JP4507268B2 - 鋳造金属インゴットの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳造金属インゴットの製造方法、特に数キロ単位の鋳造金属インゴットの製造方法に関し、より詳細には溶融金属を成型器へ鋳込んだ場合に発生する成型器と金属インゴットの付着を防止させる鋳造金属インゴットの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開昭５４−１１７３２０号公報には、加熱された場合その大部分は変化を受けず、又反応もせずそのままの状態で残留するような石灰系物質、アルミナ系物質、黒鉛炭素系物質、シリカ系物質の粉粒体と、これら物質の多孔質体を混合し、この混合物を主成分となし、これにバインダー溶液と必要に応じて安定剤等を混合してなるインゴットケース用離型剤が記載されている。
【０００３】
特開昭５６−１４５９９４号公報には、構造式にＯＨ基を有する雲母粉末と初溜点が２３０℃以上のろうを主成分とする混合物で、両成分の割合（ろう／雲母）が重量比で１．５以上９以下の範囲内である、金型に塗布して焼き付けを防止する離型剤が記載されている。
【０００４】
特開昭５８−２６０１９号公報には、シリコン融点以上の軟化点を持つ材質より成り、かつ底部の一部を脱着できるように構成した鋳型を用い、該鋳型の内側にシリコンカーバイトをコーティングした後、窒化シリコン等の粉末離型剤を塗布し、該鋳型の中で多結晶シリコンを鋳造する多結晶シリコンインゴットの鋳造法が記載されている。
【０００５】
特開昭５８−３２５０４号及び特開昭５８−３２５０５号公報には、目的として、それぞれフッ化炭素又はフッ素樹脂を共析させた金属メッキ層を表面に有する加工型を用いて金属リチウムを機械的に加工する金属リチウムの加工方法が記載されている。
【０００６】
特開昭６１−９５７３６号公報には、アルミニウムまたはその合金のインゴットを鋳造するための潤滑剤として、合成グリセリントリオレートまたは大部分が合成グリセリントリオレートである混合物を使用する、インゴット表面に高温引裂き発生回数が少なく、かつ消費率が少ない鋳造方法が記載されている。
【０００７】
特開昭６２−１０７８４２号公報には、２３２℃で特定の粘度を有するアルファーオレフィン オリゴマー、脂肪酸エステル、トリグリセライド等を含有する、溶融金属、特にアルミニウム含有合金やリチウム含有合金の連続注型用の離型組成物または金型滑剤、および金型中への溶融金属の注型、注型方法が記載されている。
【０００８】
特開平６−２１２１８４号公報には、マレイン酸共重合体のアルカリ金属塩を０．１〜３０重量％とイソフタル酸及びアジピン酸のアルカリ金属塩またはイソフタル酸、アジピン酸及びオルトフタル酸のアルカリ金属塩を０．１〜３０重量％と水溶性高分子化合物０．１〜１０重量％を有し、残部が水からなり、１００〜５００℃の範囲の温度の金型に対して良好な潤滑被膜を形成し、かつ潤滑製に優れた塑性加工用水溶性潤滑離型剤が記載されている。
【０００９】
特開平７−９０２９１号公報には、無機粉体（雲母、タルク）と、シリコーン、ワックス、油脂及び金属石鹸から選ばれる１種又は２種以上と、界面活性剤と、スメクタイトクレー及び水溶性高分子とからなる、金属の汚れがなく、分散が安定で、離型性がよく、耐熱性が良好な水溶性ダイカスト用離型剤が記載されている。
【００１０】
特開平９−２９５１０２号公報には、離型剤成分が、平均粒径０．３〜５．０μｍの鱗片状の天然黒鉛粉末からなる黒鉛系固体潤滑剤０．０４〜１．５重量％と、平均粒径０．８〜１０．０μｍの鱗片状の窒化ホウ素、二硫化モリブデン及びタルク粉末から選ばれる１種又は２種以上からなる非黒鉛系固体潤滑剤０．０８〜２．０重量％とを混合したものであって、優れた離型性や鋳込み時の潤滑性が得られることはもとより、得られた鋳物表面の外観や耐蝕性を損ねることなく、鋳物製品の品質安定性を確保することが可能な金型鋳造用離型剤と、その離型剤を用いた軽金属の金型鋳造法が記載されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
鋳造される金属のうち、アルカリ金属特に金属ナトリウムは主に還元剤及び有機化合物の触媒に利用されており、主に溶融塩電解で生成され、コンテナ−に受け、タンク等に貯蔵される。この金属ナトリウムは、還元用や触媒用等として使用するために、数百グラムから数キログラム単位のインゴットに加工されるが、そのインゴット製造過程において、溶融ナトリウムを成型器へ鋳込んだ際に、成型器とナトリウムインゴットが付着して離型が困難となる等の問題があった。上述したように、鋳造金属を成型器から付着しないように離型する方法としては幾つか知られているが、いずれの場合も、金属ナトリウム以外の成分が表面に付着するため、金属ナトリウムに類似する成分以外の不純物を嫌う用途においては使用することができないという問題があった。
