JP3895251B2 - 断熱層を備えた遠心鋳造用注湯部材及びその断熱層形成方法 - Google Patents
断熱層を備えた遠心鋳造用注湯部材及びその断熱層形成方法 Download PDFInfo
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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、前記低温焼成セラミックコーティング剤は、ＳｉＯ 2 、Ａｌ 2 Ｏ 3 、ＺｒＯ 2 及びＴｉＯ 2 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り、前記セラミックス層は、ＳｉＯ 2 ：５０〜５５ｍａｓｓ％、Ａｌ 2 Ｏ 3 ：１７〜２３ｍａｓｓ％、ＺｒＯ 2 ：８〜１３ｍａｓｓ％及びＴｉＯ 2 ：６〜１０ｍａｓｓ％を含有し、前記塗型層は、Ｃ：７５〜８５ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：１〜３ｍａｓｓ％、ＳｉＯ 2 ：７〜１２ｍａｓｓ％及びＡｌ 2 Ｏ 3 ：２〜３ｍａｓｓ％を含有し、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。
【００１４】
第２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し、前記低温焼成セラミックコーティング剤は、ＳｉＯ 2 、Ａｌ 2 Ｏ 3 、ＺｒＯ 2 、ＴｉＯ 2 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り、前記アルカリ金属塩系セラミックコーティング剤は、ＳｉＯ 2 ：５０〜５５ｍａｓｓ％、Ａｌ 2 Ｏ 3 ：１７〜２３ｍａｓｓ％、ＺｒＯ 2 ：８〜１３ｍａｓｓ％及びＴｉＯ 2 ：６〜１０ｍａｓｓ％を含有する無機質の液体状であり、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、前記塗型剤の水を除いた主要成分組成は、Ｃ：７５〜８５ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：１〜３ｍａｓｓ％、ＳｉＯ 2 ：７〜１２ｍａｓｓ％及びＡｌ 2 Ｏ 3 ：２〜３ｍａｓｓ％であり、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】
【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
【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、前記低温焼成セラミックコーティング剤は、ＳｉＯ 2 、Ａｌ 2 Ｏ 3 、ＺｒＯ 2 及びＴｉＯ 2 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り、前記セラミックス層は、ＳｉＯ 2 ：５０〜５５ｍａｓｓ％、Ａｌ 2 Ｏ 3 ：１７〜２３ｍａｓｓ％、ＺｒＯ 2 ：８〜１３ｍａｓｓ％及びＴｉＯ 2 ：６〜１０ｍａｓｓ％を含有し、前記塗型層は、Ｃ：７５〜８５ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：１〜３ｍａｓｓ％、ＳｉＯ 2 ：７〜１２ｍａｓｓ％及びＡｌ 2 Ｏ 3 ：２〜３ｍａｓｓ％を含有し、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。
【００１４】
第２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し、前記低温焼成セラミックコーティング剤は、ＳｉＯ 2 、Ａｌ 2 Ｏ 3 、ＺｒＯ 2 、ＴｉＯ 2 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り、前記アルカリ金属塩系セラミックコーティング剤は、ＳｉＯ 2 ：５０〜５５ｍａｓｓ％、Ａｌ 2 Ｏ 3 ：１７〜２３ｍａｓｓ％、ＺｒＯ 2 ：８〜１３ｍａｓｓ％及びＴｉＯ 2 ：６〜１０ｍａｓｓ％を含有する無機質の液体状であり、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、前記塗型剤の水を除いた主要成分組成は、Ｃ：７５〜８５ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：１〜３ｍａｓｓ％、ＳｉＯ 2 ：７〜１２ｍａｓｓ％及びＡｌ 2 Ｏ 3 ：２〜３ｍａｓｓ％であり、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】
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
Claims (2)
- 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、前記低温焼成セラミックコーティング剤は、ＳｉＯ 2 、Ａｌ 2 Ｏ 3 、ＺｒＯ 2 及びＴｉＯ 2 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り、前記セラミックス層は、ＳｉＯ 2 ：５０〜５５ｍａｓｓ％、Ａｌ 2 Ｏ 3 ：１７〜２３ｍａｓｓ％、ＺｒＯ 2 ：８〜１３ｍａｓｓ％及びＴｉＯ 2 ：６〜１０ｍａｓｓ％を含有し、前記塗型層は、Ｃ：７５〜８５ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：１〜３ｍａｓｓ％、ＳｉＯ 2 ：７〜１２ｍａｓｓ％及びＡｌ 2 Ｏ 3 ：２〜３ｍａｓｓ％を含有し、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、断熱層を備えた遠心鋳造用注湯部材。
- 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し、前記低温焼成セラミックコーティング剤は、ＳｉＯ 2 、Ａｌ 2 Ｏ 3 、ＺｒＯ 2 、ＴｉＯ 2 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り、前記アルカリ金属塩系セラミックコーティング剤は、ＳｉＯ 2 ：５０〜５５ｍａｓｓ％、Ａｌ 2 Ｏ 3 ：１７〜２３ｍａｓｓ％、ＺｒＯ 2 ：８〜１３ｍａｓｓ％及びＴｉＯ 2 ：６〜１０ｍａｓｓ％を含有する無機質の液体状であり、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、前記塗型剤の水を除いた主要成分組成は、Ｃ：７５〜８５ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：１〜３ｍａｓｓ％、ＳｉＯ 2 ：７〜１２ｍａｓｓ％及びＡｌ 2 Ｏ 3 ：２〜３ｍａｓｓ％であり、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、遠心鋳造用注湯部材の断熱層形成方法。
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