JPH0628774B2

JPH0628774B2 - 鋳型

Info

Publication number: JPH0628774B2
Application number: JP766186A
Authority: JP
Inventors: 昭夫橋本; 通出川; 敬佐藤; 弘三藤原
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1986-01-17
Filing date: 1986-01-17
Publication date: 1994-04-20
Anticipated expiration: 2009-04-20
Also published as: JPS62168633A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はチタン、ジルコニウムなどの活性金属やそれら
の合金（以下本明細書において合金をも単に金属という
ことがある）或いはクロム、バナジウム等の高融点金属
の鋳造を行うに好適な鋳型に関するものである。

従来の技術及び先行技術カルシア質耐火物は熱力学的に高温でも安定であると共
に、特有の精錬作用を有するので、本発明者らにより種
々の高融点金属、高活性金属の溶製に適用し得ることが
明らかにされつつある。

本発明者は次の，の溶製方法を提案している。

内面がカルシア質炉材で構成された容器内のクロム又
はクロム基合金の溶湯中に、真空又はアルコン雰囲気下
でアルミニウムとランタンとを存在せしめることを特徴
とする高純度のクロム又はクロム基合金の製造方法（特
願昭６０−２２５４５０号）内面がカルシア質炉材で構成された容器内のクロム溶
湯中に、真空又はアルゴン雰囲気下で希土類元素を存在
せしめることを特徴とする高純度クロムの製造方法（特
願昭６０−６４３０７号）かかる溶製方法によれば、いずれも従来法では溶製が困
難であった高活性及び／又は高融点金属の溶製を容易に
行うことができる。しかも、得られる合金溶湯は極めて
高清浄なものである。

しかして、高清浄な鋳造体を得るには、高清浄金属溶湯
を溶製すると共に、溶湯を汚染することのない鋳型を用
いる必要がある。従来、活性金属であるチタン或いはジ
ルコニウムの金属（合金を含む）の鋳造用鋳型として
は、ラムド型、インベストメント型、水冷銅型、砂型
（ジルコン砂、オリビン砂などを用いる）などが知られ
ている。ラムド型は黒鉛粉末を骨材とし、炭素系又は樹
脂系のバインダーで成型乾燥後に焼成されたものであ
る。インベストメント型は、タングステン粉末被覆鋳型
と称されるスラリーにタングステンを使用し、金属質の
バインダーを用いたものと、酸化物鋳型といわれる酸化
物系のスラリーに酸化物のバインダーを組み合わせたも
の、そして黒鉛系のスラリーに炭素を含有するバインダ
ーで固めた黒鉛鋳型の３種類がある。

また、チタン又はチタン合金の鋳型材料として、純マグ
ネシア又はマグネシアを主成分とするマグネシア鋳型材
料やマグネシアを主成分とする骨材にアルカリ金属の炭
酸水素塩等の硬化促進剤やアルミニウム粉末を添加した
鋳型材料も公知とされている（特公昭５８−５７４９、
特開昭５９−２１８２３７）。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、これらの鋳型へ活性金属を鋳込むと、鋳
型材との反応がおこり、黒鉛質の鋳型材の場合には炭素
が、またマグネシア質やジルコニア質の鋳型の場合には
酸素のコンタミネーションがおこり、鋳肌の汚染が生ず
る。また、インベストメント型のうち酸化物バインダ系
のもは酸素のみならず窒素の侵入がある。このような鋳
肌表面の汚染は、鋳物表面の汚染層の除去工程が必要と
なり、鋳物工程が甚だ煩雑となる。また、水冷銅型によ
る鋳造方法では、鋳型が高価であると共に漏水の危険そ
の他の問題がある。

