(57)【要約】【課題】  押湯保温枠を起因とする鋳塊の介在物の発生を効果的に抑制できる新しい押湯保温枠を提供すること。【解決手段】  インゴット鋳造において鋳型上部に設置され鋳造時の押湯を形成するために用いられる本発明に係る押湯保温枠は、耐火物で成形されてなり、且つ鋳型側面および溶湯側面の少なくとも一部に樹脂塗布層が被覆されている。この押湯保温枠は、鋳型側面および溶湯側面の全面に樹脂塗布層を被覆することが好ましい。また、前記樹脂塗布層で適用する樹脂は、フェノール樹脂を含むことが好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インゴット鋳造において鋳型上部に設置され鋳造時の押湯を形成するために用いられる押湯保温枠であって、該押湯保温枠は、耐火物で成形されてなり、且つ鋳型側面および溶湯側面の少なくとも一部に樹脂塗布層が被覆されていることを特徴とする押湯保温枠。
【請求項２】
鋳型側面および溶湯側面の全面に樹脂塗布層を被覆したことを特徴とする請求項１に記載の押湯保温枠。
【請求項３】
前記樹脂塗布層を被覆する樹脂は、フェノール樹脂を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の押湯保温枠。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インゴット鋳造において、鋳型上部に載置され、押湯を形成するとともに押湯を保温する押湯保温枠に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋳型に合金溶湯を導入して凝固させるインゴット鋳造においては、押湯の形成が一般に行われている。この押湯とは、鋳型上部に形成させる湯だまりをいう。
押湯を形成しておくと、インゴット本体に引け等が発生しようとしたときに、鋳型上部より溶湯が供給され、インゴットの凝固時の鋳引けや収縮割れを防止できるという効果がある。
また、押湯部分は、最終凝固部となり凝固偏析の大きい部分がインゴット本体に形成されるのを防ぐという効果もある。
【０００３】
上述した押湯の効果を十分に得るためには、押湯部分はインゴット本体よりも先に凝固してはならず、合金溶湯を鋳型上部にまで維持する単なる押湯枠ではなく、保温性能を有する押湯保温枠とすることが有効である。この押湯保温枠は、インゴット鋳造の鋳型が鋳鉄で形成されるのに対して一般に断熱性の高い耐火物で形成される。
また、押湯の保温効果を向上させることを目的に、押湯保温枠の溶湯と接する面へ押湯保温枠母体と異なる材質の耐火物層をコーティングするという提案もされている（特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５８−１３４３７号公報
【特許文献２】実開平１−１２８９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
固液共存領域の大きい高合金系に対して連続鋳造を適用すると、凝固シェルが再溶解してブレークアウトする危険がある。そのため、鋳型を使用するインゴット鋳造法はこのような高合金鋼の製造に主として用いられている。
Ｆｅ以外の元素、例えばＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ等を多量に含有させる高合金鋼は、非常に高価なものとなる。この高合金鋼における添加元素の主たる目的は、靱性と強度にある場合が多い。
ところが、高価な添加元素による特性の付与も、組織中に非金属介在物が存在すると、靱性が劣化したりして期待した特性が得られなくなる。このような本来の特性を阻害する介在物を溶湯中から分離除去する技術として、脱酸技術、スラグ製錬技術等の様々な製錬技術が提案され、実用化されている。
【０００６】
一方、本発明者等の検討によれば、特性を阻害する介在物は原料に起因するものだけではなく、外部環境からの汚染によるものも存在することを確認した。典型的には、塵や埃であるが、本発明者等は、インゴット鋳造法に独特な、押湯保温枠を起源としたものが存在することを突き止めた。このような鋳造過程で混入する介在物は、鋳造前の製錬による介在物除去の効果を台無しにするものであり、極めて問題である。
本発明者等は、これは、押湯保温枠と鋳型との摺れによる耐火物の脱落、あるいは運搬、据え付けといったハンドリング中の押湯保温枠から耐火物の脱落によるものと推定している。
本発明の目的は、上記問題に鑑み押湯保温枠を起因とする介在物の発生を効果的に抑制できる新しい押湯保温枠を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、押湯保温枠への樹脂塗布層の被覆により、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
