JPS62104648A - 鋳物用砂型の鋳型材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 この発明は、金属鋳造品を製造する場合に使用される鋳
物用砂型の製造方法に関し、特に、鋳物用砂型の造型に
有機系バインダーと無機系バインダーとを併用し、かつ
差込防止剤を使用することによって、放置強度と熱間強
度にすぐれ、η・つ塗型を全く必要としないか、あるい
はスプレー権度の極〈簡単な塗型しか必要としない鋳物
用砂型の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

種々の金属の鋳造品を製造するのに使用される鋳物用砂
型（以下、単に砂型ともいう）は、大別して２通りの方
法、すなわち鋳物用砂（以下、単に砂ともいう）を有機
系バインダーによって固める方法および無機系バインダ
ーによって喝める方法によって製造されている。

そのうち、前者の有機系バインダーを使用する方法とし
ては、例えば、砂に混合させたフェノール樹脂またはフ
ラン樹脂を、硫酸、燐酸、トルエンスルホン酸またはキ
シレンスルホン酸のような強酸性の硬（ヒ剤で硬ｆヒし
て、この砂を固める方法。

フェノール樹脂、ポリイソシアネートおよび塩基性触媒
の３者を砂と混合し、この触媒によりフェノール樹脂と
ポリイソシアネートとのウレタン（ヒ反応を起して砂を
硬（ヒさせる方法（ペップセット法）、および油変性ア
ルキド樹脂、ナフテン酸金属塩およびポリイソシアネー
トの３者の混合によって起るタレタフ１１反応を利用し
て砂を固める方法（ソノキュア法）があり、また後者の
弾機系バインダーを使用する方法としては、セメントで
砂を固めて鋳型を造型する方法（ＯＪプロセス）および
珪酸ソーダを含倚させた砂にＣＯ□ガスを圧入して、砂
を硬ｆヒさせる方法が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記の有機バインダーによって製造された砂型は、一般
に高温強度が劣るとともに、その砂型よ、二溶湯が注入
されると、有機系バインダーが燃焼して砂どうしの結合
が弛み、溶湯が砂の間に侵入する差込み事故が発生する
ので、その溶湯の砂型内部への浸入を防ぐため、砂型の
溶湯と接触する部分に、黒鉛、雲母粉、木炭粉、滑石な
どを主剤とした塗型剤を刷毛またはスプレーなどで塗布
しなければならず、一方弾機バインダーで固めた砂型で
は、差込みはないけれども、放置強度が劣る上に砂に金
属が融着する焼付きが発生し易いので、それを防止する
ために、木粉、コークス粉等を砂に添加した上に、やは
り塗型する必要があり、したがっていずれの場合も塗型
を必要とし、この塗型作業は砂型製作費の３０〜５０壬
も占めて、砂型のコストアップの主要な一因をなしてい
るという問題があった。

〔研究に基づく知見事項〕

そこで、本発明者等は、このような問題を解決するため
に種々研究を重ねた結果、 （１）　　バインダーによって固めた砂型を−、定時間
放置した後の強度、すなわち放置強度が大央いと、鋳造
作業中砂型が壊れ難いため、−生産性が向上するととも
に、取扱いが容易となるので、砂型には元来高い放置強
度が望まれているが、従来のフラン樹脂等の有機バイン
ダーのほかに、エチルシリケートのような珪酸エステル
、これの加水分解生成物および水またはアルコール分散
型シリカゾルのうちの１種または２種以上からなる無機
系バインダー（以下、これらをまとめて本発明叫礒バイ
ンダーともいう）と、その硬化剤としてインシアネート
を添加して砂を硬「ヒさせると、砂型の前記放置強度が
、有機系バインダーだけで硬化させた場合の１．５〜３
倍に同上すること、 （２）有機バインダーによって造型した砂型の熱間強度
は一般に放置強度の１／３程度に低下するが。

