JPH0663690A - 鋳物砂およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱膨張率の小さい鋳物砂を安価に製造する。 【構成】 本発明に係る鋳物砂は、溶解炉の出湯口から
取り出された溶湯に浮遊しているスラグを所定の粒径に
成形したことを特徴とする。ここで溶湯の表面に浮遊し
ているスラグは、その大部分がガラス化している。した
がって前記スラグから製造された鋳物砂は熱膨張率が非
常に小さい。このため、前記スラグ製の鋳物砂から成形
された鋳型は鋳造中にほとんど熱膨張をすることがな
い。この結果、鋳型割れ等が発生し難く、また鋳物製品
の品質も向上する。また、前記スラグは、従来、廃棄さ
れていたものであり、これを再利用できるために資源の
有効利用が図れる。さらに安価に鋳物砂を製造すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋳型に使用される鋳物
砂およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋳型を造型する際に用いられる鋳
物砂には、SiO₂の含有量が８０％以上の珪砂が一般的に
使用される。そしてこの珪砂に粘結剤としての有機系樹
脂、例えばフェノール系樹脂、フェノール・イソシアネ
ート系樹脂、又はフラン系樹脂を被覆して鋳型の成形に
使用している。しかしながらSiO₂を主成分とする珪砂
は、温度が575 ℃付近で結晶変態〔α型（低温型）から
β型（高温型）に変態する〕をすることにより約１〜２
％熱膨張をする。ここで一般的に、鋳造中の鋳型の温度
は500 ℃〜700 ℃に達する。したがって、この珪砂から
成形された鋳型は鋳造中に熱膨張をすることになる。特
に、複雑な形状や、肉厚差の大きい鋳型では熱膨張が不
均一になりやすく、鋳型割れや鋳物の品質に重大な影響
を与える。これらの問題点を解決するために、熱膨張率
が非常に小さい多孔質セラミックス粒状体、又はこの多
孔質セラミックス粒状体と珪砂との混合物を鋳物砂とし
て使用する技術が、特開昭６１−２４５９３７号公報に
記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
従来の技術によると、多孔質セラミックス粒状体を得る
ためには微粉末粒子を厳重な管理のもとに造粒、焼結し
なければならない。このため天然砂を篩い分けして得ら
れる従来の珪砂に比べ、多大の費用、労力、時間を要
し、大量生産鋳物の鋳型材料としては不適切である。本
発明の技術的な課題は、溶解炉で発生するスラグから良
質の鋳物砂を製造することにより、熱膨張率の小さい鋳
型を安価に製作しようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、以下の
特徴を有する鋳物砂によって解決される。即ち、請求項
１に係る鋳物砂は、溶解炉の出湯口から取り出された溶
湯に浮遊しているスラグを、所定の粒径に形成したこと
を特徴とする。また、請求項１に係る鋳物砂は、請求項
２に示す鋳物砂の製造方法によって製造される。即ち、
請求項２に係る鋳物砂の製造方法は、溶解炉の出湯口か
ら取り出された溶湯に浮遊しているスラグを、その溶湯
から分離した後、冷却して粉砕することを特徴とする。

【０００５】

【作用】本発明によると、鋳物砂は溶解炉で発生するス
ラグから製造される。ここで一般的に、溶湯の表面に浮
遊しているスラグは、その大部分がガラス化している。
したがって前記スラグから製造された鋳物砂は575 ℃付
近で結晶変態がなく熱膨張率が非常に小さい。このた
め、前記スラグ製の鋳物砂から成形された鋳型は鋳造中
にほとんど熱膨張をすることがない。この結果、鋳型割
れ等が発生し難く、また鋳物製品の品質も向上する。ま
た、前記スラグは、従来、廃棄されていたものであり、
これを再利用できるために資源の有効利用が図れる。さ
らに安価に鋳物砂を製造することができる。

【０００６】

【実施例】以下、図１、図２および表１、表２を参照し
て本発明の一実施例に係る鋳物砂の製造方法の説明を行
う。本実施例は、鋳鉄の溶解に使用されるキュポラ炉で
発生するスラグから鋳物砂の製造を行うものである。こ
こで前記キュポラ炉は立型円筒状の炉であり、炉体下部
には熱風の吹き込み口である羽口が円周方向に複数個取
り付けられている。そして炉頂部から材料（鉄板）、コ
ークスおよび石灰石が投入され、一方、溶けた鉄（溶
湯）は炉底部の出湯口から取り出される。前記出湯口か
ら流出した溶湯の表面にはスラグが浮遊している。この
スラグは前記出湯口付近で溶湯と分離されて所定の場所
に導かれ、ここで水冷される。なお、水冷されたスラグ
（水滓スラグ）は多量の水によって冷却および運搬され
るために 3 〜10％の水分を含有している。この水滓ス
ラグ（水滓スラグ元砂）の粒度分布が表１に示されてい
る。

