WO2004052572A1 - 球状鋳物砂及び製造方法 - Google Patents

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Mikio Sakaguchi
Shigeo Nakai
Kazuhiko Kiuchi
Akira Doi
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Definitions

  • the present invention relates to a spherical sand, a method for producing the same, and a mold for use, which can be used for a mold for steel, steel, aluminum, copper, and alloys thereof.
  • silica sand has been widely used as natural sand. Since silica sand is a mineral product, its shape is indeterminate, lacks fluidity, and has poor filling properties. Therefore, the surface of the diamond mold made of silica sand is rough, and thus the surface of the manufactured product (animal) becomes rough, and the load on the subsequent polishing process is increased. In addition, quartz, which is a constituent mineral of quartz sand, is transformed into cristobalite and the like by the heat load during construction, and collapses due to the volume change at that time. Therefore, the regeneration efficiency of quartz sand as mineral sand is low.
  • spherical mineral sand see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-3667349
  • highly siliceous spherical mineral sand and a method for producing the same (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. No. 1,691,184).
  • These are obtained by granulating the raw material composition into spheres and then firing in a rotary kiln or the like.
  • the obtained marine sand has low sphericity, so its fluidity and filling properties are insufficient, and the effect of improving the roughness of the marine surface is small.
  • the present invention contains the A 1 2 0 3 and S I_ ⁇ 2 as a main component, A l 2 ⁇ 3 / S i 0 2 weight ratio 1-1 5, the average particle size to provide 0.0 5 to 1.5 spherical ⁇ sand produced by a flame fusion method is in mm. Further, the present invention contains the A 1 2 0 3 and S i O 2 as a main component, A 1 2 ⁇ 3 / S I_ ⁇ 2 weight ratio is 1 to 1 5, average particle size 0.0 Provide spherical sand with 5-1.5mm, sphericity of 0.95 or more.
  • the present invention A 1 2 ⁇ 3 and S i 0 2 as a main component, A 1 2 ⁇ 3 ZS I_ ⁇ 2 weight ratio of 0.9 to 1 7, the average particle size of 0.0 5
  • a method for producing the spherical natural sand comprising a step of melting and spheroidizing 2 mm powder particles in a flame.
  • the present invention provides a molding die including the spherical sand.
  • FIG. 1 is a reflection micrograph (magnification: 100 times) of the animal sand obtained in Example 1.
  • FIG. 2 is a reflection micrograph (magnification: 100 ⁇ ) of the animal sand obtained in Comparative Example 1.
  • FIG. 3 is a graph showing the results of a time-dependent strength test of the molds prepared from the natural sands obtained in Example 9 and Comparative Examples 1 and 4. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  • the present invention provides a spherical sand, which is excellent in fluidity, is capable of producing a molding die having high strength and a smooth surface, a method for producing the same, and the molding die.
  • the present inventors have found that refractory particles having a specific component composition and particle size, a large sphericity, and a small water absorption exhibit excellent performance as a natural sand, thereby completing the present invention. Reached.
  • the spherical sand of the present invention is excellent in fluidity, and according to the sand, a mold having a high strength and a smooth surface can be obtained.
  • the spherical sand of the present invention is roughly composed of two modes.
  • the first aspect A 1 2 0 3 Contact And it contains the S i 0 2 as a main component, A 1 2 0 3 / S I_ ⁇ 2 weight ratio is 1 to 1 5, an average particle size of 05-1. 5 mm 0., a flame fusion method It is manufactured spherical sand.
  • the second aspect and also contains the A 1 2 ⁇ 3 and S I_ ⁇ 2 as a main component, A 1 2 ⁇ 3 ZS i 0 2 weight ratio of 1 to 15, an average particle size of 0.05 ⁇ 1.5 mm, spherical sand with a sphericity of 0.95 or more.
  • the spherical sand of the present invention has a particular feature in that it has a specific component composition and an average particle diameter, and has a large sphericity. With such a configuration, it is possible to produce a mold for manufacturing having excellent fluidity, high strength and a smooth surface. In addition, the mold can be manufactured with a smaller amount of binder than before, and regeneration is easy.
  • the spherical shape which is the shape of the spherical sand of the present invention, means a sphericity of 0.88 or more, preferably 0.90 or more.
  • the sand is observed with an optical microscope or a digital scope (for example, Keyence Corporation, VH-8000 type). Can be determined.
  • Spherical ⁇ sand of the present invention is mainly composed of A 1 2 0 3 and S i 0 2, ⁇ Here, the "main component", A 1 2 0 3 and S i 0 2 is in a total amount It means that 80% by weight or more is contained in all components of the whole sand.
  • the A 1 2 ⁇ 3 and the content of S I_ ⁇ 2 is the main component of spherical ⁇ sand of the present invention, from the viewpoint of improvement of fire resistance, as their total amount in the total components in spherical ⁇ sand Preferably, it is 85 to 100% by weight, more preferably 90 to 100% by weight. Further, A 1 2 0 3 ZS I_ ⁇ 2 weight ratio is 1-15. From the viewpoint of improving the fire resistance and the regenerating efficiency of the sand, 1.2 to 12 are preferable, and 1.5 to 9 are more preferable.
  • the spherical ⁇ sand present invention as components other than the main component is, for example, CaO, MgO, F e 2 0 3, T I_ ⁇
  • K 2 0, Na 2 0 and the like of the metal oxide Things are used as starting materials, for example, derived from the below-mentioned materials.
  • CaO and MgO are included, the fire resistance of spherical sand is improved. From the above viewpoint, their content is preferably 5% by weight or less in total.
  • Fe 2 ⁇ 3 and Ti ⁇ 2 are contained, their content is preferably 5% by weight or less.
  • the content of F e 2 0 3 is 2. More preferably 5 wt% or less, 2 wt% or less is more preferred.
  • K 20 and Na 2 ⁇ ⁇ are contained, their total content is preferably 3% by weight or less, more preferably 1% by weight or less.
  • the average particle size (mm) of the spherical sand of the present invention is in the range of 0.05 to 1.5 mm. If the thickness is less than 0.05 mm, a large amount of binder is required for the production of mold ⁇ , and it is difficult to regenerate as sand. On the other hand, when the thickness exceeds 1.5 mm, the void ratio of the square type becomes large, which is unfavorable because it leads to a decrease in the square type strength. From the viewpoint of increasing the efficiency of reclaiming spherical sand, the thickness is preferably from 0.075 to 1.5 mm, and from the viewpoint of increasing the mold strength, it is preferably from 0.05 to 1 mm.
  • the thickness is more preferably 0.05 to 0.5 mm, and still more preferably 0.05 to 0.35 mm.
  • the spherical sand of the present invention is used as skin sand or the like, it is preferable to use the spherical sand with an average particle diameter in the range of 0.01 to 0.1 mm.
  • the width of the particle with the minimum interval between the parallel lines is called the minor axis diameter.
  • the distance between two parallel lines perpendicular to the parallel line when the particle is inserted is called the major axis diameter.
  • the major axis and minor axis of the spherical sand particles are determined by an optical microscope or digital microscope.
  • An image (photograph) of the particles can be obtained by using a probe (for example, Model 11-80000, manufactured by Keyence Corporation), and the obtained image can be obtained by image analysis.
  • sphericity, by the image obtained image analysis to obtain the peripheral length of the area and the cross section of the particles of the particle projected section, then the same area as the [area of a particle projected section (mm 2) Perimeter (mm)] / [perimeter of the projected cross section of the particle (mm)] is calculated for each of the 50 spherical sand particles. .
  • the spherical sand according to the first embodiment of the present invention is obtained by a flame melting method. Therefore, it has a structural feature of high sphericity and denseness. The structural features greatly contribute to the improvement of fluidity, mold strength, and surface smoothness of the manufactured animal.
  • the spherical sand of the first embodiment of the present invention preferably has a sphericity of 0.95 or more, more preferably 0.98 or more. Preferably, it is more preferably 0.99 or more. Therefore, as the first state-like spherical ⁇ sand of the present invention, for example, will have free a A 1 2 ⁇ 3 and S I_ ⁇ 2 as a main component, A 1 2 ⁇ 3 ZS i 0 2 weight Preference is given to spherical sand produced by a flame-melting method with a ratio of 1 to 15 and an average particle size of 0.05 to 0.5 mm and a sphericity of 0.95 or more.
