JP2003251434A - 鋳型用砂及びその製造方法 - Google Patents
鋳型用砂及びその製造方法Info
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- JP2003251434A JP2003251434A JP2002054352A JP2002054352A JP2003251434A JP 2003251434 A JP2003251434 A JP 2003251434A JP 2002054352 A JP2002054352 A JP 2002054352A JP 2002054352 A JP2002054352 A JP 2002054352A JP 2003251434 A JP2003251434 A JP 2003251434A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 極めて理想的な性状を有する鋳型用砂を提供
することを課題とする。 【解決手段】 アルミナ４０〜９０重量％、シリカ６０
〜１０重量％の合成ムライトを主とする球状物からな
り、該球状物が、３０〜１１８０μｍの粒度分布を有
し、かつ６万／ｄ〜１８０万／ｄ（ｄは球状物の平均粒
子径（μｍ））の範囲の単位体積あたりの表面積（ｃｍ
2／ｃｍ3）を有することを特徴とする鋳型用砂により上
記課題を解決する。
することを課題とする。 【解決手段】 アルミナ４０〜９０重量％、シリカ６０
〜１０重量％の合成ムライトを主とする球状物からな
り、該球状物が、３０〜１１８０μｍの粒度分布を有
し、かつ６万／ｄ〜１８０万／ｄ（ｄは球状物の平均粒
子径（μｍ））の範囲の単位体積あたりの表面積（ｃｍ
2／ｃｍ3）を有することを特徴とする鋳型用砂により上
記課題を解決する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋳型用砂に関す
る。更に詳しくは、本発明は、鋳込み温度が高く、厚肉
の大型鋳鋼品に適用しうる低膨張及び低破砕性を有し、
リサイクル性に優れた鋳型用砂及びその製造方法に関す
る。
る。更に詳しくは、本発明は、鋳込み温度が高く、厚肉
の大型鋳鋼品に適用しうる低膨張及び低破砕性を有し、
リサイクル性に優れた鋳型用砂及びその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】鋳物工
場において、鋳型は骨材（鋳型用砂）とバインダーとか
ら形成される。鋳型を作製する方法として、フラン樹脂
法、アルカリフェノール樹脂法及びフェノール樹脂法が
知られている。フラン樹脂法は、フラン樹脂に有機酸を
添加し硬化させる鋳型形成法である。アルカリフェノー
ル樹脂法は、アルカリフェノール樹脂を有機エステルで
硬化させる鋳型形成法である。フェノール樹脂法は、一
般的にＲＣＳ法として知られている鋳型形成法である。
場において、鋳型は骨材（鋳型用砂）とバインダーとか
ら形成される。鋳型を作製する方法として、フラン樹脂
法、アルカリフェノール樹脂法及びフェノール樹脂法が
知られている。フラン樹脂法は、フラン樹脂に有機酸を
添加し硬化させる鋳型形成法である。アルカリフェノー
ル樹脂法は、アルカリフェノール樹脂を有機エステルで
硬化させる鋳型形成法である。フェノール樹脂法は、一
般的にＲＣＳ法として知られている鋳型形成法である。
【０００３】鋳型用砂は、一般的にシリカ砂が用いられ
ている。しかし、シリカ砂は、熱膨張が大きく、それに
伴う鋳造欠陥が発生しやすいという問題があった。更
に、シリカ砂は、熱破砕性が大きく、１回の鋳造でシリ
カ砂の破砕により廃棄物が５〜１０％発生する。近年環
境問題がクローズアップされ、鋳物工場から発生する産
業廃棄物を減少させることが強く望まれているが、シリ
カ砂を用いる限りはその実現が困難である。
ている。しかし、シリカ砂は、熱膨張が大きく、それに
伴う鋳造欠陥が発生しやすいという問題があった。更
に、シリカ砂は、熱破砕性が大きく、１回の鋳造でシリ
カ砂の破砕により廃棄物が５〜１０％発生する。近年環
境問題がクローズアップされ、鋳物工場から発生する産
業廃棄物を減少させることが強く望まれているが、シリ
カ砂を用いる限りはその実現が困難である。
【０００４】廃棄物を減少させるために、シリカ砂の代
わりに、合成ムライトからなる砂を鋳型用砂として使用
することが提案されている（特公平３−４７９４３号公
報）。この公報では、合成ムライトを、スプレードライ
ヤーにより球状砂とし、それを１６００℃付近で焼成す
ることにより鋳型用砂を得ている。しかしながら、上記
鋳型用砂でも廃棄物の減少は不十分であった。
わりに、合成ムライトからなる砂を鋳型用砂として使用
することが提案されている（特公平３−４７９４３号公
報）。この公報では、合成ムライトを、スプレードライ
ヤーにより球状砂とし、それを１６００℃付近で焼成す
ることにより鋳型用砂を得ている。しかしながら、上記
鋳型用砂でも廃棄物の減少は不十分であった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の発明者等は、鋭
意検討の結果、鋳型用砂の表面形状に着目し、できるだ
け表面の凹凸をなくし、表面を滑らかにすることで、廃
棄物を減少できることを見出し本発明に至った。
意検討の結果、鋳型用砂の表面形状に着目し、できるだ
け表面の凹凸をなくし、表面を滑らかにすることで、廃
棄物を減少できることを見出し本発明に至った。
