JP7345596B2 - Mold material composition and mold manufacturing method using the same - Google Patents
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Description
本発明は、鋳型材料組成物及びこれを用いた鋳型の製造方法に係り、特に、最終的に得られる鋳型が、優れた強度を発揮すると共に、崩壊性においても優れたものとなる、鋳型材料組成物と、そのような鋳型材料組成物を用いて鋳型を有利に製造する方法に関するものである。 The present invention relates to a mold material composition and a method for manufacturing a mold using the same, and in particular, a mold material that allows the final mold to exhibit excellent strength and collapsibility. The present invention relates to compositions and methods of advantageously manufacturing molds using such mold material compositions.
従来より、金属溶湯の鋳造に用いられる鋳型の一つとして、耐火性骨材からなる鋳型砂を所定の粘結材にて被覆してなる鋳型材料組成物を用いて、目的とする形状に造型して得られたものが、用いられている。具体的には、日本鋳造工学会編の「鋳造工学便覧」第78~90頁には、そのような鋳型材料組成物における粘結材として、水ガラスの如き無機系粘結材の他、フェノール樹脂やフラン樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂を用いた有機系粘結材が明らかにされており、また、それら粘結材を用いて自硬性鋳型を造型する手法も、明らかにされている。 Conventionally, as one of the molds used for casting molten metal, a mold material composition made of molding sand made of refractory aggregate and coated with a predetermined caking agent is used to mold it into the desired shape. The resulting product is used. Specifically, pages 78 to 90 of "Casting Engineering Handbook" compiled by the Japan Foundry Engineering Society states that in addition to inorganic caking agents such as water glass, phenol is used as a caking agent in such mold material compositions. Organic binders using resins such as resins, furan resins, and urethane resins have been revealed, and methods for molding self-hardening molds using these binders have also been revealed.
また、特開2012-076115号公報(特許文献1)においては、粘結材として水ガラスを用いた粘結材コーテッド耐火物として、水ガラスを含有する固形のコーティング層にて耐火性骨材の表面を被覆してなる、流動性が良好な粘結材コーテッド耐火物(鋳型材料組成物)が、明らかにされている。そこにおいて、そのような流動性が良好な粘結材コーテッド耐火物(鋳型材料組成物)は、鋳型造型のための成形型の成形キャビティ内に充填せしめられた後、水蒸気が通気せしめられることにより、かかる粘結材コーテッド耐火物(鋳型材料組成物)の固化が進行し、目的とする鋳型を与え得ることが、明らかにされているのである。 Furthermore, in JP-A No. 2012-076115 (Patent Document 1), as a caking agent coated refractory using water glass as a caking agent, refractory aggregate is coated with a solid coating layer containing water glass. A binder-coated refractory (mold material composition) with good fluidity and whose surface is coated has been disclosed. Therefore, such a binder-coated refractory (mold material composition) with good fluidity is filled into the molding cavity of a mold for mold making, and then steam is aerated through it. It has been revealed that the solidification of such a caking agent-coated refractory (mold material composition) progresses and that a desired mold can be obtained.
ところで、流動性が良好な乾態の鋳型材料組成物を用いて鋳型を造型する場合にあっては、そのような鋳型材料組成物を水蒸気等の水分で濡らした後、それを乾燥することによって固化せしめることにより、目的とする鋳型の造型が行われることとなる。そしてその後、その得られた鋳型に対して、アルミ合金等の溶湯を流し込んで、鋳物が形成されることとなるのであるが、その鋳物の鋳型からの取出しには、溶湯の熱により、かかる鋳型を崩壊させる必要がある。しかしながら、水ガラスを用いた粘結材にて造型された鋳型では、例えばフェノール樹脂等の有機粘結材を用いた場合の様に、溶湯の熱によって、有機粘結材を燃焼又は炭化させることで、粘結力をなくし、崩壊を促すということが出来ない。また、有機粘結材の場合、熱により酸素を発生させて燃焼を促進させる崩壊性向上剤等を用いることがあるが、水ガラスは溶湯の熱によって燃焼又は炭化は起こらないため、有機粘結材の場合と同じように考えることは出来ない。そのために、鋳造後においても、粘結力が残った状態になることから、崩壊性が悪いという問題を内在するものであった。 By the way, when molding a mold using a dry mold material composition with good fluidity, the mold material composition is wetted with moisture such as steam and then dried. By solidifying it, the intended mold is formed. Thereafter, a molten metal such as aluminum alloy is poured into the resulting mold to form a casting.The heat of the molten metal is used to remove the casting from the mold. needs to be destroyed. However, in a mold made with a caking agent using water glass, the organic caking agent may be burned or carbonized by the heat of the molten metal, as is the case when an organic caking agent such as phenol resin is used. Therefore, it is not possible to eliminate cohesion and promote disintegration. In addition, in the case of organic caking materials, disintegration improvers may be used that promote combustion by generating oxygen through heat, but water glass does not burn or carbonize due to the heat of the molten metal, so organic caking materials You cannot think of it in the same way as with wood. For this reason, even after casting, caking force remains, resulting in the problem of poor disintegration properties.
ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景として為されたものであって、その解決すべき課題とするところは、最終的に得られる鋳型が、優れた強度を発揮すると共に、崩壊性においても優れ、且つ良好な鋳肌を有する鋳物を与え得るものとなる、鋳型材料組成物を提供することにある。また、本発明は、そのような優れた鋳型材料組成物を用いた鋳型の製造方法を提供することをも、その解決課題とするものである。 The present invention has been made against this background, and the problem to be solved is to ensure that the mold finally obtained has excellent strength and is also low in collapsibility. It is an object of the present invention to provide a mold material composition that can provide a casting having an excellent and good casting surface. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a mold using such an excellent mold material composition.
そして、本発明は、上記した課題を解決するために、以下に列挙せる如き各種の態様において、好適に実施され得るものであるが、また、以下に記載の各態様は、任意の組合せにおいて採用可能である。なお、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに何等限定されることなく、明細書全体の記載から把握され得る発明思想に基づいて、認識され得るものであることが、理解されるべきである。 In order to solve the above-described problems, the present invention can be suitably implemented in various embodiments listed below, but each embodiment described below can also be employed in any combination. It is possible. Note that the aspects and technical features of the present invention are not limited to those described below, but can be recognized based on the inventive idea that can be understood from the description of the entire specification. should be understood.
(1)(a)耐火性骨材と、
(b)水ガラスを必須成分とする粘結材と、
(c)硝酸のアルカリ土類金属塩からなる群より選ばれた少なくとも一つの硝酸塩と
を少なくとも含み、且つ動的安息角を測定することが出来ない、常温で流動性を有していない湿態の混合物として構成されていることを特徴とする鋳型材料組成物。
(2) 前記硝酸塩が、硝酸カルシウム及び硝酸マグネシウムからなる群から選択されることを特徴とする前記態様(1)に記載の鋳型材料組成物。
(3)(a)耐火性骨材と、
(b)水ガラスを必須成分とする粘結材と、
(c)硝酸のアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩からなる群より選ばれた少なくとも一つの硝酸塩と、
(d)界面活性剤と
を少なくとも含み、且つ動的安息角を測定することが出来ない、常温で流動性を有していない湿態の混合物として構成されていることを特徴とする鋳型材料組成物。
(4) 前記硝酸塩が、硝酸カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸カルシウム及び硝酸マグネシウムからなる群から選択されることを特徴とする前記態様(3)に記載の鋳型材料組成物。
(5) 前記界面活性剤が、鋳型材料組成物における水ガラスの固形分の100質量部に対して、0.1~20質量部の割合において含有せしめられていることを特徴とする前記態様(3)又は前記態様(4)に記載の鋳型材料組成物。
(6) 前記硝酸塩が、鋳型材料組成物における水ガラスの固形分の100質量部に対して、0.5~30質量部の割合において含有せしめられていることを特徴とする前記態様(1)乃至前記態様(5)の何れか1つに記載の鋳型材料組成物。
(7) 滑剤が、更に含有せしめられていることを特徴とする前記態様(1)乃至前記態様(6)の何れか1つに記載の鋳型材料組成物。
(8) 前記滑剤が、鋳型材料組成物における水ガラスの固形分の100質量部に対して、0.1~10質量部の割合において含有せしめられていることを特徴とする前記態様(7)に記載の鋳型材料組成物。
(9) 炭酸塩及び/又はホウ酸塩が、更に含有せしめられていることを特徴とする前記態様(1)乃至前記態様(8)の何れか1つに記載の鋳型材料組成物。
(10) 前記炭酸塩及び/又はホウ酸塩が、鋳型材料組成物における水ガラスの固形分の100質量部に対して、0.5~50質量部の割合において含有せしめられていることを特徴とする前記態様(9)に記載の鋳型材料組成物。
(11) 前記耐火性骨材が、球状である前記態様(1)乃至前記態様(10)の何れか1つに記載の鋳型材料組成物。
(12) 前記鋳型材料組成物が、前記耐火性骨材の表面を前記水ガラスを含む被覆層にて覆ってなる、常温流動性を有しない湿態の混合物であり、且つ該混合物における含水分量が、前記水ガラスの固形分量の70~400質量%であることを特徴とする前記態様(1)乃至前記態様(11)の何れか1つに記載の鋳型材料組成物。
(13) 前記態様(1)に記載の鋳型材料組成物を製造する方法にして、(a)耐火性骨材と、(b)水ガラスを必須成分とする粘結材と、(c)硝酸のアルカリ土類金属塩からなる群より選ばれた少なくとも一つの硝酸塩とを、混和せしめることにより、常温流動性を有しない湿態の混合物として取り出すようにしたことを特徴とする鋳型材料組成物の製造方法。
(14) 前記態様(3)に記載の鋳型材料組成物を製造する方法にして、(a)耐火性骨材と、(b)水ガラスを必須成分とする粘結材と、(c)硝酸のアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩からなる群より選ばれた少なくとも一つの硝酸塩と、(d)界面活性剤とを、混和せしめることにより、常温流動性を有しない湿態の混合物として取り出すようにしたことを特徴とする鋳型材料組成物の製造方法。
(15) 前記態様(13)又は前記態様(14)に記載の製造方法で形成されてなる湿態の鋳型材料組成物を用い、これを、加熱された成形型内に充填した後、かかる成形型内で保持し、固化乃至は硬化せしめることにより、目的とする鋳型を得ることを特徴とする鋳型の製造方法。
(16) 前記成形型が、80℃~300℃の温度に加熱されていることを特徴とする前記態様(15)に記載の鋳型の製造方法。
(17) 前記態様(1)乃至前記態様(12)の何れか1つに記載の鋳型材料組成物を用いて積層造形して、目的とする鋳型を形成することを特徴とする鋳型の製造方法。
(1) (a) refractory aggregate;
(b) a caking agent containing water glass as an essential component;
(c) A wet state that contains at least one nitrate selected from the group consisting of alkaline earth metal salts of nitric acid, and that does not have fluidity at room temperature and does not allow for the measurement of a dynamic angle of repose. A mold material composition characterized in that it is constituted as a mixture of.
(2) The mold material composition according to aspect (1), wherein the nitrate is selected from the group consisting of calcium nitrate and magnesium nitrate.
(3) (a) refractory aggregate;
(b) a caking agent containing water glass as an essential component;
(c) at least one nitrate selected from the group consisting of alkali metal salts and alkaline earth metal salts of nitric acid;
(d) A mold material composition characterized in that it contains at least a surfactant and is constituted as a wet mixture that does not have fluidity at room temperature and whose dynamic angle of repose cannot be measured. thing.
