JPS632533A - 精密鋳造用鋳物砂 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、精密鋳造用鋳物砂に関する。ざらに詳しく
は、高い寸法精度が要求される精密鋳造品例えば、ジェ
ットエンジン部品、原子炉部品、タービン部品、ゴルフ
クラブのヘッド等の鋳造用として有用な精密鋳造用鋳物
砂に関する。

（ロ）従来の技術 従来、鋳物砂として最も一般的なものはシリカ（ＳｉＯ
）２分９０％以上の高純度ケイ砂である。

高純度ケイ砂は、すぐれた耐熱性と高硬度を有し、粘結
剤との濡れ性も良いので各種鋳物用に広く使用されてい
る。しかしケイ砂は熱膨張率が大きく、これを成形した
鋳型は注湯によりかなり膨張するため、高い寸法精度が
要求されるＩＢ密密造造品製造用は適さない。さらに寸
法精度の向上を意図してケイ砂の粒度を小さくすること
も考えられるが、ケイ砂は粒度が小さいと粒形係数が上
昇し、即ち砂粒が異方性化し、その結果鋳型成形時に結
合剤を多量に必要としガス発生等のトラブルを＋Ｓ　＜
　ａれが大きいという不都合がある。そして粒形係数を
磨鉱処理して改善することも考えられるが、せいぜい粒
形係数１．６程度迄改善されるにすぎない。

このため、従来、精密鋳造用の鋳型の素材としては、ジ
ルコン、高アルミナ、電融シリカ等の高級耐火物粉（ス
ラリー材、コーテイング材として）及びジルコン砂やア
ルミナ焼結砂などの特殊砂（バッキング材と１で）が用
いられている。

くハ）発明が解消とする問題点 しかしながら、上記各種高級耐火物粉や特殊砂はいずれ
も高価な材料であると共に、結合剤としてもエチルシリ
ケートやシリカゾル等の高価な薬剤が必要である。さら
にこれらの材料はいずれも焼結工程を要し、工程的にも
複雑であり、月１１１．１面のみならず管理面並びに設
備面で鋳型製造コストを箸しく高める問題点を有してい
る。

従って、かかるｇ＝Ｖｉ造鋳型は、例えばジェットエン
ジン部品、原子炉部品、タービン部品等のハイグレード
な製品の製造にその用途が限られていた。

これらの問題点をＷ？消して、汎用性を有する精密鋳型
が簡便かつ安価に製造できることは当業者の理想である
ばかりではなく、その応用範囲は極めて広いものである
。

この発明は、かかる状況に鑑みなされたものであり、上
記問題点を解消しうる精密ｖＩ造開用鋳物砂提供しよう
とするものである。

（ニ）問題点を解決するための手段 かくしてこの発明によればＭｇＯ−３ｉ　○２を主成分
とし、ＪＩ３２００号以下の粒度を有しかつ粒形係数１
．５以下の砂状物からなる精密鋳造用鋳物砂が提供され
る。

この発明は、従来土として産業關莱物として扱われてい
たＭｏ０−３ｉ○２を主成分とするニッケルスラグを処
理することにより■ケイ砂では得ることが困難であった
、熱膨張率が低くかつ微細粒子にもかかわらず粒形が丸
くて粒形係数が小さい硬￥Ｊ（モースｖｆ！度７程度）
の砂状体が１ｑられる事実、並びに■この砂状体を用い
て実際に、鋳型を成形して［鋼、鋳鉄、銅、アルミニウ
ム等の溶湯を注いだ際に、ＶｉＩ１１′１面及び寸法精
度の点で著しく優れた鋳物製品が得られる事実、な見出
したことに基づくものである。

