JP5819551B1 - Artificial sand and sand containing binder for mold - Google Patents

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Abstract

【課題】鋳造に繰り返し使用しても鋳型強度の低減が抑制された人工砂を提供することを課題とする。【解決手段】鋳型用粘結剤含有砂の原料として使用される人工砂であって、前記人工砂が、アルミナ40〜90重量%、シリカ60〜10重量%の合成ムライト及び/又は合成コランダムを主とし、30〜1180μmの粒度分布を有し、6万/d〜180万/d(dは球状物の平均粒子径(μm))の範囲の単位体積あたりの表面積(cm2/cm3)を有し、かつ60mg/L以下の0.05M−HCl水溶液に対するカルシウムイオン溶出濃度を示すことを特徴とする人工砂により上記課題を解決する。【選択図】図3An object of the present invention is to provide artificial sand in which reduction of mold strength is suppressed even when it is repeatedly used for casting. An artificial sand used as a raw material for a binder-containing sand for a mold, wherein the artificial sand comprises 40 to 90% by weight of alumina and 60 to 10% by weight of synthetic mullite and / or synthetic corundum. Mainly, it has a particle size distribution of 30 to 1180 μm, and has a surface area (cm 2 / cm 3) per unit volume in the range of 60,000 / d to 1,800,000 / d (d is the average particle diameter (μm) of a sphere). And the said subject is solved by the artificial sand characterized by showing the calcium ion elution density | concentration with respect to 0.05 M-HCl aqueous solution of 60 mg / L or less. [Selection] Figure 3

Description

本発明は、人工砂及び鋳型用粘結剤含有砂に関する。更に詳しくは、本発明は、鋳造に繰り返し使用しても鋳型強度の低減が抑制された人工砂及び鋳型用粘結剤含有砂に関する。   The present invention relates to artificial sand and binder-containing sand for casting molds. More specifically, the present invention relates to artificial sand and a binder-containing sand for molds in which reduction of mold strength is suppressed even when used repeatedly for casting.

鋳物工業において鋳型を作る造形法の一つとして、例えばシェルモールド法がある。この方法は、樹脂を被覆した砂(レジンコーテッドサンド:RCS、鋳型用粘結剤含有砂)を予熱した金型に充填し、焼成して鋳型を作る方法である。
鋳型用粘結剤含有砂は、骨材と、粘結剤と、滑剤とを含んでいる。ここで、粘結剤には、例えば、熱硬化性樹脂(例えば、フェノール樹脂)を硬化剤(例えば、ヘキサメチレンテトラミン)で硬化させた樹脂が使用されている。また、滑剤は、鋳型用粘結剤含有砂を所望の鋳型の形状に成形しやすく(流動性の向上)又は、製品のブロッキング(団粒子化)防止のために用いられ、鋳型の分野ではステアリン酸カルシウムが一般的に使用されている。
更に、粘結剤量の低減、鋳造後の鋳型の崩壊容易性の向上を目的として、球形に近く、表面が平滑な人工砂を骨材として使用することが、例えば特開2003−251434号公報(特許文献1)で提案されている。特許文献1では、滑剤としてステアリン酸カルシウムが例示されている。
As one of molding methods for producing a mold in the casting industry, for example, there is a shell mold method. In this method, resin-coated sand (resin coated sand: RCS, mold binder-containing sand) is filled in a preheated mold and fired to make a mold.
The binder-containing sand for mold contains an aggregate, a binder, and a lubricant. Here, for example, a resin obtained by curing a thermosetting resin (for example, phenol resin) with a curing agent (for example, hexamethylenetetramine) is used as the binder. In addition, a lubricant is used for easily forming a binder-containing sand for a mold into a desired mold shape (improving fluidity) or preventing product blocking (aggregation). Calcium phosphate is commonly used.
Furthermore, for the purpose of reducing the amount of binder and improving the ease of collapse of the mold after casting, it is possible to use artificial sand that is nearly spherical and has a smooth surface as an aggregate, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-251434. (Patent Document 1). In Patent Document 1, calcium stearate is exemplified as a lubricant.

特開2003−251434号公報JP 2003-251434 A

鋳物工業の分野においても、資源枯渇や産廃物規制の問題から、一旦鋳造に使用された鋳型廃砂を再生して、再度、鋳造に使用することで、廃棄される鋳型廃砂量を減少させることが検討されている。
鋳型廃砂には、鋳造時に鋳型用粘結剤含有砂を所定の形状に成型するために使用される滑剤や粘結剤成分に由来する炭化物が含まれている。鋳型廃砂を再生するには、炭化物を除去することが必要となるが、炭化物が除去された鋳型用粘結剤含有砂を用いて再度鋳型を製造しても、十分な鋳型強度が得られなかった。そのため、再生しても十分な鋳型強度を示し得る鋳型用粘結剤含有砂を提供することが望まれていた。
Also in the field of foundry industry, due to the problem of resource depletion and industrial waste regulations, the waste mold sand that has been once used for casting is regenerated and reused for casting, thereby reducing the amount of waste mold sand that is discarded. It is being considered.
Mold waste sand contains carbides derived from lubricants and binder components used to mold the binder-containing sand for casting into a predetermined shape during casting. In order to recycle the waste mold sand, it is necessary to remove the carbide. However, sufficient mold strength can be obtained even if the mold is produced again using the binder binder-containing sand from which the carbide has been removed. There wasn't. Therefore, it has been desired to provide a binder-containing sand for molds that can exhibit sufficient mold strength even when regenerated.

本発明の発明者等は、再生された鋳型用粘結剤含有砂により鋳型強度が低下する原因を検討したところ、炭化物が除去されかつ粘結剤と混合前の人工砂から水へのカルシウムイオン溶出濃度と鋳型強度との間に一定の関係が存在することを見い出した。具体的には、カルシウムイオン溶出濃度が大きいほど、鋳型強度が低下するとの知見から、カルシウムイオン溶出濃度が一定値以下の人工砂を骨材として含むことで、鋳型強度の低下が抑制可能であることを見い出し、発明者等は本発明に至った。   The inventors of the present invention examined the cause of the decrease in mold strength due to the regenerated binder-containing sand for molds, and as a result, calcium ions were removed from the artificial sand before mixing with the binder and the carbide was removed. It was found that a certain relationship exists between the elution concentration and the template strength. Specifically, based on the knowledge that the greater the calcium ion elution concentration, the lower the mold strength, the inclusion of artificial sand with a calcium ion elution concentration of a certain value or less as an aggregate can suppress the decrease in mold strength. As a result, the inventors have arrived at the present invention.

かくして本発明によれば、鋳型用粘結剤含有砂の原料として使用される人工砂であって、
前記人工砂が、アルミナ40〜90重量%、シリカ60〜10重量%の合成ムライト及び/又は合成コランダムを主とし、30〜1180μmの粒度分布を有し、6万/d〜180万/d(dは球状物の平均粒子径(μm))の範囲の単位体積あたりの表面積(cm2/cm3)を有し、鋳造後に生じる鋳型廃砂に由来し、かつ0.05M−HCl水溶液中で1時間撹拌させた後の溶液において60mg/L以下のカルシウムイオン溶出濃度を示すように調整されてなることを特徴とする人工砂が提供される。
また、本発明によれば、人工砂を主とする骨材と、粘結剤と、滑剤とを含む鋳型用骨材であって、前記人工砂が上記人工砂であることを特徴とする鋳型用粘結剤含有砂が提供される。
Thus, according to the present invention, artificial sand used as a raw material for the binder-containing sand for molds,
The artificial sand is mainly composed of synthetic mullite and / or synthetic corundum of 40 to 90% by weight of alumina and 60 to 10% by weight of silica, has a particle size distribution of 30 to 1180 μm, and is 60,000 / d to 1.8 million / d ( d has a surface area (cm 2 / cm 3 ) per unit volume in the range of the average particle diameter (μm) of the spherical material, is derived from mold waste sand generated after casting, and in 0.05 M HCl aqueous solution artificial sand characterized by comprising been adjusted as shown mosquitoes Rushiumuion elution concentration below 60 mg / L in the solution was allowed to stir 1 hour is provided.
Further, according to the present invention, there is provided a mold aggregate comprising an aggregate mainly composed of artificial sand, a binder, and a lubricant, wherein the artificial sand is the artificial sand. A binder-containing sand is provided.

本発明の再生方法によれば、再生しても十分な鋳型強度を示し得る鋳型用粘結剤含有砂及びそれに使用できる人工砂を提供できる。なお、発明者等は、鋳型工業の分野において、カルシウムイオンが鋳型強度の低減と関係していることが意外なことであると認識している。   According to the regeneration method of the present invention, it is possible to provide a binder-containing sand for a mold that can exhibit sufficient mold strength even when regenerated, and an artificial sand that can be used therefor. The inventors have recognized that in the field of the mold industry, it is surprising that calcium ions are associated with a reduction in mold strength.

