JP5986498B2 - コーテッドサンドの製造方法及び鋳型の製造方法 - Google Patents
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(2) 前記耐火性骨材の100質量部に対して、前記ケイ酸ナトリウムの水溶液が、固形分換算で0.1〜2.5質量部の割合で用いられることを特徴とする前記態様(1)に記載のコーテッドサンドの製造方法。
(3) 加熱した耐火性骨材に対して、粘結材として水ガラス水溶液を混和せしめ、水分を蒸発させることにより、かかる耐火性骨材の表面に粘結材の被覆層を形成してなる、常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドを製造するに際して、前記水ガラス水溶液として、SiO2 /Na2 Oのモル比が3.0〜4.0であるケイ酸ナトリウムの水溶液であって、且つ25℃での粘度が30cP以上であるケイ酸ナトリウム水溶液を用い、かかるケイ酸ナトリウム水溶液と、水とを、同時に又は10秒以内の時間差をもって、前記耐火性骨材に混和せしめるようにしたことを特徴とするコーテッドサンドの製造方法。
(4) 前記耐火性骨材の100質量部に対して、前記ケイ酸ナトリウムの水溶液が、固形分換算で0.1〜2.5質量部の割合で用いられ、且つ水が、0.1〜3.0質量部の割合で用いられることを特徴とする前記態様(3)に記載のコーテッドサンドの製造方法。
(5) 前記ケイ酸ナトリウムのSiO2 /Na2 Oのモル比が、3.0〜3.5であることを特徴とする前記態様(1)乃至前記態様(4)の何れか1つに記載のコーテッドサンドの製造方法。
(6) 前記ケイ酸ナトリウム水溶液の混和開始から5分以内に、水分を蒸発させることを特徴とする前記態様(1)乃至前記態様(5)の何れか1つに記載のコーテッドサンドの製造方法。
(7) 前記ケイ酸ナトリウム水溶液の混和に際して、二酸化ケイ素、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ホウ素、炭酸亜鉛、メタホウ酸カリウム、四ホウ酸ナトリウム、及び四ホウ酸カリウムのうちの少なくとも1種以上が、更に添加せしめられることを特徴とする前記態様(1)乃至前記態様(6)の何れか1つに記載のコーテッドサンドの製造方法。
(8) 前記態様(1)乃至前記態様(7)の何れか1つに記載の製造方法によって得られたコーテッドサンドであって、水分率が0.5質量%以下であり、且つダマ量が3質量%以下であることを特徴とするコーテッドサンド。
(9) 前記態様(8)に記載のコーテッドサンドを用い、それを、目的とする鋳型を与える成形型の成形キャビティ内に充填した後、水蒸気を通気させて、かかる成形型内で固化乃至は硬化せしめることにより、目的とする鋳型を得ることを特徴とする鋳型の製造方法。
(10) 前記水蒸気の通気の後、さらに、乾燥空気、加熱乾燥空気又は窒素ガスが、前記成形型の成形キャビティ内に通気せしめられることを特徴とする前記態様(9)に記載の鋳型の製造方法。
(11) 前記コーテッドサンドを30℃以上に予熱した後、前記成形型の成形キャビティ内に充填せしめることを特徴とする前記態様(9)又は前記態様(10)に記載の鋳型の製造方法。
(12) 前記成形型が予熱されて、保温されている前記態様(9)乃至前記態様(11)の何れか1つに記載の鋳型の製造方法。
(13) 前記態様(8)に記載のコーテッドサンドを用いて積層造形して、目的とする鋳型を形成することを特徴とする鋳型の製造方法。
固形分(%)=[乾燥後の重量(g)/乾燥前の重量(g)]×100
なお、このケイ酸ナトリウム水溶液の使用量が少なくなり過ぎると、耐火性骨材の表面にケイ酸ナトリウムの有効な被覆層が形成され難くなって、コーテッドサンドの固化乃至は硬化が充分に行なわれ難くなるからであり、またケイ酸ナトリウム水溶液の使用量が多くなり過ぎても、耐火性骨材の表面に余分なケイ酸ナトリウム水溶液が付着して、均一な被覆層が形成され難くなると共に、ダマの発生量が多くなる恐れもあり、ひいては、鋳型物性に悪影響をもたらすと共に、金属を鋳込んだ後の中子の砂落としも難しくなるからである。
JIS Z 8803(2011)「液体の粘度測定方法」において規定された「9.単一円筒形回転粘度計による粘度測定方法」に従い、そこに記載された装置と同等原理の装置を用いて、実施例や比較例で用いられるケイ酸ナトリウム水溶液の25℃の温度における粘度(cP)を測定する。
