JP5786744B2

JP5786744B2 - 高純度金インゴットの製造方法

Info

Publication number: JP5786744B2
Application number: JP2012024336A
Authority: JP
Inventors: 靖志一色; 秀昌永井; 佐藤　英明; 英明佐藤
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2012-02-07
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2032-02-07
Also published as: JP2013158821A

Description

本発明は、高純度の金、特に純度が９９.９９％以上の金を溶解してインゴットに鋳造する方法に関する。

金などの貴金属を、鋳鉄製鋳型などの金属鋳造用鋳型（以下、単に「鋳型」という）を用いてインゴットを鋳造することが行われている。このとき、鋳型の鋳込み面を加工して表面粗さを調節し、その鋳込み面に離型剤を塗布することにより、凝固した金属の鋳型からの離型性を向上させることが行われている。

なお、高温の溶湯を鋳型に鋳込んだ場合、鋳型内に水分が残っていると水蒸気爆発を生じるおそれがある。このため、鋳型を水の沸点以上の温度、具体的には１００〜１５０℃の範囲の温度で予熱することにより、完全に乾燥させるとともに、熱による膨張を行なわせてから鋳込みを行うようにしている。

離型剤は、鋳型とインゴットとの固着を防止するために用いられるが、鋳型の鋳込み面と離型剤との密着強度はあまり強くないので、溶湯を鋳型に鋳込んだ際に、鋳込まれた溶湯の温度や流れの勢いによって、離型剤が鋳型の鋳込み面から剥離したり、脱落したりすることがある。特に、金のインゴットを鋳造しようとする場合は、金の比重が１９．３ｇ／ｍｌ、融点が１０６３℃と、銀（比重：１０．５ｇ／ｍｌ、融点：９６０℃）や銅（比重：８．９ｇ／ｍｌ、融点：１０８５℃）、鉛（比重：１１．３ｇ／ｍｌ、融点：３２３℃）などに比べて大きいため、より高温に加熱して溶解する必要があり、鋳込み時に離型剤や鋳型に加わる熱量、並びに、熱的および機械的衝撃が大きくなるという問題がある。

さらに、金インゴットが、宝飾品や電子材料などの高純度（純度：９９．９９％以上）が要求される用途に用いられる場合、上記の熱的衝撃、機械的衝撃による影響は大きくなる。たとえば、金インゴットが宝飾用地金素材として用いられる場合やそれ自体で宝飾品として流通する場合には、得られた金インゴットの表面状態（美観）が重要となる。このような金インゴットは、ロンドン地金市場協会（ＬＢＭＡ；LondonBullion Market Association）で定められた、厳しい規格で鋳造することが要求されており、純度、重量、形状、外観のすべてについて厳格な規格に適合する必要がある。離型剤や鋳型の状態が不良であると、凝固速度や凝固状態が不均一となるため外観不良が発生してしまう。このような金インゴットでは、鋳込み面から剥離した離型剤や、損傷した鋳型の一部が不純物として内部に混入している可能性が高く、細線加工するような場合に、この不純物を起点として破断するなど品質や生産性の低下を招く可能性が高い。このため、高純度の金インゴットを鋳造する際には、鋳造条件などを管理して、外観状態を良好に維持することが重要である。

本件出願人は、特開２００９−１４２８７８号公報において、鋳込み面と離型剤の密着性を向上させるため、鋳込み面の表面粗さＲmaxが０．１〜１．０ｍｍとなるように表面加工し、これに炭素系離型剤またはシリコン系離型剤を塗布し、１１５０〜１２００℃に加熱した貴金属からなる溶湯を鋳込むことにより、外観不良の防止を図ることを提案している。しかしながら、この方法で９９．９９％以上の高純度の金インゴットを鋳造しようとすると、鋳型とインゴットとの離型性は良好であるものの、インゴット表面に湯ジワと呼ばれる外観不良が発生する。前述のように金インゴットはそれ自体が宝飾品として取り扱われる価値を持つため、このような外観不良の存在は、金の商品価値を大きく低下させてしまう。特に、１ｋｇを超える質量の大型の金インゴットを得ようとする場合、この傾向は増加し、再度の鋳造や外観検査などによるコストの増加を無視することができなくなる。

大型の金インゴットにおける湯ジワの発生を抑制する方法としては、鋳造温度または鋳型の予熱温度を上昇させる方法が挙げられる。しかしながら、上述したような金の特性（高比重、高融点）に起因して、熱疲労による鋳型の表面状態の継時的劣化、高温を維持するためのエネルギコストの上昇、より高い温度を扱うことによる安全性や作業性の低下という問題が生じるため好ましい方法とはいえない。また、使用する離形剤によっては、高温時に熱分解したり、あるいは、熱分解しないまでも密着性が低下し、部分的な剥離が生じたりする可能性があり、有効な対策となっていなかった。

