(57)【要約】  鋳型および中子のための鋳造被覆組成物、被覆鋳型および中子を調製する方法、ならびに被覆鋳型および中子。鋳造被覆組成物は、液体キャリヤー、バインダー、および粒子状耐火フィラーを含む。粒子状耐火フィラーは、ｄ＞３８μｍの粒子サイズを有する第１の（比較的粗い）画分と、ｄ＜３８μｍの粒子サイズを有する第２の（比較的微細な）画分とを含む。全粒子状耐火フィラーの１０％以下が３８μｍ＜ｄ＜５３μｍの粒子サイズを有し、第２の（比較的微細な）画分の０〜５０％が焼成カオリンで構成される。鋳造被覆組成物が、鋳型からの鋳造物の除去を援助するために、鋳型および中子に塗布される。組成物は、（ｄ＞３８μｍの粒子を含む）表面被覆および（ｄ＜３８μｍの粒子を含む）吸収被覆を有する鋳型および中子を得るために、単一工程で鋳型および中子に塗布される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体キャリヤー、バインダー、および粒子状耐火フィラーを含む鋳造被覆組成物であって、
粒子状耐火フィラーが、粒子サイズｄとして、ｄ＞３８μｍの粒子サイズを有する第１の比較的粗い画分と、ｄ＜３８μｍの粒子サイズを有する第２の比較的微細な画分とを含み、
重量または体積で全粒子状耐火フィラーの１０％以下が、３８μｍ＜ｄ＜５３μｍの粒子サイズを有し、重量または体積で第２の比較的微細な画分の０〜５０％が、焼成カオリンで構成されることを特徴とする鋳造被覆組成物。
【請求項２】
第１の比較的粗い画分の１５％以下が、３８μｍ＜ｄ＜５３μｍの粒子サイズを有することを特徴とする請求項１に記載の鋳造被覆組成物。
【請求項３】
全粒子状耐火フィラーの４％以下が、３８μｍ＜ｄ＜５３μｍの粒子サイズを有することを特徴とする請求項１または２に記載の鋳造被覆組成物。
【請求項４】
第２の比較的微細な画分が、赤色酸化鉄（ヘマタイト）および／または黄色酸化鉄を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋳造被覆組成物。
【請求項５】
第２の比較的微細な画分の０〜５０％が、ゲル非形成の薄膜状形態を有するケイ酸塩系材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の鋳造被覆組成物。
【請求項６】
第２の比較的微細な画分に対する第１の比較的粗い画分の比率が、０．１〜２．０：１、すなわち１／１０〜２．０であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の鋳造被覆組成物。
【請求項７】
第１の比較的粗い画分が、グラファイト、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、酸化アルミニウム、ケイ酸ジルコン（zircon silicate）、白雲母（雲母）、葉ろう石（pyrophillite）、タルク、および雲母状酸化鉄の１つ以上を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の鋳造被覆組成物。
【請求項８】
第２の比較的微細な画分が、赤色酸化鉄（ヘマタイト）、パリゴルスカイト（アタパルジャイト）、セピオライト、針鉄鉱（黄色酸化鉄）、および珪灰石の１つ以上を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の鋳造被覆組成物。
【請求項９】
第２の比較的微細な画分が、球状形態を有する粒子および棒状形態を有する粒子を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の鋳造被覆組成物。
【請求項１０】
第２の比較的微細な画分が、少なくとも１０％の赤色酸化鉄を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の鋳造被覆組成物。
【請求項１１】
第２の比較的微細な画分が、焼成カオリンを含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の鋳造被覆組成物。
【請求項１２】
被覆された鋳型または中子を調製する方法であって、
鋳型または中子を準備し、
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の鋳造被覆組成物を鋳型または中子に塗布し、
液体キャリヤーを除去することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２の方法によって調製されることを特徴とする被覆された鋳型または中子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造被覆組成物に関し、特に、鋳型および中子のための被覆組成物、鋳型および中子を被覆する方法、ならびにこの方法によって得られる鋳型および中子に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の形状は、鋳型および随意の中子によって規定される空洞に溶融金属を注ぎ込むことによって、成形される。鋳造物の外部を規定する型形状は、鋳型として知られており、鋳造物の内部を規定する型形状は、中子として知られている。液体金属が中子に対抗する砂型に注入されるとき、砂／金属界面にて物理作用および化学反応が生じる。どちらも、鋳造物の完成品に表面欠陥をもたらすかもしれない。
