JP4679718B2 - 回収鋳物砂の再生方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回収鋳物砂の再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機自硬性バインダーが使用された回収鋳物砂の再生方法として、鋳物砂に振動、衝撃を与えてブロック状のものを粉砕した後、さらに砂粒子同士または砥石などとの摩擦によって機械的に表面の不純物を取り除く方法が一般的である。このような方法に用いる装置として、例えば特開平７−３１４０８２号に記載されたような鋳物砂再生装置が提案されている。
【０００３】
しかしながら、このような機械的な方法では、不純物の除去を十分行うことが困難であり、砂の破砕、細粒化などによる歩留まりの低下や、鋳型強度低下が生じてしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の問題点を解決するものであり、不純物の除去率が高く鋳物品質及び鋳型強度が向上できる回収鋳物砂の再生方法を提供することを目的とする。更に本発明は、砂の破砕や細粒化が起こらず歩留まりが向上する回収鋳物砂の再生方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回収鋳物砂を１００℃以上に加熱された水（以下、高温水という）と接触させる工程を有する回収鋳物砂の再生方法に関する。
【０００６】
回収鋳物砂と高温水とを接触させる方法としては、高温水発生器で発生させた高温水を回収鋳物砂洗浄器に導いて接触させてもよいし、回収鋳物砂と水とを耐圧密閉容器中で加熱することで高温水を発生させて接触させてもよい。設備が簡便である点から、後者の方法が好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる回収鋳物砂は、ケイ砂、ジルコン砂、クロマイト砂、合成ムライト砂などの鋳物砂に、バインダーを使用して造型した後、解枠（型ばらし）して得られた回収砂ないし余剰砂である。本発明の再生方法は、特に有機自硬性バインダーで造型された鋳型から回収された鋳物砂に好適である。ここで、有機自硬性バインダーとは、フラン、アルカリフェノール、フェノールウレタン等の自硬性樹脂である。
【０００８】
本発明では、１００℃以上、好ましくは１５０℃〜５５０℃、特に好ましくは２５０℃〜４５０℃に加熱された水を用いる。なお、回収鋳物砂に接触させる水の量は、加熱前の重量比で、水／回収鋳物砂＝１／１〜５０／１、更に２／１〜３０／１、特に５／１〜２０／１で用いることが好ましい。また、耐圧密閉容器中で両者を接触させる場合、その容器は限定されないが、加熱中、すなわち回収鋳物砂と高温水との接触中に内部が５０ＭＰａの圧力となっても耐え得るような材質、構成のものが好ましい。また、回収鋳物砂と水は、加熱前の耐圧密閉容器の空間容積率が９０％以下、更に１〜８０％、特に５〜７５％となるように、容器に投入することが好ましい。また、高温水発生器と回収鋳物砂洗浄器とを用いる場合、高温水発生器は、高温水を調製するための加圧器、加熱器を有し、洗浄器は、回収鋳物砂を出し入れできる洗浄室と、この洗浄室に前記高温水を導入する導入口と、この洗浄室から排出弁を介して液体を排出する排出口とを有していればよい。
【０００９】
本発明の再生方法の一例を図１により説明する。図１において、１は回収鋳物砂、２は水、３は耐圧密閉容器（反応容器）、４は塩浴（ソルトバス）、５は圧力計である。反応容器３に所定量の回収鋳物砂１と水２とを入れる。その際、上記の通り、水／回収鋳物砂の重量比、空間容積率を調整することが好ましい。なお、空間容積率は、図１の反応容器３容積のうち、水２の上方にできる空間の体積が占める割合である。その後、ソルトバス４に反応容器３を浸漬し加熱を行う。その際、上記の通り、加熱温度、容器内圧力を調整することが好ましい。加熱時間（加熱温度の保持時間）は限定しないが、５分〜２時間、更に１５分〜１時間を目安とするのが好ましい。なお、加熱温度は、一定でも変動させてもよい。
【００１０】
本発明の好ましい実施条件として、耐圧密閉容器を用いる方法において、加熱前の水と回収鋳物砂の重量比を水／鋳物回収砂＝５／１〜２５／１とし、空間容積率を５〜８０％とし、加熱温度を１５０〜４５０℃とし、加熱時間（加熱温度の保持時間）を３０〜６０時間とする方法が挙げられる。この場合、耐圧密閉容器内部の圧力は１０〜４５ＭＰａが好ましい。
