(57)【要約】  本発明は、アルミニウム鋳造用のフィーダを製造するための発熱性成形材料混合物であって、少なくとも、耐火性ベース成形材料と、結合剤と、成形材料混合物に対して５重量％から１８重量％の割合の酸化性金属と、酸化性金属を完全に酸化させるのに必要な酸化剤の量に対して１０重量％から５０重量％の割合の酸化剤と、酸化性金属の量に対して１５重量％から５０重量％の割合の、酸化性金属を酸化させるための点火剤とを含む、発熱性成形材料混合物に関する。発熱性成形材料混合物で作製されたフィーダは、低温でも確実に発火し、低い発熱を特長とする。したがって、このフィーダはアルミニウム鋳造に特に好適である。
2012509182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム鋳造用のフィーダを製造するための発熱性成形材料混合物であって、少なくとも、
耐火性ベース成形材料と、
結合剤と、
成形材料混合物を基準として５重量％から１８重量％の割合の酸化性金属と、
酸化性金属の完全酸化に必要な酸化剤の量を基準として１０％から５０％の割合の酸化剤と、
酸化性金属の量を基準として１５重量％から５０重量％の割合の、酸化性金属の酸化のための点火剤と
を含む、発熱性成形材料混合物。
【請求項２】
酸化性金属の酸化のための点火剤が、フッ素含有融剤である、請求項１に記載の発熱性成形材料混合物。
【請求項３】
酸化性金属の酸化のための点火剤が、マグネシウム金属である、請求項１に記載の発熱性成形材料混合物。
【請求項４】
酸化性金属が、アルミニウム、マグネシウムおよびケイ素、ならびにそれらの合金の群から選択される、請求項１から３のいずれか一項に記載の発熱性成形材料混合物。
【請求項５】
マグネシウムが、少なくとも部分的に、合金、優先的にはアルミニウム合金の形態で存在する、請求項３または４のいずれか一項に記載の発熱性成形材料混合物。
【請求項６】
酸化性金属の粒度が、０．０５μｍを超えるように選択される、請求項１から５のいずれか一項に記載の発熱性成形材料混合物。
【請求項７】
耐火性ベース成形材料が、少なくとも部分的に断熱耐火性材料で形成される、請求項１から６のいずれか一項に記載の発熱性成形材料混合物。
【請求項８】
断熱耐火性材料が、０．５ｋｇ／ｌ未満のかさ密度を有する、請求項７に記載の発熱性成形材料混合物。
【請求項９】
断熱耐火性材料が、軽石、発泡溶岩、バーミキュライト、中空ケイ酸アルミニウムミクロスフェア、および多孔質ガラス球の群から選択される、請求項７または８に記載の発熱性成形材料混合物。
【請求項１０】
耐火性ベース成形材料中の断熱耐火性材料の割合が、２０重量％を超えるように選択される、請求項７から９のいずれか一項に記載の発熱性成形材料混合物。
【請求項１１】
固体として、および成形材料混合物を基準として計算される結合剤の割合が、５重量％から５０重量％の間の割合から選択される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の発熱性成形材料混合物。
【請求項１２】
成形材料混合物が、ある割合の可燃性有機材料を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の発熱性成形材料混合物。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の発熱性成形材料混合物から製造され、燃焼中に１２５０℃未満の温度に達し、補償キャビティおよび補償キャビティを包囲するフィーダ壁を有する、アルミニウム鋳造用の発熱性フィーダであって、フィーダ壁は、少なくとも、
耐火性ベース成形材料と、
結合剤と、
フィーダの重量を基準として５重量％から１８重量％の割合の酸化性金属と、
酸化性金属の完全酸化に必要な酸化剤の量を基準として１０％から５０％の割合の酸化剤と、
酸化性金属の量を基準として１重量％から５０重量％の割合の、酸化性金属の酸化のための点火剤と
を含む、発熱性フィーダ。
【請求項１４】
請求項１３に記載の発熱性フィーダのアルミニウム鋳造のための使用。
【請求項１５】
アルミニウム鋳造のために、
補償キャビティを有する請求項１３に記載の少なくとも１つのフィーダを含む金型キャビティを有する鋳造金型を提供し、
液体アルミニウムを鋳造金型に充填し、ここで、フィーダの補償キャビティは、フィーダ体積の液体アルミニウムで充填され、
液体アルミニウムを、固化するまで放置し、ここで、液体アルミニウムは、補償キャビティから金型キャビティに吸引され、
補償キャビティから金型キャビティに吸引されたアルミニウム量は、フィーダ体積の少なくとも２５％に対応する、請求項１４に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム鋳造用のフィーダを製造するための発熱性成形材料混合物、成形材料混合物から製造されたアルミニウム鋳造用フィーダ、およびそのアルミニウム鋳造のための使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳物工場における金属鋳造物の製造中、液体金属が鋳造金型の金型キャビティに充填される。固化後、充填された金属の体積が減少する。このため、鋳造物の固化中の体積欠陥を相殺し、鋳造物の収縮孔の形成を防止するために、通常はいわゆるフィーダが鋳造金型の中または上に使用される。フィーダは、鋳造物または切迫鋳造領域に接続され、通常、金型キャビティの上または側部に配置される。フィーダは、鋳造金型の金型キャビティに接続された補償キャビティを備え、まず液体金属を収容する。後に、金型キャビティ内の金属が固化する際、鋳造物の体積欠陥を相殺するために、液体金属が再び補償キャビティから放出される。
【０００３】
金属鋳造物の製造中、まず、その形状が製造される金属鋳造物に実質的に対応するモデルが製造される。供給要素およびフィーダが、このモデルに取り付けられる。この後に、モデルは、型枠内の鋳物砂で包囲される。鋳物砂は、圧密され、続いて硬化される。硬化後、鋳造金型が型枠から取り外される。鋳造金型は、金型キャビティ、または、鋳造金型が複数の部分で構成される場合は金型キャビティの一部を備え、この金型キャビティは、製造される金属鋳造物のネガ形状に実質的に対応する。該当する場合は、鋳造金型が組み立てられた後、液体金属が鋳造金型の金型キャビティに充填される。このプロセスにおいて、フィーダの補償キャビティもまた、少なくとも部分的に液体金属で充填される。フィーダの補償体積により提供されるこのフィーダ体積は、後に鋳造物の押湯に利用可能である。流入する液体金属が金型キャビティまたは補償キャビティから空気を押し出す。空気は、鋳造金型に提供された開口を通して、または鋳造金型の多孔質部分を通して、例えばフィーダの壁を通して逃げる。したがって、一方で、液体金属の充填中に空気がフィーダから押し出され、金属がフィーダに流入することができるように、また他方で、鋳造金型の金型キャビティ内の金属の冷却および固化後に、フィーダの補償キャビティ内に真空が形成されることなく、フィーダの補償キャビティからの依然として液体の金属が、鋳造金型の金型キャビティに再び流入し得るように、フィーダは、好ましくは適切な多孔性を有する。
【０００４】
金属が補償キャビティから金型キャビティに再び流入し得るためには、フィーダの補償キャビティ内に含有される金属は、鋳造金型の金型キャビティ内の金属よりも後に固化する必要がある。
【０００５】
熱損失は、まず、そこから熱が放散し得る成形物の表面積の、成形物の体積に対する比により決定される。所与の体積では、液体金属はまず、より大きな表面積を有する成形物において固化する。したがって、フィーダの補償キャビティまたは利用されるフィーダ体積は、可能な限り小型に構成される。
【０００６】
さらに、熱損失は、液体金属を包囲する材料、すなわち鋳造金型またはフィーダの材料の断熱効果により制御される。したがって、フィーダは、好ましくは、十分長い期間、補償キャビティ内の金属が液体のままであるように、十分高い断熱効果を有する材料から構成される。この目的のため、フィーダの補償キャビティ内に含有される液体金属の熱損失が、鋳造金型の金型キャビティ内に含有される金属の熱損失よりも小さくなるように、フィーダは、鋳造金型の材料よりも高い断熱効果を有する材料で製造することができる。そのような材料は、例えば、ケイ酸アルミニウムの中空ミクロスフェアを含有する耐火性材料（＝耐熱性材料）であってもよい。中空ミクロスフェア内に閉じ込められたガスにより、そのような材料は高断熱効果を有する。フィーダの補償キャビティ内に含有される液体金属の熱損失を低減する別の可能性は、フィーダを発熱性フィーダとして設計することである。この目的のため、フィーダは、耐火性材料および結合剤の他に、可燃性金属、例えばアルミニウムグリット、および好適な酸化剤、例えば硝酸ナトリウムを追加的に含有する、成形材料混合物から製造される。高温液体金属との接触後、混合物は発火し、金属の酸化中に放出される熱を補償キャビティ内に含有される液体金属に放散する。したがって、補償キャビティまたはフィーダ体積は、発熱性フィーダにより非常に小さくなるように選択することができる。
