JPH0647479A - 人工鋳物砂およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱膨張率が低く安価な人工鋳物砂およびその
製造方法を提供する。 【構成】 人造珪砂製造プレントの集じんダスト（珪砂
ダスト）、鋳物砂の古砂再生プラントの集じんダスト
（再生ダスト）、およびキユポラ水滓スラグを原料とす
るスラグ砂製造プラントの集じんダスト（スラグダス
ト）のうちの少なくとも１種類を主原料とし、最大粒径
１００μｍ以下に、かつ平均粒径３０μｍ以下に分級お
よび／または粉砕してなる粉体を、造粒したのち、１１
００〜１４５０℃の温度により焼成して人工鋳物砂とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は人工鋳物砂およびその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に鋳物砂としては、ＳｉＯ₂ の純度
の高い珪石を粉砕、ふるい分けして作られた人造珪砂
や、天然に産する堆積珪砂を水洗、ふるい分けして得る
天然珪砂が広く用いられている。ところがこれらの珪砂
は、熱膨張率が大きい（たとえば１０００℃における膨
張率：１．３〜１．５％）ため、今日のような精密な鋳
造品の鋳型用としては不適当であり、やむを得ず珪砂に
澱粉や石炭粉などの有機物を添加してクツシヨン材とし
て作用させ、鋳型の熱膨張の抑制をはかつているが、鋳
型の強度低下や鋳物のガス欠陥発生の一因となるという
欠点がある。

【０００３】また珪砂以外の熱膨張率の低い鋳物砂とし
ては、ジルコン、シヤモツト、ムライトなどの鉱物組成
を有するものもあるが、これらは珪砂に比較して価格が
８〜１０倍にも及び、不経済である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記従来の
問題点を解決するもので、熱膨張率が低く安価な人工鋳
物砂およびその製造方法を提供しようとするものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】しかしてこの発明の人工
鋳物砂は、人造珪砂製造プラントの集じんダスト、鋳物
砂の古砂再生プラントの集じんダスト、およびキユポラ
水滓スラグを原料とするスラグ砂製造プラントの集じん
ダストのうちの少なくとも１種類を主原料とする最大粒
径１００μｍ以下で平均粒径３０μｍ以下の粉体に、造
粒焼成処理を施して成る。

【０００６】またこの発明の人工鋳物砂の製造方法は、
人造珪砂製造プラントの集じんダスト、鋳物砂の古砂再
生プラントの集じんダスト、およびキユポラ水滓スラグ
を原料とするスラグ砂製造プラントの集じんダストのう
ちの少なくとも１種類を主原料とし、最大粒径１００μ
ｍ以下に、かつ平均粒径３０μｍ以下に分級および／ま
たは粉砕してなる粉体を、造粒したのち、１１００〜１
４５０℃の温度により焼成して鋳物砂とすることを特徴
とする。

【０００７】この発明においては、人工鋳物砂の原料と
して、人造珪砂製造プラントの集じんダスト、鋳物砂の
古砂再生プラントの集じんダスト、およびキユポラ水滓
スラグを原料とするスラグ砂製造プラントの集じんダス
ト等を用いるが、これらの集じんダストは従来産業廃棄
物として廃却処理されているものであり、この廃却処理
費も年々高騰して鋳物の製造原価がかさむ原因となり、
また公害問題から廃却処理の場所もなくなつてきてお
り、鋳造業界、砂処理業界とも苦慮しているところであ
る。発明者らは、これらの廃棄物であつた集じんダスト
の有効利用について永年研究を重ね、人工鋳物砂として
好適に使用できることを見出し、本発明を完成するに至
つたものである。

