JP2003500221A - 発熱フィーダ - Google Patents

発熱フィーダ

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JP2003500221A
JP2003500221A JP2000621306A JP2000621306A JP2003500221A JP 2003500221 A JP2003500221 A JP 2003500221A JP 2000621306 A JP2000621306 A JP 2000621306A JP 2000621306 A JP2000621306 A JP 2000621306A JP 2003500221 A JP2003500221 A JP 2003500221A
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スケルディ,ウド
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アーエス リュンゲン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コムパニー コマンデイトゲゼルシャフト
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    • B22C1/02Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by additives for special purposes, e.g. indicators, breakdown additives
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
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Abstract

(57)【要約】 アルミニウムおよびマグネシウムと少なくとも1つの酸化剤とSiOを含有する充填剤と接着剤としてのアルカリ珪酸塩とからなる発熱フィーダが記載されており;これは少なくとも約0.5m/gの比表面積および約0.5ないし8μmの中程度の粒子直径(d50)を有する約2.5ないし20重量%の反応性酸化アルミニウムを含むとともにフッ化物を含有する溶剤を実質的に含んでいないことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 この発明は、アルミニウム、マグネシウム、少なくとも1つの酸化剤、SiO を含んだ耐熱性の充填剤、ならびに結合剤としてのアルカリ珪酸塩を含んだ発
熱フィーダに関する。
【0002】 発熱フィーダにおいてアルミニウムが酸化剤との発熱反応をもたらし、既知の
フィーダは反応性フッ素結合を有しており、これはアルミニウム粉末上の不活性
酸化膜と反応しその結果これが酸化剤と反応する。
【0003】 この種のフィーダは、例えばドイツ特許第C−2532745号公報に記載さ
れている。これは、特にアルミニウム粉末、詳しくは特定されていない酸化アル
ミニウム、ならびに有機(フェノール、尿素、フラン樹脂、澱粉)あるいは無機
(珪酸ゾル、コロイド状酸化アルミニウム)、および微細粒子金属のための酸化
剤を含んでいる。結合剤としてのアルカリ珪酸塩の使用は記載されていない。主
要なものは、“フッ化物触媒”呼ばれている、氷晶石、蛍石、またはナトリウム
ケイフッ化物等のフッ素結合物である。フッ素結合物の含有率は、0.1ないし
20重量%とすることができ;実施例によればフッ素結合物の含有率は1.0な
いし2.0%となっている。
【0004】 発熱フィーダ内にフッ素結合が存在することによって、アルミニウムの反応開
始温度が低下する。この作用は、例えば、同様に記載されているアルミニウムを
有していない断熱フィーダにおいてはフッ素結合物を0%に戻すことができるこ
とから明らかである。
【0005】 ドイツ特許第A−2923393号公報には、特にアルミニウム粉末、氷晶石
、酸化鉄、砂、ならびに酸化アルミニウム繊維からなる発熱フィーダが記載され
ている。最後に挙げたものは繊維として含有されるものである。
【0006】 ドイツ特許第C−2831505号公報には、内的充填物として理解されるA
添加物を有する発熱フィーダが記載されている。アルカリ珪酸塩は使用
されていないが、フッ化物を含有する溶剤(氷晶石)が常に必要である。マグネ
シウムは適用されていない。
