(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
肉厚２００ｍｍ以上の厚肉大型鋳鋼品を鋳造するのに用いる砂鋳型において、熱的に過酷な部位である中子を、人造ムライトを主成分とする人造ムライト砂型で構成し、該人造ムライト砂型に、アルミナ成分が９９％以上である高純度アルミを主成分とし且つＳｉＯ２成分を含まない塗型を塗布してなることを特徴とする厚肉大型鋳鋼品用鋳型。
【請求項２】
前記人造ムライト砂型は、骨材が人造ムライト１００％からなり、バインダが有機自硬性樹脂からなることを特徴とする請求項１記載の厚肉大型鋳鋼品用鋳型。
【請求項３】
前記塗型は、骨材が高純度のアルミナ粉末からなり、水又はアルコールを混合塗料化してなるなることを特徴とする請求項１又は２記載の厚肉大型鋳鋼品用鋳型。
【請求項４】
前記塗型を、下塗りと上塗りの少なくとも２回塗布してなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の厚肉大型鋳鋼品用鋳型。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一つに記載の鋳型を用いて鋳造されたことを特徴とする厚肉大型鋳鋼品。
【請求項６】
肉厚２００ｍｍ以上の厚肉大型鋳鋼品であり、且つ、直径２００ｍｍ以下かつ深さが直径以上となるような孔、若しくは、幅２００ｍｍ以下かつ深さが幅以上の凹部を有することを特徴とする請求項５記載の厚肉大型鋳鋼品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、厚肉大型鋳鋼品及びその鋳型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
砂鋳型を用いて鋳造される厚肉大型鋳鋼品においては、鋳型条件により砂の焼着と言う問題があった。この砂の焼着現象には、物理的焼着と化学的焼着とがある。物理的焼着は、鋳型内への溶鋼の進入によるものであり、化学的焼着では、溶鋼中のＦｅＯ成分と鋳型中のＳｉＯ２成分の反応による、低融点化合物の生成によるものとがある。
物理的焼着を防止するために、鋳型の砂粒子を小さなものに選定することが望ましく、化学的焼着の防止策としては、溶鋼と反応しない高温安定な金属酸化物を使用することであった。
【０００３】
更に、焼着の原因となるＦｅＯを還元させる働きとして、塗型内にＣを含ませたもの（特開昭６４−１２２２号公報参照）、金属Ａｌを含有させたもの（特開昭５６−８４１４６号公報、特開昭４９−９８７２２号公報参照）を使用する技術が知られている。
なお、塗型の一般的なのもとして、ジルコン塗型（骨材として、ＺｒＯ２・２ＳｉＯ２を用いたもの）、マグネシア塗型（骨材として、ＭｇＯを用いたもの）、アルミナ塗型（骨材として、Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２を用いたもの）等が知られている。そして、これら塗型のバインダーとしては、有機樹脂（フェノール樹脂）や無機（尿酸アルミ、コロイダルシリカ）を用いたものが知られている。
【０００４】
更に、特開平４−２３３５号公報には、高Ｍｎ鋳鋼減圧鋳造用珪砂鋳型への溶鋼中のＭｎ成分の進入防止策として、下塗り塗型としてＭｇＯ系塗型を用い、上塗り塗型として高純度のアルミナ塗型を用いたものが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の技術を用いて、厚肉大型鋳鋼品を鋳造する場合、複雑で熱的に過酷な形状部分においては、依然として、砂の焼着が生じるという問題があった。
即ち、熱的に過酷な形状部分において、マグネシア塗型を用いた場合、鋳型成分中のＳｉＯ２とＭｇＯが反応し、低融点の化合物を生成して、砂の焼着が生じていた。
また、ジルコン塗型を用いた場合、鋳型成分中のＡｌ２Ｏ３とジルコン中のＳｉＯ２が反応し、低融点の化合物を生成して、砂の焼着が生じていた。
【０００６】
カーボン入り塗型を用いた場合、カーボンと溶鋼との反応により製品へのＣの進入が問題となっていた。
