JP6367451B1 - Sintered artificial sand - Google Patents

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Abstract

【課題】Al23−SiO2を主成分とした焼結人工砂において、融点が高く鉄溶湯と反応し難い機能を有する焼結人工砂の提供。
【解決手段】低融点組成の種類と量を制御し(特にK2Oを0.20%以下に制御し)Al23−SiO2系相平衡状態図において液相線よりマイナス50℃以内の耐火度を示すように構成する焼結人工砂。この状態図において、ムライトが晶出する組成が望ましく、Al23が40%〜60%の組成が更に望ましい。パンミキサ造粒後にロータリーキルンで焼結して製造することが望ましい、焼結人工砂製法。かさ比重が1.6g/cm3以下、特に1.515g/cm3以下の軽量で、アスペクト比が0.85以上の球状で、粒子強度が1000MPa以上で破砕されにくい、焼結人工砂。
【選択図】図1
An object of the present invention is to provide sintered artificial sand having a function of having a high melting point and hardly reacting with molten iron in sintered artificial sand mainly composed of Al 2 O 3 —SiO 2 .
SOLUTION: The type and amount of the low melting point composition is controlled (in particular, K 2 O is controlled to 0.20% or less), and the Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram shows a fire resistance within −50 ° C. from the liquidus line. Sintered artificial sand constructed to show the degree. In this phase diagram, a composition in which mullite crystallizes is desirable, and a composition in which Al 2 O 3 is 40% to 60% is more desirable. Sintered artificial sand production method, which is preferably manufactured by sintering in a rotary kiln after pan mixer granulation. The following bulk specific gravity 1.6 g / cm 3, especially at 1.515g / cm 3 or less of the weight, an aspect ratio of 0.85 or more spherical, hard particle strength is crushed above 1000 MPa, sintered artificial sand.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は鋳造製品に用いられる鋳物砂に係わる。鋳造製品は世界で約1億t/年製造され、日本では約500t/年製造されている。鋳造製品の大部分は鉄系鋳物である。鋳物砂は鋳造製品を製造するために3〜10倍の量が必要である。鋳物砂は繰り返し使用するが、回収工程で製品に付着したり、再生工程で破砕したりして5〜30%のロスが生じる。これらは産業廃棄物として廃棄される。破砕によるロスを低減するために、破砕されにくい人工砂が開発されてきた。しかしながら、製品に付着するロスの対策は未実施である。また、従来の各種製法による人工砂はかさ比重が重く、鋳型とした際に重筋作業となる問題があるが、これの対策も未実施である。   The present invention relates to foundry sand used in cast products. Casting products are manufactured about 100 million tons / year worldwide, and about 500 tons / year in Japan. Most of the cast products are iron castings. Foundry sand requires 3 to 10 times the amount to produce a cast product. The foundry sand is used repeatedly, but it adheres to the product in the recovery process or is crushed in the regeneration process, resulting in a loss of 5-30%. These are discarded as industrial waste. In order to reduce loss due to crushing, artificial sand that has been difficult to crush has been developed. However, no countermeasures have been implemented for loss on products. In addition, artificial sand produced by various conventional manufacturing methods has a high bulk specific gravity, and there is a problem that it becomes a heavy muscle work when used as a mold, but no countermeasures have been taken yet.

鋳物砂は粒子集合体であることから任意の形状である鋳型に成型できること、溶湯を鋳型に注湯する際に鋳型内の空気やガスを排出する通気性を有すること、溶湯の熱に耐えうる耐火度を有すること、各種の溶湯成分に対して化学反応による焼付き欠陥が生じないこと、鋳物砂を鋳型とするための粘結剤量が少なくできる粒形(真球が望ましい)などの特性を有することこと、繰り返し再生して使用して環境負荷を低減できる粒子強度であること、鋳造時に鋳型の膨張が低く変形の問題が生じないこと、鋳型から鋳造製品の取り出しが容易なこと、などなどの特性が鋳物砂には必要である。 Since casting sand is a particle aggregate, it can be molded into a mold of any shape, has air permeability to discharge air and gas in the mold when pouring the molten metal into the mold, and can withstand the heat of the molten metal Characteristics such as having fire resistance, no seizure defects due to chemical reaction to various molten metal components, and a granule shape (preferably a true sphere) that can reduce the amount of binder for casting sand as a mold Has a particle strength that can be repeatedly regenerated and used to reduce the environmental load, the mold does not expand at the time of casting, does not cause deformation problems, and the cast product can be easily removed from the mold. These characteristics are necessary for foundry sand.

鋳型は金型と砂型に大別され、鋳物砂は砂型用である。鋳鋼、鋳鉄、銅合金などの高融点金属の鋳造は鋳物砂による砂型が殆どである。鋳造製品の大部分は砂型で生産されている。低融点合金であるアルミ合金ではダイカストや重力鋳造と称される金型鋳造が殆どである。 Molds are roughly divided into molds and sand molds, and foundry sand is for sand molds. Most castings of refractory metals such as cast steel, cast iron and copper alloy are sand molds made of foundry sand. Most cast products are produced in sand molds. Most aluminum alloys that are low melting point alloys are die casting or die casting called gravity casting.

本特許では生産量が大規模である砂型用の鋳物砂に係わる。
鋳物砂は、砂型の名称の由来である硅砂が最も使用される。硅砂は石英(シリカ、SiO2)が主な鉱物組成である。二次鉱物組成として、Al23−SiO2系の鉱物である長石、雲母、粘土鉱物など)である。その他、硅砂以外の鋳物砂として、オリビンサンド、ジルコンサンド、クロマイトサンド、アルミナサンド(粉砕タイプ)、カーボンサンド、鉄鋼ショット玉、炭化珪素砂、スラグサンド(フェロニッケル系、フェロクロム系、高炉スラグ系など)、最近開発された人工砂(ムライト系、アルミナ系、ジルコンミックス系など、セラミックサンドとも言う)などが使用されている。
This patent relates to sand foundry for sand molds that have a large production volume.
As the foundry sand, dredged sand which is the origin of the name of the sand mold is most used. Quartz sand is mainly composed of quartz (silica, SiO 2 ). As the secondary mineral composition, Al 2 O 3 —SiO 2 -based minerals such as feldspar, mica, clay mineral, etc.). Other casting sands other than dredged sand include olivine sand, zircon sand, chromite sand, alumina sand (pulverized type), carbon sand, steel shot balls, silicon carbide sand, slag sand (ferronickel, ferrochrome, blast furnace slag, etc. ), Recently developed artificial sand (mullite, alumina, zircon mix, etc., also called ceramic sand) is used.

鋳物砂は鋳造品を製造するための副資材であることから、まず、安価であることが要求され、機能として第一に鋳造時に鋳造欠陥がなく製品留まりが高いことが要求される。これは鋳物砂と鋳造品との反応が無いことである。また、環境適応型の社会実現が急務なことから、省資源性が高いと共に省エネルギー性が高いことが望まれる。具体的には、製品に付着してライン外に排出される鋳物砂をし得ると共に、鋳物砂を製造する際に消費されるエネルギーを削減し得ることが望まれる。次いで、再生・回収して繰り返し永久的に使用できる高強度粒子が望まれ、石英系の硅砂使用に伴う人体に悪影響な遊離珪酸発生が生じないことも望まれている。また当然、従来鋳物砂に要求される各種特性を具備している必要がある。1990年頃に人工砂が開発されたことで、石英系の砂と比較して、上記は全般的には改善されてきたが、永久的に使用するためには耐火度に起因する溶湯と鋳物砂の反応防止や製品に付着してライン外に流出することの対策が未だ不十分である。また、従来の人工砂は重いことから、重筋作業となり、人工砂の軽量化の対策が急務である。 Since the foundry sand is a secondary material for producing a cast product, it is first required to be inexpensive, and as a function, it is required to have a high product yield without casting defects during casting. This is a lack of reaction between the foundry sand and the cast product. In addition, since it is an urgent need to realize an environment-adaptive society, it is desired to have high resource savings and high energy savings. Specifically, it is desired that the foundry sand that adheres to the product and is discharged out of the line can be produced, and that the energy consumed in producing the foundry sand can be reduced. Next, high-strength particles that can be regenerated and recovered and used repeatedly and permanently are desired, and it is also desired that free silicic acid generation that is harmful to the human body due to the use of quartz-based cinnabar does not occur. Of course, it is necessary to have various characteristics required for conventional foundry sand. Since the artificial sand was developed around 1990, the above has been generally improved compared to quartz sand, but for permanent use, the molten metal and foundry sand resulting from fire resistance. Measures to prevent reaction and to leak out of the line due to adhesion to the product are still insufficient. In addition, since conventional artificial sand is heavy, it is a heavy work, and measures to reduce the weight of artificial sand are urgently needed.

特許文献1では、1400〜1750℃でAl23:20〜70%、SiO2:80〜30%の混合原料を焼結して、球状の鋳物砂製造技術が示されている。
特許文献2では、1600〜2200℃で原料を溶融させてアトマイジングすることで、Al23:40〜90%とSiO2:60〜10%組成の合成ムライト鋳物砂製造技術が示されている。
Patent Document 1 discloses a technique for producing spherical casting sand by sintering a mixed raw material of Al 2 O 3 : 20 to 70% and SiO 2 : 80 to 30% at 1400 to 1750 ° C.
Patent Document 2 discloses a technology for producing synthetic mullite foundry sand having a composition of Al 2 O 3 : 40 to 90% and SiO 2 : 60 to 10% by melting and atomizing the raw material at 1600 to 2200 ° C. Yes.

特許文献3では、焼成ボーキサイト等のAl23−SiO2系原料を溶融させてアトマイジングすることでアルミナ結晶鋳物砂製造技術が示されている。
特許文献4では、粉末粒子を火炎溶融法で溶融し、Al23−SiO2の重量比率が1〜15である球状鋳物砂製造技術が示されている。
Patent Document 3 discloses an alumina crystal casting sand manufacturing technique by melting and atomizing an Al 2 O 3 —SiO 2 type raw material such as calcined bauxite.
Patent Document 4 discloses a technique for producing a spherical casting sand in which powder particles are melted by a flame melting method and the weight ratio of Al 2 O 3 —SiO 2 is 1 to 15.

特許文献5では、火炎溶融法で製造し、Al23及びSiO2が主成分でNa2Oの含有量が0.1重量%以下、K2Oの含有量が0.3重量%以下、CaOの含有量が0.5重量%以下、MgOの含有量が0.1重量%以下、Fe23の含有量が2重量%以下、TiO2の含有量が5重量%以下であり、溶出アルカリ量が0.41μmol/g以下であり、ウレタンバインダーと共に用いられる球状鋳物砂である製造技術が示されている。 In Patent Document 5, manufactured by a flame melting method, Al 2 O 3 and SiO 2 are the main components, the content of Na 2 O is 0.1% by weight or less, the content of K 2 O is 0.3% by weight or less, the content of CaO The amount is 0.5 wt% or less, the MgO content is 0.1 wt% or less, the Fe 2 O 3 content is 2 wt% or less, the TiO 2 content is 5 wt% or less, and the eluted alkali amount is 0.41 μmol / Production techniques are shown which are globular sands that are g or less and are used with urethane binders.

上記の特許文献1〜4ではAl23−SiO2相状態図の組成で製造されるものであるが、耐火度については夾雑鉱物の影響を制御する発想が認められない。また、粒子内部が粗で粒子表面が緻密とする発想が認められない。すなわち、本発明が制御するK2Oや粒子構造についての発想は認められない。 In the above-mentioned patent documents 1 to 4, although it is produced with the composition of the Al 2 O 3 —SiO 2 phase diagram, the idea of controlling the influence of contaminated minerals is not recognized for the fire resistance. Moreover, the idea that the inside of the particle is rough and the particle surface is dense is not recognized. That is, conception of K 2 O and grain structure present invention controls is not allowed.

上記の特許文献5では、その明細書段落0004、0029、0030、0044などに記載されているように、ウレタンバインダー特有の課題である可使時間延長効果を発揮する鋳物砂が提案されている。より詳しくは、コールドボックス法のようにウレタンバインダーを用いて鋳型を製造する場合では、フェノール樹脂成分とポリイソシアネート成分とを混合後、気体状のアミンを通気させることで鋳型を硬化させるが、アミンの通気前に、ウレタン化反応が徐々に進行して、硬化し始める恐れがあり、可使時間が短くなってしまうという課題を解決した鋳物砂が提案されている。この特許文献5では、可使時間に大きく影響を及ぼす溶出アルカリ量を測定することが好ましいとし、特に、溶出アルカリ成分の中ではCa分の影響が大きいと指摘して、これを低減することが好ましいとした上で、鋳物砂組成中のNa2O、K2Oの含有量としては、それぞれ好ましくは0.8重量%以下、より好ましくは0.5重量%以下、更に好ましくは0.3重量%以下であるとしている。このように特許文献5では、可使時間と夾雑物との関係を、ウレタンバインダー特有の課題である可使時間延長効果で考察し、Ca分の影響が大きいことが示され、K2Oについても触れてはいるが、Fe23、TiO2、K2O、Na2O等の金属酸化物と溶出アルカリの関係について、個々の金属酸化物の役割についての証明をしていないし、耐火度との関係については何らの示唆も与えていない。 In the above-mentioned Patent Document 5, as described in the paragraphs 0004, 0029, 0030, 0044 and the like of the specification, foundry sand that exhibits a pot life extension effect that is a problem specific to a urethane binder is proposed. More specifically, in the case of producing a mold using a urethane binder as in the cold box method, the mold is cured by mixing a phenol resin component and a polyisocyanate component and then venting a gaseous amine. There has been proposed a casting sand that solves the problem that the urethanization reaction gradually proceeds and begins to harden before aeration, and the pot life is shortened. In this Patent Document 5, it is preferable to measure the amount of the eluted alkali that greatly affects the pot life. In particular, it is pointed out that the Ca component has a large influence in the eluted alkali component, and this can be reduced. The content of Na 2 O and K 2 O in the casting sand composition is preferably 0.8% by weight or less, more preferably 0.5% by weight or less, and still more preferably 0.3%. It is said that it is less than wt%. In this way Patent Document 5, the relationship between pot life and contaminants, discussed bench life prolongation are urethane binder unique challenges, it is shown the influence of Ca content is large, the K 2 O As mentioned above, the relationship between metal oxides such as Fe 2 O 3 , TiO 2 , K 2 O, and Na 2 O and the eluted alkali is not proved about the role of individual metal oxides, It does not give any suggestion about the relationship with the degree.