【００１１】
本発明の再生方法は、水の存在下で、回収鋳物砂を高温、高圧処理するため、共存する水が蒸気ないし臨界状態となり、その一方で有機自硬性バインダーの分解が進行し、水への溶解や低分子化合物への分解が相乗的に進行し、効率的にバインダー成分を除去できるものと考えられる。このため、本発明では、水の臨界温度（３７４℃）以上の温度並びに水の臨界圧力（２２１気圧≒２２４０００ｈＰａ）以上の圧力で、回収鋳物砂を処理することがより好ましい。
【００１２】
本発明のより具体的に好ましい態様としては、有機自硬性バインダーが付着した回収鋳物砂を、１００℃以上に加熱された水と、接触、好ましくは耐圧密閉容器中で接触させて、前記バインダーを除去する再生方法が挙げられる。
【００１３】
【実施例】
尿素変成フラン樹脂又は水溶性アルカリフェノール樹脂を粘結剤に使用したケイ砂回収鋳物砂と水とを、図１に示す反応装置に投入し、加熱処理した。そのときの処理条件（水／回収鋳物砂重量比、空間容積率、加熱温度、加熱時間）を表１、２に示す。なお、加熱時間は、表１、２の加熱温度を保持した時間である。
【００１４】
加熱処理後の砂について、鋳型強度、強熱減量、残留窒素分及び残留硫黄分（尿素変成フラン樹脂のみ）、並びに歩留まりを以下の方法で測定した。結果を表１、２に示す。
【００１５】
（１）鋳型強度
ＪＩＳ Ｚ ２６０４−１９７６により測定した。ただし、尿素変成フラン樹脂を用いた回収鋳物砂については２５℃×６０％ＲＨ条件下で、花王ライトナーＣ−１４（スルホン酸系硬化剤、花王クエーカー（株）製）を回収鋳物砂（ケイ砂再生砂）に対し０．３２重量％添加し混連後、花王ライトナー３４０Ｂ（尿素変成フラン樹脂、花王クエーカー（株）製）をケイ砂再生砂に対し０．８重量％添加し混練後、直ちに直径５０ｍｍ×高さ５０ｍｍのテストピースに充填し２４Ｈｒ後、圧縮強度（ＭＰa）を測定した。また、水溶性アルカリフェノール樹脂を用いた回収鋳物砂については花王ステップＱＸ−１４０（エステル系硬化剤、花王クエーカー（株）製）を回収鋳物砂（ケイ砂再生砂）に対し０．３重量％添加し混練後、花王ステップＳ−６６０（水溶性アルカリフェノール樹脂、花王クエーカー（株）製）をケイ砂再生砂に対し１．２重量％添加し混連後、直ちに直径５０ｍｍ×高さ５０ｍｍのテストピースに充填し２４Ｈｒ後、圧縮強度（ＭＰa）を測定した。
【００１６】
（２）強熱減量
不純物の除去率を示すものであり、ＪＩＳ Ｚ ２６０４により測定した。
【００１７】
（３）残留窒素分
残留窒素は鋳物のガス欠陥を誘発する元素であり、ＪＩＳ Ｍ ８８１３−１９９４ ７．２ケルダール法で測定した。残留量が少ない事が望ましい。
【００１８】
（４）残留硫黄分
残留硫黄はダクタイル鋳鉄において鋳物表層部の黒鉛球状化を阻害する元素であり、ＪＩＳ Ｍ ８８１３−１９９４ ５．３高温燃焼法で測定した。残留量が少ない事が望ましい。
（５）歩留まり
再生処理前後での回収砂重量％で求めた。
【００１９】
【表１】
【００２０】
＊試験Ｎｏ．４は、通常の機械的処理を想定したものであり、ロータリーリクレーマ（日本鋳造（株）製）のＢ再生条件（弱条件）により１パス処理した。
【００２１】
【表２】
【００２２】
**試験Ｎｏ．８は、通常の機械的処理を想定したものであり、ロータリーリクレーマ（日本鋳造（株）製）のＡ再生条件（強条件）により４パス処理した。
【００２３】
【発明の効果】
本発明では、回収鋳物砂を高温水で処理する事により、従来の機械的に砂表面を処理する方法に較べ、歩留まりを落とすことなく効率よく不純物を除去できる。また、本発明によって再生された鋳物砂は、鋳物品質及び鋳型強度に優れる。
【００２４】
例えば、尿素変成フラン樹脂を使用する造型法では、鋳型強度が向上し安定した鋳型の製造が可能となり、残留窒素の低減によりガス欠陥の軽減、更に残留硫黄の低減によりダクタイル鋳鉄において鋳物表層部の黒鉛球状化阻害の軽減が可能となる。また、水溶性アルカリフェノール樹脂を使用する造型法では、従来の機械的再生法では安定した鋳型強度を維持するため強力な再生条件が必要で、その結果歩留まりが大幅に低下するという問題がある。しかし、本発明により歩留まりを低下すること無く、強度の安定した鋳型の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様の一例を示す概略図
