JP6864386B2 - Artificial casting sand and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は鋳造に使用される鋳型用の鋳物砂組成物及びこれにより製造される鋳型に関するものである。 The present invention relates to a cast sand composition for a mold used for casting and a mold produced thereby.
鋳造欠陥の中の焼付き欠陥は、物理的焼付き欠陥と化学的焼付き欠陥に大別される。物理的焼付き欠陥とは、鋳型の砂粒間隙に溶湯が差し込む現象であり、砂粒の粒子サイズを小さくすることや鋳型からの背圧を上げることなどで解決することができる。
化学的焼付き欠陥は、式１〜式３の各式の如く、酸化した溶湯と鋳型中の溶融したＳｉＯ2との反応によるものである。高温で溶解した溶湯は鋳型と接する面で酸化物（表１参照）を生成し易い。
Seizure defects among casting defects are roughly classified into physical seizure defects and chemical seizure defects. The physical seizure defect is a phenomenon in which the molten metal is inserted into the sand grain gap of the mold, and can be solved by reducing the particle size of the sand grains or increasing the back pressure from the mold.
The chemical seizure defect is due to the reaction between the oxidized molten metal and the molten SiO 2 in the mold, as in each of the formulas 1 to 3. The molten metal melted at a high temperature tends to form an oxide (see Table 1) on the surface in contact with the mold.
２ＦｅＯ（溶湯中酸化物）＋ＳｉＯ2（鋳型中溶融物）→２ＦｅＯ・ＳｉＯ2（焼付き物）・・・（式１）
２ＭｎＯ（溶湯中酸化物）＋ＳｉＯ2（鋳型中溶融物）→２ＭｎＯ・ＳｉＯ2（焼付き物）・・・（式２）
２ＭｇＯ（溶湯中酸化物）＋ＳｉＯ2（鋳型中溶融物）→２ＭｇＯ・ＳｉＯ2（焼付き物）・・・（式３）
2FeO (oxide in molten metal) + SiO 2 (melt in mold) → 2FeO · SiO 2 (seizure) ... (Equation 1)
2MnO (oxide in molten metal) + SiO 2 (melt in mold) → 2MnO · SiO 2 (seizure) ... (Equation 2)
2MgO (oxide in molten metal) + SiO 2 (melt in mold) → 2MgO ・ SiO 2 (seizure) ... (Equation 3)
鋳型中溶融物であるＳｉＯ2は、一般には鋳物砂として使用される硅砂（新砂）中の石英のＳｉＯ2と思われているが、表２に示すように石英は融点が１７７０℃であることから溶融することはあまり無い。溶融するのは、夾雑物として硅砂中に含まれる長石や雲母、あるいは生型の場合はその粘結剤中のベントナイトであり、これらは耐火度や融点が低く、これらが溶けて融体のＳｉＯ2となる。一般に高純度石英が鋳物砂に使用されることはないので、溶湯中酸化物と鋳型中溶融物が反応して化学的焼付き欠陥が発生する。鋳型中溶融物の生成は鋳込み温度と関係があり、１４００℃前後で鋳込む鋳鉄鋳物では生成しにくく、１５００℃以上で鋳込む鋼鋳物で生成し易い。従って、化学的焼付き欠陥は鋼鋳物で生成し易い。 SiO 2 which is a melt in the mold is generally considered to be silica SiO 2 in silica sand (new sand) used as casting sand, but as shown in Table 2, quartz has a melting point of 1770 ° C. It rarely melts from. What melts is feldspar and mica contained in silica sand as impurities, or bentonite in its binder in the case of raw form, which have low refractory and melting point, and these melt and melt SiO. It becomes 2. Since high-purity quartz is not generally used for casting sand, the oxide in the molten metal reacts with the melt in the mold to cause a chemical seizure defect. The formation of the melt in the mold is related to the casting temperature, and it is difficult to form it in the cast iron casting cast at around 1400 ° C., and it is easy to form it in the steel casting cast at 1500 ° C. or higher. Therefore, chemical seizure defects are likely to occur in steel castings.
従来、上記の鋼鋳物で発生する化学的焼付き欠陥を防止するために、耐火度の高いムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2〜２Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2）やコランダム（Ａｌ2Ｏ3）を主成分とするセラミックサンドが開発されてきた（特許文献１参照）。しかしながら、これらにも夾雑物として低融点のＳｉＯ2などが含まれ、塩基性酸化物である溶湯中酸化物と、酸性酸化物である鋳型中溶融物（ＳｉＯ2）が反応したり、鋼鋳物の如く高温鋳込みの場合は中性酸化物（Ａｌ2Ｏ3）が溶湯中酸化物と反応したりする。
Conventionally, in order to prevent chemical seizure defects generated by the steel casting, high refractoriness mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ~2Al 2
他方、鋼鋳物には炭素鋼鋳鋼と合金鋼鋳鋼がある。合金鋼鋳鋼で工業的によく使用されるのがステンレス鋼鋳鋼である。ステンレス鋼鋳鋼はＦｅ，Ｃｒ，Ｎｉを主成分とし、５０％以上のＦｅで、１３％Ｃｒ，１８％Ｃｒ，１８％Ｃｒ-８％Ｎｉなどの材質がある。
ステンレス鋼鋳鋼では鋳込み温度が１５００℃〜１６５０℃であることから、鋳物砂にＳｉＯ2を主体とする硅砂を使用すると、溶湯成分である弱塩基性酸化物のＦｅＯ，ＮｉＯと鋳型成分である酸性酸化物の溶融したＳｉＯ2が反応して、化学的焼付き欠陥が発生する。
On the other hand, steel castings include carbon steel castings and alloy steel castings. Stainless steel cast steel is often used industrially in alloy steel cast steel. Stainless steel Cast steel contains Fe, Cr, and Ni as main components, and has materials such as 13% Cr, 18% Cr, and 18% Cr-8% Ni with 50% or more Fe.
