(57)【要約】【課題】  温調用の鋼管を鋳鉄製鋳物に鋳ぐるむために鋳型にセットして、鋳鉄鋳物の溶湯を注湯した際に、鋳鉄溶湯中のカーボンが鋼管に浸炭して鋼管を溶かす等で鋼管が破損することを防止する。【解決手段】  ＳｉＯ2を含有するバインダ液を生成し、このバインダ液にジルコン、溶融シリカ、アルミナ、ムライト、シャモットのうち少なくとも１種からなる耐火材フラワーを混入してスラリー液を生成し、このスラリー液を、鋳鉄製鋳物に鋳ぐるむ温調用鋼管２の外表面に塗布・乾燥して被覆膜を形成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳鉄製鋳物の中に鋳ぐるむ温調用の鋼管であって、
鋼管の外表面に、ＳｉＯ2を含有するバインダ液にジルコン、溶融シリカ、アルミナ、ムライト、シャモットのうち少なくとも１種からなる耐火材フラワーを混入したスラリー液を塗布及び乾燥して被覆膜を形成してなることを特徴とする温調用の鋼管。
【請求項２】
請求項１記載の温調用の鋼管において、
上記バインダ液が、ＳｉＯ2を含有するエチルシリケートを加水分解したものからなることを特徴とする温調用の鋼管。
【請求項３】
請求項１記載の温調用の鋼管において、
上記バインダ液が、ＳｉＯ2を含有するシリカゾルからなることを特徴とする温調用の鋼管。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の温調用の鋼管において、
上記耐火材フラワーが２００〜３５０メッシュのジルコンフラワーであって、
スラリー液には、バインダ液１リットルに対してジルコンフラワーが２〜４．５ｋｇ混入していることを特徴とする温調用の鋼管。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の温調用の鋼管において、
上記被覆膜の厚さが６０μ〜５００μであることを特徴とする温調用の鋼管。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の温調用の鋼管において、
上記バインダ液に上記耐火材フラワーを混入したスラリー液を２回以上重ねて塗布して被覆膜を形成することを特徴とする温調用の鋼管。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の温調用の鋼管において、
上記塗布による被覆膜の外側にさらにジルコン、溶融シリカ、アルミナ、ムライト、シャモットのうち少なくとも１種からなる細粒の耐火物層が被覆されて形成されていることを特徴とする温調用の鋼管。
【請求項８】
請求項７に記載の温調用の鋼管において、
上記塗布による被覆膜と上記耐火物層とを合せた被覆膜の厚さは、２００μ〜１０００μであることを特徴とする温調用の鋼管。
【請求項９】
鋳鉄製鋳物の中に鋳ぐるむ温調用の鋼管の製造方法であって、
ＳｉＯ2を２０〜４０質量％含有するバインダ液を用意し、
該バインダ液に対して、粒度が２００〜３５０メッシュであって、ジルコン、溶融シリカ、アルミナ、ムライト、シャモットのうち少なくとも１種からなる耐火材フラワーを、バインダ液１リットルに対して１．５〜４．５ｋｇの割合で混入してスラリー液を生成し、
上記スラリー液を上記鋼管に塗布して塗布膜を形成し、
その後自然乾燥又は加熱乾燥させて、上記鋼管の外表面に上記スラリー液を付着させ、
鋼管の外面に被覆膜を形成することを特徴とする温調用の鋼管の製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載の温調用の鋼管の製造方法において、
上記バインダ液が、ＳｉＯ2を２８〜４０質量％含有するエチルシリケートに、アルコール溶剤、水及び酸触媒を加えて加水分解反応を行なったバインダ液からなることを特徴とする温調用の鋼管の製造方法。
【請求項１１】
請求項９記載の温調用の鋼管の製造方法において、
上記バインダ液が、ＳｉＯ2を２０〜４０質量％含有するシリカゾルからなることを特徴とする温調用の鋼管の製造方法。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のいずれかに記載の温調用の鋼管の製造方法であって、
上記スラリー液を２回以上重ねて塗布して被覆膜を形成することを特徴とする温調用の鋼管の製造方法。
【請求項１３】
請求項９乃至１２のいずれかに記載の温調用の鋼管の製造方法であって、
粒度が６０〜１７０メッシュであって、ジルコン、溶融シリカ、アルミナ、ムライト、シャモットのうち少なくとも１種からなる耐火物細粒を用意し、
上記スラリー液によって形成した塗布膜が乾燥しないうちに、該耐火物細粒をサンディングにより塗布膜上に付着させて、該塗布膜の外側に耐火物層を有する被覆膜を形成することを特徴とする温調用の鋼管の製造方法。
【請求項１４】
請求項９乃至１３のいずれかに記載の温調用の鋼管の製造方法であって、
前記スラリー液の粘度が、ザーンカップ＃４（５０ｃｃ）で、１０秒〜８０秒であることを特徴とする温調用の鋼管の製造方法。
【請求項１５】
請求項１乃至８のいずれかに記載の温調用の鋼管を鋳ぐるむ鋳鉄製金型であって、
