JP2008536688A - 湿潤噴霧製品による、鋳鉄パイプの遠心鋳造型の保護のための乾燥噴霧製品 - Google Patents

Abstract

本発明は、鋳鉄パイプの遠心鋳造型の保護のための、第１の湿潤噴霧層に乾燥噴霧される粉末製品に関し、前記製品は、ＣａＳｉ合金を除く通常の乾燥噴霧製品に共通の成分並びに脱型中にパイプに接着することを保証するため役立つ湿潤噴霧添加物を含み、永久鋳型にはじめに適用される。前記添加物は、アルカリ金属炭酸塩もしくはアルカリ金属珪酸塩、例えば、Ｎａ_２Ｏ成分に対するＳｉＯ_２成分の質量含量比が１〜３に亘る珪酸ナトリウム、若しくは無水メタ珪酸ナトリウム、１以上のこれら添加物の任意の割合の混合物を含むことができる。

Description

発明の分野
本発明は、湿潤噴霧タイプの下層製品と併用される、鋳鉄パイプの遠心鋳造に使用される型の保護を意図した乾燥噴霧タイプの粉末形状の製品に関し、使用される鋳造型は、通常「シェル型」という名前で呼ばれる。

先行技術
他に特に指示がない限り、化学組成に関するすべての数値は、重量％で表現される。

鋳鉄パイプの遠心鋳造シェル型の保護に使用される被覆は、粉末形態の接種剤及び耐火物そしてまたシリカ及びベントナイトの混合物から成るものであってよく、これらは、水性懸濁液を噴霧することにより堆積される。このような被覆は、例えばUS 4058153（Pont-A-Mousson）に記載され、湿潤噴霧被覆として知られている。

鉄が鋳造される前に、シェル型に乾燥噴霧される粉末を使用することもまた通常であり、これら粉末は、今後乾燥噴霧粉末と呼ばれる。

典型的には４００ｍｍより大きい直径を有するパイプの場合には、２つのタイプの製品を併用するのが普通である、即ち；
-シリカ及びベントナイトの混合物から成る湿潤噴霧タイプの第１の層で、熱シェル型に噴霧された後迅速に乾燥するもの、及び
-鉄が鋳造される前に、第１の層に噴霧される乾燥噴霧タイプの第２の層
である。

それらを堆積するために使用される技術がなんであれ、これら製品は種々の目的で、特に
-離型作用を得るために、即ち固化後型からパイプを引き抜くことを容易にするために、
-シェル型の温度上昇を防止し、それによりその寿命の増加に寄与するための熱遮蔽作用を得るために、
-抗ピンホール作用を得るために、即ちパイプ表面に現れるピンホールのリスクを防止するために、及び
-パイプの冶金学的構造を制御することを目的として、鋳鉄上に最大の接種作用を得る
ために使用される。

鉄における不十分な接種は、炭化物の形成及び高生産性の確保としての迅速な冷却及び脱型時のかなりの収縮を結果として生じることがよく知られている。しかしながら、このようにして得られた鋳造品は後続する熱処理を必要とし、高価となるかもしれない。

場合によるが、たとえこれが製造速度の低下を伴うとしても、最終の熱処理を避けることを目的として更に接種することが、或いは、逆に、生産性を上げ、鋳造品を下流での熱処理に付すことを目的として接種を少なくすることが選好されてもよい。

したがって、製品の接種性は、極めて広範な限度内に位置付けられているといってよく、逆に、その他の必要とされる作用は、より一定の要請に従属される。

湿潤噴霧第１層上に堆積された乾燥噴霧製品の特別な場合においては、これが鋳造中の鉄に同伴され、それゆえパイプの介在物欠陥を形成し或いはパイプの表面欠陥を生み出す恐れのある、シェル型中のドロスの形成及び蓄積を防止するために、脱型されている間は、湿潤噴霧層をパイプに結合されたままであることを可能にする必要もある。

したがって、乾燥噴霧製品は一般的には、
-製品の３０〜１００％を典型的には構成してもよい比較的高効力の接種剤、例えば、０．１〜４％のアルミニウム、０．１〜４％のカルシウム及び随意に、鋳鉄に補足的或いは補充的な冶金学的作用を導入することのできる他の元素を含む、フェロ-シリコン合金がこの目的のために使用されてもよい。

