JP2541691B2 - 鋳鉄管の受口成形用中子 - Google Patents

鋳鉄管の受口成形用中子

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は遠心力鋳造法によって受口を有する鋳鉄管を
製造する際に、遠心力鋳造用金型の一端に装着される受
口成形用中子に関する。
(従来の技術) 近年、鋳鉄管の多くが遠心力鋳造法によって製造され
ており、通常、鋳鉄管の一端側には他の鋳鉄管を装着す
るための受口が形成される。
第2図は上記の受口を有する鋳鉄管を製造する遠心力
鋳造装置の水冷金型aの受口成形側端部を示したもの
で、前記金型aの端部には、受口成形用中子bが金型a
に対して同心状に装着されており、該中子b外周面と前
記金型a端部内周面とによって受口成形型部cが形成さ
れている。尚、前記中子bは図示省略の固定装置を備え
たコアーセッターを介して溝板dによって金型a端面に
密着固定される。
上記金型aによって一端側は受口を有する鋳鉄管が遠
心力鋳造され、鋳造後、鋳鉄管は中子bを付けたまま引
抜機によって金型aから取り出される。その後、中子b
を付けたまま焼鈍炉に装入され、通常、800〜950℃程度
の温度で焼鈍処理が施される。さらに、ショットブラス
ト処理によって表面の酸化物(いわゆる、スケール)が
除去されて製品とされる。
ところが、上述の受口成形用中子bは、通常、フラン
樹脂やウレタン樹脂などの有機質粘結剤を含む鋳型砂か
ら形成されており、鋳造あるいは焼鈍の際に前記粘結剤
が燃焼して強度が低下するので崩壊し易い。このため、
第3図に示したように、焼鈍中に鋳鉄管fの受口内面が
露出し、焼鈍炉内の酸化性雰囲気に曝されるので、受口
内面に厚いスケールeが生成し易い。
一方、中子は、上記の通り、砂型で形成されているの
で、鋳鉄管外周を成形する水冷金型に比べて鋳型として
の冷却能力が小さい。このため、鋳造の際に中子の表面
近傍位置、即ち鋳鉄管fの受口内面の近傍位置が最終凝
固部となり、この位置に引け巣gが発生し易い。
従って、上述の厚いスケールeを除去するために、シ
ョットブラスト処理を施すことにより、前記の引け巣g
が受口内面に露出するので、製品の外観が損なわれるだ
けでなく、露出した引け巣に樹脂を注入したり、肉盛溶
接によって引け巣を埋める等の補修を施さねばならず、
生産性の低下を招来するという問題がある。
また、厚いスケールeが生成すると、前記ショットブ
ラスト処理時間が長くなり、生産性が低下する。また、
厚いスケール除去のために内径が大きくなり、鉄管接合
時の水密性が損なわれたり、該内面の寸法が規定の公差
範囲外となる等の問題が発生する。
本出願人は、前記の問題点に鑑み、先に特願平1−28
8533号(第1従来例)及び特願平1−288534号(第2従
来例)を提案した。
即ち、前記第1従来例は、シェルコアーもしくはイソ
キュアーコアと称される受口成形用中子の受口成形側表
面にAl又はAl合金皮膜(以下Al皮膜という)を形成した
ものであり、この中子を用いて鋳造することにより、鋳
鉄管の鋳造成形の際に中子表面のAl又はAl合金(以下Al
という)を溶湯の熱で溶融すると共に鋳造成形された鋳
鉄管の受口内面に転写被着させ、その後の鋳鉄管の焼鈍
中にAlが犠牲酸化され、鋳鉄管に酸化スケールを発生さ
せないようにしたものである。
他方、前記第2従来例は、受口成形用中子の少なくと
も受口成形側の表面層に、高温においても粘結性が保持
される粘結剤に黒鉛の微粉末が混合された浸透液を浸透
させた浸透性黒鉛塗型層を形成したものであり、焼鈍中
に中子の有機質粘結剤が燃焼しても、中子の少なくとも
受口成形側は前記塗型層中の熱間強度の高い粘結剤によ
って保形されているので崩壊することがなく、焼鈍処理
