JP5451587B2 - Recycling method of core and core sand - Google Patents

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本発明は、鋳造後の中子砂落としで発生する水溶性中子の砂含有液(砂スラリーを含む。)を再生利用して調製した中子砂により造型する中子のリサイクル造型法及びそれに使用する中子砂に関する。特に、アルミニウム、マグネシウムや亜鉛等の軽合金鋳造に好適な中子砂に関する。   The present invention relates to a method for recycling molding of a core made of core sand prepared by reusing a sand-containing liquid (including sand slurry) of a water-soluble core generated by dropping core sand after casting, and Regarding core sand to be used. In particular, it relates to core sand suitable for casting light alloys such as aluminum, magnesium and zinc.

特許文献1の段落0002には、中子に関して、「鋳型に溶湯を圧入し,急冷凝固させて鋳物を製造する精密鋳造技術においては、機械部品等の精密鋳造品の内部に空間を設けるために、中子が広く利用されている。例えば、アルミ合金を使ったシリンダの内部空間、エグゾースト内部の冷却媒体通路の作製に中子は不可欠なものである。」と記載されている。   Paragraph 0002 of Patent Document 1 relates to the core: “In precision casting technology in which a molten metal is press-fitted into a mold and rapidly solidified to produce a casting, a space is provided inside a precision casting such as a machine part. For example, the core is indispensable for the production of the inner space of the cylinder using the aluminum alloy and the cooling medium passage inside the exhaust.

上記のような中子のリサイクル造型法、即ち、水溶性中子の砂落とし後、回収した鋳物砂及び水溶性無機塩バインダー(無機結合剤)を再生利用するリサイクル造型法は、産業廃棄物を大量発生させないため、昨今、環境的見地から着目されている。   The recycling molding method of the core as described above, that is, the recycling molding method of recycling the recovered foundry sand and the water-soluble inorganic salt binder (inorganic binder) after the sand removal of the water-soluble core, In recent years, it has attracted attention from an environmental standpoint because it does not generate a large amount.

このような水溶性中子を用いたリサイクル造型法を記載した特許文献として、特許文献1や特許文献2がある。以下に、特許文献1における水溶性中子に関する記載を一部編集上の変更を加えて引用する(段落0007〜0015)。なお、下記引用文中における、[特許文献2・3・4]は、明細書本文中の特許文献3・4・2にそれぞれ対応する。   Patent documents 1 and 2 are patent documents describing a recycling molding method using such a water-soluble core. The description relating to the water-soluble core in Patent Document 1 is cited below with some editorial changes (paragraphs 0007 to 0015). [Patent Documents 2, 3 and 4] in the following quotations correspond to Patent Documents 3, 4 and 2 in the text of the specification.

「一方、中子バインダーとして無機塩を用いることにより、鋳造時のガス発生量を低減させ、鋳造後は中子砂落しを水で行うことのできる水溶性中子が考えられている。しかしながら、非水溶性中子と同様に水溶性中子では、大量に発生する鋳物砂と無機バインダーの処理を如何にするかという問題があった。
一方、水溶性中子バインダーとしては、硫酸マグネシウム(MgSO)が知られている。しかながら、硫酸マグネシウム(MgSO)水溶液は、以下の欠点を有している。1)粘着力が弱く、中子強度が充分ではない。2)バインダー必要量が多くなり(水の量も増加する)、鋳物砂の流動性が悪化し、中子造型時にブロー充填性が不十分である。
“On the other hand, by using an inorganic salt as a core binder, a water-soluble core that can reduce the amount of gas generated at the time of casting and can perform core sand removal with water after casting is considered. Similar to the water-insoluble core, the water-soluble core has a problem of how to treat a large amount of foundry sand and inorganic binder.
On the other hand, magnesium sulfate (MgSO 4 ) is known as a water-soluble core binder. However, the magnesium sulfate (MgSO 4 ) aqueous solution has the following drawbacks. 1) Adhesive strength is weak and core strength is not sufficient. 2) The required amount of binder increases (the amount of water also increases), the fluidity of the foundry sand deteriorates, and the blow filling property is insufficient during core molding.

そこで、本発明者らは、十分な中子強度と可溶性を併せ持つ水溶性中子バインダーを提供することを目的として、Mg2+、Na、Ca2+から選択されるカチオンと、SO 2−、CO 2−、HCO 、B 2−から選択されるアニオンとの組み合わせからなる水溶性無機塩の1種以上(但し、硫酸マグネシウム(MgSO)のみの場合を除く)から成る水溶性中子バインダーを発明した(下記特許文献2)。特に、硫酸マグネシウム(MgSO)0〜99.9質量%と、炭酸ナトリウム(NaCO)、四ホウ酸ナトリウム(Na)、硫酸ナトリウム(NaCO)から選択される1種以上100〜0.1質量%から成る水溶性中子バインダーが好適であることを見出した。 Therefore, the present inventors aim to provide a water-soluble core binder having both sufficient core strength and solubility, a cation selected from Mg 2+ , Na + , Ca 2+ , SO 4 2− , It consists of one or more water-soluble inorganic salts consisting of a combination with an anion selected from CO 3 2− , HCO 3 , and B 4 O 7 2− (except for the case of only magnesium sulfate (MgSO 4 )). A water-soluble core binder was invented (Patent Document 2 below). In particular, selected from magnesium sulfate (MgSO 4 ) 0-99.9% by mass, sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), sodium tetraborate (Na 2 B 4 O 7 ), sodium sulfate (Na 2 CO 3 ). It was found that a water-soluble core binder composed of one or more of 100 to 0.1% by mass is suitable.

同じく、本発明者らは、高温強度と、砂落しの容易性の目安となる水可溶性を併せ持つ水溶性中子を提供することを目的として、鋳物砂粒子の表面が水溶性無機塩バインダーで被覆された水溶性中子において、該水溶性無機塩バインダーに、珪砂(珪粉)、アルミナ、チタン酸カリウム、炭化珪素、珪酸ジルコン、繊維状チタン酸カリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化マグネシウムから選択される無機フィラーの1種以上が添加されている高強度水溶性中子を発明した(下記特許文献3)。   Similarly, the present inventors have coated the surfaces of foundry sand particles with a water-soluble inorganic salt binder for the purpose of providing a water-soluble core having both high-temperature strength and water-solubility, which is a measure of ease of sand removal. In the water-soluble core, the water-soluble inorganic salt binder includes silica sand (silica powder), alumina, potassium titanate, silicon carbide, zircon silicate, fibrous potassium titanate, titanium oxide, zinc oxide, iron oxide, oxidation Invented a high-strength water-soluble core to which one or more inorganic fillers selected from magnesium are added (Patent Document 3 below).

公知の水溶性バインダーを添加した水溶性無機中子砂(水分換算で2〜10%対砂、以下ウェットサンドと称す)によるプロセスは鋳造製品内の中子を水(又は、塩水溶液)で洗い流す。洗い流された砂は多量の塩溶液を含んでいる(以下スラリー砂と称す)。従って中子砂作製には遠心機などによる脱水工程及び塩溶液微調製のための混練工程が必要である。   A process using a water-soluble inorganic core sand to which a known water-soluble binder is added (2 to 10% of sand in terms of moisture, hereinafter referred to as wet sand) is used to wash the core in the cast product with water (or a salt solution). . The washed sand contains a large amount of salt solution (hereinafter referred to as slurry sand). Therefore, core sand production requires a dehydration step using a centrifuge and a kneading step for fine preparation of a salt solution.

そこで、本発明者らは、特許文献2及び特許文献3の、砂落しが容易な水溶性無機バインダーの開発に基づいて、使用後の鋳物砂及び無機バインダーの両者をほぼ完全に再生・リサイクルする方法を提供し、水溶性中子を更に実用性のあるものとするとともに、環境性に優れたものとすることを目的として、水溶性中子から鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーをほぼ完全に再利用する方法を提供することを目的として、鋳物砂粒子の表面が水溶性無機塩バインダーで被覆された水溶性中子を用いた鋳造品から後記水溶性無機塩バインダー及び水からなる上澄み液の水圧を用いて該鋳物砂を除去する工程と、該除去された鋳物砂、水溶性無機塩バインダー及び水からなる混合物を貯蔵して、水溶性無機塩バインダー及び水からなる上澄み液と、主として鋳物砂からなり少量の水溶性無機塩バインダー及び水からなるスラリーに分離する沈殿工程と、該スラリーの水分を所定濃度まで脱水する工程と、該所定濃度まで脱水されたスラリーを再利用する工程を含む鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法を発明した(下記特許文献4)。   Accordingly, the present inventors almost completely regenerate and recycle both the foundry sand and the inorganic binder after use based on the development of the water-soluble inorganic binder that can be easily removed from the sand in Patent Document 2 and Patent Document 3. In order to provide a method and make the water-soluble core more practical and environmentally friendly, the casting sand and the water-soluble inorganic salt binder are almost completely removed from the water-soluble core. For the purpose of providing a method of reusing, the supernatant liquid consisting of a water-soluble inorganic salt binder and water, which is described later, from a cast product using a water-soluble core in which the surface of the molding sand particles is coated with a water-soluble inorganic salt binder. Removing the foundry sand using water pressure, storing the removed foundry sand, a water-soluble inorganic salt binder, and a mixture of water, and a supernatant consisting of the water-soluble inorganic salt binder and water; A precipitation step of separating into a slurry consisting of a small amount of water-soluble inorganic salt binder and water, a step of dehydrating the water of the slurry to a predetermined concentration, and a step of reusing the slurry dehydrated to the predetermined concentration Invented a method of reusing foundry sand and water-soluble inorganic salt binder (Patent Document 4 below).

