[go: up one dir, main page]

JP2019089124A - Sintered artificial sand - Google Patents

Sintered artificial sand Download PDF

Info

Publication number
JP2019089124A
JP2019089124A JP2018126726A JP2018126726A JP2019089124A JP 2019089124 A JP2019089124 A JP 2019089124A JP 2018126726 A JP2018126726 A JP 2018126726A JP 2018126726 A JP2018126726 A JP 2018126726A JP 2019089124 A JP2019089124 A JP 2019089124A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sand
artificial sand
casting
sintered
mold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2018126726A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
学哲 朴
Hacier Park
学哲 朴
子争 黄
Zi Zheng Huang
子争 黄
豊 黒川
Yutaka Kurokawa
豊 黒川
友▲誼▼ ▲趙▼
友▲誼▼ ▲趙▼
You Yi Zhao
晋槐 王
Jin Huai Wang
晋槐 王
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong Jinpu New Materials Co Ltd
Tsuchiyoshi Industry Co Ltd
Original Assignee
Shandong Jinpu New Materials Co Ltd
Tsuchiyoshi Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong Jinpu New Materials Co Ltd, Tsuchiyoshi Industry Co Ltd filed Critical Shandong Jinpu New Materials Co Ltd
Priority to JP2018126726A priority Critical patent/JP2019089124A/en
Publication of JP2019089124A publication Critical patent/JP2019089124A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Mold Materials And Core Materials (AREA)

Abstract

【課題】Al2O3−SiO2を主成分とした焼結人工砂において、融点が高く鉄溶湯と反応し難い機能を有する焼結人工砂の提供を図る。【解決手段】低融点組成の種類と量を制御し(特にK2Oを0.20%以下に制御し)Al2O3−SiO2系相平衡状態図において液相線よりマイナス50℃以内の耐火度を示すように構成する。この状態図において、ムライトが晶出する組成が望ましく、Al2O3が40%〜60%の組成が更に望ましい。焼結人工砂の製法としては、パンミキサ造粒後にロータリーキルンで焼結して製造することが望ましい。焼結人工砂は、かさ比重が1.6g/cm3以下、特に1.515g/cm3以下の軽量で、アスペクト比が0.85以上の球状で、粒子強度が1000MPa以上で破砕されにくい。【選択図】図1An object of the present invention is to provide sintered artificial sand having a function of having a high melting point and hardly reacting with molten iron in sintered artificial sand mainly composed of Al2O3-SiO2. SOLUTION: The composition and amount of the low melting point composition are controlled (particularly, K2O is controlled to 0.20% or less), and the Al2O3-SiO2 phase equilibrium diagram shows the fire resistance within minus 50 ° C from the liquidus line. To do. In this phase diagram, a composition in which mullite crystallizes is desirable, and a composition in which Al2O3 is 40% to 60% is more desirable. As a manufacturing method of sintered artificial sand, it is desirable to manufacture by sintering in a rotary kiln after granulation of pan mixer. Sintered artificial sand is lightweight with a bulk specific gravity of 1.6 g / cm3 or less, particularly 1.515 g / cm3 or less, is spherical with an aspect ratio of 0.85 or more, and has a particle strength of 1000 MPa or more and is not easily crushed. [Selection] Figure 1

Description

本発明は鋳造製品に用いられる鋳物砂に係わる。鋳造製品は世界で約1億t/年製造され、日本では約500t/年製造されている。鋳造製品の大部分は鉄系鋳物である。鋳物砂は鋳造製品を製造するために3〜10倍の量が必要である。鋳物砂は繰り返し使用するが、回収工程で製品に付着したり、再生工程で破砕したりして5〜30%のロスが生じる。これらは産業廃棄物として廃棄される。破砕によるロスを低減するために、破砕されにくい人工砂が開発されてきた。しかしながら、製品に付着するロスの対策は未実施である。また、従来の各種製法による人工砂はかさ比重が重く、鋳型とした際に重筋作業となる問題があるが、これの対策も未実施である。   The present invention relates to foundry sand used in cast products. Foundry products are produced about 100 million tons a year worldwide, and about 500 tons a year in Japan. Most of the cast products are iron castings. Foundry sand requires 3 to 10 times the amount to produce cast products. Foundry sand is used repeatedly, but it adheres to the product in the recovery process and is crushed in the regeneration process, resulting in a loss of 5 to 30%. These are discarded as industrial waste. In order to reduce the loss caused by crushing, artificial sand that is hard to be crushed has been developed. However, measures against the loss attached to the product have not been implemented. In addition, artificial sand by various conventional manufacturing methods has a large bulk specific gravity, and there is a problem that it becomes a heavy streak operation when it is used as a mold, but the countermeasure for this has not been implemented.

鋳物砂は粒子集合体であることから任意の形状である鋳型に成型できること、溶湯を鋳型に注湯する際に鋳型内の空気やガスを排出する通気性を有すること、溶湯の熱に耐えうる耐火度を有すること、各種の溶湯成分に対して化学反応による焼付き欠陥が生じないこと、鋳物砂を鋳型とするための粘結剤量が少なくできる粒形(真球が望ましい)などの特性を有することこと、繰り返し再生して使用して環境負荷を低減できる粒子強度であること、鋳造時に鋳型の膨張が低く変形の問題が生じないこと、鋳型から鋳造製品の取り出しが容易なこと、などなどの特性が鋳物砂には必要である。 Foundry sand can be formed into a mold having an arbitrary shape because it is a particle aggregate, has ventilation to discharge air and gas in the mold when pouring molten metal into the mold, can withstand the heat of the molten metal Properties such as having a fire resistance, not causing seizure defects due to chemical reaction to various molten metal components, and capable of reducing the amount of caking agent for using casting sand as a mold (a true ball is desirable) Having particle strength that can reduce environmental impact by repeatedly using it repeatedly, having low mold expansion during casting and no deformation problems, easy removal of the cast product from the mold, etc. Such characteristics are necessary for casting sand.

鋳型は金型と砂型に大別され、鋳物砂は砂型用である。鋳鋼、鋳鉄、銅合金などの高融点金属の鋳造は鋳物砂による砂型が殆どである。鋳造製品の大部分は砂型で生産されている。低融点合金であるアルミ合金ではダイカストや重力鋳造と称される金型鋳造が殆どである。 Molds are roughly divided into molds and sand molds, and casting sand is for sand molds. The casting of high melting point metals such as cast steel, cast iron and copper alloy is mostly sand mold by casting sand. Most of the cast products are produced in sand molds. In aluminum alloys which are low melting point alloys, most of them are die casting called die casting or gravity casting.

本特許では生産量が大規模である砂型用の鋳物砂に係わる。
鋳物砂は、砂型の名称の由来である硅砂が最も使用される。硅砂は石英(シリカ、SiO2)が主な鉱物組成である。二次鉱物組成として、Al23−SiO2系の鉱物である長石、雲母、粘土鉱物など)である。その他、硅砂以外の鋳物砂として、オリビンサンド、ジルコンサンド、クロマイトサンド、アルミナサンド(粉砕タイプ)、カーボンサンド、鉄鋼ショット玉、炭化珪素砂、スラグサンド(フェロニッケル系、フェロクロム系、高炉スラグ系など)、最近開発された人工砂(ムライト系、アルミナ系、ジルコンミックス系など、セラミックサンドとも言う)などが使用されている。
This patent relates to casting sand for sand molds with large scale production.
Foundry sand is most often borax, from which the name of the sand mold is derived. Borax is mainly composed of quartz (silica, SiO 2 ). As a secondary mineral composition is Al 2 O 3 -SiO 2 -based mineral in which feldspar, mica, clay minerals, etc.). In addition, as casting sand other than borax, olivine sand, zircon sand, chromite sand, alumina sand (grind type), carbon sand, steel shot ball, silicon carbide sand, slag sand (ferro nickel base, ferrochrome base, blast furnace slag base etc. Recently, artificial sand (mullite type, alumina type, zircon mix type, etc., also referred to as ceramic sand), etc. are used.

鋳物砂は鋳造品を製造するための副資材であることから、まず、安価であることが要求され、機能として第一に鋳造時に鋳造欠陥がなく製品留まりが高いことが要求される。これは鋳物砂と鋳造品との反応が無いことである。また、環境適応型の社会実現が急務なことから、省資源性が高いと共に省エネルギー性が高いことが望まれる。具体的には、製品に付着してライン外に排出される鋳物砂をし得ると共に、鋳物砂を製造する際に消費されるエネルギーを削減し得ることが望まれる。次いで、再生・回収して繰り返し永久的に使用できる高強度粒子が望まれ、石英系の硅砂使用に伴う人体に悪影響な遊離珪酸発生が生じないことも望まれている。また当然、従来鋳物砂に要求される各種特性を具備している必要がある。1990年頃に人工砂が開発されたことで、石英系の砂と比較して、上記は全般的には改善されてきたが、永久的に使用するためには耐火度に起因する溶湯と鋳物砂の反応防止や製品に付着してライン外に流出することの対策が未だ不十分である。また、従来の人工砂は重いことから、重筋作業となり、人工砂の軽量化の対策が急務である。 Since casting sand is a secondary material for producing castings, it is first required to be inexpensive, and first of all, it is required that there is no casting defect at the time of casting and high product retention. This is that there is no reaction between the casting sand and the casting. In addition, because environmental adaptation-oriented society is urgently needed, it is desirable that the resource saving property is high and the energy saving property is high. Specifically, it is desirable to be able to deposit sand that adheres to the product and is discharged out of the line, and to reduce the energy consumed when producing the foundry sand. Then, high-strength particles that can be regenerated and recovered and used repeatedly and permanently are desired, and it is also desired that the generation of free silicic acid does not occur adversely to the human body accompanying the use of quartz-based borax. Also, of course, it is necessary to have various characteristics required for the conventional casting sand. Although artificial sand was developed around 1990, the above has generally been improved compared to quartz sand, but for permanent use it is the molten metal and casting sand due to fire resistance In addition, the measures for preventing reaction and for adhering to the product and flowing out of the line are still insufficient. In addition, since conventional artificial sand is heavy, it is necessary to perform heavy reinforcement work, and measures to reduce the weight of artificial sand are urgently needed.

特許文献1では、1400〜1750℃でAl23:20〜70%、SiO2:80〜30%の混合原料を焼結して、球状の鋳物砂製造技術が示されている。
特許文献2では、1600〜2200℃で原料を溶融させてアトマイジングすることで、Al23:40〜90%とSiO2:60〜10%組成の合成ムライト鋳物砂製造技術が示されている。
In Patent Document 1, 1,400 to 1,750 ° C. in Al 2 O 3: 20~70%, SiO 2: a 80 to 30% of the raw material mixture is sintered, spherical molding sand production art is shown.
In Patent Document 2, by melting and atomizing the raw material at 1600 to 2200 ° C., a synthetic mullite foundry sand manufacturing technology of a composition of Al 2 O 3 : 40 to 90% and SiO 2 : 60 to 10% is shown There is.

特許文献3では、焼成ボーキサイト等のAl23−SiO2系原料を溶融させてアトマイジングすることでアルミナ結晶鋳物砂製造技術が示されている。
特許文献4では、粉末粒子を火炎溶融法で溶融し、Al23−SiO2の重量比率が1〜15である球状鋳物砂製造技術が示されている。
In Patent Document 3, the alumina crystal casting sand production art is shown by atomizing by melting Al 2 O 3 -SiO 2 -based material, such as calcined bauxite.
Patent Document 4 discloses a spherical casting sand production technique in which powder particles are melted by a flame melting method and the weight ratio of Al 2 O 3 -SiO 2 is 1 to 15.

特許文献5では、火炎溶融法で製造し、Al23及びSiO2が主成分でNa2Oの含有量が0.1重量%以下、K2Oの含有量が0.3重量%以下、CaOの含有量が0.5重量%以下、MgOの含有量が0.1重量%以下、Fe23の含有量が2重量%以下、TiO2の含有量が5重量%以下であり、溶出アルカリ量が0.41μmol/g以下であり、ウレタンバインダーと共に用いられる球状鋳物砂である製造技術が示されている。 In Patent Document 5, produced by the flame fusion method, Al 2 O 3 and SiO 2 is the Na 2 O content in the main component 0.1 wt% or less, the content of K 2 O is 0.3 wt% or less, containing CaO Content is 0.5 wt% or less, the content of MgO is 0.1 wt% or less, the content of Fe 2 O 3 is 2 wt% or less, the content of TiO 2 is 5 wt% or less, and the amount of dissolved alkali is 0.41 μmol / l The production technique is shown as spherical casting sand which is less than g and is used with a urethane binder.

上記の特許文献1〜4ではAl23−SiO2相状態図の組成で製造されるものであるが、耐火度については夾雑鉱物の影響を制御する発想が認められない。また、粒子内部が粗で粒子表面が緻密とする発想が認められない。すなわち、本発明が制御するK2Oや粒子構造についての発想は認められない。 Are those prepared with the composition of Patent Documents 1 to 4 in Al 2 O 3 -SiO 2-phase phase diagram above, but is not recognized concept of controlling the effect of contaminating mineral for refractoriness. Further, the idea that the inside of the particle is rough and the surface of the particle is compact is not recognized. That is, the idea about K 2 O or particle structure controlled by the present invention is not recognized.

