JP2003340546A - Method and mold for manufacturing low-carbon steel casting - Google Patents
Method and mold for manufacturing low-carbon steel castingInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ステンレス等低炭
素鋼鋳物の製造方法に関し、特に消失性模型を用いた低
炭素鋼鋳物の製造方法およびその鋳型に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a low carbon steel casting such as stainless steel, and more particularly to a method for producing a low carbon steel casting using a fugitive model and its mold.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ステンレスなどの低炭素合金鋼は炭素の
溶け込み量が厳密に制限されており、ステンレス鋼の鋳
造においては、炭素分が混入するため有機系の鋳型はほ
とんど使用されていない。2. Description of the Related Art In low carbon alloy steels such as stainless steel, the amount of carbon penetration is strictly limited, and in casting of stainless steels, organic components are rarely used because of the inclusion of carbon.
【０００３】一般的には鋳物重量が１００ｋｇを超える
場合、炭素の溶け込みがほとんど発生しない水ガラス系
の鋳型を従来用い、また鋳物重量が１００ｋｇ以下の場
合は、ロストワックス方法などを用いて鋳造を行なって
いた。Generally, when the casting weight exceeds 100 kg, a water glass type mold which hardly causes carbon penetration is conventionally used, and when the casting weight is 100 kg or less, casting is performed by the lost wax method or the like. I was doing.
【０００４】ロストワックス方法は、溶かしたワックス
を金型内に流し込み、ワックスで形成した模型に耐火物
スラリーを繰り返し付着させて耐火物の層を形成した
後、加熱炉内でワックスを溶解して排出し、形成された
鋳型にステンレス溶湯を注入してステンレス鋳物等を形
成する方法である。In the lost wax method, molten wax is poured into a mold, and a refractory slurry is repeatedly adhered to a model made of wax to form a layer of refractory, and then the wax is melted in a heating furnace. This is a method of discharging and injecting a molten stainless steel into the formed mold to form a stainless casting or the like.
【０００５】また、発泡ポリスチレンなどの樹脂からな
る消失性模型を用いたフルモールド鋳造法においては、
消失性模型の外周に鋳型を形成した後、鋳型内に消失性
模型を溶解させる溶剤を注入し、消失性模型を溶かした
状態で鋳型の外に排出させたり、バーナーを鋳型の内部
に挿入して消失性模型を焼失させたり、または溶湯の注
湯時に鋳型の外部からガスを吸引し、燃焼排ガスを鋳型
の外に排出させるようにして消失性模型から発生する炭
素を鋳物に含有させないようにした発明が知られてい
る。Further, in the full mold casting method using a disappearing model made of resin such as expanded polystyrene,
After forming the mold on the outer periphery of the fusible model, inject a solvent that dissolves the fusible model into the mold and discharge the fusible model outside the mold, or insert a burner inside the mold. To burn out the fugitive model, or to draw gas from the outside of the mold when pouring the molten metal so that combustion exhaust gas is discharged to the outside of the mold so that carbon generated from the fusible model is not contained in the casting. Invented inventions are known.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水ガラ
スを用いた鋳造方法では、鋳型をとるための木型が必要
であり、木型の製作に時間がかかり、製品の納期が長く
なっていた。また、水ガラス系鋳型の耐火温度が低いの
で、水ガラス鋳型とステンレス溶湯の間の温度差が大き
くなり、引け巣、ガスブローなどの鋳造内部欠陥が発生
しやすく、更に鋳物に焼き付き、湯回り不良などが生じ
やすいという問題があった。また鋳造した後の水ガラス
は利用方法がなく、鋳物砂の再生処理が環境面から大き
な問題となっていた。更に水ガラスの鋳型の多くは、複
数の鋳型を組み合わせて使用するため精度があまり高く
なく、このため多くの加工代が付けられるため、鋳造後
の加工に手間がかかりステンレス鋳物の製造コストが高
くなっていた。However, in the casting method using water glass, a wooden mold is required to take the mold, and it takes time to manufacture the wooden mold and the delivery time of the product is long. In addition, since the water glass-based mold has a low refractory temperature, the temperature difference between the water glass mold and the molten stainless steel becomes large, and internal defects such as shrinkage cavities and gas blow are likely to occur. There was a problem that such things are likely to occur. In addition, since water glass after casting has no method of use, recycling of foundry sand has been a serious environmental problem. Furthermore, many of the water glass molds are not very accurate because they are used by combining multiple molds, and therefore a lot of machining allowance is added, which makes the post-casting process troublesome and the stainless casting cost high. Was becoming.
【０００７】一方、ロストワックス方法による製造は、
ワックス模型を作るための金型が必要であるため、金型
の製造に多くの費用がかかり、また生産開始まで長い時
間が必要であった。また金型を製造するため一品生産に
は不向きであった。また、温度を上昇させるとワックス
が膨張して模型が変形してしまうため、模型表面に塗布
したスラリーを乾燥させるために低い温度（約２４度）
で湿度を６５％に保って２４時間程度かけており、この
ような塗布を７回〜１０回行なうため効率がよくなかっ
た。また鋳型の強度が充分得られないために、製造でき
るのは小物に限られていた。On the other hand, the production by the lost wax method is
Since a mold for making a wax model is required, it costs a lot of money to manufacture the mold, and it takes a long time to start production. In addition, since it is used to manufacture molds, it is not suitable for one-piece production. In addition, when the temperature is raised, the wax expands and the model deforms, so a low temperature (about 24 degrees) is required to dry the slurry applied to the model surface.
The humidity was kept at 65% for about 24 hours, and the efficiency was not good because such coating was performed 7 to 10 times. Also, since the strength of the mold cannot be sufficiently obtained, only small articles can be produced.