【０００８】この発明において人造珪砂製造プラントの
集じんダストとしては、人造珪砂製造プラントの珪石粉
砕、ふるい分け、分級などの各工程、およびこれらの工
程間の運搬工程において発生した粉じんを、集じん機に
より捕集したものを用いることができる。また鋳物砂の
古砂再生プラントの集じんダストとしては、鋳造工場で
使用した古砂を回収し、磨鉱処理および／または流動焙
焼しスラクビング処理して再生する再生プラントの、運
搬、磨鉱、焙焼、冷却等の各工程において発生した粉じ
んを、集じん機により捕集したものを用いることができ
る。またキユポラ水滓スラグを原料とするスラグ砂製造
プラントの集じんダストとしては、鋳造工場のキユポラ
溶解時に発生する水滓スラグを、乾燥、粉砕、運搬、分
級等をおこなう際に発生する粉じんを、集じん機により
捕集したものを用いることができる。

【０００９】そして上記各集じんダストは、バグフイル
タなどの乾式集じん機で捕集した乾燥粉じん状のダスト
であつてもよいし、ベンチユリ−スクラバ−や電気集じ
ん機などの湿式集じん機で捕集した後フイルタ−プレス
処理されたプレスケ−キであつてもよい。

【００１０】この発明において人造珪砂製造プラント等
の各プラントから集じんしたダストには、各プラント設
置環境向上のため集じん機への吸引力が大き目に設定さ
れている関係上、粒径１５０μｍ前後の大きな粒子も混
入している。発明者らの実験によると、これらの大きな
粒子を含むダストを造粒焼成すると、１個の大きな粒子
のまわりに微粉粒子が付着して一体化した金平糖状の焼
結粒子となり、表面の凹凸が著しく、鋳型の強度不足を
ひきおこす点で鋳物砂として不適当である。

【００１１】そこで発明者らは、前記ダストに分級ある
いは粉砕処理を施して最大粒径および平均粒径を小さく
したものを造粒焼成してその粒体形状を観察する実験を
繰返したところ、ダストの最大粒径を１００μｍ以下
に、平均粒径を３０μｍ以下とすることにより、凹凸の
少ない球形に近い砂粒子が得られることが判明した。よ
つてこの発明においては、造粒前の粉体の最大粒径およ
び平均粒径をこれらの数値に限定するものである。

【００１２】また粉体の造粒法としては、たとえば粉体
をスラリ−にしてスプレ−ドライヤにより造粒、乾燥を
同時におこなう造粒法や、撹拌混練による造粒法が採用
できるが、発明者らの実験によると前者の方法は粒子表
面に水蒸気が脱出した気泡が発生しやすく、鋳物砂の吸
水率が大きくなるのであまり好ましくなく、後者の方法
は、水分含有量を８〜１０％程度と少なくして撹拌混練
することにより粒子表面に気泡の発生の少ない良好な造
粒をおこなうことができるので好ましい。

【００１３】焼成後の人工鋳物砂は、通常の鋳物砂と同
様に用途に応じてふるい分け（分級）して鋳型成形用に
用いられる。この鋳物砂の所望粒度に応じて、焼成前の
粉体造粒時の造粒粒度を選定すればよいが、一般的には
１４〜２００メツシユの範囲となるように造粒するのが
よい。

【００１４】次にこの発明における焼成温度の限定理由
について説明する。発明者らは、一般的な人造珪砂製造
プラントの集じんダスト（以下珪砂ダストという）、鋳
物砂の古砂再生プラントのダスト（以下再生ダストとい
う）、およびスラグ砂製造プラントの集じんダスト（以
下スラグダストという）を収集し、造粒後の焼成温度設
定のために、小径の造粒焼成体に代るものとして、上記
各ダストの配合混練体を成形焼成して１０mm×１０mm×
５０mmのテストピ−スを得、焼成温度を変えて各テスト
ピ−スの物理特性を測定する予備実験をおこなつた。

