JP6564837B2 - Binder-containing sand for mold, raw material sand for its production, mold and method for producing raw material sand - Google Patents
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Description
本発明は、鋳型用粘結剤含有砂、その製造用の原料砂、鋳型及び原料砂の製造方法に関する。更に詳しくは、本発明は、鋳型強度の低減が抑制された鋳型用粘結剤含有砂、その製造用の原料砂、鋳型及び原料砂の製造方法に関する。 The present invention relates to a binder-containing sand for a mold, a raw material sand for the production thereof, a mold and a method for producing the raw material sand. More specifically, the present invention relates to a binder-containing sand for a mold in which a reduction in mold strength is suppressed, a raw material sand for the production thereof, a mold and a method for producing the raw material sand.
鋳物工業において鋳型を作る造型法の一つとして、例えばシェルモールド法のような有機系造型法がある。この方法は、樹脂を被覆した砂（レジンコーテッドサンド：ＲＣＳ、鋳型用粘結剤含有砂）を予熱した金型に充填し、焼成して鋳型を作る方法である。
鋳型用粘結剤含有砂は、骨材（砂）と、粘結剤と、滑剤とを含んでいる。ここで、粘結剤には、例えば、熱硬化性樹脂（例えば、フェノール樹脂）を硬化剤（例えば、ヘキサメチレンテトラミン）で硬化させた樹脂が使用されている。また、滑剤には、ステアリン酸カルシウムが一般的に使用されている。
シェルモールド法では、粘結剤と硬化剤とに臭気の強い有機物が使用される。この臭気は、作業環境及び工場周辺の環境に好ましくない影響を与えることがあった。
As one of molding methods for producing a mold in the casting industry, there is an organic molding method such as a shell mold method. In this method, resin-coated sand (resin coated sand: RCS, mold binder-containing sand) is filled in a preheated mold and fired to make a mold.
The binder-containing sand for casting contains an aggregate (sand), a binder, and a lubricant. Here, for example, a resin obtained by curing a thermosetting resin (for example, phenol resin) with a curing agent (for example, hexamethylenetetramine) is used as the binder. As the lubricant, calcium stearate is generally used.
In the shell mold method, organic substances having strong odor are used for the binder and the curing agent. This odor may adversely affect the work environment and the environment around the factory.
有機系造型法以外に、粘結剤にケイ酸ソーダ（所謂、水ガラス）を使用する無機系造型法がある。無機系造型法は、臭気の少ない粘結剤を使用するため、作業環境等を良好に保つことが可能である。
ところで、鋳物工業の分野においても、資源枯渇や産廃物規制の問題から、一旦鋳造に使用された鋳型廃砂から原料砂を再生して、再度、鋳造に使用することで、廃棄される鋳型廃砂量を減少させることが検討されている。
無機系造型法に使用された鋳型廃砂は、再生することが困難であるとされていた。しかし、鋳型用粘結剤含有砂の製造時及び造型時の臭気を低減することが近年強く求められるようになり、再生技術の提案がなされるようになってきている（例えば、特表２０１０−５１９０４２号公報：特許文献１、特開２０１５−５１４４６号公報：特許文献２）。
特許文献１の実施例では、粉砕と熱処理により、特許文献２の実施例では、水中での攪拌により、鋳型廃砂から原料砂への再生が行われている。
In addition to the organic molding method, there is an inorganic molding method using sodium silicate (so-called water glass) as a binder. Since the inorganic molding method uses a binder with less odor, the working environment and the like can be kept good.
By the way, also in the field of casting industry, due to the problem of resource depletion and industrial waste regulation, mold waste that is discarded by recycling raw material sand from mold waste sand once used for casting and then using it again for casting. It is being considered to reduce the amount of sand.
It has been said that it is difficult to recycle the mold waste sand used in the inorganic molding method. However, in recent years, there has been a strong demand for reducing the odor during the production and molding of the binder-containing sand for casting molds, and a proposal for a regeneration technique has been made (for example, Special Table 2010-). No. 519042:
In the example of
本発明の発明者等は、特許文献１及び２の技術を想定した実験を行ってみた。しかし、その想定実験により再生された原料砂から再度鋳型を製造しても、十分な鋳型強度が得られなかった。そのため、再生しても十分な鋳型強度を示し得る鋳型用粘結剤含有砂を提供することが望まれていた。
The inventors of the present invention performed experiments assuming the techniques of
本発明の発明者等は、再生された原料砂から製造された鋳型用粘結剤含有砂により鋳型強度が低下する原因を検討したところ、原料砂から０．０５Ｍ−ＨＣｌ水溶液へのナトリウムイオン溶出濃度と鋳型強度との間に一定の関係が存在することを見い出した。具体的には、ナトリウムイオン溶出濃度が大きいほど、鋳型強度が低下するとの知見から、ナトリウムイオン溶出濃度が一定値の範囲内の原料砂を鋳型用粘結剤含有砂が含むことで、鋳型強度の低下が抑制可能であることを見い出し、発明者等は本発明に至った。 The inventors of the present invention examined the cause of the decrease in mold strength caused by the binder-containing sand for mold produced from the regenerated raw material sand, and elution of sodium ions from the raw material sand into 0.05M HCl aqueous solution We have found that there is a certain relationship between concentration and mold strength. Specifically, based on the knowledge that the greater the sodium ion elution concentration, the lower the mold strength, the mold strength containing the binder sand containing the raw material sand within the range where the sodium ion elution concentration is within a certain value range. As a result, the inventors have found that it is possible to suppress the decrease in the thickness, and the inventors have arrived at the present invention.
かくして本発明によれば、粘結剤としてケイ酸ソーダを使用する鋳型用粘結剤含有砂の製造用の原料砂であって、
前記原料砂が、１４０ｍｇ／Ｌ以下の０．０５Ｍ−ＨＣｌ水溶液に対するナトリウムイオン溶出濃度を示し、
前記原料砂が、鋳造後に生じる鋳型廃砂に由来する人工砂及び／又は天然砂であり、
前記原料砂が、１．３５以下の粒形係数を有することを特徴とする鋳型用粘結剤含有砂の製造用の原料砂が提供される。
また、本発明によれば、骨材と、粘結剤とを含む鋳型用粘結剤含有砂であって、前記骨材が上記原料砂を含み、前記粘結剤がケイ酸ソーダを含むことを特徴とする鋳型用粘結剤含有砂が提供される。
Thus, according to the present invention, there is a raw material sand for producing a binder-containing sand for a mold using sodium silicate as a binder,
The raw material sand exhibits a sodium ion elution concentration with respect to a 0.05 M HCl aqueous solution of 140 mg / L or less,
The raw sand, Ri artificial sand and / or natural sand der from mold waste sand produced after casting,
The raw sand, raw sand for the production of foundry binder containing sand, wherein Rukoto which have a particle shape coefficient of 1.35 or less is provided.
Further, according to the present invention, it is a binder-containing sand for a mold including an aggregate and a binder, wherein the aggregate includes the raw material sand, and the binder includes sodium silicate. A mold binder-containing sand characterized by the above is provided.
更に、本発明によれば、上記鋳型用粘結剤含有砂に由来し、鋳物の形状に対応する空間を囲う骨材と前記骨材を互いに固着する粘結剤とから構成されることを特徴とする鋳型が提供される。
また、本発明によれば、上記鋳型用粘結剤含有砂の製造用の原料砂の製造方法であって、鋳造後に生じる鋳型廃砂を、乾式磨鉱工程、湿式磨鉱工程及び焙焼工程の順に付すことで原料砂に再生することを特徴とする鋳型用粘結剤含有砂の製造用の原料砂の製造方法が提供される。
Furthermore, according to the present invention, it is derived from the binder-containing sand for molds, and is composed of an aggregate surrounding a space corresponding to the shape of a casting and a binder that fixes the aggregate together. A mold is provided.
Further, according to the present invention, there is provided a method for producing a raw material sand for producing the above-mentioned binder-containing sand for a mold, wherein the mold waste sand generated after casting is subjected to a dry grinding process, a wet grinding process and a roasting process. A method for producing raw material sand for producing binder-containing sand for molds is provided, wherein the raw material sand is regenerated into raw material sand.
本発明によれば、再生しても十分な鋳型強度を示し得る鋳型用粘結剤含有砂及びその製造用の原料砂を提供できる。なお、発明者等は、鋳型工業の分野において、ナトリウムイオンが鋳型強度の低減と関係していることが意外なことであると認識している。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the binder containing sand for casting | molding which can show sufficient casting_mold | template intensity | strength even if it reproduce | regenerates, and the raw material sand for the manufacture can be provided. The inventors have recognized that in the field of the mold industry, it is surprising that sodium ions are associated with a reduction in mold strength.