【０００８】さらに消失性模型を用いた鋳造の場合に
は、溶剤で溶融されず鋳型内に残ってしまう消失性模型
があり、また注入した溶剤を鋳型から完全に排出でき
ず、内部に残ることがあり、それらが炭素分となって溶
湯に混入することがあった。またバーナで消失性模型を
焼失させる場合は、バーナの火が鋳型の細かい個所まで
届かず、模型を完全に燃焼できずに鋳型内に残ることが
あった。更に排ガスを鋳型の外部に吸引させる方法で
は、充分に排ガスを排出しきれず、消失性模型から発生
される排ガスが外に吸引される前に溶湯に溶け込むこと
があった。Further, in the case of casting using a disappearing model, there is a disappearing model which is not melted by the solvent and remains in the mold, and the injected solvent cannot be completely discharged from the mold and remains inside. However, they sometimes become carbon and may be mixed in the molten metal. Further, when burning the fugitive model with a burner, the fire of the burner did not reach the fine parts of the mold, and the model could not be completely burned and remained in the mold. Further, in the method of sucking the exhaust gas to the outside of the mold, the exhaust gas cannot be exhausted sufficiently, and the exhaust gas generated from the fugitive model sometimes melts into the molten metal before being sucked to the outside.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するために次のような低炭素鋼鋳物の製造方法を提案
するものである。The present invention proposes the following method for producing a low carbon steel casting in order to solve the above problems.
【００１０】第1の方法は、外周にセラミック基材を塗
布した消失性模型を加熱炉にて加熱し、前記消失性模型
を気化させて前記セラミック基材内部から排出させると
ともに前記セラミック基材を焼成してセラミック鋳型を
形成し、こうして形成されたセラミック鋳型内に低炭素
鋼の溶湯を注入して低炭素鋼鋳物を製造することを特徴
とする。The first method is to heat the fugitive model having a ceramic base applied to the outer periphery in a heating furnace to vaporize the fugitive model to discharge it from the inside of the ceramic base material and to remove the ceramic base material. It is characterized by firing to form a ceramic mold, and pouring a low-carbon steel melt into the ceramic mold thus formed to manufacture a low-carbon steel casting.
【００１１】第１の方法におけるセラミック基材は主骨
材が溶融シリカ、ジルコン、アルミナのいずれか1つま
たはその組み合わせからなるスラリーから成り、塗布し
た後のセラミック基材の厚みが１０ｍｍ以上であり、か
つ乾燥後の強度が５０ｋｇ／ｃｍ２以上としたことを特
徴とする。The ceramic base material in the first method comprises a slurry whose main aggregate is one or a combination of fused silica, zircon and alumina, and the thickness of the ceramic base material after application is 10 mm or more. Moreover, the strength after drying is 50 kg / cm 2 or more.
【００１２】第１の方法で用いられる主骨材は、７５μ
ｍ以下の径の主骨材に対して１５０μｍ〜５００μｍの
径の主骨材を４０％以上混合したことを特徴とする。The main aggregate used in the first method is 75 μm.
The main aggregate having a diameter of 150 μm to 500 μm is mixed with 40% or more of the main aggregate having a diameter of m or less.
【００１３】第1の方法において、焼成によって高い温
度が保持された状態にあるセラミック鋳型内に低炭素鋼
溶湯を注入して鋳造することを特徴とする。The first method is characterized in that the low-carbon steel molten metal is injected into a ceramic mold in which a high temperature is maintained by firing and casting is performed.
【００１４】第1の方法において、焼成温度は９００℃
以下であることを特徴とする。In the first method, the firing temperature is 900 ° C.
It is characterized by the following.
【００１５】第１の方法におけるセラミック基材は溶融
シリカを５０％以下としたことを特徴とする。The ceramic substrate in the first method is characterized by containing 50% or less of fused silica.
【００１６】第1の方法において、セラミック鋳型に低
炭素鋼の溶湯を注入し、所定時間所定温度に保持した後
冷却することを特徴とする。The first method is characterized in that a low-carbon steel melt is poured into a ceramic mold, and the mixture is held at a predetermined temperature for a predetermined time and then cooled.
【００１７】第2の方法は、主骨材を溶融シリカ、ジル
コン、アルミナのいずれか1つまたはその組み合わせと
し、かつ７５μｍ以下の径の前記主骨材に対して、１５
０μｍ〜５００μｍの径の前記主骨材を４０％以上混合
してなるスラリーと、耐火物粒子とを交互に消失性模型
の外周に付着させて該消失性模型の外部にセラミック基
材を形成させ、セラミック基材が形成された消失製模型
を加熱炉にて加熱して、前記消失模型を気化させて前記
セラミック基材の内部から排出させるとともに前記セラ
ミック基材を焼成させたことを特徴とする。In the second method, one of fused silica, zircon and alumina or a combination thereof is used as the main aggregate, and the main aggregate having a diameter of 75 μm or less is 15
A slurry obtained by mixing 40% or more of the main aggregate having a diameter of 0 μm to 500 μm and refractory particles are alternately adhered to the outer periphery of the fugitive model to form a ceramic substrate on the exterior of the fugitive model. And heating the vanishing model on which the ceramic substrate is formed in a heating furnace to vaporize the vanishing model to discharge it from the inside of the ceramic substrate and fire the ceramic substrate. .
【００１８】これにより、精度の高い低炭素鋼鋳物を製
造でき、鋳造後に行なう機械的加工を少なくでき、コス
トと手間を低減できる。また鋳造後鋳型が自己崩壊する
ので、鋳型から鋳物を容易に取り出すことができる。As a result, it is possible to manufacture a highly accurate low carbon steel casting, reduce the mechanical work performed after casting, and reduce the cost and labor. Moreover, since the mold self-disintegrates after casting, the casting can be easily taken out from the mold.
【００１９】次に、セラミック鋳型の自動崩壊について
説明する。Next, the automatic collapse of the ceramic mold will be described.
【００２０】シリカ（ＳｉＯ２）はイオン性と共有性結
合を兼ね備え、多くの変態が存在している。天然シリカ
は構造的には図６に示すようにイオン半径の小さいＳｉ
原子が、半径の大きい酸素原子４個で囲まれたＳｉＯ４
四面体と呼ばれる原子群を形成する。Silica (SiO 2 ) has both an ionic property and a covalent bond, and many modifications exist. Structurally, natural silica has a small ionic radius as shown in FIG.
