JP4535397B2 - 鋳物砂および鋳造用鋳型 - Google Patents

Description

この発明は鋳込み重量１０ｔ以上の大型鋳鋼品の鋳造に好適であり、鋳造時の焼着を大幅に低減できる鋳物砂および鋳造用鋳型に関するものである。

鋳鋼品分野では、鋳込み重量が数ｋｇ〜数十ｋｇの製品では鋳込み温度の低い鋳鉄と同様天然珪砂が使用されているが、数百ｋｇ〜数ｔの製品では耐火度の高い人工砂が使用されている。耐火度の高い人工砂を使用する理由の一つとして焼着の低減が挙げられる。焼着は鋳物砂の軟化あるいは溶融による溶鋼と鋳物砂の製品への付着あるいは鋳物砂の間隙に溶鋼が浸透して鋳物砂が製品に付着する現象であり、製品への焼着の低減方法として一般的に先述のように耐火度の高い鋳物砂を使用したり、より粒径の小さい砂を使用したりすることが挙げられる。さらに焼着を防止する手段として、特許文献１〜３に示されるように鋳物砂の耐火度の改善や粒の形状、平均粒径を調整する方法や、特許文献４及び５に示されるように鋳型に塗布する塗型材の成分を最適化することで低減する方法が提案されている。
特開２００６−２１２６５０号公報 特開２００７−０２９９７０号公報 特開２００７−１１１７３９号公報 特開２００６−１８１５７９号公報 特開２００６−１９８６７７号公報

しかし１０ｔ以上の鋳鋼品では人工砂でも焼着防止効果は十分ではなく、特に狭隘部では焼着が発生しやすい。焼着が発生すると手入れ作業の増大、製造工程の延長など生産性が悪化する上、チッピングやグラインダの多用により作業性も悪化する。上記各特許文献の方法でも焼着防止には十分ではない。

本発明はこれらの背景をもとになされたものであり、大型鋳鋼品の焼着を効果的に防止することができる鋳物砂および鋳造用鋳型を提供することを目的とする。

本発明は上記のように大型鋳鋼品の焼着を防止すべく、なだらかな粒度分布となるように調整した人工砂を使用し、塗型材の浸透性を改善し、実質的な塗型層厚さを厚くすることで焼着を防止するものである。

すなわち、本発明の鋳物砂のうち、第１の本発明は、質量比において、４０メッシュのふるいを通過し５０メッシュのふるい上に残留する砂、５０メッシュのふるいを通過し１００メッシュのふるい上に残留する砂および１００メッシュのふるいを通過し１４０メッシュのふるい上に残留する砂の割合の合計が８０％以上であり、４０メッシュのふるいを通過し５０メッシュのふるい上に残留する前記砂および１００メッシュのふるいを通過し１４０メッシュのふるい上に残留する前記砂の割合がそれぞれ１０％以上であり、５０メッシュのふるいを通過し１００メッシュのふるい上に残留する前記砂の割合が５０〜６０％である粒度分布を有する人工砂からなり、該人工砂としてムライト系またはアルミナ系人工砂の一方または両方を含むことを特徴とする。

第２の本発明の鋳物砂は、前記第１の本発明において、前記人工砂は、質量比において、４０メッシュのふるい上に残留する砂および１４０メッシュのふるいを通過する砂の割合がそれぞれ１０％以下であることを特徴とする。

第３の本発明の鋳物砂は、前記第１または第２の本発明において、５０メッシュのふるいを通過し１００メッシュのふるい上に残留する前記砂のうち、、５０メッシュのふるいを通過し７０メッシュのふるい上に残留する砂の割合が質量比において３０〜４０％であることを特徴とする。

第４の本発明の鋳造用鋳型は、前記第１〜第３の本発明のいずれかの鋳物砂によって構成される鋳造用鋳型であって、鋳込み質量１０ｔ以上の大型鋳鋼品に適用することを特徴とする。

本発明によれば、上記のようになだらかな粒度分布によって塗型の浸透性が改善される。 以下に、本発明で規定する粒度分布の理由について説明する。

４０メッシュのふるいを通過し５０メッシュのふるい上に残留する砂、５０メッシュのふるいを通過し１００メッシュのふるい上に残留する砂および１００メッシュのふるいを通過し１４０メッシュのふるい上に残留する砂の割合の合計：８０％以上
これらの粒度を８０％以上とすることで、所定の範囲内で粒度が分布している人工砂が得られ、不揃いな分布を回避する。なお、５０メッシュのふるいを通過し１００メッシュのふるい上に残留する砂は、例えば、５０メッシュのふるいを通過し７０メッシュのふるい上に残留する砂と７０メッシュのふるいを通過し１００メッシュのふるい上に残留する砂とによって構成することができる。