また、特許文献5に係る鋳物砂は、火炎溶融法で製造しているために粒子が重くなり、軽量粒子構造では無い。 In addition, since the foundry sand according to Patent Document 5 is manufactured by the flame melting method, the particles become heavy and not a lightweight particle structure.

特開平4-367349号公報JP-A-4-367349 特開2003-251434号公報JP 2003-251434 A 特開2005-193267号公報JP 2005-193267 A 特開2004-202577号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-202577 特許第4877923号公報Japanese Patent No. 4877923

本発明は、Al23−SiO2を主成分とした焼結人工砂において、融点が高く鉄溶湯と反応し難い機能を有する焼結人工砂の提供を図ることを課題とする。
本発明の他の目的は、省資源性が高くて省エネルギー性にも優れる焼結人工砂の提供を図ることにある。
An object of the present invention is to provide sintered artificial sand having a function of having a high melting point and hardly reacting with molten iron in sintered artificial sand mainly composed of Al 2 O 3 —SiO 2 .
Another object of the present invention is to provide sintered artificial sand that has high resource-saving properties and excellent energy-saving properties.

本発明のさらに他の目的は、ハンドリング性に優れ、重筋作業を低減できる焼結人工砂の提供を図ることにある。 Still another object of the present invention is to provide sintered artificial sand that is excellent in handling properties and can reduce heavy reinforcement work.

本発明は、Al23−SiO2と、原料中の夾雑物として含有される低融点組成とを含有した焼結人工砂の改良に関するものであり、前記低融点組成の種類と量を制御することで、前記焼結人工砂が、Al23−SiO2系相平衡状態図において液相線よりマイナス50℃以内の耐火度を示すように構成した焼結人工砂を提供することによって上記の課題を解決するものである。 The present invention relates to improvement of sintered artificial sand containing Al 2 O 3 —SiO 2 and a low melting point composition contained as a contaminant in the raw material, and controls the type and amount of the low melting point composition. By providing the sintered artificial sand configured so that the sintered artificial sand exhibits a fire resistance within minus 50 ° C. from the liquidus line in the Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram. It solves the above problems.

また本発明は、Al23とSiO2と夾雑物として含有される低融点組成とを含む原料を焼結させることにより焼結人工砂を製造する方法において、Al23−SiO2系相平衡状態図において、前記低融点組成の量を制御することで、液相線よりマイナス50℃以内の耐火度の焼結人工砂を得ることを特徴とする焼結人工砂の製造方法を提供する。 The present invention provides a method for producing a sintered artificial sand by sintering a raw material containing a low melting point composition contained as Al 2 O 3 and SiO 2 and impurities, Al 2 O 3 -SiO 2 system Providing a method for producing sintered artificial sand characterized by obtaining sintered artificial sand having a fire resistance within minus 50 ° C. from the liquidus by controlling the amount of the low melting point composition in the phase equilibrium diagram. To do.

本発明において、低融点組成とは、鋳込まれる金属の鋳込み温度(例えば鋳鋼であれば1550℃)よりも低い融点を有する組成を言う。この低融点組成は、例えば、原料中に表1に示したような塩基性酸化物や弱塩基性酸化物として存在し、具体的にはNa2O、K2O、FeOを例示することができる。 In the present invention, the low melting point composition means a composition having a melting point lower than the casting temperature of the metal to be cast (for example, 1550 ° C. in the case of cast steel). This low-melting-point composition exists, for example, as basic oxides or weakly basic oxides as shown in Table 1 in the raw material. Specifically, Na 2 O, K 2 O, and FeO may be exemplified. it can.

特にK2Oは、その融点が著しく低く、原料の鉱物に夾雑物として含有される量も多く、融点降下作用が大きい組成であると認められる。K2Oの量をコントロールすることによって、焼結人工砂がAl23−SiO2系相平衡状態図において液相線よりマイナス50℃以内の耐火度を示すように構成するために極めて有効であることを本発明者は知見し、この知見を出発点として本発明を完成させたものである。 In particular, K 2 O has a remarkably low melting point, a large amount is contained as a contaminant in the raw material mineral, and is recognized to have a large melting point lowering effect. By controlling the amount of K 2 O, it is extremely effective for constructing sintered artificial sand to exhibit a fire resistance within minus 50 ° C. from the liquidus in the Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram. The present inventor has found out that the present invention has been completed with this knowledge as a starting point.

特に、本発明は、Al23−SiO2系相平衡状態図において、初晶としてムライトが晶出する組成において、前記低融点組成としてのK2Oを0.20%以下にコントロールすることによって、焼結人工砂がAl23−SiO2系相平衡状態図において液相線よりマイナス50℃以内の耐火度を示すように構成した焼結人工砂を提供する。 In particular, the present invention, in the Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram, in the composition in which mullite crystallizes as the primary crystal, by controlling K 2 O as the low melting point composition to 0.20% or less, Provided is a sintered artificial sand configured such that the sintered artificial sand exhibits a fire resistance within minus 50 ° C. from the liquidus line in the Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram.

焼結人工砂は、ムライト結晶間に結晶の重なり合いの隙間が存する結晶間構造を備えていることがその構造上の特徴である。具体的には、図3に示すように、焼結人工砂には柱状晶であるムライト結晶の重なり合い(配向構造やカードハウス構造)の結晶構造由来の隙間が存在する。本発明にあっては、結晶構造由来の隙間が存する結晶間構造を備えた焼結人工砂を対象とする。 Sintered artificial sand is characterized in that it has an intercrystalline structure in which there are gaps in the overlap of crystals between mullite crystals. Specifically, as shown in FIG. 3, the sintered artificial sand has gaps derived from the crystal structure of the overlap (alignment structure or card house structure) of columnar crystals of mullite crystals. In the present invention, sintered artificial sand having an intercrystalline structure with a gap derived from the crystal structure is an object.

これに対して、例えば特許文献5に示されたような溶融法により得られた人工砂では、ムライトなどの結晶の周りが非晶質で取り囲まれており、ムライト結晶同士の間には非晶質が存在しており、ムライト結晶の重なり合いの隙間(結晶構造由来の隙間)が存在しない結晶間構造を示す。このように溶融法人工砂では、ムライト結晶同士の間には非晶質が存在する結晶間構造を備えているため、かさ比重が大きくなるのに対して、本発明の焼結人工砂にあっては、結晶の重なり合いの隙間が存する結晶間構造を備えているため、1.6g/cm3未満のかさ比重に抑えることができる。特に、かさ比重を1.515g/cm3以下とすることによって、重筋作業からの解放に効果的である。 On the other hand, for example, in artificial sand obtained by a melting method as shown in Patent Document 5, the surroundings of crystals such as mullite are surrounded by an amorphous state, and an amorphous state is formed between mullite crystals. It shows an intercrystalline structure in which the quality exists and there is no overlapping gap (gap derived from the crystal structure) of mullite crystals. As described above, the melt-processed artificial sand has an intercrystalline structure in which amorphous exists between mullite crystals, and thus the bulk specific gravity is increased. In particular, since it has an inter-crystal structure in which there is a gap between overlapping crystals, it can be suppressed to a bulk specific gravity of less than 1.6 g / cm 3 . In particular, by setting the bulk specific gravity to 1.515 g / cm 3 or less, it is effective in releasing from heavy muscle work.

また、Al23−SiO2系相平衡状態図においては、Al23とSiO2との比率は特には問わないが、Al23が40%〜60%の組成であることが、合金の鋳込み温度を考えると十分な耐熱性を示す点で特に実用的である。 In the Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram, the ratio of Al 2 O 3 and SiO 2 is not particularly limited, but the composition of Al 2 O 3 is 40% to 60%. Considering the casting temperature of the alloy, it is particularly practical in that it exhibits sufficient heat resistance.

さらにまた、アスペクト比が0.85以上の球状の焼結人工砂とすることによって、比表面積が小さくなり、粘結剤による強度発現が大きくなる点で有利である。また、粒子強度を1000MPa以上とすることで、繰り返して長期間使用でき、天然資源保護の観点から低環境負荷の鋳物砂を提供し得るものである。 Furthermore, by using spherical sintered artificial sand having an aspect ratio of 0.85 or more, it is advantageous in that the specific surface area is reduced and the strength expression by the binder is increased. Further, by setting the particle strength to 1000 MPa or more, it can be used repeatedly for a long period of time and can provide foundry sand having a low environmental load from the viewpoint of protecting natural resources.

更には、本発明の実施に際しては、粒子表面が、粒子内部に比して、空隙が少なく緻密な構造を示すものとすることが望ましい。この構造によって、上記のように真球度が高く良好な粒形であることと相まって、粘結剤使用量が低減できる。これにより鋳造時に粘結剤の熱分解ガスが少なく、環境汚染や人体に対する影響の少ない環境を構築できる。 Furthermore, in carrying out the present invention, it is desirable that the particle surface has a fine structure with few voids compared to the inside of the particle. This structure can reduce the amount of binder used in combination with the high sphericity and good particle shape as described above. As a result, it is possible to construct an environment in which there is little thermal decomposition gas of the binder during casting and there is little influence on environmental pollution and the human body.

本発明に係る焼結人工砂は鋳造用に使用される鋳物砂であることから、粘結剤を添加して鋳物砂とし、これを造型して鋳型して使用される。例外的に減圧や凍結などの粘結剤を添加しない鋳型もあるが、これらにも本発明に係る焼結人工砂は適用することができる。 Since the sintered artificial sand according to the present invention is foundry sand used for casting, a binder is added to form foundry sand, which is molded and used as a mold. There are exceptional molds to which no binder such as reduced pressure or freezing is added, but the sintered artificial sand according to the present invention can also be applied to them.

本発明は、人工砂の中でも溶湯と反応し難い特性を有する球状の焼結人工砂を提供することができたものである。具体的には、Al23−SiO2系相平衡状態図において液相線よりマイナス50℃以内の耐火度を、焼結人工砂が示すように、低融点組成の種類と量を制御することで、鉄系溶湯と反応し難い機能を有するものである。これにより、鋳造後に鋳造製品に付着してライン外に排出され、産業廃棄物となる製品付着砂の発生量を減少させることができる。更に、鋳型と溶湯の反応による鋳造欠陥である焼付き欠陥を防止し、欠陥として廃棄される鋳造製品を少なくさせることができる。 The present invention was able to provide spherical sintered artificial sand having characteristics that hardly react with molten metal among artificial sand. Specifically, in the Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram, the kind and amount of the low melting point composition are controlled so that the sintered artificial sand shows a fire resistance within −50 ° C. from the liquidus. Thus, it has a function that hardly reacts with the iron-based molten metal. Thereby, after casting, it adheres to a cast product, is discharged | emitted out of a line, and the generation amount of the product adhesion sand used as industrial waste can be reduced. Furthermore, seizure defects, which are casting defects due to the reaction between the mold and the molten metal, can be prevented, and the number of casting products discarded as defects can be reduced.

よって本発明は、省資源性が高いと共に、鋳物砂を製造する際に消費されるエネルギーを削減することができたものであり、省エネルギー性にも優れる焼結人工砂を提供することができたものである。
本発明は、上記のように高い耐熱性を有することは勿論、その比重が比較的小さな焼結人工砂であり、ハンドリング性に優れ、重筋作業を低減できる焼結人工砂を提供することができたものである。
Therefore, the present invention has a high resource-saving property and can reduce the energy consumed when producing the foundry sand, and can provide a sintered artificial sand excellent in energy-saving property. Is.
The present invention provides sintered artificial sand having high heat resistance as described above, and having relatively low specific gravity, excellent handling, and capable of reducing heavy work. It was made.

また、本発明の焼結人工砂は、ムライト結晶の重なり合いの隙間(結晶間に存在する10ミクロン未満の微細な結晶構造由来の隙間)が存在する結晶間構造を示し、焼結人工砂粒子の内部に適切な空隙(粒子の強度に与える影響が殆ど無く、実用上問題とならない空隙)を有する。そして、本発明の実施に際して、粒子表面が、粒子内部に比して、空隙が少なく緻密な構造を示すものとすることも可能であるため、発明の焼結人工砂は軽量で有りながら、粒子強度が高く破砕されにくい特性を有するものとしても実施することができる。 Further, the sintered artificial sand of the present invention exhibits an intercrystalline structure in which there are overlapping gaps of mullite crystals (gap derived from a fine crystal structure of less than 10 microns existing between crystals). Appropriate voids (voids that have little influence on the strength of the particles and do not cause a problem in practice) are present inside. In carrying out the present invention, since the particle surface can have a fine structure with less voids than the inside of the particle, the sintered artificial sand of the invention is lightweight, The present invention can be carried out even if it has high strength and is not easily crushed.

