CN101801561B - 再生型砂的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为再生型砂的制造方法，其在添加剂(A)的存在下对回收砂进行研磨处理，所述添加剂(A)由在25℃下的表面张力为35mN/m以下且1个大气压下的沸点为150℃以上的液体构成。

Description

再生型砂的制造方法
技术领域
本发明涉及由从铸型回收的回收砂来制造再生型砂的方法。 
背景技术
用于铸型的型砂有时通过将由铸型粉碎(落砂)而得到的回收砂实施再生处理来进行再利用。作为回收砂的再生方法，至今为止已经提出并实施了湿式再生法、加热式再生法、干式再生法等各种方法(例如，“鋳型造型法”、第4版、社团法人日本铸造技术协会、平成8年11月18日、327～330页)。此外，JP-A6-15494中公开了在对规定的回收砂实施加热处理，然后实施干式研磨处理的型砂的再生方法。JP-A2005-177759公开了干式再生法，其是在型砂中添加微粒体后进行再生的方法。 
发明内容
本发明涉及一种再生型砂的制造方法，其具有工序(I)，该工序(I)在添加剂(A)[以下称为添加剂(A)]的存在下对回收砂进行研磨处理，该添加剂(A)由在25℃下的表面张力为35mN/m以下且1个大气压下的沸点为150℃以上的液体构成。 
此外，本发明涉及使用由上述本发明的制造方法得到的再生型砂的铸型的制造方法。 
附图说明
图1是表示在本发明中可用于在添加剂(A)的存在下进行回收砂的干式研磨处理的型砂再生装置的一例子的侧部示意图。 
图2是表示在本发明中可用于加水研磨处理的型砂再生装置的一例子的侧部示意图。 
图3是表示将在本发明中可用于加水研磨处理的型砂再生装置的一部分 放大的侧部示意图。 
图4是表示实施例、比较例的处理程序的流程。 
符号说明 
21筐体的主体、22下部的搅拌槽、23上部的分级槽、24送风室、25送风口、26流化床、220回收砂 
具体实施方式
现有技术中的湿式再生法需要污水处理装置，因此设备费增加，而且再生费增多。此外，再生处理后需要将砂干燥。另外，加热式再生法需要燃烧设备、空气冷却设备，需要巨大的能量费用，而且需要排气处理。关于干式再生法，利用离心力向砂粒间提供摩擦而将附着在砂粒表面的粘合剂等除去的方法现在一般较为普及。但是，就该方法来说，若想提高再生效率，则因砂的破碎、细粒化等而导致合格率降低，相对于每1吨回收砂的动力单位消耗也增大。 
此外，为了防止砂的破碎、使再生合格率提高、即降低废弃物，正在开发耐破碎性高的人工陶瓷砂并正在将其实用化，但是，存在如下课题：为了只除去砂粒表面牢固附着的粘合剂、提高再生效率，需要多级重叠设置再生机，动力单位消耗进一步增加。 
考虑到上述背景，在JP-A2005-177759中公开了如下方法：在干式再生法中，在型砂中添加微粒体后进行再生。但是，需要除去该微粒体的工序，工序变得繁杂。此外，在该微粒体的除去不充分的情况下，铸型强度可能会降低。 
此外，考虑到上述背景，对于型砂的再生，期待提出不用很大的设备、利用简易的方法就能有效地制造再生型砂的方法。 
本发明提供杂质的除去率高、能提高铸件品质以及铸型强度的再生型砂的制造方法。 
根据本发明的再生型砂的制造方法，能获得有效地除去了残留有机成分的型砂。此外，由本发明再生的型砂能提供铸型强度优良的铸型。 
本发明中，表面张力是利用Wilhelmy法得到的表面张力，具体而言，可 以使用采用了Wilhelmy法的自动表面张力机来进行测定。 
本发明中使用的回收砂为“図解鋳造用語辞典”（社团法人日本铸造工学会编、2003年4月28日、日刊工业新闻社发行）中记载的那样的回收砂。 
具体而言，本发明中使用的回收砂为在硅砂、锆砂、铬铁矿砂、合成莫来石砂、或者SiO2/Al2O3类的型砂、SiO2/MgO类的型砂、由矿渣得到的型砂等型砂中使用粘合剂进行造型后进行破碎（落砂）而得到的回收砂或者剩余砂（以下合称为回收砂）。 
此外，在将本发明中使用的回收砂进行再生处理时，不仅可以含有回收砂，也可以含有新砂。本发明的效果能根据回收砂的量来获得。特别是如果回收砂含有50重量%以上，则能得到充分的效果。 
本发明从进一步提高残留树脂除去率和减少废弃物的观点考虑，优选回收砂为合成莫来石砂、或者SiO2/Al2O3类的型砂、SiO2/MgO类的型砂、由矿渣得到的型砂等由人工陶瓷砂得到的回收砂。 
人工陶瓷砂是指不是硅砂、锆砂、铬铁矿砂等天然产出的型砂、而是人工地对金属氧化物的成分进行调整并进行熔融或烧结而得到的型砂。从耐破碎性高、能进一步降低废弃物的观点考虑，优选SiO2和Al2O3合计含有80重量％以上、且Al2O3/SiO2的重量比率为1~15的型砂。此外，优选为具有莫来石、α-氧化铝、γ-氧化铝中的至少一种的晶相的人工陶瓷砂。 