Since the casting temperature of stainless steel cast steel is 1500 ° C to 1650 ° C, when silica sand mainly composed of SiO 2 is used as the casting sand, the weak basic oxides FeO and NiO, which are the molten metal components, and the acid, which is the template component, are used. SiO 2 in which the oxide is melted reacts to generate chemical seizure defects.
これに対して、鋳物砂をＭｇＯ主体とした場合、ＭｇＯは塩基性酸化物であることから、弱塩基性酸化物であるＦｅＯ，ＮｉＯとは反応しないため、化学的焼付き欠陥の発生を抑制することができる。
このＭｇＯを含む塩基性の鋳物砂としては、橄欖石を砕き砂状としたオリビンサンドが既に使用されている（特許文献１及び２）。ところが、本来、オリビンサンドは脆い鉱物であり、繰り返し使用すると微粉化し、繰り返し使用が難しい。これはオリビンサンドが風化（Ｍｇ、Ｆｅの溶出）の影響を受けやすいことに由来する。また化学的にも物理的にも脆い特長がある。またオリビンサンドの耐火度はＳＫ−３２（１７１０℃）からＳＫ−３５（１７７０℃）であり、鋳鋼の溶湯温度１７５０℃前後に対してそれほど高い耐火度ではない。
On the other hand, when casting sand is mainly composed of MgO, since MgO is a basic oxide, it does not react with FeO and NiO, which are weak basic oxides, so that the occurrence of chemical seizure defects is suppressed. can do.
As the basic casting sand containing MgO, olivine sand made by crushing olivine into sand has already been used (Patent Documents 1 and 2). However, olivine sand is originally a brittle mineral, and when it is used repeatedly, it becomes finely divided and it is difficult to use it repeatedly. This is because olivine sand is easily affected by weathering (elution of Mg and Fe). It also has the characteristic of being chemically and physically brittle. The refractory of the olivine sand ranges from SK-32 (1710 ° C) to SK-35 (1770 ° C), which is not so high with respect to the molten metal temperature of about 1750 ° C.
ＭｇＯを含む他の鋳物砂として、フェロニッケルやフェロクロム系スラグサンドが知られているが、スラグサンドは耐火度が低いために鋳鋼の溶湯と接する１３００℃では溶融する。
さらに、特許文献２や３に示されるクロマイトサンドは、その成分にＭｇＯを含有しているものがあるが、Ｃｒ2Ｏ3が主成分であるために、鋳物砂として使用後に廃棄する際に、六価クロムの溶出問題が発生する。
Ferronick and ferrochrome-based slag sands are known as other casting sands containing MgO, but slag sands have low refractory and melt at 1300 ° C. in contact with molten metal of cast steel.
Further, when the chromite sand disclosed in
鋳鋼溶湯に対して、ＭｇＯを含む塩基性骨材であるオリビンサンドを使用するとモールドリアクションが少なく焼付きの少ない鋳物が生産できることは既に知られている。ところが、オリビンサンドは、（Ｍｇ,Ｆｅ）2ＳｉＯ4があること、耐火度が比較的低い（ＳＫ３２〜３５：１７１０℃〜１７７０℃）こと、さらに一般には夾雑物を含むことから、ＳｉＯ2の溶融物が生成しＭｇＯの効果を打ち消して大物鋳物の場合は焼付きとなることが多々ある。 It is already known that when olivine sand, which is a basic aggregate containing MgO, is used for molten cast steel, a casting with less mold reaction and less seizure can be produced. However, olivine sand, (Mg, Fe) 2 be SiO 4 is, relatively low refractoriness (SK32~35: 1710 ℃ ~1770 ℃) that, since more generally containing contaminants, the SiO 2 In the case of large castings, there are many cases where a melt is formed and the effect of MgO is canceled out, resulting in seizure.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、化学的焼付き欠陥防止に効果的な人工鋳物砂の提供を図ることを課題とする。
また、本発明は、砂粒の圧縮強度が強い人工鋳物砂の提供を図ることを課題とする。さらにまた、本発明は、溶湯温度の高い鋳鋼品においても耐えうる耐火度など、使用目的に応じた耐火度を有する人工鋳物砂の提供を図ることを課題とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide artificially cast sand that is effective in preventing chemical seizure defects.
Another object of the present invention is to provide artificially cast sand having a strong compressive strength of sand grains. Furthermore, it is an object of the present invention to provide artificial cast sand having fire resistance according to the purpose of use, such as fire resistance that can withstand even cast steel products having a high molten metal temperature.
本発明に係る人工鋳物砂は、ＭｇＯとＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2との３成分を含有する鋳物砂であって、ＭｇＯは前記鋳物砂の総量の３５質量％以上が含有され、ＳｉＯ2は前記鋳物砂の総量の４５質量％以下が含有され、Ａｌ2Ｏ3は前記鋳物砂の総量の４５質量％以下が含有される。前記３成分の合計は前記鋳物砂の総量の１００質量％以下である。 The artificial casting sand according to the present invention is casting sand containing three components of MgO, Al 2 O 3 and SiO 2, and MgO contains 35% by mass or more of the total amount of the casting sand, and SiO 2 is It contains 45% by mass or less of the total amount of the foundry sand, and Al 2 O 3 contains 45% by mass or less of the total amount of the foundry sand. The total of the three components is 100% by mass or less of the total amount of the casting sand.
