JP7451363B2 - plaster for casting - Google Patents

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本発明は、金属造形物を鋳造するための鋳造用石膏型の構成材料である鋳造用石膏に関する。 The present invention relates to casting gypsum, which is a constituent material of a casting gypsum mold for casting metal objects.

従来、アルミニウム合金、亜鉛合金、マグネシウム合金、貴金属などの低融点金属からなる金属造形物を溶湯から鋳造するために用いる鋳造用石膏型において、それを構成する材料である鋳造用石膏は、強度を高め且つ乾燥時の変形を抑制するための骨材として珪砂(シリカ)が用いられていた。特許文献1および特許文献2に記載された鋳造用石膏型がそれである。 Conventionally, in casting plaster molds that are used to cast metal objects made of low-melting point metals such as aluminum alloys, zinc alloys, magnesium alloys, and precious metals from molten metal, the casting plaster that is the material that makes up the molds has a high strength. Silica sand (silica) was used as an aggregate to increase the height and suppress deformation during drying. The plaster molds for casting described in Patent Document 1 and Patent Document 2 are such examples.

これら鋳造用石膏型に用いられる鋳造用石膏は、加水されると速やかに硬化して石膏(CaSO・2HO)となる性質を有する半水石膏(CaSO・1/2HO)が成分として含まれる粉体材料であり、通常、粉重量に対して20~80wt%の水を用いて混練し、成形型に流し込んだ後に乾燥・硬化させられる。タイヤなど大型の製品を成形するために用いる大型の金型を製造する場合には、鋳造用石膏型も大型となるため、工数低減の観点から、鋳造用石膏型内に気泡を設けて軽量化することもある。 The casting plaster used in these casting plaster molds is made of hemihydrate gypsum (CaSO 4 1/2H 2 O), which has the property of quickly hardening into gypsum (CaSO 4 2H 2 O) when water is added. It is a powder material contained as a component, and is usually kneaded using 20 to 80 wt% of water based on the weight of the powder, poured into a mold, and then dried and hardened. When manufacturing large molds used to mold large products such as tires, the casting plaster molds are also large, so from the perspective of reducing man-hours, air bubbles are placed inside the casting plaster molds to reduce weight. Sometimes I do.

特開昭54-151508号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 54-151508 特開昭58-058955号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-058955

ところで、近年、鋳造される金属製品の形状が複雑化し且つ微細化する傾向があるとともに、鋳造に用いられる金属材料が多様化する傾向がある。このため、鋳造時において金属の固形化が一層不規則となり易く、鋳造された金属製品内に鬆(ス)が発生するという問題が顕著となった。 Incidentally, in recent years, there has been a tendency for the shapes of metal products to be cast to become more complex and finer, and there has also been a tendency for the metal materials used for casting to become more diverse. For this reason, during casting, the solidification of the metal tends to be more irregular, resulting in a serious problem of cavities occurring within the cast metal product.

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、鋳造された金属製品内に鬆(ス)が発生することが抑制される鋳造用石膏を提供することにある。 The present invention has been made against the background of the above-mentioned circumstances, and its purpose is to provide a casting gypsum that suppresses the formation of cavities in cast metal products. It is in.

本発明者等は、上記事情を背景として、鋳造された金属製品内に鬆(ス)が発生することが抑制される鋳造用石膏を得るべく、種々検討を行った結果、鋳造用石膏型の熱伝導率に着目し、鋳造用石膏に混入する骨材としてセラミック材料の粒径を工夫すると、鋳造用石膏型の熱伝導率が高められ、鋳造された金属製品内に発生する鬆(ス)が好適に抑制されるという事実を見出した。本発明は、斯かる知見に基づいて為されたものである。 Against the background of the above circumstances, the present inventors conducted various studies in order to obtain a casting gypsum that suppresses the formation of cavities in cast metal products, and as a result, they developed a casting gypsum mold. Focusing on thermal conductivity, if the particle size of the ceramic material used as aggregate mixed into casting plaster is improved, the thermal conductivity of the casting plaster mold will be increased, and the cracks generated within the cast metal product will be reduced. It has been found that the following results are shown in Table 1. The present invention has been made based on this knowledge.

すなわち、第1発明の要旨とするところは、耐火物から構成される骨材を含む鋳造用石膏であって、前記骨材は、平均体積粒径が30~50μmであり且つタップ密度が0.95~1.30g/cmであることにある。 That is, the gist of the first invention is a casting gypsum containing aggregate made of refractories, wherein the aggregate has an average volume particle size of 30 to 50 μm and a tap density of 0. 95 to 1.30 g/cm 3 .

第2発明の要旨とするところは、第1発明において、前記骨材は、酸化アルミニウム粉体であって、25~75wt%の割合で含まれることにある。 The gist of the second invention is that in the first invention, the aggregate is aluminum oxide powder and is contained in a proportion of 25 to 75 wt%.

第3発明の要旨とするところは、鋳込み型内に流し込むために第1発明又は第2発明の鋳造用石膏を混練するに際して25~100%の混水量(石膏100g当たりの水の量(g))が用いられた鋳造用石膏スラリーであることにある。 The gist of the third invention is that when kneading the casting gypsum of the first invention or the second invention in order to pour it into a casting mold, the amount of water mixed (the amount of water (g) per 100 g of gypsum) is 25 to 100%. ) is used for casting gypsum slurry.

