JPH0890150A - 鋳鋼用自硬性鋳型と鋳物砂の再生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋳鋼用自硬性鋳型において、有害成分の発生
を防ぎ、かつ溶鋼の焼着を防止し、また、この種鋳型か
ら効果的に鋳物砂を再生して回収する。 【構成】 １プロセス２サンド方式を用いる鋳鋼用自硬
性鋳型において、バインダーに水溶性フェノール樹脂と
硬化剤を用い、ベース砂には粒径が０．５〜１．５mmで
砂粒のヌープ硬度が９００以上粒径系数１．１以下の球
状粒形のムライト質セラミック砂を用い、熱的に過酷な
肌砂に用いるポケットサンドのクロマイト砂には前記セ
ラミック砂とフルイ分け可能な０．５mm未満の粒径のク
ロマイト砂を用いた。また、前記のような鋳物砂を高速
回転ロータによるスクラビン方式の再生機によって残留
樹脂を除去すると共にアイアンビーズの鉄分を取除き、
振動フルイによって分級して粗粒はセラミック砂として
再利用し、フルイ下の細粒は磁選機によって弱磁性体で
あるクロマイト砂を取出して再利用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋳造工場に於いて１プ
ロセス２サンド方式を用いている鋳鋼用自硬性鋳型と鋳
物砂再生方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、鋳鋼用自硬性鋳型の次期フラン砂
プロセスとして、水溶性フェノール砂プロセスが普及し
つつある。水溶性フェノール砂プロセスは、バインダー
として水溶性フェノール樹脂を粘結剤に有機エステルを
硬化剤として用いており、前記バインダーは鋳物に有害
な硫黄および窒素を含まず、かつ同バインダーで混練さ
れた水溶性フェノール砂は、従来のフラン砂より耐熱性
と熱可塑性が高い鋳型が得られる等の有利性があり、鋳
鋼品の熱間割れ、ガス、介在物等の鋳造欠陥を減少させ
る新しい砂プロセスであるとともに、同バインダーは、
年々、低価格、高強度品への改良が進み、適用拡大が期
待されている。

【０００３】鋳鋼用鋳型への水溶性フェノール砂プロセ
スの適用方法としては、鋳物工場の生産形態及び適用砂
種等に応じて、『１プロセス１サンド方式』、『２プロ
セス２サンド方式』、及び『１プロセス２サンド方式』
が用いられ、各々の方式のフローを図６、図７及び図８
に示す。

【０００４】図６に示す『１プロセス１サンド方式』で
は、水溶性フェノール鋳型を比較的細粒のセラミック砂
（商品名；セラビーズ、スプレードライ造粒してキルン
焼成した比較的細粒で、高い硬度を有する球形のムライ
トサンド）の単一砂で構成することにより、砂混練、回
収、再生、供給系に於ける砂処理設備の簡素化と造型作
業の機械化を図っている。また、セラミック砂の良好な
耐破砕性により、強力な砂再生による砂の細粒化を防止
し、鋳物廃砂の低減及び砂品質の安定化を図るととも
に、低熱膨張鋳型を実現している。

【０００５】図７に示す『２プロセス２サンド方式』で
は、鋳型肌砂としてクロマイト砂にバインダーとして水
溶性フェノール樹脂と有機エステルを用い、裏砂として
珪砂にフラン樹脂とスルホン酸を適用している。この方
式の特徴としては、鋳鋼品質に最も影響する肌砂に水溶
性フェノールクロマイト砂を用いて鋳造欠陥を防ぎ、裏
砂に安価なフラン珪砂を用いて砂費を押さえている。ま
た前記肌砂と裏砂の砂再生方式をプロセス別に対応させ
ている。つまり、強力な再生が必要な水溶性フェノール
バインダーは溶鋼の熱影響で熱分解し易い肌砂に適用
し、再生が容易なフランバインダーは裏砂の熱影響の少
ない箇所に用いている。更に２プロセスの効果として、
鋳込時に肌砂の水溶性フェノールバインダーから生じる
水蒸気を、水蒸気の発生の少ないフランバインダーの裏
砂でカバーしている。

