鋳造工程において、溶融金属とともに溶融スラグが鋳型キャビティに流れ込むことで、スラグ穴と呼ばれる鋳造欠陥が発生します。鋳造生産においては、スラグ穴が原因で多くの鋳造品が廃棄されており、特に高精度工作機械の油圧部品においては、スラグ穴は大きな不良品発生要因となっています。スラグ穴は、製錬条件、注湯工程、成形プロセス、湯口設計など、さまざまな要因によって発生します。

1. 製錬工程におけるスラグ除去対策

鋳鉄の溶解過程では大量のスラグが発生します。溶銑が取鍋に入る前に、溶銑とスラグを完全に分離することが不可欠です。スラグが取鍋に入ると、キャビティ内に流れ込むリスクが高まり、取鍋内部にスラグが溜まると溶銑の温度が低下します。したがって、製錬中のスラグの適切な排出は非常に重要です。

キュポラ炉では、コークス灰、砂粒、剥離した耐火ライニング材から粘性の高い溶融スラグが形成され、排出が困難です。溶解時には適切な石灰石フラックスを添加する必要があります。石灰石は高温下で酸化カルシウムに分解し、炉スラグと反応して低融点スラグを形成します。このようなスラグは溶融鉄とともに前炉に流れ込み、密度によって層状に分離し、溶融鉄が底部に、スラグが上部に浮上します。前炉のスラグ出口を定期的に開けてスラグを排出し、鉄とスラグの分離を実現します。フラックスが不足すると、スラグが濃くなり、スムーズに排出できなくなります。

溶銑の温度を適切に上昇させる。温度が低いとスラグの粘度が高くなり排出が困難になるだけでなく、浮遊している微細なスラグが上昇する際の抵抗も大きくなり、効果的な除去を妨げる。

2. 鋳造前および鋳造中のスラグ除去

溶銑を炉床から取鍋に移送する際、一定量のスラグが必然的に取鍋に流れ込む。スラグ穴の発生を防ぐため、注湯前に取鍋内のスラグを完全に除去する必要がある。

取鍋内の溶銑の表面にスラグ凝集剤を均一に噴霧し、浮遊するスラグを凝集させて鉄棒で容易に除去できるようにします。一般的なスラグ凝集剤にはパーライトと火山灰があり、中でもパーライトが最も効果的です。籾殻灰は溶銑を保温する効果がありますが、スラグの凝集性能は劣ります。乾燥砂はスラグの凝集効果がほとんどありません。

注湯中は、専任の作業員を配置し、スラグストッパーを用いて浮遊スラグを遮断してください。注湯の中断は、湯口へのスラグの充填不良、湯口システムのスラグ保持機能の損傷、注湯カップ内に残ったスラグがキャビティ内に入り込み欠陥を形成する原因となるため、避けてください。

3. 成形作業におけるスラグの防止

目に見えるスラグは手動で遮断できるが、目に見えない微細なスラグは適切に設計されたゲートシステムで捕捉する必要がある。

• 注ぎ口カップのデザインを最適化し、液体の渦流を防ぎ、カップ内に浮遊する沈殿物を保持する。

• ゲートとランナーの断面形状を標準化する。ランナーの主な機能はスラグの保持である。ランナーは高台形または丸頂台形断面を採用し、スラグが上方に浮上して上部に留まるようにする一方、清浄な溶銑は底部からキャビティに流れ込む。平らな台形ゲートは吸引範囲を狭め、スラグ保持効果を高める。

• 最初のゲート列と湯口の間には十分な距離を保ち、微細なスラグが上方に浮き上がるのに十分な時間を確保してください。

4. スラグ除去効率を高めるための特殊ゲートシステム

従来の湯口システムでは、スラグ分離能力に限界がある。そのため、厳格な品質要件が求められる鋳造品には、特殊な構造が採用される。

• 低速流ランナーは、中小型の重要な鋳物の大量生産に広く用いられており、チョークランナーは、高いスラグ排除率が求められる製品に適用される。

• 大型および中型キー鋳造品の場合、ランナーとインゲートの間に遠心式スラグトラップが設置されます。溶融鉄はトラップに接線方向に流れ込み、旋回流を形成します。遠心力と浮力により、スラグは上部中央に集まり、優れたスラグ除去効果を発揮します。

• 高品質の厚肉小型鋳造品向けに、遠心式スラグトラップをライザーと一体化することで、供給とスラグ除去の両方を実現し、プロセス歩留まりを向上させます。

製錬工程における適時なスラグ排出、注湯前の徹底したスラグ除去、注湯中の効果的なスラグ遮断、そして合理的な湯口・ライザーシステムの設計を実施する。溶融スラグが鋳型キャビティに侵入するのを防ぎ、スラグ穴欠陥を根本的に排除するために、すべての工程を厳密に管理する。