【０００６】かくして、本発明によれば、アルミナ４０
〜９０重量％、シリカ６０〜１０重量％の合成ムライト
を主とする球状物からなり、該球状物が、３０〜１１８
０μｍの粒度分布を有し、かつ６万／ｄ〜１８０万／ｄ
（ｄは球状物の平均粒子径（μｍ））の範囲の単位体積
あたりの表面積（ｃｍ2／ｃｍ3）を有することを特徴と
する鋳型用砂が提供される。
〜９０重量％、シリカ６０〜１０重量％の合成ムライト
を主とする球状物からなり、該球状物が、３０〜１１８
０μｍの粒度分布を有し、かつ６万／ｄ〜１８０万／ｄ
（ｄは球状物の平均粒子径（μｍ））の範囲の単位体積
あたりの表面積（ｃｍ2／ｃｍ3）を有することを特徴と
する鋳型用砂が提供される。
【０００７】更に、本発明によれば、合成ムライトの原
料を溶融させ、溶融物にエアーを吹き付けることで、ア
ルミナ４０〜９０重量％とシリカ６０〜１０重量％から
なり、３０〜１１８０μｍの粒度分布を有し、かつ６万
／ｄ〜１８０万／ｄ（ｄは球状物の平均粒子径（μ
ｍ））の範囲の単位体積あたりの表面積（ｃｍ2／ｃ
ｍ3）を有する鋳型用砂を得ることを特徴とする鋳型用
砂の製造方法が提供される。
料を溶融させ、溶融物にエアーを吹き付けることで、ア
ルミナ４０〜９０重量％とシリカ６０〜１０重量％から
なり、３０〜１１８０μｍの粒度分布を有し、かつ６万
／ｄ〜１８０万／ｄ（ｄは球状物の平均粒子径（μ
ｍ））の範囲の単位体積あたりの表面積（ｃｍ2／ｃ
ｍ3）を有する鋳型用砂を得ることを特徴とする鋳型用
砂の製造方法が提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の鋳型用砂は、アルミナ４
０〜９０重量％、シリカ６０〜１０重量％の合成ムライ
トの砂からなる。ここで、ムライト組成の内、３Ａｌ2
Ｏ3・２ＳｉＯ 2の組成の砂はＳＫ３５（１７７０℃）以
上の耐火度を有する。そのため耐火度を重視する場合、
上記組成に近くなるようにアルミナとシリカの配合割合
を設定することが好ましい。より好ましいアルミナとシ
リカの割合は、それぞれ６０〜９０重量％と４０〜１０
重量％である。
０〜９０重量％、シリカ６０〜１０重量％の合成ムライ
トの砂からなる。ここで、ムライト組成の内、３Ａｌ2
Ｏ3・２ＳｉＯ 2の組成の砂はＳＫ３５（１７７０℃）以
上の耐火度を有する。そのため耐火度を重視する場合、
上記組成に近くなるようにアルミナとシリカの配合割合
を設定することが好ましい。より好ましいアルミナとシ
リカの割合は、それぞれ６０〜９０重量％と４０〜１０
重量％である。
【０００９】なお、本発明の効果を阻害しない範囲で、
Ｆｅ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｋ2Ｏ、ＴｉＯ2等の他の成
分が含まれていてもよい。
Ｆｅ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｋ2Ｏ、ＴｉＯ2等の他の成
分が含まれていてもよい。
【００１０】合成ムライトは、特に限定されず公知の方
法により得ることができる。例えば、アルミナ、シリカ
及び任意に他の成分を溶融混合して得られた塊状物を粉
砕することにより得ることができる。
法により得ることができる。例えば、アルミナ、シリカ
及び任意に他の成分を溶融混合して得られた塊状物を粉
砕することにより得ることができる。
【００１１】本発明の鋳型用砂は、３０〜１１８０μｍ
の粒度分布を有していることが好ましい。３０μｍより
小さい場合は通気性が低下するので好ましくなく、１１
８０μｍより大きい場合は鋳物の表面が荒れるため好ま
しくない。好ましい粒度分布は、２１２〜１１８０μｍ
（ＪＩＳ１０と１４号相当）、１５０〜８２０μｍ（Ｊ
ＩＳ２０と２８号相当）、１０６〜６００μｍ（ＪＩＳ
３５と４８号相当）、７５〜４２５μｍ（ＪＩＳ６５と
１００号相当）、５３〜３００μｍ（ＪＩＳ１５０と２
００号相当）が挙げられる。これら粒度分布は、例えば
鋳鉄又は鋳鋼品の種類（鋳鉄品、普通鋳鋼品、ステンレ
ス鋳鋼品、高Ｍｎ鋼品等）、鋳物の大きさ、鋳物の肉厚
等の鋳造条件に応じて適宜選択できる。一般的に、ＪＩ
Ｓ３５と４８号相当又は６５と１００号相当の砂が多く
用いられる。
の粒度分布を有していることが好ましい。３０μｍより
小さい場合は通気性が低下するので好ましくなく、１１
８０μｍより大きい場合は鋳物の表面が荒れるため好ま
しくない。好ましい粒度分布は、２１２〜１１８０μｍ
（ＪＩＳ１０と１４号相当）、１５０〜８２０μｍ（Ｊ
ＩＳ２０と２８号相当）、１０６〜６００μｍ（ＪＩＳ
３５と４８号相当）、７５〜４２５μｍ（ＪＩＳ６５と
１００号相当）、５３〜３００μｍ（ＪＩＳ１５０と２
００号相当）が挙げられる。これら粒度分布は、例えば
鋳鉄又は鋳鋼品の種類（鋳鉄品、普通鋳鋼品、ステンレ
ス鋳鋼品、高Ｍｎ鋼品等）、鋳物の大きさ、鋳物の肉厚
等の鋳造条件に応じて適宜選択できる。一般的に、ＪＩ
Ｓ３５と４８号相当又は６５と１００号相当の砂が多く
用いられる。
【００１２】ここで、本発明における粒度分布は、ＪＩ
Ｓの鋳物砂の粒度試験方法（Ｚ２６０１）に準じて測定
した値をいう。この方法を概略説明すると、例えば、ふ
るいの呼び寸法が３０μｍのふるいの上に１１８０μｍ
のふるいを重ね、１１８０μｍのふるいの上に原料を載
せ、ロータップ型ふるい機のようなふるい分け機械を使
用し、２つのふるい間に残ったものを、粒度分布３０〜
１１８０μｍの鋳型用砂と称する。