【０００７】
押湯の間フィーダが吸引されてキャビティとならないように、すなわち、押湯プロセスの最後に適切な押湯用液体金属が依然として利用可能であるようフィーダ体積が十分大きくなるように、好適なフィーダを選択しなければならない。フィーダ体積が小さすぎると、いわゆる一次収縮孔の形成がもたらされる。しかし、フィーダはまた、フィーダ体積の液体金属が、鋳造金型の金型キャビティ内の金属よりも後に固化するように選択する必要がある。補償キャビティ内の金属が金型キャビティ内の金属よりも早く固化した場合、補償キャビティから金型キャビティに金属が進入できず、したがって鋳造物の押湯を行うことができない。これにより、いわゆる二次収縮孔の形成がもたらされる。
【０００８】
液体金属の固化は、近似的に、鋳造物またはフィーダ体積の係数により説明することができる。係数とは、熱放出表面積に対する体積の比を意味する。モジュールＭから、等式Ｔ＝Ｋ・Ｍ２を用いて固化時間Ｔを推定することができる。式中、Ｋは、使用される鋳造材料の特性定数である。したがって、第１の近似において、同じ係数を有する物体は、同じ速度で固化するということが成り立つ。考慮される物体の係数が２倍になると、固化時間は４倍になる。
【０００９】
金属の固化中、液体金属は、フィーダの補償キャビティから鋳造金型の金型キャビティに吸引される。このため、補償体積内に残存する液体金属の体積および表面積、ひいてはその係数もまた低減される。したがって、フィーダの補償キャビティ内の金属が鋳造金型の金型キャビティ内の金属よりも後に固化することを達成したい場合、押湯後にフィーダ内に残存するフィーダ残留物の係数は、鋳造物またはフィーダにより押湯が行われた鋳造物の領域の係数よりも大きい必要がある。
【００１０】
自然フィーダの場合、すなわち、補償キャビティの壁が鋳造金型の材料により形成された、鋳造金型内の単純なキャビティとして設計されたフィーダの場合、フィーダの吸引抽出能力は約１５％である。換言すると、補償キャビティに元々充填されていたフィーダ体積の１５％が、鋳造物の押湯に利用可能である。したがって、フィーダ体積は、鋳造物またはフィーダにより押湯が行われた鋳造物の領域の体積よりも大きくなることができる。
【００１１】
断熱フィーダを使用する場合、所与のフィーダ体積における係数は、より低い熱流出のため増加する、または、係数が鋳造物により予め定められている場合、フィーダ体積は低減され得る。したがって、断熱フィーダの場合、自然フィーダと比較してより高い吸引抽出能力を実現することができる。断熱フィーダの吸引抽出能力は、ほとんどの場合、元々利用可能なフィーダ体積の約２５％の範囲内で選択される。
【００１２】
所与の体積の発熱性フィーダもまた、補償キャビティ内に含有される液体金属の熱損失がフィーダの発熱性により大幅に相殺されるため、明らかにより高い係数を有する。発熱性フィーダにより、元々利用可能なフィーダ体積の約６５％という非常に高い吸引抽出能力を実現することができる。
【００１３】
ＥＰ０８８８１９９Ｂ１において、発熱特性または断熱特性を有することができ、コールドボックス法により得られるフィーダが記載されている。この目的のため、フィーダ混合物は、フィーダ鋳造金型に充填される。フィーダ混合物は、酸化性金属および酸化剤または断熱耐火性材料またはこれらの材料の混合物、ならびに効果的結合量の化学反応性コールドボックス結合剤を含む。フィーダ混合物は未硬化フィーダに成形され、次いでこれを蒸気状硬化触媒と接触させる。次いで、硬化したフィーダを鋳造金型から取り出すことができる。ケイ酸アルミニウムの中空ミクロスフェアを、断熱耐火性材料として使用することができる。そのようなケイ酸アルミニウムのミクロスフェアを使用することにより、フィーダに、低い熱伝導性、ひいては極めて顕著な断熱効果が付与される。さらに、これらのフィーダは、一方で、取扱いおよび移送が容易であり、他方で、例えばモデルを傾けた場合に容易にはモデルから外れないように、非常に低い重量を有する。
【００１４】
ＥＰ０９１３２１５Ｂ１において、フィーダおよび鋳造金型用の他の投入および供給要素を製造するための方法が記載されている。この目的のため、３８重量％未満の酸化アルミニウム含量を有するケイ酸アルミニウムの中空ミクロスフェアと、コールドボックス硬化用の結合剤と、該当する場合は、充填剤であって、繊維状形態では存在しない充填剤とを含む組成物が、型枠への吹き込みにより未硬化成形品に成形される。この未硬化成形品を好適な触媒と接触させ、これにより成形品が硬化される。次いで、硬化した成形品を型枠から取り出すことができる。この方法により得られたフィーダもまた、顕著な断熱効果および低重量を有する。
【００１５】
ＷＯ００／７３２３６Ａ２から、アルミニウムおよびマグネシウム、少なくとも１種の酸化剤、ＳｉＯ２含有充填剤、ならびに結合剤としてのケイ酸アルカリを含有する発熱性フィーダ化合物が知られている。さらに、フィーダ化合物は、少なくとも約０．５ｍ２／ｇの比表面積および約０．５μｍから８μｍの平均粒径（Ｄ５０）を有する、約２．５重量％から２０重量％の反応性酸化アルミニウムを含有する。フィーダ化合物は、フッ素含有融剤を事実上含まない。フィーダを製造するためにそのようなフィーダ化合物を使用することによって、おそらくアルカリ化合物によるＳｉＯ２含有充填剤のガラス化に起因するいわゆる「中空燃焼」が大幅に抑制され得る。
【００１６】
金属鋳造中の鋳造物内の収縮孔形成を防止できるようにするために、発熱性フィーダは、液体高温金属との接触後に確実に発火し、次いで制御された様式で均一に燃焼する必要がある。当面、これは鉄またはスチール鋳造用に開発されたフィーダで確実に対応されている。鉄またはスチール鋳造中、液体金属がフィーダを点火するのに十分に高温であるように、温度は１３００℃から１６００℃の範囲内にある。さらに、液体高温金属との接触後にフィーダの点火が確実に生じ、フィーダの補償キャビティ内に含有される金属が液体状態のままとなる温度が達成されるよう酸化プロセスが十分強力であるように、十分大量の酸化性金属および酸化剤がフィーダ製造用の成形材料混合物に添加され得る。通常、そのようなフィーダは、フィーダが製造される原材料の重量を基準として、２０重量％から３３重量％の間の酸化性金属および５重量％から２５重量％の間の酸化剤を含有する。
【００１７】
アルミニウムの鋳造に関して、現在まで、工業規模で確実に使用することができる発熱性フィーダは提供されていない。アルミニウムは、約６００℃から８００℃の範囲内の温度で鋳造される。鉄またはスチールの鋳造用に開発された発熱性フィーダがアルミニウムの鋳造に使用された場合、液体アルミニウムの低い温度に起因して、これらのフィーダは、点火されないか、または点火が達成された場合、極度の熱を発生する。したがって、アルミニウムが沸騰し始め、鋳造物中にガスが封入されるか、または構造欠陥が形成される危険性がある。しかしながら、酸化反応、ひいては発熱を減退させるために、フィーダを製造するための成形材料混合物中の酸化性金属および酸化剤の量を単純に低減した場合、フィーダは、確実に点火されないか、または点火完了後に均一および確実に燃焼しないため、補償キャビティ内に含有されるアルミニウムを液体状態に維持するために適切な熱量が再現可能に提供されることが確実にはならない。
【００１８】
したがって、現在まで、自然フィーダ、すなわち発熱特性を有さず、単にその断熱効果によって補償容器内のアルミニウムの固化を遅延させるフィーダのみが、工業的に行われているアルミニウム鋳造において使用されている。収縮孔の形成をフィーダの補償体積に確実にシフトさせるため、および適切な量の液体アルミニウムが鋳造金型の金型キャビティに再び流入し得ることを確実とするためには、これらのフィーダは、非常に大きく設計する必要がある。鋳造時、フィーダの補償キャビティ内に含有される液体アルミニウムは、次いで補償キャビティの壁から補償キャビティの中央に向かって徐々に固化する。補償キャビティから鋳造金型の金型キャビティへの液体アルミニウムの補充流により収縮孔が形成される点は、ほぼ制御不能である。最も好ましくない場合において、収縮孔はまた、補償キャビティおよび金型キャビティの近くに、またはその間の接続部に形成する可能性があり、その結果鋳造物は使い物にならなくなる。
