JP2013043180A - Molding sand and method for producing the same - Google Patents

Molding sand and method for producing the same Download PDF

Info

Publication number
JP2013043180A
JP2013043180A JP2011180164A JP2011180164A JP2013043180A JP 2013043180 A JP2013043180 A JP 2013043180A JP 2011180164 A JP2011180164 A JP 2011180164A JP 2011180164 A JP2011180164 A JP 2011180164A JP 2013043180 A JP2013043180 A JP 2013043180A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sand
weight
mold
mgo
sio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2011180164A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5815328B2 (en
Inventor
Kokichi Tani
浩吉 谷
Masahiko Hataji
正彦 畑地
Tomokazu Sakai
友和 酒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kinsei Matec Co Ltd
Original Assignee
Kinsei Matec Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kinsei Matec Co Ltd filed Critical Kinsei Matec Co Ltd
Priority to JP2011180164A priority Critical patent/JP5815328B2/en
Publication of JP2013043180A publication Critical patent/JP2013043180A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5815328B2 publication Critical patent/JP5815328B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Mold Materials And Core Materials (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide molding sand which has high heat resistance, is excellent in low expansibility and low friability, is applicable to the casting of a large cast steel article having high pouring temperature, is excellent in reusability of sand, and has high production yield, and can be produced inexpensively; and to provide a method for producing the molding sand.SOLUTION: Molding sand has chemical components of, 50-85 wt.% AlO, 5-40 wt.% MgO, >0 to ≤20 wt.% SiO, wherein the total of the weight percentage of AlO, MgO and SiOis ≤100 wt.%, wherein the molding sand includes a molten spherical substance having as one kind of crystal construction, single spinel or composite of spinel with any one of alumina, mullite, cordierite and sapphirine, and wherein the molten spherical substance has a particle size distribution of 30-3,000 μm.

Description

本発明は溶融球状物からなる鋳型砂とその製造方法に関する。詳しくは、耐熱性、低膨張性、低破砕性、生産収率、砂の再使用性に優れており、注湯温度が高い大形鋳鋼品の鋳造にも適用できるうえ、製造コストが安価な鋳型砂とその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a mold sand made of a molten sphere and a method for producing the same. Specifically, it has excellent heat resistance, low expansibility, low crushability, production yield, sand reusability, and can be applied to casting of large cast steel products with high pouring temperature, and at low manufacturing costs. The present invention relates to a molding sand and a manufacturing method thereof.

鋳造工場で使用される鋳型砂は、一般に有機系や無機系の粘結剤を添加して所定形状にされ、これを硬化させることで鋳型に成型される。そしてこの鋳型に金属溶湯が注入されることで鋳造品が製造される。   Mold sand used in a foundry is generally formed into a predetermined shape by adding an organic or inorganic binder and curing it. A cast product is manufactured by pouring molten metal into the mold.

上記の鋳型の製造方法としては、フラン樹脂法やアルカリフェノール樹脂法、CO−水ガラス法、セラミックモールド法、セラミックシェルモールド法などが知られている。これら製造方法の相違点には、使用する粘結剤および成型方法がある。 Known methods for producing the mold include the furan resin method, the alkali phenol resin method, the CO 2 -water glass method, the ceramic mold method, and the ceramic shell mold method. Differences in these production methods include the binder and molding method used.

フラン樹脂法はフラン樹脂に有機酸を添加して硬化させるものである。アルカリフェノール樹脂法はアルカリフェノールを有機エステルで硬化させるものである。フェノール樹脂法はRCS法とも言われ、レジンコーテッドサンド(以下RCSという)を熱硬化させて鋳型を成型する方法である。CO−水ガラス法は珪酸ナトリウムを添加した鋳型砂に炭酸ガスを吹き付けて硬化成型する方法である。セラミックモールド法およびセラミックシェルモールド法は精密鋳造法に使用される鋳型造型法で、鋳型用砂は精密鋳造鋳型骨材またはスタッコ材としての使用がなされる。 In the furan resin method, an organic acid is added to the furan resin and cured. In the alkali phenol resin method, alkali phenol is cured with an organic ester. The phenol resin method is also called an RCS method, and is a method in which a resin-coated sand (hereinafter referred to as RCS) is thermally cured to mold a mold. The CO 2 -water glass method is a method in which carbonic acid gas is blown onto mold sand to which sodium silicate is added for hardening molding. The ceramic mold method and the ceramic shell mold method are mold making methods used for precision casting, and the mold sand is used as precision casting mold aggregate or stucco material.

鋳型砂は、一般的に珪砂が用いられている。しかし、珪砂は573℃において急激な熱膨張が現れるため、それらによる鋳造欠陥を発生し易いといった問題点がある。また、珪砂は加熱によって砂粒子が破壊され易いため、鋳型砂とした場合に発塵が多くなり、廃棄物が多量に生じるという環境上の問題点がある。   Silica sand is generally used as the mold sand. However, since quartz sand exhibits rapid thermal expansion at 573 ° C., there is a problem that casting defects are likely to occur. Moreover, since sand particles are easily destroyed by heating, there is an environmental problem in that when sand is used as mold sand, dust generation increases and a large amount of waste is generated.

従来、上記問題点を解消するため、合成ムライトの原料からなる微粉末を焼成して球状化した鋳型砂が提案されている(特許文献1参照)。すなわち、この鋳型砂は、化学成分がAlが20〜70重量%でSiOが80〜30重量%となるようにスラリー状に泥漿(スラリー状物)を配合し、これに解こう剤を添加してスプレードライヤーにより微粒化し、これをロータリーキルンにて1550℃付近で焼結して球状の鋳型砂としている。 Conventionally, in order to solve the above-mentioned problems, there has been proposed a molding sand obtained by baking fine powder made of a synthetic mullite raw material into a spherical shape (see Patent Document 1). That is, this mold sand is mixed with slurry (slurry) so that the chemical components are 20 to 70% by weight of Al 2 O 3 and 80 to 30% by weight of SiO 2 . The agent is added and atomized with a spray dryer, and this is sintered in the vicinity of 1550 ° C. in a rotary kiln to obtain spherical mold sand.

このような鋳型砂は、珪砂に比べて強度が高く、廃棄物の減少化と砂の再使用率の向上、鋳型強度の向上、さらに粘結剤の使用量の減少によるコスト面での効果に優れている。しかしながら、これらの鋳型砂は上記配合のスラリー状物を噴霧して得た微粒子を焼結していることから、焼結物である微粒子の表面はムライト結晶として存在している。しかもその表面は、図9(c)に示す走査型電子顕微鏡(以下、「SEM」と称する)写真の如く、凹凸形状となっていて滑らかではない。   Such mold sand has higher strength than quartz sand, and it is effective for cost reduction by reducing waste, improving sand reuse rate, improving mold strength, and reducing the amount of binder used. Are better. However, since these mold sands sinter the fine particles obtained by spraying the slurry-like material having the above-mentioned composition, the surface of the fine particles as a sintered product exists as mullite crystals. Moreover, as shown in a scanning electron microscope (hereinafter referred to as “SEM”) photograph shown in FIG.

このように、砂粒子の表面に凹凸が多いと、砂粒子への粘結剤の吸着量の増加、ひいては粘結剤の使用量が多くなりコスト高になるうえ、砂粒子の破砕性を増大させる傾向がある。また、回収した鋳型砂に含まれる残留物が多くなることで耐熱性と硬化特性を低下させる問題がある。その結果、この鋳型砂はリサイクル性や強度的に安定した鋳型特性を得る観点からは未だ十分とは言えない状態にある。   In this way, if the surface of the sand particles has many irregularities, the amount of binder adsorbed on the sand particles increases, and the amount of binder used increases, resulting in higher costs and increased sand particle crushability. There is a tendency to make it. Moreover, there is a problem that heat resistance and curing characteristics are deteriorated due to an increase in residues contained in the recovered molding sand. As a result, this mold sand is not yet sufficient from the viewpoint of obtaining recyclability and stable mold characteristics in terms of strength.

そこで、砂粒子の表面を平滑にした鋳型砂を得るための製造方法として、上記の造粒して焼結する方法(特許文献1参照)の他に、アーク溶融吹き込み法(特許文献2参照)が提案されている。アーク溶融吹き込み法は、Al−SiO系の耐火物原料を溶融させ、高圧ガスを吹き付けて微粒子状に飛散させながら冷却固化することで、Alが40〜90重量%、SiOが60重量%以下でムライト並びにアルミナの結晶構造を有する溶融球状鋳型砂を得る方法である。この方法によれば、図9(a)に示すSEM写真の如く、表面が平滑な砂粒子を得ることができる。 Therefore, as a manufacturing method for obtaining mold sand with a smooth surface of sand particles, in addition to the above-mentioned granulating and sintering method (see Patent Document 1), an arc melt blowing method (see Patent Document 2). Has been proposed. In the arc melting blowing method, the Al 2 O 3 —SiO 2 refractory raw material is melted and cooled and solidified while spraying high-pressure gas and spraying into fine particles, so that Al 2 O 3 is 40 to 90% by weight, This is a method for obtaining molten spherical mold sand having a crystal structure of mullite and alumina with SiO 2 of 60% by weight or less. According to this method, sand particles having a smooth surface can be obtained as shown in the SEM photograph shown in FIG.

アーク溶融吹き込み法に用いられる鋳型砂製造装置が、製造装置としては簡易であり、汎用装置として適用実績が多く、連続溶融作業が可能であることから、アーク溶融吹き込み法は、工業的に実施する製造方法としては最適な方法として考えられる。   The casting sand production apparatus used for the arc melting blowing method is simple as a manufacturing apparatus, has a lot of application results as a general-purpose device, and can be continuously melted. Therefore, the arc melting blowing method is implemented industrially. As a manufacturing method, it is considered as an optimum method.

特公平3−47943号公報Japanese Patent Publication No. 3-47943 特許第3878496号公報Japanese Patent No. 3878496

しかし、Al−SiO系の原料をアーク法で溶融して高圧ガスで吹き込む場合、例えば、カオリン繊維(Alが45.5重量%、SiOが50.5重量%)やボーキサイト繊維(Alが70重量%、SiOが23重量%)のようなSiOの重量%が高い成分が原料中に多く含まれていると、原料の溶融点が低くなると同時に高圧ガスの吹き付けによって鋳型砂が繊維状や楕円状になり易い。つまりカオリン繊維やボーキサイト繊維のようなSiOの重量%が高い成分が原料中に多く含まれていると目的とする球状砂の作成が困難となる。 However, when an Al 2 O 3 —SiO 2 type raw material is melted by an arc method and blown with a high-pressure gas, for example, kaolin fibers (Al 2 O 3 is 45.5 wt%, SiO 2 is 50.5 wt%) If the raw material contains many components having a high SiO 2 weight percent, such as bauxite fiber (70% by weight of Al 2 O 3 and 23% by weight of SiO 2 ), the melting point of the raw material is lowered at the same time. The molding sand is likely to become fibrous or elliptical by spraying high pressure gas. That is, when a raw material contains a large amount of a high SiO 2 weight% component such as kaolin fiber or bauxite fiber, it becomes difficult to produce the desired spherical sand.

また、上記の従来技術においてはムライト(3Al・2SiO;化学成分Alが71.8重量%、SiOが28.2重量%)およびアルミナに近い範囲にある組成の原料を使用する場合が多い。その場合においても、SiOの含有量は比較的高いため、高圧ガスで飛散した溶融物は繊維状や楕円状の粒子になる傾向があり、そのため、鋳型砂に適した球状粒子を容易に得ることができない。このように、鋳型砂に適した球状粒子砂を効率よく得ることに対しては更なる改善が必要であり、問題点として残されている。 In the above prior art, a raw material having a composition close to that of mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ; chemical component Al 2 O 3 is 71.8 wt%, SiO 2 is 28.2 wt%) and alumina Is often used. Even in that case, since the content of SiO 2 is relatively high, the melt scattered by the high-pressure gas tends to become fibrous or elliptical particles. Therefore, spherical particles suitable for mold sand can be easily obtained. I can't. Thus, further improvement is required for efficiently obtaining spherical particle sand suitable for mold sand, and it remains as a problem.

さらに、アーク溶融時の炭素による還元反応を原因としてシリカの分離が生ずることがある。シリカの分離が生ずると浮遊微粒子の粉塵が多量に発生し易い。それによって吹き付け後の球状粒子の生産性が劣ることや作業環境が劣悪となるといった作業環境の悪化が懸念されている。   Further, silica separation may occur due to the reduction reaction by carbon during arc melting. When silica separation occurs, a large amount of suspended particulate dust is likely to be generated. As a result, there is a concern that the working environment is deteriorated such that the productivity of the spherical particles after spraying is inferior and the working environment is deteriorated.

そこで、本願発明の目的は、上記課題を鑑み、耐熱性が高く低膨張性や低破砕性に優れ、注湯温度が高い大形鋳鋼品の鋳造にも適用でき、なおかつ、砂の再使用性に優れており、しかも製造時の収率が高い鋳型砂を提供することである。また、別の目的は、その鋳型砂の製造方法を提供することである。   Therefore, in view of the above-mentioned problems, the object of the present invention is applicable to the casting of large cast steel products having high heat resistance, low expansion and low crushability, and high pouring temperature, and sand reusability. In addition, it is to provide a molding sand which is excellent in production and has a high yield during production. Another object is to provide a method for producing the molding sand.

上記の課題を解決するために、本発明の請求項1に係る鋳型砂は、Alが50〜85重量%、MgOが5〜40重量%、SiOが0重量%を超え20重量%以下の化学成分を有し、Alの重量%とMgOの重量%とSiOの重量%との合計が100重量%以下であり、かつ、スピネル(MgO・Al)を結晶構成の一種とする溶融球状物を含み、この溶融球状物が30〜3000μmの粒度分布を有することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the molding sand according to claim 1 of the present invention has Al 2 O 3 of 50 to 85% by weight, MgO of 5 to 40% by weight, SiO 2 of more than 0% by weight and 20% by weight. % Of chemical component, and the total of the weight percent of Al 2 O 3 , the weight percent of MgO and the weight percent of SiO 2 is 100 wt% or less, and spinel (MgO · Al 2 O 3 ) A molten sphere having a crystal structure is included, and the molten sphere has a particle size distribution of 30 to 3000 μm.