また、以下のいずれかの場合、再生しても十分な鋳型強度をより示し得る鋳型用粘結剤含有砂に使用される人工砂を提供できる。
(a)人工砂が、鋳造後に生じる鋳型廃砂に由来する人工砂である。
(b)人工砂が、1.2以下の粒形係数を有する。
更に、以下のいずれかの場合、再生しても十分な鋳型強度をより示し得る鋳型用粘結剤含有砂を提供できる。
(1)粘結剤が、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、ケイ酸ソーダー及びベントナイトから選択され、滑剤がステアリン酸カルシウムである。
(2)粘結剤が、前記骨材100重量部に対して、0.4〜3重量部含まれ、前記滑剤が、前記骨材と粘結剤の合計100重量部に対して、0.01〜0.2重量部含まれる。
Further, in any of the following cases, artificial sand used for the binder-containing sand for molds that can exhibit sufficient mold strength even after being regenerated can be provided.
(A) Artificial sand is artificial sand derived from waste mold sand generated after casting.
(B) Artificial sand has a particle shape factor of 1.2 or less.
Furthermore, in any of the following cases, it is possible to provide a binder-containing sand for a mold that can exhibit sufficient mold strength even when regenerated.
(1) The binder is selected from furan resin, phenol resin, oil urethane resin, phenol urethane resin, alkali phenol resin, sodium silicate and bentonite, and the lubricant is calcium stearate.
(2) The binder is contained in an amount of 0.4 to 3 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the aggregate, and the lubricant is added in an amount of 0.1 to 100 parts by weight of the aggregate and the binder. 01 to 0.2 parts by weight are included.

実施例に使用した焙焼炉の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the roasting furnace used for the Example. 実施例に使用したトラフ摩鉱機の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the trough mill used for the Example. 実施例1の鋳型用粘結剤含有砂の曲げ強度及びカルシウムイオン溶出濃度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the bending strength of the caking additive containing sand for Example 1, and calcium ion elution density | concentration. 実施例2の鋳型用粘結剤含有砂の再生繰り返し数と、曲げ強度及びカルシウムイオン溶出濃度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the number of reproduction repetitions of the binder binder containing sand of Example 2, bending strength, and calcium ion elution density | concentration.

(人工砂)
人工砂は、骨材と、粘結剤と、滑剤とを含む鋳型用粘結剤含有砂の原料として使用される。
人工砂は、以下の組成、構造及び物性を有する。
・アルミナ40〜90重量%、シリカ60〜10重量%の合成ムライト及び/又は合成コランダムを主とする。
・30〜1180μmの粒度分布を有する。
・6万/d〜180万/d(dは球状物の平均粒子径(μm))の範囲の単位体積あたりの表面積(cm/cm)を有する。
・60mg/L以下の0.05M−HCl水溶液に対するカルシウムイオン溶出濃度を示す。
(Artificial sand)
Artificial sand is used as a raw material for binder-containing sand for molds containing aggregates, a binder, and a lubricant.
Artificial sand has the following composition, structure and physical properties.
-Mainly synthetic mullite and / or synthetic corundum of 40 to 90% by weight of alumina and 60 to 10% by weight of silica.
-It has a particle size distribution of 30-1180 μm.
-It has a surface area (cm < 2 > / cm < 3 >) per unit volume in the range of 60,000 / d to 1.8 million / d (d is the average particle diameter ([mu] m) of spheres).
-The calcium ion elution density | concentration with respect to the 0.05M-HCl aqueous solution of 60 mg / L or less is shown.

(1)組成
人工砂は、アルミナ(Al)40〜90重量%、シリカ(SiO)60〜10重量%の合成ムライト及び/又は合成コランダムを含む砂からなる。アルミナとシリカの割合は、それぞれ60〜90重量%と40〜10重量%とすることができる。人工砂には、アルミナ及びシリカ以外に、Fe、Cr、CrO、MgO、CaO、KO、TiO等の他の成分が含まれていてもよい。人工砂に占める合成ムライト及び/又は合成コランダムの割合は、50重量%以上とすることができる。
(1) Composition artificial sand, alumina (Al 2 O 3) 40 to 90 wt%, of silica sand containing (SiO 2) 60 to 10 wt% synthetic mullite and / or synthetic corundum. The proportions of alumina and silica can be 60 to 90% by weight and 40 to 10% by weight, respectively. The artificial sand may contain other components such as Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 , CrO 2 , MgO, CaO, K 2 O, and TiO 2 in addition to alumina and silica. The proportion of synthetic mullite and / or synthetic corundum in the artificial sand can be 50% by weight or more.

(2)構造
人工砂は、30〜1180μmの粒度分布を有している。30μmより小さい場合、鋳型の通気性が低下することがある。1180μmより大きい場合、鋳物の表面が荒れることがある。好ましい粒度分布は、212〜1180μm(JIS10と14号相当)、150〜820μm(JIS20と28号相当)、106〜600μm(JIS35と48号相当)、75〜425μm(JIS65と100号相当)、53〜300μm(JIS150と200号相当)が挙げられる。これら粒度分布は、例えば鋳鉄又は鋳鋼品の種類(鋳鉄品、普通鋳鋼品、ステンレス鋳鋼品、高Mn鋼品、アルミ合金品、銅合金品等)、鋳物の大きさ、鋳物の肉厚等の鋳造条件に応じて適宜選択できる。人工砂は、30μm未満の砂を発明の効果が阻害されない範囲(例えば、25重量%以下)で含んでいてもよい。
粒度分布は、JISの鋳物砂の粒度試験方法(Z2601)に準じて測定した値をいう。この方法を概略説明すると、例えば、ふるいの呼び寸法が30μmのふるいの上に1180μmのふるいを重ね、1180μmのふるいの上に原料を載せ、ロータップ型ふるい機のようなふるい分け機械を使用し、2つのふるい間に残ったものを、粒度分布30〜1180μmの砂と称する。
(2) Structure Artificial sand has a particle size distribution of 30 to 1180 μm. If it is smaller than 30 μm, the air permeability of the mold may be lowered. When it is larger than 1180 μm, the surface of the casting may be roughened. Preferred particle size distributions are 212 to 1180 μm (equivalent to JIS 10 and 14), 150 to 820 μm (equivalent to JIS 20 and 28), 106 to 600 μm (equivalent to JIS 35 and 48), 75 to 425 μm (equivalent to JIS 65 and 100), 53 ˜300 μm (equivalent to JIS150 and 200). These particle size distributions include, for example, the types of cast iron or cast steel products (cast iron products, ordinary cast steel products, stainless cast steel products, high Mn steel products, aluminum alloy products, copper alloy products, etc.), cast size, cast wall thickness, etc. It can select suitably according to casting conditions. The artificial sand may contain sand having a size of less than 30 μm within a range where the effects of the invention are not inhibited (for example, 25% by weight or less).
The particle size distribution is a value measured according to the JIS casting sand particle size test method (Z2601). The outline of this method is as follows. For example, a sieve having a nominal size of 30 μm is overlaid with a 1180 μm sieve, a raw material is placed on the 1180 μm sieve, and a screening machine such as a low-tap type sieve is used. What remains between the two sieves is referred to as sand having a particle size distribution of 30-1180 μm.

更に、人工砂は、6万/d〜180万/d(dは球状物の平均粒子径(μm))の範囲の単位体積あたりの表面積(cm/cm)を有する。例えば、300〜425μmの範囲の人工砂を例として説明する。この人工砂の平均粒子径は300μmと425μmの中間の362.5μmであると仮定すると、表面積は165.5〜4965.5cm/cmの範囲となる。ここで、表面積が180万/d(cm/cm)以上の場合、人工砂表面の凹凸が大きくなり、人工砂相互の接触により人工砂が破砕することによる廃棄物の発生量が増えることがある。この表面積は、比表面積測定器(BELSORP 28SA AUTOMATIC GAS ADSORPTION APPARATUS:日本ベル社製)を用いて単位gあたりの比表面積を測定し、その比表面積に真密度を積算することで得られた値である。単位体積あたりの表面積は、160万/d以下が好ましく、145万/d以下がより好ましく、130万/d以下が更に好ましく、110万/d以下が特に好ましい。 Furthermore, the artificial sand has a surface area (cm 2 / cm 3 ) per unit volume in the range of 60,000 / d to 1,800,000 / d (d is the average particle diameter (μm) of the spheres). For example, artificial sand in the range of 300 to 425 μm will be described as an example. Assuming that the average particle size of the artificial sand is 362.5 μm, which is between 300 μm and 425 μm, the surface area is in the range of 165.5 to 4955.5 cm 2 / cm 3 . Here, when the surface area is 1.8 million / d (cm 2 / cm 3 ) or more, the unevenness of the artificial sand surface becomes large, and the amount of waste generated by the artificial sand being crushed by the contact between the artificial sands increases. There is. This surface area is a value obtained by measuring the specific surface area per unit g using a specific surface area measuring instrument (BELSORP 28SA AUTOMATIC GAS ADSORPTION APPARATUS: manufactured by Bell Japan Co., Ltd.), and adding the true density to the specific surface area. is there. The surface area per unit volume is preferably 1.6 million / d or less, more preferably 14.45 million / d or less, still more preferably 1.3 million / d or less, and particularly preferably 1.1 million / d or less.

