JPS62168628A - 鋳型、鋳型の製造方法及び鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はチタン、ジルコニウムなどの活性金属やそれら
の合金（以下本明細書において合金をも単に金属という
ことがある）或いはクロム、バナジウム等の高融点金属
の鋳造を行うに好適な鋳型、その製造方法及び鋳造方法
に関するものである。

［従来の技術］ カルシア質耐火物は熱力学的に高温でも安定であると共
に、特有の精錬作用を有するので、本発明者らより種々
の高融点金属、高活性金属の溶製に適用し得ることが明
らかにされつつある。

本発明者らが提案した溶製方法によれば、いずれも従来
法では溶製が困難であった高活性及び／又は高融点金属
の溶製を容易に行うことができる。しかも、得られる合
金溶湯は極めて高清浄なものである。

しかして、高清沖な鋳造体を得るには、高清浄金属溶湯
を溶製すると共に、溶湯を汚染することのない鋳型を用
いる必要がある。従来、活性金属であるチタン或いはジ
ルコニウムの金属（合金を含む）の鋳造用鋳型としては
、ラムド型、インベストメント型、水冷銅、砂型（ジル
コン砂、オリビン酸などを用いる）などが知られている
。ラムド型は黒鉛粉末を骨材とし、炭素系又は樹脂系の
バインダーで成形乾燥後に焼成されたちのでる。

インベストメント型は、タングステン粉末被覆鋳型と称
されるスラリーにタングステンを使用し、金属質のバイ
ンダーを用いたものと、酸化物鋳型といわれる酸化物系
のスラリーに酸化物のバインダーを組み合わせたもの、
そして黒鉛系のスラリーに炭素を含有するバインダーで
固めた黒鉛鋳型の３種類がある。

また、チタン又はチタン合金の鋳型材料として、純マグ
ネシア又はマグネシアを主成分とするマグネシア鋳型材
料やマグネシアを主成分とする骨材にアルカリ金属の炭
酸水素塩等の硬化促進剤やアルミニウム粉末を添加した
鋳型材料も公知とされている（特公昭５８−５７４９、
特開昭５９−２１８２３７）。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、これらの鋳型へ活性金属を鋳込むと、鋳
型材との反応がおこり、黒鉛質の鋳型材の場合には炭素
が、またマグネシア質やジルコニア質の鋳型の場合には
酸素のコンタミネーションがおこり、鋳肌の汚染が生ず
る。また、インベストメント型のうち酸化物バインダ系
のもは酸素のみならず窒素の侵入がある。このような鋳
肌表面の汚染は、鋳物表面の汚染層の除去工程が必要と
なり、鋳造工程が甚だ煩雑となる。また、水冷銅による
鋳造方法では、鋳型が高価であると共に消耗し易く、漏
水による爆発の危険性という問題がある。

更に、水冷銅以外の酸化物或いは黒鉛系などの鋳型にお
いては、熱伝導度が大きいので引は巣の位置が中央部に
なったりして、鋳造歩留まりが悪くなるという問題があ
る。また、これら酸化物系或いは黒鉛系の鋳型にあって
は、いずれも緻密なものであるので、耐熱衝撃性が低く
、割れが生じ易く、耐久性にも乏しい、繰り返し使用に
不向きであるなどの問題があった。

［問題点を解決するための手段及び作用］本発明の鋳型
はＣａＯを４０重量％以上含むカルシア質であり、かつ
多孔質であることを特徴とする。

また本発明の鋳型の製造方法は、かかる鋳型を製造する
に際し、ＣａＯを４０重量％以上含むカルシア質の粉末
又は粉粒の非水溶液泥漿を吸液性のモールド内に注入し
てモールド面に着肉させ、その後脱型及び乾燥を行った
後、焼結体が多孔質であるように温度及び時間を選定し
て焼成を行うことを特徴とする。

更に、本発明の鋳造方法は、かかる鋳型を用いて高活性
及び／又は高融点金属（合金を含む）を鋳造することを
特徴とするものである。

［作用］ 本発明の鋳型は、その材質が高融点でありしかも高温で
熱力学的に安定なカルシア質であるので、高融点及び／
又は高活性金属の鋳造を容易に行うことができ、鋳肌表
面の汚染のない鋳物を得ることが可能である。また、本
発明の鋳型は多孔質であるから、耐熱衝撃性に優れると
共に保温性が高く、耐久性に優れ、カルシア材は繰り返
し使用可能である等の特徴を有し、しかも引は巣の位置
が高くなり鋳造歩留まりも向上する。