【００１９】
フィーダ内に配置された大容量の補償キャビティによって、鋳造中、非常に大量の液体アルミニウムが鋳造金型に充填される必要がある。したがって、鋳造後、大量のアルミニウムがフィーダの補償キャビティ内に残存する。最も好ましくない場合において、フィーダ残留物の体積は、鋳造物の体積よりも大きくなり得る。鋳造時、液体アルミニウムの過半量が、次いでフィーダの補償キャビティを充填するために使用される。鋳造金型またはフィーダを取り外した後、比較的大きなフィーダ残留物が鋳造物上に残存するが、これを除去し、次いで再利用のために再び溶融する必要がある。そうするには、比較的大量のエネルギーが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】ＥＰ０８８８１９９Ｂ１
【特許文献２】ＥＰ０９１３２１５Ｂ１
【特許文献３】ＷＯ００／７３２３６Ａ２
【特許文献４】ＵＳ３，４０９，５７９
【特許文献５】ＵＳ４，５２６，２１９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
したがって、本発明は、より好ましくはアルミニウム鋳造のために鋳造物の確実な押湯を可能とするフィーダを製造することができる、フィーダを製造するための成形材料混合物を利用可能とするという目的に基づく。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この目的は、特許請求項１の特徴を有する、アルミニウム鋳造用のフィーダを製造するための成形材料混合物により解決される。本発明による成形材料混合物の有利な実施形態は、従属請求項の主題である。
【００２３】
驚くべきことに、酸化性金属の酸化のための点火剤の添加、およびその量の慎重な調節、ならびに酸化剤の量の不均衡な低減により、フィーダの点火後に、酸化性金属の酸化、ひいては発熱が、非常に低いレベルで制御可能に行われ得る一方で、それでもフィーダの制御された点火および制御された燃焼が達成されるように、酸化性金属の量を低下させることができることが見出された。これにより、フィーダは、１２５０℃未満、好ましくは１１５０℃未満、より好ましくは１０５０℃未満に維持され得る最高温度に達する。そのような温度では、アルミニウムがその沸点を超えて加熱され、したがって鋳造物中にガスの封入および構造欠陥がもたらされることを心配する必要がない。フィーダの内部の温度は、例えば、フィーダの補償キャビティの中央に設置された熱電対を用いて決定することができる。フィーダが空気中で点火された場合、鋳造金型内に一体化された、すなわち砂に包囲されたフィーダと比較して、若干高い温度が得られる。本発明者らは、これは空気との改善された近接性に起因すると考えている。空気中での燃焼時の測定温度は、鋳造金型内に一体化されたフィーダの場合より約５０％から１００％高い。しかし、空気中で燃焼した場合であっても、測定最高温度は、上述した範囲内に維持される。
【００２４】
準化学量論的量の添加される酸化剤による金属の酸化は、燃焼よりも赤熱に似ている。それにもかかわらず、フィーダは再現可能に点火することができ、酸化が時期尚早に消滅するか、または個々の局所的な最高温度がフィーダ本体内に形成されることなく、フィーダの酸化がフィーダ本体を通して均一に進行する。
【００２５】
点火剤の使用は、酸化性金属の活性化をもたらす。酸化性金属は、表面上に形成する酸化物薄層により不動態化されている。点火剤により、酸化物層は、例えば、光沢金属が表面上に露出するように少なくとも部分的にエッチングされ、ひいては破壊され得る。この光沢金属は、非常に容易に酸化され得るため、酸化性金属の酸化が開始し、フィーダが発火する。しかしながら、金属鋳造の条件下で非常に容易に発火し、一方で酸化性金属を点火し得る熱をプロセス中に放散する材料もまた、点火剤として使用することができる。ここで、点火剤は、まず点火剤自身を点火し、結果として酸化性金属の酸化を開始させる。
【００２６】
アルミニウム鋳造に好適な比較的低い温度レベルでのフィーダの均一な発熱により、フィーダの補償キャビティ内のアルミニウムは、長期間液体状態に維持され得る。このため、金型キャビティ内のアルミニウムが固化する一方で、フィーダの補償キャビティから鋳造金型の金型キャビティにアルミニウムが再び流動し得る。これにより、補償キャビティ内のアルミニウムの固化後の収縮孔の形成は、補償キャビティと金型キャビティとの間の接続部から外れた場所で、制御された様式で生じるため、鋳造欠陥は確実に防止できる。酸化の発熱性、およびその結果アルミニウムを補償キャビティ内で液体状態に維持する可能性により、フィーダまたは補償キャビティは、現在まで通例的である自然フィーダと比較して、大幅に低減され得る。したがって、鋳造後に鋳造物上に残存するフィーダ残留物は実質的により小さくなり、このため、再利用時にフィーダ残留物の溶融に必要とされるエネルギーの量は、従来の通例的方法の場合より少ない。
【００２７】
したがって、本発明によれば、アルミニウム鋳造用のフィーダを製造するための発熱性成形材料混合物であって、少なくとも、
−耐火性ベース成形材料と、
−結合剤と、
−成形材料混合物を基準として５重量％から１８重量％の割合の酸化性金属と、
−酸化性金属の完全酸化に必要な酸化剤の量を基準として１０％から５０％の割合の酸化剤と、
−酸化性金属の量を基準として１重量％から５０重量％の割合の、酸化性金属の酸化のための点火剤と
を含む、発熱性成形材料混合物が利用可能となる。
【００２８】
本発明による成形材料混合物を生成するために、材料は、フィーダの製造についてすでに知られているようにそれ自体で使用される。しかしながら、材料は、酸化または発熱が制御され、一貫して非常に低いレベルに維持され得るように、特別な様式で適合する割合で使用される。
【００２９】
したがって、成形材料混合物は、まず、耐火性ベース成形材料を含む。耐火性ベース成形材料は、本発明による成形材料混合物から製造されたフィーダが点火後に達する温度を大幅に超える融点を有する。優先的には、耐火性ベース成形材料の融点は、好ましくはフィーダの最高温度より少なくとも２００℃、好ましくは少なくとも５００℃高い。好ましくは、耐火性ベース成形材料は、少なくとも１３００℃、好ましくは少なくとも１５００℃の融点を有する。一実施形態によれば、３０００℃未満の融点を有する耐火性ベース成形材料が、さらなる実施形態によれば、２７００℃未満の融点を有する耐火性ベース成形材料が使用される。好適な耐火性ベース成形材料は、例えば、石英、ケイ酸アルミニウム、または酸化ジルコニウム砂である。さらに、合成的に生成されたムライト（Ａｌ２ＳｉＯ５）等の耐火性充填剤も使用できる。耐火性ベース成形材料の選択において、そもそも制限はない。耐火性ベース成形材料は、ベース成形材料から製造されたフィーダが、鋳造プロセス中に揮発性化合物が逃げることができるよう十分高い多孔性を有するように、適切な粒径を有するべきである。好ましくは、耐火性ベース成形材料の少なくとも７０重量％、より好ましくは少なくとも８０重量％が、１００μｍ以上の粒径を有する。耐火性ベース成形材料の平均粒径Ｄ５０は、優先的には、１００μｍから３５０μｍの間であるべきである。粒径は、例えば、篩分析により決定することができる。
【００３０】
成形材料混合物中の耐火性ベース成形材料の割合は、優先的には、１０重量％から７５重量％、好ましくは４０重量％から７０重量％の範囲内で選択される。
【００３１】
さらに、本発明による成形材料混合物は、耐火性ベース成形材料の粒子間の強固な接着が確立されるように、それにより成形材料混合物が成形後に固化し得る結合剤を含む。結合剤の量は、成形材料混合物から製造されたフィーダの適切な寸法安定性を保証し得るように、十分多く選択される。基本的に、フィーダの製造において通例的である結合剤をすべて使用することができる。
【００３２】
