JP2008229689A

JP2008229689A - 生砂鋳型用塗型材

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Publication number: JP2008229689A
Application number: JP2007074693A
Authority: JP
Inventors: Yoshizumi Senda; 善純千田; Hiroyuki Nishikawa; 裕之西川; Kazumitsu Kondo; 和充近藤; Noriyuki Fujisawa; 法幸藤澤
Original assignee: Tetra Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Tetra Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2027-03-22
Also published as: JP5064852B2

Abstract

【課題】酸化物不良の低減に大きな効果を発揮する生砂鋳型用塗型材を提供する。
【解決手段】揮発分を１５％以上を含む石炭の粉体を基材として用い、前記石炭の粉体は、粒径１００μｍ以下とし、これを重量比で２０〜３５％好ましくは２５〜３５％含有させる。石炭に含まれる揮発分が溶湯の熱で揮発して還元性ガスが発生し、キャビティ内が還元性雰囲気となる。これによって溶湯の酸化が抑えられ、結果として得られた鋳造品の酸化物不良が大幅に低減する。
【選択図】なし

Description

本発明は、生砂鋳型用塗型材に係り、特に酸化物不良の低減に効果的な生砂鋳型用塗型材に関する。

生砂鋳型を用いて鋳造を行った場合の鋳造欠陥の一つに、鋳造品の鋳肌を荒す酸化物不良がある。この酸化物不良は、主に溶湯と鋳型内の水分が直接接触して起こる酸化反応が原因しており、このため、従来一般には、生砂鋳型のキャビティ面に塗型材を塗布し、溶湯が鋳型内の水分と直接接触すること阻止する対策を採っていた。

そして、従来、上記生砂鋳型用の塗型材としては、基材として黒鉛を使用した炭素系塗型材、あるいは基材としてアルミナ、弁柄（Ｆｅ₂Ｏ₃）および黒鉛を使用した酸化物系塗型材が多く用いられていた（例えば、特許文献１参照）。しかし、これら汎用の塗型材では、塗型を施さない場合に比べて、酸化物不良の発生は低減するものの、その発生率は、かなり高いレベルにあり、さらなる改善が望まれていた。

なお、特許文献２には、ピンホール防止の目的で、１３００℃より低い温度で熱分解して炭化水素系ガスを発生する物質、特にギルソナイト、エンジンオイルおよびフェノールレジンの少なくとも一種を含有する塗型材を用いることが記載されているが、酸化物不良対策としての有用性は確認されていない。
特開平６−７９３９７号公報特開平１１−３０９５４４号公報

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、酸化物不良の低減に大きな効果を発揮する生砂鋳型用塗型材を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る塗型材は、石炭の粉体を基材として使用したことを特徴とする。石炭には揮発分が多く含まれており、この揮発分が溶湯の熱で揮発して還元性ガスが発生し、キャビティ内が還元性雰囲気となる。これによって溶湯の酸化が抑えられ、結果として得られた鋳造品の酸化物不良が低減する。
以下、本発明の態様をいくつか例示し、それらについて項分けして説明する。

（１）揮発分を１５％以上含む石炭の粉体を基材として用いたことを特徴とする生砂鋳型用塗型材。

本（１）項記載の生砂鋳型用塗型材においては、揮発分が１５％以上と高い石炭の粉体を基材して用いているので、揮発分の揮発により生じるガス量も多くなり、キャビティ内の還元性雰囲気が強まって、溶湯の酸化がより確実に抑制される。

ここで、石炭には、無煙炭、瀝青炭、褐炭等があるが、無煙炭の揮発分は低い（通常、１０％以下）ので、本発明で用いる石炭としては不適である。これに対し、瀝青炭の揮発分は約１５％以上、褐炭の揮発分は約４５％となっているので、これらは本発明で用いる石炭として有効である。中でも、瀝青炭は産出量が最も多いので、入手の容易さ、コスト等を考慮すれば、瀝青炭の使用が好ましい。

（２）石炭の粉体を、重量比で２０〜３５％含有させたことをことを特徴とする（１）項に記載の生砂鋳型用塗型材。
（３）石炭の粉体を、重量比で２５〜３５％含有させたことをことを特徴とする（１）項に記載の生砂鋳型用塗型材。

石炭の粉体の含有量としては、（２）項記載のように重量比で２０〜３５％、好ましくは（３）項記載のように重量比で２５〜３５％とする。これは、２０％未満では、酸化物不良の低減効果が小さく、３５％超では、石炭の粉体の均一分散が困難となって、バラツキが大きくなるためである。

（４）石炭の粉体の粒径が１００μｍ以下であることを特徴とする（１）乃至（３）項の何れか１項に記載の生砂鋳型用塗型材。

生砂鋳型に対する塗型材の塗布方法としては、効率的にスプレー塗布が有用であるが、スプレー塗布の場合は、スプレーノズルの目詰まりの問題がある。そして、早期にスプレーノズルが目詰りしたのでは、スプレーノズルのメンテナンスまたは交換を頻繁に行わなければならず、生産性の低下が避けられない。本（４）項に記載の塗型材においては、石炭の粉体の粒径を１００μｍ以下としているので、スプレーノズルの目詰まりが抑えられ、長時間の連続スプレー塗布が可能になって、生産性が犠牲になることはない。

本発明に係る生砂鋳型用塗型材によれば、石炭に含まれる揮発分のガス化によりキャビティ内が還元性雰囲気となるので、溶湯の酸化が抑えられ、酸化物不良の大幅な低減を達成できる。また、揮発分を多く含む石炭は入手容易で、コストも安いので、本塗型材の利用価値は高いものとなる。

