JP6552855B2 - Artificial foundry sand and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は鋳造に使用される鋳型用の鋳物砂組成物及びこれにより製造される鋳型に関するものである。 The present invention relates to a casting sand composition for a mold used for casting and a mold produced thereby.
鋳造欠陥の中の焼付き欠陥は、物理的焼付き欠陥と化学的焼付き欠陥に大別される。物理的焼付き欠陥とは、鋳型の砂粒間隙に溶湯が差し込む現象であり、砂粒の粒子サイズを小さくすることや鋳型からの背圧を上げることなどで解決することができる。
化学的焼付き欠陥は、式１〜式３の各式の如く、酸化した溶湯と鋳型中の溶融したＳｉＯ2との反応によるものである。高温で溶解した溶湯は鋳型と接する面で酸化物（表１参照）を生成し易い。
The seizure defect in the casting defect is roughly classified into a physical seizure defect and a chemical seizure defect. The physical seizure defect is a phenomenon in which the molten metal is inserted into the gap between the sand grains of the mold, and can be solved by reducing the particle size of the sand grains or increasing the back pressure from the mold.
Chemical seizing defects are due to the reaction of oxidized molten metal and molten SiO 2 in a mold, as in the equations 1 to 3. The molten metal melted at a high temperature tends to generate an oxide (see Table 1) on the surface in contact with the mold.
２ＦｅＯ（溶湯中酸化物）＋ＳｉＯ2（鋳型中溶融物）→２ＦｅＯ・ＳｉＯ2（焼付き物）・・・（式１）
２ＭｎＯ（溶湯中酸化物）＋ＳｉＯ2（鋳型中溶融物）→２ＭｎＯ・ＳｉＯ2（焼付き物）・・・（式２）
２ＭｇＯ（溶湯中酸化物）＋ＳｉＯ2（鋳型中溶融物）→２ＭｇＯ・ＳｉＯ2（焼付き物）・・・（式３）
2FeO (oxide in molten metal) + SiO 2 (melt in mold) → 2FeO · SiO 2 (baked material) ... (equation 1)
2 MnO (oxide in molten metal) + SiO 2 (melt in mold) → 2 MnO · SiO 2 (baked material) ··· (formula 2)
2 MgO (oxide in molten metal) + SiO 2 (melt in mold) → 2 MgO · SiO 2 (baked material) ... (Equation 3)
鋳型中溶融物であるＳｉＯ2は、一般には鋳物砂として使用される硅砂（新砂）中の石英のＳｉＯ2と思われているが、表２に示すように石英は融点が１７７０℃であることから溶融することはあまり無い。溶融するのは、夾雑物として硅砂中に含まれる長石や雲母、あるいは生型の場合はその粘結剤中のベントナイトであり、これらは耐火度や融点が低く、これらが溶けて融体のＳｉＯ2となる。一般に高純度石英が鋳物砂に使用されることはないので、溶湯中酸化物と鋳型中溶融物が反応して化学的焼付き欠陥が発生する。鋳型中溶融物の生成は鋳込み温度と関係があり、１４００℃前後で鋳込む鋳鉄鋳物では生成しにくく、１５００℃以上で鋳込む鋼鋳物で生成し易い。従って、化学的焼付き欠陥は鋼鋳物で生成し易い。 The melt in the mold, SiO 2 is generally considered to be SiO 2 of quartz in borax (new sand) used as foundry sand, but as shown in Table 2, quartz has a melting point of 1770 ° C. It does not melt very much. What melts is feldspar and mica contained in borax as contaminants, or bentonite in its binder in the case of green type, which have low fire resistance and melting point, and these melt and become SiO of the melt 2 Generally, high purity quartz is not used for foundry sand, so the oxide in the melt and the melt in the mold react with each other to generate a chemical seizure defect. The formation of the melt in the mold is related to the casting temperature, and it is difficult to form in a cast iron casting cast at around 1400 ° C., and is easy to form in a steel casting cast at 1500 ° C. or more. Thus, chemical seizure defects tend to form in steel castings.
従来、上記の鋼鋳物で発生する化学的焼付き欠陥を防止するために、耐火度の高いムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2〜２Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2）やコランダム（Ａｌ2Ｏ3）を主成分とするセラミックサンドが開発されてきた（特許文献１参照）。しかしながら、これらにも夾雑物として低融点のＳｉＯ2などが含まれ、塩基性酸化物である溶湯中酸化物と、酸性酸化物である鋳型中溶融物（ＳｉＯ2）が反応したり、鋼鋳物の如く高温鋳込みの場合は中性酸化物（Ａｌ2Ｏ3）が溶湯中酸化物と反応したりする。 Conventionally, in order to prevent chemical seizure defects generated by the steel casting, high refractoriness mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ~2Al 2 O 3 · SiO 2) and corundum (Al 2 O 3) The ceramic sand which has as a main component has been developed (refer patent document 1). However, these include impurities such as SiO 2 having a low melting point, and the melted oxide in the mold, which is a basic oxide, reacts with the melt in the mold (SiO 2 ), which is an acidic oxide. In the case of high temperature casting like this, the neutral oxide (Al 2 O 3 ) reacts with the oxide in the molten metal.
他方、鋼鋳物には炭素鋼鋳鋼と合金鋼鋳鋼がある。合金鋼鋳鋼で工業的によく使用されるのがステンレス鋼鋳鋼である。ステンレス鋼鋳鋼はＦｅ，Ｃｒ，Ｎｉを主成分とし、５０％以上のＦｅで、１３％Ｃｒ，１８％Ｃｒ，１８％Ｃｒ-８％Ｎｉなどの材質がある。
ステンレス鋼鋳鋼では鋳込み温度が１５００℃〜１６５０℃であることから、鋳物砂にＳｉＯ2を主体とする硅砂を使用すると、溶湯成分である弱塩基性酸化物のＦｅＯ，ＮｉＯと鋳型成分である酸性酸化物の溶融したＳｉＯ2が反応して、化学的焼付き欠陥が発生する。
On the other hand, steel casting includes carbon steel cast steel and alloy steel cast steel. Stainless steel cast steel is often used industrially as a cast alloy steel. The cast stainless steel is mainly composed of Fe, Cr, Ni, and contains 50% or more of Fe, such as 13% Cr, 18% Cr, 18% Cr-8% Ni.
