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地金の再生

ワックスツリーの形状や鋳造法案などにより量の違いはありますが、製品となる鋳造物を取り分けた後、センタースプルーや押し湯などは必ず残ります。もちろんその残った地金は再利用しますが、一度鋳造に使用した地金(リターン地金)をそのまま再利用すると、地金に残留する内包ガスやリターン地金の表面に微量に付着した埋没材による石膏ガスなどで予期せぬ鋳造欠陥を招く場合があります。この工程では、リターン地金を再利用しながら次の鋳造のための『最良の鋳造地金』を作る工程をご紹介します。
鋳造は、各工程を見てもわかる通り、実際の鋳造までのあいだに様々な鋳造前工程があります。そのどの工程においての不都合も、残念ながら最後の鋳造結果でしか判断が出来ません。『より良い鋳造物』を得るために、各工程で最善の努力を払っても、使用する地金自体に問題がある場合には、せっかくの努力も水泡に帰す場合もあります。その為、使用する鋳造地金にも最大の注意を払う必要があることは、言うまでもありません。
地金に内包されるガスには、大別して亜硫酸ガス系と酸素系のガスがあります。亜硫酸ガスの排除は、地金を高温にしてガスの排出を促します。地金を高温にすると、溶解金属の特性として膨張し、金属分子間の『隙間』が広かり、その隙間に酸素などのガスが入り込みやすくなります。地金に入り込んだ酸素の一部は金属(貴金属合金の場合、特に割り金として含有される銅等)と結合して『酸化物』になり、地金内に安定した形で内在されます。『酸化物』には、もはや金属の特性は失われていますので、この酸化物が多く含有された金属は粘性が損なわれたり、割れたりする弊害をもたらします。溶湯の凝固時には、取り込まれたガスの一部は排出されますが、ガスが排出された『通り道』が地金表面に残ったり、凝固時間内に金属内部から脱出できなかったガスは、金属内に『空洞』として残留し、金属と鋳型内壁の界面に存在した場合には、『ヘコミ』として現われます。これらは、いわゆるガスによる鋳造欠陥です。(※『空洞』や『ヘコミ』は、残留ガス以外の原因で発生する場合もあります。詳しくは資料館までお越し下さい。)
前述のように、不適切な地金を使用した結果現れる鋳造欠陥は、地金自体が含有する割金成分による物理特性を除いて、『ガス鋳巣』『ヘコミ』『ガスによる割れ』など様々な形態で現れます。いずれにしろ、地金に含有されるガスが主な原因となるので、一度鋳造した地金を再使用する場合には、出来るだけ内包するガスを取り除き、ガスによる鋳造欠陥のリスクを排除する必要があります。
余談ですが、鋳造頻度の少ない方に希に見られるのですが、ヤスリや糸鋸作業で出来る粉地金を、鋳造で再使用される方がいらっしゃいますが、粉地金の場合、切削工具からでる金属の混入や、その他不確定な物質の混入を招く恐れがあります。厳密に言えば、ガスの問題以前に地金純度にも微妙な狂いが発生する危険性があります。いずれの理由にせよ、鋳造には、削り粉などの粉地金は禁物です。粉地金は地金精練業者に委託して再生を行って下さい。