従来の再利用技術(中子砂がウェットサンド)の問題点としては下記の事項が挙げられる。
1)スラリー砂からウェットサンド状態の中子砂を作製する脱水工程及び混練工程が必要となる。
2)脱水工程は砂中の塩溶液(水分)を遠心効果の制御によりほぼ調製できるが精度的に難しい。
3)脱水した砂はホッパー等、保管中の自然乾燥を防ぐために密閉等の構造が必要で設備が複雑になる。
4)目標の塩溶液(水分)の中子砂を作製するには、脱水砂の砂中の塩溶液(水分)量、及び砂量制御など計測を備えた混練工程が必要。
これらの問題点が発生する理由は、砂落し後のスラリー砂(砂含有液)と中子砂(ウェットサンド)で、組成的に大きな差があることに起因する。例えば、砂/塩溶液の重量比において、スラリー砂は1/0.3〜50に対し、ウェットサンドは1/0.03〜0.10と大きく相違している。」
The following matters can be cited as problems of conventional reuse technology (core sand is wet sand).
1) A dehydration step and a kneading step for producing core sand in a wet sand state from slurry sand are required.
2) Although the salt solution (water | moisture content) in sand can be prepared almost by control of the centrifugal effect, the dehydration process is difficult in accuracy.
3) Dehydrated sand requires a structure such as a hopper to prevent natural drying during storage, which complicates equipment.
4) In order to produce the core salt of the target salt solution (moisture), a kneading step with measurements such as the amount of salt solution (water) in the sand of dehydrated sand and the control of the amount of sand is required.
The reason why these problems occur is that there is a large difference in composition between slurry sand after sand removal (sand-containing liquid) and core sand (wet sand). For example, in the weight ratio of sand / salt solution, slurry sand is significantly different from 1 / 0.3 to 50, whereas wet sand is significantly different from 1 / 0.03 to 0.10. "

なお、上記砂落としで発生したスラリー砂から回収したウェットサンド状態の中子砂(ウエットサンド)は、混練されて造型用中子砂とされる工程で調製されて、通常、無機バインダー水溶液/鋳物砂(容積比)≧1の造型用スラリー砂とされる(特許文献1請求項4等)。   In addition, wet sand core sand (wet sand) recovered from the slurry sand generated by the sand removal is prepared in a process of being kneaded and used as molding core sand. Usually, an aqueous inorganic binder solution / casting Sand (volume ratio) ≧ 1 is used for molding slurry sand (Patent Document 1, Claim 4 etc.).

このため、特許文献1では、下記構成の鋳物砂および水溶性無機塩バインダーの再利用方法(中子のリサイクル造型法)が提案されている(請求項1)。   For this reason, Patent Document 1 proposes a recycling method (core recycling method) of foundry sand and water-soluble inorganic salt binder having the following configuration (claim 1).

「鋳物砂粒子の表面が水溶性無機塩バインダーで被覆された水溶性中子を用いた鋳造品から鋳物砂と水溶性無機塩バインダーからなるスラリー状鋳物砂を回収する工程と、該鋳物砂と水溶性無機塩バインダーからなるスラリー状鋳物砂を鋳物型内のキャビティと連接したスラリーボックス中に入れる工程と、該スラリーボックス中のスラリー状鋳物砂にスラリー流動用エアを吹き込んでスラリー状鋳物砂を流動化する工程と、該流動化されたスラリー状鋳物砂を新たな中子砂として型内のキャビティに充填する工程と、該キャビティ内に充填された中子砂を乾燥する工程とを含むことを特徴とする鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法。」   “Recovering slurry foundry sand composed of foundry sand and a water-soluble inorganic salt binder from a cast product using a water-soluble core in which the surface of the foundry sand particles is coated with a water-soluble inorganic salt binder; A step of placing slurry-like foundry sand composed of a water-soluble inorganic salt binder into a slurry box connected to a cavity in a casting mold, and blowing slurry-flowing air into the slurry-like foundry sand in the slurry box to obtain slurry-like foundry sand. Including a step of fluidizing, a step of filling the fluidized slurry-like foundry sand into a cavity in a mold as a new core sand, and a step of drying the core sand filled in the cavity. And a method for reusing the foundry sand and water-soluble inorganic salt binder. "

なお、参考のために、図1(A)・(B)に特許文献1の中子のリサイクル造型法の流れ図を示す。   For reference, FIGS. 1 (A) and 1 (B) show a flowchart of the core recycling method of Patent Document 1. FIG.

上記特許文献1・2に記載の中子のリサイクル造型法において、更なる生産性の向上、具体的には、1)造型時間の短縮、2)熱コストの低減、3)寸法精度の向上、4)離型性の向上等が要求されるようになってきている。   In the core recycling molding method described in Patent Documents 1 and 2 above, further improvement of productivity, specifically 1) reduction of molding time, 2) reduction of heat cost, 3) improvement of dimensional accuracy, 4) Improvements in releasability and the like have been demanded.

そこで、本発明者らは他の発明者らと共同して、上記課題を解決することのできる、新規な下記構成の中子のリサイクル造型法を先に提案した(特許文献5)。   Therefore, the present inventors previously proposed a novel core recycle molding method having the following configuration, which can solve the above-mentioned problems, in cooperation with other inventors (Patent Document 5).

鋳物砂に水溶性無機塩からなる結合剤の水溶液(以下「結合剤水溶液」という。)を添加した中子砂を使用して、水溶性中子(以下「中子」という。)をエアレータ造型し、
該中子を用いて鋳造後、該中子の砂落しにより発生した砂含有液を、中子砂の原料として再生利用する造型法において、
前記中子砂の組成を、所定のエア流動化実験を行なったとき、中子砂水分(X)と流動化率(Y)との関係グラフ図において、Yが極小値を示すXより中子砂水分が低く、且つ、必要強度を確保できる量の結合剤水溶液が添加されてなるものとすることを特徴とする。
Using a core sand in which an aqueous solution of a binder composed of a water-soluble inorganic salt (hereinafter referred to as “binder aqueous solution”) is added to foundry sand, a water-soluble core (hereinafter referred to as “core”) is molded into an aerator. And
In a molding method in which the sand-containing liquid generated by sand removal of the core after casting with the core is recycled as a raw material for the core sand,
In the graph of the relationship between the core sand moisture (X) and the fluidization rate (Y) when a predetermined air fluidization experiment is performed on the composition of the core sand, the core from X where Y is a minimum value. A sand water content is low, and an aqueous binder solution in an amount capable of ensuring the required strength is added.

上記中子のリサイクル造型法を、具象的な発明特定事項で表現すると、下記の如くになる。   The above core recycle molding method can be expressed as concrete invention specific items as follows.

結合剤水溶液を添加した中子砂を使用して、中子をエアレータ造型し、
該中子を使用して鋳造後、中子の砂落しにより発生した砂含有液を、前記中子砂の原料として再生利用する造型法において、
前記水溶性無機塩として、Mg2+、Na+、Ca2+から選択されるカチオンと、SO4 2-、CO3 2-、HCO3 2-、B47 2-から選択されるアニオンとの組み合わせの1種以上からなるものを使用するとともに、
中子砂水分:2〜13質量%の範囲で設定するとともに、乾燥中子における結合剤添加量:1〜6質量%となるような範囲で設定することを特徴とする。
Using core sand to which an aqueous binder solution has been added, the core is made into an aerator,
After casting using the core, in the molding method for recycling the sand-containing liquid generated by the sand removal of the core as a raw material for the core sand,
As the water-soluble inorganic salt, a cation selected from Mg 2+ , Na + and Ca 2+ , and an anion selected from SO 4 2− , CO 3 2− , HCO 3 2− , and B 4 O 7 2− And using a combination of one or more of
The core sand moisture is set in the range of 2 to 13% by mass, and the binder addition amount in the dry core is set in the range of 1 to 6% by mass.

上記発明特定事項で規定される本発明の中子の造型法を使用すると、下記のような効果を奏して、前記問題点を解決できる。   The use of the core molding method of the present invention defined by the above-described invention specific matters can achieve the following effects and solve the above problems.

即ち、中子砂として、スラリー状態(水分高含有)の鋳物砂(以下、「スラリー砂」という。)を使用せずに水分含有率の低いものを使用することで、下記作用・効果を奏する。   That is, the following actions and effects can be achieved by using a core sand having a low water content without using a slurry sand (high water content) foundry sand (hereinafter referred to as “slurry sand”). .

1)中子硬化のために、中子型の加熱、及び、充填後キャビティへの熱風吹き込みが不要となる。スラリー砂の場合、中子内の水分除去を蒸発により行なう必要がある。しかし、本発明では、中子硬化は、充填圧による脱水時間だけですむ。したがって;   1) For core curing, heating of the core mold and blowing of hot air into the cavity after filling become unnecessary. In the case of slurry sand, it is necessary to remove the water in the core by evaporation. However, in the present invention, the core curing only requires the dehydration time by the filling pressure. Therefore;

・造型サイクル時間が短縮できる。例えば、硬化時間は、従来のスラリー砂の場合、4〜13min(脱水後加熱蒸発合計)であるのに対し、本発明の中子砂(ウエット砂)の場合、2〜3minで済む。     ・ Molding cycle time can be shortened. For example, in the case of conventional slurry sand, the curing time is 4 to 13 minutes (total heat evaporation after dehydration), whereas in the case of the core sand (wet sand) of the present invention, it is only 2 to 3 minutes.