本発明に係る人工鋳物砂にあっては、前記鋳物砂の総量の３５質量％以上が含有されるＭｇＯが塩基性酸化物であることから、弱塩基性酸化物であるＦｅＯ，ＮｉＯとは反応しない。 In the artificial casting sand according to the present invention, since MgO containing 35% by mass or more of the total amount of the casting sand is a basic oxide, it reacts with FeO and NiO which are weak basic oxides. do not.
本発明の鋳物砂はｐＨが８以上（より好ましくはｐＨ９〜１１）の塩基性を示ものであるため、その鋳物砂に低融点の夾雑物が存在し酸性酸化物がわずかに生成した場合においても、鋳型の雰囲気は化学的焼付き欠陥の反応の進行を抑制し得る条件となる。 Since the foundry sand of the present invention exhibits basicity having a pH of 8 or more (more preferably pH 9 to 11), when impurities having a low melting point are present in the foundry sand and a small amount of acid oxide is formed. However, the atmosphere of the mold is a condition that can suppress the progress of the reaction of the chemical seizure defect.
また、炭素鋼鋳鋼は炭素が１％未満でありＦｅＯが主成分である。本発明に係る鋳物砂にあっては、上記のように、ＭｇＯを鋳物砂の総量の３５質量％以上、より好ましくは５０質量％以上配合したものであり、ＭｇＯは塩基性酸化物であることから、弱塩基性酸化物であるＦｅＯとは反応しない。 Further, carbon steel cast steel has less than 1% carbon and FeO is the main component. As described above, the casting sand according to the present invention contains MgO in an amount of 35% by mass or more, more preferably 50% by mass or more of the total amount of the casting sand, and MgO is a basic oxide. Therefore, it does not react with FeO, which is a weak basic oxide.
このように、本発明にあっては上記の条件を満たすことを条件にＭｇＯとＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2との３成分の含有比率は適宜変更しても、化学的焼付き欠陥の反応の進行抑制に効果があると考えられる。 As described above, in the present invention, even if the content ratios of the three components of MgO, Al 2 O 3 and SiO 2 are appropriately changed on the condition that the above conditions are satisfied, the reaction of the chemical seizure defect is carried out. It is considered to be effective in suppressing the progression.
本発明に係る人工鋳物砂は、特にその製造方法が限定されるものではないが、上記の含有比率の３成分を含む組成物を溶解して得ることができる。
この製造に際しては、例えば、これらの３成分を含む組成物である成形ブロックを製造し、これを溶解し、溶解状態の上記組成物を風砕して鋳物砂を製造するようにしてもよい。その場合には、アーク熱などでの成形ブロックの溶解性の向上の観点から、ＭｇＯの質量比率は７０％以下が好ましく、６５％以下がより好ましい。
The artificial casting sand according to the present invention is not particularly limited in its production method, but can be obtained by dissolving a composition containing the three components having the above-mentioned content ratios.
In this production, for example, a molded block which is a composition containing these three components may be produced, melted, and the melted composition may be air-crushed to produce cast sand. In that case, the mass ratio of MgO is preferably 70% or less, more preferably 65% or less, from the viewpoint of improving the solubility of the molding block by arc heat or the like.
前記鋳物砂は、ＭｇＯの質量比率が前記３成分中で最も多い主成分であることが適当である。結晶構成としては、その少なくとも一種としてペリクレース又はフォルステライト（図１参照）が含まれるものとして実施することができるが、特に耐火度の点からはペリクレースが含まれることが好ましい。
実施に際しては、前記３成分を三元系平衝状態図でペリクレースとなる配合比率で配合している組成物を溶解して得ることができる。この配合比率は、新規に作成された鋳物砂における比率であってもよいが、鋳物砂を複数回繰り返し使用した後の鋳物砂における比率を含むものと理解されるべきである。
It is appropriate that the casting sand is the main component having the largest mass ratio of MgO among the three components. As the crystal structure, at least one of them can be carried out as containing pericrace or forsterite (see FIG. 1), but it is particularly preferable to include pericrace from the viewpoint of fire resistance.
At the time of implementation, it can be obtained by dissolving a composition in which the above three components are blended in a blending ratio of pericrace in a ternary phase diagram. This blending ratio may be the ratio in the newly prepared foundry sand, but should be understood to include the ratio in the foundry sand after repeated use of the foundry sand multiple times.
また、本発明は、その原料の由来は問わないが、その実施においては、ＳｉＯ2の原料について、砂粒の圧縮強度や鋳型強度を強くするために、天然の硅砂を用いるよりは鋳物砂の再生処理工場から排出される再生砂ダスト廃棄物を用いる方が好ましい。 Further, in the present invention, the origin of the raw material is not limited, but in its implementation, in order to increase the compressive strength and mold strength of sand grains, the raw material of SiO 2 is regenerated from cast sand rather than using natural silica sand. It is preferable to use recycled sand dust waste discharged from the treatment plant.
また、本発明の実施において、Ａｌ2Ｏ3の原料については、砂粒の圧縮強度や鋳型強度を強くするために、天然の礬土頁岩を用いるよりはＺｒＯ2を原料の一部に含むＡｌ2Ｏ3主成分の使用済み耐火材廃棄物を用いる方が好ましい。 Further, in the practice of the present invention, regarding the raw material of Al 2 O 3 , in order to increase the compressive strength and the mold strength of the sand grains, Al 2 containing ZrO 2 as a part of the raw material rather than using natural alum shale. O 3 better to use the main component spent refractory material waste is preferable.