In cast stainless steel, since the casting temperature is 1500 ° C. to 1650 ° C., when borax mainly composed of SiO 2 is used as casting sand, FeO, NiO of a weak basic oxide which is a molten metal component and acid which is a mold component The SiO 2 in which the oxide is melted reacts to generate chemical seizure defects.
これに対して、鋳物砂をＭｇＯ主体とした場合、ＭｇＯは塩基性酸化物であることから、弱塩基性酸化物であるＦｅＯ，ＮｉＯとは反応しないため、化学的焼付き欠陥の発生を抑制することができる。
このＭｇＯを含む塩基性の鋳物砂としては、橄欖石を砕き砂状としたオリビンサンドが既に使用されている（特許文献１及び２）。ところが、本来、オリビンサンドは脆い鉱物であり、繰り返し使用すると微粉化し、繰り返し使用が難しい。これはオリビンサンドが風化（Ｍｇ、Ｆｅの溶出）の影響を受けやすいことに由来する。また化学的にも物理的にも脆い特長がある。またオリビンサンドの耐火度はＳＫ−３２（１７１０℃）からＳＫ−３５（１７７０℃）であり、鋳鋼の溶湯温度１７５０℃前後に対してそれほど高い耐火度ではない。
On the other hand, when casting sand is mainly composed of MgO, MgO is a basic oxide, so it does not react with FeO and NiO, which are weakly basic oxides. can do.
As this basic foundry sand containing MgO, olivine sand, which is made of crushed sandstone, has already been used (Patent Documents 1 and 2). However, olivine sand is inherently a brittle mineral, and when used repeatedly, it is pulverized and difficult to use repeatedly. This is because the olivine sand is susceptible to weathering (elution of Mg and Fe). It is also chemically and physically fragile. The fire resistance of the olivine sand is SK-32 (1710 ° C.) to SK-35 (1770 ° C.), which is not so high with respect to the molten steel temperature of about 1750 ° C.
ＭｇＯを含む他の鋳物砂として、フェロニッケルやフェロクロム系スラグサンドが知られているが、スラグサンドは耐火度が低いために鋳鋼の溶湯と接する１３００℃では溶融する。
さらに、特許文献２や３に示されるクロマイトサンドは、その成分にＭｇＯを含有しているものがあるが、Ｃｒ2Ｏ3が主成分であるために、鋳物砂として使用後に廃棄する際に、六価クロムの溶出問題が発生する。
Ferronickel and ferrochrome-based slag sands are known as other casting sands containing MgO, but slag sands melt at 1300 ° C. in contact with the molten steel of cast steel because of its low fire resistance.
Furthermore, some chromite sands shown in Patent Documents 2 and 3 contain MgO as the component, but since Cr 2 O 3 is a main component, when discarding after use as foundry sand, Elution problems of hexavalent chromium occur.
鋳鋼溶湯に対して、ＭｇＯを含む塩基性骨材であるオリビンサンドを使用するとモールドリアクションが少なく焼付きの少ない鋳物が生産できることは既に知られている。ところが、オリビンサンドは、（Ｍｇ,Ｆｅ）2ＳｉＯ4があること、耐火度が比較的低い（ＳＫ３２〜３５：１７１０℃〜１７７０℃）こと、さらに一般には夾雑物を含むことから、ＳｉＯ2の溶融物が生成しＭｇＯの効果を打ち消して大物鋳物の場合は焼付きとなることが多々ある。 It is already known that using olivine sand, which is a basic aggregate containing MgO, for molten cast steel, it is possible to produce a cast with less mold reaction and less seizure. However, because olivine sand contains (Mg, Fe) 2 SiO 4 , it has a relatively low fire resistance (SK 32-35: 1710 ° C.-1770 ° C.), and generally contains impurities, SiO 2 In many cases, a melt is formed and the effect of MgO is canceled to cause seizure in the case of a large casting.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、化学的焼付き欠陥防止に効果的な人工鋳物砂の提供を図ることを課題とする。
また、本発明は、砂粒の圧縮強度が強い人工鋳物砂の提供を図ることを課題とする。さらにまた、本発明は、溶湯温度の高い鋳鋼品においても耐えうる耐火度など、使用目的に応じた耐火度を有する人工鋳物砂の提供を図ることを課題とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide artificial casting sand effective for preventing chemical seizure defects.
Another object of the present invention is to provide artificial foundry sand having a high compressive strength of sand grains. Furthermore, this invention makes it a subject to aim at provision of the artificial foundry sand which has the refractory degree according to the use object, such as the refractory degree which can be withstanding also in cast steel goods with high molten metal temperature.
本発明に係る人工鋳物砂は、ＭｇＯとＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2との３成分を含有する鋳物砂であって、ＭｇＯは前記鋳物砂の総量の３５質量％以上が含有され、ＳｉＯ2は前記鋳物砂の総量の４５質量％以下が含有され、Ａｌ2Ｏ3は前記鋳物砂の総量の４５質量％以下が含有される。前記３成分の合計は前記鋳物砂の総量の１００質量％以下である。特に、前記３成分の合計は９０質量％を超えることが適当である。また、Ａｌ 2 Ｏ 3 は、前記鋳物砂の総量の１５質量％以上含有されることが適当である。 The artificial casting sand according to the present invention is a casting sand containing three components of MgO, Al 2 O 3 and SiO 2 , wherein MgO contains 35% by mass or more of the total casting sand, and SiO 2 is 45% by mass or less of the total amount of the foundry sand is contained, and 45% by mass or less of the total amount of the foundry sand is contained in Al 2 O 3 . The total of the three components is 100% by mass or less of the total amount of the foundry sand. In particular, the total of the three components is suitably more than 90% by mass. Further, it is appropriate that Al 2 O 3 is contained in an amount of 15% by mass or more of the total amount of the foundry sand.