本発明は、特に鋳造アルカリ金属の製造方法において、溶融金属成型器への鋳込、冷却後、成型器に金属インゴット容易に離型でき、問題となる不純物の少ない製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、鋳造に際して、成型器内面に溶融金属の炭酸塩の層を形成させることにより、成型器への金属インゴットの付着が防止できることを見出し、ナトリウムとは異質の不純物を少なくすることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明は、
（１）成型器に溶融金属を鋳込み、成型器中の溶融金属を冷却する鋳造金属インゴットの製造方法において、当該金属の炭酸塩からなるコ−ティング層がその内壁に形成された成型器を用いることを特徴とする鋳造金属インゴットの製造方法、
（２）金属がアルカリ金属であることを特徴とする（１）に記載の鋳造金属インゴットの製造方法、
（３）アルカリ金属がナトリウムであることを特徴とする（２）に記載の鋳造金属インゴットの製造方法、
に関する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明のアルカリ金属インゴット等の鋳造金属インゴットの製造方法は、その内壁に当該金属の炭酸塩からなるコ−ティング層が形成された成型器に、溶融した当該金属を鋳込み、成型器中の溶融金属を冷却することを特徴とする。
【００１５】
本発明の鋳造金属インゴットの製造方法における金属としては、成型器中に溶融物を鋳込んで鋳造金属インゴットを製造することが行われている金属であればどのような金属でもよく、例えば、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属の他、リチウム、ナトリウム含有合金等のアルカリ金属含有合金、アルミニウムやアルミニウム含有合金、マグネシウムやマグネシウム含有合金を例示することができる。また、アルカリ金属やアルカリ金属含有合金としては、上記リチウム、ナトリウム、カリウムやリチウム、ナトリウム、カリウム含有合金等を例示することができる。
【００１６】
また、本発明において鋳造金属インゴットとは、溶融金属を柱状形状の成型器に注入して凝固して得られる柱状の金属の鋳塊をいう。そして、本発明の鋳造金属インゴットの製造方法は、アルカリ金属の中でも、特に成型器に付着しやすいナトリウムに好適に用いられる。
【００１７】
本発明における成型器としては、溶融金属が注入される鋳型を形成することができるものであればどのようなものでもよいが、例えば、成型器本体及び定盤とから構成されるものを挙げることができる。成型器本体の上部と下部には、通常、定盤及び鋳込み装置のフランジ部と螺合するためのフランジ部が設けられている。また、成型器本体の形状としては、円錐台形状、角部が丸くなった角錐台形状、円柱状形状、角部が丸くなった角柱状形状等を例示することができるが、凝固後のインゴットのスムーズな成型器からの離型の点から円錐台形状が好ましい。また、成型器の材質としては、鉄、ステンレス鋼、銅などを例示することができ、成型器の肉厚が１〜１０ｍｍ程度のものが通常使用される。
【００１８】
本発明において成型器の内壁に形成される金属の炭酸塩からなるコーティング層は当該金属の炭酸塩からなるコーティング層であり、例えば金属がナトリウムの場合、金属炭酸塩からなるコーティング層は炭酸ナトリウムからなるコーティング層を意味する。上記例示した合金の場合には、それぞれ対応する金属の炭酸塩を混合して用いることができる。そして、かかる金属炭酸塩からなるコーティング層の成型器内壁への形成は、どのような方法により行ってもよいが、例えば、金属がナトリウム等のアルカリ金属の場合は、炭酸ナトリウム水溶液またはメタノール等のアルコール溶液を、刷毛塗り、スプレーによる吹きつけ等により塗布し、溶媒を乾燥させることにより、形成させることができる。コーティング層の厚みは、特に制限されないが、例えばJIS Ｋ ５４０に記載された指擦り試験で、内壁表面からはがれ落ちない程度の厚みであれば、任意の厚みに設定できる。
【００１９】
また、これら金属炭酸塩からなるコーティング層はプレコート層を介して成型器内面に形成させることもできる。プレコート層としては、従来公知の離型剤等により形成されるコーティング層であればであればどのようなものでもよいが、溶融金属の鋳込み温度においても安定な離型剤を用いたコーティング層が好ましく、具体的には引火点流動パラフィンやシリコンオイルを例示することができる。また、金属炭酸塩からなるコーティング層を形成するときには、成型器内壁への付着性を高めるため、内壁表面をサンドペーパー研磨であらかじめ傷を付けておくことが好ましい。
