JPH0628775B2

JPH0628775B2 - 鋳型

Info

Publication number: JPH0628775B2
Application number: JP766286A
Authority: JP
Inventors: 昭夫橋本; 通出川; 弘三藤原
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1986-01-17
Filing date: 1986-01-17
Publication date: 1994-04-20
Anticipated expiration: 2009-04-20
Also published as: JPS62168629A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はチタン、ジルコニウムなどの活性金属やそれら
の合金（以下本明細書において合金をも単に金属という
ことがある）或いはクロム、バナジウム等の高融点金属
の鋳造を行うに好適な鋳型に関するものである。

従来の技術及び先行技術カルシア質耐火物は熱力学的に高温でも安定であると共
に、特有の精錬作用を有するので、本発明者らにより種
々の高融点金属、高活性金属の溶製に適用し得ることが
明らかにされつつある。

本発明者は次の，の溶製方法を提案している。

内面がカルシア質炉材で構成された容器内のクロム又
はクロム基合金の溶湯中に、真空又はアルゴン雰囲気下
でアルミニウムとランタンとを存在せしめることを特徴
とする高純度のクロム又はクロム基合金の製造方法（特
願昭６０−２２５４５０号）内面がカルシア質炉材で構成された容器内のクロム溶
湯中に、真空又はアルゴン雰囲気下で希土類元素を存在
せしめることを特徴とする高純度クロムの製造方法（特
願昭６０−６４３０７号）かかる溶製方法によれば、いずれも従来法では溶製が困
難であった高活性及び／又は高融点金属の溶製を容易に
行うことができる。しかも、得られる合金溶湯は極めて
高清浄なものである。

しかして、高清浄な鋳造体を得るには、高清浄金属溶湯
を溶製すると共に、溶湯を汚染することのない鋳型を用
いる必要がある。従来、活性金属であるチタン或いはジ
ルコニウムの金属（合金を含む）の鋳造用鋳型として
は、ラムド型、インベストメント型、水冷銅、砂型（ジ
ルコン砂、オリビン砂などを用いる）などが知られてい
る。ラムド型は黒鉛粉末を骨材とし、炭素系又は樹脂系
のバインダーで成形乾燥後に焼成されたものである。イ
ンベストメント型は、タングステン粉末被覆鋳型と称さ
れるスラリーにタングステンを使用し、金属質のバイン
ダーを用いたものと、酸化物鋳型といわれる酸化物系の
スラリーに酸化物のバインダーを組み合わせたもの、そ
して黒鉛系のスラリーに炭素を含有するバインダーで固
めた黒鉛鋳型の３種類がある。

また、チタン又はチタン合金の鋳型材料として、純マグ
ネシア又はマグネシアを主成分とするマグネシア鋳型材
料やマグネシアを主成分とする骨材にアルカリ金属の炭
酸水素塩等の硬化促進剤やアルミニウム粉末を添加した
鋳型材料も公知とされている（特公昭５８−５７４９、
特開昭５９−２１８２３７）。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、これらの鋳型へ活性金属を鋳込むと、鋳
型材との反応がおこり、黒鉛質の鋳型材の場合には炭素
が、またマグネシア質やジルコニア質の鋳型の場合には
酸素のコンタミネーションがおこり、鋳肌の汚染が生ず
る。また、インベストメント型のうち酸化物バインダ系
のもは酸素のみならず窒素の侵入がある。このような鋳
肌表面の汚染は、鋳物表面の汚染層の除去工程が必要と
なり、鋳物工程が甚だ煩雑となる。また、水冷銅による
鋳造方法では、鋳型が高価であると共に消耗し易く、漏
水による爆発の危険性という問題がある。

更に、水冷銅以外の酸化物或いは黒鉛系などの鋳型にお
いては、熱伝導度が大きいので引け巣の位置が中央部に
きたりして、鋳造歩留りが悪くなるという問題がある。

［問題点を解決するための手段及び作用］本発明の鋳型はＣａＯを９５〜１０重量％、黒鉛を５〜
５０重量％含むカルシア黒鉛質材料にて全体が構成され
ていることを特徴とする。

