JP4688618B2 - 浸硫防止塗型剤 - Google Patents
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Description
本発明は、有機自硬性鋳型で鋳造を行うとき、鋳物砂に硬化剤として添加される硫酸やキシレンスルホン酸などより発生する硫黄を含む酸性ガスによる鋳物への浸硫現象を確実に防止する塗型層を形成する浸硫防止塗型剤に関する。
有機自硬性鋳型では、粘着剤としてフラン樹脂やフェノール樹脂などを添加し、硬化剤として硫黄を含む硫酸やキシレンスルホン酸が添加されている。有機自硬性型は、造型や鋳造後の型のバラシも容易であり、砂の再生利用率も高いことなどから、広く普及し用いられている。
しかしながら、有機自硬性鋳型では、鋳造したときに鋳物砂に硬化剤として添加した硫黄を含む硫酸やキシレンスルホン酸が熱分解し、酸性であるＳＯｘ、Ｈ２Ｓなどの硫黄を含む酸性ガスが発生し、発生した酸性ガスは、鋳物に進入し金属組織異常の原因となる。鋳造した鋳物は、発生した硫黄を含む酸性ガスと溶湯とが接触することにより、球状黒鉛鋳鉄では黒鉛の球状化が阻害され、球状化不良をまねくことがあった。その結果、球状黒鉛鋳鉄では、強度や靭性が低下するという問題があった。
そこで、有機自硬性鋳型において発生する浸硫現象を防止する方法としては、炭酸化合物、金属酸化物、鉱物粉末などを組み合わせて含有した塗型剤により塗型を形成する方法があるが（例えば、特許文献１参照）、特に厚肉鋳物などについては浸硫現象の防止効果が不充分であるという問題があった。
特開昭６１−２９３６２５号公報
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、有機自硬性鋳型で鋳造を行うとき、鋳型より発生する硫黄を含む酸性ガスによる鋳物への浸硫現象を確実に防止する塗型層を形成する浸硫防止塗型剤を提供することを目的とする。
本発明の浸硫防止塗型剤は、骨材配合が、酸化カルシウムと、酸化鉄と、シリカを含み、前記骨材の融点を１，３００℃から１，４００℃とすることによって、硫黄を含む酸性ガスを遮断する効果を持たせるとともに、前記硫黄を含む酸性ガスを中和する中和剤を含有することとした。
また、前記酸化カルシウムは、前記塗型剤骨材の内１０重量％から４５重量％であり、かつ前記酸化鉄は、前記塗型剤骨材の内５重量％から８５重量％であり、かつ前記シリカは、前記塗型剤骨材の内５重量％から６０重量％であることとした。また、前記中和剤は、前記骨材に対し０．１重量％から３０重量％を含むこととした。また、前記中和剤は、珪酸ソーダとすることとした。また、化学反応の一例として下式を示した。
Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ＋ＳＯ３→Ｎａ２ＳＯ４＋Ｈ２ＳｉＯ３
Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ＋ＳＯ３→Ｎａ２ＳＯ４＋Ｈ２ＳｉＯ３
本発明の浸硫防止塗型剤は、骨材配合が酸化カルシウムと、酸化鉄と、シリカで形成され、硫黄を含む酸性ガスを遮断する効果を持たせ、硫黄を含む酸性ガスを中和する中和剤を含有させたため、有機自硬性鋳型で鋳造を行うとき、鋳型より発生する硫黄を含む酸性ガスによる浸硫現象を防止することができる。
遮断効果を高めるためには、前記酸化カルシウムは、前記塗型剤骨材の内１０重量％から４５重量％であり、かつ前記酸化鉄は、前記塗型剤骨材の内５重量％から８５重量％であり、かつ前記シリカは、前記塗型剤骨材の内５重量％から６０重量％である必要がある。そうすることで、骨材の融点は、１，４００℃以下となる。鋳込みを行い、溶湯が型に満たされると、その熱で骨材粒子が焼結することで酸性ガスの遮断効果が高まる。また、１，３００℃未満の温度になると鋳物に鋳肌不良が発生してしまうので好ましくない。よって、１，３００℃から１，４００℃に融点を設定することで浸硫現象もなく、鋳肌不良も発生しない健全な鋳物を製造することができる。
