JPH10500067A - 鋳型および中子製造のための破砕されたかつグレード化された鉱石、好ましくは磁鉄鉱鉱石の使用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は好ましくは非鉄金属または合金、特に軽金属および軽金属合金を鋳造するときに、乾燥または生の、好ましくは粘土結合された、特にベントナイト結合された、箱内鋳型または箱なし鋳型、およびそのような鋳型または金属鋳型（ダイ）中に置くための中子を製造するための、循環可能または非循環鋳型または中子原料のそれぞれにおける粒状鉱物基原料としての、破砕されたかつグレード化された鉱石、好ましくは磁鉄鉱鉱石の使用を記述する。基原料として珪砂を用いる通常の方法に比べて、この方法は実質的により速い冷却およびそれ故にこの鋳型で鋳造された金属のより速い凝固、並びに製造された鋳物のより有利な微細構造を達成することを可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】 鋳型および中子製造のための破砕されたかつグレ ード化された鉱石、好ましくは磁鉄鉱鉱石の使用 技術分野 本発明は、非鉄金属または合金、特に軽金属および軽金属合金を鋳造する際に 使用するための鋳型および中子を製造するための破砕されたかつグレード化され た鉱石、好ましくは磁鉄鉱鉱石の使用に関する。 磁鉄鉱は化学量論的な組成Fe₃O₄を持つ強磁性鉱物である。本明細書において 、表現“グレード化された”は破砕された後の、鉱石が砂のような粒状物質に対 して良く知られている如くある粒子寸法の選別、例えばふるい分け、空気分別ま たは浮選による、にかけられたことを示すために用いられる。背景技術 今日まで、鋳型および中子を製造するために使用される粒状鉱物基原料は実際 上専ら珪砂であった。 確かに、鋳物工業においてオリビンサンド、マグネシウム−鉄ケイ酸塩、およ びジルコンサンド、ジルコニウムケイ酸塩のような他の粒状鉱物基原料を使用す ることもまた知られていないことはない。それらの熱抵抗性および高価格のため に、これらの基原料は、鋳造の対応する領域の砂の“焼付き”およびその結果と して起こる厄介なかつ費用のかかる鋳物の清浄作業を避けまたは減らすために、 特に熱に露出される鋼鋳物を鋳造するための鋳型の領域のいわゆる“パターンサ ンド”としてのまたは中子インレイとし ての局部的な使用を見出しているにすぎない。 破砕されたクロム鉄鉱石についても類似の用途が見出されている、この鉱物の 場合液体鋼に対するそのぬれ性はそれが簡単に液体鋼を“はじく”という事例で もある。 このような粒状鉱物基原料が非鉄金属または合金の鋳造はもちろんとして、循 環鋳型原料として大量に使用された例は知られていない。 A．Wittmoser，K．Steinack および R．Hofmanによる報文（１９７１年、デュ ッセルドルフ、第３８回国際鋳物学 Anwendung des Magnetformverfahrens zur Herstellung von Massengussteilen ”において、膨張したポリスチレン発泡体の加熱ガス化可能な模型の大量生産に 基づく鋳物の大量生産が記載されている．これらの模型は被膜剤（Schlichte） でスプレーされるかその中に浸漬されるかにより被覆され、その後でそれらは恐 らく流動状態で、鉄粒子と破砕磁鉄鉱鉱石の流動可能な混合物で覆われる。鋳造 作業の前に、その個々の粒子を磁気的に結合するために磁場が鋳型原料に適用さ れ、前記磁場は全鋳造時間中および少なくとも鋳型中で金属が凝固する時間の一 部の間維持される。磁場が取り除かれた時、鋳型原料、再び流動可能となってい る、は鋳物から流れ去り、その後でそれは、恐らく冷却された後、新しい鋳型で 使用することができる。報文は専ら鉄合金の鋳造に関して、珪砂に比べてその鋳 型材料の高冷却効果を述べており、またこの冷却効果を鋳型原料における鉄粒子 と磁鉄鉱粒子間の量比を変えることによりど のように変えることができるかについて検討しており、その結果磁鉄鉱粒子の割 合を増やすと冷却効果が減少することについて述べている。 明らかに、この方法は通常の造型および鋳造システムに使用することはできな い。 