(57)【要約】【課題】高精度な鋳物を製造することが可能で、かつ、鋳物砂の再利用が容易となる。【解決手段】鋳型製造方法であって、鋳物砂に、珪酸ナトリウムと水酸化カルシウムとを添加し混合して混錬物を作製する混錬工程と、鋳型の外形形状に沿った形状の鋳型製造用型を作製し、設置する鋳型製造用型設置工程と、前記混錬物を前記鋳型製造用型に充填し圧密する充填工程と、前記鋳型製造用型内に充填され圧密された前記混錬物を固化する固化工程と、乾燥固化された前記混錬物から前記鋳型製造用型を取り除く除去工程と、を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳物の製造に用いる鋳型製造方法であって、
鋳物砂に、珪酸ナトリウムと水酸化カルシウムとを添加し混合して混錬物を作製する混錬工程と、
鋳型の外形形状に沿った形状の鋳型製造用型を作製し、設置する鋳型製造用型設置工程と、
前記混錬物を前記鋳型製造用型に充填し圧密する充填工程と、
前記鋳型製造用型内に充填され圧密された前記混錬物を固化する固化工程と、
乾燥固化された前記混錬物から前記鋳型製造用型を取り除く除去工程と、を有することを特徴とする鋳型製造方法。
【請求項２】
前記混錬工程は、前記鋳物砂に対する前記珪酸ナトリウムの添加量が０．２重量％以上１．０重量％以下であり、前記鋳物砂に対する前記水酸化カルシウムの添加量が０．５重量％以上１．０重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の鋳型製造方法。
【請求項３】
前記混錬工程は、前記鋳物砂に水酸化ナトリウムを更に添加し混合することを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳型製造方法。
【請求項４】
前記鋳物砂は、ムライト砂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳型製造方法。
【請求項５】
前記固化工程は、前記混錬物を１００℃以上３００℃℃以下に加熱しつつ乾燥させて、固化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳型製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の鋳型製造方法で製造されたことを特徴とする鋳型。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか一項に記載の鋳型製造方法で鋳型を製造する工程と、
前記鋳型に溶融金属を注入する注入工程と、
前記鋳型に注入した金属を凝固させる金属凝固工程と、
凝固した前記金属を前記鋳型から取り出す取出工程と、を有することを特徴とする鋳造方法。
【請求項８】
前記注入工程は、前記溶融金属を１２００℃以上として、前記鋳型に注入することを特徴とする請求項７に記載の鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳型製造方法、鋳型及び鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型の鋳物を製造する場合、鋳型として砂型を用いる場合がある。砂型を用いた鋳造方法では、蒸気タービン、ガスタービン又はコンプレッサ等に用いる車室を製造することができる。ここで、車室とは、蒸気タービン、ガスタービン又はコンプレッサの主要部を内蔵し蒸気や膨張気体を閉じ込める容器（ケーシングとも称される）である。
【０００３】
砂型を用いた鋳造方法としては、例えば、木型に鋳物砂を充填して１００℃程度で高温処理して砂型を形成し、形成した砂型に１２００〜１５００℃程度の高温溶融させた金属（溶湯）を注ぎ込み（鋳込み）、冷却して溶湯を固化させた（鋳込み成型）後、砂型を破砕して、固化した金属（鋳物）を取り出すことで、鋳物を製造する方法がある。
【０００４】