第4発明の要旨とするところは、第3発明の鋳造用石膏スラリーが鋳込み型内で硬化された、前記鋳込み型の形状を有する鋳造用石膏型であることにある。 The gist of the fourth invention is to provide a casting gypsum mold having the shape of the casting mold, in which the casting gypsum slurry of the third invention is hardened in the casting mold.

第1発明の鋳造用石膏によれば、前記骨材は、平均体積粒径が30~50μmであり且つタップ密度が0.95~1.30g/cmであることから、鋳造用石膏型の熱伝導率が高められるので、鋳造時において金属の固形化が均一となり易く、鋳造された金属製品内の鬆(ス)の発生が抑制される。 According to the casting plaster of the first invention, the aggregate has an average volume particle size of 30 to 50 μm and a tap density of 0.95 to 1.30 g/cm 3 , so that it is suitable for casting plaster molds. Since the thermal conductivity is increased, the solidification of the metal tends to be uniform during casting, and the formation of cavities in the cast metal product is suppressed.

第2発明の鋳造用石膏によれば、前記骨材は、酸化アルミニウム粉体であって、25~75wt%の割合で鋳造用石膏に含まれる。これにより、珪砂(シリカ)よりも大幅に高い熱伝導率を有する酸化アルミニウム粉体が25~75wt%の割合で鋳造用石膏に含まれるので、熱伝導率が高められた鋳造用石膏型において、鋳造時の金属の固形化が均一となり易く、鋳造された金属製品内に鬆(ス)の発生が抑制される。酸化アルミニウム粉体の割合が25wt%よりも小さいと、石膏の熱伝導率が不足し、鋳造された金属製品内に鬆(ス)が発生する。逆に75重量%よりも大きいと、相対的に鋳造型を形成する半水石膏の割合が減少するため、鋳造型全体の強度が低下する。 According to the casting gypsum of the second invention, the aggregate is aluminum oxide powder, and is contained in the casting gypsum at a rate of 25 to 75 wt%. As a result, aluminum oxide powder, which has a significantly higher thermal conductivity than silica, is included in the casting plaster at a ratio of 25 to 75 wt%, so in a casting plaster mold with increased thermal conductivity, Solidification of the metal during casting tends to be uniform, and the generation of voids in the cast metal product is suppressed. If the proportion of the aluminum oxide powder is less than 25 wt%, the thermal conductivity of the gypsum will be insufficient and voids will occur in the cast metal product. On the other hand, if it is greater than 75% by weight, the proportion of gypsum hemihydrate that forms the casting mold is relatively reduced, resulting in a decrease in the strength of the entire casting mold.

第3発明の鋳造用石膏スラリーによれば、スラリー化するための混練に際して25~100%の混水量(石膏100g当たりの水の量(g))が用いられている。これにより、鋳込みについて適度の粘度を有する鋳造用石膏スラリーが得られるので、鋳造用石膏スラリーを流し込む作業において、作業能率が高められる。混水量が20%を下回ると、鋳造用石膏スラリーの粘度が高くなるので、作業能率が低下し、形状が複雑であるときには細部に充填できず欠けが発生する。反対に、混水量が100%を上回ると、乾燥時の収縮が大きくなり、鋳造用石膏型に引けが発生する。 According to the gypsum slurry for casting of the third invention, a mixed water amount (amount (g) of water per 100 g of gypsum) of 25 to 100% is used during kneading to form a slurry. As a result, a casting gypsum slurry having an appropriate viscosity for casting can be obtained, so that the work efficiency in pouring the casting gypsum slurry is improved. When the amount of mixed water is less than 20%, the viscosity of the gypsum slurry for casting becomes high, which reduces work efficiency, and when the shape is complex, it is not possible to fill in the details, resulting in chipping. On the other hand, if the amount of mixed water exceeds 100%, shrinkage during drying increases and shrinkage occurs in the casting plaster mold.

第4発明の鋳造用石膏型によれば、第3発明の鋳造用石膏スラリーが鋳込み型内で硬化された、前記鋳込み型の形状を有する。これにより、鋳込み型の表面形状に対応したキャビティを有する鋳造用石膏型が得られる。 According to the casting gypsum mold of the fourth invention, the casting gypsum slurry of the third invention is cured in the casting mold and has the shape of the casting mold. As a result, a casting plaster mold having a cavity corresponding to the surface shape of the casting mold is obtained.

ここで、好適には、前記骨材は、鋳造用石膏型が鋳造型として適切な耐熱性、熱膨張率を有するようにするものでもあり、前記骨材を構成する耐火物は、金属酸化物、無機窒化物、無機炭化物、リン酸塩のうちの少なくとも一種を含む。前記金属酸化物は、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、マグネシアの少なくとも1つを含む。前記無機窒化物は、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素の少なくとも1つを含む。前記無機炭化物は、炭化珪素、炭化ホウ素、炭化カルシウムの少なくとも1つを含む。前記リン酸塩は、リン酸カルシウム、リン酸アンモニウム、リン酸ナトリウムの少なくとも1つを含む。 Preferably, the aggregate is one that allows the casting plaster mold to have appropriate heat resistance and thermal expansion coefficient as a casting mold, and the refractory constituting the aggregate is a metal oxide. , an inorganic nitride, an inorganic carbide, and a phosphate. The metal oxide includes at least one of silica, alumina, titania, zirconia, and magnesia. The inorganic nitride includes at least one of silicon nitride, aluminum nitride, and boron nitride. The inorganic carbide includes at least one of silicon carbide, boron carbide, and calcium carbide. The phosphate includes at least one of calcium phosphate, ammonium phosphate, and sodium phosphate.