【０００６】図８に示す『１プロセス２サンド方式』と
しては、適用する鋳物サイズに限定されない方式であ
り、水溶性フェノール鋳型のベースに比較的通気性が良
好で、且つ安価に入手可能な珪砂を用い、熱影響の厳し
い箇所に高価な特殊砂のクロマイト砂をポケットサンド
として用いた最も一般的な方法である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように水溶性フ
ェノール鋳型は、鋳造欠陥が発生しやすい鋳鋼品の品質
向上に適した砂プロセスであるが、既存の方式では下記
の問題点がある。

【０００８】『１プロセス１サンド方式』砂循環系とし
て図６に示す方式は最もシンプルなクローズドシステム
であり、１サンドで鋳型が要求される全ての条件を満足
する必要があるが、以下に述べる問題点がある。一般に
細粒の砂を用いれば焼着は防止できるが、ガス欠陥の懸
念があり、細粒砂ではガス欠陥には対処するが焼着が発
生しやすく、適用範囲は熱容量が小さく凝固の早い小物
品に限定される。また、水溶性フェノール樹脂は約５０
％の水分を含み、鋳込時に大量の水蒸気が発生するとと
もに、現在のスプレードライで造粒するセラミック砂
（セラビーズ）は砂粒径が０．１〜０．３５mmの比較的
に細粒砂である。よって、小物鋳鋼品への細粒セラミッ
ク砂の適用は可能であるが、大物鋳鋼鋳型への適用は通
気度低下によるガス欠陥が懸念され、前記セラミック砂
はクロマイト砂の様な砂の焼結による溶鋼の差込み防止
機能がなく、肌砂が溶鋼の凝固温度以上となるような熱
影響の著しい箇所では焼着が生じ易い。なお、セラミッ
ク砂に限らず珪砂でも同様なことが言え、砂粒径が大き
くなるほどその傾向は著しくなるため、単一砂による適
用範囲は小物品に限定される。

【０００９】『２プロセス２サンド方式』図７に示す方
式で肌砂に水溶性フェノールクロマイト砂を、裏砂にフ
ラン珪砂を適用すると、肌砂はアルカリ性で裏砂は酸性
となり、前記各砂の反応形態が全く異なるために肌裏砂
の分離対策として「つなぎ」を設ける必要があり、造型
作業に手間取るとともに、肌砂に用いる高価なクロマイ
ト砂の使用量が増えるに伴い新砂補充量が増加する。ま
た、大物鋳型では上型の面積が広くなり、造型時に於け
る模型の抜型抵抗や、鋳込時の輻射熱による肌砂層の熱
膨張から肌砂層の落下が懸念され、これら生産性の問題
から適用範囲が中小品に限定される。更に、２プロセス
のため２系列の砂混練設備が必要となり、バインダー供
給設備を含め砂処理設備の設置費用と維持管理が高くな
る欠点がある。

【００１０】『１プロセス２サンド方式』図８に示され
る方式は、通常５号珪砂をベースとした水溶性フェノー
ル鋳型とし、熱影響の過酷な肌砂にポケットサンドとし
てクロマイト砂を適用し、鋳物サイズに制約されない最
も一般的な方式である。欠点としては、強力な砂再生に
より珪砂が破砕される等、鋳物品質および砂再生等に関
係する数々の問題点があり、多少不具合でも前記『１プ
ロセス１サンド方式』及び『２プロセス２サンド方式』
が適用され、鋳鋼品への水溶性フェノール砂プロセスの
普及を阻害している。

