JP5159330B2 - 遠心鋳造鋳型用砂型及び圧延ロールの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、中空又は中実の圧延ロールの作製に用いられる遠心鋳造用金型の内側に配置される遠心鋳造鋳型用砂型と圧延ロールの製造方法に関するものであり、より具体的には、圧延ロール製造用の遠心鋳造鋳型用砂型を製作するときの常温での造形性に優れ、圧延ロールの遠心鋳造に耐える耐熱性と強度を有し、遠心鋳造後の遠心鋳造鋳型用砂型の崩壊性にすぐれロールの生産性向上が可能であり、かつ圧延ロールの鋳造欠陥の発生を防止することができる遠心鋳造鋳型用砂型と該砂型を用いた圧延ロールの製造方法に関するものである。
遠心鋳造は、筒状の遠心鋳造用金型の内側又は内側両端部に遠心鋳造鋳型用砂型(以下適宜「砂型」という)を配置して形成した遠心鋳造鋳型（以下適宜「鋳型」という）を高速回転し、遠心力を作用させた状態で、内部に溶湯を鋳込み、溶湯を凝固させることで円柱体又は円筒体の圧延ロールを製造するものである。遠心鋳造では、外径２００ｍｍ程度の小型のものから１０００ｍｍを越えるような大型のものまで種々の外径の圧延ロールを製造することができる。
上記遠心鋳造鋳型用砂型を遠心鋳造用金型の内側に配置した遠心鋳造鋳型で中空のロール外層体を形成した後、ロール外層体を内装した状態で遠心鋳造鋳型をその軸心を鉛直方向に向け、ロール軸体鋳造用砂型を配置した下型に載置し、遠心鋳造鋳型とロール軸体鋳造砂型が結合した結合鋳型内空間にロール軸体用溶湯を注湯することで、ロール外層体とロール軸体が溶着した中実の複合ロールが作製される。また、ロール外層体とロール軸体の間に中間層を形成しても良い。
遠心鋳造鋳型用砂型は、従来、所謂ホロ砂と呼ばれる粘土を含む湿態性の混合砂から形成されている。ホロ砂とは、一般に、古砂、川砂及び粘土砂を混合したＳｉＯ2系の砂を意味する。
鋳型内に配備される遠心鋳造鋳型用砂型は、砂型成型用金枠で形成される筒状空間内にホロ砂を充填し、サンドランマーで突き固めた後、ホロ砂中の水分を乾燥除去することにより造型される(例えば、特許文献１参照)。
鋳型内に配備される遠心鋳造鋳型用砂型は、砂型成型用金枠で形成される筒状空間内にホロ砂を充填し、サンドランマーで突き固めた後、ホロ砂中の水分を乾燥除去することにより造型される(例えば、特許文献１参照)。
しかし、このホロ砂を圧延ロール製造用の遠心鋳造鋳型用砂型として用いる場合、以下の課題を有していた。
（１）ホロ砂は、古砂と川砂と粘土砂を混合したものであり、圧延ロール製造用砂型として適する形状に成型するときに、砂型成型用金枠にホロ砂を充填した後、複数回つき固める必要があり、造型の作業性が悪く手間がかかるものであった。
（２）ホロ砂で成型した砂型は、圧延ロールの遠心鋳造に耐えうる熱間強度は有しているが、ホロ砂による砂型の場合、圧延ロール用の高温の溶湯に長時間曝されるため、ホロ砂が熱溶融してホロ砂どうしが溶融着したり、ホロ砂と溶湯が溶融着を引き起こす傾向が多い。このホロ砂どうしの溶融着は、砂型の崩壊性を悪くし、圧延ロール遠心鋳造後に使用済の砂型が崩壊しにくくロールの生産性向上の阻害や砂型の再利用を困難にするものであった。また、ホロ砂と溶湯の溶融着は、圧延ロール表面の肌荒れによる鋳造欠陥を引き起こすおそれがあった。
（１）ホロ砂は、古砂と川砂と粘土砂を混合したものであり、圧延ロール製造用砂型として適する形状に成型するときに、砂型成型用金枠にホロ砂を充填した後、複数回つき固める必要があり、造型の作業性が悪く手間がかかるものであった。
（２）ホロ砂で成型した砂型は、圧延ロールの遠心鋳造に耐えうる熱間強度は有しているが、ホロ砂による砂型の場合、圧延ロール用の高温の溶湯に長時間曝されるため、ホロ砂が熱溶融してホロ砂どうしが溶融着したり、ホロ砂と溶湯が溶融着を引き起こす傾向が多い。このホロ砂どうしの溶融着は、砂型の崩壊性を悪くし、圧延ロール遠心鋳造後に使用済の砂型が崩壊しにくくロールの生産性向上の阻害や砂型の再利用を困難にするものであった。また、ホロ砂と溶湯の溶融着は、圧延ロール表面の肌荒れによる鋳造欠陥を引き起こすおそれがあった。
本発明の目的は、上記課題を解決するものであり、（１）圧延ロール製造用の遠心鋳造鋳型用砂型を製作するときの常温での成型性に優れ、（２）圧延ロールの遠心鋳造に耐える耐熱性と強度を有し、遠心鋳造後の遠心鋳造鋳型用砂型の崩壊性にすぐれロールの生産性向上が可能であり、かつ圧延ロールの鋳造欠陥の発生を防止し得る圧延ロールの遠心鋳造鋳型用砂型及び圧延ロールの製造方法を提供することである。
上記課題を解決するために本発明の遠心鋳造鋳型用砂型は、
圧延ロールの製造に用いられる遠心鋳造用金型の内側に形成される圧延ロール製造用の遠心鋳造鋳型用砂型であって、
骨材、有機粘結剤、無機粘結剤に対して、硬化剤を混練すること、または硬化剤を吹き込むことにより硬化させて作製される。