此外，从进一步体现效果的观点考虑，本发明中从球状型砂回收的回收砂表现出显著的效果。从下述球状型砂回收的回收砂更为优选：作为该球状型砂的球形度，优选球形度为0.88以上，更优选为0.92以上，进一步优选为0.95以上，特别优选为0.99以上。 
球形度按照如下所述来求出：通过对由光学显微镜或数字示波器（例如，Keyence公司制，VH-8000型）得到的该粒子的像（照片）进行图像解析，求出该粒子的粒子投影截面的面积以及该截面的周长，然后计算[与粒子投影截面的面积（mm2）相同的正圆的圆周长（mm）]/[粒子投影截面的周长（mm）]，对基于任意的50个球状型砂粒子分别得到的值进行平均而求得。 
球形型砂具有在形成铸型时的填充率高、铸型强度高的优点，但是，在干式机械再生中，砂粒之间的摩擦小，因而再生效率不好。但是，根据本发明，发挥了球状型砂的优点且能有效地再生。 
这样的球状型砂可以通过如下方法制得：例如，将耐火原料浆料通过喷雾干燥法造粒成球状后进行烧成的方法，或者使耐火原料熔融、并使其从喷嘴与空气一起喷出而成为球状的方法，将耐火物粒子分散在载气中并在火焰中使其熔融而成为球状的方法；还可以通过如下方法制得：例如JP-A61-63333或JP-A2003-251434或JP-A2005-193267、JP-A2004-202577中所示的方法。 
在本发明中，优选从上述人工陶瓷砂和/或上述球状型砂回收的回收砂的含量占回收砂的50重量％以上。 
在本发明的回收砂中，从本发明的效果即有效除去回收砂的残留有机成分的观点考虑，作为粘合剂，优选为有机粘合剂。作为有机粘合剂，可以举出例如碱性酚醛树脂、呋喃树脂、热固性酚醛树脂(壳型)、聚氨酯树脂。 
此外，在从使用人工陶瓷作为型砂、使用碱性的粘合剂作为粘合剂进行固化的铸型回收的回收砂中，砂较硬、并且残留有机成分与砂相比较柔软且牢固地附着，难以再生，但是本发明对于这样的回收砂也能发挥充分的效果。 
作为碱性酚醛树脂，可以举出如下的酚醛树脂，该酚醛树脂是在碱性催化剂的存在下，以包含苯酚、甲酚、间苯二酚、双酚A、其它取代苯酚的苯酚类为原料，通过使其与醛化合物等反应而得到的。作为碱性催化剂，可以举出氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾等碱金属的氢氧化物、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化铍等碱土类金属的氢氧化物、胺化合物、以及它们的混合物。一般来说，碱性催化剂相对于苯酚类的摩尔数优选为0.05～4倍摩尔，更优选为0.1～3倍摩尔。 
作为有机酯，可以举出γ-丁内酯、丙内酯、ε-己内酯、甲酸乙酯、乙二醇二乙酸酯、乙二醇单乙酸酯、甘油三乙酸酯、乙酰乙酸乙酯等。 
本发明的制造方法具有在添加剂(A)的存在下对回收砂进行研磨处理的工序(I)。 
添加剂(A)是在25℃下的表面张力为35mN/m以下的液体，且是1个大气压下的沸点为150℃以上的液体。 
将添加剂(A)规定为在25℃下的表面张力为35mN/m以下的液体的技术意义是为了使得在研磨处理时产生的灰尘难以附着到再生砂上。此外，将添加剂(A)规定为1个大气压下的沸点为150℃以上的液体的技术意义是为了使得添加剂(A)不会在集尘操作时比灰尘更早消失。 
从使得在研磨处理时产生的灰尘难以附着到再生砂上的观点考虑，添加剂(A)在25℃下的表面张力优选为15～35mN/m，更优选为15～33mN/m。此外，从使得添加剂(A)不会在集尘操作时比灰尘更早消失的观点考虑，添加剂(A)在1个大气压下的沸点优选为150～400℃，更优选为165～400℃。另外，在400℃以下具有分解点的物质如果至少在150℃为液体状态，则可以包含在本发明的添加剂(A)中。 
作为添加剂(A)，优选为选自硅油、碳原子数为8～18的醇、碳原子数为8～18的羧酸、具有碳原子数为1～8的烷基的硅酸烷基酯及其低缩合物、以及具有碳原子数为8～18的烷基的聚氧化烯烷基醚中的一种以上的物质。 
作为本发明中使用的硅油，可以使用二甲基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、环状二甲基硅油、氨基改性硅油、聚醚改性硅油、烷基改性硅油、醇改性硅油等。优选为二甲基硅油。 
硅油的表面张力(25℃)优选为15～25mN/m，更优选为15～22mN/m。硅油的粘度(25℃)优选为5～300mm2/s，更优选为5～50mm2/s。此外，从安全性的观点考虑，优选硅油的闪燃点高，闪燃点优选为i00℃以上，更优选为150℃以上，进一步优选为200℃以上。 
作为本发明中使用的碳原子数为8～18的醇，可以使用直链脂肪族醇、支链脂肪族醇、不饱和脂肪族醇等，表面张力(25℃)优选为15～33mN/m。碳原子数为8～18的醇的粘度(25℃)优选为2～100mm2/s，更优选为2～50mm2/s。优选油醇、辛醇。 
