JP5007214B2 - 溶湯異物除去用部品 - Google Patents
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Description
よってスラグ等の比較的大きな異物除去には有効であるが、鋳型砂など小さな異物の除去は困難である。そこで、特に異物混入による欠陥を嫌う製品を製造する際には、湯道系に耐火性材料で作った湯道管を用いて鋳型由来の砂の混入を避け、更に溶湯由来で混入するスラグ等はフィルターで除去する鋳造方案が用いられている。しかしながら、鋳型造型時に湯道管とフィルターを配置することは、未硬化状態で不安定な砂の上で行うため位置決め等が難しく、フィルターを破損させたり湯道管内に砂が混入するなど、新たな欠陥原因を発生させる可能性すらある。
1.本発明に用いるフィルター保持具は、セラミック製に比べて軽量でありながら、造形時における常温強度、鋳込時における熱間強度及び形状保持性を必要十分に有する。よって、それを用いた溶湯異物除去用部品も、耐熱性フィルターと一体構造であることに加えて軽量であるため、造形時の作業性が良く、所定の位置に湯道を配置することができ、また本発明に用いるフィルター保持具は耐熱性フィルターの破損を防止でき、造形時に湯道系へ鋳物砂が混入することも起こりにくい。その結果、フィルター本来の目的であるスラグ等の除去性能を如何なく発揮できる。
2.本発明に用いるフィルター保持具は、鋳込時の熱により有機繊維が燃焼するため、該構造体の重量が減少すると共に、密度も低下する。そのため、解枠時に残存する該構造体重量は鋳込前に比較して減少し、また密度が低下することで容易に除去できるため、後処理が簡便で廃棄物量が低減できる。
3.本発明で用いるフィルター保持具に、更に湯道管と嵌合接続できる構造を加えることで、前記1の効果を更に向上することができる。
4.前記1〜3の効果により、スラグや鋳物砂に起因した鋳造欠陥が少なく、砂噛みによる加工トラブル(先端工具の欠け、など)等が少ない鋳物を、低コストで効率良く製造できる。
本実施形態に用いられるフィルター保持具となる構造体は、有機繊維、無機繊維及び熱硬化性樹脂を含有するものである。
前記熱硬化性樹脂には、特に、可燃ガスの発生が少なく、燃焼抑制効果があり、熱分解(炭化)後における残炭率が25%以上と高く、鋳造時に炭素皮膜を形成するために良好な鋳肌を得ることができる点からフェノール系樹脂を用いることが好ましい。なお、残炭率は、示査熱分析により還元雰囲気下(窒素雰囲気下)にて1000℃に加熱後の残留重量により求めることができる。
<原料スラリーの調製>
下記有機繊維、無機繊維及び無機粒子を水に分散させた約1重量%のスラリーを調製した後、該スラリーに下記熱硬化性樹脂粉末及び適量の下記凝集剤を添加し、原料スラリーを調製した。なお、有機繊維/無機繊維/無機粒子/熱硬化性樹脂粉末=25/10/45/20(重量部)の比率で調製した。
有機繊維:新聞古紙(平均繊維長1mm、フリーネス(CSF、以下同じ)150cc)
無機繊維:PAN系炭素繊維(東レ(株)製「トレカチョップ」、繊維長3mm、収縮率0.1%)
無機粒子:黒曜石(キンセイマテック社製「ナイスキャッチ」、平均粒子径30μm)
熱硬化性樹脂:フェノール樹脂(エア・ウォーター(株)製「ベルパールS−890」)
凝集剤:ポリアクリルアミド系凝集剤(三井サイテック社製「A110」)
抄造型には、図2に示す該構造体2に対応する抄造面を有する型を用いた。当該抄造面には所定の目開きのネットが配され、抄造面から背面へ連通孔が形成され、さらに連通孔は吸引ポンプに接続されている。まず原料スラリーを入れたタンクに、抄造型の抄造面を下にして浸漬し、続いて吸引ポンプを作動させ、所定の繊維積層体を前記ネットの表面に堆積させた。さらに吸引ポンプを作動させた状態で、前記抄造型を原料スラリータンクの液面より引き上げることでエアを通気させ、該繊維積層体を脱水した。次いで、繊維積層体を抄造型から取り出し、220℃に加熱された乾燥型に移した。乾燥成形型には、図1に示す構造体に対応する内外一組のものを用いた。乾燥成形工程では、前記繊維積層体を内外一組の該乾燥成形型に挟み込み、目的とする構造体の形状を転写させつつ該繊維積層体を乾燥した。所定時間(60秒)の加圧乾燥を行った後、得られた成形体を前記乾燥型から取り出して冷却し、図2に該構造体2に示す形態で、肉厚1.4mmの構造体を得た。また溶湯流入部・流出部5は外径φ53(mm)であった。
図1の前記構造体を2個用意し、図2に示す所定の位置に耐熱性フィルター(フォセコ・ジャパン・リミテッド製「SEDEX100×100×22−10P」、材質主成分:炭化ケイ素、有効断面積:64cm2)をセットし、図3に示すように組み立てた。なお、接合部分は図8に示すようにステープラを用いて固定した。
図11に示すような方案で鋳型を造形した。鋳型13はフラタリーサンド、フラン樹脂及び硬化剤を用いて作製した。湯道系は内径φ30(mm)の陶製湯道管18を用い、途中に前記溶湯異物除去用部品17を設置した。製品部14はW×D×H=400×400×200(mm)であり、鋳物重量換算で約220(kg)に相当する。
