JPS6024738B2 - 崩壊性鋳型用耐火材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は金属鋳造用鋳型の耐火材料に係り、特にィン
ベストメント法或いはセラミックシェルモールド法等の
精密鋳造鋳型に好適な鋳型材料に係る。

例えば中空の鋳造品或いは複雑な形状で鋳造品内部へ鋳
型の一部が入りこむようなものについて、鋳造品の中空
部に相当して鋳型には周知のとおり耐火材料製の中子が
使用されるが、鋳造後にこれを除去するため例えばＳｉ
０２を主成分とするセラミックコアと呼ばれる中子の場
合には５００〜６００ｏｏの溶融苛性アルカリ中に浸潰
し、またはオートクレープを用い、７〜１０ｋ９／仇の
圧力の下で苛性アルカリ中でＳｉ０２を溶解して除去す
る。

このような化学的方法では作業温度或いは作業圧力が比
較的高くて作業性が悪い上に、苛性アルカリの寿命が短
か〈、廃液の処理については公害上の見地から問題を起
し易い。また中子のみならず主型についてもいわゆる砂
おとしが容易に出来る鋳型材料が作業能率上望ましい。
この発明は上記の如き事情に鑑み、鋳造品から鋳型材料
を除去するのに薬品による化学的反応を使わずに容易に
除去できる鋳型用耐火材料を提供することを目的とし、
金属鋳造用鋳型の耐火材料において、粒度６０メッシュ
下ないし３２５メッシュ上の炭酸カルシウム粉９５〜５
の重量％と粒度３２５メッシュ下の実質的に珪酸残部と
の混合粉に粘結剤を配合、混合した鋳型用耐火材料であ
って、これを用いて造型された鋳型は９００〜１１０
０００に加熱、焼成されて、直ちに溶融金属が注入され
、少なくとも鋳型内壁部が１２００００以上になったの
ち空冷されることを特徴とする崩壊性良好な鋳型材料に
係る。

本発明の鋳型用耐火材料は珪酸二石灰 （汐ａ○・Ｓｉ０２）が高温から冷却する過程で、約５
００ＣＣにおいて結晶変化を起し、不安定なＢ型（比重
３．２８）からッ型（比重２．９７）へ変化し、その際
比容積で約１０％膨張するため急激に粉化する。

この現象を利用して鋳型耐火物に崩壊性を持たせたもの
である。ところでＣａ０は吸湿性が強く消化し易いので
、例えばコロィダルシリカなどの水性大占結剤やアルカ
リを加えるとゲル化するエチルシリケートの加水分解液
を粘結剤とするときは鋳型の耐火材料として始めからＣ
ａ○を使うことは難しい。

本発明においては石灰石粉すなわちＣａＣ０３を原料粉
とし、これにＳｉ０２粉を配合し、混合して使用する。
ＣａＣ０３はか暁すると約８２５℃で解離してＣａ○と
Ｃ０２になり、Ｃ０２は系外へ逸出する。よってＣａＣ
０３粉とＳｉ０２粉とを配合し、コロィダルシリカ等の
粘結剤を加えて混合し、これを鋳型材料としてスタンプ
、プレス、押出し、流しこみ或いは射出等の通例の方法
によって鋳型（本明細書では主型と中子とを組立てた鋳
型のみならず、上型、下型等の主型或いは中子をも特に
断らない限り鋳型ということとする）を造型しておいて
、まず９００〜１１００００で焼成する。或いは主型と
中子とを粗立ててから焼成することもできる。第１図ａ
に示す如き鋳型耐火物１中のＣａＣ０３の粒２は焼成さ
れてＣａ０とＣ０２とに解離してＣ０２は鋳型外へ逸出
し、残ったＣａ０は第１図ｂに示すように比較的多孔質
の粒３となり、そのまわりのＳｉ０２粉４と表面で化合
し、全体としてＣａ○粒３とＳｉ０２粉４とＣａ０−Ｓ
ｊ０２層５との三成分となる。

この状態で溶融金属例えば溶鋼に触れるとその温度は１
６００００前後の高温であるから鋳型耐火物の溶鋼との
接触面およびその近くの温度は１４００００以上に、ま
た中子の中心部でも１２００ｏｏ以上に上昇して、Ｃａ
０とＳｉ０２との固体間の反応が進行し、汐ａ○・Ｓｉ
０２が生成される。