上記鋼管に通される流体によって鋳鉄製金型の温調が行なわれるようになっていることを特徴とする鋳鉄製金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳鉄製鋳物の内部に鋳ぐるむ温調用の鋼管とその製造方法、及びこの鋼管を使用した鋳鉄製金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉等の冶金用炉のクーリングステーブや樹脂成形機用金型等のような、温調用鋼管を鋳ぐるむ鋳鉄製鋳物において、この鋳ぐるみ鋼管の浸炭防止技術について各種の方法が知られ、実用化されている。
【０００３】
例えば、炉壁耐火物を冷却するクーリングステーブのような、冷却用パイプが鋳ぐるみにより埋設されている鋳鉄製鋳物を、パイプに溶損や亀裂等が生ずることなく製造するための手段に関し、次のような技術が提案されている。
【０００４】
崩壊性砂を詰めた所定形状の金属パイプを鋳型のキャビティ内に配置し、キャビティ部に注入した溶湯によって金属パイプを鋳ぐるみ、冷却固化後に残存する崩壊性砂を崩壊除去して、加熱・冷却媒体通路孔を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
耐熱耐食性パイプ（ステンレス鋼製）を鋳型内に位置決め固定し、パイプ中に加圧した冷却ガスを流した状態で溶湯を注湯し鋳ぐるむものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
非融着型二重冷却管を備えたクーリングステーブに関するものであり、引き抜き二重鋼管の外側に０．０８〜０．２５ｍｍの厚さのアルミナ被膜を形成した後、球状黒鉛鋳鉄と鋳合せるものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
クーリングパイプに関するものであり、クーリングパイプの外表面にシリカ、クロマイト、アルミナ、ジルコンの少なくとも１種の骨材、粘結材及び水からなる泥漿物の被覆層（第１層）を形成し、さらにその上に半球点温度が１２００〜１４００℃となるように配合したシリカ、アルミナ等の複合酸化物を主骨材として、これに粘結材及び水とを含有させた泥漿物（第２層）を塗布するものが知られている。第１層の上に第２層を重ねることで、母材金属を注湯した際に、第２層が軟化して第１層の４０％の気孔部分に浸透し、母材金属からクーリングパイプへのカーボンの浸炭を防止するようにしている（例えば、特許文献４参照）。
【０００８】
珪石質、クロム質、シャモット質、マグネシア質、ドロマイト質等の耐火物と水ガラスを配合して金属管に被覆して鋳ぐるむものが知られている（例えば、特許文献５参照）。
【０００９】
窒化アルミニウム又はアルミナと、融点が１３００℃以下の無機耐火物からなる被覆層を外表面に形成した金属製冷却管を母材に鋳ぐるんでなる熱交換体が知られている（例えば、特許文献６参照）。このものでは、溶湯を鋳込んだ際に無機耐火物が溶けてガラス状となって窒化アルミニウム又はアルミナ間に浸透するようになっている。
【特許文献１】特開平６−３２０２５２号公報
【特許文献２】実公平６−３８５９２号公報
【特許文献３】特公昭５８−４９６０７号公報
【特許文献４】特公昭６０−３１５８８号公報
【特許文献５】特公昭５４−４４６５０号公報
【特許文献６】特開平０３−２２６３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に示すものは、鋳物用砂の除去が必要であるためにパイプ形状が制約される上、鋳鉄製鋳物用の高温溶湯を注湯する際に高温溶湯のカーボンが鋼材製パイプに浸炭し、このパイプが溶損する可能性がある。
【００１１】
特許文献２に示すものでは、ステンレスパイプを鋳ぐるむ鋳物型であって、１５５０℃のＳＫＤ６１の溶湯を鋳物型素材として注湯して鋳物型を鋳造する場合に、ステンレスパイプ内に低温高圧ガスを通すことにより、ステンレスパイプが溶損することなく鋳ぐるまれるというものであり、溶湯によるステンレスパイプの浸炭、溶損を防止するものではない。
【００１２】
特許文献３に示すものでは、高炉のクーリングステーブに関するものであり、冷却管が内管と外管とからなる二重管構造で且つ外管の外側にアルミナ被膜が形成されているので、亀裂が発生してもその伝播を防止することができる。しかしながら、内管と外管との間に空気間隙が生ずるため、この空気間隙によって冷却効果が低下する問題がある。
【００１３】
特許文献４では、耐火物混合物を主骨材とし、これに粘土又は水ガラスなどの粘結材と水とを混連した泥漿物をクーリングパイプの外側に塗布して形成した耐火物第１被覆層の機構率が高く、有効な浸炭防止効果が得られないために、この被覆層の外側にさらに特定の第２被覆層を形成することによって、鉄系母材金属を鋳込んだ場合に、第２被覆層が軟化し第１被覆層の気孔部分に浸透してクーリングパイプ表面層への浸炭防止を行なうもので、上記のような第２被覆層の形成が必須であり複雑な製作工程を必要とすることになる。
【００１４】
特許文献５に示すものでは、金属管と耐火物層との密着性が十分でなく、溶湯を鋳ぐるんだ場合に高温溶湯によって金属管から耐火物層が剥離し、その部分から浸炭が生じて金属管が溶損する不具合が生じている。
【００１５】
特許文献６に示すものでは、鋳鉄溶湯によって無機耐火物が素早く溶けてガラス状になる必要があるが、部分によっては速やかにガラス状にならずに溶湯が浸透することが発生する。その場合には、金属管に溶湯のカーボンが浸炭して溶損する可能性がある。また、金属管と耐火物層との密着性が不十分であり、金属管の形状や配置場所によっては耐火物層が剥離する可能性がある。
【００１６】
