(57)【要約】【課題】溶湯の温度が１０００℃以上の高温の鋳鉄鋳物において焼き付きの発生を抑制する。【解決手段】塗型剤は、耐火性基材、懸濁剤、粘結剤、溶剤を含有し、耐火性基材は、炭化ケイ素を３５〜７０重量％含有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火性基材、懸濁剤、粘結剤、溶剤を含有し、前記耐火性基材は、炭化ケイ素を３５〜７０重量含有することを特徴とする塗型剤。
【請求項２】
前記耐火性基材は、炭化ケイ素以外の耐火性基材として、黒鉛及びマイカを含有する請求項１に記載の塗型剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗型剤に係り、詳しくは鋳鉄鋳物の焼き付き防止に好適な塗型剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造において、製品の形状や材質によって、砂型と鋳物製品が焼付現象を起こすことはよく知られている。「焼付」とは、鋳型を構成する砂粒子と砂粒子との隙間に金属溶湯が侵入し、凝固することによって発生する現象のことで、なかにはショットブラスト処理を行っても除去できない場合もある。この「焼付」が発生しやすい条件としては、金属溶湯が酸化されて、砂粒子との濡れがよくなり、砂粒子間に溶湯が滲み込んでしまうことが挙げられる。
【０００３】
「焼付」を防ぐため、図３に示すように、中子３１の表面に塗型剤を塗布して塗型（膜）３２を形成し、金属溶湯が砂粒子３３の間に侵入しないようにする方法がある。塗型３２の基材としては、例えば、マグネシア、ジルコン、アルミナ、オリビン、シリカ、タルク、マイカ（雲母）、コークス、黒鉛、ムライトなどの耐火性基材が挙げられる。
【０００４】
また、従来、反応ガスによる欠陥を防止する鋳型及び中子用のコーティング化合物として、キャリア液体と、少なくとも１つの還元剤と、を含むコーティングが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１では、鋳型が塗型でコートされると、還元剤によって鋳型と溶融金属の間の境界面上に還元条件が創出され、それによってガス形成が抑制され、金属内への閉じ込めガス量がより低下するとしている。還元剤として、金属ケイ素、有機ケイ素化合物、金属アルミニウム、または炭酸アンモニウム、尿素、メラミンもしくはメラミン樹脂などのアンモニア放出手段が挙げられている。そして、炭素含有化合物は、好ましくは、還元剤として使用され、炭素の割合が非常に高いものが特に好ましい。炭素含有化合物は、特に好ましくは、炭素含量がＣとして計算して７０重量％超、特に好ましくは、８０重量％超であると記載され、ポリスチレン及びポリスチレンのコポリマーが好ましいと記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１０−５２４６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図４（ａ）に示すように、塗型３２と溶湯３４が接触している状態で、溶湯３４が酸化すると、図４（ｂ）に示すように、接触角θが低下するが、塗型３２の材質が還元性を有している場合は、塗型３２が酸化された溶湯３４を還元するため、接触角θを高く維持することができる。前述した一般的な塗型の基材のうち、黒鉛は還元機能を有する。しかし、黒鉛は６００〜１０００℃で酸化して二酸化炭素となってしまうため、溶湯の温度が１３００〜１４００℃となる鋳鉄鋳物の場合は、溶湯を還元する力がない。このことは、黒鉛の熱重量分析において、６００〜１０００℃の範囲にわたって重量減少が生じていることからも裏付けられる。
【０００７】
特許文献１には、還元剤の使用目的として、溶融物に対する界面でのガスの形成を大幅に抑制し、鋳物の外表面におけるピンホールの形成を抑制することは記載されている。そして、炭素含有量が多い炭素含有化合物が還元剤として好ましく、ポリスチレン及びポリスチレンのコポリマーが好ましいと記載されている。しかし、本願が問題としている１０００度以上での還元に関しては何ら記載されていない。
【０００８】
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、溶湯の温度が１０００℃以上の高温の鋳鉄鋳物において焼き付きの発生を抑制することができる塗型剤を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する塗型剤は、耐火性基材、懸濁剤、粘結剤、溶剤を含有し、前記耐火性基材は、炭化ケイ素を３５〜７０重量％含有する。この構成の塗型剤を塗布して形成された塗型を有する鋳型を使用した場合は、溶湯の温度が１０００℃以上の高温、例えば、溶湯の温度が１３００〜１４００℃の鋳鉄の鋳造において、溶湯の酸化された部分が塗型表面と接触すると、酸化された部分が還元されて、塗型との接触角が高い状態に維持される。その結果、溶湯が塗型の耐火性基材の粒子間に侵入することが抑制される。したがって、溶湯の温度が１０００℃以上の高温の鋳鉄鋳物において焼き付きの発生を抑制することができる。
