JPS6026620B2 - 再生砂の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、鋳物工場で鋳型及び中子の製造に用いられ
る砂、例えばシリカサンドの再生に関するものである。

鋳型及び中子を作るのに砂が使用されるときは、砂は、
ペントナィト粘士、珪酸ソーダ、及び珪酸ソーダ用硬化
剤、又は樹脂のような、各種の結合剤の一つと混合され
る。金属鋳造温度に曝され、また、溶融金属に接触する
ために、砂は結合剤の分解生成物、金属粒子、その他岩
石の細片で汚れたものとなっている。従って、その砂は
捨てて新しい砂と取り換える必要があり、そうでなくて
もしその砂を再使用するとなると、砂を処理して少なく
とも汚れの一部を取除かなればならない。もし砂をうま
く再生するとなると、再生方法は、凝集物を破壊し、金
属飛沫の粒子を取除し、て、砂の条件を回復させなけれ
ばならないのみならず、その方法は、前と同じタイプの
結合剤で砂を再使用できるものにしなければならない。

使用ずみの鋳造用砂を再生使用するために、色色な方法
、例えば湿式洗浄、殿競又は摩耗を含む色々な方法が提
案されて来た。米国特許第１７００７１３号は、使用砂
を摩擦し又は摩耗作用を受けさせて、バラバラにし砂粒
から付着している結合剤の残澄を敬除くことを記載して
いる。

また、英国特許第１３２２８６４号は、珪酸ソーダ又は
フラン樹脂のような、不可逆性の無機及び／又は有機結
合剤により成形された砂を用いて、使用するに適した鋳
型砂を再生するための摩擦方法を記載している。

しかし、公知の摩耗方法は、結合剤としての珪酸ソーダ
や、多価アルコールェステル、例えばトリアセチンや、
炭酸ェステル例えば炭酸アルキレンのような、化学的硬
化剤を含んでいる鋳型砂を再生するには不適当である。

そのような化学的に硬化された珪酸塩による成形砂の場
合には、再生は珪酸ソーダの銭澄の一部のみならず、硬
化剤の一部及び硬化剤と珪酸ソーダとの反応生成物をも
取除かなければならない。再生された砂を再使用すると
きには、その砂を最初新しい砂と混合するが、再生方法
が経済的にも技術的にも成功するためには、再生された
砂と新しい砂との混合物中で、再生砂を高比率で用いる
ことが可能でなければならない。これまでは、化学的に
硬化された珪酸ソーダで成形された砂は、約５０％以上
の再使用割合で再び使用することができなかったし、或
る方法では、５０％の再使用割合さえ容易ではない。

高い再使用割合で再生砂を使用しようとする試みは、２
つの具体的な問題を提起する。

第１に、蚤酸塩結合剤及び硬化剤を再生砂と新しい砂と
の混合物に加えるとき、得られる砂組成物が、満足ら鋳
型及び／又は中子を製造するに充分な長い間成形できる
状態に留まらないし、第２に得られたこれらの鋳型及び
／又は中子は、充分な強度を達成しない。この発明は、
炭酸プロピレンのような炭酸アルキレソで硬化された珪
酸ソーダによる成形砂に関するものであり、その砂は摩
耗方法によって再生でき、経済的にも技術的にも使用で
きるような再使用割合で、砂と混合して再使用できるも
のである。

水性の珪酸ソーダにより成形され炭酸ァルキレンで硬化
された砂が、本質的に水分を含まないで、しかも水性珪
酸ソーダの量に対し存在する炭酸アルキレンの量が、或
る値を越えないならば、その砂を摩耗方法によって再生
し、満足な再生砂にし得ることが、ここに見出された。

