JPH0628776B2

JPH0628776B2 - 鋳型

Info

Publication number: JPH0628776B2
Application number: JP766486A
Authority: JP
Inventors: 昭夫橋本; 通出川; 省寿内田
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: JPS62168631A

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，の溶製方法を提供している。

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、真空又はアルゴン雰囲気下
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、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
酸素の汚染がおこり、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、水冷銅による鋳造方法で
は、鋳型が高価であると共に漏水による水蒸気爆発の危
険性という問題がある。

更に、水冷銅以外の酸化物或いは黒鉛系などの鋳型にお
いては、熱伝導度が大きいので引け巣の発生が大きく、
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、耐久性にも乏しい、繰り返し使用に不向きであるな
どの問題があった。

また、鋳型材として高カルシア材を用いれば、上記問題
点は相当程度解決されると推察されるが、カルシアには
消化ないし水和という問題があり、実用に際しネックと
なる。

［問題点を解決するための手段及び作用］本発明の鋳型は、鋳型本体と、該鋳型本体の溶湯と接す
る面に形成された高カルシア質耐火材料層とからなる鋳
型であって、該高カルシア質耐火材料がＣａＯを４０重
量％以上含むカルシア質耐火材料であり、かつ、前記鋳
型本体が次の〜のいずれかで構成されていることを
特徴とする。黒鉛；カルシア以外の耐熱性酸化物；
ＣａＯ含有率４０％未満の低カルシア質材料。

本発明の鋳型は、その溶湯と接する面が高融点でしかも
高温で熱力学的に安定な高カルシア質耐火材料であるの
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、溶湯と接する面以外の部分は、
従来用いられている鋳型材で構成することができるの
で、既存の設備の有効利用を図ることができ、しかも、
カルシア質耐火材の強度、水和性等における欠点を補う
ことができる。

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、鋳型本体の溶湯と接する面に高カルシ
ア質耐火材の層が設けられている。

本発明の鋳型は、鋳型本体の溶湯と接する面がＣａＯを
４０％以上含む高カルシア質耐火材層であれば良く、こ
の高カルシア質耐火材層の設置形態としては、第１図
（ａ）〜（ｃ）のようなものが例示される。

即ち、第１図（ａ）の如く、黒鉛等の非カルシア質又は低カ
ルシア質の鋳型本体１の溶湯接触面に高カルシア質耐火
材層２を形成したもの。

第１図（ｂ）の如く、鋳型本体１に、ＣａＯ含有率の
比較的低い中間層３を介在させて高カルシア質耐火材層
２を形成したもの。この場合、中間層３は鋳型本体１の
材質と耐火材層２の材質との中間の成分からなるものと
するのが好ましい。

第１図（ｃ）の如く、鋳型本体１にＣａＯ含有率が溶
湯接触面側に向けて徐々に上昇するような高カルシア質
耐火材層２を形成したもの。この場合、耐火材層２の鋳
型本体１側は鋳型本体１の材質に近似したのとするのが
好ましい。

である。

なお、第１図の（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）図はそれぞれ
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）図のＣａＯ含有率分布を示す。

、の場合には、鋳型本体１と高カルシア質耐火材層
２とのなじみが良くなり、耐火材層の剥離等の危険性を
解消することができる。

本発明において、高カルシア質耐火材層の厚さは、特に
制限はなく、鋳型の規模、鋳造する金属の活性度又は融
点等に応じて適宜決定されるが、一般には、０．３〜２
cm程度とする。

本発明の鋳型に形成される耐火材層のカルシアは、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、高カルシア質耐火材層のＣａＯ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、本発明において、鋳型本体に形成される高カルシア
質耐火材層の高カルシア質耐火材は、ＣａＯ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。）、好ましくは５０％以上とりわけ６０％以上含
有するようにするのが好適である。

この高カルシア質耐火材層は、ＣａＯ以外にハロゲン化
物、ＣａＯ以外の酸化物、炭化物、窒化物、炭素（Ｃ）
を含むことができる。

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、CaF₂、MgF₂、BaF₂、SrF₂、
NaF、LiF、KF、PbF₂、CsF、Na₃AlF₆、CaCl₂、MgCl₂、NaCl、KCl等
が挙げられる。

このようなハロゲン化物は、本来、ＣａＯに比べ耐消化
性が格段に高く、また低融点であるから、それ自身の存
在による耐消化性向上に加えて、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、高カルシア質耐火材層に優れた耐消
化性を付与せしめる。また、焼結促進作用により、得ら
れる高カルシア質耐火材層の強度をも向上させる。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
によっても高カルシア質耐火材層の耐消化性が向上され
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％以下とするのが好まし
い。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のが好ましい。

また、本発明に係る高カルシア質耐火材層に含有し得る
酸化物としては、具体的にはマグネシア（ＭａＯ）やジ
ルコニア（ＺｒＯ_２）等の高融点のものが好適である。
また、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。炭素原料としては、黒鉛が
好適である。黒鉛には天然黒鉛と人工黒鉛とがあるが、
そのいずれをも用い得る。なお、黒鉛は鱗片状を呈して
いるため成形性が悪く、また本体、反応性に乏しくセラ
ミックボンドを形成しがたいので、得られる焼結体強度
が低下し易い。このため、黒鉛を高カルシア質耐火材料
の原料といて用いるに際しては、金属アルミニウムを少
量添加することが効果的である。アルミニウムは非酸化
性雰囲気で焼成すると、炭化アルミニウムや窒化アルミ
ニウム等の高耐食性反応生成物を生成し、耐火材の耐食
性を高めるとと共に、黒鉛と周囲組織との結合を高め耐
火材の強度が改善されるようになる。