【０００３】
金属貫通およびひび割れは、砂型および中子に生じる物理的な鋳造欠陥である。貫通欠陥は、液体金属が砂型または中子の気孔に入るときに生じて、鋳造物に粗い表面をもたらす。ひび割れは、砂の熱膨張差の結果として生じる。シリカ砂は、相変化の結果として５７３℃で発生する強い膨脹のせいで、特にひび割れを生じ易い。熱い金属が冷たい鋳型または中子の表面に当たるとき、強力な熱勾配が生じ、拡散による中子への熱放散を伴う。まず鋳型または中子の外層が５７３℃に達して、突然の膨脹のせいで圧縮力を引き起こす。（熱い金属から離れた）より深い層は、遅れて５７３℃に達し、これらの層が膨脹するときには表面の圧縮力は伸張力に変化して、ひび割れが生じるかもしれない。鋳型または中子の表面の液体金属がその後ひび割れに入って、鋳造物表面に隆起した線または筋が形成される結果となる。
【０００４】
化学的欠陥には、砂焼けおよび炭素質欠陥が含まれる。砂焼けは、鋳型または中子の耐火性を低減する砂中の不純物（特に、アルカリ金属塩）の存在に起因する。炭素質欠陥は、有機質の鋳型バインダーまたは中子バインダーが、高い金属注湯温度で損なわれて、光沢のある炭素のせいで復炭現象または表面痘痕をもたらし得る炭素含有ガスを形成するときに、生じる。
【０００５】
筋発生および他の欠陥を回避するための、鋳型および中子の特性を向上させる試みにおいて、多様な物質が鋳造砂に添加されてきた。これらの添加物（抗筋形成剤）には、でんぷん系の製品、デキストリン、酸化鉄（赤色および黒色酸化鉄を含む）、およびアルカリ土類金属フッ化物またはアルカリ金属フッ化物が含まれる。一般に、添加物は、鋳型または中子を製造する前に、樹脂および砂と混合される。添加物は、鋳型または中子の全体にわたって、均一に分布させられる。このことの不都合は、比較的多量（比較的高額）の添加物を使用しなければならず、通常、充分な中子強度を維持するためにバインダーのレベルを高める必要があることである。
【０００６】
耐火被覆剤（鋳型塗料、ドレッシング、または塗料としても知られる）が、得られる鋳造物の特性を向上させるために、長年にわたって使用されてきた。被覆剤の目的には、平滑な鋳造物完成品を提供すること、溶融金属から砂を保護して砂焼けおよび金属貫通を制限すること、鋳型および中子にひび割れおよび筋が生じないようにすること、鋳造物表面からの砂の容易な除去をもたらすこと、が含まれる。被覆剤は、一般に、グラファイト、アルミノケイ酸塩（タルク、雲母、葉ろう石（pyrophillite））またはケイ酸ジルコンの耐火材に基づいている。
【０００７】
欠陥を低減し、鋳造品質を高めるために、多層の耐火被覆を中子または鋳型に施してもよい。国際公開第８９／０９１０６号は、細かく挽いた溶融シリカを含有する第１の耐火被覆層を含む水性懸濁液に、まず、浸しまたは噴霧した砂中子を記載している。この被覆剤は乾燥され、次いで、第２の柔らかい離型被覆剤（たとえば、粉末グラファイトの懸濁液）が塗布される。日本公開特許公報第２００３−１９１０４８号は、第１および第２の被覆層を有する砂中子を記載している。第１の被覆層（１４）は、中子に浸透し、また、ジルコン粉および有機バインダーで構成される。第２の層（１６）は、鋳型の離型を援助する潤滑剤として、雲母を含有している。第２の被覆層は第１の被覆層の後に塗布される。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の第１の側面によれば、液体キャリヤー；バインダー；および粒子状耐火フィラーを含む鋳造被覆組成物が提供され、粒子状耐火フィラーは、ｄ＞３８μｍの粒子サイズの第１の（比較的粗い）画分とｄ＜３８μｍの粒子サイズの第２の（比較的微細な）画分とを含み、全粒子状耐火フィラーの１０％以下が、３８μｍ＜ｄ＜５３μｍの粒子サイズを有し、第２の（比較的微細な）画分の０〜５０％が焼成カオリンによって構成される。
【０００９】
図１は、本発明の組成物で被覆された鋳型または中子の一部分の模式図である。鋳型または中子は、砂１０の粒子から作製される。砂１０の粒子は、所望の形を生成するために、バインダー（不図示）によって相互に結合される。鋳型または中子は多孔質であり、砂１０の粒子間には空隙（気孔）１２が存在する。被覆組成物が鋳型または中子に塗布されるとき、第２の（比較的微細な）画分１４がある深さ（図１においてＹで示す）まで多孔質の鋳型または中子に浸透する。第１の（比較的粗い）画分１６は、鋳型または中子に浸透するには大き過ぎる粒子サイズを有しており、むしろ表面層１６を形成する。
【００１０】