本発明の組成であるAl23−SiO2系相平衡状態図である。FIG. 3 is an Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram showing the composition of the present invention. 本発明で解決すべき鉄系溶湯と鋳型との反応の説明図である。It is explanatory drawing of reaction with the iron-type molten metal which should be solved by this invention, and a casting_mold | template. 本発明の焼結人工砂の構造を示す顕微鏡写真である。It is a microscope picture which shows the structure of the sintered artificial sand of this invention. 本発明の実施例-の測定に用いた微小強度試験機の外観図と、粒子強度測定の概念図である。FIG. 2 is an external view of a microstrength tester used for measurement of Example- of the present invention and a conceptual diagram of particle strength measurement. 表3における本発明の効果をAl23−SiO2系相平衡状態図の初晶ムライト域でK2Oの耐火度に与える影響を示すグラフである。4 is a graph showing the effect of the effect of the present invention in Table 3 on the fire resistance of K 2 O in the primary crystal mullite region of the Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram. 表3における本発明の効果をAl23−SiO2系相平衡状態図の初晶アルミナ域でK2Oの耐火度に与える影響を示すグラフである。4 is a graph showing the influence of the effect of the present invention in Table 3 on the fire resistance of K 2 O in the primary crystal alumina region of the Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram. 本発明の実施例-の評価に用いた製品付着砂を測定するための鋳込み試験片用の鋳型(名工試型すくわれ試験片)の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a mold for casting test pieces (a master test type scoop test piece) for measuring the product adhesion sand used in the evaluation of Example of the present invention.

以下、図表を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
(Al23−SiO2系相平衡状態図の組成と鋳物砂)
鋳物砂として使用するためには、鋳造する金属の融点よりも高くする必要がある。鋳物砂が鋳造時に融点に達して液体となると金属と混合したり、反応したりするためである。砂型に鋳造する金属は、純金属を例に挙げるとマグネシウム(651℃)、アルミニウム(660℃)、銅(1083℃)、ニッケル(1455℃)、鉄(1539℃)、クロム(1900℃)である。なお、ニッケルやクロムは鉄が母合金の合金であり、鉄の融点に近くなる。また、鋳鉄とは鉄に炭素、シリコンを加えたもので、最も低い融点は1120℃前後である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram composition and foundry sand)
In order to use as foundry sand, it is necessary to make it higher than the melting point of the metal to be cast. This is because when the foundry sand reaches the melting point during casting and becomes liquid, it mixes with or reacts with the metal. The metal cast into the sand mold is magnesium (651 ° C), aluminum (660 ° C), copper (1083 ° C), nickel (1455 ° C), iron (1539 ° C), chromium (1900 ° C), for example. is there. Nickel and chromium are alloys of iron as a mother alloy and are close to the melting point of iron. Cast iron is iron plus carbon and silicon, and the lowest melting point is around 1120 ° C.

鋳造時には金属(合金)の成分調整のために融点以上の高温度とし、成分調整後には溶湯処理工程を経て、湯流れ性(鋳込み時途中で金属が凝固しない)のある温度として砂型に鋳込む。この温度が鋳込み温度である。従って、鋳物砂に求められる耐火度(融点)は鋳込み温度が基準となる。最も生産量の多い鋳鉄の鋳込み温度は凡そ1340〜1440℃である。鋳鋼は材質により異なるが凡そ1550〜1650℃である。アルミ合金は凡そ580〜680℃である。鋳鋼は最も高温で溶湯と砂型の反応性が高く、砂型は塗型(耐火性塗料)を砂型に塗布することが必須である。この塗型は化学的焼付き欠陥対策である。鋳鉄は、細粒の6号砂以上を使用する砂型では原則塗型が不必要であり、粗粒の5号砂を使用する砂型では塗型が必要である。この塗型は物理的焼付き欠陥対策である。アルミ合金は鋳込み温度が低く、塗型は原則不必要である。 During casting, the temperature is higher than the melting point to adjust the component of the metal (alloy), and after adjustment of the component, the molten metal treatment process is performed, and the molten metal is cast into the sand mold as a temperature that does not solidify during casting. . This temperature is the casting temperature. Therefore, the casting temperature is a standard for the fire resistance (melting point) required for the foundry sand. The casting temperature of cast iron with the highest production volume is approximately 1340-1440 ° C. The cast steel is approximately 1550-1650 ° C although it varies depending on the material. The aluminum alloy is about 580-680 ° C. Cast steel has the highest reactivity between the molten metal and the sand mold at the highest temperature, and it is essential that the sand mold be coated with a coating mold (fire resistant paint). This coating mold is a countermeasure against chemical seizure defects. Cast iron is basically unnecessary for sand molds that use fine-grained No. 6 sand or more, and sand molds that use coarse-grain No. 5 sand require coating. This coating mold is a countermeasure against physical seizure defects. Aluminum alloys have a low casting temperature, and coating is not necessary in principle.

上記の合金の鋳込み温度を考えると、Al23−SiO2系相平衡状態図の組成である融点の鋳物砂であれば、十分な耐熱性と考えられる。図1にAl23−SiO2系相平衡状態図を示す。固相線はSiO2+ムライトが1587℃±10℃であり、ムライト+Al23は1890℃±10℃である。前述した様に、鋳造用金属では、鋳鋼の鋳込み温度である1550〜1650℃に、鋳型が耐えることができれば良く、鋳型の鋳込み時の温度上昇は鋳込み温度よりやや低くなることから、Al23−SiO2系相平衡状態図の組成の人工砂の融点で実用上は十分と言える。特に、Al23が40%〜60%の組成である領域が実用上好ましい。
なお図1は、山口明良:アルミナ系耐火物 現状と今後(岡山セラミックス技術振興財団)( 2007)3によるAl23−SiO2系相平衡状態図である。
Considering the casting temperature of the above alloy, it is considered that the casting sand having a melting point having the composition of the Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram shows sufficient heat resistance. FIG. 1 shows an Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram. The solidus is 1587 ° C. ± 10 ° C. for SiO 2 + mullite and 1890 ° C. ± 10 ° C. for mullite + Al 2 O 3 . As described above, in the case of casting metal, it is only necessary that the mold can withstand the casting temperature of cast steel of 1550 to 1650 ° C. Since the temperature rise during casting of the mold is slightly lower than the casting temperature, Al 2 O It can be said that the melting point of the artificial sand having the composition of the 3- SiO 2 phase equilibrium diagram is practically sufficient. In particular, a region in which Al 2 O 3 has a composition of 40% to 60% is preferable in practice.
FIG. 1 is an Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram according to Akiyoshi Yamaguchi: Alumina-based refractories, present and future (Okayama Ceramics Technology Foundation) (2007) 3.

(溶湯と鋳物砂の反応のメカニズム)
鋳鉄や鋳鋼溶湯と鋳型との反応を図2に示す。これは焼付き欠陥のうち、化学的焼付き欠陥について説明したものである。
まず、溶湯中のFe、Mn、Mgなどが大気中の酸素や鋳型中の水蒸気などにより酸化して液体の酸化物となる。鋳型中のSiO2が耐火度の低さにより溶融して液体となる。これら酸化物が混じり合って混合融体となると非晶質のスラグとなる。更に、反応が進むとファイアライト、テフロイト、フォルステライトの低融点物質となる。スラグや低融点物質が生成することで、鋳造欠陥である焼付き欠陥が生じる。また、軽微な場合は、製品に付着する鋳物砂が増加して、ライン外への持ち出しとなり、産業廃棄物を増加させる。
(Mechanism of reaction between molten metal and foundry sand)
Figure 2 shows the reaction between cast iron and cast steel melt and the mold. This explains the chemical seizure defect among the seizure defects.
First, Fe, Mn, Mg, and the like in the molten metal are oxidized by oxygen in the atmosphere, water vapor in the mold, and the like to form a liquid oxide. SiO 2 in the mold melts due to the low fire resistance and becomes a liquid. When these oxides are mixed to form a mixed melt, amorphous slag is formed. Furthermore, when the reaction proceeds, it becomes a low-melting substance of firelite, tephrite, and forsterite. The generation of slag and low melting point material causes seizure defects that are casting defects. Also, if it is insignificant, the foundry sand adhering to the product increases and is taken out of the line, increasing industrial waste.

(Al23−SiO2系相平衡状態図の組成の人工砂の耐火度を低下させる物質)
Al23−SiO2系相平衡状態図の組成の人工砂は、珪酸塩鉱物であるカオリナイト(Al4Si4O10(OH)8)に、酸化鉱物であるアルミナ(Al23)で調整して製造することが、一般的である。工業的には珪酸塩鉱物も酸化鉱物も天然鉱物が利用されている。天然鉱物はアルカリ金属(Na、Kなど)やアルカリ土類金属(Mg、Caなど)を含む珪酸塩鉱物などが夾雑物として含まれ、これらの夾雑物がAl23−SiO2の純度を低下させている。
(A substance that lowers the fire resistance of artificial sand having the composition of Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram)
Artificial sand with composition of Al 2 O 3 -SiO 2 phase equilibrium phase diagram is prepared by adjusting kaolinite (Al4Si4O10 (OH) 8), a silicate mineral, with alumina (Al 2 O 3 ), an oxide mineral. It is common to produce. Industrially, natural minerals such as silicate minerals and oxide minerals are used. Natural minerals include silicate minerals containing alkali metals (Na, K, etc.) and alkaline earth metals (Mg, Ca, etc.) as impurities, and these impurities have a purity of Al 2 O 3 —SiO 2 . It is decreasing.

表1に酸化物の性質と融点を示す。
Table 1 shows the properties and melting points of the oxides.

珪酸塩鉱物は酸性酸化物のシリカ(SiO2)と、塩基性酸化物のMgO、CaO、Na2O、K2Oなどからなる。表1ではその他の酸化物も併せて融点を示している。これによると鋳鋼の鋳込み温度(凡そ1550〜1650℃)よりも低い酸化物はNa2O(1132℃)、K2O(490℃)、FeO(1377℃)であり、特にK2Oの融点が著しく低い。表1の塩基性酸化物や弱塩基性酸化物はAl23−SiO2系相平衡状態図において融点降下作用がある低融点組成であり、これらの低融点組成の中でも、K2Oが融点降下作用が高いと考えられる。 Silicate minerals consist of acidic oxide silica (SiO 2 ) and basic oxides MgO, CaO, Na 2 O, K 2 O and the like. In Table 1, the melting points of other oxides are also shown. According to this, the oxides lower than the casting temperature of cast steel (approximately 1550 to 1650 ° C) are Na 2 O (1132 ° C), K 2 O (490 ° C), and FeO (1377 ° C), especially the melting point of K 2 O. Is remarkably low. The basic oxides and weakly basic oxides in Table 1 are low melting point compositions having a melting point depressing action in the Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram, and among these low melting point compositions, K 2 O is The melting point lowering action is considered high.

(粒子強度の必要性)
鉱物は物質毎にモース硬度で表される硬さの指標を持っている。例えば、鋳物砂の代表的な鉱物を以下に挙げる。正長石KAlSi38(モース硬度6前後)、酸化鉄Fe23(モース硬度6前後)、酸化マグネシウムMgO (モース硬度6.5前後)、酸化クロムCr23 (モース硬度6〜7)、酸化ジルコニウムZrO2 (モース硬度6〜7)、石英SiO2(モース硬度7前後)、溶融石英SiO2(モース硬度7前後)、ムライト3Al23・2SiO2(モース硬度7.5)、アルミナ・コランダムAl23(モース硬度8〜9)である。
(Necessity of particle strength)
Minerals have an index of hardness expressed by Mohs hardness for each substance. For example, typical minerals of foundry sand are listed below. Anorthite KAlSi 3 O 8 (Mohs hardness around 6), iron oxide Fe 2 O 3 (Mohs hardness around 6), magnesium oxide MgO (Mohs hardness around 6.5), chromium oxide Cr 2 O 3 (Mohs hardness 6-7), Zirconium oxide ZrO 2 (Mohs hardness 6-7), quartz SiO 2 (Mohs hardness around 7), fused silica SiO 2 (Mohs hardness around 7), mullite 3Al 2 O 3 .2SiO 2 (Mohs hardness 7.5), alumina corundum Al 2 O 3 (Mohs hardness 8-9).

代表的な鋳物砂は硅砂であり、石英と長石からなることから、モース硬度は6前後〜7前後である。酸化ジルコンからなるジルコンサンド、酸化クロムからなるクロマイトサンドは、鋳造業界では硅砂と比較して、硬いとされているが、モース硬度は石英よりも低い。また人工砂の代表的なムライトは石英より硬くモース硬度7.5程度であり、アルミナはモース硬度8〜9であり、更に石英より硬い。ムライトやアルミナは鋳造の製造時に鋳物砂が受ける応力よりも粒子強度が高いことから、破砕し難い鋳物砂であり環境適応型と言える。一方、硅砂は5%〜30%破砕することから環境適応型ではない。 The typical foundry sand is dredged sand, which is composed of quartz and feldspar, so the Mohs hardness is around 6 to around 7. Zircon sand made of zircon oxide and chromite sand made of chromium oxide are considered to be harder in the casting industry than dredged sand, but have a lower Mohs hardness than quartz. Further, typical mullite of artificial sand is harder than quartz and has a Mohs hardness of about 7.5, alumina has a Mohs hardness of 8 to 9, and is harder than quartz. Since mullite and alumina have a particle strength higher than the stress experienced by the foundry sand during the production of the casting, it is a foundry sand that is difficult to crush and is environmentally friendly. On the other hand, cinnabar sand is not environmentally friendly because it crushes 5-30%.

