JPH0833944A

JPH0833944A - 鋳物の部分減圧注湯方法

Info

Publication number: JPH0833944A
Application number: JP6189069A
Authority: JP
Inventors: Yukirou Shimobatake; 幸郎下畠; Hirofumi Furukawa; 洋文古河; Kiyoshi Watanabe; 潔渡辺; Shigemitsu Matai; 重満馬躰; Toshiaki Tanaka; 俊彰田中
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-07-20
Filing date: 1994-07-20
Publication date: 1996-02-06

Abstract

(57)【要約】【目的】有機粘結剤を使用した鋳型（砂型）中に注湯
する鋳物の注湯方法に関するもので、熱分解により多量
のガスを発生する有機粘結剤を使用した鋳型を採用して
も簡単な装置でガス欠陥の発生を防止又は減少すること
ができ、鋳造欠陥の補修に要する時間を大幅に減少し、
また機械的性質の良好な信頼性の高い鋳鋼の製造を図る
ことを目的としている。【構成】鋳枠０７内に主型０５及び中子０６をフラン
を粘結剤とし、キシレンスルホン酸を硬化触媒として造
型し、主型及び中子には適宜ガス抜きを設置すると共
に、中子０６内部に先端を金網０８で覆った鋼鉄製の配
管０９を鋳型内のガス圧力の測定位置１３に配置した。
そして鋳型の上部に抑え板１０を設置して約１２０℃の
温風で４８時間乾燥した後、排気ポンプ１２により配管
０９を通して中子０６内を部分的に排気しながら取鍋０
１内の溶鋼を該鋳型に注湯し、注湯完了後１０分して排
気ポンプを停止し、その後中子内を大気圧に戻して凝固
を完了させる。これにより鋳型から溶鋼中へのガスの侵
入を防ぎ、ガス欠陥の発生を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有機粘結剤を使用した
鋳型（砂型）中に注湯する鋳物の注湯方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】大型鋳鋼用鋳型の粘結剤としては、 ○無機バインダ・・・水ガラス ○有機バインダ・・・フラン樹脂、フェノール樹脂等が代表的に使用されている。

【０００３】水ガラスを粘結剤とした鋳型は、鋳造後の
鋳型強度が大きく、鋳型の崩壊性が悪い。この為型ばら
しに多大の時間がかかるという問題がある。

【０００４】一方、フランあるいはフェノール樹脂等の
有機化合物を粘結剤とした鋳型は、注湯後に鋳型が鋳物
によって加熱されると、約４００℃以上で粘結剤が分解
・気化するために、この鋳型からのガスが溶鋼（鋳物）
中に侵入して、鋳物が凝固後にガス欠陥として残留する
という問題がある。

【０００５】従来は大気圧下で注湯、凝固しているのが
一般的であり、発生ガスによって鋳物内部は、かならず
大気圧以上の圧力になっている。

【０００６】鋳型内の圧力が溶鋼の静圧以上になると、
鋳型の砂粒子間のガスが圧力差により溶鋼中に侵入して
鋳物内部を上昇する間に補足され、数ｍｍ以上の比較的
大きなガス欠陥として現われている。

【０００７】一方、鋳型内部の圧力が溶鋼静圧以下であ
る場合でも、鋳物（溶鋼）との鋳型内のガス成分の濃度
差により、ガス成分が溶鋼中に一旦溶解し、凝固過程で
ガス成分の溶解度が低下することにより、過飽和分が気
泡となってガス欠陥を発生している。

【０００８】有機粘結剤を使用する限り、熱分解による
ガス発生は避けられず、ガス欠陥防止の対策として、造
型過程でガス抜きを設置しているが、大型で複雑形状の
鋳鋼では場所によってガス抜きが不十分になり、また薄
肉の中子等では十分なガス抜きの設置が不可能な場合が
あり、しばしばガス欠陥が発生し、その補修に多大の人
手と時間を要しているのが現状である。

【０００９】鋳物のガス欠陥を防止する方法として、鋳
型をチャンバ内で造型し、チャンバ内を減圧することに
よって、発生したガスを鋳型の外面から排気して、鋳型
内の圧力を低く保ちながら注湯及び凝固させることによ
り鋳物のガス欠陥を防止する方法がある。（特願平０４
−２７５９２０号参照）

【００１０】しかしこの方法では、鋳型の大きさに合わ
せてチャンバを用意しなければならず、また排気ポンプ
も強力であることを要求されるため、大型複雑形状の鋳
物を鋳造するには莫大な設備投資を必要とし、適用は小
型の鋳物に限定されているのが現状である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述したようにフラン
あるいはフェノール樹脂等の有機化合物を粘結剤とした
鋳型は、注湯後に粘結剤が熱分解し、多量のガスを発生
する。

【００１２】鋳型の通気度が小さいと発生したガスによ
り鋳型内のガス圧力が増大し、このガスが溶鋼中に侵入
して鋳物の内部あるいは鋳物の表面部にガス欠陥が発生
する。

