JP6193884B2 - コーテッドサンド及びその製造方法並びに鋳型の製造方法 - Google Patents
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Description
(2) 前記コーテッドサンドにおける20メッシュ篩上のダマ量が、3質量%以下であることを特徴とする前記態様(1)に記載のコーテッドサンド。
(3) 前記水ガラス水溶液が、アルカリ金属ケイ酸塩の水溶液であることを特徴とする前記態様(1)又は前記態様(2)に記載のコーテッドサンド。
(4) 前記アルカリ金属ケイ酸塩の二酸化ケイ素/アルカリ金属酸化物のモル比が、1.0以上、3.0未満であることを特徴とする前記態様(3)に記載のコーテッドサンド。
(5) 前記アルカリ金属ケイ酸塩が、ケイ酸ナトリウムであることを特徴とする前記態様(3)又は前記態様(4)に記載のコーテッドサンド。
(6) 前記ケイ酸ナトリウムのSiO2 /Na2 Oのモル比が、1.0以上、3.0未満であることを特徴とする前記態様(5)に記載のコーテッドサンド。
(7) 前記水ガラス水溶液における不揮発分が、20〜45質量%であることを特徴とする前記態様(1)乃至前記態様(6)の何れか1つに記載のコーテッドサンド。
(8) 前記水ガラス水溶液が、前記耐火性骨材の100質量部に対して、固形分換算で0.1〜2.5質量部の割合において混和せしめられることを特徴とする前記態様(1)乃至前記態様(7)の何れか1つに記載のコーテッドサンド。
(9) 前記態様(1)乃至前記態様(8)の何れか1つに記載のコーテッドサンドを製造する方法にして、前記耐火性骨材を前記水ガラス水溶液との混和に際し、該耐火性骨材に対する該水ガラス水溶液の投入から5分以内に、かかる水ガラス水溶液の水分を蒸散せしめて、水分率が0.5質量%以下のコーテッドサンドを得ることを特徴とするコーテッドサンドの製造方法。
(10) 前記態様(1)乃至前記態様(8)の何れか1つに記載のコーテッドサンドを用い、それを、目的とする鋳型を与える成形型の成形キャビティ内に充填した後、水蒸気を通気させて、かかる成形型内で固化乃至は硬化せしめることにより、目的とする鋳型を得ることを特徴とする鋳型の製造方法。
(11) 前記水蒸気の通気と同時に、乾燥空気、加熱乾燥空気、窒素ガス又はアルゴンガスが、前記成形型の成形キャビティ内に充填されたコーテッドサンドの充填相内に通気せしめられることを特徴とする前記態様(10)に記載の鋳型の製造方法。
(12) 前記水蒸気の通気の後、さらに、乾燥空気、加熱乾燥空気、窒素ガス又はアルゴンガスが、前記成形型の成形キャビティ内に充填されたコーテッドサンドの充填相内に通気せしめられることを特徴とする前記態様(10)又は前記態様(11)に記載の鋳型の製造方法。
(13) 前記水蒸気の通気と同時に又は前記水蒸気の通気の後に、二酸化炭素、エステル、及びカーボネートのうちの少なくとも1種が、前記成形型の成形キャビティ内に充填されたコーテッドサンドの充填相内に通気せしめられることを特徴とする前記態様(10)乃至前記態様(12)の何れか1つに記載の鋳型の製造方法。
(14) 前記水蒸気の通気の前に、成形型のキャビティ内を減圧してなることを特徴とする前記態様(10)乃至前記態様(13)の何れか1つに記載の鋳型の製造方法。
(15) 前記コーテッドサンドを30℃以上に予熱した後、前記成形型の成形キャビティ内に充填せしめることを特徴とする前記態様(10)乃至前記態様(14)の何れか1つに記載の鋳型の製造方法。
(16) 前記成形型が予熱されて、保温されている前記態様(10)乃至前記態様(15)の何れか1つに記載の鋳型の製造方法。
(17) 前記態様(1)乃至前記態様(8)の何れか1つに記載のコーテッドサンドを用いて積層造形して、目的とする鋳型を形成することを特徴とする鋳型の製造方法。