ここで、砂型は、鋳物砂で製造した鋳型であり、形成する際に、鋳物砂にバインダを混ぜ、バインダにより鋳物砂を固化する処理することで作製している。近年、バインダとして、無機材を用いることが提案されている。例えば、特許文献１には、ジルコンサンド、珪砂等の耐火性材料にシリカ及びシリカ以外の無機酸化物とからなる複合酸化物ゾルをバインダとして添加することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５-２７７６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、バインダとして有機樹脂を用いた場合、鋳込み時に注ぎ込まれた金属によって加熱されることで、有機樹脂が熱分解又は燃焼してガスが発生し、鋳物のガス欠陥の要因になる。これに対して、特許文献１に記載の無機材をバインダとして用いることで、バインダを起因としてガスが生じることを抑制でき、砂型に溶湯を鋳込みした場合にガスが生じることを抑制することができる。
【０００７】
ここで、砂型は、大量の砂を用いて作製されるため、経済性、廃棄物処理等の観点から、再生して再利用できることが望まれている。そのため、砂型としての耐久性に加え、鋳物を製造した後は、粉砕され、砂に再生できるための処理のしやすさ、具体的には脆性（崩壊性）との両立が求められている。しかしながら、特許文献１に記載のバインダを用いた鋳型は、鋳込み後も強度が高くなり、再利用しにくい場合がある。
【０００８】
本発明は、高精度な鋳物を製造することが可能で、かつ、鋳物砂の再利用が容易となる鋳型製造方法、鋳型及び鋳造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、鋳物の製造に用いる鋳型製造方法であって、鋳物砂に、珪酸ナトリウムと水酸化カルシウムとを添加し混合して混錬物を作製する混錬工程と、鋳型の外形形状に沿った形状の鋳型製造用型を作製し、設置する鋳型製造用型設置工程と、前記混錬物を前記鋳型製造用型に充填し圧密する充填工程と、前記鋳型製造用型内に充填され圧密された前記混錬物を固化する固化工程と、乾燥固化された前記混錬物から前記鋳型製造用型を取り除く除去工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、前記混錬工程は、前記鋳物砂に水酸化ナトリウムを更に添加し混合することが好ましい。
【００１１】
また、前記混錬工程は、前記鋳物砂に対する前記珪酸ナトリウムの添加量が０．２重量％以上１．０重量％以下であり、前記鋳物砂に対する前記水酸化カルシウムの添加量が０．５重量％以上１．０重量％以下であることが好ましい。
【００１２】
また、前記鋳物砂は、ムライト砂であることが好ましい。
【００１３】
前記固化工程は、前記混錬物を１００℃以上３００℃以下に加熱しつつ乾燥させて、固化させることが好ましい。
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、鋳物の製造に用いる鋳型であって、上記製造方法で製造されたことを特徴とする。
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、上記鋳型を使用する鋳造方法であって、上記製造方法で鋳型を製造する工程と、前記鋳型に溶融金属を注入する注入工程と、前記鋳型に注入した金属を凝固させる金属凝固工程と、凝固した前記金属を前記鋳型から取り出す取出工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
前記注入工程は、前記溶融金属を１２００℃以上として、前記鋳型に注入することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高精度な鋳物を製造することが可能で、かつ、鋳物砂の再利用が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本実施形態の鋳型の概略構成を示す斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本実施形態の鋳型の概略構成を示すＹＺ面断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本実施形態の鋳型の概略構成を示すＺＸ面断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本実施形態の鋳型の鋳物砂とバインダとの関係を示す模式図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本実施形態の鋳型のバインダの概略構成を示す模式図である。