Ａｌ入り塗型を用いた場合、Ａｌと溶鋼との反応により、製品へのＡｌの進入が問題となる。
更に、通常のアルミナ塗型を用いる場合は、天然アルミナを使用しているため、成分中にＳｉＯ２成分が含まれており、それが溶鋼と反応して、低融点の化合物を形成し、砂の焼着が生じるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、厚肉大型鋳鋼品を鋳造する場合、複雑で熱的に過酷な形状部分においても、砂の焼着が生じないようにした鋳型、及び、その鋳型により鋳造された砂焼着が生じない鋳鋼品を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、次の手段を講じた。即ち、本発明の特徴とするところは、肉厚２００ｍｍ以上の厚肉大型鋳鋼品を鋳造するのに用いる砂鋳型において、熱的に過酷な部位である中子を、人造ムライトを主成分とする人造ムライト砂型で構成し、該人造ムライト砂型に、アルミナ成分が９９％以上である高純度アルミナを主成分とし且つＳｉＯ２成分を含まない塗型を塗布してなる点にある。本発明によれば、塗型にＳｉＯ２を含有していないので、鋳込み時の溶鋼接触時に、低融点化合物の生成が認められず、化学的焼着が防止され、厚肉、重量物の複雑形状部の鋳出しが可能になる。
【０００９】
前記人造ムライト砂型は、骨材が人造ムライト１００％からなり、バインダが有機自硬性樹脂からなることが望ましい。
前記塗型は、骨材が高純度のアルミナ粉末からなり、水又はアルコールを混合塗料化してなることが望ましい。
前記塗型の骨材は、アルミナ成分が９９％以上であることが望ましい。
前記塗型を、下塗りと上塗りの少なくとも２回塗布してなるのが望ましい。
また、本発明の厚肉大型鋳鋼品の特徴とするところは、前記本発明に係る鋳型で鋳造されたものである点である。
【００１０】
そして、肉厚２００ｍｍ以上の厚肉大型鋳鋼品において、直径２００ｍｍ以下かつ深さが直径以上となるような孔、若しくは、幅２００ｍｍ以下かつ深さが幅以上の凹部を鋳造時に形成することにより製造する点にある。
本発明によれば、前記鋳抜き孔又は凹部に、砂の焼着は生じないので、砂落とし及び手入れ工程が不要となる。また、従来では、この様な孔又は凹部は、機械加工で形成していたが、鋳抜きのままとすることができるので、機械加工の工数低減になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１に示すものは、本発明の実施の形態に係る鋳型１であり、図２，３に示すものは、該鋳型１を用いて鋳造した厚肉大型鋳鋼品２である。
この鋳鋼品２は、直径が１，０００ｍｍで、高さが５００ｍｍの円柱形であり、その一端面に直径が７０ｍｍで深さが１５０ｍｍの止まり孔３が、直径５００ｍｍの円周上に周方向等間隔で４カ所形成されている。その製品重量は３，０００ｋｇである。鋳鋼品２の成分は、表１に示すとおりである。
【００１２】
【表１】
0003589601.tif 000002
【００１３】
なお、本発明では、大型肉厚鋳鋼品で、その肉厚は２００ｍｍ以上を対象とする。
図１において、鋳型１は、鋳鋼品２の孔３を形成する中子４が、熱的に過酷な部位である。従って、この中子４の部分が、人造ムライト砂型５とされている。中子４以外の他の部分は、通常の砂型６とされている。
前記「熱的に過酷な部分」とは、砂型が１３００℃×６Ｈｒ以上、特に１４００℃×１０Ｈｒ以上に加熱保持されるような部位を指す。
【００１４】
また、前記「通常の砂型６」の成分、粒度、バインダは「表２」に示すとおりである。
【００１５】
【表２】
0003589601.tif 000003
【００１６】
前記中子４を形成する人造ムライト砂型５は、その骨材として、硅砂より耐火度の高い人造ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）が１００％使用されており、バインダとして、有機自硬性樹脂が用いられている。
前記有機自硬性樹脂として、例えば、アルカリフェノール樹脂を用いた。なお、前記人造ムライトとして、「セラビーズ」という商品名のものを使用した。