終了まで鋳鉄管の受口内面を覆うことができる。更に、
前記塗型層中の黒鉛が受口内面付近の酸素と反応するこ
とにより、受口内面が酸化されるのを防止すると共に、
黒鉛が酸化されて生成したCO2ガスによって、焼鈍炉内
の酸化性雰囲気から受口内面を保護することができる。
従って、鋳鉄管の受口内面が焼鈍処理中に炉内の酸化
性雰囲気に曝されるのが防止されるので、受口内面にス
ケールが発生するのを防止することができる。
(発明が解決しようとする課題) 前記第1従来例は、受口成形用中子の表面に、直接Al
皮膜を例えば溶射手段で形成するものであるから、溶射
時に中子表面から砂が剥離して好適な皮膜層の成形が難
しい。そこで前記問題を解決するため、中子表面に塗型
を施すことも考えられる。一般にこの種中子(シェルコ
アー)は砂の粒度は100〜140メッシュと細かいものを使
用しているため、塗型をしても表面から浸透せず、従っ
て塗型が厚塗りになるため、その表面にAl溶射を行って
も、Alのアンカー効果がないので、鋳造時にAlが溶湯で
洗われ、前記したような鋳鉄管受口へのAl転写が損なわ
れ、Al皮膜形成の効果を発揮しないという欠点がある。
また、前記第2従来例は、鋳鉄管の焼鈍処理終了ま
で、中子は崩壊せず鋳鉄管の受口内面付近を非酸化性雰
囲気に保ち、受口内面のスケールの発生を防止するもの
である点で優れているが、第1従来例のようにAl皮膜層
の形成に基づく効果、即ち焼鈍処理により鋳鉄管の受口
内面にAl2O3皮膜を形成して防食塗装を施すための煩雑
な下地処理や防食塗装そのものを省略することができる
という効果がない。
そこで、本発明は前記第1・第2従来例の問題点に鑑
み、これを改良することにより、更に優れた鋳鉄管を製
造するための新規な鋳鉄管の受口成形用中子を提供する
ことを目的とす。
(課題を解決するための手段) 遠心力鋳造用金型の一端に装着されて、鋳造に供した
後に鋳鉄管に装着されたまま焼鈍に供される砂型製の受
口成形用中子であって、 65〜100メッシュの比較的粗い鋳型砂により形成され
る中子の少なくとも受口成形側の表面に粘結剤と黒鉛粉
末とからなる浸透液を浸透させて鋳型砂間隙残存状態の
塗型層が形成され、残存鋳型砂間隙を含む前記塗型層の
表面にAl又はAl合金皮膜層が形成された構成を採用し
た。
(実施例) 以下に図面を参照して本発明について説明する。
第1図は、遠心力鋳造用水冷金型1の一端側に、本発
明に係る受口成形用中子2が装着されて、前記金型1の
一端部に受口成形型部3が形成された状態を示してい
る。前記中子2の本体4は、有機質粘結剤を含む粗砂65
〜100メッシュの鋳型砂で形成されており、該表面層に
は高温においても粘結性が保持される粘結剤に黒鉛の微
粉末が混合された浸透液を浸透した塗型層5が形成され
ている。
ここで、上記中子本体4は、65〜100メッシュの粗い
鋳型砂により形成されているため、中子本体4の表面層
は鋳型砂間に大きなすきま(鋳型砂間隙)を有してい
る。この間隙は互いに離れた鋳型砂間に生じるだけでな
く、鋳型砂が大きいために隣接する鋳型砂間にも生じて
いる。この様な中子本体4に対して上記浸透液を浸透さ
せると、浸透液は表面層の間隙を通過し、砂粒間を完全
には詰まらせることがない。この結果、中子本体4の表
面すなわち塗型層5には、中子本体4を造形した当初の
間隙が浸透液で埋まることなく残存することになる。
上記浸透液を形成する粘結剤は、鋳鉄溶湯の注入や焼
鈍によって中子2が高温にされても、粘結性を失わずに
中子2の形状を保持することができるものである。該粘
結剤としては、たとえば、リン酸第一アルミニウム,コ
ロイダルシリカ,水ガラスなどを揚げることができる。
また、上記粘結剤に混合する黒鉛としては、中子を形