したがって、本発明による成形材料混合物において、有機および無機結合剤の両方を使用することができ、その硬化は、低温または高温法により達成され得る。この場合、低温法とは、成形材料混合物を加熱することなく室温で実質的に実行することができる方法を意味する。硬化は、ほとんどの場合、例えば、ガス状触媒が硬化される成形材料混合物を通して伝導することで、または、液体触媒が成形材料混合物に添加されることで誘発され得る化学反応により達成される。高温法では、例えば結合剤中に含有される溶媒を排除するために、または架橋により結合剤が硬化される化学反応を開始させるために、成形材料混合物が成形後十分高い温度に加熱される。
【００３３】
コールドボックス結合剤、すなわち触媒を添加することにより低温法で硬化される結合剤を使用する場合、この結合剤は、好ましくは、アミンにより活性化されるフェノールウレタン樹脂、ＳＯ２により活性化され得るエポキシアクリル樹脂、ＣＯ２またはギ酸メチルにより活性化され得るアルカリフェノール樹脂、およびＣＯ２により活性化され得る水ガラスの群から選択される。そのようなコールドボックス結合剤は、当業者に知られている。そのような結合剤系は、例えば、ＵＳ３，４０９，５７９またはＵＳ４，５２６，２１９に記載されている。しかしながら、例えばデキストリン、サルファイト廃液または塩結合剤等の他の結合剤も使用することができる。
【００３４】
ポリウレタン系の結合剤は、一般に２つの成分で構成され、第１の成分は、フェノール樹脂を含有し、第２の成分はポリイソシアネートを含有する。
【００３５】
これらの２つの成分は、耐火性ベース成形材料と混合し、成形材料混合物は、ラミング、吹き込み、シューティングまたは別の方法により成形し、圧密し、その後硬化させる。触媒が成形材料混合物に導入される方法に依存して、「ポリウレタンノーベーク法」と「ポリウレタンコールドボックス法」とが区別される。
【００３６】
ポリウレタンノーベーク法では、液体触媒、一般には液体第３級アミンが、金型に入れられ硬化される前の成形材料混合物に導入される。成形材料混合物を生成するために、フェノール樹脂、ポリイソシアネートおよび硬化触媒が、耐火性ベース成形材料と混合される。ここで、例えば、耐火性ベース成形材料がまず結合剤の成分とともに封入され、次いで他の成分が添加されるという手順が可能である。硬化触媒は成分の１つに添加される。準備された調製後の成形材料混合物は、成形材料混合物が十分に長く塑性変形されフィーダに加工され得るように、適切に長い加工時間を有する必要がある。この目的のため、貯蔵容器または供給ライン内で成形材料混合物の硬化がまだ生じないように、重合はそれに対応して緩やかに生じる必要がある。一方、フィーダの製造中十分高い処理量を達成するために、硬化は過度に緩やかに生じてはならない。加工時間は、例えば、成形材料混合物の硬化を遅らせる遅延剤の添加により影響され得る。好適な遅延剤は、例えば、塩化酸化リンである。
【００３７】
ポリウレタンコールドボックス法では、耐火性ベース成形材料、ポリオール成分、ポリイソシアネート成分および該当する場合には添加剤から生成される成形材料混合物が、まず触媒なしで金型に入れられる。その後、該当する場合には不活性キャリアガスとブレンドされいてもよいガス状第３級アミンが、フィーダに成形された成形材料混合物を通して伝導される。ガス状触媒と接触すると、結合剤が非常に急速に硬化するため、フィーダの製造中に高い処理量が達成される。
【００３８】
好ましくは、本発明による成形材料混合物において無機結合剤が使用される。
【００３９】
好ましい実施形態によれば、発熱性成形材料混合物中の結合剤として、水ガラスが使用される。結合剤としての水ガラスの使用は、フィーダの燃焼の際、有機結合剤を使用した場合よりも煙の発生が低いという利点を有する。これにより、鋳造中に放出される有害な成分への暴露、および臭気への暴露が低減される。水ガラスとしては、鋳物業の成形材料混合物中の結合剤としてすでに使用されているもの等、通例的な水ガラスを使用することができる。これらの水ガラスは、溶解したケイ酸ナトリウムまたはケイ酸カリウムを含有し、ガラス様カリウムおよびケイ酸ナトリウムを水に溶解することにより生成され得る。水ガラスは、優先的には、２．０から３．５の範囲内の係数Ｍ２Ｏ／ＳｉＯ２（式中、Ｍは、ナトリウムおよび／またはカリウムを表す）を有する。水ガラスは、優先的には、２０重量％から５５重量％の範囲内の固体割合を有する。さらに、固体水ガラスもまたフィーダの製造に使用することができる。いずれの場合も、フィーダの製造のための成形質量における割合として、水ガラスの固体割合のみが考慮される。
【００４０】
結合剤を希釈するための溶媒を考慮することなく、乾燥成形材料混合物を基準として、乾燥状態において計算される結合剤の割合は、好ましくは、５重量％から５０重量％の間、特に好ましくは８重量％から４０重量％の間、より好ましくは１０重量％から２０重量％の範囲内で選択される。
【００４１】
さらなる割合として、本発明による成形材料混合物は、酸化性金属を含む。ここでもまた、発熱性フィーダの製造にこれまですでに使用されているすべての酸化性金属を使用することができる。金属は、フィーダが液体アルミニウムとの接触後に確実に点火され得るように、酸化剤との反応に対し十分な反応性を有するべきである。
【００４２】
本発明によれば、成形材料混合物中の酸化性金属の割合は、鉄およびスチール鋳造用フィーダに比べ比較的低い発熱しか生じず、成形材料混合物から製造されたフィーダが、好ましくは１２５０℃未満の温度までしか加熱されないように、比較的低く維持される。成形材料混合物中の酸化性金属の割合は、成形材料混合物の重量を基準として、わずか５重量％から１８重量％、優先的には８重量％から１５重量％、好ましくは９重量％から１４重量％を占める。鉄およびスチール鋳造用のフィーダと比較して、これは非常に低い。そのような鉄およびスチール鋳造用のフィーダは、２０重量％から３３重量％の範囲内の酸化性金属含量を有する。パーセンテージの詳細は、例えば結合剤の溶媒を介して成形材料混合物中に導入される溶媒の割合を含まない成形材料混合物に関連する。
【００４３】
さらに、成形材料混合物は、フィーダの点火後に酸化性金属を酸化させる酸化剤を含有する。酸化剤として、酸化鉄および／または硝酸ナトリウムもしくは硝酸カリウム等の硝酸アルカリを使用することができる。
【００４４】
成形材料混合物において、酸化剤は、極めて準化学量論的に使用される。その結果、酸化を完全に進行させるためには空気中の酸素が追加的に酸化性金属に移動する必要があるため、酸化性金属の酸化は非常に緩やかとなる。したがって、酸化中に生じる発熱はさらに抑制される。酸化性金属の完全酸化のための酸化剤の量を基準とする酸化剤の割合は、１０％から５０％、優先的には１５％から３５％、より好ましくは２０％から３０％の範囲内で選択される。
【００４５】
成形材料混合物の重量を基準として、この割合は、使用される酸化剤に依存する。好ましくは、成形材料混合物中の酸化剤の割合は、３重量％から２０重量％、優先的には５重量％から１８重量％、特に好ましくは７重量％から１５重量％の範囲内で選択される。
【００４６】
さらに、本発明による成形材料混合物は、酸化性金属の酸化のための点火剤を含有する。本発明による成形材料混合物の開発中、本発明者らは、酸化性金属の粒子が酸化物薄層により不動態化されているという考えから出発した。したがって、酸化性金属がその表面上に形成された酸化物層により受ける不動態化を克服し得る任意の材料が点火剤として、好適である。したがって、点火剤が不動態化酸化物層の破壊をもたらすため、光沢酸化性金属が露出する。この目的のため、点火剤は、酸化物薄層と反応することができ、この薄層は、例えば、酸化性金属の連続的な不動態化をもたらさない化合物、または、酸化剤をより透過することができる化合物に還元または変換される。したがって、酸化性金属上に存在する不動態化層は、まずそのような点火剤によりエッチングされ得る。そのような点火剤は、例えば、アルミニウム等の酸化性金属の不動態化層と反応する、臭素またはヨウ素等のハロゲンであってもよい。しかしながら、点火剤はまた、酸化性金属よりも酸化され易く、また酸化中、酸化性金属が少なくとも部分的に溶融し、その結果不動態化層が開裂され得るような十分高い発熱を示す材料であってもよい。
【００４７】
使用される酸化性金属の量を基準として、点火剤は、１５重量％から３０重量％、優先的には２５重量％から４０重量％、好ましくは３０重量％から３５重量％の割合で使用される。
【００４８】