この発明の砂状物は、ＪＩＳ２００号以下の粒度を有す
る微細粒子からなる。かかる粒度は、汎用の鋳物粉に比
して著しく微細である。ここでＪＩ３２００号とは、Ｊ
　［Ｓ　　Ｇ　５９０１　（１９７４）の鋳型用ケイ砂
の粒度規格に基づく粒度２００号を意味し、即ち、２０
０メツシユを主体とする粒度を意味する。より詳細には
、１５０，２００及び２７０メツシユの粒度の合計重量
が７０％以上でありかつ２００メツシユの粒度が３０％
以上である粒度規格を意味する。

従って、本願発明の砂状体はこれら２００号に相当する
かこれよりも微細な粒度規格を有するものである。かか
る粒度よりも大きな粒度規格の砂状体を用いても寸法精
度が不充分でありこの発明の目的に適さない。

一方、この発明の砂状物の粒形係数は１．５以下である
。ここで粒形係数は、完全な球形を１とし、これにどれ
たり近いかを示すものである。粒形係数が１，５を越え
ると成形時に結合剤を多聞に要し、鋳造時のガス発生ト
ラブル等が生じ易く適さない。

通常、１．４以下とするのが好ましい。

この発明の鋳物砂は、通常、Ｍ（１０・Ｓ！０２を主成
分とする鉱滓、ことにいわゆるニッケルスラブを原料と
し、これを加工、分級することにより得ることができる
。ニッケルスラグは、例えばニッケル鉱石に無煙炭およ
び石灰石を配合し、ロータリーキルンで精練したのち、
粉砕と選鉱〈比重選鉱、磁力選鉱等）を行なった後に排
出されるもので、ニッケル１トンを得るのに約５０トン
のスラグが発生すると言われている。このニッケルスラ
グはＭｇＯ−３ｉ○２を主成分く通常、Ｍ１１１○２７
〜３０Ｗ１％、５１０２５０〜５５ｗｔ％）とする塩基
性の粒状物であり、従来はそのまま廃棄されるか、ぜい
ぜいコンクリートやアスファルトの骨材として歩出が使
用されていたちのである。

上記ニッケルスラグを原料とし、通常これを磨鉱処理し
た後、所定の粒度分を分級すことによりこの発明の鋳物
砂が１！？られる。磨鉱処理を行なわず単にＪ　Ｉ　８
２００号粒度のものを分級したり粉砕してｖＡ製しても
粒形係数が１．５以下の砂状１カを１ｎるのは困難であ
る。従って磨鉱処理は砂粒表面の不純物の除去のみなら
ず、砂粒の粒形係数の改善に役立つものである。この際
の磨鉱処理は乾式で行なってもよく湿式で行なってもよ
い。乾式処理としてはいわゆる乾式リクレーマ、ロータ
リリクレーマ等の公知の磨鉱処理装置を用いることがで
き、湿式処理としてはアトリッションマシーン、ロータ
リリクレーマ等の公知の磨鉱９８理装置を用いることが
できる。しかし、処理コストや取扱いの効率化の点で、
例えば第１図に示すような筒状容器（トラフ）を用いた
トラフ式磨鉱装置を用いて湿式磨鉱処理するのか好まし
い。

磨鉱処理物は、次いで水洗や乾燥に供され、所望の粒度
（２００号以下）のものを分級することにより、この発
明の鋳物砂が得られる。この際の分級は、所定のふるい
を用いて行なえばよく、例えば、振動ふるいを用いるの
が好ましい。

このようにして得られるこの発明の鋳物砂は、汎用鋳物
砂と同様な成形法、例えばＲ，Ｃ，Ｓ法によって所望形
状の鋳型に成形することができる。

そして得られた鋳型は、−般に精密鋳物の基準とされて
いる鋳肌荒さ５〜２０）ａ、寸法精度±０．０５〜０．
２ｍｍ／’１０ｍｍ　（Ｊ　Ｉ　Ｓ　　Ｂ１２Ｏ３−１
９７０）の基準を充分に満足するものである。