【００１１】図８に示される１プロセス２サンド方式に
於ける不具合な点は、次の通りである。 （１） 水溶性フェノール砂の残留樹脂が粘り強い。回
収砂には、エステルで固化した粘り強く堅固な水溶性フ
ェノール樹脂が残留している。 （２） 再生砂の残留樹脂が多い場合。水溶性フェノー
ル砂は残留樹脂分と同程度の水分吸湿性があり、再生砂
の残留樹脂が多い場合、吸湿により砂再生が困難となる
ばかりか、梅雨時期などサンドビン内部で棚吊り、フル
イの目詰り等のトラブルが発生し易く、鋳物品質面でも
ガス欠陥の懸念が生じる。また水溶性フェノール砂は、
再生砂の残留樹脂量の増加に比例して砂強度が低下し、
この傾向は砂が吸湿すると著しく加速される。 （３） 回収砂の残留樹脂の除去に強力な再生が必要と
なる。鋳型の必要強度を得るには、水溶性フェノール砂
は従来のフラン砂に比較して約２倍のバインダーが必要
であり、かつ、水溶性フェノール砂は耐熱性の高いこと
も相乗して、解枠後の回収砂には堅固な樹脂が多く残留
し、残留樹脂の除去には強力な砂再生が必要となる。通
常、鋳鋼用アルカリフェノール再生砂の残留樹脂量管理
値は前記（２）項の理由により、従来のフラン再生砂残
留樹脂量管理値の半分の約０．５％程度と厳しく、残留
樹脂の除去には強力な再生が必要となる。また一般にア
ルカリフェノール砂用にロータタイプのスクラビング方
式を用いた砂再生機では、強力再生に必要な高速回転と
してフラン砂用の２倍のエネルギーを設定し、更にアル
カリフェノール砂の残留樹脂量管理値が低く厳しいため
に再生パス回数を増やす目的で多段式再生機が多用され
ている。 （４） 強力な砂再生で珪砂が破砕され易く作業環境が
悪化する。ベース砂に珪砂を用いた場合には強力再生に
より砂の破砕が生じ易く、砂の歩留まりが悪くなる。こ
のことは新砂補充量の増加による砂コストのアップと共
に、破砕砂の増加による産業廃棄物量の悪化が懸念され
る。また、鋳鋼鋳型に用いる珪砂はＳＫ３３程度の高い
耐熱性が要求され、一般にＳｉＯ₂ 成分が９５〜９９％
の高純度の珪砂が用いられる。溶鋼に接した珪砂は熱衝
撃により５７５℃で石英変態が生じて破砕されやすくな
り、砂回収時には塵肺の懸念が生じると共に、ＳｉＯ₂
含有率の高い珪砂粉塵により作業者への珪肺対策が必要
となる。 （５） 珪砂中より細粒破砕珪砂の除去が必要である。
システムサンドの砂粒度を維持するには、砂再生装置の
後にフルイ、流動槽等を設けて強力な砂再生で破砕した
珪砂を除去する必要がある。 （６） 珪砂とクロマイト砂の分離に高価で強力な磁選
機が必要である。ベース砂として大量に使用した珪砂の
中より一部のクロマイト砂を回収するにあたり、粒度分
布的に珪砂とクロマイト砂は混在する粒度が多く、フル
イでは分級困難であり、２０，０００ガウス以上の強力
な磁選機が用いられている。この場合の磁選機はシステ
ムサンド全体を処理するために大きな処理能力が必要で
あり大型で高価な設備となる。 （７） 現状の珪砂による鋳物品質の改善には限度があ
る。珪砂を長期間再利用した場合、溶鋼との反応により
低融点の溶鋼珪酸塩（ＦｅＳｉ₂ ）が生じ、ガス欠陥及
び焼着の原因となる場合がある。また、鋳鋼鋳型用の珪
砂は、粒径、形状、成分等の物性値で適用はほぼ限定さ
れ、一般に入手し易い５号珪砂が多用されている。５号
珪砂の粒度指数はＡＦＳ３０〜４０で通気度は５００〜
９００であり、大物鋳型の複雑な中子等には鋳型の通気
性不足によりガス抜を施工する必要があり鋳型が繁雑と
なる。より高級な鋳鋼品を求める場合には、鋳型形状と
して通気度、熱膨張量、耐火度等を改善する必要がある
が、前記珪砂を用いている限り原料砂による鋳型の大幅
な改善は期待できない。