以下、本発明の浸硫防止塗型剤の実施の形態につき、図を参照しながら説明する。
図１に、試供品の製作用の有機自硬性鋳型の断面図を示す。有機自硬性鋳型１０は、図１に示すように、縦２００ｍｍ×横３００ｍｍ×高さ２００ｍｍの空間１１が形成されるように鋳物砂による鋳型１４を鋳枠１３の内側に造型し、湯口１５より湯道１６を通して鋳鉄の溶湯１７を流し込む。このとき、鋳型１４と空間１１の間には塗型層１２が設けられている。鋳物が冷却し解枠されたら、底面側の中心部を切断し、鋳物−塗型層界面の組織を観察して浸硫現象の有無を観察する。鋳型は鋳物砂に対し1.5重量％のフラン樹脂と、キシレンスルホン酸1.3重量％、硫黄0.5％を添加して作製する。また、注湯材質は球状黒鉛鋳鉄とする。表１は、本発明の浸硫防止塗型剤により塗型層を形成して製作した実施例１〜４の試供品のデータと、その他の塗型剤を用いて製作した比較例１〜８の試供品のデータを示す。
表１の酸化カルシウムＣａＯと酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３とシリカＳｉＯ２とは、骨材配合の重量％を示し、珪酸ソーダＮａ２Ｏ・ｎＳｉＯ２・ｍＨ２Ｏと水とは、骨材に対する重量％を示す。また、表１は、鋳込みを行うときの融点[℃]と、試供品の金属組織写真から求めた浸硫深さ[ｍｍ]のデータを示し、備考欄には、試供品の金属組織写真の図の番号を示す。図２は、実施例1の金属組織写真を示し、図３は、実施例２の金属組織写真を示し、図４は、比較例１の金属組織写真を示し、図５は、比較例４の金属組織写真を示す。
表１に示すように、実施例１〜４に使用する本発明の浸硫防止塗型剤は、遮断効果のある組成をそれぞれ設定し、骨材に対し珪酸ソーダＮａ２Ｏ・ｎＳｉＯ２・ｍＨ２Ｏを６重量％、水を６０重量％含有し、融点を１３００〜１４００℃としたものであり、実施例１〜４は、浸硫の深さが１．５ｍｍの問題のない範囲に低下したものとなっている。
比較例１に使用する塗型剤は、酸化カルシウムＣａＯと酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３との骨材と、中和剤の珪酸ソーダＮａ２Ｏ・ｎＳｉＯ２・ｍＨ２Ｏとを含有せずに、シリカ４０重量％、黒鉛１０重量％、粘土５重量％、コロイダルシリカ５重量％、水４０重量％の配合としたものである。比較例１は、浸硫の深さが１２ｍｍとかなり大きな値を示している。また、比較例２に使用する塗型剤は、実施例１と同様の骨材配合を設定し融点を１３００〜１４００℃としたもので、珪酸ソーダＮａ２Ｏ・ｎＳｉＯ２・ｍＨ２Ｏを添加しなかった配合であるが、浸硫の深さが５ｍｍと大きな値を示している。また、比較例４〜８に使用する塗型剤は、実施例１〜４と異なる骨材配合をそれぞれ設定し、骨材に対し珪酸ソーダＮａ２Ｏ・ｎＳｉＯ２・ｍＨ２Ｏを６重量％、水を６０重量％含有し、融点が１４００℃を上回る値としたものであり、浸硫の深さが３．５〜６ｍｍの大きな値を示している。
実施例１〜４と比較例１〜８の浸硫の深さは、それぞれの金属組織写真より求めた。実施例１〜４は、代表として示した図２、３の金属組織写真より分かるように、浸硫の深さが１．５ｍｍの問題のない値となっている。一方、比較例１〜８は、代表として示した図４、５の金属組織写真より分かるように、浸硫の深さが３．５および１２ｍｍの大きな値を示している。融点が１３００℃を下回るときには、鋳肌荒れの原因となるが、１４００℃を上回るときには、浸硫の深さが深くなり浸硫防止効果がなくなることも分かる。また、本発明の浸硫防止塗型剤は、中和剤の珪酸ソーダＮａ２Ｏ・ｎＳｉＯ２・ｍＨ２Ｏの含有量を骨材に対して０．１重量％を下回るようにした場合には、塗型が脆くなり、３０重量％を上回るようにした場合には、塗型にひび割れを発生することがあるため、遮断剤に対し０．１重量％から３０重量％の中和剤を含有させる必要がある。