【符号の説明】
１ 回収鋳物砂
２ 水
３ 耐圧密閉容器
４ ソルトバス
５ 圧力計
【発明の属する技術分野】
本発明は回収鋳物砂の再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機自硬性バインダーが使用された回収鋳物砂の再生方法として、鋳物砂に振動、衝撃を与えてブロック状のものを粉砕した後、さらに砂粒子同士または砥石などとの摩擦によって機械的に表面の不純物を取り除く方法が一般的である。このような方法に用いる装置として、例えば特開平７−３１４０８２号に記載されたような鋳物砂再生装置が提案されている。
【０００３】
しかしながら、このような機械的な方法では、不純物の除去を十分行うことが困難であり、砂の破砕、細粒化などによる歩留まりの低下や、鋳型強度低下が生じてしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の問題点を解決するものであり、不純物の除去率が高く鋳物品質及び鋳型強度が向上できる回収鋳物砂の再生方法を提供することを目的とする。更に本発明は、砂の破砕や細粒化が起こらず歩留まりが向上する回収鋳物砂の再生方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回収鋳物砂を１００℃以上に加熱された水（以下、高温水という）と接触させる工程を有する回収鋳物砂の再生方法に関する。
【０００６】
回収鋳物砂と高温水とを接触させる方法としては、高温水発生器で発生させた高温水を回収鋳物砂洗浄器に導いて接触させてもよいし、回収鋳物砂と水とを耐圧密閉容器中で加熱することで高温水を発生させて接触させてもよい。設備が簡便である点から、後者の方法が好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる回収鋳物砂は、ケイ砂、ジルコン砂、クロマイト砂、合成ムライト砂などの鋳物砂に、バインダーを使用して造型した後、解枠（型ばらし）して得られた回収砂ないし余剰砂である。本発明の再生方法は、特に有機自硬性バインダーで造型された鋳型から回収された鋳物砂に好適である。ここで、有機自硬性バインダーとは、フラン、アルカリフェノール、フェノールウレタン等の自硬性樹脂である。
【０００８】
本発明では、１００℃以上、好ましくは１５０℃〜５５０℃、特に好ましくは２５０℃〜４５０℃に加熱された水を用いる。なお、回収鋳物砂に接触させる水の量は、加熱前の重量比で、水／回収鋳物砂＝１／１〜５０／１、更に２／１〜３０／１、特に５／１〜２０／１で用いることが好ましい。また、耐圧密閉容器中で両者を接触させる場合、その容器は限定されないが、加熱中、すなわち回収鋳物砂と高温水との接触中に内部が５０ＭＰａの圧力となっても耐え得るような材質、構成のものが好ましい。また、回収鋳物砂と水は、加熱前の耐圧密閉容器の空間容積率が９０％以下、更に１〜８０％、特に５〜７５％となるように、容器に投入することが好ましい。また、高温水発生器と回収鋳物砂洗浄器とを用いる場合、高温水発生器は、高温水を調製するための加圧器、加熱器を有し、洗浄器は、回収鋳物砂を出し入れできる洗浄室と、この洗浄室に前記高温水を導入する導入口と、この洗浄室から排出弁を介して液体を排出する排出口とを有していればよい。
【０００９】
本発明の再生方法の一例を図１により説明する。図１において、１は回収鋳物砂、２は水、３は耐圧密閉容器（反応容器）、４は塩浴（ソルトバス）、５は圧力計である。反応容器３に所定量の回収鋳物砂１と水２とを入れる。その際、上記の通り、水／回収鋳物砂の重量比、空間容積率を調整することが好ましい。なお、空間容積率は、図１の反応容器３容積のうち、水２の上方にできる空間の体積が占める割合である。その後、ソルトバス４に反応容器３を浸漬し加熱を行う。その際、上記の通り、加熱温度、容器内圧力を調整することが好ましい。加熱時間（加熱温度の保持時間）は限定しないが、５分〜２時間、更に１５分〜１時間を目安とするのが好ましい。なお、加熱温度は、一定でも変動させてもよい。
【００１０】
本発明の好ましい実施条件として、耐圧密閉容器を用いる方法において、加熱前の水と回収鋳物砂の重量比を水／鋳物回収砂＝５／１〜２５／１とし、空間容積率を５〜８０％とし、加熱温度を１５０〜４５０℃とし、加熱時間（加熱温度の保持時間）を３０〜６０時間とする方法が挙げられる。この場合、耐圧密閉容器内部の圧力は１０〜４５ＭＰａが好ましい。