しかし、軽金属鋳物を鋳造するために、特に自動車および類似の産業で使用す るために、鋳型中で鋳造された金属のより速い冷却を達成するための大きな要求 がある、というのもこれが鋳物中のより微細な粒状構造を達成することおよびま た鋳物中のいわゆるミクロ収縮巣を避けることを可能とするからである。 現時点においては、いわゆる金属鋳型（ダイ）での鋳造によりそのようなより 速い冷却を達成しようとする試みがなされている。しかし、そのような鋳型は製 造費が高く、かつ砂の使用に基づく通常の造型および鋳造システムでの鋳造に比 べて、それらの生産能力は非常に限定されている。発明の開示 本発明の目的は、砂の使用に基づく通常の造型および鋳造プラントにおいて、 どのようにすれば金属鋳型で達成される冷却速度に近いそれを達成することがで きるかを示すことにある。 本発明によれば、この目的は破砕されたかつグレード化された鉱石、好ましく は磁鉄鉱鉱石を粒状鉱物基原料として、循環または非循環鋳型または中子原料の それぞれにおいて、乾燥または生の、好ましくは粘土結合、特にベント ナイト結合の、箱内鋳型または箱なし鋳型を、およびそのような鋳型内または金 属鋳型（ダイ）内に置くための中子を製造するために、好ましくは非鉄金属また は合金、特に軽金属および軽金属合金を鋳造するときに、使用することによって 達成される。 基原料としての珪砂の使用に比べて、これは鋳型で鋳造された金属がより速く 凝固すること、そしてこの方法での鋳物、特に軽金属鋳物はダイキャストにより 達成されるのとほぼ対応する、より微細粒状および“より緻密な”構造を与える ことを主として意味する。すなわち、造型砂の使用に基づく通常の造型および鋳 造システムにおいて、そしてそのようなプラントと組み合わせられた比較的低い 模型費用および高生産性能力を持つシステムにおいて、極めて高い造型費用およ び低操作速度を持つダイキャストシステムを用いることによって達成されるのと 少なくとも近似の水準の品質を達成することができる。 第二の利点は、この発明を使用することによって、造型および鋳造システムの 冷却部門を実質的により短くし、かくして空間を節約することができることであ る。 第三の利点は、循環される造型原料の量が、基原料としての珪砂の使用に比べ て減少すること、かくして結局のところ高価な基原料の使用を部分的に補償する ことである。 同じ方向を指向している第四の利点は次から明らかとなる：環境上の理由から 、珪砂に基づく使用され捨てられた造型原料を貯蔵または埋蔵するのに比較的費 用がかかるが、磁鉄鉱鉱石に基づく捨てられた造型原料の場合にはこれ を無料で処分することができるばかりでなく、恐らく経済的な利点を持って処分 できる、というのも、この原料は更なる処理をすることなく溶鉱炉のみならず鉄 または鋼を溶融するための実用的などのような炉でも鉄を作るために利用するこ とができるからである。 基原料としての磁鉄鉱鉱石の使用によるなお今一つの利点は、珪砂とは対照的 に、この原料は肺疾患珪肺症を起こすことがないことである。 金属ダイの中に置かれる中子としてこの原料を使用する利点は、金属中子とは 対照的に、そのような中子はどのような希望する態様にも形成することができる ばかりか珪砂の対応する中子よりも実質的により大きな冷却能力を持つことであ る。 この発明による使用においては、基原料が請求の範囲２に示す粒子寸法分布を 持つことが有利であることが証明された。 鋳型のために用いられる鋳型原料は有利には請求の範囲３に示す態様で造るこ とができ、用いられるベントナイトは好ましくは自然に存在するＮａ−ベントナ イト（西部ベントナイト）またはいわゆる“活性ベントナイト”、すなわちＣａ −ベントナイト（南部タイプ）がイオン交換によりＮａ−ベントナイトに転換さ れたもの、である。ベントナイトは鋳物工業において一般に用いられる結合剤で ある。 これに代えて、鋳型原料は請求の範囲４に示す如く造ることができる。両方の 場合において、鋳型は請求の範囲５ に示す如く鋳造に先立ち乾燥させられる。 第二または更なる改変として、鋳型原料は請求の範囲６に示す態様で造ること ができ、そのときは鋳型は請求の範囲７に示す如く鋳造に先立って硬化または固 化させられる。 