本発明の目的は、上述した問題を解決し、温調用の鋼管を鋳鉄製鋳物に鋳ぐるむために鋳型にセットして、鋳鉄鋳物の溶湯を注湯した際に、鋳鉄溶湯中のカーボンが鋼材に浸炭して鋼管を溶かす等で鋼管が破損することを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明では、鋼管の外面に密着して付着できる被覆膜について、種々研究を行なった。その結果、ＳｉＯ2を含有するエチルシリケートを加水分解して得られるバインダ液を使用して鋼管外面に被覆膜を形成すると、この加水分解したエチルシリケートが優れた粘着性を発揮するので、鋼管外面に強固に密着できることがわかった。しかし、このバインダ液は流動性がよくて粘性が低いので、塗布しても形成される被覆膜が薄い結果となる。そのため、耐熱衝撃強度や浸炭防止機能上で不十分であることがわかった。このことは、バインダ液として、シリカゾルを使用したものでも、同じ結果であった。
【００１８】
その後さらに研究を重ねた結果、本発明では、ジルコンフラワー等の耐火材フラワーを上記バインダ液に混入させてスラリー液を生成し、このスラリー液を鋼管外表面に塗布すると、被覆膜の膜厚を厚くできるとともに、この耐火材フラワーの層ができることで耐熱衝撃強度が向上し、浸炭防止機能を発揮することがわかった。
【００１９】
具体的には、上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、鋳鉄製鋳物の中に鋳ぐるむ温調用の鋼管であって、鋼管の外表面に、ＳｉＯ2を含有するバインダ液にジルコン、溶融シリカ、アルミナ、ムライト、シャモットのうち少なくとも１種からなる耐火材フラワーを混入したスラリー液を塗布及び乾燥して被覆膜を形成してなる構成である。
【００２０】
請求項２の発明は、請求項１記載の温調用の鋼管において、上記バインダ液が、ＳｉＯ2を含有するエチルシリケートを加水分解したものからなる構成である。
【００２１】
請求項３の発明は、請求項１記載の温調用の鋼管において、上記バインダ液が、ＳｉＯ2を含有するシリカゾルからなる構成である。
【００２２】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の温調用の鋼管において、上記耐火材フラワーが２００〜３５０メッシュのジルコンフラワーであって、スラリー液には、バインダ液１リットルに対してジルコンフラワーが２〜４．５ｋｇ混入している構成である。
【００２３】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の温調用の鋼管において、上記被覆膜の厚さが６０μ〜５００μ未満とする。
【００２４】
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の温調用の鋼管において、上記バインダ液に上記耐火材フラワーを混入したスラリー液を２回以上重ねて塗布して被覆膜を形成する構成である。
【００２５】
請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の温調用の鋼管において、
上記塗布膜の外側にさらにジルコン、溶融シリカ、アルミナ、ムライト、シャモットのうち少なくとも１種からなる細粒の耐火物層が被覆されて形成されている構成である。
【００２６】
請求項８の発明は、請求項７に記載の温調用の鋼管において、上記塗布による被覆膜と上記耐火物層とを合せた被覆膜の厚さは、２００μ〜１０００μである構成である。
【００２７】
請求項９の発明は、鋳鉄製鋳物の中に鋳ぐるむ温調用の鋼管の製造方法であって、ＳｉＯ2を２０〜４０質量％含有するバインダ液を用意し、該バインダ液に対して、粒度が２００〜３５０メッシュであって、ジルコン、溶融シリカ、アルミナ、ムライト、シャモットのうち少なくとも１種からなる耐火材フラワーを、バインダ液１リットルに対して１．５〜４．５ｋｇの割合で混入してスラリー液を生成し、上記スラリー液を上記鋼管に塗布して塗布膜を形成し、その後自然乾燥又は加熱乾燥させて、上記鋼管の外表面に上記スラリー液を付着させ、鋼管の外面に被覆膜を形成する構成である。
【００２８】
請求項１０の発明は、請求項９記載の温調用の鋼管の製造方法において、上記バインダ液が、ＳｉＯ2を２８〜４０質量％含有するエチルシリケートに、アルコール溶剤、水及び酸触媒を加えて加水分解反応を行ったバインダ液からなること構成である。
【００２９】
請求項１１の発明は、請求項９記載の温調用の鋼管の製造方法において、上記バインダ液が、ＳｉＯ2を２０〜４０質量％含有するシリカゾルからなる構成である。
【００３０】
請求項１２の発明は、請求項９乃至１１のいずれかに記載の温調用の鋼管の製造方法であって、  上記スラリー液を２回以上重ねて塗布して被覆膜を形成する構成である。
【００３１】
請求項１３の発明は、請求項９乃至１２のいずれかに記載の温調用の鋼管の製造方法であって、粒度が６０〜１７０メッシュであって、ジルコン、溶融シリカ、アルミナ、ムライト、シャモットのうち少なくとも１種からなる耐火物細粒を用意し、上記スラリー液によって形成した塗布膜が乾燥しないうちに、該耐火物細粒をサンディングにより塗布膜上に付着させて、該塗布膜の外側に耐火物層を有する被覆膜を形成する構成である。
【００３２】
請求項１４の発明は、請求項９乃至１３に記載の温調用の鋼管の製造方法であって、前記スラリー液の粘度が、ザーンカップ＃４（５０ｃｃ）で、１０秒〜８０秒である構成である。
【００３３】