  • the sphericity of the spherical sand of the second embodiment of the present invention is 0.95 or more. From the viewpoint of improving the fluidity, 0.98 or more is preferable, and 0.99 or more is more preferable.
  • the water absorption (% by weight) of the spherical sand of the present invention is determined by suppressing the increase in the amount of binder used due to the absorption of the binder used in the production of the mold into the sand. From the viewpoint of improvement in mold strength and the like, the content is preferably 3% by weight or less, more preferably 0.8% by weight or less, and still more preferably 0.3% by weight or less.
  • the water absorption can be measured according to the method of measuring water absorption of fine aggregate of JIS A109.
  • the water absorption of spherical sand is generally lower when the sand is prepared by the flame melting method, as long as the sand has the same sphericity as compared with sand prepared by a firing method other than the above method.
  • the sphericity of the spherical mineral sand of the present invention is 0.98 or more
  • the spherical mineral sand is preferably contained in a mixture with a known fluid sand having low fluidity such as silica sand. If it is contained in an amount of at least volume%, the natural sand comprising the mixture can sufficiently exhibit the desired effects of the present invention.
  • the desired effect of the present invention can be exerted according to the amount of addition.
  • the effect is remarkable when the spherical sand of the present invention having the predetermined sphericity is contained at 50% by volume or more in the sand of the present invention.
  • the content of the spherical sand of the present invention having a sphericity of 0.98 or more in the sand of the mixture is more preferably 60% by volume or more, and further preferably 80% by volume. % Or more.
  • the spherical sand of the present invention is particularly preferably one having a sphericity of 0.98 or more, because of its excellent utility.
  • natural sand containing 50% by volume or more of such spherical sand can exhibit the same effect as the spherical sand of the present invention, such sand is also included in the present invention.
  • the spherical sand of the first embodiment of the present invention is produced by a flame melting method.
  • the spherical sand of the second aspect of the present invention can be produced by a known method such as a method of granulating and sintering, and an electro-fusion atomizing method. It is preferable to produce by the flame melting method similarly to the spherical sand of the first embodiment. Therefore, an example of the method for producing spherical sand of the present invention by the flame melting method will be described below. The manufacturing method is also included in the present invention.
  • the method of producing spherical ⁇ sand of the present invention includes a step in which powder particles having a diameter of 0.05 to 2 mm are used as a starting material, and the powder particles are melted in a flame to form spheroids.
  • the content of the total amount of A 1 2 0 3 and S i 0 2 being the main component, A 1 2 0 3 in the resulting spherical ⁇ sand and S I_ ⁇ From the viewpoint of ensuring that the total amount of 2 is at least 80% by weight of all components, it is preferably at least 75% by weight, more preferably at least 80% by weight, and further preferably at least 8% by weight.
  • the average particle size is 0.05 mm or more from the viewpoint of obtaining monodispersed spherical sand, and 2 mm or less from the viewpoint of obtaining sand having a desired sphericity. 0.05 to 2 mm. In addition, from the viewpoint of improving the sphericity of the obtained natural sand, 0.05 to 1.5 mm is preferable.
  • the starting material having an average particle size of 0.01 to 0.1 mm is required. It is preferable to use.
  • the average particle size of the raw material powder particles may be within the above range since the irregular shaped powder becomes spherical and the particle size decreases, but the particle size of the originally spherical powder does not change.
  • the powder particles as the starting material taking into account the component evaporation during melting, A 1 2 0 3 / S I_ ⁇ 2 weight ratio and the average particle size is within the above range To Prepare and use it.
  • the water content (% by weight) of the starting material is preferably 10% by weight or less and 3% by weight or less from the viewpoint of adjusting the water absorption and sphericity of the obtained spherical sand to an appropriate range. Is more preferable, and 1% by weight or less is further preferable.
  • the water content is measured by weight loss when 10 g of powder particles are heated at 800 ° C. for 1 hour.
  • Starting materials can be derived, for example, from refractory mineral and synthetic raw materials.
  • the raw material of the A 1 2 ⁇ 3 sources include port one bauxite, alum shale, oxide ⁇ Rumi two ⁇ beam, aluminum hydroxide and the like.
  • a raw material of the S I_ ⁇ 2 sources include silica rock, silica sand, quartz, cristobalite, amorphous silica, feldspar, a pyrophyllite and the like.
  • a raw material of the (A 1 2 ⁇ 3 + S i 0 2) source kaolin, bread earth shale, bauxite, mica, sillimanite, andalusite, mullite, Zeoraito, montmorillonite, high port site, etc. Can be. These raw materials can be used alone or in combination of two or more.
  • the selected starting material is preferably calcined to reduce its water content or to facilitate its melting. Examples of the calcined raw material powder particles include calcined bun page, calcined mullite, calcined bauxite, and a mixture of calcined aluminum hydroxide and kaolin.
  • the starting material as described above is dispersed in a carrier gas such as oxygen and injected into the flame to be melted and spheroidized.
  • a carrier gas such as oxygen
  • it is introduced into the following flame.
  • the flame used is generated by burning fuel such as propane, butane, methane, natural liquefied gas, LPG, heavy oil, kerosene, light oil, and pulverized coal with oxygen.
  • Fuel Acid The element ratio is preferably 1.01 to 1.3 in terms of volume ratio from the viewpoint of complete combustion. From the viewpoint of generating a high-temperature flame, it is preferable to use an oxygen-gas burner. Although the structure of the burner is not particularly limited, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-48118,
  • the following method is suitable for spheroidizing the refractory raw material powder having a large average particle size in the range of 0.05 to 2 mm used in the production method of the present invention.
  • the introduction of powder particles into the flame is carried out by dispersing in a carrier gas.
  • Oxygen is preferably used as the carrier gas.
  • the powder concentration in the gas is preferably from 0.1 to 20 kg / Nm 3 , and more preferably from 0.2 to L Ok gZNm 3 from the viewpoint of ensuring sufficient dispersibility of the powder particles.
  • the shape of the raw material powder particles is preferably 9 or less, more preferably 4 or less, from the viewpoint of securing the residence time in the flame and promptly performing melting and spheroidization. And more preferably 2 or less.
  • the composition it is particularly preferable that the weight ratio of A OgZS i O 2 is 1.5 to 10 from the viewpoint of obtaining non-fused monodispersed spherical particles.
  • the powder particles can be suitably melted and spheroidized even in a plasma jet flame generated by ionizing N 2 inert gas or the like.
  • the desired spherical sand of the present invention can be obtained.
  • the natural sand has very good fluidity.
  • the natural sand and the known natural sand are appropriately mixed so that the spherical natural sand of the present invention is contained at a predetermined ratio. Thereby, the natural sand which can exhibit the same effect as the spherical natural sand of the present invention can be obtained. If these sands are used in the production of molds, the amount of binder used can be reduced, so that the sands can be efficiently regenerated as sands.
  • the natural sand composed of the spherical sand of the present invention and a mixture of the natural sand and the known sand include steel, It can be suitably used for type I applications such as iron, aluminum, copper, and alloys thereof. It can also be used as a filler for metals, plastics and the like.
  • the mineral sand of the present invention may be used alone or in combination with other known mineral sands such as silica sand and refractory aggregates, clay, water glass, inorganic binders such as silica sol, or furan resin, phenol resin, It can be mixed with an organic binder such as a furan phenol resin and molded using a desired molding die according to a known method.
  • the binder is preferably used in an amount of 0.05 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the natural sand.
  • the ⁇ type thus obtained has high strength and a smooth surface. Therefore, when the structure is manufactured by using the manufacturing die, a material having a small surface roughness and a small load on a polishing process as a subsequent process can be obtained.
  • the particle density (g cm 3 ) of the natural sand of the present invention is preferably in the range of 1 to 3.5 g / cm 3 from the viewpoint of use in the production of a molding die. If a higher strength type is desired, the particle density is preferably in the range of 2.5 to 3.5 g / cm 3 . In this range, a solid, dense and high-strength ⁇ type can be obtained. When a light-weight type is desired, the particle density is preferably in the range of 1 to 2.5 g / cm 3 . Those in this range are porous, having a space inside, and can be reduced in size. The particle density can be measured according to the particle density measurement method of JISR 1620.