鋳鋼、特にステンレス鋳鋼に使用する場合には、鋳鋼の溶湯温度１７５０℃に耐えうるＳＫ−３７（１８２５℃）以上の耐火度を有する鋳物砂であることが好ましい。
鋳物砂の形態は、球状、針状、多面体状、不定形状など、求められる特性に応じて或いは製造方法によって種々変更して種々変更して実施することができるが、ステンレス鋳鋼に使用する場合には、球状鋳物砂であることが好ましい。本発明において、球状鋳物砂とは定方向接線径（Feret経）の最小値を最大値で除したアスペクト比が０．８以上のものを言う。
When used for cast steel, particularly stainless cast steel, cast sand having a refractory resistance of SK-37 (1825 ° C.) or higher that can withstand the molten metal temperature of 1750 ° C. is preferable.
The form of the cast sand can be changed according to the required characteristics such as spherical shape, needle shape, polyhedron shape, irregular shape, etc., or by various changes depending on the manufacturing method. Is preferably spherical cast sand. In the present invention, the spherical cast sand refers to sand having an aspect ratio of 0.8 or more obtained by dividing the minimum value of the directional tangential diameter (Feret diameter) by the maximum value.
本発明の鋳物砂の製造方法は特に問わないが、ＭｇＯとＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2との３成分を前記配合比率とした組成物を溶解して得ることができる。溶解の方法は、前記成分が溶融する溶解方法であればよく、電気利用のアーク電極方式、燃料利用の火炎式溶融方式、高周波・マイクロ波による誘電加熱方式、レーザー光照射溶解方式、発熱体ヒーターを利用した炉中での溶解方式、固形燃料焼却による溶解方式など、種々の溶解方式を選択して実施することができる。 The method for producing the cast sand of the present invention is not particularly limited, but it can be obtained by dissolving a composition in which the three components of MgO, Al 2 O 3 and SiO 2 are in the above-mentioned compounding ratio. The melting method may be any melting method in which the above components are melted, and is an arc electrode method using electricity, a flame melting method using fuel, a dielectric heating method using high frequency / microwave, a laser light irradiation melting method, and a heating element heater. Various melting methods can be selected and carried out, such as a melting method in a furnace using the above method and a melting method by incineration of solid fuel.
本発明は、化学的焼付き欠陥防止に効果的な新たな人工の鋳物砂と、その製造方法を提供することができたものである。 The present invention has been able to provide a new artificial casting sand effective in preventing chemical seizure defects and a method for producing the same.
本発明に係る鋳物砂は、その実施に際して、砂粒の圧縮強度が強く、溶湯温度の高い鋳鋼品においても耐えうる耐火度を有するものとすることもできる。
具体的には、天然のオリビンサンドと同じく化学的焼付き欠陥に効果があり、またオリビンサンドよりも砂粒の圧縮強度が強く、耐火度が高いものをも提供することができる。
The cast sand according to the present invention may have a high compressive strength of sand grains and a refractory that can withstand even a cast steel product having a high molten metal temperature.
Specifically, it is possible to provide a product having an effect on chemical seizure defects as in the case of natural olivine sand, having a stronger compressive strength of sand grains than the olivine sand, and having a high refractory.
その上、有機系熱硬化型のシェルモールド樹脂で作成した鋳型においては、オリビンサンドでは鋳型形成できなかった樹脂量でも鋳型を形成することができるものとして実施することもできる。 In addition, in a mold made of an organic thermosetting shell mold resin, the mold can be formed even with an amount of resin that could not be formed by the olivine sand.
また、無機系水ガラスで作成した鋳型においては、焼結法で調製された化学的焼付き欠陥が起こりにくい球状人工砂では鋳型形成できなかった水ガラスの量でも鋳型を形成するものとして実施することもできる。 Further, in the mold made of inorganic water glass, the mold is formed even with the amount of water glass that could not be formed with the spherical artificial sand prepared by the sintering method, which is less likely to cause chemical seizure defects. You can also do it.
以下、本発明の人工鋳物砂およびその製造方法の一例を図面を参照して説明する。 Hereinafter, an example of the artificially cast sand of the present invention and a method for producing the same will be described with reference to the drawings.
本発明の人工鋳物砂は、ＭｇＯとＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2との３成分を含有する鋳物砂であり、ＭｇＯは、前記鋳物砂の総量の３５質量％以上が含有され、ＳｉＯ2は、前記鋳物砂の総量の４５質量％以下が含有され、Ａｌ2Ｏ3は、前記鋳物砂の総量の４５質量％以下が含有されている。前記３成分の合計は、前記鋳物砂の総量の１００質量％以下であり、９０質量％を超えることが好ましい。ＭｇＯは、鋳物砂の総量の３５質量％以上、好ましくは４０質量％以上、より好ましくは５０質量％以上含有することが適当である。Ａｌ2Ｏ3がＳｉＯ2よりも多く含有される場合には、Ａｌ2Ｏ3を５質量％以上含有することが好ましく、より好ましくは９質量％以上含有するものとし、砂粒の圧縮強度の観点からは、１５質量％以上を含有することが適当である。ＳｉＯ2がＡｌ2Ｏ3よりも多く含有される場合には、ＳｉＯ2を５質量％以上含有することが好ましく、より好ましくは９質量％以上含有することが適当である。
また、前記鋳物砂のｐＨについては、８以上（望ましくはｐＨが９〜１２）の塩基性を示すものである。
The artificial casting sand of the present invention is casting sand containing three components of MgO, Al 2 O 3 and SiO 2 , MgO contains 35% by mass or more of the total amount of the casting sand, and SiO 2 is It contains 45% by mass or less of the total amount of the casting sand, and Al 2 O 3 contains 45% by mass or less of the total amount of the casting sand. The total of the three components is 100% by mass or less, preferably more than 90% by mass, of the total amount of the casting sand. It is appropriate that MgO is contained in an amount of 35% by mass or more, preferably 40% by mass or more, and more preferably 50% by mass or more of the total amount of the foundry sand. When Al 2 O 3 is contained in a larger amount than SiO 2, it is preferable that Al 2 O 3 is contained in an amount of 5% by mass or more, more preferably 9% by mass or more, from the viewpoint of compressive strength of sand grains. Therefore, it is appropriate to contain 15% by mass or more. When SiO 2 is contained in a larger amount than Al 2 O 3, it is preferable that SiO 2 is contained in an amount of 5% by mass or more, and more preferably 9% by mass or more is contained.
