JP2021104544A

JP2021104544A - 鋳型および中子の造型方法

Info

Publication number: JP2021104544A
Application number: JP2020184694A
Authority: JP
Inventors: 小林　義明; Yoshiaki Kobayashi; 義明小林
Original assignee: Osaka Keiso Co Ltd
Current assignee: Osaka Keiso Co Ltd
Priority date: 2020-10-19
Filing date: 2020-10-19
Publication date: 2021-07-26

Abstract

【課題】簡便であって且つ崩壊性の高い鋳型および中子の造型方法を提供する。【解決手段】本発明の鋳型および中子の造型方法は、鋳物砂と、鋳物砂に対して３．０質量％以上１５．０質量％以下の粘結剤としての水ガラスと、鋳物砂に対して３．０質量％以上１０．０質量％以下の添加剤としての層状ケイ酸アルミニウムと、を混合したのち、造型用型に充填し硬化して得られる鋳型および中子の造型方法。【選択図】なし

Description

本発明は、鋳型および中子の造型方法に関するものである。

従来から、鋳型および中子の造型には無機粘結剤としての水ガラスと併せて様々な添加剤が用いられている。
例えば、鋳型用の材料として、鋳物砂と、粘結剤としての水ガラスと、添加剤としての微粒子状非晶質二酸化ケイ素および層状シリケートを用いる鋳型の造型方法が開示されている。（例えば、特表２０２０−５１６４６０号参照）。

また、鋳型用の材料として、鋳物砂と、水ガラスを含む粘結剤と、溶湯の熱により気体を発生する無機化合物粒子と、を用いて発泡砂の製造および鋳型の造型方法が開示されている。（例えば、特許第５９７２３９３号参照）。

特表２０２０−５１６４６０号特許第５９７２３９３号

フェノール樹脂やフラン樹脂を粘結剤とした有機粘結剤鋳型は鋳造後の鋳型の崩壊が良好ではあるが、注湯時に有機粘結剤が高温の熱により分解され、鋳型から多量のガスが発生するため、ガス欠陥を発生する可能性が高くなる問題がある。

一方、水ガラスを粘結剤とした無機粘結剤鋳型は注湯時に鋳型からのガス発生量が比較的少ないため、有機粘結剤鋳型に比べガス欠陥が少ない。しかし、水ガラスを用いた鋳型および中子は注湯後の崩壊性が悪く改善が求められている。特に鋳型および中子造型時に固化していた水ガラスの成分がおおよそ７００℃を超える温度域になると液状のガラスに変化し、常温に戻る際そのガラス成分のまま固化が起こり鋳型強度が高くなるため、崩壊性が悪く鋳物砂の再生が難しいという欠点があり、この問題に対してより簡便な方法での対策が強く求められている。

即ち本発明は、上記問題に鑑み、水ガラスを粘結剤とした無機粘結剤鋳型の温度が７００℃を超える温度域においてより簡便な方法で鋳型および中子の崩壊性が高く、且つ、鋳物砂の再生が容易な鋳型および中子の造型方法を提供することを目的とする。

上述の目的は、鋳物砂と、鋳物砂に対して３．０質量％以上１５．０質量％以下の粘結剤としての水ガラスと、鋳物砂に対して３．０質量％以上１０．０質量％以下の添加剤としての層状ケイ酸アルミニウムと、を混合したのち、造型用型に充填し硬化して得られる鋳型および中子の造型方法によって達成される。

粘結剤としての水ガラスはケイ酸ナトリウムであり、配合量は鋳物砂に対して３．０質量％以上１５．０質量％以下が好ましい。３．０質量％未満の場合は鋳型および中子としての強度が不十分となり、１５．０質量％を超えて配合した場合は鋳型および中子の強度が必要以上に大きくなりすぎてしまう。またケイ酸ナトリウムのＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏのモル比は１．６以上４．２以下の範囲で使用でき、特に３．０以上４．２以下の範囲で有することが鋳型および中子の崩壊性の点から好ましい。