  • Structure can be obtained.
  • Examples of the structure include a mold, an engine member, a working machine member, a building member, and the like.
  • the spherical sand according to the present invention is excellent in various properties required for sand and is industrially useful.
  • the molds, structures and structures having excellent properties as described above are included in the present invention.
  • a 1 containing 97 wt% in 2 0 3 the total amount of S i 0 2, A 1 2 ⁇ 3 ZS i 0 2 weight ratio is 1.7, water content of 0% by weight, an average particle size of 0. 31 mm
  • the starting material is a mullite powder (synthetic mullite powder made by Shibata Ceramics) with a major axis diameter and a minor axis diameter ratio of 1.5, and the powder is used as a carrier gas, and LPG (propane gas) to oxygen ratio. (Capacity ratio) It was thrown into the flame (approximately 2000 ° C) burned in 1.1 to obtain single dispersed spherical green sand.
  • Monodispersed spherical sand was obtained in the same manner as in Example 1, except that the average particle size of the starting material was 0.9 mm and the ratio of the major axis to the minor axis was 1.7.
  • the resulting ⁇ sand, A 1 2 0 3 and S I_ ⁇ are contained 97 wt% 2 in a total amount, A 1 2 ⁇ 3 / S i 0 2 weight ratio is 1.7, the average particle size was 0.69 mm, the sphericity was 0.97, the water absorption was 0% by weight, and the particle density was 2.8 g / cm 3 .
  • a 1 2 ⁇ 3 ZS i 0 2 weight ratio is 2.7, water content 0.1% by weight, average particle diameter 0 Spheroids monodispersed in the same manner as in Example 1, except that the starting material was mullite powder (synthetic mullite powder made by Shibata Ceramics) with a diameter of 25 mm and a major axis diameter / minor axis diameter of 1.3. Got the sand.
  • mullite powder synthetic mullite powder made by Shibata Ceramics
  • the resulting ⁇ sand, A 1 2 ⁇ 3 and S I_ ⁇ 2 are contained 98 wt% in total amount, A 1 2 0 3 ZS i 0 2 weight ratio is 2.7, the average particle size The sphericity was 0.29 mm, the sphericity was 0.99, the water absorption was 0% by weight, and the particle density was 3.lg / cm 3 .
  • Example 4
  • a 1 2 3 and S i 0 2 contains 95% by weight of A 1 2 3 and S i 0 2 in total, A 1 2 3 ZS i 0 2 weight ratio is 1.64, water content is 0.2 weight%, and average particle size is 0.
  • Monodispersed spherical sand was obtained in the same manner as in Example 1, except that a starting material was sillimanite sand having a diameter of 45 mm and a major axis diameter / minor axis diameter of 1.6.
  • a 1 2 ⁇ 3 / S i 0 2 weight ratio 2. 1 hour calcination at 700 ° C a mixture of aluminum hydroxide and force cage down so as to be 5 in an electric furnace, A 1 2 0 3 and S i 0 containing 96 wt% 2 in a total amount, water content 1.9 wt%, average particle diameter of 0. 2 mm, length shaft diameter / minor axis diameter ratio and starting material powder particles of 1.8 A monodisperse spherical sand was obtained in the same manner as in Example 1 except for the above.
  • the resulting ⁇ sand, A 1 2 0 3 and S I_ ⁇ 2 are contained 95 wt% in total amount, A 1 2 ⁇ 3 / S I_ ⁇ 2 weight ratio is 2.6, the average particle size 0.19 mm, sphericity 0.97, water absorption 0.1% by weight, particle density 2. It was 7 g's cm 3.
  • Example 6
  • a 1 2 0 3 / S i 0 2 weight ratio is 1.56, water content 0.1% by weight, average particle diameter 0
  • monodispersed spherical sand was obtained in the same manner as in Example 1.
  • the resulting sand contains 93% by weight of A 1 2 3 and S i 2 in total, and the weight ratio of A 1 2 3 ZS i 2 is 1.55 and F e 2 3
  • the content was 1.7% by weight, the average particle size was 0.14 mm, the sphericity was 0.988, and the water absorption was 0% by weight.
  • a 1 2 ⁇ 3 and S I_ ⁇ containing 95 wt% in 2 the total amount, A 1 2 ⁇ 3 ZS i 0 2 weight ratio is 3.36, water content 0.1% by weight, average particle diameter 0.
  • monodispersed spherical sand was obtained in the same manner as in Example 1.
  • the resulting ⁇ sand, A 1 2 0 3 and S I_ ⁇ 2 are contained 93 wt% in total amount, A 1 2 ⁇ 3 / S i 0 2 weight ratio 3. 35, F e 2 0 3 content is 1.01 wt%, average particle size 0. 12 mm, a sphericity of 0.998, water absorption was 0%.
  • a 1 2 containing 0 3 and S I_ ⁇ 91 wt% 2 in a total amount, A 1 2 0 3 / S i 0 2 weight ratio is 9.83, water content 0.1% by weight, average particle diameter 0
  • monodispersed spherical sand was obtained in the same manner as in Example 1.
  • the resulting ⁇ sand, A 1 2 ⁇ 3 and S i 0 2 and contained 91.5 wt% in total amount, A 1 2 0 3 ZS i 0 2 weight ratio is 9. 39, F e 2 ⁇ 3 contained The amount was 1.87% by weight, the average particle size was 0.13 mm, the sphericity was 0.996, and the water absorption was 0% by weight.
  • a 1 2 containing 0 3 and 95% by weight of S I_ ⁇ 2 in a total amount, A 1 2 ⁇ 3 ZS I_ ⁇ 2 weight ratio is 2.21, water content 0 wt%, average particle diameter of 0. 16 mm, Using a calcined mullite powder having a major axis diameter and a minor axis diameter ratio of 1.4 as a starting material, monodispersed spherical sand was obtained in the same manner as in Example 1. The resulting ⁇ sand, A 1 2 ⁇ 3 and S I_ ⁇ 2 and contains 95.3 wt% in total amount, A 1 2 ⁇ 3 ZS i 0 2 weight ratio is 2. 19, Fe 2 ⁇ 3 content is 1.21 wt%, average particle size 0. 13 mm, a sphericity of 0.995, water absorption was 0%. Comparative Example 1
  • A1 2 ⁇ 3 ZS i 0 2 Spherical powder particles (A 1 2 ) were prepared by mixing aluminum hydroxide and force oil so that the weight ratio would be 2.7, and using a spray drier to obtain an average particle size of 0.2 mm. 0 3 and to obtain spherical ⁇ sand by baking 1 hour at 1500 ° C in a total amount of 96 wt.% containing) the S I_ ⁇ 2 in an electric furnace.
  • Fig. 2 shows a photograph (magnification: 100x) of a reflection microscope (manufactured by Nikon Corporation) of the sand. From the figure, it can be seen that the shape of the natural sand particles has a low spheroidization rate and low sphericity. Comparative Example 2
  • Spherical powder sand was obtained in the same manner as in Example 1, except that the starting material was powder particles containing 97% by weight, a water content of 2.9% by weight, and an average particle size of 0.2 mm.
  • the resulting ⁇ sand, A 1 2 ⁇ 3 and S I_ ⁇ 2 are contained 97 wt% in total amount, A l 2 0 3 / S i 0 2 weight ratio is 26, average particle diameter 0 19 mm, sphericity 0.88, water absorption 1% by weight, particle density 3.3 gZ cm 3 . Comparative Example 3
  • Raw sand was obtained in the same manner as in Example 1 using silica sand (amorphous) having a Si 2 content of 99% by weight and an average particle size of 0.13 mm as a starting material.
  • the resulting sand was irregular in shape and had a water absorption of 0.1% by weight.
  • the flow time (seconds) was determined using a JIS K6721 funnel. The shorter the flow time, the better the flowability.
  • the animal surface after demolding from the type III was evaluated by visual observation, and the evaluation result was used as the evaluation result of the type III surface skin. That is, if the state of the surface of the animal is smooth, the surface of the ⁇ type is also smooth.
