JP4616941B2 - 鋳鉄パイプの連続鋳造用鋳型を、保護するための生成物 - Google Patents

Description

本発明は、遠心鋳造によって製造される鋳鉄パイプ用鋳造鋳型を保護することを目的とした、粉末形状の生成物に関するものである；使用される鋳造鋳型は、一般に「シェル」という名前で呼ばれている。

鋳鉄パイプの遠心鋳造シェルを保護するために使用される被覆は、まず、シリカとベントナイトの混合物のような、接種物質および粉末状の耐熱材料から構成され、水溶性懸濁液を噴射することによって実施された。かかる被覆は、例えば、Ｐｏｎｔ−ａ−Ｍｏｕｓｓｏｎの米国特許第４０５８１５３号明細書に記載されている。

次いで、これらの生成物は、鋳鉄に流し込む前に、シェルに乾燥状態で噴出される粉末に取って替わったが、この技術は「ドライスプレー」という名前で呼ばれるものである。

その実施のために使用される技術がどのようなものであろうと、これらの生成物が使用されるのは、一方では、熱障壁効果を得て、シェルの温度上昇を制限し、それによってシェルの寿命の延長に寄与するためであり、また他方では、流し込まれた鋳鉄に対する接種効果を得て、パイプの金属工学的構造を管理するためである。

よく知られているように、不充分な接種によって、鋳鉄内での炭化物の形成、冷却の際の著しい収縮、および、型からの迅速な取り出しをもたらし、高い生産性が確保される。しかし、このようにして得られた部品は後に熱処理が必要であり、結局はコストがかかる可能性がある。

場合によっては、たとえ生産速度を遅くすることになったとしても、接種をより多く行って最終的な熱処理を回避したり、あるいは反対に、接種をより少なくして、生産性を高め、鋳鉄製の部品を下流工程で熱によって処理したりすることを選んでもよい。

したがって、「ドライスプレー」の接種能力は、十分に広い範囲内で位置付けられうるが、反対に、生成物に求められるその他の効果は、もっと一定した要請の対象となるものである。

したがって、一般的には、「ドライスプレー」として使用される生成物は、生成物の３０〜１００％を構成しうる、例えば０．１〜３％のアルミニウムおよびカルシウムを含有するフェロシリコンのような、多少とも強い効果をもつ接種物質が含まれた複数の成分の混合物と、生成物の０〜７０％を構成しうる、例えばシリカまたは蛍石のような、無機不活性添加剤とで構成される。

仏国特許発明第２６１２０９７号明細書（Ｆｏｓｅｃｏ）は、粒子が摩擦によって荷電されたＦｅＳｉＭｇタイプの合金を処理剤として使用することを記載している。

これらの混合物は粉末の形状をしており、その粒度は常に４００μｍ未満だが、微粉はない。例えば、５０〜２００μｍの間に含まれる粒度はよく適合している。
仏国特許発明２６１２０９７号明細書

本発明は、鋳鉄パイプの遠心鋳造用鋳型を保護するための、粉末状生成物を対象としており、該生成物は、接種用の金属合金、および場合によっては無機不活性粉末、ならびに、還元性が強く、液体鋳鉄の温度で気化しやすい金属を含む。

遠心鋳造による鋳鉄パイプの製造において、「ドライスプレー」として使用された先行技術の生成物には、いくつかの不都合がある。混合物に添加される無機不活性添加剤は、鋳型が詰まったり、鋳鉄内に無機不活性不純物が形成されたりするリスクを増加させることになり、パイプ上の表面の欠陥が現れることにもなりかねない。

他方、本出願人が確認したところによると、アルミニウムのような強い還元剤を添加すると、シェルがより保護され、その寿命が延びるが、特定の場合においては、パイプ表面に腐食孔が出現するリスクが増す可能性があり、これは、許容しがたいとみなされるような欠陥である。

したがって、本出願人の目的は、使用者がこのような不都合を免れることができる生成物を開発することである。これらの生成物は、例えばフェロシリコンを主成分とする接種合金、または接種合金の混合物、場合によっては無機添加剤、および、含有率が０．３〜１８％の間に含まれる還元剤を含むものであって、該還元剤は、液体鋳鉄の温度で気化しやすい金属からなるが、これはメンデレーエフの分類の第２列の金属であることができ、また好適には、元素周期分類の２ａ列の金属である。好適な金属は、カルシウム、またはマグネシウム、またはこれらの金属のうち少なくとも一方を含有する合金である。シリコン合金、とりわけＣａＳｉタイプの合金は、特によく適している。例えば、有利には、（重量で）以下の組成の合金を使用することができる：
Ｓｉ：５８〜６５％、Ｃａ：２７〜３５％、Ｆｅ：２〜７％、Ａｌ：０．４〜２％。

生成物が含有するのは、好適には、
−あるいは、重量で０．３〜４％、好適には０．５〜２％のマグネシウム。４％を超えると、微量の白っぽいＭｇＯで鋳造鋳型が詰まり始めるのが確認される。
−あるいは、重量で１５〜４０％のＣａＳｉ合金で、そのカルシウム含有量は４〜１４％の間に含まれる。

それに対し、本出願人が実行した実験で示されたところによると、
鉄を含む合金であって、典型的には１０％を超える鉄を含有し、Ｓｉを５１〜５８％、Ｃａを１６〜２０％、Ｆｅを２３〜２７％、Ａｌを０．３〜１．５％（重量で）含有する、しばしば「ＣａＳｉ鉄」と呼ばれるＦｅＳｉＣａタイプの合金、
ならびに、Ｓｉを４７〜５３％、Ｆｅを３５〜４８％、Ｍｇを２〜１２％、Ａｌを０．２〜１．５％、Ｃａを０．１〜１．５％、希土類を０〜２％（重量で）含有する、ＦｅＳｉＭｇタイプの合金は、
反対に、本発明の混合物で得られた結果よりも著しく劣る、期待はずれの結果を示した。