また、以下のいずれかの場合、再生しても十分な鋳型強度をより示し得る鋳型用粘結剤含有砂の製造用の原料砂を提供できる。
（ａ）鋳型廃砂が、無機酸のナトリウム塩を含む粘結剤を使用した鋳型用粘結剤含有砂に由来する。
（ｂ）粘結剤が、ケイ酸ソーダを含む。
（ｃ）ナトリウムイオン溶出濃度が、５０〜１３０ｍｇ／Ｌである。
（ｄ）原料砂が、１．３５以下の粒形係数を有する
更に、無機酸のナトリウム塩が、ケイ酸ソーダであり、原料砂１００質量部に対して、０．８〜２質量部含まれる場合、再生しても十分な鋳型強度をより示し得る鋳型用粘結剤含有砂を提供できる。
Moreover, in any of the following cases, raw material sand for producing a binder-containing sand for molds that can exhibit sufficient mold strength even after regeneration can be provided.
(A) Mold waste sand is derived from mold binder-containing sand using a binder containing a sodium salt of an inorganic acid.
(B) The binder contains sodium silicate.
(C) The sodium ion elution concentration is 50 to 130 mg / L.
(D) The raw material sand has a particle shape factor of 1.35 or less Further, the sodium salt of the inorganic acid is sodium silicate, and is contained in an amount of 0.8 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the raw material sand. In this case, it is possible to provide a binder-containing sand for a mold that can exhibit sufficient mold strength even when regenerated.
（原料砂）
原料砂は、骨材と、粘結剤とを含む鋳型用粘結剤含有砂の製造用の原料として使用される。加えて、原料砂は、鋳造後に生じる鋳型廃砂に由来する人工砂及び／又は天然砂である。つまり、本明細書での原料砂は、再生砂であるともいえる。
原料砂は、１４０ｍｇ／Ｌ以下の０．０５Ｍ−ＨＣｌ水溶液に対するナトリウムイオン溶出濃度を示す。このナトリウムイオン溶出濃度では、鋳型強度の低下を抑制できる。その理由について、次のように発明者等は推測している。即ち、ナトリウムイオン溶出濃度が１４０ｍｇ／Ｌより多いことは、粘結剤由来成分が再生された原料砂の表面に多く残存していることを意味している。そのため、原料砂の凹凸が粘結剤由来成分により多くかつ大きくなる。この原料砂を用いて鋳型を作製した場合、骨材（原料砂由来）間の粘結剤の膜厚が薄くなる。その結果、鋳型強度が低下することになる。また、原料砂の凹凸が多くかつ大きくなることにより、骨材の充填性も低下することになる。
原料砂のナトリウムイオンは、主として粘結剤（特に、ケイ酸ソーダ）に由来するため、鋳型廃砂から再生により原料砂を得る際の経済的な観点から、その溶出濃度は５０ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましい。５０ｍｇ／Ｌ以上とすることで、過再生による原料砂の割れのような変形に由来する骨材の充填密度の低下及び鋳型強度の低下を抑制できる。
ナトリウムイオン溶出濃度は、５０〜１３０ｍｇ／Ｌであることが好ましく、６０〜１２０ｍｇ／Ｌであることがより好ましく、７０〜１１０ｍｇ／Ｌであることが更に好ましく、８０〜１００ｍｇ／Ｌであることが特に好ましい。
(Raw material sand)
The raw material sand is used as a raw material for producing a binder-containing sand for a mold containing an aggregate and a binder. In addition, the raw material sand is artificial sand and / or natural sand derived from mold waste sand generated after casting. That is, it can be said that the raw material sand in this specification is recycled sand.
Raw material sand shows the sodium ion elution density | concentration with respect to the 0.05M-HCl aqueous solution of 140 mg / L or less. With this sodium ion elution concentration, a decrease in template strength can be suppressed. The inventors infer that reason as follows. That is, when the sodium ion elution concentration is higher than 140 mg / L, it means that a large amount of the binder-derived component remains on the surface of the regenerated raw material sand. Therefore, the unevenness of the raw material sand becomes larger and larger due to the binder-derived component. When a mold is produced using this raw material sand, the thickness of the binder between the aggregates (derived from the raw material sand) becomes thin. As a result, the mold strength is reduced. Moreover, when the unevenness | corrugation of raw material sand increases and becomes large, the filling property of aggregate will also fall.
Since the sodium ions in the raw material sand are mainly derived from the binder (particularly sodium silicate), the elution concentration is 50 mg / L or more from the economical point of view when the raw material sand is regenerated from the waste mold sand. Preferably there is. By setting it as 50 mg / L or more, the fall of the packing density of the aggregate derived from deformation | transformation like the crack of the raw material sand by excessive reproduction | regeneration, and the fall of casting_mold | template intensity | strength can be suppressed.
The sodium ion elution concentration is preferably 50 to 130 mg / L, more preferably 60 to 120 mg / L, still more preferably 70 to 110 mg / L, and more preferably 80 to 100 mg / L. Particularly preferred.
原料砂は、廃棄される鋳型廃砂量を減少させる観点から、通常、鋳造後に生じる鋳型廃砂に由来する砂である。
原料砂は、人工砂及び／又は天然砂である。人工砂及び天然砂は、特に限定されず、アルミナ砂、ケイ砂、ジルコン砂、クロマイト砂、ＭｇＯ・ＳｉＯ２系砂及びこれら砂の混合砂等が挙げられる。アルミナ砂には、Ａｌ２Ｏ３以外にＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｒＯ２、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｋ２Ｏ、ＴｉＯ２等の他の成分が含まれていてもよい。
特に、人工砂は、天然砂より価格が高く、より再生が望まれているため、原料砂は鋳型廃砂に由来する人工砂であることが望まれる。人工砂の中でも、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２とを含む合成ムライト及び／又は合成コランダムを含むアルミナ砂としての人工砂であってもよい。合成ムライト及び合成コランダムは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）４０〜９０質量％、シリカ（ＳｉＯ２）６０〜１０質量％から構成されていてもよい。またアルミナとシリカの割合は、それぞれ４０〜９０質量％と６０〜１０質量％であってもよい。合成ムライト及び合成コランダムには、アルミナ及びシリカ以外に、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｒＯ２、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｋ２Ｏ、ＴｉＯ２等の他の成分が含まれていてもよい。人工砂に占める合成ムライト及び／又は合成コランダムの割合は、５０質量％以上とすることができる。
From the viewpoint of reducing the amount of mold waste sand to be discarded, the raw material sand is usually sand derived from mold waste sand generated after casting.
The raw material sand is artificial sand and / or natural sand. Artificial sand and natural sand are not particularly limited, and examples thereof include alumina sand, silica sand, zircon sand, chromite sand, MgO · SiO 2 sand, and mixed sand of these sands. In addition to Al 2 O 3 , the alumina sand may contain other components such as SiO 2 , Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 , CrO 2 , MgO, CaO, K 2 O, and TiO 2 .
In particular, since artificial sand is more expensive than natural sand and more regenerated, it is desired that the raw sand is artificial sand derived from waste mold sand. Among the artificial sand, artificial sand as alumina sand containing synthetic mullite and / or synthetic corundum containing Al 2 O 3 and SiO 2 may be used. The synthetic mullite and the synthetic corundum may be composed of 40 to 90% by mass of alumina (Al 2 O 3 ) and 60 to 10% by mass of silica (SiO 2 ). Moreover, 40 to 90 mass% and 60 to 10 mass% may be sufficient as the ratio of an alumina and a silica, respectively. The synthetic mullite and the synthetic corundum may contain other components such as Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 , CrO 2 , MgO, CaO, K 2 O, and TiO 2 in addition to alumina and silica. The proportion of synthetic mullite and / or synthetic corundum in the artificial sand can be 50% by mass or more.
原料砂は、３０〜１１８０μｍの粒度分布を有することが好ましい。３０μｍより小さい場合、鋳型の通気性が低下することがある。１１８０μｍより大きい場合、鋳物の表面が荒れることがある。より好ましい粒度分布は、２１２〜１１８０μｍ、１５０〜８２０μｍ、１０６〜６００μｍ、７５〜４２５μｍ、５３〜３００μｍが挙げられる。これら粒度分布は、例えば鋳鉄又は鋳鋼品の種類（鋳鉄品、普通鋳鋼品、ステンレス鋳鋼品、高Ｍｎ鋼品、アルミ合金品、銅合金品等）、鋳物の大きさ、鋳物の肉厚等の鋳造条件に応じて適宜選択できる。人工砂は、３０μｍ未満の砂を発明の効果が阻害されない範囲（例えば、２５質量％以下）で含んでいてもよい。
粒度分布は、ＪＩＳの鋳物砂の粒度試験方法（Ｚ２６０１）に準じて測定した値をいう。この方法を概略説明すると、例えば、ふるいの呼び寸法が３０μｍのふるいの上に１１８０μｍのふるいを重ね、１１８０μｍのふるいの上に原料を載せ、ロータップ型ふるい機のようなふるい分け機械を使用し、２つのふるい間に残ったものを、粒度分布３０〜１１８０μｍの砂と称する。
The raw material sand preferably has a particle size distribution of 30 to 1180 μm. If it is smaller than 30 μm, the air permeability of the mold may be lowered. When it is larger than 1180 μm, the surface of the casting may be roughened. More preferable particle size distributions include 212 to 1180 μm, 150 to 820 μm, 106 to 600 μm, 75 to 425 μm, and 53 to 300 μm. These particle size distributions include, for example, the types of cast iron or cast steel products (cast iron products, ordinary cast steel products, stainless cast steel products, high Mn steel products, aluminum alloy products, copper alloy products, etc.), cast size, cast wall thickness, etc. It can select suitably according to casting conditions. The artificial sand may contain sand having a size of less than 30 μm within a range where the effects of the invention are not inhibited (for example, 25% by mass or less).