請求項１５の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の温調用の鋼管を鋳ぐるむ鋳鉄製金型であって、上記鋼管に通される流体によって鋳鉄製金型の温調が行なわれるようになっている。
【発明の効果】
【００３４】
請求項１の発明によると、鋼管の外周を密着性がよく、且つ耐熱性に優れる被覆膜で覆うので、鋳鉄溶湯のカーボンが鋼管に浸炭することを効果的に防止できる。それとともに、被覆膜の厚さは薄く、鋼管内の流体の熱が鋳鉄に伝わる伝熱性に対しても、この被覆膜は妨げることない優れた効果を有している。
【００３５】
請求項２の発明によると、塗布するスラリー液の乾燥が早く、鋼管の外周を密着性よく且つ耐熱性に優れた強固な被覆膜で覆うことができる。
【００３６】
請求項３の発明によると、塗布するスラリー液が変質しにくく安定しており、鋼管の外周を密着性よく且つ耐熱性に優れたばらつきの少ない被覆膜で覆うことができる。
【００３７】
請求項４の発明によると、溶湯に対する高温熱衝撃性にさらに優れ、安定して浸炭防止効果を発揮することができる。
【００３８】
請求項５の発明によると、被覆膜と鋼管との密着性に優れ、高温溶湯を注入した際にも剥離することなく高強度な密着性を維持できるとともに浸炭防止機能にも優れている。
【００３９】
請求項６の発明によると、被覆膜と鋼管との密着性に優れるとともに、高温溶湯を注入した際の耐高温耐熱性が向上して浸炭防止機能が向上する。
【００４０】
請求項７の発明によると、均一な被覆膜が得られるとともに高温溶湯に対する耐熱衝撃性に非常に優れ、鋼管外面から剥離することを防止する機能に優れ、さらに浸炭防止にも非常に優れている。
【００４１】
請求項８の発明によると、鋳鉄溶湯から鋼管への浸炭防止と、鋼管内の流体の鋳鉄への伝熱性の両方を効果的に達成することができる。
【００４２】
請求項９の発明によると、鋳鉄溶湯の浸炭防止のための被覆膜を、薄い厚さで且つ密着性がよく鋼管外周に形成できる。特に、鋼管外周全体に確実に被覆膜を被覆形成できる。また、スラリー液を塗布する方法であり、パイプが曲がっていても、被覆膜を簡単に形成できる。
【００４３】
請求項１０の発明によると、塗布するスラリー液の乾燥が早く、鋼管の外周面への密着性がよく且つ耐熱性に優れた強固な被覆膜を形成することができる。
【００４４】
請求項１１の発明によると、塗布するスラリー液が変質しにくく安定しており、鋼管の外周面への密着性がよく且つ耐熱性に優れたばらつきの少ない被覆膜を形成することができる。
【００４５】
請求項１２の発明によると、さらに耐熱衝撃に優れた被覆膜を形成できる。
【００４６】
請求項１３の発明によると、耐熱衝撃性及び浸炭防止機能に優れた被覆膜を安定して、製造できる。また、部分的に施すことも可能であり、被覆膜選択の自由度が大きい。
【００４７】
請求項１４の発明によると、密着性に優れ且つ溶湯カーボンの浸炭を効果的に防止する被覆膜を得ることができる。
【００４８】
請求項１５の発明によると、スラリー液の塗布作業性がよく、浸炭防止機能及び伝熱性に優れた温調用鋼管が鋳ぐるまれた鋳鉄製金型を得ることができ、鋳鉄製金型の温調鋼管のレイアウトの幅が大きく拡大する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
（実施形態１）
図により本発明の実施形態１を説明する。
【００５０】
図１は、加熱・冷却用の通路を形成する鋼管を鋳鉄製金型に鋳ぐるむための鋳型を示す。図２はこの鋳型にセットする前の外表面に被覆層を形成した鋼管の断面図を示す。
【００５１】
予め所定形状に加工した温調用の鋼管２を鋳鉄製金型１に鋳ぐるむために、鋳鉄製金型１に相当する空洞４を有する自硬性鋳型３の所定位置に鋼管２を組み込んで、鋳鉄溶湯５を空洞４に鋳込む。これによって、温調用の鋼管２が鋳ぐるまれた鋳鉄製金型１を製造する。この実施形態では、断面円形の鋼管２の外周に被覆層１０が形成されている。なお、鋼管２の両端には、溶湯の浸入を防止するためのグラスウール６などの密閉材が充填されている。
【００５２】
上記被覆層１０について、図２により説明する。鋼管２の外周面に密着形成された第１層１１は、エチルシリケートを加水分解して得られたバインダ液にジルコンフラワー等の耐火材フラワーを混合して得られたスラリー液を塗布して得られた被覆膜である。この第１層１１の外側には第２層１２として第１層と同じものが重ねて塗布されている。
【００５３】
次に、鋼管への被覆膜の製造方法について説明する。
【００５４】
比重：１．０４〜１．０８、粘度（２５℃）：２．６〜６．０mPａ．ｓ、ＳｉＯ2の割合（単量体から得られるシリカ質量％）：３８〜４３質量％、残存酸分の割合：０．０１以下からなる範囲に含まれるエチルシリケート４０、塩酸、イソプロピールアルコール及び水を混合して、エチルシリケートを加水分解したバインダ液を生成する。このバインダ液１０リットルに対して、基本的な粒子の大きさが３００メッシュであるジルコンフラワー４０ｋｇを混合してスラリー液を生成する。このようにして生成したスラリー液中に、鋼管（機械構造用炭素鋼、Ｃ：０．１２％）を浸漬して外表面に塗布させた後スラリー液から引き上げる。これにより、鋼管の外表面にジルコンフラワーを含有する塗布膜を生成する。この塗布膜が軽く乾燥した後で、もう一度同じスラリー液に浸漬して２度塗りする。その後自然乾燥する。早期に乾燥させたい場合等では、バーナー等を使って加熱乾燥させてもよい。このようにして、鋼管の外側に２００μの被覆膜を形成した。