上記の特許文献5では、その明細書段落0004、0029、0030、0044などに記載されているように、ウレタンバインダー特有の課題である可使時間延長効果を発揮する鋳物砂が提案されている。より詳しくは、コールドボックス法のようにウレタンバインダーを用いて鋳型を製造する場合では、フェノール樹脂成分とポリイソシアネート成分とを混合後、気体状のアミンを通気させることで鋳型を硬化させるが、アミンの通気前に、ウレタン化反応が徐々に進行して、硬化し始める恐れがあり、可使時間が短くなってしまうという課題を解決した鋳物砂が提案されている。この特許文献5では、可使時間に大きく影響を及ぼす溶出アルカリ量を測定することが好ましいとし、特に、溶出アルカリ成分の中ではCa分の影響が大きいと指摘して、これを低減することが好ましいとした上で、鋳物砂組成中のNa2O、K2Oの含有量としては、それぞれ好ましくは0.8重量%以下、より好ましくは0.5重量%以下、更に好ましくは0.3重量%以下であるとしている。このように特許文献5では、可使時間と夾雑物との関係を、ウレタンバインダー特有の課題である可使時間延長効果で考察し、Ca分の影響が大きいことが示され、K2Oについても触れてはいるが、Fe23、TiO2、K2O、Na2O等の金属酸化物と溶出アルカリの関係について、個々の金属酸化物の役割についての証明をしていないし、耐火度との関係については何らの示唆も与えていない。 In Patent Document 5 described above, as described in the specification paragraphs 0004, 0029, 0030, 0044, etc., a casting sand exhibiting a pot life extending effect which is a problem unique to urethane binders is proposed. More specifically, in the case of producing a mold using a urethane binder as in the cold box method, after mixing a phenol resin component and a polyisocyanate component, the mold is cured by aerating a gaseous amine, but the amine is The casting sand which solved the subject that a urethane-forming reaction may advance gradually and may start to harden before ventilation | gas_flowing, and the usable time will become short is proposed. In this patent document 5, it is preferable to measure the amount of eluted alkali which largely affects the usable time, and in particular, it is pointed out that the influence of Ca is large among the eluted alkali components, and this may be reduced. In addition, the content of Na 2 O and K 2 O in the foundry sand composition is preferably 0.8% by weight or less, more preferably 0.5% by weight or less, and still more preferably 0.3%. It is said that it is less than weight percent. In this way Patent Document 5, the relationship between pot life and contaminants, discussed bench life prolongation are urethane binder unique challenges, it is shown the influence of Ca content is large, the K 2 O Although I mention it, I have not proved the role of individual metal oxides on the relationship between metal oxides such as Fe 2 O 3 , TiO 2 , K 2 O, Na 2 O, etc. and the elution alkali, and they are fireproof No suggestion is given as to the relationship with the degree.

また、特許文献5に係る鋳物砂は、火炎溶融法で製造しているために粒子が重くなり、軽量粒子構造では無い。 Moreover, since the casting sand which concerns on patent document 5 is manufactured by the flame melting method, particle | grains become heavy and it is not a lightweight particle | grain structure.

特開平4-367349号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 4-367349 特開2003-251434号公報JP 2003-251434 特開2005-193267号公報JP, 2005-193267, A 特開2004-202577号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-202577 特許第4877923号公報Patent No. 4877923

本発明は、Al23−SiO2を主成分とした焼結人工砂において、融点が高く鉄溶湯と反応し難い機能を有する焼結人工砂の提供を図ることを課題とする。
本発明の他の目的は、省資源性が高くて省エネルギー性にも優れる焼結人工砂の提供を図ることにある。
The present invention, Al in 2 O 3 sintered artificial sand the -SiO 2 as a main component, and aims to achieve provision of sintered artificial sand having a function of hardly reacting with high iron melt melting point.
Another object of the present invention is to provide sintered artificial sand having high resource saving property and excellent energy saving property.

本発明のさらに他の目的は、ハンドリング性に優れ、重筋作業を低減できる焼結人工砂の提供を図ることにある。 Still another object of the present invention is to provide a sintered artificial sand which is excellent in handling properties and can reduce heavy streak operations.

本発明は、Al23−SiO2と、原料中の夾雑物として含有される低融点組成とを含有した焼結人工砂の改良に関するものであり、前記低融点組成の種類と量を制御することで、前記焼結人工砂が、Al23−SiO2系相平衡状態図において液相線よりマイナス50℃以内の耐火度を示すように構成した焼結人工砂を提供することによって上記の課題を解決するものである。 The present invention relates to the improvement of sintered artificial sand containing Al 2 O 3 -SiO 2 and a low melting point composition contained as a contaminant in the raw material, and controlling the type and amount of the low melting point composition. doing, the sintered artificial sand, by providing a sintered artificial sand and configured to indicate a negative 50 ° C. within refractoriness of the liquidus in the Al 2 O 3 -SiO 2 system phase diagram It solves the above-mentioned subject.

また本発明は、Al23とSiO2と夾雑物として含有される低融点組成とを含む原料を焼結させることにより焼結人工砂を製造する方法において、Al23−SiO2系相平衡状態図において、前記低融点組成の量を制御することで、液相線よりマイナス50℃以内の耐火度の焼結人工砂を得ることを特徴とする焼結人工砂の製造方法を提供する。 The present invention also relates to a method for producing a sintered artificial sand by sintering a raw material containing Al 2 O 3 , SiO 2 and a low melting point composition contained as a contaminant, wherein the Al 2 O 3 -SiO 2 system is used. In the phase equilibrium diagram, by controlling the amount of the low melting point composition, a sintered artificial sand having a fire resistance within -50 ° C. of the liquidus is obtained, and a method of producing a sintered artificial sand is provided. Do.

本発明において、低融点組成とは、鋳込まれる金属の鋳込み温度(例えば鋳鋼であれば1550℃)よりも低い融点を有する組成を言う。この低融点組成は、例えば、原料中に表1に示したような塩基性酸化物や弱塩基性酸化物として存在し、具体的にはNa2O、K2O、FeOを例示することができる。 In the present invention, the low melting point composition means a composition having a melting point lower than the casting temperature (for example, 1550 ° C. for cast steel) of a metal to be cast. This low melting point composition exists, for example, as a basic oxide or a weak basic oxide as shown in Table 1 in the raw material, and specifically, it is possible to specifically exemplify Na 2 O, K 2 O, FeO it can.

特にK2Oは、その融点が著しく低く、原料の鉱物に夾雑物として含有される量も多く、融点降下作用が大きい組成であると認められる。K2Oの量をコントロールすることによって、焼結人工砂がAl23−SiO2系相平衡状態図において液相線よりマイナス50℃以内の耐火度を示すように構成するために極めて有効であることを本発明者は知見し、この知見を出発点として本発明を完成させたものである。 In particular, it is recognized that K 2 O has a remarkably low melting point, a large amount of impurities contained in the raw material mineral, and a composition having a large melting point lowering action. By controlling the amount of K 2 O, it is extremely effective to construct sintered artificial sand so as to exhibit a fire resistance within -50 ° C. of the liquidus in the Al 2 O 3 -SiO 2 phase equilibrium phase diagram. The present inventors have found that this is the starting point for completing the present invention.

特に、本発明は、Al23−SiO2系相平衡状態図において、初晶としてムライトが晶出する組成において、前記低融点組成としてのK2Oを0.20%以下にコントロールすることによって、焼結人工砂がAl23−SiO2系相平衡状態図において液相線よりマイナス50℃以内の耐火度を示すように構成した焼結人工砂を提供する。 In particular, the present invention controls the K 2 O as the low melting point composition to be 0.20% or less in the composition in which mullite crystallizes as primary crystals in the Al 2 O 3 -SiO 2 phase equilibrium phase diagram. Provided is a sintered artificial sand configured such that the sintered artificial sand exhibits a fire resistance within -50 ° C. of the liquidus in an Al 2 O 3 -SiO 2 -based phase equilibrium phase diagram.

焼結人工砂は、ムライト結晶間に結晶の重なり合いの隙間が存する結晶間構造を備えていることがその構造上の特徴である。具体的には、図3に示すように、焼結人工砂には柱状晶であるムライト結晶の重なり合い(配向構造やカードハウス構造)の結晶構造由来の隙間が存在する。本発明にあっては、結晶構造由来の隙間が存する結晶間構造を備えた焼結人工砂を対象とする。 Sintered artificial sand is characterized in that it has an inter-crystal structure in which there is a gap of overlapping of crystals between mullite crystals. Specifically, as shown in FIG. 3, in the sintered artificial sand, there is a gap derived from the crystal structure of overlapping mullite crystals which are columnar crystals (oriented structure or card house structure). The present invention is directed to a sintered artificial sand provided with an inter-crystal structure in which a gap derived from a crystal structure exists.

これに対して、例えば特許文献5に示されたような溶融法により得られた人工砂では、ムライトなどの結晶の周りが非晶質で取り囲まれており、ムライト結晶同士の間には非晶質が存在しており、ムライト結晶の重なり合いの隙間(結晶構造由来の隙間)が存在しない結晶間構造を示す。このように溶融法人工砂では、ムライト結晶同士の間には非晶質が存在する結晶間構造を備えているため、かさ比重が大きくなるのに対して、本発明の焼結人工砂にあっては、結晶の重なり合いの隙間が存する結晶間構造を備えているため、1.6g/cm3未満のかさ比重に抑えることができる。特に、かさ比重を1.515g/cm3以下とすることによって、重筋作業からの解放に効果的である。 On the other hand, in the artificial sand obtained by the melting method as shown in Patent Document 5, for example, the surrounding of crystals such as mullite is surrounded by amorphous and non-crystalline between mullite crystals. It shows an inter-crystal structure in which there is a quality and there is no overlapping gap of the mullite crystals (a gap derived from the crystal structure). As described above, the fused artificial sand has an intercrystalline structure in which amorphous is present between mullite crystals, and hence the bulk specific gravity is increased, whereas the sintered artificial sand of the present invention Since the crystal structure has an inter-crystal structure in which crystal overlapping gaps exist, the bulk specific gravity can be suppressed to less than 1.6 g / cm 3 . In particular, by setting the bulk specific gravity to 1.515 g / cm 3 or less, it is effective for release from heavy muscle work.

また、Al23−SiO2系相平衡状態図においては、Al23とSiO2との比率は特には問わないが、Al23が40%〜60%の組成であることが、合金の鋳込み温度を考えると十分な耐熱性を示す点で特に実用的である。 Further, in the Al 2 O 3 -SiO 2 phase equilibrium phase diagram, the ratio of Al 2 O 3 to SiO 2 is not particularly limited, but the composition of Al 2 O 3 is 40% to 60%. In view of the casting temperature of the alloy, it is particularly practical in that it exhibits sufficient heat resistance.

さらにまた、アスペクト比が0.85以上の球状の焼結人工砂とすることによって、比表面積が小さくなり、粘結剤による強度発現が大きくなる点で有利である。また、粒子強度を1000MPa以上とすることで、繰り返して長期間使用でき、天然資源保護の観点から低環境負荷の鋳物砂を提供し得るものである。 Furthermore, by using spherical sintered artificial sand having an aspect ratio of 0.85 or more, the specific surface area is reduced, which is advantageous in that the strength development by the caking agent is increased. In addition, by setting the particle strength to 1000 MPa or more, casting sand which can be repeatedly used for a long time and has a low environmental impact can be provided from the viewpoint of natural resource protection.

更には、本発明の実施に際しては、粒子表面が、粒子内部に比して、空隙が少なく緻密な構造を示すものとすることが望ましい。この構造によって、上記のように真球度が高く良好な粒形であることと相まって、粘結剤使用量が低減できる。これにより鋳造時に粘結剤の熱分解ガスが少なく、環境汚染や人体に対する影響の少ない環境を構築できる。 Furthermore, in the practice of the present invention, it is desirable for the particle surface to have a compact structure with fewer voids, as compared to the interior of the particle. By this structure, the amount of used caking agent can be reduced in combination with the high sphericity and the favorable particle shape as described above. As a result, there is little pyrolysis gas of the binder at the time of casting, and it is possible to construct an environment less polluting the environment and affecting the human body.

本発明に係る焼結人工砂は鋳造用に使用される鋳物砂であることから、粘結剤を添加して鋳物砂とし、これを造型して鋳型して使用される。例外的に減圧や凍結などの粘結剤を添加しない鋳型もあるが、これらにも本発明に係る焼結人工砂は適用することができる。 Since the sintered artificial sand according to the present invention is a foundry sand used for casting, a caking agent is added to form a foundry sand, which is molded and used as a mold. In exceptional cases, there are molds to which no caking agent such as reduced pressure or freezing is added, but the sintered artificial sand according to the present invention can be applied to these as well.

本発明は、人工砂の中でも溶湯と反応し難い特性を有する球状の焼結人工砂を提供することができたものである。具体的には、Al23−SiO2系相平衡状態図において液相線よりマイナス50℃以内の耐火度を、焼結人工砂が示すように、低融点組成の種類と量を制御することで、鉄系溶湯と反応し難い機能を有するものである。これにより、鋳造後に鋳造製品に付着してライン外に排出され、産業廃棄物となる製品付着砂の発生量を減少させることができる。更に、鋳型と溶湯の反応による鋳造欠陥である焼付き欠陥を防止し、欠陥として廃棄される鋳造製品を少なくさせることができる。 The present invention has been able to provide spherical sintered artificial sand having characteristics of being less likely to react with molten metal among artificial sands. Specifically, the kind and amount of low melting point composition are controlled as the sintered artificial sand shows the fire resistance within -50 ° C. from the liquidus in the Al 2 O 3 -SiO 2 phase equilibrium phase diagram. Therefore, it has a function that hardly reacts with the iron-based molten metal. This makes it possible to reduce the amount of product-adhering sand that becomes industrial waste that adheres to the cast product and is discharged out of the line after casting. Furthermore, it is possible to prevent seizure defects, which are casting defects due to reaction between a mold and a molten metal, and to reduce the number of cast products discarded as defects.

よって本発明は、省資源性が高いと共に、鋳物砂を製造する際に消費されるエネルギーを削減することができたものであり、省エネルギー性にも優れる焼結人工砂を提供することができたものである。
本発明は、上記のように高い耐熱性を有することは勿論、その比重が比較的小さな焼結人工砂であり、ハンドリング性に優れ、重筋作業を低減できる焼結人工砂を提供することができたものである。
Therefore, the present invention is able to provide a sintered artificial sand which is excellent in resource saving property, can reduce the energy consumed when producing casting sand, and is also excellent in energy saving property. It is a thing.
The present invention, of course, has high heat resistance as described above, is a sintered artificial sand having a relatively small specific gravity, is excellent in handling properties, and provides a sintered artificial sand that can reduce heavy streak work. It is made.

また、本発明の焼結人工砂は、ムライト結晶の重なり合いの隙間(結晶間に存在する10ミクロン未満の微細な結晶構造由来の隙間)が存在する結晶間構造を示し、焼結人工砂粒子の内部に適切な空隙(粒子の強度に与える影響が殆ど無く、実用上問題とならない空隙)を有する。そして、本発明の実施に際して、粒子表面が、粒子内部に比して、空隙が少なく緻密な構造を示すものとすることも可能であるため、発明の焼結人工砂は軽量で有りながら、粒子強度が高く破砕されにくい特性を有するものとしても実施することができる。 In addition, the sintered artificial sand of the present invention has an inter-crystal structure in which overlapping gaps of mullite crystals (gaps derived from a fine crystal structure of less than 10 microns present between crystals) are present, It has an appropriate void inside (a void that hardly affects the strength of particles and does not cause any problems in practical use). And, in the practice of the present invention, the particle surface of the particle may have a void and a dense structure as compared to the inside of the particle. It can also be carried out as having high strength and characteristics that are not easily crushed.