The particle size distribution is a value measured according to the JIS casting sand particle size test method (Z2601). The outline of this method is as follows. For example, a sieve having a nominal size of 30 μm is overlaid with a 1180 μm sieve, a raw material is placed on the 1180 μm sieve, and a screening machine such as a low-tap type sieve is used. What remains between the two sieves is referred to as sand having a particle size distribution of 30-1180 μm.
また、原料砂は、丸い粒形を有することが好ましい。具体的には、丸さの指標である粒形係数が１．３５以下であることが好ましく、１．２以下であることがより好ましく、１．１以下であることが更に好ましい。１．３５以下の場合、鋳型用粘結剤含有砂の鋳型への充填率が向上し、かつ鋳型の通気性が向上する。更に、球に近い形状のため、原料砂相互の接触により生じる廃棄物の発生量を減らすことができる。
なお、上記粒形係数は、砂表面積測定器（ジョージ・フィッシャー社製）を用いて算出した値を意味する。すなわち、粒形係数とは１ｇ当たりの実際の砂粒の表面積を理論表面積で割った値を意味する。理論表面積とは、砂がすべて球であると仮定した場合の表面積をいう。従って、粒形係数が１に近いほど球に近い形状であることを表している。
なお、原料砂と鋳型用粘結剤含有砂の単位体積あたりの表面積、粒形係数及び粒度分布は、ほぼ同じである。
Moreover, it is preferable that raw material sand has a round particle shape. Specifically, the particle shape factor, which is an index of roundness, is preferably 1.35 or less, more preferably 1.2 or less, and even more preferably 1.1 or less. In the case of 1.35 or less, the filling rate of the mold binder-containing sand into the mold is improved, and the air permeability of the mold is improved. Furthermore, since the shape is close to a sphere, the amount of waste generated due to contact between the raw material sands can be reduced.
The grain shape factor means a value calculated using a sand surface area measuring device (manufactured by George Fisher). That is, the grain shape factor means a value obtained by dividing the surface area of actual sand grains per gram by the theoretical surface area. The theoretical surface area refers to the surface area when it is assumed that the sand is all spheres. Therefore, the closer the particle shape factor is to 1, the closer to a sphere.
In addition, the surface area per unit volume, the particle shape coefficient, and the particle size distribution of the raw material sand and the binder-containing sand for casting mold are almost the same.
更に、原料砂は、６万／ｄ〜１８０万／ｄ（ｄは球状物の平均粒子径（μｍ））の範囲の単位体積あたりの表面積（ｃｍ２／ｃｍ３）を有することが好ましい。例えば、３００〜４２５μｍの範囲の原料砂を例として説明する。この原料砂の平均粒子径は３００μｍと４２５μｍの中間の３６２．５μｍであると仮定すると、表面積は１６５．５〜４９６５．５ｃｍ２／ｃｍ３の範囲となる。ここで、表面積が１８０万／ｄ（ｃｍ２／ｃｍ３）以上の場合、原料砂表面の凹凸が大きくなり、原料砂相互の接触により原料砂が破砕することによる廃棄物の発生量が増えることがある。この表面積は、比表面積測定器（ＢＥＬＳＯＲＰ ２８ＳＡ ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ ＧＡＳ ＡＤＳＯＲＰＴＩＯＮ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ：日本ベル社製）を用いて単位ｇあたりの比表面積を測定し、その比表面積に真密度を積算することで得られた値である。単位体積あたりの表面積は、１６０万／ｄ以下がより好ましく、１４５万／ｄ以下が更に好ましく、１３０万／ｄ以下が特に好ましく、１１０万／ｄ以下が格別好ましい。 Furthermore, the raw material sand preferably has a surface area (cm 2 / cm 3 ) per unit volume in the range of 60,000 / d to 1,800,000 / d (d is the average particle diameter (μm) of the spheres). For example, raw material sand in the range of 300 to 425 μm will be described as an example. Assuming that the average particle diameter of the raw material sand is 362.5 μm, which is between 300 μm and 425 μm, the surface area is in the range of 165.5 to 4955.5 cm 2 / cm 3 . Here, when the surface area is 1.8 million / d (cm 2 / cm 3 ) or more, the unevenness of the surface of the raw material sand becomes larger, and the amount of waste generated by the raw material sand being crushed by the contact between the raw material sands increases. There is. This surface area is a value obtained by measuring the specific surface area per unit g using a specific surface area measuring instrument (BELSORP 28SA AUTOMATIC GAS ADSORPTION APPARATUS: manufactured by Bell Japan Co., Ltd.), and adding the true density to the specific surface area. is there. The surface area per unit volume is more preferably 1.6 million / d or less, still more preferably 14.45 million / d or less, particularly preferably 1.3 million / d or less, and particularly preferably 1.1 million / d or less.
人工砂は、種々の方法で製造できる。例えば、アルミナ砂の場合、アルミナとシリカを含む合成ムライト及び／又は合成コランダムの原料を溶融させ、溶融物にエアーを吹き付けることで得ることができる。つまり、溶融物はエアーを吹き付けられることで所定の粒度分布の粒子に溶融状態で風砕され、風砕後、溶融粒子自体の表面張力によって、所定の組成、構成及び物性を有する人工砂となる。溶融方法は特に限定されず、アーク炉、るつぼ炉、誘導電気炉（高周波炉、低周波炉等）、抵抗式電気炉、反射炉、回転炉、真空溶解炉、キュポラ炉等が挙げられる。この内、操作が比較的簡便なアーク炉が好ましい。所定の組成、構成及び物性の調整は、合成ムライトの原料の組成、溶融温度、エアー吹き付け時のエアー速度、溶融物とエアーとの接触角度で調整できる。ここで、溶融温度は、１６００〜２２００℃の範囲であることが好ましく、エアー速度は、８０〜１２０ｍ／ｓｅｃであることが好ましく、接触角度は、６０〜９０°であることが好ましい。なお、エアー吹き付け後、水冷することが好ましい。 Artificial sand can be produced by various methods. For example, in the case of alumina sand, it can be obtained by melting a raw material of synthetic mullite and / or synthetic corundum containing alumina and silica and blowing air to the melt. In other words, the melt is blown into a particle having a predetermined particle size distribution in a molten state by being blown with air, and after air crushing, it becomes artificial sand having a predetermined composition, configuration and physical properties by the surface tension of the molten particle itself. . The melting method is not particularly limited, and examples include an arc furnace, a crucible furnace, an induction electric furnace (a high frequency furnace, a low frequency furnace, etc.), a resistance electric furnace, a reflection furnace, a rotary furnace, a vacuum melting furnace, a cupola furnace, and the like. Of these, an arc furnace that is relatively easy to operate is preferred. The predetermined composition, composition and physical properties can be adjusted by adjusting the composition of the raw material of synthetic mullite, the melting temperature, the air speed at the time of air blowing, and the contact angle between the melt and air. Here, the melting temperature is preferably in the range of 1600 to 2200 ° C., the air velocity is preferably 80 to 120 m / sec, and the contact angle is preferably 60 to 90 °. In addition, it is preferable to water-cool after air blowing.
鋳造後に生じる鋳型廃砂由来の原料砂の製造方法は、所定の範囲のナトリウムイオン溶出濃度の原料砂を得ることができさえすれば特に限定されない。例えば以下の磨鉱工程と焙焼工程を経ることで得ることができる。
（ｉ）磨鉱工程
磨鉱工程により、鋳型廃砂の表面に存在する粘結剤（例えば、水ガラス）由来成分を除去する。
磨鉱は、乾式磨鉱でも、湿式磨鉱でも、両磨鉱を組み合わせてもよい。
乾式法には、砂を高速気流により装置内で上昇させ、衝突板に衝突させることによって、砂粒相互の衝突と摩擦により磨鉱処理するサンドリクレーマー、高速回転するローター上に砂を投入し、その遠心力で生ずる投射砂と落下する投入砂との間で起こる衝突と摩擦によって磨鉱処理する高速回転するロータリーリクレーマー、砂粒同士の摩擦を利用して磨鉱処理するアジテーターミル等を用いた方法が挙げられる。
一方、湿式法には、例えば、羽を回転させたトラフ内の砂粒相互の摩擦によって磨鉱処理するトラフ磨鉱機を用いた方法が挙げられる。
磨鉱は乾式と湿式とをこの順で組み合わせることが好ましい。組み合わせることで、再生された砂からのナトリウムイオン溶出濃度を所定範囲に容易に調整できる。磨鉱時間は、例えば５分〜２時間とし得る。
The method for producing the raw material sand derived from the mold waste sand after the casting is not particularly limited as long as the raw material sand having a sodium ion elution concentration within a predetermined range can be obtained. For example, it can be obtained through the following grinding process and roasting process.