添加剤の層状ケイ酸アルミニウムは、カオリン、焼成カオリン、スメクタイトまたはマイカが使用できる。特に焼成カオリンが好ましい。配合量は鋳物砂に対して３．０質量％以上１０．０質量％以下が好ましい。３．０質量％未満の場合は鋳型および中子の崩壊性が低くなり、１０．０質量％を超える場合は鋳型および中子としての強度が不十分になる。

鋳型および中子の造型方法は、造型用型の加熱による硬化法、造型型内への熱風吹込みによる硬化法およびＣＯ_２ガス吹込みによる硬化法が使用できる。また造型用型の加熱温度は１００℃以上３００℃以下で特に１５０℃以上２００℃以下が好ましい。

本発明によれば、鋳型および中子の崩壊性が極めて良好で、崩壊後の鋳物砂の再生が容易となる。

本発明の実施例１における焼成温度と抗折強度の関係図表。比較例１における焼成温度と抗折強度の関係図表。比較例２における焼成温度と抗折強度の関係図表。比較例３における焼成温度と抗折強度の関係図表。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（実施形態）
本実施形態では、鋳物砂に粘結剤として水ガラスを配合し、添加物として層状ケイ酸アルミニウムを配合した混合物を用いて鋳型および中子を造型する。

鋳物砂としては、従来より使用されている鋳物砂を使用することができ、例えば珪砂またはオリビン砂を使用することができる。他の適切な鋳物砂としては、例えばジルコン砂やクロマイト砂がある。

粘結剤としての水ガラスはケイ酸ナトリウムを使用することができ、そのＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏのモル比は１．６以上４．２以下、特に３．０以上４．２以下の範囲で有することが好ましい。

上記混合物の造型としては、造型用型の加熱による硬化法、造型型内への熱風吹込みによる硬化法およびＣＯ_２ガス吹込みによる硬化法が使用することができる。

本実施例では、鋳物砂として珪砂を使用し水ガラスとしてモル比３．２のケイ酸ナトリウムを配合し、添加物として層状ケイ酸アルミニウムの焼成カオリンを配合した混合物を用いて直径６０ｍｍ厚さ５ｍｍの円形金型に充填し、金型を２００℃にて５分間加熱して造型した試験片について、焼成炉にて３００℃から１１００℃まで１００℃毎の温度にて各試験片を１時間焼成を行い、常温に戻したのち振動を与えて試験片を崩壊し、３５５μｍの網目の篩にかけて通過率の測定を行った。同様に長さ６０ｍｍ縦横１０ｍｍの角柱試験片を作成し、焼成炉にて３００℃から１１００℃まで１００℃毎の温度にて各試験片を１時間焼成を行い、常温に戻したのち抗折強度の測定を行った。なお、珪砂はあらかじめ３５５μｍの網目の篩にかけ、３５５μｍ以上の珪砂を取り除いたものを使用した。

珪砂にケイ酸ナトリウムを８．５％および層状ケイ酸アルミニウムとして焼成カオリンを５．０％添加し混合したのち直径６０ｍｍ厚さ５ｍｍの円形金型に充填し、金型を２００℃にて５分間加熱し試験片を９個作成し、焼成炉にて３００℃から１１００℃まで１００℃毎の温度にて各試験片を１時間焼成を行い、常温に戻したのち崩壊性の測定を行った。同様に長さ６０ｍｍ縦横１０ｍｍの角柱試験片を作成し、焼成を行ったのち抗折強度の測定を行った。

（比較例１）珪砂にケイ酸ナトリウム８．５％添加し、添加剤の配合は行わずに実施例１と同様な測定を行った。

（比較例２）珪砂にケイ酸ナトリウムを８．５％および非層状ケイ酸アルミニウムとしてムライトを５．０％添加して、実施例１と同様な測定を行った。

（比較例３）珪砂にケイ酸ナトリウムを８．５％および層状ケイ酸アルミニウムとして焼成カオリンを２．５％添加して、実施例１と同様な測定を行った。

（評価方法）
１．崩壊性
実施例１、比較例１、比較例２および比較例３にて作成した円形試験片を振動にて崩壊後３５５μｍの網目の篩にかけ通過率の測定を行い、崩壊した珪砂の通過率が９５％以上の場合は○、通過率９５％未満の場合を×とし、評価を行った。