【００１３】鋳物（鋳鋼）のガス欠陥は、鋳型内のガス
圧力あるいは発生ガス組成によって、そのメカニズムが
異なるが、以下の２種類に大別される。

【００１４】（１）鋳型内の圧力が溶鋼の静圧よりも大
きくなった場合圧力差により鋳型内砂粒間のガスが溶鋼中にガス状で侵
入し、浮力によって溶鋼中を上昇する過程で鋳物内に補
足されてそのまま残留する。

【００１５】（２）鋳型内の圧力が溶鋼の静圧より小さ
い場合鋳型内砂粒間のガスと溶鋼中のガス成分の濃度差（平衡
する圧力差）によりガス成分が一旦溶鋼に溶解し、凝固
過程でガス成分の溶解度が低下することにより、過飽和
分が気泡となってガス欠陥を生成する。

【００１６】有機粘結剤を使用する限り、粘結剤の熱分
解によるガス発生は避けられず、ガス抜きを設置して鋳
型内圧力の低下に工夫しているが、経験的にガス抜きを
設置していることもあり、大型で複雑形状の中子ではガ
ス抜き効果が不十分になり、また薄肉の中子等では十分
なガス抜きの設置が不可能な場合があり、しばしばガス
欠陥が発生している。

【００１７】また、鋳物のガス欠陥を防止するために、
鋳型をチャンバ内で造型し、チャンバ内を減圧すること
によって、発生したガスを鋳型の外面から排気して、鋳
型内の圧力を低く保ちながら注湯及び凝固させる方法で
は、鋳型の大きさに合わせてチャンバを用意しなければ
ならないため、大型複雑形状の鋳物を鋳造するには莫大
な設備投資を必要とするという問題がある。

【００１８】本発明は前記従来技術のもつ不具合点を解
消し、鋳型内で発生したガスを鋳型の内部から強制的に
排気して、鋳型内の圧力を低く保ちながら注湯及び凝固
させることにより鋳型から溶鋼中へのガスの侵入を防止
あるいは減少してガス欠陥の発生を防止した新たな鋳物
の注湯方法を提供することを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明の鋳物の部分減圧注湯方法は、鋳型及び（又は）
中子を造型する際に、鋳型及び（又は）中子内部にガス
の吸引が可能な配管を配置し、配管に排気装置を取付け
ることによって該配管を介して強制的にガスの排気を行
い、鋳型及び（又は）中子内部を部分的に減圧しながら
溶鋼を鋳型に注湯し、凝固させることを特徴としてい
る。

【００２０】

【作用】本発明の鋳物の部分減圧注湯方法によれば次の
ような作用がある。（１）発生したガスを鋳型の中に配置した配管から強制
的に排気して鋳型内の圧力を常に溶鋼の静圧以下に保ち
ながら注湯及び凝固させることにより、鋳型内のガスが
直接溶鋼（鋳物）中に侵入することが防止される。

【００２１】（２）鋳型内のガス圧力が溶鋼静圧以下で
も、鋳型内のガス成分と溶鋼中のガス成分の濃度差（平
衡する分圧差）により、ガス成分が溶鋼中に溶解し、凝
固過程でガス成分の溶解度が低下することにより、過飽
和分が気泡となってガス欠陥を発生する場合がある。

【００２２】たとえばフラン、フェノール等の有機バイ
ンダは、熱分解によりメタンガスを発生するが、以下の
反応により水素が溶鋼中に溶解する。ＣＨ₄＝Ｃ＋４Ｈ［％Ｃ］・［％Ｈ］₄／Ｐ_CH4＝ＫＫ≒３．８５×
１０^-11（凝固温度）［％Ｈ］＝（Ｋ・Ｐ_CH4／［％Ｃ］）^1/4

【００２３】水蒸気についても同様であり、Ｈ₂Ｏ＝２Ｈ＋Ｏ［％Ｈ］²・［％Ｏ］／Ｐ_H2O＝ＫＫ≒１．２２１
×１０^-6（凝固温度）［％Ｈ］＝（Ｋ・Ｐ_H2O／［％Ｃ］）^1/2

【００２４】いずれの場合でも溶鋼中の溶解量はガス分
圧に比例している。従って鋳型内の圧力（全圧）を低く
することにより有害ガス成分の分圧が低下し、溶鋼中の
ガス成分の溶解量が凝固時の飽和溶解量以下になりガス
欠陥の発生が防止される。

【００２５】

【実施例】以下本発明の実施例について図面に基づいて
説明する。図１は本発明の実施例に係る部分減圧注湯法
の概念図、図２は本実施例において使用した中子の斜視
図、図３は本方法で製造された鋳物の斜視図、図４は本
発明の実施例に係る鋳型（中子）内のガス圧力の測定例
の図である。