【００１２】なお、前記（６）項及び（７）項は２プロ
セス２サンド方式の場合にも該当する。

【００１３】鋳鋼用自硬性鋳型には、造型性、鋳物サイ
ズの適用性、鋳鋼品質、砂再生性等に多くのものが望ま
れるが、従来の前記３方式は、どの方式も以上の欠点を
伴い、鋳鋼用に水溶性フェノール砂プロセスの普及を阻
害している。本発明は、最も実用化が容易な『１プロセ
ス２サンド方式』を改善して前記の従来の方式の問題点
を解決することができる鋳鋼用自硬性鋳型と鋳物砂の再
生方法を提供しようとするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は次の手段を講じ
た。 （１） 本発明の鋳鋼用自硬性鋳型は、１プロセス２サ
ンド方式を用いる鋳鋼用自硬性鋳型において、バインダ
ーに水溶性フェノール樹脂と硬化剤を用い、鋳物砂のベ
ース砂には粒径が０．５〜１．５mmで砂粒のヌープ硬度
が９００以上粒径系数１．１以下の球状粒形のムライト
質のセラミック砂を用い、熱的に過酷な肌砂に用いるポ
ケットサンドのクロマイト砂は前記セラミック砂とフル
イ分け可能な０．５mm未満の粒径のクロマイト砂を用い
たことを特徴とする。 （２） また、本発明の鋳物砂の再生方法は、ベースサ
ンドとして粒径が０．５〜１．５mmのセラミック砂と、
ポケットサンドとして粒径が０．５mm未満のクロマイト
砂を用いたアルカリフェノール回収砂を再生するにあた
り、高速回転ロータによる強力スクラビング方式の再生
機を用いて、前記粗粒セラミック砂とクロマイト砂の残
留樹脂を除去するとともに、クロマイト砂の表面に析出
したアイアンビーズの鉄分を取除き、双方の砂を振動フ
ルイにより分級し、フルイ上の粗粒は再生したセラミッ
ク砂として再利用し、フルイ下の細粒は、２００００ガ
ウス以上の磁選機により、アイアンビードを析出してい
る中磁性体、鉄分等の強磁性体、および非磁性体の湯道
レンガ屑等を除去し、弱磁性体であるクロマイト砂を取
出し再利用することを特徴とする。

【００１５】

【作用】前記（１）の本発明の鋳鋼用自硬性鋳型は、バ
インダーに水溶性フェノールと硬化剤を用いた水溶性フ
ェノール鋳型であり、鋳物砂として用いる耐火性粒状骨
材に粗粒のセラミック砂とクロマイト砂を用いた単純な
鋳型構成であり以下に示す鋳鋼品質の改善が成さる。

【００１６】 樹脂の作用。 水溶性フェノール樹脂は、硬化剤の有機エステルにより
中和反応で一次固化し、鋳込時の熱でさらに重合硬化が
進み二次固化する。また水溶性フェノール樹脂はベンゼ
ン環を有し熱によりカーボンボンド化しやすいことも伴
い、耐熱性の高い鋳型を形成して焼着の低減、砂の洗わ
れによる砂噛みの低減が期待できる。また、水溶性フェ
ノールと硬化剤を用いた前記バインダーは硫黄を含まな
いために熱間割れが発生しにくく、かつ窒素を含まない
ために窒素に関係するガス欠陥が防止できる。

【００１７】 クロマイト砂の作用。 特殊砂として、中子及び外型コーナ部等の鋳型温度が例
えば９００℃以上となる熱的に厳しい箇所の肌砂にポケ
ットサンドとしてクロマイト砂を適用することにより、
溶鋼と接触するクロマイト砂表面層では、鋳込直後の溶
鋼熱によりスピネル構造のクロマイト砂〔（Ｆｅ，Ｍ
ｇ）Ｏ・（Ｆｅ，Ｃｒ，Ａｌ）₂ Ｏ₃ 〕中から砂表面に
鉄成分が還元析出する。この現象は、受湯時の高熱で還
元反応を生じクロマイト砂中に２５〜２９％程度含有す
る鉄分が、金属Ｆｅとして粒径２〜２０μの汗の状態で
クロマイト砂表面に析出し、通常アイアンビーズと称さ
れている析出物が見受けられる。また、長時間著しい熱
影響を受けたクロマイト砂では、大量のアイアンビーズ
が各々連結して粒径が０．５mm未満（平均粒径１５０〜
３５０μが望ましい）のクロマイト砂表面を５〜１０μ
厚さの鉄被膜で覆ってしまう。この鉄被膜は砂表面をビ
ード状に形成しアイアンビードと称される。鋳込時には
クロマイト砂からの前記析出物により砂粒間焼結が生
じ、溶鋼に接触したクロマイト砂の最表面層は堅固な鋳
型壁を形成することにより、溶鋼の浸透を抑え焼着を防
止する作用があるとともに、これら析出物により肌砂最
表面層のクロマイト砂粒間空隙率が減少し、肌砂後方か
らの溶鋼へのガス圧をある程度抑え、ガス欠陥を低減さ
せる効果もある。

