JPH058210A

JPH058210A - 電鋳煉瓦の製造方法

Info

Publication number: JPH058210A
Application number: JP3185838A
Authority: JP
Inventors: Shinji Tsuchiya; 伸二土屋; Kimio Hirata; 公男平田; Shigeo Endo; 茂男遠藤; Akira Ito; 明伊藤; Yoshizo Orimo; 芳三織茂
Original assignee: Toshiba Monofrax Co Ltd
Current assignee: Saint Gobain TM KK
Priority date: 1991-07-01
Filing date: 1991-07-01
Publication date: 1993-01-19
Anticipated expiration: 2013-09-21
Also published as: US5403793A; JP2799639B2; EP0521470A1; EP0521470B1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】低コストで高品質の電鋳煉瓦を製造するため
の方法を提供すること。【構成】４８〜８メッシュに調整した石英ガラス粒子
をフラン系やフェノール系の有機粘結材を添加して所定
形状に成形した鋳型を用いて鋳造することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電鋳煉瓦の製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】電鋳煉瓦は、Ａｌ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂−Ｓ
ｉＯ₂質セラミックやＡｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂質セラミッ
ク等の原料を電気炉で溶融し、これらの溶融物を鋳型に
鋳込むことによって製造されている。鋳型を構成する鋳
型材としては、比較的純度が高い硅砂にフラン系又はフ
ェノール系の有機粘結剤を加えたものが用いられてい
る。天然の硅砂としては、安価で比較的容易に入手でき
るベトナム・カムラン硅砂、オーストラリア・フリマン
トル硅砂等が用いられる。硅砂の粒度は例えば４５メッ
シュ以上に調整される。鋳型材は、所定形状に成形され
鋳型として用いられる。例えば板状に成形した鋳型材を
箱形に組み立てたり、予め煉瓦の形状に成形することに
よって鋳型を構成する。

【０００３】鋳型に鋳込まれた溶融物は、鋳込直後から
徐々に冷却されて固化する。固化は鋳造物の表面から始
まってしだいに内部に向う。そして、全体が完全に固化
した段階で製品となるのである。

【０００４】ゆるやかに徐冷したい場合には、鋳型の周
囲に保温層を配置する。保温層としては鋳型材に用いた
硅砂や、アルミナ粉、硅藻土などが用いられる。また、
鋳型自体も鋳造物のすぐ近くに位置するため、鋳込後に
は徐冷材として重要な役割を担うことになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】溶融物を鋳型に注湯す
ると、溶融物の熱は鋳型によって奪われる。そして、鋳
型に近い外側の部分から内部へと固化が進行する。従っ
て、鋳込直後には先づ鋳造物の表面温度が低下する。鋳
造物内部は高温のままである。その結果、鋳造物の表面
のみが収縮しようとする。一方、鋳型は鋳造物に加熱さ
れて膨張する。すなわち、鋳造物は収縮しようとし、逆
に鋳型は膨張しようとするのである。このため、鋳型が
鋳造物の表面を引き伸ばそうとする現象が起る。

【０００６】その結果、製品の表面にほぼ一定間隔でエ
ッジクラック（２面にわたる角部の亀裂）が発生するこ
とがある。また寸法の大きな製品を鋳込んだときには鋳
型が膨張して、鋳型が鋳造物側に向かって湾曲し鋳造物
の表面に面へこみ（コンケーブ）をつくる場合もある。
このため、大型鋳造物の鋳型をつくる場合には、平坦な
面を得るために、面へこみをあらかじめ予定して鋳型内
面を凹状にしておくことが多い。

【０００７】硅砂は熱伝導率が比較的大きい。従って、
従来の硅砂を用いた鋳型は鋳造物を冷却する能力が大き
い。また、硅砂特有の変態（後述する）に伴う吸熱作用
が加味されるので、鋳型が鋳造物表面から熱を奪う作用
は一層大きくなる。さらに、珪砂は変態に伴って容積が
膨張する。このため、前述したエッジクラックや面へこ
みが発生し易いのである。ところで、面へこみは修正可
能であるが多大な研削費を必要とし、エッジクラックは
破断の原因になることがあるため、いずれも好ましくな
い。

【０００８】次に、珪砂特有の変態について述べる。硅
砂はα−石英から構成される。α−石英は加熱によって
変態を受ける。すなわち、α−石英は加熱されると５７
３℃でβ−石英に変態して容積で１．３５％増加する。
さらにβ−石英は１２５０℃でβ−クリストバライトに
転移し、１７．４％の容積増加を起こす。またさらにβ
−クリストバライトは１７００℃付近で溶融して石英ガ
ラスとなり容積は２０％増加する。