以下本発明について更に詳細に説明する。

本発明の鋳型はカルシア質である。カルシアは、前述の
如く高融点であり、かつ高温でも熱力学的に安定である
。本発明の鋳型は、ＣａＯの含有量が高まるにつれその
安定性及び耐熱性が向上するので、本発明の鋳型はＣａ
Ｏを少なくとも４０重量％（以下特に断わらない限り％
は重量％を示す。）含有し、好ましくは５０％以上とり
わけ６０％以上含有する。

本発明の鋳型がＣａＯ以外に含むことができる物質とし
ては、酸化物、炭化物、窒化物、炭素、ハロゲン化物な
どが挙げられる。酸化物としては具体的にはマグネシア
（ＭｇＯ）やジルコニア（Ｚｒ０２）等の高融点のもの
が好適でる。炭化物や窒化物としては炭化珪素、窒化珪
素、窒化アルミなどが挙げられる。

ハロゲン化物としてはアルカリ金属、アルカリ十類金属
や鉛のフッ化物や塩化物、あるいはそれらを含む複塩な
どが挙げられる。具体的には、例えば、Ｃａ　Ｆ　２　
、Ｍ　ｇ　Ｆ　２　、　Ｂ　ａ　Ｆ　２、ＳｒＦ２．Ｎ
ａＦ、ＬｉＦ、ＫＦ、ＰｂＦ２、Ｃｓ　Ｆ　、　　Ｎ　
ａ　３　　Ａ　Ｉ　Ｆ　６、Ｃａ　Ｃｌ　２　、ＭｇＣ
，Ｑ２．ＮａＣｕ、ＫＣＩ等が挙げられる。

このようなハロゲン化物は例えば、」−記の化合物の１
種又は２種以上を０．１〜８％程度添加するのが好まし
い。このハロゲン化物の添加により鋳肌を滑らかにし、
またカルシア鋳型の焼成を容易にすることができるとい
う作用が奏される。

また、本発明の鋳型は、ＣａＯ以外の物質として炭素（
Ｃ）を含むことができる。炭素原料としては黒鉛が好適
である。黒鉛には天然黒鉛と人工黒鉛とがあるが、その
いずれをも用い得る。なお、黒鉛は鱗片状を呈している
ため成形性が悪く、また本来、反応性に乏しくセラミッ
クポンドを形成しがたいので焼結体強度が低下し易い。

このため、黒鉛をカルシア質鋳型材料として用いるに際
しては金属アルミニウドを少量添加することが効果的で
ある。アルミニウムは非酸化性雰囲気で焼成すると、炭
化アルミニウムや窒化アルミニウム等の高耐食性反応生
成物を生成し、鋳型の耐食性を高めるとと共に、黒鉛と
周囲組織との結合を高め鋳型の強度が改善されるように
なる。

なお、カルシア質鋳型を製造するに用いる原料としては
、石灰石、これを仮焼した生石灰、アーク炉で溶解させ
た電融カルシアの他、水酸化カルシウム等をも用い得る
。更に、ＣａＯを含有する鉱物例えばラルナイト、メル
ウィナイト、アノルサイト、ドロマイト等をも用い得る
。

本発明の鋳型を製造するには、このようなカルシア質原
料に所望により前記した酸化物、炭化物、窒化物、炭素
、ハロゲン化物の１種又は２種以上を併用し、これらを
非水溶液と混合して泥漿（スラリー）となす。このスラ
リーを製造するに際し、原料粒子の粒径が過度に小さい
と、後工程における焼成時の収縮が過度に大きくなった
り、或いは焼結体が緻密質となり易いので、粒径が０．
１ｍｍ以下の微粉分を４０％以上とりわけ５０％以下と
なるように分級するのが好適である。また、粒子の粒径
が過度に大きいと、鋳型表面が粗くなり鋳物の鋳肌も粗
くなるので、最大粒径は１ｍｍ以下好ましくは０．５ｍ
ｍ以下とするのが好適である。