なお、人造ムライトとした理由は、化学成分として、化学的に最も安定な比率で不純物を極力排除でき、高温にて焼成して製造するため、その組織は緻密であり、そのため、耐火性が高く、耐破砕性、耐熱衝撃性にも優れるためであり、又、形状因子として、製造時に表面張力により砂粒が真球状に近いものとなり、粒度分布及び通気度も安定しており、そのため流動性も良好で、砂の充填率を上げやすく、溶鋼の進入を防止する効果があるためである。
【００１７】
前記人造ムライト砂型５の表面には、コーティング材として、塗型が塗布されている。
前記塗型の骨材として、焼着の原因となるＳｉＯ２成分を含まない耐火度の高く、浸透性および熱膨張率が低い性質を持ち備えた高純度のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が用いられている。骨材中のアルミナ成分は９９％以上の高純度とされている。
前記高純度アルミナとしては、焼結アルミナ、電融アルミナ、焼成アルミナの何れか、又は、それらの組み合わせのものが用いられている。また前記アルミナ粉末の粒度は、３５０メッシュ通過のものとされている。
【００１８】
前記塗型のバインダには、焼着の原因となるＳｉＯ２成分を含まず、作業性に優れ、浸透性の良好で膜厚が確保できるものが用いられている。
例えば、有機のものとして、アクリルバインダ、フェノール樹脂、ビンソール等があり、無機のものとして、酢酸ビニル、リン酸アルミ、尿酸アルミ等がある。そして、これらの組み合わせにより、作業性をよくする組み合わせを適宜選択する。
特に、ヒートクラックが発生しないようなバインダの選定を行う必要がある。熱硬化型の無機性の塗型では、ヒートクラックを緩和させることができないため、有機系樹脂をバインダとして用いている。
【００１９】
前記塗型の溶剤としては、水またはアルコールが用いられる。アルコールとしては、メチルアルコール及びエチルアルコールが用いられ、純エタノールが望ましい。
前記塗型は、下塗りと上塗りの二回塗りされている。塗型厚みとしては、１ｍｍ以上が望ましく、下塗り用塗型の鋳型への浸透深さは，１ｍｍ以上が望ましい。
【００２０】
【実施例】
図１に示す形状の鋳型１を用いて、普通重量鋳造法により、図２，３に示す形状の鋳鋼品２を鋳造した。鋳鋼の成分は、前記「表１」に示すとおりである。
このとき、鋳型１における中子４の砂の種類を「表３」に示すように、硅砂と人造ムライトとの二種類に変えまた、塗型の成分を各種変化させた。そして、各鋳型により鋳造した鋳鋼品の砂焼着率を測定した。
【００２１】
【表３】
0003589601.tif 000004
【００２２】
前記表３におけるペケ、丸、三角印は、砂焼着率を示す。
ここで、「砂焼着率」とは、鋳型解枠後、砂落とし段階で、鋳鋼製品２の孔３に残存する砂の割合（孔全体の体積）の比率とした。砂が固まって通常の作業（シェイクアウト）では、とれないものを残存した砂とした。
前記表２より、熱的に過酷な部位に、人造ムライト砂型５を部分適用し、そして、その部分の表面に高純度アルミナからなる塗型を塗布することにより、砂の焼着が防止されることが判った。
【００２３】
図４に示すものは、前記中子４を人造ムライト砂型５とし、塗型の骨材及びバインダの成分を種々変更して鋳型１を作成し、そして、各鋳型１により鋳造した鋳鋼品２の砂焼着率を測定した結果を示す。図中、「シリカ分を含むバインダー」は、特公昭６１−４１６５６号公報に記載のものである。
図４によれば、塗型の骨材中のシリカ成分が少ないほど、また、バインダにもシリカ成分を含まないほど、砂焼着率が低くなることが判る。
更に、本発明実施品と比較例１〜４につき、砂焼着率と、原単位を比較した。その結果を表４、５に示す。
【００２４】
【表４】
0003589601.tif 000005
【００２５】
【表５】
0003589601.tif 000006
【００２６】
前記各表に示す実験は、前記図１に示す形状の鋳型１を用い、図２，３に示す形状の鋳鋼品２を鋳造した場合のものであり、その鋳鋼品２の成分は、「表１」に示すものである。