このように、ムライトやアルミナは、Al23−SiO2系相平衡状態図に含まれることから、この状態図に従って人工砂を製造することで、破砕されにくい環境適応型の人工砂とすることができる。 Thus, since mullite and alumina are included in the Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium phase diagram, artificial sand is produced according to this phase diagram to make environment-friendly artificial sand that is not easily crushed. be able to.

(人工砂の製法)
表2に人工砂の製法について示す。
(Manufacturing method of artificial sand)
Table 2 shows the manufacturing method of artificial sand.

(1)焼結法
およそ5t/年の生産量で、日本とアメリカで生産されてるムライト系人工砂の製法である。燃料バーナによりロータリーキルン内を1400℃〜1700℃に加熱する。加熱温度は組成により異なる。夾雑物のアルカリ成分を少なくしたSiO2とAl23原料をムライト化する比率(3Al23・2SiO2)で配合し、微粉末とした粒子を鋳物砂のサイズに造粒したものをロータリーキルン内で焼結する。造粒方法は表2に示す様に3種類あり、それぞれ粒子の緻密性や表面状態が異なる。ロータリーキルン中ではムライトの融点(約1850℃)以下でムライトを合成する。工業的な制約のために、合成時に原料の全てがムライトにはならず非晶質として存在する。メーカによりムライトの含有量やその他の成分や非晶質の量が異なる。ムライトを85%以上とすることと、緻密な粒子とすることが望ましい。
(1) Sintering method This is a method for producing mullite artificial sand produced in Japan and the United States at a production rate of approximately 5 t / year. The inside of the rotary kiln is heated to 1400 ° C to 1700 ° C by a fuel burner. The heating temperature varies depending on the composition. A mixture of SiO 2 and Al 2 O 3 raw materials with reduced alkali components in the ratio of mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ), and granulated fine powder to the size of foundry sand Sinter in a rotary kiln. As shown in Table 2, there are three types of granulation methods, each of which has different particle density and surface condition. In a rotary kiln, mullite is synthesized below the melting point of mullite (about 1850 ° C). Due to industrial constraints, all of the raw materials do not become mullite at the time of synthesis and exist as amorphous. The mullite content, other components, and the amount of amorphous differ depending on the manufacturer. It is desirable to make mullite 85% or more and to make dense particles.

焼結法では、造粒した粒子からムライト結晶を析出させる。析出させる温度はムライトの融点以下である。この製法では下記の二種の空隙が粒子内に存在する。
図3に焼結人工砂の二種類の空隙を示す。
In the sintering method, mullite crystals are precipitated from the granulated particles. The temperature for precipitation is below the melting point of mullite. In this production method, the following two types of voids exist in the particles.
Figure 3 shows two types of voids in sintered artificial sand.

図3は本発明の焼結法人工砂に対して、高解像度の走査電子顕微鏡(SEM)を用い、2000倍にて組成像を撮影したものである。撮影箇所は人工砂粒子表面である。なお、後述する表3中の粒子表面では低解像度の走査電子顕微鏡で撮影しており、焼結人工砂の表面の柱状ムライト結晶と結晶構造由来の隙間を伺うことができる。これと比較して溶融風砕法人工砂の表面はガラス化しており、結晶構造由来の隙間は認められない。 FIG. 3 is a composition image taken at a magnification of 2000 using a high-resolution scanning electron microscope (SEM) for the sintered artificial sand of the present invention. The shooting location is the surface of artificial sand particles. In addition, the surface of the particle in Table 3 to be described later was taken with a low-resolution scanning electron microscope, and the space derived from the columnar mullite crystal and the crystal structure on the surface of the sintered artificial sand can be observed. Compared with this, the surface of the melt-blasted artificial sand is vitrified, and no gap derived from the crystal structure is observed.

第1の種類の空隙は、前述の結晶構造由来の隙間である。具体的には、柱状晶であるムライト結晶の重なり合い(配向構造やカードハウス構造)の間にできる隙間である。これはシングルミクロンのクリアランスであることから粒子の強度に与える影響は殆ど無く、実用上問題となるものでは無い。この結晶構造由来の隙間の存在は粒子のかさ密度を低下させる要因である。 The first type of void is a gap derived from the crystal structure described above. Specifically, it is a gap formed between the overlapping (orientation structure or card house structure) of columnar mullite crystals. Since this is a single-micron clearance, there is almost no effect on the strength of the particles, and there is no practical problem. The presence of gaps derived from this crystal structure is a factor that reduces the bulk density of the particles.

第2の種類の空隙は焼結時の空隙である。造粒物中の空気、水分、原料の結晶水などや造粒物の圧密不足による隙間などにより、焼結時に粒子内に生成した空隙である。この焼結時の空隙は、数十ミクロン以上の大きさであることから、焼結時の空隙が多くなると粒子強度が低下する。 The second type of void is a void during sintering. It is a void formed in the particles during sintering due to air, moisture, raw material crystallization water, etc. in the granulated product and gaps due to insufficient compaction of the granulated product. Since the voids during the sintering are several tens of microns or more, the particle strength decreases as the voids during the sintering increase.

このように、空隙には、結晶構造由来の隙間と焼結時の空隙とがあるため、本書において、単に空隙と言えば、結晶構造由来の隙間と焼結時の空隙の両者を含むものとして説明し、両者を区別するときには結晶構造由来の隙間と焼結時の空隙とを使い分けるものとする。
本発明の実施に際しては、結晶構造由来の隙間を備えた人工砂を効率的に得るために、焼結法により人工砂を製造することが有利である。造粒法については、パンミキサ造粒法、スプレードライヤ造粒法など、種々の造粒方を採用することができるが、パンミキサ造粒法を用いることによって、粒子表面が、粒子内部に比して、空隙が少なく緻密な構造を示すものとすることが容易であり、粒子強度の向上などの点で有利である。
As described above, since there are gaps derived from the crystal structure and voids at the time of sintering in this book, the term “void” as used herein includes both gaps derived from the crystal structure and voids at the time of sintering. In the explanation, when distinguishing the two, the gap derived from the crystal structure and the gap during sintering are used properly.
In carrying out the present invention, it is advantageous to produce artificial sand by a sintering method in order to efficiently obtain artificial sand having gaps derived from the crystal structure. As for the granulation method, various granulation methods such as pan mixer granulation method and spray dryer granulation method can be adopted, but by using the pan mixer granulation method, the particle surface is compared with the inside of the particle. It is easy to have a dense structure with few voids, which is advantageous in terms of improving particle strength.

(2)溶融風砕法
溶融風砕法の黒鉛電極接触溶融法は最も生産量の多い人工砂の製法である。溶融風砕法は単に溶融法とも呼ばれる。現在約10t/年が製造されていると思われる。この鉱物組成はムライト+Al23である。図1においてムライトよりも液層線が高いことから、高温度が得られるアーク炉で製造している。ばん土けつ岩(Alum Shale :Al23を75%前後含む中国産ボーキサイト)が原料である。原料を黒鉛電極の上に投入し、ジュール熱により溶解する。また、プラズマアークも発生しているのでこのアーク熱によっても原料は溶解される。溶融温度は2000℃以上である。溶湯は黒鉛電極の下方に流れ落ち、オリフィスから排出され、直後にアトマイジング(風砕あるいは噴霧急冷)される。空中にて液体の表面張力により球状粒子となり、急冷されて人工砂となる。急冷されることから、結晶化されずに非晶質で残る量が比較的多い。
(2) Melt-blasting method The graphite-electrode contact melting method of the melt-blasting method is a method for producing artificial sand with the highest production. The melt-blasting method is also simply called a melting method. Currently, about 10 tons / year seems to be manufactured. This mineral composition is mullite + Al 2 O 3 . In FIG. 1, the liquid layer line is higher than that of mullite. The material is Alum Shale (Chinese bauxite containing about 75% Al 2 O 3 ). The raw material is put on the graphite electrode and dissolved by Joule heat. Further, since a plasma arc is also generated, the raw material is melted by this arc heat. The melting temperature is 2000 ° C. or higher. The molten metal flows down below the graphite electrode, is discharged from the orifice, and is immediately atomized (wind crushing or spray quenching). It becomes spherical particles due to the surface tension of the liquid in the air, and is rapidly cooled to artificial sand. Due to the rapid cooling, the amount that remains amorphous without being crystallized is relatively large.

アーク炉溶融法は炉体中に原料をチャージし、黒鉛電極間のアーク放電によるアーク熱で原料を溶解して溶湯とする。出湯の直後にアトマイジングを行い、人工砂粒子を得る。炉体の耐火物はセルフライニングとすることが多く、耐火物の融点の影響を受けず高耐火度原料が溶解可能である。炉中で成分調整が可能であることから、Al23が80%、ZrO2が10%と言った高耐火度人工砂の製法に用いられる。中国で製造されており、生産量は約0.5t/年と思われる。 In the arc furnace melting method, a raw material is charged into a furnace body, and the raw material is melted by arc heat generated by arc discharge between graphite electrodes to form a molten metal. Immediately after tapping, atomize to obtain artificial sand particles. In many cases, the refractory material of the furnace body is cell flying, and the high refractory material can be dissolved without being affected by the melting point of the refractory material. Since the components can be adjusted in the furnace, it is used for the production of artificial sand having high fire resistance of 80% Al 2 O 3 and 10% ZrO 2 . Manufactured in China, production is expected to be about 0.5t / year.

溶融風砕法では、ムライトの液相線以上の温度としていることから、ムライトやアルミナは液体となる。液体から結晶が晶出し、急冷のために晶出しない場合は非晶質となる。殆どの製品は結晶の周りが非晶質で取り囲まれており、焼結法の結晶間のシングルミクロン乃至サブミクロンのクリアランスが存在しない。これにより、かさ比重が大きくなる。また、ミクロン以上のガスによる空隙は存在しないか、存在する場合はガスの巻き込みによる気泡である。 In the molten air crushing method, since the temperature is higher than the liquidus line of mullite, mullite and alumina become liquid. Crystals crystallize from the liquid and become amorphous when not crystallized due to rapid cooling. Most products are surrounded by an amorphous material and there is no single-micron to sub-micron clearance between sintered crystals. Thereby, bulk specific gravity becomes large. Further, there are no voids due to gas of micron or more, or when there are bubbles, bubbles are caused by gas entrainment.

(3)火炎内溶融法
これも中国で生産されており、生産量は約0.5t/年と思われる。火炎内溶融法は、溶融風砕法同様に単に溶融法とも呼ばれる。純酸素燃焼バーナを用いおよそ3000℃の火炎の中に、あらかじめ造粒あるいは所定のサイズに粉砕した原料粒子を燃料噴霧方向から火炎中に投入し、火炎内で粒子を溶融させて表面張力により球状粒子とし、火炎通過後の冷却中に結晶化させて球状人工砂とする製造方法である。ムライト、アルミナ、ムライト+クリストバライトなどの人工砂が製造されている。焼結法と比較すると緻密な粒子を製造しやすい。火炎の中の滞留状態や通過後の冷却状態などにより、結晶化や非晶質化が異なる。どちらかと言うと非晶質が多い。これを利用して、耐火度の高く安定相である非晶質シリカを製造することもできる。
(3) In-flame melting method This is also produced in China, and the production volume is expected to be about 0.5t / year. The in-flame melting method is also simply referred to as a melting method, similar to the melt-blown method. Raw material particles granulated or crushed to a predetermined size in a flame of approximately 3000 ° C using a pure oxygen combustion burner are put into the flame from the direction of fuel spray, and the particles are melted in the flame and spherical by surface tension. It is a manufacturing method in which particles are formed into spherical artificial sand by crystallization during cooling after passing through a flame. Artificial sands such as mullite, alumina, mullite + cristobalite are manufactured. Compared to the sintering method, it is easy to produce dense particles. Crystallization and amorphization differ depending on the residence state in the flame and the cooling state after passage. If anything, it is mostly amorphous. By utilizing this, it is possible to produce amorphous silica having a high fire resistance and a stable phase.

液相線以上で溶融するために、粒子は溶融風砕法とほぼ同一となる。結晶間のシングルミクロン乃至サブミクロンのクリアランスが存在しない。これにより、かさ比重が大きくなる。ただし、火炎内を噴霧するために、エアーの巻き込みで気泡が生じ易いが、焼結法の様な均一な空隙とはならない。 In order to melt above the liquidus, the particles are almost identical to the melt-blown method. There is no single micron to submicron clearance between crystals. Thereby, bulk specific gravity becomes large. However, in order to spray the inside of the flame, bubbles are likely to be generated by entrainment of air, but it does not form a uniform gap as in the sintering method.

(良好な粒形を有する鋳物砂の必要性)
表3に硅砂と人工砂の粒形、安息角を示す。
(Necessity of foundry sand with good grain shape)
Table 3 shows the grain shape and angle of repose of dredged sand and artificial sand.