-特に抗ピンホール作用を付与する元素若しくは合金粉末；これらは、典型的には元素周期律表第２欄の還元性元素の元素或いは合金であり、例えば、高カルシウム含量の工業的シリコン-カルシウム合金、特に約３０％のＣａを含む「ＣａＳｉ」として知られる合金であり；及び
-不活性鉱物フィラー例えば製品の７０％までを構成しても良いシリカである、
を含む数種の成分の混合物からなる。

湿潤噴霧第１層に堆積された乾燥噴霧製品の特別な場合には、このような混合物は、所望の目的の１つ、即ち脱型されている間に湿潤噴霧製品がパイプに結合されたままであることを可能にすること、が達成されることを可能にしない。

この目的のためには、乾燥噴霧製品として、上記「ＣａＳｉ」合金から一般的に成る粉末を使うのが通常である。

しかしながら、このタイプの粉末は湿潤噴霧層がパイプに結合したままであることを確かに保証するが、特に接種作用及び鋳鉄パイプの冶金学的構造の制御に関するより一般的な作用を含む、他の前述した作用について、真に満足すべきものではない。

発明の主題
本発明の主題は、
-熱シェル型の内部表面に、シリカとベントナイトの混合物の水性懸濁液を噴霧することにより、シェル型の内部表面に、湿潤噴霧層として知られるタイプの第１の層を形成すること
-前記第１の層の上に、接種金属合金若しくは接種金属合金の混合物、随意に還元剤粉末或いは抗ピンホール作用を有する合金及び随意に不活性鉱物フィラー、を含む粉末製品を乾燥噴霧すること、
-鋳鉄パイプを遠心鋳造すること、及び
-鋳鉄パイプを脱型すること
の段階を含むプロセスで、鋳鉄パイプの遠心鋳造のために使用される型若しくはシェル型保護のための粉末製品であって、前記製品は、最初にシェル型に堆積された湿潤製品が、脱型中に鋳鉄パイプに結合されたままであることを保証するために設計された少なくとも１つの添加物を、更に含むことを特徴とするものに関する。

１つの有利な具体例によれば、添加物は、アルカリ金属炭酸塩であり、別の具体例によれば、それは、アルカリ金属珪酸塩である。

添加物は、１以上のアルカリ金属炭酸塩及び/又は１以上のアルカリ金属珪酸塩の任意の割合でもよい混合物であってもよい。

好ましくは、アルカリ金属珪酸塩は、Ｎａ_２Ｏ成分に対するＳｉＯ_２成分の質量含量比が、１〜３に亘る珪酸ナトリウムである。

他の好ましい具体例によれば、添加物は、無水メタ珪酸ナトリウムである。

最後に、１つの有利な具体例によれば、前記製品中の添加物の質量割合は、３〜２５％である。

発明の説明
鋳鉄パイプの遠心鋳造型を保護するための乾燥噴霧製品として使用され、熱シェル型にシリカ及びベントナイトの混合物の水性懸濁液の噴霧により予め得られた湿潤噴霧第１層に乾燥噴霧される、先行技術の粉末製品は、数多くの欠点を有する。特に、それらが、シェル型に直接乾燥噴霧される乾燥噴霧製品のような、特に、
-典型的には、０．１〜４％のアルミニウム及びカルシウム、随意に、鋳鉄に補足的或いは補充的な冶金学的作用を導入することのできる他の元素を併用するフェロ-シリコン合金をベースとする典型的には、製品の３０〜１００％からなる接種剤、；
-特に抗ピンホール作用を付与する還元性元素若しくは還元性元素の合金粉末；例えば、特に、約３０％のＣａを含む「ＣａＳｉ」合金のような高カルシウム含量のシリコン合金；及び
-不活性鉱物フィラー例えば製品の７０％までを構成してもよいシリカ
等の数種の成分からなるものであるならば、それらは、脱型される間は湿潤製品がパイプに結合されたままであることを可能にせず、それゆえ、シェル型上に堆積されるドロス及び鋳鉄中に形成される介在物の増加リスクに貢献し、このドロスが、介在物に加えて、パイプ上の表面欠陥を生み出す可能性がある。