理論に縛られるのを望むのではないが、発明者らは、第１の（比較的粗い）画分は、砂の中子または鋳型から鋳造物が容易に外れることを可能にし、一方、第２の（比較的微細な）画分は筋欠陥を防止するのを援助すると、提唱する。
【００１１】
さらに、発明者らは、この被覆組成物の恩恵は、被覆組成物が、高い割合の焼成カオリン（焼成粘土）を含むときに低下することを示した。
【００１２】
被覆組成物は、鋳型または中子に浸透する吸収層（第２の（比較的微細な）画分を含む）と、鋳型または中子に積層する表面層（第１の（比較的粗い）画分を含む）とを提供するように、単一の工程で鋳型または中子に塗布してよい。この単一の工程は、２つの別個の被覆剤を塗布する従来技術の処理と比べて有利であり、特に、第２の被覆剤を塗布する前に第１の被覆剤を乾燥させる処理と比べて有利である。
【００１３】
発明者らは、鋳型または中子への微細な粒子の充分な吸収は、３８μｍ＜ｄ＜５３μｍの範囲の粒子サイズを有する粒子の部分を除くことによって、単一の工程で達成し得ることを見出した。３８μｍ＜ｄ＜５３μｍの粒子サイズを有する粒子を、ここでは臨界画分という。臨界画分は、鋳型または中子の気孔を閉鎖して、微細な粒子の浸透を妨げると、提唱する。閉鎖作用は、使用する砂の種類（粒子サイズおよび形状）には実質的に依存しないことが示されている。
【００１４】
驚いたことに、本発明の被覆組成物は、微細な画分と粗い画分を個別に含む２つの別個の被覆と、同程度に有効であるかもしれない。業績は、微細な粒子のみを含有する吸収被覆剤をまず塗布し、その後、粗い画分を含有する被覆剤を塗布し、それらの塗布の間に中間乾燥工程を含んでも含まなくてもよい二重被覆処理によって、満足できる鋳造結果が得られることを示しているかもしれない。しかし、凹部（ポケット）を有するある種の複雑な中子については、第１の吸収被覆剤の中間乾燥工程を行わない場合、ある領域において第２の被覆剤が均一に付着しないことがある、という問題が生じ得ることが見出されている。代替の二段階処理は、まず、微細な粒子のみを含有する吸収液体被覆剤を塗布し、その後、未だ湿っている第１の被覆を有する鋳型または中子を、粗い粒子の流動床に保持してそれらを表面に付着させることによって、乾燥した粉末の粗い画分を塗布することを含んでいる。
【００１５】
第１の（比較的粗い）画分および第２の（比較的微細な）画分の粒子サイズは、篩い分けによって決定してよい。３８μｍの開口サイズを有する篩を通過する粒子状耐火フィラーは、本発明の目的のために、第２の（比較的微細な）画分と定義され、一方、３８μｍの開口サイズを有する篩に保持される粒子状耐火フィラーは、第１の（比較的粗い）画分である。この篩は、ＩＳＯ３３１０−１標準の篩でよい。３８μｍ＜ｄ＜５３μｍの粒子サイズを有する粒子は、５３μｍの開口サイズを有する篩を通過するが、３８μｍの開口サイズを有する篩を通過しない。
【００１６】
一連の実施形態において、全粒子状耐火フィラーの１０％、７％、４％、３％または１％以下が、３８μｍ＜ｄ＜５３μｍの粒子サイズを有する粒子によって構成される。臨界画分は吸収を妨げることが示されているので、発明者らは、臨界画分の割合をより低くすることが有益であると提唱する。しかし、実際上の理由で、臨界画分を完全に排除することは困難かもしれない。その割合は、重量（重量％）または体積（体積％）で決定されてよい。
【００１７】
加えて、臨界画分（３８μｍ＜ｄ＜５３μｍ）は、第１の（比較的粗い）画分に対して決定されてよい。一連の実施形態において、第１の（比較的粗い）画分の１５％、１０％、８％、６％または３％以下が、３８μｍ＜ｄ＜５３μｍの粒子サイズを有する粒子で構成される。この割合は、重量（重量％）または体積（体積％）で決定されてよい。
【００１８】
一実施形態において、第１の（比較的粗い）画分は、６３０μｍ以下、５００μｍ以下、４００μｍ以下、２５０μｍ以下または１８０μｍ以下の粒子サイズを有する。
【００１９】
一般に、より粗い／より大きい（球形）粒子はより粗い表面を有しており、つまり、粒子サイズが小さいほど被覆層は滑らかである。上限サイズについての制限は、中子の縁の鮮鋭さによって決定される。なぜなら、被覆のひび割れはこれらの縁で生じるからである。粒子の形態もまた、被覆表面特性を決定する因子である。なぜなら、粗い薄片状耐熱材料は、非常に薄く、表面に平坦に付着するので、一般に、同等のサイズの丸い粒子薄片材料よりも、平滑な鋳造物表面を与えるからである。
【００２０】
一実施形態において、第２の（比較的微細な）画分は、３５μｍ以下、３０μｍ以下、２５μｍ以下、２０μｍ以下または１０μｍ以下の粒子サイズを有している。
【００２１】
粒子状耐火フィラーは、ｄ＞３８μｍの粒子サイズを有する第１の（比較的粗い）画分と、ｄ＜３８μｍの粒子サイズを有する第２の（比較的微細な）画分とを含む。一連の実施形態において、第２の（比較的微細な）画分に対する第１の（比較的粗い）画分の比率は、０．１〜２．０：１、０．５〜１．５：１、０．８〜１．２：１、１．２〜０．８：１、１．５〜０．５：１または２．０〜０．１：１である。比率は、重量または体積で計算してよい。
【００２２】