また、好適には、前記鋳造用石膏(粉体)は、半水石膏が18~75wt%、耐火物である無機粉体が25~75wt%、水溶性ポリマーが0.01~2wt%および石膏硬化促進剤が0.01~1wt%、石膏硬化遅延剤が0.01~1wt%の割合で混合されている。そのため、石膏硬化促進剤、石膏硬化遅延剤および保水性を有する水溶性ポリマーによって鋳造用石膏型の構成時において十分な硬化反応速度および成形直後の変形が抑制される十分な強度が達成されるとともに、昇温により無機粉体が熱膨張することから、構成される鋳造用石膏型として用いられるのに適正な線熱膨張率を有する鋳造用立体造形物を構成するための混合粉体を提供することができる。 Preferably, the casting gypsum (powder) contains 18 to 75 wt% of gypsum hemihydrate, 25 to 75 wt% of an inorganic powder that is a refractory, 0.01 to 2 wt% of a water-soluble polymer, and gypsum. The curing accelerator is mixed in a proportion of 0.01 to 1 wt%, and the gypsum curing retarder is mixed in a proportion of 0.01 to 1 wt%. Therefore, by using a gypsum hardening accelerator, a gypsum hardening retardant, and a water-soluble polymer with water-retaining properties, a sufficient hardening reaction rate and sufficient strength to suppress deformation immediately after molding are achieved when constructing a gypsum mold for casting. To provide a mixed powder for constructing a three-dimensional molded object for casting, which has an appropriate coefficient of linear thermal expansion for use as a plaster mold for casting, since the inorganic powder thermally expands when the temperature rises. be able to.

また、好適には、前記水溶性ポリマーは、立体鋳造物の保水性を高めることにより加えられる水の量が多くても成形状態を保つことを目的とし、前記混合粉体中0.01~2重量%の割合で含まれるように混合される。上記混合粉体中の割合が0.01重量%よりも小さいと十分な保水効果が発揮されず立体造形物の成形直後の強度が不足し、逆に2重量%よりも大きいと硬化速度が遅くなる場合がある。上記水溶性ポリマーとしては、アラビアゴム、ケルザン(キサンタンガムを成分とする天然高分子多糖類)などが好適に用いられる。 Preferably, the water-soluble polymer is contained in the mixed powder in an amount of 0.01 to 2. % by weight. If the proportion in the above mixed powder is less than 0.01% by weight, a sufficient water retention effect will not be exhibited and the strength of the three-dimensional object will be insufficient immediately after molding, while if it is greater than 2% by weight, the curing speed will be slow. It may happen. As the above-mentioned water-soluble polymer, gum arabic, Kelsan (a natural polymeric polysaccharide containing xanthan gum as a component), etc. are preferably used.

また、好適には、前記石膏硬化促進剤は石膏の硬化速度を促進することを目的として、前記混合粉体中、0.01~1重量%の割合で含まれるように混合される。上記混合粉体中の割合が0.01重量%より小さいと十分に硬化速度が向上されず、逆に1重量%を超えて大きくされても硬化速度が飽和し、実際上それ以上の硬化速度の向上は望めないからである。また、上記石膏硬化促進剤としては、二水石膏、アルカリ金属硫酸塩、アルカリ土類金属硫酸塩、アルカリ金属塩化物塩、アルカリ土類金属塩化物塩、無機酸のアンモニウム塩、ミョウバン類から選ばれた1種または2種以上から構成されるものである。このため、実用的且つ安価な材料によって硬化が促進されることから、コストが安価な鋳造用石膏型を構成するための鋳造用石膏(混合粉体)を提供することができる。 Preferably, the gypsum hardening accelerator is mixed in the mixed powder in an amount of 0.01 to 1% by weight for the purpose of accelerating the hardening speed of gypsum. If the proportion in the above mixed powder is less than 0.01% by weight, the curing speed will not be improved sufficiently, and even if it is increased beyond 1% by weight, the curing speed will be saturated, and in reality, the curing speed will not be higher than that. This is because no improvement can be expected. The gypsum hardening accelerator is selected from gypsum dihydrate, alkali metal sulfates, alkaline earth metal sulfates, alkali metal chlorides, alkaline earth metal chlorides, ammonium salts of inorganic acids, and alums. It is composed of one or more types. Therefore, since curing is accelerated by a practical and inexpensive material, it is possible to provide casting plaster (mixed powder) for constructing an inexpensive casting plaster mold.