作为本发明中使用的碳原子数为8～18的羧酸，可以使用直链脂肪族羧酸、支链脂肪族羧酸、不饱和脂肪族羧酸等。有机羧酸的表面张力(25℃)优选为15～35mN/m。碳原子数为8～18的羧酸的粘度(25℃)优选为2～100mm2/s，更优选为2～50mm2/s。 
作为本发明中使用的具有碳原子数为1～8的烷基的硅酸烷基酯，可以举出硅酸甲酯、硅酸乙酯等以及它们的低缩合物。低缩合物的缩合度优选为1～15。优选硅酸乙酯及其低缩合物。 
作为本发明中使用的具有碳原子数为8～18的烷基的聚氧化烯烷基醚，优选氧化烯基的平均加成摩尔数为0.5～10，更优选为1～5，进一步优选为1～3，作为氧化烯基，优选碳原子数为2～4的氧化乙烯基、氧化丙烯基以及氧化丁 烯基。 
此外，从安全性的观点考虑，优选这些添加剂(A)的闪燃点高，闪燃点优选为100℃以上，更优选为150℃以上，进一步优选为200℃以上。 
从体现残留树脂成分的除去效果的观点考虑，添加剂(A)在研磨处理时的存在量相对于回收砂100重量份优选为0.001重量份以上，此外，从经济的观点以及效果饱和的观点考虑，优选为0.2重量份以下，因此优选为0.001～0.2重量份，更优选为0.005～0.1重量份，特别优选为0.01～0.05重量份。 
在本发明中，优选将回收砂的研磨处理进行多次，其中至少一次是在添加剂(A)、优选为硅油的存在下进行研磨处理。即，本发明的制造方法进行至少一次回收砂的研磨处理，研磨处理的至少一次在添加剂(A)的存在下进行、优选在硅油的存在下进行。在进行多次研磨时，可以将添加剂(A)、优选将硅油在通过研磨处理(包括后述的加水研磨处理)将残留有机成分从回收砂剥离的工序之前添加到回收砂中而进行最初的研磨，但是，从分离、除去杂质的效果的观点考虑，优选向研磨处理时的回收砂中添加添加剂(A)、优选添加硅油，然后进行研磨处理。从体现残留树脂成分的除去效果的观点考虑，添加剂(A)在研磨处理时的添加量相对于回收砂100重量份优选为0.001重量份以上，而从经济的观点以及效果饱和的观点考虑，优选为0.2重量份以下，因此，优选为0.001～0.2重量份，更优选为0.005～0.1重量份，特别优选为0.01～0.05重量份。此时，所谓的研磨处理时是指刚要进行研磨之前或者进行研磨的期间。而且，更优选向进行了一次以上研磨处理后的砂中添加添加剂(A)、优选添加硅油，然后进行研磨处理。 
添加剂(A)的添加方法可以是通过连续式或分批式的方法添加到回收砂或者经研磨处理后的回收砂中。此外，可以采用对添加剂(A)进行喷雾器喷雾的方法或者从喷嘴定量添加添加剂(A)的方法。添加剂与回收砂的混合可以使用专用的混合机，但是由于可以在再生机内进行混合，因此也可以不特意使用专用的混合机。在添加剂(A)的存在下进行研磨处理的再生机内，也可以采用安装喷雾器或喷嘴等添加机构、从该添加机构进行添加的方法。根据情况，可以通过程序等对添加时期进行控制，调整适当的添加时期。 
根据本发明的再生型砂的制造方法，与现有的对砂表面进行机械处理的 方法相比，可得到有效地除去了残留有机成分的型砂。此外，通过本发明再生而得到的型砂可提供铸型强度优异的铸型。 
作为本发明的效果，显著提高铸型强度的理由不是特别明确，但是，可以认为是通过添加剂(A)的存在，防止了在研磨处理中从再生砂剥离的附着物再次附着到砂表面，结果铸型强度表现出如此的显著差别。 
在本发明中，回收砂的研磨处理可以通过型砂之间的摩擦、或砂与再生机内部的部件(转子或内壁、磨石)之间的摩擦来进行。 
工序(I)中的研磨处理可以按照现有的型砂的再生法中的研磨处理来进行，优选按照干式法来进行，例如，可以举出使用了喷气流型(通过高速空气对砂粒进行喷吹而施加冲击、摩擦来除去附着物的方法)、垂直轴旋转型以及水平轴旋转型(通过旋转体或叶片等对砂粒进行撞击或搅拌，进而通过用转子进行加压来进行砂粒互相的冲击、摩擦，从而将附着物剥离除去的方法)、振动型(通过振动力对砂粒施加搅拌作用，主要通过摩擦作用来除去附着物的方法)的各种装置的方法。 
在添加剂(A)的存在下进行的研磨处理中，更优选同时进行将来自砂的剥离物、特别是剥离有机成分除去的方法。即，优选在添加剂(A)的存在下对回收砂进行研磨处理的工序(I)中进行剥离有机成分的除去(排出到剥离有机成分的研磨体系外)。根据本发明，难以附着的剥离有机成分可以有效地从砂表面脱离，同时可以通过集尘来将其与砂分离、除去。剥离有机成分的除去可以通过具备集尘机构的装置来进行。作为这样的装置，有日本铸造制Hybrid Sand Master、株式会社清田铸机制Sand Fresher等，更优选使用这些装置。 