固形分(%)=[乾燥後の重量(g)/乾燥前の重量(g)]×100
なお、この水ガラス水溶液の使用量が少なくなり過ぎると、耐火性骨材の表面に水ガラスの有効な被覆層が形成され難くなって、コーテッドサンドの固化乃至は硬化が充分に行なわれ難くなるからであり、また水ガラス水溶液の使用量が多くなり過ぎても、耐火性骨材の表面に余分に水ガラス水溶液が付着して、均一な被覆層が形成され難くなると共に、ダマの発生量が多くなる恐れもあり、ひいては、鋳型物性に悪影響をもたらすと共に、金属を鋳込んだ後の中子の砂落としも難しくなるからである。
得られたコーテッドサンド(CS)の2.0gを、脱水溶剤であるアクアミクロンML(三菱化学株式会社製)の100mLが入った、カールフィッシャー水分測定機(平沼産業株式会社製;AQV−7 HIRANUMA AQUACOUNTER)のフラスコ[予め、カールフィッシャー試薬(Sigma-Aldrich Laborchemikalien Gmbh 社製;ハイドラナールコンポジット5)を滴下して、水分を0にしておく]内に投入した後、マグネチックスターラーを用いて数分間撹拌し、その後、前記ハイドラナールコンポジット5を滴下して、水分量を定量し、その得られた値から、水分率を算出する。
それぞれの製造例で得られたCSを、20メッシュの篩でふるい分け、その篩上の20メッシュ以上の粒径の複合粒子(ダマ)を得る。ダマ量は、混練に使用した砂の質量に対するダマの質量の質量%として、算出する。
ダマ量(%)=ダマ質量/(ダマ質量+20メッシュ以下の砂の質量)×100
各CSを用いて得られた幅:25.4mm×厚み:25.4mm×長さ:200mmの大きさの試験片について、その破壊荷重を、測定器(高千穂精機株式会社製:デジタル鋳物砂強度試験機)を用いて、測定する。そして、この測定された破壊荷重を用いて、抗折強度を、下記の式により、算出する。
抗折強度=1.5×LW/ab2
[但し、L:支点間距離(cm)、W:破壊荷重(kgf)、a:試験片
の幅(cm)、b:試験片の厚み(cm)]
各CSを用いて得られた幅:25.4mm×厚み:25.4mm×長さ:200mmの大きさの試験片について、その引っかき硬度を、引っかき硬度計(GF式)を用いて、測定する。引っかき硬度は、先ず、試験片表面に引っかき硬度計の先端の歯を押し当てて、上部の黒いレバーを時計回りに1周、そして反時計回りに1周回し、更にその回転作業を5回繰り返すことで、徐々に歯がめり込んでいくところから、かかる歯のめり込んだ深さを、側面の目盛(mm)から読み取る。引っかき硬度は、その値が小さいほど強く(高く)、また大きいほど弱い(低い)。
骨材の真比重に対する、上記で用いられた各試験片の比重(質量を試験片の体積で除して算出する)の割合を、百分率で算出する。
充填率(%)={各試験片の質量(g)/体積(cm3 )}
/骨材の真比重(g/cm3 )×100
混練の後、釜に付着した砂の様子を、目視及び擦ることにより、確認する。そして、砂が付着していない場合を○、砂は付着しているが、擦ることで、容易に砂を落とせる場合を△、砂が付着しており、擦っても容易に砂を落とせない場合を×として、評価する。
耐火性骨材として、市販の鋳造用人工砂であるルナモス#50(商品名:花王株式会社製)を準備すると共に、粘結材として、市販のケイ酸ナトリウム1号(商品名:富士化学株式会社製)を水で希釈して、不揮発分(水ガラス水溶液から水分量を除いた割合)を46.1%とした水ガラス水溶液を準備した。
粘結材として、市販のケイ酸ナトリウム1号(商品名:富士化学株式会社製)を水で希釈して、不揮発分を各々44.0%、41.6%、39.7%、37.5%、33.5%、30.0%、25.0%、又は20.0%とした水ガラス水溶液を準備したこと以外は、製造例1と同様の手順に従って、CS2〜9を得た。
