JPH07124735A - セラミックス製ストーク - Google Patents

セラミックス製ストーク

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JPH07124735A
JPH07124735A JP27685993A JP27685993A JPH07124735A JP H07124735 A JPH07124735 A JP H07124735A JP 27685993 A JP27685993 A JP 27685993A JP 27685993 A JP27685993 A JP 27685993A JP H07124735 A JPH07124735 A JP H07124735A
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博久 諏訪部
Kazuji Furusho
一二 古荘
Shigeyuki Hamayoshi
繁幸 濱吉
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ストークの内側上部の溶湯吐出口近傍に溶湯
の酸化物やスラグが付着しないセラミックス製ストーク
を提供する。 【構成】 ストークの溶湯通路内径を溶湯吐出口内径よ
りも大きく形成し、両者をテーパにより又はR(曲面)
により連接する。ストークは窒化珪素又はサイアロン製
である。また、その表面にMgO処理を施す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウムまたはア
ルミニウム合金の溶湯を鋳造する低圧鋳造機等に用いら
れるセラミックス製ストークに関する。
【0002】
【従来の技術】アルミニウムやアルミニウム合金等の低
融点金属溶湯の注湯には一般に低圧鋳造機が使用されて
いる。たとえば、図8に示す低圧鋳造機20において、
密閉室21に保持されたアルミニウム溶湯26を金型2
5の製品キャビティ27に注湯する際には、加圧エアー
22を送り込んでアルミニウム溶湯26の表面を加圧す
ることにより、ストーク1,フィーダー23さらに湯口
ブッシュ24を通して注湯される。ここで、ストーク1
は密閉室21に保持されたアルミニウム溶湯26を金型
25の製品キャビティ27に注湯する際の鋳込み用湯道
としての役割を果たしている。形状としては、溶湯吸入
口(図8におけるストーク1の下部)から溶湯吐出口
(図8におけるストーク1の上部)に至る内径が同一寸
法の筒状のものが従来から使用されている。
【0003】このストーク材としては一般には鋳鉄材や
チタン合金材またはこれらの材料の内面、外面に黒鉛
材、酸化物等の無機質材を塗布して保護膜を形成した金
属製のストークや炭化珪素質材や窒化珪素質材を主原料
として製作したセラミックス製のストークが用いられて
いる。しかし、金属製ストークは溶湯との反応により生
成した不純物が溶湯中に混入して品質の低下を招き、鋳
造品の品質面で問題を生ずると共に耐用寿命が短かく取
替作業が頻繁となり、作業効率にも悪影響をおよぼして
いる。またセラミックス製ストークは、溶湯への不純物
の混入がなく、耐用寿命が長いので問題は改善されてき
ているが、これら両者共に共通して生じている問題点は
ストークの湯道となる内側上部に溶湯金属の酸化物やス
ラグが徐々に付着し、注湯時に剥落して溶湯中に混在
し、鋳造品中に混入する等の問題を生じている。また図
7に示す如く、ストーク1の内側上部に付着した堆積物
16が次第に成長して溶湯吐出口内径D1を実質的に小
さくしてしまい、注湯を阻害し、場合によっては閉塞の
問題を生じている。
【0004】これらの問題点を解決するために、特開平
5−77022号公報においては、図3に示す構造のセ
ラミックス製ストークが提案されている。すなわち、内
側壁12と外側壁13との2層構造とし、この2層構造
間に空隙部10を設けて、ストーク自体からの放熱を少
なくすることにより、ストークの孔内上部での地金等の
付着堆積の抑制を図るものである。
【0005】また、特開平5−77023号公報におい
ては、図4に示す如く、低圧鋳造用セラミックス製スト
ークにおいて、内側壁層12と外側壁層13との2層構
造とし、この層間にセラミックス材による断熱材層11
と空隙部10とを備える構造とすることにより、ストー
ク自体の断熱効果を高め、内側壁層12からの伝熱輻射