本発明に係る人工鋳物砂にあっては、前記鋳物砂の総量の３５質量％以上が含有されるＭｇＯが塩基性酸化物であることから、弱塩基性酸化物であるＦｅＯ，ＮｉＯとは反応しない。 In the artificial casting sand according to the present invention, since MgO containing 35% by mass or more of the total casting sand is a basic oxide, it reacts with FeO and NiO, which are weakly basic oxides. do not do.
本発明の鋳物砂はｐＨが８以上（より好ましくはｐＨ９〜１１）の塩基性を示ものであるため、その鋳物砂に低融点の夾雑物が存在し酸性酸化物がわずかに生成した場合においても、鋳型の雰囲気は化学的焼付き欠陥の反応の進行を抑制し得る条件となる。 Since the foundry sand of the present invention exhibits a basicity of pH 8 or more (more preferably, pH 9 to 11), in the case where impurities of low melting point are present in the foundry sand and acid oxide is slightly formed. Also, the atmosphere of the template is a condition that can suppress the progress of the reaction of the chemical sticking defect.
また、炭素鋼鋳鋼は炭素が１％未満でありＦｅＯが主成分である。本発明に係る鋳物砂にあっては、上記のように、ＭｇＯを鋳物砂の総量の３５質量％以上、より好ましくは５０質量％以上配合したものであり、ＭｇＯは塩基性酸化物であることから、弱塩基性酸化物であるＦｅＯとは反応しない。 In addition, carbon steel cast steel contains less than 1% carbon and is mainly composed of FeO. In the foundry sand according to the present invention, as described above, MgO is blended at 35% by mass or more, more preferably 50% by mass or more of the total amount of the foundry sand, and MgO is a basic oxide Therefore, it does not react with FeO which is a weak basic oxide.
このように、本発明にあっては上記の条件を満たすことを条件にＭｇＯとＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2との３成分の含有比率は適宜変更しても、化学的焼付き欠陥の反応の進行抑制に効果があると考えられる。 As described above, in the present invention, even if the content ratio of the three components of MgO, Al 2 O 3 and SiO 2 is appropriately changed on the condition that the above conditions are satisfied, the reaction of the chemical seizure defect is This is thought to be effective in suppressing progress.
本発明に係る人工鋳物砂は、特にその製造方法が限定されるものではないが、上記の含有比率の３成分を含む組成物を溶解して得ることができる。
この製造に際しては、例えば、これらの３成分を含む組成物である成形ブロックを製造し、これを溶解し、溶解状態の上記組成物を風砕して鋳物砂を製造するようにしてもよい。その場合には、アーク熱などでの成形ブロックの溶解性の向上の観点から、ＭｇＯの質量比率は７０％以下が好ましく、６５％以下がより好ましい。
The artificial casting sand according to the present invention is not particularly limited in its production method, but can be obtained by dissolving a composition containing the three components in the above content ratio.
In this production, for example, a molding block which is a composition containing these three components may be produced, and this may be dissolved, and the above-mentioned composition in a dissolved state may be crushed to produce foundry sand. In that case, the mass ratio of MgO is preferably 70% or less, more preferably 65% or less, from the viewpoint of improving the solubility of the molded block by arc heat or the like.
前記鋳物砂は、ＭｇＯの質量比率が前記３成分中で最も多い主成分であることが適当である。結晶構成としては、その少なくとも一種としてペリクレース又はフォルステライト（図１参照）が含まれるものとして実施することができるが、特に耐火度の点からはペリクレースが含まれることが好ましい。
実施に際しては、前記３成分を三元系平衝状態図でペリクレースとなる配合比率で配合している組成物を溶解して得ることができる。この配合比率は、新規に作成された鋳物砂における比率であってもよいが、鋳物砂を複数回繰り返し使用した後の鋳物砂における比率を含むものと理解されるべきである。
It is appropriate that the foundry sand is the main component with the highest mass ratio of MgO among the three components. The crystal structure can be implemented as including at least one type of periclase or forsterite (see FIG. 1), but it is particularly preferable that periclase is included from the viewpoint of fire resistance.
At the time of implementation, it can be obtained by dissolving a composition in which the three components are blended at a compounding ratio to be periclase in a ternary counter phase diagram. This blending ratio may be a ratio in newly created foundry sand, but should be understood to include a ratio in foundry sand after repeated use of the foundry sand multiple times.
また、本発明は、その原料の由来は問わないが、その実施においては、ＳｉＯ2の原料について、砂粒の圧縮強度や鋳型強度を強くするために、天然の硅砂を用いるよりは鋳物砂の再生処理工場から排出される再生砂ダスト廃棄物を用いる方が好ましい。 In the present invention, although the origin of the raw material does not matter, in the practice, with regard to the raw material of SiO 2 , in order to strengthen the compressive strength and the mold strength of sand grains, regeneration of casting sand is more preferable than using natural borax. It is preferable to use reclaimed sand dust waste discharged from the treatment plant.
