JPH04367349A - 球状鋳物砂の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋳鉄，鋳鋼，アルミニ
ウム，銅合金等の鋳造用に使われる鋳物砂を工業的に合
成し、製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、鋳物砂としては、天然に産す
るジルコンサンド，クロマイトサンド，及び珪砂等の粒
子径が０．０５〜１．５ｍｍ程度のものが用いられてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
は天然産品であるために、化学組成，物理的特性等の品
質のバラツキがあり、また必要粒度品が不足する等の避
けられない問題が内在している。

【０００４】そこで、天然原料を塊状にしたものをロー
タリーキルン等で焼いて、その後、これを必要粒度に粉
砕したものが検討されているが、その場合、不必要な粒
度の粒子が多く発生するために、歩留りが悪い欠点があ
る他、粒子が角状或いは針状の形態になるために、流動
性が悪く、砂込め時にその充填が不均一になり易く、ま
た鋳造品の鋳肌が荒れ易いことや、砂が破壊し易く、再
使用が難しい等の欠点があった。

【０００５】また、粘土鉱物原料に水を加えて泥漿状態
として、これをスプレードライヤーにて乾燥造粒して球
状粒子を造粒し、その球状粒子をロータリーキルンにて
焼成することも検討されているが、その焼成温度が低い
と嵩比重が小さく、また見掛気孔率が大きいものしか得
られず、鋳物砂として使用する場合にバインダーを吸収
してしまうので、多量のバインダーを必要とする欠点や
、粒子硬度が不足し、繰り返しの使用により形が破壊さ
れてしまい、再利用が困難であるなど、鋳物砂としての
用途に適さない欠点がある。

【０００６】一方、上記のような造粒として得られる球
状粒子を焼成するに際して、鋳物砂として使用し得る、
嵩比重が高く、見掛気孔率が少ないものを製造するため
に、その焼成温度を高くすると、球状粒子が融着し、互
いに塊状に結合してしまい、分離不能になるという問題
が生じる。

【０００７】なお、ここでいうところの嵩比重や見掛気
孔率は、ＪＩＳ　　Ｒ２２０５−７４に規定されている
定義に従うものである。

【０００８】このため、本発明の目的とするところは、
嵩比重が高く、気孔率のより低い、安定した品質の鋳物
砂を工業的に合成製造する方法を提供しようとするもの
である。

【０００９】そして、かかる目的を達成するために、本
発明にあっては、高温焼成後の成分比率がＡｌ２Ｏ３：
２０〜７０重量％，ＳｉＯ２：８０〜３０重量％となる
ように混合された原料組成物を、直径が０．１〜２．０
ｍｍの球状粒子に造粒した後、かかる球状粒子に対して
、高温焼成後のＡｌ２Ｏ３：の含有率が９０重量％以上
で、粒子径が０．１ｍｍ以下の高アルミナ質粉末を外掛
け５重量％未満で０．１重量％以上混合せしめ、そして
その混合物を１４００〜１７５０℃で焼成することによ
り、前記球状粒子を、それら粒子相互の融着を防止しつ
つ、球状の焼成粒子として得ることを特徴とする球状鋳
物砂の製造方法をその要旨とするものである。

【００１０】

【作用】以下、本発明の一行程を示す図１を参照しつつ
、本発明について説明することとする。先ず、原料とし
ては、粘土鉱物（耐火粘土，クレー，カオリン）、珪砂
，バン土ケツ岩，ボーキサイト，シリマナイト鉱物，水
酸化アルミニウム，か焼アルミナ等を用い、これらを相
互に組み合せ、鋳物砂しとして使用可能な化学組成（Ａ
ｌ２Ｏ３：２０〜７０重量％、ＳｉＯ２：８０〜３０重
量％、不純物としてＦｅ２Ｏ３，ＴｉＯ２，Ｋａ２Ｏ，
Ｎ２Ｏ，ＣａＯ，ＭｇＯ等の合計が５重量％以下）とな
るように配合して、原料組成物を調整する。