(4) The mold material composition according to aspect (3), wherein the nitrate is selected from the group consisting of potassium nitrate, sodium nitrate, calcium nitrate, and magnesium nitrate.
(5) The above embodiment, characterized in that the surfactant is contained in a proportion of 0.1 to 20 parts by mass based on 100 parts by mass of the solid content of water glass in the mold material composition ( 3) or the mold material composition according to aspect (4).
(6) Aspect (1) characterized in that the nitrate is contained in a proportion of 0.5 to 30 parts by mass based on 100 parts by mass of the solid content of water glass in the mold material composition. The mold material composition according to any one of the above aspects (5) to 1.
(7) The mold material composition according to any one of aspects (1) to (6), further comprising a lubricant.
(8) Aspect (7) characterized in that the lubricant is contained in a proportion of 0.1 to 10 parts by mass based on 100 parts by mass of the solid content of water glass in the mold material composition. The mold material composition described in .
(9) The mold material composition according to any one of aspects (1) to (8), further comprising a carbonate and/or a borate.
(10) The carbonate and/or borate is contained in a proportion of 0.5 to 50 parts by mass based on 100 parts by mass of the solid content of water glass in the mold material composition. The mold material composition according to aspect (9).
(11) The mold material composition according to any one of aspects (1) to (10), wherein the refractory aggregate is spherical.
(12) The mold material composition is a wet mixture having no room-temperature flowability, which is formed by covering the surface of the refractory aggregate with a coating layer containing the water glass, and the water content of the mixture is is 70 to 400% by mass of the solid content of the water glass, the mold material composition according to any one of aspects (1) to (11).
(13) A method for producing the mold material composition according to aspect (1), comprising (a) a refractory aggregate, (b) a caking material containing water glass as an essential component, and (c) nitric acid. and at least one nitrate selected from the group consisting of alkaline earth metal salts. Production method.
(14) A method for producing the mold material composition according to aspect (3), comprising: (a) a refractory aggregate; (b) a caking material containing water glass as an essential component; and (c) nitric acid. By mixing at least one nitrate selected from the group consisting of alkali metal salts and alkaline earth metal salts with (d) a surfactant, it is possible to extract it as a wet mixture that does not have room temperature flowability. A method for producing a mold material composition, characterized in that:
(15) Using the wet mold material composition formed by the manufacturing method according to the above aspect (13) or the above aspect (14), filling this into a heated mold, and then performing such molding. A method for manufacturing a mold, which comprises obtaining a desired mold by holding it in a mold and solidifying or hardening it.
(16) The method for manufacturing a mold according to aspect (15), wherein the mold is heated to a temperature of 80°C to 300°C.
(17) A method for manufacturing a mold, comprising forming a desired mold by additive manufacturing using the mold material composition according to any one of aspects (1) to (12). .
このように、本発明に従う鋳型材料組成物にあっては、粘結材としての水ガラスと共に、所定の硝酸塩が含有せしめられているところから、そのような鋳型材料組成物を用いて造型された鋳型によって、所定の金属溶湯を鋳造するに際して、かかる水ガラスにて形成される耐火性骨材表面の粘結膜に分散された硝酸塩が溶湯の熱によって分解して、酸素や二酸化窒素ガス等を発生することにより、この水ガラスの粘結膜中に発生したガスによって亀裂を生じさせ、水ガラスの粘結膜が破壊されるようになることで、かかる鋳型を崩壊し易くすることが出来ることとなるのである。また、そのような二酸化窒素ガスは、水ガラス中に残留している水分と結び付き、硝酸を発生させて、水ガラスの珪酸ナトリウムを中和し、ガラス化することによって、水ガラスを脆くする効果が得られ、以て打撃等で鋳型を崩壊し易くすることが出来るのである。しかも、そのような発生するガスによるフィルム効果によって、鋳型と溶湯の間にガス膜が形成されることにより、鋳型面の平滑性が有利に高められ、以て得られる鋳物の鋳肌が有利に向上する特徴も発揮されることとなる。更に、硝酸塩に、炭酸塩及び/又はホウ酸塩を組み合わせることにより、鋳型の崩壊性が更に向上させられ得ると共に、鋳型の耐湿性を向上させて、吸湿による強度劣化を抑制することが可能となる。 As described above, since the mold material composition according to the present invention contains water glass as a binding agent and a predetermined nitrate, molding using such a mold material composition is possible. When a predetermined molten metal is cast using a mold, nitrates dispersed in the caking membrane on the surface of the refractory aggregate formed from water glass are decomposed by the heat of the molten metal, producing oxygen, nitrogen dioxide gas, etc. By doing so, the gas generated in the cohesive conjunctiva of this water glass will cause cracks, and the cocoon conjunctiva of the water glass will be destroyed, making the mold more likely to collapse. be. In addition, such nitrogen dioxide gas combines with the moisture remaining in the water glass, generates nitric acid, neutralizes the sodium silicate in the water glass, and vitrifies it, thereby making the water glass brittle. This makes it possible to make the mold more likely to collapse due to impact or the like. Furthermore, due to the film effect caused by the generated gas, a gas film is formed between the mold and the molten metal, which advantageously improves the smoothness of the mold surface, thereby improving the casting surface of the resulting casting. Improved characteristics will also be exhibited. Furthermore, by combining nitrate with carbonate and/or borate, it is possible to further improve the disintegration properties of the mold, and also to improve the moisture resistance of the mold and suppress strength deterioration due to moisture absorption. Become.
ところで、本発明に従う鋳型材料組成物は、一般に、1)耐火性骨材に対して、水ガラスを必須成分とする粘結材と硝酸塩とを混和せしめ、そしてその混合物から水分を蒸発させることにより、換言すれば水溶液の状態にある水ガラスの水分を蒸発させることによって製造されるものであり、粘結材である水ガラスの固形分からなる乾燥した被覆層が、所定厚さにおいて、かかる耐火性骨材の表面に形成されてなる、乾態のものである場合と、2)耐火性骨材に対して、水ガラスを必須成分とする粘結材と硝酸塩とを混和せしめることにより製造されるものであり、具体的には水溶液の状態にある水ガラスと耐火性骨材とを混練させることによって形成されてなる湿態のものである場合とがあり、乾態では良好な常温流動性を有しているのに対して、湿態では、そのような常温流動性は有していないものである。なお、本発明に係る鋳型材料組成物は、乾態及び湿態の何れの場合でも、適用可能であるが、現場での取り扱いの容易さや崩壊性の良さ等の点から、乾態の方が望ましいと言うことが出来る。 By the way, the mold material composition according to the present invention is generally produced by: 1) mixing a caking agent containing water glass as an essential component with a nitrate into a refractory aggregate, and then evaporating water from the mixture. In other words, it is manufactured by evaporating the moisture of water glass in the state of an aqueous solution, and the dry coating layer made of solid water glass as a caking agent has such fire resistance at a predetermined thickness. 2) It is produced by mixing fire-resistant aggregate with a caking agent containing water glass as an essential component and nitrate. Specifically, it may be a wet form formed by kneading water glass in the state of an aqueous solution and fire-resistant aggregate, but in a dry state it has good flowability at room temperature. However, in a wet state, it does not have such room temperature fluidity. The mold material composition according to the present invention can be applied in either a dry or wet state, but from the viewpoint of ease of handling on site and good disintegration properties, it is preferable to use the mold material composition in a dry state. It can be said that it is desirable.
ここで、本発明における「常温流動性を有する乾態の鋳型材料組成物」とは、含水分量に拘わらず、動的安息角を測定した際に、測定値が得られる鋳型材料組成物を意味するものである。この動的安息角とは、軸方向の一方の端部が透明な板材で閉塞されてなる円筒内に鋳型材料組成物を収容して(例えば、直径7.2cm×高さ10cmの容器に、その体積の半分まで、鋳型材料組成物を入れる)、軸心が水平方向となるように保持し、一定速度(例えば、25rpm)で水平な軸心回りに回転させることにより、円筒内で流動している鋳型材料組成物層の斜面が平坦面状となり、かかる斜面と水平面との間に形成される角度をいう。この動的安息角は80°以下が好ましく、45°以下がより好ましく、30°以下が更に好ましい。特に、耐火性骨材が球状である場合において、45°以下の動的安息角が容易に実現され得るのである。なお、鋳型材料組成物が湿った状態で、円筒内で流動せずに、鋳型材料組成物層の斜面が平坦面として形成されず、その結果、動的安息角を測定することが出来ないものは、湿態の鋳型材料組成物に分類することとする。 Here, the term "dry mold material composition having room temperature fluidity" as used in the present invention means a mold material composition from which a measured value can be obtained when the dynamic angle of repose is measured, regardless of the water content. It is something to do. This dynamic angle of repose is determined by storing the mold material composition in a cylinder whose one axial end is closed with a transparent plate (for example, in a container with a diameter of 7.2 cm and a height of 10 cm). Fill the mold material composition up to half of its volume), hold the axis horizontally, and rotate it around the horizontal axis at a constant speed (e.g., 25 rpm) to cause it to flow inside the cylinder. The slope of the mold material composition layer formed by the mold material composition layer is flat and the angle formed between the slope and the horizontal plane. This dynamic angle of repose is preferably 80° or less, more preferably 45° or less, and even more preferably 30° or less. In particular, when the refractory aggregate is spherical, a dynamic angle of repose of 45° or less can be easily achieved. In addition, when the mold material composition is wet and does not flow within the cylinder, the slope of the mold material composition layer does not form a flat surface, and as a result, the dynamic angle of repose cannot be measured. shall be classified as a wet mold material composition.
本発明に従う常温流動性を有する乾態の鋳型材料組成物は、その含水分量が、耐火性骨材の表面を覆う被覆層に含まれる粘結材を構成する水ガラスの固形分量に対して、5~55質量%の割合に相当する量であることが望ましく、10~50質量%であることがより望ましく、特に20~50質量%であることが最も望ましい。この鋳型材料組成物における含水分量が、被覆層中の水ガラスの固形分量に対して5質量%に相当する量よりも少なくなると、水ガラスがガラス化して、鋳型造型の際に再び水を添加しても、溶液状に戻らない恐れがあり、一方55質量%に相当する量よりも多くなると、鋳型材料組成物が乾態状態とはならない恐れがある。なお、鋳型材料組成物における含水分量の測定方法としては、特に限定されるものではなく、水ガラスや硝酸塩等の種類に応じた、公知の手法が、適宜に採用可能である。具体的には、後掲の実施例の欄に記載の測定方法を、例示することが出来る。 The dry molding material composition having room-temperature fluidity according to the present invention has a moisture content that is equal to or less than the solid content of water glass constituting the binding agent contained in the coating layer that covers the surface of the refractory aggregate. The amount is preferably 5 to 55% by weight, more preferably 10 to 50% by weight, most preferably 20 to 50% by weight. When the water content in this mold material composition becomes less than an amount equivalent to 5% by mass based on the solid content of water glass in the coating layer, the water glass becomes vitrified and water is added again during mold making. However, if the amount exceeds 55% by mass, the mold material composition may not be in a dry state. Note that the method for measuring the water content in the mold material composition is not particularly limited, and any known method depending on the type of water glass, nitrate, etc. can be adopted as appropriate. Specifically, the measurement method described in the Examples section below can be exemplified.