【００５５】
上記鋼管を鋳鉄製鋳物に鋳ぐるんだテスト例を説明する。
【００５６】
金型材質      ：  ＦＣＤ４５０
鋳鉄ブロック  ：  ６００ｘ４００ｘ２５０ｍｍ（４３０ｋｇ）
パイプ        ：  φ１７．３、ｔ＝２．８ｍｍ
鋳込み温度    ：  １３５０℃
このようにしてできた鋳鉄製鋳物を検査すると、鋼管は溶損することなく元の形状を維持し、完全に鋳鉄製鋳物に鋳ぐるまれていた。そして、鋼管内に流した温調用流体が、例えば冷却用水の場合には鋳鉄製鋳物を冷却する、加熱用温水の場合には鋳鉄製鋳物を加熱する機能を有効に行なうことができ、伝熱性に対しても十分に機能を有することがわかった。
【００５７】
本発明で使用するエチルシリケートは、比重：１．０４〜１．０８、粘度（２５℃）：２．６〜６．０mPａ．ｓ、ＳｉＯ2の割合（単量体から得られるシリカ質量％）：３８〜４３質量％、残存酸の割合：０．０１以下のもので、例えばエチルシリケート４０を使用する。エチルシリケートの加水分解は、既に知られているように、アルコール溶剤、水、酸触媒を加えて加水分解反応を行なう。このことによって、エチルシリケートに粘着性が与えられるので、鋼管の外周に付着させた際に密着性に優れている。また、溶剤がアルコールであり、水溶性溶媒を用いないので、水分が残って乾燥に時間がかかる等の不具合がない。特に、この水分が残ったままであると、鋳鉄溶湯を注湯した際に気化膨張して、俗に「キライ」という不具合を生じるが、アルコール系溶剤で処理するので、その心配がない。
【００５８】
エチルシリケート中のＳｉＯ2が耐熱性被覆膜として機能するので、溶湯に対する耐熱衝撃性を向上できる。このＳｉＯ2は、エチルシリケート中に２８〜４０質量％含有することが好ましい。鋼管の外周にＳｉＯ2の耐熱性被覆膜を形成するためには、少なくとも２８質量％は必要であり、４０質量％よりも多いと縮合反応が進みすぎ不安定なものとなり、鋼管外周との密着性が悪くなるので、上記範囲とする。
【００５９】
エチルシリケートを加水分解したバインダ液に、ジルコン、溶融シリカ、アルミナ、ムライト、シャモットのうち少なくとも１種からなる耐火材フラワーを添加混入してスラリー液を生成する。耐火材フラワーを添加することによって、バインダ液の粘度を高粘度にできるので、被覆膜の膜厚を厚くできる。それとともに、これらの耐火材フラワーを被覆膜に有することにより耐熱衝撃性が向上し、鋳鉄溶湯のカーボンが鋼管に浸炭することを防止する機能を有効に達成する。
【００６０】
特にジルコンは融点が２０４０℃と高いので、鋳鉄溶湯が高温のものに対しては特に有効である。
【００６１】
耐火材フラワーの粒度は、２００〜３５０メッシュの微粉末で、比較的粒度分布の幅の狭いものが好ましい。微粉末の粒子が大きいと、鋼管の外周に塗布した際に微粉末が均一に分布しにくく、鋼管外周との密着性も劣る。一方、粒子が小さすぎると、バインダ液と微粉末とが混ざりにくくなり、コストが高くなり実用性に劣る。そのために、上記範囲とすることが好ましい。
【００６２】
被覆膜の厚さは６０μ〜５００μ、特に１００μ〜３００μとすることが好ましい。被覆膜の厚さは、溶湯を注入した際の高温溶湯に対する耐熱衝撃性を確保し、溶湯中のカーボンが被覆膜を通過して、さらに鋼管内に浸炭することを防止するためには、できるだけ厚いほうが好ましい。一方、被覆膜の厚さは、鋼管内の流体の温度を鋳鉄に伝熱するためにはできるだけ薄いほうがよい。従って、被覆膜の厚さは上記範囲とすることが好ましい。一度の付着で膜厚が不足する場合には、２回、３回等と複数回重ねて付着させることが有効である。
【００６３】
上記バインダ液と上記耐火材フラワーとは、バインダ液１リットルに対して、１．５ｋｇ〜４．５ｋｇとすることが好ましい。特に、２．０ｋｇ〜４．０ｋｇとすることが好ましい。耐火材フラワーの質量を多くすると、粘度が高くなり、鋼管の外周に均一に薄く塗布することが難しく、質量が少ないと粘度が低くて非常に薄い膜しか形成できず、溶湯の温度が高温時の際に割れが発生し易く、溶湯カーボンの浸炭防止が不十分となるので、上記範囲とする。
【００６４】
特に、密着性よく鋼管外面の塗布できて、且つ溶湯カーボンの浸炭防止を発揮するためには、スラリー液中のバインダ液と耐火材フラワーの分量の管理が重要であるとともに、スラリー液の粘度管理も重要である。スラリー液の粘度が低いと薄い被覆膜しか形成できず、溶湯カーボンの浸炭を防止できない。一方スラリー液の粘度が高いと、鋼管の外周に均一に薄く塗布することが難しく、鋼管外周との密着性も劣る。そのために、スラリー液の粘度は、ザーンカップ＃４（５０ｃｃ）で、１０秒〜６０秒で管理することが好ましい。特に、１５秒〜４０秒とすることが好ましい。
【００６５】
なお、具体的には、バインダ液に混入する耐火材フラワーの混入量でスラリー液の粘度を管理する場合、耐火材フラワーのＶｏｌ％を所定量に管理する必要がある。その場合には、耐火材フラワーのうちでジルコンのように比重の重いものは、相対的に混入する質量は多くなり、アルミナのような比重の軽いものは相対的に混入する質量は少なくなる。
【００６６】
