JP2021137876A - 無機鋳型および中子の造型方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 鋳型および中子の温度が７００℃から１０００℃の温度域において、任意の温度まで熱間強度を保持し、かつ熱間強度喪失後の直上約５０℃の温度にて鋳型および中子が完全に崩壊し、崩壊後の鋳物砂に吸湿性がなく長期の保管時も流動性を維持している無機鋳型および中子の造型方法の提供を提供する。【解決手段】 以下の工程からなることを特徴とする鋳造用無機鋳型および中子の造型方法：（ａ） 鋳物砂とカオリンと、珪酸ソーダまたは珪酸カリウムと、マグネシウム塩とを混合し反応させ、鋳物砂の表面上に珪酸マグネシウムを形成する工程；（ｂ）前記珪酸マグネシウムを形成した鋳物砂を造型用型に充填する工程；（ｃ）前記造形用型を加熱または造形用型内に熱風またはＣＯ２ガスを吹き込むことで鋳型および中子を硬化する工程；
Description
本発明は、無機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、無機鋳型および中子の造型には粘結剤としての珪酸ソーダ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）。
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）。
珪酸ソーダや珪酸カリウムを粘結剤とした無機鋳型は注湯時に鋳型からのガス発生量が有機鋳型に比べ少ないため、ガス欠陥が少なくまた異臭もしないため作業環境も良く近年注目を浴びている。しかし珪酸ソーダや珪酸カリウムを用いた鋳型および中子は、鋳込み後の崩壊性が悪く、６００℃を超える温度域において熱間強度の低下が起こり、且つ鋳型変形が起こる問題があり、また崩壊後の鋳物砂は珪酸ソーダや珪酸カリウムの残留により、吸湿性があり、保管時に鋳物砂の流動性が低下し、鋳物砂の再生に困難を来たしている。これらの問題に対してより簡便な方法での対策が求められている。
即ち本発明は、上記問題に鑑み、珪酸ソーダまたは珪酸カリウムを粘結剤とした無機鋳型および中子の温度が７００℃から１０００℃の温度域において、任意の温度まで熱間強度を保持し、かつ熱間強度喪失後の直上約５０℃の温度にて鋳型および中子が完全に崩壊し、崩壊後の鋳物砂に吸湿性がなく長期の保管時も流動性を維持している無機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珪酸ソーダまたは珪酸カリウムと、鋳物砂に対して１．０質量％以上１０．０質量％以下の添加剤としてのカオリンと、鋳物砂に対して１．０質量％以上１１．０質量％以下の添加剤としてのマグネシウム塩を混合したのち、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。
粘結剤として珪酸ソーダおよび珪酸カリウムの配合量は、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。また珪酸ソーダおよび珪酸カリウムのモル比は０．４以上４．３以下の範囲で使用でき、特に０．９以上３．４以下の範囲で有することが好ましい。
添加剤のカオリンは、含水カオリンまたは焼成カオリンが使用できる。特に焼成カオリンが好ましい。配合量は鋳物砂に対して１．０質量％以上１０．０質量％以下が好ましい。１．０質量％未満の場合は鋳型および中子の崩壊性が低く、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。
添加剤としての、マグネシウム塩は水酸化マグネシウムおよび炭酸マグネシウムが使用できる。特に水酸化マグネシウムが好ましい。
鋳型および中子の造型方法は、造形用型の加熱による硬化法、造型型内への熱風吹込みまたはＣＯ２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１７０℃以上２５０℃以下が好ましい。
鋳物砂、粘結剤および添加剤を混合する際に、より均一に混合するために、水を添加することもできる。
本発明によれば、鋳型および中子の温度が７００℃から１０００℃の温度域において、任意の温度まで熱間強度を保持し、かつ熱間強度喪失後の直上約５０℃の温度にて鋳型および中子が完全に崩壊し、崩壊後の鋳物砂に吸湿性がなく長期の保管時も流動性を維持することが可能となる。
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、鋳物砂に珪酸ソーダまたは珪酸カリウムを配合し、添加物としてカオリンおよびマグネシウム塩を配合した混合物を用いて鋳型および中子を造型する。