また、本発明の請求項2に係る鋳型砂は、スピネル(MgO・Al)と、アルミナ(α−Al)、ムライト(3Al・2SiO)、コーディエライト(2MgO・2Al・5SiO)、およびサフィリン(4MgO・5Al・2SiO)のいずれかとの複合物を結晶構成の一種とし、Alが50〜85重量%、MgOが5〜40重量%、SiOが0重量%を超え20重量%以下の化学成分を有する溶融球状物を含み、Alの重量%とMgOの重量%とSiOの重量%との合計が100重量%以下であり、溶融球状物が30〜3000μmの粒度分布を有することを特徴とする。 Further, molding sand according to claim 2 of the present invention, a spinel (MgO · Al 2 O 3) , alumina (α-Al 2 O 3) , mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ), cordierite ( 2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2 ) and sapphirine (4MgO · 5Al 2 O 3 · 2SiO 2 ) as a kind of crystal structure, Al 2 O 3 is 50 to 85% by weight, MgO is 5-40 wt%, SiO 2 containing molten spheroids having a chemical component of more than 0 wt% but not more than 20 wt%, the sum of Al 2 O 3 wt%, MgO wt% and SiO 2 wt% Is 100% by weight or less, and the molten sphere has a particle size distribution of 30 to 3000 μm.

また、本発明の請求項3に係る鋳型砂の製造方法は、MgO源およびアルミナ源の少なくとも一方から調製され、Alが50〜85重量%、MgOが5〜40重量%、SiOが0重量%を超え20重量%以下の化学成分を有し、Alの重量%とMgOの重量%とSiOの重量%との合計が100重量%以下である耐火物原料を溶融炉に投入後、耐火物原料を溶融し、耐火物原料が溶融することで形成された溶融物に高圧ガスを吹き付けて微粒子状に飛散させながら冷却固化することで、スピネルを結晶構成の一種とし、かつ、30〜3000μmの粒度分布を有する溶融球状物を形成することを特徴とする。 Further, the method of manufacturing molding sand according to claim 3 of the present invention are prepared from at least one of MgO source and alumina source, Al 2 O 3 is 50 to 85 wt%, MgO 5 to 40 wt%, SiO 2 A refractory raw material having a chemical component of more than 0% by weight and not more than 20% by weight, and the total of the weight percent of Al 2 O 3 , the weight percent of MgO and the weight percent of SiO 2 is not more than 100% by weight After being put into the furnace, the refractory raw material is melted, and a high-pressure gas is blown to the melt formed by melting the refractory raw material to cool and solidify it as fine particles, thereby making spinel a kind of crystal structure. And a molten sphere having a particle size distribution of 30 to 3000 μm is formed.

また、本発明の請求項4に係る鋳型砂の製造方法は、MgO源およびアルミナ源の少なくとも一方から調製され、Alが50〜85重量%、MgOが5〜40重量%、SiOが0重量%を超え20重量%以下の化学成分を有し、Alの重量%とMgOの重量%とSiOの重量%との合計が100重量%以下である耐火物原料を溶融炉に投入後、耐火物原料を溶融し、耐火物原料が溶融することで形成された溶融物に高圧ガスを吹き付けて微粒子状に飛散させながら冷却固化することで、スピネルと、アルミナ、ムライト、コーディエライト、およびサフィリンのいずれかとの複合物を結晶構成の一種とし、かつ、30〜3000μmの粒度分布を有する溶融球状物を形成することを特徴とする。 Further, the method of manufacturing molding sand according to claim 4 of the present invention are prepared from at least one of MgO source and alumina source, Al 2 O 3 is 50 to 85 wt%, MgO 5 to 40 wt%, SiO 2 A refractory raw material having a chemical component of more than 0% by weight and not more than 20% by weight, and the total of the weight percent of Al 2 O 3 , the weight percent of MgO and the weight percent of SiO 2 is not more than 100% by weight After charging into the furnace, the refractory raw material is melted, and the solid formed by melting the refractory raw material is sprayed with high pressure gas to be cooled and solidified while being dispersed in fine particles, so that spinel, alumina, mullite, A composite with either cordierite or saphirin is a kind of crystal structure, and a molten sphere having a particle size distribution of 30 to 3000 μm is formed.

ここで、「溶融球状物」とは、耐火物原料を溶融状態で微粒子化し、球状のまま冷却固化して得たものをいう。この溶融球状物の化学成分はSiOが20重量%を越えると繊維状や楕円状の物が増加する傾向が認められるが、本発明ではスピネルにおけるシリカの重量%を0重量%を超え20重量%以下に設定した場合、溶融物に高圧ガスを吹き付けて飛散させることでより効率的に球状物の製造が可能となる。 Here, the “melted sphere” refers to a product obtained by making a refractory material into fine particles in a molten state and cooling and solidifying the refractory material in a spherical shape. As for the chemical composition of the molten spheres, when SiO 2 exceeds 20% by weight, a tendency to increase the number of fibers and ellipsoids is recognized. However, in the present invention, the weight% of silica in the spinel exceeds 0% by weight and 20% by weight. When it is set to be equal to or less than%, it becomes possible to manufacture spherical objects more efficiently by spraying high-pressure gas on the melt.

「複合物」とは、複数の種類の結晶が合わさって1つになったものを言う。上述した「スピネルと、アルミナ、ムライト、コーディエライト、およびサフィリンのいずれかとの複合物」とは、アルミナ、ムライト、コーディエライト、およびサフィリンのいずれかとスピネルとが合わさって1つになったものを意味する。   “Composite” refers to a combination of a plurality of types of crystals. The above-mentioned “composite of spinel and any one of alumina, mullite, cordierite, and sapphirine” is a combination of any one of alumina, mullite, cordierite, and saphirin combined with spinel. Means.

Alが50〜85重量%、MgOが5〜40重量%、SiOが0重量%を超え20重量%以下の化学成分を有し、Alの重量%とMgOの重量%とSiOの重量%との合計が100重量%以下である溶融物は、Al−SiO系耐火物原料の場合の溶融性に比較して溶融時における発塵量が少なく、溶融性、作業環境および生産性が向上し、なおかつ、耐火性に優れるとの特徴がある。 Al 2 O 3 has 50 to 85% by weight, MgO has 5 to 40% by weight, SiO 2 has a chemical component of more than 0% and less than 20% by weight, Al 2 O 3 wt% and MgO wt% And a SiO 2 weight% total of 100% by weight or less is less melted than the meltability of the Al 2 O 3 —SiO 2 refractory raw material. Characteristics, work environment and productivity, and excellent fire resistance.

また、上記の溶融球状物の結晶構成の一種であるスピネルは硬度が高く、融点が高い(2100℃)。このスピネルの融点は、アルミナ2050℃、ムライト1850℃より高いので、耐熱性が高いうえ低破砕性に優れる結果が得られている。   Spinel, which is a kind of crystal structure of the molten sphere, has a high hardness and a high melting point (2100 ° C.). Since the melting point of this spinel is higher than 2050 ° C. of alumina and 1850 ° C. of mullite, the result is that the heat resistance is high and the low crushability is excellent.

しかも、図3ないし図8に示すとおり、冷却して得られた溶融球状砂の表面はガラス質の如く平滑であり、鋳型砂としては最適な形状を示している。このように、前記の従来技術の焼結により得られた微粒子に比較して表面が極めて滑らかな球面を形成しており、粘結剤の過剰な吸着が防止される効果が現れる。   Moreover, as shown in FIG. 3 to FIG. 8, the surface of the molten spherical sand obtained by cooling is smooth like a glass and shows an optimum shape as mold sand. As described above, a spherical surface having an extremely smooth surface is formed as compared with the fine particles obtained by the above-mentioned conventional sintering, and an effect of preventing excessive adsorption of the binder appears.

上述したとおり、スピネルを結晶構成の一種とする溶融球状物は、硬度が高い。アルミナ、ムライト、コーディエライト、および、サフィリンのいずれかとスピネルとの複合物を結晶構成の一種とする溶融球状物も、硬度が高い。また、スピネルの融点は2100℃、アルミナの融点は2050℃、ムライトの融点は1850℃、サフィリンの融点は1475℃、コーディエライトの融点は1460℃であるが、これらの複合体の組成としては、スピネル、アルミナ、ムライトを多く含むものが耐熱性の観点からはより好ましい。即ち、鋳型砂として要求される耐熱性は、鋳鉄鋳物の通例の注湯温度が1300℃以上、銅合金鋳物の注湯温度が1100℃以上、アルミニウム合金鋳物の注湯温度が700℃以上で実施されていることを考慮した場合、サフィリン、コーディエライトを一部組成として含む本発明の鋳型砂を使用した場合においても実用上の耐熱性は特に問題はない。又、注湯温度の高い大物鋳鋼用として適用する場合は、スピネル単独又はスピネル、アルミナ、ムライトを多く含む組成物は耐熱性が高くなることから、これらを鋳型砂として適用した場合は実用上より効果的で好ましい。   As described above, a molten sphere having spinel as a kind of crystal structure has high hardness. A molten sphere having a composite of any one of alumina, mullite, cordierite, and sapphirine and spinel as a crystal structure also has high hardness. The melting point of spinel is 2100 ° C, the melting point of alumina is 2050 ° C, the melting point of mullite is 1850 ° C, the melting point of saphirin is 1475 ° C, and the melting point of cordierite is 1460 ° C. Those containing a large amount of spinel, alumina and mullite are more preferable from the viewpoint of heat resistance. In other words, the heat resistance required for mold sand is as follows: the casting temperature of cast iron castings is typically 1300 ° C or higher, the casting temperature of copper alloy castings is 1100 ° C or higher, and the casting temperature of aluminum alloy castings is 700 ° C or higher. In view of the above, even when using the mold sand of the present invention partially containing sapphirine and cordierite, there is no particular problem in practical heat resistance. In addition, when applied to large cast steel with a high pouring temperature, spinel alone or a composition containing a large amount of spinel, alumina, and mullite has high heat resistance. Effective and preferred.

さらに、アルミナ、ムライト、コーディエライト、サフィリンは耐火物原料の溶融直後に含まれるAl−MgO−SiO系の非晶質組成物が1000℃以上の再加熱によって結晶質の安定結晶に転移することで生成する。このことは後述する表1によって明確に示されている。これらは耐熱性のある安定相となることからより好ましい結果となる。 Furthermore, alumina, mullite, cordierite, and sapphirine are crystalline stable crystals obtained by reheating the Al 2 O 3 —MgO—SiO 2 -based amorphous composition contained immediately after melting the refractory raw material at 1000 ° C. or higher. Generated by transitioning to. This is clearly shown in Table 1 below. Since these become a stable phase having heat resistance, more preferable results are obtained.

上記の鋳型砂は粘結剤を含んでいてもよく、この粘結剤としては、具体的にはフラン樹脂、フェノール樹脂、オイルウレタン樹脂、フェノールウレタン樹脂、アルカリフェノール樹脂、珪酸ソーダ、ベントナイト、耐火粘土、コロイダルシリカ、エチルシリケート加水分解液などをあげることができるが、これらに限定されるものではない。   The above-mentioned mold sand may contain a binder. Specifically, as the binder, furan resin, phenol resin, oil urethane resin, phenol urethane resin, alkali phenol resin, sodium silicate, bentonite, fireproof Examples thereof include, but are not limited to, clay, colloidal silica, and ethyl silicate hydrolyzate.

上記の鋳型砂の製造方法において用いる耐火物原料としては、具体的には、Mg−O系の耐火物原料(「MgO源」と称する。)、及び、Al−SiO系の耐火物原料(「アルミナ源」と称する。)を挙げることができる。MgO源の例には、マグネシアクリンカー、焼成マグネサイト、カンラン石、コーディエライト、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、スピネル、MgOがある。アルミナ源の例には、合成ムライト、焼成ボーキサイト、ボーキサイト、溶融アルミナ、焼結アルミナ、水酸化アルミニウム、バン土頁岩、シャモット、焼熱焦宝石、焦宝石、仮焼フリントクレー、フリントクレー、カイヤナイト、シリマナイト、アンダルサイト、メタカオリン、及びカオリンがある。もちろん、MgO源、及び、アルミナ源は、これら例示したものに限定されない。さらに、MgO源として上述したものの中から選ばれた1種または2種以上の混合体を用いてもよいし、アルミナ源として上述したものの中から選ばれた1種または2種以上の混合体を用いてもよい。MgO源としてどのようなものを用いるかということ、および、アルミナ源としてどのようなものを用いるかということは、鋳型砂の性状には大きな影響を与えない。 Specifically, the refractory raw material used in the above-described method for producing mold sand includes an Mg—O-based refractory raw material (referred to as “MgO source”) and an Al 2 O 3 —SiO 2 -based refractory. And a raw material (referred to as “alumina source”). Examples of MgO sources include magnesia clinker, calcined magnesite, olivine, cordierite, magnesium carbonate, magnesium hydroxide, spinel, MgO. Examples of alumina sources include synthetic mullite, calcined bauxite, bauxite, fused alumina, sintered alumina, aluminum hydroxide, van earth shale, chamotte, calcined pyroxene, pyroxene, calcined flint clay, flint clay, kyanite , Sillimanite, andalusite, metakaolin, and kaolin. Of course, the MgO source and the alumina source are not limited to those exemplified. Furthermore, you may use 1 type, or 2 or more types of mixtures chosen from what was mentioned above as a MgO source, and 1 type, or 2 or more types of mixtures chosen from what was mentioned above as an alumina source. It may be used. What is used as the MgO source and what is used as the alumina source do not significantly affect the properties of the mold sand.

本発明は上記のように構成され作用することから次の効果(1)〜(3)を奏する。   Since the present invention is configured and operates as described above, the following effects (1) to (3) are obtained.

(1)スピネルを結晶構成の一種としているので、溶融球状物の融点が高く、耐熱性に優れるうえ、強度が高く、低膨張性や低破砕性に優れる。この結果、この鋳型砂で形成した鋳型は鋳型強度が高い上SK37(1825℃)以上の高い耐火度を有しており、注湯温度が1550〜1650℃と高い大形鋳鋼品の鋳造にも適用することができる。しかもこの鋳型砂で形成した鋳型は高温時における耐熱性や強度が高いことから、鋳型の高温における型崩れや熱膨張に起因する鋳造欠陥を防止でき、高精度の鋳物を製造することができる。 (1) Since spinel is a kind of crystal structure, the melting sphere has a high melting point, excellent heat resistance, high strength, and low expansion and low crushability. As a result, the mold formed of this mold sand has a high mold strength and a high fire resistance of SK37 (1825 ° C) or higher, and casting of a large cast steel product having a high pouring temperature of 1550 to 1650 ° C. Can be applied. In addition, since the mold formed of the mold sand has high heat resistance and high strength at high temperatures, it is possible to prevent casting defects due to mold collapse and thermal expansion of the mold at high temperatures, and high-precision castings can be manufactured.