圧延ロールの製造に用いられる遠心鋳造用金型の内側に形成される圧延ロール製造用の遠心鋳造鋳型用砂型であって、
骨材、有機粘結剤、無機粘結剤に対して、硬化剤を混練すること、または硬化剤を吹き込むことにより硬化させて作製される。
有機粘結剤は、水溶性アルカリフェノール樹脂とすることができる。
また、無機粘結剤は、珪酸ナトリウム及び／又は珪酸カリウムを主成分とする粘結剤を用いることができる。
また、無機粘結剤は、珪酸ナトリウム及び／又は珪酸カリウムを主成分とする粘結剤を用いることができる。
有機粘結剤は、骨材１００重量部に対して、固形物換算で０.１〜４.２重量部、無機粘結剤は、骨材１００重量部に対して、固形物換算で０.１〜５.０重量部とすることが望ましい。
本発明の遠心鋳造鋳型用砂型は、粘結剤として有機粘結剤と無機粘結剤を組み合わせて用いるため圧延ロール用砂型として造型性が良好であり、かつ、常温における鋳型強度が高いために扱い易く、生産性にすぐれる。さらに、圧延ロール鋳造後の砂型の崩壊性も良好であり、使用した骨材の表面に残留する粘結剤を適切に除去することで、骨材の再利用が可能であり、廃棄物の低減による環境負荷の低減効果と経済的効果を得ることができる。さらに、骨材と溶湯との熱溶融、差し込み、砂噛み等が生じにくいため、製造された圧延ロールに肌荒れ等の鋳造欠陥も起こりにくい。
本発明の遠心鋳造鋳型用砂型(20)は、図１に示すように略円筒状の遠心鋳造用金型(10)の内側、特に内側両端部に配置される。砂型(20)は、骨材、有機粘結剤、無機粘結剤に対して、硬化剤を混練すること、または硬化剤を吹き込むことにより硬化させて作製される。
骨材は、天然珪砂、人造珪砂、人工砂、ジルコンサンド、及び、クロマイトサンドからなる群より選択される一種以上の砂を用いることができる。
骨材は、新砂や、乾式機械処理、湿式処理又は焙焼処理等を施した再生砂を用いることができる。乾式機械処理は、高速回転するドラム内に砂を投入し、砂粒子同士を衝突させて、砂粒に付着している粘結剤硬化物等を剥離させる処理や、ドラム内に砂粒を滞留させて、遠心力を与えながら摩擦により、砂粒に付着している粘結剤硬化物等を剥離させる処理である。湿式処理は、水や有機溶剤等を用いて砂粒の表面に付着している粘結剤硬化物を溶解せしめ除去する処理である。焙焼処理とは、３５０〜１０００℃の熱によって砂粒を加熱し、付着している粘結剤硬化物等を燃焼除去する処理である。
骨材を再生利用することで、産業廃棄物を低減することができ、環境への負荷が軽減されると共に、大きな経済効果を得ることができる。
上記した骨材は、耐火性、耐熱性にすぐれ、熱膨張率が低いため、砂型の材料として好適であり、作製される鋳物製品の焼き付き欠陥、割れ欠陥を防止し、寸法精度の向上を図ることができる等のすぐれた特性を有する。
骨材は、新砂や、乾式機械処理、湿式処理又は焙焼処理等を施した再生砂を用いることができる。乾式機械処理は、高速回転するドラム内に砂を投入し、砂粒子同士を衝突させて、砂粒に付着している粘結剤硬化物等を剥離させる処理や、ドラム内に砂粒を滞留させて、遠心力を与えながら摩擦により、砂粒に付着している粘結剤硬化物等を剥離させる処理である。湿式処理は、水や有機溶剤等を用いて砂粒の表面に付着している粘結剤硬化物を溶解せしめ除去する処理である。焙焼処理とは、３５０〜１０００℃の熱によって砂粒を加熱し、付着している粘結剤硬化物等を燃焼除去する処理である。
骨材を再生利用することで、産業廃棄物を低減することができ、環境への負荷が軽減されると共に、大きな経済効果を得ることができる。
上記した骨材は、耐火性、耐熱性にすぐれ、熱膨張率が低いため、砂型の材料として好適であり、作製される鋳物製品の焼き付き欠陥、割れ欠陥を防止し、寸法精度の向上を図ることができる等のすぐれた特性を有する。
骨材が人工砂の場合、球状であるため充填時の砂同士の接触状況がよく、常温、及び、高温で高強度を得やすくなる。さらに、人工砂の主成分は酸化アルミニウム等の金属酸化物であることが望ましい。人工砂の構成として、酸化アルミニウム等の金属酸化物を５０重量％以上含有することで、さらに優れた耐熱性を発揮するため、砂同士の融着が起こりにくくなり、崩壊性がより向上する。
粘結剤は、有機粘結剤と無機粘結剤の両方を用いる。
有機粘結剤として、水溶性アルカリフェノール樹脂を挙げることができる。この種フェノール樹脂として、アルカリ性レゾール型フェノール樹脂を例示でき、フェノール類とアルカリ性触媒の存在下で反応させて得ることができる。これは、フェノール、ビスフェノールＡなどのフェノール類の一種又は二種以上とホルムアルデヒドとを、アルカリ金属水酸化物存在下で、ホルムアルデヒドがフェノールと等モル量かそれ以上となるような反応系で反応させて得られるものであり、フェノール性水酸基の水素や、メチロール基の一部がアルカリ金属で置換された高アルカリ性の水溶性フェノール樹脂である。ここで用いられるアルカリ金属水酸化物は、特に限定されるものではなく、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム及び水酸化リチウムなどの一種又は二種以上とすることができる。