成する鋳砂の隙間に侵入できるような微粉末であること
が好ましい。例えば、カーボンブラックは、粒径0.01μ
m〜0.5μmの超微粉末が得られるので好適である。
前記浸透液を形成するには、上記粘結剤を水やメタノ
ール等の適宜の溶媒に溶かした溶液中に所定量の黒鉛の
微粉末を添加、混合すればよい。
一方、前記の浸透液を中子本体4に浸透して形成され
る塗型層5の厚さは、中子本体4の表面から3〜10mm程
度形成すればよい。3mm未満では高温において中子2を
保形することが困難となり、一方、10mmより厚く形成し
ても前記保形効果に特段の向上は見られないからであ
る。
前記塗型層5を形成するには、既述の浸透液中に中子
を数十秒間浸漬すればよい。また、中子を密閉容器内の
浸透液中に浸漬した状態で容器内の空気を脱気して、容
器内を減圧した後、再び大気圧に戻して、負圧状態の、
中子を形成する鋳砂の隙間に、中子の周囲の浸透液を強
制的に吸引させて浸透してもよい。この方法によれば、
浸透液の粘性が高い場合や、中子表面と浸透液との親和
性が低い場合でも、中子本体4の表面層に塗型層5が形
成されるので好適である。尚、塗型層5は中子本体4の
表面層の全体にわたって形成するだけでなく、金型1側
の外周面だけにスプレー等によって形成してもよい。
以下に具体的実施例として、接合形式がJIS T型の受
口形状を有する呼び径150mmφのダクタイル鋳鉄管の製
造に用いる中子の塗型形成を説明する。
有機質粘結剤としてウォームフランを含む鋳型砂を
成形、固化して所定の形状の中子本体4を得た。
20%のコロイダルシリカ水溶液100重量部に、平均
粒径が0.2μmのカーボンブラック10重量部を混合、分
散させて浸透液を作製した。
で得た浸透液を密閉容器に注入し、で得た中子
本体4を浸漬した後、容器を密閉した。そして、容器内
の空気を真空ポンプにより脱気して、容器内の圧力を−
0.7kg/cm2に減圧し、1.0分間保持後、大気圧に戻して、
中子本体4の表面に浸透液を浸透させた。
このとき形成された塗型層5の厚さは、中子本体4の
表面から5〜10mm程度であった。
で得た中子本体4を乾燥した。
次に、前記のように表面に浸透性黒鉛系塗型層5が形
成された中子本体4の、前記塗型層5の表面にAl溶湯中
に浸漬したり、該塗型層5の表面にAlを溶射して、Al皮
膜層6を形成するのである。なお、この皮膜層6は図示
では中子2全体に設けたものであるが、これは中子の受
口成形側表面にのみ設けても良い。なお、前記溶射手段
について更に具体的に説明すると、JIS Al100材で形成
されたワイヤーを用いてアーク溶射する。このとき、塗
型層5の表面には前記ワイヤー材で形成された皮膜層6
は平均10mg/cm2形成された。このように構成された中子
2の塗型層5とAl皮膜層6の結合状況を観察すると、Al
溶射によるAlが塗型層5の鋳型砂間に深く侵入してい
て、Alと砂とがアンカー的に結合していることが判っ
た。すなわち、上記のような間隙が残存する塗型層5に
Al溶射が行われると、溶融Al粒子が塗型層5の鋳型砂の
隙間を埋めつつ被着する。すると、溶融Al粒子は塗型層
5の鋳型砂間隙に入り込んだ状態で固化する。従って、
Al皮膜層6の下面付近においては塗型層5と楔状(アン
カー的)に結合されることになるのである。このこと
は、後述する鋳造時に、溶湯でAlが洗われないという効
果を発揮するのである。
本発明の受口成形用中子は以上のとおりであるが、こ
の中子を実際に使用した鋳造の具体的実施例を示すと次
の通りである。
接合形式がJIS A型の受口形状を有する呼び径150mm
φの鋳鉄管製造用の遠心力鋳造用水冷金型を用意した。
前記受口成形用中子(平均10mg/cm2厚のAl皮膜)を
の金型の一端側に装着固定し、該金型を用いて鋳鉄管