【０００７】次に前記水滓スラグから鋳物砂を製造する
方法を、図１を参照して説明する。先ず、前記水滓スラ
グは乾燥工程１でスラグ中の水分が除去される。ここで
乾燥はロータリーキルンを用い、乾燥温度80℃〜100 ℃
の雰囲気で前記スラグを回転流動させながら行われる。
通常、鋳物砂の乾燥には、その鋳物砂の層の下方から圧
縮空気を吹き込んで前記鋳物砂を流動させる流動層方式
が使用される。しかしながら、水滓スラグは表１に示さ
れるように粒径が0.1mm 〜10mmと広い分布を持っている
ため、圧縮空気で均一に流動させることは困難なため、
特にロータリーキルンが使用される。次に、乾燥された
スラグは、磁選工程２でスラグ中の強磁性体、例えば、
鋳鉄粒や鋳鉄とスラグとの複合体等の除去が行われる。
鋳鉄粒等が鋳物砂に混入すると鋳型の強度や熱膨張率等
に悪影響を及ぼすばかりでなく、鋳造品の表面欠陥の原
因ともなる。このためスラグ中から鋳鉄粒等の除去が行
われる。磁選のための設備としては1000〜5000ガウス程
度の磁選機が使用される。この磁選機によって前記鋳鉄
粒等は吸着収集されてスラグ中から除去される。

【０００８】磁選工程２を経たスラグは、粉砕工程３で
0.07〜0.85mmの粒径になるように粉砕される。このスラ
グを粉砕する設備としては、粉砕歩留りが高く粉砕後の
粒径が球状化し易いインペラーブレーカーが使用され
る。前記インペラーブレーカーは、回転する羽根車によ
ってスラグを飛ばし、このスラグを壁面に衝突させるこ
とにより、スラグの粉砕を行うものであり、前記羽根車
の回転速度をコントロールすることによってスラグの粒
径を調整することが可能である。前記インペラーブレー
カーを通過したスラグの粒径は3.0 〜0.001mm の広い分
布を有しているが、主体は3.0 〜0.05mmであり、これ以
下のものは数％にすぎない。しかしながら鋳物砂として
一般的に使用される粒径は0.85〜0.07mmであるから、前
記インペラーブレーカーを通されたスラグは篩い分け工
程４で粒径が0.85mm以上のものと、0.85mm以下のものと
に分級される。篩い分けは水平式振動篩いを用いて行わ
れる。粒径が0.85mm以上のスラグは粉砕工程３に戻され
て前記インペラーブレーカーによって再び粉砕される。

【０００９】前記インペラーブレーカーによって粉砕さ
れたスラグの粒子は、その形状が角型または尖角型にな
っている。このため、仮に、このスラグをそのまま鋳物
砂として使用した場合には、従来の珪砂と比較して同量
のバインダの添加で強度が低下し、さらに通気性も悪化
する。このためスラグの粒子の形状を球形に近づける処
理が必要となる。このため前記篩い分け工程４で 0.85
mm以下と分級されたスラグは、次に、磨鉱工程５で粒子
の形状を球形に近づけるように磨かれる。なお、粉砕工
程３、篩い分け工程４を経たスラグの粒度分布が、表１
に示されている。前記スラグの粒子を磨鉱する設備とし
ては、ロータリーリクレーマが使用される。前記ロータ
リーリクレーマは、容器を高速回転させてその容器内に
投入されたスラグに遠心力を与え、容器内に堆積してい
るスラグの粒子に加速されているスラグの粒子を衝突さ
せて、双方のスラグ粒子の表面を磨くものである( 遠心
力摩擦法) 。これによってスラグの粒子は丸みを帯び、
さらに粒子の表面が滑らかになる。