【００１８】 セラミック砂の作用。 ベースサンドとしてはペレタイザーで造粒された粗粒の
セラミック砂を適用する。前記セラミック砂はカオリン
質原料とアルミナ原料を粉砕混合して、ペレタイザーで
球形に造粒後キルンで高温焼成してムライト化すること
で、熱膨張が少なく、熱変態点のない耐破砕性の良好な
セラミック砂となっており、珪砂のように溶鋼との反応
でガス欠陥および焼着の原因となる溶融珪酸塩（ＦｅＳ
ｉ₂ ）が生じ難い特長を有す。セラミック砂の粒度設定
としては、「クロマイト砂がフルイ分け可能な程度の粗
粒」「正規分布を示す砂粒度で熱膨張率が少なく、５号
珪砂並の浸透型焼着に対する耐焼着性を有する」ことが
好ましく、粒径が０．５mm未満のクロマイト砂と篩分け
が可能な程度の前記の粗粒のセラミック砂をベースサン
ド砂として用いることにより、溶鋼が接触する鋳型肌砂
からの燃焼ガス及び水蒸気を、後方に逃がすことで溶鋼
に侵入するガスを極力防止してガス欠陥を低減するとと
もに、耐火度が高く低膨張で熱変形の少ない鋳型によ
り、寸法精度の高い鋳鋼品を得ることが可能である。

【００１９】 樹脂と砂の相乗作用。 前記水溶性フェノール樹脂と有機エステル等の硬化剤を
バインダーとし、耐火性粒状骨材のベースに粗粒のセラ
ミック砂、熱影響の著しい局所にポケットサンドとして
クロマイト砂を適用することにより、高級鋳鋼品の製造
に必要な、低膨張、高通気度で耐熱性の高い鋳型が構成
される。

【００２０】また、前記（２）の本発明の鋳物砂の再生
方法は、次の作用を有する。

【００２１】 砂の再生が容易。 鋳型基材として、高い硬度のセラミック砂とクロマイト
砂を用いることにより、前記一対の混合回収砂の再生
は、高速回転ロータによる強力なスクラビング方式の再
生機で残留樹脂を除去することで可能である。また、著
しく熱影響を受けたクロマイト砂の表面にはアイアンビ
ーズおよび堅固なアイアンビーズが形成されているが、
このうちアイアンビーズはクロマイト砂の表面に汗の状
態で発生しており、前記、残留樹脂除去時の強力な砂再
生において大部分が除去できる。

【００２２】 セラミック砂とクロマイト砂の分級が
容易。 ベースの粗粒セラミック砂と特殊砂のクロマイト砂は、
前記のように砂粒度の差を有しており、この砂粒度の差
によって単純な振動フルイで分級が可能となる。このフ
ルイ分級された粗粒のセラミック砂はそのまま再利用可
能であり、細粒砂はクロマイト砂を主成分としている。

【００２３】 クロマイト砂中の不純物除去が小型の
磁選機で可能。 フルイ分級された細粒砂の構成は下記に示す内容とな
る。 非磁性体：再利用できない破砕湯道スリーブ、破砕セラ
ミック砂、砂表面より剥離した樹脂 弱磁性体：細粒砂の主体であり、熱影響が比較的少なく
変質していない良好なクロマイト砂、及びアイアンビー
ズを除去し再利用可能なクロマイト砂 中磁性体：砂表面層に堅固なアイアンビードが発生して
いる再利用困難なクロマイト砂 強磁性体：溶鋼が付着した砂粒、砂再生でクロマイト砂
表面より剥離したアイアンビーズ、湯玉及び細かな鋳バ
リ等の鉄分 前記細粒砂の主体である弱磁性体は、２０，０００ガウ
ス以上の強力な磁選機により選別し再利用する。なお、
この時の磁選機の能力は適用クロマイト砂を処理する程
度の小型のもので対応することができる。

【００２４】また更に、前記（１）の本発明の鋳鋼用自
硬性鋳型と前記（２）の本発明の鋳物砂の再生方法によ
り、次の作用が奏せられる。

【００２５】 廃砂の低減 前記のようなセラミック砂を鋳型のベース砂に適用する
ことにより、強力再生による堅固な残留樹脂の除去が可
能となり、砂の細粒化を最小限に止めて歩留まりの改善
と廃砂量の低減が実現できる。

