected to the peening process using a brush or a roller. Low-temperature fired ceramic coating agents are roughly classified into four types, alkali metal salt-based, acid phosphate metal salt-based, silica sol-based, and metal alkoxide-based, depending on the binder that forms them. Although the ceramic layer 13 can be formed by using an agent, an alkali metal salt-based ceramic coating agent is most suitable in view of workability and cost. Excellent in heat resistance and thermal shock resistance, 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 And TiO 2 And an inorganic liquid alkali metal salt-based ceramic coating agent containing sodium silicate and potassium silicate as a binder.
[0027]
The preferred main chemical composition of the alkali metal salt-based ceramic coating agent is SiO 2 2 : 50 to 55 mass% (hereinafter referred to as “%”), Al 2 O 3 : 17-23%, ZrO 2 : 8-13%, TiO 2 : 6 to 10%, Na 2 O: 3.5-4.0%, K 2 O: 1.5 to 2.5%. This SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 And TiO 2 Is a viscous aqueous solution. That is, Al in the above components 2 O 3 Is an amphoteric compound (ZrO 2 The same applies to 2 O 3 + 2NaOH → 2NaAlO 2 + H 2 O reacts to form sodium aluminate, which can be in a liquid state.
[0028]
Since the alkali metal salt-based ceramic coating agent having the above-described chemical component composition is excellent in workability, it can be easily applied to the surface of the chute base material 12 using a brush or a roller. At the time of application, it is preferable to perform two-stage application in which an undercoat is applied so as to bury the small recesses 15 formed on the surface of the chute base material 12 by the peening treatment, and then overcoated using a low-pressure simple coating machine or the like.
[0029]
The alkali metal salt-based ceramic coating agent thus applied to the surface of the chute base material 12 is air-dried, and then the surface is forcibly dried at a predetermined temperature using a gas burner or the like. As a result, the moisture in the applied alkali metal salt-based ceramic coating agent evaporates, and a uniform porous ceramic layer 13 is formed on the surface of the chute base material 12 with a strong adhesive force. The pore size of the porous ceramic layer 13 is about 10 to 30 μm.
[0030]
When the alkali metal salt-based ceramic coating agent applied to the surface of the chute base material 12 is forcibly dried at a predetermined temperature to evaporate the water, the sodium aluminate liquid solidifies by drying, thereby producing a strong adhesive force. . That is, SiO 2 is contained in the alkali metal salt-based ceramic coating agent. 2 When water is evaporated, dehydration condensation occurs between the silanols, and the hydrogen bond by the silanol group strengthens the mechanism of Si—O—Si, and the ions are confined therein. Since the electronegativity of Si and O is 1.8 for Si and 3.5 for O, and O is larger, the Si—O bond can be said to be an ionic covalent bond. Also, SiO 2 0.1μm or less of ultrafine powder SiO 2 Is used, a strong adhesive force is obtained by van der Waals force, and such SiO 2 2 It is considered that many silanol groups are attached to the surface of the fine powder.
[0031]
The forced drying temperature applied to the alkali metal salt-based ceramic coating agent applied to the surface of the chute base material 12 is preferably 400 ° C. or higher. If the forced drying temperature is lower than 400 ° C., the porous ceramic layer 13 having a desired porosity cannot be formed.
[0032]
The present inventors have developed such SiO 2 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 And TiO 2 The porous ceramic layer 13 formed by application of an alkali metal salt-based ceramic coating agent containing 2 (Cristobalite, Quartz), Al 2 O 3 (Corundum), TiO 2 (Rutile), ZrO 2 (Baddelayite) is confirmed.
[0033]
The porous ceramic layer 13 having such a composition has excellent high-temperature durability of about 1500 ° C., heat insulation, and thermal shock resistance, and absorbs thermal expansion and contraction differences with the chute base material 12. And follow this. Further, the fine particles constituting the ceramic layer 13 enter fine irregularities on the surface of the chute base material 12 and expel air existing on the surface. As a result, the adhesion to the chute base material 12 becomes extremely strong. Therefore, even under severe use conditions, the ceramic layer 13 on the chute base material 12 does not peel or crack, and can be used for a long time.
[0034]
If the composition of the main chemical components of the alkali metal salt-based ceramic coating agent is out of the preferred range described above, it is difficult to impart excellent high-temperature durability, heat insulation, and thermal shock resistance to the porous ceramic layer 13. Become.