(I) Grinding process By the grinding process, the component derived from the binder (for example, water glass) present on the surface of the mold waste sand is removed.
The grinding ore may be dry grinding, wet grinding or a combination of both grindings.
In the dry method, the sand is lifted in the apparatus by a high-speed air current and collided with the collision plate. A method using a rotary reclaimer that rotates at high speed by grinding and collision by collision and friction between projecting sand generated by centrifugal force and falling sand, an agitator mill that performs grinding using friction between sand grains, etc. Is mentioned.
On the other hand, the wet method includes, for example, a method using a trough grinding machine that performs grinding treatment by friction between sand grains in a trough in which wings are rotated.
It is preferable to combine dry and wet in this order. By combining, the elution concentration of sodium ions from the regenerated sand can be easily adjusted to a predetermined range. The grinding time can be, for example, 5 minutes to 2 hours.
（ｉｉ）焙焼工程
磨鉱工程で得られた磨鉱砂は、焙焼工程に付される。
焙焼工程は、４００〜１０００℃の範囲の温度下で行うことができる。磨鉱砂を焙焼工程に付すことで、磨鉱砂に含まれる粘結剤に由来する成分を硬化できる。硬化させることで、ナトリウムイオンの溶出が抑制された砂を得ることができる。
焙焼工程の温度が４００℃より低い場合、十分に硬化できないことがあり、その結果、再生された鋳型用粘結剤含有砂（再生砂）による鋳型強度が低下することがある。また、１０００℃より高い場合、硬化は十分行えるが、再生砂を構成する無機成分の種類によっては、再生砂の表面が溶融することで砂同士が凝集することがある。より好ましい温度範囲は４００〜８００℃、更に好ましい温度範囲は５００〜８００℃である。
(Ii) Roasting process The grinding sand obtained in the grinding process is subjected to a roasting process.
A roasting process can be performed under the temperature of the range of 400-1000 degreeC. By subjecting the polishing sand to a roasting process, the components derived from the binder contained in the polishing sand can be cured. By hardening, sand in which elution of sodium ions is suppressed can be obtained.
When the temperature of the roasting process is lower than 400 ° C., it may not be sufficiently cured, and as a result, the mold strength due to the regenerated mold binder-containing sand (regenerated sand) may be reduced. Moreover, although it can fully harden | cure when higher than 1000 degreeC, depending on the kind of inorganic component which comprises reclaimed sand, sand may aggregate because the surface of reclaimed sand melts. A more preferable temperature range is 400 to 800 ° C, and a more preferable temperature range is 500 to 800 ° C.
焙焼時間は、例えば、０．５〜２．５時間とすることができる。焙焼時間が、０．５時間未満の場合、十分に硬化できないことがあり、その結果、再生砂による鋳型強度が低下することがある。ここで、焙焼時間の上限を２．５時間とした理由は、それ以上の長時間磨鉱砂を焙焼しても、焙焼による効果の向上を期待できず、燃料の消費により再生コストが掛かることがあるからである。より好ましい焙焼時間は１．５〜２．５時間であり、更に好ましい焙焼時間は１．７５〜２．２５時間である。
焙焼工程の雰囲気は、磨鉱砂に含まれる粘結剤を硬化できさえすれば、特に限定されず、通常、酸素を含有する雰囲気中（例えば、空気中）で行われる。
The roasting time can be 0.5 to 2.5 hours, for example. When the roasting time is less than 0.5 hour, it may not be sufficiently cured, and as a result, the mold strength due to the regenerated sand may be lowered. Here, the reason for setting the upper limit of the roasting time to 2.5 hours is that even if roasted sand for a longer period of time is not roasted, it cannot be expected to improve the effect of roasting. It is because it may take. A more preferable roasting time is 1.5 to 2.5 hours, and a further preferable roasting time is 1.75 to 2.25 hours.
The atmosphere of the roasting step is not particularly limited as long as the binder contained in the polishing sand can be cured, and is usually performed in an atmosphere containing oxygen (for example, in the air).
焙焼装置は、磨鉱砂を焙焼できさえすれば、その構成は特に限定されない。焙焼装置内の磨鉱砂は、流動していてもしていなくてもよいが、均一に焙焼された焙焼砂を得るために、流動していることが好ましい。焙焼装置は、バッチ式でも、連続式でもよい。処理効率を考慮すると、連続式の流動焙焼装置を使用することが好ましい。
連続式の流動焙焼装置には、種々の構成の装置が知られている。例えば、砂が流れる方向と砂を流動させるための空気が流れる方向とが交差する構成の装置、両方向が対向しかつ平行な構成の装置が挙げられる。この内、熱効率を考慮すると後者の装置が好ましい。特に、砂が流れる方向が重力の方向と同じであり、空気が流れる方向が重力の方向と逆方向である構成の装置は、熱効率が高く、焙焼用の燃料を低減できるため好ましい。
The configuration of the roasting device is not particularly limited as long as the polishing sand can be roasted. The polishing sand in the roasting apparatus may or may not be fluidized, but it is preferable that it is fluidized in order to obtain uniformly baked roasted sand. The roasting apparatus may be a batch type or a continuous type. In consideration of the processing efficiency, it is preferable to use a continuous fluid roasting apparatus.
Various types of devices are known as continuous fluid roasting devices. For example, a device having a configuration in which a direction in which sand flows and a direction in which air for flowing sand flows intersects, and a device in which both directions are opposite and parallel to each other can be given. Among these, the latter apparatus is preferable in consideration of thermal efficiency. In particular, an apparatus having a configuration in which the direction in which sand flows is the same as the direction of gravity and the direction in which air flows is opposite to the direction of gravity is preferable because it has high thermal efficiency and can reduce fuel for roasting.
砂が流れる方向が重力の方向と同じである上記の装置では、装置上部から磨鉱砂が投入され、装置内部を落下する。落下した砂は、装置下部から吹き上げる空気により一定位置に流動層として一定時間保持される。一定位置に保持された砂は、バーナーのような加熱手段により一定時間焙焼される。流動層の下部に位置する砂は、流動層の上部に供給される砂により、徐々に位置が下がり、装置底部に焙焼砂として落下することになる。この装置では、流動層内で、既に焙焼された砂の熱を、新たに投入される磨鉱砂の加熱に使用できるので、熱効率が高いという特徴を有する。 In the above apparatus in which the direction of sand flow is the same as the direction of gravity, the polishing sand is introduced from the upper part of the apparatus and falls inside the apparatus. The fallen sand is held as a fluidized bed at a certain position by air blown from the lower part of the apparatus for a certain time. The sand held at a fixed position is roasted for a fixed time by a heating means such as a burner. The sand located in the lower part of the fluidized bed is gradually lowered by the sand supplied to the upper part of the fluidized bed and falls as roasted sand to the bottom of the apparatus. This apparatus has a feature that the heat efficiency is high because the heat of the already roasted sand in the fluidized bed can be used to heat the newly added grinding sand.
（ｉｉｉ）その他
（１）磨鉱工程に付す前に鋳型廃砂を粉砕機にかけてもよい。粉砕機にかけることで、廃砂の凝集体を解砕できるので、鋳型廃砂から再生砂を取り出す収量を増やすことができる。
（２）磨鉱工程に付す前に鋳型廃砂を磁気選別機（マグネットセパレータ）にかけてもよい。磁気選別機にかけることで、廃砂に含まれる鋳造残渣を除去できるので、鋳型廃砂から再生砂を取り出す収量を増やすことができる。
(Iii) Others (1) The mold waste sand may be pulverized before being subjected to the grinding process. By applying the pulverizer, the aggregate of the waste sand can be crushed, so that the yield of taking out the reclaimed sand from the mold waste sand can be increased.
(2) The mold waste sand may be subjected to a magnetic separator (magnet separator) before being subjected to the grinding process. Since the casting residue contained in the waste sand can be removed by applying the magnetic sorter, the yield of taking out the reclaimed sand from the mold waste sand can be increased.
（３）焙焼工程に付された砂（焙焼砂）を、冷却工程に付すことが好ましい。
（４）焙焼工程に付された砂を、分級工程に付すことで、所望の粒度分布の再生砂に分級してもよい。
(3) It is preferable to attach the sand (roasted sand) subjected to the roasting step to the cooling step.
(4) The sand subjected to the roasting step may be classified into regenerated sand having a desired particle size distribution by being subjected to a classification step.
（鋳型用骨材）
鋳型用骨材は、骨材と、粘結剤とを含む。
（１）骨材
骨材は、上記原料砂を主として含む。原料砂の含有割合は、５０質量％以上であることが好ましく、７０質量％以上であることがより好ましく、９０質量％以上であることが更に好ましい。
上記原料砂以外に含みうる砂としては、新砂や、ナトリウムイオン溶出濃度未調整の砂が挙げられる。
(Aggregate for mold)
The mold aggregate includes an aggregate and a binder.
(1) Aggregate Aggregate mainly contains the raw material sand. The content ratio of the raw material sand is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and further preferably 90% by mass or more.