重量比で、１５％以上の揮発分を含む石炭粉（基材）３０％、水溶性高分子樹脂（結合剤）２０％、界面活性剤（添加剤）１．５％、残部水からなる塗型材（本発明材）を用意し、これを原液のまま、イグロス３．２％、活性粘土分６．３％、水分３％の組成を有する生砂にて造型した生砂鋳型のキャビティ面にスプレーにて塗布した。そして、この本発明材を塗布した生砂鋳型に、重量比でＣ３．７％、Ｓｉ２．６％、Ｍｎ０．７％、Ｍｇ０．０３１％の成分を有する球状黒鉛鋳鉄溶湯を注湯して、重量３．０ｋｇの鋳造品を複数個（６０個）鋳造し、得られた鋳造品について表面検査を行い、酸化物不良の不良率を調査した。なお、使用する石炭粉の粒径は１００μｍ以下に調整した。

また、比較のため、重量比で、黒鉛（基材）２５％、水溶性高分子樹脂（結合剤）２０％、界面活性剤（添加剤）１．０％、残部水からなる塗型材（比較材１）と重量比でアルミナ−シリケート（基材）５１％、第２酸化鉄（基材）３．５％、黒鉛（基材）５％、ビニル系樹脂（結合剤）３．５％、残部水からなる塗型材（比較材２）を用意し、比較材１は原液のまま、比較材２は２０ボーメに粘土調整して、これらを上記と同じ生砂鋳型のキャビティ面に塗布した。そして、この生砂鋳型に上記したと同様に球状黒鉛鋳鉄溶湯を注湯して重量３．０ｋｇの鋳造品を複数個（６０個）鋳造し、得られた鋳造品について表面検査を行い、酸化物不良の発生状況を調査した。

図１は、上記した酸化物不良の調査結果を示したものである。なお、同図は、塗型材を塗布しないで鋳造した鋳造品の酸化物不良率を１として、これに対する指数で表している。同図に示す結果より、汎用の炭素系塗型材である比較材１および汎用の酸化物系塗型材である比較材２を塗布した鋳造品の酸化物不良率は、塗型材を塗布しないで鋳造した鋳造品の酸化物不良率に対してほぼ半減しているが、かなり高い水準にあることが分る。これに対し、本発明材を塗布した鋳造品の酸化物不良率は、塗型材を塗布しないで鋳造した鋳造品の酸化物不良率に対してほぼ十分の一の水準にあり、本発明の塗型材が酸化物不良の低減に著しく優れていることが分る。

重量比で、１５％以上の揮発分を含む石炭粉（基材）１０〜４０％、水溶性高分子樹脂（結合剤）２０％、界面活性剤（添加剤）１．０％、残部水からなる、石炭粉の添加量を変えた塗型材を用意し、これを実施例１と同じ生砂鋳型のキャビティ面に塗布し、これに実施例と同じく球状黒鉛鋳鉄溶湯を注湯して重量３．０ｋｇの鋳造品を複数個（６０個）鋳造し、得られた鋳造品について表面検査を行い、酸化物不良の発生状況を調査した。なお、使用する石炭粉の粒径は、実施例１と同様に１００μｍ以下に調整した。

図２は、上記した酸化物不良の調査結果を示したものである。なお、同図は、塗型材を塗布しないで鋳造した鋳造品の酸化物不良率を１として、これに対する指数で表している。同図に示す結果より、石炭粉の添加量が１０％から３５％までの間では、石炭粉の添加量が増加するに従って酸化物不良率が低下し、石炭粉の添加量２０％以上特に２５％以上で良好な結果が得られている。一方、石炭粉の添加量が４０％では、酸化物不良率が大きくなっている。これは、石炭粉の添加量が増加すると、石炭粉の均一分散が困難になって、バラツキが大きくなるためである。したがって、塗型材の基材として用いる石炭粉の含有量は、重量比で２２〜３５％好ましくは２５〜３５％の範囲とするのがよいといえる。

実施例１の本発明材と同一配合の塗型材において、その基材としての石炭粉の粒径を５００μｍ以下、２００μｍ以下、１００μｍ以下の３種類に変えた。そして、石炭粉の粒径を変えた３種類の塗型材を実施例１と同じ生砂鋳型のキャビティ面にスプレーにて塗布し、このスプレー塗布を複数の鋳型に連続的に行ってスプレーノズルが目詰まりを起こすまでの連続塗布数（鋳型数）を調査した。

図３は、上記した連続塗布試験の結果を示したものである。同図に示す結果より、粒径５００μｍ以下並びに粒径２００μｍ以下の石炭粉を用いた塗型材の連続塗布数が１００未満であるのに対し、粒径１００μｍ以下の石炭粉を用いた塗型材の連続塗布数は７００程度となっており、前2者と後者との間に顕著な相違が認められる。したがって、スプレーノズルを交換またはメンテナンスすることなく長時間連続使用には、粒径１００μｍ以下の石炭粉を使用するのが望ましく、これによって生産性の大幅な向上を達成できる。

本発明の塗型材を用いて行った場合の酸化物不良の発生率を、黒鉛系塗型材、酸化物系塗型材を用いた行った場合の酸化物不良の発生率と対比して示すグラフである。酸化物不良の発生率に及ぼす石炭粉の含有量の影響を示すグラフである。スプレーノズルに目詰まりが発生するまでの連続塗布数（鋳型）に及ぼす石炭粉の粒径の影響を示すグラフである。

Claims

揮発分を１５％以上含む石炭の粉体を基材として用いたことを特徴とする生砂鋳型用塗型材。
石炭の粉体を、重量比で２０〜３５％含有させたことを特徴とする請求項１に記載の生砂鋳型用塗型材。
石炭の粉体を、重量比で２５〜３５％含有させたことを特徴とする請求項１に記載の生砂鋳型用塗型材。
石炭の粉体の粒径が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の生砂鋳型用塗型材。