また、人工砂は、丸い粒形を有することが好ましい。具体的には、丸さの指標である粒形係数が1.2以下であることが好ましく、1.1以下であることがより好ましい。1.2以下の場合、鋳型用粘結剤含有砂の鋳型への充填率が向上し、かつ鋳型の通気性が向上する。更に、球に近い形状のため、人工砂相互の接触により生じる廃棄物の発生量を減らすことができる。
なお、上記粒形係数は、砂表面積測定器(ジョージ・フィッシャー社製)を用いて算出した値を意味する。すなわち、粒形係数とは1g当たりの実際の砂粒の表面積を理論表面積で割った値を意味する。理論表面積とは、砂がすべて球であると仮定した場合の表面積をいう。従って、粒形係数が1に近いほど球に近い形状であることを表している。
なお、人工砂と鋳型用粘結剤含有砂の単位体積あたりの表面積、粒形係数及び粒度分布は、ほぼ同じである。
The artificial sand preferably has a round particle shape. Specifically, the particle shape factor, which is an index of roundness, is preferably 1.2 or less, and more preferably 1.1 or less. When the ratio is 1.2 or less, the filling rate of the mold-containing binder-containing sand into the mold is improved, and the air permeability of the mold is improved. Furthermore, since the shape is close to a sphere, the amount of waste generated due to contact between artificial sands can be reduced.
The grain shape factor means a value calculated using a sand surface area measuring device (manufactured by George Fisher). That is, the grain shape factor means a value obtained by dividing the surface area of actual sand grains per gram by the theoretical surface area. The theoretical surface area refers to the surface area when it is assumed that the sand is all spheres. Therefore, the closer the particle shape factor is to 1, the closer to a sphere.
In addition, the surface area per unit volume, the particle shape coefficient, and the particle size distribution of the artificial sand and the binder-containing sand for casting mold are almost the same.

(3)物性
人工砂は、60mg/L以下の0.05M−HCl水溶液に対するカルシウムイオン溶出濃度を示す。このカルシウムイオン溶出濃度では、鋳型強度の低下を抑制できる。その理由について、次のように発明者等は推測している。即ち、粘結剤は、樹脂を硬化剤により硬化させることにより得られる。しかし、溶出したカルシウムイオンは、樹脂と結合したり、硬化剤を消費したりすることで樹脂の硬化を妨げている。従って、カルシウムイオン溶出濃度を下げれば、樹脂の硬化が妨げられないので、所定の鋳型強度を実現できる。カルシウムイオン溶出濃度は、できるだけ少ないことが望ましく、40mg/L以下であることが好ましく、30mg/L以下であることがより好ましく、20mg/L以下であることが更に好ましく、10mg/L以下であることが特に好ましい。
(3) Physical property Artificial sand shows the calcium ion elution density | concentration with respect to the 0.05M-HCl aqueous solution of 60 mg / L or less. With this calcium ion elution concentration, a decrease in template strength can be suppressed. The inventors infer that reason as follows. That is, the binder is obtained by curing the resin with a curing agent. However, the eluted calcium ions prevent the resin from being cured by binding with the resin or consuming the curing agent. Therefore, if the calcium ion elution concentration is lowered, the curing of the resin is not hindered, so that a predetermined mold strength can be realized. The calcium ion elution concentration is desirably as low as possible, preferably 40 mg / L or less, more preferably 30 mg / L or less, still more preferably 20 mg / L or less, and 10 mg / L or less. It is particularly preferred.

(4)人工砂の製造方法
上記組成、構成及び物性を有する人工砂は、アルミナとシリカを含む合成ムライト及び/又は合成コランダムの原料を溶融させ、溶融物にエアーを吹き付けることで得ることができる。つまり、溶融物はエアーを吹き付けられることで所定の粒度分布の粒子に溶融状態で風砕され、風砕後、溶融粒子自体の表面張力によって、所定の組成、構成及び物性を有する人工砂となる。溶融方法は特に限定されず、アーク炉、るつぼ炉、誘導電気炉(高周波炉、低周波炉等)、抵抗式電気炉、反射炉、回転炉、真空溶解炉、キュポラ炉等が挙げられる。この内、操作が比較的簡便なアーク炉が好ましい。所定の組成、構成及び物性の調整は、合成ムライトの原料の組成、溶融温度、エアー吹き付け時のエアー速度、溶融物とエアーとの接触角度で調整できる。ここで、溶融温度は、1600〜2200℃の範囲であることが好ましく、エアー速度は、80〜120m/secであることが好ましく、接触角度は、60〜90°であることが好ましい。なお、エアー吹き付け後、水冷することが好ましい。
(4) Artificial sand production method Artificial sand having the above composition, composition and physical properties can be obtained by melting a raw material of synthetic mullite and / or synthetic corundum containing alumina and silica and blowing air to the melt. . In other words, the melt is blown into a particle having a predetermined particle size distribution in a molten state by being blown with air, and after air crushing, it becomes artificial sand having a predetermined composition, configuration and physical properties by the surface tension of the molten particle itself. . The melting method is not particularly limited, and examples include an arc furnace, a crucible furnace, an induction electric furnace (a high frequency furnace, a low frequency furnace, etc.), a resistance electric furnace, a reflection furnace, a rotary furnace, a vacuum melting furnace, a cupola furnace, and the like. Of these, an arc furnace that is relatively easy to operate is preferred. The predetermined composition, composition and physical properties can be adjusted by adjusting the composition of the raw material of synthetic mullite, the melting temperature, the air speed at the time of air blowing, and the contact angle between the melt and air. Here, the melting temperature is preferably in the range of 1600 to 2200 ° C., the air velocity is preferably 80 to 120 m / sec, and the contact angle is preferably 60 to 90 °. In addition, it is preferable to water-cool after air blowing.

人工砂は、鋳造後に生じる鋳型廃砂に由来する人工砂でもよい。
鋳造後に生じる鋳型廃砂由来の人工砂は、例えば以下の焙焼工程と磨鉱工程を経ることで得ることができる。
(i)焙焼工程
焙焼工程は、400〜1000℃の範囲の温度下で行うことができる。鋳型廃砂を焙焼工程に付すことで、鋳型廃砂に含まれる滑剤及び粘結剤に由来する成分が炭化すると共に一部焼失する。有機物を炭化させることで、次の磨鉱工程で、炭化物を容易に除去して人工砂を得ることができる。
焙焼工程の温度が400℃より低い場合、十分に炭化できないことがあり、その結果、再生された鋳型用粘結剤含有砂(再生砂)による鋳型強度が低下することがある。また、1000℃より高い場合、炭化は十分行えるが、再生砂を構成する無機成分の種類によっては、再生砂の表面が溶融することで砂同士が凝集することがある。より好ましい温度範囲は400〜800℃、更に好ましい温度範囲は500〜800℃である。
The artificial sand may be artificial sand derived from mold waste sand generated after casting.
Artificial sand derived from mold waste sand generated after casting can be obtained, for example, through the following roasting process and grinding process.
(I) Roasting process A roasting process can be performed under the temperature of the range of 400-1000 degreeC. By subjecting the mold waste sand to the roasting step, the components derived from the lubricant and the binder contained in the mold waste sand are carbonized and partly burned off. By carbonizing the organic substance, the artificial sand can be obtained by easily removing the carbide in the next grinding step.
When the temperature of the roasting process is lower than 400 ° C., the carbonization may not be performed sufficiently, and as a result, the mold strength due to the regenerated mold binder-containing sand (regenerated sand) may be reduced. Moreover, although carbonization can fully be performed when it is higher than 1000 degreeC, depending on the kind of inorganic component which comprises regenerated sand, sand may aggregate by the surface of regenerated sand melting. A more preferable temperature range is 400 to 800 ° C, and a more preferable temperature range is 500 to 800 ° C.

焙焼時間は、例えば、0.5〜2.5時間とすることができる。焙焼時間が、0.5時間未満の場合、十分に炭化できないことがあり、その結果、再生砂による鋳型強度が低下することがある。ここで、焙焼時間の上限を2.5時間とした理由は、それ以上の長時間鋳型廃砂を焙焼しても、焙焼による効果を期待できず、燃料の消費により再生コストが掛かることがあるからである。より好ましい焙焼時間は1.5〜2.5時間であり、更に好ましい焙焼時間は1.75〜2.25時間である。
焙焼工程の雰囲気は、鋳型廃砂に含まれる粘結剤を炭化できさえすれば、特に限定されず、通常、酸素を含有する雰囲気中(例えば、空気中)で行われる。
The roasting time can be 0.5 to 2.5 hours, for example. When the roasting time is less than 0.5 hours, the carbonization may not be sufficiently performed. As a result, the mold strength due to the regenerated sand may be reduced. Here, the reason for setting the upper limit of the roasting time to 2.5 hours is that even if the mold waste sand is roasted for a longer period of time, the effect of roasting cannot be expected, and the cost of regeneration is increased due to the consumption of fuel. Because there are things. A more preferable roasting time is 1.5 to 2.5 hours, and a further preferable roasting time is 1.75 to 2.25 hours.
The atmosphere of the roasting step is not particularly limited as long as the binder contained in the mold waste sand can be carbonized, and is usually performed in an atmosphere containing oxygen (for example, in the air).