本実施形態では、鋳物砂に珪酸ソーダまたは珪酸カリウムを配合し、添加物としてカオリンおよびマグネシウム塩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、珪砂を主成分とする鋳物砂を使用することができる。
例えばフラタリー砂やアルバニー砂がある。
例えばフラタリー砂やアルバニー砂がある。
粘結剤としては、珪酸ソーダまたは珪酸カリウムを使用することができ、モル比は０．４以上４．３以下、特に０．９以上３．４以下の範囲で有することが好ましい。
添加剤としてのカオリンは、含水カオリンまたは焼成カオリンを使用することができる。特に焼成カオリンが好ましい。
添加剤としてのマグネシウム塩は水酸化マグネシウムまたは炭酸マグネシウムを使用することができる。特に水酸化マグネシウムが好ましい。
上記混合物の造型としては、造形用型の加熱による硬化法、造型用型内への熱風吹込みまたはＣＯ２ガス吹込みによる硬化法を使用することができる。
本実施例では、鋳物砂はフラタリー砂を使用した。粘結剤として珪酸ソーダはモル比３．２を、珪酸カリウムはモル比２．０を使用した。添加物としてカオリンは焼成カオリンを、マグネシウム塩は水酸化マグネシウムをそれぞれ使用した。上記鋳物砂、粘結剤および添加剤を混合し１２０ｍｍ×３ｍｍ×２０ｍｍの金型に充填後、金型を２００℃にて１分間加熱して造型した試験片について、図１の形態で試験片に重り１７５ｇを乗せ焼成炉にて常温から１１００℃まで焼成を行い、熱間強度を確認した。また熱間強度を喪失した温度の直上約５０℃の温度にて試験片を取り出し常温に戻したのち、３５５μｍの網目の篩にかけて通過率の測定を行った。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。崩壊後の砂の流動性については、崩壊直後の砂と崩壊後湿度７５％にて３か月間保管した砂とを比較し流動性を確認した。
珪砂２８ｇに珪酸ソーダを２．６ｇ、水酸化マグネシウムを０．２ｇ、焼成カオリンを１．０ｇ添加し混合したのち１２０ｍｍ×３ｍｍ×２０ｍｍの金型に充填し、金型を２００℃にて１分間加熱し試験片を作成後、図１の形態で焼成炉にて焼成を行い２００℃から１１００℃までの熱間強度の確認を行った。その後熱間強度を喪失した温度の直上約５０℃の温度にて試験片を取り出し、常温に戻したのち崩壊性を確認した。また、崩壊後の砂と崩壊後湿度７５％にて３か月保管した砂について流動性の比較を行った。
珪砂２８ｇに珪酸ソーダを２．６ｇ、焼成カオリンを１．０ｇ、水酸化マグネシウムを０．５ｇおよび水を０．６５ｇ添加し混合したのち試験片を作成し、実施例１と同様な測定を行った。
珪砂２８ｇに珪酸カリウムを２．６ｇ、焼成カオリンを１．０ｇ、水酸化マグネシウムを０．６ｇ添加し混合したのち試験片を作成し、実施例１と同様な測定を行った。
珪砂２８ｇに珪酸カリウムを２．６ｇ、焼成カオリンを１．０ｇ、水酸化マグネシウムを１．０ｇ添加し混合したのち試験片を作成し、実施例１と同様な測定を行った。
（比較例１） 珪砂２８ｇに珪酸ソーダを２．６ｇを混合し、添加剤の配合は行わずに試験片を作成し、実施例１と同様な測定を行った。
（評価方法）
１．熱間強度
実施例１〜４および比較例１について図１の形態にて焼成炉にて常温から１１００℃まで焼成し、２００℃から温度上昇５０℃毎に試験片を目視し熱間強度の確認を行った。試験片に約３ｍｍのたわみが出た時点を熱間強度の喪失と判断した。
１．熱間強度
実施例１〜４および比較例１について図１の形態にて焼成炉にて常温から１１００℃まで焼成し、２００℃から温度上昇５０℃毎に試験片を目視し熱間強度の確認を行った。試験片に約３ｍｍのたわみが出た時点を熱間強度の喪失と判断した。
２．崩壊性
実施例１〜４および比較例１について熱間強度喪失時の温度から直上約５０℃の温度にて試験片を取り出し常温に戻した後、３５５μｍの網目の篩にかけ通過率の測定を行い、崩壊性の確認を行った。崩壊した珪砂の通過率が９９％以上の場合は○、通過率９９％未満の場合を×とし、評価を行った。
実施例１〜４および比較例１について熱間強度喪失時の温度から直上約５０℃の温度にて試験片を取り出し常温に戻した後、３５５μｍの網目の篩にかけ通過率の測定を行い、崩壊性の確認を行った。崩壊した珪砂の通過率が９９％以上の場合は○、通過率９９％未満の場合を×とし、評価を行った。
３．流動性
実施例１〜４および比較例１について崩壊した直後の砂と崩壊後湿度７５％以上で３か月間保管した砂の比較を行った。比較方法は、図２の形態にて長さ３００ｍｍの板を斜めに設置しそれぞれの砂を入れた容器から同時に板の上部から流し、板の下部に到達までを比較した。到達までの時間が同等の場合を○、それ以外を×とし、評価を行った。