【0007】 ドイツ民主共和国特許第60121号公報には、アルミニウムに基づいており
水ガラスならびにフッ化物を含有する溶剤を添加した発熱フィーダが記載されて
いる。
【0008】 環境上ならびに処理技術上の理由からフッ化物を含んでいない発熱フィーダが
求められているため、活性フッ素を含んでいない発熱フィーダの製造が既に提案
されている。この種のフィーダはアルミニウムの他にマグネシウムあるいはアル
ミニウムとマグネシウムの合金を含んでいる。マグネシウムの燃焼に際して生じ
る温度によって、アルミニウム上の酸化膜によってもたらされている不活性状態
が克服され、従ってアルミニウムも酸化剤と反応し、これによって全体としてよ
り高い温度に到達する。これにおいてはフィーダ内で不要な反応も発生する。
【0009】 フッ化物を含まず、高いSiO含有率を有する充填剤と結合剤としてのアル
カリ結合物(例えば水ガラス)ならびに酸化剤としてのアルカリ硝酸塩を含んで
いる、アルミニウムならびにマグネシウムからなる発熱フィーダにおいて、Si
を含有する充填剤とアルカリ結合物との溶固によって生じると思われるいわ
ゆる“ホールバーニング”が発生することが発見された。
【0010】 このホールバーニングはフィーダ壁内の大きな空洞内で発生し、管路を通じて
フィーダ内の溶融性の鉄と結合されている。溶融性の鉄が空洞内に浸入すること
によって鉄の損失が生じる。さらに、取り出されたフィーダからこの鉄を除去す
ることは極めて困難であり、その結果鉄の再利用が実質的に不可能となる。
【0011】 従って、本発明の目的は、いわゆる“ホールバーニング”を低減することであ
る。
【0012】 意外なことに、フィーダに反応性あるいは微細粉砕された酸化アルミニウムを
添加するとホールバーニングが全く発生しないことが発見された。
【0013】 従って、本発明の対象は、少なくとも約0.5m/gの比表面積および約0
.5ないし15μmの中程度の粒子直径(d50)を有する約2.5ないし20
重量%の反応性酸化アルミニウムを含むとともにフッ化物を含有する溶剤を実質
的に含んでいない、冒頭で定義した種類の発熱フィーダである。
【0014】 反応性酸化アルミニウムは一般的に約5%までのOH類を含んでいる。OH類
の含有率が比較的低い場合、反応は酸化アルミニウム粒子の粒子大を極めて小さ
くすることによっても達成される。
【0015】 “実質的に含んでいない”という表現からは、フッ化物含有率が1.0重量%
未満、好適には0.5重量%未満、特に0.1重量%未満であることが理解され
る。
【0016】 本発明に係る発熱フィーダにおいては反応後に極めて小さな空洞のみが見られ
、これは管路によって相互に結合されているものではなく、従ってフィーダ核部
から鉄が流入することはない。
【0017】 反応性酸化アルミニウムの作用方式は、存在するアルカリ結合物と反応し、従
って溶固および空洞形成を伴いながらSiOを含有する充填物と反応すること
は不可能である。ホールバーニングが発生しなければ、反応中または反応後にお
けるフィーダの強度も増加する。
【0018】 本発明に係るフィーダ内の反応性酸化アルミニウムは、約1ないし10m
gの比表面積を有することが好適である。一般的に本発明に係るフィーダの組成
は以下のものである: アルミニウム:20ないし35重量%、好適には20ないし23重量%、 マグネシウム:1.5ないし10重量%、好適には2ないし7重量%、 酸化剤:8ないし20重量%、好適には10ないし15重量%、 反応性酸化アルミニウム:4ないし18重量%、好適には8ないし13重量%
、 アルカリ珪酸塩:8ないし22重量%、好適には10ないし13重量%または
17ないし23重量%、 SiOを含有する充填剤:58.5ないし17重量%、好適には43ないし
29重量%。
【0019】 好適なアルカリ珪酸塩の量は充填剤に従ったものとなる。小さなかさ密度を有
する充填物(例えば細孔質球体)においては好適なアルカリ珪酸塩の量は高いも
のとなる。
【0020】 既知のフィーダと同様に、酸化剤として酸化鉄および/または硝酸ナトリウム
あるいは硝酸カリウム等のアルカリ硝酸塩を使用し、後から挙げたもの(アルカ
リ硝酸塩あるいはアルカリ酸化物)の還元生成物は反応性酸化アルミニウムと反
応する。
【0021】 SiOを含有する充填剤は、少なくとも50重量%、好適には60重量%超
のSiO含有率を有する。
【0022】 SiOを含有する耐熱性の充填剤としては、珪砂および/または珪酸アルミ