水溶性アルカリフェノール樹脂の添加量は、骨材１００重量部に対して、固形物換算で０.１〜４.２重量部とすることが好適であり、０．５〜３．５重量部とすることがより好適である。水溶性アルカリフェノールの添加量が、０.１重量部未満であれば、砂型を形成した際に、十分な強度を得ることができずに型崩れを起こしてしまうことがある。また、添加量が４．２重量部を越えると、注湯時の熱によって分解ガスが多量に発生して、製品にガス欠陥を誘発する原因となることがある。
水溶性アルカリフェノール樹脂の添加量は、骨材１００重量部に対して、固形物換算で０.１〜４.２重量部とすることが好適であり、０．５〜３．５重量部とすることがより好適である。水溶性アルカリフェノールの添加量が、０.１重量部未満であれば、砂型を形成した際に、十分な強度を得ることができずに型崩れを起こしてしまうことがある。また、添加量が４．２重量部を越えると、注湯時の熱によって分解ガスが多量に発生して、製品にガス欠陥を誘発する原因となることがある。
本発明において、有機粘結剤を用いたのは、常温での硬化性にすぐれ、常温での砂型の強度を確保できるからである。しかしながら、有機粘結剤は、温度上昇と共に強度が低下するから、有機粘結剤を単独で用いると、熱間での鋳型強度を十分具備できない。
無機粘結剤は、一般式Ｍ2Ｏ・ｎＳｉＯ2(ｎは１.０〜４.０)で示される珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、珪酸リチウムなどの一種又は二種以上とすることができる。無機粘結剤の添加量は、骨材１００重量部に対して、固形物換算で０.１〜５.０重量部とすることが好適であり、１．０〜４．０重量部とすることがより好適である。無機粘結剤の添加量が、０.１重量部未満であれば、十分な熱間強度を得ることができずに型崩れを起こしてしまうことがある。また、添加量が５.０重量部を越えると、鋳造後に砂型をばらす際に、崩壊性が悪くなり、作業効率の低下を招くことがある。
本発明において、無機粘結剤を用いたのは、高温での硬化性にすぐれ、高温での砂型の強度を確保できるからである。しかしながら、無機粘結剤は、常温における強度が劣るため、無機粘結剤を単独で用いると、常温鋳型強度は十分でなく、また、常温にて砂型を成型することが困難となる。
そこで、本発明では、常温での鋳型強度にすぐれる有機粘結剤と、高温での鋳型強度にすぐれる無機粘結剤の両方を組み合わせて使用することで、常温においては有機粘結剤、高温においては無機粘結剤により、高い強度を具備した砂型を得るようにした。
そこで、本発明では、常温での鋳型強度にすぐれる有機粘結剤と、高温での鋳型強度にすぐれる無機粘結剤の両方を組み合わせて使用することで、常温においては有機粘結剤、高温においては無機粘結剤により、高い強度を具備した砂型を得るようにした。
有機粘結剤及び無機粘結剤の硬化剤として、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、トリエチレングリコールジアセテート、トリアセチレン(グリセリントリアセテート)、各種二塩基酸のジアルキルエステルなどが好適である。エステル類は、一種又は二種以上を混合して用いることができる。またガス化したギ酸メチルや炭酸ガスを使用することも可能である。硬化剤の添加量は、有機粘結剤及び無機粘結剤を硬化させるために必要な量とすることができる。例えば、有機粘結剤及び無機粘結剤の合計固形物換算１００重量部に対して、５〜３０重量部とすることが適当であり、１０〜２５重量部とすることが望ましい。
勿論、硬化剤として、上記したエステル類以外の他のエステル類を用いることもできる。
勿論、硬化剤として、上記したエステル類以外の他のエステル類を用いることもできる。
本発明の砂型は、上記した骨材、有機粘結剤、無機粘結剤及び硬化剤を秤量して混練する。混練は、バッチ式ミキサー、連続式ミキサー等を用いて実施することができる。混練の際の材料の添加順序は、最初に骨材、２番目に硬化剤、３番目に有機粘結剤、４番目に無機粘結剤とすることができる。なお、２番目以降は、添加順序を入れ替えたり同時に添加してもよい。
混練を行なった材料は、流動性にすぐれるため、型枠への充填性が良好である。混練材料は、圧延ロールの肩部とロール軸体の一部を鋳造形成する砂型(20)を成型する遠心鋳造鋳型用型枠に流し込まれ、充填の後、一定時間放置させる。無機粘結剤と有機粘結剤を一定時間放置すると、各々の硬化剤によって粘結剤が硬化し、砂型(20)が作製される(図１参照)。
また、硬化剤がガスの場合、骨材に有機粘結剤及び無機粘結剤を混練した材料を圧延ロールの肩部とロール軸体の一部を鋳造形成する砂型(20)を成型する遠心鋳造用型枠に流し込み、充填後、硬化剤ガスを通気させることにより粘結剤が硬化し、砂型(20)が作製される。