(2)砂粒子が溶融球状物からなるので、砂粒子表面が平滑であり、粘結剤の砂粒子内への浸透等を少なくできることから、粘結剤の使用量が少なく済み経済的である。また、粘結剤の使用量が少ないので、鋳造後の鋳型の崩壊性がよくなり、砂回収時の砂に含まれる残留物が少なくなる。しかも、砂粒子が球状であることから、硬度が高く、破砕性が低い。これらの結果、鋳型砂の回収効率を高くでき、再使用性に優れる。さらに、砂粒子の硬度が高く破砕性が低いことから、粉塵の発生量を低減できる。作業環境を良好にできる上、産業廃棄物を少なくすることができる。 (2) Since the sand particles are made of molten spheres, the surface of the sand particles is smooth, and the penetration of the binder into the sand particles can be reduced, so the amount of binder used is small and economical. . Further, since the amount of the binder used is small, the mold disintegration after casting is improved, and the residue contained in the sand during sand collection is reduced. Moreover, since the sand particles are spherical, the hardness is high and the friability is low. As a result, the recovery efficiency of the molding sand can be increased and the reusability is excellent. Furthermore, since the sand particles have high hardness and low crushability, the amount of dust generated can be reduced. The work environment can be improved and industrial waste can be reduced.

(3)スピネルを結晶構成の一種とする溶融物はシリカの含有量が少ないため、高圧ガスの吹き付けによる組成物の繊維化や浮遊粒子の発塵の発生が少なくてほとんどが効率よく溶融球状物となることから、製造時の生産効率が向上して安価な製造を可能とする。 (3) Since the melt containing spinel as a kind of crystal structure has a low silica content, most of the molten spheres are efficiently melted with little generation of fibrosis of the composition or dust generation of floating particles by blowing high-pressure gas. Therefore, the production efficiency at the time of production is improved, and inexpensive production is possible.

本発明の鋳型砂の製造に用いられる鋳型砂製造装置の一実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Embodiment of the molding sand manufacturing apparatus used for manufacture of the molding sand of this invention. 鋳型砂のスピネルX線強度比と製品歩留まり、シリカ減耗比率、粉塵発生比率との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the spinel X-ray intensity ratio of casting sand, a product yield, a silica depletion ratio, and a dust generation ratio. 実施例1−1に係る鋳型砂のSEM写真である。It is a SEM photograph of the molding sand which concerns on Example 1-1. 実施例2−1に係る鋳型砂のSEM写真である。It is a SEM photograph of mold sand concerning Example 2-1. 実施例3−1に係る鋳型砂のSEM写真である。It is a SEM photograph of mold sand concerning Example 3-1. 実施例4−1に係る鋳型砂のSEM写真である。It is a SEM photograph of the molding sand which concerns on Example 4-1. 実施例5−1に係る鋳型砂のSEM写真である。It is a SEM photograph of the molding sand which concerns on Example 5-1. 実施例6−1に係る鋳型砂のSEM写真である。It is a SEM photograph of the molding sand which concerns on Example 6-1. 従来技術にかかる鋳型砂のSEM写真である。It is a SEM photograph of the molding sand concerning a prior art.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下の説明では、
(A) 本発明の鋳型砂の製造に用いられる鋳型砂製造装置の説明
(B) 鋳型砂製造装置(A)により鋳型砂を製造する手順について
(C) 実施例と比較例との説明
(D) 実施例と比較例との対比
の流れに従い説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following explanation,
(A) Description of mold sand production apparatus used for production of mold sand of the present invention (B) Procedure for producing mold sand by mold sand production apparatus (A) (C) Explanation of Examples and Comparative Examples (D ) Description will be made according to the flow of comparison between the example and the comparative example.

(A) 本発明の鋳型砂の製造に用いられる鋳型砂製造装置の説明
図1は、本発明の鋳型砂の製造に用いられる鋳型砂製造装置の一実施形態を示す概略構成図である。鋳型砂製造装置(1)は、耐火物原料(2)を収容し溶融する溶融炉(3)と、高圧空気を吹き出す(その結果、耐火物原料(2)の溶融物(4)を飛散させる)高圧空気吹付け装置(5)と、飛散して冷却固化した溶融球状物(6)を捕集する捕集容器(7)とからなる。
(A) Description of Mold Sand Production Apparatus Used for Production of Mold Sand of the Present Invention FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a mold sand production apparatus used for production of the mold sand of the present invention. The mold sand production apparatus (1) contains a melting furnace (3) for containing and melting the refractory raw material (2), and blows out high-pressure air (as a result, the molten material (4) of the refractory raw material (2) is scattered. ) It consists of a high-pressure air spraying device (5) and a collection container (7) for collecting the molten spheres (6) scattered and solidified by cooling.

溶融炉(3)はアーク溶融炉からなり、耐火物原料(2)を溶融するためのアークを発生させる電極(8)と、溶融物(4)を流出する出湯口(9)とを備える。   The melting furnace (3) is an arc melting furnace and includes an electrode (8) for generating an arc for melting the refractory raw material (2), and a tap (9) through which the melt (4) flows out.

高圧空気吹き付け装置(5)は高圧空気供給装置(10)と空気供給路(11)と吹き込みノズル(12)とを順に備える。この吹き込みノズル(12)のノズル口(13)は、出湯口(9)の下方位置で水平方向に位置している。そしてこのノズル口(13)の吹き出し方向前方の下方位置に捕集容器(7)を配置している。   The high pressure air blowing device (5) includes a high pressure air supply device (10), an air supply path (11), and a blowing nozzle (12) in this order. The nozzle port (13) of the blowing nozzle (12) is positioned in the horizontal direction at a position below the hot water outlet (9). And the collection container (7) is arrange | positioned in the lower position ahead of the blowing direction of this nozzle port (13).

本実施形態では、耐火物原料(2)を溶融する溶融炉(3)としてアーク炉を用いたが、本発明に用いる溶融炉は特定の形式のものに限定されず、例えば、坩堝炉、誘導電気炉、電気炉、反射炉、真空溶融炉等を用いることができる。ただし、この実施形態のようにアーク炉を用いると、比較的操作が容易で経済的であるため好ましい。   In this embodiment, an arc furnace is used as the melting furnace (3) for melting the refractory raw material (2). However, the melting furnace used in the present invention is not limited to a specific type. An electric furnace, an electric furnace, a reflection furnace, a vacuum melting furnace, or the like can be used. However, it is preferable to use an arc furnace as in this embodiment because it is relatively easy to operate and economical.

上記の溶融炉(3)の出湯口(9)から耐火物原料(2)の溶融物(4)を流出させる方法は、傾注方式や開孔方式などを用いることができるが、開孔方式を採用すると一定の流出量を容易に安定維持でき、好ましい。   As a method for allowing the melt (4) of the refractory raw material (2) to flow out from the outlet (9) of the melting furnace (3), a tilting method or an opening method can be used. Adopting this is preferable because it can easily maintain a constant outflow amount stably.

本実施形態では、耐火物原料(2)の溶融物(4)を飛散させる高圧ガスとして高圧空気を用いており安価に実施できるが、本発明で用いる高圧ガスは、得られる溶融球状物(6)に悪影響を与えない範囲で、この高圧空気に代えて高圧水蒸気や他の種類の高圧ガスを用いることができる。また、本実施形態では、高圧空気で飛散された溶融物(4)が大気中を移動する間に自然冷却するように構成してあるが、上記の鋳型砂製造装置(1)は、冷却水などを用いた強制冷却部を備えていてもよい。そのような強制冷却部の具体的構造は周知なので、ここではその詳細な説明は繰返さない。   In the present embodiment, high-pressure air is used as the high-pressure gas for scattering the melt (4) of the refractory raw material (2), and the high-pressure gas used in the present invention can be obtained at a low cost. ) Can be used in place of this high-pressure air and high-pressure steam or other types of high-pressure gas. In the present embodiment, the melt (4) scattered by the high-pressure air is naturally cooled while moving in the atmosphere. You may provide the forced cooling part using etc. Since the specific structure of such a forced cooling unit is well known, detailed description thereof will not be repeated here.

(B) 鋳型砂製造装置により鋳型砂を製造する手順について
次に鋳型砂製造装置(1)により鋳型砂を製造する手順について説明する。
最初に、作業者は、MgO源およびアルミナ源の少なくとも一方を、例えば100mm以下程度の適当なサイズになるまで粉砕し、溶融炉(3)に収容する。
(B) Procedure for Producing Mold Sand Using Mold Sand Producing Device Next, a procedure for producing mold sand using the mold sand producing device (1) will be described.
First, the worker pulverizes at least one of the MgO source and the alumina source to an appropriate size of, for example, about 100 mm or less, and accommodates them in the melting furnace (3).

本実施形態で使用する耐火物原料(2)は、乾燥結晶水を除く化学成分がAlが50〜85重量%、MgOが5〜40重量%、SiOが0重量%を超え20重量%以下に調製してあればよい。ただし、Alの重量%とMgOの重量%とSiOの重量%との合計は100重量%以下でなくてはならない。上述したように、MgO源として、マグネシアクリンカー、焼成マグネサイト(重焼マグネシア、軽焼マグネシア)、カンラン石、コーディエライト、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、スピネル、MgOなどを用いる。アルミナ源として、合成ムライト、焼成ボーキサイト、ボーキサイト、溶融アルミナ、焼結アルミナ、水酸化アルミニウム、バン土頁岩、シャモット、焼熱焦宝石、焦宝石、仮焼フリントクレー、フリントクレー、カイヤナイト、シリマナイト、アンダルサイト、メタカオリン、カオリンなどを用いる。作業者は、MgO源とアルミナ源とのうち少なくとも一方を乾燥または仮焼して脱水することにより所定の化学成分となるように調製したものを上述した耐火物原料(2)として使用する。 In the refractory raw material (2) used in the present embodiment, the chemical components excluding dry crystal water are 50 to 85% by weight of Al 2 O 3 , 5 to 40% by weight of MgO, and more than 0% by weight of SiO 2 to 20%. What is necessary is just to prepare to weight% or less. However, the sum of the weight percent of Al 2 O 3, the weight percent of MgO and the weight percent of SiO 2 must be 100% by weight or less. As described above, magnesia clinker, calcined magnesite (heavy calcined magnesia, light calcined magnesia), olivine, cordierite, magnesium carbonate, magnesium hydroxide, spinel, MgO and the like are used as the MgO source. As an alumina source, synthetic mullite, calcined bauxite, bauxite, fused alumina, sintered alumina, aluminum hydroxide, van earth shale, chamotte, burned pyroclastic gemstone, calcined flint clay, flint clay, kyanite, silimanite, Andalusite, metakaolin, kaolin, etc. are used. The worker uses, as the refractory raw material (2) described above, a material prepared by drying or calcining and dehydrating at least one of the MgO source and the alumina source to have a predetermined chemical component.

上記の耐火物原料(2)には、Fe、TiO、CaO、NaO、KOの少なくとも一種を、本実施形態にかかる鋳型砂の作用を阻害しない範囲で含んでもよい。鋳型砂の総含有量に占めるその含有量の割合は10重量%以下とすることが望ましい。 The refractory raw material (2) may include at least one of Fe 2 O 3 , TiO 2 , CaO, Na 2 O, and K 2 O in a range that does not hinder the action of the mold sand according to the present embodiment. . The ratio of the content to the total content of the mold sand is desirably 10% by weight or less.

作業者は、上記の溶融炉(3)内に収容した耐火物原料(2)を溶融させる。耐火物原料(2)は、溶融炉(3)内でアーク熱によって溶融する。アーク熱は溶融炭素電極(8)に通電することにより発生する。このときの炉内の溶融温度は、通常、1800〜2300℃の範囲が選ばれる。そしてこの溶融物(4)は、所定量が溶融炉(3)の出湯口(9)から流出して落下していく。   The operator melts the refractory material (2) accommodated in the melting furnace (3). The refractory material (2) is melted by arc heat in the melting furnace (3). Arc heat is generated by energizing the molten carbon electrode (8). The melting temperature in the furnace at this time is usually selected in the range of 1800 to 2300 ° C. A predetermined amount of the melt (4) flows out from the hot water outlet (9) of the melting furnace (3) and falls.

上記の出湯口(9)から落下する溶融物(4)には、高圧空気供給装置(10)から供給され空気供給炉(11)を経由して吹き込みノズル(12)のノズル口(13)から水平方向へ広角に吹き出される高圧圧縮空気が吹き付けられる。これにより、上記の溶融物(4)は風砕分散される。風砕分散された溶融物(4)は直ちに溶融粒子自体の表面張力によって球状化するとともに、大気中を移動する間に自然冷却されて固化する。その結果、所定の粒子径を有した溶融球状物(6)が形成される。その溶融球状物(6)は補集容器(7)内に落下堆積して捕集される。   The melt (4) falling from the outlet (9) is supplied from the high-pressure air supply device (10) through the air supply furnace (11) and from the nozzle port (13) of the blowing nozzle (12). High-pressure compressed air blown in a wide angle in the horizontal direction is blown. Thereby, said melt (4) is crushed and dispersed. The crushed and dispersed melt (4) is immediately spheroidized by the surface tension of the molten particles themselves, and is naturally cooled and solidified while moving in the atmosphere. As a result, a molten sphere (6) having a predetermined particle diameter is formed. The molten sphere (6) falls and accumulates in the collection container (7) and is collected.

なお、上記溶融球状物(6)の粒度分布は、耐火物原料(2)の組成や溶融温度、高圧空気の吹き付け位置、圧力、吹き付け速度、吹き込みノズル(12)のノズル口(13)の形状(円形状または板状など)、吹き付け面積、吹き付け角度(水平または上向きなど)、飛散距離によって調整が可能である。   The particle size distribution of the molten sphere (6) includes the composition of the refractory raw material (2), the melting temperature, the spray position of high-pressure air, the pressure, the spray speed, and the shape of the nozzle port (13) of the spray nozzle (12). It can be adjusted according to the spray area (circular or plate shape, etc.), spray area, spray angle (such as horizontal or upward), and scattering distance.

作業者は、上述した過程を経て捕集された溶融球状物(6)を、空冷および水冷の少なくとも一方により冷却したのち、3000μmよりも大きい粒子と30μm以下の小さい粒子とを篩分けにより除去する。これにより、30〜3000μmの粒度分布の溶融球状物(6)からなる鋳型砂が完成する。   The operator cools the molten spherical material (6) collected through the above-described process by at least one of air cooling and water cooling, and then removes particles larger than 3000 μm and small particles smaller than 30 μm by sieving. . Thereby, the molding sand which consists of a molten spherical body (6) of a particle size distribution of 30-3000 micrometers is completed.