【０００８】
すなわち本発明は、インゴット鋳造において鋳型上部に設置され鋳造時の押湯を形成するために用いられる押湯保温枠であって、該押湯保温枠は、耐火物で成形されてなり、且つ鋳型側面および溶湯側面の少なくとも一部に樹脂塗布層が被覆された押湯保温枠である。
本発明の押湯保温枠は、鋳型側面および溶湯側面の全面に樹脂塗布層を被覆することが好ましい。
本発明の押湯保温枠で塗布層を被覆する樹脂としては、フェノール樹脂を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の押湯保温枠は、鋳造時の溶湯漏れの防止や押湯の保温効果を維持し、押湯保温枠と鋳型との摺れによる耐火物の脱落、あるいは運搬、据え付けといったハンドリング中の押湯保温枠から耐火物の脱落を生じさせることなく鋳造ができる。
これにより本発明は、高い清浄度が要求される例えば自動車や航空機に用いられる重要部品の製造にとって有用な技術となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の押湯保温枠の適用例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
上述したように、本発明の重要な特徴は、押湯保温枠の鋳型側面および溶湯側面の少なくとも一部に樹脂塗布層を被覆した構成を採用したことにある。
図１に本発明を適用する押湯保温枠の一例を示す。図１に示す押湯保温枠１は、鋳型上端面と接する鋳型側面１ａと、押湯形状に合わせた煙突状の溶湯側面１ｂとを有するものである。また、図１は、押湯保温枠１をインゴット鋳造に適用するときの鋳型形成の一例を模式図として示したものであり、冷却台４上に鋳型３が載せられ、この鋳型３の上端面に押湯保温枠１が載せられ、鋳塊本体５を得た構成を有している。また、満注時に溶湯により押湯保温枠１が浮き上がるのを防ぐために押湯保温枠金枠６を設置している。
【００１２】
図１に示す通り、押湯保温枠１の鋳型側面１ａと溶湯側面１ｂには、樹脂塗布層２を被覆している。本発明において樹脂塗布層２は、押湯保温枠１から鋳型３内部への耐火物の脱落防止のためには、鋳型側面１ａと溶湯側面１ｂの少なくとも一部に被覆する必要がある。特に、押湯保温枠１が摺動する鋳型側面１ａに被覆しておくことが好ましい。これにより、押湯保温枠１を鋳型３と摺動させたときの摩擦による脱落を抑制することができる。より好ましくは、鋳型側面１ａと溶湯側面１ｂの全面に被覆する。これにより、上記の効果に加え、押湯保温枠１が溶湯と接触したときの摩擦による脱落も抑制することができる。
なお、樹脂塗布層２を押湯保温枠１の全面に被覆してもよく、浸漬により全面に塗布すれば塗布に要する時間を効果的に短縮することができる。
【００１３】
また、本発明の押湯保温枠は、耐火物で成形されたものとしている。本発明で適用する耐火物とは、いわゆる酸化物等のセラミックスを意味するものであり、金属に比べて高い断熱性を有する材料をいう。一般的に、インゴット鋳造では、鋳鉄製の鋳型が用いられるため、耐火物を押湯保温枠として使用することにより、放熱性の高い鋳型側から凝固が進行して、押湯部に最終凝固部を形成することができる。
【００１４】
本発明の押湯保温枠は、例えば、耐火物として耐火性骨材が７０〜９０質量％、その他として繊維物質が１〜３０質量％、結合剤が３〜２０質量％で混合され、合計が１００質量％になるように配合することが好ましい。尚、この配合比率は、押湯保温枠に要求される耐火度、断熱性、強度等によって適宜選択することができる。
【００１５】
本発明の押湯保温枠に適用できる耐火物としての耐火性骨材とは、例えばシリカ、アルミナ、マグネシア、ジルコン、ドロマイト等を用いることができる。中でも、シリカは、安価で耐火度を有し、熱伝導率が低く保温性に優れている上、比重も小さいため、好ましい。
【００１６】
本発明の押湯保温枠に含まれる繊維物質は、押湯保温枠自体を柔らかくして弾力性を保持させるためのものである。これにより、本発明の押湯保温枠は、上述した鋳型と押湯保温枠との間に生じる隙間を埋めることができ、鋳造時の溶湯漏れを防止することができる。
また、本発明の押湯保温枠は、繊維物質を添加することにより、押湯保温枠中に無数の空間を作ることで、保温性を高めることができ、押湯効果が向上し、得られる鋳塊の引け巣の抑制に寄与できる。