成形材料混合物の重量を基準として、点火剤の割合は、好ましくは、１重量％を超える、優先的には２重量％を超える、特に好ましくは３重量％を超える、またさらなる実施形態によれば４重量％を超えるように選択される。酸化性金属の活性化を達成するためには、一実施形態によれば、点火剤の割合が１５重量％未満、優先的には１２重量％未満、好ましくは９重量％未満に選択されれば十分である。
【００４９】
本発明による成形材料混合物の特別な組成により、点火後に、好ましくは１２５０℃未満、さらに好ましくは１１５０℃未満の最高温度を有する温度プロファイルを再現可能に形成するフィーダを製造することができ、燃焼は均一に制御された様式で生じる。一方で、燃焼後のフィーダは、優先的には６００℃を超える、好ましくは７００℃を超える温度に達するため、関連した鋳造金型の金型キャビティ内のアルミニウムが固化するまではフィーダキャビティ内のアルミニウムが液体状態に維持される。本発明による成形材料混合物から製造されたフィーダの補償キャビティ内に含有されるアルミニウムは、鋳造物の押湯が制御および再現可能な条件下で生じるように、確実に液体状態に維持され得る。したがって、成形材料混合物から、所与のフィーダ体積において自然フィーダもしくは断熱フィーダよりも高い係数を有する、または所定の係数においてより小さいフィーダ体積を有するフィーダが製造され得る。
【００５０】
第１の実施形態によれば、酸化性金属の酸化のための点火剤は、まず酸化性金属の不動態化された表面をエッチングすることができるエッチング剤である。この場合、エッチング剤とは、不動態化層が破壊されて酸化性金属の反応性または点火性が増加するように、酸化性金属の不動態化層、一般には酸化物フィルムと反応し得る化合物を意味する。
【００５１】
好ましくは、フッ素含有融剤を点火剤として使用する。フッ素含有融剤の割合は、ヘキサフルオロアルミン酸ナトリウムとして計算される。
【００５２】
一般に、発熱性フィーダの製造中に使用されるすべてのフッ素含有融剤を使用することができる。好適なフッ素含有融剤は、例えば、ヘキサフルオロアルミン酸ナトリウム、ヘキサフルオロアルミン酸カリウム、フッ化ナトリウムおよびフッ化カリウムである。高い割合のフッ素含有融剤により、低い点火温度および本発明による発熱性成形材料混合物の均一な燃焼が達成される。
【００５３】
第２の実施形態によれば、点火剤としてマグネシウムを使用する。マグネシウム金属は、比較的容易に点火することができ、酸化中高い発熱を示す。
【００５４】
成形材料混合物を基準とした発熱性成形材料混合物中のマグネシウムの割合は、好ましくは少なくとも３重量％、特に好ましくは少なくとも５重量％である。マグネシウムの割合が低すぎると、混合物の点火性に対する影響が極めて低い。マグネシウム金属は、任意の形態で使用することができる。好ましくは、マグネシウムは、微細グリットの形態で使用されるが、これは、微細グリットは成形材料混合物内に極めて均一に分散させることができるためである。
【００５５】
マグネシウム金属は、純粋な形態で使用することができる。しかしながら、合金の形態、例えば酸化性金属との合金、例えばアルミニウム−マグネシウム合金の形態のマグネシウムを使用することも可能である。合金中のマグネシウムの微細な分布により、フィーダの補償キャビティへの液体アルミニウムの流入後に、成形材料混合物または成形材料混合物から製造されたフィーダの制御された点火が達成されるように、合金の点火温度を低下させることができる。好ましくは、合金中のマグネシウムの割合は、３０重量％を超えるように、好ましくは４０重量％を超えるように、特に好ましくは５０重量％から８０重量％の範囲内で選択される。
【００５６】
本発明による成形材料混合物において使用される酸化性金属は、好ましくは、アルミニウム、マグネシウムおよびケイ素、ならびにそれらの合金の群から選択される。上述した金属または合金は、それぞれ、単体で、または混合物として使用することができる。
【００５７】
一実施形態によれば、酸化性金属および点火剤の両方が、マグネシウムで形成されてもよい。しかしながら、マグネシウムは、例えばアルミニウムよりも利用しにくいため、好ましくはアルミニウムが酸化性金属として選択される。マグネシウムは、好ましくは点火剤として使用され、酸化性金属としてはより好ましくない。
【００５８】
酸化性金属は、好ましくは、点火後にフィーダの一様な加熱が生じるように、発熱性成形材料混合物中に均一に分布して存在するべきである。したがって、酸化性金属は、好ましくは、粉末または微細粒子またはグリットの形態で成形材料混合物中に組み込まれる。しかしながら、さもなくば金属粒子が過度に大きな反応性に曝される可能性があり、また酸化性金属の酸化が過度に急速に進行するため、酸化性金属は過度に微細に分布した形態で存在するべきではない。好ましくは、酸化性金属の粒度は、０．０５μｍを超える、特に好ましくは０．１μｍを超えるように選択される。一方、鋳造プロセスにわたるフィーダの均一な発熱が確実ではなくなるため、粒度は、好ましくは、過度に大きく選択されるべきではない。好ましくは、酸化性金属の粒度は、１ｍｍ未満、優先的には０．８ｍｍ未満、特に好ましくは０．５ｍｍ未満の粒度で選択される。酸化性金属の粒度は、通例的な手段により、例えば篩分析を用いて決定することができる。
【００５９】
マグネシウムが点火剤として使用される場合、マグネシウムグリットの粒度は、酸化性金属に関して上述した範囲内で選択される。
【００６０】
フィーダまたは補償キャビティ内に含有される液体アルミニウムの熱損失を可能な限り低く維持するために、フィーダは、好ましくは、成形材料混合物が断熱効果を有するように具現化される。この目的のため、一実施形態による耐火性ベース成形材料は、少なくとも部分的に断熱耐火性材料から形成される。断熱耐火性材料とは、ケイ砂よりも熱伝導性が低い耐火性ベース成形材料を意味する。好適な断熱耐火性材料は、例えば、軽石、中空ガラス球、耐火粘土、軽量球体、雲母、粘土、フライアッシュ、発泡材料、開放細孔セラミックおよびそれに匹敵する材料である。特に好ましくは、熱伝導性の低い断熱耐火性材料が、本発明による発熱性成形材料混合物において使用される。優先的には、断熱耐火性材料の熱伝導率は、０．０４〜０．２５Ｗ／ｍＫ、好ましくは０．０７〜０．２Ｗ／ｍＫに達する。熱伝導率は、ＡＳＴＭ−Ｃ−１１１３に準拠するＴ（Ｒ）−法に従い、通例的なデバイスにより、例えばＴＣＴ４２６熱伝導性試験機により決定することができる、
【００６１】
したがって、本発明による発熱性成形材料混合物の耐火性ベース成形材料は、好ましくは、キャビティを有し、キャビティ内に閉じ込められたガスが極めて断熱性である少なくとも１つの割合の断熱耐火性材料を含む。一実施形態によれば、断熱耐火性材料としての発熱性成形材料混合物は、ある割合の耐火性中空ミクロスフェアを含む。これらの中空ミクロスフェアは、ガス充填されたキャビティを閉じ込める連続した外側膜を有する。膜は、好ましくは、ケイ酸アルミニウムで構築される。中空ミクロスフェアは、優先的には３ｍｍ未満、特に好ましくは１ｍｍ未満の直径を有する。中空ミクロスフェアの壁厚は、優先的には、中空ミクロスフェアの直径の５％から２０％である。そのようなミクロスフェアは、例えば、工場において燃焼排ガスから分離されるフライアッシュから得ることができる。中空ケイ酸アルミニウムミクロスフェアの組成は、広い範囲内で変動し得る。好ましくは、中空ミクロスフェアの重量を基準としてＡｌ２Ｏ３として、計算されるアルミニウム割合は、２０％から７５％、優先的には２５％から４０％の間である。耐火性ベース成形材料中の中空ミクロスフェアの割合は、優先的には、３０重量％を超えるように、好ましくは４０重量％を超えるように、特に好ましくは６０重量％から９５重量％の範囲内で、より好ましくは６５重量％から９０重量％の範囲内で選択される。０％から２５％のアルミニウム含量を有する中空ガラス球もまた使用することができる。
【００６２】
さらなる好ましい実施形態によれば、本発明による成形材料混合物は、断熱耐火性材料として、少なくとも比例的に、開放細孔構造を有する多孔質耐火性材料を含む。開放細孔構造により、補償キャビティ内の空気が、液体アルミニウムが進入したらほぼ妨害されることなく逃げることができるように、または、押湯中に液体アルミニウムが再び補償キャビティから流出する際にほぼ妨害されることなく再び補償キャビティ内に流入することができるように、フィーダには非常に良好なガス透過性が付与される。
【００６３】