SiO 4 surrounded by four oxygen atoms with a large radius
It forms a group of atoms called a tetrahedron.
【００２１】シリカはこの連結の形式によって、石英、
クリストバライト、トリジマイトの３種結晶構造がある
他、一定の構造をもたない非結晶質シリカ（電融シリ
カ、溶融シリカ、石英ガラスの呼び方もある）がある。
更に石英、トリジマイト、クルストバライトの３種類の
結晶シリカには低温型（α型）と高温型（β型）があ
り、加熱すると低温型（α型）から高温型（β型）へと
転移する。このとき、大きな熱膨張変化つまり体積変化
を伴う。図７に線熱膨張率を示す。以下、それぞれシリ
カの温度変化に伴う性質は次のようである。
（１）α石英からβ石英
５７３℃で急激に転移し、物理的性質が変わり、大きな
熱膨張を示す。
（２）αトリジマイトからβトリジマイト
加熱に際してはそれぞれ１１７℃と１６３℃で明瞭に変
化する。
（３）αクリストバライトからβクリストバライト
加熱、冷却又はクリストバライトの出来型によって異な
るが、大体１８０℃〜２７５℃で変化する。この変化の
ときには膨張、収縮が非常に大きく現れる。Silica is quartz, depending on the type of connection,
In addition to the three-crystal structure of cristobalite and tridymite, there is also amorphous silica having no fixed structure (also referred to as fused silica, fused silica, and quartz glass).
Furthermore, there are low-temperature type (α type) and high-temperature type (β type) in three types of crystalline silica, quartz, tridymite, and crust barite, and when heated, it transforms from low-temperature type (α type) to high-temperature type (β type). . At this time, a large thermal expansion change, that is, a volume change is involved. FIG. 7 shows the coefficient of linear thermal expansion. Hereinafter, the properties of silica with temperature changes are as follows. (1) α-quartz rapidly transitions at β-quartz at 573 ° C., physical properties change, and large thermal expansion is exhibited. (2) When heating from α-tridymite to β-tridymite, the temperature clearly changes at 117 ° C. and 163 ° C., respectively. (3) From α cristobalite to β cristobalite heating, cooling or depending on the production type of cristobalite, it changes at about 180 ° C to 275 ° C. At the time of this change, expansion and contraction are very large.
【００２２】結晶質シリカの熱膨張現象を利用すること
により、高温の結晶質シリカを冷却したとき発生する大
きな熱収縮によって鋳型を自動的に崩壊させることがで
きる。By utilizing the thermal expansion phenomenon of crystalline silica, the mold can be automatically collapsed by the large thermal contraction that occurs when the high temperature crystalline silica is cooled.
【００２３】一方、溶融シリカは熱膨張係数が非常に小
さく（５×１０−７℃−１）、溶融シリカを主原料にし
たセラミック鋳型は高温焼成時に熱膨張による型割れの
心配はほとんどないが、そのままでは自動崩壊はしな
い。そこで、溶融シリカを骨材としたセラミックスラリ
ーにＦｅ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏなど不
純物を添加する。不純物は溶融シリカをクルストバライ
トやトリジマイトへの転移を促進する効果があるため、
高温で保持することによって溶融シリカを結晶質シリカ
へ転移させ、これにより冷却時に鋳型を自動的に崩壊す
るようにしてもよい。On the other hand, fused silica has a very small coefficient of thermal expansion (5 × 10 −7 ° C. −1 ), and a ceramic mold containing fused silica as a main raw material has almost no risk of mold cracking due to thermal expansion during high temperature firing. , As it is, it does not automatically collapse. Therefore, impurities such as Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , K 2 O, and Na 2 O are added to the ceramic slurry using fused silica as an aggregate. Impurities have the effect of promoting the transition of fused silica to crust barite or tridymite,
It may also be possible to transform the fused silica into crystalline silica by holding it at an elevated temperature, which causes the mold to automatically collapse upon cooling.
【００２４】このように自動崩壊することにより、鋳型
が強固であっても鋳型からの鋳物の取り外しが容易にな
る。By automatically collapsing in this way, it becomes easy to remove the casting from the mold even if the mold is strong.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】本発明にかかる消失性模型を用い
たステンレス鋳物の製造方法について、ポンプ用軸流イ
ンペラをフルモールド鋳造方法で製造する例を用いて説
明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A method for manufacturing a stainless cast product using a vanishing model according to the present invention will be described with reference to an example of manufacturing a pump axial flow impeller by a full mold casting method.
【００２６】図１に消失性模型の製作例を示す。消失性
模型の製作例としては、まず立方体や直方体の発泡材１
０から消失性模型を形成する。発泡材１０としては、発
泡ポリスチレン（ＥＰＳ）、ポリメチルメタアクリレー
ト（ＰＭＭＡ）および両者の共重体の発泡体等が使用さ
れる。また、それぞれの材料を単体で用いても、あるい
は混合してもよい。発泡材１０は、ＮＣ加工機２によっ
て加工する。FIG. 1 shows an example of manufacturing the vanishing model. As an example of making an extinguishing model, first, a cubic or rectangular parallelepiped foam material 1
Form a vanishing model from 0. As the foam material 10, foamed polystyrene (EPS), polymethylmethacrylate (PMMA), a foamed product of a copolymer of the both, or the like is used. Further, the respective materials may be used alone or may be mixed. The foam material 10 is processed by the NC processing machine 2.
【００２７】まず、ユーザーからの設計図面より３Ｄデ
ータ（Ｓｏｌｉｄ Ｍｏｄｅｌ）を作成する。模型が複
雑であったり、大型の場合は、ＮＣ加工できる形状にＳ
ｏｌｉｄ Ｍｏｄｅｌを適宜分割する。そして、モデル
の取り込み、領域の作成と軌跡計算によってＮＣ加工機
用のデータ（ＣＡＭＮＣデータ）を作成する。First, 3D data (Solid Model) is created from a design drawing from a user. If the model is complicated or large, S
The solid model is appropriately divided. Then, data for the NC processing machine (CAMNC data) is created by importing the model, creating the area, and calculating the trajectory.