焙焼装置は、鋳型廃砂を焙焼できさえすれば、その構成は特に限定されない。焙焼装置内の鋳型廃砂は、流動していてもしていなくてもよいが、均一に焙焼された焙焼砂を得るために、流動していることが好ましい。焙焼装置は、バッチ式でも、連続式でもよい。処理効率を考慮すると、連続式の流動焙焼装置を使用することが好ましい。
連続式の流動焙焼装置には、種々の構成の装置が知られている。例えば、砂が流れる方向と砂を流動させるための空気が流れる方向とが交差する構成の装置、両方向が対向しかつ平行な構成の装置が挙げられる。この内、熱効率を考慮すると後者の装置が好ましい。特に、砂が流れる方向が重力の方向と同じであり、空気が流れる方向が重力の方向と逆方向である構成の装置は、熱効率が高く、焙焼用の燃料を低減できるため好ましい。
The configuration of the roasting device is not particularly limited as long as the mold waste sand can be roasted. The mold waste sand in the roasting apparatus may or may not be fluidized, but is preferably fluidized in order to obtain uniformly baked roasted sand. The roasting apparatus may be a batch type or a continuous type. In consideration of the processing efficiency, it is preferable to use a continuous fluid roasting apparatus.
Various types of devices are known as continuous fluid roasting devices. For example, a device having a configuration in which a direction in which sand flows and a direction in which air for flowing sand flows intersects, and a device in which both directions are opposite and parallel to each other can be given. Among these, the latter apparatus is preferable in consideration of thermal efficiency. In particular, an apparatus having a configuration in which the direction in which sand flows is the same as the direction of gravity and the direction in which air flows is opposite to the direction of gravity is preferable because it has high thermal efficiency and can reduce fuel for roasting.

砂が流れる方向が重力の方向と同じである上記の装置では、装置上部から鋳型廃砂が投入され、装置内部を落下する。落下した砂は、装置下部から吹き上げる空気により一定位置に流動層として一定時間保持される。一定位置に保持された砂は、バーナーのような加熱手段により一定時間焙焼される。流動層の下部に位置する砂は、流動層の上部に供給される砂により、徐々に位置が下がり、装置底部に焙焼砂として落下することになる。この装置では、流動層内で、既に焙焼された砂の熱を、新たに投入される鋳型廃砂の加熱に使用できるので、熱効率が高いという特徴を有する。   In the above apparatus in which the direction of sand flow is the same as the direction of gravity, the mold waste sand is introduced from the upper part of the apparatus and falls inside the apparatus. The fallen sand is held as a fluidized bed at a certain position by air blown from the lower part of the apparatus for a certain time. The sand held at a fixed position is roasted for a fixed time by a heating means such as a burner. The sand located in the lower part of the fluidized bed is gradually lowered by the sand supplied to the upper part of the fluidized bed and falls as roasted sand to the bottom of the apparatus. In this apparatus, the heat of already roasted sand in the fluidized bed can be used to heat the waste mold sand that is newly input, and thus has a high thermal efficiency.

(ii)磨鉱工程
焙焼工程で得られた焙焼砂は、磨鉱工程に付される。磨鉱工程により、焙焼砂の表面に存在する炭化物を除去することで鋳型廃砂を鋳型用原料としての人工砂に再生できる。
磨鉱は、乾式磨鉱でも、湿式磨鉱でも、両磨鉱を組み合わせてもよい。
乾式法には、砂を高速気流により装置内で上昇させ、衝突板に衝突させることによって、砂粒相互の衝突と摩擦により磨鉱処理するサンドリクレーマー、高速回転するロータ上に砂を投入し、その遠心力で生ずる投射砂と落下する投入砂との間で起こる衝突と摩擦によって磨鉱処理する高速回転するロータリーリクレーマー、砂粒同士の摩擦を利用して磨鉱処理するアジテーターミル等を用いた方法が挙げられる。
一方、湿式法には、例えば、羽を回転させたトラフ内の砂粒相互の摩擦によって磨鉱処理するトラフ磨鉱機を用いた方法が挙げられる。
(Ii) Grinding process The roasted sand obtained in the roasting process is subjected to the grinding process. By removing the carbides present on the surface of the roasted sand by the grinding process, the mold waste sand can be regenerated into artificial sand as a mold raw material.
The grinding ore may be dry grinding, wet grinding or a combination of both grindings.
In the dry method, the sand is lifted in the apparatus by a high-speed air current and collided with the collision plate. A method using a rotary reclaimer that rotates at high speed by grinding and collision by collision and friction between projecting sand generated by centrifugal force and falling sand, an agitator mill that performs grinding using friction between sand grains, etc. Is mentioned.
On the other hand, the wet method includes, for example, a method using a trough grinding machine that performs grinding treatment by friction between sand grains in a trough in which wings are rotated.

磨鉱は湿式であることが好ましい。湿式であることで、再生された人工砂からのカルシウムイオン溶出濃度を40mg/L以下に容易に抑制できる。
ところで、滑剤としてステアリン酸カルシウムを使用した従来の鋳型用粘結剤含有砂では、乾式で磨鉱する場合、鋳型廃砂から鋳型用粘結剤含有砂への再生を繰り返すと、鋳型強度が低下するという課題があった。発明者等は、再生を繰り返した人工砂のカルシウムイオン溶出濃度を測定したところ、再生を繰り返すごとに、カルシウムイオン溶出濃度が増加しており、カルシウムイオン溶出濃度と鋳型強度との間に一定の関係が存在することを見い出した。そこで、発明者等は、カルシウムイオンを湿式磨鉱で除去、再生された人工砂へのカルシウムの蓄積を抑制できるので、鋳型強度の低下を防止できることを見い出している。
It is preferred that the ore is wet. By being wet, the calcium ion elution concentration from the regenerated artificial sand can be easily suppressed to 40 mg / L or less.
By the way, in the conventional mold binder-containing sand using calcium stearate as a lubricant, when dry grinding, the mold strength decreases when the mold waste sand is repeatedly regenerated from the mold waste sand to the mold binder-containing sand. There was a problem. The inventors measured the calcium ion elution concentration of the artificial sand that had been regenerated repeatedly. As the regeneration was repeated, the calcium ion elution concentration increased, and there was a constant between the calcium ion elution concentration and the template strength. I found that a relationship exists. Thus, the inventors have found that calcium ions can be suppressed from being accumulated in the artificial sand that has been removed and regenerated by wet grinding, so that a reduction in mold strength can be prevented.

(iii)その他
(1)焙焼工程に付す前に鋳型廃砂を粉砕機にかけてもよい。粉砕機にかけることで、廃砂の凝集体を解砕できるので、鋳型廃砂から再生砂を取り出す収量を増やすことができる。
(2)焙焼工程に付す前に鋳型廃砂を磁気選別機(マグネットセパレータ)にかけてもよい。磁気選別機にかけることで、廃砂に含まれる鋳造残渣を除去できるので、鋳型廃砂から再生砂を取り出す収量を増やすことができる。
(Iii) Others (1) The mold waste sand may be crushed before being subjected to the roasting step. By applying the pulverizer, the aggregate of the waste sand can be crushed, so that the yield of taking out the reclaimed sand from the mold waste sand can be increased.
(2) The mold waste sand may be subjected to a magnetic separator (magnet separator) before being subjected to the roasting step. Since the casting residue contained in the waste sand can be removed by applying the magnetic sorter, the yield of taking out the reclaimed sand from the mold waste sand can be increased.

(3)焙焼工程から得られた焙焼砂は、磨鉱工程に付す前に、冷却工程に付すことが好ましい。冷却工程に付すことで、急激な温度変化により、焙焼砂の割れを防ぐことができるので、鋳型廃砂から再生砂を取り出す収量を増やすことができる。冷却工程は、焙焼砂を流動させつつ行うことで、焙焼砂の冷却を均一に行うことができる。
(4)磨鉱工程に付された砂を、分級工程に付すことで、所望の粒度分布の再生砂に分級してもよい。
(3) The roasted sand obtained from the roasting step is preferably subjected to a cooling step before being subjected to the polishing step. By subjecting it to the cooling step, cracking of the roasted sand can be prevented by a rapid temperature change, so the yield of taking out the reclaimed sand from the mold waste sand can be increased. By performing the cooling step while flowing the roasted sand, the roasted sand can be uniformly cooled.
(4) The sand subjected to the grinding process may be classified into reclaimed sand having a desired particle size distribution by being subjected to a classification process.

(鋳型用骨材)
鋳型用骨材は、骨材と、粘結剤と、滑剤とを含む。
(1)骨材
骨材は、上記人工砂を主として含む。人工砂の含有割合は、50重量%以上であることが好ましく、70重量%以上であることがより好ましく、90重量%以上であることが更に好ましい。
上記人工砂以外に含みうる砂としては、例えば、ケイ砂、ジルコン砂、クロマイト砂、MgO・SiO系砂、及びこれら砂の混合砂等が挙げられる。
(Aggregate for mold)
The mold aggregate includes an aggregate, a binder, and a lubricant.
(1) Aggregate Aggregate mainly contains the artificial sand. The content of artificial sand is preferably 50% by weight or more, more preferably 70% by weight or more, and still more preferably 90% by weight or more.
Examples of sand that can be contained in addition to the artificial sand include silica sand, zircon sand, chromite sand, MgO · SiO 2 sand, and mixed sand of these sands.