この発明によると、砂、水性珪酸ソーダ、炭酸アルキレ
ンから成り、使用前に存在する炭酸アルキレンの含有量
が、水性珪酸ソーダの重量に対し１１重量％を越えない
量であり、使用された砂組成物が、再生中に、５５び○
での灼熱減量によって決定される残留水分を０．鑓重量
％以下含んでいることを特徴とする。鋳型及び／又は中
子の製造に使用後、（以下に述べるような）満足な再生
砂を製造するために、摩耗方法によって再生するに通し
た砂組成物が提供される。この発明のもう１つの特徴に
よると、粒子状の砂、水性珪酸ソーダ、及び炭酸アルキ
レンから成る組成物で作られた使用ずみの鋳型又は中子
であって、その中では炭酸ァルキレンの含有量が水性珪
酸ソーダの重量を基準として、１１重量％を越えない鋳
型又は中子を粉砕して粒子状にし、こうして得られた粒
子から不純物を除くために摩耗工程に掛けること、及び
摩耗工程の前又は途中で粒子を乾燥し、５５ぴ０での灼
熱減量によって測定された残留水分が、０．頚重量％以
下となるようにすることを特徴とする、金属鋳物を作る
のに用いられた鋳型又は中子から再生される満足な砂を
作る方法が提供される。

使用された砂組成物は、５５０ｑｏでの灼熱減量によっ
て測定された残留水分を０．５重量％以下含むことが好
ましい。

この発明の目的のための満足な再生砂は（ｉ）珪酸ソー
ダ結合剤を使用し、炭酸アルキレンで硬化させて鋳型及
び／又は中子成形体に成形すること、（ｉｉ）紛砕及び
摩耗の工程を含む再生方法、及び（ｉｉｉ｝未使用砂、
すなわち鋳型又は中子に今まで使用されなかった砂、珪
酸ソーダ結合剤及び炭酸アルキレンと、予じめ定められ
た割合で混合して再使用することから成る、少なくとも
さらに５回使用して、各回の終りに未使用の砂だけを含
む同様な混合物の可便時間の８０％以上の可便時間を持
った、砂と結合剤と硬化剤との混合物を作ることのでき
る再生砂であって、未使用砂だけを含む銭型及び／又は
中子の最終強度の８５％以上の最終強度を持った鋳型又
は中子にすることができる、再生砂として定義される。

鋳造用砂の可使時間は、砂が成形できる時間であり、鋳
型又は中子の最終強度は、結合剤が充分に硬化してしま
ったあとに到達する強度であって、その強度は便宜上２
蝿時間後の測定によって定められる。定量的な用語では
、「可便時間」は、標準ＡＦＳ５仇舷ｘ５物収の円柱状
中子が、０．１ｋ９／仇の圧縮強度に達するに必要な分
単位で表わされた時間として定義され、「最終強度」は
囲まれた容器の中に２４時間貯蔵したのちに、標準ＡＦ
Ｓ５０風ｘ５０脚円柱状中子が到達する、ｋ９／仇単位
で表わされた強度として定義される。

化学的に硬化した珪酸ソーダにより成形された、使用ず
みの砂の水分含有量は、数種の成分から成り、具体的に
は、【１１ 遊離水 ‘２） 結合剤内で種合の割合に化学的に結合している
水、及び【３１ 硬化反応中に硬化剤の分解によって生
じた揮発性の副産物、から成るものである。

水分中の成分のあるものは、比較的低い温度でほんの徐
々に揮発するものであるから、使用された砂の残留水分
は、平衝に到達し得ないために、低い温度では正確に測
定し得ない。

従って、水分含有量を測定するためには、比較的高い温
度で標準化することが必要であり、この発明の目的のた
めに、５５０つ０の温度が選ばれている。加熱時間は実
際には１時間が採用される。すなわち、残留水分を決定
するには、再生工程中の或る時点で砂を取り、５５０℃
の炉、例えばマッフル炉中で１時間加熱し、冷却し、秤
量し、こうして得られた灼熱減量をもって残留水分とす
る。使用された砂が、５５ぴ○での灼熱減量によって測
定される残留水分を０．母重量％以下含むことを確実に
するためには、再生方法中の或る点で、何か便宜な方法
により砂を乾燥してもよい。

例えば、粉砕工程のあとで、加熱空気が循環されている
オーブン中にある皿の上で、砂粒子を乾燥してもよく、
又は流動床中で熱空気の流れに粒子を曝して、砂粒子を
乾燥してもよい。また、再生方法の摩耗工程中で、必要
な程度に砂を乾燥することもできる。再生方法中の乾燥
工程は、広い範位の温度で行うことができるが、エネル
ギーを保存するためには、実施できる程度の低温、例え
ば１００００又はそれ以下で行うことが望ましい。