また、４０メッシュのふるいを通過し５０メッシュのふるい上に残留する前記砂および１００メッシュのふるいを通過し１４０メッシュのふるい上に残留する前記砂の割合をそれぞれ１０％以上、かつ５０メッシュのふるいを通過し１００メッシュのふるい上に残留する前記砂の割合を５０〜６０％することで、なだらかな粒度分布が得られる。
さらに、４０メッシュのふるい上に残留する砂の割合を１０％以下とするのが望ましい。これにより砂粒間が広くなりすぎて塗型材が浸透しすぎるのを回避する。塗型材が浸透しすぎると、塗型材の乾燥が不十分になり、ガス欠陥が発生する危険性が高くなる。また、１４０メッシュを通過する粒度の砂は１０％以下とするのが望ましい。該砂が１０％を超えて含まれていると、砂粒間が狭くなりすぎて塗型材が十分に浸透せず、塗型の効果が十分に発揮されないので、該粒度の砂は１０％以下とする。

さらに、５０メッシュのふるいを通過し１００メッシュのふるい上に残留する砂のうち、５０メッシュのふるいを通過し７０メッシュのふるい上に残留する前記砂が３０〜４０％の割合で含まれていると、全体の粒度分布のバランスがよくなり、鋳型全体の砂粒間を均一にすることができ、塗型の浸透深さのばらつきを小さくすることができる。上記粒度の砂が４０％を超えると、５０メッシュのふるいを通過し１００メッシュのふるい上に残留する前記砂の残部、例えば７０メッシュのふるいを通過し１００メッシュのふるい上に残留する砂が少なくなることになり、バランスが悪くなる。

また、砂粒間を均一にするため、鋳物砂には人工的に製造された球形に近い人工砂がよく、耐火度を考慮するとアルミナ系またはムライト系の人工砂が望ましい。

以上説明したように、本発明の鋳物砂によれば、質量比において、４０メッシュのふるいを通過し５０メッシュのふるい上に残留する砂、５０メッシュのふるいを通過し１００メッシュのふるい上に残留する砂および１００メッシュのふるいを通過し１４０メッシュのふるい上に残留する砂の割合の合計が８０％以上であり、４０メッシュのふるいを通過し５０メッシュのふるい上に残留する前記砂および１００メッシュのふるいを通過し１４０メッシュのふるい上に残留する前記砂の割合がそれぞれ１０％以上であり、５０メッシュのふるいを通過し１００メッシュのふるい上に残留する前記砂の割合が５０〜６０％である粒度分布を有する人工砂からなり、該人工砂としてムライト系またはアルミナ系人工砂の一方または両方を含むので、粒度分布がなだらかになり、適当な塗型材の浸透性により、鋳造時の焼着が改善され、鋳込み質量１０ｔ以上の大型鋳鋼品を品質よく製造することが可能になる。

本発明の鋳物砂は、好適にはアルミナ系、ムライト系の人工砂を用いて、できるだけ球形形状の砂粒を用いるのが望ましい。人工砂の製造方法は本発明としては特に限定をされるものではないが、球状の形状が得られる製造方法が望ましい。鋳物砂の粒度調整は、本発明としては特に限定をされるものではないが、例えば、ふるいを用いた篩い分け法により行うことができる。なお、人工砂は、新砂の他、回収砂を用いるものであってもよく、新砂と回収砂とを混合して用いてもよい。

本発明で規定される粒度分布を有する人工砂は、通常は、適宜の粘結剤等と混合され、適宜形状の鋳造用鋳型に造形される。なお、鋳型の造形方法は本発明としては特に限定をされるものではない。また、本発明の鋳物砂は、鋳造用鋳型として、外型の他、中子型の成形に用いることも可能である。
鋳造用鋳型の表面には塗型材が塗布される。本発明は塗型材の種別が特に限定されるものではなく、既知の材料を用いることができる。塗型材塗布においては、塗型材が適度な浸透性を有して鋳型表面に塗布される。好適には、塗型層の厚さは、浸透層を含めて１．０ｍｍ前後とされる。
鋳造用鋳型は、適宜材料の溶湯を注入して鋳込みを行う。該鋳込みでは、焼着が効果的に防止され、１０ｔ以上の大型の鋳鋼品の製造においても焼着が生じることなく良好に鋳造を行うことができる。