一般にはめａ○・Ｓｉ０２は更に反応が進んで＄ａ○・
Ｓｉ０２或いはＣａ○・Ｓｉ０２などに変化するが、そ
のためには１４００ｑｏ以上で長時間加熱されることが
必要であり、通常の鋳造作業で得られる時間および温度
ではこれらは生成し難い。鋳型耐火物中では第１図ｃに
示すようにＣａ○粒３のまわりには周囲のＳｉ０２との
反応によって衣ａ○・Ｓｉ０２の層６が次第に厚く形成
される。次に鋳型内の金属が凝固し、冷却するのと共に
鋳型耐火物の温度も降下し、約５００℃以下になるとめ
ａ０・Ｓｉ０２はＢ型からｙ型に変態し、この際膨張し
て粉化現象を起し、鋳型耐火物は自己崩壊し、鰭造品か
ら容易に分離し、除去される。

この鋳型耐火物の崩壊性に対してＳｉ０２とＣａ０との
混合割合が大きな影響を持つ。発明者が種々実験した結
果によればＣａＣ０３９５〜５０％、残部実質的にＳｉ
０２と不純物の割合に材料を配合した場合に良い結果が
得られた。Ｓｉ０２が５％以下の場合には鋳型耐火物を
崩壊させるだけ充分な量の次ａ○・Ｓｉ０２が形成され
ず、またＳｊ０２が５０％以上ではＳｉ０２が多過ぎて
Ｓｉ０２の結合構造自体が強くて本ａ○・Ｓｉ０２の粉
化作用によって鋳型耐火物を崩壊させることはできない
のであると考えられる。ＣａＣ０３粉およびＳｉ０２粉
の適当な粒度は造形方法或いは中子の大きさ等によって
変るが、一般にはＣａＣ０３粉の粒度は６０メッシュ下
〜３２５メッシュ上、Ｓｊ０２粉の粒度は３２５メッシ
ュ下の場合に好成績が得られる。

ＣａＣ０３粉が粗過ぎると例えば流しこみや射出成形で
造型する場合にはスラリーまたは射出成形材料の流動性
が悪くなり、また鏡肌も悪くなる。一方、こまか過ぎて
Ｓｉ０２粉よりこまかくなるとＳｉ０２粉粒子をＣａＣ
０３粉末と粘結剤でくるんだ構造となり、焼成によって
Ｃ０２が逸出すると構造体の寸法が小さくなる。したが
って相対的には狙いＣａＣ０３粉粒子を微細なＳｉ０２
粉末と粘結剤でくるんだ構造体とするのがよいと考えら
れる。なお、ＣａＣ０３粉の粒度分布は流動性のみなら
ず、強度あるいはクラックに対する抵抗力などの点から
単一粒度分布であるよりも上記範囲内で広い粒度分布を
示すものの方が好ましい。本発明の鋳型材料を鋳型に使
う場合、主型に使用できるのは勿論のこと、中子を作る
のにも使用できる。またロストワックス鋳型においても
中子として用い、これに所定の形状に蝋を被せて、これ
を蝋模型として通例のとおりセラミックシェルを製作し
、加熱して蟻を除去したのち続いて温度を上げ、９００
〜１１００ｏｏに加熱して焼成した鋳型に溶融金属を注
入することができ、崩壊性がよいので中子として特に効
果的である。第２図はＣａＣ０３とＳｉ０２との配合割
合を変え、コロィダルシリカを粘結剤としてつき固めて
製作した試料について、焼成温度を１１００ｑｏとし、
更に種々の温度に上げて加熱冷却した場合の自己崩壊性
または水中に浸潰した場合の消化による崩壊を調べた試
験結果の一例を示している。

これらの試料を１１００ご０で１時間焼成したものはい
ずれも充分な高温強度を持ち、常温に冷却したものはク
ラックその他外観上の変化は見られず、寸法の変化もな
かったが、水中に浸潰すると直ちに消化崩壊した。

Ｓｉ０２２０％のものでは１１００００に続いて１２０
０℃以上、３０％のもので１３００００、Ｓｉ０２４０
〜５０％のもので１４００ｑ０にそれぞれ１０分加熱し
たものはその後の空冷中に粉化して崩壊した。Ｓｉ０２
が６０％以上になると１４００ｏＣに加熱しても崩壊し
難くなった。次に実施例について説明する。

実施例 １ ６０メッシュ下〜３２５メッシュ上のＣａＣ０３粉８０
％、２３５メッシュ下の熔融石英粉２０％の混合物１０
０のこ対し、エチルシリケート４０を７０の‘、エチル
アルコール４００叫、水１００の‘、塩酸１の‘を混合
して調製した加水分解液を２６夕の割合で加えてスラリ
ーを調製し、硬化剤として炭酸アンモニウムを適量加え
て１０丸×１０仇蚊、１５丸×１５仇舷、２０丸×２０
０側の試験片を製作した。