【００２６】 粉塵の低減 本発明で用いられる珪砂より粗粒のセラミック砂は、珪
砂と異なり破砕し難い点から砂処理作業者への塵肺が改
善される。また、遊離珪酸を含有しないムライトが主成
分のセラミック砂で珪肺を防止できる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例、以下に説明する。ま
ず、溶鋼品質に大きな影響を与える鋳型からのガス組成
の調査として、表１に示すように、石見５号珪砂を原料
砂とし、フランバインダーおよび水溶性フェノールバイ
ンダーの発生ガス組成の調査を行い、水溶性フェノール
砂からのガス組成には硫黄と窒素のガス成分が無いこと
を確認した。

【００２８】

【表１】

【００２９】セラミック砂は、クロマイトとフルイ分離
可能な粒度として、図１に示す粒度分布のＡ、Ｂ、Ｃの
３種類を検討した。まずセラミック砂の粒度選定にあた
り、表２に示すように、比較用セラミック砂Ｂ、Ｃの通
気度は石見５号珪砂より著しく高いが混練砂強度が劣り
造型面で支障をきたすとともに、同セラミック砂Ｂ、Ｃ
は平均粒径が大きく浸透型の焼着の懸念より適用が困難
と判断された。

【００３０】

【表２】

【００３１】セラミック砂Ａは表２及び表３に示すよう
に石見５号珪砂と比べ、耐火度、粒形、硬度、通気度、
急熱膨張量に優れている。また石見５号珪砂より劣る点
は混練砂強度が若干低く、平均粒径が１．４倍と大きな
ために浸透型焼着に留意する必要があり、図２に示す鋳
型によって鋳造された試験片を用いて耐焼着性の調査を
行ない、表４に示す結果を得た。

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表４】

【００３４】表４によると、セラミック砂Ａの耐焼着性
は石見５号珪砂と大差がなく、試験片凸部の熱影響の厳
しい箇所には浸透型の焼着が発生し、平面部は良好な結
果を得た。このことは、粒径が石見５号珪砂より大きい
にもかかわらず、セラミック砂Ａの急熱膨張量が少ない
ために最表面の肌砂層の移動が微量で塗型層の破壊が少
なく、表４に示す結果になったものと推定される。

【００３５】前記試験結果により実品への適用例を図３
に示す。図３はコンプレッサー車室の鋳鋼鋳型の断面図
であり、バインダーには水溶性フェノール樹脂と硬化剤
を用い、鋳物砂として適用する耐火性粒状骨材に、表
１、表２に示すクロマイト砂とセラミック砂Ａを用い、
溶鋼と接触する肌砂の最表面には塗型材を用いている。

【００３６】図４は本発明の実施例に係るコンプレッサ
ー車室の鋳鋼鋳型の断面図であり、１は鋳枠、２は定
盤、３は鋳型空間部、４は押湯、４−ａは押湯保温スリ
ーブ、５は湯道、５−ａは湯道スリーブ、６は外型、６
−ａは外型肌砂平面部、６−ｂは外型肌砂凸部、７は中
子、８はセラミック砂、９はクロマイト砂を示してい
る。

【００３７】熱影響が過酷な鋳型の外型肌砂凸部６−ｂ
と中子７の肌砂には耐焼着性の良好なクロマイト砂９を
全砂の１割程度用い、熱影響が過酷でない外型肌砂平面
部６−ａおよび外型６と中子７の裏砂には、ベースサン
ドとしてセラミック砂８を用いる。溶鋼は湯道４を経由
して鋳型空間部３に入り、押し湯４まで注湯するもの
で、セラミック砂８の通気性が良好なことにより、中子
７のガス抜きを廃止したシンプルな高通気度鋳型であ
り、しかも熱膨張の少ない低膨張鋳型を実現することが
できた。

【００３８】また、図４に示す鋳鋼用自硬性鋳型は、バ
インダーに水溶性フェノール樹脂と硬化剤を用い、鋳物
砂のベースサンドとして、粒径が０．５mm〜１．５mmの
範囲で、かつ、砂のヌープ硬度が９００以上粒径系数
１．１以下の球状粒径のムライト質のセラミック砂を用
い、熱的に過酷な肌砂に用いるポケットサンドのクロマ
イト砂は、前記セラミック砂とフルイ分け可能な粒径と
し、粒径が０．５mm未満のクロマイト砂を用いた１プロ
セス２サンド方式の鋳型である。