硅砂の中では粒形が良いオーストラリア産硅砂と、焼結人工砂と溶融風砕法人工砂との3種類を比較して示した。人工砂は硅砂と比較すると共に粒形は球に近い。焼結法では粒子を球状に造粒してから焼結して更に球状としているもので、本発明に係る焼結人工砂は、アスペクト比が0.85以上の球状をなすものであることが好ましい。溶融風砕法では耐火物原料を溶融して液体とし、表面張力により球状としている。球状であることから、比表面積が小さくなり、後述する粘結剤による強度発現が大きくなる。溶融風砕法が最も真球に近く、粒子の表面状態滑らかであり、ポーラスな箇所は無い。 Among the dredged sands, three kinds of Australian dredged sand with good grain shape, sintered artificial sand and melt-blasted artificial sand are shown in comparison. Artificial sand is compared to dredged sand and the particle shape is close to a sphere. In the sintering method, the particles are granulated and then sintered to obtain a further spherical shape. The sintered artificial sand according to the present invention preferably has a spherical shape with an aspect ratio of 0.85 or more. In the melt-blasting method, the refractory raw material is melted to form a liquid, and is made spherical by surface tension. Since it is spherical, the specific surface area is reduced, and the strength expression by the binder described later is increased. The melt-blasting method is closest to the true sphere, the particle surface is smooth, and there are no porous parts.

焼結人工砂では表3の粒子表面のSEM像のように微細なポーラス箇所があり、これが内部まで続いている。硅砂の表面も同様に観察されるがこれは表面だけで内部はポーラスではない。
また、人工砂の安息角は焼結人工砂、溶融風砕法人工砂の順序で低下する。これにより、鋳物砂の流動性や鋳型としての充填が良好となる。
Sintered artificial sand has fine porous parts as shown in the SEM image of the particle surface in Table 3, which continues to the inside. The surface of the cinnabar is also observed, but this is only the surface and the inside is not porous.
In addition, the angle of repose of artificial sand decreases in the order of sintered artificial sand and melt-blasted artificial sand. Thereby, fluidity | liquidity of casting sand and the filling as a casting_mold | template become favorable.

(物理的焼付き対策用塗型、化学的焼付き欠陥対策用塗型)
塗型を施すかどうかは、物理的焼付き欠陥対策と化学的焼付き欠陥対策の二つの観点から決められる。大物鋳物を生産する際は、鋳型内のガスを溶湯と置換するために粒子サイズを大きくして砂型の通気性を確保する。この時、砂粒間隙に溶湯が物理的に浸透することを防止するのが物理的焼付き欠陥対策用の塗型である。従って、本発明に係る焼結人工砂においても粒子サイズが大きくなると物理的焼付き欠陥対策用の塗型が必要となる。
(Coating mold for physical seizure countermeasures, coating mold for chemical seizure defects)
Whether or not to apply the coating mold is determined from two viewpoints of countermeasures for physical seizure defects and chemical seizure defects. When producing large castings, in order to replace the gas in the mold with the molten metal, the particle size is increased to ensure sand-type air permeability. At this time, the coating mold for preventing physical seizure defects prevents the molten metal from physically penetrating into the sand grain gap. Therefore, in the sintered artificial sand according to the present invention, if the particle size is increased, a coating mold for countermeasures against physical seizure defects is required.

溶湯と鋳型の化学反応による焼付き欠陥の塗型とは、砂型と溶湯の反応を防止する塗型である。砂型と溶湯が反応するためには、ともに液体であることが必要である。溶湯は液体である。砂型が液体となることは、溶湯の熱で鋳物砂が溶けたことを意味する。本発明では化学的焼付き欠陥のない、溶湯の熱によっても溶けない耐火度焼結人工砂による鋳物砂を提供するものであることから、化学的焼付き欠陥対策用の塗型は不要となる。 The coating mold for seizure defects caused by the chemical reaction between the molten metal and the mold is a coating mold for preventing the reaction between the sand mold and the molten metal. In order for the sand mold and the molten metal to react, both must be liquid. The molten metal is liquid. The fact that the sand mold becomes liquid means that the foundry sand has been melted by the heat of the molten metal. Since the present invention provides casting sand made of fire-resistant sintered artificial sand that has no chemical seizure defects and does not melt even with the heat of the molten metal, a coating mold for countermeasures against chemical seizure defects becomes unnecessary. .

(粒子の粒度調整)
本発明は鋳物砂に係わるものであることから、20から1200ミクロンの粒子径からなる粒度範囲の粒子に調整することが望ましい。一般的に、106〜600ミクロンが鋳物砂として使用される。生型で生産される比較的小物の量産鋳物は150〜300ミクロンの鋳物砂が主体である。自硬性鋳型などで生産される比較的大物鋳物は300〜600ミクロンの鋳物砂が主体である。Vプロセスは106ミクロン前後である。なお、20〜106ミクロンは微砂と称して鋳物砂の補助的な粒度調整などの添加剤として使用される。850〜1200ミクロンはバックアップ用や裏砂として使用される。この様に鋳物砂は造型プロセスにより使用する粒度が異なる。
(Particle size adjustment)
Since the present invention is related to foundry sand, it is desirable to adjust the particle size to a particle size range of 20 to 1200 microns. Generally, 106-600 microns are used as foundry sand. The relatively small mass-produced castings produced in green molds are mainly founded in 150-300 micron foundry sand. The relatively large castings produced with self-hardening molds etc. are mainly foundry sand of 300 to 600 microns. The V process is around 106 microns. In addition, 20 to 106 microns are called fine sand and used as an additive for auxiliary particle size adjustment of foundry sand. 850-1200 microns are used for backup and back sand. In this way, foundry sand has different particle sizes used depending on the molding process.

(鋳物砂と鋳型)
本発明に係る焼結人工砂は鋳造用に使用される鋳物砂であることから、粘結剤などの他の物質を常方法に従って添加することにより鋳物砂を得ることができる。そして、得られた鋳物砂を造型して鋳型を製造することができ、種々の金属の鋳造に使用される。例外的に減圧や凍結などの粘結剤を添加しない鋳物砂及び鋳型もあるが、これらにも本発明に係る焼結人工砂は適用することができる。
(Casting sand and mold)
Since the sintered artificial sand according to the present invention is foundry sand used for casting, the foundry sand can be obtained by adding other substances such as a binder according to a conventional method. And the casting sand obtained can be shape | molded and a casting_mold | template can be manufactured, and it is used for casting of various metals. There are exceptional casting sands and molds to which no binder such as reduced pressure or freezing is added, but the sintered artificial sand according to the present invention can also be applied to these.

後述の実施例では、鋳物砂としての評価(粒子強度,粒形,耐火度など)と、鋳型としての評価(製品付着砂、鋳造欠陥の有無)をも示す。鋳造製品は、鋳物砂の中でも生型砂(ベントナイトを粘結剤)により最も多く生産されていることから、鋳型としては生型で評価した。 In the examples described later, evaluation as casting sand (particle strength, particle shape, fire resistance, etc.) and evaluation as a mold (product adhesion sand, presence of casting defects) are also shown. Cast products were most produced from green sand (bentonite as a binder) among the foundry sands, so the cast was evaluated as green.

(空隙率の測定方法)
粒子の空隙率は、70mesh(212ミクロン)に分級した粒子を水平に置き、その上より樹脂埋めを行い、粒子を約106ミクロン研磨して、粒子の中心の断面とした。次いで、走査電子顕微鏡で組成像を撮影した。粒子のおよそ10粒に対して、白黒二値化により空洞と粒子マトリックスを分け、空隙率を黒の比率とした。なお、粒子の外周の黒色やノイズによる黒色は手作業で除去した。
(Measurement method of porosity)
As for the porosity of the particles, particles classified to 70 mesh (212 microns) were placed horizontally, and the resin was buried thereon, and the particles were polished by about 106 microns to obtain a cross section at the center of the particles. Next, a composition image was taken with a scanning electron microscope. About 10 grains of particles were divided into cavities and a particle matrix by black and white binarization, and the porosity was set to the black ratio. Note that the black on the outer periphery of the particles and the black due to noise were removed manually.

砂粒の撮影は40倍の倍率で約100粒子を観察して、空隙の存在を確認し、平均的な空隙を有する粒子については250倍の倍率で組成像を撮影して、二値化により空隙率を求めた。250倍の倍率ではムライト柱状晶は解像度の関係で撮影できない。つまり、この倍率での走査電子顕微鏡では、ナノ単位の空隙は撮影され難いため、結晶構造由来の隙間と焼結時の空隙のうち、焼結時の空隙の比率が空隙率となる。なお、溶融法では空隙の無い粒子があり、空隙も気泡巻き込みにより生じるために、「空隙無し粒子」と「気泡巻き込み粒子」に分けてその比率を求めた。空隙率については空隙無し粒子の存在により、平均的な粒子を見いだせなかったために算出していない。 When photographing sand grains, observe about 100 particles at a magnification of 40 times to confirm the presence of voids, and for particles with average voids, take a composition image at a magnification of 250 times, and binarize the voids. The rate was determined. At 250x magnification, mullite columnar crystals cannot be photographed due to resolution. That is, in the scanning electron microscope at this magnification, it is difficult to photograph nano-unit voids, and therefore the ratio of the voids at the time of sintering among the voids derived from the crystal structure and the voids at the time of sintering becomes the void ratio. In addition, since there are particles without voids in the melting method and voids are also generated by entraining bubbles, the ratio was determined separately for “particles without voids” and “bubble entrained particles”. The porosity is not calculated because average particles could not be found due to the presence of void-free particles.

(かさ比重の測定方法)
かさ比重の測定は、中小企業事業団が平成11年5月に発行した「鋳型および鋳型材料に関する試験方法」に規定される「S−10鋳物砂の充填性(かさ比重)試験法」に準じて測定した。異なる点は投入容器であり、これは「S−5鋳物砂の流動度試験法」に定められたフォードカップ♯4を用いた。つまり、かさ比重と流動度の同時測定である。
かさ比重にあっては、空隙の構造とは無関係に結晶構造由来の隙間と焼結時の空隙の両者を含む空隙が多いほど、かさ比重が小さくなる傾向を示す。
(Measurement method of bulk specific gravity)
The bulk specific gravity is measured according to the “S-10 Foundry Sand Fillability (Bulk Specific Gravity) Test Method” defined in the “Test Method for Molds and Mold Materials” issued in May 1999 by the Small and Medium Business Corporation. Measured. A different point is an input container, which uses Ford cup # 4 defined in "S-5 foundry sand fluidity test method". That is, simultaneous measurement of bulk specific gravity and fluidity.
In the bulk specific gravity, the bulk specific gravity tends to decrease as the number of voids including both the gap derived from the crystal structure and the void during sintering is increased regardless of the void structure.

(粒子強度の測定方法)
図4に微小強度試験機の外観と粒子強度測定の概念図を示す。用いた試験機は電磁力式微小強度試験機(以下、微小強度試験機)である。最大荷重容量が50Nであり、一定変位速度1mm/分の条件で負荷を加えた。粒子強度は試料一粒毎に顕微鏡で撮影して長径と短径を求めた後、微小強度試験機を用いて最大破壊荷重を測定した。
(Measurement method of particle strength)
FIG. 4 shows an external view of a micro strength tester and a conceptual diagram of particle strength measurement. The tester used was an electromagnetic force type microstrength tester (hereinafter, microstrength tester). The maximum load capacity was 50N, and the load was applied at a constant displacement speed of 1mm / min. The particle strength of each sample was photographed with a microscope to determine the major axis and minor axis, and the maximum breaking load was measured using a micro strength tester.

最大破壊荷重から粒子強度を求めるには試料粒子の断面積を知る必要である。ここで言う断面積とは圧縮試験時の加圧板と試料粒子の接触面積である。しかしながら、試料粒子は不整形粒子であるためにその接触面積は一定で無い。そこで、本報告では試料粒子を楕円体と仮定して断面積を求め、圧縮強度を算出する方法を用いる。鋳物砂粒子の長径(2a)と短径(2b)は顕微鏡写真から実測した。鋳物砂粒子高さ(2c)と破壊時の加圧板の位置(2c-2d)は微小強度計の読み値である。粒子強度(σK)は以下により算出した。
σK=P/S
ここに、σK:粒子強度、P:破壊荷重、S:変位dにおける楕円体断面積(加圧板と粒子の推定接触面積)である。
In order to obtain the particle strength from the maximum breaking load, it is necessary to know the cross-sectional area of the sample particle. The cross-sectional area referred to here is the contact area between the pressure plate and the sample particles during the compression test. However, since the sample particles are irregular particles, the contact area is not constant. Therefore, this report uses a method of calculating the compressive strength by obtaining the cross-sectional area assuming that the sample particle is an ellipsoid. The major axis (2a) and minor axis (2b) of the foundry sand particles were measured from micrographs. The casting sand particle height (2c) and the position of the pressure plate at the time of fracture (2c-2d) are readings of the microstrength meter. The particle strength (σK) was calculated as follows.
σK = P / S
Here, σK: particle strength, P: fracture load, S: ellipsoidal cross-sectional area (estimated contact area between pressure plate and particle) at displacement d.

(人工砂,硅砂の粒子強度,アスペクト比,顕微鏡写真)
人工砂が硅砂と比較して、繰り返し使用時の産業廃棄物が少ないことや、粘結剤添加量が少なく環境に良いことを、表4(a)表4(b)より述べる。
(Artificial sand, silica sand particle strength, aspect ratio, micrograph)
Table 4 (a) and Table 4 (b) describe that artificial sand has less industrial waste during repeated use compared to dredged sand and that the amount of binder added is good for the environment.