  • the ferrite was prepared by melting iron FC-250 at 1400 ° C. in a high-frequency furnace to prepare a rectangular solid having a shape of 5 OmmX 5 OmmX 40 Omm.
  • Example 9 Same as Test Example 1 except that the natural sands obtained in Example 9 and Comparative Examples 1 and 4 were used, and the binder was Power Oliteener 3400 B (manufactured by Kao Quaker).
  • the strength test was carried out with a lapse of time of 0.5 to 24 hours, and Fig. 3 shows the results of a time-dependent strength test of the molds prepared from the marine sands.
  • the die strength reached practical strength (about 2 MPa) in a short time, so that demolding could be performed quickly and work efficiency was improved.
  • Table 3 shows that the sands of Examples 3 and 9 are superior to the sands of Comparative Examples 1 and 4 in crush resistance. Therefore, the amount of the binder to be used can be reduced, the amount of residual carbon in the sand after use is small, and the cultivation and regeneration can be easily performed. Since the sand is not powdered (removed into abrasion powder) in the cultivation regeneration, the sands of Examples 3 and 9 can be said to have excellent regeneration efficiency. Test example 4
  • Natural sand consisting of 50% by volume of the natural sand of Example 3 and 50% by volume of the natural sand of Comparative Example 1, and 80% by volume of the natural sand of Example 9 and 50% by volume of the natural sand of Comparative Example 4. 20% by volume of natural sands were obtained and tested according to Test Example 1. As a result, the natural sands had excellent fluidity, and were obtained from the natural sands. The mold was excellent in strength and had a smooth surface skin.

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Description

明 細 書
球状鎵物砂及ぴその製造方法
発明の属する技術分野
本発明は、 铸鋼、 铸鉄、 アルミニウム、 銅およびこれらの合金等の铸造用铸型 に使用され得る球状铸物砂およびその製造方法、 ならびに錡造用铸型に関する。 背景技術
従来から铸物砂として珪砂が広く使用されている。 珪砂は鉱産物であるため形 態が不定形であり、 流動性に欠け、 充填性が悪い。 それゆえ、 珪砂からなる铸型 の表面は荒く、 従って、 鍀造品 （铸物） の表面が荒れ、 後工程である研磨工程へ の負荷が大きくなる。 また、 珪砂の構成鉱物である石英は铸造時の熱負荷により クリストバライト等へ結晶変態し、 その時の体積変化により崩壊するため、 珪砂 は铸物砂としての再生効率が低い。 これらの問題を解決する手段として、 球状铸 物砂 （たとえば、 特開平 4一 3 6 7 3 4 9号公報参照） や、 高珪酸質球状铸物砂 およびその製造方法 （たとえば、 特開平 5 _ 1 6 9 1 8 4号公報参照） が開示さ れている。 これらは、 原料組成物を球形に造粒した後、 ロータリ一キルン等で焼 成するものである。 しかしながら、 得られる铸物砂の球形度は低く、 そのため流 動性および充填性は不充分であり、 铸物表面の荒れを改善する効果は小さい。 ま た、 焼結法であるため多くの開気孔が存在した吸水率の大きい多孔質のものしか 得られない。 その結果、 铸型の強度が不充分であったり、 铸型作製時に多量のバ インダ一を必要とするため、 铸物砂としての再生が困難となる。 発明の要約
本発明は、 A 1 2 03および S i〇2を主成分として含有してなり、 A l 2〇3 / S i 02重量比率が 1〜 1 5、 平均粒径が 0 . 0 5〜 1 . 5 mmである火炎溶融 法で製造された球状铸物砂を提供する。 また、 本発明は、 A 1 2 03および S i O 2を主成分として含有してなり、 A 1 2〇3 / S i〇2重量比率が 1〜1 5、 平均粒 径が 0 . 0 5〜1 . 5 mm、球形度が 0 . 9 5以上である球状铸物砂を提供する。 さらに、 本発明は、 A 1 2〇3および S i 02を主成分とする、 A 1 2〇3 Z S i〇2 重量比率が 0 . 9〜1 7、 平均粒径が 0 . 0 5〜2 mmの粉末粒子を、 火炎中で 溶融して球状化する工程を含む、 前記球状铸物砂の製造方法を提供する。 また、 本発明は、 前記球状铸物砂を含んでなる铸造用铸型を提供する。 図面の簡単な説明
第 1図は、 実施例 1で得られた铸物砂の反射顕微鏡写真 （倍率： 1 0 0倍） で ある。
第 2図は、 比較例 1で得られた铸物砂の反射顕微鏡写真 （倍率： 1 0 0倍） で ある。
第 3図は、 実施例 9と比較例 1、 4で得られた铸物砂からそれぞれ作製した铸 型の経時的な強度試験の結果を示すグラフである。 発明の詳細な説明
本発明は、流動性に優れ、高強度かつ表面が平滑な铸造用铸型を製造することが できる球状铸物砂およびその製造方法、 ならびに該铸造用铸型を提供する。
本発明者らは、 特定の成分組成および粒径を持ち、 球形度が大きく、 さらには 吸水率が小さい耐火性粒子が铸物砂として優れた性能を発揮することを見出し、 本発明を完成させるに至った。
従って、 本発明の球状铸物砂は流動性に優れており、 当該鍀物砂によれば、 高 強度かつ表面が平滑な錡造用铸型が得られる。
本発明の球状铸物砂は大きく 2つの態様からなる。 第 1の態様は、 A 1 2 03お よび S i 02を主成分として含有してなり、 A 1203 /S i〇2重量比率が 1〜1 5、 平均粒径が 0. 05〜1. 5mmである、 火炎溶融法で製造された球状鍀物 砂である。 また、 第 2の態様は、 A 12〇3および S i〇2を主成分として含有し てなり、 A 12〇3ZS i 02重量比率が 1~15、 平均粒径が 0. 05〜1. 5 mm、 球形度が 0. 95以上である球状铸物砂である。
本発明の球状铸物砂は、 特定の成分組成および平均粒径を持ち、 球形度が大き い点に大きな特徴の 1つを有する。かかる構成を有することから、流動性に優れ、 高強度かつ表面が平滑な铸造用铸型の製造が可能となる。 また、 従来に比べて少 ないバインダー量で铸型を製造することができ、 再生が容易である。