一方、本発明に従う湿態の鋳型材料組成物にあっては、その含水分量が、粘結材としての水ガラスの固形分量に対して、70~400質量%の割合に相当する量であることが望ましく、中でも80~300質量%であることがより望ましく、90~200質量%であることが最も望ましい。この鋳型材料組成物における含水分量が、水ガラスの固形分量に対して70質量%に相当する量よりも少なくなると、水ガラスの粘度が高くなり、混練の際に均一に混ざりにくくなって、均一な鋳型が得られなくなる。一方、400質量%に相当する量よりも多くなると、鋳型材料組成物がスラリー状になる可能性があり、その結果成形型内に充填出来なくなる可能性がある。また、充填出来たとしても、成形型内での乾燥に時間がかかる恐れがある。 On the other hand, in the wet mold material composition according to the present invention, the water content thereof is an amount corresponding to a ratio of 70 to 400% by mass based on the solid content of water glass as a binding agent. The content is preferably 80 to 300% by mass, more preferably 80 to 300% by mass, and most preferably 90 to 200% by mass. If the water content in this mold material composition is less than the amount equivalent to 70% by mass based on the solid content of the water glass, the viscosity of the water glass will increase, making it difficult to mix uniformly during kneading. It becomes impossible to obtain a suitable mold. On the other hand, if the amount exceeds 400% by mass, the mold material composition may become slurry-like, and as a result, it may not be possible to fill it into the mold. Moreover, even if the filling is possible, it may take a long time to dry within the mold.
ここにおいて、本発明の鋳型材料組成物を構成する耐火性骨材としては、鋳型の基材として機能する耐火性物質であって、従来から鋳型用として利用されている各種の耐火性粒状乃至は粉状材料が何れも用いられ得、具体的には、ケイ砂、再生ケイ砂を初めとして、アルミナサンド、オリビンサンド、ジルコンサンド、クロマイトサンド等の特殊砂や、フェロクロム系スラグ、フェロニッケル系スラグ、転炉スラグ等のスラグ系粒子;アルミナ系粒子、ムライト系粒子等の人工粒子及びこれらの再生粒子;アルミナボール、マグネシアクリンカー等を挙げることが出来る。なお、これらの耐火性骨材は、新砂であっても、或いは、鋳物砂として鋳型の造型に一回或いは複数回使用された再生砂または回収砂であっても、更には、そのような再生砂や回収砂に新砂を加えて混合せしめてなる混合砂であっても、何ら差支えない。そして、そのような耐火性骨材は、一般に、AFS指数で40~200程度の粒度のものとして、好ましくは、50~150程度の粒度のものとして、用いられることとなる。また、耐火性骨材は、球状のものであることが好ましく、具体的には粒形係数が1.2以下、より好ましくは1.0~1.1であることが望ましい。この粒形係数が1.2以下である耐火性骨材を用いることにより、流動性や充填性が良くなって、骨材同士の接点数が多くなるところから、同じ強度を発現するために必要な粘結材の量や添加物量を少なくすることが出来る。なお、ここで用いられる骨材の粒形係数は、一般に、粒子の外形形状を示す一つの尺度として採用され、粒形指数とも称されるものであって、その値が1に近付く程、球形(真球)に近付くことを意味しているものである。そして、そのような粒形係数は、公知の各種の手法で測定された砂表面積を用いて算出された値にて表わされるものであって、例えば、砂表面積測定器(ジョージ・フィッシャー社製)を用いて、1gあたりの実際の砂粒の表面積を測定し、それを、理論的表面積で除した値を意味するものである。なお、理論的表面積とは、砂粒が全て球形であると仮定した場合の表面積である。 Here, the refractory aggregate constituting the mold material composition of the present invention is a refractory substance that functions as a base material for molds, and includes various refractory granular or Any powdery material can be used, specifically silica sand, recycled silica sand, special sand such as alumina sand, olivine sand, zircon sand, chromite sand, ferrochrome slag, ferronickel slag, etc. , slag-based particles such as converter slag; artificial particles such as alumina-based particles and mullite-based particles; and recycled particles thereof; alumina balls, magnesia clinker, and the like. Furthermore, these refractory aggregates may be new sand, recycled sand or recovered sand that has been used once or multiple times in mold making as foundry sand, and furthermore, such recycled sand may be There is no problem with mixed sand made by adding new sand to sand or recycled sand. Such refractory aggregate is generally used with a particle size of about 40 to 200 in AFS index, preferably about 50 to 150. Further, the refractory aggregate is preferably spherical, and specifically, it is desirable that the particle shape coefficient is 1.2 or less, more preferably 1.0 to 1.1. By using refractory aggregates with a grain size coefficient of 1.2 or less, fluidity and filling properties are improved, and the number of points of contact between aggregates increases, which is necessary to achieve the same strength. The amount of binder and additives can be reduced. The particle shape coefficient of the aggregate used here is generally adopted as a measure of the external shape of particles, and is also referred to as a particle shape index, and the closer the value is to 1, the more spherical it is. This means approaching a perfect sphere. Such grain shape coefficient is expressed as a value calculated using the sand surface area measured by various known methods, such as a sand surface area measuring device (manufactured by George Fisher). It means the value obtained by measuring the actual surface area of sand grains per gram and dividing it by the theoretical surface area. Note that the theoretical surface area is the surface area assuming that all sand grains are spherical.
また、本発明に係る鋳型材料組成物においては、上述の如き耐火性骨材に配合せしめられる粘結材として、水ガラスを必須成分とするものが用いられることとなる。ここで、水ガラスとは、水溶性のケイ酸化合物であり、そのようなケイ酸化合物としては、例えば、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、メタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム、ケイ酸アンモニウム等を挙げることが出来るが、それらの中でも、特にケイ酸ナトリウム(ケイ酸ソーダ)が、本発明では有利に用いられることとなる。また、粘結材としては、水ガラスを必須成分として用いる限りにおいて、種々の水溶性バインダ、例えば、熱硬化性樹脂、糖類、タンパク質、合成高分子、塩類や無機高分子等を併用することが可能である。なお、他の水溶性バインダを水ガラスと併用する場合、粘結材全体における水ガラスの割合は、固形分基準において、60質量%以上であることが好ましく、より好ましくは80質量%以上、最も好ましくは90%質量以上である。 Furthermore, in the mold material composition according to the present invention, a binder containing water glass as an essential component is used as a caking agent mixed with the above-mentioned refractory aggregate. Here, water glass is a water-soluble silicate compound, and examples of such silicate compounds include sodium silicate, potassium silicate, sodium metasilicate, potassium metasilicate, lithium silicate, and silicate. Among them, sodium silicate (sodium silicate) is particularly advantageously used in the present invention. Furthermore, as long as water glass is used as an essential component, various water-soluble binders such as thermosetting resins, sugars, proteins, synthetic polymers, salts, and inorganic polymers can be used in combination as the caking agent. It is possible. When using other water-soluble binders together with water glass, the proportion of water glass in the entire binder is preferably 60% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, most preferably 80% by mass or more, based on solid content. Preferably it is 90% or more by mass.
さらに、上記のケイ酸ナトリウムは、通常、SiO2 /Na2O のモル比により、1号~5号の種類に分類されて、用いられている。具体的には、ケイ酸ナトリウム1号は、SiO2 /Na2O のモル比が2.0~2.3であるものであり、またケイ酸ナトリウム2号は、SiO2 /Na2O のモル比が2.4~2.6であるものであり、更にケイ酸ナトリウム3号は、SiO2 /Na2O のモル比が2.8~3.3であるものである。加えて、ケイ酸ナトリウム4号は、SiO2 /Na2O のモル比が3.3~3.5であるものであり、またケイ酸ナトリウム5号は、SiO2 /Na2O のモル比が3.6~3.8であるものである。これらの中で、ケイ酸ナトリウム1号~3号は、JIS-K-1408にても規定されている。そして、これら各種のケイ酸ナトリウムは、本発明において、単独での使用の他、混合して用いられても良く、また混合することで、SiO2 /Na2O のモル比を調製することも可能である。 Further, the above-mentioned sodium silicate is usually classified into types 1 to 5 according to the molar ratio of SiO 2 /Na 2 O and used. Specifically, sodium silicate No. 1 has a SiO 2 /Na 2 O molar ratio of 2.0 to 2.3, and sodium silicate No. 2 has a SiO 2 /Na 2 O molar ratio of 2.0 to 2.3. The molar ratio is 2.4 to 2.6, and sodium silicate No. 3 has a SiO 2 /Na 2 O molar ratio of 2.8 to 3.3. In addition, sodium silicate No. 4 has a SiO 2 /Na 2 O molar ratio of 3.3 to 3.5, and sodium silicate No. 5 has a SiO 2 /Na 2 O molar ratio of 3.3 to 3.5. is 3.6 to 3.8. Among these, sodium silicate Nos. 1 to 3 are also specified in JIS-K-1408. In the present invention, these various sodium silicates may be used alone or in a mixture, and by mixing, the molar ratio of SiO 2 /Na 2 O can be adjusted. It is possible.
そして、本発明においては、目的とする鋳型材料組成物を有利に得るべく、粘結材として用いられる水ガラスを構成するケイ酸ナトリウムは、SiO2 /Na2O のモル比が、一般に1.9以上、好ましくは2.0以上、より好ましくは2.1以上であることが望ましく、上記したケイ酸ナトリウムの分類において、1号及び2号に相当するケイ酸ナトリウムが、特に有利に用いられることとなる。かかるケイ酸ナトリウム1号及び2号は、それぞれ、水ガラス中のケイ酸ナトリウム濃度が広い範囲においても、安定して、特性の良好な鋳型材料組成物を与えるものである。また、そのようなケイ酸ナトリウムにおけるSiO2 /Na2O のモル比の上限は、水溶液の形態にある水ガラスの特性に応じて適宜に選定されることとなるが、一般に、3.5以下、好ましくは3.2以下、より好ましくは2.7以下とされることとなる。ここで、SiO2 /Na2O のモル比が1.9よりも小さくなると、特に乾態の場合に、水ガラスの粘性が低くなり、水分量をかなり低くしなければ、鋳型材料組成物を乾態とすることが困難となる恐れがあり、その一方、3.5よりも大きくなると、水への溶解度が低下して、接着面積が稼げず、最終的に得られる鋳型の強度が低下する恐れがある。 In the present invention, in order to advantageously obtain the intended mold material composition, the sodium silicate constituting the water glass used as the caking agent generally has a molar ratio of SiO 2 /Na 2 O of 1. 9 or more, preferably 2.0 or more, more preferably 2.1 or more, and in the above-mentioned sodium silicate classification, sodium silicates corresponding to No. 1 and No. 2 are particularly advantageously used. That will happen. Such sodium silicate No. 1 and No. 2 each provide a mold material composition that is stable and has good properties even in a wide range of sodium silicate concentrations in water glass. In addition, the upper limit of the molar ratio of SiO 2 /Na 2 O in such sodium silicate will be appropriately selected depending on the characteristics of water glass in the form of an aqueous solution, but is generally 3.5 or less. , preferably 3.2 or less, more preferably 2.7 or less. Here, when the molar ratio of SiO 2 /Na 2 O is smaller than 1.9, the viscosity of the water glass becomes low, especially in the dry state, and the mold material composition cannot be used unless the water content is significantly lowered. On the other hand, if it is larger than 3.5, the solubility in water decreases, the adhesion area cannot be increased, and the strength of the mold ultimately obtained decreases. There is a fear.
