JPH03146475A

JPH03146475A - 溶融酸化物の圧縮急冷方法及び圧縮急冷装置

Info

Publication number: JPH03146475A
Application number: JP1286092A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Tamamaki; 玉巻　雅弘; Yoshihiro Onoda; 小野田　芳大; Masaru Nozaki; 勝野崎; Shigeo Suzuki; 鈴木　成雄
Original assignee: NIPPON KENMAZAI KOGYO KK; Japan Abrasive Co Ltd
Current assignee: NIPPON KENMAZAI KOGYO KK; Japan Abrasive Co Ltd
Priority date: 1989-11-02
Filing date: 1989-11-02
Publication date: 1991-06-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、研磨材及び耐火材等を得るために、酸化物原
料を溶融して得られた溶融酸化物の冷却方法及び冷却装
置の改良に関するもので、さらに詳しくは、研磨材の研
削性能の改良及び耐火材等の強度、化学安定性、耐熱衝
撃特性等の改良に寄与し得る冷却方法及び冷却装置を提
供しようとするものである。

［従来の技術］従来、研磨材を得るために酸化物原料を溶融して冷却固
化する方法ないし装置としては、例えば、アルミナを主
原料とする物質及びアルミナとジルコニアを主原料とす
る研磨材においては、特公昭５０−１６５５６号（鋼鉄
製ボール中に鋳込むことを推奨）、特公昭５２−３９１
９３号（１，６乃至１２．７ｍｍの間隔のある平行板中
に鋳込むこ、とを推奨）、特公昭５７−３６２９９号（
金属の溶融体中に鋳込むことを推奨）、及び特公昭５２
−１６５５６号を応用した連続鋳造方法として特公昭５
８−１４８１６号と特公昭５９−１２３８２号等で開示
される方法ないし装置がある。

他に特開昭５４−６２１１１号（並列した鋼鉄製棒状物
中に鋳込むもの）、特開昭５７−１４０３８０号（回転
する周円筒体の収束空間に鋳込むもの）、及び本件出願
人の提供に係る特公平１−４８２１９号（同心円をなす
鋳造空間に鋳込むもの）などがある。

さらに、耐火材を得るために酸化物原料を溶融して冷却
固化する製造方法ないし装置としては、アルミナ、マグ
ネシア、カルシア等の酸化物原料を溶融し、空気又は水
蒸気でその溶融物を吹き飛ばすことにより中空粒子を作
る方法が米国特許節１．６８２，６７５号において開示
されている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、一般に均一で微細な結晶構造を有する研
磨材もしくは耐火材等を製造するためには、適切な冷却
速度の調整、冷却方向の選択が可能でかつ製造物の歩留
り向上を図り得ることが極めて重要である。

特公昭５０−１６５５６号は冷却方向が三次元的である
ために鋳造物の生成結晶の配向が不規則であり、冷却速
度も鋼球接触点付近と固化物の中央部付近で大きく異な
り、均一な大きさの結晶を得ることが出来ない。また、
微細結晶を得る為に鋼球の径を小さくして鋳造空間を狭
くすればするほど溶融酸化物の充填が困難になる。

この点特公昭５２−３９１９３号の方法では冷却方向が
一方向に調整され、隙間間隔も一定であるので結晶構造
もかなり均一となるが、やはり微細な結晶サイズを得る
ために鋳造間隔を狭くして冷却速度を高めようとした場
合、溶融酸化物の鋳込みをスムーズに行うことは極めて
困難となる。

また同じくこの応用例である特公昭５８−１４８１６号
と特公昭５９−１２３８２号の連続鋳造装置においても
生産、性を高める点では問題解決がなされているが、冷
却速度に関しては特公昭５２−３９１９３号による効果
を越えていない。また、これらの連続鋳造装置において
は冷却速度を任意に変える融通性が無い点、また多額の
設備投資を要する点において問題があった。