【００１１】なお、かかる原料組成物において、Ａｌ２
Ｏ３とＳｉＯ２とを上記の如き組成割合とした理由は、
そのような組成範囲において、純粋なアルミナ−シリカ
系であって、液相生成温度は１６００℃弱となり、加工
し易く、かつまたその熱膨張率（常温から１０００℃ま
での）が、珪砂のみ或いはアルミナのみの場合に比して
、大幅に低下し、鋳型としての寸法精度が著しく向上す
るからである。

【００１２】そして、このような割合で配合された原料
組成物に対して、２５〜６０重量％程度の水を加え、図
１に示される如く、ミル１にて泥漿状態に混合する。次
いで、この調整された泥漿をスプレードライヤー２で公
知の如く熱風中に吹出して、乾燥造粒し、直径が０．１
〜２．０ｍｍの球状粒子を造粒する。なお、この造粒さ
れる球状粒子は、その直径が小さ過ぎると、鋳込み時の
ガス抜けが非常に悪くなり、一方、その径が大き過ぎる
と、鋳物表面の肌荒れを惹起するところから、上記のよ
うに、その最小径は０．１ｍｍ、最大径は２ｍｍ程度と
なるようにする。

【００１３】その後、こうして得られた球状粒子に、高
温焼成のＡｌ２Ｏ３の含有率が９０重量％以上で、粒径
が０．１ｍｍ以下の、か焼アルミナ，水酸化アルミニウ
ム等の高アルミナ質粉末３を５重量％未満で０．１重量
％以上混合し、その混合物をロータリーキルン４にて１
４００〜１７５０℃の温度で焼成する。

【００１４】このように、球状粒子に配合せしめられる
高アルミナ質粉末３は、焼成される球状粒子の間に存在
することにより、それら粒子相互の融着を阻止して、孤
立化された焼成粒子を有利に与えるものである。

【００１５】ところで、上記高アルミナ質粉末にあって
は、その高温焼成後のＡｌ２Ｏ３含有率が９０重量％以
上となるものを用いることにより、上記球状粒子が焼成
される際に相互に融着することが良好に防止され得て、
それによって、焼成温度を高温度に上げることが出来、
そのために嵩比重が高く、気孔率の低い、換言すれば緻
密な球状の焼成粒子が得られるようになる。

【００１６】これに反して、焼成後のＡｌ２Ｏ３含有率
が９０重量％より少ないアルミナ質粉末を用いると、焼
成に際して球状粒子が融着してしまうため、焼成温度を
充分に上げることが出来ず、緻密な粒子が得られない。

【００１７】また、高アルミナ質粉末の粒径として、０
．１ｍｍを越えるものを用いる場合には、焼成により得
られる球状粒子との篩分けが困難となり、また焼成時に
球状粒子相互の融着を充分に防止することが出来なくな
ることから、０．１ｍｍ以下の粒径の粉末が採用される
。

【００１８】更に、その添加量は、上記球状粒子の直径
や焼成温度等に応じて最適値が選定されるが、本発明で
はこれを球状粒子の重量を基準とする外掛け割合におい
て５重量％未満で０．１重量％以上の範囲で混合する。

【００１９】ここで、高アルミナ質粉末の添加量が０．
１重量％未満にすると、高温処理時に球状粒子どうしが
融着を起こし孤立した焼成粒子を得ることが困難となる
ので避けなければならない。また高アルミナ質粉末の添
加量を５重量％以上にするとコストの上昇を招くだけで
なく、鋳物砂として使用した際に添加レジンが残留して
いる高アルミナ質粉末に吸収されてしまい鋳型強度を低
下させることとなる。従って高アルミナ質粉末の添加量
は上記範囲にとどめるのが望ましい。

【００２０】さらに、上記焼成に際して採用されるべき
温度としては、粒状粒子の成分組成により異なるが、通
常、１４００℃より低いと、充分に焼成されないために
緻密な粒子が得られず、また１７５０℃を越えるような
高温度での焼成では、焼成されるべき球状粒子同士が互
いに融着し、孤立した球状粒子が得られないことから、
焼成は１４００〜１７５０℃の温度範囲内において行な
われねばならない。

