JPS5914294B2 - 鋳造用鋳型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新規な湯口系を有する鋳造用鋳型に関するもの
である。

周知の如く、鋳造用鋳型は砂型・金型等で組み立てられ
、はとんどの鋳型が湯口系を付属して成る。

受口に続く湯口系は一般には湯口・湯口底・湯道および
堰に区分され、湯口は所定時間内に鋳物の全型量分の溶
湯が通過するよう、又湯口底・湯道および堰は溶湯の流
体抵抗によるエネルギー損失が最小になるよう即ち溶湯
がその中を速くかつ静かに流れるよう配慮し設計される
。

なお、本発明における湯口系とは上記湯口・湯口底・湯
道および堰のすべて又はその一部で構成されるものをい
う。

そのため従来より湯口系は一般に、小型鋳物では砂で造
型し砂表面の保護と平滑性を確保する目的で塗型材が塗
られており、中型又は大型鋳物では長さ２００〜６００
ｍ７１＋８度の陶管又はシャモット管を使用して継ぎ足
し方式にて組み立てられている。

しかしながら、これら従来法には次の如き問題がある。

即ち鋳物の品質面および鋳込み時の問題としては、湯口
壁・湯口底等における砂の洗われや第６図にみられる如
き陶管又はシャモット管の溶損が生じ易（、これらは砂
噛み・ノロ噛みとして鋳物製品不良に直結する。

これら不良要因を回避する方法として予め鋳物に余肉を
付けておき、この部分に上記噛み込みを集めて後工程の
機械加工で除去する方法もあるが、これとて製品歩留り
の低下はもとより工数増から来る製品のコストアップは
避けられない。

又これら洗われ・溶損の甚しい場合は湯漏れ・湯道の閉
塞を惹起して、以後の鋳込みを不能にする。

他方、造型作業および工数面から見ると、湯道・堰を鋳
造方案上理想とする位置に取り付けようとしても、陶管
又はシャモット管方式では継ぎ足し方式であること、管
の長さおよび継ぎ目の形状に支配されて自由度がなく取
り付は位置が制限されるなどの問題がある。

更に、これらを固定するためと鋳込み時の溶湯の衝突お
よび熱衝撃、又溶湯静圧等による割れを防止するために
、通常鋳鉄製の金枠を使用し中間部を結合剤を配合した
砂でラミング等により強固に固めているが、このラミン
グ作業時に継ぎ目でのずれ・破損等が発生し作業能率が
低下するばかりか、湯漏れの原因にもなる。

したがってこのずれ・破損を防止し、造型工数を低減す
るために長い一本物の管の開発が強く要求されて来たが
、製作上・輸送取扱い中の破損・コスト等の問題がある
ため、精々６００ｍｍ程度の限られた長さのものしか提
供されていないのが現状である。

これに対して自由度のある砂を使用すれば造型上熟練・
工数を要することのほか前記洗われによる砂噛みの危険
が増加する。

これを改善せんとして上言彌管又はシャモット管が用い
られるに至ったが、上述の如き新たな問題が生じている
のである。

本発明は上記従来技術のもつ諸欠点を解決する新規な鋳
造用鋳型を提供せんとするものであり、その特徴とする
ところは、溶湯に接する面がＡ１拡散被覆鋼にて成る湯
口系を付属することにある。

以下実験結果に基づき詳述する。

本発明者等は先ず造型作業・工数面の諸問題を解決する
目的で、従来の陶管に代えて実開昭４８−６７００７号
公報および実公昭４９−２１２０５号公報に開示された
鋼管湯口による鋳込み実験を実施した。

使用した鋼管は市販の普通鋼鋼管（ＳＴＫ３０）５０Ａ
（外径６０．５龍、厚さ２．３ｍｍ）であり、溶湯はダ
クタイル鋳鉄８００ｋｇである。

なお実開昭４８−６７００７号公報第２図には溶湯重量
２００ｋｇに対して鋼管厚さ３．０朋の記載があるが、
本実験に供したダクタイル鋳鉄の溶湯注入温度１３４０
℃に対して実開昭４８−６７００７号公報に開示された
のは鋳鋼であり、その溶湯温度は約２００℃高いと推定
されるので、鋼管が湯口として使用可能と予想してから
である。

しかしながら鋳込み時間はわずか３５秒であったが、鋳
物の凝固後湯口部を解体し調査したところ、第７図のよ
うに湯口鋼管は全く原形を止めぬまでに溶損し、湯口周
囲の砂に多量の湯差しがあり、少くとも湯口として不適
であることが判明した。