本発明の球状铸物砂の形状である球状とは、 球形度 0. 88以上、 好ましくは 0. 90以上のものをいう。 球状であるか否かについては、 たとえば、 後述の実 施例に記載するように、 铸物砂を光学顕微鏡やデジタルスコープ （たとえば、 キ —エンス社製、 VH— 8000型） 等で観察し、 判定することができる。
本発明の球状铸物砂は A 1203および S i 02を主成分とするが、 ここで 「主 成分」 とは、 A 1203および S i 02が合計量で铸物砂全体の全成分中に 80重 量％以上含有されていることをいう。
本発明の球状錡物砂の主成分である A 12〇3および S i〇2の含有量としては、 耐火性の向上という観点から、 それらの合計量として、 球状鎵物砂の全成分中、 好ましくは 85〜100重量％、 より好ましくは 90〜100重量％である。 また、 A 1203 ZS i〇2重量比率は 1〜 15である。 耐火性および铸物砂の 再生効率の向上の観点から、 1. 2〜 12が好ましく、 1. 5〜 9がより好まし い。
なお、本発明の球状铸物砂に主成分以外の成分として含まれ得るものとしては、 たとえば、 CaO、 MgO、 F e203、 T i〇い K20、 Na20等の金属酸化 物が挙げられる。 これらは、 出発原料として使用する、 たとえば、 後述の原料に 由来するものである。 C aOと MgOが含まれる場合、 球状鍀物砂の耐火性の向 上の観点から、 それらの含有量としては合計量として 5重量％以下が好ましい。 Fe2〇3と T i〇2が含まれる場合、 それらの含有量としてはそれぞれ 5重量％ 以下が好ましい。 また、 F e 203の含有量は 2. 5重量％以下がより好ましく、 2重量％以下がさらに好ましい。 K20とNa2〇が含まれる場合、 それらの含有 量としては合計量として 3重量％以下が好ましく、 より好ましくは 1重量％以下 である。
本発明の球状铸物砂の平均粒径（mm)は 0. 05〜1. 5 mmの範囲である。 0. 05mm未満になると铸型の製造に多くのバインダーを必要とし、 鍀物砂と して再生するのが困難となるため好ましくない。 一方、 1. 5mmを超えると铸 型の空隙率が大きくなり、 铸型強度の低下に繋がることから好ましくない。 球状 铸物砂の再生効率を高める観点から、 0. 075〜1. 5mmが好ましく、一方、 铸型強度を高める観点から、 0. 05〜 lmmが好ましい。 再生効率と錶型強度 φ両者を高める観点から、 0. 05〜0. 5mmがより好ましく、 0. 05〜0. 35mmがさらに好ましい。 なお、 本発明の球状铸物砂を肌砂等として用いる場 合には、 その平均粒径を 0. 01〜0. lmmの範囲として用いるのが好適であ る。
前記平均粒径は以下のようにして求めることができる。 すなわち、 球状铸物砂 粒子の粒子投影断面からの球形度 =1の場合は直径 （mm) を測定し、 一方、 球 形度ぐ 1の場合はランダムに配向させた球状铸物砂粒子の長軸径 （mm) と短軸 径 （mm) を測定して （長軸径 +短軸径） ノ 2を求め、 任意の 100個の球状铸 物砂粒子につき、 それぞれ得られた値を平均して平均粒径 （mm) とする。 長軸 径と短軸径は、 以下のように定義される。 粒子を平面上に安定させ、 その粒子の 平面上への投影像を 2本の平行線ではさんだとき、 その平行線の間隔が最小とな る粒子の幅を短軸径といい、 一方、 この平行線に直角な方向の 2本の平行線で粒 子をはさむときの距離を長軸径という。
なお、 球状铸物砂粒子の長軸径と短軸径は、 光学顕微鏡またはデジタルスコー プ （例えば、 キーエンス社製、 11— 8 0 0 0型） により該粒子の像 （写真） を 得、得られた像を画像解析することにより求めることができる。また、球形度は、 得られた像を画像解析することにより、 該粒子の粒子投影断面の面積および該断 面の周囲長を求め、 次いで、 〔粒子投影断面の面積 （mm2 ) と同じ面積の真円 の円周長 （mm) 〕 / 〔粒子投影断面の周囲長 （mm) 〕 を計算し、 任意の 5 0 個の球状铸物砂粒子につき、 それぞれ得られた値を平均して求める。
本発明の第 1の態様の球状铸物砂は火炎溶融法により得られるものである。 従 つて、球形度が高く、緻密であるという構造的特徴を有する。当該構造的特徴は、 流動性、 錡型強度、 铸造された铸物の表面平滑性の向上に大きく寄与する。
本発明の第 1の態様の球状铸物砂としては、 流動性の向上の観点から、 その球 形度が、 0 . 9 5以上であるものが好ましく、 0 . 9 8以上であるものがより好 ましく、 0 . 9 9以上であるものがさらに好ましい。 よって、 本発明の第 1の態 様の球状铸物砂としては、 たとえば、 A 1 2〇3および S i〇2を主成分として含 有してなり、 A 1 2〇3 Z S i 02重量比率が 1〜 1 5、 平均粒径が 0 . 0 5〜0 . 5 mm, 球形度が 0 . 9 5以上である火炎溶融法でつくられた球状铸物砂が好適 である。
一方、 本発明の第 2の態様の球状铸物砂の球形度は 0 . 9 5以上である。 流動 性の向上の観点から、 0 . 9 8以上が好ましく、 0 . 9 9以上がより好ましい。 また、 本発明の球状铸物砂の吸水率 （重量％) としては、 铸型の製造の際に使 用するパインダ一の铸物砂内部への吸収によるバインダー使用量の増加の抑制や、 铸型強度の向上等の観点から、 3重量％以下が好ましく、 0 . 8重量％以下がよ り好ましく、 0 . 3重量％以下がさらに好ましい。 吸水率は J I S A 1 1 0 9 細骨材の吸水率測定方法に従つて測定することができる。
なお、 球状铸物砂の吸水率は、 火炎溶融法により該砂を調製した場合、 該方法 以外の焼成方法により調製した砂と比べて、 同じ球形度であれば、 通常、 低くな る。 一方、 本発明の球状铸物砂の球形度が 0 . 9 8以上である場合、 かかる球状铸 物砂が、 珪砂等の流動性の低い公知の铸物砂との混合物中に好ましくは 5 0体 積％以上含有されておれば、 該混合物からなる铸物砂は充分に本発明の所望の効 果を発揮し得る。 すなわち、 前記のような公知の铸物砂に本発明の球状铸物砂を 徐々に添加していけば、 添加量に応じて本発明の所望の効果を発揮するようにな るが、 前記混合物からなる铸物砂中に、 前記所定の球形度を有する本発明の球状 铸物砂が 5 0体積％以上含まれると、 その効果は顕著になる。 なお、 当該混合物 からなる铸物砂中の、 球形度が 0 . 9 8以上である本発明の球状铸物砂の含有量 としては、 より好ましくは 6 0体積％以上、 さらに好ましくは 8 0体積％以上で ある。 従って、 本発明の球状铸物砂としては、 その利用性に優れることから、 球 形度が 0 . 9 8以上であるものが特に好適である。 また、 かかる球状铸物砂を 5 0体積％以上含む铸物砂は、 本発明の球状铸物砂と同等の効果を発揮し得ること から、 かかる铸物砂も本発明に包含される。
前記の通り、本発明の第 1の態様の球状铸物砂は火炎溶融法により製造される。 一方、 本発明の第 2の態様の球状铸物砂は、 たとえば、 造粒して焼結する方法、 電融アトマイズ法等の公知の方法により製造することが可能であるが、 中でも、 本発明の第 1の態様の球状铸物砂と同様に火炎溶融法により製造するのが好適で ある。 そこで、 以下においては、 火炎溶融法による、 本発明の球状铸物砂の製造 方法の一例を説明する。 なお、 当該製造方法も本発明に包含される。
本発明の球状铸物砂の製造方法は、 A 1 2 03および S i 02を主成分とする、 A 1 2〇3 Z S i〇2重量比率が 0 . 9〜； 1 7、 平均粒径が 0 . 0 5〜2 mmの粉 末粒子を出発原料とし、 当該粉末粒子を火炎中で溶融して球状化する工程を含む ものである。