特許公開２００９−１４２８７８号公報

本発明は、１ｋｇ以上の大型で高純度（９９．９９％以上）の金インゴットを鋳造する際に、金インゴット表面の外観不良の低下を防止し、良品率（歩留率）の向上を図ることを目的とする。

本発明の純度９９．９９％以上の高純度金インゴットの鋳造方法は、金のインゴットを鋳造する際に、溶湯に接する面の全面に表面粗さがＲmaxで０．１〜１．０ｍｍの範囲である凹凸が設けられた鋳型を使用し、該鋳型に離型剤を塗布し、該鋳型を３００〜４００℃の範囲で予熱し、その後、鋳造温度を１２００〜１３００℃として前記溶湯を該鋳型に鋳込むことを特徴とする。

前記鋳型の材料としては、熱容量が０．４８〜０．５１Ｊ・ｇ^-1・Ｋ^-1の範囲にあり、厚さが１３〜２０ｍｍの耐熱鋳鋼材料を用いることができる。よって、鋳型用として一般に用いられる鋳鉄材を使用することができる。

前記離型剤としては、鋳造用として市販される一般的な炭素系離型剤を用いることができ、このうち、アセチレンによる油煙（カーボンブラック）を使用することが好ましい。

また、鋳込み後の鋳型表面の予熱温度までの冷却速度を３０〜１２０℃／分とすることが好ましい。

本発明により、金インゴットの鋳造における良品率を著しく向上させることが可能となることから、高純度の金インゴットの製造分野のみならず、このような高純度の金を必要とする宝飾品および電子材料の製造分野に対する貢献もきわめて大きいといえる。

図１は、本発明に用いられる大型の鋳鉄製鋳型の概念斜視図である。

従来、高純度の金を用いて、１ｋｇ以上の大型の金インゴットを鋳造するときの鋳造温度は、１ｋｇ以下の小型の金インゴットと同様に１１５０℃〜１２００℃とされている。この温度は金の凝固点（１０６３℃）に非常に近く、鋳込みを開始した時点から凝固が完了するまでの時間が短く、鋳型内部での凝固速度のバラツキを発生させる原因となっている。このため、凝固速度に差が生じ、溶湯の細片が十分に融合することができず、湯ジワと呼ばれる外観不良が発生するという問題がある。本発明者らは、この点について鋭意研究を重ねた結果、鋳込み面の表面粗さＲmaxを０．１〜１．０ｍｍの範囲とするとともに、鋳造温度を１２００℃〜１３００℃に上げ、かつ、鋳型の予熱を３００〜４００℃で行うことで、凝固開始から凝固完了までの時間を十分に長くし、凝固速度を均一にすることが可能となり、上記外観不良を大幅に低減させることができるとの知見を得て、本発明を完成させるに至ったものである。以下、本発明の鋳造方法について詳述する。

（１）鋳造用鋳型
図１に本発明に係る鋳造用鋳型１の概念斜視図を示す。本発明の鋳造用鋳型１は、溶湯に接する面の全面（鋳込み面２）に、表面粗さＲmaxを０．１〜１．０ｍｍ、好ましくは０．３〜０．７ｍｍの範囲にある凹凸が設けられていることを特徴とする。鋳込み面２の表面粗さをこのような範囲で制御することにより、金インゴットの表面状態を良好に保ちながらも、高温時における離形剤の剥離を防止することができる。表面粗さＲmaxが０．１ｍｍ未満では、溶湯を鋳型に注ぎ込む前に離型剤が剥離しやすく、１．０ｍｍを超えると、得られる金インゴットの表面が荒れてしまう。なお、鋳型管理の観点から、鋳造用鋳型１の表面粗さは、鋳込み面２の全面にわたって均一なものとすることが好ましいが、離形剤が剥離しやすい部分が生じたような場合には、部分的に表面粗さを適宜調整することも可能である。

鋳込み面２を荒らす方法としては、サンドペーパー、グラインダーなどの公知の方法を用いることができるが、均一な表面粗さを有する面を簡便に得るためには、サンドブラストを用いることが好ましい。この場合、用いるブラスト材により、表面粗さの調節が可能である。