また、本発明の実施において、Ａｌ2Ｏ3の原料については、砂粒の圧縮強度や鋳型強度を強くするために、天然の礬土頁岩を用いるよりはＺｒＯ2を原料の一部に含むＡｌ2Ｏ3主成分の使用済み耐火材廃棄物を用いる方が好ましい。 In the practice of the present invention, the Al 2 O 3 raw material contains Al 2 containing ZrO 2 as a part of the raw material rather than using natural clay shale in order to increase the compressive strength and mold strength of the sand grains. It is preferable to use the used refractory waste material of the O 3 main component.
鋳鋼、特にステンレス鋳鋼に使用する場合には、鋳鋼の溶湯温度１７５０℃に耐えうるＳＫ−３７（１８２５℃）以上の耐火度を有する鋳物砂であることが好ましい。
鋳物砂の形態は、球状、針状、多面体状、不定形状など、求められる特性に応じて或いは製造方法によって種々変更して種々変更して実施することができるが、ステンレス鋳鋼に使用する場合には、球状鋳物砂であることが好ましい。本発明において、球状鋳物砂とは定方向接線径（Feret経）の最小値を最大値で除したアスペクト比が０．８以上のものを言う。
When used for cast steel, particularly stainless cast steel, cast sand having a fire resistance of SK-37 (1825 ° C.) or higher that can withstand the melt temperature of 1750 ° C. of the cast steel is preferable.
The form of casting sand can be changed by changing it according to the required characteristics, such as spherical, needle-like, polyhedron-like, irregular-shaped, etc. or depending on the manufacturing method. Is preferably spherical casting sand. In the present invention, spherical casting sand means an aspect ratio of 0.8 or more obtained by dividing the minimum value of the tangential tangent diameter (Feret diameter) by the maximum value.
本発明の鋳物砂の製造方法は特に問わないが、ＭｇＯとＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2との３成分を前記配合比率とした組成物を溶解して得ることができる。溶解の方法は、前記成分が溶融する溶解方法であればよく、電気利用のアーク電極方式、燃料利用の火炎式溶融方式、高周波・マイクロ波による誘電加熱方式、レーザー光照射溶解方式、発熱体ヒーターを利用した炉中での溶解方式、固形燃料焼却による溶解方式など、種々の溶解方式を選択して実施することができる。 The method for producing the foundry sand of the present invention is not particularly limited, but it can be obtained by dissolving a composition in which three components of MgO, Al 2 O 3 and SiO 2 are in the above-mentioned blending ratio. The melting method may be any melting method in which the above components are melted, such as arc electrode method using electricity, flame type melting method using fuel, dielectric heating method by high frequency and microwave, laser light irradiation melting method, heating element heater Various melting methods, such as a melting method in a furnace using a gas furnace and a melting method by solid fuel incineration, can be selected and implemented.
本発明は、化学的焼付き欠陥防止に効果的な新たな人工の鋳物砂と、その製造方法を提供することができたものである。 The present invention has been able to provide a new artificial casting sand effective for preventing chemical seizure defects and a method for producing the same.
本発明に係る鋳物砂は、その実施に際して、砂粒の圧縮強度が強く、溶湯温度の高い鋳鋼品においても耐えうる耐火度を有するものとすることもできる。
具体的には、天然のオリビンサンドと同じく化学的焼付き欠陥に効果があり、またオリビンサンドよりも砂粒の圧縮強度が強く、耐火度が高いものをも提供することができる。
The cast sand according to the present invention may have a fire resistance that can withstand even cast steel products with high compressive strength of sand particles and high molten metal temperature when the cast sand is put into practice.
Specifically, like natural olivine sand, it is effective on chemical seizing defects, and it is also possible to provide a sand grain having a higher compressive strength and a higher fire resistance than olivine sand.
その上、有機系熱硬化型のシェルモールド樹脂で作成した鋳型においては、オリビンサンドでは鋳型形成できなかった樹脂量でも鋳型を形成することができるものとして実施することもできる。 Furthermore, in a mold made of an organic thermosetting type shell mold resin, it can also be carried out as a mold that can be formed with an amount of resin that could not be formed by olivine sand.
また、無機系水ガラスで作成した鋳型においては、焼結法で調製された化学的焼付き欠陥が起こりにくい球状人工砂では鋳型形成できなかった水ガラスの量でも鋳型を形成するものとして実施することもできる。 In addition, in the case of a mold made of inorganic water glass, the spherical artificial sand prepared by the sintering method is less likely to cause chemical seizure defects, and the mold can be formed even with the amount of water glass that could not be formed by the mold. You can also.
以下、本発明の人工鋳物砂およびその製造方法の一例を図面を参照して説明する。 Hereinafter, an example of the artificial foundry sand of the present invention and a method for producing the same will be described with reference to the drawings.
本発明の人工鋳物砂は、ＭｇＯとＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2との３成分を含有する鋳物砂であり、ＭｇＯは、前記鋳物砂の総量の３５質量％以上が含有され、ＳｉＯ2は、前記鋳物砂の総量の４５質量％以下が含有され、Ａｌ2Ｏ3は、前記鋳物砂の総量の４５質量％以下が含有されている。前記３成分の合計は、前記鋳物砂の総量の１００質量％以下であり、９０質量％を超えることが好ましい。ＭｇＯは、鋳物砂の総量の３５質量％以上、好ましくは４０質量％以上、より好ましくは５０質量％以上含有することが適当である。Ａｌ2Ｏ3がＳｉＯ2よりも多く含有される場合には、Ａｌ2Ｏ3を５質量％以上含有することが好ましく、より好ましくは９質量％以上含有するものとし、砂粒の圧縮強度の観点からは、１５質量％以上を含有することが適当である。ＳｉＯ2がＡｌ2Ｏ3よりも多く含有される場合には、ＳｉＯ2を５質量％以上含有することが好ましく、より好ましくは９質量％以上含有することが適当である。
また、前記鋳物砂のｐＨについては、８以上（望ましくはｐＨが９〜１２）の塩基性を示すものである。
The artificial casting sand according to the present invention is a casting sand containing three components of MgO, Al 2 O 3 and SiO 2 , wherein MgO contains 35% by mass or more of the total casting sand, and SiO 2 is the 45 wt% of the total amount of molding sand or less are contained, Al 2 O 3 is 45% by weight of the total amount of the molding sand below are contained. The total of the three components is 100% by mass or less of the total amount of the foundry sand, and preferably exceeds 90% by mass. MgO is suitably contained in an amount of 35% by mass or more, preferably 40% by mass or more, more preferably 50% by mass or more of the total amount of foundry sand. When Al 2 O 3 is contained in a larger amount than SiO 2, it is preferable to contain Al 2 O 3 in an amount of 5% by mass or more, more preferably 9% by mass or more. It is suitable to contain 15 mass% or more. When SiO 2 is contained more than Al 2 O 3 , the content of SiO 2 is preferably 5% by mass or more, more preferably 9% by mass or more.