また、本発明において用いられる水ガラスは、水に溶けた状態のケイ酸化合物の溶液のことを意味し、市場において購入されたままの原液の状態において用いられる他、そのような原液に水を添加して、希釈した状態において用いられることとなる。そして、そのような水ガラスから、水や溶剤等の、揮発する物質を除いた不揮発分(水ガラス成分)を固形分と言い、これが、上記したケイ酸ナトリウム等の可溶性のケイ酸化合物に相当するものである。また、そのような固形分(不揮発分)の割合が高い程、水ガラス中のケイ酸化合物濃度は、高くなるものである。従って、本発明において用いられる水ガラスの固形分とは、それが原液のみにて構成される場合においては、かかる原液中の水分量を除いた量に相当することとなり、一方、原液を水にて希釈して得られる希釈液が用いられる場合にあっては、原液中の水分量と希釈に用いられた水の量とを除いた量が、使用される水ガラスの固形分に相当することとなる。 Furthermore, the water glass used in the present invention refers to a solution of a silicic acid compound dissolved in water, and can be used in the form of a undiluted solution as purchased on the market, or by adding water to such a undiluted solution. It is added and used in a diluted state. The non-volatile content (water glass component) after removing volatile substances such as water and solvents from such water glass is called the solid content, and this corresponds to the soluble silicate compounds such as sodium silicate mentioned above. It is something to do. Moreover, the higher the proportion of such solid content (non-volatile content), the higher the concentration of silicic acid compounds in water glass. Therefore, when the water glass used in the present invention is composed of only a stock solution, the solid content of the water glass corresponds to the amount excluding the water content in the stock solution. If a diluted solution obtained by dilution is used, the amount of water in the stock solution minus the amount of water used for dilution must correspond to the solid content of the water glass used. becomes.
さらに、そのような水ガラス中の固形分は、水ガラス成分(可溶性ケイ酸化合物)の種類等に応じて適宜の割合とされることとなるが、有利には、20~50質量%の割合において含有せしめられていることが望ましい。この固形分に相当する水ガラス成分を適度に水溶液中に存在せしめることによって、耐火性骨材との混合(混練)時に、かかる耐火性骨材に対して、乾態においてはムラなく、均一に、水ガラス成分の被覆を形成することが出来、また湿態においてはムラなく、均一に、骨材と水ガラスを混合することが出来、それによって、目的とする鋳型を有利に造型することが可能となる。なお、水ガラス中における水ガラス成分の濃度が低くなり過ぎて、固形分の合計量が20質量%未満となると、乾態においては、鋳型材料組成物の乾燥のために、加熱温度を高くしたり、加熱時間を長くしたりする必要があり、そのために、エネルギーロス等の問題が惹起されるようになる。湿態においては、成形型内での加熱による時間が長くなり、鋳型の造型サイクルの長期化の問題が惹起される。また、水ガラス中における固形分の割合が高くなり過ぎると、乾態においては耐火性骨材の表面を、水ガラス成分にて均一に被覆することが困難となり、湿態においては水ガラスの粘度が高くなり過ぎて、ムラなく、均一に骨材と水ガラスを混合することが困難となり、目的とする鋳型の特性の向上にも問題を惹起するところから、かかる固形分は50質量%以下、従って水分量が50質量%以上の割合となるように、水溶液の形態にある水ガラスを調製することが望ましい。 Furthermore, the solid content in such water glass will be set at an appropriate ratio depending on the type of water glass component (soluble silicic acid compound), etc., but advantageously a ratio of 20 to 50% by mass. It is desirable that it be contained in. By having an appropriate amount of water glass component corresponding to this solid content in the aqueous solution, when mixed (kneaded) with the refractory aggregate, the refractory aggregate can be evenly and uniformly mixed in the dry state. , it is possible to form a coating of the water glass component, and in a wet state, the aggregate and water glass can be evenly and uniformly mixed, thereby making it possible to advantageously form the desired mold. It becomes possible. In addition, if the concentration of water glass components in water glass becomes too low and the total solid content becomes less than 20% by mass, the heating temperature may be raised to dry the mold material composition in the dry state. It is necessary to increase the heating time or increase the heating time, which causes problems such as energy loss. In a wet state, the heating time within the mold becomes longer, causing the problem of prolonging the molding cycle. Furthermore, if the proportion of solids in water glass becomes too high, it becomes difficult to uniformly cover the surface of the refractory aggregate with the water glass component in the dry state, and the viscosity of the water glass in the wet state increases. If the solid content becomes too high, it becomes difficult to evenly and uniformly mix the aggregate and water glass, and this also causes problems in improving the properties of the mold. Therefore, the solid content should be 50% by mass or less. Therefore, it is desirable to prepare water glass in the form of an aqueous solution so that the water content is 50% by mass or more.
そして、かかる水ガラスは、耐火性骨材の100質量部に対して、不揮発分のみとして考えた場合の固形分換算で0.1~5.0質量部の割合において用いられることが望ましく、中でも、0.3~4.0質量部の割合が特に有利に採用される。ここで、固形分の測定は、以下のようにして実施される。即ち、アルミ箔製の試料皿(縦:9cm、横:9cm、高さ:1.5cm)内に、試料10gを収容して秤量し、180±1℃に保持した加熱板上に置き、20分間放置した後、かかる試料皿を反転させて、更に20分間、上記加熱板上に放置する。その後、試料皿を加熱板上から取り出して、デシケータ中で放冷した後、秤量を行って、次式により、固形分(質量%)が算出される。
固形分(質量%)=
{[乾燥後の試料皿の質量(g)-試料皿の質量(g)]
/[乾燥前の試料皿の質量(g)-試料皿の質量(g)]}×100
It is desirable that such water glass is used in a proportion of 0.1 to 5.0 parts by mass in terms of solid content when considering only non-volatile content, with respect to 100 parts by mass of the refractory aggregate. , 0.3 to 4.0 parts by weight are particularly preferably employed. Here, the measurement of solid content is carried out as follows. That is, 10 g of the sample was placed in an aluminum foil sample dish (length: 9 cm, width: 9 cm, height: 1.5 cm), weighed, placed on a heating plate maintained at 180 ± 1°C, and heated for 20 minutes. After being left for a minute, the sample dish is inverted and left on the heating plate for an additional 20 minutes. Thereafter, the sample plate is taken out from the heating plate, left to cool in a desiccator, and then weighed to calculate the solid content (mass %) using the following formula.
Solid content (mass%) =
{[Mass of sample plate after drying (g) - Mass of sample plate (g)]
/[mass of sample plate before drying (g) - mass of sample plate (g)]}×100
なお、本発明において、水ガラスの使用量が少なくなり過ぎると、乾態においては耐火性骨材の表面に被覆層が形成され難くなり、湿態においては骨材を水溶液状の水ガラスで覆うことが出来なくなり、鋳型造型時の鋳型材料組成物の固化乃至は硬化が充分に進行し難くなる恐れがある。また、水ガラスの使用量が多くなり過ぎても、乾態においては耐火性骨材の表面に、余分な量の水ガラスが付着して、均一な被覆層が形成され難くなると共に、鋳型材料組成物が相互に固着して団塊化(複合粒子化)する恐れもあり、湿態においては余分な量の水ガラスが鋳型造形時にムラとなって、鋳型の均一な物性を妨げる恐れもあり、そのために、最終的に得られる鋳型の物性に悪影響をもたらし、加えて、金属を鋳込んだ後の中子の砂落としを難しくする問題も惹起する恐れがある。 In addition, in the present invention, if the amount of water glass used is too small, it becomes difficult to form a coating layer on the surface of the refractory aggregate in the dry state, and in the wet state, the aggregate is covered with water glass in an aqueous solution. This may make it difficult for the mold material composition to sufficiently solidify or harden during mold making. Furthermore, even if the amount of water glass used is too large, an excess amount of water glass will adhere to the surface of the refractory aggregate in the dry state, making it difficult to form a uniform coating layer, and making it difficult to form a uniform coating layer. There is a risk that the compositions will stick to each other and form agglomerates (composite particles), and in a wet state, an excess amount of water glass may cause unevenness during mold formation, which may interfere with the uniform physical properties of the mold. This may have an adverse effect on the physical properties of the mold that is finally obtained, and may also cause the problem of making it difficult to remove sand from the core after casting the metal.
そして、本発明に従う鋳型材料組成物においては、その調整によって、耐火性骨材の表面を覆う水ガラス(被覆層)中に、所定の硝酸塩が存在せしめられているところに、大きな技術的特徴が存しているのである。即ち、水ガラス中に所定の硝酸塩が分散して存在せしめられていることにより、その水ガラス中の硝酸塩が溶湯の熱によって分解して、二酸化窒素ガス等の窒素酸化物のガスや酸素等を発生せしめ、そして、その発生したガスにて、耐火性骨材表面に存在する水ガラスからなる粘結膜に亀裂を発生せしめ、水ガラスの粘結膜を壊すことで、鋳型を崩壊し易くすることが出来る。更に、水ガラス中の水分との反応により発生する硝酸によって、水ガラスの珪酸ナトリウムを中和して、ガラス化することにより、脆くする効果が得られ、以て、打撃等で鋳型をより一層崩壊し易くすることが出来ることとなるのである。更にまた、発生するガスによるフィルム効果によって、鋳型と溶湯の間にガス膜を作ることにより、鋳型面の平滑性が有利に高められ、以て、得られる鋳物の鋳肌を効果的に向上せしめることも出来ることとなる。 A major technical feature of the mold material composition according to the present invention is that a predetermined amount of nitrate is present in the water glass (coating layer) that covers the surface of the refractory aggregate through its adjustment. It exists. In other words, by dispersing the predetermined nitrates in the water glass, the nitrates in the water glass are decomposed by the heat of the molten metal, producing nitrogen oxide gas such as nitrogen dioxide gas, oxygen, etc. Then, the generated gas causes cracks in the cohesive conjunctiva made of water glass present on the surface of the refractory aggregate, and by breaking the cocoon conjunctiva of the water glass, the mold can easily collapse. I can do it. Furthermore, the nitric acid generated by the reaction with the water in the water glass neutralizes the sodium silicate in the water glass and vitrifies it, making it more brittle. This makes it easier to collapse. Furthermore, the film effect of the generated gas creates a gas film between the mold and the molten metal, which advantageously increases the smoothness of the mold surface, thereby effectively improving the casting surface of the resulting casting. This will also be possible.
ここにおいて、本発明において鋳型材料組成物に含有せしめられる、上述の如き所定の硝酸塩の量は、水ガラスの固形分量の100質量部に対して、0.5~30質量部であることが望ましく、中でも1~25質量部が好ましく、特に3~20質量部であることが好ましい。この含有せしめられる硝酸塩の量が少な過ぎると、上記した効果を有利に享受することが出来ない恐れがあり、その一方、硝酸塩の量が多過ぎても、その使用量に応じた効果の向上が認められず、更には、費用対効果の観点より得策ではない。本発明においては、かかる所定の硝酸塩として、アルカリ金属硝酸塩である硝酸ナトリウム、硝酸カリウムやアルカリ土類金属硝酸塩である硝酸カルシウム、硝酸マグネシウムが好適なものとして挙げられ、これらを、単独で、又は2種類以上を混合して、用いることが可能である。特に、水ガラスへの溶解性が高い点から、硝酸ナトリウムや硝酸カリウムの採用が、推奨される。これらの硝酸塩は、水ガラスと混ざり易い性質を有しているため、鋳型の造形の際に、水ガラスの粘結膜中に硝酸塩を均一に分散することが出来る。 Here, the amount of the above-described predetermined nitrate to be contained in the mold material composition in the present invention is preferably 0.5 to 30 parts by mass based on 100 parts by mass of the solid content of water glass. Among them, 1 to 25 parts by weight is preferable, and 3 to 20 parts by weight is particularly preferable. If the amount of nitrate contained is too small, there is a risk that the above-mentioned effects cannot be enjoyed advantageously.On the other hand, even if the amount of nitrate is too large, the effect will not improve according to the amount used. This is not acceptable, and furthermore, it is not a good idea from a cost-effectiveness perspective. In the present invention, preferred examples of the predetermined nitrate include alkali metal nitrates such as sodium nitrate and potassium nitrate, and alkaline earth metal nitrates such as calcium nitrate and magnesium nitrate, which may be used singly or in combination. It is possible to use a mixture of the above. In particular, it is recommended to use sodium nitrate or potassium nitrate because of their high solubility in water glass. Since these nitrates have the property of being easily mixed with water glass, it is possible to uniformly disperse the nitrates in the cacoconjunctiva of the water glass when molding.