【００２１】そして、このようにして焼成して得られた
球状粒子の焼成物を冷却した後に、攪拌機５又はボール
ミルへ入れ、攪拌，解砕することにより、造粒粒子相互
を孤立化させ、また粒子表面に付着したアルミナ粉末を
離脱させる。その後、この解砕物を風簸式攪拌機６のホ
ッパー７より攪拌羽根８上に流落させ、その際発生する
微細な粒子を吸気口９より集塵装置（図示せず）に吸引
し、除去した後、更に篩１０に導いて篩別し、直径：０
．１〜２．０ｍｍの鋳物砂として使用可能な製品を得る
。

【００２２】なお、篩１０にて除去された微細粒子或い
は前記集塵装置にて捕獲した微細粒子は、図１において
矢印にて示したように、原料と共に、ミル１に投入（循
環）して、再利用するようにすることが望ましい。その
際、この再利用される微細粒子の成分を分析して、原料
組成が、前記したようなＡｌ２Ｏ３：２０〜７０重量％
、ＳｉＯ２：８０〜３０重量％の割合を保持できるよう
に、調整され。また、この微細粒子は、その一部を高ア
ルミナ質粉末３に添加してもよいが、その添加により、
Ａｌ２Ｏ３の含有率が９０重量％よりも低くなることが
ないようにしなければならないことは、言うまでもない
ところである。

【００２３】そして、このようにして分離された微細粒
子を再利用することにより原料コストの有効な節減が図
れる。

【００２４】

【実施例】次に本発明の実施例を挙げ、本発明を更に具
体的に明らかにする。

【００２５】（実施例１）鋳物砂を製造するための原料
として、バン土頁岩と水酸化アルミニウムを用い、図１
と同様な工程に従つて、球状粒子を造粒した。なお、そ
の化学組成を表１に、その配分割合を表２に示す。

【００２６】また、混合はボールミルを用いて湿式で２
時間行ない、造粒のための泥漿（スラリー）を調整した
。得られた泥漿の比重は１．７ｇ／ｃｍ３であった。 そして、スプレードライヤーとしてディスク噴霧の並流
式乾燥装置を用い、上記で得られた泥漿を０．１〜０．
５ｍｍの球状粒子に乾燥造粒させた。かくして得られた
球状粒子の粒度分布を表３に示した。

【表１】

【表２】

【表３】

【００２７】その後、かかる乾燥造粒粒子を用い、その
１００重量部に対して、高アルミナ質粉末として、２０
重量部の水酸化アルミニウム粉末（粒径：０．１ｍｍ以
下）を添加、混合した後、その混合物をロータリーキル
ンへ投入し、約１６８０℃の温度で焼成した。得られた
焼成物は、孤立した球状粒子としても存在するが、一部
球状粒子とアルミナ粉末とで塊状態を形成していること
が認められた。

【００２８】そこで、その焼成品を攪拌機に入れて、か
かる塊状体を解砕した後、攪拌羽根を付した風簸式攪拌
機へ入れ、攪拌，解砕を行ない、造粒粒子相互を孤立化
させ、更に付着したアルミナ粉末を取り除き、風簸して
、球形粒子を得た。

【００２９】かくして得られた焼成球状粒子の物理的特
性（０．２１２〜０．３００ｍｍ粒子について）を表４
に、またその化学分析値を表５に示した。

【００３０】なお、ここで、吸水率、見掛比重、嵩比重
及び見掛気孔率の測定は、何れも、ＪＩＳ　　Ｒ２２０
５−７４「耐火れんがの見掛気孔率・吸水率及び比重の
測定方法」に準じて、行なった。

【表４】

【表５】

【００３１】一方、水酸化アルミニウム粉末を上記の如
く混合することなく、上記乾燥粒子を焼成したところ、
焼成温度が１６８０℃のときには、粒子同士の融着が起
こり流動性の良い球状粒子は得られず、そのために、そ
の焼成温度を１５００℃と低くしなければならなかった
。この場合に得られた粒子の物理的特性を表６に示した
。