他の一連の実施形態において、第２の（比較的微細な）画分の重量パーセント（重量％）に対する第１の（比較的粗い）画分の重量パーセント（重量％）の比率は、０．１〜２．０、０．２〜１．７、０．３〜１．４または０．５〜１．０である。
【００２３】
さらに他の一連の実施形態において、第２の（比較的微細な）画分の体積パーセント（体積％）に対する第１の（比較的粗い）画分の体積パーセント（体積％）の比率は、０．５〜２．０、０．７〜１．８または０．９〜１．５である。
【００２４】
粒子状耐火フィラーは、特に制限されるものではない。好適な耐火フィラーには、グラファイト、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩（たとえば、モロカイト）、酸化アルミニウム、ケイ酸ジルコン（zircon silicate）、白雲母（雲母）、イライト、アタパルジャイト（パリゴルスカイト）、葉ろう石（pyrophilite）、タルク、および酸化鉄（赤色酸化鉄および黄色（水和）酸化鉄を含む）が含まれる。
【００２５】
一実施形態において、第１の（比較的粗い）画分は、グラファイト、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩（たとえば、モロカイト）、酸化アルミニウム、およびケイ酸ジルコン（zircon silicate）の１つ以上を含む。特定の実施形態において、第１の（比較的粗い）画分は、薄片状またはシート状の形態を有する粒子を含む。薄片状またはシート状の形態を有する粒子には、結晶性グラファイト、白雲母（雲母）、葉ろう石（pyrophillite）、タルク、および雲母状酸化鉄が含まれる。さらなる実施形態において、第１の（比較的粗い）画分は、結晶性（薄片）グラファイトを含む。さらなる実施形態において、第１の（比較的粗い）画分は、結晶性（薄片）グラファイトで構成される。
【００２６】
一実施形態において、第２の（比較的微細な）画分は、球形の形態を有する粒子を含む。赤色酸化鉄（ヘマタイト）が、球形の形態を有する粒子の例である。他の実施形態において、第２の（比較的微細な）画分は、棒状の形態を有する粒子を含む。パリゴルスカイト（アタパルジャイト）、セピオライト、黄色酸化鉄（水和酸化鉄、たとえば、針鉄鉱またはりん繊石）、および珪灰石が、棒状の形態を有する粒子の例である。さらなる実施形態において、第２の（比較的微細な）画分は、球形の形態を有する粒子および棒状の形態を有する粒子の双方を含む。特定の実施形態において、第２の（比較的微細な）画分は、酸化鉄を含む。
【００２７】
一実施形態において、第２の（比較的微細な）画分は、薄板状または板状の形態を有する粒子を含む。焼成カオリンおよび雲母が、薄板状の形態を有する粒子の例である。
【００２８】
一実施形態において、第２の（比較的微細な）画分は、焼成カオリンを含む。一連の実施形態において、第２の（比較的微細な）画分の５０％、４５％、４０％または３５％以下が、焼成カオリンで構成される。焼成カオリンの存在は、一定の限度内で有益であることが判明している。高い割合の焼成カオリンは、被覆組成物に悪影響を及ぼすことが判明している。
【００２９】
さらなる実施形態において、第２の（比較的微細な）画分は、ゲル構造を形成しない０〜５０％のケイ酸塩系鉱物を含む。
【００３０】
さらに他の実施形態において、第２の（比較的微細な）画分は、ゲル構造を形成しない０〜５０％の粒子を含む。
【００３１】
一連の実施形態において、第２の（比較的微細な）画分は、薄板状または板状の形態を有するゲル非形成の粒子（ケイ酸塩系鉱物を含む）を含み、その粒子は、第２の（比較的微細な）画分の５０％、４５％、４０％または３５％以下を構成する。
【００３２】
パーセンテージは重量（重量％）または体積（体積％）で計算してよい。雲母および焼成カオリンが、薄板状の形態を有し、ゲル構造を形成しないケイ酸塩系鉱物の例である。
【００３３】
第１の（比較的粗い）画分および第２の（比較的微細な）画分は、同じまたは異なる粒子状耐火フィラーによって構成されてよい。
【００３４】
液体キャリヤーは、粒子状耐火フィラーを砂基質上および砂基質内に移送する機能を司る。これは、鋳造が行われる前に除去すべきである。一実施形態において、液体キャリヤーは水である。他の実施形態において、液体キャリヤーは、イソプロパノール、メタノールまたはエタノールなどの揮発性の有機液体キャリヤーである。
【００３５】
バインダーの機能は、フィラー粒子を相互に結合させるともに、鋳型または中子に付着させることである。一実施形態において、バインダーは、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、デキストリンまたはポリアクリレートという高分子の１つ以上を含む。
【００３６】