【図４】図４は、本実施形態の鋳型製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本実施形態の鋳型製造方法の一例を説明するための図である。
【図６】図６は、本実施形態の鋳型製造方法の一例を説明するための図である。
【図７】図７は、本実施形態の鋳造方法の一例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本実施形態の鋳造方法の一例を説明するための図である。
【図９】図９は、試験例１における鋳型の圧縮強度を示すグラフである。
【図１０】図１０は、試験例２における鋳型の圧縮強度を示すグラフである。
【図１１】図１１は、試験例３における鋳型の圧縮強度を示すグラフである。
【図１２】図１２は、試験例４における鋳型の圧縮強度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。また、以下で説明する鋳型製造方法、鋳型及び鋳造方法は、蒸気タービン、ガスタービン、コンプレッサ等の車室（ケーシング）の製造に好適に適用できるが、これに限られるものではない。
【００２０】
図１は、本実施形態の鋳型の概略構成を示す斜視図である。図２Ａは、本実施形態の鋳型の概略構成を示すＹＺ面断面図である。図２Ｂは、本実施形態の鋳型の概略構成を示すＺＸ面断面図である。図１に示す鋳型１０は、上鋳型１２と下鋳型１４とを有する。鋳型１０は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように上鋳型１２と下鋳型１４とを重ね合わせると、上鋳型１２の下面２４と、下鋳型１４の上面２６との外縁側の領域が全周で接触する。また、鋳型１０は、上鋳型１２と下鋳型１４とを重ね合わせた状態で、上鋳型１２の下面２４と下鋳型１４の上面２６との間に空間１６が形成される。この空間１６は、形成する鋳物に対応した形状であり、鋳物形成領域となる。鋳物形成領域とは、溶融された金属を注ぎ込み、充填させ、固めることで目的の鋳物が形成される領域である。
【００２１】
また、上鋳型１２には、湯口２０と複数の空気穴２２が形成されている。湯口２０と複数の空気穴２２は、空間１６と繋がっている。なお、空間１６は、湯口と複数の空気穴２２と接続している部分以外が閉じられた空間となっている。
【００２２】
鋳型１０は、以上のような形状であり、湯口２０と複数の空気穴２２以外は、塞がれている空間１６が形成されている。なお、本実施形態は、鋳型１０を上鋳型１２と下鋳型１４とを重ね合わせた形状としたが、これに限定されない。例えば、鋳型１０は、更に中子を備えていてもよい。また、鋳型１０の空間の形状は、目的の鋳物を形状に合わせて種々の形状、大きさとすればよい。
【００２３】
次に、図３Ａ及び図３Ｂを用いて、鋳型１０についてより詳細に説明する。図３Ａは、本実施形態の鋳型の鋳物砂とバインダとの関係を示す模式図である。図３Ｂは、本実施形態の鋳型のバインダの概略構成を示す模式図である。
【００２４】
鋳型１０は、鋳物砂を固化させて所定の形状としたいわゆる砂型である。鋳物砂は、耐火性を備える砂である。鋳物砂としては、例えば、珪砂、ジルコン砂、クロマイト砂、オリビン砂又はムライト砂など、砂型を形成する砂として使用可能な従来公知のものを使用できる。以下本実施形態では、鋳物砂として、ムライト砂を用いた場合として説明する。ムライト砂は、耐火物が高い粒子である。
【００２５】
鋳型１０は、図３Ａに示すように、バインダ３２を用いて鋳物砂３０を連結させることで、固化させている。鋳型１０は、バインダ３２を用いて、鋳物砂３０同士を連結させることで、結合力が弱い鋳物砂３０同士を鋳型として用いることが可能な強度で固化させている。バインダ３２は、複数の無機材料で形成されており、第１連結体３４と第２連結体３６とで鋳物砂３０と鋳物砂３０とを連結させている。第１連結体３４及び第２連結体３６は砂粒子を連結するバインダの構成をモデル化した一例である。
【００２６】
ここで、第１連結体３４は、珪酸ナトリウム（珪酸ソーダ）を処理、具体的には熱処理を施すことで形成される材料で形成されている。第２連結体３６は、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）を処理、具体的には熱処理することで形成される材料で形成されている。