【００１５】先ず表１は、この予備実験に用いた各ダス
トの湿式ふるい試験によるふるい上分布（ＷＲ−１）、
比表面積を表わすブレ−ン値、沈降法による５０％粒子
径Ｄ５０を示し、また表２は各ダストの化学成分を示
す。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】上記の各ダストの２種類以上を配合比率を
変えて混練し、成形用金型に入れて１．７kg／cm² の圧
力でプレスし、実験用電気加熱炉で焼成設定温度を変え
て焼成した。その際の焼成は、常温で炉内に成形品を挿
入し、６時間かけて設定温度まで昇温し、その温度に１
時間保持後、炉内で徐冷する方法でおこなつた。そして
得られたテストピ−スについて、試験機（東京衡器製万
能試験機）を用いて曲げ強度を測定し、また鋳物砂膨張
試験機を用いて１０００℃雰囲気中に挿入したテストピ
−スの熱膨張量を石英棒を介してダイヤルゲ−ジで恒量
になるまで測定して、急熱膨張率を測定した。さらにテ
ストピ−スを再加熱して表面が軟化する状態を観察し、
軟化時点の温度を耐火度とし、またテストピ−スを１０
０℃の沸騰水に浸して３０分間煮沸後常温迄冷却し、浸
水前後の重量変化から吸水率を算出した。

【００１９】上記試験結果を、各ダストの代表的な配合
率のもの５例（Ｎo.Ａ〜Ｅ）について、表３に示す。表
中、最適焼成温度は、曲げ強度が最大となる焼成温度で
あり、耐火度、急熱膨張率、吸水率も、この焼成温度に
より得たテストピ−スに関する試験結果を示す。

【００２０】

【表３】

【００２１】表３から明らかなように、曲げ強度は約４
００kg／cm² 以上と高く、また急熱膨張率、吸水率とも
低いので、ダストを形成するＳｉＯ₂ 分がガラス化して
いるとみられる。そして最適焼成温度は各ダストの配合
率により変化するが、例示しないデ−タを含めて、焼成
温度を１１００〜１４５０℃の範囲とすることにより約
４００kg／cm² の曲げ強度が得られることが知見され、
造粒後の粒体の強度および急熱膨張率、吸水率等も上記
試験結果に近いものと推定されるので、造粒後の焼成温
度を１１００〜１４５０℃に限定するものである。

【００２２】

【作用】この発明においては、造粒された粉体は焼成に
よつて一体化し、微細な集じんダストから所望粒度の人
工鋳物砂が得られる。また焼成により集じんダスト中の
ＳｉＯ₂ 分がガラス化して、熱膨張率（急熱膨張率）の
低い人工鋳物砂が得られる。さらに人造珪砂製造プラン
ト、鋳物砂の古砂再生プラント、スラグ砂製造プラント
等から排出される廃棄物であつた集じんダストを原料と
するため、原料費が安価ですむとともに、従来の集じん
ダストの廃棄処理費や廃棄スペ−スも大巾に低減化され
る。

【００２３】

【実施例】以下この発明の一実施例を説明する。先ず原
料としては前記表１および２に示す性状の珪砂ダスト、
再生ダスト、スラグダストを、前記表３の配合Ｎo.Ａの
割合で配合したものを用い、図１に示すフロ−に従つて
処理をおこない、人工鋳物砂製品を得た。以下主要工程
について説明する。

【００２４】（１）粉砕 粉砕媒体として直径１０〜３０mmのアルミナボ−ルを収
容した実験用ポツトミルを用い、３００分間粉砕をおこ
なつた。 （２）分級 安川電機製のエヤ−分級機を用い、１４５メツシユでふ
るい分けし、大径粒子を除去した。 （３）造粒 新東工業製の造粒機を用い、造粒後焼成までの間の形状
保持（崩れ防止）のために、木節粘土から成る粘結材
を、粉体全重量に対して約１０％添加し、撹拌混練によ
る造粒をおこなつた。

【００２５】（４）乾燥 造粒した粒子中には１５〜２０％の水分を含んでいるた
め、実験用電熱乾燥機（工業的にはロ−タリ−キルンを
用いるとよい）を用いて乾燥をおこなつた。 （５）まぶし 焼成時の粒子相互の溶着を防止するために、撹拌機によ
つて粒子の形状が保持されるように軽い混合をおこなつ
て、造粒乾燥した粒子の表面にアルミナ粉末から成る耐
火物粉末をまぶした。 （６）焼成 前記まぶし工程後の粒子を匣鉢（さや）に入れ、実験用
焼成炉により、６時間かけて設定温度１２００℃まで昇
温させ、この温度に１時間保持後炉内において自然冷却
させた。