(2)粘結剤
粘結剤は、特に限定されず、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、ケイ酸ソーダー、ベントナイト等が挙げられる。粘結剤は、その種類に応じた硬化剤で硬化できる。フラン樹脂用の硬化剤としては、硫酸、リン酸、リン酸エステル、ピロリン酸等の無機酸、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等の有機酸等が挙げられる。アルカリフェノール樹脂用の硬化剤としては、ラクトン類(例えば、プロピオンラクトン)、ギ酸エチル、ギ酸メチル、トリアセチン等の有機エステル等が挙げられる。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等が挙げられる。フェノールウレタン樹脂用の硬化剤としては、トリエチルアミン、ピリジン系化合物等が挙げられる。ケイ酸ソーダー用の硬化剤としては、炭酸ガス、ダイカルシウムシリケート、有機エステル等が挙げられる。
(2) Binder The binder is not particularly limited, and examples thereof include furan resin, phenol resin, oil urethane resin, phenol urethane resin, alkali phenol resin, sodium silicate, bentonite and the like. The binder can be cured with a curing agent according to the type. Examples of the curing agent for furan resin include inorganic acids such as sulfuric acid, phosphoric acid, phosphoric 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 alkali phenol resin include lactones (for example, propionlactone), organic esters such as ethyl formate, methyl formate, and triacetin. Examples of the curing agent for the phenol resin include hexamethylenetetramine. Examples of the curing agent for the phenol urethane resin include triethylamine and pyridine compounds. Examples of the curing agent for sodium silicate include carbon dioxide, dicalcium silicate, and organic ester.

粘結剤は、骨材100重量部あたり、0.4〜3重量部含まれていることが好ましい。含有量が0.4重量部未満の場合、骨材間の結合が十分でないため、鋳型強度が低下することがある。含有量が3重量部より多い場合、鋳物の表面に粘結剤由来成分が付着したり、鋳型廃砂から鋳型用粘結剤含有砂の再生に時間がかかったりすることがある。より好ましい含有量は0.4〜2重量部であり、更に好ましい含有量は0.4〜1.5重量部である。
上記表面積を有する人工砂は、天然砂より粘結剤量を少なくすることができる。粘結剤量が少ない場合、カルシウムイオンが鋳型強度を低下させる影響がより大きくなるため、特に本発明の適用が有効である。
The binder is preferably contained in an amount of 0.4 to 3 parts by weight per 100 parts by weight of the aggregate. When the content is less than 0.4 part by weight, the strength between the molds may be lowered because the bonding between the aggregates is not sufficient. When the content is more than 3 parts by weight, a binder-derived component may adhere to the surface of the casting, or it may take time to regenerate the binder-containing sand for the mold from the mold waste sand. A more preferable content is 0.4 to 2 parts by weight, and a still more preferable content is 0.4 to 1.5 parts by weight.
Artificial sand having the above surface area can reduce the amount of binder than natural sand. When the amount of the binder is small, the influence of the calcium ions to lower the template strength becomes larger, so that the application of the present invention is particularly effective.

(3)滑剤
滑剤は、特に限定されず、当該分野で汎用されているものをいずれも使用できる。例えば、炭素数10〜24の高級脂肪酸の金属塩が挙げられる。一般的には、入手容易性、価格等の観点からステアリン酸カルシウムを使用できる。
滑剤は、骨材と粘結剤の合計100重量部あたり、0.01〜0.2重量部含まれていることが好ましい。含有量が0.01重量部未満の場合、鋳型製造の際の鋳型用粘結剤含有砂の流動性が十分でないため、鋳型の製造に時間がかかったり、鋳物の表面に荒れが生じたりすることがある。また、鋳型用粘結剤含有砂が、製品を保存するフレコンバッグ等の内部でブロッキングしてしまう可能性が高くなる。含有量が0.2重量部より多い場合、鋳型強度の低下が生じたり、鋳型廃砂から鋳型用粘結剤含有砂の再生に時間がかかったりすることがある。より好ましい含有量は0.02〜0.16重量部、更に好ましい含有量は0.03〜0.12重量部、特に好ましい含有量は0.06〜0.10重量部である。
なお、鋳型用粘結剤含有砂を構成する滑剤量は、適当な溶剤を用いて滑剤を単離し、単離物を、赤外分光分析法、ガスクロマトグラフィ法、液体クロマトグラフィ法、NMR法等の公知の方法で分析することで測定することができる。
(3) Lubricant The lubricant is not particularly limited, and any of those commonly used in the field can be used. Examples thereof include metal salts of higher fatty acids having 10 to 24 carbon atoms. Generally, calcium stearate can be used from the viewpoints of availability, price, and the like.
The lubricant is preferably contained in an amount of 0.01 to 0.2 parts by weight per 100 parts by weight in total of the aggregate and the binder. If the content is less than 0.01 parts by weight, the mold binder-containing sand at the time of mold production is not sufficiently fluid, so that it takes time to produce the mold or the casting surface becomes rough. Sometimes. In addition, there is a high possibility that the binder-containing sand for casting will be blocked inside a flexible container bag for storing the product. When the content is more than 0.2 parts by weight, the strength of the mold may be reduced, or it may take time to regenerate the binder-containing sand for mold from the waste mold sand. A more preferable content is 0.02 to 0.16 parts by weight, a still more preferable content is 0.03 to 0.12 parts by weight, and a particularly preferable content is 0.06 to 0.10 parts by weight.
Note that the amount of lubricant constituting the binder-containing sand for casting is determined by isolating the lubricant using an appropriate solvent, and analyzing the isolated product by infrared spectroscopy, gas chromatography, liquid chromatography, NMR, etc. It can measure by analyzing by a well-known method.

(4)鋳型用粘結剤含有砂の製造方法
鋳型用粘結剤含有砂は、公知の方法で製造できる。例えば、骨材となる人工砂をミキサー中で加温及び混合しつつ、ミキサー内に粘結剤を投入することにより、粘結剤と骨材との混合物を得る。ここで、粘結剤が硬化性樹脂を硬化剤で硬化させることで得られる場合、最初に硬化性樹脂をミキサー内に投入し、その後、硬化剤を投入して硬化性樹脂を硬化させることで粘結剤を得ることができる。次いで、ミキサー内に滑剤を投入することにより、粘結剤と骨材との混合物を滑剤と混合できる。なお、粘結剤は、骨材の全表面又は一部表面を被覆していると考えられる。また、滑剤は、粘結剤で被覆された骨材の全表面又は一部表面を被覆していると考えられる。
(4) Method for Producing Binder-containing Sand for Mold The binder-containing sand for mold can be produced by a known method. For example, a mixture of the binder and the aggregate is obtained by adding the binder to the mixer while heating and mixing the artificial sand as the aggregate in the mixer. Here, when the binder is obtained by curing a curable resin with a curing agent, the curable resin is first put into the mixer, and then the curing agent is added to cure the curable resin. A binder can be obtained. Next, by introducing the lubricant into the mixer, the mixture of the binder and the aggregate can be mixed with the lubricant. The binder is considered to cover the entire surface or a part of the aggregate. Moreover, it is thought that the lubricant has coat | covered the whole surface or one part surface of the aggregate coat | covered with the binder.