［作用］本発明の鋳型は、高融点でありしかも高温で熱力学的に
安定なＣａＯと、高耐熱性の黒鉛とを主材質とするもの
であるので、高融点及び／又は高活性金属の鋳造を容易
に行うことができ、鋳肌表面の汚染のない鋳物を得るこ
とが可能である。また、本発明の鋳型は黒鉛を比較的多
量に含んでいるので、鋳型面が滑らかであり、従って滑
らかな鋳肌を得ることができる。

また、ＣａＯと黒鉛との配合比が適当量であるので、黒
鉛質鋳型に比べ保温性が良く、湯まわりが良い。また鋳
造歩留りも良い。

以下本発明について更に詳細に説明する。

本発明の鋳型はカルシア黒鉛質である。カルシアは、前
述の如く高融点であり、かつ高温でも熱力学的に安定で
ある。また、黒鉛も、非酸化性雰囲気では極めて高い耐
熱性を有する。本発明の鋳型は、ＣａＯの含有量が高ま
るにつれ酸化性雰囲気中での安定性及び耐熱性が向上す
るので、本発明の鋳型はＣａＯを少なくとも１０重量％
（以下特に断わらない限り％は重量％を示す。）含有
し、好ましくは３０％以上とりわけ５０％以上含有す
る。

本発明の鋳型は、ＣａＯ以外に黒鉛を含む。黒鉛は、上
述のように、非酸化性雰囲気中で極めて高い耐熱性を有
する。本発明の鋳型では、黒鉛を５％以上含有させるこ
とにより、鋳型の耐熱性を高め、高融点金属の鋳造を容
易なものとする。なお、黒鉛含有量が５０％を超える
と、溶湯中へのＣの汚染をひき起し易くなるので、黒鉛
含有量は５０％以下とする。好ましい黒鉛含有量は１０
〜４０％、とりわけ１５〜３０％である。黒鉛には天然
黒鉛と電解屑、熱分解黒鉛、キッシュ黒鉛等の人工黒鉛
とがあるが、本発明ではそのいずれをも用い得る。な
お、黒鉛は鱗片状を呈しているため成形性が悪く、また
本来、反応性に乏しくセラミックスボンドを形成しがた
いので焼結体強度が低下し易い。このため、黒鉛をカル
シア質鋳型材料として用いるに際しては金属アルミニウ
ムを少量添加することが効果的である。アルミニウムは
非酸化性雰囲気で焼成すると、炭化アルミニウムや窒化
アルミニウム等の高耐食性反応生成物を生成し、鋳型の
耐食性を高めるとと共に、黒鉛と周囲組織との結合を高
め鋳型の強度が改善されるようになる。

本発明では、ＣａＯ及び黒鉛以外にハロゲン化物を含ん
でも良い。このハロゲン化物としてはアルカリ金属、ア
ルカリ土類金属や鉛のフッ化物や塩化物、あるいはそれ
らを含む複塩などを挙げられる。具体的には、例えばＣ
ａＦ_２、ＭｇＦ_２、ＢａＦ_２、ＳｒＦ_２、ＮａＦ、Ｌｉ
Ｆ、ＫＦ、ＰｂＦ_２、ＣｓＦ、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、ＣａＣ
ｌ_２、ＭｇＣｌ_２、ＮａＣｌ、ＫＣｌ等が挙げられる。

このようなハロゲン化物は、本来、ＣａＯに比べ耐消化
性が格段に高く、また低融点であるから、それ自身の存
在による耐消化性向上に加えて、焼成時の素地の焼結を
促進し焼結体組織の緻密度を高める作用をなし、これら
の作用が重畳して鋳型に優れた耐消化性を付与せしめ
る。また、焼結促進作用により、得られる鋳型の強度を
も格段に向上させる。なお、ハロゲン化物は、粒界に多
く存在し、ハロゲン化物を多く含む層がＣａＯ粒子を被
包するようになり、これによっても鋳型の耐消化性が向
上されるものと推察される。このハロゲン化物は、添加
量が多過ぎると鋳型の耐火度を低下させるようになるの
で、含有率は５％以下、好ましくは３％以下とする。

また、本発明の鋳型は、その他の物質として酸化物、炭
化物、窒化物を含むことができる。酸化物としては具体
的にはマグネシア（ＭａＯ）やジルコニア（ＺｒＯ_２）
等の高融点のものが好適である。炭化物や窒化物として
は炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミなどが挙げられる。