[0035]
The thickness of the ceramic layer 13 formed on the surface of the chute base material 12 is preferably in the range of 60 to 100 μm. When the film thickness is less than 60 μm, a sufficient heat insulating effect cannot be obtained. On the other hand, when the film thickness exceeds 100 μm, the temperature difference between the front and back of the ceramic layer 13 becomes large, and the ceramic layer 13 is easily peeled off due to cracks. Is not preferred.
[0036]
After the ceramic layer 13 is formed on the surface of the chute base material 12 in this manner, a coating agent mainly composed of graphite is applied to the surface of the ceramic layer 13 using a brush or a roller to form a coating layer 14. To form
[0037]
The mold wash is mainly composed of graphite such as scaly graphite, and is formed by mixing graphite, bentonite and carbon black, which are binders, with water, and the preferred chemical composition of the solid content of the mold wash is , C: 75-85%, MgO: 1-3%, SiO 2 : 7 to 12%, Al 2 O 3 : 2-3%. In this case, the bentonite is preferably Volclay bentonite containing about 90% montmorillonite, and one example of the chemical component composition is SiO 2 2 : 55 to 75%, CaO: 0.1 to 2.0%, Al 2 O 3 15-25%, Na 2 O: 1-4%, Fe 2 O 3 : 2-6%, K 2 O: 0.1 to 2%, MgO: 1 to 4%, water of crystallization: 5 to 10%.
[0038]
The composition of the coating layer 14 formed by applying a coating agent having the above-described chemical component composition to the surface of the porous ceramic layer 13 is almost C (Graphite). 3 Si 4 O 10 (OH) 2 (Talc), (Mg 5 Al) (Si, Al) 4 O 10 (OH) 8 (Clinochlore) and (Na, Ca) Al (Si, Al) 3 O 8 (Albite), SiO 2 (Quartz) may be present. In order to adjust the chemical composition of the ceramic layer 13 to the preferred range described above, these minerals, for example, Talc (talc) may be added to the mold wash in advance.
[0039]
By forming the coating layer 14 having such a composition, a part of the coating layer 14 is sucked and impregnated into the porous ceramic layer 13. As a result, the coating layer 14 strongly adheres to the ceramics layer 13 to prevent seizure by the molten metal, and to prevent the occurrence of jams caused by the insertion of the molten metal and the occurrence of nests due to the peeling of the coating layer 14. There is no problem, and the heat insulating layer A free from peeling or cracking can be formed even under severe use conditions, and the durability of the chute 4 as a pouring member can be improved.
[0040]
As described above, the application of the coating agent to the ceramics layer 13 can be performed with a brush or a roller, but the spray gun is automatically moved by a cylinder or the like, and the coating agent is automatically applied from the spray gun. The use of a simple spraying machine for spraying is effective because the coating agent can be automatically and uniformly applied.
[0041]
In the present invention, the reason why the preferable chemical component composition of the coating agent forming the coating layer 14 is limited as described above will be described below.
[0042]
C: C is contained in graphite and carbon black, which are aggregates, and has an effect of giving the coating layer 14 excellent heat resistance, wet resistance and dispersibility. However, if the amount of C in the mold wash excluding water is more than 85%, the mold wash layer 14 tends to peel off from the ceramic layer 13, causing a problem of causing a cavity. This is because excess C in the coating layer 14 reacts with the molten metal in the atmosphere, and CO or CO 2 2 It is thought to be due to gasification. On the other hand, if the C content is less than 75%, the desired durability cannot be imparted to the chute 4, which is a pouring member, and furthermore, the jam generated by inserting the molten metal into the coating layer 14 is separated from the chute 4. This causes a problem of remaining on the chute 4. Therefore, the C content in the solid content of the coating composition excluding water is preferably in the range of 75 to 85%.
[0043]
MgO, SiO 2 , Al 2 O 3 : MgO, SiO 2 And Al 2 O 3 Is mainly contained in bentonite used as a binder, and has an effect of increasing the adhesive force to the ceramic layer 13 in association with C. However, the amount of MgO in the mold wash excluding water is less than 1%, 2 Less than 7% and Al 2 O 3 If the amount is less than 2%, desired effects cannot be obtained in the above-described operation, while the amount of MgO is 3%, 2 Amount is 12% and Al 2 O 3 If the amount exceeds 3%, the above-mentioned jam becomes difficult to peel off from the chute 4, and there is a problem that it remains on the chute 4. Accordingly, the MgO content in the solid content of the coating composition excluding water is within a range of 1 to 3%, 2 Content is in the range of 7-12%, and Al 2 O 3 The content is preferably in the range of 2 to 3%.