実施例1
(1)鋳型用骨材の製造
骨材となる人工砂として、エスパール#60(山川産業社製:単位体積当たりの表面積3300cm/cm、粒度分布53〜600μm、粒形係数1.03、アルミナとシリカを合計で94重量%(アルミナ77重量%及びシリカ23重量%)含み、合成ムライトを40重量%、合成コランダムを10重量%含む)を使用した。この再生に付されていない人工砂を新砂と称する。人工砂を160℃に加熱した後、ミキサー(遠州鉄鋼社製NSC−1型)に入れ、人工砂の温度を150℃に保持した。人工砂100重量部に対して0.8重量部の樹脂(日立化成社製ノボラック系フェノール樹脂)を添加しつつ人工砂を攪拌することで、樹脂と骨材の混合物を得た。次に、混合物を攪拌しつつ、樹脂100重量部に対して20重量部のヘキサメチレンテトラミン(硬化剤)と、骨材100重量部に対して1.3重量部の水(硬化剤の分散媒)とを添加することで、樹脂を硬化させて粘結剤と骨材との混合物を得た。硬化剤の添加約20秒後、冷却を開始し、冷却を約20秒行った。次いで、粘結剤と骨材との混合物を攪拌しつつ、粘結剤と骨材との混合物100重量部に対して0.06重量部の滑剤(ステアリン酸カルシウム成分95重量%以上含有、95%以上が75μm以下の粒子径を有する:川村化成工業社製)を添加して、約15秒間攪拌することで、鋳型用粘結剤含有砂(RCS)を得た。なお、得られた鋳型用粘結剤含有砂は、目開き1180μmのふるいを使ってダマを除去した。
得られた鋳型用粘結剤含有砂を用いて、以下の手順で曲げ強度を測定した。曲げ強度は、鋳型強度を示す指標とした。
Example 1
(1) Manufacture of aggregate for mold As artificial sand to be an aggregate, ESPAR # 60 (manufactured by Yamakawa Sangyo Co., Ltd .: surface area per unit volume 3300 cm 2 / cm 3 , particle size distribution 53-600 μm, particle size factor 1.03, A total of 94% by weight of alumina and silica (77% by weight of alumina and 23% by weight of silica, 40% by weight of synthetic mullite and 10% by weight of synthetic corundum) was used. This artificial sand that has not been subjected to regeneration is referred to as new sand. After the artificial sand was heated to 160 ° C., it was put into a mixer (NSC-1 type manufactured by Enshu Steel Co., Ltd.), and the temperature of the artificial sand was kept at 150 ° C. The mixture of resin and aggregate was obtained by stirring the artificial sand while adding 0.8 parts by weight of resin (Hitachi Chemical Co., Ltd. novolac phenol resin) to 100 parts by weight of the artificial sand. Next, while stirring the mixture, 20 parts by weight of hexamethylenetetramine (curing agent) with respect to 100 parts by weight of the resin and 1.3 parts by weight of water (dispersion medium of the curing agent) with respect to 100 parts by weight of the aggregate. ) Was added to cure the resin and obtain a mixture of binder and aggregate. About 20 seconds after the addition of the curing agent, cooling was started and cooling was performed for about 20 seconds. Next, while stirring the mixture of the binder and the aggregate, 0.06 part by weight of a lubricant (containing 95% by weight or more of calcium stearate component, 95% with respect to 100 parts by weight of the mixture of the binder and the aggregate) The above has a particle diameter of 75 μm or less (manufactured by Kawamura Kasei Kogyo Co., Ltd.) and stirred for about 15 seconds to obtain a binder-containing sand (RCS) for casting mold. In addition, the obtained binder-containing sand for molds was used to remove lumps using a sieve having an opening of 1180 μm.
Bending strength was measured by the following procedure using the obtained binder-containing sand for molds. The bending strength was used as an index indicating the mold strength.

(2)曲げ強度の測定
(a)測定用テストピースの作製
JACT試験法SM−1曲げ強さ試験法(JIS K 6910対応)に準じて、テストピースの曲げ強度を測定した。具体的な測定条件を下記する。
深さ10mm、幅10mm及び長さ60mmの凹部を5つ有する下金型と、その蓋としての上金型を用意した。下金型と上金型とを250℃±3℃に加熱した後、凹部を約50gの鋳型用粘結剤含有砂で満たした。凹部を満たした鋳型用粘結剤含有砂の上面は、平になるように試料かきとり板で均した。この後、下金型と上金型とを合わせて、60秒間焼成した。焼成後、上金型を取り、下金型の上面に焼成物の上面が合うように、平やすりで焼成物を削った。この後、焼成物を下金型から取り出すことによりテストピースを得た。なお、上金型を開いて、下金型からテストピースを取り出すまでの時間を30秒とした。
得られたテストピースは、デシケーター内で室温(約25℃)まで温度を下げ、曲げ強度の測定時までそのままにした。
上記テストピースの作製を3回行ない、1種類の鋳型用粘結剤含有砂につき計15本のテストピースを得た。
(2) Measurement of bending strength (a) Preparation of test piece for measurement The bending strength of the test piece was measured according to the JACT test method SM-1 bending strength test method (corresponding to JIS K 6910). Specific measurement conditions are described below.
A lower mold having five recesses having a depth of 10 mm, a width of 10 mm, and a length of 60 mm, and an upper mold as a lid were prepared. After the lower mold and the upper mold were heated to 250 ° C. ± 3 ° C., the concave portions were filled with about 50 g of binder-containing sand for molds. The upper surface of the binder-containing sand for mold filling the concave portion was leveled with a sample scraping plate so as to be flat. Thereafter, the lower mold and the upper mold were combined and baked for 60 seconds. After firing, the upper mold was taken, and the fired product was shaved with a flat file so that the upper surface of the lower mold matched the upper surface of the fired product. Then, the test piece was obtained by taking out the fired product from the lower mold. The time from opening the upper die to taking out the test piece from the lower die was 30 seconds.
The obtained test piece was cooled to room temperature (about 25 ° C.) in a desiccator and left as it was until the bending strength was measured.
The test pieces were produced three times, and a total of 15 test pieces were obtained for each type of binder-containing sand for molds.

(b)曲げ強度測定
60°の先端角度、1.5Rの最先端の曲率、長さ10mm以上の1対の凸部を、長さ方向が平行であり、間隔が50mmになるように配置したテストピース載置台に、テストピースを載置した。なお、テストピースは、載置台側及びその対向面(上面)側に、平やすりで削った面が位置しないように載置した。
テストピースの上面の中央に、60°の先端角度及び1.5Rの最先端の曲率を有する加圧クサビを用いて荷重を加えた。荷重を加えることで、テストピースが折れた時点の荷重値を記録した。この荷重試験を15本のテストピース毎に行った。
(B) Measurement of bending strength A pair of convex portions having a tip angle of 60 °, a state-of-the-art curvature of 1.5R, and a length of 10 mm or more are arranged so that the length direction is parallel and the interval is 50 mm. The test piece was placed on the test piece placement table. In addition, the test piece was mounted so that the surface cut by the flat file was not located on the mounting table side and the facing surface (upper surface) side.
A load was applied to the center of the upper surface of the test piece using a pressure wedge having a tip angle of 60 ° and a cutting edge curvature of 1.5R. By applying a load, the load value when the test piece broke was recorded. This load test was performed for every 15 test pieces.

得られた荷重値から、以下の式により曲げ荷重を算出した。
σfb=3×l×P/2×W×h
(式中、σfbは曲げ荷重(kgf/cm)、lはテストピース載置台の1対の凸部の間隔(5cm)、Pは荷重値(kgf)、Wはテストピースの幅(1cm)、hはテストピースの高さ(1cm)である)
曲げ強度(kgf/cm)は、15本の曲げ荷重の平均値とした。
The bending load was calculated from the obtained load value by the following formula.
σfb = 3 × l × P / 2 × W × h 2
(In the formula, σfb is a bending load (kgf / cm 2 ), l is a distance between a pair of convex portions of the test piece mounting table (5 cm), P is a load value (kgf), W is a width of the test piece (1 cm) H is the height of the test piece (1 cm)
The bending strength (kgf / cm 2 ) was an average value of 15 bending loads.

(3)鋳型用粘結剤含有砂の再生
上記曲げ強度を測定したテストピースを粉砕した後、粉砕物をn1〜n10の10個に分けた。10個の粉砕物をそれぞれ鋳型用粘結剤含有砂に再生した。再生は、n1〜n5及びn9〜n10について焙焼工程のみとし、n6〜n8について焙焼工程と湿式磨鉱工程の併用とし、再生後に曲げ強度を測定した。但し、各焙焼工程前に10重量%の新砂を追加した。
なお、焙焼工程は、図1に示すJFE継手焙焼炉(JFE継手社製JTR−G−1型)を使用し、焙焼温度を600℃、焙焼炉内流動差圧を4.5MPa、砂投入量を2.5t/時間の条件で行った。なお、この条件では、鋳型廃砂の実処理時間は約1時間であった。図1中、1は焙焼炉、2は粉砕物投入口、3はバーナー、4は流動床、5は熱交換器、6は砂流動用空気入口、7は冷却用空気入口、8は流動クーラー、9は砂排出バルブ、10は空気ノズル、11は流動差圧計、12は排ガス出口を意味する。
湿式磨鉱工程は、図2に示すトラフ磨鉱機(直径609.4mm×長さ1517mm、8枚の攪拌羽根(インペラー)、山川産業社製)を使用し、負荷電流を130A、砂投入量を5t/時間、投入砂に対する水分量を5〜10重量%、攪拌羽根の回転数を86rpm/分、攪拌羽根の取り付け角度を45°、攪拌羽根1枚の面積を49100mmとする条件で行った。この条件では、焙焼砂の実処理時間は10〜20分間である。図2中、21はトラフ磨鉱機、22はトラフ、23は攪拌羽根、24は焙焼砂投入口、25は再生砂排出口、26はバネ、27は蓋、26はモーター、28は継手、29は回転軸、30は減速機を意味する。
(3) Regeneration of binder-containing sand for casting mold After crushing the test piece whose bending strength was measured, the pulverized product was divided into 10 pieces of n1 to n10. Ten pulverized products were each regenerated into sand containing a binder for molds. Regeneration was performed only for the roasting process for n1 to n5 and n9 to n10, and the roasting process and the wet grinding process were used for n6 to n8, and the bending strength was measured after the regeneration. However, 10% by weight of fresh sand was added before each roasting step.
The roasting step uses a JFE joint roasting furnace (JTR-G-1 type manufactured by JFE Joint Company) shown in FIG. 1, the roasting temperature is 600 ° C., and the flow differential pressure in the roasting furnace is 4.5 MPa. The amount of sand input was 2.5 t / hour. Under this condition, the actual processing time of the mold waste sand was about 1 hour. In FIG. 1, 1 is a roasting furnace, 2 is a pulverized material inlet, 3 is a burner, 4 is a fluidized bed, 5 is a heat exchanger, 6 is an air inlet for sand flow, 7 is an air inlet for cooling, and 8 is a flow. Cooler, 9 is a sand discharge valve, 10 is an air nozzle, 11 is a flow differential pressure gauge, and 12 is an exhaust gas outlet.
The wet grinding process uses the trough grinding machine shown in Fig. 2 (diameter 609.4 mm x length 1517 mm, 8 stirring blades (impeller), manufactured by Yamakawa Sangyo Co., Ltd.), load current 130 A, sand input For 5 tons / hour, 5 to 10% by weight of water with respect to the input sand, 86 rpm / min of the stirring blade, 45 ° of the stirring blade, and 49100 mm 2 in the area of one stirring blade. It was. Under this condition, the actual processing time of the roasted sand is 10 to 20 minutes. In FIG. 2, 21 is a trough grinder, 22 is a trough, 23 is a stirring blade, 24 is a roasted sand inlet, 25 is a recycled sand outlet, 26 is a spring, 27 is a lid, 26 is a motor, and 28 is a joint. , 29 is a rotating shaft, and 30 is a speed reducer.