本発明の鋳造用石膏型の一例を説明する図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure explaining an example of the plaster mold for casting of this invention. 本発明の鋳造用石膏型を製造する工程について説明する工程図である。It is a process diagram explaining the process of manufacturing the plaster mold for casting of this invention. 図2の注型工程に用いられる型枠の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the mold used for the casting process of FIG. 混入された骨材(耐火物)の粒径(μm)、重量(g)、体積(cm)、タップ密度(g/cm)がそれぞれ異なるように作成された12種類の試料No.1~12にいての、混水量、および硬化後の熱伝導率をそれぞれ示す図である。Twelve types of sample No. 1 were prepared with different particle sizes (μm), weights (g), volumes (cm 3 ), and tap densities (g/cm 3 ) of the mixed aggregate (refractories). 1 to 12 are diagrams showing the amount of mixed water and the thermal conductivity after curing, respectively. 試料No.1~11の耐火物(骨材)の平均体積粒径(μm)の大きさを対比して示す棒グラフである。Sample No. 2 is a bar graph showing a comparison of the average volume particle diameter (μm) of refractories (aggregates) Nos. 1 to 11. 試料No.1~11のタップ密度(g/cm)の大きさを対比して示す棒グラフである。Sample No. It is a bar graph showing a comparison of tap densities (g/cm 3 ) of 1 to 11. 試料No.1~11の熱伝導率(W/mK)の大きさを対比して示す棒グラフである。Sample No. It is a bar graph showing the magnitude of thermal conductivity (W/mK) of 1 to 11 in comparison. 試料No.6と同様に作成されて耐火物の割合(wt%)を変化させた試料No.13~試料No.19及び試料No.6のぬれ圧縮強度(MPa)及び熱伝導率(W/mK)の測定値を示す図である。Sample No. Sample No. 6 was prepared in the same manner as Sample No. 6, but the proportion (wt%) of refractories was changed. 13~Sample No. 19 and sample no. 6 is a diagram showing the measured values of wet compressive strength (MPa) and thermal conductivity (W/mK) of No. 6. 図1の鋳造用石膏型を構成するための混合粉体の線熱膨張曲線である。2 is a linear thermal expansion curve of a mixed powder for constructing the casting plaster mold of FIG. 1. FIG.

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は発明に関連する要部を説明するものであり、寸法及び形状等は必ずしも正確に描かれていない。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that in the following examples, the figures are for explaining essential parts related to the invention, and dimensions, shapes, etc. are not necessarily drawn accurately.

図1は、比較的低融点の金属製品を鋳造するための鋳造用石膏型の一例であって、たとえばタイヤを製造する分割金型を鋳造するための鋳造用石膏型10を示している。鋳造用石膏型10は、タイヤトレッド部の合成樹脂製マスタモデルから成形された後述のゴム型20を用いて鋳込み成形される。鋳造用石膏型10は、たとえば低圧鋳造に用いるものであり、製品キャビティ10aと、その製品キャビティ10aを下面に連通させる湯道10bとが形成されている。 FIG. 1 shows an example of a casting gypsum mold 10 for casting a metal product with a relatively low melting point, and for example, a casting gypsum mold 10 for casting a split mold for manufacturing tires. The casting plaster mold 10 is cast using a rubber mold 20, which will be described later, which is molded from a synthetic resin master model of the tire tread. The casting plaster mold 10 is used, for example, in low-pressure casting, and is formed with a product cavity 10a and a runner 10b that communicates the product cavity 10a with the lower surface.

図2は、鋳造用石膏型10の製造工程を示している。鋳造用石膏(粉体)12を調整する石膏調整工程P1では、たとえば、半水石膏が18~75wt%、骨材が25~75wt%、水溶性ポリマーが0.01~2wt%および石膏硬化促進剤が0.01~1wt%、石膏硬化遅延剤が0.01~1wt%の割合で調合され、よく知られた粉体攪拌機を用いて混合される。上記骨材は、耐火物である無機材料、好適には酸化アルミニウム(Al)の粉体であって、平均体積粒径が30~50μmであり且つタップ密度が0.95~1.30g/cmである。この平均体積粒径は、体積で重みづけされた平均粒子径である。 FIG. 2 shows the manufacturing process of the plaster mold 10 for casting. In the gypsum adjustment step P1 of adjusting the casting gypsum (powder) 12, for example, hemihydrate gypsum is 18 to 75 wt%, aggregate is 25 to 75 wt%, water-soluble polymer is 0.01 to 2 wt%, and gypsum hardening is accelerated. 0.01 to 1 wt% of the agent and 0.01 to 1 wt% of the gypsum setting retarder are mixed using a well-known powder stirrer. The aggregate is a powder of an inorganic refractory material, preferably aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and has an average volume particle size of 30 to 50 μm and a tap density of 0.95 to 1.5 μm. It is 30g/ cm3 . This average volume particle size is a volume-weighted average particle size.

次に、石膏スラリー調整工程P2では、混水量(鋳造用石膏(粉体)100g当たりの水の量(g))が25~100%の範囲内となるように、石膏調整工程P1で調整された鋳造用石膏(粉体)12に水が添加され、且つよく知られた混合機により混合されることにより、スラリー状の石膏スラリー14とされる。上記混水量の範囲は、石膏スラリー14の注型性が得られる範囲で、乾燥により硬化した鋳造用石膏型10の強度特性が得られるように、上下限値が実験的に設定されている。 Next, in the gypsum slurry adjustment step P2, the amount of mixed water (the amount of water (g) per 100 g of casting gypsum (powder)) is adjusted in the gypsum adjustment step P1 so that it is within the range of 25 to 100%. Water is added to the cast gypsum (powder) 12 and mixed using a well-known mixer to form a gypsum slurry 14 in the form of a slurry. The upper and lower limits of the above-mentioned mixed water amount range are experimentally set so that the castability of the gypsum slurry 14 is obtained and the strength characteristics of the casting gypsum mold 10 hardened by drying are obtained.