なお、 ここで 「A 1 2 03および S i 02を主成分とする」 とは、 出発原料とし ての粉末粒子全体における全成分中に A 1 2 03および S i〇2が合計量で 8 0重 量％以上含有されていることをいう。 よって、 「A 1 2 03および S i 02を主成 分とする」 限り、 当該粉末粒子としては、 後述するような A 1203源としての原 料と S i〇2源としての原料の混合物からなるものであっても、 （A 1203 +S i 02) 源としての原料単独からなるものであっても、 また、 A 1203源として の原料および/または S i 02源としての原料と （A 1203 + S i〇2) 源として の原料との混合物であってもよい。
出発原料としての前記粉末粒子においては、 主成分である A 1203および S i 02の合計量としての含有量は、 得られる球状铸物砂中の A 1203および S i〇2 の合計量が全成分中 80重量％以上になるようにする観点から、 好ましくは 75 重量％以上であり、 より好ましくは 80重量％以上であり、 さらに好ましくは 8
5〜100重量％、 特に好ましくは 90〜： L 00重量％である。 A 12〇3ZS i 〇2重量比率としては、 得られる球状铸物砂中の A 12〇3ZS i〇2重量比率が 1 〜 15になるようにする観点から、 0. 9〜17であり、 好ましくは 1〜1 5で ある。 平均粒径としては、 単分散の球状铸物砂を得る観点から 0. 05mm以上 であり、 所望の球形度を有する錡物砂を得る観点から 2 mm以下であり、 それら の両観点を満たすため 0. 05〜2mmである。 また、 得られる铸物砂の球形度 の向上という観点からは、 0. 05〜1. 5mmが好ましい。 なお、 肌砂等とし て用いるための、 平均粒径 0. 01〜0. 1mmの範囲の前記球状鍀物砂を得る ためには、 平均粒径 0. 01〜0. 1mmの範囲の出発原料を用いるのが好まし い。
A 1203 /S i 02重量比率が、 原料粉末粒子と得られる球状铸物砂とで異な るのは、 原料によって A 1203の逸失量と S i 02の逸失量とが異なるためであ る。 また、 原料粉末粒子の平均粒径については、 不定型の粉末は球状になること で粒径が減少するが、 もともと球状の粉末は粒径が変化しないので、 上記範囲で あればよい。
本発明の球状铸物砂を得るためには、 出発原料としての粉末粒子は、 溶融時の 成分蒸発を考慮し、 A 1203 / S i〇2重量比率および平均粒径が上記範囲内に なるよう調製して使用する。
出発原料である粉末粒子を溶融する際、 当該粒子に水分が含まれると、 該水分 が蒸発するため、 得られる铸物砂には当該水分の蒸発に伴って多数の開孔が形成 されることになる。 当該開孔の形成は、 铸物砂の吸水率の増加や、 球形度の低下 をもたらす。 従って、 出発原料の含水率 （重量％) としては、 得られる球状錡物 砂の吸水率および球形度を適切な範囲に調節する観点から、 1 0重量％以下が好 ましく、 3重量％以下がより好ましく、 1重量％以下がさらに好ましい。 含水率 は粉末粒子 1 0 gを 8 0 0 °Cで 1時間加熱した時の減量により測定する。
出発原料は、 たとえば、 耐火性を有する鉱産原料および合成原料から遴ぶこと ができる。 A 1 2〇3源としての原料として、 ポ一キサイト、 バン土頁岩、 酸化ァ ルミ二ゥム、 水酸化アルミニウム等を挙げることができる。 また、 S i〇2源と しての原料として、 珪石、 珪砂、石英、 クリストバライト、 非晶質シリカ、 長石、 パイロフイライト等を挙げることができる。 また、 （A 1 2〇3 + S i 02 ) 源と しての原料として、 カオリン、パン土頁岩、 ボーキサイト、雲母、 シリマナイト、 アンダルサイト、 ムライト、 ゼォライト、 モンモリロナイト、 ハイ口サイト等を 挙げることができる。 これらの原料はそれぞれ単独で、 もしくは 2種以上を混合 して使用することができる。 選択された出発原料は、 その含水率を低下させるた め、 あるいはその溶融を容易にするために仮焼して使用するのが好ましい。 仮焼 された原料粉末粒子としては、 仮焼バン頁、 仮焼ムライト、 仮焼ボーキサイト、 仮焼した水酸化アルミニウムとカオリンとの混合物等が例示される。
出発原料としての粉末粒子を火炎中で溶融して球状化する工程では、 上記のよ うな出発原料を酸素等のキャリアガスに分散させ、 火炎中に投入することによつ て溶融し、球状化を行う （火炎溶融法）。好適な態様においては、下記火炎中に、 投入する。
用いる火炎はプロパン、 ブタン、 メタン、 天然液化ガス、 L P G、 重油、 灯油、 軽油、 微粉炭等の燃料を酸素と燃焼させることによって発生させる。 燃料の対酸 素比は完全燃焼の観点から容量比で 1. 01~1. 3が好ましい。 高温の火炎を 発生させる観点から、 酸素 ·ガスバーナーを用いるのが好適である。 特にバ一ナ 一の構造は限定するものではないが、 特開平 7— 48118号公報、 特開平 11
- 132421号公報、 特開 2000— 205523号公報または特開 2000
- 346318号公報で開示されているバーナーが例示される。
本発明の製造方法で用いる 0. 05〜 2mmの範囲にある大きな平均粒径をも つ上記耐火性の原料粉末を球状化するには以下の手法が好適である。
火炎中への粉末粒子の投入は、 キャリアガス中に分散して行なう。 キャリアガ スとしては、 酸素が好適に用いられる。 この場合、 キャリアガスの酸素は燃料燃 焼用として消費できる利点がある。 ガス中の粉体濃度は、 粉末粒子の充分な分散 性を確保する観点から、 0. 1〜20 k g/Nm3が好ましく、 0. 2〜： L Ok gZNm3がより好ましい。
さらに、 火炎中に投入する際には、 メッシュ、 スタティックミキサー等を通過 させて分散性を高めることがより好ましい。
火炎中での球状化を速やかに行なうと共に、 単分散した球状铸物砂を得る観点 から、 原料粉末粒子の形状と組成を選択することが好ましい。 形状としては、 火 炎中での滞留時間確保や溶融、 球状化を速やかに行なう観点から、 原料粉末粒子 の長軸径/短軸径比が 9以下であるのが好ましく、 より好ましくは 4以下、 さら に好ましくは 2以下である。 一方、 組成としては、 融着していない単分散の球状 粒子を得る観点から、 A OgZS i 02重量比率が 1. 5〜10であるのが特 に好適である。
また、 粉末粒子は、 N2不活性ガス等を電離させて生じるプラズマジェット火 炎中でも好適に溶融し、 球状化できる。
以上の方法により、 本発明の所望の球状铸物砂を得ることができる。 当該錶物 砂は、 流動性に非常に優れたものである。 また、 前記の通り、 本発明の球状铸物 砂が所定の割合で含まれるように、 該鍀物砂と公知の錡物砂とを適宜混合するこ とにより、 本発明の球状铸物砂と同等の効果を発揮し得る铸物砂を得ることがで きる。 铸型の製造においてこれらの铸物砂を用いると、 使用するバインダーの量 を少なくできることから、 それらの铸物砂は、 铸物砂として効率的に再生するこ とができる。
本発明の球状铸物砂および該铸物砂と公知の铸物砂との混合物からなる铸物砂 (以下、 これらの铸物砂を本発明の铸物砂と略記する） は、 铸鋼、 铸鉄、 アルミ 二ゥム、銅およびこれらの合金等の铸型用途に好適に使用されうる。また、金属、 プラスチック等への充填材としても使用することができる。
本発明の铸物砂は、 単独で、 もしくは珪砂等のその他の公知の铸物砂や耐火性 骨材と組み合わせて、 粘土、 水ガラス、 シリカゾル等の無機質バインダー、 また はフラン樹脂、 フエノール樹脂、 フランフヱノール樹脂等の有機質バインダーと 混合され、 所望の铸造用铸型を用いて公知の方法に従って造型され得る。 高強度 の铸造用铸型を得る観点から、 パインダ一の使用量としては、 铸物砂 1 0 0重量 部に対して、 バインダーを 0 . 0 5〜5重量部使用するのが好適である。 このよ うにして得られる铸型は、高強度であり、しかもその表面が平滑である。従って、 この铸造用錡型で铸造すると、 表面荒れが小さく、 後工程である研磨工程への負 荷が小さい铸物が得られる。