(4)再生された鋳型用粘結剤含有砂からの曲げ強度の測定
工程(1)と同様にして鋳型用粘結剤含有砂を製造し、工程(2)と同様にして曲げ強度を測定した。得られた曲げ強度を表1に示す。
また、表1には、新砂及び再生された人工砂のカルシウムイオン溶出濃度を併せて示す。カルシウムイオン溶出濃度の測定は、以下の手順で行った。
なお、単位体積当たりの表面積、粒度分布、粒形係数、アルミナとシリカの含有割合は、再生された骨材と新砂とでほぼ同じであった。
(4) Measurement of bending strength from the regenerated binder-containing sand for molds Producing binder-containing sand for molds in the same manner as in step (1) and measuring the bending strength in the same manner as in step (2). did. The obtained bending strength is shown in Table 1.
Table 1 also shows the calcium ion elution concentration of fresh sand and regenerated artificial sand. The calcium ion elution concentration was measured according to the following procedure.
In addition, the surface area per unit volume, the particle size distribution, the particle shape coefficient, and the content ratio of alumina and silica were almost the same in the regenerated aggregate and fresh sand.

(イオン溶出濃度)
(1)内標準溶液及び標準溶液の作製
・内標準溶液(Y:50mg/L)
関東化学社製イットリウム標準原液(Y:1000mg/L、原子吸光分析用)25mLを全量フラスコ500mLにとり、精製水を標線まで加えた。
・標準溶液(Ca:100mg/L)
関東化学社製ICP発光分光分析用標準溶液IV(Ca:1000mg/L)10mLを全量フラスコ100mLにとり、精製水を標線まで加えた。
・標準溶液(Ca:10mg/L)
標準溶液(Ca:100mg/L)10mLを全量フラスコ100mLにとり、精製水を標線まで加えた。
・標準溶液(Ca:1mg/L)
標準溶液(Ca:10mg/L)10mLを全量フラスコ100mLにとり、精製水を標線まで加えた。
・標準溶液(Ca:0.1mg/L)
標準溶液(Ca:1mg/L)10mLを全量フラスコ100mLにとり、精製水を標線まで加えた。
・標準溶液(Ca:0.01mg/L)
標準溶液(Ca:0.1mg/L)10mLを全量フラスコ100mLにとり、精製水を標線まで加えた。
(Ion elution concentration)
(1) Preparation of internal standard solution and standard solution-Internal standard solution (Y: 50 mg / L)
25 mL of yttrium standard stock solution (Y: 1000 mg / L, for atomic absorption analysis) manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd. was placed in a 500 mL volumetric flask, and purified water was added up to the marked line.
Standard solution (Ca: 100 mg / L)
10 mL of a standard solution IV (Ca: 1000 mg / L) for ICP emission spectroscopic analysis manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd. was placed in a 100 mL flask, and purified water was added up to the marked line.
Standard solution (Ca: 10 mg / L)
10 mL of a standard solution (Ca: 100 mg / L) was taken in a 100-mL volumetric flask, and purified water was added up to the marked line.
Standard solution (Ca: 1 mg / L)
10 mL of a standard solution (Ca: 10 mg / L) was placed in a 100-mL volumetric flask, and purified water was added up to the marked line.
Standard solution (Ca: 0.1 mg / L)
10 mL of a standard solution (Ca: 1 mg / L) was placed in a 100-mL volumetric flask, and purified water was added up to the marked line.
Standard solution (Ca: 0.01 mg / L)
10 mL of a standard solution (Ca: 0.1 mg / L) was placed in a 100-mL volumetric flask, and purified water was added up to the marked line.

(2)検量線の作成(測定範囲Ca:0〜10mg/L)
内標準溶液(Y:50mg/L)20mLを全量フラスコ100mLにとり、標準溶液(Ca:10mg/L)、標準溶液(Ca:1mg/L)、標準溶液(Ca:0.1mg/L)、標準溶液(Ca:0.01mg/L)をそれぞれ標線まで加えた。併せて、別に空試験として内標準溶液(Y:50mg/L)20mLを全量フラスコ100mLにとり、精製水を標線まで加えた標準溶液を調整した。これらを島津製作所社製ICP発光分析装置(ICPS−8100)にて測定し、カルシウムイオン濃度と指示値との関係線(検量線)を作成した。
(2) Preparation of calibration curve (measurement range Ca: 0 to 10 mg / L)
Take 20 mL of the internal standard solution (Y: 50 mg / L) in a 100-mL volumetric flask, standard solution (Ca: 10 mg / L), standard solution (Ca: 1 mg / L), standard solution (Ca: 0.1 mg / L), standard Each solution (Ca: 0.01 mg / L) was added up to the marked line. In addition, as a blank test, 20 mL of an internal standard solution (Y: 50 mg / L) was taken in a 100-mL volumetric flask, and a standard solution in which purified water was added up to the marked line was prepared. These were measured with an ICP emission analyzer (ICPS-8100) manufactured by Shimadzu Corporation, and a relationship line (calibration curve) between the calcium ion concentration and the indicated value was created.

(3)試料溶液の調整
供試砂50gを300mLポリエチレン製ビーカーにとり、精製水50mL及び0.1mol/L塩酸溶液50mLを加えマグネチックスターラーにて1時間攪拌する。攪拌後、JIS P 3801ろ紙(化学分析用)に規定されたガラス繊維ろ紙によりろ過した。ろ過後、溶液を再度、ADVANTEC社製メンブランフィルター(孔径0.45μm)にて吸引ろ過し、試料溶液(原液)とした。併せて、別に空試験として300mLポリエチレン製ビーカーに精製水50mL及び0.1mol/L塩酸溶液50mLをとり、同様の操作を行った。
(3) Preparation of sample solution Take 50 g of test sand in a 300 mL polyethylene beaker, add 50 mL of purified water and 50 mL of 0.1 mol / L hydrochloric acid solution, and stir for 1 hour with a magnetic stirrer. After stirring, the mixture was filtered with a glass fiber filter specified in JIS P 3801 filter paper (for chemical analysis). After filtration, the solution was suction filtered again with a membrane filter (pore size 0.45 μm) manufactured by ADVANTEC to obtain a sample solution (stock solution). In addition, as a blank test, 50 mL of purified water and 50 mL of 0.1 mol / L hydrochloric acid solution were taken in a 300 mL polyethylene beaker, and the same operation was performed.

(4)試料溶液の測定
内標準溶液(Y:50mg/L)10mLを全量フラスコ50mLにとり、試料溶液(原液)を標線まで加え、島津製作所社製ICP発光分析装置(ICPS−8100)にて測定した。得られたカルシウムイオン濃度と空試験の濃度の差をカルシウムイオン溶出濃度とした。なお、カルシウムイオン濃度が検量線の測定範囲を超える場合には、測定範囲内となるように試料溶液(原液)を精製水にて希釈、調整し、試料溶液(希釈液)を得、内標準溶液(Y:50mg/L)10mLを全量フラスコ50mLにとり、試料溶液(希釈液)を標線まで加え、再度、島津製作所社製ICP発光分析装置(ICPS−8100)にて測定し、カルシウムイオン濃度を得た。試料溶液(希釈液)を測定した場合には、得られたカルシウムイオン濃度と希釈率の積より空試験の濃度を差し引いた値をカルシウムイオン溶出濃度とした。
(4) Measurement of sample solution Take 10 mL of the internal standard solution (Y: 50 mg / L) in a 50-mL volumetric flask, add the sample solution (stock solution) to the marked line, and use an ICP emission spectrometer (ICPS-8100) manufactured by Shimadzu Corporation. It was measured. The difference between the obtained calcium ion concentration and the blank test concentration was defined as the calcium ion elution concentration. If the calcium ion concentration exceeds the measurement range of the calibration curve, dilute and adjust the sample solution (stock solution) with purified water so that it is within the measurement range to obtain the sample solution (diluted solution). Take 10 mL of the solution (Y: 50 mg / L) in a 50 mL volumetric flask, add the sample solution (diluent) to the marked line, and measure again with an ICP emission analyzer (ICPS-8100) manufactured by Shimadzu Corporation. Got. When the sample solution (diluted solution) was measured, the calcium ion elution concentration was obtained by subtracting the blank test concentration from the product of the obtained calcium ion concentration and the dilution rate.