得られたコーテッドサンド(CS)の2.0gを、脱水溶剤であるアクアミクロンML(三菱化学株式会社製)の100mLが入った、カールフィッシャー水分測定機(平沼産業株式会社製;AQV−7 HIRANUMA AQUACOUNTER)のフラスコ[予め、カールフィッシャー試薬(Sigma-Aldrich Laborchemikalien Gmbh 社製;ハイドラナールコンポジット5)を滴下して、水分を0にしておく]内に投入した後、マグネチックスターラーを用いて数分間撹拌し、その後、前記ハイドラナールコンポジット5を滴下して、投入されたCSの水分量を定量し、その得られた値から、水分率を算出する。
それぞれの製造例で得られたCSを、20メッシュの篩でふるい分け、その篩上の20メッシュ以上の粒径の複合粒子(ダマ)を取り出す。ダマ量は、混練に使用した砂の質量に対するダマの質量の質量%として、算出する。
ダマ量(%)=ダマ質量/(ダマ質量+20メッシュ以下の砂の質量)×100
それぞれの製造例で得られたCSを用いて、JACT試験法S−10:鋳物砂の充填性(かさ密度)試験法に準じて、測定する。
各CSを用いて得られた幅:25.4mm×高さ:25.4mm×長さ:200mmの大きさの試験片について、その破壊荷重を、測定器(高千穂精機株式会社製:デジタル鋳物砂強度試験機)を用いて、測定する。そして、この測定された破壊荷重を用いて、抗折強度を、下記の式により、算出する。
抗折強度=1.5×LW/ab2
[但し、L:支点間距離(cm)、W:破壊荷重(kgf)、a:試験片の幅(cm) 、b:試験片の厚み(cm)]
各CSを用いて得られた幅:25.4mm×高さ:25.4mm×長さ:200mmの大きさの試験片について、その引っかき硬度を、引っかき硬度計(GF式)を用いて、測定する。引っかき硬度は、先ず、試験片表面に引っかき硬度計の先端の歯を押し当てて、上部の黒いレバーを時計回りに1周、そして反時計回りに1周回し、更にその回転作業を5回繰り返すことで、徐々に歯がめり込んでいくところから、かかる歯のめり込んだ深さを、側面の目盛(mm)から読み取る。引っかき硬度は、その値が小さいほど強く、また大きいほど弱い。
骨材の真比重に対する、上記で用いられた各試験片の比重(質量を試験片の体積で除して算出する)の割合を、百分率で算出する。
充填率(%)={各試験片の質量(g)/体積(cm3 )}
/骨材の真比重(g/cm3 )×100
容器内に湿度調整用水・グリセロール混合溶液と金網を入れ、上記で得られた各試験片を金網で浮かせて、水・グリセロール混合溶液に触れないようにして、かかる容器内において所定時間保存し、各試験片を吸湿劣化させる。その吸湿劣化した後の各試験片の強度を、上記抗折強度測定法に従って、測定する。
上記で得られた各試験片についての、上記測定法に従ってそれぞれ得られた抗折強度及び吸湿劣化後強度を、それぞれ通常強度及び劣化強度として、下式に基づいて強度劣化率(%)を、算出する。
強度劣化率=(通常強度−劣化強度)/通常強度×100
混練後、釜に付着した砂の様子を、目視及び擦ることにより、確認する。そして、砂が付着していない場合を○、砂は付着しているが、擦ることで、容易に砂を落とせる場合を△、砂が付着しており、容易に砂を落とせない場合を×として、評価する。
耐火性骨材として、市販の鋳造用球状人工砂であるルナモス#50(商品名:花王株式会社製)を準備すると共に、粘結材として、市販のケイ酸ナトリウム3号(商品名:富士化学株式会社製)を水で希釈して、25℃での粘度が46.1cPとしたケイ酸ナトリウム水溶液を準備した。
粘結材として、市販のケイ酸ナトリウム3号(商品名:富士化学株式会社製)を水で希釈して、25℃での粘度を、それぞれ、36.3cP、17.3cP、又は11.1cPとしたケイ酸ナトリウム水溶液を準備したこと以外は、製造例1と同様の手順に従って、CS2〜4を、それぞれ得た。
粘結材として、市販のケイ酸ナトリウム5号(商品名:富士化学株式会社製)を水で希釈して、25℃での粘度を、それぞれ、36.3cP、17.3cP、又は11.1cPとしたケイ酸ナトリウム水溶液を準備したこと以外は、製造例1と同様の手順に従って、CS5〜7を、それぞれ得た。