Ｓの鋳物砂の粒度試験方法（Ｚ２６０１）に準じて測定
した値をいう。この方法を概略説明すると、例えば、ふ
るいの呼び寸法が３０μｍのふるいの上に１１８０μｍ
のふるいを重ね、１１８０μｍのふるいの上に原料を載
せ、ロータップ型ふるい機のようなふるい分け機械を使
用し、２つのふるい間に残ったものを、粒度分布３０〜
１１８０μｍの鋳型用砂と称する。
【００１３】更に、本発明の鋳型用砂は、６万／ｄ〜１
８０万／ｄ（ｄは球状物の平均粒子径（μｍ））の範囲
の単位体積あたりの表面積（ｃｍ2／ｃｍ3）を有する。
例えば、３００〜４２５μｍの範囲の鋳物用砂を例とし
て説明する。この鋳物用砂の平均粒子径は３００μｍと
４２５μｍの中間の３６２．５μｍであると仮定する
と、表面積は１６５．５〜４９６５．５ｃｍ2／ｃｍ3の
範囲となる。ここで、表面積が１８０万／ｄ（ｃｍ2／
ｃｍ3）以上の場合、砂表面の凹凸が大きくなり、砂相
互の接触により砂が破砕することによる廃棄物の発生量
が増えるため好ましくない。この表面積は、比表面積測
定器（ＢＥＬＳＯＲＰ ２８ＳＡ ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ
ＧＡＳ ＡＤＳＯＲＰＴＩＯＮ ＡＰＰＡＲＡＴＵ
Ｓ：日本ベル社製）を用いて単位ｇあたりの比表面積を
測定し、その比表面積に真密度を積算することで得られ
た値である。単位体積あたりの表面積は、１６０万／ｄ
以下が好ましく、１４５万／ｄ以下がより好ましく、１
３０万／ｄ以下が更に好ましく、１１０万／ｄ以下が特
に好ましい。
８０万／ｄ（ｄは球状物の平均粒子径（μｍ））の範囲
の単位体積あたりの表面積（ｃｍ2／ｃｍ3）を有する。
例えば、３００〜４２５μｍの範囲の鋳物用砂を例とし
て説明する。この鋳物用砂の平均粒子径は３００μｍと
４２５μｍの中間の３６２．５μｍであると仮定する
と、表面積は１６５．５〜４９６５．５ｃｍ2／ｃｍ3の
範囲となる。ここで、表面積が１８０万／ｄ（ｃｍ2／
ｃｍ3）以上の場合、砂表面の凹凸が大きくなり、砂相
互の接触により砂が破砕することによる廃棄物の発生量
が増えるため好ましくない。この表面積は、比表面積測
定器（ＢＥＬＳＯＲＰ ２８ＳＡ ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ
ＧＡＳ ＡＤＳＯＲＰＴＩＯＮ ＡＰＰＡＲＡＴＵ
Ｓ：日本ベル社製）を用いて単位ｇあたりの比表面積を
測定し、その比表面積に真密度を積算することで得られ
た値である。単位体積あたりの表面積は、１６０万／ｄ
以下が好ましく、１４５万／ｄ以下がより好ましく、１
３０万／ｄ以下が更に好ましく、１１０万／ｄ以下が特
に好ましい。
【００１４】また、本発明の鋳型用砂は、粒径が丸いこ
とが好ましい。具体的には、丸さの指標である粒形係数
が１．２以下であることが好ましく、１．１以下である
ことがより好ましい。１．２以下の場合、鋳型への充填
率が向上し、かつ鋳型の通気性が向上する。更に、球に
近い形状のため、砂相互の接触により生じる廃棄物の発
生量を減らすことができる。
とが好ましい。具体的には、丸さの指標である粒形係数
が１．２以下であることが好ましく、１．１以下である
ことがより好ましい。１．２以下の場合、鋳型への充填
率が向上し、かつ鋳型の通気性が向上する。更に、球に
近い形状のため、砂相互の接触により生じる廃棄物の発
生量を減らすことができる。
【００１５】なお、上記粒形係数は、砂表面積測定器
（ジョージ・フィッシャー社製）を用いて算出した値を
意味する。すなわち、粒形係数とは１ｇ当たりの実際の
砂粒の表面積を理論表面積で割った値を意味する。理論
表面積とは、砂粒がすべて球であると仮定した場合の表
面積をいう。従って、粒形係数が１に近いほど球に近い
形状であることを表している。
（ジョージ・フィッシャー社製）を用いて算出した値を
意味する。すなわち、粒形係数とは１ｇ当たりの実際の
砂粒の表面積を理論表面積で割った値を意味する。理論
表面積とは、砂粒がすべて球であると仮定した場合の表
面積をいう。従って、粒形係数が１に近いほど球に近い
形状であることを表している。
【００１６】上記鋳型用砂は、アルミナとシリカを含む
合成ムライトの原料を溶融させ、溶融物にエアーを吹き
付けることで得ることができる。つまり、溶融物はエア
ーを吹き付けられることで所定の粒度分布の粒子に溶融
状態で風砕され、風砕後、溶融粒子自体の表面張力によ
って、所定の表面積の鋳型用砂となる。溶融方法は特に
限定されず、アーク炉、るつぼ炉、誘導電気炉（高周波
炉、低周波炉等）、抵抗式電気炉、反射炉、回転炉、真
空溶解炉、キュポラ炉等が挙げられる。この内、操作が
比較的簡便なアーク炉が好ましい。
合成ムライトの原料を溶融させ、溶融物にエアーを吹き
付けることで得ることができる。つまり、溶融物はエア
ーを吹き付けられることで所定の粒度分布の粒子に溶融
状態で風砕され、風砕後、溶融粒子自体の表面張力によ
って、所定の表面積の鋳型用砂となる。溶融方法は特に
限定されず、アーク炉、るつぼ炉、誘導電気炉（高周波
炉、低周波炉等）、抵抗式電気炉、反射炉、回転炉、真
空溶解炉、キュポラ炉等が挙げられる。この内、操作が
比較的簡便なアーク炉が好ましい。
【００１７】鋳型用砂の粒度分布、外観等は、合成ムラ
イトの原料の組成、溶融温度、エアー吹き付け時のエア
ー速度、溶融物とエアーとの接触角度で調整することが
できる。ここで、溶融温度は、１６００〜２２００℃の
範囲であることが好ましく、エアー速度は、８０〜１２