ホロ砂を用いた砂型は、型枠に充填する際の流動性が悪く、また、充填後にサンドランマー等を用いて複数回突き固めを行なう必要があり、さらに、硬化させるには長時間の乾燥を行なわなければならなかったため、砂型を作製するために多くの労力、時間が必要であった。しかしながら、本発明では、砂型材料の突き固めが不要又は軽減でき、さらに長時間の乾燥工程も不要であるから、少ない労力且つ短時間で砂型を得ることができる。また図１において図番21は、砂型(20)を成型する際の型枠の一部を構成するフランジ部を有する円筒状金属製の枠であり、砂型を成型する型枠の一部を構成しており、砂型(20)を型枠で型込め成型後、脱型せずに残しておき砂型(20)と密着した状態で遠心鋳造用金型(10)に嵌入され、砂型(20)を金型(10)に固定する機能を有する。なお上記枠(21)は砂型(20)の成型枠の一部とせず、別の型枠で成型・脱型後に砂型(20)と枠(21)を組み合わせてもよい。なお枠を外した状態で、砂型を遠心鋳造用金型(10)に直接設置してもよい。
また、硬化剤がガスの場合、骨材に有機粘結剤及び無機粘結剤を混練した材料を圧延ロールの肩部とロール軸体の一部を鋳造形成する砂型(20)を成型する遠心鋳造用型枠に流し込み、充填後、硬化剤ガスを通気させることにより粘結剤が硬化し、砂型(20)が作製される。
ホロ砂を用いた砂型は、型枠に充填する際の流動性が悪く、また、充填後にサンドランマー等を用いて複数回突き固めを行なう必要があり、さらに、硬化させるには長時間の乾燥を行なわなければならなかったため、砂型を作製するために多くの労力、時間が必要であった。しかしながら、本発明では、砂型材料の突き固めが不要又は軽減でき、さらに長時間の乾燥工程も不要であるから、少ない労力且つ短時間で砂型を得ることができる。また図１において図番21は、砂型(20)を成型する際の型枠の一部を構成するフランジ部を有する円筒状金属製の枠であり、砂型を成型する型枠の一部を構成しており、砂型(20)を型枠で型込め成型後、脱型せずに残しておき砂型(20)と密着した状態で遠心鋳造用金型(10)に嵌入され、砂型(20)を金型(10)に固定する機能を有する。なお上記枠(21)は砂型(20)の成型枠の一部とせず、別の型枠で成型・脱型後に砂型(20)と枠(21)を組み合わせてもよい。なお枠を外した状態で、砂型を遠心鋳造用金型(10)に直接設置してもよい。
中空圧延ロールの遠心鋳造は、作製された遠心鋳造鋳型を軸心回りに高速で回転させ、内部に溶湯を鋳込むことにより行なわれる。このとき遠心鋳造鋳型の軸心は、水平軸、斜軸、又は鉛直軸のいずれの方向を向いていても良い。
遠心鋳造は静置注湯と異なり、鋳型には、溶湯の圧力に加えて遠心力も作用するから、砂型には高い耐熱性と熱間強度が要求される。
本発明の砂型は、有機粘結剤及び無機粘結剤の双方の長所を生かして、常温から高温に至る広い温度範囲で遠心鋳造に求められる鋳型強度を有するから、作製された圧延ロールに焼き付き欠陥を生ずることはなく、差し込みや、骨材と溶湯との溶融着も生じにくい。
また、鋳込み後、砂型をばらす際には、良好な崩壊性を呈する。
遠心鋳造は静置注湯と異なり、鋳型には、溶湯の圧力に加えて遠心力も作用するから、砂型には高い耐熱性と熱間強度が要求される。
本発明の砂型は、有機粘結剤及び無機粘結剤の双方の長所を生かして、常温から高温に至る広い温度範囲で遠心鋳造に求められる鋳型強度を有するから、作製された圧延ロールに焼き付き欠陥を生ずることはなく、差し込みや、骨材と溶湯との溶融着も生じにくい。
また、鋳込み後、砂型をばらす際には、良好な崩壊性を呈する。
さらに、所定の割合で硬化させた砂型は、複層をなす後続の溶湯が先の溶湯を鋳込んで後、１０分以上経過して注湯しても、砂型の鋳型強度に問題はなく、回転中、または静止した段階での鋳型に、別の溶湯、すなわち中間層や軸心材となる溶湯を鋳込むことができ、鋳型崩壊による砂噛みなどの不具合を発生させない。
圧延ロールとして、中空体と軸体が融着一体化した複合ロールを作製する場合には、上記要領にて、遠心鋳造鋳型用砂型を遠心鋳造用金型の内側両端部に配置した遠心鋳造鋳型をその軸心回りに回転させながら鋳型内空間に中空体用溶湯を注入し、注入した溶湯に遠心力を付与して一層又は複数層状をなす中空体を形成する。
つぎに、図２に示すように、前記中空体(60)を内装する状態で前記遠心鋳造鋳型をその軸心を鉛直方向に向けて、ロール軸体鋳造用砂型(36)を配置した下型(32)に載置した後、ロール軸体鋳造用砂型(34)を配置した上型(30)を設置し、前記遠心鋳造鋳型と前記ロール軸体鋳造用砂型(34)(36)が結合した結合鋳型内空間に堰鉢(50)を介してロール軸体用溶湯を注湯することで、中空体とロール軸体が溶着した複合ロールを製造することができる。