【００３９】図５は本発明の実施例に係る鋳物砂の再生
方法を示すものであり、１プロセス２サンド方式のフロ
ー図で砂再生を主体とした砂循環系統の説明図である。
本実施例では、表１、表２に示すクロマイト砂とセラミ
ック砂Ａを用いた水溶性フェノール鋳型に鋳鋼を注湯し
て、解枠砂を回収後下記に示す再生を行う。

【００４０】 解枠砂の再生装置としては、セラミッ
ク砂に一部クロマイト砂が混入した水溶性アルカリフェ
ノール回収砂（残留樹脂量：１．４％）を周速５０ m／
secの高速回転ロータによる強力スクラビング方式の再
生機が用いられる。パス回数毎の残留樹脂除去率は２３
〜２５％／パスであり、パス回数の増加に伴い回収砂の
残留樹脂は除去され、４パスで目標管理値の０．５％と
なる。

【００４１】砂硬度が高く粒形の良好なセラミック砂
は、砂再生で砂表面が僅か研磨除去された程度なので、
再生歩留りが０．６％と著しく良好な値を示した。クロ
マイト砂においては、ある程度砂粒の角がとれると、砂
硬度が高いために限り無く細粒化することがなく安定し
た粒度分布となる。また、クロマイト砂表面のアイアン
ビーズの除去経緯を走査電子顕微鏡で調査したところ、
残留樹脂の管理値内の４パスでほぼ除去可能であること
が確められた。また、著しく熱影響を受けたクロマイト
砂表面のアイアンビードは強力再生で除去されずに残っ
ているのがみうけられた。なお、砂再生で砂より研磨さ
れた残留樹脂と２〜２０μのアイアンビード及び砂の研
磨粉は再生装置付設のダクトより極力除塵した。

【００４２】 本実施例で用いられたセラミック砂と
クロマイト砂は、目開き寸法が０．５mmである３５mesh
の振動フルイを用いて前記一対の砂を分級した。フルイ
上に残る０．５mm以上の粗粒は再利用可能な再生セラミ
ック砂であり、フルイを通過した０．５mm未満の細粒砂
は全砂量の１２％となる。

【００４３】 前記３５meshの振動フルイを通過した
細粒砂を、２００００ガウスの２段式ロール型磁選機に
より磁性の強弱で選別する。この時の磁選機は全砂量の
１５％程度を処理する小型機種が用いられる。まず、上
段の磁選機で非磁性体と磁性体を分離して磁性体を取出
し、下段の磁選機で磁性体の中から、有効な弱磁性体で
ある熱影響が比較的少なく変質していない良好なクロマ
イト砂とアイアンビーズを除去した再利用可能なクロマ
イト砂が取出される。また、中磁性体は、砂表面層に堅
固なアイアンビードが発生して再利用困難なクロマイト
砂と、強磁性体の溶鋼が付着した砂粒、砂再生でクロマ
イト砂表面より剥離した一部のアイアンビーズ、湯玉及
び細かな鋳バリ等の鉄分であり、除去対象物として磁選
機により除去される。磁力選鉱した細粒砂の構成割合
は、非磁性体；９％、弱磁性体；７４％、中磁性体と強
磁性体；１７％とである。

【００４４】 前記再生の結果は、新砂の歩留りはセ
ラミック砂で０．６％、クロマイト砂で１９％となっ
た。システムサンドとして長期間用いた場合の歩留り
は、鋳物付着等のロスを加え、セラミック砂で約２％、
クロマイト砂で約３０％程度と推定され、産業廃棄物の
大巾な低減が可能である。またセラミック砂及びクロマ
イト砂とも砂硬度が高く破砕し難い砂であり、鋳造工場
で最も問題となる解枠時の粉塵を大巾に低減するととも
に、遊離珪酸（ＳｉＯ₂ ）含有しないセラミック砂とク
ロマイト砂により珪肺を防止することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上、具体的に説明したように本発明の
１プロセス２サンド方式を用いる鋳鋼用自硬性鋳型は、
水溶性フェノール樹脂と硬化剤を用いた鋳鋼用水溶性フ
ェノール鋳型において、ベース砂に粒径が０．５〜１．
５mm、ヌープ硬度が９００以上の高硬度の球状形状のセ
ラミック砂を用い、ポケットサンドとして前記セラミッ
ク砂と篩分け可能な粒径０．５mm未満のクロマイト砂を
適用しており、次の効果を奏することができる。 （１） 水溶性フェノール樹脂とバインダーにより鋳込
時の鋳型からのガスには、熱間割れの主原因となる硫黄
とガス欠陥の一因となる窒素の有害な成分を含まない。 （２） 鋳型の熱影響の著しい箇所の肌砂にポケットサ
ンドとしてクロマイト砂を用いることにより、クロマイ
トから還元析出する鉄分により砂粒間焼結が生じ、溶鋼
の浸透を防ぎ焼着を防止できる。 （３） ベースサンドにムライト質のセラミック砂を適
用することにより低膨張鋳型が実現し、溶鋼との反応生
成物である溶融珪酸塩が生じ難い。 （４） 粗粒のセラミック砂を用いることにより、ガス
抜が不要でシンプルな高通気度鋳型となる。