図６は、実施例１〜４と、比較例１〜８とのデータをプロットした３次元平衡状態図を示す。
図６に示すように、実施例１〜４は、酸化カルシウムが前記塗型剤骨材の内１０重量％から４５重量％であり、かつ酸化鉄は、塗型剤骨材の内５重量％から８５重量％であり、かつシリカは、塗型剤骨材の内５重量％から６０重量％の範囲で、融点が１３００〜１４００℃の範囲の塗りつぶしの領域にあり、塗りつぶしの領域では、浸硫の深さが問題のない値となっていることが分かる。一方、比較例３〜８は、融点が１４００℃を上回る塗りつぶし外の領域にあり、浸硫の深さが高い値となっていることが分かる。比較例２は、実施例１と同様に骨材の組成を設定し、珪酸ソーダＮａ２Ｏ・ｎＳｉＯ２・ｍＨ２Ｏを含有せずに、融点を１３００〜１４００℃としたものであるが、珪酸ソーダＮａ２Ｏ・ｎＳｉＯ２・ｍＨ２Ｏを含有しないことにより浸硫の深さは大きな値を示していることが分かる。
以上述べたごとく、本発明の浸硫防止塗型剤は、有機自硬性鋳型で鋳造を行うとき、鋳型より発生する硫黄を含む酸性ガスによる鋳物への浸硫現象を確実に防止することができ、また、酸化カルシウムが前記塗型剤骨材の内１０重量％から４５重量％であり、かつ酸化鉄は、塗型剤骨材の内５重量％から８５重量％であり、かつシリカは、塗型剤骨材の内５重量％から６０重量％の範囲で浸硫現象を防止する効果を発揮する。また、１，３００℃未満の温度になると鋳物に鋳肌不良が発生してしまうので好ましくない。よって、１，３００℃から１，４００℃に融点を設定することで浸硫現象もなく、鋳肌不良も発生しない健全な鋳物を製造することができる。
なお、本発明の浸硫防止塗型剤は、有機自硬性鋳型を用いるあらゆる鋳造プロセスに対応することができる。
また、本発明の実施の形態で説明した酸化カルシウムとシリカとは、珪酸カルシウムとして使用し、同様の効果を得ることができる。
１０ 有機自硬性鋳型
１１ 空間
１２ 塗型層
１２a 骨材
１２b 珪酸ソーダ
１３ 鋳枠
１４ 鋳型
１５ 湯口
１６ 湯道
１７ 溶湯
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Claims (4)
- 骨材配合が、酸化カルシウムと、酸化鉄と、シリカを含み、前記骨材の融点を１，３００℃から１，４００℃とすることによって、硫黄を含む酸性ガスを遮断する効果を持たせるとともに、前記硫黄を含む酸性ガスを中和する中和剤を含有することを特徴とする鋳鉄用の浸硫防止塗型剤。
- 前記酸化カルシウムは、前記塗型剤骨材の内１０重量％から４５重量％であり、かつ前記酸化鉄は、前記塗型剤骨材の内５重量％から８５重量％であり、かつ前記シリカは、前記塗型剤骨材の内５重量％から６０重量％であることを特徴とする請求項１に記載の鋳鉄用の浸硫防止塗型剤。
- 前記中和剤は、前記骨材配合に対し０．１重量％から３０重量％を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の鋳鉄用の浸硫防止塗型剤。
- 前記中和剤は、珪酸ソーダとすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の鋳鉄用の浸硫防止塗型剤。
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