つぎに、図２に示すように、前記中空体(60)を内装する状態で前記遠心鋳造鋳型をその軸心を鉛直方向に向けて、ロール軸体鋳造用砂型(36)を配置した下型(32)に載置した後、ロール軸体鋳造用砂型(34)を配置した上型(30)を設置し、前記遠心鋳造鋳型と前記ロール軸体鋳造用砂型(34)(36)が結合した結合鋳型内空間に堰鉢(50)を介してロール軸体用溶湯を注湯することで、中空体とロール軸体が溶着した複合ロールを製造することができる。
なお、遠心鋳造鋳型用砂型及びロール軸体鋳造用砂型は、上記した骨材、有機粘結剤、無機粘結剤に対して、硬化剤を混練すること、または硬化剤を吹き込むことにより硬化させて作製することができる。遠心鋳造鋳型用砂型及びロール軸体鋳造用砂型の両方をこれら上記材料から作製することが望ましいが、少なくとも遠心鋳造鋳型用砂型のみを上記材料から作製してもよい。
図３及び図４は、本発明のさらに異なる遠心鋳造鋳型を示す断面図である。図示の遠心鋳造鋳型には、上記と同様の方法にて作製されたロール軸体鋳造砂型(34)(36)を配置した枠(21)(22)が嵌められている。図３は、軸心が横向きの遠心鋳造鋳型であり、図４は、軸心を傾斜させた遠心鋳造鋳型を示している。この図のように遠心鋳造鋳型用砂型として、ロール肩部とロール軸体全体を鋳造形成する砂型とすることもできる。ただし、この場合ロール軸体への溶湯の注湯は、遠心力作用下にて中空体を形成後、遠心力を作用させずに又は回転数を低減させた状態で行うことができる。
遠心鋳造鋳型用砂型を骨材、有機粘結剤、無機粘結剤及び硬化剤を所定の割合で構成したことにより、有機粘結剤及び無機粘結剤の双方の長所を生かして、常温から高温に至る広い温度範囲で遠心鋳造に求められる鋳型強度を有するから、作製された複合ロールに焼き付き欠陥を生じにくく、差し込みや、骨材と溶湯との溶融着も生じにくい。
また、鋳込み後、砂型をばらす際には、良好な崩壊性を呈する。
また、鋳込み後、砂型をばらす際には、良好な崩壊性を呈する。
[実施例１]
以下の要領で砂型のテストピース(発明例１〜５及び比較例１〜８)を数個ずつ作製し、強度等を測定、比較した。
以下の要領で砂型のテストピース(発明例１〜５及び比較例１〜８)を数個ずつ作製し、強度等を測定、比較した。
発明例１〜５及び比較例１〜７は、夫々、下記記載の材料を混練し、混練材料を内径５０ｍｍ、内高さ５０ｍｍの円柱状の鋳型作製用木型に手込めにて充填し、室温で２時間放置し、粘結剤を硬化させた。その後、テストピースを木型から取り出した。
なお、比較例８については、木型に充填した後、６ｋｇの錘を装備したサンドランマーにより３回突き固めを行なった。
なお、比較例８については、木型に充填した後、６ｋｇの錘を装備したサンドランマーにより３回突き固めを行なった。
発明例１
骨材：三栄５号珪砂を１００重量部
有機粘結剤：アルファセット樹脂ＴＰＡ−１６５(群栄ボーデン株式会社製エステル硬化型フェノールホルムアルデヒド樹脂)を固形分換算１.６０重量部
無機粘結剤：２号珪酸ナトリウム(富士化学株式会社製)を固形分換算０.７５重量部
硬化剤：ＡＣＥ−５３０Ｅ(群栄ボーデン株式会社製エステル系硬化剤)を１.０重量部
骨材：三栄５号珪砂を１００重量部
有機粘結剤：アルファセット樹脂ＴＰＡ−１６５(群栄ボーデン株式会社製エステル硬化型フェノールホルムアルデヒド樹脂)を固形分換算１.６０重量部
無機粘結剤：２号珪酸ナトリウム(富士化学株式会社製)を固形分換算０.７５重量部
硬化剤：ＡＣＥ−５３０Ｅ(群栄ボーデン株式会社製エステル系硬化剤)を１.０重量部
発明例２
骨材：三栄５号珪砂(同上)１００重量部
有機粘結剤：アルファセット樹脂ＴＰＡ−１６５を固形分換算０.７重量部
無機粘結剤：２号珪酸ナトリウムを固形分換算１.７重量部
硬化剤：ＡＣＥ−５３０Ｅを１.０重量部
骨材：三栄５号珪砂(同上)１００重量部
有機粘結剤：アルファセット樹脂ＴＰＡ−１６５を固形分換算０.７重量部
無機粘結剤：２号珪酸ナトリウムを固形分換算１.７重量部
硬化剤：ＡＣＥ−５３０Ｅを１.０重量部
発明例３
骨材：アルミナを主成分とする溶融人工砂(アルサンド♯５００[輸入元：株式会社コスモ])１００重量部
有機粘結剤：アルファセット樹脂ＴＰＡ−１６５を固形分換算１.１３重量部
無機粘結剤：２号珪酸ナトリウムを固形分換算０.５３重量部
硬化剤：ＡＣＥ−Ｅを０.７重量部
骨材：アルミナを主成分とする溶融人工砂(アルサンド♯５００[輸入元：株式会社コスモ])１００重量部
有機粘結剤：アルファセット樹脂ＴＰＡ−１６５を固形分換算１.１３重量部
無機粘結剤：２号珪酸ナトリウムを固形分換算０.５３重量部
硬化剤：ＡＣＥ−Ｅを０.７重量部
発明例４
骨材：上記アルサンド♯５００人工砂を１００重量部
有機粘結剤：アルファセット樹脂ＴＰＡ−１６５を固形分換算３.５重量部
無機粘結剤：２号珪酸ナトリウムを固形分換算４.０重量部
硬化剤：ＡＣＥ−５３０Ｅを３．１６重量部
骨材：上記アルサンド♯５００人工砂を１００重量部
有機粘結剤：アルファセット樹脂ＴＰＡ−１６５を固形分換算３.５重量部