放熱を少なくすることで、溶湯の流過、排出(吐出)の
際のストーク自体の低熱化を防ぐことにより、地金等の
付着堆積を防止する提案がなされている。なお、図3お
よび図4における14はアルミニウム溶湯を示す。
【0006】特開平5−104232号公報において
は、図5に示す如く、低圧鋳造機や真空鋳造機に用いら
れるセラミックス製ストークにおいて、ストーク1と中
間ストーク15との取付部であるフランジ部4からの放
熱を抑えるために、断熱材層11をフランジ部4又はそ
の近傍の内側に設けることを提案している。
【0007】更に、特開平5−104233号公報にお
いては、図6に示す如く、フランジ部4又はその近傍の
内側に断熱材層11とヒータ17とを設けることを提案
している。以上の提案は、前述の既存形状(ストークの
上部から下部に至る内径が同一寸法に形成された筒状ス
トーク)を有するストークに断熱手段や加熱手段を付与
することによって問題解決を図ろうとするものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】セラミックス製ストー
クは、溶損が生じないので鋳造品の品質は改善される
が、長期間にわたって使用されると、ストーク内側上部
の溶湯吐出口の近傍に溶湯の酸化物やスラグが徐々に付
着し(図7参照)、最終的にストークの溶湯吐出口を塞
いでしまい、注湯ができなくなるという問題がある。こ
のため、付着堆積物を除去する作業が必要となるが、そ
の除去作業を行うのでは作業効率を低下させるので、セ
ラミックス製ストークを使用する効果がなくなってしま
う、という問題がある。
【0009】この問題を解決するために、前述の如く、
断熱手段や加熱手段を付与してストーク自体の低熱化を
防ぎ溶湯の酸化物やスラグの付着堆積を抑える提案がな
されているが、まだ問題は完全には解決されていない。
本発明はストークの内側上部の溶湯吐出口近傍に溶湯の
酸化物やスラグが付着しないセラミックス製ストークを
提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者はセラミックス
製ストークの内側上部に付着して堆積する付着堆積物の
付着現象とその成長過程を探究した結果、本発明に到達
した。すなわち、本発明は、セラミックス製ストークに
おいて、前記ストークの溶湯通路内径を前記ストークの
溶湯吐出口内径よりも大きく形成し、前記溶湯吐出口内
径部の縦方向長さを前記ストークの溶湯吐出口側フラン
ジの厚さよりも短く形成すると共に、前記溶湯吐出口内
径の縦方向の端部と前記溶湯通路内径の端部とをテーパ
により又はR(曲面)により連接して形成したことを特
徴とするセラミックス製ストークである。なお、セラミ
ックス製ストークは窒化珪素又はサイアロンの窒化珪素
質焼結体よりなる。
【0011】上述のように、ストークの溶湯通路内径を
溶湯吐出口内径よりも大きく形成し、両者をテーパによ
り又はR(曲面)により連接したことにより、溶湯吐出
口内径の短い縦方向長さの面上を溶湯の酸化物やスラグ
が自然流下する間はまだ流動性が高いので、この短い縦
方向の面上を容易に下方に通過してしまい、溶湯吐出口
端部(図1および図2に示す3の部位)に流下すると付
着する部位をなくし、丁度雨のしずくが落下するのに似
て、内径を大きく形成した溶湯通路の内径面に付着(接
触)することもなくストークの下部のアルミニウム溶湯
面まで落下する。したがって、付着堆積物が付着し、成
長してストーク内を閉塞することがない。また付着堆積
物の除去作業も必要がなくなり、本発明のセラミックス
製ストークの長寿命化が達成できるのである。
【0012】ところで、窒化珪素又はサイアロンのよう
な耐熱性窒化珪素質焼結体をストークとして用いる場
合、確かにアルミニウム溶湯中への不純物の溶解が殆ど
ないので、溶湯の品質は改善される。しかし、窒化珪素
又はサイアロン等の耐熱性窒化珪素質焼結体をアルミニ
ウム溶湯中で用いると、窒化珪素質焼結体の表面に形成
されている酸性酸化物であるSiO2 膜とNaF,Na
Cl等を主成分とするフラックスにより生成されるNa
O,NaAlO2 等の塩基性酸化物との間で反応生成物
が形成され、この反応生成物を媒体としてアルミニウム
やノロが付着する。このため、セラミックス製ストーク
の表面に0.1μm以上300μm未満の酸化マグネシ
