JP2681290B2 - 鋳型用クロマイトサンドの再生方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、鋳型用クロマイトサンドの再生方法に関
し、更に詳しくは、珪砂およびクロマイトサンドを鋳物
砂として使用する鋳型において、注湯鋳込みが終了した
後の鋳型を突崩した鋳物砂から、耐火特性を新砂状態に
まで再生させたクロマイトサンドを好適に回収する方法
に関するものである。

従来技術 鋳型を構成する鋳物砂としては、成型性に富み適当な
強度があること、適度の通気性と適当な粒度分布が得ら
れること、注湯される金属の温度に応じた耐火性を有す
ること、その他経済的に入手し得ること等の諸特性の充
足が要請される。これらの特性の内で前記耐火性は、鋳
込まれる高温の金属が鋳型に回り込む浸透性や、鋳肌に
焼着く程度とも関連するので殊に重要である。

このため鋳型用の鋳物砂としては、珪砂、オリビンサ
ンド、ジルコンサンドに比して耐火性（耐焼着性・耐浸
透性）に優れたクロマイトサンドが多用されている。し
かしクロマイトサンドは、専ら海外からの輸入に頼りコ
ストが嵩むので、例えばポケットサンドとして、フラン
樹脂等の有機バインダで粘結させて鋳型を造型すること
により、該クロマイトサンドの使用量を低減させている
のが一般的である。

このように珪砂およびクロマイトサンドを鋳物砂とす
る鋳型において、注湯による鋳込みが終了すると、溶融
金属の凝固冷却を待って鋳型が分離され、鋳物の取出し
並びに鋳枠と型砂との分離（解枠）がなされる。前記解
枠により鋳型は自己崩壊または突崩しがなされ、珪砂、
クロマイトサンド、鉄粉、スケールその他鋳物砂の表面
に付着した有機バインダ等の混合物が得られる。そして
この混合物から、珪砂とクロマイトサンドとが分離さ
れ、該珪砂は鋳物砂として再使用されるようになってい
る。

すなわち前記鋳物砂等の混合物は、遠心力で鋳物砂を
相互に衝突させるソフトスクラビングにかけられ、砂表
面から有機バインダの除去がなされる。クロマイトサン
ドは、クロム鉱を原材料とするため若干の磁性を有して
おり、従って強力な磁界に通過させることで、非磁性で
あると珪素と分離することができる。例えば、公知の磁
選機（回転ロータ式やボールエレメント式）に、前記ス
クラビングを終えた珪砂とクロマイトサンド等の混合物
を供給し、25000〜27000ガウスの磁界にこれを通過させ
ると、クロマイトサンドは磁気吸着されて珪素からの分
離がなされる。なお、この磁気選別を２段階式とし、第
１段で混合物中の鉄粉やスケール等の強磁性物を除去し
た後、第２段で前述した珪砂とクロマイトサンドとの分
離を行なうのがより一般的である。

発明が解決しようとする課題 前述した如く、注湯が終了した後の鋳型を崩壊させた
鋳物砂からは、珪砂とクロマイトサンドとが選別分離さ
れ、珪砂は再び鋳物砂として使用される。しかるに分離
後のクロマイトサンドは、以下の如き理由により耐火性
が低下しているため、再利用の範囲は極く限定されてい
た。すなわち、クロマイトサンドの原鉱であるクロム鉱
に含有されるギャングミネラル（3MgO・2SiO₂・2H₂O等
のマグネシゥムシリケート）の残留分および鋳型の造型
時に珪砂から混入するシリカ（SiO₂）を主成分とする粒
間物質が、前記分離したクロマイトサンドの表層に生成
付着し、これが鋳物砂としての耐火度を劣化させる。

また、クロマイトサンドの構成物質である酸化鉄（Fe
O）が、注湯時の高熱により該クロマイトサンドの表層
に拡散還元され、アイアンビードを形成する。このアイ
アンビードも、分離したクロマイトサンドの鋳物砂とし
ての耐火度を劣化させるものであって、鋳物に焼着欠陥
を生じさせている。