Moreover, about the pH of the said foundry sand, the basicity of 8 or more (desirably pH is 9-12) is shown.
本発明の人工鋳物砂の製造する方法は特に問わないが、これに適する製造方法を説明する。本発明の人工鋳物砂は、ＭｇＯとＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2との３成分を前記配合比率とした組成物を溶解して得ることができる。溶解の方法は、前記成分が溶融する溶解方法であればよく、電気利用のアーク電極方式、燃料利用の火炎式溶融方式、高周波・マイクロ波による誘電加熱方式、レーザー光照射溶解方式、発熱体ヒーターを利用した炉中での溶解方式、固形燃料焼却による溶解方式など、種々の溶解方式を選択して実施することができる。
溶解した組成物は所定の大きさの粒子に細分化されるが、その具体的方法は特に限定されず、ミルなどの機械的な粉砕であってもよく、高圧エアなどによる風砕であってもよい。
Although the method for producing the artificial foundry sand of the present invention is not particularly limited, a production method suitable for this will be described. Artificial foundry sand of the present invention can be obtained by dissolving the composition of the three components of MgO and Al 2 O 3 and SiO 2 was the mixing ratio. The melting method may be any melting method in which the above components are melted, such as arc electrode method using electricity, flame type melting method using fuel, dielectric heating method by high frequency and microwave, laser light irradiation melting method, heating element heater Various melting methods, such as a melting method in a furnace using a gas furnace and a melting method by solid fuel incineration, can be selected and implemented.
The dissolved composition is subdivided into particles of a predetermined size, but the specific method is not particularly limited, and may be mechanical pulverization such as a mill or air crushing using high-pressure air or the like. Also good.
図２は、溶融と風砕による製造方法の一例を示す概念図であり、まず初めに耐火物粉末をＭｇＯ：３５質量％以上（好ましくは７０質量％以下）、ＳｉＯ2：４５質量％以下、Ａｌ2Ｏ3：４５質量％以下になるように成分調整し、原料組成物となる成形ブロック１を成形機を用いて形成する。 FIG. 2 is a conceptual view showing an example of a manufacturing method by melting and air-grinding, first of all, the refractory powder is 35% by mass or more (preferably 70% by mass or less) and 45% by mass or less of SiO 2 . Al 2 O 3 : The components are adjusted so as to be 45% by mass or less, and the molding block 1 serving as the raw material composition is formed using a molding machine.
そして、電極４で発生させたアーク熱５を用いて原料成形ブロック１を加熱することで溶解物２を得て、直ちに高圧エアノズル６から供給される高圧エア７により溶解物２を風砕することで、球状の人工鋳物砂３を得る。 Then, the melt 2 is obtained by heating the raw material forming block 1 using the arc heat 5 generated by the electrode 4, and the melt 2 is immediately crushed by the high pressure air 7 supplied from the high pressure air nozzle 6. Then, spherical artificial casting sand 3 is obtained.
この原料成形ブロック１の原料（ひいては鋳物砂の原料）には、本発明に係るＭｇＯとＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2との３成分の所定の比率を構成し、鋳物砂のｐＨが８以上の塩基性を示ことを条件に、種々の原料を組み合わせて用いることができる。ＭｇＯを得るための原料も特には問わないが、ＭｇＯを含む天然マグネシアを主原料とするものを例示することができる。これに対して、礬土頁岩、温泉津硅砂、ジルコニアを原料の一部に含むアルミナ主成分の使用済み耐火材廃棄物、鋳物工場から排出されるシリカ主成分の再生砂ダスト廃棄物を成分調整して配合し、常法に従い成形機を用いて原料成形ブロック１を得ればよい。 A predetermined ratio of three components of MgO, Al 2 O 3 and SiO 2 according to the present invention is constituted as a raw material of the raw material forming block 1 (and consequently a raw material of casting sand), and the pH of casting sand is 8 or more Various raw materials can be used in combination on condition that basicity is exhibited. Although the raw material for obtaining MgO is not particularly limited, examples thereof include natural magnesia containing MgO as a main raw material. On the other hand, adjust the composition of clay shale, hot spring sand, used refractory waste of alumina main component which contains zirconia as a part of raw material, and reclaimed sand dust of silica main component which is discharged from a foundry. The raw material molding block 1 may be obtained using a molding machine according to a conventional method.
この原料成形ブロック１の原料（ひいては鋳物砂の原料）には、ＣａＯ、Ｋ2Ｏ、Ｐ2Ｏ5、Ｎａ2Ｏ、ＮｉＯ2、ＴｉＯ2、ＦｅＯ3などのＭｇＯとＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2との３組成以外の成分を含んでいても構わないが、耐火度の低下を防止するためには、その合計が１０質量％以下であることが好ましい。 The raw material of the raw material forming block 1 (and consequently the raw material for foundry sand) includes MgO such as CaO, K 2 O, P 2 O 5 , Na 2 O, NiO 2 , TiO 2 , FeO 3 and Al 2 O 3 and SiO. Although components other than the three composition of 2 may be included, in order to prevent a decrease in the degree of fire resistance, the total is preferably 10% by mass or less.