ウムを主成分とする表面層を形成する。表面に塩基性酸
化物である酸化マグネシウムを主成分とする層が形成さ
れていると、フラックスにより生成されるNaO,Na
AlO2 等の塩基性酸化物と殆ど反応しないので、フラ
ックス処理されたアルミニウム等の金属溶湯に長時間接
触使用しても、浸食や付着物の形成が軽減できる。
【0013】酸化マグネシウムを主成分とする表面層
は、大部分がMgOからなり、他の成分として下地の窒
化珪素質焼結体に含まれる元素の酸化物、例えばSiO
2 ,Al2 3 ,Y2 3 等が少量混入している。そし
て、下地の窒化珪素質焼結体の酸化を防止するため、少
なくとも0.1μmの厚さを必要とする。しかし、30
0μm以上の厚さになると、下地の窒化珪素質焼結体と
の熱膨張係数の差により亀裂や剥離が生じる恐れがあ
る。
【0014】下地の窒化珪素質焼結体は、窒化珪素粒子
又はサイアロン粒子を60重量%以上、下地の窒化珪素
質焼結体を構成する元素、例えばSi,Al,Y,O,
N等からなる粒界相を40重量%未満にする必要があ
る。窒化珪素粒子又はサイアロン粒子が60重量%未満
であると、窒化珪素質焼結体が本来有する耐熱性、耐熱
衝撃性を低下し、アルミニウム等のストークとしての使
用には好ましくなくなる。
【0015】酸化マグネシウムを主成分とする表面層と
下地の窒化珪素質焼結体とは強固に接着する構造になっ
ている。これは、下地の窒化珪素質焼結体の表面に、粒
界相成分と酸化マグネシウムとが混合した層が800℃
〜1400℃の加熱処理により形成されることによる。
このように、単なる機械的な付着でないので、ストーク
として用いても容易に剥離することがなく、十分使用に
耐えるものとなる。
【0016】更に、金属溶湯と窒化珪素質焼結体の反応
阻止効果を高めるため、金属溶湯と窒化珪素質焼結体と
の濡れ性を低減する目的で窒化硼素(BN)を酸化マグ
ネシウムを主成分とする表面層の上に塗布することもで
きる。
【0017】以上はアルミニウムを例として述べたが、
他の金属及び合金の溶湯においても、その金属酸化物と
窒化珪素質焼結体の表面に形成されるSiO2 との間に
同様の反応が起る。しかし、アルミニウムの場合と同様
に、酸化マグネシウムを主成分とする表面層によりこの
反応が阻止できる。
【0018】
【実施例および作用】
実施例1 図1は、本発明の一実施例を示す低圧鋳造用のセラミッ
クス製ストークの要部縦断面図である。ストーク1は、
溶湯通路内径D2がストーク1の下端(図示せず)から
上方に向って所定の肉厚を有する同一内径部5をもって
ストレートに形成されている。そして、溶湯吐出口内径
D1の縦方向の長さが溶湯吐出口内径端部3までと短く
(フランジ部4の厚さよりも短い)形成されており、当
該端部3から溶湯通路内径D2にかけてテーパ部2をも
って形成されている。このため、溶湯吐出口内径D1の
短い縦方向長さの面上を溶湯の酸化物やスラグが流動性
の高いうちに容易に自然流下してしまい、その端部3に
到達すると付着する部位をなくして、丁度雨のしずくが
自然落下するのに似て、テーパ部2および溶湯通路内径
D2の面上に流下し付着することもなくストーク1の下
部のアルミニウム溶湯面(図8を参照)まで落下する。
なお、溶湯吐出口内径D1の縦方向長さを短く(フラン
ジ部4の厚さよりも短く)形成しているため、フランジ
部4からの伝熱、放熱を抑えることができ、溶湯の酸化
物やスラグの流動性を高く保つことに効果がある。した
がって、付着堆積物が付着し、成長してストーク内を閉
塞することがない。このため、付着堆積物の除去作業も
必要がなくなり、本発明のセラミックス製ストークの著
しい長寿命化を達成できる。
【0019】実施例2 図2は、本発明の他の実施例を示す低圧鋳造用のセラミ
ックス製ストークの要部縦断面図である。図2における
各部位の名称に対する符号は図1と同じとした。 図2
に示す本発明のストーク1においては、溶湯吐出口内径
D1の縦方向端部3から溶湯通路内径D2にかけてR
(曲面)部6をもって連接して形成している以外は図1
と同様の形状的構成である。図2においても溶湯の酸化
物やスラグが溶湯吐出口D1を閉塞しない作用について
は図1で説明したのと同様であるが、図2に示す実施例
においては、溶湯吐出口D1の内面に対して縦方向端部
3から略垂直方向にR(曲面)部を形成しているので溶
湯の酸化物やスラグの付着切れは更に良好であり、付着