（ホ）作　用 この発明の鋳物砂は、微細な粒度を有すると共に粒形係
数が小さいため、これを用いた鋳型は寸法精度が優れた
ものとなる。

（へ）実施例 鋳物砂の製造 〔製造装置〕 第１図（Ｊ、＋ｂ＋はこの発明の鋳物砂の製造に適した
磨鉱装置の１実施例をあられすものである。この磨鉱装
置１は、トラフ式の磨鉱装置であって、円筒形の容器（
以下トラフと呼称する）２の内部に該トラフの長手方向
に治って回転軸と複数枚の羽根３を設けてなる。羽根３
は２枚１組で第２図（ジ、＋ｂ＋に示すような断面４角
形の筒体６の互いに対向する外面にそれぞれ１枚づつ互
いに逆向きに傾斜させて固定され、羽根ユニット５を構
成している。そして、トラフ２の中心線に沿って設けら
れた回転軸７に、複数個の羽根ユニット５，５゜・・・
・・・が交互に９０′づつ位相をずらせて嵌着されてい
る。各羽根３は、第３図に示すような概略扇形の平板と
して形成され、隣接する２個の羽根ユニット５（Ａ）、
５（Ｂ）を正面から見た場合、計４枚の羽根、３　（Ａ
＞、３　（Ａ）、３　（Ｂ）、３（Ｂ）がトラフ２の空
間部２ａ内にあってほぼ隙間のない円板状を呈するよう
に形成されている。

また、側面視においては、前後の羽根が部分的に交差す
るように形成されている。図中の角αは４０〜５５度、
角βは３５〜４５度とされている。また円板状を呈する
羽根３の外周（平均）と１へラフ２の内径との隙間は１
５〜３５ｍｍとされている。

トラフ２の一方の端部には、上部にホッパ状のバルブ投
入口１０が設けられている。また、他方の端部は端面が
開放され、この開放端面が磨鉱処理されたバルブの排出
口１１となっている。排出口１１には、付勢手段として
のはね１３によって閉方向に付勢された蓋１４が取り付
けられている。

トラフ２の後方には、前記回転軸７を回転駆動するモー
タ１６と減速撮１７が設けられている。

図中の１８．１９は、モータの回転動力を回転軸に伝え
る継手である。

この磨鉱装置１の使用に際しては、モータ１６で羽根３
を回転させているトラフ２内に、投入口１０からバルブ
を適量づつ投入する。トラフ２内に投入されたバルブは
羽根３の回転によって次第に排出口１１側に送られる。

この間、バルブ中の砂が互いに擦り合わされ、砂の表面
に強固に固着しているスライムヤ不純物が取り除かれる
。この毘鉱装置１は、トラフ２の中心軸方向から見た場
合はぼ隙間のない円板状を呈するように羽根３が設置ブ
られているので、羽根と羽根との間で砂が充分かつ均等
に撹拌される。また、前後の羽根が側面視において部分
的に交差するように形成されているので、砂の移送状態
が良好に保たれるとともに、すぐれた磨鉱効果が得られ
る。ざらに、排出口１１に付勢手段としてのばね１３に
よって閉方向に付勢された蓋１４が設けられているので
、所定の内圧に達するまではバルブが外に排出されず、
その間に充分に磨鉱が行なわれる。蓋１０を内側から押
圧する力が所定の大きさに達したらＮ１０が押し開かれ
、しかもその圧力の大きざに対応する開放度にて開口し
、被磨鉱物を排出し得、磨鉱を終えた砂が少聞づつ排出
される。

［鋳物砂の製造手順コ 某工場からのニッケルスラグを水洗処理した後、上記磨
鉱処理装置に導入して供給速度１０ｔ／ｈｒ、処理時間
約５分、水分含伍約１０ｗｔ％以上の条件で磨鉱処理に
付した。得られた処理物を乾燥〈約２５０℃；１５分）
した後、８０メツシユふるいく呼び伺沫目闇ぎ０，１７
７ｍｍ）網を有する振動ふるい機で分級して８０メツシ
ユ通過の砂状物を讐だ。