(C) 実施例と比較例との説明
以下、本発明の一実施形態における実施例1−1〜6−2と比較例1−1、1−2、2とについて説明する。
[実施例1−1]
作業者は、Alの重量%が約70重量%、SiOが1〜2重量%、そしてMgOが約20重量%となるよう、粒径10ミリメートル以下の溶融アルミナと粒径10ミリメートル以下のマグネシアクリンカーとを適宜混合した原料を調製した。作業者は、その原料15kgを図1に示す鋳型砂製造装置(1)の溶融炉(3)すなわちアーク炉(75KVA、3個の炭素アーク電極を上方部より挿入)で1時間溶融した。次に、作業者は、溶融した原料を溶融炉(3)より排出させて、高圧空気供給装置(10)すなわちコンプレッサー(風量11m/min)より排出した高圧圧縮空気をその溶融した原料に吹き付けた。これにより球状粒子化した溶融物(4)が得られたので、作業者は、そこから粒径が600マイクロメートル以下のものを採取し、鋳型砂とした。粒径が600マイクロメートル以下の溶融物(4)を採取したのは、そのようなものが鋳型砂として用いるための実用的な粒度分布を示すためである。
(C) Description of Examples and Comparative Examples Hereinafter, Examples 1-1 to 6-2 and Comparative Examples 1-1, 1-2, and 2 according to an embodiment of the present invention will be described.
[Example 1-1]
The operator can use fused alumina with a particle size of 10 millimeters or less and a particle size of 10 millimeters so that the weight percentage of Al 2 O 3 is about 70 weight percent, SiO 2 is 1 to 2 weight percent, and MgO is about 20 weight percent. The raw material which mixed the following magnesia clinker suitably was prepared. The operator melted 15 kg of the raw material in the melting furnace (3) of the molding sand production apparatus (1) shown in FIG. 1, that is, the arc furnace (75 KVA, three carbon arc electrodes inserted from above) for 1 hour. Next, the operator discharges the molten raw material from the melting furnace (3), and sprays the high-pressure compressed air discharged from the high-pressure air supply device (10), that is, the compressor (air volume 11 m 3 / min), onto the molten raw material. It was. As a result, a melt (4) in the form of spherical particles was obtained. From this, the operator sampled one having a particle size of 600 micrometers or less to obtain mold sand. The reason why the melt (4) having a particle size of 600 micrometers or less was collected is that such a material exhibits a practical particle size distribution for use as mold sand.

[実施例1−2]
作業者は、実施例1−1の鋳型砂を1500℃で再焼成することにより、鋳型砂を得た。
[Example 1-2]
The operator obtained mold sand by re-baking the mold sand of Example 1-1 at 1500 ° C.

[実施例2−1]
作業者は、Alの重量%が約55重量%、SiOが約10重量%、そしてMgOが約30重量%となるよう、粒径20ミリメートル以下のAl−SiO系耐火物原料(ムライト−アルミナ結晶系、Alが75重量%、SiOが20重量%)と粒径10ミリメートル以下のマグネシアクリンカーとを適宜混合した原料を調製した。その後、作業者は、実施例1と同様の方法により鋳型砂を製造した。
[Example 2-1]
The operator may use an Al 2 O 3 —SiO 2 system with a particle size of 20 millimeters or less so that the weight percentage of Al 2 O 3 is about 55 wt%, SiO 2 is about 10 wt%, and MgO is about 30 wt%. A raw material was prepared by appropriately mixing a refractory raw material (mullite-alumina crystal system, 75% by weight of Al 2 O 3 and 20% by weight of SiO 2 ) and magnesia clinker having a particle diameter of 10 millimeters or less. Thereafter, the operator manufactured mold sand by the same method as in Example 1.

[実施例2−2]
作業者は、実施例2−1の鋳型砂を1500℃で再焼成することにより、鋳型砂を得た。
[Example 2-2]
The operator obtained mold sand by re-baking the mold sand of Example 2-1 at 1500 ° C.

[実施例3−1]
作業者は、Alの重量%が約65重量%、SiOが約10重量%、そしてMgOが約20重量%となるよう、実施例2−1と同様のAl−SiO系耐火物原料と粒径10ミリメートル以下の重焼マグネシアとを適宜混合した原料を調製した。その後、作業者は、実施例1と同様の方法により鋳型砂を製造した。
[Example 3-1]
The worker should have the same Al 2 O 3 —SiO as Example 2-1 so that the weight percentage of Al 2 O 3 is about 65 wt%, SiO 2 is about 10 wt%, and MgO is about 20 wt%. The raw material which mixed 2 type | system | group refractory raw material and the heavy-burning magnesia whose particle size is 10 millimeters or less suitably was prepared. Thereafter, the operator manufactured mold sand by the same method as in Example 1.

[実施例3−2]
作業者は、実施例3−1の鋳型砂を1500℃で再焼成することにより、鋳型砂を得た。
[Example 3-2]
The operator obtained mold sand by re-baking the mold sand of Example 3-1 at 1500 ° C.

[実施例4−1]
作業者は、Alの重量%が約60重量%、SiOが約10重量%、そしてMgOが約15重量%となるよう、実施例2−1と同様のAl−SiO系耐火物原料と粒径10ミリメートル以下のカンラン石とを適宜混合した原料を調製した。その後、作業者は、実施例1と同様の方法により鋳型砂を製造した。
[Example 4-1]
The worker should have the same Al 2 O 3 —SiO as in Example 2-1 so that the weight percentage of Al 2 O 3 is about 60 wt%, SiO 2 is about 10 wt%, and MgO is about 15 wt%. The raw material which mixed 2 type | system | group refractory raw material and olivine with a particle size of 10 millimeters or less suitably was prepared. Thereafter, the operator manufactured mold sand by the same method as in Example 1.

[実施例4−2]
作業者は、実施例4−1の鋳型砂を1500℃で再焼成することにより、鋳型砂を得た。
[Example 4-2]
The operator obtained mold sand by re-baking the mold sand of Example 4-1 at 1500 ° C.

[実施例5−1]
作業者は、Alの重量%が約75重量%、SiOが約10重量%、そしてMgOが約10重量%となるよう、実施例2−1と同様のAl−SiO系耐火物原料と粒径10ミリメートル以下のマグネシアクリンカーとを適宜混合した原料を調製した。その後、作業者は、実施例1と同様の方法により鋳型砂を製造した。
[Example 5-1]
The worker should have the same Al 2 O 3 —SiO as Example 2-1 so that the weight percentage of Al 2 O 3 is about 75 wt%, SiO 2 is about 10 wt%, and MgO is about 10 wt%. A raw material was prepared by appropriately mixing a 2 system refractory raw material and a magnesia clinker having a particle size of 10 mm or less. Thereafter, the operator manufactured mold sand by the same method as in Example 1.

[実施例5−2]
作業者は、実施例5−1の鋳型砂を1500℃で再焼成することにより、鋳型砂を得た。
[Example 5-2]
The operator obtained mold sand by re-baking the mold sand of Example 5-1 at 1500 ° C.

[実施例6−1]
作業者は、Alの重量%が約80重量%、SiOが約10重量%、そしてMgOが約5重量%となるよう、実施例2−1と同様のAl−SiO系耐火物原料と粒径10ミリメートル以下のマグネシアクリンカーとを適宜混合した原料を調製した。その後、作業者は、実施例1と同様の方法により鋳型砂を製造した。
[Example 6-1]
The operator should have the same Al 2 O 3 —SiO as Example 2-1 so that the weight percentage of Al 2 O 3 is about 80 wt%, SiO 2 is about 10 wt%, and MgO is about 5 wt%. A raw material was prepared by appropriately mixing a 2 system refractory raw material and a magnesia clinker having a particle size of 10 mm or less. Thereafter, the operator manufactured mold sand by the same method as in Example 1.

[実施例6−2]
作業者は、実施例6−1の鋳型砂を1500℃で再焼成することにより、鋳型砂を得た。
[Example 6-2]
The operator obtained mold sand by re-baking the mold sand of Example 6-1 at 1500 ° C.

[比較例1−1]
作業者は、Alの重量%が約75重量%、SiOが約15重量%、そしてMgOが5重量%以下となるよう、原料に粒径20ミリメートル以下のAl−SiO系耐火物原料(ムライト−アルミナ結晶系、Alが63重量%、SiOが32重量%)を使用し、実施例1と同様の方法により鋳型砂を製造した。
[Comparative Example 1-1]
An operator may use Al 2 O 3 —SiO having a particle size of 20 millimeters or less as a raw material so that the weight percentage of Al 2 O 3 is about 75 wt%, SiO 2 is about 15 wt%, and MgO is 5 wt% or less. Mold sand was produced in the same manner as in Example 1 using a 2 series refractory material (mullite-alumina crystal system, Al 2 O 3 63 wt%, SiO 2 32 wt%).

[比較例1−2]
作業者は、Alの重量%が約80重量%、SiOが約10重量%、そしてMgOが5重量%以下となるよう、原料に粒径20ミリメートル以下のAl−SiO系耐火物原料(ムライト−アルミナ結晶系、Alが75重量%、SiOが20重量%)を使用し、実施例1と同様の方法により鋳型砂を製造した。
[Comparative Example 1-2]
An operator may use Al 2 O 3 —SiO having a particle size of 20 mm or less as a raw material so that the weight percentage of Al 2 O 3 is about 80 wt%, SiO 2 is about 10 wt%, and MgO is 5 wt% or less. Mold sand was produced in the same manner as in Example 1 using a 2 series refractory material (mullite-alumina crystal system, 75% by weight of Al 2 O 3 and 20% by weight of SiO 2 ).

[比較例2]
市販の合成ムライト系球状砂であるセラビーズ(登録商標)#650を用いた。
[Comparative Example 2]
Cerabeads (registered trademark) # 650, which is a commercially available synthetic mullite spherical sand, was used.

(D) 実施例と比較例との対比
[結晶組成について]
実施例1−1〜実施例6−2にかかる鋳型砂と比較例1−1、1−2、2にかかる鋳型砂との結晶組成の分析を行った。さらに、それらの鋳型砂についてX線回折を行った。表1は、それらの鋳型砂の組成とX線回折のメインピーク強度とを示す。
(D) Comparison between Examples and Comparative Examples [Crystal Composition]
The crystal composition of the mold sand according to Example 1-1 to Example 6-2 and the mold sand according to Comparative Examples 1-1, 1-2, and 2 was analyzed. Further, X-ray diffraction was performed on these mold sands. Table 1 shows the composition of the mold sand and the main peak intensity of X-ray diffraction.

Figure 2013043180
Figure 2013043180

表1から明らかな通り、実施例1−1〜実施例6−2にかかる鋳型砂では、全てにおいてスピネルが認められた。一方、比較例1−1、1−2、2いずれにおいてもスピネルは認められなかった。比較例1−1、1−2にかかる鋳型砂ではα−アルミナとムライトとが認められた。比較例2かかる鋳型砂ではムライトが認められた。このことから、従来方式の合成ムライト及びアルミナ系の溶融球状粒子と本実施形態にかかる鋳型砂とは結晶構造を異にしていることが明らかである。   As is apparent from Table 1, spinel was observed in all of the molding sands according to Example 1-1 to Example 6-2. On the other hand, spinel was not recognized in any of Comparative Examples 1-1, 1-2, and 2. In the molding sand according to Comparative Examples 1-1 and 1-2, α-alumina and mullite were observed. Comparative Example 2 Mullite was observed in such casting sand. From this, it is apparent that the conventional synthetic mullite and alumina-based fused spherical particles have different crystal structures from the mold sand according to the present embodiment.

また、表1から明らかな通り、Al−MgO−SiO系鋳型砂においてスピネルが得られる成分組成がAlが50〜85重量%、MgOが5〜40重量%、SiOが0重量%を超え20重量%以下であってこれらの合計が100重量%以下であるものということが判明した。 In addition, as is apparent from Table 1, the component composition from which spinel is obtained in Al 2 O 3 —MgO—SiO 2 mold sand is 50 to 85 wt% Al 2 O 3 , 5 to 40 wt% MgO, SiO 2 Was found to be more than 0% by weight and 20% by weight or less, and the total of these was 100% by weight or less.

また、表1において示される実施例1−2、実施例2−2、実施例3−2、実施例4−2、実施例5−2、実施例6−2のX線回折分析の結果からは、それらに、アルミナ、ムライト、コーディエライト、サフィリンが含まれていると言える。このことは、実施例1−1にかかる鋳型砂、実施例2−1にかかる鋳型砂、実施例3−1にかかる鋳型砂、実施例4−1にかかる鋳型砂、実施例5−1にかかる鋳型砂、および、実施例6−1にかかる鋳型砂を1500℃の高温で再焼成したことにより、Al−MgO−SiO系の非晶質(これは鋳型砂製造時において主要結晶鉱物であるスピネルの他に残留していたもの)が、アルミナ、ムライト、コーディエライト、あるいはサフィリンといった安定相へ結晶変態したことを示す。また、これらの結晶変態からAl量、MgO量、SiO量によって再結晶化の量が異なり組成の影響の大きいことが示された。 Also, from the results of X-ray diffraction analysis of Example 1-2, Example 2-2, Example 3-2, Example 4-2, Example 5-2, and Example 6-2 shown in Table 1. Can be said to contain alumina, mullite, cordierite and sapphirine. This corresponds to the mold sand according to Example 1-1, the mold sand according to Example 2-1, the mold sand according to Example 3-1, the mold sand according to Example 4-1, and the example 5-1. The mold sand and the mold sand according to Example 6-1 were refired at a high temperature of 1500 ° C., so that an Al 2 O 3 —MgO—SiO 2 -based amorphous material (this was the main at the time of mold sand production). This indicates that the crystalline mineral spinel) was transformed into a stable phase such as alumina, mullite, cordierite, or sapphirine. Further, it was shown that the amount of recrystallization differs depending on the amount of Al 2 O 3 , MgO, and SiO 2 from these crystal transformations, and the influence of the composition is large.

[シリカの減耗比率について]
アーク熱による溶融時には溶融物(4)よりシリカの分離が生じて粉塵化し易いが、シリカの分離が生じて粉塵化した場合には作業環境の劣化と溶融球状粒子の生成歩留まりが低下する結果とを伴う。このことから、シリカの減耗比率が溶融球状粒子の生成歩留まりの高低に影響することと、シリカの減耗比率がシリカの分離による作業時の粉塵発生量に対する尺度となることが類推される。そして、シリカの減耗比率がシリカの分離による作業時の粉塵発生量に対する尺度となること(言い換えると、減耗したシリカが作業時の粉塵となっていること)は、溶融作業時の粉塵発生状況の観察結果と局所的に設置した集塵機で回収した集塵粉の量とからも裏付けられている。そこで、これらの溶融物(4)の生成歩留まりと粉塵化を類推する方法として溶融前のシリカ成分と溶融後のシリカ成分とを測定し溶融前後のシリカ比を求めてシリカの減耗比率として算出した。溶融時の粉塵発生量の指標については従来技術(比較例1−1、1−2)の合成ムライト系におけるシリカ減耗比率に対する比較値として数値化することで示すものとした。
[About silica depletion ratio]
When melting by arc heat, silica is separated from the melt (4) and easily pulverized, but when silica is separated and pulverized, the working environment deteriorates and the yield of molten spherical particles decreases. Accompanied by. From this, it can be inferred that the silica depletion ratio affects the production yield of the fused spherical particles, and that the silica depletion ratio is a measure for the amount of dust generated during work due to silica separation. And, the depletion ratio of silica is a measure for the amount of dust generated during the work due to the separation of silica (in other words, the depleted silica is the dust during work). This is supported by the observation results and the amount of dust collected by a locally installed dust collector. Therefore, as a method for estimating the production yield and dusting of these melts (4), the silica component before melting and the silica component after melting were measured, and the silica ratio before and after melting was obtained and calculated as the silica depletion ratio. . The index of the amount of dust generation at the time of melting is shown by quantifying as a comparison value with respect to the silica depletion ratio in the synthetic mullite system of the prior art (Comparative Examples 1-1 and 1-2).