堆積物が発生することがない。
【0020】実施例3 原料粉末としてSi3 4 粉末85重量%、AlN固溶
体粉末3重量%、Y23 粉末7重量%、Al2 3
末5重量%よりなる粉末を混合した後、冷間静水圧プレ
スにより1トン/cm2 の圧力で成形し、さらにグリー
ン加工を行い、ストークの成形体を得た。この成形体を
Si3 4 製のるつぼに入れ、カーボンヒーターを用
い、常圧N2 ガスの気流中で1750℃、5時間の条件
で焼結し、図1と図2に示すサイアロン製のストークを
各々1本製作した。表面には、1000℃の加熱処理に
より酸化マグネシウムを主成分とする表面層を形成し
た。このようにして製作したサイアロン製ストークを各
々別の低圧鋳造機にセットし、同一条件で注湯作業(ア
ルミニウム溶湯温度は750℃)を1日20回の頻度で
1年以上連続的に行っているが、従来発生していた溶湯
の酸化物やスラグの付着堆積物は発生していない。以上
の実施例については、アルミニウム溶湯の低圧鋳造につ
いて使用する場合について述べたが、本発明のセラミッ
クス製ストークを例えば黄銅溶湯等他の金属溶湯用のス
トークとして使用してよいことは勿論である。
【0021】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明の効果を列記
すると次の如くである。 1)本発明のセラミックス製ストークは、溶湯の酸化物
やスラグの付着切れがよいので、付着堆積物の発生がな
く、その除去作業が省力でき、長寿命化が達成できる。 2)アルミニウム溶湯の酸化物やスラグに対する耐付着
性に優れているため、長期にわたって修理の必要がな
い。このため、作業効率が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すセラミックス製ストー
クの要部縦断面図である。
【図2】本発明の他の実施例を示すセラミックス製スト
ークの要部縦断面図である。
【図3】従来のセラミックス製ストークの縦断面図であ
る。
【図4】従来のセラミックス製ストークの縦断面図であ
る。
【図5】従来の鋳造機用セラミックス製ストークの縦断
面図である。
【図6】従来の鋳造機用セラミックス製ストークの縦断
面図である。
【図7】従来のセラミックス製ストークの溶湯吐出口側
における付着物の状態を示す図である。
【図8】低圧鋳造機の概略縦断面図である。
【符号の説明】
1 ストーク D1 溶湯吐出口内径 D2 溶湯通路内径 2 テーパ部 3 溶湯吐出口内径端部 4 フランジ部 5 ストレート内径部 6 R(曲面)部 10 空隙部 11 断熱材層 12 内側壁層 13 外側壁層 14 アルミニウム溶湯 15 中間ストーク 16 付着堆積物 20 低圧鋳造機 21 密閉室 22 加圧エアー 23 フィーダ 24 湯口ブッシュ 25 金型 26 アルミニウム溶湯 27 製品キャビティ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミックス製ストークにおいて、前記
    ストークの溶湯通路内径を前記ストークの溶湯吐出口内
    径よりも大きく形成し、前記溶湯吐出口内径部の縦方向
    長さを前記ストークの溶湯吐出口側フランジの厚さより
    も短く形成すると共に、前記溶湯吐出口内径の縦方向の
    端部と前記溶湯通路内径の端部とをテーパにより又はR
    (曲面)により連接して形成したことを特徴とするセラ
    ミックス製ストーク。
  2. 【請求項2】 窒化珪素又はサイアロンの窒化珪素質焼
    結体であることを特徴とする請求項1に記載のセラミッ
    クス製ストーク。
  3. 【請求項3】 表面に厚さ0.1μm以上300μm未
    満の酸化マグネシウムを主成分とする表面層を形成して
    なることを特徴とする請求項1又は2に記載のセラミッ
    クス製ストーク。
  4. 【請求項4】 酸化マグネシウムを主成分とする表面層
    と下地の窒化珪素質焼結体とが、下地の窒化珪素質焼結
    体の表面に形成された粒界相成分と酸化マグネシウムと
    の混合層により、接着されてなることを特徴とする請求
    項1乃至3に記載のセラミックス製ストーク。
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