JPH07323350A

JPH07323350A - 鋳造用押湯保温剤

Info

Publication number: JPH07323350A
Application number: JP11885494A
Authority: JP
Inventors: Matsuichi Nakamura; 松市中村
Original assignee: DAITETSUKU KK
Current assignee: DAITETSUKU KK
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 1995-12-12

Abstract

(57)【要約】【目的】急速な発熱性を有し、かつ、保温効果の持続性
に優れた鋳造用押湯保温剤を提供することを目的として
いる。【構成】アルミニウムが１０〜４０重量％含有されたフ
ェロアルミニウムを２０〜６０重量％、窒化アルミニウ
ムを５〜２０重量％、アルミナを３０〜６５重量％含
み、１００メッシュ以下のアルミニウム化合物微粉末を
主剤とし、この主剤にアルミニウム箔細片，酸化剤，酸
化促進剤が添加されている構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄鋼の鋳造品製造に際
して製品の内部欠陥の発生を防止するために設けられる
押湯部の冷却を抑制する発熱性鋳造用押湯保温剤に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】鋳造品製造に際して溶湯を鋳型に注入す
ると、溶湯の温度降下及び凝固収縮に伴う体積減少を生
じる。そこで、この体積減少分を補うために製品とは別
に押湯が設けられている。この押湯は、上記目的を適正
に機能させるために、製品全体の凝固が完了するまでそ
の溶融状態を保つことが必要で、このために種々の工夫
がなされている。

【０００３】その方策としては、たとえば、押湯部の枠
の保温性を高める為に枠自体に発熱性を持たせ、且つ押
湯表面からの副射、対流による熱放散を防ぐために籾
殻、蛭石、真珠岩等の断熱剤、あるいはＣ、Ａｌ、Ｓｉ
等の易酸化性元素を含んだ発熱性保温剤で表面を覆い、
押湯部の凝固を遅らせる方策が一般的である。一方、小
型の鋳造品に対しては押湯部表面に発熱性保温剤を用い
ることでのみ対処している場合も多いが、このような場
合、保温剤の発熱量、燃焼パターンが適正で、燃焼後の
熱遮断性に優れていることが重要である。

【０００４】この種の保温剤としては、コークス、木
炭、焼籾殻等の炭素質系、および、Ａｌ（アルミニウ
ム）、Ｃａ−Ｓｉ等金属系のものが挙げられるが、近年
は主としてＡｌを主体とした金属系の保温剤が多く用い
られている。すなわち、易酸化性元素の一つで比較的低
コストであるＡｌを主体とした金属系の保温剤は、Ａｌ
がテルミット反応によって高熱を発し、その熱で押湯部
の温度を上昇せしめて凝固を遅らせ保温効果を高めるよ
うにしている。

【０００５】なお、このような保温剤では、テルミット
反応を安定して確実に起こさせるために、酸化剤が数
％、酸化促進剤が１％前後添加されており、さらにＡｌ
が燃焼した後の保温性を高めるために蛭石、真珠岩等の
熱膨張性物質、あるいは無機、有機の繊維状物質などの
添加が行われている。また、原料となるＡｌとしては、
Ａｌ精練時に副生するアルミニウム灰を粉末化したもの
が一般的に用いられ、酸化剤としては酸化鉄、二酸化マ
ンガン、硝酸ナトリウム等が、又酸化促進剤としては弗
化ナトリウム、弗化カリウム、蛍石、氷晶石等の弗化物
が、更に増量剤としてはアルミナ、珪砂等がそれぞれ用
いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来のＡｌを主体とする保温剤は、Ａｌがテルミット反
応で急速に燃焼して保温剤投入初期段階では高温が得ら
れるものの、Ａｌが燃焼した後は燃焼残渣による断熱の
みであるために長時間に亙って効果的に保温することは
出来ず、このために一度に多量の保温剤を使用しなけれ
ばならない。

【０００７】一方、Ａｌの代わりにＦｅ−Ａｌ合金（い
わゆるフェロアルミニウム）を用いる方法が提案（特公
昭４１−１０００１号公報参照）されているが、Ｆｅ−
Ａｌ合金を用いた場合は、テルミット反応が起こりにく
く、長時間に亙って燃焼が持続するものの燃焼が緩慢で
あり、逆に保温剤投入直後の温度降下が著しく、使用条
件によっては保温剤の温度上昇が起こる前に押湯表面が
凝固して充分な保温効果を発揮しえない場合が生じると
言う欠陥がある。