在本发明中，优选如下方法，该方法包含：进行一次以上回收砂的研磨处理的工序(Ia)、和在工序(Ia)后的砂中添加添加剂(A)来进行砂的研磨处理、同时进行剥离有机成分的除去的工序(Ib)。工序(Ia)实质上是在添加剂(A)未存在下进行的研磨处理，可以使用上述的喷气流型、垂直轴旋转型、水平轴旋转型、振动型的各装置来进行。此外，工序(Ib)具体如日本特开平7-80594所述，例如，可以举出如下方法：将在工序(Ia)中进行了一次以上研磨处理的回收砂和添加剂(A)导入到型砂再生装置中，该型砂再生装置具备在下表面具有多个开口孔以使从该开口孔喷出空气的流化 床，利用该喷出空气使该回收砂进行流动搅拌，同时使水平轴的转动转子转动，通过砂粒互相的冲击、摩擦、或与转子的冲击、摩擦来进行研磨处理。该方法优选使用后述的图1的装置来进行。 
工序(Ib)中的研磨处理为干式研磨处理，其可以在工序(Ia)中的研磨处理后，对添加了添加剂(A)的回收砂利用现有公知的方法来进行，但是，为了有效地将在工序(Ia)中的研磨处理中容易除去的残留有机成分除去，优选使用在流动槽内部具有用于研磨的旋转体的流化床式的干式研磨处理装置，基于附图对其一例子进行说明。 
图1是本发明中能进行在工序(Ib)中的干式研磨处理的铸型再生装置的侧部示意图，21为筐体的主体。主体1为方型，制作成上下两段结构，由下部的搅拌槽22和上部的分级槽23的两部分构成。24是形成于搅拌槽22的底部的送风室，25是送风口，26是流化床。流化床26上设置有多个凸形突起，该凸形突起在侧面形成有多个通气口。27和28是设置在搅拌槽22的相对向的侧壁上的投入管和送出管，29是透视窗。投入管27和送出管28均倾斜安装在搅拌槽22的侧壁上，虽然未详细表示出来，但是，通过手动操作使得以设置在与侧壁同一面上的投入口和排出口的开度可调节的方式进行开闭。210是驱动轴，211是左右的轴承，212是转子。轴承211安装在搅拌槽22的两侧壁上，将驱动轴210以中途的高度保持在水平方向上。216是限制板，217是排气口，220是在工序(Ia)中进行了研磨处理后添加了添加剂(A)的回收砂。 
在图1的装置中，从投入管27投入在工序(Ia)中的研磨后添加了添加剂(A)的砂。搅拌层22内来自吹风机的送风从送风口25通过流化床26吹入，使砂流动。流动的砂通过转子212以及利用离心力堆积的本摇动板的附近的砂进行研磨而将砂的附着物剥离，所述转子212配置在搅拌槽22内，形成有与旋转面倾斜的粗面，并且通过驱动源进行驱动。在经由限制板216与搅拌槽22的上部连通并设置有集尘口的分级槽23中，剥离的附着物(剥离有机成分等)与砂分离。经规定时间的处理后，从送出管28(排出口)将再生的型砂排出。 
本发明中，优选相对于回收砂100重量份，添加0.5～20重量份的水来进行研磨处理(以下称为加水研磨处理)。该加水研磨处理与现有公知的湿式再 生法的区别在于下述方面：在湿式再生法中，以在回收砂的粒子层空隙中充满水的状态、即以浆料状态使砂再生，但是，在加水研磨处理中，虽然水存在于粒子空隙中，但不是以完全的连续层的形式存在，而是以所谓的从绳索区域到毛细管区域的状态进行研磨处理。这里，若相对于回收砂100重量份，水的量为0.5重量份以上，则有效除去回收砂的残留有机成分变得容易。此外，若相对于回收砂100重量份，水的量为20重量份以下，则可容易地使得不需要污水处理装置或过多的干燥装置。该方法是使用少量水分的方法，因此，不需要湿式再生法那样的巨大的干燥设备和污水处理装置，与在浆料状态下进行研磨处理的情况相比，能对砂给予强的负荷。此外，与机械地对砂表面进行处理的方法相比，能简易地获得有效地除去了残留有机成分的型砂。可以认为通过在回收砂的研磨处理时添加少量的水，使得牢固粘接的残留树脂成分变得容易剥离，进一步通过在添加剂(A)的存在下进行研磨处理的工序(I)，能防止暂时剥离的残留有机成分再次附着到砂表面，结果能有效除去回收砂的残留有机成分。 
本发明中，加水研磨处理(在规定量的水的存在下进行研磨处理)可以在再生型砂的制造工序的任意一个工序进行。此外，在回收砂的研磨处理进行多次的情况下，可以进行至少一次加水研磨处理。也就是说，在本发明的制造方法中，可以在规定量的水的存在下对回收砂进行研磨处理。例如，也可以将加水研磨处理与工序(I)同时进行，即在添加剂(A)的存在下进行研磨处理时加水来进行加水研磨处理。此外，可以将加水研磨处理与工序(I)分开、即与在添加剂(A)的存在下进行的研磨处理分开地设置加水研磨处理工序，在具有如上所述的工序(Ia)、(Ib)的情况下，可以在任一个工序中进行加水研磨处理。优选的是，在工序(Ia)中加水进行研磨处理后，进行工序(Ib)的在添加剂(A)的存在下的研磨处理(实质上优选在水未存在下)。在进行加水研磨处理的工序与工序(I)分开设置的情况下、或者在工序(Ia)中进行的情况下，优选实质上是在添加剂(A)未存在下进行的研磨处理。 