連続開放細孔構造を有する多孔質耐火性材料は、粒子の体積全体に延在するスポンジ様構造を有する耐火性材料を意味する。そのような開放細孔構造は、例えば、該当する場合には顕微鏡により拡大して、粒子の研磨試料の画像上で確認することができる。上述の中空ミクロスフェアでは、単一の「細孔」はいずれの場合もほぼ気密性の膜で包囲され、中空ミクロスフェアのキャビティと周囲との間の単純なガス交換は不可能であるが、開放細孔多孔質耐火性材料では、個々の細孔と周囲とのガス交換を可能とする通路が横断している。多孔質開放細孔材料の全体積内の細孔の割合は、優先的には非常に高い。好ましくは、多孔質耐火性材料は、多孔質耐火性材料の全体積を基準として、少なくとも５０％、優先的には少なくとも６０％、より好ましくは少なくとも６５％の細孔容積を有する。細孔容積は、例えば、水銀圧入により決定することができる。
【００６４】
好適な多孔質耐火性材料は、例えば、軽石、膨張スレート、パーライト、バーミキュライト、ボイラーサンド、発泡溶岩、多孔質ガラス球または発泡コンクリート、およびそれらの混合物である。
【００６５】
本発明による発熱性成形材料混合物中に含有される開放細孔構造を有する多孔質耐火性材料は、一実施形態によれば、優先的には、０．５ｇ／ｍｌ未満、優先的には０．４ｇ／ｍｌ、特に好ましくは０．０５ｇ／ｍｌから０．４ｇ／ｍｌの密度を有する。これに関して、密度とは、かさ密度を意味する。したがって、ある割合の断熱耐火性材料を含む本発明による発熱性成形材料混合物から製造されたフィーダは、低重量を有利に有する。フィーダは、例えば、モデル上に装着することができ、その低重量のため、モデルまたは金型が回転された際に落ちることがない。
【００６６】
耐火性ベース成形材料は、完全にまたは部分的に断熱耐火性材料から形成することができる。すべての例示的なより断熱性の低い耐火性ベース成形材料についてはすでに述べられている。断熱耐火性材料と混合され得る好適な耐火性ベース成形材料の例は、ケイ砂である。優先的には、耐火性ベース成形材料中の断熱耐火性材料の割合は、２０重量％を超える、好ましくは３０重量％を超える、より好ましくは４０重量％を超えるように選択される。耐火性ベース成形材料中の断熱耐火性材料の割合が、８０重量％未満、好ましくは７０重量％未満、特に好ましくは６０重量％未満に優先的に選択されると、適切な断熱効果がすでに達成される。
【００６７】
本発明による発熱性成形材料混合物は、優先的には、少なくとも１５０、優先的には２００を超える、より好ましくは３００を超えるガス透過率を有する。ガス透過率は、鋳物業において通例的な成形物または鋳物砂の多孔性に関する特性量である。ガス透過率は、Ｇｅｏｒｇ  Ｆｉｓｃｈｅｒ  ＡＧ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｃｈａｆｆｈａｕｓｅｎ、Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）製の機器を使用して、所定の形状を有する検体に対して決定される。ガス透過性の決定については、実施例と共に説明する。
【００６８】
一実施形態によれば、開放細孔構造を有する多孔質耐火性材料として、軽石が使用される。軽石は天然に存在するテクタイトであり、すなわち、検出可能な結晶がない非晶質構造を実質的に有する。軽石は、最大約０．３ｇ／ｃｍ３という低い比重を有する。軽石は、最大８５％という非常に高い細孔容積を有する。その高い多孔性により、軽石は、非常に高いガス透過性を有する。
【００６９】
軽石として、好適な粒度まで粉砕された天然源からの材料が優先的に使用される。粉砕された軽石の粒度は、優先的には、１．５ｍｍ未満、特に好ましくは１ｍｍ未満に達する。粒度は、例えば、篩分けまたは空気分級により調節することができる。
【００７０】
さらなる好適な断熱耐火性材料は、多孔質ガラス球である。粒度は、優先的には、０．１ｍｍから１ｍｍに達する。かさ密度は、優先的には、２００ｋｇ／ｍ３から５００ｋｇ／ｍ３の範囲内である。
【００７１】
耐火性ベース成形材料に加えて、本発明による発熱性成形材料混合物は、一実施形態によれば、ある割合の反応性酸化アルミニウムを含有し得る。反応性酸化アルミニウムは、好ましくは、以下の特性を有する：
Ａｌ２Ｏ３含量          ＞９０％
ＯＨ基含量            ＜５％
比表面積（ＢＥＴ）    １ｍ２／ｇから１０ｍ２／ｇ
平均粒径（Ｄ５０）      ０．５μｍから１５μｍ
【００７２】
成形材料混合物への反応性酸化アルミニウムの添加により、成形材料混合物から製造されたフィーダの強度を改善することができる。
【００７３】
反応性酸化アルミニウムは、優先的には、発熱性成形材料混合物の重量を基準として、本発明による成形材料混合物中に、２重量％を超える、優先的には５重量％を超える割合で存在する。
【００７４】
耐火性ベース成形材料が、断熱耐火性材料から比例的に形成される場合、発熱性成形材料混合物はさらに、優先的には比較的低いＳｉＯ２含量を有する耐火性充填剤を含み得る。優先的には、耐火性充填剤は、６０重量％未満、好ましくは５０重量％未満、特に好ましくは４０重量％未満のＳｉＯ２含量を有する。低い割合のＳｉＯ２により、ガラス化のリスクが打ち消され、その結果鋳造欠陥を回避することができる。一実施形態によれば、本発明による発熱性成形材料混合物は、混合物成分としていかなるＳｉＯ２も含有せず、換言すれば例えばケイ砂を含まない。したがって、成形材料混合物中に含有されるＳｉＯ２含量は、優先的には、ケイ酸アルミニウム等の結合形態で存在する。
【００７５】
特に好ましくは、耐火性充填剤は、耐火粘土から少なくとも比例的に形成される。耐火粘土は、約１５００℃の温度まで寸法安定性を有する、高度に焼成された（二重焼成された）粘土である。非晶質割合に加えて、耐火粘土は、結晶性段階ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）およびクリストバライト（ＳｉＯ２）を含有し得る。耐火粘土も同様に、好ましくは、１．５ｍｍ未満、優先的には１ｍｍ未満の粒度まで粉砕される。耐火粘土により、本発明による発熱性成形材料混合物から製造されたフィーダには、非常に高い耐温度性および強度が付与される。
【００７６】
好ましくは、耐火性充填剤中の耐火粘土の割合は高く選択される。好ましくは、耐火粘土の割合は、耐火性充填剤の重量を基準として、少なくとも５０重量％、より好ましくは少なくとも６０重量％、とりわけ特に好ましくは少なくとも７０重量％である。特に好ましい実施形態において、耐火性充填剤は、実質的に耐火粘土のみから形成される。耐火粘土は、好ましくは、粉砕された形態で発熱性成形材料混合物中に含有される。この場合、粒度は、好ましくは１．５ｍｍ未満、特に好ましくは１ｍｍ未満に達する。
【００７７】
耐火粘土は、好ましくは、高い割合の酸化アルミニウムを有する。好ましくは、粘土は、少なくとも３０重量％、より好ましくは少なくとも３５重量％、とりわけ特に好ましくは少なくとも４０重量％の酸化アルミニウムを含有する。酸化アルミニウムは、好ましくは、ケイ酸アルミニウムの形態で存在する。
【００７８】
耐火性充填剤の割合は、発熱性成形材料混合物の重量を基準として、好ましくは５重量％から６０重量％の間、特に好ましくは８重量％から５０重量％の間である。耐火性充填剤の割合は、軽石および反応性酸化アルミニウムの割合を含まない。
【００７９】
すでに述べた成分の他に、本発明による成形材料混合物は、通例的な量の他の成分をさらに含有し得る。したがって、例えば木粉等の有機材料が含まれ得る。有利には、有機材料は、例えば水ガラス等のいかなる液体成分も吸収しない形態で存在する。発熱性成形材料混合物の生成中、細孔が閉鎖されるように、木粉はまず、この目的で水ガラス等の好適な材料で封止され得る。有機材料の存在により、補償キャビティの壁との最初の接触後の液体アルミニウムの冷却がさらに低下される。
【００８０】
木粉等の有機材料が発熱性成形材料混合物中に含有される場合、そのような有機材料は、発熱性成形材料混合物を基準として、５重量％から２０重量％、好ましくは８重量％から１２重量％の割合で含有される。
【００８１】
上述の発熱性成形材料混合物から製造されたフィーダは、点火後、比較的低い発熱しか示さず、結果的にそのようなフィーダの補償キャビティ内に配置された液体アルミニウムを高温まで加熱せず、アルミニウムの沸騰が防止されるため、特にアルミニウム鋳造に好適である。このため、鋳造物中のガスの封入および鋳造物の結晶構造の屈曲が効果的に抑制される。
【００８２】