【表６】

【００３２】この表６の結果を前記表４と比較すると、
嵩比重は低く、見掛気孔率は高いものであることは明ら
かであり、この結果、本発明に従って高アルミナ質粉末
としての水酸化アルミニウム粉末を球状粒子に配合せし
めて焼成することによって、緻密な球状粒子を融着させ
ることなく有利に製造し得ることが明らかとなつた。

【００３３】なお、ここで上記高アルミナ質粉末として
の水酸化アルミニウム粉末の添加量は、外掛け混合割合
として５重量％未満、０．１重量％以上とする。

【００３４】こうして製造された球状鋳物砂に、フエノ
ールレジンを主成分とするバインダーを外掛け１．４重
量％混合し、これを１９０℃に加熱することにより、レ
ジンコーテッドサンドを製造し、さらにこのレジンコー
テッドサンドを加熱加圧して所定の棒状試験片を成型し
曲げ強度を測定したところ、その強度は上記高アルミナ
質粉末としての水酸化アルミニウム粉末の添加量に従い
表７に示したような相違が出て来た。

【表７】

【００３５】即ち、水酸化アルミニウム粉末の添加量は
より少ない方が強度が得られ特に５重量％未満にて６０
ｋｇ／ｃｍ２以上の充分な強度が焼成される。ただし、
０．１重量％以下では焼成時に融着を起こすおそれがあ
るので添加量は０．１重量％以上で可及的に低い割合が
望ましい。

【００３６】（実施例２）次に、原料として、下記の表
８に示される組成のバン土頁岩，水酸化アルミニウム，
珪石を用い、それらを下記表９に示される如き各種配合
割合（Ｎｏ．１〜６）において、種々組み合わせて、実
施例１と同様にして混合し、通常のプレス成形手法によ
り、プレス圧力：１ｔｏｎ／ｃｍ２において成形した。 その後、それぞれ、所定温度で１時間の加熱処理（焼成
）を行ない、得られた焼結体の常温から１０００℃まで
の熱膨張率を測定した。その結果を、下記表９に併わせ
示す。

【表８】

【表９】

【００３７】以上の結果から明らかなように、高温焼成
後のＡｌ２Ｏ３含有量及びＳｉＯ２含有量が、共に、本
発明の範囲内とされたＮｏ．２〜５のものにあっては、
１０００℃までの熱膨張率が、比較例としてのＮｏ．１
及びＮｏ．６のものに比して、著しく小さいことが認め
られた。

【００３８】また、かかるＮｏ．１〜６の組成を採用し
て、実施例１と同様にして球状粒子を焼成し、得られた
焼成粒子を鋳物砂として用いたところ、Ｎｏ．２〜５の
組成から得られたものにあっては、Ｎｏ．１またはＮｏ
．６のものに比して、鋳型の寸法安定性に優れているこ
とが認められた。

【００３９】（実施例３）上記実施例２の表９において
示されるＮｏ．２〜５の配合割合からなる原料を用い、
それぞれを、水と共にボールミル中で粉砕混合して泥漿
と為し、そしてその得られた泥漿をスプレードライヤー
を用いて造粒して、球状粒子を得た。その後、高アルミ
ナ質粉末としての水酸化アルミニウム粉末を、異なる量
において添加して充分に混合した後、それらを各種の混
合物をそれぞれ焼成した。得られた焼性粒子の状態及び
物理的特性として、焼性温度と見掛気孔率との関係を、
Ｎｏ．２〜５のそれぞれについて、図２〜図５にグラフ
を示した。また、水酸化アルミニウム粉末を添加せずに
焼成して得られた焼成粒子についても、同様に評価を行
ない、各図に併せ示した。なお、各図中の、○は融着の
ない球状粒子が得られたことを示し、×は、粒子の融着
があったことを示している。

【００４０】かかる結果から明らかなように、本発明に
従って、１４００℃〜１７５０℃の温度範囲において焼
成することにより、得られた粒子の見掛気孔率を著しく
低減せしめ得ると共に、球状粒子に対して水酸化アルミ
ニウム粉末を適宜に添加することにより、高温焼成に際
しても、融着が生じず、緻密な球状の焼成粒子が得られ
ることが理解される。