ところで、本発明の鋳型材料組成物においては、その鋳型材料組成物中に、上述した硝酸塩等の他にも、必要に応じて、公知の各種添加剤を適宜に含有せしめることも可能である。特に、硝酸塩に、炭化水素含有化合物を組み合わせて用いることが好ましく、かかる炭化水素含有化合物の有機分と硝酸塩とが反応することにより、当該鋳型材料組成物を用いて造型された鋳型の崩壊性は、更に向上させられ得るのである。なお、この炭化水素含有化合物としては、炭化水素基を含有した化合物であれば何れでも良いが、好ましいものとしては、具体的に、界面活性剤や滑剤等を挙げることが出来る。 By the way, in the mold material composition of the present invention, in addition to the above-mentioned nitrates, etc., various known additives can be appropriately included as needed. In particular, it is preferable to use a nitrate in combination with a hydrocarbon-containing compound, and the reaction between the organic content of the hydrocarbon-containing compound and the nitrate reduces the collapsibility of a mold molded using the mold material composition. , it can be further improved. The hydrocarbon-containing compound may be any compound containing a hydrocarbon group, but preferred examples include surfactants and lubricants.
そのような添加剤としての界面活性剤が、鋳型材料組成物に添加含有せしめられていることにより、硝酸塩から発生する酸素と反応し、燃焼することによって、より崩壊性が向上せしめられることとなるのである。また、界面活性剤の存在によって、水の浸透性、換言すれば水への濡れ性が、優れたものとなっているのである。このため、特に乾態の鋳型材料組成物に対して、鋳型造型時に水分が供給されると、その供給された水分と水ガラスとの間を界面活性剤が仲介することにより、少量の水分であっても、鋳型材料組成物全体が効果的に湿態化することとなるのであり、以て、1)鋳型材料組成物への水分の供給時間(例えば、水蒸気によって水分を供給する場合には、水蒸気の通気時間)を必要最低限に抑えることが可能ならしめられ、また2)成形型(成形キャビティ)への水分の供給量が少量に抑えられる結果、造型された鋳型にあっては、成形型からの離型性が優れていることに加えて、優れた強度も発揮する等の効果を、有利に享受することが可能となるのである。 By adding a surfactant as such an additive to the mold material composition, it reacts with the oxygen generated from the nitrate and burns, thereby further improving the disintegration property. It is. Furthermore, the presence of the surfactant provides excellent water permeability, in other words, water wettability. Therefore, when water is supplied to a dry mold material composition during mold making, the surfactant acts as an intermediary between the supplied water and the water glass. Even if moisture is supplied to the mold material composition, the entire mold material composition will be effectively moistened. , steam ventilation time) can be kept to the necessary minimum, and 2) the amount of water supplied to the mold (molding cavity) can be kept to a small amount. In addition to being excellent in releasability from the mold, it is also possible to advantageously enjoy the effects of exhibiting excellent strength.
なお、本発明において、鋳型材料組成物に含有せしめられる界面活性剤の量は、水ガラスの固形分量の100質量部に対して、0.1~20.0質量部であることが望ましく、中でも0.5~15.0質量部が好ましく、特に0.75~12.5質量部であることが好ましい。この含有せしめられる界面活性剤の量が少な過ぎると、上記した効果を有利に享受することが出来ない恐れがあり、その一方、界面活性剤の量が多過ぎても、その使用量に応じた効果の向上が認められず、更には、費用対効果の観点より得策ではない。 In the present invention, the amount of surfactant contained in the mold material composition is desirably 0.1 to 20.0 parts by mass based on 100 parts by mass of the solid content of water glass. The amount is preferably from 0.5 to 15.0 parts by weight, particularly preferably from 0.75 to 12.5 parts by weight. If the amount of surfactant contained is too small, there is a risk that the above-mentioned effects cannot be enjoyed advantageously.On the other hand, even if the amount of surfactant is too large, No improvement in effectiveness has been observed, and furthermore, it is not a good idea from a cost-effectiveness perspective.
そのような界面活性剤としては、陽イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、シリコーン系界面活性剤及びフッ素系界面活性剤の何れをも、用いることが出来る。具体的には、陽イオン性界面活性剤としては、脂肪族アミン塩、脂肪族4級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム等が挙げられる。また、陰イオン性界面活性剤としては、脂肪酸石鹸、N-アシル-N-メチルグリシン塩、N-アシル-N-メチル-β-アラニン塩、N-アシルグルタミン酸塩、アルキルエーテルカルボン酸塩、アシル化ペプチド、アルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、ジアルキルスルホ琥珀酸エステル塩、アルキルスルホ酢酸塩、α-オレフィンスルホン酸塩、N-アシルメチルタウリン、硫酸化油、高級アルコール硫酸エステル塩、第2級高級アルコール硫酸エステル塩、アルキルエーテル硫酸塩、第2級高級アルコールエトキシサルフェート、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸塩、モノグリサルフェート、脂肪酸アルキロールアミド硫酸エステル塩、アルキルエーテルリン酸エステル塩、アルキルリン酸エステル塩等が挙げられる。更に、両性界面活性剤としては、カルボキシベタイン型、スルホベタイン型、アミノカルボン酸塩、イミダゾリニウムベタイン等が挙げられる。加えて、非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン2級アルコールエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル(例えば、エマルゲン911)、ポリオキシエチレンステロールエーテル、ポリオキシエチレンラノリン誘導体、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル(例えば、ニューポールPE-62)、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンヒマシ油、硬化ヒマシ油、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、脂肪酸モノグリセリド、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、プロピレングリコール脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、脂肪酸アルカノールアミド、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルキルアミンオキサイド、アセチレングリコール、アセチレンアルコール等が挙げられる。 Such surfactants include cationic surfactants, anionic surfactants, amphoteric surfactants, nonionic surfactants, silicone surfactants, and fluorine surfactants. , can be used. Specifically, examples of the cationic surfactant include aliphatic amine salts, aliphatic quaternary ammonium salts, benzalkonium salts, benzethonium chloride, and the like. In addition, examples of anionic surfactants include fatty acid soap, N-acyl-N-methylglycine salt, N-acyl-N-methyl-β-alanine salt, N-acylglutamate, alkyl ether carboxylate, acyl peptide, alkyl sulfonate, alkylbenzene sulfonate, alkylnaphthalene sulfonate, dialkyl sulfosuccinate salt, alkyl sulfoacetate, α-olefin sulfonate, N-acylmethyl taurine, sulfated oil, higher alcohol Sulfate ester salt, secondary higher alcohol sulfate ester salt, alkyl ether sulfate, secondary higher alcohol ethoxy sulfate, polyoxyethylene alkylphenyl ether sulfate, monoglysulfate, fatty acid alkylolamide sulfate ester salt, alkyl ether phosphorus Examples include acid ester salts and alkyl phosphate ester salts. Furthermore, examples of the amphoteric surfactant include carboxybetaine type, sulfobetaine type, aminocarboxylate, imidazolinium betaine, and the like. In addition, nonionic surfactants include polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene secondary alcohol ether, polyoxyethylene alkyl phenyl ether (e.g., Emulgen 911), polyoxyethylene sterol ether, polyoxyethylene lanolin derivatives. , polyoxyethylene polyoxypropylene alkyl ether (e.g. Newport PE-62), polyoxyethylene glycerin fatty acid ester, polyoxyethylene castor oil, hydrogenated castor oil, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitol fatty acid ester, Polyethylene glycol fatty acid ester, fatty acid monoglyceride, polyglycerin fatty acid ester, sorbitan fatty acid ester, propylene glycol fatty acid ester, sucrose fatty acid ester, fatty acid alkanolamide, polyoxyethylene fatty acid amide, polyoxyethylene alkylamine, alkylamine oxide, acetylene glycol, Examples include acetylene alcohol.
また、種々の界面活性剤のうち、特に、非極性部位としてシロキサン構造を有するものが、シリコーン系界面活性剤と呼称され、更にパーフルオロアルキル基を有するものが、フッ素系界面活性剤と呼称されているが、その中で、シリコーン系界面活性剤としては、ポリエステル変性シリコーン、アクリル末端ポリエステル変性シリコーン、ポリエーテル変性シリコーン、アクリル末端ポリエーテル変性シリコーン、ポリグリセリン変性シリコーン、アミノプロピル変性シリコーン等が挙げられる。また、フッ素系界面活性剤としては、パーフルオロアルキルスルフォン酸塩、パーフルオロアルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキルリン酸エステル、パーフルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物、パーフルオロアルキル基含有オリゴマー等が挙げられる。 Furthermore, among various surfactants, those that have a siloxane structure as a nonpolar moiety are called silicone surfactants, and those that have a perfluoroalkyl group are called fluorine surfactants. However, examples of silicone surfactants include polyester-modified silicones, acrylic-terminated polyester-modified silicones, polyether-modified silicones, acrylic-terminated polyether-modified silicones, polyglycerin-modified silicones, and aminopropyl-modified silicones. It will be done. In addition, examples of fluorosurfactants include perfluoroalkyl sulfonates, perfluoroalkyl carboxylates, perfluoroalkyl phosphates, perfluoroalkyl trimethylammonium salts, perfluoroalkyl ethylene oxide adducts, and perfluoroalkyl groups. Examples include containing oligomers.
本発明においては、上述の如き各種の界面活性剤を、単独で、又は2種類以上を混合して、用いることが可能である。尤も、界面活性剤によっては、水ガラスと反応し、時間の経過と共に、界面活性能が低下乃至は消失する恐れがあるものがあるため、水ガラスと反応しない陰イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤及びシリコーン系界面活性剤が、本発明の鋳型材料組成物においては、特に有利に使用されることとなる。 In the present invention, the various surfactants described above can be used alone or in combination of two or more. However, some surfactants may react with water glass and cause their surfactant ability to decrease or disappear over time, so anionic surfactants and nonionic surfactants that do not react with water glass Polymer surfactants and silicone surfactants are particularly advantageously used in the mold material composition of the present invention.
また、本発明にあっては、滑剤を添加剤として加えて、鋳型材料組成物の耐火性骨材表面に存在せしめることが、好ましい。かかる滑剤の存在によって、鋳型材料組成物の流動性が、有利に向上せしめられ得るのである。しかも、この滑剤と硝酸塩との組み合わせにより、かかる滑剤の有機分が硝酸塩より発生する酸素と反応し、燃焼することから、鋳型の崩壊性をより一層向上せしめ得るのである。 Further, in the present invention, it is preferable to add a lubricant as an additive and make it exist on the surface of the refractory aggregate of the mold material composition. The presence of such lubricants can advantageously improve the flowability of the mold material composition. Moreover, by combining this lubricant with nitrate, the organic content of the lubricant reacts with the oxygen generated by the nitrate and burns, making it possible to further improve the collapsibility of the mold.