耐火性骨材として、市販のアルミナ系球状人工骨材であるエスパール#60(商品名:山川産業株式会社製)を使用し、25℃での粘度を11.1cPとしたケイ酸ナトリウム水溶液を準備したこと以外は、製造例1と同様の手順に従って、CS8を得た。
耐火性骨材として、三河硅砂7号(商品名:三河珪石株式会社製)を使用すること、及び25℃での粘度を11.1cPとしたケイ酸ナトリウム水溶液を、三河硅砂7号の100部に対して、不揮発分のみとして考えた場合の固形分換算で、1.0部の割合において添加したこと以外は、製造例1と同様の手順に従って、CS9を得た。
粘結材として、市販のケイ酸ナトリウム3号(商品名:富士化学株式会社製)を水で希釈して、25℃での粘度を、それぞれ、72.5cP、55.8cP、6.9cP、又は6.0cPとしたケイ酸ナトリウム水溶液を準備したこと以外は、製造例1と同様の手順に従って、CS10〜13を得た。
粘結材として、市販のケイ酸ナトリウム5号(商品名:富士化学株式会社製)を水で希釈して、25℃での粘度を、6.9cP又は6.0cPとしたケイ酸ナトリウム水溶液を準備したこと以外は、製造例1と同様の手順に従って、CS14〜15を得た。
粘結材として、市販のケイ酸ナトリウム1号(商品名:富士化学株式会社製)を水で希釈して、25℃での粘度が、それぞれ、121cP、36.3cP、11.1cP、又は6.0cPであるケイ酸ナトリウム水溶液を準備したこと以外は、製造例1と同様の手順に従って、CS16〜19を得た。
粘結材として、市販のケイ酸ナトリウム2号(商品名:富士化学株式会社製)を水で希釈して、25℃での粘度が、各々、121cP、36.3cP、11.1cP、又は6.0cPであるケイ酸ナトリウム水溶液を準備したこと以外は、製造例1と同様の手順に従って、CS20〜23を得た。
水ガラスとして、市販のケイ酸カリウム1号(商品名:富士化学株式会社製)を水で希釈して、25℃での粘度が8cPであるケイ酸カリウム水溶液を準備したこと以外は、製造例1と同様の手順に従って、CS24を得た。
水ガラスとして、市販のケイ酸カリウム2号(商品名:富士化学株式会社製)を水で希釈して、25℃での粘度が、10cPであるケイ酸カリウム水溶液を準備したこと以外は、製造例1と同様の手順に従って、CS25を得た。
上記の各CSの製造例にて得られた、20℃の温度のCS1〜25を、それぞれ、110℃に加熱した成形金型内に、圧力:0.3MPaのゲージ圧にて吹き込み、充填した後、更に0.05MPaのゲージ圧力の下で、温度:99℃の水蒸気を5秒間吹き込み、成形金型内に充填したコーテッドサンド相に通気せしめた。次いで、そのような水蒸気の通気が終了した後、0.03MPaのゲージ圧力の下で温度150℃の熱風を2分間吹き込み、成形金型内に充填されたCS1〜25をそれぞれ硬化させることにより、試験片[25.4mm×25.4mm×200mm]として用いられる鋳型を、それぞれ作製した。
上記で得られたCS1〜25に対応する各々の試験片について、前述した試験法に従って、かさ密度、充填率、抗折強度、吸湿劣化後強度、強度劣化率、引っかき硬度を、それぞれ測定し、その結果を、下記表1〜表4に示した。
耐火性骨材として、市販の鋳造用球状人工砂であるルナモス#50(商品名:花王株式会社製)を準備すると共に、粘結材として、市販のケイ酸ナトリウム3号(商品名:富士化学株式会社製)の原液を準備し、更に、かかるケイ酸ナトリウム原液を希釈して、25℃での粘度が11.1cPとなるケイ酸ナトリウム水溶液を与えるに等しい量の希釈水を準備した。
耐火性骨材として、市販の鋳造用球状人工砂であるルナモス#50(商品名:花王株式会社製)を準備すると共に、粘結材として、市販のケイ酸ナトリウム3号(商品名:富士化学株式会社製)の原液を水で希釈して、25℃での粘度が17.3cPであるケイ酸ナトリウム水溶液を準備した。また、硬化剤である添加剤として、炭酸亜鉛(キシダ化学株式会社製)を準備した。
添加剤(硬化剤)として、炭酸亜鉛の代わりに、四ホウ酸ナトリウム、メタホウ酸カリウム、又は酸化亜鉛を用いること、及び各添加剤を、ルナモス#50の100質量部に対して、0.015質量部の割合で添加したこと以外は、上記の製造例27〜29と同様の手順に従って、CS30〜32を得た。そして、それら得られたCS30〜32についても、上記製造例27〜29と同様にして特性評価を行ない、その結果を、下記表6に併せ示した。
Claims (13)