無機粘結剤：２号珪酸ナトリウムを固形分換算４.０重量部
硬化剤：ＡＣＥ−５３０Ｅを３．１６重量部
発明例５
骨材：上記アルサンド♯５００人工砂１００重量部
有機粘結剤：アルファセット樹脂ＴＰＡ−１６５を固形分換算４.２重量部
無機粘結剤：２号珪酸ナトリウムを固形分換算２.０重量部
硬化剤：ＡＣＥ−５３０Ｅを３.７４重量部
骨材：上記アルサンド♯５００人工砂１００重量部
有機粘結剤：アルファセット樹脂ＴＰＡ−１６５を固形分換算４.２重量部
無機粘結剤：２号珪酸ナトリウムを固形分換算２.０重量部
硬化剤：ＡＣＥ−５３０Ｅを３.７４重量部
比較例１
骨材：三栄５号珪砂(同上)１００重量部
有機粘結剤：アルファセット樹脂ＴＰＡ−１６５を固形分換算０.０８重量部
無機粘結剤：２号珪酸ナトリウムを固形分換算０.０８重量部
硬化剤：ＡＣＥ−５３０Ｅを０．０７重量部
骨材：三栄５号珪砂(同上)１００重量部
有機粘結剤：アルファセット樹脂ＴＰＡ−１６５を固形分換算０.０８重量部
無機粘結剤：２号珪酸ナトリウムを固形分換算０.０８重量部
硬化剤：ＡＣＥ−５３０Ｅを０．０７重量部
比較例２
骨材：三栄５号珪砂(同上)１００重量部
有機粘結剤：アルファセット樹脂ＴＰＡ−１６５を固形分換算４.２重量部
無機粘結剤：２号珪酸ナトリウムを固形分換算５.２重量部
硬化剤：ＡＣＥ−５３０Ｅを３．９５重量部
骨材：三栄５号珪砂(同上)１００重量部
有機粘結剤：アルファセット樹脂ＴＰＡ−１６５を固形分換算４.２重量部
無機粘結剤：２号珪酸ナトリウムを固形分換算５.２重量部
硬化剤：ＡＣＥ−５３０Ｅを３．９５重量部
比較例３
骨材：三栄５号珪砂(同上)１００重量部
有機粘結剤：アルファセット樹脂ＴＰＡ−１６５を固形分換算０.０８重量部
無機粘結剤：２号珪酸ナトリウムを固形分換算２.０重量部
硬化剤：ＡＣＥ−５３０Ｅを０．８４重量部
骨材：三栄５号珪砂(同上)１００重量部
有機粘結剤：アルファセット樹脂ＴＰＡ−１６５を固形分換算０.０８重量部
無機粘結剤：２号珪酸ナトリウムを固形分換算２.０重量部
硬化剤：ＡＣＥ−５３０Ｅを０．８４重量部
比較例４
骨材：三栄５号珪砂(同上)１００重量部
有機粘結剤：アルファセット樹脂ＴＰＡ−１６５を固形分換算２.０重量部
無機粘結剤：２号珪酸ナトリウムを固形分換算０.０８重量部
硬化剤：ＡＣＥ−５３０Ｅを０．９２重量部
骨材：三栄５号珪砂(同上)１００重量部
有機粘結剤：アルファセット樹脂ＴＰＡ−１６５を固形分換算２.０重量部
無機粘結剤：２号珪酸ナトリウムを固形分換算０.０８重量部
硬化剤：ＡＣＥ−５３０Ｅを０．９２重量部
比較例５
骨材：三栄５号珪砂(同上)１００重量部
有機粘結剤：アルファセット樹脂ＴＰＡ−１６５を固形分換算２.０重量部
無機粘結剤：２号珪酸ナトリウムを固形分換算５.２重量部
硬化剤：ＡＣＥ−５３０Ｅを２．９７重量部
骨材：三栄５号珪砂(同上)１００重量部
有機粘結剤：アルファセット樹脂ＴＰＡ−１６５を固形分換算２.０重量部
無機粘結剤：２号珪酸ナトリウムを固形分換算５.２重量部
硬化剤：ＡＣＥ−５３０Ｅを２．９７重量部
比較例６
骨材：三栄５号珪砂(同上)１００重量部
有機粘結剤：アルファセット樹脂ＴＰＡ−１６５を固形分換算４.０重量部
硬化剤：ＡＣＥ−５３０Ｅを１.７４重量部
骨材：三栄５号珪砂(同上)１００重量部
有機粘結剤：アルファセット樹脂ＴＰＡ−１６５を固形分換算４.０重量部
硬化剤：ＡＣＥ−５３０Ｅを１.７４重量部
比較例７
骨材：三栄５号珪砂(同上)１００重量部
無機粘結剤：２号珪酸ナトリウムを固形分換算２.００重量部
硬化剤：ＡＣＥ−５３０Ｅを２.０重量部
骨材：三栄５号珪砂(同上)１００重量部
無機粘結剤：２号珪酸ナトリウムを固形分換算２.００重量部
硬化剤：ＡＣＥ−５３０Ｅを２.０重量部
比較例８
ホロ砂：古砂、川砂及び粘土砂の混合砂
ホロ砂：古砂、川砂及び粘土砂の混合砂
＜強度試験＞
上記により作製された各テストピースについて、以下の要領で常温鋳型強度試験、乾燥後鋳型強度、熱間鋳型強度及び残留強度を測定した。
上記により作製された各テストピースについて、以下の要領で常温鋳型強度試験、乾燥後鋳型強度、熱間鋳型強度及び残留強度を測定した。
常温鋳型強度試験(表１中「常温強度」)は、抜型後、常温(２５℃)にて圧縮強度を測定することによって行なった。
乾燥後鋳型強度試験(表１中「乾燥後強度」)は、各テストピースを抜型後、１２０℃の乾燥機内に２０分間保持し、水分を除去した後に圧縮強度を測定することによって行なった。
熱間鋳型強度試験(表１中「熱間鋳型強度」)は、テストピースをアルミ箔で包み、１０００℃に保持した電気炉で４５分間加熱し、直ちに圧縮強度を測定することにより行なった。
残留強度試験(表１中「残留強度」)は、上記熱間鋳型強度試験と同様の要領でテストピースを加熱した後、室温(２５℃)に２時間放置し、冷却した後の圧縮強度を測定することによって行なった。