【００２８】データが作成されたら発泡材１０のブロッ
クをＮＣ加工機２にセットし、加工用のデータを用いて
発泡材１０のブロックから図２に示すような所要形状の
消失性模型４、この場合ポンプ用軸流インペラの模型を
削り出す。ＮＣ加工機２による加工により模型の表面に
孔部欠陥等が生じた場合は、その部分にパラフィン等を
塗布して補修を行なう。最後に、図面から一つ一つの寸
法を測定検査してフルモールド鋳造用の消失性模型４の
全体を形成する。After the data is created, the block of the foam material 10 is set in the NC processing machine 2, and the data for processing is used to remove the block of the foam material 10 from the block of the foam material 10 as shown in FIG. In the case, cut out a model of the axial impeller for the pump. When a hole defect or the like occurs on the surface of the model due to the processing by the NC processing machine 2, paraffin or the like is applied to the portion for repair. Finally, each dimension is measured and inspected from the drawing to form the entire disappearing model 4 for full mold casting.
【００２９】図２に示すようにフルモールド鋳造用の消
失性模型４が形成されたら、模型の表面にセラミック鋳
型となるセラミック基材を塗布する。セラミック基材の
塗布としては、まずスラリー６を消失性模型４の表面に
塗布し、次にスラリー６の表面に０．３〜０．７ｍｍ程
度の径の粗い耐火物粒子を付着させるサンディングを行
う。耐火物粒子の一例としてムライトが利用できる。After the disappearing model 4 for full mold casting is formed as shown in FIG. 2, a ceramic base material to be a ceramic mold is applied to the surface of the model. As the application of the ceramic base material, first, the slurry 6 is applied to the surface of the fugitive model 4, and then sanding is performed to attach coarse refractory particles having a diameter of about 0.3 to 0.7 mm to the surface of the slurry 6. . Mullite can be used as an example of refractory particles.
【００３０】スラリー６は、主骨材を溶融シリカ、ジル
コン、アルミナフラワー等とし、分散、増粘のために少
量の界面活性剤を添加し粘度を所定値に設定する。コロ
イダルシリカのｐＨは１０程度である。さらに、スラリ
ー６は、骨材の径が７５μｍ以下のものに加えて、１５
０μｍ〜５００μｍの径のものを４０％程度混入させて
ある。また溶融シリカ、ジルコン、アルミナフラワーの
各成分比は、セラミック基材を焼成した後ステンレス溶
鋼をセラミック鋳型内に注湯した際の温度上昇によって
所定の変化をし、その後の温度低下時に収縮率が大き
く、鋳型が鋳物との間の応力で自動崩壊する成分となっ
ている。例えば溶融シリカが５０％、アルミナが５０％
の成分割合である。コロイダルシリカはｐＨが１０程度
であり、また骨材とコロイダルシリカの比は２．５：１
程度とする。なお、消失性模型４の表面に、セラミック
基材の１層目としてジルコンフラワーとコロイダルシリ
カとを１：２で混合した塗型材を塗布してもよい。この
ような塗型剤を用いれば表面粗度が一層良好になる。In the slurry 6, the main aggregate is fused silica, zircon, alumina flour or the like, and a small amount of a surfactant is added for dispersion and thickening to set the viscosity to a predetermined value. The pH of colloidal silica is about 10. In addition to the slurry 6 having an aggregate diameter of 75 μm or less,
About 40% of particles having a diameter of 0 μm to 500 μm are mixed. In addition, the respective component ratios of fused silica, zircon, and alumina flour change in a predetermined manner due to the temperature rise when pouring molten stainless steel into the ceramic mold after firing the ceramic base material, and the shrinkage ratio when the temperature decreases thereafter. It is a component that is large and automatically collapses due to stress between the mold and the casting. For example, 50% fused silica and 50% alumina
Is the component ratio of. Colloidal silica has a pH of about 10, and the ratio of aggregate to colloidal silica is 2.5: 1.
The degree. In addition, you may apply the coating material which mixed the zircon flour and the colloidal silica 1: 2 as the 1st layer of the ceramic base material on the surface of the disappearing model 4. If such a mold coating agent is used, the surface roughness will be further improved.
【００３１】図３に示すようにスラリー６を消失性模型
４の表面に塗布した後、耐火物粒子を付着するサンディ
ングを行ない、６０℃程度またはそれ以下の温度で乾燥
させる。サンディングは、各スラリー６の層間の結合力
を増大させ、通気性を向上させる上で効果がある。かか
る動作を消失性模型４つまり製造する鋳物製品の大きさ
に応じて５〜７回繰り返し行い、コーティングの厚みを
１０ｍｍ以上とする。乾燥後の強度は、５０ｋｇ／ｃｍ
２以上とするのが好ましい。なお、コーティングの厚み
は模型の大きさ等を勘案し適宜変更してもよい。乾燥温
度が６０℃を越えると消失性模型の２次発泡による膨張
が発生し、好ましくない。As shown in FIG. 3, the slurry 6 is applied to the surface of the extinguishing model 4, sanding for adhering refractory particles is performed, and drying is performed at a temperature of about 60 ° C. or lower. Sanding is effective in increasing the bonding force between layers of each slurry 6 and improving the air permeability. This operation is repeated 5 to 7 times depending on the size of the disappearing model 4, that is, the casting product to be manufactured, and the thickness of the coating is 10 mm or more. The strength after drying is 50 kg / cm
It is preferably 2 or more. The thickness of the coating may be changed as appropriate in consideration of the size of the model. If the drying temperature exceeds 60 ° C., the explosive model expands due to secondary foaming, which is not preferable.