Examples of sand that can be contained in addition to the raw material sand include fresh sand and sand whose sodium ion elution concentration is not adjusted.
（２）粘結剤
粘結剤は、無機酸のナトリウム塩を含むことが好ましい。粘結剤は、無機酸のナトリウム塩以外に、粘土、シリカゾルや、ナトリウム塩以外の硫酸塩、リン酸塩、硝酸塩等を含んでいてもよい。粘着剤は、無機酸のナトリウム塩を５０質量％以上含むことが好ましく、無機酸のナトリウム塩のみからなることがより好ましい。
無機酸のナトリウム塩としては、ケイ酸ソーダ（水ガラス）が好ましい。ケイ酸ソーダは、一般式：Ｎａ2Ｏ・ｎＳｉＯ2（ｎは０．５〜４．０を表す。）で表される。具体的には、ケイ酸ソーダとしては、ナトリウム酸化物と二酸化ケイ素とのモル比（上記一般式におけるｎの値）によって、分類され、オルトケイ酸ソーダ［Ｎａ４ＳｉＯ４（Ｎａ２Ｏ・０．５ＳｉＯ２：ｎ＝０．５）］、メタケイ酸ソーダ［Ｎａ２ＳｉＯ３（Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２：ｎ＝１）］、ケイ酸ソーダ１号［Ｎａ２Ｓｉ２Ｏ５（Ｎａ２Ｏ・２ＳｉＯ２：ｎ＝２）］、ケイ酸ナトリウム２号［Ｎａ４Ｓｉ５Ｏ１２（Ｎａ２Ｏ・２．５ＳｉＯ２：ｎ＝２．５）］、ケイ酸ソーダ３号［Ｎａ２Ｓｉ３Ｏ７（Ｎａ２Ｏ・３ＳｉＯ２：ｎ＝３）］、ケイ酸ソーダ４号［Ｎａ２Ｓｉ４Ｏ９（Ｎａ２Ｏ・４ＳｉＯ２：ｎ＝４）］等が挙げられる。
(2) Binder The binder preferably contains a sodium salt of an inorganic acid. The binder may contain clay, silica sol, sulfate other than sodium salt, phosphate, nitrate, and the like in addition to the sodium salt of inorganic acid. The pressure-sensitive adhesive preferably contains 50% by mass or more of a sodium salt of an inorganic acid, and more preferably comprises only a sodium salt of an inorganic acid.
As the inorganic acid sodium salt, sodium silicate (water glass) is preferable. Sodium silicate is represented by the general formula: Na 2 O.nSiO 2 (n represents 0.5 to 4.0). Specifically, sodium silicate is classified according to a molar ratio of sodium oxide to silicon dioxide (value of n in the above general formula), and sodium orthosilicate [Na 4 SiO 4 (Na 2 O · 0. 5SiO 2 : n = 0.5)], sodium metasilicate [Na 2 SiO 3 (Na 2 O · SiO 2 : n = 1)], sodium silicate No. 1 [Na 2 Si 2 O 5 (Na 2 O · 2SiO 2 : n = 2)], sodium silicate 2 [Na 4 Si 5 O 12 (Na 2 O.2.5SiO 2 : n = 2.5)], sodium silicate 3 [Na 2 Si 3 O 7 (Na 2 O.3SiO 2 : n = 3)], sodium silicate No. 4 [Na 2 Si 4 O 9 (Na 2 O.4SiO 2 : n = 4)] and the like.
粘結剤は、骨材１００質量部あたり、０．５〜７質量部含まれていることが好ましい。含有量が０．５質量部未満の場合、骨材間の結合が十分でないため、鋳型強度が低下することがある。含有量が７質量部より多い場合、鋳物の表面に粘結剤由来成分が付着したり、鋳型廃砂から鋳型用粘結剤含有砂の再生に時間がかかったりすることがある。より好ましい含有量は０．８〜５質量部であり、更に好ましい含有量は０．８〜２．５質量部である。
上記表面積を有する人工砂は、天然砂より粘結剤量を少なくすることができる。そのため、ナトリウムイオン溶出濃度を上記範囲に容易に調整できる。
特に、粘結剤が無機酸のナトリウム塩としてのケイ酸ソーダである場合、粘結剤は、原料砂１００質量部に対して、０．８〜２質量部含まれることが好ましい。含有量は、１〜１．５質量部であることがより好ましく、１．１〜１．４質量部であることが更に好ましい。
The binder is preferably contained in an amount of 0.5 to 7 parts by mass per 100 parts by mass of the aggregate. When the content is less than 0.5 parts by mass, the bonding between the aggregates is not sufficient, and the mold strength may be reduced. When the content is more than 7 parts by mass, a binder-derived component may adhere to the surface of the casting, or it may take a long time to regenerate the binder-containing sand from the mold waste sand. More preferable content is 0.8-5 mass parts, and still more preferable content is 0.8-2.5 mass parts.
Artificial sand having the above surface area can reduce the amount of binder than natural sand. Therefore, the sodium ion elution concentration can be easily adjusted to the above range.
In particular, when the binder is sodium silicate as a sodium salt of an inorganic acid, the binder is preferably included in an amount of 0.8 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the raw material sand. The content is more preferably 1 to 1.5 parts by mass, and still more preferably 1.1 to 1.4 parts by mass.
（３）促進剤
鋳型用粘結剤含有砂は、無機酸のナトリウム塩の硬化を促進させるための促進剤を含んでいてもよい。例えば、ケイ酸ソーダ用の促進剤としては、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛等が挙げられる。これら促進剤は、ケイ酸ソーダを構成するシラノール基と反応することで、ケイ酸ソーダの硬化を促進すると考えられる。
促進剤は、効果促進の効率を高めるために、微粒子状であることが好ましい。その粒径は、例えば、３００μｍ以下としてもよい。
（４）硬化剤
鋳型用粘結剤含有砂は、無機酸のナトリウム塩を硬化させるための硬化剤を含んでいてもよい。例えば、ケイ酸ソーダ用の硬化剤としては、ダイカルシウムシリケート、有機エステル等が挙げられる。
なお、ケイ酸ソーダ用の硬化剤としては、炭酸ガスも使用でき、炭酸ガスを使用する場合は、鋳型用粘結剤含有砂は予め硬化剤を含まなくてもよい。
(3) Accelerator The binder-containing sand for casting mold may contain an accelerator for accelerating the hardening of the sodium salt of inorganic acid. For example, examples of the accelerator for sodium silicate include silicon dioxide, aluminum oxide, titanium oxide, and zinc oxide. These accelerators are considered to promote the curing of sodium silicate by reacting with silanol groups constituting sodium silicate.
The accelerator is preferably in the form of fine particles in order to increase the efficiency of effect promotion. The particle size may be, for example, 300 μm or less.
(4) Curing agent The mold binder-containing sand may contain a curing agent for curing the sodium salt of the inorganic acid. For example, examples of the curing agent for sodium silicate include dicalcium silicate and organic esters.
In addition, as a hardening | curing agent for sodium silicate, a carbon dioxide gas can also be used, and when using a carbon dioxide gas, the binder-containing sand for casting_mold | templates does not need to contain a hardening | curing agent beforehand.
（５）鋳型用粘結剤含有砂の製造方法
鋳型用粘結剤含有砂は、公知の方法で製造できる。例えば、骨材となる人工砂をミキサー中で混合しつつ、ミキサー内に粘結剤を投入することにより、粘結剤と骨材との混合物を得る。ここで、鋳型用粘結剤含有砂が促進剤及び／又は硬化剤を含む場合、最初に促進剤及び／又は硬化剤をミキサー内に投入し、その後、粘結剤を投入することができる。なお、粘結剤は、骨材の全表面又は一部表面を被覆していると考えられる。
粘結剤は、溶液の形態でミキサー中に投入されてもよい。粘結剤が、例えば、ケイ酸ソーダである場合は、水溶液の形態を取り得る。水溶液中には、吸湿剤としてナトリウム含有物が含まれていてもよく、シリコンオイルのような界面活性剤が含まれていてもよい。
(5) Method for Producing Binder-containing Sand for Mold The binder-containing sand for mold can be produced by a known method. For example, a mixture of a binder and an aggregate is obtained by adding a binder to the mixer while mixing artificial sand as an aggregate in the mixer. Here, when the binder-containing sand for casting contains an accelerator and / or a curing agent, the accelerator and / or the curing agent can be first charged into the mixer, and then the binder can be charged. The binder is considered to cover the entire surface or a part of the aggregate.
The binder may be introduced into the mixer in the form of a solution. When the binder is, for example, sodium silicate, it can take the form of an aqueous solution. The aqueous solution may contain a sodium-containing material as a hygroscopic agent, and may contain a surfactant such as silicone oil.