このように、崩壊させた鋳物砂から分離した後のクロ
マイトサンドは耐火性が低下しているため、これを再利
用する際には、例えば焼着欠陥が生じ難い小物薄肉品用
鋳型の造難用途に限定したり、新しいクロマイトサンド
を添加（20％以上）することが行なわれている。しか
し、如何なる再利用の態様をとるにしても、基本的に耐
火性の低下したクロマイトサンドを鋳物砂として使用す
る限り、鋳物に焼着欠陥を生ずる畏れは常に内在してい
る。従って、重要な鋳込み品には分離後のクロマイトサ
ンドは一般に使用されない。また耐火性が劣化している
点に鑑み、分離後のクロマイトサンドは全面的に廃棄
し、珪砂のみを再使用することにしているユーザーも少
なくない。この場合は、輸入品でコストの高くつくクロ
マイトサンドを、鋳型に１回使用しただけで廃棄するこ
とになり、資源を有効利用する見地から再考が望まれて
いた。

発明の目的 この発明は、前述した注湯後の鋳型を崩壊させた鋳物
砂から分離したクロマイトサンドが、耐火性が低下して
いるために有効な再利用がなされていないという課題に
鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであっ
て、分離後のクロマイトサンドに耐火性を回復させ、鋳
物砂として再度使用させ得る鋳型用クロマイトサンドの
再生方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 前記課題を克服し、所期の目的を達成するため本発明
は、珪砂およびクロマイトサンドの鋳物砂からなる鋳型
を注湯終了後に崩壊させ、この崩壊させた鋳物砂から磁
気選別により分離回収した鋳型用クロマイトサンドを再
生するに際し、 前記回収後のクロマイトサンドを高速回転中の高硬度
砥石の研削面に反復落下接触させて、該クロマイトサン
ドの表面全体からシリカを主成分とする粒間物質および
酸化鉄の還元成分であるアイアンビードを研磨除去し、 前記粒間物質は砥石研磨中に空気流に随伴させて系外
へ排出すると共に、磁性物である前記アイアンビードは
クロマイトサンドの研磨後に磁気分離して系外へ排出す
ることにより、前記粒間物質とアイアンビードとが除去
されて耐火度の回復したクロマイトサンドを再生するこ
とを特徴としている。

実施例 次に、本発明に係る鋳型用クロマイトサンドの再生方
法につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しな
がら以下説明する。この実施例で再生の対象となるクロ
マイトサンドは、先に説明した如く、珪砂とクロマイト
サンドとからなる鋳型を注湯終了後に崩壊させ、これに
より得られた鋳物砂から磁気選別されたクロマイトサン
ドを意味する。

磁気選別した後のクロマイトサンドは、先に述べた如
く、その表面にシリカ（SiO₂）を主成分とする粒間物質
および酸化鉄の還元成分であるアイアンビードが生成し
て、鋳物砂としての耐火度を劣化させている。そこで本
発明方法では、該クロマイトサンドの表面から前記粒間
物質およびアイアンビードを除去して、一旦失われた耐
火度を新砂同様にまで回復させることを主内容としてい
る。この粒間物質およびアイアンビードを除去するに
は、高速回転中の表面硬度が充分高い砥石にクロマイト
サンドを接触させ、これによりサンド表面から前記粒間
物質およびアイアンビードを研磨する手段が好適に採用
される。

第１図および第２図に、回転砥石でクロマイトサンド
から粒間物質等を除去する装置の一実施例を示す。図示
の如く、底部において半円筒形をなすケーシング10が直
立支柱12により支持され、このケーシング10の半円筒底
部10aに、大径の中空回転ドラム14が水平に内装され
て、該ケーシング10に対し回転可能になっている。すな
わち回転ドラム14は、第２図に示す如く、対向配置した
２枚のリング状円板16,16を、放射状に所要中心角で配
設した複数枚の画成板19で接続した水車状の部材として
構成され、該ドラム14の中心に開設した所要径の中空孔
14aに、後述の回転砥石18が回転自在に内挿される。