砂型造型時に本発明無機バインダー、またはさらに食塩
、硼砂、硼酸等の高温で溶融する高温溶剤を砂に添加す
ると、本発明無機バインダーから供給されるシリカ、あ
るいはさらに食塩等の高温ｍ剤が、高温で砂に溶層して
砂と砂とを強固に績合するため、その砂型の熱間強度は
放置強度の１／２程度までしか低下しない上に、前述の
とおり放置強度自体も高くなっているので、熱間強度は
著しく向上すること、 （３）　　無機系バインダーによって砂型を造型した場
合は、前述のとおり木粉、コークス粉等を砂に添加し、
さらに塗型して、鋳造時に砂が焼つくのを防止していた
が、バインダーとして、本発明器機バインダーのほかに
有機バインダーが共存していると−この焼つきは全く起
らず、耐焼つき性のすぐれた砂型が得られること。

（４）有機系バインダーで固めた砂型は勿論、この有機
系バインダーのほかに前述の本発明弾機バインダーも加
えて造型した砂型でも塗型しないと溶湯が砂の中に差込
む事故が発生するが、砂の中に予めシリカ、アルミナ、
ジルコニア等のｇ機耐火物、すなわち差込防止剤の微粉
末を混入しておくと−これらの微粉末が砂の間の空隙を
塞ぐとともに、この微粉末と砂とは本発明無機バインダ
ーによって強固に融着される結果、溶湯の差込みは無く
なり、したがって小型鋳造品では塗型を省くできること
− （５）鋳鋼、特殊鋼等の鋳造用砂型のように、特に熱間
強度を必要とする砂型は、鋳鉄鋳造用砂型と較べて、シ
リカ等の前記差込防止剤ＪＰ食塩等の前記高温溶剤を多
く必要とするが、これらの添加剤の添加着が増えると砂
型の造型性が低下するので、バインダーを増やす必要も
生ずる。そこでこのバインダーを多く便用すると、コス
ト高になるとともに、砂型の崩壊性が低下するが、ここ
に糖類、デキストリン等の造型剤を砂型に加えると、砂
型の造型性が向上するので、このような造型剤を使用す
れば、バインダーを増やさなくても、すなわち砂型の崩
壊性を維持しつつ、造型性を同上できること、および （６）　　ダクタイル鋳鉄鋳造時に窒素化合物または硫
黄化合物が存在すると、その鋳鉄における黒鉛の球状ｆ
ヒは阻害されるので、これらのＣヒ合物の存在は望まし
くないが、有機バインダーを用いて砂型をつくる場合に
は、例えば自硬性のフェノール樹脂−フェノール変性フ
ラン樹脂を硬ｆヒさせる場合に使用される硫酸や有機ス
ルホン酸から供給される硫黄分−アルキド・ウレタン樹
脂やフェノール・ウレタン樹脂のインシアネートから供
給される窒素分、あるいは尿素変性フラン樹脂中の尿素
の窒素分およびそれの硬Ｃヒ剤から供給される硫黄分は
−いずれも、黒鉛を球状「ヒするために添加されたマグ
ネシウムと反応して−マグネシウムを消耗し、もって黒
鉛の球状ｆヒを阻害するので、従来はこれを防止するた
めに塗型剤を塗布していたが。

砂に酸化鉄や酸ｆヒマグネシウムのような黒鉛球状化安
定剤を添加すると、これが窒素化合物および硫黄１ヒ合
物と反応して黒鉛の球状化が全く阻害されないこと。

を見出した。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は一上記知見に基づいて発明されたもので、放
置強度と熱間強度にすぐれ、かつ塗型を全く必要としな
いか−あるいは極く簡単な塗型しか必要としない鋳物用
砂型の製造方法を様供するｆａｔ合成樹脂からなる有機
系バインダー＝０．４〜３．０４、 ｆｂｌ上記樹脂を硬ｆヒさせるための硬化剤：０．２〜
２．０憾− （ｃｌ　珪酸エステル−これの加水分解生成物−および
水またはアルコール分散型シリカゾルのうちの１種また
は２種以上からなる皿機系バインダー：Ｓｉ分として、
０．０５〜２．０％、ｆｄ）上記ｆｌＷ機系バインダー
を硬化させるための硬ｒヒ剤：０．０５〜２．０壬− ｔｅｌ　１０〜４０μの粒度を有する差込防止剤二０．
１〜３．０％、および必要に応じて（ｆ）高温溶剤二０
．１〜３．０％、 造型剤＝０．１〜２．０憾および 黒鉛球状化安定剤：０．０３〜０，５幅。