０ｍ／ｓｅｃであることが好ましく、接触角度は、６０
〜９０°であることが好ましい。
イトの原料の組成、溶融温度、エアー吹き付け時のエア
ー速度、溶融物とエアーとの接触角度で調整することが
できる。ここで、溶融温度は、１６００〜２２００℃の
範囲であることが好ましく、エアー速度は、８０〜１２
０ｍ／ｓｅｃであることが好ましく、接触角度は、６０
〜９０°であることが好ましい。
【００１８】なお、エアー吹き付け後、水冷することが
好ましい。
好ましい。
【００１９】更に、本発明の鋳型用砂は、所望により、
鋳造時の形状を保持するためのバインダーを含んでいて
もよい。バインダーとしては、フラン樹脂、フェノール
樹脂、オイルウレタン樹脂、フェノールウレタン樹脂、
アルカリフェノール樹脂、ケイ酸ソーダー及びベントナ
イトが挙げられる。このバインダーは、その種類に応じ
た硬化剤で硬化させる。フラン樹脂用の硬化剤として
は、硫酸、リン酸、リン酸エステル、ピロリン酸等の無
機酸、キシレンスルホン酸、トルエンスルホン酸、ベン
ゼンスルホン酸等の有機酸等が挙げられる。アルカリフ
ェノール樹脂用の硬化剤としては、ラクトン類（例え
ば、プロピオンラクトン）、ギ酸エチル、ギ酸メチル、
トリアセチン等の有機エステル等が挙げられる。フェノ
ール樹脂用の硬化剤としては、ヘキサメチレンテトラミ
ン等が挙げられる。フェノールウレタン樹脂用の硬化剤
としては、トリエチルアミン、ピリジン系化合物等が挙
げられる。ケイ酸ソーダー用の硬化剤としては、炭酸ガ
ス、ダイカルシウムシリケート、有機エステル等が挙げ
られる。
鋳造時の形状を保持するためのバインダーを含んでいて
もよい。バインダーとしては、フラン樹脂、フェノール
樹脂、オイルウレタン樹脂、フェノールウレタン樹脂、
アルカリフェノール樹脂、ケイ酸ソーダー及びベントナ
イトが挙げられる。このバインダーは、その種類に応じ
た硬化剤で硬化させる。フラン樹脂用の硬化剤として
は、硫酸、リン酸、リン酸エステル、ピロリン酸等の無
機酸、キシレンスルホン酸、トルエンスルホン酸、ベン
ゼンスルホン酸等の有機酸等が挙げられる。アルカリフ
ェノール樹脂用の硬化剤としては、ラクトン類（例え
ば、プロピオンラクトン）、ギ酸エチル、ギ酸メチル、
トリアセチン等の有機エステル等が挙げられる。フェノ
ール樹脂用の硬化剤としては、ヘキサメチレンテトラミ
ン等が挙げられる。フェノールウレタン樹脂用の硬化剤
としては、トリエチルアミン、ピリジン系化合物等が挙
げられる。ケイ酸ソーダー用の硬化剤としては、炭酸ガ
ス、ダイカルシウムシリケート、有機エステル等が挙げ
られる。
【００２０】なお、バインダーの使用量は、鋳型用砂の
充填を妨げ、かつ鋳込み時に残存する恐れがあるので、
できるだけ少ない方が好ましい。ここで、本発明の鋳型
用砂は、通常用いられている天然砂と比べて、バインダ
ーの使用量を６〜７割に減らすことができる。具体的に
は、バインダーの種類により相違するが、鋳型用砂１０
０重量部に対して、１〜３重量部使用することが好まし
く、１〜１．５重量部使用することがより好ましい。
充填を妨げ、かつ鋳込み時に残存する恐れがあるので、
できるだけ少ない方が好ましい。ここで、本発明の鋳型
用砂は、通常用いられている天然砂と比べて、バインダ
ーの使用量を６〜７割に減らすことができる。具体的に
は、バインダーの種類により相違するが、鋳型用砂１０
０重量部に対して、１〜３重量部使用することが好まし
く、１〜１．５重量部使用することがより好ましい。
【００２１】バインダーは、鋳型製造時に鋳型用砂と混
合してもよく、予め鋳型用砂の表面の少なくとも一部を
バインダーで覆っておいてもよい。
合してもよく、予め鋳型用砂の表面の少なくとも一部を
バインダーで覆っておいてもよい。
【００２２】更に、本発明の鋳型用砂は、その表面のｐ
Ｈが所定の範囲に調整されていてもよい。具体的には、
本発明の鋳型用砂は、表面のｐＨが５〜９であるが、表
面を酸又はアルカリで処理することで、所定のｐＨに調
整できる。例えば、バインダーとしてアルカリフェノー
ル樹脂を使用し、硬化剤として有機エステルを使用する
場合、鋳型用砂の表面のｐＨが７〜９程度のアルカリ側
である場合、硬化反応がスムーズに進行する。また、バ
インダーがフラン樹脂、硬化剤が酸の場合、ｐＨが５〜
７程度の酸側であることが好ましい。
Ｈが所定の範囲に調整されていてもよい。具体的には、
本発明の鋳型用砂は、表面のｐＨが５〜９であるが、表
面を酸又はアルカリで処理することで、所定のｐＨに調
整できる。例えば、バインダーとしてアルカリフェノー
ル樹脂を使用し、硬化剤として有機エステルを使用する
場合、鋳型用砂の表面のｐＨが７〜９程度のアルカリ側
である場合、硬化反応がスムーズに進行する。また、バ
インダーがフラン樹脂、硬化剤が酸の場合、ｐＨが５〜
７程度の酸側であることが好ましい。
【００２３】ここで、使用できる酸及びアルカリとして
は、硫酸、塩酸、リン酸等の酸、苛性ソーダー、ケイ酸
ソーダー、水酸化カリウム等のアルカリが挙げられる。
酸又はアルカリの濃度は、特に限定されないが、酸が硫
酸の場合、５〜２５％程度であり、アルカリが苛性ソー
ダーの場合、１０〜３０％であることが好ましい。酸又
はアルカリでの処理は、エアーの吹き付けと同時に吹き
付けるか又はその後に鋳型用砂の表面に、水溶液の状態
で吹き付ける或いは水溶液に浸漬することにより行うこ
とができる。
は、硫酸、塩酸、リン酸等の酸、苛性ソーダー、ケイ酸