【００２７】
水酸化カルシウムは、珪酸ナトリウムと反応し、以下の反応式（１）のようにゲル化することで固化する。
Ｎａ2Ｏ・ｎＳｉＯ2＋Ｃａ（ＯＨ）2＋ｍＨ2Ｏ→ＣａＯ・ｎＳｉＯ2・ｍＨ2Ｏ・２ＮａＯＨ  ・・・（１）
【００２８】
次に、図４から図６を用いて、鋳型の製造方法について説明する。図４は、本実施形態の鋳型製造方法の一例を示すフローチャートである。図４に示す処理は、全自動で実行してもよいし、オペレータが各工程を実行する装置を操作して実行してもよい。
【００２９】
まず、鋳型製造方法は、混錬物を作製する（ステップＳ１２）。本実施形態では、鋳物砂に珪酸ナトリウムと水酸化カルシウムとを添加し混合して混錬物を作製する。これにより、鋳物砂にバインダとなる珪酸ナトリウムと水酸化カルシウムとが混合された混錬物を作製する。
【００３０】
次に、鋳型製造方法は、木型の作製と設置を行う（ステップＳ１３）。鋳型製造方法は、製造する鋳型の形状に合わせた木型を作製し、所定の位置に設置する。木型とは、鋳型の外形形状に沿って形成された型（鋳型製造用型）である。鋳型製造用型は、砂型の製造の際に型として用いることができる各種材料で形成することができる。また、鋳型製造方法は、ステップＳ１２とステップＳ１３の処理を並列して実行しても、逆の順序で実行してもよい。
【００３１】
鋳型鋳造方法は、混錬物を作製し、木型の設置を行ったら、混錬により作製された混錬物を木型に充填し、圧密する（ステップＳ１４）。圧密とは、所定の圧力を加えることによって木型の隅々まで混錬物を充填させる動作である。ここで、所定の圧力は、例えば人の手で押す程度の圧力である。これにより、木型内の空間に混錬物を充填させる。
【００３２】
鋳型製造方法は、木型内に混錬物を充填させたら、混錬物を乾燥により固化させる（ステップＳ１６）。ここで、乾燥は、所定の温度に加熱して実行することが好ましい。加熱乾燥する場合は、例えば、温風乾燥により１２０℃程度まで昇温させる。
【００３３】
ここで、本実施形態の混錬物は、乾燥により、鋳物砂に添加した珪酸ナトリウムと水酸化カルシウムとが鋳物砂と鋳物砂との間で両者を連結させることで、鋳物砂同士が結合され、固化されるものと本発明者らは考えている。具体的には、水と結合した結合剤（バインダ）組成物である珪酸ナトリウムと水酸化カルシウムが、乾燥により水が蒸発されることにより、鋳物砂と結合しつつ、鋳物砂と鋳物砂との間で結合し、鋳物砂間の結合を強化しているものと本発明者らは考えている。
【００３４】
ここで、水酸化カルシウムの固化は、主成分の水和反応が生じた後、水和物の結晶転化で進み、鋳物砂と鋳物砂を結合させる。
【００３５】
鋳型製造方法は、木型内の混錬物を固化させたら、固化した混錬物から木型を除去する（ステップＳ１８）。木型を除去した固化した混錬物は、鋳型の少なくとも一部となる。鋳型製造方法は、鋳型に含まれる各部品を上記処理で作製することで、鋳型を製造する。
【００３６】
次に、図５及び図６を用いて図１に示す鋳型の製造方法を具体的に説明する。図５及び図６は、本実施形態の鋳型製造方法の一例を説明するための図である。ここで、図５は、上述した鋳型１０の上鋳型１２の鋳型製造方法の一例を示している。図６は、上述した鋳型１０の下鋳型１４の鋳型製造方法の一例を示している。
【００３７】
図５を用いて、上鋳型１２の製造方法について説明する。上鋳型の製造方法は、まず、ステップＳ１０２に示すように、設置面５０に木型５２を設置する。木型５２は、木型本体５４と木型本体５４の外周を覆う枠部５６とを含む。木型本体５４は、上鋳型の下面に対応する形状である。また、木型本体５４は、上鋳型の空気穴に対応する位置に突起５４ａが配置されている。枠部５６は、鋳型が設けられる部分（混錬物が充填される部分）鉛直方向の上側の端部よりも高い位置まで延在している。次に上鋳型の製造方法は、ステップＳ１０４に示すように、木型５２に混錬物６０を充填し、圧密する。このとき、上鋳型の湯口に対応する領域に湯口棒５８を配置した状態で、混錬物６０を充填する。上鋳型の製造方法は、その後、充填した混錬物６０を乾燥させて固化し、木型５２を取り除くことで、ステップＳ１０６に示すように、上鋳型１２を製造する。なお、上鋳型１２は、鋳型を保持するために、枠部５６がそのまま装着されている。なお、図に示すような湯口２０、空気穴２２が形成される。