以上の測定結果を表2および図2に示す。表2は、本実施形態に係る実施例1−1、2−1、3−1、4−1、5−1、6−1および比較例1−1、1−2の溶融球状粒子の成分と歩留まり(収率)と減耗比率と粉塵発生の比率とを示す。図2は、鋳型砂のスピネルX線強度比と、製品歩留まり、シリカ減耗比率、および粉塵発生比率との関係を示したグラフである。なお、表2に示す「減耗比率」とは、次の式(1)で示される値である。この比率が高いほど溶融時の発塵量SiO減量値が多くなる傾向となる。 The above measurement results are shown in Table 2 and FIG. Table 2 shows the components of the fused spherical particles of Examples 1-1, 2-1, 3-1, 4-1, 5-1, 6-1 and Comparative Examples 1-1, 1-2 according to the present embodiment. And yield (yield), depletion ratio, and dust generation ratio. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the spinel X-ray intensity ratio of the mold sand, the product yield, the silica depletion ratio, and the dust generation ratio. The “depletion ratio” shown in Table 2 is a value represented by the following equation (1). The higher this ratio, the larger the dust generation amount SiO 2 reduction value at the time of melting.

(数1)
減耗比率(%)=100-(溶融物のSiO値)/(原料のSiO値)×100 (1)
(Equation 1)
Depletion ratio (%) = 100- (SiO 2 value of melt) / (SiO 2 value of raw material) × 100 (1)

Figure 2013043180
Figure 2013043180

製造時の溶融物の原料に対するSiOの減耗比率(表2参照)を調べた結果、実施例1−1、2−1、3−1、4−1、5−1、6−1にかかるスピネル系溶融物の製造にあたっては、従来技術のムライト、アルミナ系溶融物に比較してSiOの減耗比率が大幅に低くなる傾向となっている。すなわち、溶融時の溶融球状粒子の生成量が多くなり(=歩留まりが向上し)、更に、粉塵の発生量が少なくて溶融作業時の作業環境に優れることが明らかとなった。特に、600μm以下の粒径を有した溶融球状粒子の歩留まり(表2において「−600μm〜」と示される値)が比較例1−1、1−2のものに比べて大きく向上することが明らかとなっている。ちなみに、表2において「+600μm〜」と示される値は、600μmを超える粒径を有した溶融球状粒子の歩留まりを示す。 As a result of investigating the depletion ratio of SiO 2 with respect to the raw material of the melt at the time of manufacture (see Table 2), it depends on Examples 1-1, 2-1, 3-1 In producing the spinel melt, the SiO 2 depletion ratio tends to be significantly lower than that of the conventional mullite and alumina melts. That is, it became clear that the amount of molten spherical particles produced during melting increased (= yield improved), and the amount of dust generated was small, resulting in an excellent working environment during melting. In particular, it is clear that the yield of melted spherical particles having a particle size of 600 μm or less (value indicated as “−600 μm” in Table 2) is greatly improved as compared with those of Comparative Examples 1-1 and 1-2. It has become. Incidentally, the value shown as “+600 μm˜” in Table 2 indicates the yield of molten spherical particles having a particle diameter exceeding 600 μm.

なお、粉塵発生比率は、1500℃で焼成したときスピネルX線強度比が大きくなるに従って低下する傾向となり、実施例1−1および実施例2−1において特に顕著となる。「スピネルX線強度比」とは、実施例1−1にかかる鋳物砂のX線回折強度を「1」とした場合の各実施例にかかる鋳型砂のX線回折強度の比である。実施例1−1にかかる鋳型砂の成分は、スピネルの理論値成分である「Al/MgO=71.7/28.3」に最も近い。 Note that the dust generation ratio tends to decrease as the spinel X-ray intensity ratio increases when fired at 1500 ° C., and is particularly noticeable in Example 1-1 and Example 2-1. The “spinel X-ray intensity ratio” is the ratio of the X-ray diffraction intensity of the mold sand according to each example when the X-ray diffraction intensity of the foundry sand according to Example 1-1 is “1”. The component of the molding sand according to Example 1-1 is closest to “Al 2 O 3 /MgO=71.7/28.3” which is the theoretical value component of spinel.

[粒度分布などについて]
実施例1−1〜実施例6−2にかかる鋳型砂について、粒度分布の分析、嵩密度(日本鋳造協会試験法S−10)、pH(日本鋳造協会試験法S−3)、および酸消費量(日本鋳造協会試験法S−4)の測定、ならびに耐熱性に関する試験を実施して、比較例1〜比較例2にかかる鋳型砂との比較を行った。その結果により、実施例1−1〜実施例6−2にて製造された鋳型砂が実用に充分耐えられるか、支障はないかを判断することができる。
[About particle size distribution]
Analysis of particle size distribution, bulk density (Japan Casting Association test method S-10), pH (Japan Casting Association test method S-3), and acid consumption for the mold sand according to Example 1-1 to Example 6-2 The quantity (Japan Foundry Association test method S-4) was measured and a test on heat resistance was carried out, and comparison was made with the molding sand according to Comparative Examples 1 and 2. Based on the result, it can be determined whether the mold sand produced in Example 1-1 to Example 6-2 can sufficiently withstand practical use or not.

上記の粒度分布の分析は鋳型砂の粒度試験方法(JISZ2601)によって粒度分布を測定し、粒度指数(AFS)を算出した。すなわち、篩の呼び寸法が、2360μm、1180μm、850μm、600μm、425μm、300μm、212μm、150μm、106μm、75μm、53μm、となる標準篩を選び、それらを重ねて試料100gを投入して、ロータップ篩機で15分間篩い分ける。そして各篩の上に残った重量を計測して分布割合として表示する。   In the analysis of the particle size distribution, the particle size distribution was measured by a mold sand particle size test method (JISZ2601), and the particle size index (AFS) was calculated. That is, a standard sieve having a nominal size of 2360 μm, 1180 μm, 850 μm, 600 μm, 425 μm, 300 μm, 212 μm, 150 μm, 106 μm, 75 μm, 53 μm is selected, and 100 g of a sample is put on top of each other, and a low tap sieve is added. Sift for 15 minutes. Then, the weight remaining on each sieve is measured and displayed as a distribution ratio.

一般に鋳型砂としては、粒度分布が3000μm以下(好ましくは600μm以下)から30μm篩上(好ましくは45μm篩上)の間に分布するのが好ましく、粒度分布についてはJISZ2601に規定されている方法に準じて粒度指数AFS30、40、50、60、70、100、150レベルのものが選ばれる。試験結果を表3に示す。   In general, the mold sand preferably has a particle size distribution of 3000 μm or less (preferably 600 μm or less) to 30 μm on a sieve (preferably on a 45 μm sieve). The particle size distribution conforms to the method defined in JISZ2601. Particle size index AFS of 30, 40, 50, 60, 70, 100, 150 level is selected. The test results are shown in Table 3.

Figure 2013043180
Figure 2013043180

表3に示したデータより、上記実施例で得られたそれぞれの鋳型砂が、具体的には粒度分布がほとんど75〜600μmの範囲内に収まり、粒度指数が46.7〜55.3となっていることが観測された。これらの観測データより、従来技術の鋳型砂と比べて、同等の鋳型砂の粒度指数を示し実用性が十分に得られることがわかった。   From the data shown in Table 3, each of the molding sands obtained in the above examples specifically has a particle size distribution almost within the range of 75 to 600 μm and a particle size index of 46.7 to 55.3. It was observed that From these observation data, it was found that the particle size index of the mold sand is equivalent to that of the conventional mold sand, and the practicality is sufficiently obtained.

実施例1−1〜実施例6−2にかかる鋳型砂の嵩密度は比較例1−1、1−2にかかる鋳型砂とほぼ同等であり、実用上支障はない。また、上記実施例で得られた鋳型砂それぞれのpH値は、6.62〜6.94の中性値の領域を示しており、酸消費量も従来技術の鋳型砂と同等である。   The bulk density of the molding sand according to Example 1-1 to Example 6-2 is substantially equal to that of the molding sand according to Comparative Examples 1-1 and 1-2, and there is no practical problem. Moreover, each pH value of the molding sand obtained in the above example shows a neutral value range of 6.62 to 6.94, and the acid consumption is equivalent to that of the conventional molding sand.

よって、実施例1−1〜実施例6−2にかかる鋳型砂は実用上全く支障がないものであった。   Therefore, the mold sand according to Example 1-1 to Example 6-2 had no practical problem.

[鋳型砂の表面について]
図3ないし図8は、本実施形態に係る鋳型砂の走査型電子顕微鏡(SEM)による砂粒子の写真である。なお、図3は実施例1−1に係る鋳型砂のSEM写真である。図4は実施例2−1に係る鋳型砂のSEM写真である。図5は実施例3−1に係る鋳型砂のSEM写真である。図6は実施例4−1に係る鋳型砂のSEM写真である。図7は実施例5−1に係る鋳型砂のSEM写真である。図8は実施例6−1に係る鋳型砂のSEM写真である。図9は比較例1−1(a)、1−2(b)、比較例2(c)に係る鋳型砂のSEM写真である。図3ないし図8に示すSEMによる写真から明らかであるように、上記実施例の鋳型砂の表面はガラス質の如く平滑な球形をなし、特に比較例2の凹凸の顕著な形状に比べて、これらは鋳型を成型する場合の充填密度を向上させることや粘結剤の被覆性を向上させて添加量を削減することに効果を奏する。
[About the surface of the mold sand]
3 to 8 are photographs of sand particles obtained by scanning electron microscope (SEM) of the mold sand according to the present embodiment. FIG. 3 is a SEM photograph of the molding sand according to Example 1-1. FIG. 4 is an SEM photograph of the molding sand according to Example 2-1. FIG. 5 is an SEM photograph of the molding sand according to Example 3-1. FIG. 6 is an SEM photograph of the molding sand according to Example 4-1. FIG. 7 is an SEM photograph of the molding sand according to Example 5-1. FIG. 8 is an SEM photograph of the molding sand according to Example 6-1. FIG. 9 is an SEM photograph of the molding sand according to Comparative Examples 1-1 (a), 1-2 (b), and Comparative Example 2 (c). As apparent from the SEM photographs shown in FIGS. 3 to 8, the surface of the mold sand of the above example has a smooth spherical shape like a glass, and in particular, compared with the conspicuous uneven shape of Comparative Example 2, These are effective in improving the packing density in the case of molding a mold and improving the covering property of the binder to reduce the addition amount.

[耐熱性試験について]
本実施形態に係る鋳型砂は、スピネル(融点:2100℃、主成分:MgOおよびAl)を含む。スピネルの融点はアルミナ結晶の融点(2050℃)および合成ムライト結晶の融点(1850℃)より高いことから、スピネルには耐熱性に関する効果のあることが期待される。もちろん、アルミナ、ムライトに関しても一化学成分として鋳型砂として使用する場合の耐熱性は十分に認められ、これらも含有する本実施形態に係る鋳型砂の耐熱性は十分であることが認められる。よって、本実施形態に係る鋳型砂にこれらの組成物が含有されていても何ら差し支えはない。
[About heat resistance test]
The mold sand according to the present embodiment contains spinel (melting point: 2100 ° C., main components: MgO and Al 2 O 3 ). Since the melting point of spinel is higher than the melting point of alumina crystal (2050 ° C.) and the melting point of synthetic mullite crystal (1850 ° C.), spinel is expected to have an effect on heat resistance. Of course, it is recognized that alumina and mullite have sufficient heat resistance when used as mold sand as one chemical component, and that the mold sand according to the present embodiment containing these also has sufficient heat resistance. Therefore, there is no problem even if these compositions are contained in the molding sand according to the present embodiment.

また、各結晶の化学組成の領域によっては、スピネル(MgO・Al;化学成分はAlが71.7重量%、MgOが28.3重量%)の他に、サフィリン結晶(4MgO・5Al・2SiO;化学成分はAlが64.4重量%、MgOが20.4重量%、SiOが15.2重量%)、コーディエライト結晶(2MgO・2Al・5SiO;化学成分はAlが34.9重量%、MgOが13.8重量%、SiOが51.3重量%)を含有する場合がある。サフィリン結晶の融点は1475℃であり、コーディエライト結晶の融点は1460℃であるが、本発明砂の組成の領域を示すものにおいては、鋳型砂として使用するに当たって、特に支障はない。 Depending on the region of the chemical composition of each crystal, in addition to spinel (MgO.Al 2 O 3 ; the chemical components are Al 2 O 3 is 71.7% by weight and MgO is 28.3% by weight), 4MgO · 5Al 2 O 3 · 2SiO 2; chemical component is Al 2 O 3 is 64.4 wt%, MgO 20.4 wt%, SiO 2 is 15.2 wt%), cordierite crystal (2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2 ; the chemical component may contain 34.9% by weight of Al 2 O 3 , 13.8% by weight of MgO and 51.3% by weight of SiO 2 . The melting point of the sapphirine crystal is 1475 ° C., and the melting point of the cordierite crystal is 1460 ° C., but there is no particular problem when using it as the mold sand in the region showing the composition of the sand of the present invention.

以上の点を確認するため、次の試験を実施することにより耐熱性の比較を行った。   In order to confirm the above points, heat resistance was compared by carrying out the following tests.

実施例1−1〜6−2のスピネル溶融球状鋳型砂の中で、スピネル(MgO・Al)、アルミナ(α−Al)、ムライト(3Al・2SiO)、を主要組成(Al、MgO、SiO)とし、かつ、Feの成分値を同一レベルとした実施例1−1、2−1、3−1、5−1、6−1の鋳型砂(表1に記載の各実施例の溶融球状粒子の成分を参照)と、比較例1−1、1−2の鋳型砂(ムライト、アルミナ系溶融球状砂)と、比較例2の鋳型砂(合成ムライト焼結球状砂)と、クロマイトサンドとを使用してアルカリフェノール鋳型を製造し、それらを1550℃で焼成して耐熱性を調べた。 Among the spinel fused spherical mold sands of Examples 1-1 to 6-2, spinel (MgO.Al 2 O 3 ), alumina (α-Al 2 O 3 ), mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ), Are the main composition (Al 2 O 3 , MgO, SiO 2 ) and the component values of Fe 2 O 3 are the same level. 1 mold sand (see the components of the molten spherical particles of each example described in Table 1), Comparative Example 1-1, 1-2 mold sand (mullite, alumina-based molten spherical sand), and Comparative Example 2 The mold mold sand (synthetic mullite sintered spherical sand) and chromite sand were used to produce alkali phenol molds, which were fired at 1550 ° C. to examine heat resistance.