この原因は、ダクタイル鋳鉄の炭素濃度が鋼管の約１５
倍と高いため、溶湯から湯口鋼管素地中に炭素が拡散し
、つまり加炭した結果鋼管は低融点となり、この加炭現
象と注入流の侵食作用とが相乗作用したために急速に溶
損するに到ったものと判断される。

次に、この加炭現象を防止せんとして、Ａ■２０３粉末
等の耐火物を上記鋼管内面に被覆して同様に実験した。

本被覆処理は特公昭３４−７９１１号、３４−８８０８
号公報記載の方法および市販の鋳鉄用塗型材（商品名セ
ラモール５５および才力モールド）を用い、０．２〜１
．０朋程度の厚さが実施したが、いずれも溶損が観察さ
れた。

これは注湯時の熱衝撃、耐火物被覆層と鋼管本体との著
しい熱膨張率の差および注入流の侵食作用のために耐火
物被覆層が剥離し鋼管表面が露出する結果、加炭現象を
防止出来なかったためと考えられる。

なお剥離・溶損のない実用に耐える耐火物被覆鋼管製の
湯口等は未だ市販品として開発されていない。

一方、従来より鉄鋼材料の高温耐酸化性を改善する方法
として、その表面にＡＩを拡散被覆する処理法が実施さ
れており、この処理鋼を高温酸化性雰囲気に曝せば、Ｆ
ｅ−Ａ１合金属（以下Ｆｅ−Ａ１層と呼ぶ）の更に外表
面の薄いが緻密なＡｌ２Ｏ３被膜が酸素原子の侵入を阻
止して鉄鋼の酸化を防止するというものである。

本発明者等は基礎実験の結果、このＡＩ拡散被覆処理を
施した鉄鋼材料が、従来の陶管・シャモット管に代わり
最適な湯口系を構成するものであり、洗われは熱論のこ
と注湯中溶損のない材料であることを知見したのである
。

即ち上記Ａｌ２Ｏ３被膜は溶湯とのなじみ性（漏れ性）
が極めて悪く、従って注湯中溶湯の溶着かなくその侵食
作用から鉄鋼素地を効果的に保護する作用を果すことが
できることが見出されたのである。

第５図は実施例１の湯口下部を切断して示す写真である
が、ＡＩ拡散被覆管にて成る湯口管と湯口金属との間に
明らかに隙間を示す黒線が認められる（顕微鏡測定によ
ってその幅は０．０５〜０．１５ｍｍであることが確認
される）が、この隙間の存在は上述のなじみ性（漏れ性
）の悪さを如実に実証するものである。

一方、前述の如く該Ａｌ２Ｏ３被膜は酸素原子の侵入を
阻止する程に緻密であるので、溶湯成分のうち酸素より
もはるかに原子半径の大きい金属原子はもとより、や又
大きい炭素原子の侵入を許さず、したがって前述の加炭
現象を防止すると考えられ又、高炭素鋼のＡＩ拡散被覆
処理時において合金層と鉄鋼素地境界付近に炭素の濃縮
ゾーンが生じるが、このことはＦｅ−Ａ１層には炭素は
固溶しないことを示しており、したがってこの層の存在
も又上記加炭現象を阻止する作用に寄与しているものと
考えられる。

又Ａｌ２Ｏ３は鉄鋼中で不純物として単体で存在するこ
とで明らかな如く、溶湯と化合物をつくらないので、そ
の２０５０℃という高融点が維持され、よく注入流の侵
食作用に耐えるのである。

この様な好ましい性質を持つ、Ａｌ２Ｏ３被膜とＦｅ−
Ａｌ層およびＦｅ−Ａ１層と鉄鋼素地との強固な金属学
的固着は注入流の侵食・摩耗作用に対して抵抗となるほ
か、鋳込時の熱衝撃および各層の熱膨張率の差による自
壊作用が生じる恐れがなく、保護被膜として有効に作用
するのである。

本発明の鋳造用鋳型は、以上説明したＡｌ拡散被覆処理
を施した鉄鋼材料で湯口系、少くともその溶湯に接する
面を構成するのであるが、以下図面および実施例に基づ
き更に詳しく説明する。