のうちの１種または２種思上− を混合することによって（以上の係はすべて前記鋳物川
砂の重量を基にした重＠壬）、鋳物用砂型を製造する方
法に係わるものである。

〔発明の詳細な説明〕

しては、フェノール樹脂、アルキド樹脂、フラン樹脂の
は力・、これらの変性樹脂１例えば尿素変性グーとして
使用されている合成樹脂が用いられ、これらの合成樹脂
は一層に添加して硬化させると一層型の放置強度を向上
させるとともに一層の焼つきを防止する作用を発揮する
が、その含有ｌが０．４４（重ｆ１％−以下も同様）未
満では前記作用が十分でなく一一方それが３．０憾を越
すと砂型の崩壊性が低下するとともに一コストも高くな
るので−その含装置を０，４〜３．０壬と定めた。

（ｂ）　　有機系バインダー用硬化剤前記の有機系バイ
ンダーを硬化させるための硬ｒヒ剤としては従来使用さ
れている、硫酸、燐酸、ベンゼンスルホン酸、トルエン
スルホン酸、キシレンスルホン酸、ポリイソシアネート
のような所謂硬ｒヒ剤のほかに、インシアネート−ナフ
テン酸金属塩−硬ｆヒ促進用触媒等を用いることができ
、ここでこの有機系バインダー用硬化剤とは、このよう
な触媒も含めた。有機系バインダーを硬化させるために
従来使用されてきたあらゆる材料を意味している。

一般にこの硬化剤の添加量が０．２１未満では有機系バ
インダーの７硬化が十分でなく−またそれが２憾を越え
ると一硬ｆヒ速度が速くなりすぎて造型作業を円滑に遂
行できなくなることから−その添加量を０．２〜２係と
定めた。

（ｃｌ　　鋲機糸バインダー この発明においては無機系バインダーとして、珪酸エス
テル−これの加水分解生成物、および水またはアルコー
ル分散型のシリカゾルのうちの１種または２種以上が使
用され、このうちの珪酸エステルとしては特にエチルシ
リケート（珪酸エチルエステル）またはそれの四看体な
いし六量体のような重合体、またはこれらの混合物が好
ましく−この珪酸エステルは水または酸水溶液によって
容易に加水分解され、珪酸エステルを例えば−アルつ−
ルを含む塩酸水溶液で加水分解した生成物も珪酸エステ
ルと同様に使用される。

水またはアルコール分散型シリカゾルとしては一粒径：
２０μ以下の微粉状シリカを水、エタノールのようなア
ルフールまたはアルコール水溶液に分散させたシリカゾ
ルが使用され−例えば日本アエロジル■かラアエロジル
（ＡＥＲＯ８ＩＬ）（登録商標）の名称の下に市販され
ている。平均粒径：１２μ程度の高分散性無定形シリカ
から調製したシリカゾルを都合よく使用することができ
る。

これらの無機系バインダーによって供給されるｍｉｘ状
シリカは−いずれも８００〜８５０℃において砂と砂と
を焼結し、さらに１０００〜１２００℃で溶融して砂と
砂とを一層強固に融着する特性を有するので、高温領域
におけるバインダーとして極めてすぐれており、したが
って砂型の熱間強度を著しく改善する作用を有するばか
りでなく一後述の差込防止剤とともに溶湯の差込みを防
止して塗型作業の省略または簡素Ｃヒを達成する作用も
有するが、これらの器機系バインダー中のシリカ分が０
．０５４未満では上記作用に所望の効果が得られず、一
方それが２．０憾を越えると砂型の崩壊性が悪１ヒする
ところから、弾機系バインダーの混合割合を、シリカ分
として０．１〜２．０壬と定めた。