上述のように、本発明の実施の形態に係る焼結鋳物砂は、鋳鉄溶湯と反応し難い機能を有することから、鋳造後に鋳造製品に付着してライン外に排出される製品付着砂の量が極めて少なくなることで産業廃棄物が低減でき、溶湯との反応による鋳造欠陥が減少することから製品歩留りが向上し、軽量であることから重筋作業の低減、粒形が良いことから粘結剤添加量の低減、粒子強度が高いことから破砕されて産業廃棄物となる量の低減が見込まれるなどの種々の利点を有するものであり、これを本発明の実施例-と比較例とを挙げて以下説明するが、本発明はこれらの実施例-に限定して理解されるべきではない。 As described above, since the sintered foundry sand according to the embodiment of the present invention has a function that hardly reacts with the molten cast iron, the amount of product-attached sand that adheres to the cast product after casting and is discharged out of the line. Can reduce industrial waste, reduce casting defects due to reaction with molten metal, improve product yield, reduce weight, reduce heavy-bar work, and caking due to good grain shape. It has various advantages such as a reduction in the amount of additive added and a reduction in the amount of crushed and industrial waste due to its high particle strength. The present invention is described below by way of example, but the present invention should not be understood as being limited to these examples.

(実施例-1〜5)
実施例-1〜5は、焼結法(パンミキサ造粒法)で製造したもので、高純度カオリナイトと高純度アルミナを組み合わせて、K2Oを0.20%以下に制御して製造したものである。
(Examples 1 to 5)
Examples 1 to 5 were manufactured by a sintering method (pan mixer granulation method), and were manufactured by combining high-purity kaolinite and high-purity alumina and controlling K 2 O to 0.20% or less. is there.

具体的には、夾雑物としてK2O含有量の低い高純度カオリナイト原鉱用い、選鉱及び焼焼後に微粉砕してスラリーとし、スプレードライヤで乾燥と水分調整を行い粒子とする。この粒子は緻密では無く、表面も滑らかでは無い。次いで、パンミキサで緻密かつ滑らかな粒子サイズが凡そ100〜300μmに造粒する。次いでロータリーキルンを用いで1350℃〜1850℃の所定の範囲で1〜3時間焼成してシリカ+ムライト系焼結人工砂とした。焼成温度や焼成時間はムライトが生成する条件である。冷却後に分級して、鋳造用として使用可能な粒度としている。以下の実施例-では原料の成分が異なるが、製法は同一である。なお、カオリナイトなどからムライトが生成する温度は凡そ1000℃からとされていることから、本実施例-の温度以下においても焼成時間を長くすることで同一の焼結人工砂を製造できる。 Specifically, a high-purity kaolinite ore having a low K 2 O content is used as a contaminant, finely pulverized after the beneficiation and calcination, to form a slurry, and dried and adjusted with a spray dryer to obtain particles. These particles are not dense and the surface is not smooth. Next, a fine and smooth particle size is granulated to about 100 to 300 μm with a pan mixer. Subsequently, it was fired in a predetermined range of 1350 ° C. to 1850 ° C. for 1 to 3 hours using a rotary kiln to obtain silica + mullite-based sintered artificial sand. The firing temperature and firing time are conditions for generating mullite. After cooling, the particles are classified so that they can be used for casting. In the following Examples, the ingredients are different, but the production method is the same. Since the temperature at which mullite is generated from kaolinite or the like is about 1000 ° C., the same sintered artificial sand can be produced by extending the firing time even at a temperature lower than that of this example.

実施例-1〜5の詳細な化学成分を表5に示すが、実施例-1の焼結人工砂では、SiO2:51.4%,Al23:40.7%,K2O:0.09%である。前掲の表4に示したように、空隙率は2.6%、アスペクト比は0.906、かさ比重は1.502g/cm3,粒子強度は1565MPa、アスペクト比は0.91である。内部に微細な空隙は有するが粒子表面は緻密であり、軽量の極めて硬い球状焼結人工砂である。 The detailed chemical components of Examples-1 to 5 are shown in Table 5, but in the sintered artificial sand of Example-1, SiO 2 : 51.4%, Al 2 O 3 : 40.7%, K 2 O: 0.09% is there. As shown in Table 4 above, the porosity is 2.6%, the aspect ratio is 0.906, the bulk specific gravity is 1.502 g / cm 3 , the particle strength is 1565 MPa, and the aspect ratio is 0.91. Although it has fine voids inside, the particle surface is dense and light and extremely hard spherical sintered artificial sand.

実施例-2は、実施例-1のK2O含有量の低い高純度カオリナイト原鉱に、高純度アルミナフラワーをブレンドして、Al23−SiO2を調整したものである。化学成分は表5に示し、SiO2:44.3%,Al23:49.8%,K2O:0.11%である。表4に示したように、空隙率2.1%、アスペクト比0.886、かさ密度1.499g/cm3、粒子強度は1671MPa、アスペクト比は0.89であり、軽量で極めて硬い球状人工砂である。 Example -2, the content of K 2 O with low purity kaolinite ore of Example -1, a blend of high-purity alumina flour is obtained by adjusting the Al 2 O 3 -SiO 2. The chemical components are shown in Table 5 and are SiO 2 : 44.3%, Al 2 O 3 : 49.8%, K 2 O: 0.11%. As shown in Table 4, it is a lightweight and extremely hard spherical artificial sand having a porosity of 2.1%, an aspect ratio of 0.886, a bulk density of 1.499 g / cm 3 , a particle strength of 1671 MPa, and an aspect ratio of 0.89.

実施例-3〜5も、実施例-2と同様の製造方法で得られたもので、若干、純度の低いアルミナフラワーを用いK2Oを増加させたものである。それぞれの化学成分等を表5に示す。
Examples-3 to 5 were also obtained by the same production method as in Example-2, and were obtained by slightly increasing K 2 O using alumina flour having a low purity. Table 5 shows each chemical component.

(比較例-1〜6)
比較例-1〜3は、実施例-1、2と同様に焼結人工砂である。比較例-4〜6は、溶融人工砂であり、比較例-4、5は溶融粉砕法で、比較例-6は火炎内溶融法によるものである。これらの化学成分などを表5に示す。
(Comparative Examples-1 to 6)
Comparative Examples-1 to 3 are sintered artificial sand as in Examples-1 and 2. Comparative Examples 4 to 6 are fused artificial sand, Comparative Examples 4 and 5 are melt pulverization methods, and Comparative Example 6 is a flame melting method. These chemical components are shown in Table 5.

比較例-1は表2の焼結法(スプレードライヤ造粒法)で製造されたムライト系人工砂であり、上市されているものである。比較例-1の詳細な化学成分は表5に示し、SiO2:37.5%,Al23:55.8%,K2O :0.23%である。空隙率は16.7%、アスペクト比は0.834、かさ比重は1.534g/cm3、粒子強度は955MPaである。空隙率が実施例-1、2と比較して高い。アスペクト比も0.850以下であり、粒形が悪い。また、粒子表面が緻密で無いために空隙が外部に開放されている。そのためか、実施例-1、2と比較して粒子強度が低い。また、空隙率が高いにもかかわらず、かさ比重が1.534g/cm3と高い。これはSiO2と比較して比重の重いAl23が多いための影響、及びムライト結晶のシングルミクロンのクリアランスが少ないことが原因と思われる。 Comparative Example-1 is mullite artificial sand produced by the sintering method (spray dryer granulation method) shown in Table 2, and is commercially available. The detailed chemical components of Comparative Example-1 are shown in Table 5, and are SiO 2 : 37.5%, Al 2 O 3 : 55.8%, K 2 O: 0.23%. The porosity is 16.7%, the aspect ratio is 0.834, the bulk specific gravity is 1.534 g / cm 3 , and the particle strength is 955 MPa. The porosity is high compared to Examples 1 and 2. The aspect ratio is 0.850 or less, and the particle shape is bad. Moreover, since the particle | grain surface is not precise | minute, the space | gap is open | released outside. For this reason, the particle strength is lower than in Examples 1 and 2. Moreover, despite the high porosity, the bulk specific gravity is as high as 1.534 g / cm 3 . This is considered to be due to the influence of a large specific gravity of Al 2 O 3 compared to SiO 2 and the small single-micron clearance of mullite crystals.

比較例-2は比較例-1と同様に焼結法(スプレードライヤ造粒法)で製造されたムライト系人工砂であり、上市されているものである。比較例-2の詳細な化学成分は表5に示し、SiO2 :37.0%,Al23 :56.3%,K2O :0.24%である。空隙率は9.8%、アスペクト比は0.820、かさ比重は1.533g/cm3、粒子強度は836MPaである。比較例-1と同様に実施例-1、2と比較して、粒形が悪く、粒子強度が低く、かさ比重が重い(表4参照)。 Comparative Example-2 is mullite artificial sand produced by a sintering method (spray dryer granulation method) as in Comparative Example-1, and is commercially available. The detailed chemical components of Comparative Example-2 are shown in Table 5, and are SiO 2 : 37.0%, Al 2 O 3 : 56.3%, and K 2 O: 0.24%. The porosity is 9.8%, the aspect ratio is 0.820, the bulk specific gravity is 1.533 g / cm 3 , and the particle strength is 836 MPa. Similar to Comparative Example-1, compared with Examples 1 and 2, the particle shape is poor, the particle strength is low, and the bulk specific gravity is heavy (see Table 4).

比較例-3は比較例-1、2と同様の製法で、最終工程に表面磨鉱工程を追加して、粒形などを改善したものである。SiO2 :39.8%,Al23 :57.8%,K2O :0.17%である。空隙率は9.6%、アスペクト比は0.867、かさ比重は1.619g/cm3、粒子強度は1124MPaである。K2Oが低く、耐火度は良好なことが予測されるが、かさ比重が重く、軽量では無い。また、粒子強度も低い。 Comparative Example-3 is the same production method as Comparative Examples-1 and 2, and the surface grinding process was added to the final process to improve the grain shape and the like. SiO 2: 39.8%, Al 2 O 3: 57.8%, K 2 O: 0.17%. The porosity is 9.6%, the aspect ratio is 0.867, the bulk specific gravity is 1.619 g / cm 3 , and the particle strength is 1124 MPa. Although K 2 O is low and the fire resistance is expected to be good, the bulk specific gravity is heavy and not lightweight. Also, the particle strength is low.

比較例-4は表2の溶融風砕法(黒鉛電極接触溶融法)で製造されたムライト+アルミナ系溶融人工砂である。比較例-4の詳細な化学成分は表5に示し、SiO2 :19.0%,Al23 :71.5%,K2O :0.35%である。空隙率は、空隙の無い粒子と空隙のある粒子が混在しており、その比率は59:41であった。空気巻き込みによる空隙であり、焼結人工砂の空隙と形状が異なる。空隙率は、粒子により大きく異なるために測定していない。アスペクト比は0.925、かさ比重は1.940g/cm3、粒子強度は1433MPaである。溶融法で製造されたため、かさ比重は極めて重い。 Comparative Example 4 is mullite + alumina-based fused artificial sand produced by the melt-blasting method (graphite electrode contact melting method) shown in Table 2. The detailed chemical components of Comparative Example-4 are shown in Table 5, and are SiO 2 : 19.0%, Al 2 O 3 : 71.5%, K 2 O: 0.35%. As for the porosity, particles without voids and particles with voids were mixed, and the ratio was 59:41. It is a void by air entrainment and is different in shape from the void of sintered artificial sand. The porosity is not measured because it varies greatly depending on the particles. The aspect ratio is 0.925, the bulk specific gravity is 1.940 g / cm 3 , and the particle strength is 1433 MPa. The bulk specific gravity is extremely heavy because it is manufactured by the melting method.

比較例-5は、溶融風砕法(黒鉛電極接触溶融法)で製造されたムライト+アルミナ系溶融人工砂である。比較例-5の詳細な化学成分は表5に示し、SiO2 :19.4%,Al23 :68.6%,K2O :1.16%である。空隙率は、空隙の無い粒子と空隙のある粒子が混在しており、その比率は82:18であった。空気巻き込みによる空隙であり、焼結人工砂の空隙と形状が異なる。空隙率は、粒子により大きく異なるために測定していない。アスペクト比は0.929、かさ比重は1.942g/cm3、粒子強度は1425MPaである。溶融法で製造されたため、かさ比重は極めて重い。 Comparative Example-5 is mullite + alumina-based fused artificial sand produced by a melt-blasting method (graphite electrode contact melting method). The detailed chemical components of Comparative Example-5 are shown in Table 5, and are SiO 2 : 19.4%, Al 2 O 3 : 68.6%, and K 2 O: 1.16%. As for the porosity, particles without voids and particles with voids were mixed, and the ratio was 82:18. It is a void by air entrainment and is different in shape from the void of sintered artificial sand. The porosity is not measured because it varies greatly depending on the particles. The aspect ratio is 0.929, the bulk specific gravity is 1.942 g / cm 3 , and the particle strength is 1425 MPa. The bulk specific gravity is extremely heavy because it is manufactured by the melting method.

比較例-6は、火炎内溶融で製造されたムライト+アルミナ系溶融人工砂である。SiO2:33.1%,Al23:58.9%,K2O:0.29%である。空隙率は、空隙の無い粒子と空隙のある粒子が混在しており、その比率は38:62であった。空気巻き込みによる空隙であり、焼結人工砂の空隙と形状が異なる。空隙率は、粒子により大きく異なるために測定していない。火炎内溶融法は、気相の多い燃焼ガス内で粒子を溶融させるために気泡巻き込み粒子が、溶融風砕法よりも多い。アスペクト比は0.941、かさ比重は1.680g/cm3、粒子強度は2175MPaである。溶融法で製造されたため、かさ比重は本発明品よりも1.1倍以上重い。 Comparative Example 6 is mullite + alumina-based fused artificial sand produced by melting in a flame. SiO 2 : 33.1%, Al 2 O 3 : 58.9%, K 2 O: 0.29%. As for the porosity, particles without voids and particles with voids were mixed, and the ratio was 38:62. It is a void by air entrainment and is different in shape from the void of sintered artificial sand. The porosity is not measured because it varies greatly depending on the particles. The in-flame melting method has more bubbles entrained particles than the melt-blown method in order to melt the particles in the combustion gas having a large gas phase. The aspect ratio is 0.941, the bulk density is 1.680 g / cm 3 , and the particle strength is 2175 MPa. Since it was manufactured by the melting method, the bulk specific gravity is 1.1 times or more heavier than the product of the present invention.

