(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
易酸化性金属と粒径５０μｍ以下の粒子を１０重量％以上含む酸化剤とを含有する鋳造用発熱材であって、
前記易酸化性金属が、アルミニウム、マグネシウム及びシリコンからなる群から選ばれる１種又は２種以上の易酸化性金属であること、を特徴とする鋳造用発熱材。
【請求項２】
骨材及びバインダーを更に含有する、請求項１に記載の鋳造用発熱材。
【請求項３】
助燃剤を更に含有する、請求項２に記載の鋳造用発熱材。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の鋳造用発熱材を成形してなる鋳造用発熱性造形品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃え残りを著しく低減化した鋳造用発熱材及び鋳造用発熱性造形品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋳造において引け巣を無くすため、溶融金属の凝固を制御するのに発熱スリーブ、発熱パッド、発熱鋳型等の鋳造用発熱性造形品が使用されている。これらの鋳造用発熱性造形品は、アルミニウム粉末・粒状・片状物などの易酸化性金属、金属酸化物や過酸化物などの酸化剤、フッ素化合物などの助燃剤、及びアルミナシリケート等の繊維状又は粒状の耐火性物質を水中又は空気中で分散させ、バインダーで硬化させて製造している。アトマイズアルミニウムなどの良質な易酸化性金属は着火のために必須であるが高価なため、安価な派生品アルミニウム粉末、粒状物等を併用している。この安価な派生品アルミニウム粉末・粒状物は、一部が燃え残る。この燃え残りは、鋳物に対しピンホールを発生させる等の弊害を引き起こす。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、鋳物製品に生ずる上記の弊害を無くすため、易酸化性金属の燃え残りを低減化した鋳造用発熱材及び鋳造用発熱性造形品を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、易酸化性金属と粒径５０μｍ以下の粒子を１０重量％以上含む酸化剤とを含有する鋳造用発熱材であって、前記易酸化性金属が、アルミニウム、マグネシウム及びシリコンからなる群から選ばれる１種又は２種以上の易酸化性金属であること、を特徴とする鋳造用発熱材である。
【０００５】
本発明は、骨材及びバインダーを更に含有する、前記鋳造用発熱材である。
【０００６】
本発明は、助燃剤を更に含有する、前記鋳造用発熱材である。
【０００７】
また本発明は、前記第２又は第３の鋳造用発熱材を成形してなる鋳造用発熱性造形品である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明における易酸化性金属としては、アルミニウム、マグネシウム及びシリコンからなる群から選ばれる１種又は２種以上の易酸化性金属である。
これらのうちアルミニウムが好ましく、アトマイズアルミニウム、派生品アルミニウムの粉末、粒状物、片状物、或いはこれらの任意の混合物であってもよいが、アトマイズアルミニウムと派生品アルミニウムとの混合物が燃え残りが少なく、経済的にも有利であるため更に好ましい。
また、アルミニウムなどの易酸化性金属は、平均粒径１０００μｍ以下のものが好ましく、平均粒径１〜５００μｍの範囲のものがさらに好ましい。特に、燃焼性のよいアトマイズアルミニウムは平均粒径１〜５００μｍ、更に１０〜２００μｍのものが好ましく、アトマイズアルミニウムに混合して使用する派生品アルミニウムは平均粒径１０００μｍ以下、更に５０〜５００μｍのものが好ましい。
【０００９】
易酸化性金属の燃焼のために使用される酸素の供給源は、大気から供給される酸素と添加される酸化剤である。酸化剤の使用量を増やすとその還元によって吸熱の増加をもたらし、また発熱材密度の増加を招き、注湯時の吸熱のため着火が遅れる。そのため、酸化剤の使用量を大きく変動させず、その微粉品を使用することが初期の高温発熱をもたらし、その高温度が大気中の酸素による燃焼持続、燃え残りの削減に寄与する。
【００１０】
このような目的で使用される本発明における酸化剤としては、例えば、酸化鉄、二酸化マンガン、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、塩素酸ナトリウム、塩素酸カリウムが挙げられる。これらは単独で或いは２種以上を混合して使用できる。
これらのうち燃焼効率、経済性などの点から酸化鉄が好ましく、酸化鉄のうち更に四三酸化鉄が好ましい。
本発明における酸化剤は、粒径５０μｍ以下の粒子を１０重量％以上含有する必要がある。更に、粒径２５μｍ以下の粒子を１０重量％以上含有するものが好ましく、粒径１０μｍ以下の粒子を１０重量％以上含有するものが特に好ましい。また本発明における酸化剤は平均粒径６０μｍ以下のものが最も好ましい。
酸化剤は、易酸化性金属１００重量部に対して、５〜２００重量部、更に１０〜１００重量部の範囲で配合するのが好ましい。
【００１１】
本発明においては更に、発熱材を具体的に発熱スリーブ、発熱パッド、発熱鋳型などの鋳造用発熱性造形品に成形するために、骨材及びバインダーを使用する。
この骨材としては、発熱スリーブや発熱パッド用には、例えば、シラスの他に、黒曜石、真珠岩、モライトなどの発泡中空微小球が挙げられ、発熱鋳型用には、例えば、珪砂、アルミナ砂、クロム鉄鉱砂、ジルコン砂、かんらん石砂などの耐火性粒状砂の他に、粘土質の砂、再生砂が挙げられる。
