大型インペラ（通常、外径500mm以上、または大型で薄肉かつ複雑な流路構造を持つもの）の鋳造は、その複雑な構造、不均一な肉厚、そして流路精度と表面品質に対する極めて高い要求のため、鋳造業界において困難な課題となっている。現在の主流プロセスルートの選定と、その後の欠陥管理が、成否を左右する重要な要素となる。
1．主流の鋳造プロセスの選択
大型リーフホイールの製造においては、材質や精度要件に応じて、一般的に以下の3つの工程が用いられます。
インベストメント鋳造（ワックスロス法）：ステンレス鋼および合金鋼製インペラの主流プロセスです。複雑なブレード表面を高精度（CT4～CT6）で再現できるため、小型から中型の複雑なインペラに適しています。しかし、超大型サイズ（1メートルなど）では、ワックス型が変形しやすく、シェルの強度を制御するのが困難です。
樹脂砂型鋳造：大型の鋳鋼製および鋳鉄製インペラ（直径数メートルの発電所用ファンインペラなど）に適しています。低コストで汎用性が高い反面、鋳造面が粗く、流路寸法の精度がやや劣るため、将来的に研磨に多くの時間を要する場合があります。
複合鋳造（精密鋳造型＋砂型）：大型で複雑なブレードを持つインペラの場合、ブレード部分には精密鋳造型シェルを、ハブとスポーク部分には砂型を使用し、これらを組み合わせて鋳造するのが一般的です。ブレードの精度と大型構造の実現とのバランスが取れています。
低圧／重力鋳造：大型のアルミニウム合金および銅合金製インペラによく用いられ、スムーズな充填と良好な収縮効果により、気孔率を効果的に低減できる。
2．中核プロセスの課題と対策
大型リーフホイール鋳造における最も厄介な点は、充填不良、収縮による気孔、および高温割れである。
充填および注湯システム：大型インペラブレードは薄く、流路が狭いため、溶融金属が早期に冷却されやすく、冷却不足や注湯不足を引き起こします。溶融金属がスムーズに上昇するように、底注、隙間注、または円形雨注が一般的に使用されます。薄肉ステンレス鋼インペラの場合、注湯温度を上げて注湯速度を速める必要がある場合があります。
収縮と凝固の制御：ブレードとハブの接合部（ホットスポット）は収縮や緩みが発生しやすい。ライザー（オープン/ダーク）と冷間鋳鉄を配置し、コンピュータ数値シミュレーション（CAE）を使用して鋳造品が"bottom-up"方向の凝固シーケンスを形成するように強制することで、プロセスが最適化され、溶融金属がその場で補充されることが保証される。
変形防止と亀裂防止：大型の薄肉部品は冷却が不均一で応力が高く、反り変形や亀裂が発生しやすい。鋳造構造の最適化（肉厚の急激な変化を避けるため）に加え、成形には成形用冷鋳鉄がよく用いられ、良好な成形砂が選ばれる。ステンレス鋼部品は、脆性相の析出による亀裂を防ぐため、冷却速度に注意する必要がある。
3．よくある不具合とその予防策
気孔：鋳型砂中のガス混入、排気不良、または溶融金属中のガス混入が原因で発生します。鋳型砂の含水率を調整し、ガス排出口のライザー径を増大させ、フィルタースクリーンを設置する必要があります。重要な部品については、真空鋳造または真空脱ガス溶解を用いることができます。
スラグ混入／砂穴：注湯システムからの剥離や溶融金属の酸化によって生じるスラグ混入。鋳型キャビティの洗浄を強化し、耐火性フィルターを使用し、注湯システムのスラグ遮断設計を徹底し、溶融金属の沈降時間を確保する必要があります。
ひび割れ：高温ひび割れは、収縮が阻害されることで発生することが多い。ライザーの位置を最適化して引っ張りを防ぎ、硫黄とリンの含有量を制御し、金型に十分な収縮スペースを確保する必要がある。
現代の大型リーフホイールを鋳造する前に、ProCASTやAnyCastingなどのソフトウェアを使用して充填と凝固をシミュレーションするのが一般的です。