【０００９】前述したように、鋳型は鋳造時に高温の溶
融物によって短時間で加熱される。加熱されて温度が上
昇するにしたがって硅砂は変態し、何度も膨張を繰返
す。その結果、鋳型を構成する粒子の中には、崩壊する
ものや表面や内部に亀裂が入って崩壊し易くなるものが
出てくる。なお、硅岩を粉砕する場合に、あるかじめ加
熱しておくと粉砕が容易になるのは変態による容積変化
を利用したものである。

【００１０】鋳型は通気性を必要とするが、微粉や粉塵
は鋳型の通気性を損う傾向があり好ましくない。従っ
て、鋳型材を再利用する場合には微粉や粉塵を分級によ
って取除く必要がある。このため多量の産業廃棄物が生
じている。鋳型材の調達コストの点からは、鋳型材を再
利用するのが望ましいが、前記の理由により再利用でき
る鋳型材の割合は多くない。実際、天然硅砂を電鋳煉瓦
の鋳型に用いた場合に、その平均使用可能回数は２回程
度である。また、崩壊して微粉となった硅砂は鋳造物を
取りだす際や、その後の再処理工程で粉塵となり易く作
業環境にも悪影響を与えている。

【００１１】以上の不具合の他に、本発明者らの注意深
い観察によって次の事実も明らかになった。それは、従
来の硅砂を使った鋳型においては、鋳型を構成する珪砂
粒子が注湯時に溶融煉瓦材料から輻射加熱を受け、前述
の変態と膨脹を伴う熱衝撃によって鋳型から飛び出して
溶融物に入る現象が見られると言うことである。そして
これに起因すると思われる製品の欠点や、亀裂の発生、
気孔の生成などが指摘されるに至っている。

【００１２】これに対して、変態がないタビュラーアル
ミナ、溶融アルミナ、アルミナバブル等アルミナ質の粒
子を用いて鋳型を形成する試みも多く行なわれている。
しかし、これらの鋳型材を用いた場合には、鋳型材の製
品への焼きつきが著しく、焼きついた鋳型材の除去に多
大の労力を要するため実用化できる段階にはない。

【００１３】本発明の目的は、亀裂や気孔等の欠陥がな
い高品質の電鋳煉瓦を製造するための方法を提供するこ
とである。また、再利用率が高い鋳型材を用いることに
よって鋳型材のコストを低減することも本発明の目的の
１つである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、石英ガラス粒
子を所定形状に成形した鋳型を用いて鋳造することを特
徴とする電鋳煉瓦の製造方法を要旨としている。

【００１５】

【作用】石英ガラスはＳｉＯ₂変態の最終着物であるの
で加熱されても変態しない。変態による容積変化がない
ので、鋳型を構成している粒子が加熱によって崩壊した
り、同じく加熱によって粒子に亀裂が入ることが少な
い。このため、鋳型から粒子が飛び出して溶融物に混入
することがなく、高品質の電鋳煉瓦が製造できる。ま
た、鋳型に用いられる石英ガラスの熱膨張は５．５〜
５．８×１０^-7ｄｅｇ^-1と実質的に無視できる程小さ
い。従って、寸法精度が優れた電鋳煉瓦が製造できるほ
か、エッジクラックやコンケーブの発生が著しく少
い。。さらに、鋳型に用いられる石英ガラス粒子は再利
用率が高い。従って鋳型材の調達コストを低減すること
ができる。

【００１６】

【実施例】鋳型に用いる石英ガラス粒子の粒度は４８〜
８メッシュに調整するのが望ましい。その限定理由は適
度の通気度と強度を保持させるためである。

【００１７】石英ガラス粒子を成形するための粘結材と
しては、フラン系やフェノール系の有機粘結材（有機バ
インダ）を用いるのが望ましい。粘結材の石英ガラス粒
子に対する混合比は重量比で０．５〜５％に設定するの
が効果的である。

【００１８】鋳型の囲りに徐冷材又は保温層として石英
ガラス粒子を配置するのが望ましい。徐冷材として用い
る石英ガラスは細かい方が徐冷効果は大きいが、鋳型材
と共通の材料を用いる方が製造工程上効果的である。

【００１９】粘結材を用いない鋳型として、石英粒子に
バインダを加えないで真空吸引の手段を用いて鋳型を製
作することが出来る。このような真空吸引鋳型について
も、本発明を適用出来る。

【００２０】なお、石英ガラス粒子は半導体の封止材と
して生産されており、価格は硅砂より高いが入手は容易
である。

【００２１】実験例４０〜１０メッシュの石英ガラス粒を用いて２５０×
４００×１５００ｍｍの鋳型を作成した。粘結材として
フラン樹脂を用い、石英ガラス粒子に対して１．３％混
合した。鋳型は同一粒度の石英ガラス粒子からなる保温
層（徐冷材）の中に、あらかじめ埋設し、鋳込口のみを
露出させた。次いで鋳型にＺｒＯ₂３３％のＡｌ₂Ｏ₃
−ＺｒＯ₂−ＳｉＯ₂質電鋳煉瓦組成の溶融物を鋳込
み、徐冷後鋳造物を取り出して観察した。