第１図は従来の陶管を用いたロール鋳造用鋳型の例であ
る。

受口１より注入された溶湯は湯口２゜湯口底２′、湯道
２“および堰２″′を経由して鋳型本体部３，３′に導
入される。

ここで湯口２および湯口底７は真直な陶管４を８本とＪ
字形陶管４′を継ぎ足して作られるが、これらは通常厚
肉重量金枠５．５′中に納められ、中間部は結合剤を配
合した砂（通常裏砂と呼ばれる）６がラミングにより固
められるが、このラミング時に継目での陶管のずれ、破
損等が発生し易く、またラミングおよび取扱いの都合上
金枠を長尺一本化出来ず工数を要する。

湯道γおよび堰２“′の部分は、これを陶管で作るとす
ればラミング時に破損の恐れのあること、鋳造方案上こ
の部分の形状は特に重要であるが陶管は加工が困難で自
由度が小さいこと、解体時に砂６′中に破片が混入し砂
の品質が低下すること等のために砂６′で造型し塗型材
が塗られるが、なお洗われ・すくわれが発生し易い。

第２図に本発明の思想と特徴を示す実施例１のロール鋳
造用鋳型を示す。

図において湯口系は湯口２を構成する長尺一本物で直管
のＡｌ拡散被覆管７と、湯口底２′、湯道２″、堰２″
′を一体に構成する５字形のＡｌ拡散被覆管７′とから
なり、前記Ａ１拡散被覆管７は軽量の補強用鋼管８によ
り外側から補強され、一方５字形のＡｌ拡散被覆管７′
は砂６“の中に埋設される。

従ってこの場合本発明の湯口２は第１図における従来の
厚肉重量金枠を用いず軽量の補強用鋼管８を使用して成
るばかりか、Ａｌ拡散被覆管７を囲繞固定する裏砂を全
く使用しなくてもよい。

即ち上述の如＜ＡＩ拡散被覆管にて成る湯口管７は熱衝
撃による破損、侵食による溶損の恐れがないので、通常
これに備える裏砂や厚肉重量金枠を用いる必要はない。

しかし溶湯の高熱を受けて湯口管７も高温となり、強度
の低下によって変形の恐れがあるので、これを補強する
に足る鋼管８等の若干の補強材を要することもある。

この場合、湯口管７と鋼管８との間に、解体時雨者を分
離出来る程度の隙間９を設けた構造とすれば、鋼管８の
反復使用が可能となる。

なお図には示されていないが必要に応じて湯口上部及び
下部に管７と８の間に間隙片を設けてもよい。

勿論小型鋳物で鋳込み時間の短いもの、あるいは湯口長
さの短い場合は補強用鋼管８を省いて湯口２を構成する
ことも可能となり、この場合は更に合理化されるのであ
る。

即ち本発明の鋳造用鋳型は、湯口の構築には必ず裏砂を
用いるという従来の常識を覆し、当業者の理想を実現し
たものである。

この結果従来法で問題であった陶管の破損・溶損、砂の
洗われに起因する不良鋳物の発生が防止出来ると共に、
長尺一本物の採用と裏砂及び厚肉重量金枠の廃止は造型
作業の簡略化即ち造型工数の大幅低減を持たらす。

又、Ａ１拡散被覆管は容易に切断出来、ガスバーナー等
で加熱することで曲げ加工も、又溶接組み立てが出来る
等造型作業時の自由度も向上するので、方案上理想的な
位置に湯道等を設置することが可能である。

更に又、使用後材料は従来の陶管又はシャモット管の如
く破砕の必要もなくそのま匁鋳包みされた湯口系と共に
鉄源として再利用出来るので、省工数、省資源となるほ
か、破砕屑の鋳物砂への混入がなくなるので砂の品質を
劣化させる弊害もない等々数々の利点を有するのである
。

以上−例を挙げて本発明の構成および作用効果を説明し
て来たが、他の実施態様として実施例２および３の鋳造
用鋳型方案を各々第３図、第４図に示す。

第３図は比較的大型ロールを鋳造する場合の本発明の他
の適用例で、この場合はＡＩ拡散被覆して成る湯口管７
と補強用鋼管８の間に結合剤を含まない砂１０を充填し
湯口管７の高温における強度不足を補なう。

ここでは湯口系は湯口管７、Ｊ字管７′、湯道管Ｔ“で
構成される。

図において１１および１１′はＪ字管７′と湯口管７お
よび湯口管７と受口１の夫々接続用耐火物成形品で補強
用鋼管８と湯口管７０間隔片を兼ねる。

かくすることにより砂１０は結合剤で固化する必要がな
く、砂質を問題とする必要もないので、洗砂、浜砂等を
上部より流し込むだけで補強の役を果し得るのであり、
これによって従来の厚肉重量金枠を組み立てながらラミ
ングにより砂を搗き固める煩雑な作業が省略され、重量
物運搬、取扱いの工数を減じるなど、鋳型成型コストが
著しく低減されるのである。