粘結材として、市販のケイ酸ナトリウム2号(商品名:富士化学株式会社製)を水で希釈して、不揮発分を各々46.3%、44.1%、41.3%、38.3%、26.9%、又は20.0%とした水ガラス水溶液を準備したこと以外は、製造例1と同様の手順に従って、CS10〜15を得た。
粘結材として、市販のケイ酸ナトリウム3号(商品名:富士化学株式会社製)を水で希釈して、不揮発分を37.5%、25.6%、又は12.8%とした水ガラス水溶液を準備したこと以外は、製造例1と同様の手順に従って、CS16〜18を得た。
粘結材として、市販のケイ酸ナトリウム5号(商品名:富士化学株式会社製)を水で希釈して、不揮発分(水ガラス水溶液から水分量を抜いた割合)を33.2%、27.3%、又は20.0%とした水ガラス水溶液を準備したこと以外は、製造例1と同様の手順に従って、CS19〜21を得た。
耐火性骨材として、市販のアルミナ系球状骨材であるエスパール#60(商品名:山川産業株式会社製)を使用し、不揮発分を33.5%としたこと以外は、製造例1と同様の手順に従って、CS22を得た。
耐火性骨材として、三河硅砂7号(商品名:三河珪石株式会社製)を使用すること、水ガラスを、三河硅砂7号の100部に対して、不揮発分のみとして考えた場合の固形分換算で、1.0部の割合において添加し、不揮発分を33.5%としたこと以外は、製造例1と同様の手順に従って、CS23を得た。
粘結材として、市販のケイ酸ナトリウム1号(商品名:富士化学株式会社製)を水で希釈して、不揮発分(水ガラス水溶液から水分量を抜いた割合)を15.0%とした水ガラス水溶液を準備したこと以外は、製造例1と同様の手順に従って、CS24を得た。
粘結材として、市販のケイ酸ナトリウム2号(商品名:富士化学株式会社製)を水で希釈して、不揮発分(水ガラス水溶液から水分量を抜いた割合)を13.3%とした水ガラス水溶液を準備したこと以外は、製造例1と同様の手順に従って、CS25を得た。
粘結材として、市販のケイ酸ナトリウム3号(商品名:富士化学株式会社製)を水で希釈して、不揮発分(水ガラス水溶液から水分量を抜いた割合)を9.6%とした水ガラス水溶液を準備したこと以外は、製造例1と同様の手順に従って、CS26を得た。
粘結材として、市販のケイ酸ナトリウム5号(商品名:富士化学株式会社製)を水で希釈して、不揮発分(水ガラス水溶液から水分量を抜いた割合)を15.0%とした粘結材を準備したこと以外は、製造例1と同様の手順に従って、CS27を得た。
上記の各CSの製造例にて得られた、20℃の温度のCS1〜27を、それぞれ、110℃に加熱した成形金型内に、圧力:0.3MPaのゲージ圧にて吹き込んで、充填した後、更に0.05MPaのゲージ圧力の下で、温度:99℃の水蒸気を5秒間吹き込み、成形金型内に充填したコーテッドサンド相に通気せしめた。次いで、そのような水蒸気の通気が終了した後、0.03MPaのゲージ圧力の下で、温度150℃の熱風を2分間吹き込み、成形金型内に充填されたCS1〜27をそれぞれ硬化させることにより、試験片[25.4mm×25.4mm×200mm]として用いられる鋳型を、それぞれ作製した。
上記で得られたCS1〜27に対応する各々の試験片について、前述した試験法に従って、充填率、抗折強度、引っかき硬度を測定し、その結果を下記表1〜表3に示した。
Claims (16)
- 予め加熱した耐火性骨材に対して、粘結材として水ガラス水溶液を混和せしめ、かかる耐火性骨材の熱にて水分を蒸発させることにより、該耐火性骨材の表面に、直接に、該粘結材の被覆層を形成せしめることによって、20メッシュ篩上のダマ量が3質量%以下であり、且つ水分率が0.5質量%以下となる、常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドを得ることを特徴とするコーテッドサンドの製造方法。
