JP2006239707A

JP2006239707A - 再生砂の製造方法

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Publication number: JP2006239707A
Application number: JP2005055489A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Funada; 等船田; Tadashi Kusube; 匡楠部
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2005-03-01
Filing date: 2005-03-01
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2025-03-01
Also published as: JP4679931B2

Abstract

【課題】不純物の除去率が高く鋳物品質及び鋳型強度が向上でき、更に歩留まりが向上した、簡易な再生砂の製造方法を提供する。
【解決手段】鋳物砂を使用して得られた鋳型を破砕した回収砂を、常圧下で過熱水蒸気と接触させる。
【選択図】なし

Description

本発明は鋳型から回収された回収砂からの再生砂の製造方法及びそれにより得られた再生砂を用いた鋳型の製造方法に関する。

一方、鋳型に用いた鋳物砂は、鋳型を粉砕（型ばらし）して得た回収砂に再生処理を施して再利用されることがある。回収砂の再生方法には、古くより湿式再生法、加熱式再生法、乾式再生法等各種の方法が提案され、実施されている。

しかしながら、湿式再生法では汚水処理装置を必要とし、そのために設備費がかかり、又再生費もかさむ。また再生処理後は砂を乾燥させる必要もある。更には加熱式再生法では燃焼設備、空冷設備を必要とし、またダイオキシン類などを含む排ガスの揮散が問題となる。乾式再生法では、遠心力を利用して砂粒間に摩擦を与え砂粒表面に付着している粘結剤等を除く方法が現在一般的に普及している。しかしながら、この方法では、再生効率を高めようとすると、砂の破砕、細粒化などにより歩留まりが低下し、回収砂１トン当たりの動力原単位も大となる。また細粒骨材に対しては再生処理が困難で、更には最近多用されるようになってきた耐火性粒状人工骨材に対しては、再生処理後も鋳型強度が向上しない場合があった。

こうした背景から、鋳物砂の再生方法の改善について種々の提案がなされている。例えば、特許文献１には、１００℃以上に加熱された水と接触させる工程を有する回収鋳物砂の再生方法が提案されている。
特開２００２−１７８１００号

特許文献１は、不純物の除去率が高く鋳物品質及び鋳型強度が向上できるとされているが、回収鋳物砂を高温、高圧するため、設備面での制約がある。また、処理後の冷却を水と接触した状態で行うのが現状であり、再生処理後の乾燥工程も必要となる。このため、こうした効果が簡易に得られる方法とは言い難い。

本発明は、不純物の除去率が高く鋳物品質及び鋳型強度が向上できる、より簡易な再生砂の製造方法を提供することを目的とする。更に本発明は、砂の破砕や細粒化が起こらず、歩留まりが向上する再生砂の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、鋳物砂を使用して得られた鋳型を破砕した回収砂を、常圧下で過熱水蒸気と接触させる工程を有する、再生砂の製造方法に関する。

また、本発明は、上記本発明の再生砂の製造方法により得られた再生砂を有機系バインダーで硬化させる工程を有する、鋳型の製造方法に関する。

本発明の再生砂の製造方法によれば、従来の機械的に砂表面を処理する方法に比べ、歩留まりを落とすことなく効率よく残留有機分を除去した鋳物砂を、簡易に得ることができる。また、本発明によって再生された鋳物砂は、鋳物品質及び鋳型強度に優れた鋳型を提供することができる。

本発明では、回収砂（鋳物古砂）を過熱水蒸気と接触させる。回収砂を水蒸気の状態で熱処理するため、処理後の乾燥工程が不要である。また、常圧下で回収砂と過熱水蒸気とを接触させるため、装置も簡易となる。なお、過熱水蒸気とは、約１００℃の水蒸気を常圧のまま更に加熱した気体である。

本発明において、回収砂と過熱水蒸気とを接触させる方法としては、例えばロータリーキルン上部より回収砂を、側面部より過熱水蒸気を導入し、回転させながら回収砂表面に吹き付け連続的に処理する方法や、炭化炉中に投入された回収砂に過熱水蒸気を噴射する方法などが挙げられる。本発明において、回収砂と過熱水蒸気とを接触させる時間は、本発明の効果発現及びエネルギーコストの観点から１０〜１２０分が好ましく、２０〜９０分がより好ましく、３０〜６０分が更に好ましい。

回収砂と過熱水蒸気の接触には、例えば特開２００２−８０８５４号や特開２００４−２０９３１４号に示されている装置を用いることができ、回収砂の再生処理量が多い場合には、前者の装置が好ましく、処理量が少ない場合には後者の装置が好ましい。

このようにして過熱水蒸気処理を行った回収砂を、微粉セパレータにかけ微粉分を取り除き、再生砂として使用する。なお、ここで、回収砂、再生砂とは、「図解鋳造用語辞典」（社団法人日本鋳造工学会編、２００３年４月２８日、日刊工業新聞社発行）にそれぞれ記載されている通りである。

本発明に用いられる回収砂は、珪砂、ジルコン砂、クロマイト砂、合成ムライト砂やＭｇＯ系の耐火性粒状人工骨材などの鋳物砂に、バインダーを使用して造型した後、解枠（型ばらし）して得られた回収砂ないし余剰砂（以下、合わせて回収砂という）である。また、火炎溶融法にて製造された球状鋳物砂から得られた鋳型からの回収砂を使用することもできる。このような球状鋳物砂は、例えば特開２００４−２０２５７７号に示されるような火炎溶融法により製造される。即ち、Ａｌ₂Ｏ₃及びＳｉＯ₂を主成分とし、Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂重量比率が０．９〜１．７、平均粒径が０．０５〜２ｍｍの粉末粒子を出発原料とし、当該粉末粒子を酸素等のキャリアガスに分散させ、下記火炎中で溶融して球状化する。用いる火炎はプロパン、ブタン、メタン、天然液化ガス、ＬＰＧ、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たものや、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などが使用できる。