ソーダー、水酸化カリウム等のアルカリが挙げられる。
酸又はアルカリの濃度は、特に限定されないが、酸が硫
酸の場合、５〜２５％程度であり、アルカリが苛性ソー
ダーの場合、１０〜３０％であることが好ましい。酸又
はアルカリでの処理は、エアーの吹き付けと同時に吹き
付けるか又はその後に鋳型用砂の表面に、水溶液の状態
で吹き付ける或いは水溶液に浸漬することにより行うこ
とができる。
【００２４】本発明の鋳型用砂は、種々の鋳造法に使用
可能である。
可能である。
【００２５】ここで、本発明の鋳型用砂は、充填率を
１．７ｇ／ｃｍ3以上とすることができる。従来の天然
ケイ砂が１．６ｇ／ｃｍ3程度であることと比較すると
高い値である。充填率が高いことにより、得られる鋳物
の表面をより滑らかにすることができる。より具体的に
は、ＪＩＳ Ｂ ０６５１に準拠した測定法で、表面粗
さを１４．０μｍ以下とすることが可能である。
１．７ｇ／ｃｍ3以上とすることができる。従来の天然
ケイ砂が１．６ｇ／ｃｍ3程度であることと比較すると
高い値である。充填率が高いことにより、得られる鋳物
の表面をより滑らかにすることができる。より具体的に
は、ＪＩＳ Ｂ ０６５１に準拠した測定法で、表面粗
さを１４．０μｍ以下とすることが可能である。
【００２６】更に、鋳物を構成する金属としては、特に
限定されず、アルミニウム、銅、鉄、ステンレス等が挙
げられる。更に、本発明の鋳型用砂は、球形に近いた
め、高い通気度を有する。そのため、鋳込み時にバイン
ダー等に由来するガスを鋳型外部に逃がすことが可能と
なる。
限定されず、アルミニウム、銅、鉄、ステンレス等が挙
げられる。更に、本発明の鋳型用砂は、球形に近いた
め、高い通気度を有する。そのため、鋳込み時にバイン
ダー等に由来するガスを鋳型外部に逃がすことが可能と
なる。
【００２７】所望の形状の鋳物を形成した後、使用済み
の鋳型用砂は、本発明においては容易に再生処理するこ
とができる。再生処理の方法は、特に限定されず、公知
の方法をいずれも使用することができる。本発明の鋳型
用砂は、合成ムライトの砂からなり、１８０万／ｄ（ｃ
ｍ2／ｃｍ3）以下の単位体積あたりの表面積を有するた
め鋳型用砂同士の接触による破損や熱クラックが生じ難
いので、初期の特性を維持することができる。従って、
再生処理が容易である。具体的には、１０回鋳造・再生
処理を繰り返しても、９９重量％以上再使用することが
できるという結果を得ている。
の鋳型用砂は、本発明においては容易に再生処理するこ
とができる。再生処理の方法は、特に限定されず、公知
の方法をいずれも使用することができる。本発明の鋳型
用砂は、合成ムライトの砂からなり、１８０万／ｄ（ｃ
ｍ2／ｃｍ3）以下の単位体積あたりの表面積を有するた
め鋳型用砂同士の接触による破損や熱クラックが生じ難
いので、初期の特性を維持することができる。従って、
再生処理が容易である。具体的には、１０回鋳造・再生
処理を繰り返しても、９９重量％以上再使用することが
できるという結果を得ている。
【００２８】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。な
お、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
お、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２９】製造例
アルミナとシリカを含む合成ムライトの原料を、図１に
示す鋳型用砂製造装置のアーク溶解炉１に投入した。ア
ーク溶解炉１のホッパー２に投入された原料を、黒鉛電
極３に電圧を印加することによるアーク熱で、加熱溶融
させ１６００〜２２００℃の温度で溶出させた。溶融物
は、空気配管５を経由した８０〜１２０ｍ／ｓｅｃのエ
アーが吹き付けられることで、風砕され、その後溶融物
自体の表面張力により表面の凹凸が減少した粒状物６と
なった。この粒状物６を捕集チャンバー７中の冷却用水
槽８で水冷することで鋳型用砂を得た。図中、９は集塵
装置を意味する。得られた鋳型用砂の粒度分布、化学成
分、ｐＨ、酸消費量及び粒形係数を、スプレードライヤ
ーによる砂（伊藤忠セラテック社製セラビーズ♯４０
０）と天然ケイ砂（山川産業社製フセン５号）と共に表
１と２に示す
示す鋳型用砂製造装置のアーク溶解炉１に投入した。ア
ーク溶解炉１のホッパー２に投入された原料を、黒鉛電
極３に電圧を印加することによるアーク熱で、加熱溶融
させ１６００〜２２００℃の温度で溶出させた。溶融物
は、空気配管５を経由した８０〜１２０ｍ／ｓｅｃのエ
アーが吹き付けられることで、風砕され、その後溶融物
自体の表面張力により表面の凹凸が減少した粒状物６と
なった。この粒状物６を捕集チャンバー７中の冷却用水
槽８で水冷することで鋳型用砂を得た。図中、９は集塵
装置を意味する。得られた鋳型用砂の粒度分布、化学成
分、ｐＨ、酸消費量及び粒形係数を、スプレードライヤ
ーによる砂（伊藤忠セラテック社製セラビーズ♯４０
０）と天然ケイ砂（山川産業社製フセン５号）と共に表
１と２に示す
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】更に、比表面積測定装置（ＢＥＬＳＯＲＰ
２８ＳＡ ＡＵＴＯＭＡＴＩＣＧＡＳ ＡＤＳＯＲＰ
ＴＩＯＮ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ：日本ベル社製）を用い