次いで、注型工程P3では、石膏スラリー調整工程P2で調整された石膏スラリー14が、たとえば図3に示す鋳込み型16内に流し込まれる。鋳込み型16は、容器状の型枠18と、その型枠18内に固定されたゴム型20と、湯道10bを形成するためにゴム型20に立設された棒部材22とを備えている。ゴム型20と型枠18とで囲まれた空間に、上記石膏スラリー14が流し込まれる。 Next, in the casting process P3, the gypsum slurry 14 adjusted in the gypsum slurry adjusting process P2 is poured into a casting mold 16 shown in FIG. 3, for example. The casting mold 16 includes a container-shaped mold 18, a rubber mold 20 fixed within the mold 18, and a rod member 22 erected on the rubber mold 20 to form the runner 10b. There is. The gypsum slurry 14 is poured into a space surrounded by the rubber mold 20 and the formwork 18.

硬化工程P4では、常温で或いは所定の乾燥温度で、所定時間乾燥されることで鋳込み型16内の石膏スラリー14が硬化され、II型無水石膏まで変態させる。そして、型出し工程P5では、鋳込み型16内の石膏スラリー14が硬化した鋳造用石膏型10が、鋳込み型16から取り出される。 In the curing step P4, the gypsum slurry 14 in the casting mold 16 is cured by being dried at room temperature or at a predetermined drying temperature for a predetermined period of time, and is transformed into type II anhydrite. Then, in the mold removal step P5, the casting gypsum mold 10 in which the gypsum slurry 14 in the casting mold 16 has been hardened is taken out from the casting mold 16.

以下、本実施例の鋳造用石膏型10を評価するために、図4に示す11種類の耐火物を用いて、半水石膏42wt%、耐火物58wt%の基本割合で混合した試料No.1、3~12、及び、骨材(耐火物)を用いない試料No.2を作成し、それら試料No.1~12を混水により硬化した石膏種について熱伝導率をそれぞれ評価した。上記12種類の試料No.1~12の石膏種は、図4において、骨材として珪砂(特4)を用いた石膏種(従来品)、骨材を用いない石膏種、実施例品1~4、および比較例品1~6として示されている石膏種である。それら12種類の石膏種は、図4に示されるように、混入された骨材(耐火物粉体)の粒径(μm)、重量(g)、体積(cm)、タップ密度(g/cm)がそれぞれ異なるようにされている。また、図4には、上記12種類の石膏種について、スラリー化したときの混水量(石膏100g当たりの水の量(g):単位%)、および、硬化後の石膏の熱伝導率(W/mK)が、それぞれ示されている。なお、図4において、耐火物重量、耐火物体積は、タップ密度を計算するためだけの耐火物単体の値である。 Hereinafter, in order to evaluate the casting plaster mold 10 of this example, sample No. 1 was prepared using 11 types of refractories shown in FIG. 1, 3 to 12, and sample No. 1 that does not use aggregate (refractory). 2, and those sample Nos. Thermal conductivity was evaluated for gypsum types 1 to 12 that had been hardened by mixing with water. The above 12 types of sample No. In FIG. 4, gypsum types 1 to 12 are gypsum types using silica sand (special 4) as aggregate (conventional product), gypsum types not using aggregate, example products 1 to 4, and comparative example product 1. This is a gypsum species designated as ~6. As shown in Figure 4, these 12 types of gypsum are determined by the particle size (μm), weight (g), volume (cm 3 ), and tap density (g/ cm 3 ) are different from each other. Figure 4 also shows the amount of mixed water (amount of water (g) per 100 g of gypsum: unit %) when slurry-formed for the above 12 types of gypsum, and the thermal conductivity of the gypsum after hardening (W /mK) are shown respectively. In addition, in FIG. 4, the refractory weight and the refractory volume are values of a single refractory only for calculating the tap density.

ここで、図4において、試料No.2の骨材を用いない石膏種において記載されている、P21A、平均体積粒径、重量、体積、およびタップ密度は、石膏粒子の品種および値である。また、図4において、耐火物A11~A14、およびSA32は、日本軽金属(株)製のアルミナである。耐火物WA400Jは昭和電工(株)製のアルミナである。耐火物AM29は住友化学社製のアルミナである。耐火物AA18は住友化学(株)製のアルミナである。耐火物YFA5070はキンセイマテック(株)製の高熱伝導性板状アルミナセラフである。 Here, in FIG. 4, sample No. The P21A, average volume particle size, weight, volume, and tap density described in No. 2 gypsum type that does not use aggregate are the types and values of the gypsum particles. Further, in FIG. 4, refractories A11 to A14 and SA32 are alumina manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd. The refractory WA400J is alumina manufactured by Showa Denko K.K. The refractory AM29 is alumina manufactured by Sumitomo Chemical. The refractory AA18 is alumina manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. The refractory YFA5070 is a highly thermally conductive plate-shaped alumina ceramic manufactured by Kinseimatec Co., Ltd.