[0044]
The thickness of the coating layer 14 formed on the ceramic layer 13 is preferably in the range of 0.3 to 1 mm. If the thickness of the coating layer 14 is less than 0.3 mm, the desired heat resistance cannot be obtained, while if the thickness exceeds 1 mm, there is a problem that the coating layer 14 is easily peeled.
[0045]
【Example】
Next, the present invention will be described with reference to examples and comparative examples. The surface of the chute base material 12 in the melt supply chute 4 was blasted using shot blast to remove scale, grease, dirt, and the like on the surface. Next, a peening hammer diameter: 5 mm and an air pressure: 5 kg / cm are applied to the surface of the blasted chute base material 12. 2 A large number of small recesses 15 having a diameter of about 3 mm were formed on the surface of the chute base material 12 by performing a peening process under the conditions described above.
[0046]
The blasting treatment and the peening treatment of the chute base material 12 are sufficiently washed with water to remove adhering fats and oils, and then 0.11 to 0.13 kg / m. 2 Amount of the alkali metal salt-based ceramic coating agent is applied to cover a large number of the small recesses 15 formed by the peening process, and then 0.14 to 0.16 kg / m. 2 Of the alkali metal salt-based ceramic coating agent was overcoated. The chemical composition of the alkali metal salt-based ceramic coating agent used was SiO 2 2 : 52.9%, Al 2 O 3 : 20.0%, ZrO 2 10.9%, TiO 2 : 8.8%, Na 2 O: 3.8%, K 2 O: 2.0%.
[0047]
After the coating surface of the alkali metal salt-based ceramic coating agent was naturally dried for 30 minutes, it was forcibly dried at a temperature of 400 ° C. or more for 20 minutes using an LPG burner. As a result, a uniform porous ceramic layer 13 having a thickness of 80 μm and a pore diameter of 10 to 30 μm was formed on the surface of the chute base material 12.
[0048]
Next, a mold wash was applied to the surface of the ceramic layer 13 using a brush to form a mold wash layer 14 having a thickness of 0.5 mm on the surface of the ceramic layer 13. Table 1 shows the chemical composition of the used coating composition and its pH value.
[0049]
[Table 1]
Figure 2004122159
[0050]
For comparison, a coating composition No. having a chemical composition outside the preferred range of the present invention, which is also shown in Table 1 as Comparative Examples 1 and 2, is shown. 1 and No. 1 Using No. 2, a coating layer 14 was formed on the surface of the ceramic layer 13 under the same conditions as described above.
[0051]
Thus, the chute 4 of the present invention and the comparative examples 1 and 2 in which the heat insulating layer A composed of the porous ceramic layer 13 and the coating layer 14 was formed on the surface of the chute base material 12 was prepared. Using the centrifugal casting machine 1 shown in FIG. 2, the molten metal 10 at about 1530 ° C. in the ladle 3 is supplied into the mold 2 through the trough 5, and the centrifugal casting tube 11 having an inner diameter of 150 mm and a length of 5 m is formed. Centrifugal casting.
[0052]
As a result, in the case of the example of the present invention, there is no problem that the jam remains without being separated from the chute 4 and adversely affects the product, and further, the coating layer is separated by the molten metal flow to receive the product. The occurrence rate of nests generated by trapping in the mouth can be greatly reduced, and the service life thereof is more than three times longer than that of a conventional chute having a heat insulating layer formed by ceramic spraying. Can be continuously centrifugally cast, and a significant reduction in manufacturing cost can be achieved.
[0053]
On the other hand, as shown in Comparative Example 1, the C content was low outside the preferred range of the present invention, and the C content was low. 2 And the content of MgO is higher than the preferred range of the present invention. In the case of the chute in which the coating layer 14 was formed by using No. 1, the problem that the jam was left without peeling from the chute and had a bad influence on the product occurred. Further, as shown in Comparative Example 2, the C content was high outside the preferred range of the present invention, and the C content was high. 2 And the content of MgO is lower than the preferred range of the present invention. In the case of a chute in which the mold wash layer 14 is formed using 2, the mold wash layer is peeled off by the flow of the molten metal, adheres to the receiving portion of the product and is trapped, and a nest occurs to cause a product defect. A problem arose.