【００３２】このようにしてセラミック基材を塗布した
後、図４に示すように全体を加熱炉８に入れて所定の温
度（スラリーが焼成される温度）に加熱する。加熱は、
当初１００℃から５００℃程度まで徐々に温度を上昇さ
せ、その温度で３時間程保持する。その後再び温度を上
昇させ９００℃までにする。当初加熱炉８内の温度を５
００℃に温度を保つことにより、その間に消失性模型４
が軟化し、膨張することなく液化、気化してセラミック
基材の内部から段取り工程でセラミック基材に作られた
複数の孔から放出される。消失性模型を形成している発
泡材は、１４７℃程度で気化を開始する。また、消失性
模型４はすぐに軟化するため、２次発泡による膨張を防
止できる。セラミック基材の焼成温度は８００℃〜９０
０℃が好ましく、９００℃を越えると骨材の変態が起こ
るおそれがある。After coating the ceramic base material in this manner, the whole is put in a heating furnace 8 and heated to a predetermined temperature (temperature at which the slurry is fired) as shown in FIG. Heating
Initially, the temperature is gradually raised from about 100 ° C to about 500 ° C, and the temperature is maintained for about 3 hours. Then, the temperature is raised again to 900 ° C. Initially set the temperature in the heating furnace 8 to 5
By keeping the temperature at 00 ° C, the disappearance model 4
Is softened, liquefied and vaporized without expanding, and is discharged from the inside of the ceramic base material through a plurality of holes formed in the ceramic base material in a setup process. The foam material forming the disappearing model starts vaporizing at about 147 ° C. Further, since the disappearing model 4 is softened immediately, expansion due to secondary foaming can be prevented. The firing temperature of the ceramic base material is 800 ° C to 90 ° C.
0 ° C. is preferable, and if it exceeds 900 ° C., transformation of the aggregate may occur.
【００３３】加熱炉８には、消失性模型４が気化して発
生した分解物を外に排出するダクト１２が設けられ、さ
らにダクト１２の先端には分解物を捕集する集塵機（図
示せず）が設けられている。また、加熱炉８の加熱方法
は、ガスバーナーによる加熱より電気加熱の方が分解物
に着火して燃焼することが生じにくく好ましい。The heating furnace 8 is provided with a duct 12 for discharging the decomposed products generated by vaporization of the fusible model 4, and a dust collector (not shown) for collecting the decomposed products at the tip of the duct 12. ) Is provided. Further, as a heating method of the heating furnace 8, electric heating is preferable to heating by a gas burner because it is less likely that the decomposition product is ignited and burned.
【００３４】加熱炉８にてスラリー６が、約９００℃で
焼成されると強固なセラミック鋳型１が形成される。そ
れとともに加熱によりセラミック鋳型内の消失性模型４
は完全に消失し、鋳型外に排気される。焼成により、１
４００℃での強度が１００ｋｇ／ｃｍ２以上にもなる強
度の高いセラミック鋳型１が得られる。When the slurry 6 is fired at about 900 ° C. in the heating furnace 8, a strong ceramic mold 1 is formed. Along with this, the disappearance model 4 in the ceramic mold by heating
Completely disappears and is exhausted out of the mold. 1 by firing
A high-strength ceramic mold 1 having a strength at 400 ° C. of 100 kg / cm 2 or more can be obtained.
【００３５】次に、焼成されたセラミック鋳型１が焼成
によって高温を保っている状態で、図５に示すように湯
口１４からステンレス溶湯を注入して鋳造を行なう。湯
口１４は注湯作業は土びん式取鍋を使った落とし込み方
法を用いて、溶融ステンレス金属とセラミック鋳型との
間の温度差を縮めることとする。そして、セラミック鋳
型１を加熱炉８から取り出し冷却させて、ステンレス溶
湯を凝固させ、鋳物を形成する。Next, in a state where the fired ceramic mold 1 is kept at a high temperature by firing, as shown in FIG. 5, molten stainless steel is injected from the gate 14 to perform casting. The sprue 14 is designed to reduce the temperature difference between the molten stainless metal and the ceramic mold by using a dropping method using a clay ladle for pouring work. Then, the ceramic mold 1 is taken out from the heating furnace 8 and cooled to solidify the molten stainless steel to form a casting.
【００３６】その際セラミック鋳型１は、鋳造による高
温相移転により主骨材に収縮が起き、これによってステ
ンレス溶湯が鋳型内で冷却して凝固した際に、セラミッ
ク鋳型１と鋳物との間の収縮率の差によって応力が発生
し、セラミック鋳型１が自動崩壊する。したがって、セ
ラミック鋳型１内で凝固したステンレス鋳物をセラミッ
ク鋳型１から容易に取り出すことができる。At this time, the ceramic mold 1 shrinks in the main aggregate due to the high temperature phase transfer due to the casting, and when the stainless molten metal is cooled and solidified in the mold, the shrinkage between the ceramic mold 1 and the casting is caused. Stress is generated due to the difference in the rate, and the ceramic mold 1 automatically collapses. Therefore, the stainless casting solidified in the ceramic mold 1 can be easily taken out from the ceramic mold 1.
【００３７】したがって、上記鋳物の製造方法によれ
ば、鋳物製品に引け巣や、ガスブローなど内部欠陥の発
生がなく、寸法精度や表面粗度の良いステンレス鋳物を
製造することができ、しかも、鋳造後鋳型を自動崩壊さ
せ鋳物製品から容易に取り出すことができ、鋳造の手間
とコストを大幅に低減させることができる。Therefore, according to the above-mentioned casting manufacturing method, it is possible to manufacture a stainless casting having good dimensional accuracy and surface roughness without the occurrence of shrinkage cavities or internal defects such as gas blow in the casting product. The post mold can be automatically collapsed and easily taken out from the casting product, and the labor and cost of casting can be greatly reduced.
【００３８】なお、鋳造製品が大型の場合、例えば製品
の重量が１０００ｋｇ以上の場合には、スラリー６のコ
ーティングと耐火物粒子を付着させるサンディングを７
〜９回繰り返し行い、セラミック鋳型層の厚みを１０〜
１５ｍｍとなるようにする。このように設定すれば重量
が大きい場合でも、充分な強度の鋳型が得られ、バック
サンドの必要がなくステンレス鋳物の製造ができる。When the cast product is large, for example, when the weight of the product is 1000 kg or more, the coating of the slurry 6 and the sanding for adhering the refractory particles are applied.
~ Repeat 9 times to adjust the thickness of the ceramic mold layer to 10 ~.