本发明可以具有进行加水研磨处理的工序、和在添加剂(A)的存在下进行干式研磨处理(实质上在水未存在下的研磨处理)的工序(I)。即，可以在相对于回收砂100重量份添加0.5～20重量份的水来进行研磨处理后，在 添加剂(A)的存在下进行干式研磨处理。另外，在如上所述的工序(I)中设置工序(Ia)和工序(Ib)的情况下，可以通过在工序(Ia)中相对于回收砂100重量份添加0.5～20重量份的水进行研磨处理，由此设置成为工序(I)。因此，优选以下说明的加水研磨处理的方法、装置适合于工序(Ia)的实施。另外，工序(Ia)的一部分可以作为加水研磨处理来进行，此时的顺序没有限定。 
加水研磨处理的工序可以通过将预先将水分添加到回收砂中而得到的物质投入到上述研磨处理装置中来进行，也可以通过将回收砂投入到上述研磨处理装置中的同时，利用喷雾等散布水来进行。从添加了水的砂更容易进行流动的观点考虑，优选本发明的加水研磨处理通过使用了垂直轴旋转型、水平轴旋转型、振动型的各装置的研磨方法来进行，更优选使用了垂直轴旋转型的装置的研磨方法。 
具体而言，将添加了水的回收砂以落下的方式供给到上部开口的高速旋转滚筒上，或者将回收砂以落下的方式供给到上部开口的高速旋转滚筒上并添加水，通过利用旋转滚筒的旋转产生的粒子相互间的摩擦、冲击、挤压来进行研磨加工，同时使通过离心力飞散的添加了水的回收砂滞留于在旋转滚筒的上部周缘配置的环状体中，进行同样的磨碎加工，而且，使这些添加了水的回收砂在所述旋转滚筒与环状体形成的间隙中流动，通过这样的流动磨碎加工能够将回收砂再生。上述过程优选使用后述的图2的装置来进行。 
从给予更有效的摩擦处理的观点考虑，作为高速旋转滚筒的转速，优选为每1分钟1000转以上且3000转以下，更优选为每1分钟2000～2800转。通过使滚筒以高速旋转，可在短时间内进行高效的再生处理，此外还能使设备小型化。 
从有效除去回收砂的残留有机成分且不需要污水处理装置和过度干燥的观点考虑，进行加水研磨处理的工序中的加水量相对于回收砂100重量份为0.5～20重量份，优选为0.5～10重量份，更优选为1～5重量份。 
本发明中，在添加剂(A)的存在下进行研磨处理的工序(I)例如通过实施上述的研磨处理来进行。在本发明中，工序(I)优选在实质上不存在水的情况下进行。这里，实质上不存在水的情况下是指，从通过干式研磨处理来有效除去残留树脂成分的观点考虑，进行干式研磨处理的砂中的水分量优 选为0.2重量％以下，更优选为0.1重量％以下。因此，在设置加水研磨处理工序的情况下，优选用水分量降低至该范围的砂来进行工序(I)。 
这里，砂中的水分量可以通过JACT试验法S-9的砂的水分量测定法来求出。 
对经加水研磨处理的回收砂在添加剂(A)的存在下进行干式研磨处理的工序也可以是下述的方法：边对经加水研磨处理的回收砂进行流动搅拌边进行干燥、同时进行研磨处理；但是，从有效除去回收砂的残留有机成分的观点考虑，优选在将经加水研磨处理的回收砂干燥的工序之后对经干燥处理的回收砂实施研磨处理的工序。在对经干燥处理的回收砂进行研磨处理时，可以在加水研磨处理后，在处于湿润状态的回收砂中添加添加剂(A)并进行干燥而供于干式研磨处理，或者可以在加水研磨处理后，将回收砂干燥，然后添加添加剂(A)而供于干式研磨处理。 
对经加水研磨处理的回收砂进行干燥的工序例如可以采用如下方法：用回转炉或流化床等公知的干燥装置对经加水研磨处理的回收砂进行干燥的方法，或者通过放置在容易干燥的场所使其自然干燥的方法。此外，为了促进干燥，还可以举出通过辅助地给予热风等使其干燥的方法。 
下面基于附图对本发明的再生型砂的制造方法的实施方式进行说明，本发明的再生型砂的制造方法具备进行加水研磨处理的工序、接着进行的利用干式处理的工序(I)。 
图2是适于进行本发明的加水研磨处理的装置的一例，为垂直轴旋转型的研磨处理装置。图2的装置为垂直轴旋转型研磨装置，其具备：具备接受回收砂的开口的旋转滚筒，与该旋转滚筒的上部周缘接近地配置且接受通过离心力从该旋转滚筒飞散的回收砂的环状体，向上述旋转滚筒接受到的回收砂添加水的机构；通过上述旋转滚筒的旋转，在上述旋转滚筒和环状体形成的间隙中粒子相互间的摩擦、冲击、挤压来进行回收砂的研磨处理。在图2中，1为用于投入回收砂的开口，2为具备接受回收砂的开口的高速旋转滚筒，3为环状体，4为经加水研磨处理的回收砂，5为再生砂排出口，A为向投入的回收砂添加水的机构，例如可以举出喷嘴等。利用图2的装置进行的处理的概要如下所述。将用破碎机对铸造后的铸型进行处理而得到的回收砂从上部开口1投入。从A向投入的回收砂中添加一定量的水。加入了未完全充满 粒子间空隙的程度的适量的水的砂未变成浆料状态，而是以湿态砂的状态滞留在高速旋转滚筒2的上部与环状体3之间，通过高速旋转的高速旋转滚筒2所产生的离心力，将添加了水分的砂挤压到环状体3中，并且进行砂彼此之间的研磨以及与3的研磨。该装置的结构中，设置了挡板等，以使得添加了规定量的水分的砂滞留且以适当的滞留时间从间隙排出。结束了处理的砂从再生砂排出口5排出到外部，接着供于干燥以及干式研磨处理。此时，由于以湿态砂的形式排出，因此与现有的湿式再生不同，不产生排水，并且，在本工序中，也少产生粉尘。 