乾燥後鋳型強度試験(表１中「乾燥後強度」)は、各テストピースを抜型後、１２０℃の乾燥機内に２０分間保持し、水分を除去した後に圧縮強度を測定することによって行なった。
熱間鋳型強度試験(表１中「熱間鋳型強度」)は、テストピースをアルミ箔で包み、１０００℃に保持した電気炉で４５分間加熱し、直ちに圧縮強度を測定することにより行なった。
残留強度試験(表１中「残留強度」)は、上記熱間鋳型強度試験と同様の要領でテストピースを加熱した後、室温(２５℃)に２時間放置し、冷却した後の圧縮強度を測定することによって行なった。
結果を表１に示している。なお、強度の単位は何れもＮ/ｍｍ2である。
常温鋳型強度及び乾燥後強度は、砂型を作製し、ハンドリング等を行なう際に砂型が崩壊しないように、少なくとも１Ｎ/ｍｍ2以上の強度が要求される。比較例１、３及び８は、この要件を満たさず、砂型作製、取扱いが困難であり、砂型として不適である。比較例１及び３の常温鋳型強度が低かったのは、常温での硬化性にすぐれる有機粘結剤の添加量が少ない又は添加ゼロであったためである。また、ホロ砂を使用した比較例８の常温鋳型強度が低かったのは、ホロ砂の突き固めのみであるからである。
熱間鋳型強度は、注湯の際の砂型の衝撃又は熱により砂型が崩壊しないように、少なくとも１Ｎ/ｍｍ2以上の強度が要求される。これよりも熱間鋳型強度が低いと、所望形状の圧延ロールを得ることができなかったり、製造された圧延ロールに肌荒れ等が生じたりすることがあるからである。
表１を参照すると、比較例１、４及び６はこの要件を満たさず、砂型として不適であることがわかる。これらは、何れも、熱間での硬化性にすぐれる無機粘結剤の添加量が少ない又は添加ゼロであったためである。
表１を参照すると、比較例１、４及び６はこの要件を満たさず、砂型として不適であることがわかる。これらは、何れも、熱間での硬化性にすぐれる無機粘結剤の添加量が少ない又は添加ゼロであったためである。
残留強度は、圧延ロール製造後、遠心鋳造鋳型から圧延ロールを型抜きする際に、砂型の崩壊を容易ならしめるために、おおよそ２Ｎ/ｍｍ2以下であることが望まれる。残留強度が、２Ｎ/ｍｍ2を越えると、型抜きに時間、手間等が掛かり、生産性の低下等の原因となり、また砂の再利用に困難性を有するからである。
表１を参照すると、比較例２、５、７及び８は、残留強度が高く、不適であることが判る。比較例２及び５の残留強度が高かったのは、無機粘結剤の添加量が高かったためであり、比較例７の残留強度が高かったのは、無機粘結剤を単独で添加したため、比較例８ではホロ砂中の粘土砂が古砂及び川砂と溶融着を引き起こすためと考えられる。比較例７及び８は、熱間鋳型強度に比して、残留強度の方が高くなっている。これは、緩衝、崩壊の役目を果たすカーボンが含まれず、冷却時に砂表面がガラス化してしまう為と考えられる。
表１を参照すると、比較例２、５、７及び８は、残留強度が高く、不適であることが判る。比較例２及び５の残留強度が高かったのは、無機粘結剤の添加量が高かったためであり、比較例７の残留強度が高かったのは、無機粘結剤を単独で添加したため、比較例８ではホロ砂中の粘土砂が古砂及び川砂と溶融着を引き起こすためと考えられる。比較例７及び８は、熱間鋳型強度に比して、残留強度の方が高くなっている。これは、緩衝、崩壊の役目を果たすカーボンが含まれず、冷却時に砂表面がガラス化してしまう為と考えられる。
何れの発明例についても、常温強度、乾燥後強度、熱間鋳型強度及び残留強度は、要求される範囲に収まっており、砂型の作製、ハンドリング等が容易であり、ばらし作業時には砂型の崩壊性にすぐれることがわかる。
[実施例２]
実施例１の発明例３、比較例４、７及び８について、上記条件で配合混錬された砂を外径φ９７０×Ｌ８６０ｍｍの型枠に夫々造型し、遠心鋳造金型中央部内径φ８１６ｍｍ全長Ｌ４３００ｍｍの遠心鋳造用金型内にセットし、遠心鋳造鋳型を製作した。
この鋳型に１５０Ｇの遠心力を回転付与しつつ、ハイス系外層材の溶湯を鋳造し、さらに、１０分３０秒後〜１２分３０秒後の間に中間層となるアダマイトを鋳造した。
さらに、鋳型回転を停止し、スリーブと同じ混錬砂で造型した下型の上に遠心鋳造した鋳型を鉛直設置し、さらに、その上に同じ混錬砂で造型した上型を設置し、上型の開口部へと軸心材となるダクタイル鋳鉄溶湯を外層鋳造後２７分〜３５分の間に鋳込んだ。
発明例３では、上記の通り製造でき、バラシ作業時においても、振動バラシ機に掛けることなく、自重によって容易にバラシ作業ができた。
一方、比較例４では、鋳型を鉛直設置する際に、砂の崩壊が認められ、内層溶湯を鋳込むことができなかった。
また、比較例７、８では、自重でのバラシはできず、それぞれ、４分、２分の振動バラシ機に掛ける必要が生じた。
実施例１の発明例３、比較例４、７及び８について、上記条件で配合混錬された砂を外径φ９７０×Ｌ８６０ｍｍの型枠に夫々造型し、遠心鋳造金型中央部内径φ８１６ｍｍ全長Ｌ４３００ｍｍの遠心鋳造用金型内にセットし、遠心鋳造鋳型を製作した。