スラリーを調製するに際し用いる液体は、カルシアが消
化性を有するので、非水溶液即ち、水を含まない液体を
用いる。

非水溶液としては、適度な粘性を有するものが用いられ
、具体的には例えばアルコール（１価又は多価のアルコ
ール）にマスチックゴムを分散させたもの、トルエンに
オレイン酸を溶解させたもの、アルコールにオレイン酸
を溶解させたもの、油にオレイン酸を溶解させたもの、
四塩化炭素に密ろうを溶解させたもの、あるいは酢酸イ
ンブチル等が好適であるが、本発明Ｃ→これらの非水溶
液に限らず、カルシアを消化させることのない非水系の
液体であれば用いることが可能である。

この非水溶液はスラリーとなしたときに常温にいてモー
ルド内に流し込みができるような適度な粘性を有するよ
うに粘度調整を行うのが好ましい。また、スラリーには
、解膠剤、消泡剤、殺菌剤、不要イオンの不活性化のた
めのキレート剤など、スリップキャスティング法に用い
られる他の添加剤を加えても良い。

本発明に従って鋳型を製造するには、このようなスラリ
ーを吸液性のモールド内に注入する。このモールドは前
記した非水溶液を吸収する特性を有するものが用いられ
、石膏型が最も好適である。このモールドは、得ようと
する鋳型の雌型となる形状を有していればよく、特にそ
の形状に限定はない。

このモールド内に前記スラリーを注入すると、スラリー
中の非水溶液がモールドに吸収され、泥漿中の固形分が
モールド内面に４＝ｊ着するいわゆる着肉が進行する。

所定量の固形分がモールド内面に着肉した後、必要に応
じモールド内の泥漿を排出させ、その後更にモールド内
面の着肉部からのモールド内への吸液を進行ごせる。こ
の吸液により着肉した肉の液分が少なくなると肉の剥離
がし易くなる。その後、脱型を行う。なお１本発明にお
いてはこの脱型を容易とするために、予めモールド内面
に離型剤を塗布しておく等の対策も好適である。

脱型終了後、得られた成形体を乾燥する。この乾燥は非
水溶液の沸点よりも低い温度で穏やかに行うのが好適で
ある。ただし乾燥後期では沸点よりも高い温度で乾燥を
行わせてもよい。

乾燥した成形体は次いで焼成を行う。この焼成は、好ま
しくはまず非水溶液に溶かし込まれていた有機性物質が
酸化消失する温度で仮焼を行い、その後本焼成を行って
焼結させるのが好ましい。

しかして、本発明の鋳型製造方法においては、この本焼
成を行うに際し得られる焼結体が多孔質となるように温
度及び時間を選定する。この焼成条件は、鋳型中のＣａ
Ｏ以外の成分によって種々異なり、ハロゲン化物や、Ｃ
ａＯと低融点の化合物を形成する醇化物を比較的多量に
含む組成の場合には焼成温度は低くなり、焼成時間も短
くなる。

また、当然のことながら、焼成温度を高くすれば焼成時
間は短くなり焼成温度を低くすれば焼成時間は長くなる
。具体的には、ＣａＯ含有量が４０〜８０％の間にある
組成にあっては、通常は８５０〜１３５０　’Ｃ程度で
１−１０時間程度の焼成を行う。またＣａＯ含有量が８
０％を超えるものにあっては１２００℃〜１７００℃の
比較的高い温度にて１〜５時間時間位成を行うのが好適
である。

かかる焼成によって得られた焼結体は、必要に応じ研削
、研磨等の仕上加工を施して鋳型とする。

本発明の鋳型は多孔質のものである。好ましい気孔率は
１０〜４０体積％、とりわけ１５〜３０体積％である。

気孔率が１０体積％を下回る場合には、鋳型の耐熱衝撃
性が低下すると共に、保温効果が低下する。

本発明の鋳造方法は、かかる鋳型を用いて高融点及び／
又は高活性金属の鋳造を行うものである。高融点金属例
えばクロム、バナジウムの純金属、或いはそれを多量に
含む合金にあっては、鋳型としてＣａＯ含有率の高いも
の例えばＣａＯを８０重量％以上含むものが好適である
。また、高活性のチタン、ジルコニウム等の純金属或い
はそれを多量に含む合金を鋳造する場合にも、ＣａＯ含
有率の高い鋳型を用いるのが好適である。