铸造用铸型の製造に使用する観点から、本発明の铸物砂の粒子密度（ gノ c m3 ) としては、 1〜3 . 5 g / c m3の範囲であるのが好ましい。 より高強度の铸型 を所望する場合、 該粒子密度としては 2 . 5〜3 . 5 g / c m3の範囲であるの が好ましい。この範囲のものは中実で緻密であり高強度の铸型が得られる。また、 軽量な铸型を所望する場合、 該粒子密度としては 1〜2 . 5 g / c m3の範囲で あるのが好ましい。 この範囲のものは内部に空間を有する多孔質であり軽量な铸 型が得られる。粒子密度は、 J I S R 1 6 2 0の粒子密度測定法に従って測定す ることができる。
また、 前記铸物をさらに適宜加工することにより、 表面および内面欠陥の少な い構造物が得られる。 当該構造物としては、 たとえば、 金型、 エンジン部材、 ェ 作機械部材、 建築部材等が挙げられる。
本発明の球状铸物砂は、 铸物砂に要求される諸特性に優れており、 産業上有用 である。 また、 以上のような、 優れた性質を有する铸造用铸型、 铸物および構造 物は、 本発明に包含される。 実施例
実施例 1
A 1203と S i 02を合計量で 97重量％含有する、 A 12〇3 ZS i 02重量 比率が 1. 7、 含水率が 0重量％、 平均粒径が 0. 31mm、 長軸径 Z短軸径比 が 1. 5、 のムライト粉末 （柴田セラミックス製合成ムライト粉末） を出発原料 とし、 当該粉末を、 酸素をキャリアガスとして用い、 LPG (プロパンガス） を 対酸素比 （容量比） 1. 1で燃焼させた火炎 （約 2000°C) 中に投入し、 単分 散した球状铸物砂を得た。 得られた铸物砂は、 A 12〇3と S i〇2を合計量で 9 7重量％含有しており、 A 12〇3ノ S i〇2重量比率が 1. 7、 平均粒径が 0. 26 mm, 球形度が 0. 99、 吸水率が 0重量％、 粒子密度が 2. S gZcm3で あった。 該铸物砂の反射顕微鏡 （ （株） ニコン製） 写真 （倍率： 100倍） を第 1図に示す。 当該図より、 いずれの铸物砂粒子も球状であることが分かる。 実施例 2
出発原料の平均粒径を 0. 9mm、 長軸径ノ短軸径比を 1. 7とした以外は実 施例 1と同様な操作で単分散した球状铸物砂を得た。得られた錡物砂は、 A 120 3と S i〇2を合計量で 97重量％含有しており、 A 12〇3 /S i 02重量比率が 1. 7、 平均粒径が 0. 69mm、 球形度が 0. 97、 吸水率が 0重量％、 粒子 密度が 2. 8 g/ cm3であった。 実施例 3
A 1203と S i 02を合計量で 97重量％含有する、 A 12〇3 ZS i 02重量 比率が 2. 7、 含水率が 0. 1重量％、 平均粒径が 0. 25 mm、 長軸径/短軸 径比が 1. 3のムライト粉末（柴田セラミックス製合成ムライト粉末） を出発原 料とした以外は、 実施例 1と同様な操作で単分散した球状铸物砂を得た。 得られ た铸物砂は、 A 12〇3と S i〇2を合計量で 98重量％含有しており、 A 1203Z S i 02重量比率が 2. 7、 平均粒径が 0. 21 mm、 球形度が 0. 99、 吸水 率が 0重量％、 粒子密度が 3. l g/cm3であった。 実施例 4
A 12〇3と S i 02を合計量で 95重量％含有する、 A 12〇3 ZS i 02重量 比率が 1. 64、 含水率 0. 2重量％、 平均粒径が 0. 45 mm、 長軸径 /短軸 径比が 1. 6のシリマナイトサンドを出発原料とした以外は、 実施例 1と同様な 操作で単分散した球状铸物砂を得た。 得られた铸物砂は、 A 1203と S i 02を 合計量で 95重量％含有しており、 A 1203 ZS i 02重量比率が 1. 6、 平均 粒径が 0. 35 mm, 球形度が 0. 98、 吸水率が 0重量％、 粒子密度が 2. 8 g / c m3であった。 実施例 5
A 12〇3/S i 02重量比率が 2. 5となるよう水酸化アルミニウムと力オリ ンを混合したものを電気炉にて 700°Cで 1時間仮焼し、 A 1203と S i 02を 合計量で 96重量％含有する、 含水率 1. 9重量％、 平均粒径が 0. 2mm、 長 軸径 /短軸径比が 1. 8の粉末粒子を出発原料とした以外は、 実施例 1と同様な 操作で単分散した球状铸物砂を得た。 得られた铸物砂は、 A 1203と S i〇2を 合計量で 95重量％含有しており、 A 12〇3/S i〇2重量比率が 2. 6、 平均 粒径が 0. 19 mm、球形度が 0. 97、 吸水率が 0. 1重量％、粒子密度が 2. 7 gズ cm3であった。 実施例 6
A 12〇3と S i〇2を合計量で 93重量％含有する、 A 1203 /S i 02重量 比率が 1. 56、 含水率 0. 1重量％、 平均粒径が 0. 15mm、 長軸径 Z短軸 径比が 1. 4の仮焼バン頁粉末を出発原料として実施例 1と同様な操作で単分散 した球状铸物砂を得た。 得られた铸物砂は、 A 12〇3と S i〇2を合計量で 93 重量％含有しており、 A 12〇3ZS i〇2重量比率が 1. 55、 F e2〇3含有量 は 1. 7重量％、 平均粒径が 0. 14 mm、 球形度が 0. 988、 吸水率が 0重 量％であった。 実施例 7
A 12〇3と S i〇2を合計量で 95重量％含有する、 A 12〇3 ZS i 02重量 比率が 3. 36、 含水率 0. 1重量％、 平均粒径が 0. 13mm、 長軸径 /短軸 径比が 1. 2の仮焼バン頁粉末を出発原料として実施例 1と同様な操作で単分散 した球状鍀物砂を得た。 得られた铸物砂は、 A 1203と S i〇2を合計量で 93 重量％含有しており、 A 12〇3/S i 02重量比率が 3. 35、 F e 203含有量 は 1. 01重量％、 平均粒径が 0. 12 mm、 球形度が 0. 998、 吸水率が 0 重量％であった。 実施例 8
A 1203と S i〇2を合計量で 91重量％含有する、 A 1203 /S i 02重量 比率が 9. 83、 含水率 0. 1重量％、 平均粒径が 0. 14 mm、 長軸径 Z短軸 径比が 1. 3の仮焼バン頁粉末を出発原料として実施例 1と同様な操作で単分散 した球状踌物砂を得た。得られた铸物砂は、 A 12〇3と S i 02を合計量で 91. 5重量％含有しており、 A 1203 ZS i 02重量比率が 9. 39、 F e2〇3含有 量は 1. 87重量％、 平均粒径が 0. 13mm、 球形度が 0. 996、 吸水率が 0重量％であった。 実施例 9
A 1203と S i〇2を合計量で 95重量％含有する、 A 12〇3 ZS i〇2重量 比率が 2. 21、 含水率 0重量％、 平均粒径が 0. 16mm、 長軸径 Z短軸径比 が 1. 4の仮焼ムライト粉末を出発原料として実施例 1と同様な操作で単分散し た球状铸物砂を得た。 得られた铸物砂は、 A 12〇3と S i〇2を合計量で 95. 3重量％含有しており、 A 12〇3ZS i 02重量比率が 2. 19、 Fe2〇3含有 量は 1. 21重量％、 平均粒径が 0. 13 mm、 球形度が 0. 995、 吸水率が 0重量％であった。 比較例 1
A 12〇3 ZS i 02重量比率が 2. 7となるよう水酸化アルミニウムと力オリ ンを混合し、 スプレードライヤーを用いて平均粒径 0. 2mmの球状にした粉末 粒子（A 1203と S i〇2を合計量で 96重量％含有） を電気炉中にて 1500°C で 1時間焼成することにより球状鍀物砂を得た。 得られた铸物砂は、 A 1203と S i 02を合計量で 97重量％含有しており、 A 12〇3 ZS i〇2重量比率が 2. 7、 平均粒径が 0. 18mm、 球形度が 0. 89、 吸水率が 1. 2重量 、 粒子 密度が 2. 7g/cm3であった。 該铸物砂の反射顕微鏡 （ （株） ニコン製） 写 真 （倍率： 100倍） を第 2図に示す。 当該図より、 本铸物砂粒子の形状は球状 化率が低く、 球形度が低いことが分かる。 比較例 2