なお、カルシア質鋳型を製造するに用いる原料として
は、石灰石、これを仮焼もしくは十分に焼成した生石
灰、死焼石灰、アーク炉で溶解させた電融カルシアの
他、水酸化カルシウム等をも用い得る。更に、ＣａＯを
含有する鉱物例えばラルナイト、メルウィナイト、アノ
ルサイト、ドロマイト等をも用い得る。

本発明の鋳型を製造するには、このようなカルシア質原
料と黒鉛、及び所望により前記した酸化物、炭化物、窒
化物、ハロゲン化物の１種又は２種以上を併用して主た
る原料とする。そして、この主たる原料に、必要に応じ
て適宜のバインダを添加し、成形、焼成により鋳型とな
す。

このバインダとしては、非水系のものを用いる。

非水系のバインダとしては、液体系のもの、固体系のも
のいずれでも良い。液体系のものとしては、無水塩化カ
ルシウムやアラビアゴムなどを分散させたアルコール
（一価又は多価のアルコール）、トルエンにオレイン酸
を溶解させたもの、アルコールにオレイン酸を溶解させ
たもの、灯油にオレイン酸を溶解させたもの、四塩化炭
素に蜜ろうを溶解させたもの、あるいは酢酸イソブチル
等が好適であるが、タール、ピッチなどの鉱油、動物
油、植物油など、カルシアを消化させることのない非水
系の液体であれば用いることが可能である。

固体系のバインダとしては、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、酢酸セルロース、アクリル系樹脂、ポリビニルア
ルコール等の熱可塑性樹脂、ノボラック等の熱硬化性樹
脂、パラフィン等が好適に用いることができるが、成形
性を付与する他の物質をも用い得る。

成形法としては、各種の方法、例えば金型成形、スリッ
プキャスティング、ラバープレス、射出成形、温間プレ
ス、スタンプなどが用いられる。

なお、バインダを用いずに、又は少量用いて、ホットプ
レス成形しても良い。

成形体もしくはスタンプされた鋳型は、必要に応じ乾燥
し、次いで好ましくは本焼成温度よりも低い温度で仮焼
した後、本焼成して焼結させる。この焼成温度は９００
℃以上とりわけ１０００〜１８００℃が好適である。な
お、１８００℃よりも高い温度で長時間焼成すると、Ｃ
ａＯとＣとが反応してカーバイトを成形することがある
ので、１８００℃以下の焼成温度とすることが好まし
い。焼成雰囲気は非酸化性雰囲気とするのが好適であ
り、真空、窒素、アルゴン等が好ましい。なお、黒鉛含
有率が低い場合には、酸素を含む雰囲気下で焼成しても
良い。

本発明の鋳型を用いて高融点及び／又は高活性金属の鋳
造を容易に行なうことができる。高融点金属例えばクロ
ム、バナジウムの純金属、或いはそれを多量に含む高融
点合金にあっては、鋳型としてＣａＯ及び黒鉛以外の物
質の含有率の低いものが好適である。また、高活性のチ
タン、ジルコニア等の純金属或いはそれを多量に含む合
金を鋳造する場合にも、ＣａＯ及び黒鉛以外の物質の含
有率の低い鋳型を用いるのが好適である。

なお、本発明の鋳型で鋳造するに好適な高融点金属、高
活性金属としては次のようなものが挙げられる。Ｓｃ、
Ｙ、Ｌａ、原子番号５８〜７１のＣｅ、Ｐｒ等のランタ
ノイド元素、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｒｕ、
Ｏｓ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ，Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ。また、そ
の合金としては、これらの元素の１種又は２種以上を含
むものが挙げられる。

なお、本発明の鋳型は、外型のみならず中子と称される
内型にも適用できる。またＣａＯは消化性を有している
から、本発明の鋳型はこの消化性を利用して水和させる
ことにより鋳型の除去を図ることも可能である。