て本発明砂とスプレードライヤーによる砂の単位ｇあた
りの比表面積を測定し、その比表面積に真密度を積算す
ることで単位体積あたりの表面積を算出した。なお、測
定した砂は３００〜４２５μｍの粒度分布の砂である。
また、具体的な数値は、滋賀県工業技術総合センターに
依頼して得られた数値である。結果を表３に示す。
２８ＳＡ ＡＵＴＯＭＡＴＩＣＧＡＳ ＡＤＳＯＲＰ
ＴＩＯＮ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ：日本ベル社製）を用い
て本発明砂とスプレードライヤーによる砂の単位ｇあた
りの比表面積を測定し、その比表面積に真密度を積算す
ることで単位体積あたりの表面積を算出した。なお、測
定した砂は３００〜４２５μｍの粒度分布の砂である。
また、具体的な数値は、滋賀県工業技術総合センターに
依頼して得られた数値である。結果を表３に示す。
【００３３】
【表３】
【００３４】上記表３から本発明砂は、スプレードライ
ヤーによる砂に比べて単位体積あたりの表面積が約１／
２と小さかった。これは本発明砂の表面の凹凸が少なく
滑らかであるためと考えられる。本発明砂がスプレード
ライヤーによる砂と比べて滑らかであることは、図２の
写真からもわかる。
ヤーによる砂に比べて単位体積あたりの表面積が約１／
２と小さかった。これは本発明砂の表面の凹凸が少なく
滑らかであるためと考えられる。本発明砂がスプレード
ライヤーによる砂と比べて滑らかであることは、図２の
写真からもわかる。
【００３５】実施例１
上記本発明砂、スプレードライヤーによる砂及びケイ砂
を使用してフラン樹脂法により鋳型を成型した。フラン
樹脂法に使用したフラン樹脂は、花王クエーカー社製３
４０Ｂであり、酸硬化剤は花王クエーカー社製ＴＫ−２
であり、その使用量はそれぞれ１．０重量％／砂及び４
０重量％／フラン樹脂とした。また、成形時の気温は２
０℃で、湿度は６０％であった。得られた鋳型の経過時
間毎の圧縮強さ、表面安定度、通気度及び充填密度を測
定し、結果を表４に示す。
を使用してフラン樹脂法により鋳型を成型した。フラン
樹脂法に使用したフラン樹脂は、花王クエーカー社製３
４０Ｂであり、酸硬化剤は花王クエーカー社製ＴＫ−２
であり、その使用量はそれぞれ１．０重量％／砂及び４
０重量％／フラン樹脂とした。また、成形時の気温は２
０℃で、湿度は６０％であった。得られた鋳型の経過時
間毎の圧縮強さ、表面安定度、通気度及び充填密度を測
定し、結果を表４に示す。
【００３６】
【表４】
【００３７】表４から、本発明砂をフラン樹脂法に使用
した場合、スプレードライヤーによる砂及びケイ砂に比
べて硬化速度が速く、極めて高い圧縮強さ及び表面安定
度が得られることがわかった。特に、本発明砂は、スプ
レードライヤーによる砂に比べて、２４時間放置後の圧
縮強さが約２倍であり、高い鋳型強度が得られている。
した場合、スプレードライヤーによる砂及びケイ砂に比
べて硬化速度が速く、極めて高い圧縮強さ及び表面安定
度が得られることがわかった。特に、本発明砂は、スプ
レードライヤーによる砂に比べて、２４時間放置後の圧
縮強さが約２倍であり、高い鋳型強度が得られている。
【００３８】実施例２
上記本発明砂、スプレードライヤーによる砂及びケイ砂
を使用してアルカリフェノール樹脂法により鋳型を成型
した。アルカリフェノール樹脂法に使用したアルカリフ
ェノール樹脂は、花王クエーカー社製Ｓ−６６０であ
り、有機エステル硬化剤は花王クエーカー社製ＱＸ−１
４０であり、その使用量はそれぞれ１．５重量％／砂及
び２０重量％／アルカリフェノール樹脂とした。また、
成形時の気温は２０℃で、湿度は６０％であった。得ら
れた鋳型の経過時間毎の圧縮強さ、表面安定度、通気度
及び充填密度を実施例１と同様にして測定し、結果を表
５に示す。
を使用してアルカリフェノール樹脂法により鋳型を成型
した。アルカリフェノール樹脂法に使用したアルカリフ
ェノール樹脂は、花王クエーカー社製Ｓ−６６０であ
り、有機エステル硬化剤は花王クエーカー社製ＱＸ−１
４０であり、その使用量はそれぞれ１．５重量％／砂及
び２０重量％／アルカリフェノール樹脂とした。また、
成形時の気温は２０℃で、湿度は６０％であった。得ら
れた鋳型の経過時間毎の圧縮強さ、表面安定度、通気度
及び充填密度を実施例１と同様にして測定し、結果を表
５に示す。
【００３９】
【表５】
【００４０】表５から、本発明砂をアルカリフェノール
樹脂法に使用した場合、スプレードライヤーによる砂及
びケイ砂に比べて硬化速度が速く、極めて高い圧縮強さ
及び表面安定度が得られることがわかった。特に、本発
明砂は、スプレードライヤーによる砂に比べて、２４時
間放置後の圧縮強さが１．５倍以上であり、高い鋳型強
度が得られている。
樹脂法に使用した場合、スプレードライヤーによる砂及
びケイ砂に比べて硬化速度が速く、極めて高い圧縮強さ
及び表面安定度が得られることがわかった。特に、本発
明砂は、スプレードライヤーによる砂に比べて、２４時
間放置後の圧縮強さが１．５倍以上であり、高い鋳型強
度が得られている。
【００４１】実施例３
本発明砂、シリカサンド（三河珪石社製三河５）、再生
シリカサンド（山川産業社製Ｒ５）及びクロマイトサン
ド（山川産業社製Ａ２０１）を使用し、バインダーとし
てアルカリフェノール樹脂（花王クエーカー社製Ｓ−６
６０）を使用し、有機エステル硬化剤として花王クエー
カー社製ＱＸ−１４０を使用し（それらの使用量はそれ
ぞれ１．５重量％／砂及び２０重量％／アルカリフェノ