【００３８】
次に、図６を用いて、下鋳型１４の製造方法について説明する。下鋳型の製造方法は、まず、ステップＳ１１２に示すように、木型７０を設置する。木型７０は、木型本体７２と木型本体７２の外周を覆う枠部７４とを含む。木型本体７２は、下鋳型の上面に対応する形状である。枠部７４は、鋳型が設けられる部分（混錬物が充填される部分）鉛直方向の上側の端部よりも高い位置まで延在している。次に、下鋳型の製造方法は、ステップＳ１１４に示すように、木型７０に混錬物８０を充填し、圧密する。下鋳型の製造方法は、その後、充填した混錬物８０を乾燥させて固化し、木型７０を取り除くことで、ステップＳ１１６に示すように、下鋳型１４を製造する。
【００３９】
鋳型１０は、図５及び図６に示すように上鋳型１２と下鋳型１４とを製造し、上鋳型１２と下鋳型１４と組み合わせることで製造される。
【００４０】
次に、図７及び図８を用いて、鋳造方法について説明する。図７は、本実施形態の鋳造方法の一例を示すフローチャートである。図８は、本実施形態の鋳造方法の一例を説明するための図である。ここで、図７に示す処理は、全自動で実行してもよいし、オペレータが各工程を実行する装置を操作して実行してもよい。
【００４１】
まず、本実施形態の鋳造方法は、鋳型を作製する（ステップＳ６０）。具体的には、上述した鋳型製造方法により鋳型を製造する。具体的には、図８のステップＳ１２２に示すように、上鋳型１２と下鋳型１４とを組み合わせた鋳型１０を製造する。ここで、鋳型は、鋳物の製造とは分離して予め作製しておいてもよいし、鋳物の製造を実行する毎に作製してもよい。
【００４２】
次に、鋳造方法は、溶融金属を鋳型に注入する（ステップＳ６２）。具体的には、図８のステップＳ１２４に示すように上鋳型１２の湯口２０から空間１６に溶融金属９０を注入する。本実施形態の鋳造方法において鋳型に注入される溶融金属は溶湯ともいう。また、溶湯を鋳型に注入する作業は注湯ともいう。また、金属を高温溶融して注湯する一連のプロセスを鋳込みという。ここで、鋼の場合、鋳込み時の溶湯の温度は、例えば１２００℃から１５００℃となる。
【００４３】
また、鋳造方法は、鋳型に溶融金属を注入する前に、鋳型を予熱してもよい。例えば、鋳型を炉（真空炉、焼成炉）内に配置し、８００℃以上９００℃以下まで加熱する。予熱を行うことで、鋳型に溶湯を注入した際に鋳型が損傷することを抑制することができる。
【００４４】
鋳造方法は、鋳型に溶融金属を注入したら、鋳型に注湯した溶湯を凝固させる（ステップＳ６４）。鋳造方法は、例えば、鋳型を自然冷却等により冷却することで、溶融金属を凝固させる。これにより、図８のステップＳ１２６に示すように、鋳型１０の上鋳型１２と下鋳型１４との間の空間１６に凝固した金属が充填された状態とすることができる。なお、鋳込み温度から環境温度へ自然冷却させることにより溶融金属は固化するが、温度調整装置等を用いて、鋳型及び鋳型内の溶融金属の温度を制御しつつ、冷却させて、固化させてもよい。
【００４５】
その後、鋳造方法は、鋳型を破砕又は粉砕して凝固した金属を鋳型から取り出す（ステップＳ６６）。図８に示すように、鋳型から取り出した凝固された金属９２が、鋳物９４となる。取り出した鋳物は、必要に応じて表面や内部の仕上げ加工を適宜行って仕上げる。
【００４６】
ここで、破砕又は粉砕した鋳型は、再生処理することで、再び、鋳型に用いる鋳物砂として用いることができる。再生処理とは、破砕又は粉砕した鋳型を更に粉砕して、粒子（砂粒子）化し、更に、粒子に付着しているバインダ（珪酸ナトリウム及び水酸化カルシウム又はこれらの反応物）を除去することで、鋳物砂とする処理である。再生処理には、粒子同士を相互摩擦させて、付着しているバインダを除去する方法が利用できる。
【００４７】
以上より、本実施形態は、鋳物砂に無機材料である珪酸ナトリウムと水酸化カルシウムとを混錬し、生成した混錬物を木型に投入し、当該珪酸ナトリウムと水酸化カルシウムとをバインダとして木型に投入された鋳物砂を固化させ、鋳型を作製する。
【００４８】