実施例１
（１）鋳型用骨材の製造
骨材となる人工砂として、エスパール＃６０（山川産業社製：単位体積当たりの表面積３３００ｃｍ２／ｃｍ３、粒度分布５３〜６００μｍ、粒形係数１．０３、アルミナとシリカを合計で９４質量％（アルミナ７７質量％及びシリカ２３質量％）含み、合成ムライトを４０質量％、合成コランダムを１０質量％含む）を使用した。この再生に付されていない人工砂を新砂と称する。人工砂をケンウッドミキサーに入れ、人工砂１００質量部に対して０．６５質量部の促進剤（ＡＳＫケミカルズ社製プロモーターＴＣ５０００：粉体）を添加し人工砂を攪拌(ミキサー回転１００ｒｐｍ、攪拌時間４５秒)することで、促進剤と骨材の混合物を得た。次に骨材１００質量部に対して１．２質量部の粘結剤（ＡＳＫケミカルズ社製イノテックＨＣ２０００：液状）を添加し人工砂を攪拌（ミキサー回転１００ｒｐｍ、攪拌時間４５秒）することで促進剤と粘結剤と骨材の混合物（鋳型用粘結剤含有砂）を得た。
得られた鋳型用粘結剤含有砂を用いて、以下の手順で曲げ強度を測定した。曲げ強度は、鋳型強度を示す指標とした。
Example 1
(1) Manufacture of aggregate for mold As artificial sand to be an aggregate, ESPAR # 60 (manufactured by Yamakawa Sangyo Co., Ltd .: surface area per unit volume 3300 cm 2 / cm 3 , particle size distribution 53-600 μm, particle size factor 1.03, A total of 94% by mass of alumina and silica (77% by mass of alumina and 23% by mass of silica, 40% by mass of synthetic mullite and 10% by mass of synthetic corundum) was used. This artificial sand that has not been subjected to regeneration is referred to as new sand. Artificial sand is put into a Kenwood mixer, and 0.65 parts by mass of an accelerator (ASK Chemicals promoter TC5000: powder) is added to 100 parts by mass of artificial sand to stir the artificial sand (mixer rotation 100 rpm, stirring time 45). Seconds) to obtain a mixture of accelerator and aggregate. Next, 1.2 parts by mass of binder (ASK Chemicals Innotech HC2000: liquid) is added to 100 parts by mass of aggregate, and the artificial sand is stirred (mixer rotation is 100 rpm, stirring time is 45 seconds). A mixture of a binder, a binder and an aggregate (sand containing binder for mold) was obtained.
Bending strength was measured by the following procedure using the obtained binder-containing sand for molds. The bending strength was used as an index indicating the mold strength.
（２）曲げ強度の測定
（ａ）測定用テストピース（試験片）の作製
ＪＡＣＴ試験法ＳＭ−１曲げ強さ試験法（ＪＩＳ Ｋ ６９１０対応）に準じて、テストピースの曲げ強度を測定した。具体的な測定条件を下記する。
深さ２５．４ｍｍ、幅２５．４ｍｍ及び長さ１３０ｍｍの凹部を２つ有する下金型と、その蓋としての上金型を用意した。下金型と上金型とを１１０℃±３℃に加熱した後、凹部を約１８０ｇの鋳型用粘結剤含有砂で満たした。ホットエアーブロー（温度２００℃、圧力０．３ＭＰａ×４０秒）により、２個の曲げ強度試験用のテストピースを作製し、１時間後に各測定法でその強度を測定して、個々のテストピースの曲げ強度を得た。
(2) Measurement of bending strength (a) Preparation of measurement test piece (test piece) The bending strength of the test piece was measured according to the JACT test method SM-1 bending strength test method (corresponding to JIS K 6910). Specific measurement conditions are described below.
A lower mold having two recesses having a depth of 25.4 mm, a width of 25.4 mm, and a length of 130 mm, and an upper mold as a lid thereof were prepared. After the lower mold and the upper mold were heated to 110 ° C. ± 3 ° C., the concave portions were filled with about 180 g of binder-containing sand for molds. Two test pieces for bending strength test were prepared by hot air blow (temperature 200 ° C., pressure 0.3 MPa × 40 seconds), and the strength was measured by each measuring method after 1 hour. Obtained bending strength.
（ｂ）曲げ強度測定
６０°の先端角度、１．５Ｒの最先端の曲率、長さ１０ｍｍ以上の１対の凸部を、長さ方向が平行であり、間隔が１００ｍｍになるように配置したテストピース載置台に、テストピースを載置した。テストピースの上面の中央に、６０°の先端角度及び１．５Ｒの最先端の曲率を有する加圧クサビを用いて荷重を加えた。荷重を加えることで、テストピースが折れた時点の荷重値を記録した。この荷重試験を２本のテストピース毎に行った。
(B) Measurement of bending strength A pair of convex portions having a tip angle of 60 °, a cutting edge curvature of 1.5R, and a length of 10 mm or more are arranged so that the length direction is parallel and the interval is 100 mm. The test piece was placed on the test piece placement table. A load was applied to the center of the upper surface of the test piece using a pressure wedge having a tip angle of 60 ° and a cutting edge curvature of 1.5R. By applying a load, the load value when the test piece broke was recorded. This load test was performed for every two test pieces.
得られた荷重値から、以下の式により曲げ荷重を算出した。
σｆｂ＝３×Ｌ×Ｐ／２×Ｗ×ｈ２
（式中、σｆｂは曲げ荷重（ＭＰａ）、Ｌはテストピース載置台の１対の凸部の間隔（１０ｃｍ）、Ｐは荷重値（Ｎ）、Ｗはテストピースの幅（２．５４ｃｍ）、ｈはテストピースの高さ（２．５４ｃｍ）である）
曲げ強度（ＭＰａ）は、２本の曲げ荷重の平均値とした。
The bending load was calculated from the obtained load value by the following formula.
σfb = 3 × L × P / 2 × W × h 2
(In the formula, σfb is a bending load (MPa), L is a distance (10 cm) between a pair of convex portions of the test piece mounting table, P is a load value (N), W is a width of the test piece (2.54 cm), h is the height of the test piece (2.54 cm)
The bending strength (MPa) was an average value of two bending loads.
（３）鋳型用粘結剤含有砂の再生
再生は、乾式磨鉱工程、湿式磨鉱工程、焙焼工程を表１に記載のように組み合わせて行った。
乾式磨鉱工程は流動層を具備した乾式鋳物砂再生装置（日本鋳造社製ハイブリッドサンドマスター形式ＨＳＭ１３４０）を使用し、砂投入量で３００ｋｇのバッチ処理、ローター２１２の回転数２４００ｒｐｍの条件で行った。
焙焼工程は、図１に示すＪＦＥ継手焙焼炉（ＪＦＥ継手社製ＪＴＲ−Ｇ−１型）を使用し、焙焼温度を４５０〜５５０℃、焙焼炉内流動差圧を４．５ＭＰａ、砂投入量を２．５ｔ／時間の条件で行った。図中、１は焙焼炉、２は粉砕物投入口、３はバーナー、４は流動床、５は熱交換器、６は砂流動用空気入口、７は冷却用空気入口、８は流動クーラー、９は砂排出バルブ、１０は空気ノズル、１１は流動差圧計、１２は排ガス出口を意味する。
湿式磨鉱工程は、図２に示すトラフ磨鉱機（直径６０９．４ｍｍ×長さ１５１７ｍｍ、８枚の攪拌羽根（インペラー）、山川産業社製）を使用し、負荷電流を１３０Ａ、砂投入量を５ｔ／時間、投入砂に対する水分量を５〜１０質量％、攪拌羽根の回転数を８６ｒｐｍ／分、攪拌羽根の取り付け角度を４５°、攪拌羽根１枚の面積を４９１００ｍｍ２とする条件で行った。図中、２１はトラフ磨鉱機、２２はトラフ、２３は攪拌羽根、２４は焙焼砂投入口、２５は再生砂排出口、２６はバネ、２７は蓋、２８は継手、２９は回転軸、３０は減速機、３１はモーターを意味する。
(3) Regeneration of Binder-Containing Sand for Mold Regeneration was performed by combining a dry grinding process, a wet grinding process, and a roasting process as shown in Table 1.
The dry grinding process was carried out using a dry casting sand regenerator equipped with a fluidized bed (hybrid sand master type HSM 1340 manufactured by Nippon Casting Co., Ltd.) under the conditions of batch processing of 300 kg of sand input and the rotation speed of the rotor 212 of 2400 rpm. .
The roasting step uses a JFE joint roasting furnace (JTR-G-1 type manufactured by JFE Joint Company) shown in FIG. 1, the roasting temperature is 450 to 550 ° C., and the flow differential pressure in the roasting furnace is 4.5 MPa. The amount of sand input was 2.5 t / hour. In the figure, 1 is a roasting furnace, 2 is a pulverized material inlet, 3 is a burner, 4 is a fluidized bed, 5 is a heat exchanger, 6 is an air inlet for sand flow, 7 is an air inlet for cooling, and 8 is a fluid cooler. , 9 is a sand discharge valve, 10 is an air nozzle, 11 is a flow differential pressure gauge, and 12 is an exhaust gas outlet.