表1に基づいた曲げ強度とカルシウムイオン溶出濃度(対0.05M−HCl水溶液)との関係を、図3に示す。
表1及び図3から、曲げ強度は、カルシウムイオン溶出濃度の増加と共に低下しているが、溶出量が60mg/L以下で一定となる傾向がみられる。そのため、カルシウムイオンは、粘結剤製造時の樹脂の硬化に何らかの悪影響(例えば、硬化剤のこれらイオンでの消費、樹脂の硬化部位へのこれらイオンのキレート反応による樹脂の高分子量化)を与えていることが推察される。
The relationship between the bending strength based on Table 1 and the calcium ion elution concentration (vs. 0.05M HCl aqueous solution) is shown in FIG.
From Table 1 and FIG. 3, although bending strength is falling with the increase in calcium ion elution density | concentration, the tendency for the elution amount to become constant at 60 mg / L or less is seen. For this reason, calcium ions have some adverse effect on the curing of the resin during the production of the binder (for example, consumption of the curing agent with these ions, high molecular weight of the resin by chelating reaction of these ions to the cured site of the resin). It is inferred that

実施例2
再生を繰り返した人工砂のカルシウムイオン溶出濃度と曲げ強度との関係を調べた。具体的には、再生を焙焼のみとした場合と焙焼後、湿式磨鉱とした場合について、それぞれ人工砂のカルシウムイオン溶出濃度を実施例1と同様にして測定し、鋳型用粘結剤含有砂の曲げ強度を実施例1と同様にして測定した。結果を表2に示す。表2には新砂のカルシウムイオン溶出濃度と鋳型用粘結剤含有砂の曲げ強度を併せて示す。焙焼及び湿式磨鉱の条件、鋳型用粘結剤含有砂の製造条件は実施例1と同様とした。
Example 2
The relationship between the calcium ion elution concentration and the bending strength of the artificial sand that was repeatedly regenerated was investigated. Specifically, the calcium ion elution concentration of the artificial sand was measured in the same manner as in Example 1 for the case where the regeneration was only roasting and the case where the wet grinding was performed after the roasting. The bending strength of the contained sand was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2. Table 2 shows the calcium ion elution concentration of fresh sand and the bending strength of the binder-containing sand for casting. The conditions for roasting and wet grinding, and the conditions for producing the binder-containing sand for molds were the same as in Example 1.

表2に基づいて、曲げ強度及びカルシウムイオン溶出濃度(対0.05M−HCl水溶液)(縦軸)と再生繰り返し数(横軸)との関係を、図4に示す。図4の棒グラフの縦軸は曲げ強度を表し、各再生回数における左側の棒グラフが焙焼のみで再生した鋳型用粘結剤含有砂の、右側の棒グラフが焙焼と湿式磨鉱で再生した鋳型用粘結剤含有砂の曲げ強度を意味する。また、折れ線グラフはカルシウムイオン溶出濃度を表し、△のプロットが焙焼のみで再生した人工砂の、○のプロットが焙焼と湿式磨鉱で再生した人工砂のカルシウムイオン溶出濃度を意味する。
図4から曲げ強度は、カルシウムイオン溶出濃度の増加と共に低下しているが、溶出量が60mg/L以下で一定となる傾向がみられる。溶出量が60mg/L以下に維持するには、鋳型用粘結剤含有砂の再生工程に湿式磨鉱が含まれることが好適であることが判る。
Based on Table 2, the relationship between the bending strength and calcium ion elution concentration (vs. 0.05M HCl aqueous solution) (vertical axis) and the number of regeneration repetitions (horizontal axis) is shown in FIG. The vertical axis of the bar graph in FIG. 4 represents the bending strength. The left bar graph at each regeneration count is the mold binder-containing sand regenerated only by roasting, and the right bar graph is the mold regenerated by roasting and wet grinding. It means the bending strength of sand for binder use. Further, the line graph represents the calcium ion elution concentration, and the triangle plot represents the calcium ion elution concentration of the artificial sand regenerated only by roasting, and the circle plot represents the artificial sand regenerated by roasting and wet grinding.
FIG. 4 shows that the bending strength decreases with increasing calcium ion elution concentration, but tends to be constant when the elution amount is 60 mg / L or less. It can be seen that in order to maintain the elution amount at 60 mg / L or less, it is preferable that wet grinding be included in the regeneration process of the binder-containing sand for molds.

1 焙焼炉、2 粉砕物投入口、3 バーナー、4 流動床、5 熱交換器、6 砂流動用空気入口、7 冷却用空気入口、8 流動クーラー、9 砂排出バルブ、10 空気ノズル、11 流動差圧計、12 排ガス出口、21 トラフ磨鉱機、22 トラフ、23 攪拌羽根、24 焙焼砂投入口、25 再生砂排出口、26 バネ、27 蓋、28 継手、29 回転軸、30 減速機、31 モーター DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Roasting furnace, 2 Ground material inlet, 3 Burner, 4 Fluidized bed, 5 Heat exchanger, 6 Sand flow air inlet, 7 Cooling air inlet, 8 Fluid cooler, 9 Sand discharge valve, 10 Air nozzle, 11 Flow differential pressure gauge, 12 exhaust gas outlet, 21 trough grinder, 22 trough, 23 stirring blade, 24 roasted sand inlet, 25 reclaimed sand outlet, 26 spring, 27 lid, 28 joint, 29 rotating shaft, 30 speed reducer , 31 motor

Claims (6)

鋳型用粘結剤含有砂の原料として使用される人工砂であって、
前記人工砂が、アルミナ40〜90重量%、シリカ60〜10重量%の合成ムライト及び/又は合成コランダムを主とし、30〜1180μmの粒度分布を有し、6万/d〜180万/d(dは球状物の平均粒子径(μm))の範囲の単位体積あたりの表面積(cm2/cm3)を有し、鋳造後に生じる鋳型廃砂に由来し、かつ0.05M−HCl水溶液中で1時間撹拌させた後の溶液において60mg/L以下のカルシウムイオン溶出濃度を示すように調整されてなることを特徴とする人工砂。
Artificial sand used as a raw material for binder-containing sand for molds,
The artificial sand is mainly composed of synthetic mullite and / or synthetic corundum of 40 to 90% by weight of alumina and 60 to 10% by weight of silica, has a particle size distribution of 30 to 1180 μm, and is 60,000 / d to 1.8 million / d ( d has a surface area (cm 2 / cm 3 ) per unit volume in the range of the average particle diameter (μm) of the spherical material, is derived from mold waste sand generated after casting, and in 0.05 M HCl aqueous solution artificial sand characterized by comprising been adjusted as shown mosquitoes Rushiumuion elution concentration below 60 mg / L in the solution was allowed to stir for 1 hour.
前記人工砂が、シェルモールド法に使用される請求項1に記載の人工砂。 The artificial sand, artificial sand of claim 1 that is used in the shell mold process. 前記人工砂が、1.2以下の粒形係数を有する請求項1又は2に記載の人工砂。   The artificial sand according to claim 1 or 2, wherein the artificial sand has a particle shape factor of 1.2 or less. 人工砂を主とする骨材と、粘結剤と、滑剤とを含む鋳型用粘結剤含有砂であって、前記人工砂が請求項1〜3のいずれか1つに記載の人工砂であることを特徴とする鋳型用粘結剤含有砂。   The artificial sand according to any one of claims 1 to 3, wherein the artificial sand is a binder-containing sand for a mold including an aggregate mainly composed of artificial sand, a binder, and a lubricant. A sand containing a binder for a mold, characterized by being. 前記粘結剤が、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、ケイ酸ソーダー及びベントナイトから選択され、前記滑剤がステアリン酸カルシウムである請求項4に記載の鋳型用粘結剤含有砂。   The mold binder according to claim 4, wherein the binder is selected from furan resin, phenol resin, oil urethane resin, phenol urethane resin, alkali phenol resin, sodium silicate and bentonite, and the lubricant is calcium stearate. Agent-containing sand. 前記粘結剤が、前記骨材100重量部に対して、0.4〜3重量部含まれ、前記滑剤が、前記骨材と粘結剤の合計100重量部に対して、0.01〜0.2重量部含まれる請求項5に記載の鋳型用粘結剤含有砂。   The binder is contained in an amount of 0.4 to 3 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the aggregate, and the lubricant is 0.01 to 100 parts by weight with respect to a total of 100 parts by weight of the aggregate and the binder. The mold-containing binder-containing sand according to claim 5, which is contained in an amount of 0.2 parts by weight.
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