ニウムを使用することができ、後者の場合細孔質球体、粉砕した耐火粘土および
/または鉱物繊維等を使用することができる。
【0023】 反応性の酸化アルミニウムは以下の特性を有することが好適である: 90%超のAl含有率、 OH類の含有率:5%まで(粒子直径に依存する)、 約1ないし10m/gの比表面積(BET)、 中程度の粒子大(d50):0.5ないし15μm。
【0024】 本発明の対象は、さらに実質的にフッ化物を含んでいないフィーダにおいてホ
ールバーニングを低減する方法であり;この方法は、前述したように定義された
フィーダを適用することを特徴とする。
【0025】 さらに、本発明に係るフィーダを適用することによって意外なことに、フィー
ダ内に含まれる溶融性の鉄に鋳造材にまで達する変化が生じることが発見された
。薄片状グラファイトの形成によって硬化した鋳造材の変質が抑止され所要の球
形グラファイトが形成されるように金属構造が変化する。これは、溶融性の鉄と
直接的には接触せず従って鉄との間に交換現象は生じないものの、球状化添加剤
としてフィーダ内にマグネシウムが存在するためであると考えられる。フィーダ
内に含まれるマグネシウムの気相中における溶融性の鉄との反応は排除されるも
のとみなすことができ、これはマグネシウムが極めて低い蒸気圧を有しフィーダ
が微細粒子の鉱材中に気泡を含み従って蒸気状のマグネシウムが即座に空気中酸
素と反応するためである。本発明によって達成される効果に対する説明は、フィ
ーダが不純物(例えば硫黄)を含んでおり、これはマグネシウムが無いとフィー
ダ内の溶融性の鉄内に拡散しこのようにして極めて少量の球状化添加物(例えば
マグネシウム)によって溶融性の鉄内で反応することができ、従って鉄の硬化に
際して球形グラファイトを形成せずに薄片状グラファイトを形成するためである
と考えられる。マグネシウムがフィーダ内においてそこに含まれる不純物と反応
し、従ってこれが溶融性の鉄中に拡散し得ないと考えられる。従ってマグネシウ
ムが“スキャンベンジャ(scanvenger)”機能を有することが明らか
である。
【0026】 マグネシウムの他に例えばセリウム等の別の球状化添加剤を使用することも可
能である。アルカリ金属またはカルシウム等のマグネシウム以外のアルカリ土金
属は空気中で容易に酸化するため適していない。
【0027】 従って、本発明の対象は、さらにフィーダ適用領域内および鋳造材が到達する
領域内おけるグラファイト変質を防止する方法であり;この方法は前述したよう
に定義されるフィーダを適用することを特徴とする。
【0028】 本発明は、さらに以下に記す例によって明らかにされる。
【0029】 例1 レセプタ: アルミニウム(0.063ないし0.5mmの粒子):20重量%、 酸化剤硝酸ナトリウム:15重量%、 マグネシウム(0.1ないし1mmの粒子):4.5重量%、 反応性Al:9重量% (Al含有率99%、BET表面積6m/g未満、d504ないし8μ
m)、 SiO砂(0.1ないし0.5mmの粒子):40.5重量%、 水ガラス(43ないし45%の溶液):11重量%。
【0030】 成分をよく混合し得られた合成物をフィーダ型内に充填する。フィーダ型を二
酸化炭素でガス処理し;水ガラスはコロイド状の珪酸および硝酸ナトリウムを形
成しながら二酸化炭素と反応しフィーダを固化する。その後合成物を温度が一定
化するまで乾燥させる。
【0031】 フィーダは鋳型上に取り付けて形成され、溶融性の鉄が型内に注入される。こ
の際温度上昇を伴いながらフィーダが燃焼し、これによって水ガラスから得られ
た炭酸ナトリウムと硝酸ナトリウムの還元生成物が特に反応性のAlと反
応し、従って砂との反応によって生じるホールバーニングが防止される。鋳造工
程の終了後フィーダが取り除かれる。反応後フィーダの断面に多数の小さな空洞
が見られるが、これは管路によって相互に結合されてはおらず従って鉄を含んで
いない(図1)。
【0032】 例2 レセプタ: アルミニウム(例1と同様):20重量%、 酸化剤硝酸ナトリウム(例1と同様):10重量%、 マグネシウム(例1と同様):4重量%、 反応性Al(例1と同様):12.5重量%、 SiO細孔質球体:36.5重量% (0ないし0.5mmの粒子、かさ密度350cm/g、SiO含有率55
ないし65%)、 水ガラス(例1と同様):17重量%。
【0033】 例1と同様に成分を互いに混合してフィーダ型内に充填し、二酸化炭素でガス