ール樹脂）、直径３０ｃｍ×高さ５０ｍｍの試験片を形
成した。また、形成時の気温は２０℃で、湿度は６０％
であった。試験片を２４時間放置してバインダーを硬化
させた後、１０００℃で加熱することで鋳型用砂の熱膨
張率を測定した。熱膨張率を表６に示す。
シリカサンド（山川産業社製Ｒ５）及びクロマイトサン
ド（山川産業社製Ａ２０１）を使用し、バインダーとし
てアルカリフェノール樹脂（花王クエーカー社製Ｓ−６
６０）を使用し、有機エステル硬化剤として花王クエー
カー社製ＱＸ−１４０を使用し（それらの使用量はそれ
ぞれ１．５重量％／砂及び２０重量％／アルカリフェノ
ール樹脂）、直径３０ｃｍ×高さ５０ｍｍの試験片を形
成した。また、形成時の気温は２０℃で、湿度は６０％
であった。試験片を２４時間放置してバインダーを硬化
させた後、１０００℃で加熱することで鋳型用砂の熱膨
張率を測定した。熱膨張率を表６に示す。
【００４２】
【表６】
【００４３】表６から本発明砂は熱膨張率が極めて低
い。そのため、熱膨張による鋳造欠陥（ベーニング、す
くわれ、絞られ、鋳型折れ等）を抑制することができ
る。
い。そのため、熱膨張による鋳造欠陥（ベーニング、す
くわれ、絞られ、鋳型折れ等）を抑制することができ
る。
【００４４】実施例４
実施例１の３種の砂を使用し、フェノール樹脂法により
鋳型を成型した。具体的には、各砂を１５０℃に加熱し
た後、フェノール樹脂を添加して混練し、１０５℃にな
ったとき、硬化剤を添加し、更に冷風を吹き込みながら
混練した。その後、流動性を高めるためステアリン酸カ
ルシウムを添加してＲＣＳを得た。フェノール樹脂法に
使用したフェノール樹脂は、旭有機材社製ＨＰ７０４５
Ｋであり、硬化剤はヘキサメチレンテトラミンであり、
その使用量はそれぞれ２．２重量部／１００重量部の砂
及び１５重量部／１００重量部の樹脂とした。ステアリ
ン酸カルシウムは砂１００重量部に対して、０．０５重
量部使用した。また、成形時の気温は２０℃で、湿度は
６０％であった。得られたＲＣＳを用いて抗折力を測定
した。結果を表７に示す。
鋳型を成型した。具体的には、各砂を１５０℃に加熱し
た後、フェノール樹脂を添加して混練し、１０５℃にな
ったとき、硬化剤を添加し、更に冷風を吹き込みながら
混練した。その後、流動性を高めるためステアリン酸カ
ルシウムを添加してＲＣＳを得た。フェノール樹脂法に
使用したフェノール樹脂は、旭有機材社製ＨＰ７０４５
Ｋであり、硬化剤はヘキサメチレンテトラミンであり、
その使用量はそれぞれ２．２重量部／１００重量部の砂
及び１５重量部／１００重量部の樹脂とした。ステアリ
ン酸カルシウムは砂１００重量部に対して、０．０５重
量部使用した。また、成形時の気温は２０℃で、湿度は
６０％であった。得られたＲＣＳを用いて抗折力を測定
した。結果を表７に示す。
【００４５】
【表７】
【００４６】表７から、本発明砂は、ケイ砂と比べて約
１．６倍、スプレードライヤーによる砂と比べて約１．
２倍の抗折力を有していた。これは本発明砂の表面が滑
らかであることに起因するものと考えられる。
１．６倍、スプレードライヤーによる砂と比べて約１．
２倍の抗折力を有していた。これは本発明砂の表面が滑
らかであることに起因するものと考えられる。
【００４７】実施例５
鋳物工場で、回収及び再生した場合の鋳型用砂の回収率
を調査するために、実施例１の３種の砂、実施例３のク
ロマイトサンド、ジルコンサンド（オクムラセラム社製
コースＣ）を、磨耗試験機（入江商会社製卓上型ボール
ミルＶ−２Ｍ）により粒度の変化率を測定した。粒度の
変化率の測定は、ＪＡＣＴ試験法Ｓ−６（耐破砕性試
験）に準拠して行なった。具体的には、４２０ｃｍ3の
鋳物砂にアルミナボール（直径２０ｃｍ）を２０個入
れ、回転数１１０ｒｐｍ、処理時間６０分の条件に鋳型
用砂を付した後の粒度の変化率を測定した。結果を表８
に示す。
を調査するために、実施例１の３種の砂、実施例３のク
ロマイトサンド、ジルコンサンド（オクムラセラム社製
コースＣ）を、磨耗試験機（入江商会社製卓上型ボール
ミルＶ−２Ｍ）により粒度の変化率を測定した。粒度の
変化率の測定は、ＪＡＣＴ試験法Ｓ−６（耐破砕性試
験）に準拠して行なった。具体的には、４２０ｃｍ3の
鋳物砂にアルミナボール（直径２０ｃｍ）を２０個入
れ、回転数１１０ｒｐｍ、処理時間６０分の条件に鋳型
用砂を付した後の粒度の変化率を測定した。結果を表８
に示す。
【００４８】
【表８】
【００４９】表８から、本発明砂は、ジルコンサンドに
匹敵する硬さを有しており、鋳型用砂の回収及び再生に
際して、その再生率が極めて高いことが想定される。
匹敵する硬さを有しており、鋳型用砂の回収及び再生に
際して、その再生率が極めて高いことが想定される。
【００５０】実施例６
１０％硫酸水溶液と共にエアーを溶融物に吹き付けるこ
と以外は、上記製造例と同様に鋳型用砂を製造した。得
られた鋳型用砂のｐＨは６．２であった。この鋳型用砂
を用いること以外は、実施例１と同様にして鋳型を形成
した。得られた鋳型の経過時間毎の圧縮強さを測定し、
その結果を表９に示す。
と以外は、上記製造例と同様に鋳型用砂を製造した。得
られた鋳型用砂のｐＨは６．２であった。この鋳型用砂
を用いること以外は、実施例１と同様にして鋳型を形成
した。得られた鋳型の経過時間毎の圧縮強さを測定し、
その結果を表９に示す。
【００５１】
【表９】
【００５２】表９から鋳型用砂のｐＨを酸性側に調整す
ることで、フラン樹脂の硬化挙動が安定し、その結果２