（ｄ）　　ｍ機糸バインダー用ｉｉｓ！！（ヒ剤弾機系
バインダーとして使用される珪酸エステル中のアルコー
ル分−珪酸エステルの加水分解生成物中に含まれるアル
コールと水、およびシリカゾル中に含まれる水またはア
ルコールは、有機系バインダーの硬化速度を低下させる
とともに一層型の放置硬度も低下させるので、このよう
な無機系バインダー中のアルフール分と水分を除去して
有機系バインダーの硬化速度と砂型の放置硬度を十分な
高さに維持するためにインシアネートが使用される。こ
のイソシアネーとしては種々の了ルコールまたは水と反
応して前記作用を発揮するものならばどのようなイソシ
アネートでも使用することができ−そのうち好ましくは
ジイソシアネートが使用され、そして特にメチルジイソ
シアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートおよびト
ルエン−２，４−または２，６−ジイソシアネートまた
はこれらの混合物を使用するのが好ましい。

イソシアネートの添加量が０．０５　ｔ６未満では前記
作用が十分得られず一一方それが２０壬を越えても、そ
の作用に格別の向上効果がみられないでコスト高となる
ことから、それを０．０５〜２．０係と定めた、 ｔｅｌ　　差込防止剤 耐火物微粉末は、前述のとおり砂と砂との間の空隙を塞
ぎ、もって前記本発明無機バインダーの作用と相俟って
塗型作業の省略または簡素ｆヒをはかる有効な酢加剤で
あって−それには一般に１０〜４０μの粒度を有するシ
リカ、アルミナ、ジルコニアが好ましく使用され−この
ような差込防止剤の添加酸が０．１％未満では前記の差
込防止効果が十分得られず−またそれが３憾を越えると
放置強度が低下するので、その範囲をＯ−１〜３．０憾
と定めた。

（ｆ）−１高温溶剤 溶湯温度が比較的高くなる金属、例えば鋳厖や特殊鋼を
鋳造する場合は一砂型に特に高い熱間強度が要求される
。このため砂型は、溶湯の注型温度で溶融して砂、バイ
ンダーおよびその他の添加物とを強固に溶着させる材料
によって補強されるので、このような材料、すなわち高
温溶剤は必要に応じて添加され−それには例えば食塩、
硼酸−硼砂が好ましく便用される。この高温溶剤の添加
酸が０．１チ未満では前記効果が十分得られず、またそ
れが３．０１を越すと砂型の崩壊性が低下するので、そ
の範囲を０．１〜３．０と定めた。

１ｆ）−２造型剤 鋳循および特殊鋼用砂型のように、特に高温で高い造型
性を維持しなければならない砂型において、その造型性
を同上させるためにバインダーの含有ｌを増大させると
、砂型の崩壊性が低下し。

またこのような砂型は高い熱間強度も必要とするので、
その熱間強度を向上させるために前記高温溶剤の添加量
を増大させると、砂型の造型性が低Ｆするので−特に前
記の砂型において崩壊性と熱間強度に支障を来すことな
く造型性を同上させることを望む場合−必要に応じて造
型剤１例えば糖蜜のような軸頚、またはデキストリンが
添加され。

その添加量が０．１４未満では一バインダーの使用量を
増加させなくても造型性を同上できる造型剤本来の作用
に十分な効果が得られず、一方それが２．０チを越える
と放置強度が低下するので、その範囲なＯ４１〜２．０
壬と定めた。

（ｆｌ−３黒鉛球状（ヒ安定剤 酸ｆヒ鉄および酸ｆヒマグネシウムは、有機系バインダ
ーやその硬化剤等から供給される窒素ｒヒ合物および硫
黄化合物と反応して、これらの１６合物を捕捉するので
、これらの微粉末を砂型中に予め含黒鉛の球状化は阻害
されない。したがって−ダクタイル鋳鉄の鋳造に使用さ
れる砂型には一窒素化合物または硫黄化合物と反応して
これらを捕捉する弾機材料の微粉末、すなわち黒鉛球状
１ヒ安定剤が必要に応じて添加され、それには酸化鉄お
よび酸（ヒマグネシウムの微粉末のうちいずれか１種ま
たは２種が好都合に使用される。この黒鉛球状【ヒ安定
剤の添加量が０．０３４未満では前記の黒鉛球状ｆヒ安
定作用が得られず、一方それが０．５４を越しても、そ
の作用が格別向上しない上に、コストが高くなること２
１１λら−その範囲を０．０３〜０．５優と定めた。