回転ドラム14の外周には、前記の各画成板19の端部に
接続する所要幅の連結板20が設けられ、各連結板20は隣
接する連結板20との間に、後述の如く分離クロマイトサ
ンドをドラム内に導入するスリット22が形成されてい
る。また前記連結板20からは、回転ドラム14の回転方向
（矢印Ａ方向）に対し、これを迎える方向に屈曲した掻
揚げ翼24が外方に延出形成されている。なお掻揚げ翼24
は、その先端とケーシング底部10aとの間隔を可変調節
し得るよう進退自在に設定してある。更に回転ドラム14
の内部には、各連結板20と画成板19並びに隣接する画成
板19によって所要の空間Ｓが画成され、この空間Ｓは前
記スリット22および中空孔14aにおいて開放している。

なお回転ドラム14は、その中空孔14aと軸線を共通さ
せたボス26,26が前記ケーシング10の両側に延出し、こ
のボス26,26は第１図に示すように、後述する回転砥石1
8の共通軸28に回転可能に外挿されている。また外部駆
動源により駆動されるローラ30が前記支柱12に配設さ
れ、このローラ30を前記ボス26,26に接触させることに
より、回転ドラム14は回転砥石18から独立して回転駆動
される。なおその回転方向は、回転ドラム14（矢印Ａ方
向）と回転砥石18（矢印Ｂ方向）とで逆に設定される。

次に、前記回転ドラム14の中空孔14aには、円筒状砥
石18が回転自在に支持されている。円筒状砥石18は、所
要厚みのリング状砥石18aを共通軸28に複数枚連装して
構成され、この軸28は前記支柱12に設けた軸受32,32
に、回転自在に水平支持されている。この場合に複数の
リング状砥石18aは、締結ネジを兼用するウェイトを備
えたバランス調節板21により、その両端において共通軸
28に締付け固定されるようになっている。なお円筒状砥
石18としては、前記粒間物質やアイアンビードが呈する
硬度よりも充分に硬い、例えばカーボランダム、アルミ
ナ、セラミック、ボラゾン、タングステンカーバイド等
を材質とし、砥粒密度が高くて表面に無数の凹凸のある
砥石が選定使用される。

円筒状砥石18の共通軸28は、支柱12の下部に設けた減
速機付モータ34の出力軸にベルト36を介して接続され、
該モータ34の駆動により砥石18は高速度で回転される。
また回転ドラム14を回転させるための前記ローラ30の駆
動力は、このモータ34からの出力を分岐供給させるのが
好ましい。

第１図および第２図に示す如く、前記砥石18の回転軸
線に対し交差するケーシング10の側面で、かつ回転ドラ
ム14の斜め上方位置に、分離クロマイトサンドを供給す
るための投入口38が開設され、この投入口38にはホッパ
40が連設されている。またケーシング10の上部には、拡
大された密閉空間を画成する塵埃分離室42が連通的に直
立設置され、この分離室42の頂部は塵回収導管44を介し
て、サイクロン型式の集塵機46に連通してある。更にケ
ーシング10の半円筒底部10aには、後述の再生処理後の
クロマイトサンドを回収するための取出口48が開設さ
れ、この取出口48は空気圧シリンダ50を駆動源とするシ
ャッタ52により開閉される。

このように構成した装置を使用して、分離後のクロマ
イトサンドから前記粒間物質およびアイアンビードを研
磨する工程を説明する。当該クロマイトサンドを、ホッ
パ40に供給して投入口38からケーシング底部10a内に投
入する。またモータ34を始動して、第２図に示す如く回
転砥石18を矢印Ｂ方向へ高速回転させると共に、回転ド
ラム14を矢印Ａ方向に低速回転（例えば10〜14r.p.m.）
させる。これによりケーシング底部10aに堆積したクロ
マイトサンドは、回転ドラム14の前記掻揚げ翼24により
掻揚げられ、スリット22を介して回転ドラム14の各空間
Ｓに投入される。

そして第３図に示すように、クロマイトサンドＣは高
速回転中の回転砥石18に落下衝突し、その砥石面と接触
して回転を与えられた後、再びケーシング底部10aに落
下堆積する。先に述べた如く、回転砥石18は前記粒間物
質やアイアンビードよりも充分に大きい硬度を有し、か
つ砥粒密度が高く表面に無数の凹凸がある。従って、こ
の回転砥石18との接触によりクロマイトサンドＣは研磨
され、そのサンド表面からシリカを主成分とする粒間物
質および酸化鉄の還元成分であるアイアンビードが除去
される。なお、ケーシング底部10aに堆積するクロマイ
トサンドは、回転ドラム14の翼24により繰返し掻揚げら
れ、回転砥石18との接触研磨が反復される。この研磨に
要する時間並びに砥石18の回転速度は、分離クロマイト
サンドにおける粒間物質やアイアンビードの付着程度、
処理分量等により適宜に調節される。