不活性鉱物フィラーは、過度に多量に存在すると、同様のリスクがある。

１つの解決は、乾燥噴霧製品中の「ＣａＳｉ」合金含量を、一般的には１００％までさえも、増加することである。

しかしながら、脱型されている間は湿潤噴霧製品をパイプに結合し続けるという所望の作用は、実質的に改善されはするが、他の望ましい作用はそれにより低下する。これは、「ＣａＳｉ」合金は、それ自身わずかに接種性であるが、前記混合物と同等に効果的にはパイプを構成する鋳鉄の冶金学的構造を自身では制御しないからである。その作用を増やすことを目的として、その量を増やすことは、前記と同様の欠点、即ち、シェル型、より具体的には、パイプのベル末端に対応するくぼみ領域でのドロスの形成を招来する。この現象は、パイプの介在物欠陥若しくはその表面欠陥を招来し、一般的には、パイプはくず鉄にされる結果となる。

したがって、これら欠点を減少するために、本出願人は、複合的作用、すなわち、脱型されている間は湿潤噴霧製品をパイプに結合し続ける作用と、他の作用即ち抗ピンホール作用、接種作用及び鉄の冶金学的構造を制御する作用を有する乾燥噴霧粉末製品を得ることを追求した。

この結果は、
・一方で、以下を含む数種の成分の混合物を含む通常の乾燥噴霧タイプの粉末７５〜９７％：
-上記した、乾燥噴霧製品用の通常の組成、割合及び粒子大きさの１以上の接種剤、
-随意に、特にＭｇ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃａ等のような、特に抗ピンホール作用を付与する還元性元素を提供する１以上の元素若しくは合金粉末、及び
-随意に、例えばシリカのように、「ＣａＳｉ」タイプの合金は、少しか或いは全く含まない不活性鉱物フィラー及び
・他方で、脱型されている間は湿潤噴霧製品がパイプに結合したままであることを特に確保することを意図する添加物３〜２５％
からなる乾燥噴霧製品により得ることができる。

添加物は、有利にはアルカリ金属炭酸塩もしくはアルカリ金属珪酸塩、特に、Ｎａ_２Ｏ成分に対するＳｉＯ_２成分の質量含量比が、１〜３に亘る珪酸ナトリウム、若しくは１以上のこれら添加物の任意の割合の混合物、即ち１以上のアルカリ金属炭酸塩及び/又は１以上のアルカリ金属珪酸塩若しくは最後に無水メタ珪酸ナトリウムであってよく、すべての場合に、粒子の大きさは３５０μｍより小である。本発明による粉末製品の粒子の大きさは、５８０μｍより、好ましくは２５０μｍより小さい。

例
湿潤噴霧製品の結合効果は、湿潤噴霧製品が結合したままにはない、パイプの外部表面の面積割合により特徴付けられ得る。以下のすべての例において、湿潤噴霧製品は、最初に熱シェル型に堆積されたが、この製品は、乾燥後、ベントナイトにより供給されるシリカ（珪藻岩型）９５％、ＣａＯ１％、及びアルミナ３％を含んだ。乾燥噴霧製品は、このタイプの製品を堆積する通常の技術を使用して、湿潤噴霧製品上に、それが、シェル型の熱により単に乾燥された後に堆積された。

例１
対照試験として、６１．８％Ｓｉ、３０．４％Ｃａ及び１．２１％Ａｌを含む「ＣａＳｉ」合金１００％から成る乾燥噴霧製品が使用され、製品の粒子サイズは、６３μｍ網下が２５％で、２００μｍ網下が９８％であることで特徴付けられた。

この製品は、満足すべき結果を与えた。パイプは、ほとんどピンホールを含んでいなかった。ほんの少しの存在するピンホールは、浅く、仕様を満たすことを可能にした。炭化物含量は８％で、パイプ外部表面には、３５μｍ厚のフェライト鉄が認められた。パイプを脱型すると、その表面の２％以上にだけ、湿潤噴霧製品が結合したままにないことが観察された。ドロスはベル部分に濃縮され、そこで１５ｍｍ厚の帯を形成していた。