【００１０】
前記耐火性基材は、炭化ケイ素以外の耐火性基材として、黒鉛及びマイカを含有することが好ましい。黒鉛は溶湯との接触角がもともと高い。そのため、炭化ケイ素以外の耐火性基材として黒鉛を含有すると、溶湯が塗型の耐火性基材の粒子間に侵入し難くなる。また、初期の溶湯の酸化された部分に対する還元作用を良好に行うことができる。また、マイカを含有すると、塗型膜の形成を助け、溶湯と鋳型とを分離しやすくする。したがって、塗型と溶湯との接触角を高く維持することができ、溶湯の温度が１０００℃以上の高温の鋳鉄鋳物において焼き付きの発生を良好に抑制することができる利点がある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、溶湯の温度が１０００℃以上の高温の鋳鉄鋳物において焼き付きの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】黒鉛塗型とＳｉＣ塗型における溶湯の接触角の時間変化を示すグラフ。
【図２】塗型剤の評価結果を示す表。
【図３】溶湯が中子の砂粒間に侵入するのを防ぐ塗型の作用を示す模式図。
【図４】（ａ）は溶湯が酸化される前の塗型に対する接触角を示す模式図、（ｂ）は溶湯が酸化された状態での塗型に対する接触角を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を具体化した一実施形態を説明する。
塗型剤は、耐火性基材、懸濁剤、粘結剤、溶剤を含有し、耐火性基材は、炭化ケイ素を３５〜７０重量％含有する。
【００１４】
耐火性基材は、炭化ケイ素を除いた成分として、例えば、シリカ、アルミナ、ムライト、ジルコン、マグネシア、オリビン、雲母（マイカ）、黒鉛、蝋石、タルクから選択された１種以上の成分を含む。
【００１５】
懸濁剤は、例えば、粘度鉱物（モンモリロナイト系粘土、セピオライト、アタパルジャイト、木節粘土等）、及び有機増粘剤（カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、アラビアガム、アルギン酸ソーダ、等）から選択された１種以上の成分を含む。懸濁剤は、耐火性骨材１００重量部に対して、０．１〜１５重量部含有される。
【００１６】
粘結剤は、フェノール樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂及びそれらのエマルジョン、ロジン、ロジン変性樹脂から選択された１種以上の成分を含む。粘結剤は、耐火性骨材１００重量部に対して、０．１〜５重量部含有される。
【００１７】
添加剤は、例えば、着色剤、沈降防止剤、防腐剤等が使用される。添加剤は、耐火性骨材１００重量部に対して、０．１〜１０重量部含有される。
溶剤は、例えば、水、メチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチルアルコール等が単独あるいは混合されて使用される。溶剤の含有量は、塗型剤を塗布して形成された塗型の膜厚を得るために適した塗型剤の粘度によって決められるが、例えば、耐火性骨材１００重量部に対して、１２０〜４８０重量部である。
【００１８】
塗型剤は、保存時においては溶媒濃度が低い状態（粘度が高い状態）で保存され、使用時（塗布時）に適正な粘度が得られるように、溶媒で希釈して使用される。使用時の濃度は、例えば、２５〜６５ボーメである。
【００１９】
この塗型剤の耐火性基材は、炭化ケイ素を３５〜７０重量％含有する。炭化ケイ素は還元機能を備え、かつ、黒鉛に比べて耐熱性が高く、黒鉛と異なり１０００℃以上、例えば、鋳鉄鋳物を製造する際の１３００〜１４００℃の鋳造温度においても、酸化された溶湯と接触すると、酸化された溶湯を還元することができる。そのため、鉄の溶湯の一部が酸化されても、酸化された鉄が塗型の表面と接触すると、塗型に含まれる炭化ケイ素の還元機能によって還元される。そのため、図４（ａ）に示すように、溶湯３４の塗型３２の表面に対する接触角θが高く（大きく）維持され、溶湯３４が塗型３２内に侵入し難くなる。その結果、焼き付きが発生し難くなる。
【００２０】
黒鉛の場合は、高温において酸素と反応すると、二酸化炭素（気体）になって塗型から離脱してしまうが、炭化ケイ素のケイ素の部分は、酸素と反応しても固体の二酸化ケイ素となり、黒鉛のように塗型から離脱することはない。
【００２１】
図１に、黒鉛を耐火性基材の主成分とし炭化ケイ素を含まない塗型（黒鉛塗型）と、耐火性基材の成分として炭化ケイ素を３４．７重量％含む塗型（ＳｉＣ塗型）において、窒素雰囲気で溶湯が塗型に接触した状態から、窒素雰囲気に酸素が導入された場合の、溶湯（溶融鉄）の接触角の変化を示す。図１から、ＳｉＣ塗型は黒鉛塗型に比べて接触角の低下が遅れ、溶湯が酸化され難いことが確認される。
【実施例】