[0054]
In the above-described embodiment, as the pouring member of the centrifugal casting machine, the case where the heat insulating layer is formed on the chute for supplying the molten metal in the ladle to the trough inserted into the mold has been described. Even if the heat insulating layer of the present invention is formed, the same effect is exerted, and a heat insulating layer having excellent high-temperature durability and thermal shock resistance is formed on the inner surface of the trough with low cost and high workability by online repair work. In addition, problems such as the occurrence of jams due to the insertion of molten metal into the coating layer forming the heat insulating layer and the occurrence of nests due to peeling of the coating layer are prevented, thereby greatly improving the durability of the trough. be able to.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, at the time of casting a centrifugal casting tube by a centrifugal casting machine, a surface of a pouring member is coated with a low-temperature firing ceramic coating agent, and then formed by forcibly drying the coating material. By forming a heat insulating layer consisting of a uniform porous ceramic layer and a coating layer formed by applying a graphite-based coating agent, the inner surface of the pouring member has high-temperature durability and thermal shock resistance. A heat-insulating layer with excellent heat-resistance is formed at low cost and high workability by on-line repair work.Furthermore, due to the residual of jams caused by the insertion of molten metal into the mold layer forming the heat-insulating layer and the peeling of the mold layer Many industrially superior effects are exhibited, such as the occurrence of nests and the like can be prevented, and the durability of the pouring member for centrifugal casting can be greatly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing an embodiment of the present invention, and is a schematic longitudinal sectional view showing an example of a chute according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic explanatory view of a centrifugal casting machine.
[Explanation of symbols]
1 Centrifugal casting machine
2 Mold
3 Ladle
4 Shoot
5 troughs
6 core
7 Casting trolley
8 Electric motor
9 belt
10 molten metal
11 Centrifugal casting tube
12 Shoot base material
13 Ceramics layer
14 Coating layer
15 Small recess
A heat insulation layer

Claims (11)

遠心鋳造用金型内に溶湯を供給するための遠心鋳造用注湯部材であって、その表面に、低温焼成セラミックコーティング剤の塗布によって形成されたセラミックス層と、黒鉛を主体とする塗型剤の塗布によって形成された塗型層と、からなる断熱層が形成されていることを特徴とする、断熱層を備えた遠心鋳造用注湯部材。A pouring member for centrifugal casting for supplying molten metal into a mold for centrifugal casting, a ceramic layer formed on the surface by applying a low-temperature firing ceramic coating agent, and a mold-forming agent mainly composed of graphite. A pouring member for centrifugal casting provided with a heat insulating layer, wherein a heat insulating layer consisting of a coating mold layer formed by the application of a heat insulating layer is formed. 前記低温焼成セラミックコーティング剤は、ＳｉＯ２　、Ａｌ２　Ｏ３　、ＺｒＯ２　及びＴｉＯ２　を含有するアルカリ金属塩系セラミックコーティング剤であることを特徴とする、請求項１に記載の断熱層を備えた遠心鋳造用注湯部材。The low temperature co-fired ceramic coating agent, characterized in that an alkali metal salt-based ceramic coating containing SiO 2, Al 2 O 3, ZrO 2 and TiO 2, with a heat insulating layer according to claim 1 Pouring member for centrifugal casting. 前記セラミックス層は、ＳｉＯ２　：５０〜５５ｍａｓｓ％、Ａｌ２　Ｏ３　：１７〜２３ｍａｓｓ％、ＺｒＯ２　：８〜１３ｍａｓｓ％及びＴｉＯ２　：６〜１０ｍａｓｓ％を含有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の断熱層を備えた遠心鋳造用注湯部材。The ceramic layer, SiO 2: 50~55mass%, Al 2 O 3: 17~23mass%, ZrO 2: 8~13mass% and TiO 2: characterized in that it contains a 6~10mass%, claim 1 Or a pouring member for centrifugal casting provided with the heat insulating layer according to claim 2. 