この砂状物の粒度分布及び化学成分を表１及び表２に示
す。

表１１粒度分布 表２．化学成分 ［なお、表中、ｔｒはトレースをＰａｎは２７０メツシ
ュ未満の粒度を、ＡＦＳ及びＧＦＮは粒度指数である。

また粒度分布の測定は鋳造技術普及協会（ＪＡＣＴ）の
鋳物砂の粒形試験法（Ｓ−７）により行ない、化学成分
の分析は、蛍光Ｘ線分析により行なったｊ また、上記砂状物の粒形係数を砂表面検測定器（ジョー
ジ、ノイッシト一社（スイス）製）を用いて紳出したと
ころ　１．４７であった。

鋳物の成型 上記この発明のＯｉ物を用いてＲＣ３（レジンコーテッ
ド　サンド法）で鋳型テストピースを造型し抗折力等の
特性を評価した。

なお、ＲＣ８配合条件ならびに抗折力試験条件は下記の
とありである。

■　ＲＣ８配合条件 本発明鋳砂　　；１００部（重量部） フェノール樹脂；３，５部／砂 ｌ＼キサメチレン；１５部／樹脂 テトラミン 水−：１．５部／砂 ステアリン酸　：　　０，０６部／砂 カルシウム ■　抗折力試験条件 金型温度　　　　：２５０℃ 焼成時間　　　　：９０秒 テストピース寸法：　　１０Ｘ　１０ｘ　６０ｍｍ支点
間距＆ｆｆ　　　　：　　５０ｍｍこの結果は、表３の
ごとくであった。

表３゜ 鋳物の評価 次に、前記ＲＣ８を用いて造型した鋳型への注湯結果を
以下に示す。

注湯は試作ラインで行ない、注湯条件は下記のとおりで
ある。

（以下余白、次頁に続く） 注湯温度；　　１６８０℃ 材質　　；　　５Ｃ３１４ 得られた製品は、Ｖ！朋粗さ１５）ａ程度で寸法精度に
優れた結果を示した。

このように、この発明の鋳物砂を用いることにより寸法
精度の優れた精密鋳造を行なうことができる。

（ト）発明の効果 この発明の鋳物砂を用いたη型は鋳肌及び寸法精度の点
で優れたものである。従ってこの発明の鋳物砂を用いる
ことにより、金型に忠実な鋳型、鋳型に忠実な鋳物が得
られ、鋳肌のきれいな、寸法精度の高い精密鋳造品の生
産が容易となる。

さらに、この発明の鋳物砂は、坦在当該分野で用いられ
ている種々の結合剤で鋳型を成形できる（例えば、ＲＣ
３法、イソキュア法、バードックス法、フラン法等）た
め、瑛場作業については現行と同様であって、精密鋳造
特有の煩雑さは皆無であると共に高石な結合剤を必要と
しない。

しかも、この発明の鋳物砂は、−種の産業廃棄物である
ニッケルスラグから簡便に得ることができるため、材料
のコストも著しく低減できる利点を有する。

従って、鋳造業界全体において望まれている安価でかつ
簡便な精密鋳造を初めて可能とする画期的な素材といえ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図＋ａｌはこの発明の鋳物砂を製造するに適した磨
鉱装置の平面図、同図（ｂ＋はその側面図、第２図（Ｊ
は羽根ユニットの正面図、同図＋ｂ＋はその側面図、第
３図は羽根の形状をあられす説明図、および第４図（田
はトラフの正面図、同図＋ｂ＋はその要部第２図 （ａ） （ｂ） 第３図 〜 （ｂ） ５（Ａ）　　　　　５（Ｂ） ３（Ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ＭｇＯ・ＳｉＯ＿２を主成分とし、ＪＩＳ２００号
   以下の粒度を有しかつ粒形係数１．５以下の砂状物から
   なる精密鋳造用鋳物砂。