鋳型の製造について、鋳型砂100重量部(2kg)に対して、アルカリフェノール樹脂(神戸理化学工業株式会社製、商品名PHENIX 510A)を1.1〜2.0重量部添加した。使用する樹脂添加量は各砂の比重を考慮して表4に示すとおり設定した。混合は、試験用品川式万能ミキサー(株式会社品川工業製、5DMR型)で行い、有機エステル硬化剤(神戸理化学工業株式会社製、C−10)をアルカリフェノール樹脂100重量部に対して20重量部添加し、30秒混合した後、さらに樹脂を添加して30秒混合し排砂した。混合砂は直ちに50φ×50mmの試験片取り木型に充填して成型し、24Hr放置後抜型して試験に供試した。試験片の焼成は、カンタル炉で1550℃×1Hr加熱し、取り出し空冷後、試料を14meshロータップ篩機(飯田製作所社製)に投入して1分間振とうした。その後、篩上に残留した焼結砂の量を計測し、投入砂に対する割合として算出した。このとき、篩上に残留した焼結砂の残留割合が鋳型砂の耐熱性の指標となるものとして比較した。   About manufacture of a casting mold, 1.1-2.0 weight part of alkali phenol resin (Kobe Richemical Co., Ltd. make, brand name PHENIX 510A) was added with respect to 100 weight part (2 kg) of casting sand. The amount of resin to be used was set as shown in Table 4 in consideration of the specific gravity of each sand. Mixing is carried out with a test article river type universal mixer (manufactured by Shinagawa Kogyo Co., Ltd., 5DMR type), and an organic ester curing agent (C-10, Kobe Riken Kogyo Co., Ltd., C-10) is added in an amount of 20 wt. After adding part and mixing for 30 seconds, the resin was further added and mixed for 30 seconds to discharge sand. The mixed sand was immediately filled in a 50φ × 50 mm test piece taking wood mold, molded, left for 24 hours, and then taken out for testing. The test piece was fired at 1550 ° C. × 1 Hr in a Kanthal furnace, taken out and air-cooled, and the sample was placed in a 14 mesh low tap sieve (made by Iida Seisakusho) and shaken for 1 minute. Thereafter, the amount of sintered sand remaining on the sieve was measured and calculated as a ratio to the input sand. At this time, the comparison was made assuming that the residual ratio of the sintered sand remaining on the sieve serves as an index of heat resistance of the mold sand.

表4は、焼結残留物量を示す。ちなみに、図中においてカッコ書きで示されている結晶名は1500℃で焼成した後に生成された結晶を示す。この表4に示される結果より、本実施形態に係る鋳型砂の組成として、スピネル並びにスピネルとα−アルミナ、ムライトを含む組成物(実施例1−1、実施例5−1、実施例6−1)に関しては、特に焼結残留物が極めて少なく、比較例1−1、1−2、2と比較しても耐火性に特に優れることが示されている。   Table 4 shows the amount of sintered residue. Incidentally, the crystal names shown in parentheses in the figure indicate crystals formed after firing at 1500 ° C. From the results shown in Table 4, as the composition of the mold sand according to the present embodiment, compositions containing spinel, spinel, α-alumina, and mullite (Example 1-1, Example 5-1, Example 6). With regard to 1), particularly, there is very little sintered residue, and it is shown that the fire resistance is particularly excellent even when compared with Comparative Examples 1-1, 1-2, and 2.

Figure 2013043180
Figure 2013043180

耐火性が高いことは、鋳造品に対する鋳型の焼着不良などの鋳造欠陥に対して有利になると同時に、鋳造後の鋳型の崩壊性に対しても有利になることが考えられる。その点においても、本実施形態に係る鋳型砂の特徴とするところである。   It is conceivable that the high fire resistance is advantageous for casting defects such as mold seizure failure on a cast product, and at the same time, is advantageous for mold collapse after casting. Also in that respect, it is a feature of the mold sand according to the present embodiment.

[粘結剤について]
上記の鋳型砂は、従来の鋳型砂と同様に処理され各種の粘結剤を用いた鋳型に成型されて使用することができる。これらの粘結剤としては、例えば、フラン樹脂、フェノール樹脂、オイルウレタン樹脂、フェノールウレタン樹脂、アルカリフェノール樹脂、珪酸ソーダ、ベントナイト、耐火粘土、コロイダルシリカ、エチルシリケート加水分解液などが上げられる。
[About binder]
The mold sand can be used after being processed in the same manner as conventional mold sand and molded into a mold using various binders. Examples of these binders include furan resin, phenol resin, oil urethane resin, phenol urethane resin, alkali phenol resin, sodium silicate, bentonite, refractory clay, colloidal silica, and ethyl silicate hydrolyzate.

上記の粘結剤はそれぞれの用途に応じた硬化剤の使用によって硬化させる。具体的には、フラン樹脂の硬化剤としては、硫酸、燐酸、燐酸エステル、ピロ燐酸などの無機酸、キシレンスルホン酸、トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸などの有機酸が挙げられる。フェノール樹脂用の硬化剤としてはヘキサメチレンテトラミンなどが挙げられる。珪酸ソーダ用の硬化剤としては炭酸ガス、ダイカルシリケート、Fe−Si粉末、有機エステルなどが挙げられる。ベントナイト及び耐火粘土については所定量の水を添加して混練した後につき固めて、あるいはジョルトスクイズ方式で成型して使用される。コロイダルシリカ及びエチルシリケート加水分解液はロストワックス法やセラミックモールド法あるいは消失模型鋳造法の分野に使用され、本実施形態に係る鋳型砂をこれらの造型材として使用する。   Said binder is hardened by use of the hardening | curing agent according to each use. Specifically, examples of the curing agent for furan resin include inorganic acids such as sulfuric acid, phosphoric acid, phosphoric acid ester, and pyrophosphoric acid, and organic acids such as xylene sulfonic acid, toluene sulfonic acid, and benzene sulfonic acid. Examples of the curing agent for the phenol resin include hexamethylenetetramine. Examples of the curing agent for sodium silicate include carbon dioxide gas, dical silicate, Fe-Si powder, and organic ester. Bentonite and refractory clay are used after a predetermined amount of water has been added and kneaded, or are molded by a Jolt squeeze method. Colloidal silica and ethyl silicate hydrolyzate are used in the fields of lost wax method, ceramic mold method or vanishing model casting method, and the mold sand according to this embodiment is used as these molding materials.

なお、これらの粘結剤の使用量は、鋳型砂の充填性や鋳造時のガス発生等の鋳造欠陥との関連性からできるだけ少ないほうが好ましい。本実施形態に係る鋳型砂を用いた場合は、従来の焼結法により作成した球状鋳型砂を用いた場合に比較して、後述のように鋳型強度が約1.5倍の値を示しており、砂粒子の表面が平滑なことも相まって粘結剤の使用量を減少させることができる。   The amount of these binders used is preferably as small as possible in view of the relationship with casting defects such as mold sand filling properties and gas generation during casting. When the mold sand according to the present embodiment is used, the mold strength shows a value about 1.5 times as will be described later, compared to the case of using spherical mold sand prepared by a conventional sintering method. In addition, the amount of binder used can be reduced in combination with the smooth surface of the sand particles.

上記の鋳型砂で成型した鋳型は、対象鋳物としては特に限定されず、種々の鋳物の鋳造に使用することができる。具体的には、アルミニウム、銅、普通鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、ステンレス鋼を挙げることができる。また、本実施形態に係る鋳型砂は、球形に近いことから高い充填性と通気性が得られるので、鋳型強度に起因する鋳造欠陥やガス欠陥の少ない鋳物の製造が可能である。具体的には、鋳型砂を、フラン鋳型鋳造法やアルカリフェノール鋳型鋳造法の肌砂に適用して高クロム鋳鋼品を鋳造した結果、鋳物離れの良い美麗な鋳物肌をもつ無欠陥の鋳物をつくることができた。   The mold molded with the above-described mold sand is not particularly limited as the target casting, and can be used for casting various castings. Specific examples include aluminum, copper, ordinary cast iron, ductile cast iron, and stainless steel. In addition, since the molding sand according to the present embodiment is nearly spherical, high filling properties and air permeability can be obtained, so that it is possible to manufacture a casting with few casting defects and gas defects due to the mold strength. Specifically, as a result of casting high chrome cast steel by applying mold sand to the skin sand of the furan mold casting method or alkali phenol mold casting method, a defect-free casting with a beautiful casting skin with good casting separation is obtained. I was able to make it.

[破砕性について]
上記の鋳型砂で鋳造を終えた後、この鋳型砂の回収再生率が鋳造工場の現場では重要な要因となる。この回収再生率は、鋳型砂の破砕性の良否が重要な決め手となり、破砕性が低いほど好ましい。そこで本実施形態に係る鋳型砂の破砕性を、上記の従来の溶融法及び焼結法による鋳型砂並びに一般鋳物砂との比較を行いながら本実施形態に係る品の優位性を調べた。
[Crushability]
After the casting with the above-mentioned mold sand, the recovery rate of the mold sand is an important factor at the foundry site. For this recovery and regeneration rate, the quality of the crushability of the mold sand is an important decisive factor, and the lower the crushability, the better. Therefore, the superiority of the product according to the present embodiment was examined while comparing the crushability of the mold sand according to the present embodiment with the mold sand obtained by the conventional melting method and the sintering method and the general foundry sand.

破砕性の測定方法としては、鋳型砂の破砕試験方法(JFS試験法S−6)によって調べた。鋳型砂の破砕試験用の試験試料としては本実施形態に係るスピネル系溶融球状砂(実施例1−1、2−1、3−1、4−1、5−1、6−1)、ムライト、アルミナ系溶融球状砂(比較例1−1、1−2)、焼結法による球状砂(比較例2)、クロマイトサンド(比較例3)を用いた。   The crushability was measured by a mold sand crushing test method (JFS test method S-6). As test samples for crushing test of mold sand, spinel-based fused spherical sand according to this embodiment (Examples 1-1, 2-1, 3-1, 4-1, 5-1, 6-1), mullite Alumina-based molten spherical sand (Comparative Examples 1-1 and 1-2), spherical sand by a sintering method (Comparative Example 2), and chromite sand (Comparative Example 3) were used.

試験方法は、1L磁性ポットミルに20mmアルミナセラミックボール10個と試料100gを入れ30分回転処理を行い、処理前後の砂の粒度測定を行う。粒度測定結果よりAFS粒度指数を算出し、次式(2)で破砕率を求めた。破砕性の測定結果を、表5に示す。   The test method is to place 10 20 mm alumina ceramic balls and 100 g of sample in a 1 L magnetic pot mill, rotate for 30 minutes, and measure the particle size of sand before and after the treatment. The AFS particle size index was calculated from the particle size measurement result, and the crushing rate was determined by the following equation (2). Table 5 shows the measurement results of the friability.

(数2)
破砕率(%)=(回転処理後の粒度指数/原砂の粒度指数)×100 (2)
(Equation 2)
Crushing rate (%) = (Particle size index after rotation / Particle size index of raw sand) x 100 (2)

Figure 2013043180
Figure 2013043180

本実施形態に係るスピネル系溶融球状砂(実施例1−1、2−1、3−1、4−1、5−1、6−1)の破砕性は、従来のムライト、アルミナ系溶融球状砂(比較例1−1、1−2)及び焼結法球状砂(比較例2)の場合に比較して、破砕による粒度の変化が小さく破砕性に優れることが認められた。さらに、本実施形態に係るスピネル系溶融球状砂(実施例1−1、2−1、3−1、4−1、5−1、6−1)の破砕性は、従来の鋳鋼用鋳型砂(クロマイトサンド;比較例3)の場合に比較しても、耐破砕性において顕著に優れる結果となった。これらの結果から、本実施形態に係る鋳型砂を鋳型として使用したとしても、従来技術(合成ムライト系焼結球状砂;比較例2)にて製造した鋳型砂を鋳型としたものと比較して、回収再生に対して有利となることが明らかとなった。   The crushability of the spinel-based molten spherical sand (Examples 1-1, 2-1, 3-1, 4-1, 5-1, 6-1) according to the present embodiment is the same as that of conventional mullite and alumina-based molten spherical sand. Compared to the cases of sand (Comparative Examples 1-1 and 1-2) and sintered spherical sand (Comparative Example 2), it was confirmed that the change in particle size due to crushing was small and the crushability was excellent. Furthermore, the crushability of the spinel-type molten spherical sand (Examples 1-1, 2-1, 3-1, 4-1, 5-1, 6-1) according to this embodiment is the same as that of conventional cast steel mold sand. Even when compared with the case of (chromite sand; Comparative Example 3), the result was remarkably excellent in crush resistance. From these results, even when the mold sand according to the present embodiment is used as a mold, it is compared with the mold sand produced by the conventional technique (synthetic mullite-based sintered spherical sand; Comparative Example 2) as a mold. It has become clear that it is advantageous for recovery and regeneration.

また、本実施形態に係る鋳型砂を使用して実際に所定の形状を有した鋳物を製造後、その使用済みの鋳型から鋳型砂を回収したところ、容易に再生処理することができた。使用済みの鋳型から鋳型砂を再生処理する方法は、特に限定されず公知の方法の何れにおいても採用することができる。   Further, after the casting sand having the predetermined shape was actually manufactured using the casting sand according to the present embodiment, the casting sand was recovered from the used casting mold, and thus it could be easily regenerated. The method for reclaiming the mold sand from the used mold is not particularly limited, and any known method can be employed.