４時間後の強度を高くできることがわかった。
ることで、フラン樹脂の硬化挙動が安定し、その結果２
４時間後の強度を高くできることがわかった。
【００５３】
【発明の効果】本発明の鋳型用砂は、耐火度が高いた
め、鋳込み温度１５５０〜１６５０℃の鋳鋼品でも十分
耐えることができる。
め、鋳込み温度１５５０〜１６５０℃の鋳鋼品でも十分
耐えることができる。
【００５４】また、低膨張性であるため、鋳造品におい
て鋳型用砂の膨張に起因する鋳造欠陥（ベーニング、す
くわれ、絞られ、鋳型折れ）が防止され、複雑な鋳造品
でも寸法精度をより高めることができる。
て鋳型用砂の膨張に起因する鋳造欠陥（ベーニング、す
くわれ、絞られ、鋳型折れ）が防止され、複雑な鋳造品
でも寸法精度をより高めることができる。
【００５５】更に、ほぼ球形であることから、粘結剤の
量をより少なくすることができるので、経済的であるだ
けでなく、鋳込み後の型の崩壊性も良好である。
量をより少なくすることができるので、経済的であるだ
けでなく、鋳込み後の型の崩壊性も良好である。
【００５６】また、球形でありかつ硬い原料からなるた
め、回収及び再生時に破砕されないため、回収率が高く
かつ粉塵の量も低減することができる。従って、作業環
境を改善することができ、産業廃棄物の発生も少なく、
時代のニーズに適応した、工業的価値のきわめて高い鋳
型用砂である。
め、回収及び再生時に破砕されないため、回収率が高く
かつ粉塵の量も低減することができる。従って、作業環
境を改善することができ、産業廃棄物の発生も少なく、
時代のニーズに適応した、工業的価値のきわめて高い鋳
型用砂である。
【図１】製造例で使用した鋳型用砂製造装置の概略図で
ある。
ある。
【図２】本発明砂とスプレードライヤーによる砂の写真
である。
である。
１ アーク溶解炉
２ ホッパー
３ 黒鉛電極
５ 空気配管
６ 粒状物
７ 捕集チャンバー
８ 冷却用水槽
９ 集塵装置
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｂ２２Ｃ 5/00 Ｂ２２Ｃ 5/00 Ｂ
Ｃ０１Ｂ 33/26 Ｃ０１Ｂ 33/26
Ｆターム(参考） 4E092 AA04 AA18 AA45 AA50 BA06
BA08 BA10 CA01 CA02
4E093 AB09
4G073 BA57 BD23 CE04 FB11 FB21
FC09 GA11 GA12 UA20
Claims (5)
- 【請求項１】 アルミナ４０〜９０重量％、シリカ６０
〜１０重量％の合成ムライトを主とする球状物からな
り、該球状物が、３０〜１１８０μｍの粒度分布を有
し、かつ６万／ｄ〜１８０万／ｄ（ｄは球状物の平均粒
子径（μｍ））の範囲の単位体積あたりの表面積（ｃｍ
2／ｃｍ3）を有することを特徴とする鋳型用砂。 - 【請求項２】 鋳型用砂が、ＳＫ３５（１７７０℃）以
上の耐火度を有する請求項１に記載の鋳型用砂。 - 【請求項３】 鋳型用砂が、フラン樹脂、フェノール樹
脂、オイルウレタン樹脂、フェノールウレタン樹脂、ア
ルカリフェノール樹脂、ケイ酸ソーダー及びベントナイ
トから選択されるバインダーを含む請求項１又は２に記
載の鋳型用砂。 - 【請求項４】 合成ムライトの原料を溶融させ、溶融物
にエアーを吹き付けることで、アルミナ４０〜９０重量
％とシリカ６０〜１０重量％からなり、３０〜１１８０
μｍの粒度分布を有し、かつ６万／ｄ〜１８０万／ｄ
（ｄは球状物の平均粒子径（μｍ））の範囲の単位体積
あたりの表面積（ｃｍ2／ｃｍ3）を有する鋳型用砂を得
ることを特徴とする鋳型用砂の製造方法。 - 【請求項５】 エアーの吹き付けと同時又はその後に、
鋳型用砂の表面のｐＨを調整するためのアルカリ水溶液
又は酸水溶液で鋳型用砂を処理する請求項４に記載の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002054352A JP3878496B2 (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 鋳型用砂及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002054352A JP3878496B2 (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 鋳型用砂及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003251434A true JP2003251434A (ja) | 2003-09-09 |
| JP3878496B2 JP3878496B2 (ja) | 2007-02-07 |
Family
ID=28665529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002054352A Expired - Lifetime JP3878496B2 (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 鋳型用砂及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3878496B2 (ja) |
Cited By (30)
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