かくして本発明のように湯口系にＡＩ拡散被覆管を用い
るときは通常は第２図の場合のように裏砂を全く用いる
必要はないが、本発明は裏砂を用いない場合に限られる
のではなく第３図のようにこれを用いる場合もその範囲
内に含まれる。

しかし本発明では裏砂を用いる場合でも上述のように結
合剤を含まず、砂質な間ふ必要がないのであるから、従
来の場合よりすぐれていることに変りはない。

第４図は本発明による鋳鋼ホイールの鋳造用鋳型の例で
ある。

図において上型１５にはＡＩ拡散被覆して成る直管１３
を、下型には同じく５字形管１３′を砂１７ 、１７’
中に埋設して湯口系１２゜１２′を形成した。

なお１４はホイール本体である。これにより従来のシャ
モット管、砂型による湯口系にみられた造型時の破損、
鋳物の砂噛みおよび解体時の破片による砂汚染といった
問題が解消されるのである。

以上主として湯口にＡ１拡散被覆管を用いた本発明の鋳
型について述べたが、鋳物の形状は複雑多岐にわたり、
理想的な湯道等を形成せんとすれば鋳物砂の強度のみで
は洗われて実用に耐えない場合が生ずる。

この様な苛酷な任務を課される部分に限って、ＡＩ拡散
被覆して成る任意形状の鋼材を組み込むことによって、
砂の洗われが完全に防止され砂噛みの危険がな（理想的
な湯道等を持つ鋳型を得ることが可能となった。

尚本発明の鋳造用鋳型は少（とも溶湯に接する面がＡＩ
拡散被覆鋼にて成る湯口系を有することを特徴とするも
のであり、従って溶湯に接する面とともに溶湯に接しな
い面をも拡散被覆処理鋼にて形成しても何ら差支えない
。

以上本発明鋳造用鋳型を図面に基づき説明したが、以下
にその実施例を示す。

実施例 １ 第２図に示す圧延用ロール鋳造鋳型方案によって鋳鉄ロ
ールを鋳造した。

鋳造諸条件を次に示す。ロール胴部鋳放寸法；直径５０
０ｍ−長さ１６００１１ 注入溶湯量；３１００ｋｇ 溶湯化学成分（％）；ＣＳｉ Ｍｎ ３．２７ ０．９１ ０．５５ Ｐ Ｓ Ｎｉ Ｃｒ Ｍ。

Ｏ，０７５０，０２４２，６００，９８０，１１注入温
度 １３５０℃ 注入時間 ２分３０秒ＡＩ拡散被覆
管；外径６０．５ ｍｖｔ、肉厚２．３ ｍｒｒｔ外側
鋼管：外径７６．３ｍｍ、肉厚４．５ ｍｒｎなお、Ａ
Ｉ拡散被覆処理は粉末法即ちＡＩ粉を主成分とし滲透促
進剤等を含む滲透剤と普通鋼鋼管（ＳＴＫ３０）を鉄箱
に入れ、１０００℃炉中にて１５時間保持して行なった
。

鋳造冷却後鋳型を解体して湯口部等を切断調査した結果
、第５図に示す如（、いずれの部分も健全であり、溶損
、湯漏れが全く見られなかった。

本発明鋳造鋳型を適用したことにより、従来の如き砂等
の介在物の噛み込みのないことはもとより、造型工数等
による費用は従来法の約１／３に減少した。

比較例 １ 第１図の従来のロール鋳造用鋳型において、陶管（内径
６５期、肉厚１５１ｒＬｒＩＬ、長さ５９５ｉｍ）４を
継ぎたして湯口部を構成した鋳型に、本実施例１と同一
成分および温度の溶湯を注入し、鋳造冷動径鋳型を解体
した後の湯口２の外観は写真第６図ａのとおりである。

陶管の溶湯注入中に於ける破損と湯漏れこそないが図の
左上に剥離しており、陶管の一部は内面が溶損して図に
おいて白くみえるように湯口金属に付着している。

さらに第６図すは湯口金属に付着した陶管を剥ぎとり、
陶管の内表面の状況を示すものであるが、黒い斑状にみ
えるように溶損していることがわかる。

これら第６図の状況から陶管４は溶損するとともに、鋳
型解体の際は容易に破損して破片が鋳物砂中に混入しや
すいことは明らかである。

比較例 ２ 次に第１図の鋳型において湯口部を陶管４０代りにＡＩ
拡散被覆していない長尺の普通鋼管５ＴＫ３０（外径６
０．５ｍｍ、肉厚２．３ ｍｍ ）を用いて後述の第３
図類似形状の鋳型とし、本実施例１と同一成分の溶湯を
同一条件にて注入し、鋳造冷却後鋳型を解体した後の湯
口の断面状況は第７図に示す写真のとおりである。