【００４６】また、本発明の鋳物砂の再生方法は次の効
果を奏することができる。 （１） 高い硬度のセラミック砂及びクロマイト砂によ
り、強力スクラビングによる砂破砕を抑えて砂の歩留り
を高め、新砂補充量及び廃砂量の低減が可能にできると
ともに塵肺と珪肺を防止することができる。 （２） 粗粒のセラミック砂とクロマイト砂により簡単
なフルイで分級可能であり、安価な小型の磁力選鉱機で
クロマイト砂の回収が可能である。

【００４７】以上の結果、本発明によれば、新しい１プ
ロセス２サンド方式により鋳鋼用に水溶性フェノール砂
プロセスを用いることができ、時代に即した大物高級鋳
鋼品の実現が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に当って検討した原料砂の粒度
分布図である。

【図２】焼着試験の試験片用鋳型の断面図である。

【図３】焼着試験片の斜視図である。

【図４】本発明の実施例に係るコンプレッサー車室の鋳
鋼鋳型の断面図である。

【図５】本発明の実施例に係る鋳物砂の再生方法を示す
１プロセス２サンド方式を示すフロー図である。

【図６】従来の１プロセス１サンド方式を示すフロー図
である。

【図７】従来の２プロセス２サンド方式を示すフロー図
である。

【図８】従来の１プロセス２サンド方式を示すフロー図
である。

【符号の説明】

１ 鋳枠 ２ 定盤 ３ 鋳型空間部 ４ 押湯 ４−ａ 押湯保温スリーブ ５ 湯道 ５−ａ 湯道スリーブ ６ 外型 ６−ａ 外型肌砂平面図 ６−ｂ 外型肌砂凸部 ７ 中子 ８ セラミック砂 ９ クロマイト砂

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １プロセス２サンド方式を用いる鋳鋼用
   自硬性鋳型において、バインダーに水溶性フェノール樹
   脂と硬化剤を用い、鋳物砂のベース砂には粒径が０．５
   〜１．５mmで砂粒のヌープ硬度が９００以上粒径系数
   １．１以下の球状粒形のムライト質のセラミック砂を用
   い、熱的に過酷な肌砂に用いるポケットサンドのクロマ
   イト砂には前記セラミック砂とフルイ分け可能な０．５
   mm未満の粒径のクロマイト砂を用いたことを特徴とする
   鋳鋼用自硬性鋳型。
2. 【請求項２】 ベースサンドとして粒径が０．５〜１．
   ５mmのセラミック砂とポケットサンドとして粒径が０．
   ５mm未満のクロマイト砂を用いたアルカリフェノール回
   収砂を再生するにあたり、高速回転ロータによる強力ス
   クラビング方式の再生機を用いて、前記粗粒セラミック
   砂とクロマイト砂の残留樹脂を除去するとともに、クロ
   マイト砂の表面に析出したアイアンビーズの鉄分を取除
   き、双方の砂を振動フルイにより分級し、フルイ上の粗
   粒は再生したセラミック砂として再利用し、フルイ下の
   細粒は、２００００ガウス以上の磁選機により、アイア
   ンビードを析出している中磁性体、鉄分等の強磁性体、
   および非磁性体の湯道レンガ屑等を除去し、弱磁性体で
   あるクロマイト砂を取出し再利用することを特徴とする
   鋳物砂の再生方法。