この試験片を中子として外径２０、２５ ３Ｑ吻で長さ
がそれぞれ７５ １２５ １７５肌の３種類の蟻型を製
作し、これらに湯口、湯道およびせきの蝋模型をつけて
蝋型に組立て、通例のィンベストメント法に従いコロィ
ダルシリカ〜ジルコン系のスラリーとジルコンサンドお
よびシャモットサンドを使ってコーティグして鋳型を製
作した。この鋳型をオートクレープで脱蝋したのち１０
５０００で焼成し、１６３０００の１７−ぼ日鋼を法湯
した。鋳造品の冷却後、中子の強度はきわめて弱く、簡
単に崩壊して容易に除去することができた。中子のあっ
た鏡肌面はクラックその他の欠陥はなく良好であった。

実施例 ２ 実施例１と同機にして製作した試験片を１１００００に
加熱焼成して常温まで冷却したのち、炭配ガス法で製作
したいわゆるガス型の主型に中子として組みこみ、１６
５０００の普通鏡鋼を洋湯した。

鋳造品の冷却後、中子の強度はきわめて弱く、簡単に崩
壊して鋳造品から分離し、除去することができた。中子
のあたった銭肌面にはクラックその他の欠陥はなく良好
であった。実施例 ３ ６０メッシュ下〜３２５メッシュ上のＣａＣ０３７０夕
、３２５メッシュ下のＳｉ０２３０のこ粘結剤としてコ
ロィダルシリカ１５夕、補助粘結剤として澱粉０．５夕
の割合で混合し、この混合材料をつき固めて製作した主
型に実施例１と同様にして製作した試験片を焼成しない
で中子として組みこみ、この鋳型を１０５０ｑＣの炉中
で焼成し、１６００ｑｏのステンレス鋼（ＳＣＳ−１３
）を注湯した。

注湯後に鋳型内面温度は約１４１０００まで上った。冷
却後、主型内面の強度はきわめて弱く、簡単に崩壊して
暁付きもなく、鋳造品は容易に砂落しができた。また中
子も容易に崩壊して除去することができた。以上説明し
たように本発明の鋳型材料は６０メッシュ下〜３２５メ
ッシュ上のＣａＣ０３９５〜５０％と３２５メッシュ下
のＳｉ０２実質的に残部とに大占結剤を配合して成り、
鋳型に造型したのち９００〜１１０００Ｃに焼成して、
Ｃａ０、Ｓｉ０２およびＣａ○−Ｓｊ０２を主成分とす
る鋳型としたのち洋湯するものであるから、造型後に注
湯まで焼成せずに一時保存しておくこともできる。

また溶融金属を洋湯した際１２００００以上に温度が上
昇すれば鋳型耐火物中に本ａ○・Ｓｉ０２が生成される
ので空冷中に崩壊するから複雑な形状の鋳造品の鋳型或
いは中子等砂落しの困難な鋳型の材料として好適である
。

ィンベストメント法その他の精密鋳造法で鋳型の焼成を
必要とする場合、本発明の鋳型材料で製作した中子を同
時に焼成できるので好都合であるし、一般の砂型鋳造法
や金型鋳造法の鋳型の主型或いは中子として使用するこ
ともできる等、適用範囲が広く、実用上の効果はきわめ
て大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を説明するため図解的に示した鋳
型耐火物の要部断面図、第２図は本発明の鋳型材料の崩
壊性を試験した結果の一例を示すグラフである。 １・・・・・・鋳型耐火物、２・・・・・・ＣａＣ０３
粒、３・・・・・・Ｃａ○粒、４……Ｓｉ０２粒、５…
…Ｃａ○−Ｓｉ０２層、６・・・・・・２Ｃａ○・Ｓｉ
０２層。 釜′図 携え図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属鋳造用鋳型の耐火材料において、 粒度６０メ
   ツシユ下ないし３２５メツシユ上の炭酸カルシウム粉９
   ５〜５０重量％と粒度３２５メツシユ下の実質的に珪酸
   残部との混合粉に粘結剤を配合、混合した鋳型用耐火材
   料であつて、 これを用いて造型された鋳型は９００〜
   １１００℃に加熱、焼成されて、直ちに溶融金属が注入
   され、少なくとも鋳型内壁部が１２００℃以上になつた
   のち空冷されることを特徴とする崩壊性良好な鋳型材料
   。