A 1203 /S i 02重量比率が 25となるよう水酸化アルミニウムと力オリン を混合し、 電気炉にて 700°Cで 1 時間仮焼して得た、 八12〇3と31〇。を合 計量で 97重量％含有する、 含水率が 2. 9重量％、 平均粒径が 0. 2mmの粉 末粒子を出発原料とした以外は、 実施例 1と同様な操作で球状铸物砂を得た。 得 られた铸物砂は、 A 12〇3と S i〇2を合計量で 97重量％含有しており、 A l2 03/S i 02重量比率が 26、 平均粒径が 0. 19mm、 球形度が 0. 88、 吸 水率が 1重量％、 粒子密度が 3. 3 gZ cm3であった。 比較例 3
A 1203 /S i〇2重量比率が 0. 5となるよう珪石粉と力オリンを混合し、 電気炉にて 700 °Cで 1時間仮焼して得た、 A 1203と S i〇2を合計量で 97 重量％含有する、 含水率が 0. 9重量％、 平均粒径が 0. 2 mmの粉末粒子を出 発原料とした以外は、 実施例 1と同様な操作で铸物砂を得た。 ほとんどが不定形 化し、 球状のものはほとんど得られなかった。 比較例 4
S i〇2含有量 99重量％、 平均粒径 0. 13 mmの珪砂 （不定形） を出発原 料として実施例 1と同様な操作で铸物砂を得た。 得られた铸物砂は不定形なもの であり、 その吸水率は 0. 1重量％であった。 試験例 1
実施例 1、 3および 5と比較例 1〜2で得られた铸物砂の流動性、 ならびに当 該铸物砂から得られた铸型の強度および表面肌の状態を調べた。
(1) 铸物砂の流動性
J I S K6721の漏斗を用い、 流動時間 （秒） をもとめた。 流動時間が短 いほうが流動性に優れる。
(2) 铸型の強度 铸物砂を 74〜250 mに分級後、 成形バインダーとしてカオ一ステップ S 660 (花王クエーカー製）を铸物砂 1 00重量部に対して 1. 2重量部添加し、 自硬性铸型造型法に従って成形 （直径 5 OmmX高さ 50mm) し铸型を得た。 次いで、 24時間、 室温で養生後、 圧縮試験機を用い、 铸型の圧縮強度 （MP a) を測定した （25°C、 湿度 5 5%) 。
(3) 铸型の表面肌
以下の評価基準に従って铸型から脱型後の铸物表面を目視観察により評価し、 当該評価結果を铸型の表面肌の評価結果として用いた。 すなわち、 铸物表面の状 態が平滑であれば、 铸型の表面肌も平滑である。 なお、 铸物は、 铸鉄FC— 2 5 0を高周波炉により 1400°Cで溶融し、 5 OmmX 5 OmmX 40 Ommの直 方体の形状のものを作製した。
〔評価基準〕
〇： 铸物砂跡がなく、 平滑な面を示す
Δ: 鍀物砂跡が少し認められ、 やや平滑な面を示す
X： 铸物砂跡が明確で、 荒れた面を示す 以上の各試験結果を表 1に示す 表 1
Figure imgf000018_0001
表 1に示す結果より、 比較例 1〜2の铸物砂に比べ、 実施例 1、 3および 5の 铸物砂は優れた流動性を有することが分かる。 また、 得られた铸型についても、 比較例のものと比べ、 実施例のものは強度に優れ、 また、 表面肌が平滑であるこ とが分かる。 実施例 1、 3および 5の铸物砂から製造された铸型で铸造された铸 物は後工程である研磨工程を充分軽減できる程に表面は平滑であった。 試験例 2
実施例 9と比較例 1、 4で得られた铸物砂を用い、 バインダ一を力オーライト ナー 3 4 0 B (花王クエーカー製） とした以外は試験例 1と同様 (こして铸型の強 度試験を 0 . 5〜2 4時間の経時で行なった。 第 3図にそれらの铸物砂から作製 した铸型の経時的な強度試験の結果を示す。 該図に示すように実施例 9の铸物砂 を用いた場合、 短時間で铸型強度が実用強度 （2 M P a程度） に達した。 それゆ え、 脱型が早く行なえ、 作業効率が向上した。
また、 実施例 9と比較例 1で得られた铸物砂を用いて作製した铸型の表面と、 該铸型を用いて作製した铸物の表面の平滑性を表面粗さ測定器 （小坂研究所製、 サーフコーダ S E— 3 0 H) により表面粗さ （中心線平均粗さ： R a ) として測 定した。 R aが小さい程、 表面平滑性に優れる。 結果を表 2に示す。 表 2より、 実施例 9の铸物砂を用いた場合、 比較例 1の铸物砂を用いた場合と比べ、 表面平 滑性に優れた铸型が得られ、 それを用いて作製した铸物の表面も平滑性に優れる ことが分かる。 表 2
実施例 9 比較例 1
錡型表面 16 34
表面粗さ Ra ( m)
鎵物表面 8 13 試験例 3
実施例 3、 9と比較例 1、 4で得られた铸物砂について、 铸物砂の再生効率の 指標となる耐粉碎性を比較した。 各铸物砂 1 k gをアルミナポールミルにそれぞ れ投入し、 6 0分間処理した後の平均粒径変化率 〔 （処理前の平均粒径 Z処理後 の平均粒径） X I 0 0〕 を耐粉碎性の指標とした。 該変化率が小さい程、 耐粉砕 性に優れる。 結果を表 3に示す。 表 3
Figure imgf000020_0001
表 3より、 実施例 3と 9の铸物砂は、 比較例 1と 4の铸物砂に比べ、 耐粉砕性 に優れることが分かる。 従って、 使用するバインダーを少なくすることができ、 使用後の砂中の残存炭素量が少なく、 培焼再生が容易となる。 培焼再生では粉化 (摩耗粉になる） しないため、 実施例 3と 9の铸物砂は、 再生効率に優れると言 える。 試験例 4
実施例 3の铸物砂 5 0体積％と比較例 1の铸物砂 5 0体積％とからなる錶物砂、 および実施例 9の铸物砂 8 0体積％と比較例 4の铸物砂 2 0体積％とからなる铸 物砂をそれぞれ得て、 試験例 1に準じて試験したところ、 それらの铸物砂は優れ た流動性を有しており、 また、 該踌物砂から得られた铸型は、 強度に優れ、 表面 肌が平滑であった。

Claims

請求の範囲
1. A 12〇3および S i〇2を主成分として含有してなり、 Al 203 ZS i〇2 重量比率が 1〜 15、 平均粒径が 0. 05〜 1. 5 mmである火炎溶融法で製造 された球状铸物砂。
2. 平均粒径が 0. 05〜0. 5 mmであり、 さらに球形度が 0. 95以上で ある請求項 1記載の球状铸物砂。
3. 吸水率が 0. 8重量％以下である請求項 1記載の球状铸物砂。
4. 球形度が 0. 98以上である請求項 1記載の球状铸物砂。
5. 請求項 4に記載の球状铸物砂を 50体積％以上含む錡物砂。
6. A 1203および S i 02を主成分とする、 A 12〇3ZS i 02重量比率が 0. 9〜17、 平均粒径が 0. 05〜 2mmの粉末粒子を、 火炎中で溶融して球 状化する工程を含む、 請求項 1に記載の球状铸物砂の製造方法。
7. 請求項 1に記載の球状铸物砂を含んでなる铸造用鍀型。
8. 請求項 5に記載の铸物砂を含んでなる铸造用铸型。
9. 請求項 7に記載の铸型を用いて铸造された铸物。
10. 請求項 8に記載の铸型を用いて铸造された铸物。
11. 請求項 9に記載の鍀物からなる構造物。
12. 請求項 1 0に記載の铸物からなる構造物。
13. A 1203および S i 02を主成分として含有してなり、 A 1203 02重量比率が 1〜 1 5、 平均粒径が 0. 05〜： 1. 5 mm、 球形度が 0. 以上である球状铸物砂。
14. 吸水率が 0. 8重量％以下である請求項 13記載の球状铸物砂。
15. 球形度が 0. 98以上である請求項 13記載の球状铸物砂。
16. 請求項 15に記載の球状铸物砂を 50体積％以上含む铸物砂。
17. A 1203および S i 02を主成分とする、 A 1203 ZS i 02重量比率 が 0. 9〜17、 平均粒径が 0. 05〜2mmの粉末粒子を、 火炎中で溶融して 球状化する工程を含む、 請求項 13に記載の球状铸物砂の製造方法。
18. 請求項 13に記載の球状铸物砂を含んでなる铸造用铸型。
19. 請求項 16に記載の铸物砂を含んでなる铸造用錶型。
20. 請求項 18に記載の铸型を用いて铸造された鍀物。
21. 請求項 19に記載の铸型を用いて铸造された铸物。
22. 請求項 20に記載の錡物からなる構造物。
23. 請求項 21に記載の铸物からなる構造物。
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