更に、水冷銅型以外の酸化物或いは黒鉛系などの鋳型に
おいては、熱伝導度が小さいので引け巣が鋳物中心部に
生じやすく、鋳造歩留まりが悪くなるという問題があ
る。また、これら酸化物系或いは黒鉛系の鋳型にあって
は、いずれも緻密なものであるので、耐熱衝撃性が低
く、割れが生じ易く、耐久性にも乏しく鋳型材料の繰り
返し使用に不向きであるなどの問題があった。

［問題点を解決するための手段及び作用］本発明の鋳型はＣａＯを４０重量％以上含み、かつハロ
ゲン化物を０．１〜８重量％含むカルシア質材料にて全
体が構成されていることを特徴とする。

［作用］本発明の鋳型は、その材質が高融点でありしかも高温で
熱力学的に安定なカルシア質であるので、高融点及び／
又は高活性金属の鋳造を容易に行うことができ、鋳肌表
面の汚染のない鋳物を得ることが可能である。また、本
発明の鋳型はハロゲン化物を含んでいるので、鋳型面が
滑らかであり、従って滑らかな鋳肌を得ることができ
る。

また、ハロゲン化物の存在により、焼成が容易となり、
また成形性を改善することもできる。

以下本発明について更に詳細に説明する。

本発明の鋳型はカルシア質である。カルシアは、前述の
如く高融点であり、かつ高温でも熱力学的に安定であ
る。本発明の鋳型は、ＣａＯの含有量が高まるにつれそ
の安定性及び耐熱性が向上するので、本発明の鋳型はＣ
ａＯを少なくとも４０重量％（以下特に断わらない限り
％は重量％を示す。）含有し、好ましくは７０％以上と
りわけ８０％以上含有する。

本発明の鋳型は、ＣａＯ以外にハロゲン化物を含む。ハ
ロゲン化物としてはアルカリ金属、アルカリ土類金属や
鉛のフッ化物や塩化物、あるいはそれらを含む複塩など
が挙げられる。具体的には、例えば、ＣａＦ_２、ＭｇＦ
_２、ＢａＦ_２、ＳｒＦ_２、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＫＦ、Ｐｂ
Ｆ_２、ＣｓＦ、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、ＣａＣｌ_２、ＭｇＣｌ
_２、ＮａＣｌ、ＫＣｌ等が挙げられる。

このようなハロゲン化物は、ＣａＯに比べ耐消化性が格
段に高いものが多く、また低融点であるから、それ自身
の存在による耐水和性向上に加えて、焼成時の素地の焼
結を促進し焼結体組織の緻密度を高める作用をなし、こ
れらの作用が重畳して鋳型に優れた耐水和性を付与せし
める。また、焼結促進作用により、得られる鋳型の強度
をも格段に向上させる。なお、ハロゲン化物は、粒界に
多く存在し、ハロゲン化物を多く含む層がＣａＯ粒子を
被包するようになり、これによっても鋳型の耐水和性が
向上されるものと推察される。このハロゲン化物は、添
加量が多過ぎると鋳型の耐火度を低下させるようになる
ので、含有率は８％以下、好ましくは５％以下とする。
また、当然ながら、添加量が少な過ぎては上述の作用効
果が得られないから、０．１％以上、好ましくは０．３
％以上の含有率とする。

また、本発明の鋳型は、ＣａＯ以外の物質として酸化
物、炭化物、窒化物を含むことができる。酸化物として
は具体的にはマグネシア（ＭａＯ）やジルコニア（Ｚｒ
Ｏ_２）等の高融点のものが好適である。炭化物や窒化物
としては炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミなどが挙げら
れる。

なお、カルシア質鋳型を製造するに用いる原料として
は、石灰石、これを仮焼もしくは十分に焼成した生石
灰、死焼石灰、アーク炉で溶解させた電融カルシアの
他、水酸化カルシウム等をも用い得る。更に、ＣａＯを
含有する鉱物例えばラルナイト、メルウィナイト、アノ
ルサイト、ドロマイト等をも用い得る。