【００１０】磨鉱処理が行われると粒子の表面が剥離す
るために、粒径が 0.07mm 以下の微粉がスラグ内に混在
することになる。しかしながら、粒径が 0.07mm 以下の
微粉は鋳型の通気性を悪化させるために鋳物砂としては
使用することはできない。このため磨鉱工程５を経たス
ラグは、次の微粉除去工程６において粒径が 0.07mm 以
下の微粉が除去される。微粉の除去は、前記スラグを層
状に配置して下方から圧縮空気を送り込んで前記スラグ
を流動させる流動床式分級装置を用いて行われる。これ
によって、粒径が 0.07mm 以下の微粉は圧縮空気によっ
て吹き飛ばされてスラグ中から除去される。なお、除去
された微粉は集塵機によって回収される。以上の工程を
経たスラグ（精製後）の粒度分布は、表１に示されるよ
うに、0.85〜0.07mmの範囲であるが、鋳造品の形状や要
求される鋳肌表面粗度に応じて数種類の粒度に分級する
必要がある。このため、微粉除去工程６を経たスラグは
篩い分け工程７で所定の粒度に分級される。そしてこの
スラグが鋳物砂として使用される。なお、篩い分けの設
備としては水平型振動篩いが使用される。

【００１１】図２は、水滓スラグ製の鋳物砂から成形さ
れた試験片と、従来の珪砂から成形された試験片との熱
膨張率を比較したものである。ここで前記試験片は、水
滓スラグ製の鋳物砂（100 ％) にフェノール系樹脂を2
％ 添加したものを円柱形(28 φ×50 L )に焼成したも
のと、珪砂（100 ％) にフェノール系樹脂を2 ％添加し
たものを円柱形(28 φ×50 L )に焼成したものとが使用
される。そして両試験片を1000℃の雰囲気内に120 秒間
置いて各円柱の高さ変化を測定することにより熱膨張率
を演算する。ここで、水滓スラグ製の鋳物砂から成形し
た試験片の熱膨張率が実線で表されており、珪砂から成
形した試験片の熱膨張率が点線で表されている。前記水
滓スラグはその大部分がガラス化しているために575 ℃
付近での結晶変態がなく、図２に示されるように、この
水滓スラグから製造された鋳物砂の熱膨張率は非常に小
さい。また、水滓スラグ製の鋳物砂（100 ％) にフェノ
ール系樹脂を2 ％添加して焼成した成形片に対する曲げ
強度試験の結果と、珪砂（100 ％) にフェノール系樹脂
を2 ％添加して焼成した成形片に対する曲げ強度試験の
結果とが、表２に示されている。水滓スラグ製の鋳物砂
から焼成された成形片の強度は、磨鉱処理を施してスラ
グの粒子が球形に近づくにつれて、珪砂から焼成された
成形片の強度にほぼ等しくなる。このように前記鋳物砂
によって成形された鋳型は鋳造中にほとんど熱膨張をす
ることがなく、また従来の珪砂によって成形された鋳型
に匹敵する強度を有しているために、鋳型割れや鋳物製
品の品質不良が発生することがない。また、前記スラグ
は、従来、廃棄されていたものであり、これを再利用で
きるために資源の有効利用が図れる。さらに安価に鋳物
砂を製造することができる。なお、水分除去後の水滓ス
ラグを上記の工程で精製した場合の精製歩留りは、約85
％であった。

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【発明の効果】本発明に係る鋳物砂で成形された鋳型は
鋳造中にほとんど熱膨張をすることがないため、鋳型割
れ等が発生し難く、また鋳物製品の品質も向上する。さ
らに、従来、廃棄されていたスラグから鋳物砂が製造で
きるために、資源の有効利用が図れ、かつコストの低減
が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】水滓スラグから鋳物砂を製造する工程を表すブ
ロック図である。

【図２】従来の珪砂で成形した試験片の熱膨張状況と、
水滓スラグから得られた鋳物砂で成形した試験片の熱膨
張状況とを比較したグラフである。

【符号の説明】

１ 乾燥工程 ２ 磁選工程 ３ 粉砕工程 ４ 篩い分け工程 ５ 磨鉱工程 ６ 微粉除去工程 ７ 篩い分け工程

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石本 祥広 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 乗富 一好 愛知県岡崎市鉢地町字三山13番地 株式会 社三栄シリカ内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶解炉の出湯口から取り出された溶湯に浮
   遊しているスラグを、所定の粒径に成形したことを特徴
   とする鋳物砂。
2. 【請求項２】溶解炉の出湯口から取り出された溶湯に浮
   遊しているスラグを、その溶湯から分離した後、冷却し
   て粉砕することを特徴とする鋳物砂の製造方法。