また、本発明の鋳造用鋳型１の材料としては、特に限定されることなく、一般的な耐熱鋳鉄を用いることができ、その他にも耐熱鋳鋼や耐熱合金鋼を用いることができる。この場合、熱容量が０．４８〜０．５１Ｊ・ｇ^-1・Ｋ^-1の範囲にあるものを用いることが好ましく、０．４９〜０．５０Ｊ・ｇ^-1・Ｋ^-1の範囲にあるものを用いることがより好ましい。また、この範囲の熱容量を有する耐熱鋳鉄を使用し、質量が１ｋｇ以上の大型の金インゴット（たとえば、１ｋｇのインゴットでは、幅１１５〜１２０ｍｍ×横５２〜５５ｍｍ×厚さ８〜１０ｍｍ）を鋳造する場合には、鋳型の厚さを１３〜２０ｍｍ程度とすることが好ましく、１８〜１９ｍｍ程度とすることがより好ましい。本発明は、上述したように、鋳型の予熱温度および鋳込み温度を所定の範囲に制御することにより、凝固時間を十分に長くするとともに、凝固速度を適正範囲内に維持する点に特徴を有するものであるが、鋳型材料として熱容量および厚さを上記範囲のものを選択することにより、鋳型温度の制御が容易となり、これにより溶湯の凝固速度を均一に制御することが可能となるからである。

（２）離型剤
本発明で使用する離型剤としては、炭素系離型剤、シリコン系離型剤などの公知のものを使用することができるが、排ガスの有害性の有無やコストの観点から、炭素系離型剤を用いることが好ましく、アセチレンによる油煙（カーボンブラック）が均一な厚みの塗膜を形成できる点から好ましい。

前記離型剤は、鋳型表面に形成される塗膜が１００〜５００μｍ程度、好ましくは２００〜３００μｍ程度となるように塗布することが好ましい。塗膜が１００μｍ未満では、離型剤が部分的に分解され、十分な離型性を発揮することができず、外観不良の原因となる。一方、５００μｍを超えると、均一な塗膜を形成することが難しくなるばかりでなく、塗布した離型剤がインゴット内に不純物として取り込まれたり、熱分解により生成したガスを起因とする鋳造欠陥の原因になったりする可能性がある。

なお、離型剤の塗布方法としては、特に限定されることなく、スプレーなどを用いての吹き付け、刷毛を使った塗りつけ、直接の滴下などの公知の手段を用いることができる。

（３）鋳型の予熱温度
従来、鋳型の予熱温度は、溶湯に接する面の水分を除去することを目的として１００〜１５０℃の範囲に管理されてきた。しかしながら、この温度範囲では、鋳込み時の溶湯温度との差が大きく、鋳込み初期に溶湯が鋳型表面に接触すると、その部分が急冷されるため湯ジワなどの外観不良の原因となる。このため、本発明では、鋳型の予熱温度を３００〜４００℃、好ましくは３００〜３３０℃の範囲としている。３００℃未満では、鋳込み後、冷却時に凝固速度を均一にすることが難しく、外観不良を十分に防止できない。また、４００℃を超えると、塗布した離型剤の熱分解、鋳型の熱疲労、エネルギコストの増加を招くばかりでなく、安全性や作業性も低下する。

また、予熱時間は、鋳型の大きさにも依存するが、質量が１ｋｇ以上の大型のインゴット（たとえば、１ｋｇのインゴットでは、幅１１５〜１２０ｍｍ×横５２〜５５ｍｍ×厚さ８〜１０ｍｍ）を鋳造する場合には、１〜５時間、好ましくは２〜４時間とすることが必要である。このような範囲で予熱することにより、鋳型の表面ばかりでなく芯部まで熱を行き渡らせることができるため、鋳型の冷却速度を適正に保つことができ、これにより溶湯の凝固速度を均一なものとすることができる。１時間未満では、鋳型の芯部まで熱を行き渡らせることができないため凝固速度を均一なものとすることが難しくなるばかりでなく、昇温速度を速くする必要があるため鋳型の変形や割れの原因となる。また、５時間以上とすると、熱分解や鋳込み面２から剥離する離形剤の割合が増加するばかりでなく、生産性が悪化する。

なお、鋳型の予熱は、プロパンガスバーナの火炎を放射するなどの公知の手段を用いることができるが、安全かつ確実に上記の温度範囲に制御し、かつ、鋳型の熱変形を防止する観点から電気炉により予熱することが好ましい。

（４）鋳造温度
本発明の鋳造温度は、１２００〜１３００℃、好ましくは１２３０〜１２８０℃の範囲とする。ここで鋳造温度とは、鋳型に鋳込む時の溶湯の温度を意味する。鋳造温度が１２００℃未満では、凝固速度を均一に維持することが困難となる。一方、１３００℃を超えると、凝固速度を均一にすることはできるが、鋳型の熱疲労による耐久性の低下、溶解必要なエネルギコストの増加という問題が生じる。また、離型剤の分解が促進され、離型剤の剥離による外観不良の発生ばかりでなく、熱分解により生成したガスの巻き込みなどにより内部欠陥の発生も誘発することにもなる。