ここで、本発明に従う鋳型材料組成物に含有せしめられる滑剤の量としては、水ガラスの固形分量の100質量部に対して、0.1~10質量部であることが望ましく、中でも0.3~8質量部が好ましく、特に0.5~5質量部であることが好ましい。この含有せしめられる滑剤の量が少な過ぎると、上記した効果を有利に享受することが出来ない恐れがあり、その一方、滑剤の量が多過ぎても、鋳型強度が低下することや、更には、費用対効果の観点より得策ではない。 Here, the amount of lubricant contained in the mold material composition according to the present invention is desirably 0.1 to 10 parts by mass, particularly 0.3 parts by mass, based on 100 parts by mass of the solid content of water glass. The amount is preferably 8 parts by weight, particularly 0.5 to 5 parts by weight. If the amount of lubricant contained is too small, the above-mentioned effects may not be advantageously enjoyed, while if the amount of lubricant is too large, mold strength may decrease or even worse. , it is not a good idea from a cost-effectiveness perspective.
かかる本発明で用いられる滑剤としては、例えば、パラフィンワックス、合成ポリエチレンワックス、モンタン酸ワックス等のワックス類;ステアリン酸アマイド、オレイン酸アマイド、エルカ酸アマイド等の脂肪酸アマイド類;メチレンビスステアリン酸アマイド、エチレンビスステアリン酸アマイド等のアルキレン脂肪酸アマイド類;ステアリン酸、ステアリルアルコール;ステアリン酸鉛、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム等のステアリン酸金属塩;ステアリン酸モノグリセリド、ステアリルステアレート、硬化油等を使用することが可能である。これらの中でも、特に、ステアリン酸カルシウム等が有利に用いられる。なお、上記の含炭化水素含有化合物である滑剤に、炭化水素を含有していない黒鉛、タルク、雲母、二硫化モリブデン等の滑剤を併用しても、何等差支えない。 Examples of the lubricant used in the present invention include waxes such as paraffin wax, synthetic polyethylene wax, and montanic acid wax; fatty acid amides such as stearamide, oleic acid amide, and erucic acid amide; methylene bisstearic acid amide; Alkylene fatty acid amides such as ethylene bisstearamide; stearic acid, stearyl alcohol; stearic acid metal salts such as lead stearate, zinc stearate, calcium stearate, magnesium stearate; stearic acid monoglyceride, stearyl stearate, hydrogenated oil, etc. It is possible to use Among these, calcium stearate and the like are particularly advantageously used. Note that there is no problem in using a lubricant such as graphite, talc, mica, molybdenum disulfide, etc., which does not contain hydrocarbons, in combination with the above-mentioned lubricant which is a hydrocarbon-containing compound.
また、本発明の鋳型材料組成物においては、硝酸塩に、炭酸塩及びホウ酸塩のうちの少なくとも一つを組み合わせて用いることが好ましく、そのような炭酸塩及び/又はホウ酸塩と、硝酸塩とを併用することにより、更なる有用な効果が奏され得るのである。即ち、炭酸塩は、硝酸塩と同様に、造型・鋳造による熱により二酸化炭素を放出し、水ガラスの粘結膜中に亀裂を発生させ、水ガラスの粘結膜を壊すことで、鋳型を崩壊し易くすると共に、生じた二酸化炭素は水ガラス中の水分により弱酸の炭酸水となり、硝酸塩より効果は低いが、中和反応を促進させることが出来る。一方、ホウ酸塩は、造型・鋳造による熱により、水ガラス中のOHとホウ酸塩から生じた四ホウ酸イオン又はメタホウ酸イオンとが反応し、水ガラス中のOHを塞ぐことで、再溶解しにくくなり、以て、水ガラスの粘結膜の軟化を防ぎ、硝酸塩の効果をより促進させることが出来る。これらのことから、当該鋳型材料組成物を用いて造型された鋳型の崩壊性は、更に向上させられ得ると共に、鋳型の耐湿性を向上させ、吸湿による強度劣化を抑制することが出来ることとなる。 Furthermore, in the mold material composition of the present invention, it is preferable to use nitrate in combination with at least one of carbonate and borate; such carbonate and/or borate and nitrate are preferably used in combination. Further useful effects can be achieved by using them together. In other words, carbonates, like nitrates, release carbon dioxide due to the heat generated during molding and casting, causing cracks in the cohesive conjunctiva of the water glass, and by breaking the cocoon conjunctiva of the water glass, making the mold more likely to collapse. At the same time, the generated carbon dioxide becomes carbonated water, which is a weak acid, due to the moisture in the water glass, and although it is less effective than nitrates, it can promote the neutralization reaction. On the other hand, borates are produced by the reaction of OH in water glass with tetraborate ions or metaborate ions generated from borates due to the heat generated during molding and casting, which blocks the OH in water glass. It becomes difficult to dissolve, thereby preventing the softening of the conjunctiva of water glass and further promoting the effect of nitrate. From these facts, it is possible to further improve the collapsibility of a mold molded using the mold material composition, and also to improve the moisture resistance of the mold and suppress strength deterioration due to moisture absorption. .
本発明において、鋳型材料組成物に含有せしめられる上述の如き炭酸塩及び/又はホウ酸塩の量は、水ガラスの固形分量の100質量部に対して、0.5~50質量部であることが望ましく、中でも1~20質量部が好ましく、特に2~15質量部であることが好ましい。この含有せしめられる炭酸塩及び/又はホウ酸塩の量が少な過ぎると、上記した効果を有利に享受することが出来ない恐れがあり、その一方、炭酸塩及び/又はホウ酸塩の量が多過ぎても、その使用量に応じた効果の向上が認められず、更には費用対効果の観点より、得策ではない。なお、炭酸塩とホウ酸塩は併用して使用しても良い。 In the present invention, the amount of carbonate and/or borate as described above contained in the mold material composition is 0.5 to 50 parts by mass based on 100 parts by mass of the solid content of water glass. The amount is preferably 1 to 20 parts by weight, particularly preferably 2 to 15 parts by weight. If the amount of carbonate and/or borate contained is too small, the above-mentioned effects may not be advantageously enjoyed; on the other hand, if the amount of carbonate and/or borate is too large, Even if the amount is exceeded, the effect will not improve in proportion to the amount used, and furthermore, it is not a good idea from a cost-effective point of view. Note that carbonate and borate may be used in combination.
ここで、そのような炭酸塩としては、炭酸亜鉛、塩基性炭酸亜鉛、炭酸鉄、炭酸マンガン、炭酸銅、炭酸アルミニウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸リチウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム等が挙げられる。また、そのようなホウ酸塩としては、四ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸カリウム、四ホウ酸リチウム、四ホウ酸アンモニウム、四ホウ酸カルシウム、四ホウ酸ストロンチウム、四ホウ酸銀、メタホウ酸ナトリウム、メタホウ酸カリウム、メタホウ酸リチウム、メタホウ酸アンモニウム、メタホウ酸カルシウム、メタホウ酸銀 メタホウ酸銅、メタホウ酸鉛、メタホウ酸マグネシウム等が挙げられる。それらの中でも、特に塩基性炭酸亜鉛、四ホウ酸ナトリウム、メタホウ酸カリウムは、硝酸塩との併用によって、より有利に崩壊性の向上と耐湿性を向上させることが可能である。 Here, such carbonates include zinc carbonate, basic zinc carbonate, iron carbonate, manganese carbonate, copper carbonate, aluminum carbonate, barium carbonate, magnesium carbonate, calcium carbonate, lithium carbonate, potassium carbonate, sodium carbonate, etc. Can be mentioned. In addition, such borates include sodium tetraborate, potassium tetraborate, lithium tetraborate, ammonium tetraborate, calcium tetraborate, strontium tetraborate, silver tetraborate, sodium metaborate, Examples include potassium metaborate, lithium metaborate, ammonium metaborate, calcium metaborate, silver metaborate, copper metaborate, lead metaborate, magnesium metaborate, and the like. Among them, basic zinc carbonate, sodium tetraborate, and potassium metaborate can be used in combination with nitrates to more advantageously improve disintegrability and moisture resistance.
本発明においては、更にその他の添加剤として、耐湿性向上剤を含有せしめても良い。水ガラスに耐湿性向上剤を含有せしめることにより、最終的に得られる鋳型の耐湿性の向上を図ることが出来る。本発明において用いられる耐湿性向上剤としては、コーテッドサンドにおいて従来より用いられているものであれば、本発明の効果を阻害しないものである限り、如何なるものであっても、使用可能である。具体的には、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸リチウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸ストロンチウム、硫酸バリウム、硫酸チタン、硫酸アルミニウム、硫酸亜鉛、硫酸銅等の硫酸塩、リン酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸水素カリウム、リン酸リチウム、リン酸水素リチウム、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸チタン、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛等のリン酸塩、水酸化リチウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化亜鉛等の水酸化物、珪素、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、リチウム、銅、鉄、ホウ素、ジルコニウム等の酸化物等を、例示することが出来る。それらの中でも、特に硫酸リチウム、水酸化リチウムは、より有利に耐湿性を向上させることが可能である。上記したものを始めとする耐湿性向上剤は、単独で用いられ得ることは勿論のこと、2種以上のものを併用することも可能である。 In the present invention, a moisture resistance improver may be further included as another additive. By incorporating a moisture resistance improver into the water glass, it is possible to improve the moisture resistance of the mold ultimately obtained. As the moisture resistance improver used in the present invention, any moisture resistance improver that has been conventionally used in coated sand can be used as long as it does not impede the effects of the present invention. Specifically, sulfates such as sodium sulfate, potassium sulfate, lithium sulfate, magnesium sulfate, calcium sulfate, strontium sulfate, barium sulfate, titanium sulfate, aluminum sulfate, zinc sulfate, copper sulfate, sodium phosphate, and sodium hydrogen phosphate. , potassium phosphate, potassium hydrogen phosphate, lithium phosphate, lithium hydrogen phosphate, magnesium phosphate, calcium phosphate, titanium phosphate, aluminum phosphate, zinc phosphate and other phosphates, lithium hydroxide, magnesium hydroxide, Hydroxides such as calcium hydroxide, strontium hydroxide, barium hydroxide, aluminum hydroxide, zinc hydroxide, oxides of silicon, zinc, magnesium, aluminum, calcium, lithium, copper, iron, boron, zirconium, etc. , can be exemplified. Among them, lithium sulfate and lithium hydroxide can particularly advantageously improve moisture resistance. The moisture resistance improvers including those mentioned above can of course be used alone or in combination of two or more.
なお、そのような耐湿性向上剤の使用量としては、その総量において、水ガラスの固形分100質量部に対して、一般に、0.5~50質量部程度であることが好ましく、中でも、1~20質量部がより好ましく、特に、2~15質量部が更に好ましい。耐湿性向上剤の添加効果を有利に享受するために、0.5質量部以上の使用量であることが望ましいのであり、一方、その添加量が多過ぎると、水ガラスによる骨材の結合を阻害し、最終的に得られる鋳型の強度が低下する等の問題を惹起する恐れがあるところから、50質量部以下とされることが望ましいのである。 The amount of such moisture resistance improver to be used is generally preferably about 0.5 to 50 parts by mass based on 100 parts by mass of solid content of water glass, and among them, 1 It is more preferably 20 parts by weight, and particularly preferably 2 to 15 parts by weight. In order to advantageously enjoy the effects of adding a moisture resistance improver, it is desirable to use an amount of 0.5 parts by mass or more. On the other hand, if the amount added is too large, the bonding of aggregates by water glass may be inhibited. It is desirable that the amount be 50 parts by mass or less, since this may cause problems such as a decrease in the strength of the final mold obtained.