It should be 15 mm. With this setting, even if the weight is large, a mold having sufficient strength can be obtained, and a stainless cast product can be manufactured without the need for back sanding.
【００３９】殊にポンプ用軸流インペラのような耐食性
が要求される製品については、他の材質に比べてステン
レス鋼が優れていることが知られているが、ステンレス
鋼は加工性が悪く、砂型で製造した場合は従来仕上げ加
工には多大の時間と労力を要したが、本発明によれば、
精度のよいステンレス鋳物を製造することができるので
仕上げ加工の手間を大幅に低減できる。It is known that stainless steel is superior to other materials particularly in products requiring corrosion resistance such as axial flow impellers for pumps. However, stainless steel has poor workability, When the sand mold is used, the conventional finishing process requires a lot of time and labor, but according to the present invention,
Since it is possible to manufacture a highly accurate stainless casting, the time and effort of finishing can be greatly reduced.
【００４０】この製造方法によって製造したポンプ用軸
流インペラは、表面粗度が２５Ｓとなり、従来の水ガラ
ス砂型鋳物の表面粗度が１４０Ｓ前後であったのと比較
して極めて細かい鋳肌が得られ、複雑な表面の研磨工程
を省くことができ、仕上げ工数を大幅に低減できた。The axial flow impeller for a pump manufactured by this manufacturing method has a surface roughness of 25S, and a very fine casting surface can be obtained as compared with the surface roughness of the conventional water glass sand mold casting of about 140S. As a result, the complicated surface polishing process can be omitted, and the number of finishing steps can be greatly reduced.
【００４１】また従来の水ガラス砂型法では鋳型の寸法
精度や湯回りの点から、多くの加工代が必要とされてい
たが、消失性模型で正確な形状の鋳型を一体で成形でき
ることから精度が向上して加工代が少なくでき、鋳造後
の加工の手間を減少できた。Further, in the conventional water glass sand mold method, a lot of machining allowance was required in terms of the dimensional accuracy of the mold and the circumference of the molten metal. The processing cost can be reduced, and the labor for processing after casting can be reduced.
【００４２】また、高温の状態のセラミック鋳型に溶湯
を注湯しているため、ステンレス溶鋼が指向性凝固を発
生させることにより、内部に引け巣、ガスブローなどの
欠陥が一切ないステンレス鋳物を製造できる。Further, since the molten metal is poured into the high temperature ceramic mold, the stainless molten steel causes directional solidification, so that a stainless cast product having no defects such as shrinkage cavities and gas blow inside can be manufactured. .
【００４３】なお、本発明は、ステンレス鋼を例にとっ
て説明したが、本発明の鋳物の製造方法はステンレス鋼
の鋳造に限るものでなく、炭素の含有が好ましくない材
質、その他の低炭素合金鋼に応用できるものである。Although the present invention has been described by taking stainless steel as an example, the method for producing a casting according to the present invention is not limited to the casting of stainless steel, and materials containing carbon in an undesirable manner and other low carbon alloy steels. Can be applied to.
【００４４】実験例
次に、消失性模型を用いたフルモールド鋳造によるステ
ンレス鋳物の製造の実験例について説明する。Experimental Example Next, an experimental example of manufacturing a stainless cast product by full mold casting using a vanishing model will be described.
【００４５】まず、直方体の発泡樹脂の塊をＮＣ加工機
で加工し、サンドペーパーで表面を整え、更に表面の凹
みにパラフィンを埋め、ポンプ用軸流インペラの模型を
成形した。First, a block of foamed resin in the shape of a rectangular parallelepiped was processed by an NC processing machine, the surface was adjusted with sandpaper, and paraffin was embedded in the recesses on the surface to form a model of an axial flow impeller for a pump.
【００４６】次にスラリーと耐火物粉末によりセラミッ
ク基材を形成した。スラリーは、溶融シリカ、ジルコ
ン、アルミナフラワーを主骨材に用い、更に分散、増粘
のために界面活性剤を添加して粘度を所定値にした。主
骨材は、７５μｍ以下の径を主成分とし、１５０μｍ〜
５００μｍの径のものを０％から４０％まで添加量を変
化させて加えた。また無機バインダーとしてｐＨ１０の
コロイダルシリカを加えた。Next, a ceramic substrate was formed from the slurry and refractory powder. The slurry used fused silica, zircon, and alumina flour as the main aggregate, and further added a surfactant for dispersion and thickening to bring the viscosity to a predetermined value. The main aggregate has a diameter of 75 μm or less as a main component, and 150 μm to
Those having a diameter of 500 μm were added by changing the addition amount from 0% to 40%. Colloidal silica having a pH of 10 was added as an inorganic binder.
【００４７】ポンプ用軸流インペラの消失性模型に、ス
ラリーのコーティングと耐火物粒子を付着させるサンデ
ィングを行い、その都度スラリーを６０℃で１時間程度
乾燥炉内で乾燥させ、かかる作業を７回繰り返し、セラ
ミック基材の厚みを１０ｍｍとした。耐火物粒子は、
０．３〜０．７ｍｍの径の粒子を用いた。乾燥後のセラ
ミック基材の強度は５０ｋｇ／ｃｍ２であった。The vanishing model of the axial flow impeller for a pump was sanded by coating the slurry and adhering the refractory particles, and drying the slurry at 60 ° C. for about 1 hour in a drying furnace each time, and performing the work 7 times. Repeatedly, the thickness of the ceramic substrate was set to 10 mm. Refractory particles
Particles with a diameter of 0.3-0.7 mm were used. The strength of the dried ceramic substrate was 50 kg / cm 2 .
【００４８】次に乾燥したセラミック基材を消失性模型
とともに加熱炉に入れ焼成する。加熱炉を適切な温度に
コントロールして、１４００℃での高温強度が１００ｋ
ｇ／ｃｍ２以上となるセラミックに焼成する。Next, the dried ceramic substrate is put into a heating furnace and fired together with the vanishing model. By controlling the heating furnace to an appropriate temperature, the high temperature strength at 1400 ° C is 100k.
It is fired into a ceramic having a g / cm 2 or more.