【００２６】図１に示すように、鋳枠０７内に主型０５
及び中子０６（中子０６の概略形状は図２、及び製造さ
れる鋳物の概略形状は図３参照）を、フランを粘結剤と
し、キシレンスルホン酸を硬化触媒として造型した。尚
このとき珪砂１００部に対してフラン粘結剤を１部、キ
シレンスルホン酸を０．４０部配合した。

【００２７】また、主型０５及び中子０６には適宜ガス
抜きを設置すると共に、中子０６内部に先端を金網０８
で覆った内径２５ｍｍの鋼鉄製の配管０９を鋳型内０
５、０６の発生したガス圧が大きくなると考えられるガ
ス圧力の測定位置１３の位置に配置した（配管０９の先
端の金網０８の位置は図１に示したとおりであり、鋳物
との界面から３０ｍｍ内側の中子０６内である）。

【００２８】該鋳型０５、０６の上部に鋼鉄製の抑え板
１０を設置して、約１２０℃の温風で４８時間乾燥した
後に、排気ポンプ１２にて配管０９を通して中子０６内
を部分的に強制排気し鋳型内の圧力を低く保ちながら取
鍋０１内の溶鋼０２を該鋳型０５、０６に注湯し、注湯
完了後１０分して排気ポンプ１２を停止して、その後は
中子０６内を大気圧に戻して凝固を完了させた。鋳物の
材質は炭素鋼（ＳＣ４９）であり、注湯温度は１５８０
℃とした。

【００２９】部分的に減圧しながら注湯、凝固させた場
合の中子０６内部の圧力測定結果の一例は図４に示すと
おりである（鋳型内０５、０６のガス圧力の測定は内径
２ｍｍの鋼管を介した圧力計にて測定した。測定位置１
３、１４は図１に示したとおりであり、鋳物との界面か
ら１５ｍｍ内側の中子０６内で測定した。尚、測定位置
１３、１４は盲押湯１５を介して左右対称な位置であ
る）。

【００３０】部分的な減圧の効果が及ばない測定位置１
４でのガス圧力の測定結果は、図４のＡに示すように、
注湯前は常圧であり、注湯後は最大約８０ｍｍＨ₂Ｏに
到達する。

【００３１】これに対して部分的に減圧される測定位置
１３でのガス圧力の測定結果は、図４のＢに示すよう
に、注湯前は約−１００ｍｍＨ₂Ｏであり、注湯後も溶
湯が充満することによって、中子０６表面からの空気の
吸引が減少し、最終的には約−１５０ｍｍＨ₂Ｏに到達
し、常に負圧を保持することができた。

【００３２】部分的に減圧しながら注湯、凝固させた場
合の鋳物の部分的な減圧の効果が及ばない測定位置１４
と、部分的に減圧される測定位置１３での鋳物表面の状
況を比較すると、従来の大気圧下注湯と同じ場合である
測定位置１４での鋳物表面にはガス欠陥が存在するのに
対して、部分減圧注湯により常に負圧に保持した測定位
置１３での鋳物表面にはガス欠陥が存在しないことを確
認できた。これによりガス欠陥のない健全な鋳物を製造
できることを把握した。

【００３３】尚、図１中、０３は鋳込口、０４は押湯、
１１はバルブを示す。

【００３４】以上本発明の一実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものでなく本発明
技術思想の範囲内において種々変更が可能でありそれら
は何れも本発明の技術的範囲に属する。

【００３５】

【発明の効果】本発明により熱分解によって多量のガス
を発生するフラン、フェノール等の有機粘結剤を使用し
た鋳型を採用しても簡易な装置でガス欠陥の発生を防止
あるいは減少することができ、鋳造欠陥の補修に要する
時間が大幅に減少する。

【００３６】またガス欠陥が存在しない（あるいは少な
い）為に機械的性質が良好で、信頼性に優れた鋳鋼の製
造が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る部分減圧注湯法の概念
図である。

【図２】同実施例方法で使用する中子の斜視図である。

【図３】同実施例方法で製造される鋳物の斜視図であ
る。

【図４】同実施例方法における鋳型（中子）内のガス圧
力の測定例の説明図である。

【符号の説明】

０１取鍋０２溶鋼０３鋳込口０４押湯０５鋳型（主型）０６中子０７鋳枠０８金網０９配管１０抑え板１１バルブ１２排気ポンプ１３圧力測定位置（部分減圧効果あり）１４圧力測定位置（部分減圧効果なし）１５盲押湯

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者馬躰重満神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者田中俊彰神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋳型及び（又は）中子を造型する際に、
鋳型及び（又は）中子内部にガスの吸引が可能な配管を
配置し、配管に排気装置を取付けることによって該配管
を介して強制的にガスの排気を行い、鋳型及び（又は）
中子内部を部分的に減圧しながら溶鋼を鋳型に注湯し、
凝固させることを特徴とした鋳物の部分減圧注湯方法。