【０００８】本発明は、このような事情に鑑みて、急速
な発熱性を有し、かつ、保温効果の持続性に優れた鋳造
用押湯保温剤を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる鋳造用押
湯保温剤は、このような目的を達成するために、アルミ
ニウムが１０〜４０重量％含有されたフェロアルミニウ
ムを２０〜６０重量％、窒化アルミニウムを５〜２０重
量％、アルミナを３０〜６５重量％含み、１００メッシ
ュ以下のアルミニウム化合物微粉末を主剤とし、この主
剤にアルミニウム箔細片，酸化剤，酸化促進剤が添加さ
れている構成とした。

【００１０】上記構成において、アルミニウム箔細片は
全保温剤中５〜２５重量％、酸化剤は全保温剤中０．５
〜２重量％、酸化促進剤は全保温剤中０．５〜２．５重
量％となるようにそれぞれ添加することが好ましい。す
なわち、アルミニウム箔細片の添加量が、全保温剤中５
重量％を下回ると、発熱性に問題があり、全保温剤中２
５重量％を越えると、保温性に問題を生じる。

【００１１】酸化剤の添加量が全保温剤中０．５重量％
を下回ると、添加効果が少なくなり、２重量％を越える
と、燃焼温度が低下する傾向がある。酸化促進剤は、ア
ルミニウム箔細片の表面が酸化膜で覆われている時に、
酸化被膜を溶融除去してアルミニウム箔細片が燃焼しや
くするために添加され、酸化促進剤の添加量が全保温剤
中０．５を下回ると、その添加効果が少なく、２．５重
量％を越えると、効果が飽和し、それ以上の効果を望め
なくなる傾向がある。

【００１２】アルミニウム化合物微粉末としては、特に
限定されないが、一定粒度を有するＡｌ、Ｆｅ、フェロ
アルミニウム、焼結防止材、拡散促進剤の混合物、所謂
カロライズパック粉末を用いて、金属をカロライズ処理
した時に発生するカロライズパック粉末の回収微粉末が
挙げられる。すなわち、カロライズパック粉末は、被処
理材としての金属材料とともにケース内に封入され、高
温で一定時間拡散処理を施すことで、Ａｌを被処理材に
拡散浸透させたのち、冷却され、ケース内から処理材と
ともに、取り出され、大部分が回収されて再利用される
が、処理時に一部が微粉化する。

【００１３】回収微粉末は、この微粉化した粉末を集塵
機によって集められて得られ、この粉末中にＡｌ、Ｆｅ
の有価金属がフェロアルミニウムとして２０〜６０％存
在しており、粒子径が非常に小さいために比較的嵩比重
が小さい（０．９前後）と言う特徴を有している。アル
ミニウム箔細片としては、アルミニウム箔の屑、あるい
はアルミニウム箔ラミネート紙の故紙を粉砕機で粉砕後
アルミニウム分を回収したもの等を用いることができ、
厚み５〜５０μｍ、平均直径０．５〜５ｍｍφのものが
好ましく、特に３０μｍ以下の厚みのものが好ましい。

【００１４】すなわち、厚みが５０μｍ、平均直径が５
ｍｍφを越えたり、厚みが５μｍ、平均直径が０．５ｍ
ｍφを下回ると、均一分散によるテルミット反応性、嵩
比重の点等に問題がでる。酸化剤としては、特に限定さ
れないが、酸化第二鉄（Fe₂O₃)，硝酸ナトリウム(NaN
O₃) ，亜硝酸ナトリウム(NaNO₂) 、および、硝酸カリウ
ム(KNO₃)が好ましく、これらを１種または２種以上使用
することができ、これらの酸化剤のうち、酸化第二鉄お
よび硝酸カリウムを使用することが特に好ましい。

【００１５】酸化促進剤としては、特に限定されない
が、弗化カリウム(KF)、弗化ナトリウム(NaF) 、蛍石(C
aF₂)、氷晶石(Na₃AlF₆) が好ましく、これらを１種また
は２種以上使用することができ、これらの酸化剤のう
ち、弗化ナトリウムおよび氷晶石を使用することが特に
好ましい。また、アルミニウム化合物微粉末，アルミニ
ウム箔細片，酸化剤，酸化促進剤に加えて、蛭石を１０
重量％未満の割合でさらに添加することがより好まし
い。

【００１６】蛭石は、添加することによって、保温剤の
嵩比重をより小さくして保温性を向上させることが可能
であるが、添加量が多過ぎると、蛭石の熱吸収量が多く
なるために、却って発熱温度低下を起こす恐れがあり、
１０％未満、特に５％前後の添加量が好ましい。

【００１７】

【作用】上記構成によれば、アルミニウム箔細片の急速
燃焼によって発熱し、押湯部の急速加熱を行うととも
に、Ｆｅ−Ａｌ合金の緩慢な燃焼によって押湯部の温度
降下を抑制することができる。また、酸化剤および酸化
促進剤の添加によりアルミニウム箔細片の燃焼をスムー
ズに行わせることができる。

