JP5352319B2

JP5352319B2 - 鋳造用塗型剤

Info

Publication number: JP5352319B2
Application number: JP2009088478A
Authority: JP
Inventors: 末夫松原
Original assignee: 株式会社ツチヨシアクティ
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: JP2010234440A

Description

本発明は、ペネトレーション焼着を抑制することができるとともに、安価かつ環境汚染の無い鋳造用塗型剤に関するものである。

一般に、鋳型においては、焼結防止、鋳肌向上の目的で塗型剤を鋳型表面に塗布している。塗型は、鋳型と溶湯の境界に位置し、鋳型圧と溶湯圧のバランスを取るものであり、鋳型に注湯された溶湯は塗型剤に触れた面より凝固が進んで行く。この時、凝固開始までに溶湯圧が勝ると、塗型膜の割れ部分からベーニングが発生したり、凝固により溶湯中に溶け込んでいたガスが放出されてペネトレーション焼着が発生することがある。

このようなベーニングやペネトレーション焼着は、製品形状の複雑でないものにおいては、黒鉛系統の塗型剤で防止することが出来るが、形状の複雑な個所においては、完全に防止することが出来ないものであった。

そこで、従来、上述したベーニングやペネトレーション焼結を防止するために、耐火度の高いジルコン系塗型剤と併用したり、また、それでも改善できない場合は、クロマイトを含有した塗型剤が使用されていた（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２−７９３５１号公報

しかしながら、上述したクロマイトを含有した塗型剤は、産廃処理時に六価クロム酸化物が水中に溶け込み、環境汚染の原因となるものであった。また、クロマイトは比較的高価なものであるので、より安価に焼結を防止できる塗型剤が求められていた。

本発明は、以上の問題点を解決し、ペネトレーション焼結を防止することが出来るとともに、環境汚染が無く、かつ安価な鋳造用鋳型剤を提供することを目的とする。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討し、フェロシリコンを含有させることによりペネトレーション焼着を効果的に防止できることを見出し、本発明を完成させたものである。

請求項１に係る鋳造用塗型剤は、骨材、粘結材及び溶剤とからなる砂型用の塗型剤であって、該骨材中にフェロシリコン微粉末が１重量％含有されていることを特徴として構成されている。

請求項２に係る鋳造用塗型剤は、請求項１記載の鋳造用塗型剤において、骨材中にフェロシリコン微粉末が１０〜８０重量％含有されていることを特徴として構成されている。

請求項３に係る鋳造用塗型剤は、請求項１又は２記載の鋳造用塗型剤において、フェロシリコン微粉末の粒度が、２０〜１５０μｍであることを特徴として構成されている。

請求項１に係る鋳造用塗型剤によれば、骨材中にフェロシリコン微粉末が含有されているので、鋳型の焼結を防止することができる。すなわち、塗型剤を鋳型に塗布した際、塗型剤は鋳型表面に塗型剤層を形成するとともに、鋳型の内部に浸透して塗型剤混入層を形成する。この塗型剤層及び塗型剤混入層中のフェロシリコンは、溶湯の注湯により加熱（１，０００℃）されると、焼結してバインダーの作用を奏することになる。したがって、焼結した塗型剤層及び塗型剤混入層の強度が大きくなり、塗型剤層及び鋳型表面にクラックが入るのを抑制することが出来る。また、フェロシリコンにより冷却効果が向上するので、溶湯の凝固開始時間が速くなり、塗型剤層にクラックが発生するまでの時間を長くすることが出来る。したがって、溶湯が鋳型内部に混入することを可能な限り防止することができるので、ペネトレーション焼結を効果的に抑制することが出来る。

塗型剤の鋳型への浸透は、鋳型表面から１〜７ｍｍの範囲で行うことが好ましく、より好ましくは２〜５ｍｍの範囲である。塗型剤の浸透が１ｍｍ未満であると、鋳型表面において十分な強度を得られない場合があり、また７ｍｍを超えると、焼結層の増大により砂落ちが悪化する。