抜型時間をできるだけ低く保持することが望ましいとき
には、高い乾燥温度を避けなければならない。抜型時間
は、模型が鋳型から取出され、中子がコアポックスから
取り出されるまでの時間であり、「抜型時間」は、標準
ＡＦＳ５０肋×５０側の円柱状中子が、７．０ｋ９／係
の圧縮強度に達する時間を、分単位で表わしたものとし
て定義することができる。

摩耗によって砂を再生する器具は、どんな形のものでも
この発明の方法では使用することができる。

例えば、砂の粒子を早く働く空気の流れに乗せ、ターゲ
ットに向って噴出させることもできる。砂の粒子は、相
互にまたターゲットと衝突し、そこで行われる摩擦作用
の結果、不純物が取除かれる。ソーダ含有量の高い珪酸
ソーダで結合された砂は、低いソーダ含有量の珪酸塩で
結合された砂よりも、一層うまく再生される。

従って、シリカ対ソーダ比の小さし、珪酸ソーダは、シ
リカ対ソーダ比の大きし、珪酸ソーダよりも、珪酸ソー
ダ量の一定な場合には、そのような結合剤が大きいソー
ダ含有量を持つことになるので、好ましいものである。
実際に、シリカ対ソーダのモル比が、２．０対１なし・
し２．方封１の珪酸ソーダが、満足に再生される砂を作
るのに望ましいことがわかり、またそれが可便時間、硬
化速度等の点で、適当な特性を持つことがわかったので
ある。２．０対１以下のモル比の珪酸塩は、なお使用で
きるが、強度発現速度が、多くの目的に対しては余りに
遅い砂組成物を生ずることになり、他方、２．方対１以
上のモル比の珪酸ソーダは、可便時間が余りに短かし、
砂組成物を生ずる。

蓬酸ソーダに対して炭酸アルキレン硬化剤の存在童を増
加させると、好結果をもたらす再生が困難となるので、
一定量の珪酸ソーダ結合剤に対しては、できるだけ少な
い硬化剤を用いることが必要である。

硬化剤の量が、水性蓬酸ソ−ダの重量に対して１１重量
％を越えると、砂をうまく再生することができないが、
この限界が、存在する水性珪酸ソーダ及び炭酸アルキレ
ンの実際量に堅持される限り、そうでない。しかし、水
性珪酸ソーダの重量に対する炭酸アルキレンの割合は、
通常８重量％以下ではない。なぜならば、そうでないと
、砂組成物の硬化特性が満足なものとならないからであ
る。必要ならば、珪酸ソーダ結合剤は、また珪酸カリウ
ムのような他の珪酸アルカリ金属塩を或る割合で含むこ
ともある。

また、他の成分を含ませることも可能であるが、再生で
きる満足な砂をなお確実に作り得るように、注意しなけ
ればならない。

鋳造用結合剤として、砂糖舎有珪酸ソーダを用いること
はかなり普通であり、この発明により再生できる砂を作
るのに、或る砂糖含有珪酸ソーダを使用することができ
る。しかし、そのような結合剤は、とくに珪酸ソーダの
シリカ対ソーダの比が、約２．の対１を越える結合剤は
不満足なものが多いから、使用前に結合剤をテストする
ことが肝要である。好ましい炭酸アルキレンは、炭酸プ
ロピレンである。

もっとも、他の炭酸アルキレン、例えば炭酸ブチレンの
異性体を使用することができる。とくに、固体の炭酸ア
ルキレンを用いることが望ましいときには、２種以上の
炭酸ァルキレンの混合物を使用することができる。その
ような場合、例えば炭酸エチレンを使用するときには、
固体状の炭酸アルキレンを炭酸ブロピレンのような液体
炭酸アルキレンに溶解するのが、好都合である。ここで
述べる再生される砂は、その砂が続けて再使用されるの
みならず、また再生される砂と新しい砂とから成る砂組
成物の或る特性が、すべて新しい砂から成る砂組成物の
特性よりも、優れているという点で有利なものである。
意外なことには、硬化された砂の最終強度が著しく大き
くなっていることが見出され、砂の可便時間を殆んど２
倍にすることができる。

