JPS62168631A - 鋳型 - 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、高清浄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、オリピン砂などを用いる）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。

インへストメント型は、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
酸素の汚染がおこり、鋳肌の汚染が生ずる。また、イン
へ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漏水による水蒸気爆発の危険性
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発生が大きく、
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。

また、鋳型材として高カルシア材を用いれば、上記問題
点は相当程度解決されると推察されるが、カルシアには
消化ないし水和という問題があり、実用に際しネックと
なる。

［問題点を解決するための手段及び作用］本発明の鋳型
は、鋳型の溶湯と接する面に、ＣａＯを４０重量％以上
含むカルシア質耐火材料の層を設けたことを特徴とする
。

本発明の鋳型は、その溶湯と接する面が高融点でしかも
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、溶湯と接する面以外の部分は、
従来用いられている鋳型材で構成することができるので
、既存の設備の有効利用を図ることができ、しかも、カ
ルシア質耐火材の強度、水和性等における欠点を補うこ
とができる。

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、その溶湯と接する面にカルシア質耐火
材の層が設けられている。

本発明の鋳型は、その溶湯と接する面がＣａＯを４０％
以上含むカルシア質耐火材層であれば良く、このカルシ
ア質耐火材層の設置形態としては、第１図（ａ）〜（Ｃ
）のようなものが例示される。

即ち、 ■　第１図（ａ）の如く、黒鉛等の非カルシア質又は低
カルシア質の鋳型本体１の溶湯接触面にカルシア質耐火
材層２を形成したもの。

■　第１図（ｂ）の如く、鋳型本体１に、ＣａＯ含有率
の比較的低い中間層３を介在させてカルシア質耐火材層
２を形成したもの。

この場合、中間層３は鋳型本体ｌの材質と耐火材層２の
材質との中間の成分からなるものとするのが好ましい。

■　第１図（Ｃ）の如く、鋳型本体１にＣａＯ含有率が
溶湯接触面側に向けて徐々に上昇するようなカルシア質
耐火材層２を形成したもの。この場合、耐火材層２の鋳
型本体ｌ側は鋳型本体ｌの材質に近似したものとするの
が好ましい。

である。

なお、第１図の（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）図はそれぞれ（
ａ）、（ｂ）、（ｃ）図のＣａＯ含有率分布を示す。

■、■の場合には、鋳型本体ｌとカルシア質耐火材層２
とのなじみが良くなり、耐火材層の剥離等の危険性を解
消することができる。

本発明において、カルシア質耐火材層の厚さは、特に制
限はなく、鋳型の規模、鋳造する金属゛の活性度又は融
点等に応じて適宜決定されるが、一般には、０．３〜２
ｃｍ程度とする。

本発明の鋳型に形成される耐火材層のカルシアは、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、カルシア質耐火材層のＣａＯ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
、本発明において、鋳型のカルシア質耐火材は、ＣａＯ
を少なくとも４０屯量％（以下、特に断わらない限り％
は重量％を示す。）、好ましくは５０％以上とりわけ６
０％以り含有するようにするのが好適である。

このカルシア質耐火材層は、ＣａＯ以外にハロゲン化物
、ＣａＯ以外の酸化物、炭化物、窒化物、炭素（Ｃ）を
含むことができる。

ハロゲン化物どしては、アルカリ金属、アルカリ土類金
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、ＧａＦ２．　ＭｇＦ２
．　ＢａＦ２．　ＳｒＦ、＋、　ＮａＦ、　ＬｉＦ、　
ＫＦ、　ＰｂＦ２゜ＣｓＦ、　Ｎａ３ＡｌＦ６．　Ｃａ
Ｃｌ２．　ＭｇＣｌ２．　ＮａＧ１．　［１等が挙げら
れる。

このようなハロゲン化物は、本来、ＣａＯに比べ耐消化
性が格段に高く、また低融点であるから、それ自身の存
在による耐消化性向」；に加えて、焼成時の素地の焼結
を促進し焼結体組織の緻密度を高める作用をなし、これ
ら作用が重畳して、カルシア質耐火材層に優れた耐消化
性を付与せしめる。また、焼結促進作用により、得られ
るカルシア質耐火材層の強度をも向上させる。なお、ハ
ロゲン化物は、粒界に多く存在し、／＼ロゲン化物を多
く含む層がＣａＯ粒子を被包するようになり、これによ
ってもカルシア質耐火材層の耐消化性が向上されるもの
と推察される。この／＼ロゲン化物は、添加量が多過ぎ
ると鋳型の耐火度を低下させるようになるので、含有率
は８％以下、好ましくは５％以下とするのが好ましい。

また、当然ながら、添加量が少な過ぎては」−述の作用
効果が得られないから、０．１％以−し、好ましくは０
．３％以−１−の含有率とするのが好ましい。

また、本発明のカルシア質耐火材層に含有し得る酸化物
としては、具体的にはマグネシア（ＭｇＯ）やジルコニ
ア（Ｚ　ｒｏ２）等の高融点のものが好適である。また
、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。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、得られる焼結体強度が低下し易い
。このため、黒鉛をカルシア質耐火材料として用いるに
際しては、金属アルミニウム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、耐火材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耐火材の強度が改善され
るようになる。