〔実施例および実施例に基づく効果〕

°ついで、この発明の実施例を比較例と対比しながら説
明する。

まず、ｆａ）有機系バインダーとしてフラン樹脂。

フェノール樹脂およびアルキドｍ１ＪＬｆｂ）こレラノ
フラン樹脂−フエノール樹脂およびアルキド樹脂の硬化
剤として、それぞれトルエンスルホン酸。

キシレンスルホン酸、およびメチルジイソシアネート、
ｆａｔ無磯系バインダーとしてエチルシリケートー旧こ
のエチルシリケートの硬〔ヒ剤としてメチルジイソシア
ネート−（ｅ）差込防止剤として、粒度：１０μのシリ
カ微粉末−同：２０μのアルミナ微粉末および同：３０
μのジルフニア微粉末−（ｆ）−１高温溶剤として食塩
−硼酸および硼砂−（ｆ）−２造型剤としてデキストリ
ン粉末−（ｆ）−３黒鉛球状（ヒ安定剤として同：２０
μの酸化鉄および（ｇｌ鋳物用砂として２８〜２８０メ
ツシユの粒度分布を宵する砂をそれぞれ用意した。

つぎに、このように用意された材料のなかから一２５°
Ｃに保持した砂１９．８４１’ｗを高速サンドミキサー
に装入し、ミキサーを回転しながらこの砂に対してトル
エンスルホン酸０．２’ｌ（１は砂の重量を基にした重
景壬を意味する一以丁同様）を添加し−その後２０秒間
攪拌してから一フラン樹脂を０．４憾添加し−さらに２
０秒間攪拌した後、差込防止剤のシリカ微粉末ｏ、ｉ＜
および高ｖｆＡ溶剤の硼酸０．１憾を加え、ついでエチ
ルシリケートをＳｉ分として０．０５　％と、その硬化
剤であるメチルジイソシアネート０．０５９６を添加し
、引続いて３０秒間攪拌を続けたｉミキサーの運転を止
めて−こσ〕ように混練した砂型素材を一定盤上に載置
した幅：２１０■×長さ：２９０＋ｍＸ高さ：１２０−
の内側寸法を有する金枠内の模型のまわりに手早く注い
で充填し、そして１時間数！復、固まった砂型を模型か
ら取り外すことによって、底部：（９０ｗ　Ｘ　１５０
　ｔｒｍ　）　Ｘ頂部：（１１０ｗＸ１６０＋ｗ）×高
さ二８０簡の寸法を有する角錐台形の凹部力１形成され
たー肉厚：４０ｇの角錐台形箱状の本発明砂型１を製造
した。

以上の手順と１５１様な手順により、第１表：二示され
るような割合の材料を組み合わせて一第１表１＝示され
る本発明砂型２〜１２を製造した。なお。

造型剤のデキストリンと黒鉛球状化安定剤の酸化鉄を使
用した場合は、これらを、差込防止剤を添加した時点で
加えた。

さらに比較のため一前記の２５℃に保たれた砂１９．７
０Ｋｇを同様に高速サンドミキチーよ二装入し。

ミキサーを回転しながらこの砂に対してトルエンスルホ
ン酸０．５係を加え−その後２０秒間攪拌してからフラ
ン樹脂１．０幅を添加し、さらに３０秒間攪拌したｉミ
キサーの運転を止め−この混練した材料を同様に模型内
に充填して、前記本錯明砂型と同一の形状−寸法を有し
−かつ有機系バインダーのみで固めた従来砂型１を製造
するとともに一上記と同じ砂１８．８０にダを高速サン
ドミキサーに装入し、ミキサーを回転しながらこの砂子
対して珪酸ソーダ粉末６壬を添加し−その後３０秒間攪
拌して力・らミキサーの運転を止め、混練した材料を模
型内に充填した後−これにＣＯ□ガス発生装置から発生
させたＣＯ□ガスを噴射して砂を硬化させることによっ
て−同じく回−の形状−寸法を亘し。

かつ貴賎系バインダーのみで固めた従来砂型２を製造し
た。

ついで−これらの砂型をいずれも製造後２４時間放置し
た時点における強度−すなわち放置強度をジョーク・フ
ィッシャー社製のペネトレーション　テスターで測定し
−その結果を第１表に示した。

