JP7060519B2 - コーテッドサンド及びその製造方法並びにこれを用いた鋳型の製造方法 - Google Patents
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Description
(2) 含水分量が、前記被覆層における水ガラスの固形分量の5~55質量%である前 記態様(1)に記載のコーテッドサンド。
(3) 前記保湿剤の含有量が、前記被覆層における水ガラスの固形分の100質量部に 対して、0.1~20.0質量部である前記態様(1)又は前記態様(2)に記載 のコーテッドサンド。
(4) 前記被覆層に、平均粒子径が0.1~20.0μmである球状粒子が更に含有せ しめられている前記態様(1)乃至前記態様(3)の何れか1つに記載のコーテッ ドサンド。
(5) 前記球状粒子の含有量が、前記被覆層における水ガラスの固形分の100質量部 に対して、0.1~500質量部である前記態様(4)に記載のコーテッドサンド 。
(6) 前記耐火性骨材が球状である前記態様(1)乃至前記態様(5)の何れか1つに 記載のコーテッドサンド。
(7) 耐火性骨材の表面が水ガラスを含む被覆層にて覆われてなる、動的安息角の測定 が可能な、常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドの製造方法にして、加熱し た耐火性骨材に対して、a)水ガラスを主成分とする粘結剤と、b)供給された水 分によって湿潤状態とされた際に、かかる湿潤状態の維持に寄与する保湿剤として 、i)エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポ リエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジプロピレングリコール、プ ロピレングリコール、ブチレングリコール、1,2-ブタンジオール、1,2-ペ ンタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、2-エ チル-1,3-ヘキサンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,2-ヘプタン ジオール、1,2-オクタンジオール、1,2,6-ヘキサントリオール、チオグ リコール、ヘキシレングリコール、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチ ロールプロパン、ii)ポリビニルアルコール、ビニルアルコール系重合体、アルキ ルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、アルキルヒドロキシアルキルセル ロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシ プロピルメチルセルロース、アルキル澱粉、カルボキシルメチル澱粉、酸化澱粉、 ポリアクリル酸ナトリウム、iii )脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化 水素、石油エーテル、石油ベンジル、テトラリン、デカリン、ターシャリーアミル ベンゼン、ジメチルナフタリン、及びiv)ゼラチンからなる群より選ばれる一種又 は二種以上のものと、を混和せしめ、水分を蒸発させることにより、該耐火性骨材 の表面が水ガラス及び保湿剤を含む被覆層にて覆われてなり、含水分量が該被覆層 における水ガラスの固形分量の5~55質量%であるコーテッドサンドを製造する ことを特徴とするコーテッドサンドの製造方法。
(8) 前記態様(1)乃至前記態様(6)の何れか1つに記載のコーテッドサンドに水 を添加して湿態化させ、その湿態状のコーテッドサンドを成形型内に充填した後、 かかる成形型内で保持し、固化乃至は硬化せしめることにより、目的とする鋳型を 得ることを特徴とする鋳型の製造方法。
(9) 前記態様(1)乃至前記態様(6)の何れか1つに記載のコーテッドサンドを成 形型内に充填し、かかるコーテッドサンドの充填相内に水蒸気を通気せしめて、該 コーテッドサンドを湿態化させた後、その湿態状のコーテッドサンドを前記成形型 内で保持し、固化乃至は硬化せしめることにより、目的とする鋳型を得ることを特 徴とする鋳型の製造方法。
(10) 前記成形型の保持中に、さらに、乾燥空気、加熱乾燥空気又は窒素ガスが、前 記成形型の成形キャビティ内に通気せしめられる前記態様(8)又は前記態様(9 )に記載の鋳型の製造方法。
固形分(質量%)=[乾燥後の質量(g)/乾燥前の質量(g)]
×100
空焼して秤量したるつぼに、各CSを10g秤量して収容し、900℃にて1時間曝熱した後の質量減少量(%)を用いて、CS中の水分量と有機分量の合計量(以下、「(水分+有機分)量」と示し、「W1」とする。)を、下記の式(1)より算出する。ここで、有機分量とは、保湿剤及びその他の液状の添加剤(以下、有機分という)の合計量である。なお、秤量は、小数点以下第4位まで計測する。次に、CSに対する水ガラスの固形分量(B1)を、下記の式(2)を用いて算出する。そして、CS中の(水分+有機分)量(W1)と、CSに対する水ガラスの固形分量(B1)と、水ガラスの固形分の100部に対する有機分の添加量(A)と、後述する手法に従って測定される有機分における固形分率(C)より、水ガラスの固形分量に対する水分量(被覆層における水ガラスの固形分量に対するCSの水分量:W2)を、下記の式(3)を用いて算出する。以上の如くして算出されたW2を、下記表1及び表2において「含水分量(質量%)」として示す。
W1=[(M1-M2)/M3]×100 ・・・(1)
[W1:CS中の(水分+有機分)量(%)、M1:焼成前のるつぼ
とCSの合計質量(g)、M2:焼成後のるつぼとCSの合計質量
(g)、M3:焼成前のCSの質量(g)]