この発明を次の実施例中で具体的に説明するが、そこで
は全体を通してチェルフオード５０のシリカサンド（Ａ
，Ｆ，Ｓ、粒度第４４）が用いられた。

砂組成物の再生可能なことは、以下に記載するテスト方
法によって測定された。

次第に孔の大きさが減少する一連の振動網から成る振動
機中で、スチール鋳物を作るに用いられた砂を或る粒子
大にまで小さくした。

こうして粉砕された砂の５５０００での灼熱減量によっ
て測定された残留水分が、０．８％以下にまで減少せし
められるように、粉砕した砂を（格別に記載するのでな
ければ）１１び０で１時間オーフン中で乾燥した。

乾燥した砂は、粉砕した砂を空気の流れに乗せ、砂を金
属ターゲットに向けて噴出させることによって、摩耗せ
しめられた。

さらに詳しくは云えば、大きなホツパーの側壁にショッ
トブラストを鉄め込み、乾燥した砂をショットブラスト
から噴出させてホッパー内の鉄製ターゲットに衝突させ
、こうして砂を摩耗した。ホッパーの側壁には孔を設け
ておき、孔からホッパー内の空気を吸引し、摩耗された
もののうち、砂をホッパーの底へ落とし、汚れを孔から
空気と共に吸引して除き、ホッパーの底に再生砂を集め
た。粒度（２００メッシュ通過）のものは、流動床中の
処理によって砂から除かれた。

再生された砂（７の重量％）を新しい砂（３の重量％）
と混合し、この砂混合物の一定量を新しい硬化剤及び結
合剤と混合し、その再結合特性を測定した。

砂と結合剤と硬化剤との混合物の可便時間は、前に述べ
た定義により、すなわち、標準中子が０．１ｋ９／仇の
圧縮強度に達するに必要な時間として測定された。また
砂混合物の残りを新し‘こ硬化剤及び結合剤と混合し、
砂が用いられていたもとの鋳型を作るのに使用した。砂
をこの方法によりさらに５回繰り返し使用し、又は再結
合特性がさきに述べた必要条件を満たさなくなるまで、
繰り弁し使用した。

再結合特性は次のようにして測定された。

硬化剤、続いて結合剤を砂と混合し、こうして得られた
砂と結合剤と硬化剤との混合物を、標準５仇舷×５仇豚
の中子の製造に用いた。

中子の圧縮強度を測定した。ａ 約１時間までの時間間
隔で、脱水を防ぐために閉じた容器中に貯蔵した。

ｂ 閉じた容器中で又は空気中に爆らして２岬時間後。

実施例の表中で、特定回数の横に並んだ数値は、その回
数スタート前に測定された値である。実施例 １３．２
重量％の珪酸ソーダ溶液（Ｓｉ０２対Ｎａ２０の比が２
．の村１であり、粘度が２０ｑｏで１００センチポイズ
のもの）と、０．３２重量％の炭酸プロピレンとで成形
された砂の再生の可能性を、機械的な摩耗前の乾燥温度
の関数として評価した。

４個の系を次のように比較した。

系１ 砂を１１０午０で１時間乾燥する。

系２ 砂を２００午Ｃで１時間乾燥する。

系３ 砂を４５０午０で１時間乾燥する。

系４ 砂を８００ｑｏで１時間乾燥する。

標準テストから次のデータを得た。

再生された満足な砂に関する限り、実際の乾燥時間は重
要でないことが、これらの結果から確認される。

しかし、エネルギーを保持するためには、２００ｑｏ以
下の温度で作業することが望ましい。さらにこの結果か
らわかるように、高い乾燥温度が、抜型時間を延長させ
る煩向があるという点で、有利である。実施例 ２ 以下に述べる３．５重量％の結合剤と、０．３５重量％
の硬化剤とを添加した下記の系を比較した。

系５ 珪酸ソーダ、Ｓｉ０２対Ｎａ２０の比が２．０対
１、粘度が２０午○で１００センチポィズ、炭酸プロピ
レン系６ 珪酸ソーダは上記【５｝のもの、グリセロー
ルの酢酸ェステル混合物次の結果を得た。