本発明の組成であるAl23−SiO2系相平衡状態図である。It is Al 2 O 3 -SiO 2 system phase diagram which is the composition of the present invention. 本発明で解決すべき鉄系溶湯と鋳型との反応の説明図である。It is explanatory drawing of reaction of the iron-type molten metal and mold which should be solved by this invention. 本発明の焼結人工砂の構造を示す顕微鏡写真である。It is a microscope picture which shows the structure of the sintering artificial sand of this invention. 本発明の実施例-の測定に用いた微小強度試験機の外観図と、粒子強度測定の概念図である。They are an external view of the micro strength tester used for the measurement of Example of this invention, and the conceptual diagram of particle strength measurement. 表3における本発明の効果をAl23−SiO2系相平衡状態図の初晶ムライト域でK2Oの耐火度に与える影響を示すグラフである。The effect of the present invention in Table 3 is a graph showing the effect on refractoriness of K 2 O in the primary phase of mullite range of Al 2 O 3 -SiO 2 system phase diagram. 表3における本発明の効果をAl23−SiO2系相平衡状態図の初晶アルミナ域でK2Oの耐火度に与える影響を示すグラフである。The effect of the present invention in Table 3 is a graph showing the effect on refractoriness of K 2 O in the primary phase alumina range of Al 2 O 3 -SiO 2 system phase diagram. 本発明の実施例-の評価に用いた製品付着砂を測定するための鋳込み試験片用の鋳型(名工試型すくわれ試験片)の模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram of the casting_mold | template for a casting test piece for measuring the product adhesion sand used for evaluation of the Example-of this invention (Nippon test type | mold test piece).

以下、図表を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
(Al23−SiO2系相平衡状態図の組成と鋳物砂)
鋳物砂として使用するためには、鋳造する金属の融点よりも高くする必要がある。鋳物砂が鋳造時に融点に達して液体となると金属と混合したり、反応したりするためである。砂型に鋳造する金属は、純金属を例に挙げるとマグネシウム(651℃)、アルミニウム(660℃)、銅(1083℃)、ニッケル(1455℃)、鉄(1539℃)、クロム(1900℃)である。なお、ニッケルやクロムは鉄が母合金の合金であり、鉄の融点に近くなる。また、鋳鉄とは鉄に炭素、シリコンを加えたもので、最も低い融点は1120℃前後である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Composition and casting sand of Al 2 O 3 -SiO 2 phase equilibrium phase diagram)
In order to use as casting sand, it needs to be higher than the melting point of the metal to be cast. When the foundry sand reaches the melting point during casting and becomes liquid, it mixes with or reacts with metal. The metal to be cast in the sand mold is magnesium (651 ° C.), aluminum (660 ° C.), copper (1083 ° C.), nickel (1455 ° C.), iron (1539 ° C.), chromium (1900 ° C.). is there. In addition, nickel and chromium are alloys of iron as a master alloy, and are close to the melting point of iron. Further, cast iron means iron plus carbon and silicon, and the lowest melting point is around 1120 ° C.

鋳造時には金属(合金)の成分調整のために融点以上の高温度とし、成分調整後には溶湯処理工程を経て、湯流れ性(鋳込み時途中で金属が凝固しない)のある温度として砂型に鋳込む。この温度が鋳込み温度である。従って、鋳物砂に求められる耐火度(融点)は鋳込み温度が基準となる。最も生産量の多い鋳鉄の鋳込み温度は凡そ1340〜1440℃である。鋳鋼は材質により異なるが凡そ1550〜1650℃である。アルミ合金は凡そ580〜680℃である。鋳鋼は最も高温で溶湯と砂型の反応性が高く、砂型は塗型(耐火性塗料)を砂型に塗布することが必須である。この塗型は化学的焼付き欠陥対策である。鋳鉄は、細粒の6号砂以上を使用する砂型では原則塗型が不必要であり、粗粒の5号砂を使用する砂型では塗型が必要である。この塗型は物理的焼付き欠陥対策である。アルミ合金は鋳込み温度が低く、塗型は原則不必要である。 At the time of casting, the temperature is adjusted to a high temperature above the melting point to adjust the component of the metal (alloy), and after the component is adjusted, it is cast into a sand mold as a temperature with meltability (the metal does not solidify in the middle of casting) . This temperature is the casting temperature. Therefore, the degree of fire resistance (melting point) required for casting sand is based on the casting temperature. The casting temperature of the most productive cast iron is approximately 1340-1440 ° C. Although cast steel changes with materials, it is about 1550-1650 ° C. The aluminum alloy is approximately 580-680 ° C. The cast steel is the highest temperature and the reactivity between the molten metal and the sand mold is high, and it is essential for the sand mold to apply a paint mold (refractory paint) to the sand mold. This coating is a measure against chemical burn-in defects. Cast iron is essentially unnecessary for sand molds using fine-grained No. 6 sand or more, and it is necessary for sand molds using coarse-grained No. 5 sand to be moldable. This coating is a measure against physical burn-in defects. Aluminum alloys have a low casting temperature, and in principle, coating is unnecessary.

上記の合金の鋳込み温度を考えると、Al23−SiO2系相平衡状態図の組成である融点の鋳物砂であれば、十分な耐熱性と考えられる。図1にAl23−SiO2系相平衡状態図を示す。固相線はSiO2+ムライトが1587℃±10℃であり、ムライト+Al23は1890℃±10℃である。前述した様に、鋳造用金属では、鋳鋼の鋳込み温度である1550〜1650℃に、鋳型が耐えることができれば良く、鋳型の鋳込み時の温度上昇は鋳込み温度よりやや低くなることから、Al23−SiO2系相平衡状態図の組成の人工砂の融点で実用上は十分と言える。特に、Al23が40%〜60%の組成である領域が実用上好ましい。
なお図1は、山口明良:アルミナ系耐火物 現状と今後(岡山セラミックス技術振興財団)( 2007)3によるAl23−SiO2系相平衡状態図である。
Considering the casting temperature of the above-mentioned alloy, it is considered that the cast sand having a melting point which is the composition of the Al 2 O 3 -SiO 2 phase equilibrium phase diagram has sufficient heat resistance. FIG. 1 shows an Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium phase diagram. The solidus line is SiO 2 + mullite at 1587 ° C. ± 10 ° C., and mullite + Al 2 O 3 at 1890 ° C. ± 10 ° C. As described above, in the casting metal, in a casting temperature is 1550-1,650 ° C. of cast steel, it is sufficient that the mold to withstand, since the slightly lower than the temperature increase casting temperature at the time of casting of the mold, Al 2 O It can be said that the melting point of the artificial sand having the composition of the 3- SiO 2 -based phase diagram is sufficient for practical use. In particular, a region having a composition of 40% to 60% of Al 2 O 3 is practically preferable.
FIG. 1 is an equilibrium diagram of Al 2 O 3 —SiO 2 based phase according to Akira Yamaguchi: present state and future of alumina-based refractory (Okayama Ceramics Technology Foundation) (2007) 3.

(溶湯と鋳物砂の反応のメカニズム)
鋳鉄や鋳鋼溶湯と鋳型との反応を図2に示す。これは焼付き欠陥のうち、化学的焼付き欠陥について説明したものである。
まず、溶湯中のFe、Mn、Mgなどが大気中の酸素や鋳型中の水蒸気などにより酸化して液体の酸化物となる。鋳型中のSiO2が耐火度の低さにより溶融して液体となる。これら酸化物が混じり合って混合融体となると非晶質のスラグとなる。更に、反応が進むとファイアライト、テフロイト、フォルステライトの低融点物質となる。スラグや低融点物質が生成することで、鋳造欠陥である焼付き欠陥が生じる。また、軽微な場合は、製品に付着する鋳物砂が増加して、ライン外への持ち出しとなり、産業廃棄物を増加させる。
(Mechanism of reaction between molten metal and casting sand)
The reaction between cast iron and molten cast steel and the mold is shown in FIG. This is a description of chemical burn-in defects among the burn-in defects.
First, Fe, Mn, Mg and the like in the molten metal are oxidized by oxygen in the air, water vapor in the mold, and the like to form a liquid oxide. The SiO 2 in the mold melts to a liquid due to the low degree of fire resistance. When these oxides are mixed to form a mixed melt, it becomes amorphous slag. Further, when the reaction proceeds, it becomes low-melting substances of firelight, tefroit and forsterite. The formation of slag and low melting point substances causes seizing defects, which are casting defects. In addition, in the case of a slight amount, the amount of casting sand adhering to the product increases and it is brought out of the line, which increases industrial waste.

(Al23−SiO2系相平衡状態図の組成の人工砂の耐火度を低下させる物質)
Al23−SiO2系相平衡状態図の組成の人工砂は、珪酸塩鉱物であるカオリナイト(Al4Si4O10(OH)8)に、酸化鉱物であるアルミナ(Al23)で調整して製造することが、一般的である。工業的には珪酸塩鉱物も酸化鉱物も天然鉱物が利用されている。天然鉱物はアルカリ金属(Na、Kなど)やアルカリ土類金属(Mg、Caなど)を含む珪酸塩鉱物などが夾雑物として含まれ、これらの夾雑物がAl23−SiO2の純度を低下させている。
(A substance that lowers the fire resistance of artificial sand with the composition of Al 2 O 3 -SiO 2 phase equilibrium phase diagram)
The artificial sand of the composition of the Al 2 O 3 -SiO 2 phase equilibrium phase diagram is adjusted to the silicate mineral kaolinite (Al 4 Si 4 O 10 (OH) 8) with alumina (Al 2 O 3 ) which is an oxide mineral. It is common to manufacture. Industrially, natural minerals are used for both silicate minerals and oxide minerals. Natural minerals include alkali metals (Na, K, etc.) and silicate minerals including alkaline earth metals (Mg, Ca, etc.) as contaminants, and these contaminants have a purity of Al 2 O 3 -SiO 2 It is decreasing.

表1に酸化物の性質と融点を示す。
Table 1 shows the nature of the oxide and the melting point.

珪酸塩鉱物は酸性酸化物のシリカ(SiO2)と、塩基性酸化物のMgO、CaO、Na2O、K2Oなどからなる。表1ではその他の酸化物も併せて融点を示している。これによると鋳鋼の鋳込み温度(凡そ1550〜1650℃)よりも低い酸化物はNa2O(1132℃)、K2O(490℃)、FeO(1377℃)であり、特にK2Oの融点が著しく低い。表1の塩基性酸化物や弱塩基性酸化物はAl23−SiO2系相平衡状態図において融点降下作用がある低融点組成であり、これらの低融点組成の中でも、K2Oが融点降下作用が高いと考えられる。 The silicate mineral is composed of acid oxide silica (SiO 2 ) and basic oxides MgO, CaO, Na 2 O, K 2 O and the like. Table 1 also shows the melting points of other oxides. According to this, the oxides lower than the casting temperature of cast steel (approximately 1550 to 1650 ° C) are Na 2 O (1132 ° C), K 2 O (490 ° C), FeO (1377 ° C), especially the melting point of K 2 O Is extremely low. The basic oxides and weakly basic oxides in Table 1 have low melting point compositions that have a melting point lowering action in the Al 2 O 3 -SiO 2 phase equilibrium phase diagram, and among these low melting point compositions, K 2 O is The melting point lowering action is considered to be high.

(粒子強度の必要性)
鉱物は物質毎にモース硬度で表される硬さの指標を持っている。例えば、鋳物砂の代表的な鉱物を以下に挙げる。正長石KAlSi38(モース硬度6前後)、酸化鉄Fe23(モース硬度6前後)、酸化マグネシウムMgO (モース硬度6.5前後)、酸化クロムCr23 (モース硬度6〜7)、酸化ジルコニウムZrO2 (モース硬度6〜7)、石英SiO2(モース硬度7前後)、溶融石英SiO2(モース硬度7前後)、ムライト3Al23・2SiO2(モース硬度7.5)、アルミナ・コランダムAl23(モース硬度8〜9)である。
(Necessity of particle strength)
Minerals have an index of hardness expressed by Mohs hardness for each substance. For example, representative minerals of casting sand are listed below. Orthoclase KAlSi 3 O 8 (morse hardness 6 or so), iron oxide Fe 2 O 3 (morse hardness 6 or so), magnesium oxide MgO (morse hardness 6.5 or so), chromium oxide Cr 2 O 3 (morse hardness 6 to 7), Zirconium oxide ZrO 2 (Mohs hardness 6 to 7), Quartz SiO 2 (Mohs hardness about 7), Fused silica SiO 2 (Mohs hardness about 7), Mullite 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 (Mohs hardness 7.5), Alumina Corundum Al 2 O 3 (Mohs hardness 8 to 9).

代表的な鋳物砂は硅砂であり、石英と長石からなることから、モース硬度は6前後〜7前後である。酸化ジルコンからなるジルコンサンド、酸化クロムからなるクロマイトサンドは、鋳造業界では硅砂と比較して、硬いとされているが、モース硬度は石英よりも低い。また人工砂の代表的なムライトは石英より硬くモース硬度7.5程度であり、アルミナはモース硬度8〜9であり、更に石英より硬い。ムライトやアルミナは鋳造の製造時に鋳物砂が受ける応力よりも粒子強度が高いことから、破砕し難い鋳物砂であり環境適応型と言える。一方、硅砂は5%〜30%破砕することから環境適応型ではない。 A representative foundry sand is borax and is made of quartz and feldspar, so the Mohs hardness is around 6 to around 7. Zircon sand composed of zircon oxide and chromite sand composed of chromium oxide are considered to be harder in the casting industry as compared to borax, but their Mohs hardness is lower than that of quartz. In addition, typical mullite of artificial sand is harder than quartz and has a Mohs hardness of about 7.5, alumina has a Mohs hardness of 8 to 9, and is harder than quartz. Since mullite and alumina have higher particle strength than the stress that casting sand receives during the manufacture of casting, they are casting sand that is difficult to break, and can be said to be environmentally compatible. On the other hand, borax is not environmentally-friendly because it breaks 5% to 30%.