B1=[B2/(100+B2)]×(100-W1) ・・・(2)
[B1:CSに対する水ガラスの固形分量(%)、B2:砂の100
部に対して添加した水ガラスの固形分量(部)、W1:CS中の(
水分+有機分)量(%)]
W2=[(W1/B1)×100]-[(A×C)/100]
・・・(3)
[W2:被覆層における水ガラスの固形分量に対するCSの水分量(
%)、W1:CS中の(水分+有機分)量(%)、B1:CSに対
する水ガラスの固形分量(%)、A:水ガラスの固形分の100部
に対する有機分の添加量(部)、C:CS中の有機分における固形
分率(%)]
先ず、保湿剤及びその他の液状添加剤からなり、それらの配合割合が、砂(耐火性骨材)に対する添加割合と同様である試料を調製する。次いで、アルミ箔製皿(縦:9cm、横:9cm、高さ:1.5cm)内に、先に調製した試料の10gを収容して秤量し、100±1℃に保持した加熱板上にアルミ箔製皿を載置し、20分間放置した後、デシケータ中で放冷する。そして、かかる放冷後のアルミ箔製皿の秤量を行ない、下記の式(4)より、有機分における固形分率(C)を算出する。
C=[乾燥後のアルミ箔製皿の質量(g)/乾燥前のアルミ箔製皿
の質量(g)]×100 ・・・(4)
下記に示す手法に従って製造される各CSに、所定量の水を添加して湿態化させ(湿潤状態とし)、湿態化させた直後の湿態CS、温度25℃×湿度30%の恒温恒湿槽の中に1時間、5時間入れておいた後の湿態CSを各々用いて、幅:1.0cm×高さ:1.0cm×長さ:6.0cmの大きさの試験片を成形する。得られる各試験片の破壊荷重を、測定器(高千穂精機株式会社製:デジタル鋳物砂強度試験機)を用いて、測定する。そして、この測定された破壊荷重を用いて、抗折強度を、下記の式(5)により、算出する。
抗折強度(N/cm2 )=1.5×(L×W)/(a×b2 )
・・・(5)
[L:支点間距離(cm)、W:破壊荷重(N)、a:試験片の幅(
cm)、b:試験片の厚み(cm)]
成形金型内に離型剤を塗布することなく、5回連続して造型したときの試験片の離型状態を、目視評価した。評価基準は、以下の通りである。
○:全く問題なく、スムーズに離型出来る
△:少し抵抗があるが、離型は問題なし
×:離型不良
先ず、図1に示されるように、予め常温自硬性砂で作製された、上部に溶湯注入口2と下部に中子の幅木固定部4(この部分は鋳物からの廃中子の排出口となる)を有する半割れ中空主型6(キャビティ直径:6cm、高さ:6cm)内に、各々のCSを用いて作製した幅木部8を有する円形無空中子10(直径:5cm、高さ:5cm)を、幅木固定部4で接着固定した後、更に相方中空主型6を接着固定して、鋳造試験用砂型12を作製する。次に、この鋳造試験用砂型12の溶湯注入口2からアルミニウム合金溶湯(温度:710±5℃)を注湯し、凝固せしめた後、主型6を壊して、図2に示す円形の廃中子排出口14(直径:1.6cm)を有する鋳物16を取り出す。そして、所定の温度となったところで、かかる得られた鋳物16に対して、圧力:0.2MPaにて、エアーハンマーにより1回に3秒間の衝撃を与え、排出口14から排出する。中子砂が100%排出されるまでエアーハンマーによる衝撃を繰り返し、その回数を表記した。
耐火性骨材として、市販の鋳造用人工砂であるルナモス#80(商品名:花王クエーカー株式会社製、粒径係数:1.01)を準備すると共に、粘結剤たる水ガラスとして、市販品:2号ケイ酸ナトリウム(商品名:富士化学株式会社製、SiO2 /Na2O のモル比:2.5、固形成分:41.3%)を準備した。そして、上記のルナモス#80を約120℃の温度に加熱した後、品川式万能攪拌機(5DM-r型)(株式会社ダルトン製)に投入し、更に、前記水ガラスを、ルナモス#80の100部に対して、1.21部(固形成分:0.50部)の割合で、保湿剤としてのグリセリンを0.02部(水ガラスの固形分100部に対して4部)の割合で添加して、3分間の混練を行ない、水分を蒸発せしめる一方、砂粒塊が崩壊するまで攪拌混合せしめ、更にステアリン酸カルシウムの0.01部(水ガラスの固形分100部に対して2部)を加えて攪拌混合せしめた後に取り出すことにより、常温流動性を有する乾態のコーテッドサンド:CS1を得た。かかる混練後のCS1の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
保湿剤としてのグリセリンの添加量を0.04部(水ガラスの固形分100部に対して8部)とした以外は、上記製造例1と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS2を得た。得られたCS2の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
保湿剤としてのグリセリンの添加量を0.08部(水ガラスの固形分100部に対して16部)とした以外は、上記製造例1と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS3を得た。得られたCS3の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
保湿剤として、グリセリンに代えて市販品のポリエチレンオキサイド:アルコックスR-150(製品名:明成化学工業株式会社、重量平均分子量:100000~200000)を用い、これを、耐火性骨材(ルナモス#80)の100部に対して0.01部(水ガラスの固形分100部に対して2部)の割合において添加した以外は、上記製造例1と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS4を得た。得られたCS4の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