結果的に、本発明はまた、上述のような発熱性成形材料混合物から製造されたアルミニウム鋳造用フィーダに関する。フィーダは、燃焼後、１２５０℃未満、好ましくは１１５０℃未満、優先的には１０５０℃未満の温度に達する。フィーダの補償キャビティ内に存在するアルミニウムを十分な期間液体状態に維持するためには、フィーダは、燃焼後、優先的には、６００℃を超える、好ましくは７００℃を超える温度に達する。
【００８３】
本発明によるアルミニウム鋳造用発熱性フィーダは、補償キャビティおよび補償キャビティを包囲するフィーダ壁を備え、フィーダ壁は、少なくとも、
−耐火性ベース成形材料と、
−結合剤と、
−フィーダ壁の重量を基準として５重量％から１８重量％の割合の酸化性金属と、
−酸化性金属の完全酸化に必要な酸化剤の量を基準として１０％から５０％の割合の酸化剤と、
−酸化性金属の量を基準として１５％から５０％の割合の、酸化性金属の酸化のための点火剤と
を含有する材料で構築される。
【００８４】
本発明によるアルミニウム鋳造用発熱性フィーダは、原則的に、フィーダとしての任意の知られた形態をとり得る。したがって、「フィーダ」という用語は、本明細書において使用される場合、例えばフィーダスリーブ、すなわち両側が開いた略円筒形の管、キャップ、すなわち片側が閉じた略円筒形の管、さらに一般的な意味でのフィーダもまた含む。フィーダは、鋳造金型に挿入可能であってもよく、または鋳造金型に成形されてもよい。したがって、本発明に関するフィーダは、補償キャビティを閉じ込めるフィーダ壁を有する成形物を意味し、補償キャビティは、片側または両側が開いていてもよい。補償キャビティは、金属の鋳造中、液体金属を収容し、鋳造物の固化中、前記液体金属を部分的に再び放出する。残留フィーダとは、鋳造プロセスの後、フィーダの補償キャビティ内に残存して固化し、鋳造物に接続した固化金属を意味する。
【００８５】
フィーダの個々の成分および有利な実施形態は、本発明による発熱性成形材料混合物の説明とともにすでに説明した。説明の対応する一節を参照されたい。
【００８６】
本発明によるアルミニウム鋳造用発熱性フィーダは、原則的には、鉄またはスチール鋳造等の金属鋳造に関して知られたもの等の任意の形態をとり得る。フィーダは、１つまたは複数の部品で具現化され得るが、フィーダ全体が、またはフィーダの一部のみが本発明による発熱性成形材料混合物から製造されていてもよい。したがって、フィーダは、発熱性成形材料混合物から製造されたフィーダヘッドを備えてもよく、一方移動可能なスリーブがフィーダヘッド内に挿入されていてもよく、これによりフィーダヘッド内に含有される補償キャビティと鋳造金型の金型キャビティとの間の接続が確立される。フィーダは、モデル上に直接設置できるような形態に設計され得る。しかしながら、次いでその上に本発明によるフィーダが装着されるスプリングマンドレルの受容部を提供することも可能である。
【００８７】
アルミニウム鋳造において従来使用されていたフィーダとは対照的に、本発明による発熱性フィーダは、実質的により小さく具現化することができる。したがって、フィーダの内部の補償キャビティは、その中に収容されるアルミニウムの量がフィーダの発熱特性により鋳造中に液体状態に維持されるため、比較的小さく具現化することができる。
【００８８】
原則的に、本発明によるフィーダは、任意のサイズおよび任意の壁厚で具現化することができる。したがって、以下で言及される寸法の詳細は例示的である。
【００８９】
補償キャビティの体積は、製造される鋳造物のサイズ、および鋳造物がアルミニウムの固化中に受ける収縮量の関数として選択される。一実施形態によれば、フィーダの外体積、すなわち、フィーダの外壁、または、複数部品による実施形態の場合はフィーダヘッドの外壁により区切られる体積は、３０００ｃｍ３未満、さらなる実施形態によれば２５００ｃｍ３未満、さらなる実施形態によれば１０００ｃｍ３未満である。しかし、３０００ｃｍ３を超える外体積を有する本発明によるフィーダもまた提供することができる。一実施形態によれば、フィーダの外体積は、２５０ｃｍ３を超えるように選択される。
【００９０】
本発明によるフィーダの最大壁厚は、一実施形態によれば、１５ｃｍ未満、さらなる実施形態によれば８ｃｍ未満、さらなる実施形態によれば４ｃｍ未満に達する。しかしながら、１５ｃｍを超える厚さに達する最大壁厚を有する本発明によるフィーダを提供することも可能である。一実施形態によれば、最大壁厚は、０．５ｃｍを超える、さらなる実施形態によれば１ｃｍを超えるように選択される。最大壁厚は、補償キャビティを包囲するフィーダ壁の最も厚い点に対応し、いずれの場合でも、外壁と内壁との間の最短距離が測定される。
【００９１】
フィーダのサイズおよびその寸法の選択は、考慮される鋳造物に大きく依存する。しかしながら、当業者は、その特別な知識に基づき、該当する場合は予備試験を含めて、好適に採寸されたフィーダを選択することができる。
【００９２】
自然フィーダ、すなわち、単にケイ砂等の通例的な耐火性ベース成形材料から製造されるフィーダと比較して、鋳造物の押湯のためにフィーダの補償キャビティ内に収容されるアルミニウムの量は、最大８０％低減され得る。
【００９３】
本発明によるフィーダは、原則的に、通例的な方法に従い製造する。まず、上述の発熱性成形材料混合物を生成する。この発熱性成形材料混合物を、ブランクに組み込み、例えば、発熱性成形材料混合物を、コアシュータ内で圧縮空気を用いて好適な形状に打ち出す。好ましい耐火性ベース成形材料、および発熱性成形材料混合物の追加成分は、本発明による発熱性成形材料混合物の説明に関連してすでに説明した。好適な結合剤もまた、発熱性成形材料混合物の説明においてすでに説明した。特に好ましくは、結合剤として水ガラスを使用する。
【００９４】
フィーダの製造中に結合剤として水ガラスを使用する場合、発熱性成形材料混合物の硬化は、通例的な方法により行われる。硬化は、フィーダのブランクを通して二酸化炭素を伝達させることにより行うことができ、硬化は、好ましくは室温で生じる。しかし、フィーダのブランクを、例えば１２０℃から２００℃の温度まで加熱することも可能である。硬化を加速させるために、高温空気をフィーダのブランクを通して導入することもできる。吹き込む空気の温度は、優先的には１００℃から１８０℃、特に好ましくは１２０℃から１５０℃に達する。第１の硬化後、例えば炉内で、またはマイクロ波放射への暴露により、フィーダをさらに乾燥させてもよい。
【００９５】
他の結合剤、例えば有機結合剤を使用する場合、フィーダの成形後の発熱性成形材料混合物の硬化は、同様に一般的方法により達成される。したがって、コールドボックス結合剤を使用する場合、例えば、フィーダに成形された発熱性成形材料混合物を通してガス状第３級アミンを導入することができる。
【００９６】
硬化後、フィーダを成形ツールから取り外すことができる。硬化は、完全であってよく、または、取り外した後に例えば熱の効果により後硬化が行われるように、部分的にのみ生じてもよい。
【００９７】
本発明によるフィーダは、アルミニウム鋳造に好適である。したがって、本発明は、さらに、上述のフィーダのアルミニウム鋳造のための使用に関する。ここで、フィーダは、鋳造金型に付着しているか、通例的な様式で鋳造金型に導入される。鋳造金型の完了後、アルミニウムの鋳造が通例的な様式で行われる。
【００９８】
好ましくは、本発明による発熱性フィーダは、まず、金型キャビティを有する鋳造金型が提供される様式で、アルミニウム鋳造に使用される。鋳造金型は、上述したような、また補償キャビティを備える少なくとも１種のフィーダを備える。
【００９９】
これに従い、液体アルミニウムは、少なくとも鋳造金型の金型キャビティおよびフィーダのフィーダ体積が液体アルミニウムで充填されるように、鋳造金型に充填される。フィーダ体積は、フィーダの補償キャビティの体積に最大限に対応し、押湯の開始時に補償キャビティ内に提供されるアルミニウムの量に対応する。ほとんどの場合、フィーダ体積は、補償キャビティの体積よりも小さく選択され、優先的には補償キャビティの体積の９５％未満、好ましくは９０％未満の体積から選択される。好ましくは、補償キャビティの体積の少なくとも５０％が、フィーダ体積として使用される。
【０１００】
フィーダは、フィーダの補償キャビティ内に流入する液体アルミニウムを介して点火される。
【０１０１】
液体アルミニウムは、固化するまで放置され、アルミニウムは、まず鋳造金型の金型キャビティ内で固化する。このプロセスにおいて、固化中に生じる収縮を埋め合わせるために、液体アルミニウムがフィーダの補償キャビティから鋳造金型の金型キャビティに吸引される。