本発明の鋳物砂組成物の粒度は、特に限定はないが、鋳型用として使用されるおよそ２０ｍｅｓｈ（８５０μｍ）以下の粒子サイズから構成されることが望ましい。一般に３５ｍｅｓｈ（４２５μｍ）から５０ｍｅｓｈ（３００μｍ）ピークの鋳物砂、７０ｍｅｓｈ（２１２μｍ）から１００μｍ（１５０μｍ）ピークの鋳物砂が鋳型用として主に使用される。鋳物砂は粒度構成を有するため各種サイズの砂粒から成り立っており、粒度分布を有する。また、精密鋳造用鋳型としてミクロンサイズの砂粒が使用されることもあり、鋳型をバックアップするためにｍｍ単位の砂粒が使用されることがある。本発明はそれら鋳物砂の全てに適用可能である。 Although the particle size of the foundry sand composition of the present invention is not particularly limited, it is desirable that the particle size be about 20 mesh (850 μm) or less used as a mold. Generally, casting sands of 35 mesh (425 μm) to 50 mesh (300 μm) and casting sands of 70 mesh (212 μm) to 100 μm (150 μm) are mainly used as molds. Foundry sand is composed of sand grains of various sizes because it has a grain size configuration, and has a grain size distribution. In addition, micron-sized sand particles may be used as a precision casting mold, and in order to back up the mold, sand particles in units of mm may be used. The present invention is applicable to all of these casting sands.
本発明の鋳物砂組成物が用いられる鋳型としては、特に限定はされないが、フラン鋳型、アルカリフェノール鋳型、コールドボックス鋳型、シェル鋳型、生型、精密鋳造用鋳型、金型、消失模型、Ｖプロセス等の鉄鋳物、アルミ鋳物、銅鋳物等の各種合金の鋳造に用いられる各種鋳型を例示できる。 The casting sand composition of the present invention is not particularly limited as to the mold used, but furan mold, alkali phenol mold, cold box mold, shell mold, green mold, precision casting mold, mold, lost pattern, V process Examples include various molds used for casting various alloys such as iron castings such as aluminum, aluminum castings and copper castings.
次に、本発明の理解を高めるために、本発明の実施例と比較例を示すが、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。
表３−１及び３−２に、主としてＭｇＯとＡｌ2Ｏ3との含有量を変化させた実施例１−１〜実施例１−６と、主としてＭｇＯとＳｉＯ2との含有量を変化させた実施例２−１〜実施例２−５とを示した。表４−１及び表４−２に、実施例３と比較例１〜比較例４を示と共に、対比の意味で実施例１−３と実施例２−３とを再度示した。
Next, in order to enhance the understanding of the present invention, examples of the present invention and comparative examples are shown, but the present invention should not be understood as being limited to these examples.
In Tables 3-1 and 3-2, Examples 1-1 to 1-6, in which the contents of MgO and Al 2 O 3 are mainly changed, and the contents of MgO and SiO 2 are mainly changed. Example 2-1 to Example 2-5 are shown. In Table 4-1 and Table 4-2, Example 3 and Comparative Examples 1 to 4 are shown, and Example 1-3 and Example 2-3 are shown again in the sense of comparison.
表３−１及び表４−１には、鋳物砂の化学成分の測定結果を示した。
表３−２及び表４−２には、各実施例と各比較例における鋳物砂の耐火度測定結果、ｐＨ測定結果、砂粒の圧縮強度測定結果、定方向接線径（Feret経）の最小値を最大値で除したアスペクト比を示した。さらに、表３−２には、Ｘ線回析による鉱物組成を示し、表４−２には鋳型の曲げ強度を示した。
図４に、これらの実施例及び比較例の７０ｍｅｓｈサイズ（２００μｍ前後）の光学顕微鏡写真を示す。
Tables 3-1 and 4-1 show the measurement results of chemical components of foundry sand.
In Table 3-2 and Table 4-2, the minimum value of the fire resistance measurement result, the pH measurement result, the compressive strength measurement result of the sand grains, and the fixed tangential diameter (Feret warp) in each example and each comparative example The aspect ratio which divided by the maximum value was shown. Furthermore, Table 3-2 shows the mineral composition by X-ray diffraction, and Table 4-2 shows the bending strength of the mold.
In FIG. 4, the optical microscope photograph of 70 mesh size (around 200 micrometers) of these Examples and comparative examples is shown.
まず各表における測定と試験の主な方法を説明する。
表３−１及び表４−１の化学成分は、蛍光Ｘ線で測定した定性の結果である。
First, the main methods of measurement and test in each table are explained.
The chemical components in Table 3-1 and Table 4-1 are qualitative results measured with fluorescent X-rays.
表３−２及び表４−２の耐火度はＪＩＳ Ｒ２２０４に準じた耐火度測定機を使用して得られた結果である。
表３−２及び表４−２の砂粒の圧縮強度は、次の方法により測定した。図３に圧縮強度測定の概念図を示す。まず、微小強度試験機で最大破壊荷重を測定した。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。圧縮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。
The fire resistance of Table 3-2 and Table 4-2 is the result obtained using the fire resistance measurement machine according to JISR2204.
The compressive strength of sand grains in Table 3-2 and Table 4-2 was measured by the following method. FIG. 3 shows a conceptual diagram of compressive strength measurement. First, the maximum breaking load was measured with a micro strength tester. The maximum load capacity was 50 N, and a load was applied under the condition of a constant displacement speed of 1 mm / min. The compressive strength was taken with a microscope for each sample to determine the major axis and the minor axis, and then the maximum breaking load was measured using a micro strength tester.