The pH of the cast sand is 8 or more (preferably pH 9 to 12).
本発明の人工鋳物砂の製造する方法は特に問わないが、これに適する製造方法を説明する。本発明の人工鋳物砂は、ＭｇＯとＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2との３成分を前記配合比率とした組成物を溶解して得ることができる。溶解の方法は、前記成分が溶融する溶解方法であればよく、電気利用のアーク電極方式、燃料利用の火炎式溶融方式、高周波・マイクロ波による誘電加熱方式、レーザー光照射溶解方式、発熱体ヒーターを利用した炉中での溶解方式、固形燃料焼却による溶解方式など、種々の溶解方式を選択して実施することができる。
溶解した組成物は所定の大きさの粒子に細分化されるが、その具体的方法は特に限定されず、ミルなどの機械的な粉砕であってもよく、高圧エアなどによる風砕であってもよい。
The method for producing the artificially cast sand of the present invention is not particularly limited, but a production method suitable for this will be described. The artificially cast sand of the present invention can be obtained by dissolving a composition in which the three components of MgO, Al 2 O 3 and SiO 2 are in the blending ratio. The melting method may be any melting method in which the above components are melted, and is an arc electrode method using electricity, a flame melting method using fuel, a dielectric heating method using high frequency / microwave, a laser light irradiation melting method, and a heating element heater. Various melting methods can be selected and carried out, such as a melting method in a furnace using the above method and a melting method by incineration of solid fuel.
The dissolved composition is subdivided into particles having a predetermined size, but the specific method thereof is not particularly limited, and mechanical pulverization such as a mill may be performed, or wind pulverization by high pressure air or the like. May be good.
図２は、溶融と風砕による製造方法の一例を示す概念図であり、まず初めに耐火物粉末をＭｇＯ：３５質量％以上（好ましくは７０質量％以下）、ＳｉＯ2：４５質量％以下、Ａｌ2Ｏ3：４５質量％以下になるように成分調整し、原料組成物となる成形ブロック１を成形機を用いて形成する。 FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of a manufacturing method by melting and wind crushing. First, the refractory powder is mixed with MgO: 35% by mass or more (preferably 70% by mass or less), SiO 2 : 45% by mass or less, and so on. Al 2 O 3 : The composition is adjusted so as to be 45% by mass or less, and the molding block 1 to be the raw material composition is formed using a molding machine.
そして、電極４で発生させたアーク熱５を用いて原料成形ブロック１を加熱することで溶解物２を得て、直ちに高圧エアノズル６から供給される高圧エア７により溶解物２を風砕することで、球状の人工鋳物砂３を得る。
Then, the raw material forming block 1 is heated by using the
この原料成形ブロック１の原料（ひいては鋳物砂の原料）には、本発明に係るＭｇＯとＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2との３成分の所定の比率を構成し、鋳物砂のｐＨが８以上の塩基性を示ことを条件に、種々の原料を組み合わせて用いることができる。ＭｇＯを得るための原料も特には問わないが、ＭｇＯを含む天然マグネシアを主原料とするものを例示することができる。これに対して、礬土頁岩、温泉津硅砂、ジルコニアを原料の一部に含むアルミナ主成分の使用済み耐火材廃棄物、鋳物工場から排出されるシリカ主成分の再生砂ダスト廃棄物を成分調整して配合し、常法に従い成形機を用いて原料成形ブロック１を得ればよい。 The raw material of the raw material molding block 1 (and by extension, the raw material of the casting sand) constitutes a predetermined ratio of the three components of MgO, Al 2 O 3 and SiO 2 according to the present invention, and the pH of the casting sand is 8 or more. Various raw materials can be used in combination on the condition that they show basicity. The raw material for obtaining MgO is not particularly limited, and examples thereof include those using natural magnesia containing MgO as a main raw material. On the other hand, the composition of used fireproof material waste containing alumina as a main component containing sardine rock, hot spring sand, and zirconia as part of the raw material, and recycled sand dust waste containing silica as a main component discharged from the foundry are adjusted. The raw material molding block 1 may be obtained by using a molding machine according to a conventional method.
この原料成形ブロック１の原料（ひいては鋳物砂の原料）には、ＣａＯ、Ｋ2Ｏ、Ｐ2Ｏ5、Ｎａ2Ｏ、ＮｉＯ2、ＴｉＯ2、ＦｅＯ3などのＭｇＯとＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2との３組成以外の成分を含んでいても構わないが、耐火度の低下を防止するためには、その合計が１０質量％以下であることが好ましい。 The raw materials of the raw material forming block 1 (and thus the raw material of cast sand) include MgO such as CaO, K 2 O, P 2 O 5 , Na 2 O, NiO 2 , TiO 2 , FeO 3 , Al 2 O 3 and SiO. It may contain components other than the three compositions of 2 and 2, but in order to prevent a decrease in fire resistance, the total is preferably 10% by mass or less.