また、上記スラリー液を塗布して形成した塗布膜の上に、ジルコンサンド等の耐火物細粒をサンディングして耐火物層を形成して被覆膜とすると、被覆膜が均質となり膜厚は十分に確保できるとともに、高強度な高温耐熱衝撃性を確保できる。この耐火物細粒の粒度は、６０〜１７０メッシュ、好ましくは８０〜１３０メッシュである。なお、比較的粒度分布の幅の狭いものが好ましい。溶湯鋳鉄のカーボンが鋼管に浸炭することを確実に防止するためには、耐火物層は均一に分布して配置されることが好ましいが、このためには、粒度は大きすぎても小さすぎても均一に分布しにくくなり、上記範囲とすることが好ましい。
【００６７】
上記塗布による被覆膜と上記耐火物層とを合せた被覆膜の膜厚さは、２００μ〜１０００μ、特に３００μ〜８００μとすることが好ましい。被覆膜の膜厚は、溶湯を注入した際の高温溶湯に対する耐熱衝撃性を確保し、溶湯中のカーボンが被覆膜を通過して、さらに鋼管に浸炭することを防止するためには、できるだけ厚いほうが好ましい。一方、鋼管内の流体の温度を鋳鉄に伝熱するためには、被覆膜の膜厚はできるだけ薄いほうがよい。従って、被覆膜の合計膜厚は上記範囲とすることが好ましい。
【００６８】
本発明において使用するエチルシリケートを加水分解したバインダ液は、エチルシリケートにアルコール溶剤、水及び酸触媒を加えて加水分解反応を行なうが、その際に使用するアルコール溶剤はエチルアルコール、イソプロピールアルコール、無水メチルアルコール、プロピールアルコール、ブチルアルコール等が用いられる。酸触媒は塩酸等である。
【００６９】
（実施形態２）
実施形態２としては、実施形態１と同様のスラリー液を一層だけ鋼管の表面に塗布した後、その塗布層が乾燥しないうちに、砂状の耐火物細粒（ジルコンサンド、粒度：６０〜８０メッシュ）を振りかけて耐火物層を形成する（この作業をサンディング又はスタッコという）。その後自然乾燥する。早期に乾燥させたい場合等では、バーナー等を使って加熱乾燥させてもよい。このようにして、鋼管の外側に合計５００μの被覆層を形成した。
【００７０】
この実施形態２の鋼管を実施形態１と同様に鋳鉄製鋳物に鋳ぐるんで検査すると、鋼管は溶損することなく元の形状を維持し、完全に鋳鉄に鋳ぐるまれていた。また、鋼管と鋳鉄製鋳物との伝熱性をトライしたところ、鋼管内に通流した温調用流体が、例えば冷却用水の場合には鋳鉄製鋳物を冷却する、加熱用温水の場合には鋳鉄製鋳物を加熱する機能を有効に行なうことができ、伝熱性に対しても十分に機能を有することがわかった。
【００７１】
（実施形態３）
実施形態３として、ＳｉＯ2３０質量％含有するシリカゾル１リットルに対して、蒸留水０．２リットルを加えて、ＳｉＯ2を２５質量％に調整したバインダ液を生成する。このバインダ液１０リットルに対して、基本的な粒子の大きさが３００メッシュであるジルコンフラワー４０ｋｇを混合してスラリー液を生成する。このようにして生成したスラリー液中に、鋼管（機械構造用炭素鋼、Ｃ：０．１２％）を浸漬して外表面に塗布させた後スラリー液から引き上げる。これにより、鋼管の外表面にジルコンフラワーを含有する塗布膜を生成する。この塗布膜が軽く乾燥した後で、もう一度同じスラリー液に浸漬して２度塗りする。その後自然乾燥する。早期に乾燥させたい場合等では、バーナー等を使って加熱乾燥させてもよい。このようにして、鋼管の外側に２００μの被覆膜を形成した。
【００７２】
この実施形態３の鋼管を実施形態１と同様に鋳鉄製鋳物に鋳ぐるんで検査すると、鋼管は溶損することなく元の形状を維持し、完全に鋳鉄製鋳物に鋳ぐるまれていた。そして、鋼管内に流した温調用流体が、例えば冷却用水の場合には鋳鉄製鋳物を冷却する、加熱用温水の場合には鋳鉄製鋳物を加熱する機能を有効に行なうことができ、伝熱性に対しても十分に機能を有することがわかった。
【００７３】
本発明で使用するシリカゾル（コロイダルシリカ）は、シリカ粒子径：７〜２０ｎｍ、シリカ濃度：２０〜４０質量％、粘度（２５℃）：３〜１０mPａ．ｓ、比重：１．１〜１．３のものが使用される。
【００７４】
シリカゾル中のＳｉＯ2が耐熱性被覆膜として機能するので、溶湯に対する耐熱衝撃性を向上できる。このＳｉＯ2は、バインダ中に２０〜４０質量％含有することが好ましい。鋼管の外周にＳｉＯ2の耐熱性被覆膜を形成するためには、少なくとも２０質量％は必要であり、４０質量％よりも多いと鋼管外周との密着性が悪くなるので、上記範囲とする。
【００７５】
シリカゾルのバインダ液を使用したスラリー液は、エチルシリケートを加水分解したバインダ液を使用したスラリー液より揮発性が弱く、同じ粘度のもので比較しても液ダレ状態が強く、塗布膜の形成（乾燥、固化）に時間がかかる。塗布膜は、粘度が低い程、膜厚は薄くなり、粘度が高い程、膜厚は厚くなるが膜厚が不同になり、むらを生じ易い。スラリー液の塗布は、液ダレで膜厚に不同が生じないように、鋼管を廻したり、上下に傾きを変えたりするとよい。
【００７６】
特に、密着性よく鋼管外面の塗布できて、且つ溶湯カーボンの浸炭防止を発揮するためには、スラリー液中のバインダ液と耐火材フラワーの分量の管理が重要であるとともに、スラリー液の粘度管理も重要である。スラリー液の粘度が低いと薄い被覆膜しか形成できず、溶湯カーボンの浸炭を防止できない。一方スラリー液の粘度が高いと、鋼管の外周に均一に薄く塗布することが難しく、鋼管外周との密着性も劣る。そのために、スラリー液の粘度は、ザーンカップ＃４（５０ｃｃ）で、１０秒〜８０秒で管理することが好ましい。特に、１８秒〜６５秒とすることが好ましい。
【００７７】