このように、バインダとして、無機材料である珪酸ナトリウムと水酸化カルシウムとを用いることで、鋳型に有機材料が用いられることを抑制することができ、鋳物の製造、具体的には鋳込み時に、鋳型からガスが生じ、鋳物にガス欠陥を生じさせることを防ぐことができる。
【００４９】
更に、本実施形態は、珪酸ナトリウムと水酸化カルシウムとを組み合わせたバインダを用いることで、鋳込み前及び鋳込み中の鋳型強度を高くしつつ、鋳込み後の鋳型強度を低くすることができる。ここで、本実施形態において、鋳込み前とは、鋳型に溶融金属が注入される前である。鋳込み中とは、鋳型に溶融金属が注入されている間である。鋳込み後とは、鋳型に注入された溶融金属が凝固した後である。鋳込み前の鋳型強度を高くできることで、製造した鋳型で鋳物を製造する前に、鋳型が変形したり、損傷したりすることを抑制することができる。また、鋳込みにより、鋳型に溶融金属を注入する際に注入した溶融金属の圧力等で鋳型が変形したり、損傷したりすることも抑制することができる。これにより鋳型、更に鋳型を用いた鋳物の製造の歩留まりを高くすることができる。また、本実施形態は、鋳込み後の鋳型強度を低くすることで、つまり鋳込み後の鋳型崩壊性を高くすることで、鋳型から鋳物を取り出しやすくすることができる。また、鋳物の取り出し時に鋳型を粉砕する力で、鋳物が損傷することを抑制することができる。更に、鋳物を取り出した後の鋳型を再生処理で粒子に粉砕する際に必要なエネルギーを少なくすることができる。これにより、鋳型の製造に大量に使用される鋳物砂を効率よく再利用することができるため、鋳型を効率よく製造することができる。また、鋳物砂を再利用することで、鋳型及び鋳物の製造時に発生する廃棄物の量を少なくすることができる。
【００５０】
ここで、上記効果は、鋳物として、高温、具体的には、１２００℃以上の溶融金属を鋳込みした場合、顕著に得ることができる。つまり、珪酸ナトリウムと水酸化カルシウムとを組み合わせたバインダを用いることで、水酸化カルシウムを用いない場合よりも鋳込み後の強度をより低くすることができる。より具体的には、バインダとして水酸化カルシウムを用いず珪酸ソーダを用いる場合、鋳込み処理が行われた後、例えば、１２００℃の高温に一度加熱されると、強度が高くなってしまい、鋳型から鋳物を取り出しにくくなり、かつ、鋳物砂の再利用が実行しにくくなる。これに対して、珪酸ナトリウムと水酸化カルシウムとを組み合わせたバインダを用いることで、鋳込み処理後の鋳型の強度を低くすることができる。これは、珪酸ナトリウムと共に添加された水酸化カルシウムが、鋳込み温度、例えば１２００℃以上１５００℃以下で加熱されると、結合力が弱くなるためであると考えられる。
【００５１】
また、珪酸ナトリウムと水酸化カルシウムとを組み合わせたバインダを用いることで、水酸化カルシウムを用いない場合よりも混錬物を固化させる際に、短時間で固化させることができる。
【００５２】
ここで、本実施形態は、鋳物砂に対する珪酸ナトリウムの添加量は、０．２重量％以上１．０重量％以下とし、且つ、鋳物砂に対する水酸化カルシウムの添加量を０．５重量％以上１．０重量％以下にすることが好ましい。
【００５３】
鋳物砂に対する珪酸ナトリウム及び水酸化カルシウムの添加量を上記範囲とすることで鋳込み前の鋳型強度をより高くすることができ、且つ鋳込み後の鋳型強度をより低くすることができる。これにより、鋳物の製造時の鋳型の強度を維持しつつ、鋳物の製造後の鋳型のハンドリング性（処理のしやすさ）を高くすることができる。また、添加量をより好ましい範囲、更に好ましい範囲とすることで、上記効果をより好適に得ることができる。
【００５４】
ここで、鋳物の製造方法は、混錬物に水酸化ナトリウムを添加することが好ましい。混錬物に水酸化ナトリウムを添加することで混錬物の流動性を向上させることができ、かつ、鋳込み前の強度も高くすることができる。
【００５５】
本実施形態のように、鋳型製造用型を木型で作製することで、鋳型製造用型の重量を軽く安価にすることができる。これにより、大型の鋳物（例えば、タービンの車室）を製造するための鋳型とした場合でも、鋳型の作製を簡単にすることができる。木型を使用して鋳型を製造する場合の鋳型固化温度は、１００℃以上３００℃以下の温度であることが好ましい。例えば、１００℃以上３００℃以下の鋳型固化温度を４時間維持することで、砂型を固化させることで、所望の強度の鋳型を得ることができる。なお、鋳型製造用型は、金属製の金型あるいはセラミック製のセラミック型としてもよい。また、セラミック型や金型を使用する場合は、混錬物の乾燥時に木型の場合よりも高温まで、例えば２００℃程度まで昇温させることができ、乾燥、固化の工程をより短時間で実行することができる。