バインダーとしては、例えば、フェノール樹脂、フェノール樹脂とイソシアネート硬化剤を併用したフェノール・ウレタン樹脂、尿素樹脂、アクリル樹脂、水ガラス、アラビアゴムが挙げられる。フェノール樹脂とは、フェノール、クレゾール、レゾルシノールなどのフェノール類と、ホルムアルデヒドなどのアルデヒド類とを反応させて得られるものである。本発明においてはフェノール・ウレタン樹脂が好ましい。
これらのバインダーは、成形後、有機酸エステル系硬化剤、炭酸ガスなどの硬化剤や、第三級アミン（ガス）などの硬化促進触媒を通気させて硬化させる。
骨材は、易酸化性金属１００重量部に対して、１０〜１０００重量部、更に５０〜５００重量部配合して使用するのが好ましい。
バインダーは、易酸化性金属１００重量部に対して、０．５〜５０重量部、更に１〜３０重量部配合して使用するのが好ましい。
【００１２】
本発明に使用することができる助燃剤としては、無機フッ素系化合物の塩が好適であり、具体的には例えば、フッ化ナトリウム、フッ化マグネシウム、珪フッ化ナトリウム、珪フッ化カリウム、フッ化アルミニウムナトリウム、フッ化アルミニウムカリウムが挙げられる。
助燃剤は、易酸化性金属１００重量部に対して、５〜５０重量部、更に１０〜４０重量部配合して使用するのが好ましい。
【００１３】
本発明においては、易酸化性金属、酸化剤、場合により骨材や助燃剤などをバインダーにて造粒することで、微粉分増加による強度低下の弊害を回避することができる。造粒法としてはバインダー添加攪拌硬化、バインダー溶剤希釈液に分散し、噴霧乾燥法いずれでも良い。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。
実施例１
下記アルミニウム配合（１）、（２）又は（３）それぞれ３０ｇと、粒径５０μｍ以下の粒子を４４重量％（粒径２５μｍ以下の粒子を２６重量％、粒径１０μｍ以下の粒子を１０．５重量％）含む（平均粒径４８．３μｍの）微粒四三酸化鉄１０ｇと、骨材としてモライト５０ｇと、助燃剤としてクリオライト（六フッ化アルミン酸ナトリウム）１０ｇと、バインダーとしてフェノール・ウレタン樹脂（保土谷アシュランド（株）製イソキュア）８ｇとを混合して分散させ、これを発熱スリーブ鋳型内に充填して成形し、次いで硬化ガスとしてトリエチルアミンを常温で０．５分間通気して、この充填物を硬化させて、押湯用発熱スリーブを製造した。
アルミニウム配合（１）：平均粒径４０μｍのアトマイズアルミニウムと平均粒径１０                          ０〜２００μｍのアトマイズアルミニウムの重量比１：１混                          合の重量比１：１混合
アルミニウム配合（２）：平均粒径４０μｍのアトマイズアルミニウムと機械加工で派                          生した平均粒径２００〜３００μｍのアルミニウム切り粉の                          重量比１：１混合
アルミニウム配合（３）：平均粒径４０μｍのアトマイズアルミニウムと機械加工で派                          生した平均粒径２００〜５００μｍのアルミニウム切り粉の                          重量比１：１混合
〔燃焼試験〕
製造した発熱スリーブから切り出した直径３０ｍｍ×１５ｍｍの大きさのサンプル（約７ｇ）を電気炉中で１０００℃で燃焼させ、燃焼残物中のアルミニウムの重量を測定した。
発熱スリーブの燃え残り率（重量％）を次式により求めた。
燃え残り率（重量％）
＝燃焼残物中のアルミニウム重量÷燃焼前のアルミニウム含有量×１００
但し、
燃焼残物中のアルミニウム重量の測定：
スリーブ燃焼残物を乳鉢で摺りつぶし、水封入の密閉系容器内で約１０％苛性ソーダ水溶液に分散・溶解させ、水素ガスを発生させた。均圧管を用い、容器内を１気圧とし、水素ガス発生により膨張した容積を目盛りゲージで読み取った。この水素ガスを発生させたアルミニウムの量を次式で算出した。
アルミニウム量（ｇ）＝標準気体ガス量（ｃｃ）×０．０００８
その際、シリコンが妨害物質となるため、温度を１５℃以下に保ち、且つ分析を３時間以内で終了させた。
これらの結果をまとめて表１に示す。
【００１５】
比較例１
実施例１において、微粒四三酸化鉄のかわりに粒径５０μｍ以下の粒子を０．５重量％（粒径２５μｍ以下の粒子を０．２重量％、粒径１０μｍ以下の粒子を０．１重量％）含む（平均粒径５００μｍの）粗粒四三酸化鉄を使用した以外は同様にして、混合物を調製し、燃焼試験を行った。
これらの結果をまとめて表１に示す。
【００１６】
実施例２
実施例１において、微粒四三酸化鉄のかわりに粒径５０μｍ以下の粒子を１００重量％（粒径２５μｍ以下の粒子を１００重量％、粒径１０μｍ以下の粒子を９９．０重量％）含む（平均粒径２．４μｍの）微粒二酸化マンガンを使用した以外は同様にして、混合物を調製し、燃焼試験を行った。
これらの結果をまとめて表１に示す。
【００１７】
比較例２
実施例１において、微粒四三酸化鉄のかわりに粒径５０μｍ以下の粒子を９．５重量％（粒径２５μｍ以下の粒子を５．１重量％、粒径１０μｍ以下の粒子を４．１重量％）含む（平均粒径６４．９μｍの）粗粒二酸化マンガンを使用した以外は同様にして、混合物を調製し、燃焼試験を行った。
これらの結果をまとめて表１に示す。
【００１８】
【表１】
0003696821.tif 000002
【００１９】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明により初めて、易酸化性金属の燃え残りを低減化して鋳物にピンホールなどを発生させない鋳造用発熱材、及びそれを用いた鋳造用発熱性造形品を提供することが可能となった。特に、安価な派生品アルミニウムなどを併用した易酸化性金属を使用しても、その燃え残りを低減化することができるので、経済的に極めて有利である。