加えて、その他の添加剤として、耐火性骨材と水ガラスとの結合を強化するカップリング剤を含有せしめることも有効であり、例えば、シランカップリング剤、ジルコンカップリング剤、チタンカップリング剤等を用いることが出来る。更に、離型剤として、パラフィン、ワックス、軽油、マシン油、スピンドル油、絶縁油、廃油、植物油、脂肪酸エステル、有機酸、黒鉛微粒子、雲母、蛭石、フッ素系離型剤、シリコーン系離型剤等も使用可能である。そして、これらその他の添加剤は、それぞれ、水ガラスの固形分に対して、一般に、5質量%以下、好ましくは3質量%以下の割合となるような量において、含有せしめられる。 In addition, it is also effective to include coupling agents that strengthen the bond between the refractory aggregate and water glass as other additives, such as silane coupling agents, zircon coupling agents, titanium coupling agents. etc. can be used. Furthermore, as a mold release agent, paraffin, wax, light oil, machine oil, spindle oil, insulating oil, waste oil, vegetable oil, fatty acid ester, organic acid, graphite fine particles, mica, vermiculite, fluorine mold release agent, silicone mold release agent. Agents etc. can also be used. Each of these other additives is contained in an amount that is generally 5% by mass or less, preferably 3% by mass or less, based on the solid content of water glass.
ところで、本発明に従う常温流動性を有する乾態の鋳型材料組成物を製造するに際しては、一般に、耐火性骨材に対して、粘結材としての水ガラスと所定の硝酸塩とを、必要に応じて用いられる添加剤と共に、混練乃至は混合せしめて、均一に混和し、かかる耐火性骨材の表面を、硝酸塩等を含む水ガラス組成物にて被覆するようにすると共に、そのような水ガラス組成物の水分を蒸散せしめることによって、耐火性骨材の表面に、水ガラス組成物の被覆層を形成せしめる手法が、採用されることとなる。そのような手法において、被覆層の水分の蒸散は、水ガラスの固化乃至は硬化が進む前に迅速に行なわれる必要があるところから、耐火性骨材に対して、水溶液の形態にある水ガラスを投入(混合)してから、一般には5分以内に、より好ましくは3分以内に、含有水分を飛ばして、乾態の粉末状鋳型材料組成物とすることが望ましい。かかる蒸散の時間が長くなると、混和(混練)サイクルが長くなり、鋳型材料組成物の生産性が低下する他、水ガラスが空気中のCO2 に触れる時間が長くなって、失活する等の問題を生じる恐れが高くなるからである。 By the way, when producing the dry molding material composition having room-temperature fluidity according to the present invention, generally water glass as a caking agent and a prescribed nitrate are added to the refractory aggregate as necessary. The water glass composition is kneaded or mixed with the additives used in the refractory aggregate, so that the surface of the refractory aggregate is coated with the water glass composition containing nitrates, etc. A method will be adopted in which a coating layer of the water glass composition is formed on the surface of the refractory aggregate by evaporating the water in the composition. In such a method, water glass in the form of an aqueous solution must be evaporated quickly in the coating layer before the water glass solidifies or hardens. It is desirable to evaporate the moisture contained therein generally within 5 minutes, more preferably within 3 minutes, to obtain a dry powder mold material composition after adding (mixing). If the transpiration time becomes longer, the mixing (kneading) cycle will become longer, which will reduce the productivity of the mold material composition, and will also cause the water glass to be exposed to CO2 in the air for a longer time, resulting in deactivation, etc. This is because there is a high possibility that problems will occur.
また、上述した鋳型材料組成物の製造工程において、水ガラス中の水分を迅速に蒸散せしめるための有効な手段の一つとして、耐火性骨材を予め加熱しておき、それに、水溶液の形態にある水ガラスや所定の硝酸塩等を混練乃至は混合して、混和せしめるようにする手法が、好適に採用される。この予め加熱された耐火性骨材に、水ガラスを混練乃至は混合せしめるようにすることによって、水ガラス中の水分は、そのような耐火性骨材の熱にて、極めて迅速に蒸散せしめられ得ることとなるのであり、以て、得られる鋳型材料組成物の水分量を効果的に低下せしめ得て、常温流動性を有する乾態の粉体が、有利に得られることとなるのである。ここで、耐火性骨材の予熱温度としては、水ガラスの含有水分量やその配合量等に応じて、適宜に選定されることとなるが、一般には100~160℃程度の温度が、好ましくは100~140℃程度の温度が、採用される。この予熱温度が低過ぎると、水分の蒸散を効果的に行うことが出来ず、乾燥に時間がかかるようになるところから、100℃以上の温度を採用することが望ましいのであり、また予熱温度が高過ぎると、得られる鋳型材料組成物の冷却時に、水ガラス成分の固化乃至硬化が進み、加えて複合粒子化が進行するようになるところから、鋳型材料組成物としての機能、特に、最終的に得られる鋳型の強度等の物性に問題を生じるようになる。 In addition, in the manufacturing process of the above-mentioned mold material composition, one of the effective means for quickly evaporating the water in the water glass is to heat the refractory aggregate in advance and convert it into an aqueous solution. A method of kneading or mixing a certain water glass, a certain nitrate, etc. to make them mix is preferably adopted. By kneading or mixing water glass with this pre-heated refractory aggregate, the water in the water glass can be evaporated extremely quickly by the heat of such refractory aggregate. Therefore, the moisture content of the resulting mold material composition can be effectively reduced, and a dry powder having room temperature flowability can be advantageously obtained. Here, the preheating temperature of the refractory aggregate will be appropriately selected depending on the water content of water glass and its blending amount, but generally a temperature of about 100 to 160°C is preferable. A temperature of about 100 to 140°C is used. If this preheating temperature is too low, water cannot evaporate effectively and drying will take longer. Therefore, it is desirable to use a temperature of 100°C or higher. If the temperature is too high, the solidification or hardening of the water glass component will proceed when the resulting mold material composition is cooled, and in addition, the formation of composite particles will progress, which may affect the function of the mold material composition, especially the final Problems arise in the physical properties such as the strength of the mold obtained.
一方、本発明に従う湿態の鋳型材料組成物を製造するに際しては、一般に、耐火性骨材に対して、粘結材としての水ガラスと所定の硝酸塩とを、必要に応じて用いられる添加剤と共に、常温で混練乃至は混合せしめて、均一に混和せしめることによって、耐火性骨材の表面に水分量の高い水ガラス組成物の被膜層を形成せしめる手法が、採用されることとなる。 On the other hand, when manufacturing the wet mold material composition according to the present invention, generally water glass as a caking agent and a prescribed nitrate are added to the refractory aggregate, and additives are added as necessary. At the same time, a method will be adopted in which a coating layer of a water glass composition with a high moisture content is formed on the surface of the refractory aggregate by kneading or mixing at room temperature to ensure uniform mixing.
なお、本発明の鋳型材料組成物において、水ガラスや所定の硝酸塩等を含む水ガラス組成物の被覆層に含有せしめられる硝酸塩や、必要に応じて用いられる他の添加剤、例えば界面活性剤や滑剤等は、予め、水ガラスに混合した状態で耐火性骨材に添加し、混練しても良く、また、混練時に水ガラスとは別個に添加して、混練しても良く、更には混練時に、水ガラスの投入との間に時間差を設けて投入し、混練しても良い。そのため、本発明の乾態の鋳型材料組成物における被覆層は、例えば、水ガラスと硝酸塩等とが渾然一体となった状態において、或いは、耐火性骨材の表面から外方に向かって、水ガラスの固形分(不揮発分)の濃度が漸次減少又は増加する一方で、硝酸塩等の濃度は漸次増加又は減少するような状態において、構成されてなる形態となる。更に、粘結材としての水ガラスは、その粘度を調節するために、水で希釈しても良い。また、混練乃至は混合時に、水ガラスと水とを個別に添加しても、何等差支えない。 In addition, in the mold material composition of the present invention, the nitrate contained in the coating layer of the water glass composition containing water glass and a predetermined nitrate, and other additives used as necessary, such as surfactants, etc. The lubricant etc. may be added to the refractory aggregate in advance in a state mixed with water glass and kneaded, or it may be added separately from water glass during kneading and kneaded, and furthermore, it may be kneaded. Sometimes, the water glass may be added and kneaded with a time lag between the additions. Therefore, the coating layer in the dry molding material composition of the present invention is formed, for example, in a state in which water glass and nitrate etc. are harmoniously integrated, or in a state where water glass and nitrate etc. The glass is configured such that the concentration of solid content (non-volatile content) of the glass gradually decreases or increases, while the concentration of nitrates, etc. gradually increases or decreases. Furthermore, water glass as a caking agent may be diluted with water in order to adjust its viscosity. Moreover, there is no problem even if water glass and water are added separately at the time of kneading or mixing.
ところで、本発明に従う乾態の鋳型材料組成物を用いて、鋳型を造型するに際しては、例えば、以下の二つの方法を採用することが出来る。そのうちの第一の方法は、鋳型の製造場所たる造型現場にて、乾態の鋳型材料組成物と水とを混練することにより、鋳型材料組成物を湿態化させて湿潤状態とし、その湿潤状態とされた鋳型材料組成物を、目的とする鋳型を与える成形型の成形キャビティ内に充填する一方、かかる成形型を80~300℃の温度に加熱して、充填された鋳型材料組成物が成形型内で乾燥されるまで、保持されるようにする方法である。また、第二の方法は、目的とする鋳型を与える成形型の成形キャビティ内に、鋳型材料組成物を充填した後に、水蒸気を吹き込み、この水蒸気の通気によって、鋳型材料組成物の充填相が湿らされて湿潤状態となり、その後、80~200℃に加熱された成形型内で乾燥するまで保持される方法である。 By the way, when molding a mold using the dry mold material composition according to the present invention, the following two methods can be adopted, for example. The first method is to knead the dry mold material composition with water at the molding site where the mold is manufactured, to moisten the mold material composition and make it wet. The mold material composition thus prepared is filled into the molding cavity of a mold that provides the desired mold, while the mold is heated to a temperature of 80 to 300°C, so that the filled mold material composition is In this method, the material is held in the mold until it is dried. In addition, in the second method, water vapor is blown into the molding cavity of the mold that provides the desired mold after filling the molding material composition, and the filling phase of the molding material composition is moistened by the ventilation of this steam. In this method, the material is heated to a wet state, and then held in a mold heated to 80 to 200° C. until dry.
かかる造型に際して、常温流動性を有する乾態の鋳型材料組成物が充填せしめられる、金型や木型等の成形型は、予め加熱により保温されていることが望ましく、それによって、水との混練や水蒸気によって湿態化された鋳型材料組成物の乾燥が、有利に進行せしめられ得るのである。なお、その予熱による保温温度としては、一般に、第一の方法では80~300℃、好ましくは90~250℃、より好ましくは100~200℃程度の温度が望ましく、第二の方法では80~200℃、好ましくは90~150℃、より好ましくは100~140℃程度の温度が、望ましい。この保温温度が高過ぎると、成形型の表面にまで蒸気が通り難くなるのであり、一方、温度が低過ぎると、造型された鋳型の乾燥に時間を要するようになる。 During such molding, it is preferable that the mold, such as a metal mold or wooden mold, into which the dry molding material composition having room temperature flowability is filled, is kept warm by heating in advance, so that the mold material composition is not mixed with water. The drying of the mold material composition moistened by water vapor or water vapor can advantageously proceed. In general, the preheating temperature is preferably 80 to 300°C, preferably 90 to 250°C, more preferably 100 to 200°C in the first method, and 80 to 200°C in the second method. ℃, preferably about 90 to 150 degrees Celsius, more preferably about 100 to 140 degrees Celsius. If this insulating temperature is too high, it will be difficult for steam to reach the surface of the mold, while if the temperature is too low, it will take time to dry the mold.