一方、特公昭５７−３６２９９号の方法では、均一な結
晶構造を得ることが出来るが、冷却に金属の溶融体温を
利用するために、生成物と金属の分離が困難である。

特開昭５４−６２１１１号の方法においても溶融酸化物
を鋳込む容積が大きいことから冷却速度が遅く微細な結
晶を生成することは困難である。

特開昭５７−１４３８０号は互いに回転する冷却金属円
筒体の収束空間に溶融物を導入し、連続的に冷却しなが
ら凝固させるので、上記従来例の多くの問題点を解決し
ているとするが、凝固温度の高い溶融物を対象とするた
め、高い生産性をもって連続的に冷却、凝固させるため
に要する円筒体の回転速度の設定が極めて困難であり実
用性の面で問題があった。また、冷却空間からの急激な
解離を行った場合、温度差が大きいことから、生成物中
にクラックが多く生じ強度の低下につながる難点があっ
た。

本件出願人の提供に係る特公平１−４８２１９号は、冷
却速度、冷却方法、作業性及び得られた冷却固化物の粉
砕、粒度調整等において極めて優れているが、より微細
な結晶を得るために、ある一定態下の鋳造隙間間隔を設
定した場合に溶融酸化物を鋳込むことは困難である。

また、耐火材において中空粒子を得る方法は、断熱効果
を高める点で優れているが、強度面では著しく劣る。

そこでこの発明は、上述の欠点ないし問題点をことごと
く解消し得る新規な冷却方法及び装置を提供しようとす
るものである。

［課題を解決するための手段］この発明は、以上の問題点を解決するために研磨材もし
くは耐火材原料としての溶融酸化物を冷却面を有する鋳
型中に注入し、一方向もしくは多方向から圧縮する圧縮
急冷方式を採用したものである。

すなわち、溶融酸化物は鋳込みが容易となるようにあら
かじめ一定間隔開放された冷却面を有する鋳造空間に注
入し、溶融酸化物が冷却固化する前に一方向もしくは多
方向から圧縮する圧縮急冷方法としたものである。

冷却面と鋳造空間との関係は種々の態様を取り得る。

例えば、鋳造空間を挟んで平行状態に位置する冷却面の
一方もしくは双方の移動により溶融酸化物を圧縮急冷す
る圧縮急冷方法、鋳造空間を挟んで同心円状態に位置する冷却面の一方も
しくは双方の移動により圧縮急冷する圧縮急冷方法、。

鋳造空間を挟んで非平行状態に位置する冷却面の一方の
旋回移動により圧縮急冷する圧縮急冷方法等である。

上記いずれの方法においても、鋳造空間を不活性ガスも
しくは還元性ガス雰囲気におくと得られる研磨材、耐火
材に対する不純物の混入を防止し得る。

また、冷却面を冷却媒体によって強制冷却するようにし
ておけば、急冷速度をより早めることができる。

ところで、この方法を使用する際に必要となる圧縮急冷
装置としては、研磨材もしくは耐火材等の溶融酸化物を
注入する鋳造空間を有し、この鋳造空間を画する一対の
冷却面の少なくとも一方の冷却面を移動可能とし、鋳造
空間に溶融酸化物を注入後冷却面を移動することにより
溶融酸化物を圧縮急冷するようにした装置が採用できる
。

圧縮急冷装置における冷却面と鋳造空間との関係は種々
の態様を取り得る。

例えば、鋳造空間を画する一対の冷却面が平行状態で配
された２枚の冷却固化板で構成され、少なくとも一方の
冷却固化板を移動可能とした装置、鋳造空間を画する一
対の冷却面が同軸に配された内筒部と外筒部の対向面で
構成され、内筒部、外筒部の少なくともいずれかを径方
向に移動可能とした装置、鋳造空間を画する一対の冷却面が、水平状態に配された
冷却固化板と、この冷却固化板に対し旋回状態を伴って
圧接・開離方向に移動可能に設けられた冷却固化板とで
構成される装置等である。