請求項２に係る鋳造用塗型剤によれば、フェロシリコン微粉末が１０〜８０重量％含有されているので、ペネトレーション焼結の防止効果が大きく、かつ安価に提供できる。

請求項３に係る鋳造用塗型剤によれば、フェロシリコン微粉末の粒度が２０〜１５０μｍであるので、砂落ち不良が発生することなくペネトレーション焼結を抑制することができる。すなわち、粒度が２０μｍ未満であると、過焼着となり、砂落ち不良が発生する場合があり、また、粒度が１５０μｍを超えると、塗型混入層が１ｍｍ未満となる場合があり、十分な強度を得られないことがある。

塗型の試験に用いた木型の模式図本発明による鋳造用塗型剤の試験結果を示す図本発明による鋳造用塗型剤の試験結果を示す図従来の鋳造用塗型の試験結果を示す図従来の鋳造用塗型の試験結果を示す図

本発明の鋳造用塗型剤は、骨材中のフェロシリコン微粉末が含有されている。このフェロシリコン（ferrosilicon）は鉄とケイ素の合金であり、ケイ素含有量の違いによりＪＩＳで規定されているが、通常１４〜９０％である。本発明の骨材に使用するフェロシリコンとしては、ケイ素含有量が、５０〜８０％のものが好ましい。ケイ素含有量が５０％未満であると、鉄が多くなって硬くなり、フェロシリコンを粉砕製造する工程にコストがかかるものであり、また、８０％を超えると、ケイ素が多くなって焼結しにくくなるため、焼結効果が落ちる。

フェロシリコン微粉末の骨材における含有量は、少なくとも１重量％必要であり、１重量％未満であると、焼着を効果的に防止することができない。フェロシリコンを１重量％以上含有しておれば、焼結防止効果があり、含有量が増加する程効果があるので、骨材全てをフェロシリコンで構成（１００重量％）することができる。しかし、フェロシリコンを増量すると、骨材が高価になり、また、増量したコストに見合うだけの焼結防止効果が小さくなるので、すなわち、製品として満足できるだけの焼結防止があれば、それ以上の焼結防止はコスト高となるので、好ましくは、１０〜８０重量％であり、より好ましくは４０〜７０重量％である。すなわち、１０重量％以上とすることにより、塗型剤層及び塗型剤混入層の焼結時の強度を十分に大きくすることができ、また、８０重量％を超えると、コスト高に比してペネトレーション焼結の防止効果が小さいものである。

フェロシリコン微粉末の粒度は特に限定されないが、２０〜１５０μｍが好ましく、４０〜１００μｍがより好ましい。粒度が２０μｍ未満であると、過焼結となり、砂落ち不良が発生する場合があり、また、粒度が１５０μｍを超えると、塗型混入層が１ｍｍ未満となる場合があり、十分な強度を得られないことがある。

骨材に用いられるフェロシリコン以外の材料としては、従来用いられている材料を用途に応じて採用することが出来、例えば、ジルコン、溶融シリカ、アルミナ、炭酸カルシウム、シリカフラワー、シャモット、弁柄、鱗状黒鉛、マグネシア、土状黒鉛等がある。これらの中で、フェロシリコンと併用することが好ましい材料としては、溶融シリカ、アルミナ、ジルコン等であり、これらの材料と併用することにより、骨材の耐火性能を向上させることが出来る。

本発明の鋳造用塗型剤に用いることが出来る粘結材としては、特に限定されず従来使用されている粘結剤を使用することができ、例えば、ビンゾール、フェノール、デキストリン、ヒドロキシメチルセルロース等がある。また、溶剤としては、アルコール系を用いることが出来る。

本発明の鋳造用塗型剤は、ホットボックス、コールドボックス等、鋳造に利用可能な各種鋳型に利用することが出来る。

以下、試験結果について説明する。
[試験方法]
図１に示す木型の内部に塗型を塗布した鋳抜き穴中子を設置し、この木型の内部に溶湯を注湯して試験体を鋳造した。そして、試験体を木型から取り出し、エアー（０．８ＭＰａ）で砂を除去した後の試験体（エアー除去試験体）を目視観察した。また、その後、砂が付いている個所をタガネ等使用して砂を除去した後の試験体（タガネ除去試験体）を目視観察した。