【００５６】
ここで、鋳型は、鋳込み前の圧縮強度を、２０ｋｇｆ／ｃｍ２以上とすることが好ましい。これにより、木型を取り外す際の鋳型の型崩れ等を好適に抑制することができる。また、鋳型は、鋳込み後の圧縮強度を、３０ｋｇｆ／ｃｍ２以下、より好ましくは１０ｋｇｆ／ｃｍ２以下とすることが好ましい。これにより、鋳物を取り出す際、鋳型を再生する際に鋳型を破砕又は粉砕しやすくすることができる。鋳型は、上述したように珪酸ナトリウムと水酸化カルシウムとを組み合わせたバインダを用いることで、上記性能を満足する鋳型を製造することができる。
【００５７】
＜試験例＞
以下、試験例を用いて、本実施形態の鋳型製造方法、鋳型及び鋳造方法について説明する。以下の試験例においては、鋳物砂としてムライト砂を用い、ムライト砂にバインダを添加して混練物を作製し、φ５０ｍｍで高さが５０ｍｍの木型に作製した混錬物を充填し圧密した後、１２０℃の乾燥機に４時間入れて乾燥固化させ、その後木型を外すことで鋳型を製造した。製造した鋳型の圧縮強度を、１２０℃強制乾燥後の圧縮強度として計測した。その後、鋳型を１２００℃で１時間、熱処理した後の鋳型の圧縮強度を１２００℃熱処理後の圧縮強度として測定した。ここで、鋳型の圧縮強度は、圧縮試験機により測定した。計測した１２０℃強制乾燥後の圧縮強度が、鋳込み前の鋳型の圧縮強度とみなすことができ、１２００℃熱処理後の圧縮強度が鋳込み後の鋳型の圧縮強度とみなすことができる。以上のような製造方法及び計測方法を用いて、バインダとして用いる材料、分量を種々に変更して、試験を行った。
【００５８】
（試験例１）
試験例１は、ムライト砂に、珪酸ナトリウム（水５０重量％の水溶液）を添加して混合を行い、次に水酸化カルシウムを添加して、更に混合を行い、混練物を作製し、当該混錬物で鋳型を製造した。つまり、試験例１は、珪酸ナトリウムと水酸化カルシウムとの組み合わせをバインダとして用いた。また、試験例１は、ムライト砂に対する珪酸ナトリウムの添加量を０．６重量％とし、水酸化カルシウムの添加量を０．５重量％とした。また比較例１として、ムライト砂に珪酸ナトリウムのみを添加した混錬物を作製し、鋳型を作製した。比較例１の混錬物は、ムライト砂に対する珪酸ナトリウムの添加量を０．６重量％とした。
【００５９】
計測結果を図９に示す。図９に示すように、試験例１は、１２０℃強制乾燥後の圧縮強度は４５ｋｇｆ／ｃｍ２であり、１２００℃熱処理後の圧縮強度は２１ｋｇｆ／ｃｍ２であった。このように、試験例１は、１２０℃強制乾燥後の圧縮強度が２０ｋｇｆ／ｃｍ２以上となり、１２００℃熱処理後の圧縮強度が３０ｋｇｆ／ｃｍ２以下となる。これにより、鋳込み前の鋳型の圧縮強度を高くし、かつ、鋳込み後の鋳型の圧縮強度を低くすることができ、鋳型としての強度を維持しつつ、鋳型製造後のハンドリング性を高くすることができる。これに対して、比較例１は、１２０℃強制乾燥後の圧縮強度は７２ｋｇｆ／ｃｍ２であり、１２００℃熱処理後の圧縮強度は９３ｋｇｆ／ｃｍ２であった。このため、鋳型製造後に鋳型砂を再生処理する際のハンドリング性が低くなる。
【００６０】
また、水酸化カルシウムを添加していない比較例１は、乾燥状態が十分でなく、型崩れによりハンドリング性が悪かった。一方、試験例１は、珪酸ナトリウムの一部の凝集により、固化が促進された。
【００６１】
（試験例２）
試験例１と同様のムライト砂に、水酸化ナトリウム０．１重量％（水１０重量％の水溶液）、試験例１と同様の珪酸ナトリウム０．６重量％（水５０重量％の水溶液）を添加して混合を行い、更に試験例１と同様の水酸化カルシウムを添加して混練を行い、混練物を作製した。つまり、試験例２は、水酸化ナトリウムを含む系について珪酸ナトリウムと水酸化カルシウムとの組み合わせをバインダとして用いた。また比較例２として、ムライト砂に珪酸ナトリウムと水酸化ナトリウムのみを添加した混錬物を作製し、鋳型を作製した。比較例の混錬物は、ムライト砂に対する珪酸ナトリウムの添加量を０．６重量％、水酸化ナトリウムの添加量を０．１重量％とした。