【００１１】
本発明の再生方法は、水の存在下で、回収鋳物砂を高温、高圧処理するため、共存する水が蒸気ないし臨界状態となり、その一方で有機自硬性バインダーの分解が進行し、水への溶解や低分子化合物への分解が相乗的に進行し、効率的にバインダー成分を除去できるものと考えられる。このため、本発明では、水の臨界温度（３７４℃）以上の温度並びに水の臨界圧力（２２１気圧≒２２４０００ｈＰａ）以上の圧力で、回収鋳物砂を処理することがより好ましい。
【００１２】
本発明のより具体的に好ましい態様としては、有機自硬性バインダーが付着した回収鋳物砂を、１００℃以上に加熱された水と、接触、好ましくは耐圧密閉容器中で接触させて、前記バインダーを除去する再生方法が挙げられる。
【００１３】
【実施例】
尿素変成フラン樹脂又は水溶性アルカリフェノール樹脂を粘結剤に使用したケイ砂回収鋳物砂と水とを、図１に示す反応装置に投入し、加熱処理した。そのときの処理条件（水／回収鋳物砂重量比、空間容積率、加熱温度、加熱時間）を表１、２に示す。なお、加熱時間は、表１、２の加熱温度を保持した時間である。
【００１４】
加熱処理後の砂について、鋳型強度、強熱減量、残留窒素分及び残留硫黄分（尿素変成フラン樹脂のみ）、並びに歩留まりを以下の方法で測定した。結果を表１、２に示す。
【００１５】
（１）鋳型強度
ＪＩＳ Ｚ ２６０４−１９７６により測定した。ただし、尿素変成フラン樹脂を用いた回収鋳物砂については２５℃×６０％ＲＨ条件下で、花王ライトナーＣ−１４（スルホン酸系硬化剤、花王クエーカー（株）製）を回収鋳物砂（ケイ砂再生砂）に対し０．３２重量％添加し混連後、花王ライトナー３４０Ｂ（尿素変成フラン樹脂、花王クエーカー（株）製）をケイ砂再生砂に対し０．８重量％添加し混練後、直ちに直径５０ｍｍ×高さ５０ｍｍのテストピースに充填し２４Ｈｒ後、圧縮強度（ＭＰa）を測定した。また、水溶性アルカリフェノール樹脂を用いた回収鋳物砂については花王ステップＱＸ−１４０（エステル系硬化剤、花王クエーカー（株）製）を回収鋳物砂（ケイ砂再生砂）に対し０．３重量％添加し混練後、花王ステップＳ−６６０（水溶性アルカリフェノール樹脂、花王クエーカー（株）製）をケイ砂再生砂に対し１．２重量％添加し混連後、直ちに直径５０ｍｍ×高さ５０ｍｍのテストピースに充填し２４Ｈｒ後、圧縮強度（ＭＰa）を測定した。
【００１６】
（２）強熱減量
不純物の除去率を示すものであり、ＪＩＳ Ｚ ２６０４により測定した。
【００１７】
（３）残留窒素分
残留窒素は鋳物のガス欠陥を誘発する元素であり、ＪＩＳ Ｍ ８８１３−１９９４ ７．２ケルダール法で測定した。残留量が少ない事が望ましい。
【００１８】
（４）残留硫黄分
残留硫黄はダクタイル鋳鉄において鋳物表層部の黒鉛球状化を阻害する元素であり、ＪＩＳ Ｍ ８８１３−１９９４ ５．３高温燃焼法で測定した。残留量が少ない事が望ましい。
（５）歩留まり
再生処理前後での回収砂重量％で求めた。
【００１９】
【表１】
＊試験Ｎｏ．４は、通常の機械的処理を想定したものであり、ロータリーリクレーマ（日本鋳造（株）製）のＢ再生条件（弱条件）により１パス処理した。
【００２１】
【表２】
**試験Ｎｏ．８は、通常の機械的処理を想定したものであり、ロータリーリクレーマ（日本鋳造（株）製）のＡ再生条件（強条件）により４パス処理した。
【００２３】
【発明の効果】
本発明では、回収鋳物砂を高温水で処理する事により、従来の機械的に砂表面を処理する方法に較べ、歩留まりを落とすことなく効率よく不純物を除去できる。また、本発明によって再生された鋳物砂は、鋳物品質及び鋳型強度に優れる。
【００２４】
例えば、尿素変成フラン樹脂を使用する造型法では、鋳型強度が向上し安定した鋳型の製造が可能となり、残留窒素の低減によりガス欠陥の軽減、更に残留硫黄の低減によりダクタイル鋳鉄において鋳物表層部の黒鉛球状化阻害の軽減が可能となる。また、水溶性アルカリフェノール樹脂を使用する造型法では、従来の機械的再生法では安定した鋳型強度を維持するため強力な再生条件が必要で、その結果歩留まりが大幅に低下するという問題がある。しかし、本発明により歩留まりを低下すること無く、強度の安定した鋳型の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様の一例を示す概略図
【符号の説明】
１ 回収鋳物砂