図11の鋳型に、鋳物材質FC−300、鋳込温度1380℃の溶融金属(溶湯)を注入し、凝固したのち、鋳型を壊して、鋳物を取り出した。
製品の欠陥有無と、フィルター保持具用構造体の鋳込み前後の重量を測定し、表1に示す。
溶湯異物除去用部品のフィルター保持具用構造体を、図12に示すような形状の陶製(平均肉厚8mm)で製作し、接合部分は布粘着テープで固定した。それ以外は、実施例1と同じとした。製品の欠陥有無とフィルター保持具用構造体の鋳込み前後の重量を測定した結果を表1に示す。
鋳型方案を図13に示すように、湯道系に湯道管を使用せず、湯口19及び堰21の断面形状をφ30(mm)、湯道20の断面形状を27×27(mm)とし、さらに耐熱性フィルターを湯道20に直接設置した以外は、実施例1と同じとした。製品の欠陥有無を表1に示す。
実施例1及び比較例1について、製品部をW×D×H=560×560×200(mm)(鋳物重量換算で約440(kg)に相当)、鋳込温度を1450℃にした以外は、それぞれ同じにしてテストを10回行い、各10点ずつの、製品欠陥及び鋳込み後のフィルター破損の割合を表2に示す。
尚、鋳込み後のフィルター破損は、目視により評価した。
<溶湯異物除去用部品の製造>
実施例1と同様にしてフィルター保持具用構造体(図10の形状のもの)を2個用意し、図10に示す所定の位置に耐熱性フィルター(丸穴状、外形:角型、材質:ムライト、有効断面積:121cm2)をセットし、図10に示すように組み立てた。なお、接合部分は紙製粘着テープを用いて固定した。これを実施例3とした。
図11に示すような方案で鋳型を造型した。模型サイズとしてW×D×H=800×800×400(mm)である直方体形状の発泡倍率50倍の発泡ポリスチレン模型を作製し、下記組成の塗型剤を模型表面に乾燥膜厚で約1mm塗布した。その後、図11に示すように耐熱性骨材(フラタリーサンド+フラン樹脂/硬化剤)を充填して造型し、鋳型を製造した。湯道系は内径φ50(mm)の陶製湯道管18を用い、途中に前記溶湯異物除去用部品17を設置した。製品部は、鋳物重量換算で約1800(kg)に相当する。
*塗型剤組成
・シリカ 28.9(質量%)
・黒鉛 13.0(質量%)
・界面活性剤 2.0(質量%)
・ベントナイト 3.0(質量%)
・メチルセルロース 6.0(質量%)
・水 残余(合計100質量%)
図11の鋳型に、鋳物材質FC−300、鋳込温度1450℃の溶融金属(溶湯)を注入し、凝固したのち、鋳型を壊して、鋳物を取り出した。
上記方法に従って鋳物の製造を10回行い、各10点ずつの、製品欠陥及び鋳込み後のフィルター破損の割合を評価した。尚、鋳込み後のフィルター破損は、目視により評価した。
2 フィルター保持具用構造体
3 耐熱性フィルター
4 湯道管
5 溶湯流入部・流出部
6 溶湯流入部・流出部の断面積
7 耐熱性フィルター接触部の有効断面積
8 接着剤、粘着剤、又は両面テープ
9 ステープラ、鋲、ねじ、糸、又は金属ワイヤー
10 クリップ、又は粘着テープ
11 ハニカム耐熱性フィルター
12 クリップ、又は粘着テープ
13 鋳型
14 製品部
15 溶湯(溶融金属)
16 揚がり
17 溶湯異物除去用部品
18 陶製湯道管
19 湯口
20 湯道
21 堰
22 耐熱性フィルター
Claims (12)
- 有機繊維、無機繊維及び熱硬化性樹脂を含有する構造体からなるフィルター保持具、並びに耐熱性フィルターを含んで構成される、溶湯異物除去用部品であって、
前記有機繊維、前記無機繊維及び前記熱硬化性樹脂の配合比が、これら三者の合計100重量部中、有機繊維が1〜50重量部、無機繊維が1〜40重量部、熱硬化性樹脂が2〜50重量部であり、
前記耐熱性フィルターの有効断面積が50〜400cm 2 である、
溶湯異物除去用部品。 - 前記耐熱性フィルターが、セラミックス製である、請求項1記載の溶湯異物除去用部品。
- 消失模型鋳造用である請求項1又は2記載の溶湯異物除去用部品。
- 無機繊維が炭素繊維である請求項1〜3いずれかに記載の溶湯異物除去用部品。
- 前記構造体が、更に無機粒子を含有する、請求項1〜4の何れかに記載の溶湯異物除去用部品。
- 前記フィルター保持具が、溶湯の供給経路に嵌合接続できる溶湯流入部及び溶湯流出部を有する、請求項1〜5の何れかに記載の溶湯異物除去用部品。
- 請求項1〜6の何れかに記載の溶湯異物除去用部品を含んで構成される、鋳物製造用鋳型。
- 前記溶湯異物除去用部品が湯道中に配置されている、請求項7記載の鋳物製造用鋳型。
- 請求項7又は8に記載の鋳物製造用鋳型を用いる鋳物の製造方法であって、
溶湯量が前記溶湯異物除去用部品のフィルター1個当たり300kg以上5000kg以下(鋳物重量換算)である、
鋳物の製造方法。 - 溶湯流量が前記溶湯異物除去用部品のフィルター1個当たり10kg/sec以上150kg/sec以下である、請求項9記載の鋳物の製造方法。
- 鋳物を消失模型鋳造法により製造する請求項9又は10に記載の鋳物の製造方法。
- 有機繊維、無機繊維及び熱硬化性樹脂を含有する構造体からなる鋳物製造用フィルター保持具。
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