【００６２】
計測結果を図１０に示す。図１０に示すように、試験例２は、１２０℃強制乾燥後の圧縮強度は４７ｋｇｆ／ｃｍ２であり、１２００℃熱処理後の圧縮強度は２２ｋｇｆ／ｃｍ２であった。
【００６３】
このように、試験例２は、１２０℃強制乾燥後の圧縮強度を２０ｋｇｆ／ｃｍ２以上とし、１２００℃熱処理後の圧縮強度を３０ｋｇｆ／ｃｍ２近傍に抑えることができる。これにより、鋳込み前の鋳型の圧縮強度を高くし、かつ、鋳込み後の鋳型の圧縮強度を低くすることができ、鋳型としての強度を維持しつつ、鋳型製造後のハンドリング性を高くすることができる。
【００６４】
これに対して、比較例２は、１２０℃強制乾燥後の圧縮強度が７６ｋｇｆ／ｃｍ２であり、１２００℃熱処理後の圧縮強度が９６ｋｇｆ／ｃｍ２であった。このため、鋳型製造後に鋳型砂を再生処理する際のハンドリング性が低くなる。
【００６５】
また、水酸化カルシウムを添加していない比較例２は、乾燥状態が十分でなく、型崩れによりハンドリング性が悪かった。一方、試験例２は、珪酸ナトリウムの一部の凝集により、固化が促進された。
【００６６】
（試験例３）
試験例１と同様のムライト砂に対し、珪酸ナトリウムの量を変化させ、水酸化カルシウムの添加量を０．５重量％に固定して、各種混錬物サンプルを作製し、これらを使用して作製した鋳型の圧縮強度を試験例１と同様に測定した。
【００６７】
計測結果を図１１に示す。図１１に示すように、１２０℃強制乾燥後の圧縮強度、１２００℃熱処理後の圧縮強度ともに、珪酸ナトリウム添加量の増加に従い増加した。
【００６８】
図１１に示されるデータから、水酸化カルシウムの添加量が０．５重量％の系においてはムライト砂に対する珪酸ナトリウムの添加量は、０．２〜１．０重量％程度が好ましいといえる。この範囲において１２０℃強制乾燥後の圧縮強度が２０ｋｇｆ／ｃｍ２以上となり、１２００℃熱処理後の圧縮強度が３０ｋｇｆ／ｃｍ２以下となる。したがって、鋳込み前の鋳型の圧縮強度を高くし、かつ、鋳込み後の鋳型の圧縮強度を低くすることができ、鋳型としての強度を維持しつつ、鋳型製造後のハンドリング性を高くすることができる。
【００６９】
（試験例４）
試験例１と同様のムライト砂に対し、珪酸ナトリウムの添加量を０．５重量％に固定し、水酸化カルシウムの添加量を変化させて、各種混錬物サンプルを作製し、各場合の圧縮強度を試験例１と同様に測定した。
【００７０】
計測結果を図１２に示す。図１２に示すように、珪酸ナトリウムの添加量が０．５重量％の系においてはムライト砂に対する水酸化カルシウムの添加量は、０．５〜１．０重量％程度が好ましいといえる。この範囲において１２０℃強制乾燥後の圧縮強度が２０ｋｇｆ／ｃｍ２以上となり、１２００℃熱処理後の圧縮強度が３０ｋｇｆ／ｃｍ２以下となる。したがって、鋳込み前の鋳型の圧縮強度を高くし、かつ、鋳込み後の鋳型の圧縮強度を低くすることができ、鋳型としての強度を維持しつつ、鋳型製造後のハンドリング性を高くすることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０  鋳型
１２  上鋳型
１４  下鋳型
１６  空間
２０  湯口
２２  空気穴
２４  下面
２６  上面
３０  鋳物砂
３２  バインダ
３４  第１連結体
３６  第２連結体
５０  設置面
５２、７０  木型
５４、７２  木型本体
５６、７４  枠部
６０、８０  混錬物
９０  溶融金属
９２  金属
９４  鋳物
【図１】
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【図２Ａ】
2014155942.tif 000004
【図２Ｂ】
2014155942.tif 000005
【図３Ａ】
2014155942.tif 000006
【図３Ｂ】
2014155942.tif 000007
【図４】
2014155942.tif 000008
【図５】
2014155942.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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