【００４９】温度は、まず５００℃まで１時間かけて上
昇させ、その温度に達して３時間保持した。その後、1
時間かけて９００℃まで上昇させ、９００℃に達したら
１時間保持した。The temperature was first raised to 500 ° C. over 1 hour, reached to that temperature, and held for 3 hours. Then 1
The temperature was raised to 900 ° C over time, and when the temperature reached 900 ° C, the temperature was kept for 1 hour.
【００５０】これにより、消失性模型はセラミック基材
の内部で軟化、液化、気化し、完全に消失された。また
消失性模型から発生したガスはセラミック基材の上面に
形成した小孔から加熱炉内に放出され、さらにダクト１
２を通して加熱炉から排出した。As a result, the disappearing model was softened, liquefied, and vaporized inside the ceramic substrate and completely disappeared. The gas generated from the fugitive model is discharged into the heating furnace through the small holes formed on the upper surface of the ceramic substrate, and the duct 1
It was discharged from the heating furnace through No. 2.
【００５１】９００℃の温度でセラミック基材は完全に
焼成され、セラミック鋳型内には消失性模型の痕跡は全
くなくなった。そして、セラミック鋳型の温度が低下し
ない高温（７５０℃〜９００℃程度）の状態で溶融ステ
ンレス金属を湯口から注入した。ステンレス鋼を鋳込ん
だ鋳型を加熱炉から取り出し、強制空冷または水冷によ
り冷却した。強制空冷はたとえば空気を吹き付ける方法
で行い、水冷は水を霧状にして噴霧する方法で行う。１
００ｋｇ以上の鋳造製品の場合、この強制空冷は約1時
間でよい。この段階での強制空冷または水冷により鋳物
内のＣｒの炭化物が分散され、これは砂鋳型によるステ
ンレス鋼の鋳造の場合に行われる溶体化処理の効果と同
じ効果であり、溶体化処理に伴う手間、設備、時間が全
く不要になり、実用上極めて大きな効果である。At a temperature of 900 ° C., the ceramic substrate was completely fired and there was no trace of the disappearing model in the ceramic mold. Then, the molten stainless metal was poured from the gate at a high temperature (about 750 to 900 ° C.) in which the temperature of the ceramic mold did not decrease. The mold in which stainless steel was cast was taken out from the heating furnace and cooled by forced air cooling or water cooling. For example, forced air cooling is performed by blowing air, and water cooling is performed by atomizing water and spraying. 1
For cast products over 00 kg, this forced air cooling may take about 1 hour. The carbide of Cr in the casting is dispersed by forced air cooling or water cooling at this stage, which is the same effect as the solution treatment performed in the case of stainless steel casting with a sand mold, and the labor required for solution treatment is No equipment, no time is required, which is an extremely large practical effect.
【００５２】実験例によれば、主骨材に径が１５０μｍ
〜５００μｍの径のものを４０％添加した場合には充分
な強度が得られた。また溶融シリカを５０％添加した場
合には、セラミック鋳型の温度が低下したときのセラミ
ック鋳型の収縮率が大きく、セラミック鋳型が自動崩壊
して、鋳物を鋳型から取り出すことができた。According to the experimental example, the main aggregate has a diameter of 150 μm.
Sufficient strength was obtained when 40% of the one having a diameter of ˜500 μm was added. When 50% of fused silica was added, the shrinkage rate of the ceramic mold was large when the temperature of the ceramic mold was lowered, and the ceramic mold automatically collapsed, and the casting could be taken out from the mold.
【００５３】[0053]
【発明の効果】本発明の消失性模型を用いたフルモール
ド鋳造による低炭素鋼鋳物の製造方法によれば、内部に
引け巣、ガスブローなど欠陥が一切なく、寸法精度や表
面粗度が良好で、仕上げ加工代が少ない低炭素鋼鋳物を
製造できる。しかも鋳造製品の外観不良が発生せず、製
造の手間とコストを大幅に低減できる。According to the method for producing a low carbon steel casting by full mold casting using the vanishing model of the present invention, there are no defects such as shrinkage cavities and gas blow inside, and dimensional accuracy and surface roughness are good. It is possible to manufacture low carbon steel castings with little finishing cost. Moreover, the appearance of the cast product does not deteriorate, and the labor and cost of manufacturing can be greatly reduced.
【００５４】鋳造後鋳型が冷却されると、収縮が起こり
鋳物との間の応力により鋳型が自動崩壊するので、鋳物
の取出しを容易にすることができる。When the mold is cooled after casting, shrinkage occurs and the mold is automatically disintegrated due to the stress between the mold and the casting, so that the casting can be taken out easily.
【００５５】また本発明の鋳型によれば、製品の形状デ
ータから容易に製造でき、寸法精度が正確で、かつ鋳物
への炭素の混入が生じない鋳型を提供できる。Further, according to the mold of the present invention, it is possible to provide a mold which can be easily manufactured from the shape data of the product, has accurate dimensional accuracy, and prevents carbon from being mixed into the casting.
【００５６】さらに本発明の鋳型で鋳込んだステンレス
鋼を鋳型ごと空冷または水冷することによりＣｒの炭化
物が分散して炭素の溶け込み量が少ないステンレス鋼が
得られ、従来避けられなかった溶体化処理が不要になる
のでコスト面でも極めて有利になる。Further, the stainless steel cast by the mold of the present invention is air-cooled or water-cooled together with the mold to obtain a stainless steel in which Cr carbide is dispersed and the amount of dissolved carbon is small. Since it becomes unnecessary, it is extremely advantageous in terms of cost.
【図１】ＮＣ加工機による発砲材の加工を示す図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing processing of a foam material by an NC processing machine.
【図２】加工された消失性模型を示す図である。FIG. 2 is a view showing a processed vanishing model.
【図３】スラリーを塗布した消失性模型を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing a vanishing model coated with a slurry.
【図４】スラリーを塗布した消失性模型を加熱炉で加熱
している状態を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a state in which a vanishing model coated with a slurry is being heated in a heating furnace.