なお、具体的には、バインダ液に混入する耐火材フラワーの混入量でスラリー液の粘度を管理する場合、耐火材フラワーのＶｏｌ％を所定量に管理する必要がある。その場合には、耐火材フラワーのうちでジルコンのように比重の重いものは、相対的に混入する質量は多くなり、アルミナのような比重の軽いものは相対的に混入する質量は少なくなる。
【００７８】
なお、耐火物フラワーの粒度・混合量、このフラワーによる被覆膜の厚さ、サンディングで被覆する耐火物細粒の粒度・被覆膜の厚さなど、この実施形態３で特に説明してないものについては、実施形態１で説明した範囲のものが採用できるものであり、ここでは説明を省略する。
【００７９】
（実施形態４）
実施形態４としては、実施形態３と同様のスラリー液を一層だけ鋼管の表面に塗布した後、その塗布層が乾燥しないうちに、砂状の耐火物細粒（ジルコンサンド、粒度：６０〜８０メッシュ）を振りかけて耐火物層を形成する（この作業をサンディング又はスタッコという）。その後自然乾燥する。早期に乾燥させたい場合等では、バーナー等を使って加熱乾燥させてもよい。このようにして、鋼管の外側に合計６００μの被覆層を形成した。
【００８０】
この実施形態４の鋼管を実施形態１と同様に鋳鉄製鋳物に鋳ぐるんで検査すると、鋼管は溶損することなく元の形状を維持し、完全に鋳鉄に鋳ぐるまれていた。また、鋼管と鋳鉄製鋳物との伝熱性をトライしたところ、鋼管内に通流した温調用流体が、例えば冷却用水の場合には鋳鉄製鋳物を冷却する、加熱用温水の場合には鋳鉄製鋳物を加熱する機能を有効に行なうことができ、伝熱性に対しても十分に機能を有することがわかった。
【００８１】
スラリー液によって形成した塗布膜が乾燥しないうちに耐火物細粒をサンディングにより塗布膜上に付着させると、被膜の形成が早く均質な塗布膜（被覆膜）が得られるとともに被覆膜が厚く安定したものが得られる。
【００８２】
また、以下のようなテストを行なった。
【００８３】
先ず、低炭素の鉄棒（φ８．５）を用意した。その表面に下記（１）〜（５）の被覆層を形成した。
【００８４】
（１）  エチルシリケートを加水分解したバインダ液のみを塗布したもの
このバインダ液は、エチルシリケート４０にアルコール溶剤、水、酸触媒を加えて加水分解反応を行なって生成したバインダ液であって、粘度はザーンカップ＃４（５０ｃｃ）で５秒であり、被覆膜の膜厚は３５μであった。
【００８５】
（２）  （１）を２回塗布したもの
粘度はザーンカップ＃４（５０ｃｃ）で５秒であり、被覆膜の膜厚は４０μであった。
【００８６】
（３）  （１）のバインダ液にジルコンフラワーを混入して被覆したもの
エチルシリケート４０を加水分解したバインダ液に、このバインダ液１０リットルに対して、基本的な粒子の大きさが３５０メッシュであるジルコンフラワー３５ｋｇを混合してスラリー液を生成する。粘度はザーンカップ＃４（５０ｃｃ）で１８秒であり、被覆膜の膜厚は６０μであった。
【００８７】
（４）  （３）のものを２回塗布したもの
粘度はザーンカップ＃４（５０ｃｃ）で１８秒であり、被覆膜の膜厚は２００μであった。
【００８８】
（５）  （３）の外側にジルコンサンドの細粒をサンディングしたもの
このジルコンサンドの粒度は６０〜８０メッシュで、鋼管の外側に合計５００μの被覆層を形成した。
【００８９】
（６）  （３）において、ジルコンフラワー３０ｋｇとしたもので、粘度はザーンカップ＃４（５０ｃｃ）で１５秒であり、被覆膜の膜厚は５０μであった。
【００９０】
（７）  （３）において、ジルコンフラワー４０ｋｇとしたもので、粘度はザーンカップ＃４（５０ｃｃ）で３０秒であり、被覆膜の膜厚は１５０μであった。また、このものに対して、粒度が６０〜８０メッシュのジルコンサンドの細粒をサンディングしたものでは、鉄棒の外側に合計５５０μの被覆層を形成した。
【００９１】
（８）  （３）において、ジルコンフラワーの代わりにアルミナフラワーを用いて１回塗布した。バインダ液１０リットルに対して、基本的な粒子の大きさが３５０メッシュであるアルミナフラワー２６ｋｇを混合してスラリー液を生成した。粘度はザーンカップ＃４（５０ｃｃ）で１８秒であり、被覆膜の膜厚は１００μであった。また、このものに対して、粒度が６０〜８０メッシュのアルミナサンドの細粒をサンディングしたものでは、鉄棒の外側に合計３８０μの被覆層を形成した。
【００９２】
（９）  （３）において、ジルコンフラワーの代わりにムライトフラワーを用いて、１回塗布した。バインダ液１０リットルに対して、基本的な粒子の大きさが３５０メッシュであるムライトフラワー２１ｋｇを混合してスラリー液を生成した。粘度はザーンカップ＃４（５０ｃｃ）で２０秒であり、被覆膜の膜厚は１２０μであった。また、このものに対して、粒度が６０〜８０メッシュのムライトサンドの細粒をサンディングしたものでは、鉄棒の外側に合計４００μの被覆層を形成した。
【００９３】
（１０）シリカゾルからなるバインダ液のみを塗布したもの
このバインダ液は、ＳｉＯ2を３０質量％含有するシリカゾルに蒸留水を２０質量％加え、ＳｉＯ2を２５質量％に調整したバインダ液であって、粘度はザーンカップ＃４（５０ｃｃ）で５秒であり、被覆膜の膜厚は３５μであった。
【００９４】
（１１）  （１０）を２回塗布したもの
粘度はザーンカップ＃４（５０ｃｃ）で５秒であり、被覆膜の膜厚は４０μであった。
【００９５】
（１２）  （１０）のバインダ液にジルコンフラワーを混入して被覆したもの
シリカゾルからなるバインダ液に、このバインダ液１０リットルに対して、基本的な粒子の大きさが３５０メッシュであるジルコンフラワー３５ｋｇを混合してスラリー液を生成する。粘度はザーンカップ＃４（５０ｃｃ）で３４秒であり、被覆膜の膜厚は１５０μであった。