２．抗折強度
実施例１、比較例１、比較例２および比較例３にて作成した角柱試験片を用いて抗折強度測定を行った。試験方法は、３点曲げ試験法を用いて測定を行った。

（評価）
崩壊性について実施例１、比較例１、比較例２および比較例３の結果を表１に示す。

本発明である実施例１は添加剤として層状ケイ酸アルミニウムの焼成カオリンを５．０％添加した例である。７００℃以上１１００℃以下において、極めて良好な崩壊性を示し鋳物砂の再生が容易であった。

比較例１は、添加剤を配合していない例である。３００℃から１１００℃までの全ての温度域で通過率が９５％未満であり、篩の上に多くの試験片の塊が残り、鋳物砂の再生は容易ではなかった。

比較例２は、添加剤として非層状のケイ酸アルミニウムのムライトを５．０％添加した例である。３００℃から１１００℃までの全ての温度域で通過率が９５％未満であり、篩の上に多くの試験片の塊が残り、鋳物砂の再生は容易ではなかった。

比較例３は、添加剤として層状のケイ酸アルミニウムの焼成カオリンを２．５％添加した例である。３００℃から１１００℃までの全ての温度域で通過率が９５％未満であり、篩の上に多くの試験片の塊が残り、鋳物砂の再生は容易ではなかった。

抗折強度について実施例１、比較例１、比較例２および比較例３についてそれぞれ図１、図２、図３および図４に示す。

本発明である実施例１は７００℃から１１００℃の間で抗折強度が０ｋｇｆ／ｃｍ^２付近を示した。

比較例１は、抗折強度がすべての温度域で２０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上あり０ｋｇｆ／ｃｍ^２付近を示すことはなかった。

比較例２は、抗折強度がすべての温度域で１０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上あり０ｋｇｆ／ｃｍ^２付近を示すことはなかった。

比較例３は、抗折強度がすべての温度域で１０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上あり０ｋｇｆ／ｃｍ^２付近を示すことはなかった。

（総合評価）
本発明の実施例１は、７００℃以上において崩壊性および抗折強度ともに良好な結果となり、容易に鋳物砂の再生ができた。
一方、比較例１、比較例２および比較例３は、７００℃以上において崩壊性及および抗折強度ともに良好な結果を得ることができなかった。

上述の目的は、水ガラスを粘結剤とした無機粘結剤鋳型の温度が７００℃を超える温度域においてより簡便な方法で鋳型および中子の崩壊性が高く、且つ、鋳物砂の再生が容易な鋳型および中子の造型方法であって、鋳物砂と、鋳物砂に対して３．０質量％以上１５．０質量％以下の粘結剤としての水ガラスと、鋳物砂に対して３．０質量％以上１０．０質量％以下の添加剤としての層状ケイ酸アルミニウムと、を混合したのち、造型用型に充填し硬化して得られる鋳型および中子の造型方法によって達成される。

Claims

鋳物砂と、鋳物砂に対して３．０質量％以上１５．０質量％以下の粘結剤としての水ガラスと、鋳物砂に対して３．０質量％以上１０．０質量％以下の添加剤としての層状ケイ酸アルミニウムと、を混合したのち、造型用型に充填し硬化して得られる鋳型および中子の造型方法。
上記粘結剤の水ガラスがケイ酸ナトリウムであり、そのＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏのモル比が１．６以上４．２以下である請求項１に記載の鋳型および中子の造型方法。
上記硬化が、造型用型の加熱による硬化法、造型用型内への熱風吹込みによる硬化法およびＣＯ_２ガス吹込みによる硬化法である請求項１または請求項２に記載の鋳型および中子の造型方法。