上記12種類の試料No.1~12は、各試料原料(粉体)10gに、水6.1g(混水量61%)、但し試料No.12のアルミナセラフは混水量100%で混練してスラリー化した後、10mm×10mm×1mmのシリコーン型に流し込み、室温で5分放置した後、65℃のオーブン内で1時間、250℃のオーブンで2時間の熱処理を行なって硬化させたものを、熱伝導率測定サンプルとした。そして、NETZCH社製の熱伝導率測定機LFA467を用いて、1サンプル~3サンプルずつ熱伝導率を測定した。なお、耐火物の平均体積粒径は、Malvern社製のMastersizer3000 v-3.50を用いて以下の測定条件で測定した。また、耐火物のタップ密度は、(株)セイシン企業製タップデンサーKYT-4000を用い、タップ回数50で測定した。
<平均体積粒径の測定条件>
分類 :平均体積粒径
原理 :レーザー回折式
分散媒 :水
粒子屈折率 :1.766
粒子吸収率 :0.010
分散媒屈折率 :1.330
光散乱モデル :Mie理論
The above 12 types of sample No. For samples No. 1 to No. 12, 10 g of each sample raw material (powder) was mixed with 6.1 g of water (61% amount of water mixed). Alumina Ceraph No. 12 was kneaded with 100% water to form a slurry, poured into a 10 mm x 10 mm x 1 mm silicone mold, left at room temperature for 5 minutes, then heated in a 65°C oven for 1 hour, and then heated in a 250°C oven for 1 hour. The sample that was cured by heat treatment for 2 hours was used as a sample for thermal conductivity measurement. Then, the thermal conductivity was measured for each of 1 to 3 samples using a thermal conductivity measuring device LFA467 manufactured by NETZCH. The average volume particle size of the refractory was measured using Mastersizer 3000 v-3.50 manufactured by Malvern under the following measurement conditions. Further, the tap density of the refractory was measured using a tap densityer KYT-4000 manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd. and with 50 taps.
<Measurement conditions for average volume particle diameter>
Classification: Average volume particle size Principle: Laser diffraction dispersion medium: Water particle refractive index: 1.766
Particle absorption rate: 0.010
Dispersion medium refractive index: 1.330
Light scattering model: Mie theory

試料No.12の比較例品6については、混入された耐火物YFA5070が乾燥後において細かく破砕され、熱伝導率測定サンプルの形状を保持できないため、熱伝導率の測定ができなかった。これはアルミナセラフ自体が平均体積粒径5μmとはいうものの、かなりの微粒子を含むためであると推定される。 Sample No. Regarding Comparative Example 6 of 12, the mixed refractory YFA5070 was finely crushed after drying and the shape of the thermal conductivity measurement sample could not be maintained, so the thermal conductivity could not be measured. This is presumed to be because the alumina ceraf itself contains a considerable amount of fine particles, although the average volume particle size is 5 μm.

図5は、試料No.1~11の耐火物(骨材)の平均体積粒径(μm)の大きさを対比して示す棒グラフである。図6は、試料No.1~11のタップ密度(g/cm)の大きさを対比して示す棒グラフである。図7は、試料No.1~11の熱伝導率(W/mK)の大きさを対比して示す棒グラフである。 FIG. 5 shows sample No. 1 is a bar graph showing a comparison of the average volume particle diameter (μm) of refractories (aggregates) Nos. 1 to 11. FIG. 6 shows sample No. It is a bar graph showing a comparison of tap densities (g/cm 3 ) of 1 to 11. FIG. 7 shows sample No. It is a bar graph showing the magnitude of thermal conductivity (W/mK) of 1 to 11 in comparison.

図4~図7において、試料No.2の耐火物を含まない石膏P21Aから成る石膏種のタップ密度の値が大きいので、タップ密度がその試料No.2の値に近いものが良好な熱伝導率が得られるのではないかと思われたが、タップ密度がそれに最も近い試料No.9のアルミナAM29を含む石膏種は、試料No.2の耐火物を含まない石膏P21Aから成る石膏種とほぼ変わらない熱伝導率しか得られていない。これに対して、タップ密度が試料No.9に次いで試料No.2の値に近い値を有する試料No.5のアルミナA13を含む石膏種は、試料No.9よりも32%も高い熱伝導率を示している。試料No.3~No.6と試料No.9との間で大きく違うのは平均体積粒径であった。すなわち、試料No.3~No.6の平均体積粒径は、試料No.9の平均体積粒径に対して、倍以上の値すなわち2.3倍~3.1倍の値を示している。そして、上記試料No.3~No.6の熱伝導率は、試料No.2の従来の石膏種に比較して1.39倍~1.58倍に高くなっている。 In FIGS. 4 to 7, sample No. Since the value of the tap density of the gypsum type made of gypsum P21A that does not contain refractories is large, the tap density is the same as that of sample No. 2. It was thought that good thermal conductivity could be obtained with a value close to 2, but sample No. 2 whose tap density was closest to that value. The gypsum species containing alumina AM29 of sample no. The thermal conductivity was almost the same as that of the gypsum type made of gypsum P21A, which does not contain any refractories. On the other hand, the tap density of sample No. Sample No. 9 was followed by sample No. Sample No. 2 has a value close to the value of 2. The gypsum species containing alumina A13 of Sample No. 5 was sample No. 5. It shows a thermal conductivity 32% higher than that of 9. Sample No. 3~No. 6 and sample no. The major difference between No. 9 and No. 9 was the average volume particle diameter. That is, sample No. 3~No. The average volume particle diameter of Sample No. 6 is that of Sample No. 6. The average volume particle diameter of No. 9 is more than double, that is, 2.3 to 3.1 times. Then, the sample No. 3~No. The thermal conductivity of sample no. It is 1.39 to 1.58 times higher than the conventional gypsum type No. 2.