このように、ムライトやアルミナは、Al23−SiO2系相平衡状態図に含まれることから、この状態図に従って人工砂を製造することで、破砕されにくい環境適応型の人工砂とすることができる。 Thus, mullite and alumina are included in the Al 2 O 3 -SiO 2 phase equilibrium phase diagram, and therefore, by producing the artificial sand according to this phase diagram, it is made an environment-adaptive artificial sand that is difficult to be broken. be able to.

(人工砂の製法)
表2に人工砂の製法について示す。
(Manufacturing method of artificial sand)
Table 2 shows the method of producing artificial sand.

(1)焼結法
およそ5t/年の生産量で、日本とアメリカで生産されてるムライト系人工砂の製法である。燃料バーナによりロータリーキルン内を1400℃〜1700℃に加熱する。加熱温度は組成により異なる。夾雑物のアルカリ成分を少なくしたSiO2とAl23原料をムライト化する比率(3Al23・2SiO2)で配合し、微粉末とした粒子を鋳物砂のサイズに造粒したものをロータリーキルン内で焼結する。造粒方法は表2に示す様に3種類あり、それぞれ粒子の緻密性や表面状態が異なる。ロータリーキルン中ではムライトの融点(約1850℃)以下でムライトを合成する。工業的な制約のために、合成時に原料の全てがムライトにはならず非晶質として存在する。メーカによりムライトの含有量やその他の成分や非晶質の量が異なる。ムライトを85%以上とすることと、緻密な粒子とすることが望ましい。
(1) Sintering method This is a method for producing mullite artificial sand produced in Japan and the United States with a production volume of approximately 5 t / year. The inside of the rotary kiln is heated to 1400 ° C. to 1700 ° C. by a fuel burner. The heating temperature varies depending on the composition. What mixed SiO 2 and Al 2 O 3 raw materials reduced in alkali components of foreign substances at a mullite conversion ratio (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ) and granulated fine particles into the size of casting sand Sinter in a rotary kiln. There are three types of granulation methods as shown in Table 2, and the compactness and surface state of the particles are different. Mullite is synthesized in the rotary kiln below the melting point of mullite (about 1850 ° C.). Due to industrial constraints, all of the raw materials during synthesis are not mullite but exist as amorphous. The content of mullite and other components and the amount of amorphous differ depending on the manufacturer. It is desirable to make mullite 85% or more and to make fine particles.

焼結法では、造粒した粒子からムライト結晶を析出させる。析出させる温度はムライトの融点以下である。この製法では下記の二種の空隙が粒子内に存在する。
図3に焼結人工砂の二種類の空隙を示す。
In the sintering method, mullite crystals are precipitated from the granulated particles. The deposition temperature is below the melting point of mullite. The following two types of voids exist in the particles in this production method.
FIG. 3 shows two types of voids of sintered artificial sand.

図3は本発明の焼結法人工砂に対して、高解像度の走査電子顕微鏡(SEM)を用い、2000倍にて組成像を撮影したものである。撮影箇所は人工砂粒子表面である。なお、後述する表3中の粒子表面では低解像度の走査電子顕微鏡で撮影しており、焼結人工砂の表面の柱状ムライト結晶と結晶構造由来の隙間を伺うことができる。これと比較して溶融風砕法人工砂の表面はガラス化しており、結晶構造由来の隙間は認められない。 FIG. 3 shows a composition image of the sintered artificial sand of the present invention taken at a magnification of 2000 using a high resolution scanning electron microscope (SEM). The shooting site is the surface of artificial sand particles. The surface of the particles in Table 3 to be described later is photographed with a low resolution scanning electron microscope, and it is possible to cover the columnar mullite crystals on the surface of the sintered artificial sand and the gaps derived from the crystal structure. In contrast, the surface of the melt-blasted artificial sand is vitrified, and no gap derived from the crystal structure is observed.

第1の種類の空隙は、前述の結晶構造由来の隙間である。具体的には、柱状晶であるムライト結晶の重なり合い(配向構造やカードハウス構造)の間にできる隙間である。これはシングルミクロンのクリアランスであることから粒子の強度に与える影響は殆ど無く、実用上問題となるものでは無い。この結晶構造由来の隙間の存在は粒子のかさ密度を低下させる要因である。 The first type of void is a void derived from the aforementioned crystal structure. Specifically, it is a gap formed between overlapping (oriented structure or card house structure) of mullite crystals which are columnar crystals. Since this is a single micron clearance, there is almost no influence on the strength of the particles, and this is not a problem in practical use. The presence of the gaps derived from the crystal structure is a factor to reduce the bulk density of the particles.

第2の種類の空隙は焼結時の空隙である。造粒物中の空気、水分、原料の結晶水などや造粒物の圧密不足による隙間などにより、焼結時に粒子内に生成した空隙である。この焼結時の空隙は、数十ミクロン以上の大きさであることから、焼結時の空隙が多くなると粒子強度が低下する。 The second type of void is a void during sintering. It is a void formed in the particles at the time of sintering due to air in the granulated material, moisture, crystal water of the raw material, or a gap due to insufficient consolidation of the granulated material. Since the voids at the time of sintering have a size of several tens of microns or more, when the voids at the time of sintering increase, the particle strength decreases.

このように、空隙には、結晶構造由来の隙間と焼結時の空隙とがあるため、本書において、単に空隙と言えば、結晶構造由来の隙間と焼結時の空隙の両者を含むものとして説明し、両者を区別するときには結晶構造由来の隙間と焼結時の空隙とを使い分けるものとする。
本発明の実施に際しては、結晶構造由来の隙間を備えた人工砂を効率的に得るために、焼結法により人工砂を製造することが有利である。造粒法については、パンミキサ造粒法、スプレードライヤ造粒法など、種々の造粒方を採用することができるが、パンミキサ造粒法を用いることによって、粒子表面が、粒子内部に比して、空隙が少なく緻密な構造を示すものとすることが容易であり、粒子強度の向上などの点で有利である。
As described above, since the voids include the void derived from the crystal structure and the void during sintering, the term "void" in the present specification includes both the void derived from the crystal structure and the void during sintering. When explaining both, it will use properly the clearance derived from crystal structure, and the space | gap at the time of sintering, when distinguishing both.
In the practice of the present invention, it is advantageous to produce the artificial sand by a sintering method in order to efficiently obtain the artificial sand provided with gaps derived from the crystal structure. With regard to the granulation method, various granulation methods such as pan mixer granulation method, spray dryer granulation method, etc. can be adopted, but by using the pan mixer granulation method, the particle surface is compared with the inside of the particle. It is easy to show a compact structure with few voids, and is advantageous in terms of improvement of particle strength and the like.

(2)溶融風砕法
溶融風砕法の黒鉛電極接触溶融法は最も生産量の多い人工砂の製法である。溶融風砕法は単に溶融法とも呼ばれる。現在約10t/年が製造されていると思われる。この鉱物組成はムライト+Al23である。図1においてムライトよりも液層線が高いことから、高温度が得られるアーク炉で製造している。ばん土けつ岩(Alum Shale :Al23を75%前後含む中国産ボーキサイト)が原料である。原料を黒鉛電極の上に投入し、ジュール熱により溶解する。また、プラズマアークも発生しているのでこのアーク熱によっても原料は溶解される。溶融温度は2000℃以上である。溶湯は黒鉛電極の下方に流れ落ち、オリフィスから排出され、直後にアトマイジング(風砕あるいは噴霧急冷)される。空中にて液体の表面張力により球状粒子となり、急冷されて人工砂となる。急冷されることから、結晶化されずに非晶質で残る量が比較的多い。
(2) Melt blasting method The graphite electrode contact melting method of the melt blasting method is the method of producing artificial sand with the largest production volume. Melt blasting is also simply referred to as melting. It seems that about 10 t / year is currently manufactured. The mineral composition is mullite + Al 2 O 3 . Since the liquidus line is higher than mullite in FIG. 1, it is manufactured by the arc furnace which can obtain high temperature. It is a raw material of bald rock (Alum Shale: Chinese bauxite containing about 75% Al 2 O 3 ). The raw material is put on the graphite electrode and melted by Joule heat. In addition, since plasma arc is also generated, the raw material is also melted by this arc heat. The melting temperature is 2000 ° C. or more. The molten metal flows down below the graphite electrode, is discharged from the orifice, and is immediately atomized (air-blasted or spray-quenched). It becomes spherical particles by the surface tension of the liquid in the air, and it is rapidly cooled to become artificial sand. Because it is quenched, the amount of non-crystallization and remaining amorphous is relatively large.

アーク炉溶融法は炉体中に原料をチャージし、黒鉛電極間のアーク放電によるアーク熱で原料を溶解して溶湯とする。出湯の直後にアトマイジングを行い、人工砂粒子を得る。炉体の耐火物はセルフライニングとすることが多く、耐火物の融点の影響を受けず高耐火度原料が溶解可能である。炉中で成分調整が可能であることから、Al23が80%、ZrO2が10%と言った高耐火度人工砂の製法に用いられる。中国で製造されており、生産量は約0.5t/年と思われる。 In the arc furnace melting method, a raw material is charged in a furnace body, and the raw material is melted by arc heat due to arc discharge between graphite electrodes to form a molten metal. Perform atomization immediately after the pouring to obtain artificial sand particles. The refractory of the furnace body is often self-lined, and the high refractory material can be dissolved without being affected by the melting point of the refractory. Since the composition adjustment is possible in a furnace, it is used for the manufacturing method of the highly refractory artificial sand said that Al 2 O 3 is 80% and ZrO 2 is 10%. It is manufactured in China, and the production volume seems to be about 0.5t / year.

溶融風砕法では、ムライトの液相線以上の温度としていることから、ムライトやアルミナは液体となる。液体から結晶が晶出し、急冷のために晶出しない場合は非晶質となる。殆どの製品は結晶の周りが非晶質で取り囲まれており、焼結法の結晶間のシングルミクロン乃至サブミクロンのクリアランスが存在しない。これにより、かさ比重が大きくなる。また、ミクロン以上のガスによる空隙は存在しないか、存在する場合はガスの巻き込みによる気泡である。 In the melt-air-grinding method, mullite and alumina become liquid because the temperature is higher than the liquidus of mullite. Crystals crystallize out of the liquid and become amorphous if they do not crystallize out due to quenching. Most products are amorphous surrounded by crystals and there is no single micron to submicron clearance between crystals in the sintering process. This increases the bulk density. In addition, there is no air gap due to the gas of a micron or more, or if it exists, it is a bubble due to gas entrainment.

(3)火炎内溶融法
これも中国で生産されており、生産量は約0.5t/年と思われる。火炎内溶融法は、溶融風砕法同様に単に溶融法とも呼ばれる。純酸素燃焼バーナを用いおよそ3000℃の火炎の中に、あらかじめ造粒あるいは所定のサイズに粉砕した原料粒子を燃料噴霧方向から火炎中に投入し、火炎内で粒子を溶融させて表面張力により球状粒子とし、火炎通過後の冷却中に結晶化させて球状人工砂とする製造方法である。ムライト、アルミナ、ムライト+クリストバライトなどの人工砂が製造されている。焼結法と比較すると緻密な粒子を製造しやすい。火炎の中の滞留状態や通過後の冷却状態などにより、結晶化や非晶質化が異なる。どちらかと言うと非晶質が多い。これを利用して、耐火度の高く安定相である非晶質シリカを製造することもできる。
(3) In-flame melting method This is also produced in China, and the production volume seems to be about 0.5 t / year. The in-flame melting method is also referred to simply as the melting method as well as the melt-air crushing method. Raw particles pre-granulated or ground to a predetermined size are injected into the flame from a fuel spray direction into a flame of approximately 3000 ° C using a pure oxygen combustion burner, and the particles are melted in the flame to form spherical particles by surface tension. It is a manufacturing method which is made into particles and crystallized during cooling after passing through a flame to obtain spherical artificial sand. Artificial sands such as mullite, alumina, mullite + cristobalite are manufactured. It is easy to produce fine particles compared to the sintering method. The crystallization and the amorphization differ depending on the stagnation state in the flame, the cooling state after passing, and the like. If anything, it is amorphous. This can also be used to produce amorphous silica, which is a highly refractory and stable phase.

液相線以上で溶融するために、粒子は溶融風砕法とほぼ同一となる。結晶間のシングルミクロン乃至サブミクロンのクリアランスが存在しない。これにより、かさ比重が大きくなる。ただし、火炎内を噴霧するために、エアーの巻き込みで気泡が生じ易いが、焼結法の様な均一な空隙とはならない。 In order to melt above the liquidus, the particles are nearly identical to the melt-blown method. There is no single micron to submicron clearance between crystals. This increases the bulk density. However, in order to spray the inside of a flame, air bubbles are apt to be generated due to air entrainment, but the air gap does not become uniform as in the sintering method.

(良好な粒形を有する鋳物砂の必要性)
表3に硅砂と人工砂の粒形、安息角を示す。
(The need for casting sand with good grain shape)
Table 3 shows the grain shapes of borax and artificial sand and the angle of repose.

硅砂の中では粒形が良いオーストラリア産硅砂と、焼結人工砂と溶融風砕法人工砂との3種類を比較して示した。人工砂は硅砂と比較すると共に粒形は球に近い。焼結法では粒子を球状に造粒してから焼結して更に球状としているもので、本発明に係る焼結人工砂は、アスペクト比が0.85以上の球状をなすものであることが好ましい。溶融風砕法では耐火物原料を溶融して液体とし、表面張力により球状としている。球状であることから、比表面積が小さくなり、後述する粘結剤による強度発現が大きくなる。溶融風砕法が最も真球に近く、粒子の表面状態滑らかであり、ポーラスな箇所は無い。 Among the borax, three types of borax of good grain shape from Australian borax, sintered artificial sand and artificial sand with melt blast method are shown in comparison. Artificial sand is similar to borax and its grain shape is close to sphere. In the sintering method, particles are granulated in a spherical shape and then sintered to form a spherical shape, and the sintered artificial sand according to the present invention preferably has a spherical shape with an aspect ratio of 0.85 or more. In the melt blasting method, the refractory material is melted to be a liquid, and is made spherical by surface tension. Since it is spherical, the specific surface area is reduced, and the strength expression by the caking agent described later is increased. The melt-blasting method is closest to the true sphere, the surface state of the particles is smooth, and there are no porous places.