(K2Oと「液層線温度と熔倒温度の差」の関係)
人工砂は環境に良いことを述べたが、人工砂の組成により耐火度が低下し、環境に悪い条件があることを以下に述べる。
(Relationship between K 2 O and “Difference between liquidus temperature and melting temperature”)
Although artificial sand is said to be good for the environment, it is described below that the fire resistance decreases due to the composition of artificial sand and there are bad conditions for the environment.

表5にK2Oと「液層線温度と熔倒温度の差」の関係を示した。液相線温度とは図1において、液相から初晶シリカ、初晶ムライト、初晶アルミナが晶出する液相線の温度である。初晶ムライトの液相線温度(Y1)と補正Al23濃度(X)を式(1)とした。初晶アルミナの液相線温度(Y2)と補正Al23濃度(X)を式(2)とした。補正Al23濃度とは、化学成分におけるSiO2とAl23の合計が100となる様に他の成分を除去した際のAl23の値である。図1のAl23−SiO2系相平衡状態図は二成分であることから、補正Al23濃度から液相線温度が計算できる。 Table 5 shows the relationship between K 2 O and “difference between liquidus temperature and melting temperature”. In FIG. 1, the liquidus temperature is the temperature of the liquidus at which primary silica, primary mullite, and primary alumina crystallize from the liquid phase. The liquidus temperature (Y1) of primary mullite and the corrected Al 2 O 3 concentration (X) were defined as equation (1). The liquidus temperature (Y2) of primary crystal alumina and the corrected Al 2 O 3 concentration (X) were defined as equation (2). The corrected Al 2 O 3 concentration is the value of Al 2 O 3 when other components are removed so that the total of SiO 2 and Al 2 O 3 in the chemical component becomes 100. Since the Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram of FIG. 1 has two components, the liquidus temperature can be calculated from the corrected Al 2 O 3 concentration.

Y1=-0.0811X2+11.172X+1501.0・・・・・・・・・・・・・(1)
Y2=-0.5307X2+101.87X-2745.2・・・・・・・・・・・・・(2)
なお実施例-及び比較例の耐火度試験は、JIS R 2204:1999「耐火物及び耐火物原料の耐火度試験方法」に基づいて行い、耐火度(SK番号)を測定した。熔倒温度とは、JIS R 8101:1999「耐火度試験用標準コーン」のSK番号と熔倒温度の関係から求めた。
Y 1 = -0.0811X 2 + 11.172X + 1501.0 ... (1)
Y 2 = -0.5307X 2 + 101.87X-2745.2 ... (2)
In addition, the fire resistance test of the example and the comparative example was performed based on JIS R 2204: 1999 “Method for testing the fire resistance of refractories and refractory materials”, and the fire resistance (SK number) was measured. The melting temperature was determined from the relationship between the SK number of JIS R 8101: 1999 “Standard cone for fire resistance test” and the melting temperature.

(実施例-1〜5の液層線温度と熔倒温度の差)
実施例-1〜5の製造方法は上述した焼結法(パンミキサ造粒法)であり、高純度カオリナイトと高純度アルミナを組み合わせて、K2Oを0.20%以下に制御して製造した。それぞれ耐火度を測定して熔倒温度を求めた。また、蛍光X線により化学成分毎に組成を定量し、SiO2とAl23の実測値から補正Al23濃度を計算し、式(1)と式(2)から熔倒温度を算出した。なお、蛍光X線の定量値は、湿式分析の定量値により検量したものである。実施例-1〜5の液相線温度と熔倒温度の関係では、液相線温度より熔倒温度が低い。これは耐火度を下げる要因が働いていると言える。ただし実施例-1〜5の液相線温度と熔倒温度の差は、11.3℃から38.6℃であり、50℃以内である。
(Difference between liquidus line temperature and melting temperature of Examples-1 to 5)
The production method of Examples-1 to 5 is the above-described sintering method (pan mixer granulation method), and produced by combining high-purity kaolinite and high-purity alumina and controlling K 2 O to 0.20% or less. The fire resistance was measured and the melting temperature was determined. In addition, the composition of each chemical component is quantified by fluorescent X-rays, the corrected Al 2 O 3 concentration is calculated from the actual measured values of SiO 2 and Al 2 O 3 , and the melting temperature is calculated from Equation (1) and Equation (2). Calculated. The quantitative value of fluorescent X-ray is calibrated by the quantitative value of wet analysis. In the relationship between the liquidus temperature and the melting temperature in Examples-1 to 5, the melting temperature is lower than the liquidus temperature. It can be said that this is a factor that lowers the fire resistance. However, the difference between the liquidus temperature and the melting temperature in Examples 1 to 5 is 11.3 ° C. to 38.6 ° C., and is within 50 ° C.

(比較例の液層線温度と熔倒温度の差)
比較例-1,比較例-6〜11は、焼結法(スプレードライヤ造粒法)で製造されたムライト系人工砂である。初晶がムライトとなる組成である。これら比較例ではK2Oが0.23%〜0.80%の範囲であり、実施例-と比較するとK2Oが多い。式(1)により熔倒温度を算出した。実施例-と比較して、これら比較例の熔倒温度は液相線温度から大きく下がっており、54.0℃〜174.9℃の差が生じている。従って、Al23−SiO2系相平衡状態図で予測される耐火度の性能が発現していないと言える。
(Difference between liquidus line temperature and melting temperature of comparative example)
Comparative Examples 1 and 6 to 11 are mullite artificial sand produced by a sintering method (spray dryer granulation method). The composition is such that the primary crystal is mullite. In these comparative examples, K 2 O is in the range of 0.23% to 0.80%, and the amount of K 2 O is larger than that in the example. The melting temperature was calculated from equation (1). Compared with Example-, the melting temperature of these comparative examples is greatly lowered from the liquidus temperature, and there is a difference of 54.0 ° C to 174.9 ° C. Therefore, it can be said that the fire resistance performance predicted in the Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram is not expressed.

比較例-2,比較例-14,比較例-15は、溶融風砕法(黒鉛電極接触溶融法)で製造されたムライト+アルミナ系の人工砂である。初晶がアルミナとなる組成である。これら比較例ではK2Oが0.0.35%〜1.48%の範囲であり、実施例と比較するとK2Oが多い。式(2)により熔倒温度を算出した。実施例と比較して、これら比較例の熔倒温度は液相線温度から大きく下がっており、140.1℃〜224.6℃の差が生じている。従って、Al23−SiO2系相平衡状態図で予測される耐火度の性能が発現していないと言える。 Comparative Example-2, Comparative Example-14, and Comparative Example-15 are mullite + alumina artificial sand produced by the melt-blasting method (graphite electrode contact melting method). The primary crystal is alumina. In these comparative examples, K 2 O is in the range of 0.0.35% to 1.48%, and the amount of K 2 O is larger than in the examples. The melting temperature was calculated by equation (2). Compared with the Examples, the melting temperature of these Comparative Examples is greatly lowered from the liquidus temperature, and a difference of 140.1 ° C. to 224.6 ° C. is generated. Therefore, it can be said that the fire resistance performance predicted in the Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram is not expressed.

(初晶ムライト及び初晶アルミナ域でのK2Oの耐火度への影響)
図5(a)に初晶ムライト域、図5(b)に初晶アルミナ域での、K2Oの耐火度に与える影響を明確にするためのグラフを示す。初晶ムライト域と初晶アルミナ域では、K2Oの影響度が異なることから、それぞれ分けて示した。これによると、初晶ムライト域において液相線温度―熔倒温度をΔY1、初晶アルミナ域において液相線温度―熔倒温度をΔY2とし、K2O量をKとすると、それぞれ、式(3)、式(4)で表される。共に、1%以下の危険率で有意な正の相関であり、K2Oが増加すると、液相線温度と熔倒温度の差は大きくなり、耐火度が低下する。
ΔY1=215.7K+6.755・・・・・・・・・・・・・(3)
ΔY2=74.13K+113.99・・・・・・・・・・・・(4)
(Influence on fire resistance of K 2 O in primary mullite and primary alumina regions)
FIG. 5A shows a graph for clarifying the influence of K 2 O on the fire resistance in the primary crystal mullite region and FIG. 5B in the primary crystal alumina region. The primary crystal mullite region and primary crystal alumina region are shown separately because the influence of K 2 O is different. According to this, the liquidus temperature in the primary crystal mullite zone -熔倒temperature [Delta] Y 1, liquidus temperature in the primary crystal alumina zone - the熔倒temperature and [Delta] Y 2, when the K 2 O content and K, respectively, It is represented by Formula (3) and Formula (4). Both are significant positive correlations with a risk factor of 1% or less. When K 2 O increases, the difference between the liquidus temperature and the melting temperature increases, and the fire resistance decreases.
ΔY 1 = 215.7K + 6.755 (3)
ΔY 2 = 74.13K + 113.99 ... (4)

(鋳型の模式図(名工試型すくわれ試験片))
本発明の効果を図6に示す名工試型すくわれ試験片により、鋳鉄溶湯を鋳込み判定した。試験片重量6.5kg、鋳込み重量7.5kg、生型重量21.5kgの条件で、FC250相当の片状黒鉛鋳鉄を凡そ1400℃で鋳込んだ。生型の作製は、鋳物砂100部に対して、ワイオミング産ベントナイト8部添加し、コンパクタビリティ値が凡そ40%になるように水分を添加して混練砂とし、生型を造型した。評価としては、製品への付着砂の量及び鋳造欠陥の有無とした。
(Schematic diagram of mold (special test sample scoop test piece))
The effect of the present invention was determined by casting a cast iron melt with a master craft type scoop test piece shown in FIG. A flake graphite cast iron equivalent to FC250 was cast at about 1400 ° C under the conditions of a test piece weight of 6.5 kg, a casting weight of 7.5 kg, and a green mold weight of 21.5 kg. The green mold was produced by adding 8 parts of Wyoming bentonite to 100 parts of foundry sand, adding water to obtain a compactability value of approximately 40%, and kneading sand to form a green mold. The evaluation was the amount of sand adhering to the product and the presence or absence of casting defects.

この鋳込み試験片による鋳込み試験結果を表6に示す。
Table 6 shows the results of the casting test using this casting test piece.

(鋳込み試験片に付着した砂重量)
実施例-1実施例-2
実施例-1ではK2Oは0.09%であり、型バラシ直後の付着砂は63.1gであった。この付着砂はショットによりほぼ除去され、極僅かに製品に残留した。ショットで除去された付着砂は産業廃棄物として廃棄される。鋳造欠陥については型バラシ直後に製品の凹部に焼着物が付着していたが、ショットで焼結物は剥離し、鋳造欠陥は発生していなかった。
(Weight of sand adhering to the cast specimen)
Example-1 Example-2
In Example 1, K 2 O was 0.09%, and the adhered sand immediately after the mold breaking was 63.1 g. The adhered sand was almost removed by the shot and remained in the product very slightly. The attached sand removed by the shot is discarded as industrial waste. As for the casting defect, the adherend was adhered to the concave portion of the product immediately after the mold breakage, but the sintered product was peeled off by the shot, and no casting defect occurred.

実施例-2ではK2Oは0.11%であり、型バラシ直後の付着砂は22.9gであった。この付着砂はショットにより完全に除去され製品には残留しなかった。製品の鋳肌は良好であり、鋳造欠陥は発生しなかった。実施例-2は実施例-1よりもK2Oが多いが鋳込み製品が良好であるのは、Al23が高く、液相線温度が高いことが一因であると思われる。 In Example-2, K 2 O was 0.11%, and the adhered sand immediately after mold breaking was 22.9 g. This adhered sand was completely removed by the shot and did not remain in the product. The casting surface of the product was good and no casting defects occurred. Example -2 is given to good product casting but K 2 O is greater than in Example 1, the high Al 2 O 3, it is believed to contribute a high liquidus temperature.

比較例-2,比較例-4
比較例-2ではK2Oは0.24%であり、型バラシ直後の付着砂は196.5gであった。この付着砂はショットによりほぼ除去され、極僅かに製品に残留した。鋳造欠陥については型バラシ直後に製品の凹部とその付近に焼着物が付着していたが、ショットで焼結物は剥離し、鋳造欠陥は発生していなかった。
Comparative Example-2, Comparative Example-4
In Comparative Example-2, K 2 O was 0.24%, and the adhered sand immediately after the mold breaking was 196.5 g. The adhered sand was almost removed by the shot and remained in the product very slightly. As for the casting defect, the deposit was adhered to the concave portion of the product and its vicinity immediately after the mold breakage, but the sintered product was peeled off by the shot, and no casting defect occurred.

比較例-4ではK2Oは0.35%であり、型バラシ直後の付着砂は121.8gであった。この付着砂はショットにより完全に除去され製品には残留しなかった。製品の鋳肌には極僅かに砂粒が存在し、鋳肌がやや悪い状態であった。ただし、鋳造欠陥では無い。 In Comparative Example-4, K 2 O was 0.35%, and the adhered sand immediately after mold breaking was 121.8 g. This adhered sand was completely removed by the shot and did not remain in the product. The casting surface of the product had a slight amount of sand particles, and the casting surface was in a slightly bad state. However, it is not a casting defect.