以下実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の範囲は実施例に限定されるものではない。
【００２０】
【実施例】
実施例１
ステンレス製成型器（内径底５１×内径開口部７１×内径高３６×肉厚０．４ｍｍ）内面に形成させる炭酸ナトリウム粉末をメタノ−ル溶媒に分散し懸濁化させ、▲１▼その炭酸ナトリウム分散液を刷毛で成型器内へ塗布し、▲２▼ドラヤ−による温風で加熱し乾燥させた。この▲１▼および▲２▼の操作を５〜１０回程度繰り返し行うことにより成型器内面に一定の厚みの炭酸ナトリウム層を形成した。
窒素雰囲気のボックス内において、マントルヒ−タ−内にステンレス製の柄杓を置き、その中に固体金属ナトリウムを７０ｇ程度入れ、１００℃〜１２０℃に加熱溶融し、その後炭酸ナトリウムコ−ティングされた成型器内へ全量鋳込み、冷却後、成型器から金属ナトリウムを離型した。成型器内に金属ナトリウムの付着は見られなかった。この操作を繰り返し行ったところ、１５回の連続成型が可能となった。
【００２１】
実施例２
ステンレス製成型器（内径底８３×内径開口部８７×内径高６０×肉厚１〜３ｍｍ）内面にＡＡ４０番サンドペ−パ−で傷を付けた。ステンレス製成型器内面に形成させる炭酸ナトリウム粉末を無水エタノールに分散し懸濁化させ、▲１▼その炭酸ナトリウム分散液を刷毛で成型器内へ塗布し、▲２▼ドラヤ−による温風で加熱し乾燥させた。この▲１▼および▲２▼の操作を５〜１０回程度繰り返し行うことにより成型器内面に一定の厚みの炭酸ナトリウム層を形成した。
大気中において、溶融金属ナトリウム貯槽から１２０℃の溶融金属ナトリウム約２００ｇを成型器内に計り取り、直ちに金属製の蓋を成型器開口部に置き、自然放冷させ、金属ナトリウムインゴットを成型器から離型した。その際、成型器内面には、金属ナトリウムの付着は見られなかった。この操作を繰り返し行ったところ、２０回の連続成型が可能となった。
【００２２】
実施例３
ステンレス製成型器（内径底５１×内径開口部７１×内径高３６×肉厚０．４ｍｍ）内面に形成させる炭酸ナトリウム粉末を水溶媒に分散し懸濁化させ、▲１▼その炭酸ナトリウム分散液を刷毛で成型器内へ塗布し、▲２▼ドラヤ−による温風で加熱乾燥し、全体に炭酸ナトリウム層が形成された後、▲３▼乾燥機で１００℃×２時間保持させ、残りの水分を追い出した。この▲１▼〜▲３▼の操作を２〜５回程度繰り返し行うことにより成型器内面に一定の厚みの炭酸ナトリウム層を形成した。
窒素雰囲気のボックス内において、マントルヒーター内にステンレス製の柄杓を置き、その中に固体金属ナトリウムを７０ｇ程度入れ、１００℃〜１２０℃に加熱溶融し、その後炭酸ナトリウムコーティングされた成型器内へ全量鋳込み、自然放冷させ、金属ナトリウムインゴットを成型器から離型した。その際、成型器内面には、金属ナトリウムの付着は見られなかった。この操作を繰り返し行ったところ、１０回の連続成型が可能となった。
【００２３】
比較例１
窒素雰囲気のボックス内において、マントルヒーター内にステンレス製の柄杓を置き、その中に固体金属ナトリウムを７０ｇ程度入れ、１００℃〜１２０℃に加熱溶融し、その後ステンレス製成型器（内径底５１×内径開口部７１×内径高３６×肉厚０．４ｍｍ）内へ鋳込み、自然放冷させ、金属ナトリウムインゴットを成型器から離型した。その際、成型器内面には、金属ナトリウムの付着は見られ、連続成型は不可能であった。
【００２４】
比較例２
大気中において、ＡＡ４０番サンドペーパーで内面に傷を付けたステンレス製成型器（内径底８３×内径開口部８７×内径高６０×肉厚１〜３ｍｍ）へ溶融金属ナトリウム貯槽から１２０℃の溶融金属ナトリウム約２００ｇを計り取り、直ちに金属製の蓋を成型器開口部に置き、自然放冷させ、金属ナトリウムインゴットを成型器から離型した。その際、成型器内面には、金属ナトリウムの付着は見られ、連続成型は不可能であった。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の方法によれば、溶融金属の炭酸塩層を成型器内側に形成させることにより、溶融金属を成型器へ鋳込み、冷却後離型時に発生する成型器と金属との付着を防止し、連続的に金属インゴットを製造することができ、さらに金属とは異質の不純物を軽減することができる。

Claims (2)

1. 成型器に溶融金属を鋳込み、成型器中の溶融金属を冷却する鋳造金属インゴットの製造方法において、当該金属がアルカリ金属であり、当該金属の炭酸塩からなるコ−ティング層がその内壁に形成された成型器を用いることを特徴とする鋳造金属インゴットの製造方法。
2. アルカリ金属がナトリウムであることを特徴とする請求項１に記載の鋳造金属インゴットの製造方法。