- 加熱した耐火性骨材に対して、粘結材として水ガラス水溶液を混和せしめ、水分を蒸発させることにより、かかる耐火性骨材の表面に粘結材の被覆層を形成してなる、常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドを製造するに際して、
前記水ガラス水溶液として、SiO2 /Na2 Oのモル比が3.0〜4.0であるケイ酸ナトリウムの水溶液を用いると共に、かかる水溶液の25℃での粘度を10〜50cPの範囲内に調整して、前記耐火性骨材に混和せしめるようにしたことを特徴とするコーテッドサンドの製造方法。 - 前記耐火性骨材の100質量部に対して、前記ケイ酸ナトリウムの水溶液が、固形分換算で0.1〜2.5質量部の割合で用いられることを特徴とする請求項1に記載のコーテッドサンドの製造方法。
- 加熱した耐火性骨材に対して、粘結材として水ガラス水溶液を混和せしめ、水分を蒸発させることにより、かかる耐火性骨材の表面に粘結材の被覆層を形成してなる、常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドを製造するに際して、
前記水ガラス水溶液として、SiO2 /Na2 Oのモル比が3.0〜4.0であるケイ酸ナトリウムの水溶液であって、且つ25℃での粘度が30cP以上であるケイ酸ナトリウム水溶液を用い、かかるケイ酸ナトリウム水溶液と、該ケイ酸ナトリウム水溶液の25℃での粘度を10〜30cPの範囲内とする量の水とを、同時に又は10秒以内の時間差をもって、前記耐火性骨材に混和せしめるようにしたことを特徴とするコーテッドサンドの製造方法。 - 前記耐火性骨材の100質量部に対して、前記ケイ酸ナトリウムの水溶液が、固形分換算で0.1〜2.5質量部の割合で用いられ、且つ水が、0.1〜3.0質量部の割合で用いられることを特徴とする請求項3に記載のコーテッドサンドの製造方法。
- 前記ケイ酸ナトリウムのSiO2 /Na2 Oのモル比が、3.0〜3.5であることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載のコーテッドサンドの製造方法。
- 前記ケイ酸ナトリウム水溶液の混和開始から5分以内に、水分を蒸発させることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載のコーテッドサンドの製造方法。
- 前記ケイ酸ナトリウム水溶液の混和に際して、二酸化ケイ素、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ホウ素、炭酸亜鉛、メタホウ酸カリウム、四ホウ酸ナトリウム、及び四ホウ酸カリウムのうちの少なくとも1種以上が、更に添加せしめられることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載のコーテッドサンドの製造方法。
- 水分率が0.5質量%以下であり、且つ複数の粒子が結合した複合粒子であるダマの量が3質量%以下であるコーテッドサンドを得ることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか1項に記載のコーテッドサンドの製造方法。
- 請求項1乃至請求項8の何れか1項に記載の製造方法によって得られたコーテッドサンドを用い、それを、目的とする鋳型を与える成形型の成形キャビティ内に充填した後、水蒸気を通気させて、かかる成形型内で固化乃至は硬化せしめることにより、目的とする鋳型を得ることを特徴とする鋳型の製造方法。
- 前記水蒸気の通気の後、さらに、乾燥空気、加熱乾燥空気又は窒素ガスが、前記成形型の成形キャビティ内に通気せしめられることを特徴とする請求項9に記載の鋳型の製造方法。
- 前記コーテッドサンドを30℃以上に予熱した後、前記成形型の成形キャビティ内に充填せしめることを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の鋳型の製造方法。
- 前記成形型が予熱されて、保温されている請求項9乃至請求項11の何れか1項に記載の鋳型の製造方法。
- 請求項1乃至請求項8の何れか1項に記載の製造方法によって得られたコーテッドサンドを用いて積層造形して、目的とする鋳型を形成することを特徴とする鋳型の製造方法。
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