・中子の寸法精度が向上する。スラリー砂の如く、充填脱水後、更に、水分を加熱蒸発させる必要がなく、充填圧による常温下の脱水のみで造型できるためである。     ・ The dimensional accuracy of the core is improved. This is because, like slurry sand, after the filling and dehydration, it is not necessary to heat and evaporate the water, and the mold can be formed only by dehydration at normal temperature by the filling pressure.

・中子型内にオイルヒータ等の加熱手段を配する必要がなくなり中子型の構造が簡単となる(ベント孔のみでよくなる)。さらには、熱風吹き込み手段が不要となり、造型装置の機構も簡単となる。     -There is no need to arrange heating means such as an oil heater in the core mold, and the core structure is simplified (only a vent hole is required). Furthermore, the hot air blowing means is unnecessary, and the mechanism of the molding apparatus is simplified.

・造型装置に錆が発生し難くなる。中子硬化の脱水・加熱に際して発生する飛散含有塩水や含有塩蒸気に造型装置が晒されることがないためである。この結果、中子型を含む造型装置をステンレス等の耐食性金属で製作する必要がなくなる。     -Rust is less likely to occur in the molding equipment. This is because the molding apparatus is not exposed to scattered salt water or salt vapor generated during dehydration and heating for core curing. As a result, it is not necessary to manufacture a molding apparatus including a core mold with a corrosion-resistant metal such as stainless steel.

2)中子砂の充填に際して、中子型のキャビティ面に塗布されている離型剤が洗い流されることがない。中子砂の水分含有率が低いためである。したがって、離型剤として、特殊な離型剤(例えば、油性F-Si系)を使用して、鋳物砂充填毎に離型剤を厚く塗布する必要がなくなり、さらには、離型剤の塗布量も少なくて済み、中子造型の毎に離型剤の塗布も不要となる。   2) When filling the core sand, the release agent applied to the cavity surface of the core mold is not washed away. This is because the moisture content of the core sand is low. Therefore, it is not necessary to use a special release agent (for example, oil-based F-Si) as the release agent, and it is not necessary to apply the release agent thickly every time the casting sand is filled. The amount is small, and it is not necessary to apply a release agent for each core molding.

3)加熱硬化に際して、従来の如く、過剰の結合剤層が中子の表面側に形成されることがない。このため、離型抵抗が大きくなることもない。また、砂落としに際して特殊な多量の離型剤が砂含有液中に混合することもなく、流出した砂含有液中の結合剤水溶液の再生利用が容易となる。さらには、離型抵抗が小さくなる結果、中子の強度確保のために、中子砂組成物にフィラーや濡れ剤の添加をする必要がなくなる。   3) At the time of heat curing, an excessive binder layer is not formed on the surface side of the core as in the prior art. For this reason, mold release resistance does not increase. In addition, a large amount of a special release agent is not mixed in the sand-containing liquid during sand removal, and the recycling of the binder aqueous solution in the spilled sand-containing liquid is facilitated. Furthermore, as a result of the reduction in mold release resistance, it is not necessary to add a filler or a wetting agent to the core sand composition in order to ensure the strength of the core.

なお、特許文献2段落0032下4〜2行には、「脱水装置で所定濃度まで脱水されたスラリーは、所定の溶液を含んだ湿り砂が所定の溶液を含んだ湿砂状態(混練砂状態)となるから、このまま次工程の造型機へ送られ再利用される。」と記載されているが、図1(A)の記載等から、再度、造型のために加水混練が必要であり、特許文献1(請求項4)と同様、結合剤水溶液/砂容積比で1.0以上のスラリー状態で中子型へ充填されているものと解される。   Note that, in Patent Document 2, paragraph 0032, lines 4 to 2 below, “The slurry dehydrated to a predetermined concentration by the dehydrator is a wet sand state containing a predetermined solution (a kneaded sand state). ), It is sent to the next molding machine as it is, and is reused. "From the description of Fig. 1 (A), etc., it is necessary to again knead for molding, Similarly to Patent Document 1 (Claim 4), it is understood that the core is filled in a slurry state with a binder aqueous solution / sand volume ratio of 1.0 or more.

特開2007−152368号公報JP 2007-152368 A 特開2005−138141号公報JP 2005-138141 A 特開2005−066634号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-066664 特開2005−059081号公報JP 2005-059081 A 特開2010−234388号公報JP 2010-234388 A

そして、昨今、中子の更なる強度(抗折強度)の増大が要望されるようになってきた。   In recent years, there has been a demand for further increase in the strength (bending strength) of the core.

しかし、上記構成の中子のリサイクル造型法において、強度を得るためには結合剤水溶液の添加量を増大させる必要がある。結合剤水溶液の添加量を増大させると、中子砂の型充填時の吹き込み流動が低下する(図3参照)。従って、鋳型が複雑である場合(例、自動車エンジン、シリンダーヘッド、ウォータジャケット等)、充填不良に伴う中子(鋳型)欠損が発生し易くなる。よって、結合剤水溶液の添加量の増大による中子の抗折強度(鋳型強度)の増大には限界があった。   However, in the above-described core recycling molding method, it is necessary to increase the amount of binder aqueous solution added in order to obtain strength. When the addition amount of the binder aqueous solution is increased, the blowing flow at the time of filling the core sand mold is reduced (see FIG. 3). Therefore, when the mold is complicated (for example, an automobile engine, a cylinder head, a water jacket, etc.), a core (mold) defect due to poor filling is likely to occur. Therefore, there has been a limit in increasing the bending strength (mold strength) of the core by increasing the amount of the binder aqueous solution added.

本発明は、中子のリサイクル造型法において、更なる中子の強度増大を達成することを目的とする。   It is an object of the present invention to achieve further increase in core strength in the core recycling molding method.

本発明者らは、特許文献5に記載の方法において、特定の無機微粉を添加すれば、上記目的(課題)を解決することができることを知見して、下記構成の中子のリサイクル造型法に想到した。   The present inventors have found that the above object (problem) can be solved if a specific inorganic fine powder is added in the method described in Patent Document 5, and the core recycling method described below is applied. I came up with it.

水溶性無機塩からなる結合剤の水溶液(以下「結合剤水溶液」という。)を鋳物砂に添加した中子砂を使用して、水溶性中子(以下「中子」という。)をエアレータ造型し、
該中子を用いて鋳造後、該中子の砂落しにより発生した砂含有液を、前記中子砂の原料として再生利用する造型法において、
前記中子砂の組成を、所定のエア流動化実験を行なったとき、中子砂水分(X)と流動化率(Y)との関係グラフ図において、Yが極小値を示すXより中子砂水分が低く、且つ、必要強度を確保できる量の結合剤水溶液が無機微粉とともに添加されてなるものとする中子のリサイクル造型法において、
該無機微粉が、非吸水性無機物からなり、融点700℃以上、モース硬さ:5以上、粒径:前記中子砂のメディアン径比:1/400〜1/10倍であるとともに、その添加量が前記結合剤に対して0.05〜0.9倍の範囲で設定されてなることを特徴とする。
Using a core sand in which an aqueous solution of a binder composed of a water-soluble inorganic salt (hereinafter referred to as “binder aqueous solution”) is added to foundry sand, a water-soluble core (hereinafter referred to as “core”) is formed by an aerator. And
In a molding method in which the sand-containing liquid generated by sand removal of the core after casting with the core is recycled as a raw material for the core sand,
In the graph of the relationship between the core sand moisture (X) and the fluidization rate (Y) when a predetermined air fluidization experiment is performed on the composition of the core sand, the core from X where Y is a minimum value. In the recycling molding method of the core in which the sand water is low and the binder aqueous solution in an amount capable of ensuring the required strength is added together with the inorganic fine powder,
The inorganic fine powder is made of a non-water-absorbing inorganic substance, has a melting point of 700 ° C. or higher, Mohs hardness: 5 or higher, particle size: median diameter ratio of the core sand: 1/400 to 1/10 times, and addition thereof The amount is set in the range of 0.05 to 0.9 times the binder.