上記データから、系５が前に述べた定義に従い再生でき
ることは明らかである。

さらに、同じ定義によると、系６は、次の点で再生でき
ないものである。（ｉ）可便時間が極めて急激に減少し
、砂は５回目の繰り返しで可便時間がなくなる。

（ｉｉ） 多くの場合、最終強度が満足な値よりも大き
い値だけ減少している。

実施例 ３ 次の系の再生の可能性を比較した（すべて重量％）系７
４．０％珪酸ソーダ、Ｓｉ０２対Ｎａ２０比が２．０
対１、２０℃における粘度１００センチポィズ、０．４
％炭酸ポリプロピレン系８ ３．５％の珪酸ソーダ−上
記７で述べたもの、０．３５％の炭酸プロピレン系９
３０％の珪酸ソーダ−上記７で述べたもの、０．３％の
炭酸プロピレン従って、各場合において、硬化剤添加値
は、結合剤に関して１０％を示した。

次のデータが得られた。

上記データは、テストされた３個の系が、さきに述べた
定義によると、すべて再生可能であることを示している
。

再生の可能性は、結合剤に対して１０％の硬化剤添加量
を用いると、３．０％と４．０％との間では、結合剤添
加量によって影響されないことがわかった。実施例 ４ 結合剤に対して硬化剤の割合を変えた場合の影響を測定
するために、次の結合剤と硬化剤との系を用いて、成形
された砂の再生可能性が評価された。

すべての％は重量で示されている。系１０ ３．５％珪
酸ソーダ、Ｓｉ０２対Ｎａ２０の比が２．の封１、２ぴ
０における粘度が１００センチポィズ、０．３５％炭酸
プロピレン系１１ ３．５％珪酸ソーダ、上記１０と同
じもの、０．４２％炭酸プロピレン系１２ ３．５％珪
酸ソーダ、上記１０と同じもの、０．５３％炭酸プロビ
レン系１３ ３．５％瑳酸ソーダ、上記１０と同じもの
、０．６３％炭酸プロピレン系（１０）ないし系（１３
）の再結合特性が、上述した方法によって測定され、次
のデータが得られた。

上記実施例中のデータは、結合剤（すなわち系１０）に
対して１０％の硬化剤を使用すると、前に述べた定義に
従い、再生可能な砂の系が得られることを例示している
。

結合剤（すなわち系１１ないし１３）に対し、１２％以
上の添加量の硬化剤を使用すると、可便時間が存在しな
いために、結局は使用不能となる繰り返し使用の砂が得
られる。

実施例 ５ Ｓｉ０２対Ｎも○の比が、２．０対１以上で２．方８１
以下の蓮酸ソーダにより成形された砂の再生可能性が、
砂に対して３．５重量％添加され、同時に硬化剤として
０．３５重量％の炭酸プロピレンが添加されたものとし
て評価された。

次の系が評価された。

系１４ 珪酸ソーダ、Ｓｉ０２対Ｎを０の比が２．２対
１で、２０ｑｏにおける粘度が１００センチポイズのも
の系１５ 珪酸ソーダ、Ｓｉ０２対Ｎａ２０の比が２．
幻特１で、２び０における粘度が１００センチボィズの
もの系１６ 珪酸ソーダ、Ｓｉ０２対Ｎａ２０の比が２
．内村１で、２０ｑｏにおける粘度が１００センチポイ
ズのもの得られたデータは次のとおりであった。

上記のデータは、Ｓｉ０２対Ｎａ２０の比が２．０より
大きく、少くとも２．７だけの大きさの珪酸ソーダ結合
剤を用いると、再生できる砂の系が得られることを確認
している。