最終的な混合物におけるさまざまな構成要素のそれぞれの量は、過量を生じさせる可能性のある欠陥を考慮して算定された。

他方、生成物の調製に関する安全性の理由から、使用される還元性の金属または合金は、単独ではなく、不活性物質と前もって混合された形で使用されるのだが、該不活性物質とは、好適には、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、またはこれら二つのフッ化物の混合物である。効果を最大限にするために、この前もって混合された混合物における、還元性の強い金属または金属合金の含有量は、好適には１５〜６０％の間に位置する。

生成物の粒度は、４００μｍ未満、また好適には２５０μｍ未満である。４０μｍ未満、また好適には５０μｍ未満の微細な粒子は、使用時に粉塵が放出されるのを避けるために、除去される。

［比較例１］
次の構成要素からなる、先行技術による混合物を調製した：
Ｓｉが７５．２％、Ｃａが１．３％、およびＡｌが０．４５％で、粒度が５０〜２００μｍの間に含まれるフェロシリコンを８５％、ならびに、粒度が１０〜１５０μｍの間に含まれる蛍石を１５％。

参照用実験として「ドライスプレー」で使用したところ、この生成物は、満足のゆく結果を示した；パイプは５５秒の冷却後に型から取り出され、また、このようにして製造されたパイプで測定されたフェライト鋳鉄の厚さは３５ミクロンであった。それに対し、シェルのわずかな腐食が指摘された。

［参考例１］
次の構成要素からなる、本発明による混合物を調製した：
Ｓｉが７５．２％、Ｃａが１．３％、およびＡｌが０．４５％で、粒度が５０〜２００μｍの間に含まれるフェロシリコンを５５％、ならびに、１０〜１５０μｍの間の蛍石が１／３で、Ｓｉが６０．１％、Ｃａが３１．７％、およびＦｅが４．３％のケイ化カルシウムが２／３の割合で構成される混合物を４５％。

「ドライスプレー」で使用したところ、この生成物は、満足のゆく結果を示した；パイプは４５秒の冷却後に型から取り出され、また、このようにして製造されたパイプで測定されたフェライト鋳鉄の厚さは、２５μｍであった。他方、シェルの目に見える腐食は指摘されなかった。

したがって、このタイプの生成物は、比較例１で言及された生成物よりも良い結果を示している。

粒度が５０〜２５０μｍの間に含まれる粉末状マグネシウムが５０％、粒度が４０〜２５０μｍの間に含まれるフッ化マグネシウムが２５％、および粒度が４０〜２５０μｍの間に含まれる蛍石が２５％の混合物を調製した。

次に、３％が前述の混合物で、９７％がフェロシリコンで形成される、本発明による混合物を調製したが、この際のフェロシリコンは、Ｓｉが７５．２％、Ｃａが１．３％、およびＡｌが０．４５％で、粒度が５０〜２００μｍの間に含まれるものである。

実験として「ドライスプレー」で使用したところ、この生成物は、比較例１および参考例１で得られた結果よりも良いと判断される結果を示した；パイプは３７秒の冷却後に型から取り出され、また、このようにして製造されたパイプでは、フェライト鋳鉄の厚さは３０μｍであると指摘された。部品の表面状態は非常にすぐれていると判断された。

［比較例２］
実施例１の混合物と組成が同等の、先行技術による混合物を調製したが、該混合物は（重量で）以下のように構成される：
−前述の実施例で使用されたフェロシリコンと同一のロットに由来し、粒度が５０〜２００μｍの間に含まれる、Ｓｉが７５．２％、Ｃａが１．３％、およびＡｌが０．４５％の、フェロシリコンが４３％、
−Ｓｉが５０．７％、鉄が４２．０％、Ｍｇが５．２％、Ｃａが１．２％、Ａｌが０．３５％と分析され、粒度が５０〜２００μｍの間に含まれる、ＦｅＳｉＭｇタイプの合金が２９．５％、
−Ｓｉを９８．６％含有し、粒度が５０〜２００μｍの間に含まれる、金属シリコン粉末が２６％、
−粒度が４０〜２５０μｍの間に含まれるフッ化マグネシウムが０．７５％、
−粒度が４０〜２５０μｍの間に含まれる蛍石が０．７５％。

実験としてドライスプレーで使用したところ、この生成物は、実施例１で得られた結果に比べて著しく劣る結果を示した；パイプは５０秒の冷却後に型から取り出され、また、このようにして製造されたパイプではフェライト鋳鉄の厚さは３５μｍであると指摘され、部品の表面には、平方メートルあたり２５個程度の、まったく許容できないような腐食孔が出現した。

Claims (4)

1. 鋳鉄パイプの製造に使用される、遠心鋳造用鋳型を保護するための粉末状混合物であって、無機不活性粉末が添加された、接種合金を含み、該無機不活性粉末を０．２〜１５％含有し、還元性が強いと同時に液体鋳鉄の温度で揮発性であるマグネシウムも０．５〜２％の間で含有することを特徴とする混合物。
2. 使用される接種合金が、複数の接種合金の混合物であることを特徴とする、請求項１に記載の混合物。
3. 使用される無機不活性粉末が、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、またはこれら二つのフッ化物の混合物であることを特徴とする、請求項１または２に記載の混合物。
4. 還元性で揮発性であるマグネシウムが、無機不活性粉末と前もって混合された形で、混合物に導入されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の混合物の製造方法。