保湿剤として、グリセリンに代えて市販品のポリビニルアルコール:PVA220(製品名:株式会社クラレ)を用い、これを、耐火性骨材(ルナモス#80)の100部に対して0.04部(水ガラスの固形分100部に対して8部)の割合において添加した以外は、上記製造例1と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS5を得た。得られたCS5の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
保湿剤として、グリセリンに代えて市販品のヒドロキシプロピルメチルセルロース:メトローズ60SH-50(製品名:信越化学工業株式会社)を用い、これを、耐火性骨材(ルナモス#80)の100部に対して0.04部(水ガラスの固形分100部に対して8部)の割合において添加した以外は、上記製造例1と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS6を得た。得られたCS6の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
保湿剤として、グリセリンに代えて市販品のポリアクリル酸ナトリウム:アロンT50(製品名:東亜合成株式会社、固形分43%)を用い、これを、耐火性骨材(ルナモス#80)の100部に対して0.093部(水ガラスの固形分100部に対して固形分として18.6部)の割合において添加した以外は、上記製造例1と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS7を得た。得られたCS7の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
更に球状粒子:HS311(商品名:新日鉄住金マテリアルズ株式会社製、平均粒子径:2.2μm(公表値))を、耐火性骨材(ルナモス#80)の100部に対して0.05部(水ガラスの固形分100部に対して10部)の割合において添加した以外は、上記製造例2と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS8を得た。得られたCS8の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。なお、球状粒子の平均粒子径について、本発明者が、日機装株式会社製のマイクロトラック粒度分布測定装置(MT3200II:製品名)を用いて、粒度分布から積算値50%の粒子径を平均粒子径(D50)として測定したところ、その測定値と上記公表値との誤差は10%以内であることが確認された。
粘結剤たる水ガラスとして、市販品:1号ケイ酸ナトリウム(商品名:富士化学株式会社製、SiO2 /Na2O のモル比:2.1、固形成分:48.5%)を用い、また、その添加量を、耐火性骨材(ルナモス#80)の100部に対して1.03部(固形成分0.50部)としたこと以外は、上記製造例2と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS9を得た。得られたCS9の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
粘結剤たる水ガラスとして、市販品:3号ケイ酸ナトリウム(商品名:富士化学株式会社製、SiO2 /Na2O のモル比:3.2、固形成分:38%)を用い、また、その添加量を、耐火性骨材(ルナモス#80)の100部に対して1.32部(固形成分0.50部)としたこと以外は、上記製造例2と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS10を得た。得られたCS10の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
保湿剤たるグリセリンを添加しないこと以外は、上記製造例1と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS11を得た。得られたCS11の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
保湿剤たるグリセリンを添加しないこと以外は、上記製造例9と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS12を得た。得られたCS12の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
保湿剤たるグリセリンを添加しないこと以外は、上記製造例10と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS13を得た。得られたCS13の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
上記の乾態CSの製造例1~13にて得られたCS1~13を、品川式万能攪拌機(5DM-r型)に投入し、水を、各CSを構成する耐火性骨材(ルナモス#80)の100部に対して2部添加し、1分間撹拌した。かくして得られた湿態状のCSを、ブロータンクに入れて、150℃に加熱した成形型内に、0.3MPaのゲージ圧力にて吹き込んで充填した後、成形型内で1分30秒間保持し、CS1~13を硬化させることにより、試験片[1.0cm×1.0cm×6.0cm]として用いられる鋳型を、それぞれ作製した。
6 主型 8 幅木部
10 中子 12 砂型
14 廃中子排出口 16 鋳物
Claims (10)
- 耐火性骨材の表面が水ガラスを含む被覆層にて覆われてなる、動的安息角の測定が可能な、常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドにして、