鋳造用地金作りのための溶解作業/脱酸材の効果
一度鋳造に使用した地金を再使用する場合、リターン(リサイクル)地金に付いた埋没材を完全に取り除きます。埋没材は高温(一般的には800℃以上)にさらされると熱分解を始め、気化してガス鋳巣の原因となります。それゆえ、出来るだけ完全に除去する必要があります。埋没材のクリーニング後は、ルツボに入る大きさに切り分けておきます。実際の地金作りの場合、リターン地金を1とすると、未使用地金(ヴァージン地金)2以上を足して、次の鋳造地金とします。出来るだけこの比率を守りながら再生と新地金をルツボに入れ、ホウ砂(フラックス)も入れて溶解します。地金が完全溶解した後でも更に温度を上げます、黒鉛棒で良く攪拌しながら亜硫酸系のガスを排出させます。この間ホウ砂はガラス化して溶湯表面にスラグ(不純物)と一緒に浮くので、黒鉛棒でスラグとガラス化したホウ砂をからめ取ります。このホウ砂の作業は、溶湯表面が鏡面になるまで何回か繰り返し行います。ホウ砂の役割は、ガラス化し溶湯表面に膜として留まり、地金の溶解に際して取り込まれるガスの混入を防ぐ役目があります。この工程で亜硫酸ガスの排出と酸素などのガスの飛び込みを防止します。
ホウ砂を完全に取り除き、溶湯表面が鏡面になったら、必要に応じて脱酸剤を地金に入れます。金・銀合金用の脱酸には『燐銅(リンドウ)』と『亜鉛』が効果的です。鋳造用金合金には予め亜鉛が含まれている地金も販売されていますが、亜鉛は高温にさらされると地金から蒸発して失われてしまうので、添加分量を守れば、再生時に再添加しても含有過多にはなりません。一方リン銅は、地金内に残留するので添加過多には注意が必要です。どちらの脱酸剤においても使用量は、地金総重量に対して1/1000から2/1000程度(重量比)です。
前述のように地金は溶解すると膨張し空気中のガスが入り込みやすくなります。例えば、取り込まれた酸素は、金属(特に銅)と結合して『酸化物』の形を取り安定してしまいます。脱酸材の効能は、この金属と結合した酸素を、金属からある意味で強制的に引き離し、『脱酸材-酸素』の形にさせます。この『脱酸材-酸素』の結合分子は金属の表面に浮いて行く特性があり、溶湯表面に達した『脱酸材-酸素』は大気へと放出されます。この特性を生かして、溶湯内に残留する酸素などの鋳造に有害なガスを強制的に排除し、地金内の内包ガスの含有量を減らすことが可能です。
しかしながら、脱酸材は地金に対する『薬』のようなものですので、必要以上の量を添加すると地金に悪影響を及ぼしてしまいますので、薬のコマーシャルではありませんが、『ご使用の際には、用量・用法を守り、正しくお使い下さい』という事になります。ちなみに亜鉛の多すぎる地金(特に銀)はドロッとした感じで、地金が『モタつく』感じになります。また、リン銅を入れすぎると地金が割れやすくなります。
適量の脱酸材を入れた地金は、あけ型などにあけ、酸洗い(ピックリング)により酸化膜を除去した後に、ルツボに入る程度に切り分けておきます。また、酸洗い後に延べ槌(金属を延ばすための金槌)やローラーで地金の分子を締めると、さらに良い鋳造地金を作る事ができます。


鋳造用地金の再生作業の手順

1.付着した埋没材を完全に除去するために、センタースプルーや押し湯を超音波洗浄します。 2.水洗いした後、付着した水分をエアーガンやドライヤーで乾燥させます。 3.リターン地金を切り分け、ヴァージン地金と一緒にルツボに入れます。粉地金の再使用は避けます。 4.溶解を開始します。完全溶解したら、黒鉛棒などで攪拌します。黒鉛棒での攪拌も脱ガス効果があります。
5.地金が溶解したら、ホウ砂を入れます。地金をルツボにセットした時点で、予めホウ砂を入れておいても有効です。 6.溶解地金の表面に浮くノロ(スラグ)と一緒にガラス化したホウ砂を黒鉛棒で取り除きます。 7.取り除いたホウ砂は、その都度黒鉛棒から取り除きます。ホウ砂は高温でガラス化して粘性を持ち、冷えると固まります。 8.溶解地金の界面がきれいになったら、適切な量の脱酸剤を添加し、良く攪拌します。
9.地金をあけ型に注ぎます。金属のあけ型を使用する場合には、予め熱し、油を敷いておきます。 10.金属が凝固したら、あけ型から地金を取り出し、水で冷やしてから酸洗いを行い、表面の酸化膜を取り除きます。 11.酸洗い後は、水で充分酸を洗い流し、ルツボに入る程度の大きさに切り分けます。 12.鋳造用地金のリサイクルの完了。次回の鋳造地金が算出されている場合には、各鋳型に合わせて計量しておきます。

ご注意とお願い

環境保全のため、酸処理で使用した硫酸などの処理は必ずアルカリで中和し、リトマス試験紙で中和を確認の上、産業廃棄業者へ廃棄処理を委託して下さい。そのままの状態で廃棄・投棄すると法律により罰せられる場合があります。

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