本発明実施例では、中子４の砂を人造ムライト１００％とし、そのバインダをアルカリフェノール樹脂とした。下塗り用及び上塗り用塗型の骨材は、アルミが９９％以上の高純度アルミナ粉末を用い、バインダとしてシリカ成分を含まないものとした。
【００２７】
なお、塗型のバインダは、アクリルバインダを用い、溶剤は、下塗り用にはエチルアルコールを用い、上塗り用には水を用いた。また、膜厚は下塗りが０．８〜１．０ｍｍ、上塗りが１〜２ｍｍとした。
その結果、砂焼着率は、ゼロであった。従って、原単位は、砂落とし工程がゼロ時間、グラインダー工程が０．１時間、機械加工が不要となり、手入れ工数もゼロ時間であり、又、製品歩留まり（最終形状重量で鋳込み重量を割ったもの）は、０．６０％向上した。
【００２８】
比較例１は、鋳型として主型と中子を有し、主型の使用砂は、クロマイトサンドで、バインダは、フラン樹脂を用い、中子の使用砂は、セラビーズで、バインダは、アルカリフェノール樹脂を用いた。
下塗り用及び上塗り用塗型の骨材は、アルミナ９５％で、バインダとしてシリカ成分を含有するものを用いた。焼着率は、５０％であった。
その結果、砂落とし作業はできなかった。また、グラインダー作業もできなかった。そのため、機械加工が必要となった。又加工後の手入れ作業は、１時間であった。製品歩留まりは向上しなかった。
【００２９】
比較例２は、前記比較例１と同じ鋳型を用い、下塗り用及び上塗り用塗型の骨材は、アルミナ９９％以上の高純度アルミナで、バインダとしてシリカ成分を含有するものを用いた。焼着率は、２０％であった。
その結果、機械加工は不要であり、手入れ作業は、０時間であった。製品歩留まりの向上は、０．６０％であったが、砂落とし作業に６時間を要し、また、グラインダー作業も４時間を要した。
比較例３は、前記比較例１と同じ鋳型を用い、下塗り用塗型の骨材は、マグネシアとし、バインダとしてシリカ成分を含有しないものを用いた。上塗り用塗型の骨材は、アルミナ９９％以上の高純度アルミナで、バインダとしてシリカ成分を含有しないものを用いた。焼着率は、１５％であった。
【００３０】
その結果、機械加工は不要であり、手入れ作業は、０時間であった。製品歩留まりの向上は、０．６０％であったが、砂落とし作業に４時間を要し、また、グラインダー作業も４時間を要した。
比較例４は、前記比較例１と同じ鋳型を用い、下塗り用塗型の骨材は、マグネシアとし、バインダとしてシリカ成分を含有するものを用いた。上塗り用塗型の骨材は、アルミナ９９％以上の高純度アルミナで、バインダとしてシリカ成分を含有するものを用いた。焼着率は、３０％であった。
【００３１】
その結果、砂落とし作業はできなかった。また、グラインダー作業もできなかった。そのため、機械加工が必要となった。手入れ作業は、１時間であった。製品歩留まりは向上しなかった。
なお、本発明は、前記実施例や実施の形態に示したものに限定されるものではない。即ち、肉厚２００ｍｍ以上の厚肉大型鋳鋼品において、鋳造で形成される孔の大きさは、直径２００ｍｍ以下かつ深さが直径以上となるような孔であれば良く、更に、孔に限らず溝やその他の形状の凹部であっても良く、その凹部は、幅２００ｍｍ以下かつ深さが幅以上であれば、本発明の対象となる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、非常に熱的負荷の激しい部位（形状）のものの鋳出しが可能になり、それにより、機械加工等が不要になるので、大幅なコストダウンが図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態として示す鋳型の断面図である。
【図２】図には、図１の鋳型により鋳造した鋳鋼品の断面図である。
【図３】図３は、図２の鋳鋼品の底面図である。
【図４】図４は、塗型中の骨材及びバインダーに含まれるシリカ成分の砂焼着への影響を示すグラフである。
【符号の説明】
１    鋳型
２    鋳鋼品
４    中子
５    人造ムライト砂型
【図１】
0003589601.tif 000007
【図２】
0003589601.tif 000008
【図３】
0003589601.tif 000009
【図４】
0003589601.tif 000010