在加水研磨处理具有一般程度的长的处理时间的情况下，再生处理效果提高。例如，对于图2的装置，从得到良好的再生效率的观点考虑，优选对回收砂4滞留在旋转滚筒2和环状体3的间隙中接受研磨处理的时间即滞留时间与直到排出为止的时间进行平衡。图2的装置中，滞留时间可以根据旋转滚筒的上部周缘与环状体所形成的间隙的长度、环状体的深度、回收砂的投入速度等来进行调整。从该观点出发，优选垂直轴旋转型研磨装置的旋转滚筒2的上部周缘与环状体3形成为回收砂4的平均粒径的5～50倍、更优选形成为回收砂4的平均粒径的10～25倍的长度的间隙6(图3)。具体而言，间隙的长度优选为1～15mm，更优选为1.5～6mm，特别优选为1.5～4mm。一般来说，回收砂的平均粒径为75～600μm左右。该回收砂的平均粒径可以基于根据JIS的型砂的粒度分布试验方法(Z 2601)测定的回收砂的粒度分布的结果，通过JIS的粒径测定结果的表征(Z 8819-1)所记载的方法，以质量基准累计分数达到0.5的粒径(中值粒径)的形式来获得。此外，回收砂的投入速度优选为1～10t/h，更优选为1.5～5t/h。在采用这些条件的情况下，优选旋转滚筒的转速为上述范围。 
此外，为了提高在加水研磨处理中的研磨处理效率，优选调整回收砂和水的投入位置。在垂直轴旋转型研磨装置中，优选将水、或水和回收砂投入到垂直轴旋转型研磨装置的旋转滚筒2的中央即旋转轴的附近。另外，所谓“旋转轴的附近”是指，与旋转滚筒的尺寸也有关，因此不能一概而论，但是优选为距离旋转轴为(旋转滚筒的直径/4)的范围内，更优选距离旋转轴为(旋转滚筒的直径/5)的范围内。 
这里说明的方法可以采用通过加水研磨处理来进行工序(Ia)、然后在添加剂（A）的存在下进行工序（Ib）的方法，经加水研磨处理的回收砂可以通过上述工序（Ib）的方法进行研磨处理来形成再生型砂。 
由本发明的制造方法得到的再生型砂可以用于铸型的制造。作为铸型的制造方法，只要是使用由本发明的制造方法得到的再生型砂的铸型的制造方法即可，没有特别的限制，但是，具体地说为具有用有机系粘合剂使该再生砂固化的工序的铸型的制造方法。作为有机系粘合剂，可以举出碱性酚醛树脂、呋喃树脂、热固性酚醛树脂（壳型）、聚氨酯树脂等，可以使用有机粘合剂并通过各种现有公知的固化方法来制造铸型。优选这些粘合剂相对于该再生砂100重量份通常添加0.05~10重量份。此外，也可以使用现有公知的硅烷偶联剂、添加剂等。本发明的铸型的制造方法优选适用于使用碱性酚醛树脂作为粘合剂并用有机酯化合物使该粘合剂固化的铸型。 
实施例 
以下的实施例对本发明的实施进行说明。实施例仅仅是对本发明的例示进行说明，并非用于限定本发明。 
实施例1 
相对于球形度为0.99、Al2O3/SiO2比(重量比)＝1.9、SiO2以及Al2O3的合计量为94重量％(其它还含有TiO2：2.9重量％、Fe2O3：1.3重量％、以及微量的CaO、MgO、Na2O、K2O)的球状人工陶瓷型砂100重量份，加入碱性酚醛树脂用固化剂(Kao Step KC-130、Kao-Quaker Co.，Ltd.制)0.30重量份、以及碱性酚醛树脂(Kao Step S-660、Kao-Quaker Co.，Ltd.制)1.2重量份并搅拌，成型成砂/金属比为4的铸型。在1400℃下将铸铁熔体(FC200)浇铸到该铸型中，冷却后，用破碎机对该铸型进行破碎处理而得到回收砂。该回收砂的平均粒径为200μm。相对于该回收砂的100重量份混合添加二甲基硅油(KF-96-10CS、信越化学工业株式会社制)0.1重量份后，用通常的垂直轴旋转型的研磨处理装置(Rotary Reclaimer M型、日本铸造株式会社制)，在旋转滚筒的转速为2450rpm、砂投入速度为3.1t/h、采用A再生(砂层间摩擦再生方式)的条件下将干式研磨处理重复4次，得到再生砂(二甲基硅油只在最初的研磨处理时添加一次)。回收砂及再生砂的分析值以及铸型强度试验结果如表1所示。另外，LOI及LOI除去率、以及铸型强度按照下 述的方法进行评价。 
(1)LOI及LOI除去率 
基于JACT试验法S-2测定型砂中的灼烧减量(LOI)，按照以下的式子算出LOI除去率。LOI表示型砂中的有机物量(残留树脂量)。 
LOI除去率(％)＝(1-再生砂的LOI(重量％)/回收砂的LOI(重量％))×100 
(2)铸型强度评价 