なお、本発明で鋳造するに好適な高融点金属、高活性金
属としては次のようなものが挙げられる。Ｓｃ、Ｙ、Ｌ
ａ、原子番号５８〜７１のＣｅ、Ｐｒ等のランタノイド
元素、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ
、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒ
ｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、また、その合金としては、これ
らの元素の１種又は２種以上を含むものが挙げられる。

なお、本発明の鋳型は、外型のみならず中子と称される
内型にも適用できる。またＣａＯは消化性を有している
から、本発明の鋳型はこの消化性を利用して水和させる
ことにより鋳型の除去を図ることも可能である。

本発明において鋳造を行うには、雰囲気は真空或いはア
ルゴン等の不活性ガス雰囲気とするのが好適である。

［実施例］ 以下実施例について説明するが、本発明はその要旨を超
えない限り以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１ 電融カルシア（ＣａＯ純度９８％）を０．５ｍｍ〜０．
１ｍｍに破砕及び分級したものを８０重量％、市販の試
薬１級のＣａ（ＯＨ）２を１０重量部、マグネシアクリ
ンカを０．５ｍｍ以下に破砕したもの１０重量部を混ぜ
て１００重量部の原料粉粒体を用意した。また、エチル
アルコールにマスチックゴムを濃度５％となるように分
散したものを５０重量部用意した。これらを混合してス
ラリーとした。

一方、第１図に示す形状及び寸法の石膏型ｌを用意し、
この石膏型に上記スラリーを注入し、３０分経過後余分
なスラリーを排出した。更にこの状態を１時間保持した
後説型し、７０℃で１時間乾燥した後、８５０℃×３時
間の仮焼を行った。次いで１１００℃×３時間の本焼成
を行い焼結を行わせた。焼成はいずれも空気雰囲気とし
た。このようにして得られた焼結体は第２図に示す形状
及び寸法のものであった。また気孔率は２５体積％であ
った。なお、第１図でＲＩ″、１は蓋、２は石膏型、３
は空気抜用の孔、４はスラリー注入・排出用の孔である
。

この鋳型を用いてＴｉ−６％Ａｎ−４％Ｖよりなる合金
の鋳造を行った。鋳造時の雰囲気はＡｒｌ気圧、鋳造時
の溶湯温度は１６５０℃である。

鋳型内に溶湯を鋳湯して凝固させた後、鋳物表面部分の
０、Ｎの化学分析を行った。また、鋳物を切断して引け
の高さを測定した。結果を第１表に示す。

実施例２ 実施例１において次の（イ）〜（へ）のように条件を変
えた他は同様にして鋳型の製造及びそれを用いた鋳造を
行った。

（イ）　原料の配合を次とする。

ドロマイトタリン力（Ｃａ０６４．５％、Ｍｇ０３０．
９％、Ｆｅ２Ｏ３２，３％、５ｉＯ９１，８％、Ａ　、
Ｑ、２０３０　、４％）をＱ、５ｍｍ以下に粉砕及び分
級したちの９０重清部、Ｃａ　（ＯＨ）２１０重量部、
石灰石を１ｍｍ以下に破砕したちの１０重量部。

（ロ）　非水溶媒として）・ルエンにオレイン酸を濃度
５％となるように溶解させたものを用１．Ｘる。

（ハ）　４−記固形原料と非水溶液との混合率を１００
：５０とする。

（ニ）　本焼成時の条件を１０００℃×３時間とする。

（ホ）　　鋳造合金をＺｒ６０％、Ｃｏ４０％のものと
する。

（へ）　鋳造時の溶湯温度を１５００　’Ｏとする。

４！）られた鋳物の表面の化学分析及び引けの高さの測
定結果を第１表に示す。なお鋳型の気孔率は２８体積％
であった。

実施例３ 実施例１において次の（イ）〜（へ）のように条件を変
えた他は同様にして鋳型の製造及びそれを用いた鋳造を
行った。

（イ）　原料の配合を次とする。

市販の生石灰（Ｃａ０９８．０％、Ｓ　ｉ　Ｏ２０，０
８％）を０．５ｍｍに粉砕したちの９０重量部、Ｃａ　
（ＯＨ）　２１０重量部、ドｔｌｆｆマイトクリンカ（
実施例２と同じ）を０．５ｍｍ以下に破砕したもの１０
重量部。