最大破壊荷重から圧縮強度を求めるには試料粒子１０の断面積を知る必要がある。ここで言う断面積とは圧縮試験時の加圧板２０と試料粒子の接触面積である。しかしながら、試料粒子１０は不整形粒子であるためにその接触面積は一定でない。そこで、本明細書では試料粒子１０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２０の位置（２ｃ−２ｄ）は微小強度計の読み値である。
圧縮強度(σK)はσK＝Ｐ/Ｓにより算出した。ここに、σK：圧縮強度，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 compressive strength from the maximum breaking load, it is necessary to know the cross-sectional area of the sample particle 10. The cross-sectional area referred to here is the contact area between the pressure plate 20 and the sample particles during the compression test. However, since the sample particles 10 are irregular particles, the contact area is not constant. Therefore, in this specification, a method is used in which the sample particle 10 is assumed to be an ellipsoid, the cross-sectional area is obtained, and the compressive strength is calculated. The major axis (2a) and minor axis (2b) of the foundry sand particles were measured from a micrograph. The cast sand particle height (2c) and the position (2c-2d) of the pressure plate 20 at the time of breakage are the readings of the microstrength meter.
The compressive strength (σK) was calculated by σK = P / S. Here, σK: compressive strength, P: breaking load, S: ellipsoidal cross-sectional area at displacement d (estimated contact area of pressure plate and particle).
表４−２の曲げ強度の有機熱硬化型の鋳型は、フェノール樹脂１．５％、ヘキサメチレンテトラミンをフェノール樹脂に対して１５％、ステアリン酸カルシウムを０．１％して混練し、２８０℃で１分間硬化させて鋳型を作製した。 The organic thermosetting mold of bending strength shown in Table 4-2 is prepared by kneading 1.5% of phenol resin, 15% of hexamethylenetetramine with respect to phenol resin, and 0.1% of calcium stearate, at 280 ° C. The mold was made to cure for 1 minute.
表４−２の曲げ強度の有機自硬化型の鋳型は、アルカリフェノール樹脂１．５％、硬化剤をアルカリフェノール樹脂に対して２０％添加し、室温で１時間、３時間、２４時間保管した。 The organic self-curing mold of bending strength shown in Table 4-2 was added with 1.5% alkali phenol resin and 20% curing agent with respect to the alkali phenol resin, and stored at room temperature for 1 hour, 3 hours, and 24 hours. .
表４−２の曲げ強度の水ガラス型の鋳型は、水ガラス１．５％を添加して混練し、１３０℃で空気を通気させながら３０秒間硬化させ、温度２０℃湿度４０％で１時間と２４時間保管した。 Bending strength water glass molds in Table 4-2 were kneaded with 1.5% water glass, cured for 30 seconds while aerated air at 130 ° C, and 1 hour at 20 ° C and 40% humidity. And stored for 24 hours.
（実施例１−１〜実施例１−６）
原料に天然マグネシアと礬土頁岩を用い、それぞれ２００ｍｅｓｈサイズに粉砕したものを使用し、前記原料をＭｇＯの重量比率が約４０〜９０質量％になるように成分調整した成形ブロックを調製した。
実施例１−１〜実施例１−４については、前記成形ブロックをアーク熱で溶解した後に一般に鋳造で使われる１００〜６００μｍ程度の粒径となるように風砕して、ＭｇＯを主成分とした球状の鋳物砂を得た。
実施例１−５及び実施例１−６については、前記成形ブロックをアーク熱で溶解した後に冷却したものをミルにて１００〜６００μｍ程度の粒径となるように機械的に粉砕して鋳物砂を得た。
(Example 1-1 to Example 1-6)
Using natural magnesia and clay shale as raw materials, those crushed to 200 mesh size respectively were used to prepare a shaped block in which the raw materials were adjusted so that the weight ratio of MgO was about 40 to 90% by mass.
In Example 1-1 to Example 1-4, the molding block was melted by arc heat and then crushed to a particle size of about 100 to 600 μm, which is generally used in casting. Spherical casting sand was obtained.
For Example 1-5 and Example 1-6, the molding block was melted by arc heat and then cooled and mechanically pulverized to a particle size of about 100 to 600 μm by a mill. Got.
（実施例２−１〜実施例２−５）
原料に天然マグネシアと温泉津硅砂を用い、それぞれ２００ｍｅｓｈサイズに粉砕したものを使用し、前記原料をＭｇＯの重量比率が約４０〜９０質量％になるように成分調整した成形ブロックを調製した。
実施例２−１〜実施例２−４については、実施例１−１〜実施例１−４と同じ方法で溶解及び風砕して、ＭｇＯを主成分とした球状の鋳物砂を得た。
実施例２−５については、前記成形ブロックを実施例１−５及び実施例１−６と同じ方法で溶解及び風砕して、ＭｇＯを主成分とした鋳物砂を得た。
(Example 2-1 to Example 2-5)
Natural magnesia and hot spring Tsukushi sand were used as the raw materials, and those crushed to 200 mesh size were used, respectively, to prepare a molded block in which the raw materials were adjusted so that the weight ratio of MgO was about 40 to 90 mass%.
About Example 2-1 to Example 2-4, it melt | dissolved and air-crushed by the same method as Example 1-1 to Example 1-4, and obtained spherical cast sand which made MgO the main ingredients.
About Example 2-5, the said formation block was melt | dissolved and air-cracked by the same method as Example 1-5 and Example 1-6, and the foundry sand which made MgO the main component was obtained.