本発明の製造方法は、過熱水蒸気により残存したバインダーを炭化・除去させることにより効果を発現するものであるから、特に有機系バインダーで造型された鋳型から回収された回収砂に好適である。ここで有機系バインダーとしては、フラン樹脂、フェノール樹脂、アルカリフェノール樹脂、シェルモールド法、フェノールウレタン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂やメチレンジアクリルアミド等の不飽和基を有する樹脂、澱粉、ゼラチン、糖類等が挙げられる。

本発明において、過熱水蒸気の温度は、有機バインダーが付着した回収砂の有機分の炭化促進という観点から、３００℃以上が好ましく、更には５００℃以上が好ましい。また、上限温度は特に限定されないが、エネルギーコストの観点から、１２００℃以下が好ましく、１０００℃以下がより好ましい。ここで、過熱水蒸気の温度は、常圧での温度である。なお、本発明において、常圧とは、大気圧をいうが、若干の減圧又は加圧の範囲（例えば０．０５〜０．１５ＭＰａ、好ましくは０．０８〜０．１２ＭＰａの減圧又は加圧）は含むものとし、大気圧が好ましい。

本発明の再生砂の製造方法は、残存したバインダーを除去するのが困難な耐火性粒状人工骨材に対しても顕著な効果を発現することから、回収砂として、耐火性粒状人工骨材を３０〜１００重量％、更に５０〜１００重量％含有するものを好適に使用することができる。

本発明により再生された鋳物砂を用いて鋳型を製造する方法としては、鋳物砂に対して、従来公知の鋳型バインダー、例えば、粘土、水ガラス、シリカゾル、無機塩、エチルシリケート等の無機系バインダー、フラン樹脂、フェノール樹脂、アルカリフェノール樹脂、シェルモールド法、フェノールウレタン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂やメチレンジアクリルアミド等の不飽和基を有する樹脂、澱粉、ゼラチン、糖類等の有機系バインダーを用いて、それぞれ従来公知の硬化方法により鋳型を製造することができる。バインダーは有機系バインダーが好ましい。これらバインダーは、本発明により再生された鋳物砂１００重量部に対して、通常０．０５〜１０重量部添加するのが好適である。また、従来公知のシランカップリング剤、添加剤等を用いても構わない。

珪砂及び尿素変性フラン樹脂を粘結剤に使用して得られた鋳型を破砕した回収砂（珪砂回収砂）、又は、合成ムライト砂及び水溶性アルカリフェノール樹脂を粘結剤に使用して得られた鋳型を破砕した回収砂（合成ムライト回収砂）を、外気の進入を防止できる構造のロータリーキルン方式の処理炉に投入し、回収砂を回転攪拌させながら過熱水蒸気を表１、２に示す条件で供給し、回収砂と接触させた。

その後、過熱水蒸気処理砂をサイクロン式セパレータにより微粉分を除去し、再生砂（珪砂再生砂又は合成ムライト再生砂）とした。得られた再生砂について、鋳型強度、強熱減量、並びに歩留まりを以下の方法で測定した。結果を表１、２に示す。

（１）鋳型強度
ＪＩＳＺ２６０１−１９９３により測定した。ただし、尿素変性フラン樹脂を用いた珪砂再生砂については、２５℃×６０％ＲＨ条件下で、「カオーライトナーＣ−１４」（花王クエーカー（株）製）を珪砂再生砂１００重量部に対し０．３２重量部添加混練後、「カオーライトナー３４０Ｂ」（花王クエーカー（株）製）を珪砂再生砂１００重量部に対し０．８重量部添加し混練後、直ちに直径５０ｍｍ×高さ５０ｍｍのテストピースに充填し、２４時間後、圧縮強度（ＭＰａ）を測定した。また、水溶性アルカリフェノール樹脂を用いた合成ムライト再生砂については、「カオーステップＱＸ−１４０」（花王クエーカー（株）製）を合成ムライト再生砂１００重量部に対し０．３重量部添加し混練後、「カオーステップＳ−６６０」（花王クエーカー（株）製）を合成ムライト再生砂１００重量部に対し１．５重量部添加し混練後、直ちに直径５０ｍｍ×高さ５０ｍｍのテストピースに充填し、２４時間後、圧縮強度（ＭＰａ）を測定した。

（２）強熱減量
鋳物砂中に含まれる粘土の結晶水、有機粘結剤や添加剤などの有機物の量であり、ＪＩＳＺ２６０１−１９９３により測定した。

（３）歩留まり
再生処理（微粉除去後）前後での砂重量％で求めた。

（注）比較例１は、通常の機械的再生処理を想定したものであり、ロータリーリクレーマー（日本鋳造（株）製）のＢ再生条件（弱条件）により１パス処理した。

（注）比較例２は、通常の機械的再生処理を想定したものであり、ロータリーリクレーマー（日本鋳造（株）製）のＡ再生条件（強条件）により４パス処理した。

Claims

鋳物砂を使用して得られた鋳型を破砕した回収砂を、常圧下で過熱水蒸気と接触させる工程を有する、再生砂の製造方法。
過熱水蒸気の温度が３００℃以上である請求項１記載の再生砂の製造方法。
回収砂が有機系バインダーで造型された鋳型から得られたものである請求項１又は２記載の再生砂の製造方法。
回収砂が、耐火性粒状人工骨材を３０〜１００重量％含有する請求項１〜３の何れか１項記載の再生砂の製造方法。
請求項１〜４の何れか１項記載の製造方法により得られた再生砂を有機系バインダーで硬化させる工程を有する、鋳型の製造方法。