焼結人工砂では表3の粒子表面のSEM像のように微細なポーラス箇所があり、これが内部まで続いている。硅砂の表面も同様に観察されるがこれは表面だけで内部はポーラスではない。
また、人工砂の安息角は焼結人工砂、溶融風砕法人工砂の順序で低下する。これにより、鋳物砂の流動性や鋳型としての充填が良好となる。
In the sintered artificial sand, there are fine porous parts as in the SEM image of the particle surface of Table 3, and this continues to the inside. The surface of borax is also observed, but this is only the surface and not the inside.
In addition, the angle of repose of artificial sand decreases in the order of sintered artificial sand and fused artificial sand. Thereby, the fluidity of casting sand and the filling as a mold become good.

(物理的焼付き対策用塗型、化学的焼付き欠陥対策用塗型)
塗型を施すかどうかは、物理的焼付き欠陥対策と化学的焼付き欠陥対策の二つの観点から決められる。大物鋳物を生産する際は、鋳型内のガスを溶湯と置換するために粒子サイズを大きくして砂型の通気性を確保する。この時、砂粒間隙に溶湯が物理的に浸透することを防止するのが物理的焼付き欠陥対策用の塗型である。従って、本発明に係る焼結人工砂においても粒子サイズが大きくなると物理的焼付き欠陥対策用の塗型が必要となる。
(Painting for physical seizure prevention, coating for chemical seizure prevention)
Whether or not to apply a coating is determined from two viewpoints of measures against physical burn-in defects and chemical burn-in defects. When producing large castings, the particle size is increased in order to replace the gas in the mold with the molten metal to ensure sand mold permeability. At this time, it is a paint mold for preventing physical seizure defects so as to prevent the melt from infiltrating the sand grain physically. Therefore, even in the sintered artificial sand according to the present invention, when the particle size is increased, a coating for preventing physical seizure defects is required.

溶湯と鋳型の化学反応による焼付き欠陥の塗型とは、砂型と溶湯の反応を防止する塗型である。砂型と溶湯が反応するためには、ともに液体であることが必要である。溶湯は液体である。砂型が液体となることは、溶湯の熱で鋳物砂が溶けたことを意味する。本発明では化学的焼付き欠陥のない、溶湯の熱によっても溶けない耐火度焼結人工砂による鋳物砂を提供するものであることから、化学的焼付き欠陥対策用の塗型は不要となる。 The coating of the seizing defect due to the chemical reaction between the molten metal and the mold is a coating that prevents the reaction between the sand mold and the molten metal. In order for the sand mold and the molten metal to react, both must be liquid. Molten metal is a liquid. The fact that the sand mold is liquid means that the casting sand has been melted by the heat of the molten metal. In the present invention, since the casting sand is provided with the fire resistance sintered artificial sand which is free from chemical seizing defects and does not melt even by the heat of the molten metal, the coating for chemical seizing defects prevention becomes unnecessary. .

(粒子の粒度調整)
本発明は鋳物砂に係わるものであることから、20から1200ミクロンの粒子径からなる粒度範囲の粒子に調整することが望ましい。一般的に、106〜600ミクロンが鋳物砂として使用される。生型で生産される比較的小物の量産鋳物は150〜300ミクロンの鋳物砂が主体である。自硬性鋳型などで生産される比較的大物鋳物は300〜600ミクロンの鋳物砂が主体である。Vプロセスは106ミクロン前後である。なお、20〜106ミクロンは微砂と称して鋳物砂の補助的な粒度調整などの添加剤として使用される。850〜1200ミクロンはバックアップ用や裏砂として使用される。この様に鋳物砂は造型プロセスにより使用する粒度が異なる。
(Particle size adjustment)
As the present invention relates to foundry sand, it is desirable to adjust the particles to a size range of 20 to 1200 microns. Typically 106 to 600 microns are used as foundry sand. The relatively small mass-produced castings produced in green form are mainly 150 to 300 micron casting sand. The relatively large castings produced with self-hardening molds etc. are mainly found in 300-600 micron casting sand. The V process is around 106 microns. In addition, 20 to 106 microns is called fine sand and is used as an additive for auxiliary grain size adjustment of casting sand. 850 to 1200 microns are used as backup and back sand. Thus, casting sand differs in the particle size used by a molding process.

(鋳物砂と鋳型)
本発明に係る焼結人工砂は鋳造用に使用される鋳物砂であることから、粘結剤などの他の物質を常方法に従って添加することにより鋳物砂を得ることができる。そして、得られた鋳物砂を造型して鋳型を製造することができ、種々の金属の鋳造に使用される。例外的に減圧や凍結などの粘結剤を添加しない鋳物砂及び鋳型もあるが、これらにも本発明に係る焼結人工砂は適用することができる。
(Casting sand and mold)
Since the sintered artificial sand according to the present invention is a foundry sand used for casting, a foundry sand can be obtained by adding other materials such as a caking agent according to a conventional method. Then, the obtained casting sand can be molded to produce a mold, which is used for casting various metals. In exceptional cases, there are casting sands and molds to which no caking agent such as reduced pressure or freezing is added, but the sintered artificial sand according to the present invention can be applied to these as well.

後述の実施例では、鋳物砂としての評価(粒子強度,粒形,耐火度など)と、鋳型としての評価(製品付着砂、鋳造欠陥の有無)をも示す。鋳造製品は、鋳物砂の中でも生型砂(ベントナイトを粘結剤)により最も多く生産されていることから、鋳型としては生型で評価した。 In the examples described later, evaluation as casting sand (particle strength, particle shape, fire resistance, etc.) and evaluation as mold (product adhesion sand, presence of casting defects) are also shown. Among the casting sands, the casting products are most often produced by green sand (bentonite as a binder), so the mold was evaluated as green mold.

(空隙率の測定方法)
粒子の空隙率は、70mesh(212ミクロン)に分級した粒子を水平に置き、その上より樹脂埋めを行い、粒子を約106ミクロン研磨して、粒子の中心の断面とした。次いで、走査電子顕微鏡で組成像を撮影した。粒子のおよそ10粒に対して、白黒二値化により空洞と粒子マトリックスを分け、空隙率を黒の比率とした。なお、粒子の外周の黒色やノイズによる黒色は手作業で除去した。
(Method of measuring porosity)
The porosity of the particles was determined by placing the particles classified to 70 mesh (212 microns) horizontally, filling the resin from above, and polishing the particles for about 106 microns to obtain a cross section of the center of the particles. The composition image was then taken with a scanning electron microscope. The cavities and the particle matrix were divided by black-and-white binarization for approximately 10 particles, and the porosity was made the ratio of black. In addition, blackness due to noise and black around the periphery of the particles were removed manually.

砂粒の撮影は40倍の倍率で約100粒子を観察して、空隙の存在を確認し、平均的な空隙を有する粒子については250倍の倍率で組成像を撮影して、二値化により空隙率を求めた。250倍の倍率ではムライト柱状晶は解像度の関係で撮影できない。つまり、この倍率での走査電子顕微鏡では、ナノ単位の空隙は撮影され難いため、結晶構造由来の隙間と焼結時の空隙のうち、焼結時の空隙の比率が空隙率となる。なお、溶融法では空隙の無い粒子があり、空隙も気泡巻き込みにより生じるために、「空隙無し粒子」と「気泡巻き込み粒子」に分けてその比率を求めた。空隙率については空隙無し粒子の存在により、平均的な粒子を見いだせなかったために算出していない。 About 100 particles are observed at a magnification of 40 times to confirm the presence of voids, and the composition image is taken at a magnification of 250 times for particles having an average void, and the void is binarized. The rate was determined. At a magnification of 250 times, mullite columnar crystals can not be photographed due to the resolution. That is, in the scanning electron microscope at this magnification, since the gaps of nano unit are hard to be photographed, the ratio of the gaps at the time of sintering among the gaps derived from the crystal structure and the gaps at the sintering becomes the porosity. In the melting method, there are particles without voids, and the voids are also generated by air bubble entrainment. Therefore, the ratio was determined by dividing into "void air free particles" and "air bubble entrainment particles". The porosity was not calculated because the average particle was not found due to the presence of void-free particles.

(かさ比重の測定方法)
かさ比重の測定は、中小企業事業団が平成11年5月に発行した「鋳型および鋳型材料に関する試験方法」に規定される「S−10鋳物砂の充填性(かさ比重)試験法」に準じて測定した。異なる点は投入容器であり、これは「S−5鋳物砂の流動度試験法」に定められたフォードカップ♯4を用いた。つまり、かさ比重と流動度の同時測定である。
かさ比重にあっては、空隙の構造とは無関係に結晶構造由来の隙間と焼結時の空隙の両者を含む空隙が多いほど、かさ比重が小さくなる傾向を示す。
(Measurement method of bulk specific gravity)
The measurement of bulk specific gravity is based on the “S-10 test method for filling property (bulk specific gravity) (bulk specific gravity) test method” specified in “Testing method for mold and mold material” issued by the Small and Medium Enterprise Business Group in May 1999. Measured. The difference is in the charging vessel, which used Ford cup # 4 specified in "S-5 Test method for flowability of casting sand". In other words, simultaneous measurement of bulk density and flow rate.
With regard to bulk specific gravity, the bulk specific gravity tends to be smaller as the number of voids including both of the gap derived from the crystal structure and the void during sintering is large regardless of the structure of the void.

(粒子強度の測定方法)
図4に微小強度試験機の外観と粒子強度測定の概念図を示す。用いた試験機は電磁力式微小強度試験機(以下、微小強度試験機)である。最大荷重容量が50Nであり、一定変位速度1mm/分の条件で負荷を加えた。粒子強度は試料一粒毎に顕微鏡で撮影して長径と短径を求めた後、微小強度試験機を用いて最大破壊荷重を測定した。
(Method of measuring particle strength)
Fig. 4 shows the appearance of the micro strength tester and a conceptual view of particle strength measurement. The tester used is an electromagnetic force type micro strength tester (hereinafter, micro strength tester). The maximum load capacity was 50 N, and a load was applied under the condition of a constant displacement speed of 1 mm / min. The particle strength was photographed with a microscope for each sample particle to obtain the major axis and the minor axis, and then the maximum breaking load was measured using a micro strength tester.

最大破壊荷重から粒子強度を求めるには試料粒子の断面積を知る必要である。ここで言う断面積とは圧縮試験時の加圧板と試料粒子の接触面積である。しかしながら、試料粒子は不整形粒子であるためにその接触面積は一定で無い。そこで、本報告では試料粒子を楕円体と仮定して断面積を求め、圧縮強度を算出する方法を用いる。鋳物砂粒子の長径(2a)と短径(2b)は顕微鏡写真から実測した。鋳物砂粒子高さ(2c)と破壊時の加圧板の位置(2c-2d)は微小強度計の読み値である。粒子強度(σK)は以下により算出した。
σK=P/S
ここに、σK:粒子強度、P:破壊荷重、S:変位dにおける楕円体断面積(加圧板と粒子の推定接触面積)である。
In order to determine the particle strength from the maximum breaking load, it is necessary to know the cross-sectional area of the sample particle. The cross-sectional area referred to here is the contact area of the pressure plate and the sample particles at the time of the compression test. However, the contact area of the sample particles is not constant because they are irregular particles. Therefore, in this report, a method is used to calculate the compressive strength by determining the cross-sectional area on the assumption that the sample particle is an ellipsoid. The major diameter (2a) and the minor diameter (2b) of the foundry sand particles were measured from photomicrographs. The cast sand particle height (2c) and the position (2c-2d) of the pressure plate at the time of breakage are the readings of the micro strength meter. Particle strength (σK) was calculated by the following.
σ K = P / S
Here, σ K: particle strength, P: breaking load, S: ellipsoidal cross-sectional area at displacement d (estimated contact area of pressing plate and particle).

(人工砂,硅砂の粒子強度,アスペクト比,顕微鏡写真)
人工砂が硅砂と比較して、繰り返し使用時の産業廃棄物が少ないことや、粘結剤添加量が少なく環境に良いことを、表4(a)表4(b)より述べる。
(Artificial sand, particle strength of borax, aspect ratio, photomicrograph)
Tables 4 (a) and 4 (b) show that artificial sand has less industrial waste at the time of repeated use as compared with borax and that the amount of added caking agent is small and it is good for the environment.

上述のように、本発明の実施の形態に係る焼結鋳物砂は、鋳鉄溶湯と反応し難い機能を有することから、鋳造後に鋳造製品に付着してライン外に排出される製品付着砂の量が極めて少なくなることで産業廃棄物が低減でき、溶湯との反応による鋳造欠陥が減少することから製品歩留りが向上し、軽量であることから重筋作業の低減、粒形が良いことから粘結剤添加量の低減、粒子強度が高いことから破砕されて産業廃棄物となる量の低減が見込まれるなどの種々の利点を有するものであり、これを本発明の実施例-と比較例とを挙げて以下説明するが、本発明はこれらの実施例-に限定して理解されるべきではない。 As described above, since the sintered foundry sand according to the embodiment of the present invention has the function of being hard to react with molten cast iron, the amount of the product deposited sand attached to the cast product after casting and discharged out of the line The industrial waste can be reduced by extremely reducing the amount of casting defects, the casting defects due to the reaction with the molten metal are reduced, the product yield is improved, the weight is reduced because of heavy weight reduction, and the particle shape is good. It has various advantages, such as reduction of the amount of additive added and reduction of the amount to be shredded into industrial waste due to high particle strength, etc. Although mentioned and explained below, the present invention should not be understood as being limited to these Examples.

(実施例-1〜5)
実施例-1〜5は、焼結法(パンミキサ造粒法)で製造したもので、高純度カオリナイトと高純度アルミナを組み合わせて、K2Oを0.20%以下に制御して製造したものである。
(Examples 1-5)
Examples 1 to 5 are manufactured by the sintering method (pan mixer granulation method), and are manufactured by combining high purity kaolinite and high purity alumina and controlling K 2 O to 0.20% or less. is there.