実施例 ６ 次の結合剤系を作った。

系１７ １０重量％のスクロースを９の重量％の系（１
０）の珪酸ソーダ水溶液に溶解した。

系１８ １０重量％のスクロースを９の重量％の系（１
４）の珪酸ソーダ水溶液に溶解した。

系１９ １０重量％のスクロースを９の重量％の系（１
５）の珪酸ソーダ水溶液に溶解した。

系２０ １０重量％のスクロースを９の重量％の系（１
６）の珪酸ソーダ水溶液に溶解した。

硬化剤として０．３５重量％の炭酸プロピレンとともに
、３．５重量％の砂に対する添加物として、系（１７）
ないし（１９）の再生可能を評価した。

次のデータを得た。表からわかるように、蓬酸ソーダ結
合剤中のスクロースの存在は、再生される砂の特性に有
害な影響を与え、珪酸ソーダのシリカ対ソーダ比が増加
するので、脱水をしないで測定された最終強度が低下し
、最後に砂と結合剤との組成物から作られた中子の最終
強度が、再生される満足な砂の定義外にあるようになる
。

実施例 ７ 重量で等量の炭酸プロピレンと炭酸エチレンとの混合物
からなる硬化剤組成物を使用することの影響を測定する
ために、次の結合剤と硬化剤との系を用いて成形した砂
の再生可能性を評価した。

系 ２１ ３．５重量％の珪酸ソーダ、Ｓｉ０２対Ｎａ
２０の比が２．の対１で、２０００における粘度が１０
０センチポィズ、０．３５重量％の炭酸プロピレンと炭
酸エチレン混合物（両者の比は１対・） 系（２１）の再結合特性を既述の方法によって測定し、
次のデータを得た。

上記実施例中のデータは、炭酸プロピレンと炭酸エチレ
ンとの等重量の組成を持った硬化剤を結合剤に対して１
０％使用すると、この発明による再生できる砂の系が得
られることを示している。

実施例 ８次の実施例は、再生方法中での乾燥工程の重
要性を示すものである。

再生可能性に対する乾燥の影響を測定するために、次の
結合剤と硬化剤との系を用いて成形された砂の再生可能
性を評価した。

すべての％は重量によるものである。系２２ ３．５％
の蓬酸ソーダ、Ｓｉ０２対Ｎａ２０の比が２．２８１で
、２０００における粘度が１００センチポィズのもの、
０．３５重量％の炭酸プロピレン使用された砂は、５５
ぴ○での灼熱減量によって測定したとき、０．５重量％
の水分含有量まで再生方法の間に乾燥された。

系松 ３．５％の珪酸ソーダ、Ｓｉ０２対Ｎａ２０の比
が２．２封１で、２０ｏＣにおける粘度が１００センチ
ポィズのもの、０．３５重量％の炭酸プロピレン使用さ
れた砂は、５５０００での灼熱減量によって測定したと
き、１．３２重量％の残留水分含有量を持つてし、た。

使用された砂の残留水分含有量が多過ぎると（系２３）
、繰り返し使用したとき、もとの少くとも８０％の可便
時間が各回の終りに維持できなくなるということが、こ
の実施例のデータから明らかである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 粒子状の砂、水性珪酸ソーダ、及びその水性珪酸ソ
   ーダの重量に対し１１重量％を越えない炭酸アルキレン
   から成る組成物で作られた鋳型又は中子で、金属鋳物を
   作るのに用いられた鋳型又は中子を紛砕して粒子状にし
   、こうして得られた粒子を摩耗工程にかけてその中の不
   純物を除き、摩耗工程の前又は摩耗工程中に粒子を乾燥
   し、５５０℃での灼熱減量によつて決定された残留水分
   が０．８重量％以下となるようにすることを特徴とする
   、金属鋳物を作るのに用にられた鋳型又は中子から再生
   された満足な砂を製造する方法。 ２ 粒子が乾燥され、５５０℃での灼熱減量によつて測
   定すると、粒子が０．５重量％以下の残留水分を含んで
   いることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載す
   る方法。 ３ 鋳型又は中子を作つている組成物中の炭酸アルキレ
   ン含有量が、水性珪酸ソーダの重量に対し８−１１重量
   ％であることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記
   載する方法。 ４ 炭酸アルキレンが、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン
   の異性体、又は炭酸エチレンと炭酸プロピレンとの混合
   物であることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記
   載する方法。 ６ 珪酸ソーダが、２．０対１から２．７対１までのシ
   リカ対ソーダのモル割合を持つていることを特徴とする
   、特許請求の範囲第１項に記載する方法。