【００２２】
黒鉛及びマイカが混合された耐火性基材に、炭化ケイ素の混合割合を変更して形成された塗型剤を砂中子の表面に塗布して塗型を形成し、鋳物重量：１０ｋｇ、材料：ＦＣ２００、注湯温度：１４２５℃で鋳造を行った。塗布は、塗型剤の溶液に３秒間ディップすることで行った。鋳造品は、２５×２５×１２０（ｍｍ）の大きさの中子を用いて鋳造した。鋳造後、中子に対する焼き付き状態を観察した。焼き付き状態の観察は、中子を切断して、基材への浸透深さ、塗型膜の膜厚を測定した。また、表面観察及び焼着重量の測定も行った。
【００２３】
砂中子は、砂と公知のバインダ樹脂（例えば、フェノール樹脂）とからなり、砂の平均粒子径は、１００〜３００μｍである。
塗型剤は、耐火性基材１００重量部、懸濁剤９重量部、粘結剤１重量部、添加剤４重量部、水４７重量部を混練して調整し、耐火性基材１００重量部のうちで炭化ケイ素の占める割合を変更して各試料を調整した。
【００２４】
黒鉛の平均粒子径は、例えば、１〜１５０μｍ、マイカの平均粒子径は、例えば、１〜１５０μｍ、炭化ケイ素の平均粒子径は、例えば、１〜１５０μｍである。
塗型剤は、塗型の膜厚０．２ｍｍを目標に、濃度を２０〜６０ボーメに調整した。
【００２５】
また、有機ケイ素であっても炭化ケイ素以外の有機ケイ素を使用した場合は、焼き付き抑制効果が無いことを示す例として、試料９で、有機ケイ素としてシリコンレジンを使用した。
【００２６】
結果を図２の表に示す。なお、表において、試料９におけるＳｉＣ％（３７．０）は、シリコンレジンにモル比でＳｉ：Ｃ：Ｏ：Ｈ＝１：１：１．５：３で含まれているＳｉ、Ｃ、Ｏ、Ｈの量からシリコンレジンをＳｉＣに換算した値であり、シリコンレジンとしては５９％含有されている。また、試料１０におけるＳｉＣ％（１１．４）は、エチルシリケートにモル比でＳｉ：Ｃ：Ｏ：Ｈ＝１：８：４：２０で含まれているＳｉ、Ｃ、Ｏ、Ｈの量からエチルシリケートをＳｉＣに換算した値であり、エチルシリケートとしては５９％含有されている。
【００２７】
なお、結果（評価）の欄の○は合格を意味し、×は不合格、△は不十分を意味する。不十分の試料では焼着重量が合格の試料の２．３倍以上、不合格の試料では、焼着重量が合格の試料の５倍以上であった。
【００２８】
図２の表から、実験で得られた膜厚の差及び浸透深さの差程度では、膜厚の差及び浸透深さの差は、結果にあまり影響しないと考えられる。そして、試料４〜試料７の結果から、耐火性基材中のＳｉＣの量が、３５〜７０重量％の場合に、焼き付きの発生を抑制することが確認される。
【００２９】
また、耐火性基材が炭化ケイ素に代えてシリコンレジンを有機ケイ素として含有する試料９の場合は、シリコンレジンの含有量を炭化ケイ素に換算した値が、炭化ケイ素であれば焼き付き発生の抑制効果が合格となる含有量である３７．０％であっても、不合格となった。また、耐火性基材が炭化ケイ素に代えてエチルシリケートを有機ケイ素として含有する試料１０の場合は、エチルシリケートの含有量を炭化ケイ素に換算した値が１１．４％で、エチルシリケートとしては５９％含有されている場合であっても、不合格となった。即ち、塗型剤を構成する耐火性基材として、有機ケイ素を含有するだけでは、焼き付きの発生を抑制することはできず、有機ケイ素として炭化ケイ素を所定の割合含有した場合に、焼き付きの発生を抑制することが確認された。
【００３０】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）塗型剤は、耐火性基材、懸濁剤、粘結剤、溶剤を含有し、耐火性基材として炭化ケイ素を３５〜７０重量％含有する。この構成によれば、溶湯の温度が１０００℃以上の高温の鋳鉄鋳物において焼き付きの発生を抑制することができる。
【００３１】
（２）耐火性基材は、炭化ケイ素以外の耐火性基材として、黒鉛及びマイカを含有する。黒鉛は溶湯との接触角がもともと高く、溶湯が塗型の耐火性基材の粒子間に侵入し難くなる。また、黒鉛は炭化ケイ素の還元作用により酸化されにくい。マイカは塗型膜の形成を助け、溶湯と鋳型の分離の一助となる。そのため、この構成によれば、塗型と溶湯との接触角を高く維持することができる。
【００３２】
実施形態は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  塗型剤は、耐火性基材、懸濁剤、粘結剤、溶剤の他に、添加剤を含んでもよい。添加剤としては、例えば、着色剤、沈降防止剤、防腐剤等が使用される。
【００３３】
○  塗型剤を構成する耐火性基材は、炭化ケイ素以外の耐火性基材として、黒鉛及びマイカの混合物に限らない。例えば、黒鉛及びマイカを含まずに、実施形態で挙げた成分で構成してよい。
【符号の説明】
【００３４】
３２…塗型、３４…溶湯。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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