The wet grinding process uses the trough grinding machine shown in Fig. 2 (diameter 609.4 mm x length 1517 mm, 8 stirring blades (impeller), manufactured by Yamakawa Sangyo Co., Ltd.), load current 130 A, sand input For 5 tons / hour, 5 to 10% by mass of water with respect to the input sand, 86 rpm / min of the stirring blade, 45 ° of the stirring blade, and 49100 mm 2 in the area of one stirring blade. It was. In the figure, 21 is a trough grinder, 22 is a trough, 23 is a stirring blade, 24 is a roasted sand inlet, 25 is a recycled sand outlet, 26 is a spring, 27 is a lid, 28 is a joint, 29 is a rotating shaft , 30 is a reduction gear, and 31 is a motor.
（４）再生された鋳型用粘結剤含有砂からの曲げ強度の測定
工程（１）と同様にして鋳型用粘結剤含有砂を製造し、工程（２）と同様にして曲げ強度を測定した。得られた曲げ強度を表１に示す。
また、表１には、未再生砂（鋳型廃砂）、新砂及び再生された人工砂のナトリウムイオン溶出濃度を併せて示す。ナトリウムイオン溶出濃度の測定は、以下の手順で行った。単位体積当たりの表面積、粒度分布、粒形係数、アルミナとシリカの含有割合は、再生された人工砂と新砂とでほぼ同じであった。
なお、鋳型廃砂は、実際に鋳物の製造に使用した廃砂ではなく、その製造を想定した模擬砂を使用した。模擬砂は、以下のようにして得た。
まず、上記（１）鋳型用骨材の製造と同様にして、新砂から鋳型用粘結剤含有砂を得た。この鋳型用粘結剤含有砂を用い、上記（２）（ａ）測定用テストピース（試験片）の作製と同様にして、テストピースを得た。このテストピースを上記（３）鋳型用粘結剤含有砂の再生と同様に乾式磨鉱工程、湿式磨鉱工程、焙焼工程に付して再生砂（この再生砂を再生砂１と称する）を得た。なお、乾式磨鉱時間は１５分、焙焼温度は３００℃とした。
次に、再生砂１を、上記新砂と同様にして、鋳型用骨材の製造、テストピース作製、鋳型用粘結剤含有砂の再生を８回繰り返すことで、再生砂９を得た。
更に、再生砂９を、上記新砂と同様にして、鋳型用骨材の製造、テストピース作製に付し、得られたテストピースを約３ｍｍ以下の径の解砕片になるまで解砕することで、模擬砂を得た。
(4) Measurement of bending strength from the regenerated binder-containing sand for molds Producing binder-containing sand for molds in the same manner as in step (1) and measuring the bending strength in the same manner as in step (2). did. The obtained bending strength is shown in Table 1.
Table 1 also shows sodium ion elution concentrations of unregenerated sand (mold waste sand), fresh sand, and regenerated artificial sand. The sodium ion elution concentration was measured according to the following procedure. The surface area per unit volume, the particle size distribution, the particle shape factor, and the content ratio of alumina and silica were almost the same in the regenerated artificial sand and fresh sand.
The waste mold sand was not the waste sand actually used for the production of the casting, but the simulated sand that assumed the production. Simulated sand was obtained as follows.
First, in the same manner as in the production of (1) the aggregate for mold, a binder-containing sand for mold was obtained from fresh sand. Using the binder-containing sand for molds, a test piece was obtained in the same manner as in the production of the test piece (2) (a) measurement piece (test piece). This test piece is subjected to a dry grinding process, a wet grinding process, and a roasting process in the same manner as the above (3) regeneration of the binder for mold binder, and the regenerated sand (this reclaimed sand is referred to as reclaimed sand 1). Got. The dry grinding time was 15 minutes and the roasting temperature was 300 ° C.
Next, the regenerated
Furthermore, in the same manner as the above-mentioned new sand, the recycled sand 9 is subjected to the production of the aggregate for casting and the production of the test piece, and the obtained test piece is crushed until it becomes a crushed piece having a diameter of about 3 mm or less. Got a simulated sand.
（ナトリウムイオン溶出濃度）
（１）内標準溶液及び標準溶液の作製
・内標準液（Ｙ：５０ｍｇ／Ｌ）
関東化学社製イットリウム標準原液（Ｙ：１０００ｍｇ／Ｌ、原子吸光分析用）２５ｍＬを全量フラスコ５００ｍＬにとり、精製水を標線まで加えた。
・標準溶液（Ｎａ：１００ｍｇ／Ｌ）
関東化学社製ＩＣＰ発光分光分析用標準溶液ＩＶ（Ｎａ：１０００ｍｇ／Ｌ）１０ｍＬを全量フラスコ１００ｍＬにとり、精製水を標線まで加えた。
・標準溶液（Ｎａ：２０ｍｇ／Ｌ）
標準溶液（Ｎａ：１００ｍｇ／Ｌ）２０ｍＬを全量フラスコ１００ｍＬにとり、精製水を標線まで加えた。
・標準溶液（Ｎａ：１０ｍｇ／Ｌ）
標準溶液（Ｎａ：１００ｍｇ／Ｌ）１０ｍＬを全量フラスコ１００ｍＬにとり、精製水を標線まで加えた。
・標準溶液（Ｎａ：１ｍｇ／Ｌ）
標準溶液（Ｎａ：１０ｍｇ／Ｌ）１０ｍＬを全量フラスコ１００ｍＬにとり、精製水を標線まで加えた。
(Sodium ion elution concentration)
(1) Preparation of internal standard solution and standard solution-Internal standard solution (Y: 50 mg / L)
25 mL of yttrium standard stock solution (Y: 1000 mg / L, for atomic absorption analysis) manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd. was placed in a 500 mL volumetric flask, and purified water was added up to the marked line.
Standard solution (Na: 100 mg / L)
10 mL of standard solution IV (Na: 1000 mg / L) for ICP emission spectroscopic analysis manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd. was placed in a 100-mL volumetric flask, and purified water was added up to the marked line.
Standard solution (Na: 20 mg / L)
20 mL of a standard solution (Na: 100 mg / L) was placed in a 100-mL volumetric flask, and purified water was added up to the marked line.
Standard solution (Na: 10 mg / L)
10 mL of a standard solution (Na: 100 mg / L) was taken in a 100-mL volumetric flask, and purified water was added up to the marked line.
Standard solution (Na: 1 mg / L)
10 mL of a standard solution (Na: 10 mg / L) was placed in a 100-mL volumetric flask, and purified water was added up to the marked line.
（２）検量線の作成（測定範囲Ｎａ：０〜２０ｍｇ／Ｌ）
内標準液（Ｙ：５０ｍｇ／Ｌ）２０ｍＬを全量フラスコ１００ｍＬにとり、標準溶液（Ｎａ：２０ｍｇ／Ｌ）、標準溶液（Ｎａ：１０ｍｇ／Ｌ)、標準溶液（Ｎａ：１ｍｇ／Ｌ）をそれぞれ標線まで加えた。併せて、別に空実験として内標準液（Ｙ：５０ｍｇ／Ｌ）２０ｍＬを全量フラスコ１００ｍＬにとり、精製水を標線まで加えた標準溶液を調整した。併せて、別に空試験として内標準溶液（Ｙ：５０ｍｇ／Ｌ）２０ｍＬを全量フラスコ１００ｍＬにとり、精製水を標線まで加えた標準溶液を調整した。これらを島津製作所社製ＩＣＰ発光分光装置（ＩＣＰＳ−８１００）にて測定し、ナトリウムイオン溶出濃度と指示値との関係線（検量線）を作成した。
(2) Preparation of calibration curve (measurement range Na: 0 to 20 mg / L)
Take 20 mL of the internal standard solution (Y: 50 mg / L) in a 100-mL volumetric flask, and mark the standard solution (Na: 20 mg / L), standard solution (Na: 10 mg / L), and standard solution (Na: 1 mg / L) respectively. Added up to. In addition, as a blank experiment, 20 mL of an internal standard solution (Y: 50 mg / L) was placed in a 100-mL volumetric flask, and a standard solution in which purified water was added up to the marked line was prepared. In addition, as a blank test, 20 mL of an internal standard solution (Y: 50 mg / L) was taken in a 100-mL volumetric flask, and a standard solution in which purified water was added up to the marked line was prepared. These were measured with an ICP emission spectrometer (ICPS-8100) manufactured by Shimadzu Corporation, and a relationship line (calibration curve) between the sodium ion elution concentration and the indicated value was created.
（３）試料溶液の調製
供試砂５０ｇを３００ｍＬポリエチレン製ビーカーにとり、精製水５０ｍＬ及び０．１ｍｏｌ／Ｌ塩酸溶液５０ｍＬを加えマグネチックスターラーにて１時間攪拌する。攪拌後、ＪＩＳ Ｐ ３８０１ろ紙（化学分析用）に規定されたガラス繊維ろ紙によりろ過した。ろ過後、溶液を再度、ＡＤＶＡＮＴＥＣ社製メンブランフィルター（孔径０．４５μｍ）にて吸引ろ過し、試料溶液（原液）とした。併せて、別に空試験として３００ｍＬポリエチレン製ビーカーに精製水５０ｍＬ及び０．１ｍｏｌ／Ｌ塩酸溶液５０ｍＬをとり、同様の操作を行った。
(3) Preparation of sample solution Take 50 g of test sand in a 300 mL polyethylene beaker, add 50 mL of purified water and 50 mL of 0.1 mol / L hydrochloric acid solution, and stir for 1 hour with a magnetic stirrer. After stirring, the mixture was filtered with a glass fiber filter specified in JIS P 3801 filter paper (for chemical analysis). After filtration, the solution was suction filtered again with a membrane filter (pore size 0.45 μm) manufactured by ADVANTEC to obtain a sample solution (stock solution). In addition, as a blank test, 50 mL of purified water and 50 mL of 0.1 mol / L hydrochloric acid solution were taken in a 300 mL polyethylene beaker, and the same operation was performed.