[試験1:フラン樹脂鋳型の圧縮強度]
本実施形態に係る鋳型砂(実施例1−1、2−1、3−1、4−1、5−1、6−1)、従来技術のムライト、アルミナ系溶融球状砂(比較例1−1、1−2)、合成ムライト系焼結法球状砂(比較例2)を使用して、フラン樹脂法(フラン樹脂に有機酸を添加し硬化させる鋳型形成法)によりそれぞれ鋳型を成型した。その成型方法としては、フラン樹脂(花王クエーカー社製、340B)鋳型砂100重量部(2kg)に対し、1.0重量部(合成ムライト系焼結法球状砂の場合は1.2重量部)使用し、酸硬化剤(花王クエーカー社製、C−14)はフラン樹脂100重量部に対し50重量部使用した。成型時の気温は20℃で、湿度は60%であった。なお、混合は上述した試験用品川式万能ミキサーを使用し、供試砂に酸硬化剤を添加して30秒混合後、更にフラン樹脂を添加して30秒混合して排砂した。排砂後50φ×50mmの試験片取り木型に充填して24Hr硬化させ抜型して試験片鋳型とした。得られた試験片鋳型の経過時間毎の圧縮強度及び充填密度を抗圧試験機(オリエンテック社製、H−3000D)により測定した。その結果を表6に示す。表6の「フラン樹脂鋳型の圧縮強度」欄には、実施例および比較例それぞれに関するフラン樹脂鋳型の圧縮強度および充填密度が記載されている。
[Test 1: Compressive strength of furan resin mold]
Mold sand according to the present embodiment (Examples 1-1, 2-1, 3-1, 4-1, 5-1, 6-1), conventional mullite, alumina-based molten spherical sand (Comparative Example 1- 1, 1-2), synthetic mullite-based sintered spherical sand (Comparative Example 2) was used to mold a mold by a furan resin method (a mold forming method in which an organic acid is added to a furan resin and cured). The molding method is 1.0 part by weight (1.2 parts by weight in the case of synthetic mullite-based sintered spherical sand) with respect to 100 parts by weight (2 kg) of furan resin (Kao Quaker, 340B) mold sand. The acid curing agent (C-14, manufactured by Kao Quaker) was used in an amount of 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the furan resin. The temperature during molding was 20 ° C., and the humidity was 60%. For the mixing, the above-described test article Kawa type universal mixer was used. After adding an acid curing agent to the test sand and mixing for 30 seconds, further adding a furan resin and mixing for 30 seconds, the sand was discharged. After sand removal, it was filled in a 50φ × 50 mm test piece removing wooden mold, cured for 24 hours, and extracted to obtain a test piece mold. The compressive strength and packing density for each elapsed time of the obtained test piece mold were measured with a pressure tester (Orientec, H-3000D). The results are shown in Table 6. In the “Compression strength of furan resin mold” column of Table 6, the compression strength and packing density of the furan resin mold for each of the examples and comparative examples are described.

Figure 2013043180
Figure 2013043180

上記の結果から本実施形態に係る鋳型砂をフラン樹脂法に使用した結果、従来技術(比較例2)に比較して圧縮強度が極めて高く、特に24時間放置後の強度としては従来技術の比較例2に比べて約1.9倍の高強度を示した。これは本実施形態に係る溶融球状鋳型砂の平滑な表面形状と球状形状が効果的に作用したものであり、鋳型の充填密度の向上、強度の向上及び粘結剤の添加量の低減に対して効果が示された。   As a result of using the molding sand according to the present embodiment for the furan resin method from the above results, the compressive strength is extremely high as compared with the prior art (Comparative Example 2). Compared with Example 2, the strength was about 1.9 times higher. This is because the smooth surface shape and the spherical shape of the molten spherical mold sand according to this embodiment acted effectively, and for the improvement of the filling density of the mold, the improvement of the strength and the reduction of the amount of the binder. The effect was shown.

[試験2:アルカリフェノール樹脂鋳型の圧縮強度]
本実施形態に係る鋳型砂(実施例1−1、2−1、3−1、4−1、5−1、6−1)、従来技術のムライト、アルミナ系溶融球状砂(比較例1−1、1−2)、合成ムライト系焼結法球状砂(比較例2)を使用して、アルカリフェノール樹脂法(アルカリフェノール樹脂を有機エステルで硬化させる鋳型形成法)によりそれぞれ鋳型を成型した。その成型の際、アルカリフェノール樹脂(神戸理化学工業株式会社製、商品名PHENIX 510A)を鋳型砂100重量部に対し2.0重量部(合成ムライト系焼結法球状砂の場合は2.5重量部)使用し、有機エステル硬化剤(神戸理化学工業株式会社製、C−10)をアルカリフェノール樹脂100重量部に対して20重量部使用した。また、成型時の気温は20℃で、湿度は60%であった。供試砂、硬化剤、樹脂の混合方法及び試験片作成方法は[試験1:フラン樹脂鋳型]の場合と同様の方法で実施した。得られた試験片鋳型の経過時間毎の圧縮強度及び充填密度を測定した。表6の「アルカリフェノール樹脂鋳型の圧縮強度」欄には、実施例および比較例それぞれに関するアルカリフェノール樹脂鋳型の圧縮強度および充填密度が記載されている。
[Test 2: Compressive strength of alkali phenol resin mold]
Mold sand according to the present embodiment (Examples 1-1, 2-1, 3-1, 4-1, 5-1, 6-1), conventional mullite, alumina-based molten spherical sand (Comparative Example 1- 1, 1-2), synthetic mullite-based sintered spherical sand (Comparative Example 2) was used to mold a mold by an alkali phenol resin method (a template forming method in which an alkali phenol resin is cured with an organic ester). At the time of molding, alkali phenol resin (trade name PHENIX 510A manufactured by Kobe Riken Kogyo Co., Ltd., trade name: PHENIX 510A) is 2.0 parts by weight with respect to 100 parts by weight of mold sand (in the case of synthetic mullite type sintered spherical sand, 2.5 weights Part) and 20 parts by weight of an organic ester curing agent (C-10, manufactured by Kobe Rika Kogyo Co., Ltd.) was used with respect to 100 parts by weight of the alkali phenol resin. Moreover, the air temperature at the time of molding was 20 ° C., and the humidity was 60%. The test sand, curing agent, resin mixing method and test piece preparation method were carried out in the same manner as in [Test 1: Furan resin mold]. The compressive strength and packing density for each elapsed time of the obtained test piece mold were measured. In the column “Compression strength of alkali phenol resin mold” in Table 6, the compression strength and packing density of the alkali phenol resin mold for each of the examples and comparative examples are described.

上記の測定結果から明らかなように、本実施形態に係る鋳型砂をアルカリフェノール樹脂法に使用した場合、従来技術(比較例2)に比べて高い圧縮強度が得られ、特に24時間放置後では従来技術に比べて1.5〜1.6倍の高い鋳型強度が得られた。これらについても前記[試験1:フラン樹脂鋳型]と同様に本実施形態に係る溶融球状鋳型砂の平滑な表面形状と球形形状が効果的に作用したものであり、鋳型の充填密度の向上、鋳型強度の向上及び粘結剤添加量の低減に対して効果が示された。   As is apparent from the above measurement results, when the molding sand according to the present embodiment is used for the alkali phenol resin method, a higher compressive strength is obtained than in the prior art (Comparative Example 2), and particularly after 24 hours of standing. The mold strength was 1.5 to 1.6 times higher than that of the prior art. In these cases as well as [Test 1: Furan resin mold], the smooth surface shape and spherical shape of the molten spherical mold sand according to the present embodiment acted effectively, improving the filling density of the mold, The effect was shown with respect to the improvement in strength and the reduction in the amount of binder added.

[試験3:アルカリフェノール樹脂鋳型の熱膨張率]
本実施形態に係る鋳型砂(実施例1−1、2−1、3−1、4−1、5−1、6−1)を使用し、アルカリフェノール樹脂法により熱膨張率測定用の試験片を作製した。具体的には、アルカリフェノール樹脂(花王クエーカー社製、S661K)を鋳型砂100重量部に対し1.2重量部使用し、有機エステル硬化剤(花王クエーカー社製、QX140)をアルカリフェノール樹脂100重量部に対し25重量部使用して、直径50mm×高さ50mmの試験片を作製した。成型時の気温は20℃で、湿度は60%であった。なお、供試砂と硬化剤、樹脂の混合方法及び試験片作成方法は[試験1:フラン樹脂鋳型]の場合と同様の方法で実施した。上記の方法で作成した試験片を直示式熱膨張計(オザワ科学株式会社製、EOS-3)にセットし、1000℃に保持した電気炉内で急熱した時の熱膨張率を測定した。比較例として従来技術によるムライト、アルミナ系溶融球状砂(比較例1−1、1−2)、合成ムライト系焼結法球状砂(比較例2)、クロマイトサンド及びフラタリー珪砂(輸入珪砂)と比較して測定した。各砂に対する樹脂の添加量は表6に記載している。各例の熱膨張率の結果を表6の「アルカリフェノール樹脂鋳型の熱膨張率」欄に示す。表6に示した結果から明らかなように、本実施形態に係る鋳型球状砂は、熱膨張率が小さい。したがって、従来に比べて、熱膨張に起因するベーニング、すくわれ、絞られといった鋳造欠陥の防止に対して有効であることが明らかである。
[Test 3: Thermal expansion coefficient of alkali phenol resin mold]
A test for measuring the thermal expansion coefficient by the alkali phenol resin method using the mold sand (Examples 1-1, 2-1, 3-1, 4-1, 5-1, 6-1) according to this embodiment. A piece was made. Specifically, alkali phenol resin (Kao Quaker, S661K) is used in an amount of 1.2 parts by weight based on 100 parts by weight of mold sand, and organic ester curing agent (Kao Quaker, QX140) is used in 100 wt. A test piece having a diameter of 50 mm and a height of 50 mm was prepared using 25 parts by weight of the part. The temperature during molding was 20 ° C., and the humidity was 60%. The test sand, curing agent, resin mixing method and test piece preparation method were carried out in the same manner as in [Test 1: Furan resin mold]. The test piece created by the above method was set on a direct thermal expansion meter (EOS-3, manufactured by Ozawa Science Co., Ltd.), and the coefficient of thermal expansion was measured when rapidly heated in an electric furnace maintained at 1000 ° C. . Comparison with conventional mullite, alumina-based fused spherical sand (Comparative Examples 1-1 and 1-2), synthetic mullite-based sintered spherical sand (Comparative Example 2), chromite sand and flattery quartz sand (imported quartz sand) as comparative examples And measured. The amount of resin added to each sand is listed in Table 6. The result of the thermal expansion coefficient of each example is shown in the column of “thermal expansion coefficient of alkali phenol resin mold” in Table 6. As is apparent from the results shown in Table 6, the spherical spherical sand according to this embodiment has a small coefficient of thermal expansion. Therefore, it is clear that it is more effective in preventing casting defects such as vaning, scooping and squeezing due to thermal expansion than in the past.

[試験4:再生砂]
本実施形態に係る鋳型砂(実施例1−1、2−1、3−1、4−1、5−1、6−1)、従来技術によるムライト、アルミナ系溶融球状砂(比較例1−1、1−2)、合成ムライト系焼結法球状砂(比較例2)を使用し、アルカリフェノール樹脂法により[試験2:アルカリフェノール樹脂鋳型の圧縮強度]に準じて作製した鋳型を成型し、市販の砂再生機を使用して再生砂を得た。さらに、これらの操作を3回繰り返して鋳型を成型し、24時間放置後の圧縮強度を測定した。鋳型の作成はアルカリフェノール樹脂(神戸理化学工業株式会社製、商品名PHENIX 510A)を鋳型砂100重量部に対し2.0重量部(合成ムライト系焼結法球状砂の場合は2.5重量部)使用し、有機エステル硬化剤(神戸理化学工業株式会社製、C−10)をアルカリフェノール樹脂100重量部に対して20重量部使用した。また、成型時の気温は20℃で、湿度は60%であった。再生砂を使用した試験片鋳型の経過時間毎の圧縮強度及び充填密度を測定した。その結果を表6の「再生砂の鋳型強度」欄に示す。上記の測定結果から明らかなように、本実施形態に係る鋳型砂を再生した場合の鋳型強度は、従来技術(比較例2)の鋳型砂に比較して再生砂を使用したことによる強度低下が少ない。特に、3回再生した砂を使用した場合には従来技術の約3倍の鋳型強度を有することがわかった。この結果は、本実施形態に係る溶融球状鋳型砂が平滑球状であることから、鋳型砂粒子表面に粘結剤の残留が少なく、粘結剤の繰り返し添加に対しても悪影響を与えないことを示唆している。比較例2の場合は、図9(b)の鋳型砂のSEM写真からも明らかな如く鋳型砂表面が多孔質であり、その結果、粘結剤の残留が多くなりやすく、それらが粘結剤の繰り返し添加の作用に悪影響を与えたものと推察される。
[Test 4: Recycled sand]
Mold sand according to this embodiment (Examples 1-1, 2-1, 3-1, 4-1, 5-1, 6-1), mullite according to the prior art, alumina-based molten spherical sand (Comparative Example 1- 1, 1-2), using synthetic mullite-based sintered spherical sand (Comparative Example 2), and molding a mold prepared according to [Test 2: Compressive strength of alkali phenol resin mold] by the alkali phenol resin method. Recycled sand was obtained using a commercially available sand regenerator. Further, these operations were repeated three times to mold a mold, and the compressive strength after standing for 24 hours was measured. The mold was prepared by adding 2.0 parts by weight of alkali phenol resin (trade name PHENIX 510A, manufactured by Kobe Riken Kogyo Co., Ltd.) to 100 parts by weight of mold sand (2.5 parts by weight in the case of synthetic mullite-based sintered spherical sand). ) And 20 parts by weight of an organic ester curing agent (C-10, manufactured by Kobe Chemical Industry Co., Ltd.) was used with respect to 100 parts by weight of the alkali phenol resin. Moreover, the air temperature at the time of molding was 20 ° C., and the humidity was 60%. The compressive strength and packing density for each elapsed time of the test piece mold using regenerated sand were measured. The results are shown in the column “Recycled sand mold strength” in Table 6. As is clear from the above measurement results, the mold strength when the mold sand according to the present embodiment is regenerated is lower in strength due to the use of the reclaimed sand compared to the mold sand of the prior art (Comparative Example 2). Few. In particular, when sand regenerated three times was used, it was found that the mold strength was about three times that of the prior art. This result shows that since the molten spherical mold sand according to this embodiment is a smooth spherical shape, there is little binder remaining on the surface of the mold sand particles, and there is no adverse effect on repeated addition of the binder. Suggests. In the case of Comparative Example 2, the surface of the mold sand is porous as apparent from the SEM photograph of the mold sand in FIG. 9B. As a result, the binder remains easily, and these are the binder. It is presumed that the effect of repeated addition was adversely affected.