この鋳型に１５０Ｇの遠心力を回転付与しつつ、ハイス系外層材の溶湯を鋳造し、さらに、１０分３０秒後〜１２分３０秒後の間に中間層となるアダマイトを鋳造した。
さらに、鋳型回転を停止し、スリーブと同じ混錬砂で造型した下型の上に遠心鋳造した鋳型を鉛直設置し、さらに、その上に同じ混錬砂で造型した上型を設置し、上型の開口部へと軸心材となるダクタイル鋳鉄溶湯を外層鋳造後２７分〜３５分の間に鋳込んだ。
発明例３では、上記の通り製造でき、バラシ作業時においても、振動バラシ機に掛けることなく、自重によって容易にバラシ作業ができた。
一方、比較例４では、鋳型を鉛直設置する際に、砂の崩壊が認められ、内層溶湯を鋳込むことができなかった。
また、比較例７、８では、自重でのバラシはできず、それぞれ、４分、２分の振動バラシ機に掛ける必要が生じた。
上記から判るとおり、発明例３は、鋳造後のバラシ作業を容易に行なうことができるため、遠心鋳造鋳型用の砂型として好適である。その他の発明例についても、同様に自重によって容易なバラシ作業を行なうことができる。
本発明は、（１）圧延ロール製造用の遠心鋳造鋳型用砂型を製作するときの常温での成型性に優れ、（２）圧延ロールの遠心鋳造に耐える耐熱性と強度を有し、遠心鋳造後の遠心鋳造鋳型用砂型の崩壊性にすぐれロールの生産性向上が可能であり、かつ圧延ロールの鋳造欠陥の発生を防止し得る圧延ロールの遠心鋳造鋳型用砂型及び圧延ロールの製造方法として有用である。
(10) 遠心鋳造用金型
(20) 遠心鋳造鋳型用砂型
(21) 枠
(22) 枠
(30) 上型
(32) 下型
(34) ロール軸体鋳造用砂型
(36) ロール軸体鋳造用砂型
(20) 遠心鋳造鋳型用砂型
(21) 枠
(22) 枠
(30) 上型
(32) 下型
(34) ロール軸体鋳造用砂型
(36) ロール軸体鋳造用砂型
Claims (9)
- 圧延ロールの製造に用いられる遠心鋳造用金型の内側に形成される圧延ロール製造用の遠心鋳造鋳型用砂型であって、
前記砂型は、骨材、有機粘結剤、及び無機粘結剤に対して、硬化剤を混練すること、または硬化剤を吹き込むことにより硬化させて作製され、
前記有機粘結剤は、前記骨材１００重量部に対して、固形物換算で０.１〜４.２重量部、前記無機粘結剤は、前記骨材１００重量部に対して、固形物換算で０.１〜５.０重量部であることを特徴とする圧延ロール製造用の遠心鋳造鋳型用砂型。 - 有機粘結剤は、水溶性アルカリフェノール樹脂である請求項１に記載の圧延ロール製造用の遠心鋳造鋳型用砂型。
- 無機粘結剤は、珪酸ナトリウム及び／又は珪酸カリウムを主成分とする粘結剤である請求項１又は請求項２に記載の圧延ロール製造用の遠心鋳造鋳型用砂型。
- 遠心鋳造鋳型用砂型を円筒状の遠心鋳造用金型の内側に配置して遠心鋳造鋳型を形成し、該遠心鋳造鋳型をその軸心回りに回転させることにより遠心力を付与しながら鋳型内空間に溶湯を注入することにより得られる圧延ロールの製造方法において、
遠心鋳造鋳型用砂型は、骨材、有機粘結剤、及び無機粘結剤に対して、硬化剤を混練すること、または硬化剤を吹き込むことにより硬化させて作製されることを特徴とする圧延ロールの製造方法。 - 前記遠心鋳造鋳型用砂型は、遠心鋳造用金型の内側両端部に配置され、圧延ロールの肩部及びロール軸体を鋳造形成する形状である請求項４に記載の圧延ロールの製造方法。
- 遠心鋳造鋳型に最初に溶湯を鋳込んだ後、１０分以上経過して別の溶湯を同じ遠心鋳造鋳型内に鋳込む請求項４又は請求項５に記載の圧延ロールの製造方法。
- 遠心鋳造鋳型用砂型を円筒状の遠心鋳造用金型の内側に配置して遠心鋳造鋳型を形成し、該遠心鋳造鋳型をその軸心回りに回転させながら鋳型内空間に中空体用溶湯を注入し、注入した溶湯に遠心力を付与して一層又は複数層状をなす中空体を形成し、該遠心鋳造鋳型の回転を止めた後、前記中空体を内装する状態で前記遠心鋳造鋳型をその軸心を鉛直方向に向けて、ロール軸体鋳造用砂型を配置した下型に載置し、前記遠心鋳造鋳型と前記ロール軸体鋳造用砂型が結合した結合鋳型内空間にロール軸体用溶湯を注湯し、中空体とロール軸体が溶着した複合ロールを製造する圧延ロールの製造方法において、
遠心鋳造鋳型用砂型は、骨材、有機粘結剤、無機粘結剤に対して、硬化剤を混練すること、または硬化剤を吹き込むことにより硬化させて作製されることを特徴とする圧延ロールの製造方法。 - 有機粘結剤は、前記骨材１００重量部に対して、固形物換算で０.１〜４.２重量部、無機粘結剤は、前記骨材１００重量部に対して、固形物換算で０.１〜５.０重量部添加される請求項４乃至請求項７の何れかに記載の圧延ロールの製造方法。
- 有機粘結剤は、水溶性アルカリフェノール樹脂であり、無機粘結剤は、珪酸ナトリウム及び／又は珪酸カリウムを主成分とする粘結剤である請求項４乃至請求項８の何れかに記載の圧延ロールの製造方法。
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