（実施例３）
実施例３については、原料に天然マグネシアとジルコニアを原料の一部に含むアルミナ主成分の使用済み耐火材廃棄物を用い、前記原料をＭｇＯの重量比率が約６０質量％になるように成分調整した成形ブロックを調製し、実施例１−１〜実施例１−４と同じ方法で溶解及び風砕して、ＭｇＯを主成分とした球状の鋳物砂を得た。
(Example 3)
For Example 3, a used refractory material waste composed mainly of alumina containing natural magnesia and zirconia as raw materials is used as a raw material, and the ingredients are adjusted so that the weight ratio of MgO is about 60% by mass. The molded blocks thus obtained were prepared, and melted and blasted in the same manner as in Examples 1-1 to 1-4 to obtain spherical foundry sand containing MgO as a main component.
（比較例１）
比較例１は、天然の橄欖石を粉砕したオリビンサンドである。
（比較例２）
比較例２は、Ａｌ2Ｏ3を主成分とする原料を造粒して焼結法を用いて調製された球状鋳物砂である。
（比較例３）
比較例３は、Ａｌ2Ｏ3を主成分とする原料を溶融法を用いて調製された球状鋳物砂である。
（比較例４）
比較例４は、Ａｌ2Ｏ3を主成分としＺｒＯ2を添加して溶融法を用いて調製された球状鋳物砂である。
(Comparative example 1)
Comparative Example 1 is an olivine sand obtained by pulverizing natural meteorite.
(Comparative example 2)
Comparative Example 2, by granulating the raw material mainly composed of Al 2 O 3 is a spherical molding sand that is prepared using sintering method.
(Comparative example 3)
Comparative Example 3 is a spherical casting sand prepared by melting a raw material mainly composed of Al 2 O 3 .
(Comparative example 4)
Comparative Example 4 is a spherical casting sand prepared using Al 2 O 3 as a main component and ZrO 2 added and using a melting method.
図５は、実施例１−３、実施例２−４、実施例３及び比較例１〜４の鋳物砂の上に、溶解したステンレスを落とし、それを樹脂で固めて断面研磨を行い、SEM-EDSの電子顕微鏡像である。像では原子番号により色調が変化し、軽元素では黒色で原子番号が大きくなると白色となる。
図中、黒色は樹脂、白はステンレス、濃い灰色が鋳物砂、薄い灰色は化学的焼付き物である。各比較例にあっては鋳物砂の外周がステンレスと反応して薄い灰色に変化していることが観察されるのに対して、前記の３つの実施例では、色の変化が見られなかった。これにより、実施例は、比較例に比して、化学的焼付き欠陥防止に効果的な新たな人工の鋳物砂であることが確認された。
FIG. 5 shows a cross-sectional polishing by dropping molten stainless steel onto the foundry sand of Examples 1-3, 2-4, 3 and Comparative Examples 1 to 4, solidifying it with a resin, and performing cross-sectional polishing. -It is an electron microscope image of EDS. In the image, the color tone changes depending on the atomic number, and the light element is black and becomes white when the atomic number increases.
In the figure, black is resin, white is stainless steel, dark gray is casting sand, and light gray is chemical sticking. In each of the comparative examples, it was observed that the outer periphery of the foundry sand changed to light gray by reacting with stainless steel, whereas in the three examples, no color change was observed. . Thus, it was confirmed that the example was a new artificial foundry sand effective for preventing the chemical sticking defect as compared with the comparative example.
また、ペリクレースを含む実施例にあっては、いずれもＳＫ−３７以上の高い耐火度を示し、Ａｌ2Ｏ3がＳｉＯ2よりも多く含まれる実施例１−１〜実施例１−６及び実施例３にあっては、測定限界であるＳＫ−４２の極めて高い耐火度を示した。実施例１−３、実施例２−４及び実施例３については、鋳型曲げ強度がオリビンサンド（比較例１）よりも高いことが確認された。 In the examples including periclase, all show high fire resistance of SK-37 or more, and Examples 1-1 to 1-6 and practice in which Al 2 O 3 is contained more than SiO 2 In Example 3, the extremely high fire resistance of SK-42 which is a measurement limit was shown. About Example 1-3, Example 2-4, and Example 3, it was confirmed that a mold bending strength is higher than olivine sand (comparative example 1).
１ 成形ブロック
２ 溶解物
３ 鋳物砂
４ アーク電極
５ アーク熱
６ 高圧エアノズル
７ 高圧エア
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Molding block 2 Molten material 3 Foundry sand 4 Arc electrode 5 Arc heat 6 High pressure air nozzle 7 High pressure air
Claims (5)
ＭｇＯは、前記鋳物砂の総量の３５質量％以上が含有され、
ＳｉＯ2は、前記鋳物砂の総量の４５質量％以下が含有され、
Ａｌ2Ｏ3は、ＳｉＯ 2 よりも多く含有され、且つ、前記鋳物砂の総量の１５質量％以上４５質量％以下が含有され、
前記３成分の合計が、前記鋳物砂の総量の９０質量％を超えるものであり、
前記鋳物砂のｐＨが８以上の塩基性を示すことを特徴とする人工鋳物砂。 In foundry sand containing three components of MgO, Al 2 O 3 and SiO 2 ,
MgO contains 35% by mass or more of the total amount of the foundry sand,
SiO 2 contains 45% by mass or less of the total amount of the foundry sand,
Al 2 O 3 is contained in a larger amount than SiO 2 , and contains 15% by mass to 45% by mass of the total amount of the foundry sand,
The total of the three components exceeds 90% by mass of the total amount of the foundry sand;
Artificial foundry sand characterized in that the foundry sand has a basic pH of 8 or more.
前記ＭｇＯは、前記鋳物砂の総量の７０質量％以下が含有された球状の鋳物砂であることを特徴とする請求項１又は２記載の人工鋳物砂。 PH of the said molding sand is 9-12,
The artificial foundry sand according to claim 1 or 2, wherein the MgO is a spherical foundry sand containing 70% by mass or less of the total amount of the foundry sand.
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