【００４１】（実施例４）実施例３と同様にして、表９
のＮｏ．５の配合割合からなる原料を用い、同様に球状
粒子を得た。そして、かかる粒子の１００重量部に対し
て、表１０に示される各成分組成のアルミナ質粉末Ａ，
Ｂをそれぞれ１０重量部の割合で添加，混合し、焼成し
た。得られた焼成粒子の見掛気孔率と焼成温度との関係
を、図６に示す。

【００４２】図６の結果から明らかなように、高温焼成
後のＡｌ２Ｏ３含有量が９０重量％以上のアルミナ質粉
末（Ａ）を用いることにより、９０重量％より少ない含
有量のもの（Ｂ）を用いた場合より、見掛気孔率を低減
させることが出来、また高温焼成においても、粒子の融
着が発生することなく、緻密な球状粒子が得られた。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
に従えば、高アルミナ質粉末を外掛け５重量％未満で０
．１重量％以上配合することにより、球状粒子の焼成に
際して、その融着が有効に阻止され、従って高アルミナ
質粉末との混合状態で造粒粒子を高温度で焼成すること
により、各粒子は相互に融着することなく、充分に焼結
されるため、焼成粒子は緻密なものとなって、粒子強度
は高くなり、これによって鋳物砂の繰り返し使用が可能
となると共に、鋳型強度を増大させることができる。

【００４４】また、こうして製造された鋳物砂は、粒子
形態が球状であるため、流動成に優れており、細部まで
均一な充填が可能となり、鋳型製作において、緻密で均
一な組織を有し強度の高い鋳型が生産可能となる。

【００４５】そして、球状粒子形態であることにより、
鋳物製品の鋳肌が美しく仕上がる利点があると共に、工
業的に合成して製造するため、球状という一定形状をも
つ品質の安定した必要粒度品の供給が可能となる等産業
上有益なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す球状鋳物砂の製造方法
の工程図。

【図２】実施例３で得られた球状粒子（Ｎｏ．２）の焼
成温度及び高アルミナ質粉末の添加の有無と見掛気孔率
との関係を示すグラフ。

【図３】実施例３で得られた球状粒子（Ｎｏ．３）の焼
成温度及び高アルミナ質粉末の添加の有無と見掛気孔率
との関係を示すグラフ。

【図４】実施例３で得られた球状粒子（Ｎｏ．４）の焼
成温度及び高アルミナ質粉末の添加の有無と見掛気孔率
との関係を示すグラフ。

【図５】実施例３で得られた球状粒子（Ｎｏ．５）の焼
成温度及び高アルミナ質粉末の添加の有無と見掛気孔率
との関係を示すグラフ。

【図６】実施例４で得られた球状粒子の焼成温度及び高
アルミナ質粉末の組成と見掛気孔率との関係を示すグラ
フ。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　　ミル ２　　　　　　　　　　スプレードライヤー３　　　　
　　　　　　高アルミナ質粉末４　　　　　　　　　　
ロータリーキルン５　　　　　　　　　　攪拌機 ６　　　　　　　　　　風簸式攪拌機 １０　　　　　　　　篩

【表１０】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　高温焼成後の成分比率がＡｌ２Ｏ３：
   ２０〜７０重量％，ＳｉＯ２：８０〜３０重量％となる
   ように混合された原料組成物を、直径が０．１〜２．０
   ｍｍの球状粒子に造粒した後、かかる球状粒子に対して
   、高温焼成後のＡｌ２Ｏ３の含有率が９０重量％以上で
   、粒子径が０．１ｍｍ以下の高アルミナ質粉末を外掛け
   ５重量％未満で０．１重量％以上混合せしめ、そしてそ
   の混合物を１４００〜１７５０℃で焼成することにより
   、前記球状粒子を、それら粒子相互の融着を防止しつつ
   、球状の焼成粒子として得ることを特徴とする球状鋳物
   砂の製造方法。