本発明において鋳造を行うには、雰囲気は真空或いはア
ルゴン、窒素等の非酸化性雰囲気とするのが好適であ
る。

［実施例］以下実施例について説明するが、本発明はその要旨を超
えない限り以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１電融カルシア（ＣａＯ純度９８％）を０．２mm以下に破
砕及び分級したものを８０重量部、熱分解黒鉛２０重量
部を混ぜて１００重量部の原料粉粒体を用意した。これ
に重油ピッチを５重量部添加し、１５０℃に加熱して良
く混合した後、金型成形した。

この成形体を９００℃で１時間仮焼した後、１２００℃
×３時間の焼成を行い焼結を行わせた。焼成はいずれも
窒素雰囲気とした。このようにして得られた焼結体は第
１図に示す形状及び寸法のものであった。

この鋳型を用いて純Ｔｉの鋳造を行った。鋳造時の雰囲
気はＡｒ１気圧、鋳造時の溶湯温度は１７００℃であ
る。鋳型内に溶湯を鋳湯して凝固させた後、鋳物表面部
分のＣ、Ｏ、Ｎの化学分析結果を第１表に示す。

実施例２実施例１において次の（イ）〜（ヘ）のように条件を変
えた他は同様にして鋳型の製造及びそれを用いた鋳造を
行った。

（イ）原料の配合を次とする。

石灰石を１５００℃で焼成したカルシアクリンカ（Ｃａ
Ｏ９８．０％、ＭｇＯ１．０％、Ｆｅ_２Ｏ_３０．１％、
ＳｉＯ_２０．１％、Ａｌ_２Ｏ_３０．１％）を０．３mm以
下に粉砕及び分級したもの８３重量部、ＣａＣｌ_２３重
量部、黒鉛電解極を０．１mm以下に粉砕したもの１５重
量部。

（ロ）バインダとして灯油−０．５ｗｔ％オレイン酸を
用いる。

（ハ）上記固形原料とバインダとの混合率を１００：５
とする。

（ニ）本焼成時の条件を１２００℃×３時間とする。

（ホ）鋳造合金をＺｒ６０％、Ｃｏ４０％のものとす
る。

（ヘ）鋳造時の溶湯温度を１５５０℃とする。

得られた鋳物の表面の化学分析結果を第１表に示す。

実施例３実施例１において次の（イ）〜（ヘ）のように条件を変
えた他は同様にして鋳型の製造及びそれを用いた鋳造を
行った。

（イ）原料の配合を次とする。

電解カルシアを０．１mm以下に粉砕及び分級したもの７
０重量部、黒鉛電極屑を０．１mm以下に粉砕したもの２
５重量部。

（ロ）バインダとして石油ピッチを用いる。

（ニ）本焼成時の条件を１３５０℃×３時間とする。

（ホ）鋳造合金をＶ５０％、Ａｌ５０％のものとする。

（ヘ）鋳造時の溶湯温度を１７５０℃とする。

得られた鋳物の表面の化学分析結果を第１表に示す。

比較例１市販の黒鉛電極を素材とし、これに機械加工を施して第
１図に示す寸法の黒鉛鋳型を製造し、これを用いて実施
例１の純Ｔｉの鋳造を実施例１と同様にして行った。

比較例２実施例２において次の（イ）〜（ハ）のように条件を変
えた他は同様にして鋳型の製造及びそれを用いた鋳造を
行った。

（イ）原料を市販のケイ砂粉末（ＳｉＯ_２９８％）のみ
とする。

（ロ）バインダとして水ガラスを用い、ＣＯ_２ガスで硬
化させた。

比較例２比較例１、２で得られた鋳物の表面の化学分析結果を第
１表に示す。

［発明の効果］以上の説明から明らかな通り、本発明によれば高活性金
属や高融点金属或いはそれらの合金の鋳造を容易に行う
ことができる。得られる鋳物はＣ、Ｏ、Ｎ等のコンタミ
ネーションのない高清浄なものとなり、鋳肌汚染層の除
去等の後処理が不要である。また、本発明の鋳型は表面
が滑らかであり、鋳肌も滑らかとなる。

さらに、ＣａＯ含有率を高めた場合には、この消化性を
利用して脱型作業を行うことも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋳型の形状を示す寸法図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣａＯを９５〜１０重量％含み、かつ黒鉛
を５〜５０重量％含むカルシア黒鉛質耐火材料にて全体
が構成されていることを特徴とする鋳型。