中子のリサイクル造型法における特許文献1図1からの引用図である。FIG. 2 is a citation diagram from FIG. 1 of Patent Document 1 in the recycling molding method of the core. 特許文献1,図6(結合剤水溶液(塩溶液)/砂容積比と流動化率の関係を示すグラフ図)の引用図である。FIG. 7 is a citation diagram of Patent Document 1 and FIG. 6 (a graph showing a relationship between a binder aqueous solution (salt solution) / sand volume ratio and a fluidization rate). 本発明例と従来例における中子砂水分の使用範囲と、中子強度(乾燥後抗折力)との関係をモデル的に示したグラフ図である。It is the graph which showed the relationship between the use range of the core sand water | moisture content in the example of this invention, and a prior art example, and core intensity | strength (post-drying bending strength). 本発明で使用する中子造型装置の概略図である。It is the schematic of the core molding apparatus used by this invention. 特許文献1,図7からの引用図(中子の砂落とし説明図)である。FIG. 9 is a citation diagram from Patent Document 1 and FIG. 同図8からの引用図(MgSO/Na2SO4比が一定(1.64)における、濃度と比重との関係グラフ図)である。FIG. 9 is a citation diagram from FIG. 8 (a graph showing the relationship between concentration and specific gravity when the MgSO 4 / Na 2 SO 4 ratio is constant (1.64)). 同図9からの引用図(同じく濃度と糖度との関係グラフ図)である。FIG. 10 is a quoted drawing from FIG. 9 (also a graph showing the relationship between concentration and sugar content). 参照例における結合剤添加率を変更した場合の抗折力実験の結果を示すグラフ図である。It is a graph which shows the result of the bending strength experiment at the time of changing the binder addition rate in a reference example. 無機微粉を添加しない参照例、本発明のアルミナ微粉(対結合剤0.3倍)を添加した実施例1、ベントナイト微粉を添加(対結合剤0.3倍)した比較例の各場合における結合剤含有率と抗折力の実験結果を示すグラフ図である。Bonding in each case of a reference example in which inorganic fine powder is not added, Example 1 in which the alumina fine powder of the present invention (0.3 times the binder) is added, and a comparative example in which bentonite fine powder is added (0.3 times the binder) It is a graph which shows the experimental result of agent content rate and bending strength. 無機微粉を添加しない参照例、本発明のアルミナ微粉(対結合剤0.1倍)を添加した実施例2の各場合における結合剤含有率と抗折力を測定した実験結果を示すグラフ図である。It is a graph which shows the experimental result which measured the binder content rate and the bending strength in each case of the reference example which does not add inorganic fine powder, and Example 2 which added the alumina fine powder of this invention (vs. binder 0.1 time). is there. 無機微粉を添加しない参照例、本発明のアルミナ微粉(対結合剤0.5倍)を添加した実施例2の各場合における結合剤含有率と抗折力を測定した実験結果を示すグラフ図である。It is a graph which shows the experimental result which measured the binder content rate and the bending strength in each case of the reference example which does not add inorganic fine powder, and Example 2 which added the alumina fine powder of this invention (vs. binder 0.5 time). is there.

以下、本発明の実施形態について、説明する。以下の説明で、本発明の特徴的部分以外は、特許文献5における「発明を実施するための形態」を引用してある。配合単位を示す「%」は、特に断らない限り「質量%」を意味する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In the following description, “form for carrying out the invention” in Patent Document 5 is cited except for the characteristic part of the present invention. “%” Indicating a blending unit means “% by mass” unless otherwise specified.

本実施形態に使用する中子造型装置としては、特に限定されないが、例えば、図4に示すものを使用できる。本発明は、基本的に特許文献1を従来例とする改良発明であり、特許文献1の記載から多くを、適宜、変更を加えて引用してある。なお、特許文献1における「流動用エア」と「充填用エア」に関する記載は、逆と考えるので、そのように訂正引用してある。   Although it does not specifically limit as a core molding apparatus used for this embodiment, For example, what is shown in FIG. 4 can be used. The present invention is basically an improved invention using Patent Document 1 as a conventional example, and many of the descriptions from Patent Document 1 are cited with appropriate modifications. In addition, since the description regarding the "flowing air" and the "filling air" in Patent Document 1 is considered to be reversed, the correction is cited as such.

この中子造型装置は、中子砂混練槽1と中子砂ホッパー2と中子型7とからなる。中子砂混練槽1は、内部に混練用攪拌機1aを備えているとともに、その底部には中子ホッパー2と中子砂送り管1bを備えている。中子砂ホッパー2は、中子型7の砂充填口7aと連接した砂充填用開閉弁6と、該中子砂ホッパー2中の中子砂Sに充填用エアA1を吹き込む充填用エア吹込み弁3と、該充填用エアを排気する充填用エア排気弁4とを備えている。また、中子型7は、内部にキャビティ8と、該キャビティ8内を排気するための主ベント(排気ベント)9とを有し、さらには、キャビティ8の附形面には、中子型7の表面に連通する多数の通気兼脱水孔(副ベント:図示せず)を有する。なお、キャビティ8から充填砂が排出されないように、主ベント9は中子砂粒子より小さい構造のスリット構造とされ、通気兼脱水孔は中子砂粒子が通過したり詰まったりしない小径とされている。   The core molding apparatus includes a core sand kneading tank 1, a core sand hopper 2, and a core mold 7. The core sand kneading tank 1 is provided with a kneading stirrer 1a inside, and at the bottom thereof is provided with a core hopper 2 and a core sand feed pipe 1b. The core sand hopper 2 includes a sand filling on-off valve 6 connected to the sand filling port 7a of the core mold 7, and a filling air blow for blowing the filling air A1 into the core sand S in the core sand hopper 2. And a filling air exhaust valve 4 for exhausting the filling air. Further, the core mold 7 has a cavity 8 inside and a main vent (exhaust vent) 9 for exhausting the inside of the cavity 8. 7 has a large number of ventilating and dewatering holes (sub vents: not shown) communicating with the surface. The main vent 9 has a slit structure smaller than the core sand particles so that the filled sand is not discharged from the cavity 8, and the ventilation / dehydration hole has a small diameter that prevents the core sand particles from passing through or clogging. Yes.

次に、上記造型装置を用いての、本発明の中子のリサイクル造型法について説明する。   Next, a method for recycle molding the core of the present invention using the above molding apparatus will be described.

本実施形態の中子造型法は、中子砂の組成を、所定のエア流動化実験を行なったとき、中子砂水分(X)と流動化率(Y)との関係グラフ図において、Yが極小値を示すXより中子砂水分が高く、且つ、必要強度を確保できる量の結合剤水溶液(水溶性無機塩からなる結合剤の水溶液)が鋳物砂に添加されていることを前提的特徴とする。   In the core molding method of the present embodiment, when the composition of the core sand is subjected to a predetermined air fluidization experiment, the relationship between the core sand moisture (X) and the fluidization rate (Y) Assuming that the core sand moisture is higher than X indicating the minimum value, and an amount of a binder aqueous solution (an aqueous solution of a binder made of a water-soluble inorganic salt) is added to the foundry sand to ensure the required strength. Features.

上記水溶性無機塩として、Mg2+、Na+、Ca2+から選択されるカチオンと、SO4 2-、CO3 2-、HCO3 2-、B47 2-から選択されるアニオンとの組み合わせの1種以上からなるものを使用する。そして、中子砂水分:2〜13%、さらには3〜8%の範囲で設定することが望ましい。また、乾燥中子における結合剤添加量:1〜6%、さらには、1.5〜4%となるような範囲で設定することが望ましい。 As the water-soluble inorganic salt, a cation selected from Mg 2+ , Na + and Ca 2+ and an anion selected from SO 4 2− , CO 3 2− , HCO 3 2− , and B 4 O 7 2− Use one or more of the combination. And it is desirable to set in the range of core sand moisture: 2 to 13%, and further 3 to 8%. Moreover, it is desirable to set in the range which becomes binder addition amount in a dry core: 1-6%, Furthermore, 1.5-4%.

結合剤水溶液が過少であると、流動性は向上するが、造型中子中に含まれる結合剤添加率が過少となって、中子強度(抗折強度)を確保し難くなる。結合剤水溶液の比率が過多となると、実用的な流動性を確保し難くなるとともに、本発明の効果(造型サイクルの短縮等)を得難くなる。   If the amount of the binder aqueous solution is too small, the fluidity is improved, but the binder addition rate contained in the molded core is too small, and it is difficult to ensure the core strength (bending strength). If the ratio of the aqueous binder solution is excessive, it is difficult to ensure practical fluidity and it is difficult to obtain the effects of the present invention (such as shortening of the molding cycle).

具体的な上記水溶性無機塩としては、硫酸マグネシウム(MgSO)が好ましく、硫酸マグネシウム(MgSO)50〜98%と、炭酸ナトリウム(NaCO)、四ホウ酸ナトリウム(Na)、硫酸ナトリウム(NaSO)から選択される1種以上2〜50%の混合系が、より好ましい。硫酸マグネシウム(MgSO)50〜90%と、炭酸ナトリウム(NaCO)、四ホウ酸ナトリウム(Na)、硫酸ナトリウム(NaSO)から選択される1種以上10〜50%からなる混合系が、さらに好ましい。このような組成の水溶性中子を用いることで、鋳造時に型崩れせず、鋳造後の砂落しが水圧で容易に行うことができる(特許文献1段落0042参照)。 Specific examples of the water-soluble inorganic salt include magnesium sulfate (MgSO 4 ), magnesium sulfate (MgSO 4 ) 50 to 98%, sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), sodium tetraborate (Na 2 B 4). A mixed system of 1 to 2 to 50% selected from O 7 ) and sodium sulfate (Na 2 SO 4 ) is more preferable. One or more selected from magnesium sulfate (MgSO 4 ) 50 to 90%, sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), sodium tetraborate (Na 2 B 4 O 7 ), sodium sulfate (Na 2 SO 4 ) 10 More preferred is a mixed system consisting of ˜50%. By using a water-soluble core having such a composition, the mold does not lose its shape during casting, and sand removal after casting can be easily performed with water pressure (see paragraph 0042 of Patent Document 1).