このように、鋳物砂として要求される耐火度を劣化さ
せていた元凶である粒間物質およびアイアンビードが除
去されることによって、クロマイトサンドは新砂同様の
耐火度が再生復元される。また、再生されたクロマイト
サンドは、その表面が研磨される結果として丸味が付与
され、比表面積が小さくなるので、鋳物砂として使用す
るに際し、小量のバインダの使用で足りる利点も得られ
る。

この回転砥石18との接触により、クロマイトサンドＣ
から研磨除去された物質の内で、シリカを主成分とする
粒間物質は比重が小さいために、砥石研磨中にケーシン
グ上部の塵埃分離室42に飛散し、塵回収導管44を介して
集塵機46により空気流と共に系外へ排出される。但しア
イアンビードは、酸化鉄の還元成分であるために比重が
大きく、砥石18による研磨除去後は、その殆どがケーシ
ング底部10aに落下して、そこに堆積するクロマイトサ
ンド（再生後および再生中の）に混入する。

クロマイトサンドの再生がなされても、該サンド中に
耐火度を低下させるアイアンビードが混入していては、
鋳物砂としての再使用はできない。そこで、所要時間の
砥石研磨を終了した後、前記空気圧シリンダ50によりシ
ャッタ52を駆動して取出口48を開放し、前記除去された
アイアンビードを混入している再生クロマイトサンドを
回収する。このアイアンビードは酸化鉄の還元成分であ
るから、かなり強度の磁性を有する。従って、回収後の
再生クロマイトサンドを、第５図に示すように、一例と
して対極式の磁選機54の磁石ロータ56,56に接触通過さ
せる。なお先に述べた如く、クロマイトサンドも磁性を
有してはいるが、その磁性はかなり低い。従って磁石ロ
ータ56,56の磁力を、アイアンビードは磁気吸着するが
クロマイトサンドは磁気吸着しない程度（例えば、3000
ガウス）に設定することにより、アイアンビードは該ロ
ータ56に吸着してクロマイトサンドから分離される。こ
の分離したアイアンビードは、ロータ56から除去されて
系外へ排出され、再生後のクロマイトサンドが得られ
る。

試験例１ 再生したクロマイトサンド（再生砂）につき、その耐
火度を、新しいクロマイトサンド（新砂）、崩壊させた
鋳物砂から回収したクロマイトサンド（回収砂）と比較
したところ、次の表１の結果を得た。

回収砂はシリカ（SiO₂）が多く含有され、前記粒間物
質の付着度が高いことが分かる。また耐火度は明らかに
劣化しているが、再生砂の耐火度は新砂同様に回復して
いることが判明した。すなわち、回収分離後のクロマイ
トサンドから、粒間物質およびアイアンビードを除去し
たことによる効果が顕著に認められた。

試験例２ 新砂、回収砂および再生砂を使用した中子を夫々作成
して、これにつき耐焼着性を比較した。すなわち第４図
に示すように、鋳型58のキャビティ60を高さ500mm、縦
横250mmの角筒状に形成し、該キャビティ60中に円筒状
中子62（高さ40mm、直径25mm）を設置した。この中子62
は、バインダとして水溶性フェノール樹脂を1.3％添
加したタイプと、バインダとしてフラン樹脂を１％添
加したタイプとを、新砂、回収砂および再生砂毎に用意
した。また中子62には、ジルコン系アルコール塗型を１
回塗布した。

SCS14A（19Cr−1ONi−2Mo）を材質とする溶融金属
を、前記鋳型58中に温度1500〜1520℃で鋳込み、注湯前
後における中子62の体積を比較して焼着率（％）を求め
た。すなわち焼着率（％）は、 100−（注湯後の中子体積／注湯前の中子体積） で求められ、その結果は以下の表２に示す通りであっ
た。