【００１８】さらに、蛭石の１０％未満の添加によって
保温性を向上することができる。

【００１９】

【実施例】以下に、本発明を、その実施例を参照しつつ
詳しく説明する。アルミニウム化合物粉末として、表１
に示すカロライズバック微粉末Ａ〜Ｈを用意した。

【００２０】

【表１】但し、アルミナ中には、不可避的不純物としてＣ，Ｍ
ｎ，Ｓｉ，Ｃｌ等が微量に含まれている。

【００２１】（実施例１〜１２）表１に示すＡ〜Ｈのい
ずれかのアルミニウム化合物微粉末とアルミニウム箔細
片と酸化剤と酸化促進剤と蛭石とを表２に示す割合で配
合して保温剤を得た。そして、得られた保温剤の特性を
調べた結果を表３に示した。なお、表２中の酸化剤およ
び酸化促進剤の添加量はそれぞれ１重量％とした。

【００２２】また、保温剤の燃焼発熱挙動、保温特性
は、図１に示すようなルツボ型電気炉１を用い、これに
内容積５０ｍｍφ×９０ｍｍＨのアルミナルツボ２に鉛
を０．６Ｋｇ入れて溶解し、１０００℃に保持して、温
度が安定したところで電気炉１の電源を切ると同時に２
０ｇの保温剤３を投入し、燃焼のパラメータとしての鉛
浴４および保温剤３の最高（ピーク）温度および最高温
度まで達する時間、保温効果のパラメータとしての鉛浴
４および保温剤３の冷却速度を調べた。図１中、５は熱
電対、６は温度記録計である。

【００２３】なお、温度測定は鉛浴４面下１０ｍｍ、鉛
浴４面上１０ｍｍの２ヶ所について行った。また、冷却
速度は、鉛浴４および保温剤３が図２に示すように、Ａ
ｌ燃焼によって最高温度に達したのち、温度が徐々に降
下するが、保温剤３の保温特性によってそれぞれその挙
動に違いがあるため、１０００℃から９００℃までの平
均冷却速度とした。

【００２４】

【表２】

【００２５】

【表３】（比較例１〜３）表４に示す組成の従来の保温剤を用い
て、その特性を実施例１〜１２と同様にして調べた結果
を表５に示した。

【００２６】

【表４】

【００２７】

【表５】上記表３および表５から、実施例１〜１２の保温剤３
は、比較例１〜３の保温剤３に比べて、最高温度まで達
する時間がほとんど変わらないものの、最高温度が高く
燃焼性に優れるとともに、溶湯および保温剤の冷却速度
が遅く保温性に優れていることが判る。

【００２８】つぎに、表２に示す実施例１，９，１１の
保温剤、および、表４に示す比較例１，２の保温剤を用
いて実湯による鋳造を行い、各保温剤の保温効果をテス
トしてその結果を図３に示した。図３に示すように、本
発明にかかる保温剤は、従来の保温剤を用いた場合に比
べて、良好部が１５〜２０ｍｍ高く、また湯引け量は大
きく、内部の引け巣が少なかった。すなわち、これは保
温が長時間にわたって効果的に行われた為と考えられ、
本発明にかかる保温剤が、従来の保温剤に比べて優れた
保温性を有していることが判った。

【００２９】なお、テスト方法は、３００mmφ×６００
mm高さの円筒形の鋳型に鋳物重量３３０kgとなるよう
に、ＳＣ材を投入し、温度１５５０℃で５個鋳込み、そ
の直後、各保温剤を２kg湯面に投入したのち、冷却後、
得られた鋳物をそれぞれ中心部で縦方向２分割して断面
を研磨し湯引け、引け巣の深さを調べた。（比較例４〜７）Ａｌ箔細片の代わりに、１００メッシ
ュ篩パスのフレーク状Ａｌ（比較例４）、１００メッシ
ュ篩パスのアトマイズＡｌ（比較例５）、０．５mmφの
Ａｌ粒（比較例６）、１〜２mmφの粉砕Ａｌ（比較例
７）をそれぞれ用いた以外は、実施例３と同様にして保
温剤および鉛浴の最高温度を調べ、図４に示した。

【００３０】図４から、実施例３の保温剤は、比較例４
〜７の保温剤に比べて燃焼性に優れていることがよく判
る。すなわち、この燃焼性の差は、比較例４〜７の形状
のアルミニウムを用いると、Ａｌ粒子がカロライズ微粉
末の中に埋没された状態となり、テルミット反応におい
てＡｌ粒から次のＡｌ粒への燃焼の伝播がしにくくなる
が、本発明のようにＡｌ箔細片を用いると燃焼反応を起
こしたＡｌ箔細片から次のＡｌ箔細片への燃焼の伝播が
スムーズになることによると考えられる。