例２
混合物は、次の構成成分から調製された。

-６５．５％Ｓｉ、１．３％Ｃａ及び０．９５％Ａｌを含み、粒子サイズが２００μｍより小さい９３％のフェロ-シリコン
-粒子サイズが２００〜４００μｍの３％のＭｇ金属粉末及び
-粒子サイズが１５０μｍより小さい４％の蛍石
粒子サイズの分析は、６３μｍ網下が２８％で、２００μｍ網下が９７％であることを示した。例１と同じ条件下で使用され、この製品は次の結果を示した：パイプは、殆どピンホールを含んでいなかった。ほんの少しの存在するピンホールは、浅く、仕様を満たすことを可能にした。炭化物含量は１０％で、パイプ外部表面には、３０μｍ厚のフェライト鉄が認められた。これらの結果は満足すべきものである。ベル部分のドロス帯の厚さはただの５ｍｍであった。しかしながら、湿潤噴霧製品のないパイプ表面の面積割合は６０％に達した。通常タイプの乾燥噴霧製品（例２）が、「ＣａＳｉ」合金のみから成る乾燥噴霧製品と非常に類似した冶金学的作用を有することが明らかである。しかしながら、それは、ドロス生成を非常により少なく受けているが、パイプに結合して残っている湿潤噴霧製品については実質的により効果的ではない。

例３
混合物は、次の構成成分から調製された。

-６５．５％Ｓｉ、１．３％Ｃａ及び０．９５％Ａｌを含み、粒子サイズが２００μｍより小さい７７％のフェロ-シリコン
-粒子サイズが２００〜３００μｍの３％のＭｇ金属粉末及び
-粒子サイズが３５０μｍより小さい２０％の無水メタ珪酸ナトリウム
粒子サイズの分析は、６３μｍ網下が２４％で、２００μｍ網下が９５％であることを示した。例１と同じ条件下で使用され、この製品はすべてのパラメターに対して満足すべき結果を示した：パイプは、特に、ピンホールを含んでいなかった。ほんの少しの存在するピンホールは、浅く、仕様を満たすことを可能にした。炭化物含量は１０％で、パイプ外部表面には、３５μｍ厚のフェライト鉄が認められた。ベル部分のドロス帯の厚さは７ｍｍであった。湿潤噴霧製品のないパイプ表面の面積割合はただの３％であった。

したがって、パイプに結合して残っている湿潤噴霧製品については優れて効果的であり、通常型の乾燥噴霧製品（例２）と類似した冶金学的作用が、非常に低いドロス形成傾向（「ＣａＳｉ」合金のみから成る乾燥噴霧製品に対して、より非常に少なく、及びポイント試験での通常タイプの乾燥噴霧製品のそれと類似するが、パイプに対する湿潤噴霧製品の実質的に改善された結合により、連続使用中の実質的に減少したリスクを有する）と共に観察された。

Claims (7)

1. -熱シェル型の内部表面に、シリカとベントナイトの混合物の水性懸濁液を噴霧することにより、シェル型の内部表面に、湿潤噴霧層として知られるタイプの第１の層を形成すること、
   -前記第１の層の上に、接種金属合金若しくは接種金属合金の混合物、随意に還元剤粉末或いは抗ピンホール作用を有する合金及び随意に不活性鉱物フィラー、を含む粉末製品を乾燥噴霧すること、
   -鋳鉄パイプを遠心鋳造すること、及び
   -鋳鉄パイプを脱型すること
   の段階を含むプロセスにおいて、鋳鉄パイプの遠心鋳造のために使用される型若しくはシェル型保護用の粉末製品であって、前記製品は、最初にシェル型に堆積された湿潤製品が、脱型中に鋳鉄パイプに結合されたままであることを保証するために設計された少なくとも１つの添加物を、更に含むことを特徴とする製品。
2. 前記添加物が、アルカリ金属炭酸塩であることを特徴とする請求項１記載の製品。
3. 前記添加物が、アルカリ金属珪酸塩であることを特徴とする請求項１記載の製品。
4. 前記添加物が、１以上のアルカリ金属炭酸塩及び/又は１以上のアルカリ金属珪酸塩の任意の割合の混合物であることを特徴とする請求項１記載の製品。
5. アルカリ金属珪酸塩が、Ｎａ_２Ｏ成分に対するＳｉＯ_２成分の質量含量比が１〜３に亘る珪酸ナトリウムであることを特徴とする請求項３又は４何れか１項記載製品。
6. 添加物が、無水メタ珪酸ナトリウムであることを特徴とする請求項１乃至５項の何れか１項記載の製品。
7. 前記製品中の添加物の質量割合が３〜２５％であることを特徴とする請求項１乃至６項の何れか１項記載の製品。