上記いずれの装置においても、鋳造空間を不活性ガスも
しくは還元性ガス雰囲気におくと得られる研磨材、耐火
材に対する不純物の混入を防止し得る。

［作用］この発明の冷却方法及び冷却装置によれば、溶融酸化物
が冷却固化する前に一方向もしくは多方向から圧縮する
圧縮急冷方法としているので、非圧縮冷却に比し冷却固
化速度を飛躍的に向上することができ、生産性を高め得
るのはもちろん、正方晶ジルコニアの残存量も極めて高
いものとなり、粒強度を向上し得る。また、冷却固化面
の最終隙間間隔を調整することにより冷却速度を調整し
、所望とする微細な結晶を得ることができる。

また圧縮によって、固化時に生じる内部気孔が減少せし
められた製品が得られる。

さらにまた、圧縮状態においである一定時間冷却固化物
を保持することができるので、急激な温度変化にさらす
ことなく、生成物中におけるクラックの発生を防止して
粒強度の低下を防ぐこともできる。また、ジルコニアを
含む材料においては、急激な温度変化に伴う内部歪みの
発生を防止し得るので、正方晶から単斜晶への転移が抑
制され、正方晶ジルコニアの残存量も極めて高いものと
なり、粒強度の一層の向上が期待できる。

またさらに圧縮強さを適宜設定することにより、溶融酸
化物を冷却固化する最終鋳造隙間間隔の設定及び冷却速
度の設定も容易に変えることができる融通性を有してお
り、所望特性の研磨材及び耐火材を得ることが容易とな
る。

従って、この発明に係る方法及び装置にによって製造し
た研磨材は微細で均一な結晶構造と高い粒強度を有し、
優れた研削性能を示す。また、耐火材等は強度、化学的
安定性と耐熱衝撃特性が向上する。

［実施例］以下この発明の実施例について、圧縮急冷装置のいくつ
かを例示した添付図面に従って説明する。

第１図に示した装置は１．ある一定の鋳造空間１を挟ん
で２枚の冷却固化板２が平行状態で位置して車輪３を有
する移動可能な台車４の上に設置しである。なお、鋳造
空間の側面側は当然閉塞されているが、図面上省略して
示す。この点については以下の実施例でも同様である。

冷却固化板の一方には油圧式駆動装置５が連結され、溶
融酸化物６が注入されると直ちに所望の厚さまで圧縮し
急冷する。７は鋳造間隔を設定するための突起物でメモ
リゲージ付きである。もちろん駆動装置において隙間間
隔、圧縮強度を設定しておけば、この突起物は必ずしも
必要ではない。溶融酸化物が固化すれば一定時間保持し
た後に、前記駆動装置を用い圧縮を解放するとともに冷
却固化物を回収出来る十分な広さまで冷却固化板を移動
して冷却固化物を取り出せば良い。

この例では冷却固化板を２枚としているが、２枚−組の
冷却固化板を複数組設けて同時に圧縮冷却することもで
きる。

また、第２図では、鋳造空間８を画する一対の冷却面が
同軸に配された内筒部９と外筒部１０の対向面で構成さ
れた例であり、内筒部９を固定し、４分割した外筒部１
０の各セグメントを各々電気駆動装置１１を用いて、中
心に向って径方向に移動可能とした装置を示している。

１２は鋳造間隔を設定するための突起物である。

また、第３図においては、不活性がス１３（Ｎ２ガス、
Ａｒガス等の単体もしくは混合ガス）が満たされた容器
１４中に設定した装置例を示しており、鋳造空間１５を
画する一対の冷却面は、水平状態に配された冷却固化板
１６と、この冷却固化板゛１６に対し旋回状態を伴って
圧接・開離方向に移動可能に設けられ冷却固化板１７で
構成したもので、１８は空気圧駆動装置、１９は鋳造間
隔を設定するための突起物である。