そして、このときの結合剤水溶液の塩濃度は、中子強度確保の見地から、飽和かそれに近い濃度、例えば、上記硫酸マグネシウム系の場合、通常20〜35%、望ましくは25〜32%とする。   The salt concentration of the aqueous binder solution at this time is saturated or close to the concentration from the viewpoint of securing the core strength, for example, in the case of the magnesium sulfate system, usually 20 to 35%, preferably 25 to 32%. .

そして、結合剤添加量(含有率)は、乾燥中子において、通常、1〜6%、望ましくは、1.5〜4%となる量とする。本発明においては、中子砂に補強のためのフィラー(本発明における無機微粉とは異質)を添加しないため、上記結合剤添加量は、通常、鋳物砂と結合剤(無水換算)の合計量、さらには、無機微粉を添加する場合は、それも加えた合計量(100%)に対する比率となる。   The binder addition amount (content ratio) is usually 1 to 6%, preferably 1.5 to 4% in the dry core. In the present invention, since no reinforcing filler (different from the inorganic fine powder in the present invention) is added to the core sand, the above binder addition amount is usually the total amount of foundry sand and binder (anhydrous conversion). Furthermore, when adding inorganic fine powder, it becomes the ratio with respect to the total amount (100%) added.

前記結合剤添加量は、従来におけるそれ「4〜7%」(特許文献1段落0043)より低く、結合剤使用量が少なくて済むとともに、従来の如く、結合剤を過剰添加する問題点、中子型への張り付きが発生しない。したがって、離型剤も特殊なものを使用せず、且つ、少量で済むとともに、離型抵抗も小さい。よって、離型時の中子に要求される強度も大きなものが要求されず、中子砂にフィラーの添加も不要となる。   The amount of the binder added is lower than the conventional “4-7%” (paragraph 0043 of Patent Document 1), and the amount of the binder used can be reduced. There is no sticking to the child mold. Therefore, a special release agent is not used and a small amount is sufficient, and the release resistance is small. Therefore, the core required at the time of mold release is not required to have a large strength, and the addition of a filler to the core sand is not necessary.

本発明で用いられる鋳物砂は、従来知られたものを用いることができる。具体的には、SiC、アルミナ、ムライト、シリカ、ジルコン等からなるものを用いることが好ましい。これらは、優れた強度、低熱膨張率を有するとともに入手が比較的容易であり、強度、寸法精度等に優れた水溶性中子を製造することができる。   Conventionally known sand can be used as the foundry sand used in the present invention. Specifically, it is preferable to use one made of SiC, alumina, mullite, silica, zircon or the like. These have excellent strength and low thermal expansion coefficient and are relatively easily available, and can produce a water-soluble core excellent in strength, dimensional accuracy, and the like.

そして、本発明(本実施形態)では、下記特定の無機微粉を添加することに最大の特徴を有する。   And in this invention (this embodiment), it has the biggest characteristic in adding the following specific inorganic fine powder.

本発明で使用する無機微粉は、下記要件を満たす非吸水性の無機物からなるものとする。無機微粉を非吸水性の無機物からなるものとするのは、吸水性であると結合剤水溶液に添加したとき凝集し易く、中子砂の粒子間隙間に均一に浸入せず、中子の強度増大を安定して得難い。逆に、強度低下につながる(図10参照)。なお、吸水性のものは、モース硬さが低い。例えば、粘土の範疇であるベントナイトおよびカオリンは何れもモース硬さ:1であり、また、若干の吸水性を有するタルクもモース硬さ:1である。   The inorganic fine powder used in the present invention is made of a non-water-absorbing inorganic substance that satisfies the following requirements. The inorganic fine powder is made of a non-water-absorbing inorganic substance. If it is water-absorbing, it will tend to aggregate when added to the binder aqueous solution, and will not uniformly penetrate between the core sand particle gaps. It is difficult to obtain an increase stably. Conversely, it leads to a decrease in strength (see FIG. 10). A water-absorbing material has a low Mohs hardness. For example, bentonite and kaolin, both of which are in the category of clay, have a Mohs hardness of 1, and talc having some water absorption also has a Mohs hardness of 1.

1)融点:700℃以上、望ましくは800℃以上とする。本発明の中子は、主としてアルミ合金鋳造を予定しているため、アルミニウムの融点:約660℃より高い溶湯温度(例えば、700℃以上)とする必要があるためである。   1) Melting point: 700 ° C. or higher, desirably 800 ° C. or higher. This is because the core of the present invention is mainly scheduled for aluminum alloy casting, and therefore it is necessary to set the melting point of aluminum to a molten metal temperature higher than about 660 ° C. (for example, 700 ° C. or higher).

2)モース硬さ:5以上、望ましくは6以上、さらに望ましくは7以上とする。鋳物砂はケイ砂(SiO)が主体であるため、鋳物砂の隙間に浸入した場合、ケイ砂のモース硬さ(石英:7)近傍以上のものが、中子の強度増大に寄与するものと推定される。 2) Mohs hardness: 5 or more, preferably 6 or more, more preferably 7 or more. Since the foundry sand is mainly composed of silica sand (SiO 2 ), when it penetrates into the gap between the foundry sands, the sand sand with the Mohs hardness (quartz: 7) or more contributes to the increase in core strength. It is estimated to be.

3)中子砂粒径(メディアン径)比、1/400〜1/10倍、望ましくは1/200〜1/20倍、さらに望ましくは1.5/200〜5/200倍とする。   3) Core sand particle size (median diameter) ratio, 1/400 to 1/10 times, preferably 1/200 to 1/20 times, more preferably 1.5 / 200 to 5/200 times.

中子砂の平均粒径(メディアン径)を、例えば、0.2mm(200μm)としたとき、粒径:0.5〜20μm、望ましくは1〜10μm、さらに望ましくは1.5〜5μmとする。   When the average particle diameter (median diameter) of the core sand is 0.2 mm (200 μm), for example, the particle diameter is 0.5 to 20 μm, desirably 1 to 10 μm, and more desirably 1.5 to 5 μm. .

粒径が大きすぎると、無機微粉が、中子砂の粒子間隙間に浸入せず、中子の強度増大に寄与しがたいと推定される。粒径が小さくても、強度増大するが、高度の粉塵対策設備が必要となる。   If the particle size is too large, it is presumed that the inorganic fine powder does not enter between the particle gaps of the core sand and hardly contributes to an increase in the strength of the core. Even if the particle size is small, the strength is increased, but advanced dust countermeasure equipment is required.

上記要件を満たす無機微粉(無機物)としては、下記の鋳物砂と同系ものを好適に使用できる。括弧内に融点およびモース硬さを記す。これらのものは、鋳物砂に混入しても、再利用できるためである。
アルミナ(2054℃、9)、シリカ(1703℃、7)、磁鉄鉱(1538℃、5.5〜6.5)、
As the inorganic fine powder (inorganic material) that satisfies the above requirements, those similar to the following foundry sand can be suitably used. Write the melting point and Mohs hardness in parentheses. This is because these can be reused even if they are mixed into foundry sand.
Alumina (2054 ° C, 9), silica (1703 ° C, 7), magnetite (1538 ° C, 5.5-6.5),

そして、上記要件を満たすアルミナ微粉の添加量は、結合剤比0.05〜0.9倍、望ましくは0.1〜0.45倍、さらに望ましくは0.25〜0.35倍の範囲で設定する。上記範囲外では、結合剤(結合水溶液)添加量に比例して、中子強度の増大効果を得難い。   And the addition amount of the alumina fine powder satisfying the above requirements is in the range of 0.05 to 0.9 times the binder ratio, desirably 0.1 to 0.45 times, more desirably 0.25 to 0.35 times. Set. Outside the above range, it is difficult to obtain an effect of increasing the core strength in proportion to the amount of binder (binding aqueous solution) added.

なお、特許文献5において、無機微粉の添加が中子強度を増大させる可能性を示唆している。すなわち、段落0052に「無機微粉は、鋳物砂の粒子間隙間を埋めて、中子強度を向上させると考えられるため、添加することが好ましく、カオリン、タルクが好ましく例示される。」の記載がある。   Patent Document 5 suggests that the addition of inorganic fine powder may increase the core strength. That is, in paragraph 0052, it is considered that “inorganic fine powder fills gaps between particles of foundry sand and improves core strength, so it is preferably added, and kaolin and talc are preferably exemplified”. is there.

しかし、本発明者らが、確認実験をしたところ、前述のカオリン(粘土)やタルク等のモース硬さが低いものは、吸水性無機微粉の中子の強度が増大せず、かえって、低下することを知見した(図10参照)。   However, when the present inventors conducted a confirmation experiment, those having low Mohs hardness such as kaolin (clay) and talc described above do not increase the strength of the core of the water-absorbing inorganic fine powder, but instead decrease. (See FIG. 10).

また、特許文献3において、強度増大のため、アルミナやシリカを無機フィラー(骨材)として添加する記載がある(段落0024・0025)。しかし、特許文献3の前提となる造型法が本発明とは異なるとともに、無機フィラーは骨材として添加するもので本発明における無機微粉とは異質である(特許文献5,段落0085表1従来例参照)。   Further, Patent Document 3 describes that alumina or silica is added as an inorganic filler (aggregate) to increase the strength (paragraphs 0024 and 0025). However, the molding method which is the premise of Patent Document 3 is different from that of the present invention, and the inorganic filler is added as an aggregate and is different from the inorganic fine powder in the present invention (Patent Document 5, Paragraph 0085 Table 1 Conventional Example) reference).