本発明の鋳型を製造するには、このようなカルシア質原
料と、ハロゲン化物、及び所望により前記した酸化物、
炭化物、窒化物の１種又は２種以上を併用して主たる原
料とする。そして、この主たる原料に、必要に応じ適宜
のバインダを添加し、成形、焼成により鋳型となす。

このバインダとしては、非水系のものを用いる。

非水系のバインダとしては、液体系のもの、固体系のも
のいずれでも良い。液体系のものとしては、無水塩化カ
ルシウムやマスチックゴムなどを溶かし込んだアルコー
ル（一価又は多価のアルコール）、トルエンにオレイン
酸を溶解させたもの、アルコールにオレイン酸を溶解さ
せたもの、油にオレイン酸を溶解させたもの、四塩化炭
素に蜜ろうを溶解させたもの、あるいは酢酸イソブチル
等が好適であるが、鉱油、動物油、植物油など、カルシ
アを消化させることのない非水系の液体であれば用いる
ことが可能である。

固体系のバインダとしては、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、酢酸セルロース、アクリル系樹脂、ポリビニルア
ルコール等の熱可塑性樹脂、ノボラック等の熱硬化性樹
脂、パラフィン等が好適に用いることができるが、成形
性を付与する他の物質をも用い得る。

成形法としては、各種の方法、例えば金型成形、スリッ
プキャスティング、ラバープレス、射出成形、温間プレ
ス、スタンプなどが用いられる。

なお、バインダを用いずに、又は少量用いて、ホットプ
レス成形しても良い。

成形体もしくはスタンプされた鋳型は、必要に応じ乾燥
し、次いで好ましくは本焼成温度よりも低い温度で仮焼
した後、本焼成して焼結させる。この焼成温度は９００
℃以上とりわけ１２００〜１８００℃が好適である。焼
成雰囲気は大気雰囲気で良いが、他の雰囲気としても良
い。

本発明の鋳型を用いて高融点及び／又は高活性金属の鋳
造を容易に行なうことができる。高融点金属例えばクロ
ム、バナジウムの純金属、或いはそれを多量に含む合金
にあっては、鋳型としてＣａＯ含有率の高いもの例えば
ＣａＯを８０重量％以上含むものが好適である。また、
高活性のチタン、ジルコニウム等の純金属或いはそれを
多量に含む合金を鋳造する場合にも、ＣａＯ含有率の高
い鋳型を用いるのが好適である。

なお、本発明の鋳型で鋳造するに好適な金属を構成する
高融点、高活性金属元素としては次のようなものが挙げ
られ、その合金としては、これらの元素の１種又は２種
以上を含むものが挙げられる。Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、原子番
号５８〜７１のＣｅ、Ｐｒ等のランタノイド元素、Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍ
ｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ，Ｐ
ｄ、Ｉｒ、Ｐｔ。

なお、本発明の鋳型は、外型のみならず中子と称される
内型にも適用できる。またＣａＯは消化性を有している
から、本発明の鋳型はこの消化性を利用することにより
鋳型の除去を図ることも可能である。

本発明において鋳造を行うには、雰囲気は真空或いはア
ルゴン等の不活性ガス雰囲気とするのが好適である。

［実施例］以下実施例について説明するが、本発明はその要旨を超
えない限り以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１電融カルシア（ＣａＯ純度９９％）を０．２mm以下に粉
砕及び分級したものを８５重量部、試薬１級のＣａＦ_２
を５重量部、マグネシアクリンカを０．２mm以下に粉砕
したもの１０重量部を混ぜて１００重量部の原料粉粒体
を用意した。また、エチルアルコールに無水塩化カルシ
ウムを濃度４％となるように溶かしたものを１０重量部
用意した。これらを混合して金型成形した。

この成形体を１００℃で１時間乾燥した後、９５０℃×
３時間の焼成を行い焼結を行わせた。焼成はいずれも空
気雰囲気とした。このようにして得られた焼結体は第１
図に示す形状及び寸法のものであった。