【００２２】比較例実験例と同じ範囲の粒度をもつフリマントル硅砂を用
いて鋳型及び保温層を形成し、他の条件は同じにして電
鋳煉瓦を製造した。

【００２３】比較例で製造した電鋳煉瓦は、湯口面が最
大７ｍｍへこんでいて（コンケーブ）、底面と側面の角
部に数本づつのエッジクラックが見られた。また、硅砂
を用いた鋳型及び徐冷材から鋳造物を取り出す際、多量
の粉塵が発生した。鋳型であった部分の砂を取り出し、
水洗し、乾燥させた後、再利用可能な４０メッシュ以上
の部分を計量すると元の重量の４８．５％であった。

【００２４】一方、実験例の石英ガラス粒を用いた鋳型
による製品は面へこみや亀裂がない良好な製品であっ
た。その各面をダイアモンド研削機で約１ｍｍ研削する
と全面が研削された。もし面へこみがあると研削されな
い部分が残ることになる。鋳型であった部分の石英ガラ
ス粒子を取り出し水洗し、乾燥させた後、再利用可能な
４０メッシュ以上の部分を計量すると元の重量の９８％
であった。

【００２５】

【発明の効果】本発明の電鋳煉瓦の製造方法において
は、鋳型が石英ガラス粒子から形成される。石英ガラス
粒子は、鋳造時に急熱されても崩壊したり、亀裂が入っ
たりすることが少ないので、粒子が鋳型から飛び出して
溶融物に混じることが少ない。したがって注湯中、湯面
が極めて静かに上昇し、鋳造物の表面は滑かであり、鋳
造物内部や表面における亀裂や気孔の発生も少なくな
る。従って高品質の鋳造物を得ることができる。

【００２６】また、加熱による粒子の崩壊が少ないの
で、石英ガラス粒子は鋳型材として再利用率が高い。前
記実験例では回収率は９８％であったが、仮に９５％と
して平均使用回数を見積ると２０回となる。従来の硅砂
では平均使用回数は２回であった。このように鋳型材と
しての再利用率が高いので鋳型材の調達コストを削減す
ることができる。石英ガラスの単価は硅砂の単価の８倍
程度であるが、平均使用回数の向上（１０倍以上にな
る）によるコスト削減効果は単価の差によるマイナス面
を上回るものである。

【００２７】更に粉塵の発生量が少ないので集塵装置へ
の投資額及びその運転コストが少なくてすむ。また、微
粉を産業廃棄物として処分する上でのコストも低減する
ことができる。従って石英ガラスを鋳型材として用いる
ことによって製造コストが大幅に削減できる。

【００２８】また、石英ガラスは硅砂に比べて熱伝導率
が小さい。例えば天然の硅砂の約６５％である。また、
石英ガラスの密度は２．２１ｇ／ｃｍ³であって硅砂の
２．６５ｇ／ｃｍ³に比べて小さい。従って、石英ガラ
スで構成した鋳型は、単位時間当たりに吸収する熱量が
小さく、熱の吸収速度も硅砂の鋳型より小さい。このた
め、鋳造物から急激に熱を奪うことがない。さらに石英
ガラスの熱膨張率は５．５〜５．８×１０^-7と小さいの
で、鋳型における熱膨張は実質的には無視できるオーダ
ーである。このため石英ガラス粒子で構成した鋳型を用
いることによって、鋳造物の面へこみやエッジクラック
を防止できる。

【００２９】また、石英ガラス粒子は前述のように硅砂
よりも冷却能力が小さいので、石英ガラスを徐冷材とし
て用いた場合には、よりおだやかな徐冷を行うことがで
きる。

【００３０】以上述べたように、石英ガラス粒子を用い
て構成した鋳型を用いることにより、表面及び内部に亀
裂が無く、極めて平滑な表面を有する高品質の電鋳煉瓦
を製造できる。また、石英ガラス粒子は、鋳型材として
の再利用率が高く、微粉やダスト等の廃棄物を余り出さ
ないので、結果的に電鋳煉瓦の製造コストを低減でき
る。◆

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者遠藤茂男東京都中央区日本橋久松町４番４号糸重ビル東芝モノフラツクス株式会社内 (72)発明者伊藤明東京都中央区日本橋久松町４番４号糸重ビル東芝モノフラツクス株式会社内 (72)発明者織茂芳三東京都中央区日本橋久松町４番４号糸重ビル東芝モノフラツクス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】石英ガラス粒子を所定形状に成形した鋳
型を用いて鋳造することを特徴とする電鋳煉瓦の製造方
法。