このため、試料No.3~No.6の平均体積粒径範囲をカバーする、平均体積粒径が30~50μmであって、試料No.3~No.6のタップ密度の範囲をカバーする、タップ密度が0.95~1.30g/cmである骨材を、含有する石膏種を用いると、特異的に、熱伝導率が高くなることが、見出された。平均体積粒径が小さいほど、タップ密度が小さいほど、粒子間の接触が少なくなるので、熱伝導率の低下に寄与していると推定される。また、平均体積粒径が大きいほど、タップ密度が高いほど、粒子間の接触点が少なくなるので、熱伝導率の低下に寄与していると推定される。 For this reason, sample no. 3~No. Sample No. 6 has an average volume particle size of 30 to 50 μm, covering the average volume particle size range of Sample No. 6. 3~No. When using a gypsum type containing aggregate with a tap density of 0.95 to 1.30 g/cm 3 covering the tap density range of 6, the thermal conductivity is specifically high. discovered. It is presumed that the smaller the average volume particle diameter and the smaller the tap density, the less contact between particles, which contributes to a decrease in thermal conductivity. Furthermore, the larger the average volume particle diameter and the higher the tap density, the fewer contact points between particles, which is presumed to contribute to a decrease in thermal conductivity.

図8は、同じ混水量(61%)において、半水石膏及び耐火物を100としたときの耐火物の割合(wt%)を変化させた時のぬれ圧縮強度(MPa)及び熱伝導率(W/mK)の測定値を示している。図8において、試料No.6、No.13~No.19の酸化アルミニウム(A14)の割合の範囲をカバーする、酸化アルミニウム(A14)の割合が25~75wt%である石膏種において、熱伝導率が高くなることが見出された。試料No.13に示すように、酸化アルミニウム粉体の割合が25wt%よりも小さいと、石膏の熱伝導率が不足し、鋳造された金属製品内に鬆(ス)が発生する。逆に、試料No.19に示すように、75重量%よりも大きいと、相対的に鋳造型を形成する半水石膏の割合が減少するため、鋳造型全体の強度が低下する。 Figure 8 shows the wet compressive strength (MPa) and thermal conductivity ( W/mK) is shown. In FIG. 8, sample No. 6, No. 13~No. It was found that the thermal conductivity is higher in gypsum types with a proportion of aluminum oxide (A14) of 25 to 75 wt%, covering a range of proportions of aluminum oxide (A14) of 19. Sample No. As shown in Fig. 13, if the proportion of aluminum oxide powder is less than 25 wt%, the thermal conductivity of the gypsum is insufficient and voids occur in the cast metal product. On the contrary, sample no. As shown in No. 19, when it is greater than 75% by weight, the proportion of gypsum hemihydrate that forms the casting mold is relatively reduced, resulting in a decrease in the strength of the entire casting mold.

図9は、試料No.1の従来の石膏種および試料No.6のアルミナA14を含む石膏種の線熱膨張曲線と、温度変化を示す線とを示すグラフであって、時間を示す横軸と温度を示す右縦軸と線熱膨張を示す左縦軸とを備えている。図9において、試料No.1の従来の石膏種の線熱膨張曲線は破線で、試料No.6のアルミナA14を含む石膏種の線熱膨張曲線は1点鎖線で、温度は実線で示されている。破線で示す試料No.1の従来の石膏種の線熱膨張曲線と1点鎖線で示す試料No.6のアルミナA14を含む石膏種の線熱膨張曲線とは、100℃から800℃までの温度範囲において、同等の特性を示している。このことは、試料No.6のアルミナA14を含む石膏種は、同等の使用条件で試料No.1の従来の石膏種に替えて用いられることを示している。 FIG. 9 shows sample No. 1 conventional gypsum species and sample no. 6 is a graph showing a linear thermal expansion curve of a gypsum species containing alumina A14 of No. 6, and a line showing temperature change, with a horizontal axis showing time, a right vertical axis showing temperature, and a left vertical axis showing linear thermal expansion. It is equipped with In FIG. 9, sample No. The linear thermal expansion curve of the conventional gypsum type No. 1 is a broken line; The linear thermal expansion curve of the gypsum species containing alumina A14 of No. 6 is shown as a dashed line, and the temperature is shown as a solid line. Sample No. indicated by the broken line. The linear thermal expansion curve of the conventional gypsum type No. 1 and the sample No. 1 shown by the dashed-dotted line. The linear thermal expansion curve of the gypsum type containing alumina A14 in No. 6 shows similar characteristics in the temperature range from 100°C to 800°C. This indicates that sample no. The gypsum type containing alumina A14 of No. 6 was sample No. 6 under the same usage conditions. This indicates that it can be used in place of the conventional gypsum type No. 1.

上述のように、本実施例の鋳造用石膏12によれば、その鋳造用石膏12に混入されている骨材が、平均体積粒径が30~50μmであり且つタップ密度が0.95~1.30g/cmであることから、鋳造用石膏型10の熱伝導率が高められるので、鋳造時において金属の固形化が均一となり易く、鋳造された金属製品内での鬆(ス)の発生が抑制される。 As described above, according to the casting gypsum 12 of this embodiment, the aggregate mixed in the casting gypsum 12 has an average volume particle size of 30 to 50 μm and a tap density of 0.95 to 1. Since it is .30 g/ cm3 , the thermal conductivity of the casting plaster mold 10 is increased, which makes it easier for the metal to solidify uniformly during casting, and prevents the formation of cavities within the cast metal product. is suppressed.