三つの全ての場合において、添加物は好ましくは請求の範囲８に示す群から選 ばれるが、これは他の添加物の使用を排除するものではない。 この発明による使用においては、中子は好ましくは請求の範囲９に示す態様で 造られた中子原料から構成され、中子原料は恐らく請求の範囲１０または１１に 示す如く固化されまたは硬化させられる。 しかし、中子はまた請求の範囲２に示す態様で構成されかつ凍結により固化さ れまたは硬化させられる、中子箱の冷凍は例えば窒素のようなガスを用いること により達成される。この態様により、この中子はある応用、例えば前述の金属鋳 型内の中子の使用のために望ましいかもしれないところの、特別に強力な冷却効 果を造り出すであろう。 好ましくは、砂落し作業から生ずる鋳型および中子原料の一部は請求の範囲１ ３に示す態様で再加工される、なおこの場合には、水および結合粘土の添加は好 ましくは再循環される造型原料が希望の造型特性を持つであろうような態様で調 整される。 砂落し作業から生ずる鋳型および中子原料の残りは請求の範囲１４に示す如く 再生および再利用させられることができ、そのような再生工程では珪砂に基づく 鋳型および中 子原料の同様な処理のために良く知られた方法と装置を用いることができるが、 加えて、基原料の磁性のために、請求の範囲１５に示す如く磁気分離を追加する ことができる。 これに代えて、再加工されなかった部分の基原料は請求の範囲１６に示す態様 で利用することができる。これは使用された造型原料の過剰量が基原料としての 珪砂の場合のように大きな費用で貯蔵されまたは埋蔵されなくてもよいことを意 味するが、磁鉄鉱の場合−金属採取プロセスで利益的に利用することができ、こ れは任意的に磁鉄鉱原料を予め粒状化して、通常の鉄または鋼鋳造炉内または鉄 溶融炉内において実行することができる。好ましい実施例の説明 この説明の次の部分において、この発明はより詳細に、すなわちそれぞれ破砕 されたかつグレード化された磁鉄鉱鉱石に基づくそして珪砂に基づく造型原料の 比較例を基準として、説明されるであろう。 以下に検討される“技術的”試験において、スイス国 Schaffhausen の Georg Fischer A．G.社から供給された一般に使用される砂試験装置が用いられ、そし て、この会社により与えられた試験指導書に従って試験された。 用いられる磁鉄鉱砂と珪砂間の決定的差を示すパラメーターは乾量基準の砂の 単位容積当りの重量、すなわち例えば１リットルの圧縮砂のキログラムでの重量 であり、それは磁鉄鉱砂に対してはほぼ２．８に達するが珪砂に対してはほぼ１ ．５である。更に、珪砂においては冷却効果はほ ぼ１０００Ｊ／ｍ²ｓ^1/2 °Ｋであるのに対し、磁鉄鉱砂のそれはほぼ１５００ Ｊ／ｍ²ｓ^1/2 °Ｋに達する。 比較試験で使用するために、次の混合物が実験室用混合機で造られた： Ｉ．磁鉄鉱砂：４．５ｋｇの磁鉄鉱砂が３００ｇの活性 間混合され、スクリーニングの後表１に示した試験に供された。 II．珪砂：２．５ｋｇの珪砂が３００ｇの活性ベントナ れ、スクリーニングの後表１に示した試験に供された。 寸法３６ｍｍ直径×１８５ｍｍを持つ試験鋳型が同じ模型および上記Ｉおよび IIに記載の鋳型砂混合物を用いて造られ、前記試験鋳型はAlSi７Mgで６８０℃で 鋳造された。同時に対応する寸法の試験片が金属鋳型内で鋳造され、次のパラメ ータが決定された： ＤＡＳ、すなわち樹枝状晶の腕の距離、μｍ ｔ_s、すなわち凝固時間、秒 これらの数値は珪砂に比べたとき磁鉄鉱砂のより大きな冷却効果を全く明確に 示しており、一方磁鉄鉱砂鋳型で鋳造された試料のミクロ組織は珪砂鋳型で鋳造 された試料におけるよりもほぼ１３．６％“より緻密”（より“微細粒状”）で あり、それらの凝固時間は珪砂鋳型で鋳造された試料のそれに比べてほぼ３５％ 減少している。また上述の両パラメーター値は金属鋳型での鋳造により達成され たそれらにほぼ近い値が達成されている。 上述のそして請求の範囲に示された使用に加えて、この技術の当業者にとって 請求の範囲９〜１２のいずれか一つに記載の中子を組み合せられた改良された冷 却効果と鋳型の鋳造後の中子の減少した浮力の両方を達成するために、基原料と して珪砂を持つ鋳型内で使用することは容易なことであろう。