（４）試料溶液の測定
内標準溶液（Ｙ：５０ｍｇ／Ｌ）１０ｍＬを全量フラスコ５０ｍＬにとり、試料溶液（原液）を標線まで加え、島津製作所社製ＩＣＰ発光分析装置（ＩＣＰＳ−８１００）にて測定した。得られたナトリウムイオン濃度と空試験の濃度の差をナトリウムイオン溶出濃度とした。なお、ナトリウムイオン溶出濃度が検量線の測定範囲を超える場合には、測定範囲内となるように試料溶液（原液）を精製水にて希釈、調整し、試料溶液（希釈液）を得、内標準溶液（Ｙ：５０ｍｇ／Ｌ）１０ｍＬを全量フラスコ５０ｍＬにとり、試料溶液（希釈液）を標線まで加え、再度、島津製作所社製ＩＣＰ発光分析装置（ＩＣＰＳ−８１００）にて測定し、ナトリウムイオン溶出濃度を得た。試料溶液（希釈液）を測定した場合には、得られたナトリウムイオン濃度と希釈率の積より空試験の濃度を差し引いた値をナトリウムイオン溶出濃度とした。
上記測定により得られた結果を表１に示す。また、表１の結果を図３にも示す。
(4) Measurement of sample solution Take 10 mL of the internal standard solution (Y: 50 mg / L) in a 50-mL volumetric flask, add the sample solution (stock solution) to the marked line, and use an ICP emission spectrometer (ICPS-8100) manufactured by Shimadzu Corporation. It was measured. The difference between the obtained sodium ion concentration and the blank test concentration was defined as the sodium ion elution concentration. If the sodium ion elution concentration exceeds the measurement range of the calibration curve, dilute and adjust the sample solution (stock solution) with purified water so that it is within the measurement range to obtain a sample solution (diluted solution). Take 10 mL of the standard solution (Y: 50 mg / L) in a 50-mL volumetric flask, add the sample solution (diluent) to the marked line, and measure again with an ICP emission spectrometer (ICPS-8100) manufactured by Shimadzu Corporation. An elution concentration was obtained. When the sample solution (diluted solution) was measured, a value obtained by subtracting the concentration of the blank test from the product of the obtained sodium ion concentration and the dilution rate was defined as the sodium ion elution concentration.
Table 1 shows the results obtained by the above measurement. The results of Table 1 are also shown in FIG.
表１及び図３から、ナトリウムイオン溶出濃度と曲げ強度に一定の関係が示され、ナトリウムイオン溶出濃度が２３〜１４０ｍｇ／Ｌで、鋳型の適正曲げ強度である３．８ＭＰａ以上を得られる傾向が確認された。このことより、ナトリウムイオン溶出濃度の減少は、鋳型廃砂表面に残留している粘結剤が一定量剥離され、良好な再生砂が得られることを表している。 Table 1 and FIG. 3 show a certain relationship between the sodium ion elution concentration and the bending strength. When the sodium ion elution concentration is 23 to 140 mg / L, there is a tendency that an appropriate bending strength of the mold is 3.8 MPa or more. confirmed. From this, the decrease in the sodium ion elution concentration indicates that a certain amount of the binder remaining on the surface of the mold waste sand is peeled off and good reclaimed sand is obtained.
実施例２
促進剤を使用しないこと以外は実施例１と同様にして鋳型用粘結剤含有砂を得た。得られた鋳型用粘結剤含有砂を用いて、実施例１と同様にして、テストピースを作製し、このテストピースを用いて新砂の曲げ強度を測定した。測定後、テストピースを実施例１と同様にして再生に付した（再生条件：乾式磨鉱３０ｍｉｎ＋湿式磨鉱＋焙焼５５０℃）。再生された人工砂を用いて、実施例１と同様にして曲げ強度を測定した。また、実施例１と同様にして、新砂と再生された人工砂のナトリウムイオン溶出濃度を測定した。上記測定により得られた結果を表２に示す。
Example 2
Except not using an accelerator, it carried out similarly to Example 1, and obtained binder-containing sand for casting_mold | templates. A test piece was prepared using the obtained binder-containing sand for molds in the same manner as in Example 1, and the bending strength of the new sand was measured using this test piece. After the measurement, the test piece was subjected to regeneration in the same manner as in Example 1 (regeneration conditions: dry grinding 30 min + wet grinding + roasting 550 ° C.). Bending strength was measured in the same manner as in Example 1 using the regenerated artificial sand. Further, in the same manner as in Example 1, the sodium ion elution concentrations of fresh sand and regenerated artificial sand were measured. Table 2 shows the results obtained by the above measurement.
表２から、実施例１と同様に、ナトリウムイオン溶出濃度が２３〜１４０ｍｇ／Ｌで、鋳型の適正曲げ強度である３．８ＭＰａ以上を得られる傾向が確認された。 From Table 2, it was confirmed that, as in Example 1, the sodium ion elution concentration was 23 to 140 mg / L, and a tendency to obtain an appropriate bending strength of 3.8 MPa or more of the mold was obtained.
実施例３
粘結剤を１．５質量部の東曹産業社製１号ケイ酸ソーダＮ２に変更し、促進剤を使用しないこと以外は実施例１と同様にして鋳型用粘結剤含有砂を得た。得られた鋳型用粘結剤含有砂を用いて、実施例１と同様にして、テストピースを作製し、このテストピースを用いて新砂の曲げ強度を測定した。測定後、テストピースを実施例１と同様にして再生に付した（再生条件：乾式磨鉱３０ｍｉｎ＋湿式磨鉱＋焙焼５５０℃）。再生された人工砂を用いて、実施例１と同様にして曲げ強度を測定した。また、実施例１と同様にして、新砂と再生された人工砂のナトリウムイオン溶出濃度を測定した。上記測定により得られた結果を表３に示す。
Example 3
The binder was used in the same manner as in Example 1 except that the binder was changed to 1.5 parts by mass of Toso Sangyo No. 1 sodium silicate N2 and no accelerator was used. . A test piece was prepared using the obtained binder-containing sand for molds in the same manner as in Example 1, and the bending strength of the new sand was measured using this test piece. After the measurement, the test piece was subjected to regeneration in the same manner as in Example 1 (regeneration conditions: dry grinding 30 min + wet grinding + roasting 550 ° C.). Bending strength was measured in the same manner as in Example 1 using the regenerated artificial sand. Further, in the same manner as in Example 1, the sodium ion elution concentrations of fresh sand and regenerated artificial sand were measured. Table 3 shows the results obtained by the above measurement.
表３から、実施例１と同様に、ナトリウムイオン溶出濃度が２３〜１４０ｍｇ／Ｌで、鋳型の適正曲げ強度である３．８ＭＰａ以上を得られる傾向が確認された。 From Table 3, as in Example 1, it was confirmed that the sodium ion elution concentration was 23 to 140 mg / L, and a tendency to obtain an appropriate bending strength of 3.8 MPa or more of the mold was obtained.
１ 焙焼炉、２ 粉砕物投入口、３ バーナー、４ 流動床、５ 熱交換器、６ 砂流動用空気入口、７ 冷却用空気入口、８ 流動クーラー、９ 砂排出バルブ、１０ 空気ノズル、１１ 流動差圧計、１２ 排ガス出口、２１ トラフ磨鉱機、２２ トラフ、２３ 攪拌羽根、２４ 焙焼砂投入口、２５ 再生砂排出口、２６ バネ、２７ 蓋、２８ 継手、２９ 回転軸、３０ 減速機、３１ モーター
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記原料砂が、１４０ｍｇ／Ｌ以下の０．０５Ｍ−ＨＣｌ水溶液に対するナトリウムイオン溶出濃度を示し、
前記原料砂が、鋳造後に生じる鋳型廃砂に由来する人工砂及び／又は天然砂であり、
前記原料砂が、１．３５以下の粒形係数を有することを特徴とする鋳型用粘結剤含有砂の製造用の原料砂。 Raw material sand for the production of mold-containing binder-containing sand containing sodium silicate as a binder ,
The raw material sand exhibits a sodium ion elution concentration with respect to a 0.05 M HCl aqueous solution of 140 mg / L or less,
The raw sand, Ri artificial sand and / or natural sand der from mold waste sand produced after casting,
The raw sand, foundry binder material sand for the production of containing sand, wherein Rukoto which have a particle shape coefficient of 1.35 or less.
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