また、本実施例の鋳造用石膏12によれば、その鋳造用石膏12に混入されている骨材は、酸化アルミニウム粉体であって、25~75wt%の割合で鋳造用石膏12に含まれる。これにより、珪砂(シリカ)よりも大幅に高い熱伝導率を有する酸化アルミニウム粉体が25~75wt%の割合で鋳造用石膏12に含まれるので、熱伝導率が高められた鋳造用石膏型10において、鋳造時の金属の固形化が均一となり易く、鋳造された金属製品内に鬆(ス)の発生が抑制される。 Further, according to the casting gypsum 12 of this embodiment, the aggregate mixed in the casting gypsum 12 is aluminum oxide powder, and is contained in the casting gypsum 12 at a ratio of 25 to 75 wt%. . As a result, aluminum oxide powder, which has a significantly higher thermal conductivity than silica sand, is included in the casting plaster 12 at a ratio of 25 to 75 wt%, so the casting plaster mold 10 has increased thermal conductivity. In this case, the solidification of the metal during casting tends to be uniform, and the generation of voids in the cast metal product is suppressed.

また、本実施例によれば、鋳造用石膏12をスラリー化するための石膏スラリー調整工程P2において、25~100%の混水量(石膏100g当たりの水の量(g))が用いられた石膏スラリー(鋳造用石膏スラリー)14が得られる。これにより、鋳込みについて適度の粘度を有する石膏スラリー14が得られるので、石膏スラリー14を流し込む作業において、作業能率が高められる。混水量が20%を下回ると、石膏スラリー14の粘度が高くなるので、作業能率が低下し、形状が複雑であるときには細部に充填できず欠けが発生する。反対に、混水量が100%を上回ると、乾燥時の収縮が大きくなり、鋳造用石膏型に引けが発生する。 Further, according to this embodiment, in the gypsum slurry adjustment step P2 for slurrying the casting gypsum 12, the amount of mixed water (the amount of water (g) per 100 g of gypsum) of 25 to 100% was used. A slurry (gypsum slurry for casting) 14 is obtained. As a result, the gypsum slurry 14 having an appropriate viscosity for casting can be obtained, so that the work efficiency in pouring the gypsum slurry 14 is improved. When the amount of mixed water is less than 20%, the viscosity of the gypsum slurry 14 becomes high, resulting in a decrease in work efficiency, and when the shape is complicated, it is not possible to fill in the details, resulting in chipping. On the other hand, if the amount of mixed water exceeds 100%, shrinkage during drying increases and shrinkage occurs in the casting plaster mold.

また、本実施例の鋳造用石膏型10は、石膏スラリー調整工程P2において鋳造用石膏12からスラリー状に調整された石膏スラリー14が鋳込み型16内で硬化されたものである。これにより、鋳込み型16の表面形状に対応したキャビティを有する鋳造用石膏型10が得られる。 Further, the casting gypsum mold 10 of this embodiment is obtained by hardening in the casting mold 16 a gypsum slurry 14 adjusted into a slurry form from the casting gypsum 12 in the gypsum slurry adjustment step P2. As a result, a casting plaster mold 10 having a cavity corresponding to the surface shape of the casting mold 16 is obtained.

以上、本発明を表及び図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施でき、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。 Although the present invention has been described above in detail with reference to tables and drawings, the present invention can be implemented in other embodiments, and various changes can be made without departing from the spirit thereof.

10:鋳造用石膏型
10a:製品キャビティ
10b:湯道
12:鋳造用石膏
14:石膏スラリー(鋳造用石膏スラリー)
16:鋳込み型
18:型枠
20:ゴム型
22:棒部材
10: Casting plaster mold 10a: Product cavity 10b: Runway 12: Casting plaster 14: Gypsum slurry (casting plaster slurry)
16: Casting mold 18: Formwork 20: Rubber mold 22: Rod member

Claims (4)

耐火物から構成される骨材を含む鋳造用石膏であって、
前記骨材は、平均体積粒径が30~50μmであり且つタップ密度が0.95~1.30g/cmである
ことを特徴とする鋳造用石膏。
Casting plaster containing aggregate composed of refractory material,
A casting gypsum characterized in that the aggregate has an average volume particle size of 30 to 50 μm and a tap density of 0.95 to 1.30 g/cm 3 .
前記骨材は、酸化アルミニウム粉体であって、25~75wt%の割合で含まれる
ことを特徴とする請求項1の鋳造用石膏。
The casting plaster according to claim 1, wherein the aggregate is aluminum oxide powder and is contained in a proportion of 25 to 75 wt%.
鋳込み型内に流し込むために請求項1又は2の鋳造用石膏を混練するに際して、25~100%の混水量が用いられている
ことを特徴とする用いられた鋳造用石膏スラリー。
A used casting gypsum slurry, characterized in that when kneading the casting gypsum of claim 1 or 2 for pouring into a casting mold, a mixed water amount of 25 to 100% is used.
請求項3の鋳造用石膏スラリーが前記鋳込み型内で硬化された、前記鋳込み型の形状を有する
ことを特徴とする鋳造用石膏型。
A gypsum mold for casting, characterized in that the gypsum slurry for casting according to claim 3 is cured within the casting mold and has the shape of the casting mold.
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