前記塗型層は、Ｃ：７５〜８５ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：１〜３ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２　：７〜１２ｍａｓｓ％及びＡｌ２　Ｏ３　：２〜３ｍａｓｓ％を含有することを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の断熱層を備えた遠心鋳造用注湯部材。The mold wash layer, C: 75~85mass%, MgO: 1~3mass%, SiO 2: 7~12mass% and Al 2 O 3: characterized by containing a 2~3mass%, claims 1 A pouring member for centrifugal casting, comprising the heat insulating layer according to claim 3. 前記セラミックス層は、ポーラス状であって、その厚みは６０〜１００μｍであり、前記塗型層の厚みは０．３〜１．０ｍｍであって、その一部は前記セラミックス層中に含浸していることを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の断熱層を備えた遠心鋳造用注湯部材。The ceramic layer is porous, the thickness is 60 to 100 μm, the thickness of the coating layer is 0.3 to 1.0 mm, and a part thereof is impregnated in the ceramic layer. A pouring member for centrifugal casting, comprising the heat insulating layer according to any one of claims 1 to 4, characterized in that: 遠心鋳造用金型内に溶湯を供給するための遠心鋳造用注湯部材の表面に、セラミックス層と塗型層とからなる断熱層を形成する方法であって、当該注湯部材の表面をピーニング処理し、ピーニング処理の施された注湯部材の表面に低温焼成セラミックコーティング剤を塗布し、これを強制乾燥することによって、前記注湯部材の表面にポーラス状のセラミックス層を形成し、次いで、当該セラミックス層の表面に、黒鉛を主体とする塗型剤を塗布することによって塗型層を形成することを特徴とする、遠心鋳造用注湯部材の断熱層形成方法。A method for forming a heat insulating layer composed of a ceramic layer and a coating layer on a surface of a pouring member for centrifugal casting for supplying molten metal into a mold for centrifugal casting, wherein the surface of the pouring member is peened. Treated, a low-temperature firing ceramic coating agent is applied to the surface of the pouring member subjected to peening treatment, and this is forcibly dried to form a porous ceramic layer on the surface of the pouring member. A method for forming a heat insulating layer of a pouring member for centrifugal casting, characterized by forming a coating layer by applying a coating agent mainly composed of graphite to the surface of the ceramic layer. 前記低温焼成セラミックコーティング剤は、ＳｉＯ２　、Ａｌ２Ｏ３　、ＺｒＯ２　、ＴｉＯ２　のうちの少なくとも１種以上を含有するアルカリ金属塩系セラミックコーティング剤であることを特徴とする、請求項６に記載の遠心鋳造用注湯部材の断熱層形成方法。The low temperature co-fired ceramic coating is characterized by a SiO 2, Al 2 O 3, ZrO 2, alkali metal salts based ceramic coating agent containing at least one or more of TiO 2, in claim 6 A method for forming a heat insulating layer of a pouring member for centrifugal casting according to the above. 前記アルカリ金属塩系セラミックコーティング剤は、ＳｉＯ２　：５０〜５５ｍａｓｓ％，Ａｌ２　Ｏ３　：１７〜２３ｍａｓｓ％、ＺｒＯ２　：８〜１３ｍａｓｓ％及びＴｉＯ２　：６〜１０ｍａｓｓ％を含有する無機質の液体状であることを特徴とする、請求項７に記載の遠心鋳造用注湯部材の断熱層形成方法。Wherein the alkali metal salt-based ceramic coating agent, SiO 2: 50~55mass%, Al 2 O 3: 17~23mass%, ZrO 2: 8~13mass% and TiO 2: liquid mineral containing 6～10Mass% The method for forming a heat insulating layer of a pouring member for centrifugal casting according to claim 7, characterized in that: 前記塗型剤は、黒鉛を主体とし、黒鉛とベントナイトとカーボンブラックとを、水と共に混合して構成されていることを特徴とする、請求項６ないし請求項８の何れか１つに記載の遠心鋳造用注湯部材の断熱層形成方法。The method according to any one of claims 6 to 8, wherein the coating agent is mainly composed of graphite, and is configured by mixing graphite, bentonite, and carbon black together with water. A method for forming a heat insulating layer of a pouring member for centrifugal casting. 前記塗型剤の水を除いた主要成分組成は、Ｃ：７５〜８５ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：１〜３ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２　：７〜１２ｍａｓｓ％及びＡｌ２　Ｏ３　：２〜３ｍａｓｓ％であることを特徴とする、請求項９に記載の遠心鋳造用注湯部材の断熱層形成方法。The coating agent main component composition except for water of, C: 75~85mass%, MgO: 1~3mass%, SiO 2: 7~12mass% and Al 2 O 3: characterized by a 2～3Mass% The method for forming a heat insulating layer of a pouring member for centrifugal casting according to claim 9. 前記注湯部材の表面に塗布された低温焼成セラミックコーティング剤に対する強制乾燥温度は、４００℃以上であることを特徴とする、請求項６ないし請求項１０の何れか１つに記載の遠心鋳造用注湯部材の断熱層形成方法。The centrifugal casting method according to any one of claims 6 to 10, wherein a forced drying temperature of the low-temperature firing ceramic coating agent applied to the surface of the pouring member is 400 ° C or more. A method for forming a heat insulating layer of a pouring member.
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