その場合、磁鉄鉱 砂は砂落し後の珪砂から磁気的に容易に分離することができ、かくして一方で磁 鉄鉱砂を回収でき、一方で循環珪砂の中子砂および中子結合剤による汚染を避け ることができる。 上記の説明において、この発明による使用は軽金属合金の鋳造に関して述べら れたが、前記使用はまた鋳造が例えば非鉄銅合金または鋳鉄のような鉄金属でさ えも実行するとができることは理解されるであろう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９７年１月１６日 【補正内容】 請求の範囲 １．非鉄金属または合金または鉄金属、特に軽金属および軽金属合金を鋳造す るための粘土結合、特にベントナイト結合、の鋳型において、前記鋳型が基原料 としての破砕されたかつグレード化された磁鉄鉱鉱石から作られることを特徴と する鋳型。 ２．請求の範囲１に記載の鋳型内に置かれるための粘土結合、特にベントナイ ト結合、の中子において、前記中子が基原料としての、チタン磁鉄鉱砂を除く、 破砕されたかつグレード化された磁鉄鉱鉱石から作られることを特徴とする中子 。 ３．基原料が主として０．０５ｍｍから０．５ｍｍの間隔の、好ましくは０． １ｍｍから０．２５ｍｍの間隔の、かつ主として三つの標準メッシュふるい内に ある粒子寸法分布を持つことを特徴とする請求の範囲１または２に記載の鋳型ま たは中子。 ４．鋳型が基原料を好ましくは２〜２０重量％のベントナイト、好ましくは１ 〜５重量％の水および任意的に好ましくは１〜１０重量％の添加物と混合して造 られた粘土結合湿潤鋳型原料からなることを特徴とする請求の範囲１または３に 記載の鋳型。 ５．鋳型が基原料を好ましくは５〜１０重量のセメント、好ましくは１〜５重 量％の水および任意的に１〜１０重量％の添加物と混合して造られた鋳型原料か らなることを特徴とする請求の範囲１または３に記載の鋳型。 ６．鋳造に先立って鋳型がほぼ４００℃迄の温度で乾燥 されたことを特徴とする請求の範囲４または５に記載の鋳型。 ７．鋳型が基原料を好ましくは５〜１０重量％の水ガラスと任意的に１〜１０ 重量％の添加物と混合して造られた鋳型原料からなることを特徴とする請求の範 囲１または３に記載の鋳型。 ８．鋳造に先立って、鋳型がＣＯ₂で吹きつけられることによって固化された ことを特徴とする請求の範囲７に記載の鋳型。 ９．添加物が炭塵、穀類および砕木からなる群から選ばれることを特徴とする 請求の範囲４〜８のいずれか一つまたはいずれかに記載の鋳型。 10．中子が基原料をそれ自体恐らく知られた、固体または液体状の硬化可能お よび自己硬化する有機または無機中子結合剤からなる群から選ばれた結合剤と混 合して造られた中子原料からなることを特徴とする請求の範囲２または３に記載 の中子。 11．中子原料が加熱により固化されたまたは硬化させられたことを特徴とする 請求の範囲１０に記載の中子。 12．中子原料がガス状固化または硬化剤を吹きつけられることによって固化さ れたまたは硬化させられたことを特徴とする請求の範囲１０に記載の中子。 13．中子が請求の範囲４に示された組成を持つ粘土結合湿潤中子原料からなり 、かつ冷凍された中子箱によるような凍結により固化されまたは硬化させられる ことを特徴とする請求の範囲２または３に記載の中子。 14．鋳造および鋳型の砂落し後に、この態様で回収された鋳型および中子原料 の一部が適当な重量％の水と任意的に適当な重量％の粘土質結合剤と混合するこ とにより鋳型原料を形成するために再加工されることを特徴とする請求の範囲１ 〜１３のいずれか一つまたはいずれかに記載の鋳型または中子。 15．砂落しから回収された鋳型および中子原料の再加工されなかった部分が請 求の範囲４，５，７および１０のいずれか一つまたはいずれかに記載の基原料と して再生および再利用させられることを特徴とする請求の範囲１４に記載の鋳型 または中子。 16．再生工程が磁気分離を含むことを特徴とする請求の範囲１５に記載の鋳型 または中子。 17．砂落しから回収された鋳型および中子原料の再加工されなかった部分の基 原料が金属製造のための冶金工程で使用されることを特徴とする請求の範囲１４ に記載の鋳型または中子。 