システムのレオロジーは、粒子の数およびそれらが占める体積（液体キャリヤーに対して）で決定される。粒子のサイズおよび形状はレオロジーに強く影響し、微細な粒子ほど、液体キャリヤーと相互作用する表面積が相対的に大きいので、影響が大きく、一方、粒子の凝集はそれらの影響を低下させる。アタパルジャイトなどの棒状の一定の粒子は、ゲル状の構造を形成することが知られており、これは、１つ以上の分散剤の添加で制御することが可能である。一実施形態において、鋳造被覆組成物は、さらに分散剤を含む。好適な分散剤には、ポリアクリレート（ナトリウムおよびアンモニウム）、リグノスルホン酸塩およびポリリン酸塩が含まれる。
液体キャリヤーが水の場合、殺生物剤を被覆剤に加えてもよい。
【００３７】
本発明の第２の側面によれば、被覆された鋳型または中子を調製する方法であって、鋳型または中子を準備し、第１の側面の鋳造被覆組成物を鋳型または中子に塗布し、液体キャリヤーを除去することを含む方法が提供される。
【００３８】
この方法は、吸収層および表面層の双方を有する被覆された鋳型または中子が、単一の工程で得られる点において有利である。
【００３９】
一実施形態において、組成物は、浸漬、はけ塗り、布塗り（swabbing）、噴霧または注ぎ掛け（overpouring）によって、塗布される。
【００４０】
一連の実施形態において、１〜１０ｍｍ、１．５ｍｍ〜８ｍｍ、２〜６ｍｍ、２．５ｍｍ〜５ｍｍまたは３〜４ｍｍの吸収深さが得られるように、鋳造被覆組成物を鋳型または中子に塗布する。一定の限度内で、吸収深さを増すことは、鋳造被覆組成物の塗布パラメータ、たとえば浸漬時間、粘度など、を調整することによって達成されることが理解されよう。被覆が浸漬によって塗布される場合、吸収深さを増すことは、浸漬時間を長くすることによってなされてよい。本発明の鋳造被覆組成物は、従来技術の被覆剤よりも、大きな吸収深さをもたらすことが判明しており、発明者らは、吸収深さの増大は臨界画分の除去の結果であると提言する。
【００４１】
他の一連の実施形態において、１００〜１０００μｍ、１００〜８００μｍ、１５０〜６００μｍ、２００〜４５０μｍまたは２５０〜３５０μｍの表面層厚さが得られるように、鋳造被覆組成物を鋳型または中子に塗布する。
【００４２】
一実施形態において、液体キャリヤーは乾燥によって除去される。乾燥は、被覆した中子または鋳型を従来のガスまたは電気加熱乾燥オーブン内に入れることによって、または高周波オーブンを用いることによって、実施される。乾燥は、液体キャリヤーが水または揮発性有機液体のときに採用してよい。代替の実施形態において、キャリヤー液体は、燃焼によって除去される。この方法は、液体キャリヤーがイソプロパノールのときに採用してよい。
【００４３】
鋳型または中子は、シリカ砂、ジルコン砂、クロマイト砂、オリビン砂、またはこれらの組み合わせを含んでよい。一実施形態において、鋳型はまたは中子はシリカ砂を含む。サイズ、分布および粒子形状は、すべて鋳造物の質に影響する。粗い粒子の砂は、大きな金属貫通が生じる結果となって、低質な鋳造物の表面仕上がりをもたらす傾向があり、一方、微細な粒子の砂は、より良好な表面仕上がりを与えるが、ガス欠陥を生じるかもしれないより高いバインダーレベルを必要とする。中子用のシリカ砂は、最小で９５〜６５％のＳｉＯ２含有量、４０〜６０のＡＦＳ粒度指数、２２０〜３４０μｍの平均粒子サイズ、および、好ましくは、丸まったまたは少し丸まった粒子を有する。鋳型用の砂は、僅かに粗いことが多く、３５〜５０のＡＦＳ粒度指数、および２８０〜３９０μｍの平均粒子サイズを有する。
【００４４】
砂のサイズおよび粒子形状は、本発明の特定の被覆剤の透過性に、したがって吸収の深さに、いくらかの影響を及ぼすことが理解されよう。一般的な規則性として、粗いおよび／または角張ったもしくは少し角張った粒子を有する砂を用いて生成される鋳型および中子は、微細なおよび／または丸まった砂の中子または鋳型よりも透過性が高く、したがって、被覆剤をより深くまで吸収する。
【００４５】
本発明は、第２の側面の方法によって得られる被覆された鋳型または中子にもある。
第２の側面の方法によって調製される被覆された鋳型および中子は、第１の（表面）被覆と第２の（吸収）被覆とを含み、第１および第２の被覆の各々が、粒子状耐火フィラーを含む。第１の（比較的粗い）画分が第１の（表面）被覆を形成し、第２の（比較的微細な）画分が第２の（吸収）被覆を形成する。
【００４６】
一連の実施形態において、第１の（表面）被覆の厚さは、１００〜８００μｍ、１５０〜６００μｍ、２００〜４５０μｍまたは２５０〜３５０μｍである。
【００４７】
他の一連の実施形態において、第２の（吸収）耐火層の深さは、１〜１０ｍｍ、１．５ｍｍ〜８ｍｍ、２〜６ｍｍ、２．５ｍｍ〜５ｍｍまたは３〜４ｍｍである。
例示のみを目的として、以下の図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に従う鋳型または中子の一部分の概略図である。
【図２】本発明および一比較例に従う２つの中子の概略図である。