また、本発明で適用できる繊維物質としては、有機質や無機質の繊維物質があり、例えば、古紙、セルロース繊維、ポリエステル繊維、ビニロン繊維、硝子繊維、鉱滓繊維、アルミナ繊維等が適用できる。中でも、古紙と鉱滓繊維を混合して用いることが好ましく、これにより押湯保温枠に要求される高断熱性、耐火度および弾力性を得ることができる。
【００１７】
本発明で押湯保温枠に含まれる結合剤は、押湯保温枠を成形した後に、乾燥・固化させるときの取り扱いや運搬を容易にするためのものである。
適用できる結合剤としては、例えば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂等の有機質の結合剤や、珪酸ソーダ、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ等の無機質の結合剤を用いることができる。中でも、粉末状のフェノール樹脂を使用することが好ましく、これにより容易に配合できるだけでなく、成形後の乾燥した押湯保温枠の強度を確保することもできる。
【００１８】
本発明の押湯保温枠は、例えば、以下のようにして得ることができる。
先ず、上述した配合比率で混合した混合物の合計を１としたときに、質量比率で２〜４倍に相当する水を加えてスラリーを作製する。そして、このスラリーを所定形状の金型に流し入れて、金型の内側に配設された金網を通して水を吸引脱水し、金型内を固形分のみにする。
その後、金型内から固形分を取り出し、１５０〜２５０℃、６〜８時間の条件で乾燥して固化させることで押湯保温枠を成形することができる。
【００１９】
本発明の押湯保温枠の鋳型側面および溶湯側面の少なくとも一部に被覆する樹脂塗布層は、例えば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、珪酸ソーダ系樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。中でも、樹脂塗布層にフェノール樹脂を含むことが好ましく、特にアルコール可溶性のフェノール樹脂は、押湯保温枠の表面に容易に浸透するので、より好ましい。
【００２０】
樹脂塗布層を被覆する方法としては、上述のいずれかの樹脂を、本発明の押湯保温枠の鋳型側面および溶湯側面の少なくとも一部にスプレーで塗布したり、刷毛で塗ったり、あるいは浸漬する方法等があり、これらのいずれの方法でもよい。また、樹脂を塗布した後は、１００〜２００℃、２〜３時間の条件で乾燥して固化させることが好ましい。
【実施例】
【００２１】
先ず、耐火性骨材としてシリカを７５質量％、繊維物質として古紙を５質量％、鉱滓繊維を１５質量％、結合剤としてフェノール樹脂を５質量％混合して混合物を準備した。次に、この混合物に水を加えてスラリーを作製した。得られたスラリーを金型内に流し入れて、金型の内側に配設した金網を通して水を吸引脱水し、固形分のみとした。その後、金型から固形分を取り出し、２００℃、８時間の条件で乾燥して固化させて押湯保温枠１を成形した。
次に、上記の押湯保温枠１の鋳型側面１ａおよび溶湯側面１ｂのそれぞれの面に、アルコール可溶性のフェノール樹脂を刷毛で塗布して樹脂塗布層２を被覆した。その後、１６０℃、２時間の条件で乾燥させて、本発明の押湯保温枠１を２個作製した。
【００２２】
図１に示すように、冷却台４上に鋳型３を載置して、鋳型３の上面に上記で作製した樹脂塗布層２を被覆した押湯保温枠１を設置し、押湯保温枠１を摺動させて鋳型３と押湯保温枠１の中心位置を合わせた後、押湯保温枠金枠６で位置決めした。これを２セット用意した。このとき、鋳型３内に耐火物片の落剥がないことを目視で確認した。
図１に示すように、押湯保温枠１の上に押湯保温枠金枠６を設置した状態で鋳造を行い、３ｔｏｎ鋳塊を２本作製した。このとき、押湯保温枠１と鋳型３との隙間から溶湯漏れは発生せずに正常に鋳造を完了できた。
【００２３】
得られた２本の鋳塊の鋳塊本体５と押湯部との境界（図１に示す破線部）を切断し、鋳塊本体５側のＤ／４に相当する位置から試料を採取し、この試料表面において５５ｍｍ２の視野を走査型電子顕微鏡で観察し、円相当径で０．５μｍ以上の介在物の有無を確認した。
その結果、本発明の押湯保温枠を用いて鋳造した鋳塊は、いずれも引け巣の発生がなく、尚且つ押湯保温枠１および樹脂塗布層２に起因する円相当径で０．５μｍ以上の介在物の混入は、確認されなかった。
以上のことから、本発明の押湯保温枠１を用いることにより、高品質の鋳塊を得ることができ、本発明の有効性が確認できた。
【符号の説明】
【００２４】
１  押湯保温枠
２  樹脂塗布層
３  鋳型
４  冷却台
５  鋳塊本体
６  押湯保温枠金枠
【図１】
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