なお、高カルシア質耐火材を形成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、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。

本発明において、高カルシア質耐火材層を設ける鋳型本
体を構成する材料は、通常、鋳型材質として採用されて
いる黒鉛、又は、アルミナ等のカルシア以外の耐熱性酸
化物、或いは、ＣａＯ含有率が４０％未満の低カルシア
質耐火材料であるこのような鋳型本体の溶湯と接する面、例えば内壁の全
面に高カルシア質耐火材の層を形成するには、前述の高
カルシア質原料と所望により前記したハロゲン化物、酸
化物、炭化物、窒化物、炭素の１種又は２種以上を併用
して主たる原料とし、この主たる原料に、必要に応じて
適宜のバインダを添加し成形材料とする。そして、スラリー状の場合には、成形材料を鋳型本体に投入
し、成形材料を泥漿鋳込成形する（スリップキャスト
法）、成形材料を塗布する、あるいは、バインダを用いずに、又は少量用いて、鋳型本体の内
壁に成形材料を押し付ける、ことにより付着した後、焼成する。

成形体の焼成を行う場合、必要に応じ乾燥し、次いで本
焼成温度よりも低い温度で仮焼した後、本焼成して焼結
させるのが好ましい。この焼成温度は９００℃以上とり
わけ１１００〜１７００℃が好適である。焼成雰囲気は
被焼成物が炭素成分を含有しない場合には大気雰囲気で
良いが、他の雰囲気としても良い。

なお、第１図（ｃ）の如き耐火材層を形成する場合に
は、上記の方法において、スリップキャストの泥漿中
のＣａＯ含有量を経時的に増加せしめることにより、容
易にＣａＯを含有率が表面に向って斬増する耐火材層を
形成することができる。

本発明では、ホットプレスしたり、高カルシア質耐火材
をスタンプ材として用い鋳型を構成しても良い。さら
に、高カルシア質耐火材を通常の鋳物砂のように使用し
て鋳型を構成しても良い。

なお、本発明において、耐火材層の成形に用いるバイン
ダとしては、通常、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
アラビア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、四塩化炭素に密ろうを
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、パラフィン等を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。

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、鋳型の高カルシア質耐火材料層としてＣａ
Ｏ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含有率の高い高カルシア質耐火材料層を
形成するのが好適である。

なお、本発明の鋳型で鋳造するに好適な高融点金属合
金、高活性金属合金の構成元素としては次のようなもの
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、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、
Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ，Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ。

また、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。

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。

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焼結カルシア（ＣａＯ純度９８％）を０．５mm以下に破
砕及び分級したものをＣａＯ原料とし、その他の成分を
添加して、第１表のNO.１〜３に示す組成の成形材料を
調製し、黒鉛製鋳型本体の内壁面全面にスリップキャス
ト法によりカルシア質層を形成し、次いで、２５０℃で
３０時間乾燥した後、真空中にて１２００℃×２時間の
焼成を行い焼結を行わせ、高カルシア質耐火材層を形成
した。焼成はいずれも大気雰囲気とした。このようにし
て得られた鋳型は第２図に示す形状及び寸法のものであ
った（第２図中、１は鋳型本体、２は高カルシア質耐火
材層）。この鋳型を用いてＴｉ８０％、Ｎｉ２０％より
なる合金の鋳造を行った。鋳造時の雰囲気はＡｒ０．２
気圧、鋳造時の溶湯温度は１６００℃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、
Ｃの化学分析を行った結果を第２表に示す。

比較例１同形状のＡｌ_２Ｏ_３製鋳型、黒鉛製鋳型を用いて実施例
１と同様に鋳造を行った。

得られた鋳物の表面の化学分析結果を第２表に示す。

［発明の効果］以上の説明から明らかな通り、本発明の鋳型によれば高
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
は安価であると共に、耐水和性や強度に優れるところか
ら繰り返し使用が可能であり、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（ａ）〜（ｃ）は本発明の鋳型の高カルシア質耐
火材層の形成の形態を示す鋳型内壁部の拡大断面図、第
１図（ｄ）〜（ｆ）はそのＣａＯ含有率を示すグラフで
ある。第２図は実施例で用いた鋳型の形状を示す寸法図
である。１……鋳型本体、２……高カルシア質耐火材層、３……中間層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋳型本体と、該鋳型本体の溶湯と接する面
に形成された高カルシア質耐火材料層とからなる鋳型で
あって、該高カルシア質耐火材料がＣａＯを４０重量％以上含む
カルシア質耐火材料であり、かつ、前記鋳型本体が下記〜よりなる群から選ばれる１種
で構成されていることを特徴とする鋳型。黒鉛カルシア以外の耐熱性酸化物ＣａＯ含有率４０％未満の低カルシア質材料