具体的には、夾雑物としてK2O含有量の低い高純度カオリナイト原鉱用い、選鉱及び焼焼後に微粉砕してスラリーとし、スプレードライヤで乾燥と水分調整を行い粒子とする。この粒子は緻密では無く、表面も滑らかでは無い。次いで、パンミキサで緻密かつ滑らかな粒子サイズが凡そ100〜300μmに造粒する。次いでロータリーキルンを用いで1350℃〜1850℃の所定の範囲で1〜3時間焼成してシリカ+ムライト系焼結人工砂とした。焼成温度や焼成時間はムライトが生成する条件である。冷却後に分級して、鋳造用として使用可能な粒度としている。以下の実施例-では原料の成分が異なるが、製法は同一である。なお、カオリナイトなどからムライトが生成する温度は凡そ1000℃からとされていることから、本実施例-の温度以下においても焼成時間を長くすることで同一の焼結人工砂を製造できる。 Specifically, high purity kaolinite ore having a low K 2 O content is used as impurities, and finely ground after beneficiary and calcination to obtain a slurry, which is dried and adjusted with a spray dryer to obtain particles. The particles are not compact and the surface is not smooth. Next, a compact and smooth particle size is granulated to about 100 to 300 μm with a pan mixer. Next, it was fired in a predetermined range of 1350 ° C. to 1850 ° C. for 1 to 3 hours using a rotary kiln to obtain a silica + mullite sintered artificial sand. The firing temperature and the firing time are conditions under which mullite is generated. After cooling, classification is performed to make the particle size usable for casting. Although the components of the raw materials are different in the following examples, the production methods are the same. The temperature at which mullite is generated from kaolinite or the like is from about 1000 ° C. Therefore, the same sintered artificial sand can be produced by prolonging the firing time also below the temperature of this embodiment.

実施例-1〜5の詳細な化学成分を表5に示すが、実施例-1の焼結人工砂では、SiO2:51.4%,Al23:40.7%,K2O:0.09%である。前掲の表4に示したように、空隙率は2.6%、アスペクト比は0.906、かさ比重は1.502g/cm3,粒子強度は1565MPa、アスペクト比は0.91である。内部に微細な空隙は有するが粒子表面は緻密であり、軽量の極めて硬い球状焼結人工砂である。 Detailed chemical compositions of Examples 1 to 5 are shown in Table 5. In the sintered artificial sand of Example 1, SiO 2 : 51.4%, Al 2 O 3 : 40.7%, K 2 O: 0.09% is there. As shown in Table 4 above, the porosity is 2.6%, the aspect ratio is 0.906, the bulk specific gravity is 1.502 g / cm 3 , the particle strength is 1565 MPa, and the aspect ratio is 0.91. It is a very hard spherical sintered artificial sand that is light in weight, having fine voids inside but having a dense particle surface.

実施例-2は、実施例-1のK2O含有量の低い高純度カオリナイト原鉱に、高純度アルミナフラワーをブレンドして、Al23−SiO2を調整したものである。化学成分は表5に示し、SiO2:44.3%,Al23:49.8%,K2O:0.11%である。表4に示したように、空隙率2.1%、アスペクト比0.886、かさ密度1.499g/cm3、粒子強度は1671MPa、アスペクト比は0.89であり、軽量で極めて硬い球状人工砂である。 In Example 2, a high purity alumina flour is blended with the high purity kaolinite ore having a low K 2 O content of Example 1, to prepare Al 2 O 3 -SiO 2 . Chemical components shown in Table 5, SiO 2: 44.3%, Al 2 O 3: 49.8%, K 2 O: 0.11%. As shown in Table 4, the void ratio is 2.1%, the aspect ratio is 0.886, the bulk density is 1.499 g / cm 3 , the particle strength is 1671 MPa, the aspect ratio is 0.89, and it is lightweight and extremely hard spherical artificial sand.

実施例-3〜5も、実施例-2と同様の製造方法で得られたもので、若干、純度の低いアルミナフラワーを用いK2Oを増加させたものである。それぞれの化学成分等を表5に示す。
Examples 3 to 5 are also obtained by the same manufacturing method as in Example 2 and slightly increase the K 2 O using alumina flour having a low purity. The respective chemical components and the like are shown in Table 5.

(比較例-1〜6)
比較例-1〜3は、実施例-1、2と同様に焼結人工砂である。比較例-4〜6は、溶融人工砂であり、比較例-4、5は溶融粉砕法で、比較例-6は火炎内溶融法によるものである。これらの化学成分などを表5に示す。
(Comparative Examples 1 to 6)
Comparative Examples 1 to 3 are sintered artificial sand as in Examples 1 and 2. Comparative Examples 4 to 6 are fused artificial sands, Comparative Examples 4 and 5 are melt-pulverizing methods, and Comparative Example 6 is based on an in-flame melting method. These chemical components and the like are shown in Table 5.

比較例-1は表2の焼結法(スプレードライヤ造粒法)で製造されたムライト系人工砂であり、上市されているものである。比較例-1の詳細な化学成分は表5に示し、SiO2:37.5%,Al23:55.8%,K2O :0.23%である。空隙率は16.7%、アスペクト比は0.834、かさ比重は1.534g/cm3、粒子強度は955MPaである。空隙率が実施例-1、2と比較して高い。アスペクト比も0.850以下であり、粒形が悪い。また、粒子表面が緻密で無いために空隙が外部に開放されている。そのためか、実施例-1、2と比較して粒子強度が低い。また、空隙率が高いにもかかわらず、かさ比重が1.534g/cm3と高い。これはSiO2と比較して比重の重いAl23が多いための影響、及びムライト結晶のシングルミクロンのクリアランスが少ないことが原因と思われる。 Comparative Example 1 is mullite artificial sand manufactured by the sintering method (spray dryer granulation method) in Table 2 and is marketed. The detailed chemical composition of Comparative Example 1 is shown in Table 5, and is SiO 2 : 37.5%, Al 2 O 3 : 55.8%, K 2 O: 0.23%. The void ratio is 16.7%, the aspect ratio is 0.834, the bulk specific gravity is 1.534 g / cm 3 , and the particle strength is 955 MPa. The void ratio is high as compared with Examples 1 and 2. The aspect ratio is also 0.850 or less, and the grain shape is bad. In addition, since the particle surface is not compact, the voids are open to the outside. This is probably because the particle strength is lower than in Examples 1 and 2. In addition, despite the high porosity, the bulk specific gravity is as high as 1.534 g / cm 3 . This is considered to be due to the effect due to the large amount of Al 2 O 3 having a heavy specific gravity compared to SiO 2 and the small single micron clearance of mullite crystals.

比較例-2は比較例-1と同様に焼結法(スプレードライヤ造粒法)で製造されたムライト系人工砂であり、上市されているものである。比較例-2の詳細な化学成分は表5に示し、SiO2 :37.0%,Al23 :56.3%,K2O :0.24%である。空隙率は9.8%、アスペクト比は0.820、かさ比重は1.533g/cm3、粒子強度は836MPaである。比較例-1と同様に実施例-1、2と比較して、粒形が悪く、粒子強度が低く、かさ比重が重い(表4参照)。 Comparative Example 2 is a mullite artificial sand manufactured by the sintering method (spray dryer granulation method) in the same manner as Comparative Example 1, and is marketed. The detailed chemical composition of Comparative Example 2 is shown in Table 5, and is SiO 2 : 37.0%, Al 2 O 3 : 56.3%, K 2 O: 0.24%. The porosity is 9.8%, the aspect ratio is 0.820, the bulk specific gravity is 1.533 g / cm 3 , and the particle strength is 836 MPa. As in Comparative Example 1, compared to Examples 1 and 2, the particle shape is poor, the particle strength is low, and the bulk specific gravity is heavy (see Table 4).

比較例-3は比較例-1、2と同様の製法で、最終工程に表面磨鉱工程を追加して、粒形などを改善したものである。SiO2 :39.8%,Al23 :57.8%,K2O :0.17%である。空隙率は9.6%、アスペクト比は0.867、かさ比重は1.619g/cm3、粒子強度は1124MPaである。K2Oが低く、耐火度は良好なことが予測されるが、かさ比重が重く、軽量では無い。また、粒子強度も低い。 Comparative Example 3 is a method similar to Comparative Examples 1 and 2, except that the surface grinding process is added to the final step to improve the particle shape and the like. SiO 2: 39.8%, Al 2 O 3: 57.8%, K 2 O: 0.17%. The porosity is 9.6%, the aspect ratio is 0.867, the bulk specific gravity is 1.619 g / cm 3 , and the particle strength is 1124 MPa. The K 2 O is low and the fire resistance is expected to be good, but the bulk specific gravity is heavy and not lightweight. Also, the particle strength is low.

比較例-4は表2の溶融風砕法(黒鉛電極接触溶融法)で製造されたムライト+アルミナ系溶融人工砂である。比較例-4の詳細な化学成分は表5に示し、SiO2 :19.0%,Al23 :71.5%,K2O :0.35%である。空隙率は、空隙の無い粒子と空隙のある粒子が混在しており、その比率は59:41であった。空気巻き込みによる空隙であり、焼結人工砂の空隙と形状が異なる。空隙率は、粒子により大きく異なるために測定していない。アスペクト比は0.925、かさ比重は1.940g/cm3、粒子強度は1433MPaである。溶融法で製造されたため、かさ比重は極めて重い。 Comparative Example 4 is a mullite + alumina-based fused artificial sand manufactured by the melt-air crushing method (graphite electrode contact melting method) in Table 2. Detailed chemical components of Comparative Example 4 are shown in Table 5, and are SiO 2 : 19.0%, Al 2 O 3 : 71.5%, K 2 O: 0.35%. The void ratio was a mixture of particles without voids and particles with voids, and the ratio was 59:41. It is a void due to air inclusion, and the shape is different from the void of sintered artificial sand. The porosity is not measured because it largely varies depending on particles. The aspect ratio is 0.925, the bulk specific gravity is 1.940 g / cm 3 , and the particle strength is 1433 MPa. Bulk specific gravity is extremely heavy because it is manufactured by the melting method.

比較例-5は、溶融風砕法(黒鉛電極接触溶融法)で製造されたムライト+アルミナ系溶融人工砂である。比較例-5の詳細な化学成分は表5に示し、SiO2 :19.4%,Al23 :68.6%,K2O :1.16%である。空隙率は、空隙の無い粒子と空隙のある粒子が混在しており、その比率は82:18であった。空気巻き込みによる空隙であり、焼結人工砂の空隙と形状が異なる。空隙率は、粒子により大きく異なるために測定していない。アスペクト比は0.929、かさ比重は1.942g/cm3、粒子強度は1425MPaである。溶融法で製造されたため、かさ比重は極めて重い。 Comparative Example 5 is a mullite + alumina-based fused artificial sand manufactured by a melt-air crushing method (graphite electrode contact melting method). The detailed chemical components of Comparative Example 5 are shown in Table 5, and are SiO 2 : 19.4%, Al 2 O 3 : 68.6%, and K 2 O: 1.16%. The void ratio was a mixture of particles without voids and particles with voids, and the ratio was 82:18. It is a void due to air inclusion, and the shape is different from the void of sintered artificial sand. The porosity is not measured because it largely varies depending on particles. The aspect ratio is 0.929, the bulk specific gravity is 1.942 g / cm 3 , and the particle strength is 1425 MPa. Bulk specific gravity is extremely heavy because it is manufactured by the melting method.

比較例-6は、火炎内溶融で製造されたムライト+アルミナ系溶融人工砂である。SiO2:33.1%,Al23:58.9%,K2O:0.29%である。空隙率は、空隙の無い粒子と空隙のある粒子が混在しており、その比率は38:62であった。空気巻き込みによる空隙であり、焼結人工砂の空隙と形状が異なる。空隙率は、粒子により大きく異なるために測定していない。火炎内溶融法は、気相の多い燃焼ガス内で粒子を溶融させるために気泡巻き込み粒子が、溶融風砕法よりも多い。アスペクト比は0.941、かさ比重は1.680g/cm3、粒子強度は2175MPaである。溶融法で製造されたため、かさ比重は本発明品よりも1.1倍以上重い。 Comparative Example 6 is a mullite + alumina fused artificial sand produced by in-flame melting. SiO 2: 33.1%, Al 2 O 3: 58.9%, K 2 O: 0.29%. The void ratio was a mixture of particles without voids and particles with voids, and the ratio was 38:62. It is a void due to air inclusion, and the shape is different from the void of sintered artificial sand. The porosity is not measured because it largely varies depending on particles. The in-flame melting method has more bubble entrained particles than the melt-air crushing method in order to melt the particles in the combustion gas having a large amount of gas phase. The aspect ratio is 0.941, the bulk specific gravity is 1.680 g / cm 3 , and the particle strength is 2175 MPa. The bulk specific gravity is 1.1 times or more heavier than the product of the present invention because it is manufactured by a melting method.

(K2Oと「液層線温度と熔倒温度の差」の関係)
人工砂は環境に良いことを述べたが、人工砂の組成により耐火度が低下し、環境に悪い条件があることを以下に述べる。
(Relationship between K 2 O and “difference between liquidus temperature and tumbling temperature”)
Although artificial sand has stated that it is good for the environment, the composition of artificial sand reduces the degree of fire resistance, and it is described below that there are adverse conditions for the environment.

表5にK2Oと「液層線温度と熔倒温度の差」の関係を示した。液相線温度とは図1において、液相から初晶シリカ、初晶ムライト、初晶アルミナが晶出する液相線の温度である。初晶ムライトの液相線温度(Y1)と補正Al23濃度(X)を式(1)とした。初晶アルミナの液相線温度(Y2)と補正Al23濃度(X)を式(2)とした。補正Al23濃度とは、化学成分におけるSiO2とAl23の合計が100となる様に他の成分を除去した際のAl23の値である。図1のAl23−SiO2系相平衡状態図は二成分であることから、補正Al23濃度から液相線温度が計算できる。 Table 5 shows the relationship between K 2 O and the “difference between liquidus temperature and tumbling temperature”. The liquidus temperature is the temperature of the liquidus at which primary silica, primary mullite, and primary alumina crystallize from the liquid phase in FIG. The liquidus temperature (Y1) of primary crystal mullite and the corrected Al 2 O 3 concentration (X) are set as formula (1). The liquidus temperature (Y2) of primary alumina and the corrected Al 2 O 3 concentration (X) were set as formula (2). The corrected Al 2 O 3 concentration is the value of Al 2 O 3 when other components are removed so that the total of SiO 2 and Al 2 O 3 in the chemical components is 100. Since the Al 2 O 3 -SiO 2 -based phase equilibrium diagram in FIG. 1 is binary, the liquidus temperature can be calculated from the corrected Al 2 O 3 concentration.