【００３１】また、Ａｌ箔細片は、嵩比重が０．１（測
定値；０．０８７〜０．０９６）以下と極めて小さく、
これをアルミニウム化合物微粉末と混合すると嵩比重は
混合割合に応じて０．６〜０．４５と非常に小さくなる
こと、燃焼後も残渣となるアルミナがＡｌ箔で形成した
空間を維持するために嵩比重が小さく、このために熱遮
断性に優れていると考えられる。

【００３２】図５は、実施例３の保温剤について、その
氷晶石の添加量を変化させた時の鉛浴と保温剤の最高温
度および最高温度に到達する時間の変化を調べた結果を
あらわしている。この図５から酸化促進剤の添加によっ
てテルミット反応が短時間でしかもピーク温度も高温が
得られ、少なくとも安定した燃焼を開始させるための適
正な添加量が０．５％以上であることが判る。そして、
添加量が２．５％を越えるとその効果が飽和することが
判る。

【００３３】図６は、実施例３の保温剤について、その
酸化第２鉄の添加量を変化させた時の鉛浴と保温剤の最
高温度の変化を調べた結果をあらわしている。この図６
から酸化剤は、添加量が０．５％未満では添加効果が少
ないが、２％を越えると燃焼温度が低下する傾向がある
ことが判った。すなわち、酸化剤のＡｌ箔細片の点火の
時のみ必要であって、一旦点火すれば大気中の酸素によ
る酸化燃焼が進行するためと考えられる。

【００３４】例えば酸化剤として酸化鉄を用いた場合を
参照してこれを更に具体的に説明すると、テルミット反
応が下式（１）であらわされる。２Ａｌ＋Ｆｅ₂Ｏ₃→Ａｌ₂Ｏ₃＋２Ｆｅ・・・（１）そして、この反応における生成熱は、２Ａｌ＋３／２Ｏ₂→Ａｌ₂Ｏ₃ △Ｈ°＝４００Ｋ
ｃａｌ／ｍｏｌ２Ｆｅ＋３／２０₂→Ｆｅ₂Ｏ₃ △Ｈ°＝１９６．
３Ｋｃａｌ／ｍｏｌであるから、４００−１９６．３＝２０３．７Ｋｃａｌ／ｍｏｌとなり、アルミニウムを酸素で酸化させた場合の燃焼熱
に比べ、生成熱が半減してしまうからである。

【００３５】

【発明の効果】本発明にかかる鋳造用押湯保温剤は、以
上のように構成されているので、燃焼性に優れ添加する
とすぐに高熱になるとともに、保温性に優れている。し
たがって、品質に優れた鋳物を安定して供給することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】保温剤の燃焼、保温特性をシミュレート実験し
た装置の模式図である。

【図２】保温剤の実験室でのシミュレート実験で得られ
た温度−時間曲線の１例を示す線図である。

【図３】実湯による保温剤の評価結果を示す図である。

【図４】Ａｌの燃焼性に及ぼすＡｌ形状、大きさの影響
について調べた結果をあらわす図である。

【図５】Ａｌの燃焼に及ぼす酸化促進剤の添加量の効果
を示す線図である。

【図６】Ａｌの燃焼に及ぼす酸化剤の添加量の影響を示
す線図である。

【符号の説明】

３保温剤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウムが１０〜４０重量％含有さ
れたフェロアルミニウムを２０〜６０重量％、窒化アル
ミニウムを５〜２０重量％、アルミナを３０〜６５重量
％含み、１００メッシュ以下のアルミニウム化合物微粉
末を主剤とし、この主剤にアルミニウム箔細片，酸化
剤，酸化促進剤が添加されていることを特徴とする鋳造
用押湯保温剤。
【請求項２】アルミニウム箔細片が全保温剤中５〜２
５重量％、酸化剤が全保温剤中０．５〜２重量％、酸化
促進剤が全保温剤中０．５〜２．５重量％となるように
添加されている請求項１に記載の鋳造用押湯保温剤。
【請求項３】アルミニウム箔細片が厚み５〜５０μ
ｍ、平均直径０．５〜５ｍｍφである請求項１または請
求項２に記載の鋳造用押湯保温剤。
【請求項４】酸化剤が酸化第二鉄，硝酸ナトリウム，
亜硝酸ナトリウム、および、硝酸カリウムからなる群よ
り選ばれた少なくとも１種である請求項１〜請求項３の
いずれかに記載の鋳造用押湯保温剤。
【請求項５】酸化促進剤が弗化カリウム，弗化ナトリ
ウム，蛍石，氷晶石からなる群より選ばれた少なくとも
１種である促進剤が請求項１〜請求項４のいずれかに記
載の鋳造用押湯保温剤。
【請求項６】蛭石が全保温剤中１０重量％未満添加さ
れている請求項１〜請求項５のいずれかに記載の鋳造用
押湯保温剤。