【００２６】（７）解砕 匣鉢に入れて焼成したこともあつて、焼結粒子は部分的
に相互に融着して複粒子となつているので、これを単一
粒子に戻し、さらにアルミナ粉末を除去するために、日
本鋳造製のロ−タリ−リクレ−マを用いて解砕をおこな
つた。 （８）微粉除去 自社製の流動床式微粉除去装置により、粒子表面から剥
離したアルミナ粉末などの鋳物砂としては不要な７４μ
ｍ以下の微粉末を除去した。 （９）ふるい分け 得られた人工鋳物砂は、表４に示すように１７００〜５
３μｍの広範囲の粒度分布を有するものであり、振動ふ
るい機により１４メツシユ以上の大径粒子を除去して、
人工鋳物砂製品とした。この製品は、さらに鋳造用途に
応じて適宜ふるい分けにより粒度調節をおこない、鋳物
砂として実用に供される。

【００２７】

【表４】

【００２８】上記工程により製造した人工鋳物砂の性能
確認のために、表４に示すふるい分け品を、さらに実用
範囲の粒度に粒度調整して、表５の上欄に示す粒度分布
の人工鋳物砂（本発明品）とし、これに似た粒度分布を
示す比較的高品位のＪＩＳ１種６５号の人造珪砂（表５
下欄参照）と共に、原料砂としての特性試験、シエル鋳
型として使用した時の鋳型の特性試験、およびシエル鋳
型による鋳込試験をおこなつたところ、下記の結果が得
られた。

【００２９】

【表５】

【００３０】〔１〕原料砂としての特性 多品種少量生産型高効率鋳造技術連絡会議制定になる有
機鋳型の試験方法に準拠して試験をおこない、得られた
特性値を表６に、破砕試験の結果を表７に示す。

【００３１】（ａ）水分 １００±５℃雰囲気の乾燥器に１時間装入し、乾燥前後
の試料重量差として算出した。人工鋳物砂の方が低水分
であるが、鋳物用として特に問題はない。 （ｂ）Ｉｇ Ｌｏｓｓ（強熱減量） 試料１０ｇを１０００℃の雰囲気で１時間灼熱した。砂
の遊離水分以外の結晶水、有機物、ＣａＯやＫ₂ Ｏなど
の稀土類の混入量の目安として測定するものであるが、
結晶水を持つている人造珪砂に比べ、焼成した人工鋳物
砂の測定値は低い。 （ｃ）粘土分 鋳物砂における粘土分は２０μｍ以下の微粒子を称する
ものであり、本発明砂の粘土分が若干多いのは、まぶし
工程時に使用したアルミナ分が残留しているためであ
る。

【００３２】（ｄ）通気度 粒子の粗いほど、また粒子形状が球状に近いほど、砂粒
子間の空間が多く通気度は高くなる。本発明砂と人造珪
砂とは粒度分布が近似しているにも拘らず、本発明砂の
通気度は高いので、本発明砂の砂粒子は球状に近いもの
である。 （ｅ）ｐＨ、酸素消費量 本発明砂は人造珪砂と大差はなく、硬化剤を使用する自
硬性鋳型の原料砂としても使用できるものである。 （ｆ）破砕性 つき固め機による方法により、破砕前後の骨材の粒度指
数の比である破砕度を求める破砕度試験をおこなつた
が、表７に示すように、破砕性の点においても本発明砂
は人造珪砂に比較してほとんど遜色はなく、充分実用に
供し得るものである。