図１において、１は木型で内部に注湯部１１（φ３５０ｍｍ×２６０ｍｍ）が形成されており、この注湯部１１には、注湯道１２（φ３５ｍｍ）が連通し、注湯部１１に溶湯を下方より注湯できるようになっている。また、注湯部１１の底面には、鋳抜き穴中子２（φ５０ｍｍ）が等間隔で円周上に設置されている。

＜鋳抜き穴中子＞
鋳物砂としては珪砂（新砂）を用い、粘結材としてはフラン樹脂０．９重量％（対鋳物砂）、硬化剤は４０重量％（対粘結材）用いた。
＜溶湯＞
ダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ４５０相当）を用い、１３８５℃で鋳込んだ。
[塗型剤]

＜実施例１＞
骨材：フェロシリコン（粒度：３５μｍ）４２０部、溶融シリカ９０部、アルミナ９０部
粘結材：ビンゾール４部、フェノール８部、デキストリン３部、アタゲル１０部、揺変性付与材３部
溶剤：エタノール２９０部

＜実施例２＞
骨材：フェロシリコン（粒度：７０μｍ）１２０部、溶融シリカ９０部、アルミナ９０部
粘結材：ビンゾール４部、フェノール８部、デキストリン３部、アタゲル１０部揺変性付与材３部
溶剤：エタノール２９０部

＜実施例３＞
骨材：フェロシリコン（粒度：１４０μｍ）２０部、溶融シリカ９０部、アルミナ９０部
粘結材：ビンゾール４部、フェノール８部、デキストリン３部、アタゲル１０部揺変性付与材３部
溶剤：エタノール２９０部

＜実施例４＞
骨材：フェロシリコン（粒度：１０μｍ）４２０部、溶融シリカ９０部、アルミナ９０部
粘結材：ビンゾール４部、フェノール８部、デキストリン３部、アタゲル１０部揺変性付与材３部
溶剤：エタノール２９０部

＜実施例５＞
骨材：フェロシリコン（粒度：1７０μｍ）４２０部、溶融シリカ９０部、アルミナ９０部
粘結材：ビンゾール４部、フェノール８部、デキストリン３部、アタゲル１０部揺変性付与材３部
溶剤：エタノール２９０部

＜従来例１＞
骨材：炭酸カルシウム５０部、弁柄７．５部、シリカフラワー６３０部、鱗状黒鉛７５部、
粘結材：ビンゾール１２部、ヒドロキシメチルセルロース１．４部、デキストリン３部、アタゲル７．５部、ベントナイトゲル７０部
溶剤：メタノール２４４．２部

[試験結果]
＜実施例１＞
エアー除去試験体は、図２に示すように、試験体の表面に焼結層が形成され、砂落ちが極めて少ないことが確認された。また、タガネ除去試験体は、図３に示すように、砂を完全に除去することが出来た。
＜実施例２＞
実施例１と略同様の結果であった。
＜実施例３＞
実施例１と略同様の結果であった。
＜実施例４＞
砂落ちが若干発生した。
＜実施例５＞
塗型の浸透が小さく、爆熱試験（仮想鋳込み温度１４００℃での塗膜及び鋳型亀裂発生の有無の目視確認試験）で亀裂が若干発生した。
＜従来例１＞
エアー除去試験体は、図４に示すように、砂落ちが極めて多いものであり、また、タガネ除去試験体は、図５に示すように、砂を完全に除去することが出来なかった。

１木型
１１注湯部
１２注湯道
２鋳抜き穴中子

Claims

骨材、粘結材及び溶剤とからなる砂型用の塗型剤であって、該骨材中にフェロシリコン微粉末が少なくとも１重量％含有されていることを特徴とする鋳造用塗型剤。
前記骨材中にフェロシリコン微粉末が１０〜８０重量％含有されていることを特徴とする請求項１記載の鋳造用塗型剤。
前記フェロシリコン微粉末の粒度が、２０〜１５０μｍである請求項１又は２記載の鋳造用塗型剤。