この鋳型を用いて純Ｔｉの鋳造を行った。鋳造時の雰囲
気はＡｒ１気圧、鋳造時の溶湯温度は１７００℃であ
る。鋳型内に溶湯を鋳湯して凝固させた後、鋳物表面部
分のＯ、Ｎの化学分析結果を第１表に示す。

実施例２実施例１において次の（イ）〜（ヘ）のように条件を変
えた他は同様にして鋳型の製造及びそれを用いた鋳造を
行った。

（イ）原料の配合を次とする。

ドロマイトクリンカ（ＣａＯ６４．３％、ＭｇＯ３０．
９％、Ｆｅ_２Ｏ_３２．３％、ＳｉＯ_２１．８％、Ａｌ_２
Ｏ_３０．４％）を０．３mm以下に粉砕及び分級したもの
９０重量部、ＣａＣｌ_２３重量部、石灰石を１mm以下に
破砕したもの１０重量部。

（ロ）バインダとして塩化カルシウムのアルコール溶液
（５％）を用いる。

（ハ）上記固形原料とバインダとの混合率を１００：１
０とする。

（ニ）本焼成時の条件を１１００℃×３時間とする。

（ホ）鋳造合金をＺｒ６０％、Ｃｏ４０％のものとす
る。

（ヘ）鋳造時の溶湯温度を１５５０℃とする。

得られた鋳物の表面の化学分析結果を第１表に示す。

実施例３実施例１において次の（イ）〜（ヘ）のように条件を変
えた他は同様にして鋳型の製造及びそれを用いた鋳造を
行った。

（イ）原料の配合を次とする。

市販の生石灰（ＣａＯ９８．０％、ＳｉＯ_２０．０８
％）を０．１mm以下に粉砕及び分級したもの８５重量
部、ＭｇＣｌ_２５重量部、ドロマイトクリンカ（実施例
２と同じ）を０．１mm以下に破砕したもの１０重量部。

（ニ）本焼成時の条件を１３５０℃×３時間とする。

（ホ）鋳造合金をＮｉ６８％、Ｌａ３２％のものとす
る。

（ヘ）鋳造時の溶湯温度を１４００℃とする。

得られた鋳物の表面の化学分析結果を第１表に示す。

比較例１実施例１において次の（イ）〜（ニ）のように条件を変
えた他は同様にして鋳型の製造及びそれを用いた鋳造を
行った。

（イ）原料を市販のケイ砂粉末（ＳｉＯ_２９８％）のみ
とする。

（ロ）バインダとして水ガラスを用い、ＣＯ_２ガスで硬
化させた。

（ハ）上記固形原料とバインダとの混合率を１００：５
とする。

比較例２実施例２において、鋳型の原料を市販のケイ砂としたこ
と以外は同様にして鋳型の製造及びそれを用いた鋳造を
行った。

得られた鋳物の表面の化学分析結果を第１表に示す。

比較例３実施例３において、鋳型の原料を市販のケイ砂としたこ
と以外は同様にして鋳型の製造及びそれを用いた鋳造を
行った。

得られた鋳物の表面の化学分析結果を第１表に示す。

［発明の効果］以上の説明から明らかな通り、本発明によれば高活性金
属や高融点金属或いはそれらの合金の鋳造を容易に行う
ことができる。得られる鋳物はＣ、Ｏ、Ｎ等のコンタミ
ネーションのない高清浄なものとなり、鋳肌汚染層の除
去等の後処理が不要である。また、本発明の鋳型材料は
安価であると共に鋳造後に回収して繰り返し成形して使
用することが可能であり、鋳造コストの大幅なダウンを
図ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はモールドの形状を示す寸法図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣａＯを４０重量％以上含み、かつハロゲ
ン化物を０．１〜８重量％含むカルシア質耐火材料にて
全体が構成されていることを特徴とする鋳型。