本発明の鋳物砂組成物の粒度は、特に限定はないが、鋳型用として使用されるおよそ２０ｍｅｓｈ（８５０μｍ）以下の粒子サイズから構成されることが望ましい。一般に３５ｍｅｓｈ（４２５μｍ）から５０ｍｅｓｈ（３００μｍ）ピークの鋳物砂、７０ｍｅｓｈ（２１２μｍ）から１００μｍ（１５０μｍ）ピークの鋳物砂が鋳型用として主に使用される。鋳物砂は粒度構成を有するため各種サイズの砂粒から成り立っており、粒度分布を有する。また、精密鋳造用鋳型としてミクロンサイズの砂粒が使用されることもあり、鋳型をバックアップするためにｍｍ単位の砂粒が使用されることがある。本発明はそれら鋳物砂の全てに適用可能である。 The particle size of the cast sand composition of the present invention is not particularly limited, but it is desirable that the cast sand composition is composed of a particle size of about 20 mesh (850 μm) or less used for a mold. Generally, casting sand having a peak of 35 mesh (425 μm) to 50 mesh (300 μm) and casting sand having a peak of 70 mesh (212 μm) to 100 μm (150 μm) are mainly used for a mold. Since the foundry sand has a particle size composition, it is composed of sand grains of various sizes and has a particle size distribution. In addition, micron-sized sand grains may be used as a mold for precision casting, and mm-sized sand grains may be used to back up the mold. The present invention is applicable to all of these cast sands.
本発明の鋳物砂組成物が用いられる鋳型としては、特に限定はされないが、フラン鋳型、アルカリフェノール鋳型、コールドボックス鋳型、シェル鋳型、生型、精密鋳造用鋳型、金型、消失模型、Ｖプロセス等の鉄鋳物、アルミ鋳物、銅鋳物等の各種合金の鋳造に用いられる各種鋳型を例示できる。 The mold in which the foundry sand composition of the present invention is used is not particularly limited, but is a furan mold, an alkali phenol mold, a cold box mold, a shell mold, a green mold, a precision casting mold, a mold, a vanishing model, and a V process. Examples of various molds used for casting various alloys such as iron castings, aluminum castings, and copper castings can be exemplified.
次に、本発明の理解を高めるために、本発明の実施例と比較例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定して理解されるべきではない。
表３−１及び３−２に、主としてＭｇＯとＡｌ2Ｏ3との含有量を変化させた実施例１−１〜実施例１−６と、主としてＭｇＯとＳｉＯ2との含有量を変化させた実施例２−１〜実施例２−５とを示した。表４−１及び表４−２に、実施例３と比較例１〜比較例４を示と共に、対比の意味で実施例１−３と実施例２−３とを再度示した。
Next, in order to enhance the understanding of the present invention, examples and comparative examples of the present invention will be shown, but the present invention should not be understood only in these examples.
Tables 3-1 and 3-2 show the contents of Examples 1-1 to 1-6 in which the contents of MgO and Al 2 O 3 were mainly changed, and the contents of MgO and SiO 2 were mainly changed. Examples 2-1 to 2-5 are shown. In Tables 4-1 and 4-2, Example 3 and Comparative Examples 1 to 4 are shown, and Examples 1-3 and 2-3 are shown again in the sense of comparison.
表３−１及び表４−１には、鋳物砂の化学成分の測定結果を示した。
表３−２及び表４−２には、各実施例と各比較例における鋳物砂の耐火度測定結果、ｐＨ測定結果、砂粒の圧縮強度測定結果、定方向接線径（Feret経）の最小値を最大値で除したアスペクト比を示した。さらに、表３−２には、Ｘ線回析による鉱物組成を示し、表４−２には鋳型の曲げ強度を示した。
図４に、これらの実施例及び比較例の７０ｍｅｓｈサイズ（２００μｍ前後）の光学顕微鏡写真を示す。
Tables 3-1 and 4-1 show the measurement results of the chemical composition of the foundry sand.
Tables 3-2 and 4-2 show the refractory measurement results of the foundry sand, the pH measurement results, the compressive strength measurement results of the sand grains, and the minimum values of the tangential wire diameter (Feret) in each Example and each Comparative Example. Is divided by the maximum value to show the aspect ratio. Further, Table 3-2 shows the mineral composition by X-ray diffraction, and Table 4-2 shows the bending strength of the mold.
FIG. 4 shows 70 mesh size (around 200 μm) optical micrographs of these Examples and Comparative Examples.
まず各表における測定と試験の主な方法を説明する。
表３−１及び表４−１の化学成分は、蛍光Ｘ線で測定した定性の結果である。
First, the main methods of measurement and testing in each table will be described.
The chemical components in Tables 3-1 and 4-1 are qualitative results measured by fluorescent X-rays.
表３−２及び表４−２の耐火度はＪＩＳ Ｒ２２０４に準じた耐火度測定機を使用して得られた結果である。
表３−２及び表４−２の砂粒の圧縮強度は、次の方法により測定した。図３に圧縮強度測定の概念図を示す。まず、微小強度試験機で最大破壊荷重を測定した。最大荷重容量が５０Ｎであり、一定変位速度１ｍｍ／分の条件で負荷を加えた。圧縮強度は試料一粒毎に顕微鏡で撮影して長径と短径を求めた後、微小強度試験機を用いて最大破壊荷重を測定した。
The fire resistance in Table 3-2 and Table 4-2 is the result obtained by using a fire resistance measuring machine according to JIS R2204.
The compressive strength of the sand grains in Tables 3-2 and 4-2 was measured by the following method. FIG. 3 shows a conceptual diagram of compressive strength measurement. First, the maximum breaking load was measured with a micro-strength tester. The maximum load capacity was 50 N, and the load was applied under the condition of a constant displacement speed of 1 mm / min. The compressive strength was determined by photographing each sample with a microscope to determine the major axis and minor axis, and then the maximum fracture load was measured using a micro-strength tester.