Y1=-0.0811X2+11.172X+1501.0・・・・・・・・・・・・・(1)
Y2=-0.5307X2+101.87X-2745.2・・・・・・・・・・・・・(2)
なお実施例-及び比較例の耐火度試験は、JIS R 2204:1999「耐火物及び耐火物原料の耐火度試験方法」に基づいて行い、耐火度(SK番号)を測定した。熔倒温度とは、JIS R 8101:1999「耐火度試験用標準コーン」のSK番号と熔倒温度の関係から求めた。
Y 1 = −0.0811 × 2 + 11.172 × + 1501.0 (1)
Y 2 = −0.5307 X 2 + 101.87 X − 2745.2 (2)
The fire resistance test of Examples and Comparative Examples was conducted based on JIS R 2204: 1999 “Test method of fire resistance of refractories and raw materials for refractories”, and fire resistance (SK number) was measured. The tumbling temperature was determined from the relationship between the SK number of JIS R 8101: 1999 "Standard cone for fire resistance test" and the tumbling temperature.

(実施例-1〜5の液層線温度と熔倒温度の差)
実施例-1〜5の製造方法は上述した焼結法(パンミキサ造粒法)であり、高純度カオリナイトと高純度アルミナを組み合わせて、K2Oを0.20%以下に制御して製造した。それぞれ耐火度を測定して熔倒温度を求めた。また、蛍光X線により化学成分毎に組成を定量し、SiO2とAl23の実測値から補正Al23濃度を計算し、式(1)と式(2)から熔倒温度を算出した。なお、蛍光X線の定量値は、湿式分析の定量値により検量したものである。実施例-1〜5の液相線温度と熔倒温度の関係では、液相線温度より熔倒温度が低い。これは耐火度を下げる要因が働いていると言える。ただし実施例-1〜5の液相線温度と熔倒温度の差は、11.3℃から38.6℃であり、50℃以内である。
(Difference in liquidus temperature and tumbling temperature of Examples 1 to 5)
The production method of Examples 1 to 5 is the above-described sintering method (pan mixer granulation method), which is produced by combining high purity kaolinite and high purity alumina and controlling K 2 O to 0.20% or less. The refractory temperature was measured to determine the tumbling temperature. In addition, the composition is quantified for each chemical component by X-ray fluorescence, the corrected Al 2 O 3 concentration is calculated from the measured values of SiO 2 and Al 2 O 3 , and the temperature is calculated from the equations (1) and (2). Calculated. In addition, the quantitative value of a fluorescent X ray is calibrated by the quantitative value of wet analysis. In the relationship between the liquidus temperature and the depression temperature in Examples 1 to 5, the depression temperature is lower than the liquidus temperature. It can be said that this is a factor that lowers the fire resistance. However, the difference between the liquidus temperature and the tumbling temperature in Examples 1 to 5 is 11.3 ° C. to 38.6 ° C. and is within 50 ° C.

(比較例の液層線温度と熔倒温度の差)
比較例-1,比較例-6〜11は、焼結法(スプレードライヤ造粒法)で製造されたムライト系人工砂である。初晶がムライトとなる組成である。これら比較例ではK2Oが0.23%〜0.80%の範囲であり、実施例-と比較するとK2Oが多い。式(1)により熔倒温度を算出した。実施例-と比較して、これら比較例の熔倒温度は液相線温度から大きく下がっており、54.0℃〜174.9℃の差が生じている。従って、Al23−SiO2系相平衡状態図で予測される耐火度の性能が発現していないと言える。
(The difference between the liquidus temperature and the tumbling temperature of the comparative example)
Comparative Example 1 and Comparative Examples 6 to 11 are mullite artificial sand produced by a sintering method (spray dryer granulation method). It is a composition in which primary crystals are mullite. In these comparative examples, K 2 O is in the range of 0.23% to 0.80%, and there are more K 2 O compared to the example. The tumbling temperature was calculated by equation (1). As compared to the example, the tumbling temperature of these comparative examples is much lower than the liquidus temperature, and a difference of 54.0 ° C. to 174.9 ° C. occurs. Therefore, it can be said that the performance of the fire resistance predicted by the Al 2 O 3 -SiO 2 phase equilibrium phase diagram is not expressed.

比較例-2,比較例-14,比較例-15は、溶融風砕法(黒鉛電極接触溶融法)で製造されたムライト+アルミナ系の人工砂である。初晶がアルミナとなる組成である。これら比較例ではK2Oが0.0.35%〜1.48%の範囲であり、実施例と比較するとK2Oが多い。式(2)により熔倒温度を算出した。実施例と比較して、これら比較例の熔倒温度は液相線温度から大きく下がっており、140.1℃〜224.6℃の差が生じている。従って、Al23−SiO2系相平衡状態図で予測される耐火度の性能が発現していないと言える。 Comparative Example-2, Comparative Example-14, and Comparative Example-15 are mullite + alumina artificial sands manufactured by the melt-air crushing method (graphite electrode contact melting method). It is a composition in which primary crystals are alumina. In these comparative examples, K 2 O is in the range of 0.0.35% to 1.48%, and there are more K 2 O compared to the examples. The tumbling temperature was calculated by the equation (2). Compared with the example, the tumbling temperature of these comparative examples is significantly lower than the liquidus temperature, and a difference of 140.1 ° C. to 224.6 ° C. is generated. Therefore, it can be said that the performance of the fire resistance predicted by the Al 2 O 3 -SiO 2 phase equilibrium phase diagram is not expressed.

(初晶ムライト及び初晶アルミナ域でのK2Oの耐火度への影響)
図5(a)に初晶ムライト域、図5(b)に初晶アルミナ域での、K2Oの耐火度に与える影響を明確にするためのグラフを示す。初晶ムライト域と初晶アルミナ域では、K2Oの影響度が異なることから、それぞれ分けて示した。これによると、初晶ムライト域において液相線温度―熔倒温度をΔY1、初晶アルミナ域において液相線温度―熔倒温度をΔY2とし、K2O量をKとすると、それぞれ、式(3)、式(4)で表される。共に、1%以下の危険率で有意な正の相関であり、K2Oが増加すると、液相線温度と熔倒温度の差は大きくなり、耐火度が低下する。
ΔY1=215.7K+6.755・・・・・・・・・・・・・(3)
ΔY2=74.13K+113.99・・・・・・・・・・・・(4)
(Influence of K 2 O on fire resistance in primary mullite and primary alumina regions)
FIG. 5 (a) shows a graph for clarifying the influence of K 2 O on the fire resistance in the primary crystal mullite region and FIG. 5 (b) in the primary crystal alumina region. Since the influence of K 2 O is different between the primary crystal mullite region and the primary crystal alumina region, they are separately shown. According to this, the liquidus temperature in the primary crystal mullite zone -熔倒temperature [Delta] Y 1, liquidus temperature in the primary crystal alumina zone - the熔倒temperature and [Delta] Y 2, when the K 2 O content and K, respectively, It is represented by Formula (3) and Formula (4). Both are significant positive correlations with a risk factor of 1% or less, and as K 2 O increases, the difference between the liquidus temperature and the tumbling temperature increases and the fire resistance decreases.
ΔY 1 = 215.7 K + 6.755 (3)
ΔY 2 = 74.13 K + 113.99 ........ (4)

(鋳型の模式図(名工試型すくわれ試験片))
本発明の効果を図6に示す名工試型すくわれ試験片により、鋳鉄溶湯を鋳込み判定した。試験片重量6.5kg、鋳込み重量7.5kg、生型重量21.5kgの条件で、FC250相当の片状黒鉛鋳鉄を凡そ1400℃で鋳込んだ。生型の作製は、鋳物砂100部に対して、ワイオミング産ベントナイト8部添加し、コンパクタビリティ値が凡そ40%になるように水分を添加して混練砂とし、生型を造型した。評価としては、製品への付着砂の量及び鋳造欠陥の有無とした。
(A schematic diagram of a mold (Nippon Test-type scab specimen))
The cast iron molten metal was cast in and judged by using a standard work type scoop test piece of which the effect of the present invention is shown in FIG. Under the conditions of a test piece weight of 6.5 kg, a casting weight of 7.5 kg and a green weight of 21.5 kg, flake graphite cast iron equivalent to FC 250 was cast at about 1400 ° C. The green mold was prepared by adding 8 parts of bentonite from Wyoming to 100 parts of casting sand and adding water so as to have a compactability value of about 40% to form a kneaded sand, thereby forming a green mold. As evaluation, it was made the amount of adhesion sand to a product, and the presence or absence of a casting defect.

この鋳込み試験片による鋳込み試験結果を表6に示す。
Table 6 shows the results of the casting test using this cast test piece.

(鋳込み試験片に付着した砂重量)
実施例-1実施例-2
実施例-1ではK2Oは0.09%であり、型バラシ直後の付着砂は63.1gであった。この付着砂はショットによりほぼ除去され、極僅かに製品に残留した。ショットで除去された付着砂は産業廃棄物として廃棄される。鋳造欠陥については型バラシ直後に製品の凹部に焼着物が付着していたが、ショットで焼結物は剥離し、鋳造欠陥は発生していなかった。
(Weight of sand attached to cast test piece)
Example 1 Example 2
In Example 1, K 2 O was 0.09%, and the adhering sand immediately after the mold was 63.1 g. The deposited sand was almost completely removed by the shot and remained very slightly in the product. The deposited sand removed by the shot is discarded as industrial waste. With respect to casting defects, although a sintered product was adhered to the recess of the product immediately after mold disintegration, the sintered product was exfoliated by shot and casting defects were not generated.

実施例-2ではK2Oは0.11%であり、型バラシ直後の付着砂は22.9gであった。この付着砂はショットにより完全に除去され製品には残留しなかった。製品の鋳肌は良好であり、鋳造欠陥は発生しなかった。実施例-2は実施例-1よりもK2Oが多いが鋳込み製品が良好であるのは、Al23が高く、液相線温度が高いことが一因であると思われる。 In Example 2, K 2 O was 0.11%, and the adhering sand immediately after the mold was 22.9 g. The adhered sand was completely removed by shot and did not remain in the product. The cast surface of the product was good and no casting defects occurred. Although Example 2 has more K 2 O than Example 1, the good cast product seems to be due to the high Al 2 O 3 and the high liquidus temperature.

比較例-2,比較例-4
比較例-2ではK2Oは0.24%であり、型バラシ直後の付着砂は196.5gであった。この付着砂はショットによりほぼ除去され、極僅かに製品に残留した。鋳造欠陥については型バラシ直後に製品の凹部とその付近に焼着物が付着していたが、ショットで焼結物は剥離し、鋳造欠陥は発生していなかった。
Comparative Example 2 and Comparative Example 4
In Comparative Example 2, K 2 O was 0.24%, and the adhering sand immediately after the mold was 196.5 g. The deposited sand was almost completely removed by the shot and remained very slightly in the product. With respect to casting defects, a sintered product was attached immediately after mold separation to the product recesses and the vicinity thereof, but the sintered products were separated at shots and no casting defects occurred.

比較例-4ではK2Oは0.35%であり、型バラシ直後の付着砂は121.8gであった。この付着砂はショットにより完全に除去され製品には残留しなかった。製品の鋳肌には極僅かに砂粒が存在し、鋳肌がやや悪い状態であった。ただし、鋳造欠陥では無い。 In Comparative Example 4, K 2 O was 0.35%, and the adhering sand immediately after the mold was 121.8 g. The adhered sand was completely removed by shot and did not remain in the product. Very slight sand grains were present on the cast surface of the product, and the cast surface was in a somewhat bad state. However, it is not a casting defect.

比較例-14,比較例-15,比較例-16
比較例-14〜16では、鋳型として最も多く使用されている硅砂を比較のために鋳込んだ。これらは石英や長石からなる硅砂であり、Al23−SiO2系相平衡状態図の組成では無い。比較例-14は石英の多い高純度硅砂であり、比較例-15、16に従って長石が増加する。それぞれ、付着砂は375.2g、284.1g、415.2gであり、実施例-1,2、比較例-2,4の人工砂と比較して、極めて多い付着であった。この付着砂はショット後にも製品に焼結して付着していた。また、製品は3点ともに、すくわれ欠陥が発生していた。
Comparative Example-14, Comparative Example-15, Comparative Example-16
In Comparative Examples 14 to 16, borax most frequently used as a mold was cast for comparison. These are borax made of quartz and feldspar and are not compositions of the Al 2 O 3 —SiO 2 phase equilibrium diagram. Comparative Example 14 is a high purity borax containing a large amount of quartz, and feldspar increases in accordance with Comparative Examples 15 and 16. The adhesion sands were 375.2 g, 284.1 g and 415.2 g, respectively, which were extremely high in comparison with the artificial sands of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 2 and 4. The adhered sand was sintered and adhered to the product even after the shot. In addition, all three products had shattering defects.

(焼結物のSEM/EDS分析)
付着砂の量とK2Oの関係を明確にするために、製品に付着した砂の製品と面した箇所をエネルギー分散型X線分析装置付き走査電子顕微鏡(SEM/EDS)で分析した。付着砂の製品側は焼結して、薄い焼結物となっている。これは鋳込み時に鉄が鋳型層に拡散してできたものである。焼結物の厚みは付着砂の量と比例している。
(SEM / EDS analysis of sinter)
In order to clarify the relationship between the amount of deposited sand and K 2 O, the portion facing the product of the sand deposited on the product was analyzed by a scanning electron microscope (SEM / EDS) with an energy dispersive X-ray analyzer. The product side of the adhering sand is sintered to form a thin sinter. This is the result of iron being diffused into the mold layer during casting. The thickness of the sinter is proportional to the amount of deposited sand.

実施例-1,2の焼結物のEDS分析ではKは検出されていない。比較例-2,4,16の焼結物のEDS分析ではKが検出されている。それぞれの分析位置は砂粒と砂粒の接点である。鋳鉄溶湯の熱による鋳型表面の溶融や鋳鉄からのFeの拡散により、図2のファイフライト、テフロイト、フォルステライトの低融点物質が生成するが、Kが存在すると融点か低下して生成しやすくなる。これら低融点物質が砂粒の接着剤となり焼結層を形成する。Kが存在しない(検出限界以下)の実施例-1,2では、焼結物が薄く、付着砂も少ない。 K was not detected in the EDS analysis of the sinter of Examples 1 and 2. In the EDS analysis of the sintered product of Comparative Example 2, 4, and 16, K was detected. Each analysis position is the point of contact between sand grains. The melting point of the mold surface due to the heat of the cast iron melt and the diffusion of Fe from the cast iron produce the low melting substances of phi-flight, tefloit and forsterite shown in Fig. 2. . These low melting point substances serve as an adhesive for sand particles to form a sintered layer. In Examples 1 and 2 where K does not exist (below the detection limit), the sinter is thin and the amount of adhering sand is small.