以下、この発明の実施例を記載する。
人工砂としてムライト系人工砂（商品名ナイガイセラビーズ／伊藤忠セラテック製）を用い、表１に示す粒度分布を有する比較材と発明材の供試材を用意した。なお、各メッシュでは、一段階大きなメッシュは通過するものの当該メッシュを通過しない粒度の砂の質量比で示されており、ｐａｎは、最小の２７０メッシュを通過する粒度の砂の質量比を示している。例えば、１００メッシュは、７０メッシュは通過するが１００メッシュを通過しない粒度の砂の質量比を示している。

これらの砂を用いて行った塗型浸透試験結果を行った。試験体を図１に、試験結果を図２および図３示す。
試験は、前記供試材の鋳物砂を用いて８０Ｌ×１２０Ｗ×３０Ｈの砂型１を作製し、その上面に刷毛で塗型材２（商品名オカスーパーＷＳ２３／岡崎鉱産製）を塗布した後乾燥し、この作業を２回行った後、砂型中央断面における塗型厚さを１０点測定し、平均値を求め、その結果を図３に示した。なお、塗型厚さとは砂型１の表面に残留している塗型膜と砂型に塗型材が浸透した深さの総和のことを指している。また、断面を観察し、その写真を図２に示した。
この結果より、発明材１、２は塗膜厚さも浸透量も十分であり、最適とされる塗型厚さ１．０ｍｍ前後となっているが、比較材１は粒度分布が粗すぎるため浸透量が相対的に大きすぎ、塗膜厚さが十分に確保できないため塗型厚さも十分ではない。比較材２〜４は逆に浸透量が十分ではなく塗型厚さが十分に確保できていない。

次に、発明材１、２および比較材４を用いて焼着再現試験を行った。試験器具を図４に、試験結果を図５に示す。
焼着再現試験は、図４に示すように、φ５００ｍｍ×１０００Ｈの円柱状の空洞を持つ鋳型１０に、鋳型１０の内表面から１８０Ｈ×８０Ｗ×５５０Ｌの中子１１、１２、１３、１４が中心に向かって４方から突き出るようにセットし、鋳型１０の内部に、湯道１５を通して鋳型の底部側より溶鋼を注入し中子底部表面に焼着を発生させた。それぞれの中子は比較材４、発明材１、および発明材２を用いて作製し、その焼着の発生量を調査した。
この結果より、発明材１、２は比較材４よりも焼着が低減していることが明らかとなった。

本発明の一実施例の塗型材塗布試験に用いる試験体を示す図である。 同じく、塗布試験の結果を示すグラフである。 同じく、塗布試験の結果を示す断面の図面代用写真である。 同じく、焼着再現試験の試験器具を示す図である。 同じく、焼着再現試験の結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 砂型
２ 塗型材
１０ 鋳型
１１、１２、１３、１４ 中子

Claims (4)

1. 質量比において、４０メッシュのふるいを通過し５０メッシュのふるい上に残留する砂、５０メッシュのふるいを通過し１００メッシュのふるい上に残留する砂および１００メッシュのふるいを通過し１４０メッシュのふるい上に残留する砂の割合の合計が８０％以上であり、４０メッシュのふるいを通過し５０メッシュのふるい上に残留する前記砂および１００メッシュのふるいを通過し１４０メッシュのふるい上に残留する前記砂の割合がそれぞれ１０％以上であり、５０メッシュのふるいを通過し１００メッシュのふるい上に残留する前記砂の割合が５０〜６０％である粒度分布を有する人工砂からなり、該人工砂としてムライト系またはアルミナ系人工砂の一方または両方を含むことを特徴とする鋳物砂。
2. 前記人工砂は、質量比において、４０メッシュのふるい上に残留する砂および１４０メッシュのふるいを通過する砂の割合がそれぞれ１０％以下であることを特徴とする請求項１記載の鋳物砂。
3. ５０メッシュのふるいを通過し１００メッシュのふるい上に残留する前記砂のうち、５０メッシュのふるいを通過し７０メッシュのふるい上に残留する砂の割合が質量比において３０〜４０％であることを特徴とする請求項１または２に記載の鋳物砂。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の鋳物砂によって構成される鋳造用鋳型であって、鋳込み質量１０ｔ以上の大型鋳鋼品に適用することを特徴とする鋳造用鋳型。