最大破壊荷重から圧縮強度を求めるには試料粒子１０の断面積を知る必要がある。ここで言う断面積とは圧縮試験時の加圧板２０と試料粒子の接触面積である。しかしながら、試料粒子１０は不整形粒子であるためにその接触面積は一定でない。そこで、本明細書では試料粒子１０を楕円体と仮定して断面積を求め、圧縮強度を算出する方法を用いる。鋳物砂粒子の長径（２ａ）と短径（２ｂ）は顕微鏡写真から実測した。鋳物砂粒子高さ（２ｃ）と破壊時の加圧板２０の位置（２ｃ−２ｄ）は微小強度計の読み値である。
圧縮強度(σK)はσK＝Ｐ/Ｓにより算出した。ここに、σK：圧縮強度，P：破壊荷重，S：変位dにおける楕円体断面積（加圧板と粒子の推定接触面積）である。
In order to obtain the compressive strength from the maximum breaking load, it is necessary to know the cross-sectional area of the
The compressive strength (σK) was calculated by σK = P / S. Here, σK: compressive strength, P: breaking load, S: ellipsoid cross-sectional area at displacement d (estimated contact area between pressure plate and particles).
表４−２の曲げ強度の有機熱硬化型の鋳型は、フェノール樹脂１．５％、ヘキサメチレンテトラミンをフェノール樹脂に対して１５％、ステアリン酸カルシウムを０．１％して混練し、２８０℃で１分間硬化させて鋳型を作製した。 The organic thermosetting mold with bending strength shown in Table 4-2 is kneaded with 1.5% phenol resin, 15% hexamethylenetetramine with respect to phenol resin, and 0.1% calcium stearate, and kneaded at 280 ° C. It was cured for 1 minute to prepare a mold.
表４−２の曲げ強度の有機自硬化型の鋳型は、アルカリフェノール樹脂１．５％、硬化剤をアルカリフェノール樹脂に対して２０％添加し、室温で１時間、３時間、２４時間保管した。 The organic self-curing mold with bending strength shown in Table 4-2 was stored at room temperature for 1 hour, 3 hours, and 24 hours with 1.5% alkaline phenol resin and 20% curing agent added to the alkaline phenol resin. ..
表４−２の曲げ強度の水ガラス型の鋳型は、水ガラス１．５％を添加して混練し、１３０℃で空気を通気させながら３０秒間硬化させ、温度２０℃湿度４０％で１時間と２４時間保管した。 The water glass type mold with bending strength shown in Table 4-2 is kneaded by adding 1.5% of water glass, cured for 30 seconds while aerating air at 130 ° C., and cured at a temperature of 20 ° C. and a humidity of 40% for 1 hour. And stored for 24 hours.
（実施例１−１〜実施例１−６）
原料に天然マグネシアと礬土頁岩を用い、それぞれ２００ｍｅｓｈサイズに粉砕したものを使用し、前記原料をＭｇＯの重量比率が約４０〜９０質量％になるように成分調整した成形ブロックを調製した。
実施例１−１〜実施例１−４については、前記成形ブロックをアーク熱で溶解した後に一般に鋳造で使われる１００〜６００μｍ程度の粒径となるように風砕して、ＭｇＯを主成分とした球状の鋳物砂を得た。
実施例１−５及び実施例１−６については、前記成形ブロックをアーク熱で溶解した後に冷却したものをミルにて１００〜６００μｍ程度の粒径となるように機械的に粉砕して鋳物砂を得た。
(Examples 1-1 to 1-6)
Natural magnesia and alum shale were used as raw materials, and each was crushed to a size of 200 mesh, and a molded block was prepared by adjusting the components of the raw materials so that the weight ratio of MgO was about 40 to 90% by mass.
In Examples 1-1 to 1-4, the molding block is melted by arc heat and then air-crushed so as to have a particle size of about 100 to 600 μm, which is generally used in casting, and MgO is used as a main component. Spherical casting sand was obtained.
For Examples 1-5 and 1-6, the molding block was melted by arc heat and then cooled, and then mechanically pulverized with a mill to have a particle size of about 100 to 600 μm and cast sand. Got
（実施例２−１〜実施例２−５）
原料に天然マグネシアと温泉津硅砂を用い、それぞれ２００ｍｅｓｈサイズに粉砕したものを使用し、前記原料をＭｇＯの重量比率が約４０〜９０質量％になるように成分調整した成形ブロックを調製した。
実施例２−１〜実施例２−４については、実施例１−１〜実施例１−４と同じ方法で溶解及び風砕して、ＭｇＯを主成分とした球状の鋳物砂を得た。
実施例２−５については、前記成形ブロックを実施例１−５及び実施例１−６と同じ方法で溶解及び風砕して、ＭｇＯを主成分とした鋳物砂を得た。
(Examples 2-1 to 2-5)
Natural magnesia and Yunotsu silica sand were used as raw materials, and each was crushed to a size of 200 mesh, and a molded block was prepared by adjusting the components of the raw materials so that the weight ratio of MgO was about 40 to 90% by mass.
Examples 2-1 to 2-4 were melted and air-crushed in the same manner as in Examples 1-1 to 1-4 to obtain spherical cast sand containing MgO as a main component.
For Example 2-5, the molding block was melted and air-crushed in the same manner as in Examples 1-5 and 1-6 to obtain cast sand containing MgO as a main component.