いずれの装置においても、格別強制冷却手段を設けてい
ないが冷却媒体を冷却面に循環させる方式を採用するこ
とも考えられる。

次に上記装置を用いた実際の圧縮急冷の実施例を示す。

実施例１圧縮急冷装置としては第１図に示した圧縮急冷装置を用
いた。鋳造空間の大きさは１０１０００Ｘ２０００．鋳
造間隔は１０ｍｍに設定した。

アルミナ質原料１００ｋｇをアーク溶融炉で溶融して鋳
造空間に注入し、直ちに隙間間隔５ｍｍまで圧縮しく圧
縮強度：０．２ｋｇｆ／ｃｍ２）、約１０分間保持した
。

この溶融固化物を解体して歩留りを確認したところ、従
来法では８５％であったが、９５％まで向上した。

また、インペラーブレーカ−並びにジョー・りラッシャ
ーを用いて粗粉砕したものを、ロール・ブレーカ−を用
い繰り返し粉砕し＃１６の砥粒を得た。この砥粒の結晶
の大きさは２０μｍと従来品の１００μｍに比べ著しく
小さく、気孔率も１０％から５％に向上した。その結果
、単粒圧壊強度も２０ｋｇ／個から３０　ｋ　ｇ／個に
向上した。

実施例２ジルコニアとアルミナに、イツトリアをジルコニアに固
溶する安定化剤として加え、これらの原料の総量５０ｋ
ｇをアーク溶融炉で溶融した。

第２図に示した圧縮急冷装置（鋳造空間の大きさは内筒
部の径が１０００ｍｍ、長さ１００１００Ｏで鋳造間隔
を５ｍｍに設定して鋳込み、直ちに隙間間隔３ｍｍまで
圧縮しく圧縮強度：０．３ｋ　ｇ　ｆ　／　ｃ　ｍ　２
）　、約１０分間保持した。この溶融固化物を解体して
歩留りを確認したところ従来法の８５％から９５％に向
上した。

また、実施例１と同じ方法で粉砕して＃８の砥粒を得た
。この砥粒の大きさは均一で微細な結晶を有し、そのジ
ルコニアロッド径は砥粒中央に位置するコロニイ結晶の
中央部を計測したところ、従来の平均では３．０００〜
６，０００オングストロームであったのに比べ５００〜
３，０００オングストロームと小さくなった。Ｘ線回折
装置を用いて求めたジルコニア中の正方晶ジルコニア残
存量は従来法の８０％に対し、８５％〜１００％と向上
した。また、添加されたイツトリアはその大部分がジル
コニア中に固溶しており、アルミナはα−Ａ１２０ｍ（
コラン、ダム）であった。単粒強度は従来法による１５
０〜１７０ｋｇ／個から１７０〜１８０ｋｇ／個に向上
した。また、気孔率は従来法の４％から３％まで向上し
た。

実施例３ジルコニアとアルミナに、ジルコニアに固溶する安定化
剤としてチタニア及びイツトリアを加え、その混合物１
０ｇをＣＯ２レーザーを用いて溶融した後に、実施例３
で示した圧縮急冷装置（冷却板の大きさが直径１００ｍ
ｍ）を用い、開放された鋳造空間に注入した後に、直ち
に隙間間隔０゜５ｍｍまで圧縮しく圧縮強度：０．６ｋ
ｇｆ／ｃｍ２）約５分間保持した。

得られた試料の正方晶ジルコニアの残存量は１００％で
、ジルコニアロッド径も平均で１，５ＧＯオングストロ
ームと非常に小さくなった。

なお、上記実施例においてジルコニアに固溶する安定化
剤としてチタニア、イツトリアを例示したが、これに限
らず、その他カルシア、マグネシア等も単体であるいは
他の安定化剤と混合して井いることができ、正方晶ジル
コニアの残存量を１める点で有効である。