对于在得到的再生型砂或回收砂100重量份中添加碱性酚醛树脂(KaoStep S-660、Kao-Quaker Co.，Ltd.制)1.0重量份、碱性酚醛树脂用固化剂(KaoStep KC-140、Kao-Quaker Co.，Ltd.制)0.25重量份而得到的铸型，在25℃、55％RH的条件下，基于JACT试验法HM-1，用岛津制强度试验机AD-5000测定混炼1日后的抗压强度。 
比较例1 
除了不添加二甲基硅油之外，与实施例1同样地进行而得到再生砂。再生砂的分析值(LOI以及LOI除去率)以及铸型强度与实施例1同样地进行测定。结果示于表1。 
实施例2 
相对于比较例1中得到的再生砂100重量份混合添加二甲基硅油(KF-96-10CS，信越化学工业株式会社制)0.02重量份后，在图1那样的具备流化床的干式型砂再生装置(Hybrid Sand Master，型号HSM1115，日本铸造株式会社制)中，以2600rpm的转子转速采用80kg砂投入量的分批处理来进行30分钟的干式研磨处理，得到再生砂。在进行干式研磨处理时，使剥离有机成分从流化床浮起而进行集尘处理。再生砂的分析值(LOI以及LOI除去率)以及铸型强度与实施例1同样地进行测定。结果示于表1。 
比较例2 
除了不添加二甲基硅油之外，与实施例2同样地进行而得到再生砂。再生砂的分析值(LOI以及LOI除去率)以及铸型强度与实施例1同样地进行测定。结果示于表1。 
实施例3 
采用图2所示的结构的能加水进行研磨处理的研磨处理装置，按照相对于回收砂(回收砂中的水分量为0.16重量％)100重量份使水为4重量份的方式，将实施例1中使用的回收砂以砂投入速度2.7t/h投入到高速旋转滚筒2中，并以转速2542rpm进行研磨处理。回收砂投入到高速旋转滚筒2的中央，对应的水投入到高速旋转滚筒2的中央。使用该高速旋转滚筒2的上部周缘与环状体3的间隙6为5mm、环状体3的深度为100mm的研磨处理装置(参照图3)，研磨处理时的砂滞留时间为26秒。 
在得到的湿态砂中相对于湿态砂100重量份添加二甲基硅油(KF-96-10CS，信越化学工业株式会社制)0.04重量份后，边用混凝土搅拌机进行搅拌边吹入150℃的热风来进行干燥。干燥后的回收砂中的水分量为0.06重量％。 
使用图1那样的具备流化床的干式型砂再生装置(日本铸造制HybridSand Master，型号HSM1115)，以2600rpm的转子转速采用80kg砂投入量的分批处理对得到的干燥砂进行12分钟的干式研磨处理，得到再生砂。在进行干式研磨处理时，使剥离有机成分从流化床浮起而进行集尘处理。再生砂的分析值(LOI以及LOI除去率)以及铸型强度与实施例1同样地进行测定，并示于表1。 
相比于实施例1，实施例3中使用的二甲基硅油(KF-96-10CS，信越化学工业株式会社制)在25℃下的表面张力为20mN/m，在25℃下的粘度为10mm2/s，在1个大气压下的沸点为229℃以上(来自厂商发布的目录值)。另外，表面张力的测定使用Krüss GmbH制的自动表面张力计(ProcessorTensiometer K100)来进行(以下同样)。 
上述实施例1～3以及比较例1～2中的处理程序如图4的流程所示。 
Figure GPA00001055550100161
从表1的结果可以看出，实施例中通过添加硅油，与比较例相比，能有效除去残留有机成分，使用了由此得到的再生型砂的铸型表现出显著的强度。进而，为了反复使用型砂，若反复使用本发明的再生型砂的制造方法，就能大幅度降低饱和的再生砂的LOI。该方法不单通过降低LOI来降低来自铸型的气体产生量，而且通过提高铸型强度能降低树脂添加量，因而，可大幅度降低气体缺陷，对本领域有益。此外，相对于现有的再生技术，能减少再生处理的重复次数，因而能大幅度降低电力，设备成本也能大幅度降低。 
而且，在实施例1和比较例2中，尽管实施例1的残留有机成分多，但是实施例1与比较例2相比，铸型强度非常优良。 
通常，残留有机成分降低的同时，铸型强度提高，但是，如果长时间研磨或者研磨次数过多，则如比较例1和比较例2的对比所示，尽管残留有机成分降低，但是存在发生强度降低的现象。认为这是由于通过研磨处理而暂时剥离的残留有机成分被砂粉碎得较细并再次附着到砂表面而引起的，这样的再附着成分的比表面积大，因此，特别是对粘合剂的固化产生不良影响。 
另一方面，在本发明中，如实施例1与实施例2的比较所示，在残留有机成分的降低的同时，铸型强度提高。根据本发明，铸型强度进一步提高的理由不清楚，但是，可以推测通过硅油的存在，防止了暂时剥离的残留有机成分的再附着，容易与集尘一起除去，从而对铸型强度有特别的不良影响的再附着成分减少，因此铸型强度的提高变得显著。 
可以看出，在实施例3中，通过在加水研磨工序后的砂中添加硅油，与实施例2相比，能通过短时间的再生处理而有效地除去残留有机成分，使用了该再生砂的铸型能体现出显著的强度。还可以看出，关于设备，由于不必多次重复干式研磨处理，因而不需要引入多段式的设备，通过简单的设备就能进行再生处理。 