【００３３】

【表６】

【００３４】

【表７】

【００３５】〔２〕シエル鋳型としての特性 砂として本発明砂および人造珪砂を用い、この砂１００
部（重量部。以下同じ）に対して、フエノ−ルレジン
２．５部、ヘキサミン０．３７５部、ステアリン酸カル
シウム０．１部を配合し、１バツチ８０００ｇの混練機
（遠州鉄工製スピ−ドミキサ−）を用いて、ドライホツ
トマリング法により混練し、レジンコ−テツドサンドを
製造し、これを用いて下記の試験をおこなつた。

【００３６】（ａ）曲げ強度試験 １０mm角×６０mm長のテストピ−ス５本を造型する金型
を２５０℃に加熱し、前記レジンコ−テツドサンドを高
さ３００mmより落下させ６０秒セツテングしたのち、金
型と共に約５００℃の雰囲気の炉内において６０秒キユ
アリング後、金型より取出し、室温まで冷却したのち、
鋳造技術普及協会（ＪＡＣＴ）認定の抗折力試験法によ
り曲げ強度を測定した。曲げ強度値は、本発明砂が６
７．１kg／cm² 、人造珪砂が７７．１kg／cm² で、大差
はなかつた。

【００３７】（ｂ）急熱膨張率 直径２８mmの円形を２面巾１８mmにカツトした断面形状
を有し長さが５０mmであるテストピ−スを造型する金型
を用い、その他は前記曲げ強度試験のテストピ−スと同
条件で造型したテストピ−スを、１０００℃の炉内に挿
入し、経過時間（秒）に対してダイヤルゲ−ジにより膨
張量を測定し、表８および図２に示す試験結果を得た。
本発明砂の急熱膨張率は人造珪砂に比較して大巾に低
く、低膨張砂として充分使用できるものである。

【００３８】

【表８】

【００３９】〔３〕鋳込試験 本発明砂１００部に、フエノ−ルレジン２部、ヘキサミ
ン０．３部、ステアリン酸カルシウム０．１部を配合
し、前述のドライホツトマリング法によりレジンコ−テ
ツドサンドを製造し、２５０〜３００℃に加熱したクラ
ンクケ−ス金型にブロ−イングマシンにより吹込み、通
常の珪砂と同様な造型サイクルで造型して得た鋳型に、
鋳鉄（ＦＣ２５）の溶湯を鋳込み、エンジンブロツク鋳
物を鋳造した。得られた鋳物には、鋳型に起因する鋳造
欠陥は何ら発生しなかつた。

【００４０】この発明は上記実施例に限定されるもので
はなく、たとえば造粒方法等によつては粘結材の添加は
省略してもよく、また粒子間の融着がない場合等は耐火
物粉末のまぶし工程を省略してもよい。また造粒前の粉
砕と分級は、いずれか一方を省略してもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
人造珪砂製造プラント、古砂再生プラント、スラグ砂製
造プラント等の集じんダストを用いて、熱膨張率が低く
安価な人工鋳物砂を得ることができ、また従来の集じん
ダストの廃棄処理費や廃棄スペ−スも大巾に低減化する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す人工鋳物砂製造工程
のフロ−チヤ−トである。

【図２】この発明の実施例および比較例の鋳物砂の熱膨
張率の測定結果を示す線図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人造珪砂製造プラントの集じんダスト、
   鋳物砂の古砂再生プラントの集じんダスト、およびキユ
   ポラ水滓スラグを原料とするスラグ砂製造プラントの集
   じんダストのうちの少なくとも１種類を主原料とする最
   大粒径１００μｍ以下で平均粒径３０μｍ以下の粉体
   に、造粒焼成処理を施して成る人工鋳物砂。
2. 【請求項２】 人造珪砂製造プラントの集じんダスト、
   鋳物砂の古砂再生プラントの集じんダスト、およびキユ
   ポラ水滓スラグを原料とするスラグ砂製造プラントの集
   じんダストのうちの少なくとも１種類を主原料とし、最
   大粒径１００μｍ以下に、かつ平均粒径３０μｍ以下に
   分級および／または粉砕してなる粉体を、造粒したの
   ち、１１００〜１４５０℃の温度により焼成して鋳物砂
   とすることを特徴とする人工鋳物砂の製造方法。