処理するとともに乾燥させる。鋳造も例1と同様に実施される。取り外したフィ
ーダの断面には実質的に図1と同様の細孔構造が見られる。
【0034】 例3(比較) レセプタは例1と同様であるが、反応性Alに代えて以下の特性を有す
る9重量%のAlを使用した:Al含有率99%、0ないし0.5
mmの粒子(d50=200μm)。
【0035】 その他の処理は例1と同様に実施した。得られたフィーダ(フィーダ壁部の断
面は図2参照)には、溶融性の鉄の領域まで延在している小さな空洞と管路を通
じて結合された大きな空洞を中央に有する激しいホールバーニングが反応後に見
られる。全ての空洞には硬化した鉄が充満している。フィーダを破壊した後鉄部
材に変質したフィーダの残留物が付着している。例3の性質検査のために一般的
な方式で製造したシリンダ状の試料(d=50mm、h=50mm)の耐圧性は
例1の試料に比べて35%低いものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 例1によるフィーダの断面を示す図である。
【図2】 例3によるフィーダの断面を示す図である。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウムおよびマグネシウムと少なくとも1つの酸化剤
    とSiOを含有する充填剤と接着剤としてのアルカリ珪酸塩とからなる発熱フ
    ィーダにおいて、少なくとも約0.5m/gの比表面積および約0.5ないし
    8μmの中程度の粒子直径(d50)を有する約2.5ないし20重量%の反応
    性酸化アルミニウムを含むとともにフッ化物を含有する溶剤を実質的に含んでい
    ないことを特徴とするフィーダ。
  2. 【請求項2】 反応性酸化アルミニウムは約1ないし10m/gの比表面
    積を有することを特徴とする請求項1記載のフィーダ。
  3. 【請求項3】 アルミニウム:20ないし35重量%、好適には22ないし
    28重量%、 マグネシウム:1.5ないし10重量%、好適には2ないし7重量%、 酸化剤:8ないし20重量%、好適には10ないし15重量%、 反応性酸化アルミニウム:4ないし18重量%、好適には8ないし13重量%
    、 アルカリ珪酸塩:8ないし22重量%、好適には10ないし13重量%または
    17ないし22重量%、 SiOを含有する耐熱性の充填剤:58.5ないし17重量%、好適には4
    3ないし29重量%、 の組成からなることを特徴とする請求項1または2記載のフィーダ。
  4. 【請求項4】 酸化剤は酸化鉄および/またはアルカリ硝酸塩を含むことを
    特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のフィーダ。
  5. 【請求項5】 SiOを含有する耐熱性の充填剤は少なくとも50重量%
    、好適には60重量%超のSiO含有率を有することを特徴とする請求項1な
    いし4のいずれかに記載のフィーダ。
  6. 【請求項6】 SiOを含有する耐熱性の充填剤として珪砂および/また
    は珪酸アルミニウムを使用することを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに
    記載のフィーダ。
  7. 【請求項7】 SiOを含有する耐熱性の充填剤として細孔質球体、粉砕
    した耐火粘土および/または鉱物繊維を使用することを特徴とする請求項6記載
    のフィーダ。
  8. 【請求項8】 反応性の酸化アルミニウムは: 90%超のAl含有率、 5%までのOH類の含有率、 1ないし10m/gの比表面積(BET)、 0.5ないし15μmの中程度の粒子大(d50)、 の特性を有することを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載のフィー
    ダ。
  9. 【請求項9】 請求項1ないし8のいずれかに記載のフィーダを使用するこ
    とを特徴とする、実質的にフッ化物を含んでいないフィーダにおいてホールバー
    ニングを低減する方法。
  10. 【請求項10】 請求項1ないし8のいずれかに記載のフィーダを使用する
    ことを特徴とする、フィーダ適用領域内および鋳造材が到達する領域内おけるグ
    ラファイト変質を防止する方法。
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