芯部の鋳鉄ロール材の外周には前記第５図にて述べたよ
うな鋼管は全くみられず溶損している。

そして外周には当初鋼管の外周に充填されていた砂の中
に鋳鉄ロール材溶湯が滲透してできた砂の結合層がみら
れる。

実施例 ２ 下記の鋳造諸条件により比較的大型の圧延用アダマイト
ロールを第３図の本発明鋳造用鋳型を用いて鋳造した例
を示す。

このロールも従来は第１図で示すように湯口系を陶管４
，４′と砂６′によって構築した鋳型を用いていたが、
本実施例ではＡＩ拡散被覆７，７’、７“を用いて構成
し鋳造した。

鋳造諸条件 ロール胴部鋳放寸法；直径６３０ｍｍ、長さ１５００ｎ
ｍ 注入溶湯量；４４００ｋｇ 溶湯化学成分（％）： ＣＳｉ Ｍｎ１．７５
０．７０ ０．８１ Ｐ Ｓ Ｎｉ Ｏｒ Ｍ。

Ｏ，０２１０，００９０，６７１，０５０，２２注入温
度；１４４０℃ 注入時間：４分７秒ＡＩ拡散被覆管；
外径６３．５龍、肉厚３，２龍鋳造冷却後鋳型を解体し
て調査した結果、ＡＩ拡散被覆管の損傷は全く見られず
、鋳造ロールも健全であった。

又解体時に陶管の破片の混入による鋳物砂の品質劣化が
ないので、砂は有効に再生使用出来るほか、造型工数等
による費用は従来の約１／２になった。

実施例 ３ 第４図に示す本発明の鋳造用鋳型方案により鋳鋼ホイー
ルを鋳造した例を次に示す。

鋳造諸条件は次のとおりである。

ホイール外輪鋳放寸法；外径８００龍、幅２００朋、肉
厚７０ｍｍ 注入溶湯量；４００ｋｇ 溶湯化学成分（％）： ＣＳｉ ＭｎＯ，１９０
，４６１，０５ Ｐ Ｓ Ｎｉ Ｃｒ Ｏ，０２５０，０１６０，１４０，０４ ０ ０，０４ 注入温度；１５５０℃ 注入時間；４８秒ＡＩ拡散被覆
管；外径４８．６ｍｍ、肉厚２．３ｍｍ鋳造冷却後調査
したところ、ホイール本体、Ａｌ拡散被覆管共健全であ
り、本発明鋳造用鋳型の構成材料であるＡＩ拡散被覆鋼
は鋳鋼に適用出来ることが明らかになった。

以上説明したように、本発明の鋳造用鋳型は砂等の介在
物による不良鋳物の発生を防止するほか、造型作業面で
の自由度の増加、また造型工数の減少、鋳物砂の有効利
用、使用後材料の再利用等々による製造コスト低減など
数々の優れた効果をもつものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は湯口系を従来法で構築したロール鋳型の断面図
、第２図は実施例１に用いた本発明ロール鋳造用鋳型の
断面図、第３図は同じ〈実施例２０本発明ロール鋳造用
鋳型の断面図、第４図は実施例３０本本発明ロ−ル鋳造
用鋳型断面図、第５図は実施例１に係る鋳造冷却後の湯
口部所面状態を示す写真である。 第６図ａは比較例１に示した従来の陶管の湯口を使用し
た後の溶損状態を示す写真、第６図すは同内面を示す写
真、第７図は比較例２に示した普通鋼鋼管を使用したと
きの湯口の断面を示す写真である。 １・・・・・・受口、２，１２・・・・・・湯口、２′
・・・・・・湯口底、２″−・・・・・湯道、２″′・
・・・・・堰、３，３′・・・・・鋳型本体、４゜４′
・・・・・・陶管、５，５′・・・・・・金枠、６，６
’、６“、１０゜１７．１１′・・・・・・砂、７，７
’、？“、 １３ 、１３’・・・・・・ＡＩ拡散被覆
管、８・・・・・・鋼管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少（とも溶湯に接する面がＡＩ拡散被覆鋼にて成る
   湯口系を有することを特徴とする鋳造用鋳型。