なお、カルシア質耐火材を形成するに用いる原料として
は、石灰石、これを仮焼もしくは和分に焼成した生石灰
、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。

本発明において、カルシア質耐火材層を設ける鋳型本体
は、通常、鋳型材質として採用されている黒鉛又はアル
ミナ等のカルシア以外の耐熱性酸化物で形成されたもの
で良い。また、ＣａＯ含有率が４０％未満の低カルシア
質のものでも良い。

このような鋳型本体の溶湯と接する面、例えば内壁の全
面にカルシア質耐火材の層を形成するには、前述のカル
シア質原料と所望により前記したハロゲン化物、酸化物
、炭化物、窒化物、炭素の１種又は２挿具りを併用して
主たる原料とし、この主たる原料に、必要に応じ適宜の
バインダを添加し成形材料とする。そして、 ■　スラリー状の場合には、成形材料を鋳型本体に投入
し、成形材料を泥漿鋳込成形する（スリップキャスト法
）、 ■　成形材料を塗布する、 あるいは、 （φ　バインダを用いずに、又は少量用いて、鋳型本体
の内壁に成形材料を押しく−４ける。

ことにより付着した後、焼成する。

成形体の焼成を行う場合、必要に応じ乾燥し、次いで本
焼成温度よりも低い温度で仮焼した後、本焼成して焼結
させるのが好ましい。この焼成温度は９００℃以上とり
わけ１１００〜１７００　’０が好適である。焼成雰囲
気は被焼成物が炭素成分を含有しない場合には大気雰囲
気で良いが、他の雰囲気としても良い。

なお、第１図（Ｃ）の如き耐火材層を形成する場合には
、上記■の方法において、スリップキャストの泥漿中の
ＣａＯ含有量を経時的に増加せしめることにより、容易
にＣａＯ含有率が表面に向って斬増する耐火材層を形成
することができる。

本発明では、ホットプレスしたり、カルシア質耐火材を
スタンプ材として用い鋳型を構成しても良い。さらに、
カルシア質耐火材を通常の鋳物砂のように使用して鋳型
を構成しても良い。

なお、本発明において、耐火材層の成形に用いるバイン
ダとしては、通常、非水系のものを用い１す る。非水系のバインダとしては、液体系のもの、固体系
のものいずれでも良い。液体系のものとしては、無水塩
化カルシウムやアラビアゴムなどを溶かし込んだアルコ
ール（−価又は多価のアルコール）、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、あるいは酢酸イソブチ
ル等が好適であるが、鉱油、動物油、植物油など、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。

固体系のバインダとしては、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、酢酸セルロース、アクリル系樹脂、ポリビニルア
ルコール等の熱可塑性樹脂、ノボラック等の熱硬化性樹
脂、パラフィン等を好適に用いることができるが、成形
性を付与する他の物質をも用い得る。

本発明の鋳型を用いて高融点及び／又は高活性金属の鋳
造を容易に行なうことができる。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、本発明の鋳型で鋳造するに好適な高融点金属合金
、高活性金属合金の構成元素としては次のようなものが
挙げられる。Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、原子番号５８〜７１のＣ
ｅ、Ｐ″ｒ等のランタノイド元素、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、
Ｒｕ、Ｏｓ、Ｇｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉ　ｒ、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。

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 焼結カルシア（ＣａＯ純度９８％）を０．５ｍｍ以下に
破砕及び分級したものをＣａＯ原料とし、その他の成分
を添加して、第１表の陥、１〜３に示す組成の成形材料
を調製し、黒鉛製鋳型本体の内壁面全面にスリップキャ
スト法によりカルシア質層を形成し、次いで、２５０°
Ｃで３０時間乾燥した後、真空中にて１２００℃×２時
間の焼成を行い焼結を行わせ、カルシア質耐火材層を形
成した。焼成はいずれも大気雰囲気とした。このように
して得られた鋳型は第２図に示す形状及び寸法のもので
あった（第２図中、ｌは鋳型本体、２はカルシア質耐火
材層）。この鋳型を用いてＴ　ｉ　８０％、Ｎｉ　２０
％よりなる合金の鋳造を行った。鋳造時の雰囲気はＡｒ
Ｏ，２気圧、鋳造時の溶湯温度は１６００°Ｃ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
ＯｌＮ、Ｃの化学分析を行った結果を第２表に示す。

比較例１ 同形状のＡ文２０１製鋳型、黒鉛製鋳型を用いて実施例
１と同様に鋳造を行った。

得られた鋳物の表面の化学分析結果を第２表に示す。

第　　２　　表 ［発明の効果コ 以上の説明から明らかな通り、本発明の鋳型によれば高
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、本発明の鋳型
は安価であると共に、耐水利性や強度に優れるところか
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（ａ）〜（Ｃ）は本発明の鋳型のカルシア質耐火
材層の形成の形態を示す鋳型内壁部の拡大断面図、第１
図（ｄ）〜（ｆ）はそのＣａＯ含有率を示すグラフであ
る。第２図は実施例で用いた鋳型の形状を示す寸法図で
ある。 １・・・鋳型本体、　　　２・・・カルシア質耐火材層
、３・・・中間層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋳型の溶湯と接する面に、ＣａＯを４０重量％以
   上含むカルシア質耐火材料よりなる層を設けたことを特
   徴とする鋳型。