【図３】本発明の実施形態に従う中子から選択した特性を比較例と共に示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態に従う中子から選択した特性を比較例と共に示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態に従う中子から選択した特性を比較例と共に示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態に従う中子から選択した特性を比較例と共に示すグラフである。
【図７ａ】筋発生防止試験を実施するために使用した鋳造物設計および鋳型を示す図である。
【図７ｂ】筋発生防止試験を実施するために使用した鋳造物設計および鋳型を示す図である。
【図８】筋発生防止試験を実施するために使用した鋳造物設計および鋳型を示す図である。
【図９】中子における鋳造欠陥を示す図である。
【図１０】筋発生防止試験の結果を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
方法
バインダーとしてのポリビニルアルコール、および組成物のレオロジーを制御するポリアクリル酸ナトリウムを有する水性被覆剤を調製した。各被覆組成物の一般的な組成は次のとおりである： ４０〜６０重量％の液体キャリヤー（水）、０．２〜２．０重量％のバインダー、０〜４重量％の分散剤、０〜０．５重量％の殺生物剤、１０〜３０重量％の粗い粒子状耐火フィラー（第１の画分、ｄ＞３８μｍ）、および２０〜３０重量％の微細な粒子状耐火フィラー（第２の画分、ｄ＜３８μｍ）。
【００５０】
微細な粒子状耐火フィラー（粘土ゲル化剤（アタパルジャイト）、赤色酸化鉄、黄色酸化鉄および焼成粘土を含む）は全て、全材料が＜２５μｍで、ほとんどの材料が＜１０μｍであるような、粒子サイズ分布を有していた。
【００５１】
粗い粒子状耐火フィラーは、グラファイトおよびモロカイト（アルミノケイ酸塩）を含んでいた。  市販等級の薄片状グラファイトおよびモロカイトを、入手したままで試験し、また、特定の材料画分を除去する処理を行った後に試験した。分級したグラファイトもしくはモロカイト、または除去した特定の篩画分を、試験被覆剤を生成するために使用した。理論的には、分級は微細な材料（＜３８μｍ）の全てを除去するはずであるが、次の表１に詳細を示すように、分析は、より粗い粒子に緩く付着した材料に起因して、非常に低レベルの微細粒子および臨界画分が残存することを示した。痕跡量（表２ｂにおいて０％として示す）の臨界画分を有する耐火フィラーを、より大きな粒子サイズを有する材料、たとえば、グラファイトＣ（ｄ＞７５μｍ）およびグラファイトＤ（ｄ＞１０６μｍ）、を除去する分級によって得た。
【００５２】
【表１】
2013521133.tif 000003
【００５３】
各被覆剤を調製して、１２．５秒（±０．５秒）のＤＩＮ＃４カップ粘土に希釈した。
被覆剤を、Ｆｏｓｅｃｏによって提供される水系抗筋耐火浸漬被覆剤であるＲＨＥＯＴＥＣ ＸＬ(登録商標)(比較例１)、およびＦｏｓｅｃｏによって提供される一般的イソプロパノール系コークス中子−塗料ＢＢＥ（商標)(比較例２）を含む、市販の被覆剤と比較した。
被覆剤の処方および特性を表２に示す。
【００５４】
【表２ａ】
2013521133.tif 000004
【００５５】
【表２ｂ】
2013521133.tif 000005
【００５６】
被覆剤は、直径５０ｍｍ、高さ９０ｍｍの円筒形シリカ砂中子を浸漬することによって調べた。特に断らない限り、使用した砂は、ＡＦＳ粒度指数４５、平均粒子サイズ３２２μｍのＨａｌｔｅｒｎ Ｈ３２である。中子をアミン硬化性フェノールウレタンコールドボックスバインダー（０．６重量％部分Ｉ＋０．６重量％部分ＩＩ）によって結合した。
中子の一般的な浸漬長は６０〜６５ｍｍであり、浸漬時間は２〜１５秒であった。
【００５７】
吸収深さおよび表面層の厚さ
表２ａおよび２ｂに詳細を示すように、第１の（比較的粗い）画分に対して２１．７重量％、８．２重量％および２．９重量％、全粒子耐火フィラーに対して１０．９重量％、３．５重量％および１．１重量％の臨界画分を有する一連の被覆剤の比較例３，実施例２および実施例１を調製した。
【００５８】
３つの中子を、浸漬時間９秒の間、被覆剤に浸漬した。結果を図２に模式的に示す。浸透の深さは、臨界画分の比率が低下するにつれて増大する。この効果は、臨界画分による中子中の空隙の閉鎖および吸収の妨害による。
【００５９】
吸収深さ
実施例１、実施例２および比較例３の３つの被覆剤を、第１の（比較的粗い）画分に対して１７．０重量％、全耐火フィラーに対して５．１重量％に相当する臨界画分を有する従来の抗筋被覆剤（比較例１）と比較した。中子内への被覆剤の吸収深さ、中子に吸収された被覆剤の重量、および中子上の表面被覆剤の厚さは、全て、０〜１５秒の浸漬時間範囲で測定した。
【００６０】
吸収深さ調査の結果を、図３のグラフにプロットして示す。吸収深さは、全ての事例において、浸漬時間と共に増大し、（粗い画分の重量に基づき）２．９重量％の臨界画分を有する実施例１で、最大の吸収（１２秒で約４．３ｍｍ）が達成されることが判る。グラフは、２ｍｍ付近で、比較例１（粗い画分の１７．０重量％）および比較例３（粗い画分の２１．７重量％）の双方について横ばいになり、浸漬時間を増しても、ごく僅かな追加の深さが達成されるにすぎないことを示してしている。これは、空隙が臨界画分によって閉鎖されており、これがさらなる吸収を妨げていることを示している。