なお、本発明の対象は純度９９．９９％以上の金であるが、このような金の溶解には、電気炉を用いることが好ましい。また、原材料として不純物量の多いものを用いる場合には、電解精製などの処理を行うことが好ましい。

（５）冷却（凝固）
鋳込み作業後、大気中にて予熱温度（３００〜４００℃）まで冷却する。このとき、鋳型表面の冷却速度は３０〜１２０℃／分、好ましくは３０〜５０℃／分、より好ましくは３０〜４０℃／分とする。冷却速度をこのような範囲に制御することにより、インゴットが部分的に急冷されることを防止することができ、凝固速度を均一なものとすることができる。本発明では、鋳型の予熱温度を３００〜４００℃、鋳造温度１２００〜１３００℃の範囲内に制御しているため、鋳型材料として、熱容量や厚さが前述した範囲内にあるものを選択することにより、大気中室温環境に放置するだけで、容易に凝固速度を均一にすることが可能となり、湯ジワなどの外観不良の発生を効果的に防止することができる。

（実施例１および比較例１）
銅製錬工程で産出し、精製して純度を９９．９９％以上に高めた高純度な金の溶湯と１０ｋｇのインゴットを得ることができる鋳鉄製鋳型（表面粗さＲmaxで０．７ｍｍ、厚さ１７ｍｍ）を用意した。

鋳型は、鋳造に先立って、アセチレンによる油煙（カーボンブラック）を表面に塗布し、電気炉（ＹＡＭＡＴＯ製、ＤＮＦ８１０）に入れ、３００℃（実施例１）と１５０℃（比較例１）の温度で３時間維持して予熱をするとともに、完全に乾燥させた。

その後、鋳造温度を１２００℃〜１３００℃とし、３００℃に予熱した鋳型に溶湯を鋳込んで、金インゴットを鋳造（実施例１）した。同様に、鋳造温度を１１５０℃〜１２００℃とし、１５０℃に予熱した鋳型に溶湯を鋳込んで、金インゴットを鋳造した（比較例１）。

鋳造後の鋳型は、それぞれの冷却速度を３０℃／分として予熱温度まで冷却し、金インゴットを鋳型から離型させ、その後、それぞれ同条件で、鋳型に離型剤を塗布し、予熱し、再び鋳造を行うことを繰り返した。

１０日間にわたって試験を行い、得られた高純度金インゴットの外観を目視で観察した。目視による観察で、１ｍｍ以上の湯ジワが発見された場合を外観不良と判定し、鋳造本数に対する合格品の割合を製品率（良品率）として評価を行った。実施例１の結果を表１に、比較例２の結果を表２に示す。

従来の方法（比較例１）では、１９４本のインゴットを鋳造し、不良品が２６本発生し、良品率は８６％だった。

これに対して、本発明の方法を用いた場合（実施例１）においては、１６８本のインゴットを鋳造した結果、発生した不良品は５本のみとなり、良品率は９５％以上を達成でき、良品率を著しく向上しうることを確認した。また、試験終了後の鋳型の表面を確認すると、予熱温度を３００℃としたにもかかわらず、熱疲労などによる影響は見られなかった。

１鋳型
２鋳込み面

Claims

金のインゴットを鋳造する際に、溶湯に接する面の全面に表面粗さがＲmaxで０．１〜１．０ｍｍの範囲である凹凸が設けられた鋳型を使用し、該鋳型に離型剤を塗布し、該鋳型を３００〜４００℃の範囲で予熱し、その後、鋳造温度を１２００〜１３００℃として前記溶湯を該鋳型に鋳込むことを特徴とする、純度９９．９９％以上の高純度金インゴットの製造方法。
前記鋳型の材料として、熱容量が０．４８〜０．５１Ｊ・ｍｏｌ^-1・Ｋ^-1であり、厚さが１３〜２０ｍｍの耐熱鋳鋼材料を用いたことを特徴とする、請求項１に記載の純度９９．９９％以上の高純度金インゴットの製造方法。
前記離型剤として、炭素系離型剤を使用することを特徴とする、請求項１または２に記載の純度９９．９９％以上の高純度金インゴットの製造方法。
鋳込み後の鋳型表面の予熱温度までの冷却速度を３０〜１２０℃／分とすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の純度９９．９９％以上の高純度金インゴットの製造方法。