【０１０２】
フィーダの発熱特性により、フィーダは高い係数を有し、または補償キャビティの体積を比較的小さく選択することができ、フィーダ体積の高い割合を押湯に利用することができる。本発明によるフィーダを使用することにより、優先的にはフィーダ体積の少なくとも２５％、好ましくは少なくとも３０％、特に好ましくは少なくとも４０％、より好ましくは少なくとも５０％が鋳造物の押湯に利用され、これはすなわちフィーダの補償キャビティから鋳造金型の金型キャビティに移送される液体アルミニウムの対応する量である。ほとんどの場合、補償キャビティの全体積を押湯に利用することはできないため、残留フィーダが鋳造物上に残存する。一実施形態によれば、フィーダ体積の９０％未満が押湯に利用される。
【０１０３】
以下において、実施例および同封の図面を用いて本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明によるフィーダの長手方向の断面図である。
【図２】本発明によるフィーダのさらなる実施形態の長手方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０１０５】
図１は、本発明によるフィーダの長手方向の断面図を示す。フィーダ１は、管形状を有する。フィーダ壁２は、非常に低い割合の酸化性金属、酸化性金属の量と比較して準化学量論的に選択される割合の酸化剤、および比較的高い割合のフッ素含有融剤を特徴とする、耐火性成形材料混合物から構築される。フィーダ壁２は、補償開口４側に周囲に対し開いた補償キャビティ３を包囲する。補償開口４により、鋳造金型（図示せず）の金型キャビティへの接続が確立される。補償開口４の反対側に配されて位置する端部に、通気開口５が位置する。示されたフィーダの実施形態における補償開口４の直径は、フィーダが円錐形状を有するように、通気開口５の直径よりも大きく選択される。しかしながら、フィーダが管の形状をとるように、補償開口４および通気開口５の直径を等しく設計することも可能である。そのようなフィーダの内径は、例えば８ｃｍに達してもよく、またフィーダ壁の壁厚は３ｃｍ、フィーダの高さは１５ｃｍであってもよい。
【０１０６】
本発明によるフィーダのさらなる実施形態を、図２に示す。フィーダ６は、液体アルミニウムの熱損失を低減するために補償キャビティ３が頂部方向において閉鎖されるように、フィーダ壁７により包囲された補償キャビティ３を備える。フィーダ６は、２つの部品で構築され、フィーダ基部８およびフィーダ蓋９を備える。フィーダ基部８およびフィーダ蓋９は一体となってフィーダ壁を形成し、これが補償キャビティ３を包囲する。フィーダ蓋９の中央には、スプリングマンドレル１１の先端を収容するための隙間１０が提供されている。フィーダ基部８には補償開口４が提供され、これにより、補償キャビティ３から図示されていない鋳造金型の金型キャビティへの接続が確立される。フィーダ基部８およびフィーダ蓋９は両方とも、低い含量の酸化性金属、金属の完全酸化に必要な量と比較して準化学量論的に使用される酸化剤、および高い割合のフッ素含有融剤を特徴とする、本発明による成形材料混合物から製造される。図２に示されるフィーダの直径は、その最も幅の広い点で約１５ｃｍである。高さは、約２０ｃｍに達する。フィーダ蓋９の壁厚は、約２ｃｍに達する。
【０１０７】
分析方法：
比表面積の決定：
ＤＩＮ６６１３１に従い、Ｍｉｋｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製完全自動窒素ポロシメータ、タイプＡＳＡＰ２０１０でＢＥＴ表面積を決定する。
【０１０８】
細孔容積：
細孔容積は、ＤＩＮ６６１３３に従い、水銀ポロシメトリーにより決定する。
【０１０９】
平均粒径（ｄ５０）：
平均粒径は、Ｍａｌｖｅｒｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ＧｍｂＨ（Ｈｅｒｒｅｎｂｅｒｇ、ＤＥ）製Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ  Ｓにおいて、製造者の説明に従いレーザ回折により決定した。
【０１１０】
元素分析：
分析は、材料の完全分解に基づく。固体の溶解後、例えばＩＣＰ等の従来の特定の分析法を使用して、個々の割合を分析し定量する。
【０１１１】
かさ密度の決定：
粉末状多孔質耐火性材料を、１０００ｍｌ標線で切り取った事前に秤量された１０００ｍｌガラスシリンダに、１工程で充填する。注ぎ口を拭き取り、シリンダの外側に付着した材料を除去したら、シリンダを再び秤量する。重量の増加は密度に対応する。
【０１１２】
ガス透過性の決定：
ａ）検体の作製：
約０．３ｍｍの平均粒度に設定された試験される多孔質耐火性材料約１００ｇを、約２分間、水ガラス２０ｇとともに混合器内で混合する（固体含量約３０％、係数ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ約２．５）。５０ｍｍの内径を有するスリーブに混合物を充填する。スリーブを、Ｇｅｏｒｇ−Ｆｉｓｃｈｅｒラムに挿入する。３回の衝撃により、混合物をラム内で圧密する。圧密成形化合物を有するスリーブをラムから取り出し、スリーブの開いた端部から成形化合物に二酸化炭素をそれぞれ約３秒吹き込むことで、成形化合物を硬化させる。次いで、硬化された検体をスリーブから押し出すことができる。検体を押し出したら、その高さを測定する。これは、５０ｍｍに達するはずである。検体が所望の高さを有さない場合は、成形化合物の量を調節してさらに検体を作製する必要がある。その後、重量が一定となるまで検体を炉内で１８０℃で乾燥させる。
【０１１３】
ｂ）ガス透過性試験：
ガス透過性の試験は、Ｇｅｏｒｇ−Ｆｉｓｃｈｅｒ  Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ（８２０１  Ｓｃｈａｆｆｈａｕｓｅｎ、Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）製透過性試験装置タイプＰＤＵを用いて行う。
【０１１４】
（ａ）において説明したように生成された検体を装置の精密検体管に挿入し、検体と検体管との間の間隙を密封する。検体管を試験装置に挿入し、ガス透過率Ｇｄを決定する。ガス透過率Ｇｄは、１ｃｍ水柱の圧力下で何ｃｍ３の空気が、１分以内に１ｃｍ２の断面積を有する立方体または円筒を通過するかを示す。ガス透過率は、以下のように計算する。
Ｇｄ＝（Ｑ・ｈ）／（Ｆ・ｐ・ｔ）
式中の文字は以下の意味を有する：
Ｇｄ：ガス透過率
Ｑ：流通空気の体積（２０００ｃｍ３）；
ｈ：検体の高さ
Ｆ：検体の断面積（１９．６３ｃｍ２）；
ｐ：圧力（ｃｍ水柱）；
ｔ：空気２０００ｃｍ３の流通時間（分）。
ｐおよびｔが決定されるが、他のすべての値は、試験機器により決定される定数である。
【実施例１】
【０１１５】
以下の組成の成形材料混合物から、管状フィーダを製造した。
【０１１６】
【表１】
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【０１１７】
成形材料混合物を室温である形状に打ち出し、二酸化炭素を通過させることによりそこで９０秒間硬化させた。この後に、フィーダブランクを炉内で１８０度で５時間乾燥させた。長さ１５０ｍｍ、外径５９ｍｍおよび内径４０ｍｍの管状フィーダが得られた。
【０１１８】
フィーダのうちの１つを、ホットプレート上に短時間置くことによりその下端に点火した。点火後、フィーダを粘土スラブ上に置いた。酸化フロントは底部からフィーダにわたり均一に移動した。酸化フロントがフィーダにわたり移動したら、補償キャビティの内部の温度は約１１５０℃と決定された。
【０１１９】
それぞれの場合において、フィーダを鋳造金型に設置し、アルミニウム鋳造物を製造した。アルミニウム鋳造物として、一辺の長さが１５ｃｍの立方体を製造した。鋳造物の冷却後、鋳造金型を取り外し、残留フィーダを叩き落した。破断点を研削して整えた。鋳造物をＸ線検査した。この間、鋳造物内に収縮孔は観察されなかった。さらに、鋳造物上の送り込み点を顕微鏡により検査した。結晶の不規則性または鋳造封入物は検出されなかった。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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