18．非鉄金属または合金または鉄金属、特に軽金属および軽金属合金を鋳造す るための方法において、請求の範囲１または２に記載の鋳型および／または中子 を使用することを特徴とする方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ， ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 イエスペルセン， エミル デンマーク， ディーケー−2600 グロス トルプ，リペヴェンゲット ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．好ましくは非鉄金属または合金、特に軽金属および軽金属合金を鋳造する ときに、乾燥または生の、好ましくは粘土結合された、特にベントナイト結合さ れた、箱内鋳型または箱なし鋳型、およびそのような鋳型または金属鋳型（ダイ ）中に置くための中子を製造するための、循環可能または非循環鋳型または中子 原料のそれぞれにおける粒状鉱物基原料としての、破砕されたかつグレード化さ れた鉱石、好ましくは磁鉄鉱鉱石の使用。 ２．基原料が主として０．０５ｍｍから０．５ｍｍの間隔の、好ましくは０． １ｍｍから０．２５ｍｍの間隔の、かつ主として三つの標準メッシュふるい内に ある粒子寸法分布を持つことを特徴とする請求の範囲１に記載の使用。 ３．鋳型が基原料を好ましくは２〜２０重量％のベントナイト、好ましくは１ 〜５重量％の水および任意的に好ましくは１〜１０重量％の添加物と混合して造 られた粘土結合湿潤鋳型原料からなることを特徴とする請求の範囲１または２に 記載の使用。 ４．鋳型が基原料を好ましくは５〜１０重量のセメント、好ましくは１〜５重 量％の水および任意的に１〜１０重量％の添加物と混合して造られた鋳型原料か らなることを特徴とする請求の範囲１または２に記載の使用。 ５．鋳造に先立って鋳型がほぼ４００℃迄の温度で乾燥されたことを特徴とす る請求の範囲３または４に記載の使用。 ６．鋳型が基原料を好ましくは５〜１０重量％の水ガラ スと任意的に１〜１０重量％の添加物と混合して造られた鋳型原料からなること を特徴とする請求の範囲１または２に記載の使用。 ７．鋳造に先立って、鋳型がＣＯ₂で吹きつけられることによって固化された ことを特徴とする請求の範囲６に記載の使用。 ８．添加物が炭塵、穀類および砕木からなる群から選ばれることを特徴とする 請求の範囲３〜７のいずれか一つまたはいずれかに記載の使用。 ９．中子が基原料をそれ自体恐らく知られた、固体または液体状の硬化可能お よび自己硬化する有機または無機中子結合剤からなる群から選ばれた結合剤と混 合して造られた中子原料からなることを特徴とする請求の範囲１または２に記載 の使用。 10．中子原料が加熱により固化されたまたは硬化させられたことを特徴とする 請求の範囲９に記載の使用。 11．中子原料がガス状固化または硬化剤を吹きつけられることによって固化さ れたまたは硬化させられたことを特徴とする請求の範囲９に記載の使用。 12．中子が請求の範囲３に示された組成を持つ粘土結合湿潤中子原料からなり 、かつ冷凍された中子箱によるような凍結により固化されまたは硬化させられる ことを特徴とする請求の範囲１または２に記載の使用。 13．鋳造および鋳型の砂落し後に、この態様で回収された鋳型および中子原料 の一部が適当な重量％の水と任意的に適当な重量％の粘土質結合剤と混合するこ とにより鋳型 原料を形成するために再加工されることを特徴とする請求の範囲１〜１２のいず れか一つまたはいずれかに記載の使用。 14．砂落しから回収された鋳型および中子原料の再加工されなかった部分が請 求の範囲３，４，６および９のいずれか一つまたはいずれかに記載の基原料とし て再生および再利用させられることを特徴とする請求の範囲１３に記載の使用。 15．再生工程が磁気分離を含むことを特徴とする請求の範囲１４に記載の使用 。 16．砂落しから回収された鋳型および中子原料の再加工されなかった部分の基 原料が金属製造のための冶金工程で使用されることを特徴とする請求の範囲１３ に記載の使用。