实施例4～9以及比较例3～5 
相对于实施例1所示的球状人工陶瓷型砂100重量份，加入碱性酚醛树脂用固化剂(Kao Step KC-130、Kao-Quaker Co.，Ltd.制)0.30重量份、以及碱性酚醛树脂(Kao Step S-660、Kao-Quaker Co.，Ltd.制)1.2重量份并搅拌，成型成砂/金属比为4的铸型。在1400℃下将铸铁熔体(FC200)浇铸到该铸 型中，冷却后，用破碎机对铸型进行破碎处理而得到回收砂。使用新东工业株式会社制的USR型砂再生机，对该回收砂以砂投入速度3.0t/h反复进行2次的干式研磨处理，得到再生砂。使用该再生砂，再次进行上述的铸型的成型、浇铸，冷却后，用破碎机对铸型进行破碎处理，得到LOI为0.79％的回收砂。使用上述的USR砂再生机按照上述条件(砂投入量为3.0t/h、进行2次干式研磨处理)对该回收砂进行砂再生，得到LOI为0.53％的再生砂，将该再生砂用作评价用的原砂。在该再生砂100重量份中添加并混合各种添加剂0.04重量份后，在干式型砂再生装置(Hybrid Sand Master，型号HSM1115，日本铸造株式会社制)中，以2600rpm的转子转速采用80kg砂投入量的分批处理进行6分钟、12分钟、30分钟的干式研磨处理，得到再生砂。在进行干式研磨处理时，使剥离有机成分从流化床浮起而进行集尘处理。各处理时间的再生砂的分析值(LOI)以及铸型强度与实施例1同样地进行测定。结果示于表2。 
在实施例4～9以及比较例3～5中，第2次浇铸后的处理程序与图4所示的实施例2、比较例2的流程对应，回收砂为第2次浇铸后的回收砂，使用各种添加剂来代替硅油。 
比较例6 
除了硅油的添加是在第2次铸型的成型时进行、在Hybrid Sand Master处理之前不进行添加之外，按照与实施例4同样的方法得到再生砂。各处理时间的再生砂的分析值(LOI)以及铸型强度与实施例1同样地进行测定。结果示于表2。 
在实施例4～9以及比较例3～6中，二甲基硅油使用信越化学工业株式会社制的KF-96-30CS。硅酸乙酯缩合物使用Colcoat株式会社制的硅酸乙酯40，聚氧乙烯月桂基醚(EO平均加成摩尔数为2)使用花王株式会社制的Emulgen102KG。油醇、1-辛醇、1，4-丁二醇、1-丁醇以及油酸使用和光纯药工业株式会社制的试剂。它们的物性记载在表2中。另外，在实施例4、7以及比较例6中使用的添加剂的沸点是依据厂商发布的目录值得到的。 
表2 
各实施例中，通过短时间的研磨处理(Hybrid Sand Master)就可使LOI降低，使用了由此得到的再生砂的铸型的强度也提高。 
通过在铸型成型时添加添加剂，未发现砂再生时的LOI降低效果以及铸型强度的提高效果。认为是添加剂因浇铸时的热等而发生分解，从而无法得到效果。 

Claims (8)

1.一种再生型砂的制造方法，其具有：将含有型砂和有机粘合剂的铸型进行破碎以得到回收砂的工序、将添加剂（A）添加到所述回收砂中的工序和工序I，该工序I在所述添加剂（A）的存在下对所述回收砂进行研磨处理以将残留有机成分除去，所述添加剂（A）由在25℃下的表面张力为35mN/m以下且1个大气压下的沸点为150℃以上的液体构成，所述表面张力是利用Wilhelmy法得到的表面张力，所述添加剂（A）是在进行研磨处理时添加，所述添加剂（A）在研磨处理时的存在量相对于所述回收砂100重量份为0.001～0.2重量份，所谓的研磨处理时是指刚要进行研磨之前或者进行研磨的期间。
2.根据权利要求1所述的再生型砂的制造方法，其中，添加剂（A）为选自硅油、碳原子数为8～18的醇、碳原子数为8～18的羧酸、具有碳原子数为1～8的烷基的硅酸烷基酯及其低缩合物以及具有碳原子数为8～18的烷基的聚氧化烯烷基醚中的一种以上的物质。
3.根据权利要求1或2所述的再生型砂的制造方法，其中，回收砂为从使用水溶性酚醛树脂作为有机粘合剂的铸型回收的回收砂。
4.根据权利要求1或2所述的再生型砂的制造方法，其中，回收砂为从使用人工陶瓷砂作为型砂的铸型回收的回收砂。
5.根据权利要求1或2所述的再生型砂的制造方法，其具有相对于回收砂100重量份添加0.5～20重量份的水来进行研磨处理的工序。
6.根据权利要求1所述的再生型砂的制造方法，其中，所述型砂为硅砂、锆砂、铬铁矿砂、合成莫来石砂、SiO2/Al2O3类型砂、SiO2/MgO类型砂或者由矿渣得到的型砂。
7.根据权利要求2所述的再生型砂的制造方法，其中，所述碳原子数为8～18的羧酸为碳原子数为8～18的直链脂肪族羧酸、支链脂肪族羧酸或不饱和脂肪族羧酸。
8.一种铸型的制造方法，其使用由权利要求1～7中任一项所述的制造方法得到的再生型砂。
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