この鋳込み試験片による鋳込み試験結果を表7に示す。
Table 7 shows the results of the pouring test using this casting test piece.

(シェル鋳型、フラン鋳型、アルカリフェノール鋳型での特性評価)
表8(a)(b)(c)に本発明の焼結人工砂のシェル鋳型、フラン鋳型、アルカリフェノール鋳型の鋳型特性を示す。
(Characterization of shell mold, furan mold, alkali phenol mold)
Table 8 (a) (b) (c) shows the mold characteristics of the shell mold, furan mold and alkali phenol mold of the sintered artificial sand of the present invention.

粘結剤を砂重量に対して添加したが、かさ比重がそれぞれ異なることから、体積当たりに換算したデータも付けている。実施例-1と実施例-2は本発明の焼結人工砂である。比較例-1は市場で販売されている空隙率の大きい焼結人工砂である。比較例-4は溶融風砕法の人工砂である。比較例-14は高純度硅砂であり、硅砂の中では鋳型強度が高く発現するものである。 Although the caking additive was added with respect to the sand weight, since the bulk specific gravity is different, the data converted to volume is also attached. Examples 1 and 2 are the sintered artificial sand of the present invention. Comparative Example 1 is a large-porosity sintered artificial sand marketed on the market. Comparative Example 4 is an artificial sand of the melt-blasting method. Comparative Example 14 is a high purity borax, in which mold strength is highly expressed.

表8(a)のシェル鋳型のかさ比重を考慮した曲げ強度では実施例-1実施例-2、比較例-1、比較例-4の人工砂は111.4〜122.2kg/cm2の範囲でほぼ同一の強度であり、比較例-14の高純度硅砂よりも強度が高い。従って、本発明は市場で販売されている人工砂と同等の強度特性であると言える。 In the bending strength considering the bulk specific gravity of the shell mold of Table 8 (a), the artificial sand of Example 1-Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 4 is approximately in the range of 111.4 to 122.2 kg / cm 2 The strength is the same and higher than the high purity borax according to Comparative Example-14. Therefore, it can be said that the present invention has the same strength characteristics as artificial sand sold in the market.

表8(b)のフラン鋳型のかさ比重を考慮した24時間後の圧縮強度では、本発明の実施例-1が最も高強度で、次いで実施例-2が比較例-1とほぼ同一の強度である。従って、本発明品のフラン鋳型特性は良好である。なお、一般に焼結人工砂は、液体の粘結剤であるフラン樹脂や酸硬化剤を吸着して強度発現が低いとされているが、比較例-1はフラン樹脂向けに開発された焼結人工砂であり、強度発現が高い。また、本発明品も同様である。 In the compressive strength after 24 hours considering the bulk specific gravity of the furan mold of Table 8 (b), Example 1 of the present invention has the highest strength, and then Example 2 has almost the same strength as Comparative Example 1. It is. Therefore, the furan mold properties of the product of the present invention are good. Generally, sintered artificial sand is considered to exhibit low strength development by adsorbing furan resin as a liquid caking agent and acid curing agent, but Comparative Example 1 was developed for furan resin. It is artificial sand and its strength is high. Moreover, the present invention is also the same.

表8(c)のアルカリフェノール鋳型のかさ比重を考慮した24時間後の圧縮強度では、比較例-4の溶融法粉砕人工砂が最も良好で、次いで比較例-14の高純度硅砂である。用いたアルカリフェノール樹脂は一般硅砂用である。焼結人工砂の実施例-1実施例-2、比較例-1はほぼ同一の強度であり、実施例-1実施例-2、比較例-1の順序である。焼結人工砂はアルカリフェノール鋳型にはやや強度が低いが、比較例-4、比較例-14と比較して、その差は僅かであり、十分に鋳型として使用できる。また、人工砂用のアルカリフェノール樹脂が市販されているので、これを利用して強度改善が可能である。 In the compressive strength after 24 hours in consideration of the bulk specific gravity of the alkali phenol mold in Table 8 (c), the melting method crushed artificial sand of Comparative Example 4 is the best, followed by the high purity borax of Comparative Example 14. The alkali phenol resin used is for general borax. Example-1 and Comparative Example-1 of sintered artificial sand have almost the same strength, and the order is Example-1 and Example-2 and Comparative example-1. Sintered artificial sand has a slightly lower strength for alkaline phenol molds, but the difference is small compared with Comparative Example 4 and Comparative Example 14 and can be used sufficiently as molds. In addition, since an alkaline phenol resin for artificial sand is commercially available, strength can be improved by using this.

表8(a)〜(c)により、本発明品は、鋳型(主型)として生型に次いで使用量の多いフラン鋳型、次いで多いアルカリフェノール鋳型で使用可能である。また、生型(主型)のコンビネーションで中子としてよく使用されるシェル鋳型としても使用可能である。 According to Tables 8 (a) to (c), the product of the present invention can be used as a mold (main mold) in a furan mold which is used next in a large amount and then in an alkali phenol mold which is used in a large amount. It can also be used as a shell mold which is often used as a core in a combination of green type (main type).

鋳造用の鋳型として繰り返し回収して使用される鋳物砂に対して利用可能である。軽量で粒子強度が高いことから、全ての鋳物砂に適用可能である。また、最も生産量の多い生型、次いで生産量の多い自硬性鋳型はフラン鋳型やアルカリフェノール鋳型が主流であるが、これら鋳型に最も生産量の多い鉄系鋳物を鋳造するのに特に適している。K2Oを0.20%以下に制御するなど、低融点組成の種類と量を制御することで、溶湯と鋳型の反応が無く、製品に付着してショットラインに鋳物砂が持ち出され、ショットラインで鋳物砂はスチールショットや金属分(鋳物)と混じることで鋳物砂として使用できなくなり、産業廃棄物として廃棄される。本発明ではこの量が飛躍的に減少する。また、溶湯と鋳型との反応による化学的焼付き欠陥が減少することで、製品の歩留りが向上する。なお、欠陥となった製品はリターン材として再溶解されることから、このエネルギー費などが削減される。 It can be used for foundry sand which is repeatedly recovered and used as a casting mold. Because of its light weight and high particle strength, it is applicable to all foundry sands. In addition, green molds with the highest production volume, followed by self-hardening molds with the highest production volume are mainly furan molds and alkaline phenol molds, but these molds are particularly suitable for casting iron castings with the highest production volume. There is. By controlling the kind and amount of low melting point composition such as controlling K 2 O to 0.20% or less, there is no reaction between the molten metal and the mold, adheres to the product and cast sand is taken out to the shot line, Casting sand can not be used as casting sand when it is mixed with steel shot and metal components (casting), and is discarded as industrial waste. This amount is dramatically reduced in the present invention. In addition, the reduction in chemical seizing defects caused by the reaction between the molten metal and the mold improves the product yield. In addition, since the product which became a defect is remelted as a return material, this energy cost etc. are reduced.

上記の鋳型と溶湯の反応が生じないこと以外に、生型、自硬性鋳型そして今後の有害なガスが発生しないとして期待される水ガラス系無機鋳型では、回収砂の再生工程において粘結剤を剥離する強力な機械研磨が必要であり、従来の鋳物砂では粉砕されて産業廃棄物となる。本発明の粒子強度の高さにより粉砕されることなく使用可能である。 In addition to the above reaction between mold and molten metal, green mold, self-hardening mold and water glass inorganic mold expected not to generate harmful gas in the future, the binder is used in the process of reclaimed sand. It requires strong mechanical polishing to separate, and conventional casting sand is crushed to become industrial waste. It can be used without being crushed due to the high particle strength of the present invention.

Claims (7)

Al23とSiO2とを原料として含み、前記原料中の夾雑物として含有される低融点組成とを含有した焼結人工砂において、
Al23−SiO2系相平衡状態図において液相線よりマイナス50℃以内の耐火度を、前記焼結人工砂が示すように、前記低融点組成の種類と量が制御されたものであることを特徴とする焼結人工砂。
Sintered artificial sand containing Al 2 O 3 and SiO 2 as a raw material and containing a low melting point composition contained as a contaminant in the raw material,
In the Al 2 O 3 -SiO 2 phase equilibrium phase diagram, the kind and the amount of the low melting point composition are controlled, as the sintered artificial sand has a fire resistance within -50 ° C of the liquidus in the phase diagram. Sintered artificial sand characterized by being
前記低融点組成としてのK2Oが0.20%以下であり、結晶の間に結晶の重なり合いの隙間が存する結晶間構造を備え、アスペクト比が0.85以上あることを特徴とする請求項1に記載の焼結人工砂。 The method according to claim 1, characterized in that it has an intercrystalline structure in which K 2 O as the low melting point composition is 0.20% or less, and there are crystal overlap gaps between crystals, and the aspect ratio is 0.85 or more. Sintered artificial sand. 粒子強度が1000MPa以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の焼結人工砂。 The sintered artificial sand according to claim 1 or 2, wherein the particle strength is 1000 MPa or more. Al23−SiO2系相平衡状態図において、Al23が40%〜60%の組成であり、
かさ比重が1.6g/cm3未満であることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の焼結人工砂。
In the Al 2 O 3 -SiO 2 phase equilibrium phase diagram, the composition of Al 2 O 3 is 40% to 60%,
Sintering artificial sand according to claim 1, bulk specific gravity and less than 1.6 g / cm 3.
請求項1〜4の何れかに記載の焼結人工砂を含有する鋳物砂。 Casting sand containing the sintered artificial sand according to any one of claims 1 to 4. 請求項1〜4の何れかに記載の焼結人工砂を含有する鋳型。 A mold containing sintered artificial sand according to any one of claims 1 to 4. Al23とSiO2と夾雑物として含有される低融点組成とを含む原料を焼結させることにより焼結人工砂を製造する方法において、
Al23−SiO2系相平衡状態図において、前記低融点組成の量を制御することで、液相線よりマイナス50℃以内の耐火度の焼結人工砂を得ることを特徴とする焼結人工砂の製造方法。
In a method for producing a sintered artificial sand by sintering a raw material containing Al 2 O 3 , SiO 2 and a low melting point composition contained as a contaminant,
In the Al 2 O 3 -SiO 2 phase equilibrium phase diagram, a sintered artificial sand having a fire resistance within -50 ° C. of the liquidus is obtained by controlling the amount of the low melting point composition. How to make artificial sand.
JP2018126726A 2018-07-03 2018-07-03 Sintered artificial sand Pending JP2019089124A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018126726A JP2019089124A (en) 2018-07-03 2018-07-03 Sintered artificial sand

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018126726A JP2019089124A (en) 2018-07-03 2018-07-03 Sintered artificial sand

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017216940A Division JP6367451B1 (en) 2017-11-10 2017-11-10 Sintered artificial sand

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2019089124A true JP2019089124A (en) 2019-06-13

Family

ID=66837042

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018126726A Pending JP2019089124A (en) 2018-07-03 2018-07-03 Sintered artificial sand

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2019089124A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110156365A (en) * 2019-05-31 2019-08-23 常州红橙彩砂有限公司 A kind of reflective insulation color sand, preparation method and application
CN113372125A (en) * 2021-06-10 2021-09-10 安徽中材新材料科技有限公司 Preparation method of composite sand template for producing fused zirconia corundum product
CN113976814A (en) * 2021-09-28 2022-01-28 山西沁新能源集团股份有限公司 Spherical sand for casting and preparation method thereof
CN114871390A (en) * 2022-06-18 2022-08-09 溧阳市万盛铸造有限公司 A multi-way valve body cavity core and its manufacturing method and the manufactured flow channel core

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110156365A (en) * 2019-05-31 2019-08-23 常州红橙彩砂有限公司 A kind of reflective insulation color sand, preparation method and application
CN110156365B (en) * 2019-05-31 2021-08-24 常州红橙彩砂有限公司 Reflective heat-insulation colored sand, preparation method and application
CN113372125A (en) * 2021-06-10 2021-09-10 安徽中材新材料科技有限公司 Preparation method of composite sand template for producing fused zirconia corundum product
CN113976814A (en) * 2021-09-28 2022-01-28 山西沁新能源集团股份有限公司 Spherical sand for casting and preparation method thereof
CN113976814B (en) * 2021-09-28 2023-10-17 山西沁新能源集团股份有限公司 Spherical sand for casting and preparation method thereof
CN114871390A (en) * 2022-06-18 2022-08-09 溧阳市万盛铸造有限公司 A multi-way valve body cavity core and its manufacturing method and the manufactured flow channel core

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101921128B (en) Pouring material for lime rotary kiln
JP2019089124A (en) Sintered artificial sand
JP6367451B1 (en) Sintered artificial sand
JP5507262B2 (en) Aggregate particles for mold
CN107555970A (en) One kind utilizes discarded Al2O3C production fish torpedo ladles Al2O3SiC C refractory brick and preparation method thereof
CN103265297A (en) Refining steel ladle carbon-free periclase spinel baking-free brick and preparation method thereof
CN114213112A (en) Environment-friendly chrome corundum castable
CN109689592A (en) Dry particl fire proofing composition agglutinant
JP5075902B2 (en) Mold sand and its manufacturing method
JPS5814388B2 (en) Gas permeable heat resistant parts
JP2005193267A (en) Molding sand, and production method therefor
JP4796170B2 (en) Chromium castable refractories and precast blocks using the same
JP2013043180A (en) Molding sand and method for producing the same
JP5276861B2 (en) Ceramic aggregate for mold, method for producing the same, and mold using the same
JP2601129B2 (en) Alumina-chromia castable refractory and precast block using it
CN107721443A (en) A kind of pink fused alumina cementitious matter and preparation method thereof
CN113200754A (en) Light high-strength high-temperature-resistant artificial spherical casting sand and preparation method and application thereof
CN102924094A (en) Aggregate particles and making method of the same
CN110627482A (en) Environment-friendly high-compactness magnesia-alumina brick for RH refining furnace and preparation method thereof
JP6865424B1 (en) Molten wind crushing method Artificial sand and its manufacturing method
JP2013053059A (en) Aggregate particle and method for producing the same
JP6552855B2 (en) Artificial foundry sand and manufacturing method thereof
CN119822822B (en) Refractory materials and their preparation methods, applications, refractory bricks and glass melting furnaces
JP6864386B2 (en) Artificial casting sand and its manufacturing method
JP2013119502A (en) Indefinite-form fireproof composition