- 前記耐火性骨材の予熱温度が、100〜150℃であることを特徴とする請求項1に記載のコーテッドサンドの製造方法。
- 前記水ガラス水溶液が、アルカリ金属ケイ酸塩を主成分とする水溶液であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のコーテッドサンドの製造方法。
- 前記アルカリ金属ケイ酸塩の二酸化ケイ素/アルカリ金属酸化物のモル比が、1.0以上、3.0未満であることを特徴とする請求項3に記載のコーテッドサンドの製造方法。
- 前記アルカリ金属ケイ酸塩が、ケイ酸ナトリウムであることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のコーテッドサンドの製造方法。
- 前記ケイ酸ナトリウムのSiO2 /Na2 Oのモル比が、1.0以上、3.0未満であることを特徴とする請求項5に記載のコーテッドサンドの製造方法。
- 前記水ガラス水溶液における不揮発分が、20〜45質量%であることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載のコーテッドサンドの製造方法。
- 前記水ガラス水溶液が、前記耐火性骨材の100質量部に対して、固形分換算で0.1〜2.5質量部の割合において混和せしめられることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか1項に記載のコーテッドサンドの製造方法。
- 前記耐火性骨材と前記水ガラス水溶液との混和に際し、該耐火性骨材に対する該水ガラス水溶液の投入から5分以内に、かかる水ガラス水溶液の水分を蒸散せしめて、水分率が0.5質量%以下のコーテッドサンドを得ることを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れか1項に記載のコーテッドサンドの製造方法。
- 請求項1乃至請求項9の何れか1項に記載の製造方法によって得られたコーテッドサンドを用い、それを、目的とする鋳型を与える成形型の成形キャビティ内に充填した後、水蒸気を通気させて、かかる成形型内で固化乃至は硬化せしめることにより、目的とする鋳型を得ることを特徴とする鋳型の製造方法。
- 前記水蒸気の通気と同時に又は前記水蒸気の通気の後に、さらに、乾燥空気、加熱乾燥空気、窒素ガス又はアルゴンガスが、前記成形型の成形キャビティ内に充填されたコーテッドサンドの充填相内に通気せしめられることを特徴とする請求項10に記載の鋳型の製造方法。
- 前記水蒸気の通気と同時に又は前記水蒸気の通気の後に、二酸化炭素、及びエステルのガスのうちの少なくとも1種が、前記成形型の成形キャビティ内に充填されたコーテッドサンドの充填相内に通気せしめられることを特徴とする請求項10又は請求項11に記載の鋳型の製造方法。
- 前記水蒸気の通気の前に、成形型のキャビティ内を減圧して、該キャビティ内が負圧の状態下において、かかる水蒸気の通気を行うことを特徴とする請求項10乃至請求項12の何れか1項に記載の鋳型の製造方法。
- 前記コーテッドサンドを30℃以上に予熱した後、前記成形型の成形キャビティ内に充填せしめることを特徴とする請求項10乃至請求項13の何れか1項に記載の鋳型の製造方法。
- 前記成形型が予熱されて、保温されている請求項10乃至請求項14の何れか1項に記載の鋳型の製造方法。
- 請求項1乃至請求項9の何れか1項に記載の製造方法によって得られたコーテッドサンドを用いて積層造形して、目的とする鋳型を形成することを特徴とする鋳型の製造方法。
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