（ロ）　非水溶媒としてイソプロピルアルコールにオレ
イン酸を濃度５％となるように溶解させたものを用いる
。

（ハ）　上記固形原料と非水溶液との混合率を１００：
５０どする。

（ニ）　本焼成時の条件を１１００℃×３時間とする。

（ホ）　鋳造合金をＮｉ５４％、Ｔ　ｉ　４６％のもの
とする。

（へ）　鋳造時の溶湯温度を１４００℃とする。

得られた鋳物の表面の化学分析及び引けの高さ］　６ の測定結果を第１表に示す。なお鋳型の気孔率は２９体
積％であった。

実施例４ 実施例１において次の（イ）〜（へ）のように条件を変
えた他は同様にして鋳型の製造及びそれを用いた鋳造を
行った。

（イ）　原料の配合を次とする。

実施例１において、電融カルシアのうち３重量部を試薬
１級の無水塩化カルシウムに置き変える。他の成分は同
じ。

（ロ）　非水溶媒として灯油にオレイン酸を濃度５％と
なるように溶解させたものを用いる。

（ハ）　上記固形原料と非水溶液との混合率をｔｏｏ　
：　５０とする。

（ニ）　本焼成時の条件を１０００℃×３時間とする。

（ホ）　鋳造合金を純Ｃｒとする。

（へ）　鋳造時の溶湯温度を１９５０℃とする。

得られた鋳物の表面の化学分析及び引けの高さの測定結
果を第１表に示す。なお鋳型の気孔率は２７体積％であ
った。

実施例５ 実施例１において次の（イ）〜（へ）のように条件を変
えた他は同様にして鋳型の製造及びそれを用いた鋳造を
行った。

（イ）　原料の配合を次とする。

実施例１において、電融カルシアのうち５重量部をＺｒ
Ｏ２（試薬１級）に、また１重量部を黒鉛粉末に置換す
る。他の成分は同じ。

（ロ）　非水溶媒として回船化炭素に蜜ろうを濃度５％
となるように溶解させたものを用いる。

（ハ）　上記固形原料と非水溶液との混合率を１００：
５０とする。

（ニ）　本焼成時の条件を１１００’ＯＸ３時間とする
。

（ホ）　鋳造合金をＭ　ｎ　−３％Ａｎのものとする。

（へ）　鋳造時の溶湯温度を１３５０℃とする。

得られた鋳物の表面の化学分析及び引けの高さの測定結
果を第１表に示す。なお鋳型の気孔率は２４体積％であ
った。

第　　１　　表 ［発明の効果］ 以上の説明から明らかな通り、本発明によれば高活性金
属や高融点金属或いはそれらの合金の鋳造を容易に行う
ことができる。得られる鋳物はＣ，Ｏ，Ｎ等のコンタミ
ネーションのない高清浄なものとなり、鋳肌汚染層の除
去等の後処理が不要である。また、本発明によれば、引
けの位置を高くして中央部の引は巣の発生を防止し、鋳
造歩留まりを高めることも可能である。本発明の鋳型は
安価であると共に耐熱衝撃性に優れるところから繰り返
し使用が可能であり、鋳造コストの大幅なダウンを図る
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はモールドの形状を示す寸法図、第２図は鋳型の
寸法図である。 １・・・中型、　　　　２・・・外型。 代理人　　弁理士　　重　野　　剛 第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＣａＯを４０重量％以上含むカルシア質耐火材料
   よりなり、かつ多孔質であることを特徴とする鋳型。
2. （２）ＣａＯを４０重量％以上含むＣａＯ質の粉末又は
   粉粒の非水溶液の泥漿を吸液性のモールド内に注入して
   モールド面に着肉させ、その後脱型及び乾燥を行った後
   、焼結体が多孔質であるように温度及び時間を選定して
   焼成を行うことを特徴とする鋳型の製造方法。
3. （３）高活性及び／又は高融点金属を鋳造するに際し、
   ＣａＯを４０重量％以上含むカルシア質であり、かつ多
   孔質である鋳型を用いることを特徴とする鋳造方法。