また、これらの砂型の１焼つき性を耐差込性を評価する
ために、各砂型にいずれも塗型を海さずに一温度：１２
５０〜１３００℃の鋳鉄溶湯を注入して重着：８．８匂
の鋳物を製造し、冷却後ショツトブラストにより鋳物表
面に付着している砂を除去してから、鋳肌と砂型とをそ
れぞれ観察して溶湯の焼つきと差込みの状聾を調べ、各
砂型の１焼つき性と耐差込性について−その層秀なもの
を◎−良好なものを〇−不艮なものを×で表わして第１
表に示した。

さらに−前述の各材料および手順にしたがって、外径：
１００ＷｓＸ高さ：１５０ｍの寸法を亙する円筒状砂型
を別にそれぞれ造型し−これらを電気炉中に維持されて
いる温度：１０００℃の雰囲気に５分間曝し、冷却纜各
砂型の強度を前記ペネトレーション　テスターで測定す
ることによって本発明砂型１〜１２と従来砂型１および
２の熱間強度を求め、その結果も第１表に合わせて示し
た。

鷹１表に示される結果から１本発明砂型は、フラン樹脂
のみで固めた従来砂型１よりも放置強度と熱間強度のい
ずれにおいても高い値を示し−また珪酸ソーダで固めた
従来砂型２は熱間強度にすぐれているものの一装置強度
は他の砂型に較べて著しく劣るものであｉｌ−さらに従
来砂型１は耐差込性が、そして従来砂型２は１焼つき性
がそれぞれ十分でないために塗型が必要であることを示
しているのに対し１本発明砂型は１焼つき性と耐差込性
の両方にすぐれ、塗型を施さなくても十分実用に耐える
すぐれた砂型であることがわかる。

［発明の効果〕 以上述べた説明から明らかなように、この発明によると
、放置強度と熱間強度のいずれの強度にもすぐれ−しか
も鋳造時には溶湯の焼つきおよび差込み事故を全くまた
は殆ど起さない鋳物用砂型が得られ−したがって、従来
避けることができなかったω型を全く省くか、あるいは
極く簡鳳な塗型ですますことができる丈夫な鋳物用砂型
を提供することができる。

出願人　　　長　　堀　　貞　　治 大　　島　　正　　則 代理人　　富　１）和　夫　外２名 手　　続　　補　　正　　ト自発） 昭和６１年１２月　５日

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋳物用砂に、 （ａ）合成樹脂からなる有機系バインダー：０．４〜３
   ．０％、 （ｂ）上記樹脂を硬化させるための硬化剤：０．２〜２
   ．０％、 （ｃ）珪酸エステル、これの加水分解生成物、および水
   またはアルコール分散型シリカゾルのうちの１種または
   ２種以上からなる無機系バインダー：Ｓｉ分として、０
   ．０５〜２．０％、 （ｄ）上記無機系バインダーを硬化させるための硬化剤
   ：０．０５〜２．０％、および （ｅ）１０〜４０μの粒度を有する差込防止剤：０．１
   〜３．０％、 を混合することによつて（以上の％はすべて前記鋳物用
   砂の重量を基にした重量％）、鋳物用砂型を製造する方
   法。
2. （２）鋳物用砂に、 （ａ）合成樹脂からなる有機系バインダー：０．４〜３
   ．０％、 （ｂ）上記樹脂を硬化させるための硬化剤：０．２〜２
   ．０％、 （ｃ）珪酸エステル、これの加水分解生成物、および水
   またはアルコール分散型シリカゾルのうちの１種または
   ２種以上からなる無機系バインダー：Ｓｉ分として、０
   ．０５〜２．０％、 （ｄ）上記無機系バインダーを硬化させるための硬化剤
   ：０．０５〜２．０％、 （ｅ）１０〜４０μの粒度を有する差込防止剤：０．１
   〜３．０％、および （ｆ）高温溶剤：０．１〜３．０％、 造型剤：０．１〜２．０％および 黒鉛球状化安定剤：０．０３〜０．５％、 のうちの１種または２種以上、 を混合することによつて（以上の％はすべて前記鋳物用
   砂の重量を基にした重量％）、鋳物用砂型を製造する方
   法。