実施例１〜４および比較例１について崩壊した直後の砂と崩壊後湿度７５％以上で３か月間保管した砂の比較を行った。比較方法は、図２の形態にて長さ３００ｍｍの板を斜めに設置しそれぞれの砂を入れた容器から同時に板の上部から流し、板の下部に到達までを比較した。到達までの時間が同等の場合を○、それ以外を×とし、評価を行った。
（評価）
熱間強度、崩壊性および流動性について実施例１〜４、比較例１の結果を表１に示す。
熱間強度、崩壊性および流動性について実施例１〜４、比較例１の結果を表１に示す。
本発明である実施例１は粘結剤としてモル比３．２の珪酸ソーダを使用し、添加剤として水酸化マグネシウムを０．２ｇおよび焼成カオリンを１．０ｇ添加した例である。７００℃まで熱間強度を有し、７５０℃にて完全に崩壊した。また流動性も良好であった。
本発明である実施例２は粘結剤としてモル比３．２の珪酸ソーダを使用し、添加剤として水酸化マグネシウムを０．５ｇ、焼成カオリンを１．０ｇおよび水を０．６５ｇを添加した例である。８００℃まで熱間強度を有し、８５０℃にて完全に崩壊した。また流動性も良好であった。
本発明である実施例３は粘結剤としてモル比２．０の珪酸カリウムを使用し、添加剤として水酸化マグネシウムを０．６ｇ、焼成カオリンを１．０ｇ添加した例である。８５０℃まで熱間強度を有し、９００℃にて完全に崩壊した。また流動性も良好であった。
本発明である実施例４は粘結剤としてモル比２．０の珪酸カリウムを使用し、添加剤として水酸化マグネシウムを１．０ｇ、焼成カオリンを１．０ｇ添加した例である。９００℃まで熱間強度を有し、９５０℃にて完全に崩壊した。また流動性も良好であった。
比較例１は、粘結剤としてモル比３．２の珪酸ソーダを使用し、添加剤を配合していない例である。６００℃まで熱間強度を有したが、その後の温度上昇では崩壊はしなかった。また流動性も良好な結果は得られなかった。
（総合評価）
本発明の実施例から、７００℃〜１０００℃の温度域において、任意の温度まで熱間強度を保持し、かつ熱間強度喪失後の直上約５０℃の温度にて完全に崩壊し、崩壊後の鋳物砂に吸湿性がなく長期の保管時も流動性が維持できることが確認された。
本発明の実施例から、７００℃〜１０００℃の温度域において、任意の温度まで熱間強度を保持し、かつ熱間強度喪失後の直上約５０℃の温度にて完全に崩壊し、崩壊後の鋳物砂に吸湿性がなく長期の保管時も流動性が維持できることが確認された。
Claims (6)
- 鋳型および中子の温度が７００℃〜１０００℃の温度域において、任意の温度まで熱間強度を保持し、かつ熱間強度喪失後の直上約５０℃の温度にて鋳型および中子が完全に崩壊し、崩壊後の鋳物砂に吸湿性がなく長期の保管時も流動性を維持している鋳型および中子であって、以下の工程からなることを特徴とする鋳造用無機鋳型および中子の造型方法：
（ａ）鋳物砂と、珪酸ソーダまたは珪酸カリウムと、カオリンと、マグネシウム塩とを混合し反応させ、鋳物砂の表面上に珪酸マグネシウムを形成する工程；
（ｂ）前記珪酸マグネシウムを形成した鋳物砂を造型用型に充填する工程；
（ｃ）前記造形用型を加熱または造形用型内に熱風またはＣＯ２ガスを吹き込むことで鋳型および中子を硬化する工程； - 前記鋳物砂は珪砂を主成分とすることを特徴とする請求項１に記載の鋳型および中子の造型方法
- 前記カオリンは、含水カオリンまたは焼成カオリンの少なくとも一方を含むことを特徴する請求項１〜２に記載の鋳型および中子の造型方法
- 前記珪酸ソーダまたは珪酸カリウムはモル比０．４〜４．３を特徴とする請求項１〜３に記載の鋳型および中子の造型方法
- 前記マグネシウム塩は、水酸化マグネシウムまたは炭酸マグネシウムの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１〜４に記載の鋳型および中子の造型方法
- 前記混合物に水を添加することを特徴とする請求項１〜５に記載の鋳型および中子の造型方法
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| US3203057A (en) * | 1963-03-13 | 1965-08-31 | Charles R Hunt | Process for making cores and molds, articles made thereby and binder compositions therefor |
| WO2018097179A1 (ja) * | 2016-11-22 | 2018-05-31 | 旭有機材株式会社 | コーテッドサンド及びその製造方法並びにこれを用いた鋳型の製造方法 |
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