【００６１】
吸収された粒子の重量の調査の結果を、図４のグラフにプロットして示す。吸収深さの調査から得られた結果と同様に、全ての事例において吸収された粒子の量は浸漬時間と共に増大し、粗い画分の重量に基づき２．９重量％、全耐火フィラーの重量に基づき１．１重量％の臨界画分を有する実施例１で、最大の吸収（約２．２ｇ）が達成されることが判る。
【００６２】
表面層厚さの調査の結果を、図５のグラフにプロットして示す。層の厚さは、臨界画分の比率が減少するにつれて増大する。２．９重量％（粗い画分の重量に基づく）の臨界画分、および全耐火フィラーの重量に基づき１．１重量％の臨界画分を有する被覆剤で、約３８０μｍの厚さが達成される。
【００６３】
吸収付加さへの砂の種類の影響
ドイツからの鋳型砂の異なるグループ−Ｈａｌｔｅｒｎ（Ｈ）砂およびＦｒｅｃｈｅｎｅｒ（Ｆ）砂−を用いて、一連の中子を調製した。各グループの砂について、以下の表３に詳細を示すように、異なる粒子サイズを有する、等級の範囲を選択した。
【００６４】
【表３】
2013521133.tif 000006
【００６５】
これらの砂を一連の砂中子を生成するために使用したが、Ｆｒｅｃｈｅｎｅｒシリカの粒子サイズおよび分布に関連して、バインダーの必要量が増大するため、使用したバインダー添加レベルは、０．８重量％部分１＋０．８重量％部分２であり、Ｈａｌｔｅｒｎ砂についての添加レベルは０．６重量％＋０．６重量％に留まった。
【００６６】
全ての中子を、表２ａおよび表２ｂに詳細を示すように、２．９重量％（粗い画分の重量に基づく）の臨界画分を有するように調製した被覆剤実施例３に浸漬した（３秒間）。
【００６７】
結果を図６に示す。砂の粒子サイズは、試験した砂の吸収深さには、比較的影響しないようである。したがって、本発明の組成物は、鋳型砂の範囲内での使用に好適であろうと、信じられる。
【００６８】
鋳造物筋形成防止試験
筋形成防止鋳型アセンブリの下部半分（ドラッグ）の鋳型２１ａの平面図を図７ａに示す。この図は、試験用の６つの異なる組成物中子の配設位置を有する。図７ｂは、下部（ドラッグ）半分２１ａ、上部（コープ）半分２１ｂ、および被覆試験中子２２を含む完全な鋳型アセンブリ２３の側面図である。
【００６９】
砂鋳型２１は、酸触媒（ｐ−トルエンスルホン酸）で硬化されるフルフリルアルコール系自己硬化性樹脂バインダー（ＥＳＨＡＮＯＬ（登録商標） Ｕ３Ｎ フラン樹脂）で結合したＨａｌｔｅｒｎ Ｈ３２シリカ砂から生成した。使用したバインダー添加レベルは、砂の重量に基づき１重量％であり、触媒は樹脂の重量に基づき４０％であった。
【００７０】
砂中子は、ポリウレタンコールドボックスバインダーシステム（０．６重量％部分１＋０．６重量％部分２）で結合されるＨａｌｔｅｒｎ Ｈ３２シリカ砂を用いて生成した。直径５０ｍｍ、長さ９０ｍｍの円筒形中子を、試験被覆剤に、６２ｍｍの浸漬深さまで浸漬し、被覆した中子をオーブン内で１２０℃で１時間乾燥し、自然冷却した。乾燥後、被覆中子２２を、鋳型の下部（ドラッグ）半分２１ａの凹部２４に配置した。中子２２を、中子プリント（非被覆端）が鋳型のベース内に位置するように配置して、中子の被覆部分のみが鋳型空間内に突出するようにした。１０ｐｐｉ（pores per square inch）で５０ｍｍ×５０ｍｍの炭化ケイ素フィルター２５を、下向き湯口２６と湯道２７との間に配置した。
【００７１】
金属鋳造物は、炭素含有量が３．３〜３．５％の範囲で、ケイ素含有量が２．２〜２．３％の灰色（薄片状グラファイト）鋳鉄であった。金属の鋳込み温度は１４２５℃±５℃であり、鋳型充填時間は８〜１０秒であった。鋳造物の重量は１３．１ｋｇであった。
【００７２】
固化および冷却の後、鋳造物を鋳型から取り外し、中子を鋳造物から振り外した。次いで、鋳造物ブロックの内部空隙を調べて、筋形成および他の一般的な鋳造物特性を評価した。図８に鋳造物ブロックを示し、図９に鋳造物空隙の内部に現れる筋パターン全体のイメージを示す。これは、鋳造物の底（中子のベース）の環状の筋３１および鋳造物空隙の壁から突出する壁筋３２から成る。図１０は、異なる３種の被覆剤で生産された鋳造物ブロックの模式図であり、観察された筋欠陥の種類を示す。中央の被覆剤Ａは、１００％の全円である底筋に加えて、短い壁筋を有する試験鋳造物を与えている。左の被覆剤Ｂは、５５％の底筋と長い広範な側筋とを有し、一方、被覆剤Ｃは、筋をほとんど有していない。
【００７３】
筋形成防止試験においては鋳造物間にいくらかの変動があること、つまり、これらは、定量的な性能というよりも定性的な性能を得るべく、既知の標準品に対する性能を比較するものであること、に留意すべきである。
【００７４】
筋発生防止試験１