【００９６】
（１３）  （１２）のものを２回塗布したもの
粘度はザーンカップ＃４（５０ｃｃ）で３４秒であり、被覆膜の膜厚は２３０μであった。
【００９７】
（１４）  （１２）の外側にジルコンサンドの細粒をサンディングしたもの
このジルコンサンドの粒度は６０〜８０メッシュで、鉄棒の外側に計５００μの被覆層を形成した。
【００９８】
（１５）  （１２）において、ジルコンフラワー３０ｋｇとしたもので、粘度はザーンカップ＃４（５０ｃｃ）で１８秒であり、被覆膜の膜厚は１００μであった。
【００９９】
（１６）  （１２）において、ジルコンフラワー４０ｋｇとしたもので、粘度はザーンカップ＃４（５０ｃｃ）で６５秒であり、被覆膜の膜厚は２００μであった。また、このものに対して、粒度が６０〜８０メッシュのジルコンサンドの細粒をサンディングしたものでは、鉄棒の外側に合計６００μの被覆層を形成した。
【０１００】
（１７）  （１２）において、ジルコンフラワーの代わりにアルミナフラワーを用いて、１回塗布した。バインダ液１０リットルに対して、基本的な粒子の大きさが３５０メッシュであるアルミナフラワー２６ｋｇを混合してスラリー液を生成した。粘度はザーンカップ＃４（５０ｃｃ）で２０秒であり、被覆膜の膜厚は１５０μであった。また、このものに対して、粒度が６０〜８０メッシュのアルミナサンドの細粒をサンディングしたものでは、鉄棒の外側に合計４００μの被覆層を形成した。
【０１０１】
（１８）  （１２）において、ジルコンフラワーの代わりにムライトフラワーを用いて、１回塗布した。バインダ液１０リットルに対して、基本的な粒子の大きさが３５０メッシュであるムライトフラワー２１ｋｇを混合してスラリー液を生成した。粘度はザーンカップ＃４（５０ｃｃ）で２２秒であり、被覆膜の膜厚は２００μであった。また、このものに対して、粒度が６０〜８０メッシュのムライトサンドの細粒をサンディングしたものでは、鉄棒の外側に合計４５０μの被覆層を形成した。
【０１０２】
一方、鋳鉄溶湯として、ＦＣＤ４５０の元湯、即ちＣＥ値：４．２３（Ｃ：３．７１、Ｓｉ：１．４６）、溶湯温度：１３７０℃のものを用意した。
【０１０３】
上記（１）〜（１８）の鉄棒を３０秒間程、上記溶湯に漬けた。
【０１０４】
その結果、（１）、（２）、（１０）、（１１）のものでは、塗布膜はほとんど残らず、鉄棒の径が半分以下までに溶損していた。このことは、溶湯のカーボンが被覆膜を通して鉄棒に浸炭して鉄棒を溶損したものであり、被覆膜の浸炭防止効果は全くなかった。
【０１０５】
一方、（３）〜（９）、（１２）〜（１８）のものは、いずれも被覆層が残っており、鉄棒も元の径のままであった。これは、（３）〜（９）、（１２）〜（１８）の被覆層が、溶湯の熱衝撃に耐えて、鉄棒の外表面にしっかりと付着して残っていたことと、溶湯カーボンによる浸炭を有効に防止したことを表わしている。
【０１０６】
（その他の実施形態）
本発明では、塗布による被覆膜を数回繰り返して塗布する、或は塗布による被覆膜と耐火物層とを交互に繰り返して積層してもよい。
【０１０７】
また、耐火物層は塗布による被覆膜の全周に被覆してもよいし、特に耐熱強度が必要とされる部分等に部分的に用いるようにしてもよい。
【０１０８】
鋳鉄は、普通鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄等である。鋼管は低炭素鋼、ステンレス鋼、高温用鋼管材等である。
【０１０９】
上記実施形態では、鋼管表面にスラリー液を塗布する方法として、スラリー液に鋼管を浸漬する方法であったが、この方法に限られるものではなく、他の塗布方法でもよい。例えば、スラリー液を杓に汲んで流しかける、ハケ塗りで塗布する等も含まれる。特に、曲り等の形状を付与した鋼管、長い鋼管等の場合、スラリー液槽に鋼管を浸漬する方法ではスラリー液槽が大きくなるので、スラリー液をスラリー液槽から杓に汲んで流しかける等の塗布方法が実用的である。また、部分的に塗布する場合にはハケ塗りが効果的である。
【０１１０】
また、塗布層の外表面に被覆する耐火物細粒は、塗布膜を形成した鋼管外表面に振りかける方法や、シート上に耐火物細粒を分散させておき、鋼管を耐火物細粒の上に置き、周囲の耐火物細粒を鋼管にまぶす或は鋼管を転がして被覆する、スプレー部材で吹き付ける、滴下部材から滴下する等、いろいろの被覆方法が利用可能なものである。
温調用鋼管の温調とは、鋼管内の冷媒で鋳物を冷却する冷却用鋼管として使用する場合や、鋼管内の加温流体で鋳物を加熱する加熱用鋼管として使用する場合を含むものである。
【０１１１】
本技術は、例えば、高炉等の冶金用炉のクーリングステーブや樹脂成形機用金型等のような、温調用鋼管を鋳包んだ鋳鉄品に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明において、加熱・冷却用の通路を形成する鋼管を鋳ぐるむ鋳鉄製金型を鋳造する鋳型構造を示す断面図である。
【図２】本発明において、外表面に被覆膜を形成した鋼管の断面図を示す。
【符号の説明】
【０１１３】
１    鋳鉄製金型
２    鋼管
３    鋳型
１０  被覆層
１１  第１層
１２  第２層
【図１】
2006192495.tif 000003
【図２】
2006192495.tif 000004