比較例-14,比較例-15,比較例-16
比較例-14〜16では、鋳型として最も多く使用されている硅砂を比較のために鋳込んだ。これらは石英や長石からなる硅砂であり、Al23−SiO2系相平衡状態図の組成では無い。比較例-14は石英の多い高純度硅砂であり、比較例-15、16に従って長石が増加する。それぞれ、付着砂は375.2g、284.1g、415.2gであり、実施例-1,2、比較例-2,4の人工砂と比較して、極めて多い付着であった。この付着砂はショット後にも製品に焼結して付着していた。また、製品は3点ともに、すくわれ欠陥が発生していた。
Comparative Example-14, Comparative Example-15, Comparative Example-16
In Comparative Examples -14 to 16, cinnabar sand most frequently used as a mold was cast for comparison. These are cinnabar sand made of quartz or feldspar, and not the composition of the Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram. Comparative Example-14 is a high-purity cinnabar with a lot of quartz, and feldspar increases according to Comparative Examples-15 and 16. The adhering sand was 375.2 g, 284.1 g, and 415.2 g, respectively, which was much more adhering than the artificial sands of Examples-1 and 2 and Comparative Examples-2 and 4. This adhered sand was sintered and adhered to the product even after the shot. In addition, all three products were scraped and had defects.

(焼結物のSEM/EDS分析)
付着砂の量とK2Oの関係を明確にするために、製品に付着した砂の製品と面した箇所をエネルギー分散型X線分析装置付き走査電子顕微鏡(SEM/EDS)で分析した。付着砂の製品側は焼結して、薄い焼結物となっている。これは鋳込み時に鉄が鋳型層に拡散してできたものである。焼結物の厚みは付着砂の量と比例している。
(SEM / EDS analysis of sintered products)
In order to clarify the relationship between the amount of adhering sand and K 2 O, the portion of the sand adhering to the product facing the product was analyzed by a scanning electron microscope (SEM / EDS) with an energy dispersive X-ray analyzer. The product side of the adhered sand is sintered into a thin sintered product. This is the result of iron diffusing into the mold layer during casting. The thickness of the sintered product is proportional to the amount of adhered sand.

実施例-1,2の焼結物のEDS分析ではKは検出されていない。比較例-2,4,16の焼結物のEDS分析ではKが検出されている。それぞれの分析位置は砂粒と砂粒の接点である。鋳鉄溶湯の熱による鋳型表面の溶融や鋳鉄からのFeの拡散により、図2のファイフライト、テフロイト、フォルステライトの低融点物質が生成するが、Kが存在すると融点か低下して生成しやすくなる。これら低融点物質が砂粒の接着剤となり焼結層を形成する。Kが存在しない(検出限界以下)の実施例-1,2では、焼結物が薄く、付着砂も少ない。 K was not detected in the EDS analysis of the sintered products of Examples 1 and 2. K was detected in the EDS analysis of the sintered products of Comparative Examples-2, 4, and 16. Each analysis position is a contact point between sand grains. The melting point of the mold surface due to the heat of the cast iron melt and the diffusion of Fe from the cast iron produce the low-melting substances such as phi-flight, tephroite, and forsterite as shown in FIG. . These low-melting-point substances become a sand grain adhesive and form a sintered layer. In Examples 1 and 2 where K is not present (below the detection limit), the sintered product is thin and there is little adhered sand.

この鋳込み試験片による鋳込み試験結果を表7に示す。
Table 7 shows the results of the casting test using this casting test piece.

(シェル鋳型、フラン鋳型、アルカリフェノール鋳型での特性評価)
表8(a)(b)(c)に本発明の焼結人工砂のシェル鋳型、フラン鋳型、アルカリフェノール鋳型の鋳型特性を示す。
(Characteristic evaluation with shell mold, furan mold, alkali phenol mold)
Tables 8 (a), (b), and (c) show the mold characteristics of the sintered artificial sand shell mold, furan mold, and alkali phenol mold of the present invention.

粘結剤を砂重量に対して添加したが、かさ比重がそれぞれ異なることから、体積当たりに換算したデータも付けている。実施例-1と実施例-2は本発明の焼結人工砂である。比較例-1は市場で販売されている空隙率の大きい焼結人工砂である。比較例-4は溶融風砕法の人工砂である。比較例-14は高純度硅砂であり、硅砂の中では鋳型強度が高く発現するものである。 Although the binder was added to the sand weight, the bulk specific gravity is different, so data converted per volume is also attached. Example-1 and Example-2 are sintered artificial sand of the present invention. Comparative Example-1 is a sintered artificial sand having a high porosity that is sold in the market. Comparative Example 4 is an artificial sand obtained by the melt-blasting method. Comparative Example 14 is high-purity cinnabar, which exhibits high mold strength in cinnabar.

表8(a)のシェル鋳型のかさ比重を考慮した曲げ強度では実施例-1実施例-2、比較例-1、比較例-4の人工砂は111.4〜122.2kg/cm2の範囲でほぼ同一の強度であり、比較例-14の高純度硅砂よりも強度が高い。従って、本発明は市場で販売されている人工砂と同等の強度特性であると言える。 The flexural strength considering bulk specific gravity of the shell mold in Table 8 (a) in Example 1 Example -2, Comparative Example 1, the artificial sand of Comparative Example -4 substantially in the range of 111.4~122.2kg / cm 2 It has the same strength and is stronger than the high purity cinnabar of Comparative Example-14. Therefore, it can be said that the present invention has strength characteristics equivalent to artificial sand sold in the market.

表8(b)のフラン鋳型のかさ比重を考慮した24時間後の圧縮強度では、本発明の実施例-1が最も高強度で、次いで実施例-2が比較例-1とほぼ同一の強度である。従って、本発明品のフラン鋳型特性は良好である。なお、一般に焼結人工砂は、液体の粘結剤であるフラン樹脂や酸硬化剤を吸着して強度発現が低いとされているが、比較例-1はフラン樹脂向けに開発された焼結人工砂であり、強度発現が高い。また、本発明品も同様である。 In the compressive strength after 24 hours considering the bulk specific gravity of the furan mold in Table 8 (b), Example-1 of the present invention had the highest strength, and then Example-2 had almost the same strength as Comparative Example-1. It is. Therefore, the furan mold characteristics of the product of the present invention are good. In general, sintered artificial sand adsorbs furan resin and acid hardener, which are liquid binders, and has low strength expression, but Comparative Example-1 is a sintered material developed for furan resin. Artificial sand with high strength. The same applies to the product of the present invention.

表8(c)のアルカリフェノール鋳型のかさ比重を考慮した24時間後の圧縮強度では、比較例-4の溶融法粉砕人工砂が最も良好で、次いで比較例-14の高純度硅砂である。用いたアルカリフェノール樹脂は一般硅砂用である。焼結人工砂の実施例-1実施例-2、比較例-1はほぼ同一の強度であり、実施例-1実施例-2、比較例-1の順序である。焼結人工砂はアルカリフェノール鋳型にはやや強度が低いが、比較例-4、比較例-14と比較して、その差は僅かであり、十分に鋳型として使用できる。また、人工砂用のアルカリフェノール樹脂が市販されているので、これを利用して強度改善が可能である。 With regard to the compressive strength after 24 hours considering the bulk specific gravity of the alkali phenol mold in Table 8 (c), the melt-pulverized artificial sand of Comparative Example-4 is the best, followed by the high-purity dredged sand of Comparative Example-14. The alkali phenol resin used is for general cinnabar. Example-1 Example-2 and Comparative Example-1 of sintered artificial sand have almost the same strength, and are in the order of Example-1 Example-2 and Comparative Example-1. Sintered artificial sand has a slightly lower strength than the alkali phenol mold, but the difference is small compared to Comparative Example-4 and Comparative Example-14, and it can be sufficiently used as a mold. Moreover, since the alkali phenol resin for artificial sand is marketed, strength improvement is possible using this.

表8(a)〜(c)により、本発明品は、鋳型(主型)として生型に次いで使用量の多いフラン鋳型、次いで多いアルカリフェノール鋳型で使用可能である。また、生型(主型)のコンビネーションで中子としてよく使用されるシェル鋳型としても使用可能である。 According to Tables 8 (a) to (c), the product of the present invention can be used as a casting mold (main mold) in a furan mold that is used in the second largest amount next to the green mold, and then in a large amount of alkali phenol mold. It can also be used as a shell mold that is often used as a core in a raw (main) combination.

鋳造用の鋳型として繰り返し回収して使用される鋳物砂に対して利用可能である。軽量で粒子強度が高いことから、全ての鋳物砂に適用可能である。また、最も生産量の多い生型、次いで生産量の多い自硬性鋳型はフラン鋳型やアルカリフェノール鋳型が主流であるが、これら鋳型に最も生産量の多い鉄系鋳物を鋳造するのに特に適している。K2Oを0.20%以下に制御するなど、低融点組成の種類と量を制御することで、溶湯と鋳型の反応が無く、製品に付着してショットラインに鋳物砂が持ち出され、ショットラインで鋳物砂はスチールショットや金属分(鋳物)と混じることで鋳物砂として使用できなくなり、産業廃棄物として廃棄される。本発明ではこの量が飛躍的に減少する。また、溶湯と鋳型との反応による化学的焼付き欠陥が減少することで、製品の歩留りが向上する。なお、欠陥となった製品はリターン材として再溶解されることから、このエネルギー費などが削減される。 It can be used for foundry sand that is repeatedly collected and used as a casting mold. Since it is lightweight and has high particle strength, it can be applied to all foundry sands. The most popular green molds, followed by the most self-hardening molds, are furan molds and alkali phenol molds. These molds are particularly suitable for casting the most prolific iron castings. Yes. By controlling the type and amount of the low melting point composition, such as controlling K 2 O to 0.20% or less, there is no reaction between the molten metal and the mold, and it adheres to the product and cast sand is taken out to the shot line. Foundry sand cannot be used as foundry sand by being mixed with steel shots or metal components (castings) and is discarded as industrial waste. In the present invention, this amount is drastically reduced. In addition, the yield of products is improved by reducing chemical seizure defects due to the reaction between the molten metal and the mold. The defective product is redissolved as a return material, and this energy cost is reduced.

上記の鋳型と溶湯の反応が生じないこと以外に、生型、自硬性鋳型そして今後の有害なガスが発生しないとして期待される水ガラス系無機鋳型では、回収砂の再生工程において粘結剤を剥離する強力な機械研磨が必要であり、従来の鋳物砂では粉砕されて産業廃棄物となる。本発明の粒子強度の高さにより粉砕されることなく使用可能である。 In addition to the fact that the mold does not react with the molten metal, the green mold, self-hardening mold, and water glass-based inorganic mold, which is expected to generate no harmful gases in the future, will contain a binder in the recovered sand recycling process. Strong mechanical polishing that peels off is necessary, and conventional foundry sand is crushed into industrial waste. It can be used without being pulverized due to the high particle strength of the present invention.

Claims (6)

Al 2 3 とSiO 2 とを原料として含み、前記原料中の夾雑物として含有される低融点組成とを含有した焼結人工砂において、
Al23−SiO2系相平衡状態図において、初晶としてムライト結晶が晶出する組成において、前記低融点組成としてのK2Oが0.20%以下であり、
前記ムライト結晶の間に結晶の重なり合いの隙間が存する結晶間構造を備え、
かさ比1.6g/cm3未満、アスペクト比が0.85以上あり、
Al23−SiO2系相平衡状態図において液相線よりマイナス50℃以内の耐火度を示すものであることを特徴とする焼結人工砂。
In sintered artificial sand containing Al 2 O 3 and SiO 2 as raw materials and containing a low melting point composition contained as a contaminant in the raw materials,
In the Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram, in the composition in which mullite crystals are crystallized as primary crystals, K 2 O as the low melting point composition is 0.20% or less,
It has an intercrystal structure in which there is a gap between overlapping crystals between the mullite crystals,
Less than a bulk ratio 1.6g / cm 3, and an aspect ratio of 0.85 or more,
Sintered artificial sand characterized by having a fire resistance of minus 50 ° C. or less from the liquidus in the Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram.
Al23−SiO2系相平衡状態図において、Al23が40%〜60%の組成であることを特徴とする請求項1記載の焼結人工砂。 2. The sintered artificial sand according to claim 1, wherein Al 2 O 3 has a composition of 40% to 60% in the Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram. かさ比重が1.515g/cm3以下、粒子強度が1000MPa以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の焼結人工砂。 3. The sintered artificial sand according to claim 1, wherein the bulk specific gravity is 1.515 g / cm 3 or less and the particle strength is 1000 MPa or more. 請求項1〜3の何れかに記載の焼結人工砂を含有する鋳物砂。 Casting sand containing the sintered artificial sand according to any one of claims 1 to 3. 請求項1〜3の何れかに記載の焼結人工砂を含有する鋳型。 The casting_mold | template containing the sintered artificial sand in any one of Claims 1-3. Al23とSiO2と夾雑物として含有される低融点組成とを含む原料を焼結させることにより焼結人工砂を製造する方法において、
Al23−SiO2系相平衡状態図において、前記低融点組成の量を制御することで、請求項1〜の何れかに記載の焼結人工砂を得ることを特徴とする焼結人工砂の製造方法。
In a method for producing sintered artificial sand by sintering raw materials containing Al 2 O 3 and SiO 2 and a low melting point composition contained as a contaminant,
In Al 2 O 3 -SiO 2 system phase diagram, the by controlling the amount of low melting point composition, sintering, characterized in that to obtain a sintered artificial sand according to any one of claims 1 to 3 A method for producing artificial sand.
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