上記鋳物砂と結合剤水溶液(塩溶液)からなる中子砂Sを、中子砂混練槽1に投入し、混練攪拌する。その後、送り管1bを介してホッパー2に混練中子砂を所定量、自重落下により送入する。この状態で、充填用エアA1を吹込むと、中子砂Sは砂充填用開閉バルブ6を介して鋳物型7内のキャビティ8に充填される。なお、充填用エアA1は充填用エア排気弁4により排気する。   The core sand S composed of the foundry sand and the binder aqueous solution (salt solution) is put into the core sand kneading tank 1 and kneaded and stirred. Thereafter, a predetermined amount of the kneaded core sand is fed into the hopper 2 through its own weight drop through the feed pipe 1b. When the filling air A1 is blown in this state, the core sand S is filled into the cavity 8 in the casting mold 7 via the sand filling on-off valve 6. The filling air A1 is exhausted by the filling air exhaust valve 4.

そして、キャビティ8に充填された中子砂Sは、充填用エアA1の充填圧により圧縮されると同時に、主ベント9や副ベントから排気脱水される。このときの脱水量は通常、数%である。   The core sand S filled in the cavity 8 is compressed by the filling pressure of the filling air A1, and simultaneously exhausted and dehydrated from the main vent 9 and the sub vent. The amount of dehydration at this time is usually several percent.

こうして脱水した造型中子は、中子型から、押出ピン等を用いて離型する。この離型工程の離型抵抗は低く、脱水工程を経たのみの中子締結力で離型が可能である。その理由は、余剰の結合剤を使用しないためと推定される。   The molded core thus dehydrated is released from the core mold using an extrusion pin or the like. The mold release resistance of the mold release process is low, and the mold release is possible with the core fastening force only after the dehydration process. The reason is presumed to be because no excess binder is used.

そして、離型した中子は、従来と同様、乾燥(焼結)工程を経て中子製品とする(図1参照)。乾燥条件は、例えば、常温風乾×10min、200℃×1h(電気炉内)とする。   Then, the released core is made into a core product through a drying (sintering) step as in the conventional case (see FIG. 1). Drying conditions are, for example, room temperature air drying × 10 min, 200 ° C. × 1 h (in an electric furnace).

そして、当該中子を使用して鋳造後、中子の砂落としを、洗浄液を用いて行なう。   And after casting using the said core, sand removal of a core is performed using a washing | cleaning liquid.

該砂落としについて、図5に基づいて説明する(特許文献1,段落0053参照)。   The sand removal will be described with reference to FIG. 5 (see Patent Document 1, paragraph 0053).

鋳物製品11の中子12は洗浄液13を循環させることにより、中子12の結晶塩が融解し、洗い流される。洗浄液13は真水から結合剤の飽和濃度以下(34.3%)の塩溶液であれば良く、例えば28%のものが使用される。結晶塩は、融解し、洗い流すことができる。洗い流される砂と結合剤水溶液(塩溶液)は、液槽15に貯蔵される。液槽15内は鋳物砂16と、余剰な結合剤水溶液17とからなる。   The core 12 of the cast product 11 is circulated through the cleaning liquid 13 so that the crystalline salt of the core 12 is melted and washed away. The cleaning liquid 13 may be a salt solution from fresh water to a saturation concentration of the binder or lower (34.3%), for example, 28%. The crystalline salt can be melted and washed away. The sand to be washed away and the binder aqueous solution (salt solution) are stored in the liquid tank 15. The inside of the liquid tank 15 is composed of foundry sand 16 and excess binder aqueous solution 17.

そして、鋳物砂16は沈降分離させる。なお、特許文献1の如く、上澄み液(砂を含まない結合剤水溶液)を洗浄液13として繰り返し循環・使用することもできる。結合剤水溶液は、通常、後述の如く、濃縮させて結合剤として再使用する。また、上記鋳物砂の沈降分離に際して、鋳物砂と微粉とは沈降時間に差があり、それを利用して鋳物砂と微粉とを分離させることができる。   Then, the foundry sand 16 is settled and separated. In addition, like patent document 1, a supernatant liquid (binder aqueous solution which does not contain sand) can be repeatedly circulated and used as the cleaning liquid 13. The aqueous binder solution is usually concentrated and reused as a binder as described below. Moreover, in the sedimentation separation of the foundry sand, there is a difference in the sedimentation time between the foundry sand and the fine powder, which can be used to separate the foundry sand and the fine powder.

上澄み液を溢流分離等して、さらには、適宜、加熱濃縮(脱水)して、鋳物砂への添加結合剤水溶液として使用可能である(特許文献2,請求項1等)。   The supernatant liquid can be used as an aqueous binder solution added to foundry sand by overflow separation or the like, and further heating and concentrating (dehydrating) as appropriate (Patent Document 2, Claim 1, etc.).

洗い流される中子12中の結合剤は、洗浄液13に溶解するので液槽の結合剤水溶液の塩濃度は処理製品数に応じてほぼ比例的に変化する。当該塩濃度が、溶解度(飽和濃度)以下であれば洗浄液として使用できる。なお、溶解度以上に結合剤が含まれている場合は、結晶が生成し沈殿するが、溶解度以下になるように加熱攪拌すれば結合剤が溶けるため洗浄液として使用できる。しかし、その操作を不要とするため、結合剤濃度は、常温(工場内温度)の溶解度以下とすることが望ましい。   Since the binder in the core 12 to be washed away is dissolved in the cleaning liquid 13, the salt concentration of the aqueous binder solution in the liquid tank changes approximately proportionally according to the number of processed products. If the said salt concentration is below solubility (saturation concentration), it can be used as a washing | cleaning liquid. In addition, when the binder is contained in the solubility or higher, crystals are formed and precipitated. However, the binder is dissolved by heating and stirring so that the solubility is lower than the solubility, so that it can be used as a cleaning liquid. However, in order to eliminate the need for the operation, it is desirable that the binder concentration is not more than the solubility at room temperature (factory temperature).

上記分離した鋳物砂(ウエット砂)と結合剤水溶液(適宜濃縮して)とを、設定混合比率で混合して再生中子砂の調製を行なう。   The separated foundry sand (wet sand) and binder aqueous solution (concentrated as appropriate) are mixed at a set mixing ratio to prepare regenerated core sand.

再生中子砂の調製は、結合剤水溶液の組成が一定であれば水溶性無機塩濃度と糖度及び比重がほぼ比例関係にあることを利用して行なう。即ち、鋳物砂付着結合剤水溶液の糖度を測定するとともに、前記結合剤水溶液の比重を測定することにより鋳物砂(ウエット砂)と結合剤水溶液との混合比率を容易に求めることができる。   The regenerated core sand is prepared by utilizing the fact that the concentration of the water-soluble inorganic salt, the sugar content and the specific gravity are approximately proportional if the composition of the binder aqueous solution is constant. That is, the mixing ratio of the foundry sand (wet sand) and the binder aqueous solution can be easily determined by measuring the sugar content of the foundry sand adhesion binder aqueous solution and measuring the specific gravity of the binder aqueous solution.

そして、再生中子砂を用いて中子を造型する。こうして、中子のリサイクル造型が可能となる。   Then, the core is formed using the regenerated core sand. In this way, the core can be recycled.

こうして、中子の砂落としで発生した、砂含有液から鋳物砂および結合剤水溶液を中子造型で使用でき、しかも、造型時間の短縮も可能となるので、水溶性中子を更に実用性のあるものとすることができるとともに、環境性に優れたものとすることができる。   In this way, it is possible to use casting sand and a binder aqueous solution from the sand-containing liquid generated by the sand removal of the core in the core molding, and the molding time can be shortened. While being able to be, it can be excellent in environmental performance.

以下、本発明の実施例を参照例とともに、図面を用いて説明する。なお、参照例に係る部分は、特許文献5における<実施例>の項を編集上の変更を加えて引用する。   Embodiments of the present invention will be described below together with reference examples with reference to the drawings. In addition, the part which concerns on a reference example quotes the item of <Example> in patent document 5 with an edit change.

結合剤水溶液は、添加水と結合剤(MgSO・7H2O/Na2SO4(質量比)≒77/23=1.64)とを同量(1/1)混合して調製した。 The aqueous binder solution was prepared by mixing the added water and the binder (MgSO 4 .7H 2 O / Na 2 SO 4 (mass ratio) ≈77 / 23 = 1.64) in the same amount (1/1).

図6・7に、それぞれ、MgSO/Na2SO4=62/38=1.64における、結合剤水溶液濃度と糖度および比重の関係を示す各グラフ図を示す。なお、図6・7は、特許文献1図8・9と同一である(MgSO/Na2SO4=17.4/10.6=1.64)。 FIGS. 6 and 7 are graphs showing the relationship between the binder aqueous solution concentration, the sugar content, and the specific gravity in MgSO 4 / Na 2 SO 4 = 62/38 = 1.64, respectively. 6 and 7 are the same as Patent Document 1 and FIGS. 8 and 9 (MgSO 4 / Na 2 SO 4 = 17.4 / 10.6 = 1.64).

なお、本発明の参照例・実施例における塩濃度は、約30.3%(MgSO:18.8%、Na2SO4:11.5%)となる。そして、そのときの結合剤水溶液の比重は、1.33となる。 Incidentally, the salt concentration in the reference examples, examples of the present invention is about 30.3% the (MgSO 4: 11.5%: 18.8 %, Na 2 SO 4). The specific gravity of the aqueous binder solution at that time is 1.33.