（実施例３）
実施例３については、原料に天然マグネシアとジルコニアを原料の一部に含むアルミナ主成分の使用済み耐火材廃棄物を用い、前記原料をＭｇＯの重量比率が約６０質量％になるように成分調整した成形ブロックを調製し、実施例１−１〜実施例１−４と同じ方法で溶解及び風砕して、ＭｇＯを主成分とした球状の鋳物砂を得た。
(Example 3)
In Example 3, a used refractory waste containing an alumina main component containing natural magnesia and zirconia as a part of the raw material was used, and the raw material was adjusted so that the weight ratio of MgO was about 60% by mass. The molded block was prepared and melted and air-crushed in the same manner as in Examples 1-1 to 1-4 to obtain spherical cast sand containing MgO as a main component.
（比較例１）
比較例１は、天然の橄欖石を粉砕したオリビンサンドである。
（比較例２）
比較例２は、Ａｌ2Ｏ3を主成分とする原料を造粒して焼結法を用いて調製された球状鋳物砂である。
（比較例３）
比較例３は、Ａｌ2Ｏ3を主成分とする原料を溶融法を用いて調製された球状鋳物砂である。
（比較例４）
比較例４は、Ａｌ2Ｏ3を主成分としＺｒＯ2を添加して溶融法を用いて調製された球状鋳物砂である。
(Comparative Example 1)
Comparative Example 1 is an olivine sand obtained by crushing natural olivine.
(Comparative Example 2)
Comparative Example 2 is spherical cast sand prepared by granulating a raw material containing Al 2 O 3 as a main component and using a sintering method.
(Comparative Example 3)
Comparative Example 3 is spherical cast sand prepared by using a melting method as a raw material containing Al 2 O 3 as a main component.
(Comparative Example 4)
Comparative Example 4 is a spherical casting sand prepared by a melting method in which Al 2 O 3 is a main component and ZrO 2 is added.
図５は、実施例１−３、実施例２−４、実施例３及び比較例１〜４の鋳物砂の上に、溶解したステンレスを落とし、それを樹脂で固めて断面研磨を行い、SEM-EDSの電子顕微鏡像である。像では原子番号により色調が変化し、軽元素では黒色で原子番号が大きくなると白色となる。
図中、黒色は樹脂、白はステンレス、濃い灰色が鋳物砂、薄い灰色は化学的焼付き物である。各比較例にあっては鋳物砂の外周がステンレスと反応して薄い灰色に変化していることが観察されるのに対して、前記の３つの実施例では、色の変化が見られなかった。これにより、実施例は、比較例に比して、化学的焼付き欠陥防止に効果的な新たな人工の鋳物砂であることが確認された。
In FIG. 5, molten stainless steel is dropped on the cast sand of Examples 1-3, 2-4, 3 and Comparative Examples 1 to 4, and the melted stainless steel is hardened with a resin to polish the cross section and SEM. -Electron microscope image of EDS. In the image, the color tone changes depending on the atomic number, and it becomes black for light elements and white for larger atomic numbers.
In the figure, black is resin, white is stainless steel, dark gray is cast sand, and light gray is chemically seized. In each comparative example, it was observed that the outer circumference of the cast sand reacted with stainless steel and changed to light gray, whereas in the above three examples, no color change was observed. .. From this, it was confirmed that the example was a new artificial casting sand effective in preventing chemical seizure defects as compared with the comparative example.
また、ペリクレースを含む実施例にあっては、いずれもＳＫ−３７以上の高い耐火度を示し、Ａｌ2Ｏ3がＳｉＯ2よりも多く含まれる実施例１−１〜実施例１−６及び実施例３にあっては、測定限界であるＳＫ−４２の極めて高い耐火度を示した。実施例１−３、実施例２−４及び実施例３については、鋳型曲げ強度がオリビンサンド（比較例１）よりも高いことが確認された。 Further, in the examples including pericrace, all of the examples showed a high fire resistance of SK-37 or higher, and Al 2 O 3 was contained in a larger amount than SiO 2 in Examples 1-1 to 1-6 and Examples. In Example 3, the measurement limit of SK-42 was extremely high. It was confirmed that the mold bending strength of Examples 1-3, 2-4 and 3 was higher than that of Olivin Sand (Comparative Example 1).
１ 成形ブロック
２ 溶解物
３ 鋳物砂
４ アーク電極
５ アーク熱
６ 高圧エアノズル
７ 高圧エア
1
Claims (4)
ＭｇＯは、前記鋳物砂の総量の３５質量％以上が含有され、
ＳｉＯ2は、前記鋳物砂の総量の４５質量％以下が含有され、
Ａｌ 2 Ｏ 3 は、ＳｉＯ 2 よりも多く含有され、且つ、前記鋳物砂の総量の５質量％以上４５質量％以下が含有され、
前記３成分の合計が、前記鋳物砂の総量の９０質量％を超えるものであり、
前記鋳物砂は、結晶構成の一種としてペリクレースが含まれ、
前記鋳物砂のｐＨが８以上の塩基性を示すことを特徴とする人工鋳物砂。 In cast sand containing three components of MgO, Al 2 O 3 and SiO 2.
MgO contains 35% by mass or more of the total amount of the casting sand.
SiO 2 contains 45% by mass or less of the total amount of the foundry sand.
Al 2 O 3 is contained in a larger amount than SiO 2 , and contains 5% by mass or more and 45% by mass or less of the total amount of the casting sand.
The total of the three components exceeds 90% by mass of the total amount of the casting sand.
The foundry sand contains pericrace as a kind of crystal composition,
Artificial molding sand, wherein the pH of the casting sand exhibits 8 or more basic.
前記ＭｇＯは、前記鋳物砂の総量の７０質量％以下が含有された球状の鋳物砂であることを特徴とする請求項１記載の人工鋳物砂。 The casting sand has a pH of 9-12 and
The artificial casting sand according to claim 1, wherein the MgO is a spherical casting sand containing 70% by mass or less of the total amount of the casting sand.
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