供給された水分によって湿潤状態とされた際に、かかる湿潤状態の維持に寄与する保湿剤として、i)エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジプロピレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、1,2-ブタンジオール、1,2-ペンタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,2-ヘプタンジオール、1,2-オクタンジオール、1,2,6-ヘキサントリオール、チオグリコール、ヘキシレングリコール、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ii)ポリビニルアルコール、ビニルアルコール系重合体、アルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、アルキルヒドロキシアルキルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、アルキル澱粉、カルボキシルメチル澱粉、酸化澱粉、ポリアクリル酸ナトリウム、iii )脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化水素、石油エーテル、石油ベンジル、テトラリン、デカリン、ターシャリーアミルベンゼン、ジメチルナフタリン、及びiv)ゼラチンからなる群より選ばれる一種又は二種以上のものが、前記被覆層に含有せしめられており、
供給された水分によって湿潤状態とされて、鋳型の造型に用いられる、
ことを特徴とするコーテッドサンド。 - 含水分量が、前記被覆層における水ガラスの固形分量の5~55質量%である請求項1に記載のコーテッドサンド。
- 前記保湿剤の含有量が、前記被覆層における水ガラスの固形分の100質量部に対して、0.1~20.0質量部である請求項1又は請求項2に記載のコーテッドサンド。
- 前記被覆層に、平均粒子径が0.1~20.0μmである球状粒子が更に含有せしめられている請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載のコーテッドサンド。
- 前記球状粒子の含有量が、前記被覆層における水ガラスの固形分の100質量部に対して、0.1~500質量部である請求項4に記載のコーテッドサンド。
- 前記耐火性骨材が球状である請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載のコーテッドサンド。
- 耐火性骨材の表面が水ガラスを含む被覆層にて覆われてなる、動的安息角の測定が可能な、常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドの製造方法にして、
加熱した耐火性骨材に対して、a)水ガラスを主成分とする粘結剤と、b)供給された水分によって湿潤状態とされた際に、かかる湿潤状態の維持に寄与する保湿剤として、i)エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジプロピレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、1,2-ブタンジオール、1,2-ペンタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,2-ヘプタンジオール、1,2-オクタンジオール、1,2,6-ヘキサントリオール、チオグリコール、ヘキシレングリコール、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ii)ポリビニルアルコール、ビニルアルコール系重合体、アルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、アルキルヒドロキシアルキルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、アルキル澱粉、カルボキシルメチル澱粉、酸化澱粉、ポリアクリル酸ナトリウム、iii )脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化水素、石油エーテル、石油ベンジル、テトラリン、デカリン、ターシャリーアミルベンゼン、ジメチルナフタリン、及びiv)ゼラチンからなる群より選ばれる一種又は二種以上のものと、を混和せしめ、水分を蒸発させることにより、該耐火性骨材の表面が水ガラス及び保湿剤を含む被覆層にて覆われてなり、含水分量が該被覆層における水ガラスの固形分量の5~55質量%であるコーテッドサンドを製造することを特徴とするコーテッドサンドの製造方法。 - 請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載のコーテッドサンドに水を添加して湿態化させ、その湿態状のコーテッドサンドを成形型内に充填した後、かかる成形型内で保持し、固化乃至は硬化せしめることにより、目的とする鋳型を得ることを特徴とする鋳型の製造方法。
- 請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載のコーテッドサンドを成形型内に充填し、かかるコーテッドサンドの充填相内に水蒸気を通気せしめて、該コーテッドサンドを湿態化させた後、その湿態状のコーテッドサンドを前記成形型内で保持し、固化乃至は硬化せしめることにより、目的とする鋳型を得ることを特徴とする鋳型の製造方法。
- 前記成形型の保持中に、さらに、乾燥空気、加熱乾燥空気又は窒素ガスが、前記成形型の成形キャビティ内に通気せしめられる請求項8又は請求項9に記載の鋳型の製造方法。
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