[鋳造試験結果]
本実施形態により製造したスピネル系溶融砂(実施例1−1、2−1、3−1、4−1、5−1、6−1)、従来技術によるムライト、アルミナ系溶融砂(比較例1−1、1−2)、焼結法による球状砂(比較例2)を使用してアルカリフェノール鋳型の中子(50φ×60H)を作製した。上型には、中央に湯口と押し湯(この場合は、鋳型上部に設けられる溶湯を溜める部分のこと)を兼用設置した。下型には、270φ×120Hの空洞部を設けた。その空洞部の底部にあたる箇所に、上述した50φ×60Hの中子を設置した。中子は円周上に均等な間隔を保つよう配置した。中子の下端は空洞部の底部にあたる箇所に埋め込んだ。中子の埋め込み深さは10ミリメートルとした。これにより、中子のうち金属溶湯に接触する部分のサイズは50φ×50Hとなる。この鋳型に、高周波溶融炉で溶解した高クロムニッケル鋼(出湯温度1550℃、鋳込み重量50kg)を取鍋で注湯して中子部と接触した金属肌(ショットブラスト後)の観察を行った。
[Casting test results]
Spinel-type molten sand (Examples 1-1, 2-1, 3-1, 4-1, 5-1, 6-1) manufactured according to this embodiment, mullite according to the prior art, alumina-based molten sand (Comparative Example) 1-1, 1-2), and spherical cores (Comparative Example 2) obtained by a sintering method, an alkali phenol mold core (50φ × 60H) was produced. In the upper mold, a pouring gate and a hot water (in this case, a portion for accumulating the molten metal provided in the upper part of the mold) was installed. The lower mold was provided with a 270φ × 120H cavity. The above-described 50φ × 60H core was installed at a location corresponding to the bottom of the cavity. The cores were arranged so as to keep a uniform spacing on the circumference. The lower end of the core was embedded in a portion corresponding to the bottom of the cavity. The core embedding depth was 10 mm. As a result, the size of the portion of the core that contacts the molten metal is 50φ × 50H. In this mold, a high chromium nickel steel melted in a high frequency melting furnace (pour temperature 1550 ° C., casting weight 50 kg) was poured in a ladle and the metal skin (after shot blasting) in contact with the core portion was observed. .

なお、中子砂の配合は、溶融球状砂100重量部に対してアルカリフェノール樹脂1.5重量%、樹脂に対する硬化剤添加量を25重量%とし、これらを品川式万能ミキサーで混練して50φ×60H試験片取り木型に充填して24時間硬化抜型した。また、同一中子で塗型ありの領域と塗型なしの領域とを設けた。焼結球状砂(セラビーズ(登録商標)#650)の場合は樹脂添加量を2.0重量%とし、樹脂に対する硬化剤添加量を25重量%とし、外型の鋳型砂は三河6号硅砂100重量%に水ガラス6重量%を添加混練したもので成型し炭酸ガスで硬化させた。結果を表7に示す。表7に示す鋳造試験の結果から、本実施形態に係る溶融法で作成した中子の鋳物肌は良好であり実用性に対して問題のないことが明らかであった。   The core sand is blended in an amount of 1.5% by weight of the alkali phenol resin with respect to 100 parts by weight of the molten spherical sand and 25% by weight of the hardener added to the resin. A x60H test piece removing wooden mold was filled and cured for 24 hours. In addition, a region with a paint mold and a region without a paint mold were provided in the same core. In the case of sintered spherical sand (Cerabeads (registered trademark) # 650), the amount of resin added is 2.0% by weight, the amount of hardener added to the resin is 25% by weight, and the outer mold sand is Mikawa No. 6 sand 100 It was molded by adding and kneading 6% by weight of water glass to weight% and cured with carbon dioxide gas. The results are shown in Table 7. From the results of the casting test shown in Table 7, it was clear that the core casting skin of the core produced by the melting method according to the present embodiment was good and had no problem for practical use.

Figure 2013043180
Figure 2013043180

本発明は、耐熱性が高く低膨張性と低破砕性に優れるうえ、鋳型特性及び砂の再使用性に優れている。しかも製造時の収率が高く安価に実施できるので、大形鋳鋼品用のほか各種の鋳型に用いる鋳型砂として利用することができる。   The present invention has high heat resistance and excellent low expansibility and low crushability, as well as excellent mold characteristics and sand reusability. Moreover, since the yield at the time of production is high and it can be carried out inexpensively, it can be used as mold sand used for various molds in addition to large cast steel products.

1 鋳型砂製造装置
2 耐火物原料
3 溶融炉
4 溶融物
5 高圧空気吹き付け装置
6 溶融球状物
7 捕集容器
8 電極(炭素電極)
9 出湯口
10 高圧空気供給装置
11 空気供給路
12 吹き込みノズル
13 ノズル口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mold sand manufacturing apparatus 2 Refractory raw material 3 Melting furnace 4 Melt 5 High pressure air spraying apparatus 6 Molten sphere 7 Collection container 8 Electrode (carbon electrode)
9 Hot water outlet 10 High-pressure air supply device 11 Air supply path 12 Blowing nozzle 13 Nozzle port

Claims (4)

Alが50〜85重量%、MgOが5〜40重量%、SiOが0重量%を超え20重量%以下の化学成分を有し、前記Alの重量%と前記MgOの重量%と前記SiOの重量%との合計が100重量%以下であり、かつ、スピネル(MgO・Al) を結晶構成の一種とする溶融球状物を含み、この溶融球状物が30〜3000μmの粒度分布を有することを特徴とする、鋳型砂。 Al 2 O 3 is 50 to 85 wt%, MgO 5 to 40 wt%, SiO 2 has a 20% by weight of chemical components than 0 wt%, of the MgO the weight% of the Al 2 O 3 A molten sphere having a total of 100% by weight or less and 100% by weight of SiO 2 and having spinel (MgO.Al 2 O 3 ) as one kind of crystal structure, Mold sand characterized by having a particle size distribution of ˜3000 μm. スピネルと、アルミナ、ムライト、コーディエライト、およびサフィリンのいずれかとの複合物を結晶構成の一種とし、Alが50〜85重量%、MgOが5〜40重量%、SiOが0重量%を超え20重量%以下の化学成分を有する溶融球状物を含み、前記Alの重量%と前記MgOの重量%と前記SiOの重量%との合計が100重量%以下であり、前記溶融球状物が30〜3000μmの粒度分布を有することを特徴とする、鋳型砂。 A composite of spinel and any of alumina, mullite, cordierite, and sapphirine is a kind of crystal structure, Al 2 O 3 is 50 to 85% by weight, MgO is 5 to 40% by weight, and SiO 2 is 0% by weight. A molten sphere having a chemical component of more than 20% by weight and less than 20% by weight, and the total of the weight percent of the Al 2 O 3 , the weight percent of the MgO and the weight percent of the SiO 2 is 100 weight percent or less, Mold sand, wherein the molten spheres have a particle size distribution of 30 to 3000 μm. MgO源およびアルミナ源の少なくとも一方から調製され、Alが50〜85重量%、MgOが5〜40重量%、SiOが0重量%を超え20重量%以下の化学成分を有し、前記Alの重量%と前記MgOの重量%と前記SiOの重量%との合計が100重量%以下である耐火物原料を溶融炉に投入後、前記耐火物原料を溶融し、前記耐火物原料が溶融することで形成された溶融物に高圧ガスを吹き付けて微粒子状に飛散させながら冷却固化することで、スピネルを結晶構成の一種とし、かつ、30〜3000μmの粒度分布を有する溶融球状物を形成することを特徴とする、鋳型砂の製造方法。 Prepared from at least one of a MgO source and an alumina source, Al 2 O 3 having a chemical component of 50 to 85% by weight, MgO of 5 to 40% by weight, SiO 2 of more than 0% by weight and 20% by weight or less, A refractory material having a total of 100% by weight or less of the weight percent of Al 2 O 3, the weight percent of MgO and the weight percent of SiO 2 is charged into a melting furnace, and then the refractory material is melted, Melting spinel as a kind of crystal structure by spraying high-pressure gas on the melt formed by melting the refractory raw material and dispersing it into fine particles, and having a particle size distribution of 30 to 3000 μm A method for producing mold sand, characterized by forming a spherical object. MgO源およびアルミナ源の少なくとも一方から調製され、Alが50〜85重量%、MgOが5〜40重量%、SiOが0重量%を超え20重量%以下の化学成分を有し、前記Alの重量%と前記MgOの重量%と前記SiOの重量%との合計が100重量%以下である耐火物原料を溶融炉に投入後、前記耐火物原料を溶融し、前記耐火物原料が溶融することで形成された溶融物に高圧ガスを吹き付けて微粒子状に飛散させながら冷却固化することで、スピネルと、アルミナ、ムライト、コーディエライト、およびサフィリンのいずれかとの複合物を結晶構成の一種とし、かつ、30〜3000μmの粒度分布を有する溶融球状物を形成することを特徴とする、鋳型砂の製造方法。 Prepared from at least one of a MgO source and an alumina source, Al 2 O 3 having a chemical component of 50 to 85% by weight, MgO of 5 to 40% by weight, SiO 2 of more than 0% by weight and 20% by weight or less, A refractory material having a total of 100% by weight or less of the weight percent of Al 2 O 3, the weight percent of MgO and the weight percent of SiO 2 is charged into a melting furnace, and then the refractory material is melted, A composite of spinel and one of alumina, mullite, cordierite, and sapphirine by spraying high-pressure gas on the melt formed by melting the refractory raw material and then cooling and solidifying it while scattering it into fine particles. And a molten sphere having a particle size distribution of 30 to 3000 μm is formed.
JP2011180164A 2011-08-22 2011-08-22 Mold sand and its manufacturing method Active JP5815328B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011180164A JP5815328B2 (en) 2011-08-22 2011-08-22 Mold sand and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011180164A JP5815328B2 (en) 2011-08-22 2011-08-22 Mold sand and its manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013043180A true JP2013043180A (en) 2013-03-04
JP5815328B2 JP5815328B2 (en) 2015-11-17

Family

ID=48007511

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011180164A Active JP5815328B2 (en) 2011-08-22 2011-08-22 Mold sand and its manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5815328B2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104475646A (en) * 2014-11-03 2015-04-01 繁昌县琦祥铸造厂 Heat resistance and good plasticity molding sand and preparation method thereof
JP2016107320A (en) * 2014-12-09 2016-06-20 キンセイマテック株式会社 Casting mold sand and method for production thereof
JP2016164117A (en) * 2015-02-27 2016-09-08 Agcセラミックス株式会社 Ceramic bead
JP2019030910A (en) * 2018-10-25 2019-02-28 キンセイマテック株式会社 Mold sand and method for producing the same
CN113477878A (en) * 2021-06-18 2021-10-08 广西玉柴机器股份有限公司 Special molding sand for 3D printing of diesel engine cylinder cover sand core
JP2022075748A (en) * 2017-05-16 2022-05-18 株式会社木村鋳造所 Method for manufacturing sand mold for casting

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61216832A (en) * 1985-03-22 1986-09-26 Ohara:Kk Mold material for casting of pure titanium or titanium alloy
JPH08141694A (en) * 1994-11-16 1996-06-04 Morita Mfg Co Ltd Molding material for molding
US20050103228A1 (en) * 2001-12-07 2005-05-19 Susanne Rabe Casting material for producing casting molds for casting high-melting point materials
JP3878496B2 (en) * 2002-02-28 2007-02-07 山川産業株式会社 Mold sand and manufacturing method thereof
JP2008162825A (en) * 2006-12-27 2008-07-17 Kao Corp Spherical ceramic particles
JP2010042449A (en) * 2009-10-05 2010-02-25 Kinsei Matec Co Ltd Molding sand, and production method therefor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61216832A (en) * 1985-03-22 1986-09-26 Ohara:Kk Mold material for casting of pure titanium or titanium alloy
JPH08141694A (en) * 1994-11-16 1996-06-04 Morita Mfg Co Ltd Molding material for molding
US20050103228A1 (en) * 2001-12-07 2005-05-19 Susanne Rabe Casting material for producing casting molds for casting high-melting point materials
JP3878496B2 (en) * 2002-02-28 2007-02-07 山川産業株式会社 Mold sand and manufacturing method thereof
JP2008162825A (en) * 2006-12-27 2008-07-17 Kao Corp Spherical ceramic particles
JP2010042449A (en) * 2009-10-05 2010-02-25 Kinsei Matec Co Ltd Molding sand, and production method therefor

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104475646A (en) * 2014-11-03 2015-04-01 繁昌县琦祥铸造厂 Heat resistance and good plasticity molding sand and preparation method thereof
JP2016107320A (en) * 2014-12-09 2016-06-20 キンセイマテック株式会社 Casting mold sand and method for production thereof
JP2016164117A (en) * 2015-02-27 2016-09-08 Agcセラミックス株式会社 Ceramic bead
JP2022075748A (en) * 2017-05-16 2022-05-18 株式会社木村鋳造所 Method for manufacturing sand mold for casting
JP7293529B2 (en) 2017-05-16 2023-06-20 株式会社木村鋳造所 Manufacturing method of sand mold for casting
JP2019030910A (en) * 2018-10-25 2019-02-28 キンセイマテック株式会社 Mold sand and method for producing the same
CN113477878A (en) * 2021-06-18 2021-10-08 广西玉柴机器股份有限公司 Special molding sand for 3D printing of diesel engine cylinder cover sand core

Also Published As

Publication number Publication date
JP5815328B2 (en) 2015-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4448945B2 (en) Mold sand and its manufacturing method
JP4326916B2 (en) Spherical casting sand
RU2535704C1 (en) Method of 3d printing on refractory articles
JP5507262B2 (en) Aggregate particles for mold
JP2013043180A (en) Molding sand and method for producing the same
JP6462347B2 (en) Mold sand and its manufacturing method
KR102403083B1 (en) Sintering Agent for Dry Particulate Refractory Composition
JP2003251434A (en) Sand for mold and production method thereof
JP5075902B2 (en) Mold sand and its manufacturing method
WO2004052572A1 (en) Spherical casting sand
CN108472722A (en) Including zeolite type micro-structure pours refractory assemblies and application thereof
JP2019089124A (en) Sintered artificial sand
JP5600472B2 (en) Foundry sand, foundry sand composition, and casting mold obtained using the same
JP5567353B2 (en) Spherical refractory particles, foundry sand comprising the same, and molds obtained using the same
JP2006150451A (en) Ceramic particles
JP6367451B1 (en) Sintered artificial sand
JP4615370B2 (en) Foundry sand
JP5178366B2 (en) Stucco material for mold manufacturing for precision casting and mold for precision casting using the same
JP5276861B2 (en) Ceramic aggregate for mold, method for producing the same, and mold using the same
JP5980612B2 (en) Aggregate particles and method for producing the same
JP5845040B2 (en) Precision casting mold manufacturing method
JP6595688B2 (en) Mold sand and its manufacturing method
JP2015213919A (en) Filler material of slurry for manufacturing precision casting mold, slurry obtained by using the same and precision casting mold
JP2013075313A (en) Stucco material for making mold for precision casting and mold for precision casting using the same
KR20180099639A (en) Sand containing dots for injection molding and its manufacturing method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140812

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150521

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150602

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150731

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150901

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150924

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5815328

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250