表から判明する如く、水溶性フェノール樹脂およびフ
ラン樹脂の何れを添加した中子であっても、回収砂では
その焼着率が極めて高く、鋳物砂として再使用すること
は困難である。これに対し再生砂は回収砂の焼着率が低
く、鋳物砂として充分に再使用し得ることを示してい
る。殊に、水溶性フェノール樹脂を添加したタイプで
は、その焼着率が新砂のそれを凌駕していることが注目
される。

試験例３ 更に、再生砂と新砂とにつき、鋳型として造型した際
の抗圧力につき試験した。バインダとして、水溶性フェ
ノール樹脂を1.3％添加した。このとき、新砂の粒度はA
FSNo.44であるのに対し、再生砂は砥石研磨による比表
面積減少の結果として、その粒度はAFSNo.46であった。

各鋳型に対しkg f/cm²の圧力を印加し、所要時間放置
することにより、その抗圧力を求めた。その結果を第６
図にグラフで示す。抗圧力に関しては、再生砂の方が、
新砂よりも優れて改善されていることが判明した。これ
は、再生砂の各砂粒は砥石研磨による比表面積が減少
し、しかも全体として丸味が付与されているために、砂
粒相互の結合が強力になっているからと推定される。

発明の効果 以上説明した如く、本発明に係る鋳型用クロマイトサ
ンドの再生方法は、注湯を行ない崩壊させた後の鋳物砂
から磁気選別したクロマイトサンドを、高速回転中の高
硬度砥石の研削面に反復落下接触させて、該クロマイト
サンドの表面全体からシリカを主成分とする粒間物質お
よび酸化鉄の還元成分であるアイアンビードを研磨除去
することを主内容としている。このように、鋳物砂とし
ての耐火度を劣化させる元凶である粒間物質やアイアン
ビードが除去されることにより、再生後のクロマイトサ
ンドには耐火度が回復し、またこれに伴い耐焼着性およ
び鋳型抗圧力も回復ないし改善される。

このため、従来は相当量の新砂と混合して再使用に供
したり、焼着き等による鋳込みの失敗を懸念して前部廃
棄されていた分離後のクロマイトサンドが、好適に再生
されて新砂の混合なしでそのまま鋳物砂として再利用可
能である。従って、海外からの輸入に頼るクロマイトサ
ンドの有効な再活用が図られて、ランニングコストの低
減が達成される有益な利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る鋳型用クロマイトサンドの再生
方法を好適に実施し得る装置の縦断面図、第２図は、第
１図に示す装置の側部縦断面図、第３図は、高速回転中
の回転砥石にクロマイトサンドを落下衝突させて、サン
ド表面から粒間物質およびアイアンビードを研磨除去し
ている状態を示す説明拡大図、第４図は新砂、回収砂お
よび再生砂を使用した中子の耐焼着性を比較するための
鋳型と中子との概略説明図、第５図は、回収後の再生ク
ロマイトサンドからアイアンビードを磁気選別する磁選
機の概略構成を示す説明図、第６図は各鋳型に対し圧力
を印加して、所要時間放置した際の抗圧力を求めるグラ
フ図である。 10……ケーシング、14……回転ドラム 18……回転砥石、24……掻揚げ翼

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−19051（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−134729（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−240135（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−4340（ＪＰ，Ａ) 特公 昭52−42525（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】珪砂およびクロマイトサンドの鋳物砂から
   なる鋳型を注湯終了後に崩壊させ、この崩壊させた鋳物
   砂から磁気選別により分離回収した鋳型用クロマイトサ
   ンドを再生するに際し、 前記回収後のクロマイトサンドを高速回転中の高硬度砥
   石の研削面に反復落下接触させて、該クロマイトサンド
   の表面全体からシリカを主成分とする粒間物質および酸
   化鉄の還元成分であるアイアンビードを研磨除去し、 前記粒間物質は砥石研磨中に空気流に随伴させて系外へ
   排出すると共に、磁性物である前記アイアンビードはク
   ロマイトサンドの研磨後に磁気分離して系外へ排出する
   ことにより、前記粒間物質とアイアンビードとが除去さ
   れて耐火度の回復したクロマイトサンドを再生する ことを特徴とする鋳型用クロマイトサンドの再生方法。