を鋳造した。この際金型の回転数はGNO.45、注湯温度
は1315℃であった。
溶湯が完全に凝固した後、引抜装置によって鋳鉄管
を金型から取り出し、焼鈍炉に装入し、焼鈍炉内で950
℃で1.5時間保持して焼鈍処理を施した。
前記、取出した鋳鉄管の受口内面にはのAl皮膜が隙
間なく形成されていた。そして焼鈍処理された後は、前
記Al皮膜が犠牲酸化してAl2O3皮膜となっていた。
一方、中子は焼鈍処理終了まで崩壊しなかった。
更に〜と同様の操作により、同一形状のダクタ
イル鋳鉄管を5000本製作したが酸化スケールは発生しな
かった。
(発明の効果) 本発明は、遠心力鋳造用金型の一端に装着されて、鋳
造に供した後に鋳鉄管に装着されたまま焼鈍に供される
砂型製の受口成形用中子であって、 65〜100メッシュの比較的粗い鋳型砂により形成され
る中子の少なくとも受口成形側の表面に粘結剤と黒鉛粉
末とからなる浸透液を浸透させて鋳型砂間隙残存状態の
塗型層が形成され、残存鋳型砂間隙を含む前記塗型層の
表面にAl又はAl合金皮膜層が形成されたものであるか
ら、この受口成形用中子を使用して鋳鉄管を鋳造された
際、該中子から鋳鉄管の受口内面にAlが転写され、焼鈍
中にAlが犠牲酸化されて、受口部に酸化スケールが発生
せず、また転写されたAl皮膜が焼鈍熱処理中に緻密で防
食性に優れたAl2O3皮膜を形成するので、防食塗装を施
すための煩雑な下地処理や防食塗装そのものを省略する
ことができる。
一方、本発明では、受口成形用中子の少なくとも受口
成形側の表面層に、熱間強度の優れた粘結剤に微粉末の
黒鉛を混合した浸透液を浸透した塗型層をAl皮膜層の下
地層として設けてあるので、鋳鉄管の焼鈍処理終了ま
で、中子の少なくとも受口成形側は崩壊せずに鋳鉄管の
受口内面を覆うと共に受口内面付近を非酸化性雰囲気に
保つことができる。このため、受口内面は中子によって
炉内の酸化性雰囲気から保護されるので、前記転写Al皮
膜の犠牲酸化と協同して受口内面にスケールが発生する
のを防止することができる。
更に、本発明では、中子を比較的粗い鋳型砂により形
成し、Al皮膜層の下地層を鋳型砂間隙間残存状態の塗型
層とするので、溶射手段による皮膜形成にも問題は生ぜ
ず、しかも塗型を施してあるにもかかわらず、Al皮膜層
と中子砂粒とがアンカー的に結合し、鋳造時にAl皮膜が
洗われることがなく、相乗効果を発揮するものとして優
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に係る受口成形用中子を一端側
に装着した遠心力鋳造用水冷金型の一部断面図、第2図
は従来の受口成形用中子を一端側に装着した遠心力鋳造
用水冷金型の一部断面図、第3図は第2図の金型によっ
て成形された鋳鉄管の焼鈍後の受口部分の断面図であ
る。 1……遠心力鋳造用水冷金型、2……中子、3……受口
成形型部、4……中子本体、5……塗型層、6……Al又
はAl合成皮膜層。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】遠心力鋳造用金型の一端に装着されて、鋳
    造に供した後に鋳鉄管に装着されたまま焼鈍に供される
    砂型製の受口成形用中子であって、 65〜100メッシュの比較的粗い鋳型砂により形成される
    中子の少なくとも受口成形側の表面に粘結剤と黒鉛粉末
    とからなる浸透液を浸透させて鋳型砂間隙残存状態の塗
    型層が形成され、残存鋳型砂間隙を含む前記塗型層の表
    面にAl又はAl合金皮膜層が形成されていることを特徴と
    する鋳鉄管の受口成形用中子。
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