また、鋳物砂は、見掛け比重:1.73、砂真比重:2.7、空隙率:35.93%のものを使用した。   The casting sand having an apparent specific gravity of 1.73, a true sand specific gravity of 2.7, and a porosity of 35.93% was used.

当該結合剤水溶液を使用して、下記の如く中子砂を調製すると共に、後述の各項目の各実験を行なった。   Using the binder aqueous solution, core sand was prepared as follows, and each experiment of each item described below was performed.

そして、結合剤添加率を、結合剤見掛け添加濃度1〜10%(実質添加濃度となる範囲0.6〜6%)の範囲で、1%間隔で中子砂(1%と6%を除き原則2個)を調製後、図4に示すような造型装置を用いて、中子造型を行なった。   In addition, the binder addition rate is in the range of 1 to 10% of the apparent addition concentration of the binder (the range of 0.6 to 6% of the actual addition concentration), and core sand (1% and 6% except for 1% and 6%) in principle 2 After the preparation, core molding was performed using a molding apparatus as shown in FIG.

中子型としては、ウォータジャケット中子用(キャビティ容量(中子砂充填量):1350cc、キャビティ面積:1400cm、最小隙間:3mm)を用い、前準備として前記キャビティ面に市販の汎用離型剤を5mL塗布した。なお、中子型は、加温せず、常温とした。 As a core mold, a water jacket core (cavity capacity (filling volume of core sand): 1350 cc, cavity area: 1400 cm 2 , minimum gap: 3 mm) is used. 5 mL of the agent was applied. In addition, the core type was set to room temperature without heating.

充填エア圧は、第一段:200kPa×5秒、第二段:400kPa×5秒とした。該充填後、更に、2分間程、常温の充填エアー(200kPa)を流して乾燥した。   The charging air pressure was set to the first stage: 200 kPa × 5 seconds and the second stage: 400 kPa × 5 seconds. After the filling, it was dried by flowing normal temperature filling air (200 kPa) for about 2 minutes.

そして、乾燥中子を離型した。このときの離型抵抗は、小さく、基本的に充填圧による脱水で得られた中子の砂粒子相互の締結力により、離型可能であることが確認できた。   Then, the dry core was released. The release resistance at this time was small, and it was confirmed that the release was basically possible by the fastening force between the sand particles of the core obtained by dehydration by the filling pressure.

[流動化率実験]
上記造型において、造型後の各中子について重さを測定し、当該重さと従来良品重さ(充填率100%)に対する比率を流動化率として求めた。
[Fluidization rate experiment]
In the above molding, the weight of each core after molding was measured, and the ratio between the weight and the conventional good product weight (filling rate 100%) was determined as the fluidization rate.

測定結果のモデル特性は、図3に示すようなものとなって、見掛け水分8%(実質水分11%)以下となると、中子砂の流動化率が向上することが確認できた。   The model characteristics of the measurement results are as shown in FIG. 3, and it was confirmed that the fluidization rate of the core sand was improved when the apparent moisture was 8% or less (substantially moisture 11%) or less.

[中子抗折力試験]
さらに、各中子を用いて鋳造する際の抗折力を確認するために、離型後の各中子を、乾燥エア(200kPa)×10分の条件で乾燥後、電気炉中で200℃×1hの条件で焼結させて、抗折力を測定した(試験片断面:30×10mm、支点間距離:5cm)。
[Core bending strength test]
Furthermore, in order to confirm the bending strength when casting using each core, each core after mold release is dried under the condition of dry air (200 kPa) × 10 minutes and then 200 ° C. in an electric furnace. Sintering was performed under conditions of × 1 h, and the bending strength was measured (test specimen cross section: 30 × 10 mm, distance between fulcrums: 5 cm).

その結果を示す図8から、乾燥中子における結合剤添加量(実質濃度)が、1〜6%、望ましくは、1.5〜4%となるように、結合剤水溶液を添加すれば良いことが分かる。この鋳物砂中の実質濃度「1.5〜4%」は、従来の特許文献1段落0043や特許文献2段落0027で記載されている望ましい濃度「4〜7%」の下限値と一致しているのみで完全にずれている。   From FIG. 8 showing the result, it is only necessary to add an aqueous binder solution so that the binder addition amount (substantial concentration) in the dry core is 1 to 6%, preferably 1.5 to 4%. I understand. The actual concentration “1.5 to 4%” in the foundry sand only coincides with the lower limit of the desirable concentration “4 to 7%” described in paragraphs 0043 and 0027 of the conventional patent document 1. Is completely out of place.

なお、上記参照例の中子型への充填から離型までの各仕様についてまとめたものを、従来例における各仕様とともに表1に示す。   Table 1 summarizes the specifications from filling to mold release in the above reference example together with the specifications in the conventional example.

本発明の造型サイクルが格段に短縮でき、且つ、造型のためのエネルギーも格段に節約できることが分かる。   It can be seen that the molding cycle of the present invention can be remarkably shortened, and the energy for molding can be significantly saved.

Figure 0005451587
Figure 0005451587

次に、上記参照例の組成において、無機微粉(アルミナ微粉:メディアン径2μm)を、結合剤比0.1、0.3及び0.5倍の各量を添加して調製した実施例1・2・3の各結合剤水溶液を調製した。無機微粉(ベントナイト微粉:メディアン径:2μm)を結合剤比0.3倍添加したものを対照例とした。無機微粉無添加のものを参照例とした。   Next, in the composition of the above reference example, inorganic fine powder (alumina fine powder: median diameter 2 μm) was prepared by adding each amount of a binder ratio of 0.1, 0.3 and 0.5 times. A few aqueous binder solutions were prepared. An inorganic fine powder (bentonite fine powder: median diameter: 2 μm) added with a binder ratio of 0.3 times was used as a control example. The thing without an inorganic fine powder was made into the reference example.

そして、実質結合剤濃度(造型用中子砂固形分100%):2.1〜3.5%の範囲で、0.2%間隔で中子砂を調製して、参照例と同様にして、中子造型をした。なお、実施例1および参照例の最小・最大濃度のものについては、それぞれサンプル数:10個及び6個ずつとした。中間濃度については、原則サンプル数:2個又は1個(対照例および参照例の一部)とした。   And, in the range of 2.1 to 3.5%, the core sand is prepared at intervals of 0.2% in the same manner as in the reference example. , Made core molding. The minimum and maximum concentrations in Example 1 and the reference example were 10 samples and 6 samples, respectively. For the intermediate concentration, the number of samples was basically 2 or 1 (part of the control and reference examples).

中子造型して得た各試料について、前述の抗折力試験を行なった。それらの結果を、図9〜11に示す。   The above-mentioned bending strength test was performed on each sample obtained by core molding. The results are shown in FIGS.

それらの結果から、有意的に抗折力(中子強度)が増大していることが分かる。しかし、対結合剤の添加倍率が小さくても大きくても、中子砂に対する結合剤添加濃度が低い場合(約3%未満)では増大するが、約3%を超えると中子強度が増大しないことが伺える。   From these results, it can be seen that the bending strength (core strength) is significantly increased. However, even if the addition ratio of the binder is small or large, it increases when the concentration of the binder added to the core sand is low (less than about 3%), but when it exceeds about 3%, the core strength does not increase. I can ask you.

なお、実施例1(Al添加30%)及び参照例(微粉無添加)について、離型抵抗を塩(結合剤)含有率2.1%、2.5%、3.0%の各場合について(n=30)、離型性を観察した。実施例1では、何れも離型不良(離型失敗:鋳型破損)が全数において発生しなかったのに対し、参照例ではいずれ約4割の確率で離型不良が発生した。その理由は、参照例の場合、鋳型強度(抗折強度)が実施例1に比して相対的に低く、離型抵抗に抗する鋳型強度を安定して造型し難いと推定される。なお、塩含有率が高い程、鋳型強度は増大するが、鋳型が金型に張り付き易くなって離型抵抗が高くなるため、それ以上の鋳型強度で造型できなければ、結果的に離型不良が発生し易くなると推定される。   In addition, about Example 1 (Al addition 30%) and a reference example (no fine powder addition), about each case of mold release resistance, salt (binder) content rate 2.1%, 2.5%, and 3.0% (N = 30), releasability was observed. In Example 1, none of the release defects (release failure: mold breakage) occurred in all, whereas in the reference example, release defects occurred with a probability of about 40%. The reason is estimated that in the case of the reference example, the mold strength (bending strength) is relatively lower than that of Example 1, and it is difficult to stably mold the mold strength against the mold release resistance. Note that the higher the salt content, the higher the mold strength, but the mold is more likely to stick to the mold and the mold release resistance increases. It is estimated that is likely to occur.