被覆剤の３つの実施例４、実施例１および実施例５を、表２ａおよび表２ｂに詳細を示すように、調製した。これらの実施例は各々、粗い（第１の）画分の重量に基づき２．９重量％という同じ臨界画分を有するが、粗い（第１の）画分の重量％：微細な（第２の）画分の重量％の比が異なり、したがって、臨界画分が、全耐火フィラーに基づき、それぞれ１．２１重量％、１．１４重量％および１．０７重量％と異なっている。
【００７５】
実施例１、実施例４および実施例５の被覆剤で個別に被覆した中子を用いて、筋形成防止鋳造物を生成し、比較被覆剤の比較例１および比較例２と比較した。鋳造結果を下の表４に示す。
【００７６】
【表４】
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【００７７】
結果は、被覆剤の実施例１、実施例４および実施例５の全てが、従来の抗筋被覆剤の比較例１（底筋が１００％）、および、広範な底筋および側壁筋を有する塩基性耐火塗料の比較例２と比べて、著しく低いレベルの筋欠陥（側筋および側壁筋の双方）を与えることを示している。
【００７８】
筋発生防止試験２−被覆剤浸透深さの影響
第１の（粗い）画分に基づき２．９重量％、２．９重量％および９．１重量％（全耐火フィラーの１．１重量％、１．０重量％および３．６重量％）の臨界画分を有する、被覆剤の４つの実施例１、実施例６および実施例７を、表２ａおよび表２ｂに詳細を示すように調製した。それらの処方は、同一の浸漬時間（９秒）で同様の層厚を与えるように調整した。
【００７９】
平均の吸収深さおよび上層の被覆厚さを測定した。結果を、筋発生防止鋳造試験の結果と共に、表５に示す。
【００８０】
【表５】
2013521133.tif 000008
【００８１】
結果は、最適の浸透深さは＞３ｍｍであるが、現在の技術水準の被覆剤に匹敵する有効な抗筋発生が、２．５ｍｍのオーダーの吸収深さで達成可能である、ことを示している。
【００８２】
筋発生防止試験３
似たようなレベルの臨界画分を有する被覆剤の範囲に対する微細な成分（第２の画分）の影響を評価するために、以下の表２ａおよび表２ｂに詳細を示すように、一連の被覆剤を調製した。
【００８３】
平均の吸収深さおよび上層の被覆厚さを測定した。結果を、筋発生防止鋳造試験の結果と共に、表６に示す。
【００８４】
【表６】
2013521133.tif 000009
【００８５】
結果は、酸化鉄類（赤色、黄色または組み合わせ）およびアルミノケイ酸塩フィラー（アタパルジャイトおよび焼成カオリン）で良好な抗筋発生特性が達成されることを示している−実施例１、実施例３および実施例８〜１１を参照。しかし、高レベル（微細な画分の５０重量％超）の焼成カオリン（焼成粘土）は、技術水準の被覆剤に匹敵するものの、性能が低下する結果となった（比較例４および比較例５）。これらの結果は、物理特性（棒状、球状あるいは薄片状の粒子）および化学特性（酸化鉄およびアルミノケイ酸塩）の双方が、被覆剤の吸収特性および筋形成特性に影響するかも知れないことを、示している。
【００８６】
粗い粒子の形態の影響
被覆剤の吸収特性に対する粗い粒子の形状の影響を調べるために、一連の被覆剤（実施例１２、実施例１３、比較例６および比較例７）を調製した。表２ａおよび表２ｂに詳細を示すように、実施例１２および比較例６はグラファイトを含有しており、一方、実施例１３および比較例７はモロカイトを含有している。グラファイトは、平坦な薄片様粒子形状を有しており、これに対し、モロカイトは、より３次元的な角張った粒子形状を有している。実施例１２および実施例１３が痕跡量の臨界画分を有し、比較例６および比較例７が第１の（粗い）画分に対して５０％の臨界画分を有するように、グラファイトおよびモロカイトの特定の篩画分を選択した。
【００８７】
次いで、被覆剤を使用して種類の異なる砂の一連の中子（表３に示す）を被覆し、被覆剤／砂中子の各組み合わせについて、被覆剤浸透深さを測定した。結果は、図１１に見られるように、先に観察された（図６）如く、砂の粒子サイズは吸収の量にほとんど影響しない、ことを示している。これに対し、臨界画分の量は、比較例６および比較例７よりも吸収深さの大きい実施例１２および実施例１３での吸収深さに、影響を及ぼす。結果は、被覆剤がグラファイトまたはモロカイトのトどちらを含有する場合も類似しており、粒子の形状つまり形態は臨界画分のレベルほど重要ではない、ことを示している。
【図１】
2013521133.tif 000010
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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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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【国際調査報告】
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