２ 水
３ 耐圧密閉容器
４ ソルトバス
５ 圧力計
Claims (5)
- 回収鋳物砂を２５０℃〜４５０℃に加熱された水と耐圧密閉容器中で接触させる工程を有する回収鋳物砂の再生方法。
- 加熱される前の水と回収鋳物砂との重量比が、水／回収鋳物砂＝１／１〜５０／１である請求項１記載の再生方法。
- 耐圧密閉容器の空間容積率が９０％以下となるよう、回収鋳物砂と水とを耐圧密閉容器に投入し、その後水を加熱する請求項１又は２記載の再生方法。
- 回収鋳物砂が有機自硬性バインダーで造型された鋳型から回収されたものである請求項１〜３の何れか１項記載の再生方法。
- 有機自硬性バインダーが、尿素変成フラン樹脂又は水溶性アルカリフェノール樹脂である請求項４記載の再生方法。
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|---|---|---|---|
| JP2000381606A JP4679718B2 (ja) | 2000-12-15 | 2000-12-15 | 回収鋳物砂の再生方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000381606A JP4679718B2 (ja) | 2000-12-15 | 2000-12-15 | 回収鋳物砂の再生方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002178100A JP2002178100A (ja) | 2002-06-25 |
| JP4679718B2 true JP4679718B2 (ja) | 2011-04-27 |
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ID=18849574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000381606A Expired - Fee Related JP4679718B2 (ja) | 2000-12-15 | 2000-12-15 | 回収鋳物砂の再生方法 |
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| JP6188502B2 (ja) * | 2013-09-06 | 2017-08-30 | 大木産業株式会社 | 鋳物砂の再生処理方法 |
| ES2874204T5 (es) * | 2018-06-29 | 2024-10-07 | Nemak Sab De Cv | Procedimiento para la preparación de una mezcla de arena de fundición |
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| JPS5299924A (en) * | 1976-02-18 | 1977-08-22 | Hitachi Ltd | Old sand cleaning reproduction process |
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| JPS54119332A (en) * | 1978-01-07 | 1979-09-17 | Nobuo Miyazawa | Organic coking agent for casting sand |
| JPH06154941A (ja) * | 1992-11-20 | 1994-06-03 | Kurimoto Ltd | 鋳物砂の再生方法及び鋳型の製造方法 |
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2000
- 2000-12-15 JP JP2000381606A patent/JP4679718B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2002178100A (ja) | 2002-06-25 |
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Legal Events
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