【図５】本発明により製造したセラミック鋳型によるセ
ラミック鋳物の鋳造を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing casting of a ceramic casting by the ceramic mold manufactured according to the present invention.
【図６】天然シリカの結晶構造を示す。FIG. 6 shows a crystal structure of natural silica.
【図７】各種結晶構造の天然シリカの線熱膨張率を示
す。FIG. 7 shows linear thermal expansion coefficients of natural silica having various crystal structures.
１ セラミック鋳型 ２ ＮＣ加工機 ４ 消失性模型 ６ スラリー ８ 加熱炉 １０ 発泡材 １２ ダクト １４ 湯 口 1 Ceramic mold 2 NC processing machine 4 Vanishing model 6 slurry 8 heating furnace 10 foam material 12 ducts 14 hot spring
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２２Ｄ 30/00 Ｂ２２Ｄ 30/00 Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) B22D 30/00 B22D 30/00
Claims (9)
模型を加熱炉にて加熱し、前記消失性模型を気化させて
前記セラミック基材内部から排出させるとともに前記セ
ラミック基材を焼成してセラミック鋳型を形成し、こう
して形成された前記セラミック鋳型内に低炭素鋼の溶湯
を注入して低炭素鋼鋳物を製造することを特徴とした低
炭素鋼鋳物の製造方法。1. A ceramic body, the outer periphery of which is coated with a ceramic base material, is heated in a heating furnace to vaporize the fusible body model to be discharged from the inside of the ceramic base material and fire the ceramic base material. A method for producing a low carbon steel casting, comprising forming a mold, and injecting a low carbon steel melt into the ceramic mold thus formed to produce a low carbon steel casting.
の厚さに塗布した消失性模型を６０℃以下で乾燥後、１
００℃以上になった加熱炉にて消失性模型の着火温度以
下に加熱し、該消失性模型を気化させて前記セラミック
基材内部から排出させるとともに前記セラミック基材を
８００〜９００℃で焼成してセラミック鋳型を形成し、
こうして形成された前記セラミック鋳型内に低炭素鋼の
溶湯を注入して低炭素鋼鋳物を製造することを特徴とし
た低炭素鋼鋳物の製造方法。2. A ceramic base material on the outer periphery of 10 to 15 mm
The extinction model applied to the thickness of
It is heated to a temperature below the ignition temperature of the fugitive model in a heating furnace that has reached a temperature of 00 ° C or higher, and the fugitive model is vaporized and discharged from the inside of the ceramic base material, and the ceramic base material is fired at 800 to 900 ° C. To form a ceramic mold,
A method for producing a low carbon steel casting, characterized in that a low carbon steel casting is produced by injecting a low carbon steel melt into the ceramic mold thus formed.
リカ、ジルコン、アルミナのいずれか1つまたはその組
み合わせからなり、塗布した後のセラミック基材の厚み
が１０ｍｍ以上であり、かつ乾燥後の強度が５０ｋｇ／
ｃｍ２以上としたことを特徴とする請求項１または２に
記載の低炭素鋼鋳物の製造方法。3. The ceramic base material, wherein the main aggregate is one or a combination of fused silica, zircon, and alumina, and the thickness of the ceramic base material after application is 10 mm or more, and after drying, Strength of 50kg /
The method for producing a low carbon steel casting according to claim 1 or 2, wherein the casting method is at least cm 2 .
材に対して、１５０μｍ〜５００μｍの径の主骨材を４
０％以上混合したことを特徴とする請求項３に記載の低
炭素鋼鋳物の製造方法。4. The main aggregate is a main aggregate having a diameter of 75 μm or less and a main aggregate having a diameter of 150 μm to 500 μm.
The method for producing a low carbon steel casting according to claim 3, wherein 0% or more is mixed.
前記セラミック鋳型内に低炭素鋼溶湯を注入して鋳造す
ることを特徴とした請求項１〜４のいずれか1項に記載
の低炭素鋼鋳物の製造方法。5. The low carbon steel according to any one of claims 1 to 4, wherein a low carbon steel melt is poured into the ceramic mold held at a high temperature state by the firing and cast. Casting manufacturing method.
とを特徴とした請求項１、３〜５のいずれか1項に記載
の低炭素鋼鋳物の製造方法。6. The method for producing a low carbon steel casting according to claim 1, wherein the firing temperature is 900 ° C. or lower.
０％以下としたことを特徴とした請求項１〜６のいずれ
か1項に記載の低炭素鋼鋳物の製造方法。7. The fused silica is used as the ceramic base material.
The method for producing a low carbon steel casting according to any one of claims 1 to 6, wherein the content is 0% or less.
注入した後、強制冷却することを特徴とする請求項１〜
７のいずれか1項に記載の低炭素鋼鋳物の製造方法。8. The method according to claim 1, wherein after the molten metal of the low carbon steel is poured into the ceramic mold, forced cooling is performed.
7. The method for producing a low carbon steel casting according to any one of 7.
ナのいずれか1つまたはその組み合わせとし、かつ７５
μｍ以下の径の前記主骨材に対して、１５０μｍ〜５０
０μｍの径の前記主骨材を４０％以上混合してなるスラ
リーと、耐火物粉末とを交互に消失性模型の外周に付着
させて該消失性模型の外部にセラミック基材を形成さ
せ、セラミック基材が形成された消失製模型を加熱炉に
て加熱して、前記消失模型を気化させて前記セラミック
基材の内部から排出させるとともに前記セラミック基材
を焼成させたことを特徴とする低炭素鋼用セラミック鋳
型。9. The main aggregate is any one of fused silica, zircon, and alumina, or a combination thereof, and 75
150 μm to 50 μm for the main aggregate having a diameter of μm or less
A slurry obtained by mixing 40% or more of the main aggregate having a diameter of 0 μm and a refractory powder are alternately deposited on the outer periphery of the fusible model to form a ceramic base material on the outside of the fusible model. A low carbon, characterized in that the vanishing model on which a base material is formed is heated in a heating furnace to vaporize the vanishing model to discharge it from the inside of the ceramic base material and also to burn the ceramic base material. Ceramic mold for steel.
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