［発明の効果］以上の通り、この発明に係る溶融酸化物の冷却方法及び
冷却装置は、鋳造空間に注入した溶融耐化物を所望とす
る鋳造隙間空間をもって圧縮急べするので、圧縮効果と
狭い隙間間隔の相乗効果力働き、冷却速度を飛躍的に向
上することができ、微細で均一な結晶構造と高い粒強度
を有する最純製品が得られた。因みに実験結果によれば
、従球の非圧縮冷却方法の場合、２．８ｘｌＯ−２ａｍ
／ｓｅｃであったのに対し、本方法によれば、同一条件
において６．１ｘｌＯ−２ｃｍ／ｓｅｃの冷却速度が得
られ、その効果を確認し得た。

また、この方法及び装置によれば、固化時に生じる内部
気孔を減少させることができるため、粒強度の低下を防
止し得る。また、ジルコニアを含む原料においては正方
晶ジルコニアの残存量を飛躍的に高めることができる。

また、隙間間隔及び圧縮強度の調整ひいては冷却速度の
調整が容易であり２、融通性の点でも優れた方法、装置
となっている。

従って、この発明に係る圧縮急冷方法及び装置を用いて
冷却固化して得られる研磨材は、優れた研削性能を示し
、また、耐火材等においては強度、化学的安定性、耐熱
衝撃特性等の向上が達成されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はいずれもこの発明に係る圧縮急冷装置
の実施例を示す概略正面図で、第１図は、平行状態の冷
却固化板を用いた装置、第２図は、同軸に配された内筒
部と外筒部を用いた装置、第３図は、一方の冷却固化板
が旋回状態を伴って移動する装置を示す。１．８．１５・・・鋳造空間２．１６．１７・・・冷却固化板６・・・溶融酸化物　９・・・内筒部１３・・・不活性ガス１０・・・外筒部

Claims

【特許請求の範囲】

（１）研磨材もしくは耐火材等の酸化物原料を溶融して
なる溶融酸化物を冷却面を有する鋳造空間に注入し、一
方向または多方向から圧縮することを特徴とする溶融酸
化物の圧縮急冷方法。
（２）鋳造空間を挟んで平行状態に位置する冷却面の一
方もしくは双方の移動により溶融酸化物を圧縮急冷する
請求項１記載の溶融酸化物の圧縮急冷方法。
（３）鋳造空間を挟んで同心円状態に位置する冷却面の
一方もしくは双方の移動により溶融酸化物を圧縮急冷す
る請求項１記載の溶融酸化物の圧縮急冷方法。
（４）鋳造空間を挟んで非平行状態に位置する冷却面の
一方の旋回移動により溶融酸化物を圧縮急冷する請求項
１記載の溶融酸化物の圧縮急冷方法。
（５）鋳造空間を不活性ガスもしくは還元性ガス雰囲気
におく請求項１乃至４のいずれかに記載の溶融酸化物の
圧縮急冷方法。
（６）冷却面が冷却媒体によって強制冷却される請求項
１乃至４のいずれかに記載の溶融酸化物の圧縮急冷方法
。
（７）研磨材もしくは耐火材等の酸化物原料を溶融して
なる溶融酸化物を注入する鋳造空間を有し、この鋳造空
間を画する一対の冷却面の少なくとも一方の冷却面を移
動可能とした溶融酸化物の圧縮急冷装置。
（８）鋳造空間を画する一対の冷却面が平行状態で配さ
れた２枚の冷却固化板で構成され、少なくとも一方の冷
却固化板を移動可能とした請求項７記載の溶融酸化物の
圧縮急冷装置。
（９）鋳造空間を画する一対の冷却面が同軸に配された
内筒部と外筒部の対向面で構成され、内筒部、外筒部の
少なくともいずれかを径方向に移動可能とした請求項７
記載の溶融酸化物の圧縮急冷装置。
（１０）鋳造空間を画する一対の冷却面が、水平状態に
配された冷却固化板と、この冷却固化板に対し旋回状態
を伴って圧接・開離方向に移動可能に設けられた冷却固
化板とで構成される請求項７記載の溶融酸化物の圧縮急
冷装置。
（１１）冷却面に対する冷却媒体の供給手段を具備した
請求項７乃至１０のいずれかに記載の溶融酸化物の圧縮
急冷装置。