1:混練槽
2:中子砂ホッパー
3:充填用エア吹き込み弁
4:充填用エア排気弁
7:中子型
8:キャビティ
S:中子砂
1: Kneading tank 2: Core sand hopper 3: Filling air blowing valve 4: Filling air exhaust valve 7: Core type 8: Cavity S: Core sand

Claims (8)

水溶性無機塩からなる結合剤の水溶液(以下「結合剤水溶液」という。)を鋳物砂に添加した中子砂を使用して、水溶性中子(以下「中子」という。)をエアレータ造型し、
該中子を用いて鋳造後、該中子の砂落しにより発生した砂含有液を、前記中子砂の原料として再生利用する造型法において、
前記中子砂の組成を、所定のエア流動化実験を行なったとき、中子砂水分(X)と流動化率(Y)との関係グラフ図において、Yが極小値を示すXより中子砂水分が低く、且つ、必要強度を確保できる量の結合剤水溶液が無機微粉とともに添加されてなるものとする中子のリサイクル造型法において、
該無機微粉が、非吸水性の無機物からなり、融点:700℃以上、モース硬さ:5以上、粒径:前記中子砂のメディアン径比で1/400〜1/10倍であるとともに、その添加量が前記結合剤に対して0.05〜0.9倍の範囲で設定されてなることを特徴とする中子のリサイクル造型法。
Using a core sand in which an aqueous solution of a binder composed of a water-soluble inorganic salt (hereinafter referred to as “binder aqueous solution”) is added to foundry sand, a water-soluble core (hereinafter referred to as “core”) is formed by an aerator. And
In a molding method in which the sand-containing liquid generated by sand removal of the core after casting with the core is recycled as a raw material for the core sand,
In the graph of the relationship between the core sand moisture (X) and the fluidization rate (Y) when a predetermined air fluidization experiment is performed on the composition of the core sand, the core from X where Y is a minimum value. In the recycling molding method of the core in which the sand water is low and the binder aqueous solution in an amount capable of ensuring the required strength is added together with the inorganic fine powder,
The inorganic fine powder is made of a non-water-absorbing inorganic substance, melting point: 700 ° C. or more, Mohs hardness: 5 or more, particle size: median diameter ratio of the core sand is 1/400 to 1/10 times, A method for recycle molding a core, characterized in that the addition amount is set in the range of 0.05 to 0.9 times the binder.
水溶性無機塩からなる結合剤の水溶液(以下「結合剤水溶液」という。)を鋳物砂に添加した中子砂を使用して、水溶性中子(以下「中子」という。)をエアレータ造型し、
該中子を使用して鋳造後、中子の砂落しにより発生した砂含有液を、前記中子砂の原料として再生利用する造型法において、
前記水溶性無機塩として、Mg2+、Na+、Ca2+から選択されるカチオンと、SO4 2-、CO3 2-、HCO3 2-、B47 2-から選択されるアニオンとの1種以上の組み合わせからなるものを使用するとともに、
中子砂水分:2〜13質量%の範囲で設定するとともに、乾燥中子における結合剤:1〜6質量%となるような範囲で設定し、さらに、中子の強度増大を目的として無機微粉が添加されてなるものとする中子のリサイクル造型法において、
該無機微粉が、非吸水性の無機物からなり、融点:700℃以上、モース硬さ:5以上、粒径:前記中子砂のメディアン径の1/400〜1/10倍であるとともに、その添加量が前記結合剤に対して0.05〜0.9倍の範囲で設定されてなることを特徴とする中子のリサイクル造型法。
Using a core sand in which an aqueous solution of a binder composed of a water-soluble inorganic salt (hereinafter referred to as “binder aqueous solution”) is added to foundry sand, a water-soluble core (hereinafter referred to as “core”) is formed by an aerator. And
After casting using the core, in the molding method for recycling the sand-containing liquid generated by the sand removal of the core as a raw material for the core sand,
As the water-soluble inorganic salt, a cation selected from Mg 2+ , Na + and Ca 2+ , and an anion selected from SO 4 2− , CO 3 2− , HCO 3 2− , and B 4 O 7 2− And using a combination of one or more of
Core sand moisture: set in the range of 2 to 13% by mass, binder in the dry core: set in the range of 1 to 6% by mass, and further, fine inorganic powder for the purpose of increasing the strength of the core In the recycling molding method for cores,
The inorganic fine powder is made of a non-water-absorbing inorganic substance, melting point: 700 ° C. or more, Mohs hardness: 5 or more, particle size: 1/400 to 1/10 times the median diameter of the core sand, A method for recycle molding a core, wherein the addition amount is set in the range of 0.05 to 0.9 times the binder.
前記無機微粉が、融点:800℃以上、モース硬さ:7以上、粒径:前記中子砂のメディアン径の1/200〜1/20であることを特徴とする請求項1又は2記載の中子のリサイクル造型法。   The said inorganic fine powder is melting | fusing point: 800 degreeC or more, Mohs hardness: 7 or more, a particle size: 1 / 200-1 / 20 of the median diameter of the said core sand, The Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. Recycle molding method for cores. 前記結合剤水溶液の塩濃度(無水物換算)を、20〜35質量%とすることを特徴とする請求項2記載の中子のリサイクル造型法。   The core recycling method according to claim 2, wherein a salt concentration (anhydride conversion) of the binder aqueous solution is 20 to 35 mass%. 請求項1〜4のいずれかにおいて、
1)前記砂含有液を発生させる砂落し工程と、
2)前記砂含有液から含水鋳物砂と結合剤水溶液を回収する回収工程と、
3)前記回収結合剤水溶液を濃縮(脱水)する結合剤水溶液再生工程と、
4)前記含水鋳物砂と再生結合剤水溶液とを使用して、前記中子砂と同一組成の再生中子砂を調製する中子砂再生工程、
5)該再生中子砂を用いて中子のエアレータ造型を行なう造型工程、
の各工程を経て調製した中子を用いて鋳造後、前記1)の砂落し工程に戻ることを特徴とする中子のリサイクル造型法。
In any one of Claims 1-4,
1) a sand removal step for generating the sand-containing liquid;
2) a recovery step of recovering the hydrous casting sand and the aqueous binder solution from the sand-containing liquid;
3) a binder aqueous solution regeneration step for concentrating (dehydrating) the recovered binder aqueous solution;
4) A core sand regeneration step of preparing a reclaimed core sand having the same composition as the core sand using the hydrated casting sand and the regenerated binder aqueous solution;
5) a molding process for forming an aerator of the core using the regenerated core sand;
A method for recycle molding a core, wherein the core prepared through each of the steps is cast and then returned to the sand removal step of 1).
中子のリサイクル造型法に使用され、水溶性無機塩からなる結合剤の水溶液(結合剤水溶液)が鋳物砂に添加された中子砂であって、
所定のエア流動化実験を行なった場合において、中子砂水分(X)と流動化率(Y)との関係グラフ図において、Yが極小値を示すXより中子砂水分が低く、且つ、必要強度を確保できる量の結合剤水溶液が無機微粉とともに添加されてなる中子砂において、
該無機微粉が、非吸水性の無機物からなり、融点:700℃以上、モース硬さ:5以上、粒径:前記中子砂のメディアン径の1/400〜1/10倍であるとともに、その添加量が前記結合剤に対して0.05〜0.6倍の範囲で設定されてなることを特徴とする中子砂。
A core sand used in the core recycling molding method, in which a binder aqueous solution (binder aqueous solution) made of a water-soluble inorganic salt is added to foundry sand,
In the case where a predetermined air fluidization experiment is performed, in the graph of the relationship between the core sand moisture (X) and the fluidization rate (Y), the core sand moisture is lower than X where Y is a minimum value, and In core sand in which an aqueous binder solution in an amount that can ensure the required strength is added together with inorganic fine powder,
The inorganic fine powder is made of a non-water-absorbing inorganic substance, melting point: 700 ° C. or more, Mohs hardness: 5 or more, particle size: 1/400 to 1/10 times the median diameter of the core sand, Core sand characterized in that the addition amount is set in the range of 0.05 to 0.6 times the binder.
中子のリサイクル造型法に使用され、鋳物砂に、水溶性無機塩からなる結合剤の水溶液(結合剤水溶液)を添加した中子砂であって、
前記水溶性無機塩が、Mg2+、Na+、Ca2+から選択されるカチオンと、SO4 2-、CO3 2-、HCO3 2-、B47 2-から選択されるアニオンとの組み合わせの1種以上からなるものを使用するとともに、
中子砂水分:2〜13質量%の範囲で設定されるとともに、乾燥中子における結合剤:1〜6質量%となるような範囲で設定され、さらに、無機微粉が添加されてなるものにおいて、
該無機微粉が、非吸水性の無機物からなり、融点:700℃以上、モース硬さ:5以上、粒径:前記中子砂のメディアン径の1/400〜1/10倍であるとともに、その添加量が前記結合剤に対して0.05〜0.6倍の範囲で設定されてなることを特徴とすることを特徴とする中子砂。
A core sand used in the core recycling molding method, in which an aqueous solution (a binder aqueous solution) of a water-soluble inorganic salt is added to foundry sand,
The water-soluble inorganic salt is a cation selected from Mg 2+ , Na + and Ca 2+ , and an anion selected from SO 4 2− , CO 3 2− , HCO 3 2− , and B 4 O 7 2−. And using a combination of one or more of
In the core sand moisture: set in the range of 2 to 13% by mass, the binder in the dry core: set in the range of 1 to 6% by mass, and further added with inorganic fine powder ,
The inorganic fine powder is made of a non-water-absorbing inorganic substance, melting point: 700 ° C. or more, Mohs hardness: 5 or more, particle size: 1/400 to 1/10 times the median diameter of the core sand, The core sand is characterized in that the addition amount is set in the range of 0.05 to 0.6 times the binder.
請求項7において、前記結合剤水溶液の濃度を、20〜35%の範囲で設定することを特徴とする中子砂。   The core sand according to claim 7, wherein the concentration of the aqueous binder solution is set in a range of 20 to 35%.
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