加えて、かかる成形型内に充填せしめられる乾態の鋳型材料組成物も、有利には、予熱されていることが望ましい。一般に、30℃以上の温度に加温された鋳型材料組成物を、成形型に充填せしめるようにすることによって、得られる鋳型の抗折強度がより有利に高められ得ることとなるのである。このような鋳型材料組成物の加温温度としては、好ましくは30~100℃程度とされ、特に、40~80℃程度の温度に加温された鋳型材料組成物が、有利に用いられることとなる。 In addition, the dry molding material composition filled into such molds is also advantageously preheated. Generally, by filling a mold with a mold material composition heated to a temperature of 30° C. or higher, the bending strength of the resulting mold can be more advantageously increased. The heating temperature of such a mold material composition is preferably about 30 to 100°C, and in particular, a mold material composition heated to a temperature of about 40 to 80°C is advantageously used. Become.
また、上記した第一の方法において、乾態の鋳型材料組成物に水を加えて湿態化する工程は、単に、乾態の鋳型材料組成物と所定量の水とを適当なミキサに投入して、混合せしめることにより、実施することが可能であるところから、極めて単純な作業にて実施され得て、作業環境の悪い造型現場においても、極めて簡単に且つ容易に行い得るという利点がある。なお、水の添加時には、他の添加剤を添加することも可能である。 In addition, in the first method described above, the step of adding water to the dry mold material composition to make it wet is simply adding the dry mold material composition and a predetermined amount of water to an appropriate mixer. Since it can be carried out by mixing the two, it has the advantage that it can be carried out in an extremely simple operation, and it can be carried out extremely simply and easily even in a molding site with a poor working environment. . Note that when adding water, it is also possible to add other additives.
一方、上記した第二の方法において、上記の如く加熱された成形型内に、具体的には、その成形キャビティ内に、本発明に従う乾態の鋳型材料組成物を充填せしめた後、そこに形成される充填相内に、成形型に設けられた通気口を通じて、水蒸気を加圧下に通気させて、かかる充填相を構成する鋳型材料組成物を湿態化させて(湿らせて)、鋳型材料組成物の被覆層に含まれる水ガラスによって鋳型材料組成物を相互に結合させて連結せしめ、一体的な鋳型形状の鋳型材料組成物集合体(結合物)が形成されるのである。なお、水ガラスは、通常、何の添加剤も加えられていなければ、水の蒸発乾固により固化し、また硬化剤としての酸化物や塩やエステル等が加えられている場合には、硬化することとなる。硬化剤が添加されると、充填相は硬化されたものとなるが、単に、固化されたものであっても、何等差支えない。 On the other hand, in the second method described above, the dry mold material composition according to the present invention is filled into the mold heated as described above, specifically, into the mold cavity thereof, and then Water vapor is passed under pressure into the formed filling phase through a vent provided in the mold to moisten (moisten) the mold material composition constituting the filling phase, and then the mold is made into a mold. The mold material compositions are bonded and connected to each other by the water glass contained in the coating layer of the material composition, and a mold material composition aggregate (combination) in the shape of an integral mold is formed. Note that water glass usually solidifies by evaporating water to dryness if no additives are added, and if hardening agents such as oxides, salts, or esters are added, it will not harden. I will do it. When a curing agent is added, the filling phase becomes hardened, but there is no problem even if the filling phase is simply solidified.
ここで、そのような成形型の通気口を通じて吹き込まれて、鋳型材料組成物の充填相内を通気せしめられる水蒸気の温度としては、一般に、80~150℃程度、より望ましくは95~120℃程度とされる。高温の水蒸気温度を採用すると、その生産のために多量のエネルギーが必要となるところから、特に100℃付近の水蒸気温度が有利に採用されることとなる。また、通気せしめられる水蒸気の圧力としては、ゲージ圧で、0.01~0.3MPa程度、より好ましくは0.01~0.1MPa程度の値が有利に採用されるのである。鋳型材料組成物の通気性が良い場合において、水蒸気を通気させるための圧力が、前記したゲージ圧程度であれば、成形型内に形成される鋳型に、満遍なく、水蒸気を通気させることが出来るのであり、しかも水蒸気の通気時間及び鋳型の乾燥時間が短時間で済み、造型速度を短縮することが出来る特徴がある。また、そのようなゲージ圧であれば、鋳型材料組成物の通気性が悪い場合においても、造型が可能となる利点がある。なお、ゲージ圧が高過ぎると、通気口付近でしみつきが発生する恐れがあり、一方、ゲージ圧が低過ぎると、鋳型材料組成物の充填相の全体に通気が行われず、鋳型材料組成物を充分に湿らせることが出来ない恐れがある。 Here, the temperature of the water vapor that is blown through the vent of such a mold and aerated through the filling phase of the mold material composition is generally about 80 to 150°C, more preferably about 95 to 120°C. It is said that If a high steam temperature is employed, a large amount of energy is required for production, so a steam temperature of around 100° C. is particularly advantageously employed. Furthermore, the pressure of the steam to be vented is advantageously a gauge pressure of about 0.01 to 0.3 MPa, more preferably about 0.01 to 0.1 MPa. When the mold material composition has good air permeability, if the pressure for passing water vapor is about the gauge pressure mentioned above, the water vapor can be evenly passed through the mold formed in the mold. Moreover, the time required for steam ventilation and drying of the mold is short, and the molding speed can be shortened. Further, such a gauge pressure has the advantage that molding can be performed even when the mold material composition has poor air permeability. Note that if the gauge pressure is too high, staining may occur near the vent, while if the gauge pressure is too low, the entire filling phase of the mold material composition will not be aerated, and the mold material composition will There is a possibility that it may not be possible to moisten the area sufficiently.
また、かくの如く水蒸気を通気させる方法としては、成形型に設けた通気口から水蒸気を吹き込み、成形型の成形キャビティ内に充填された鋳型材料組成物(相)内を通気せしめる手法が採用され、更にその通気時間としては、かかる充填された鋳型材料組成物の表面に水蒸気を供給して、その表面の被覆層に含まれる粘結材たる水ガラスを充分に湿らせ、鋳型材料組成物を相互に結合(接合)し得るような時間が、成形型の大きさや通気口の数等によって、適宜に選定されることとなるが、一般に、2秒程度から60秒程度までの通気時間が、採用されることとなる。この水蒸気の通気時間が短過ぎると、鋳型材料組成物表面を充分に湿らせることが困難となるからであり、また通気時間が長過ぎると、鋳型材料組成物表面の粘結材(水ガラス)が溶解乃至流出する恐れ等が生じるからである。なお、前述したように、本発明の鋳型材料組成物は、水の濡れ性に優れていることから、水蒸気の通気時間が短時間であっても問題なく、鋳型材料組成物を十分に湿態化せしめることが可能である。また、この成形型内に充填された鋳型材料組成物内における水蒸気の通気性は、かかる成形型の排気口から型内の雰囲気を吸引しつつ、水蒸気の通気を行なうことによって、より向上させることが可能である。 In addition, as a method for aerating water vapor as described above, a method has been adopted in which water vapor is blown into the mold material composition (phase) filled in the molding cavity of the mold by blowing it through a vent provided in the mold. Furthermore, the aeration time is such that water vapor is supplied to the surface of the filled mold material composition to sufficiently moisten the water glass, which is a caking agent contained in the coating layer on the surface, and the mold material composition is The time required for mutual bonding (bonding) will be appropriately selected depending on the size of the mold, the number of vents, etc., but generally the ventilation time is from about 2 seconds to about 60 seconds. It will be adopted. If the ventilation time of this water vapor is too short, it will be difficult to sufficiently moisten the surface of the mold material composition, and if the ventilation time is too long, the caking agent (water glass) will form on the surface of the mold material composition. This is because there is a risk that the liquid will dissolve or flow out. As mentioned above, the mold material composition of the present invention has excellent water wettability, so there is no problem even if the steam ventilation time is short, and the mold material composition can be kept sufficiently wet. It is possible to make it a reality. In addition, the permeability of water vapor in the mold material composition filled in the mold can be further improved by venting the water vapor while sucking the atmosphere inside the mold from the exhaust port of the mold. is possible.
さらに、本発明の鋳型材料組成物を用いて鋳型を製造するに際しては、上述した第一及び第二の方法の何れかによって形成された、湿った鋳型材料組成物の充填相を積極的に乾燥させるべく、乾燥空気、加熱乾燥空気、過熱水蒸気、又は窒素ガスを吹き込み、かかる充填相に通気せしめるようにする手法が、好適に採用される。このような乾燥空気、加熱乾燥空気、過熱水蒸気、又は窒素ガスの通気によって、鋳型材料組成物の充填相の内部に至るまで十分に且つ迅速に乾燥させて、かかる充填相の固化乃至は硬化をより一層有利に促進せしめ、以て、固化乃至硬化速度を有利に高めると共に、得られる鋳型の抗折強度等の特性をも有利に高め得ることとなる他、鋳型の造型時間の短縮にも、有利に寄与し得るのである。なお、このような乾燥を促進するための通気には、加熱乾燥空気等の熱風か、過熱水蒸気が、特に有利に用いられることとなる。 Furthermore, when manufacturing a mold using the mold material composition of the present invention, the filling phase of the wet mold material composition formed by either of the first and second methods described above is actively dried. In order to do this, a method is preferably adopted in which dry air, heated dry air, superheated steam, or nitrogen gas is blown into the packed phase. By aeration of dry air, heated dry air, superheated steam, or nitrogen gas, the inside of the filling phase of the mold material composition is sufficiently and quickly dried to prevent solidification or hardening of the filling phase. In addition to advantageously increasing the solidification or hardening rate and advantageously increasing the properties such as the bending strength of the resulting mold, it also reduces the molding time. This can make a beneficial contribution. Note that hot air such as heated dry air or superheated steam is particularly advantageously used for ventilation to promote drying.
また、成形型での保持中に、水ガラスの硬化を促進させるための添加剤として、成形型内に硬化剤が添加されるようにしても良い。硬化剤で粘結材(水ガラス)を中和することで、その固化をより促進させることが可能である。なお、硬化剤の通気は、成形型での保持中であれば、いずれのタイミングで行っても良く、水蒸気の通気と同時に、又は乾燥空気等の通気と同時に行なっても、何等差支えない。 Furthermore, a curing agent may be added to the mold as an additive for promoting hardening of the water glass while it is held in the mold. By neutralizing the caking agent (water glass) with a hardening agent, it is possible to further accelerate its solidification. Note that the curing agent may be vented at any timing while it is being held in the mold, and there is no problem even if it is done simultaneously with the venting of water vapor, dry air, etc.
硬化剤としては、二酸化炭素(炭酸水)、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸等の無機酸;シュウ酸、カルボン酸、パラトルエンスルホン酸等の有機酸や、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、γ-ブチロラクトン、β-プロピオラクトン、エチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジアセテート、グリセリンジアセテート、トリアセチン、プロピレンカーボネート等のエステルや、メタノール、エタノール、ブタノール、ヘキサノール、オクタノール等の一価のアルコール等を、例示することが出来る。これら硬化剤は、単独で用いられ得ることは勿論のこと、2種以上のものを混合して、使用することも可能である。なお、これらの硬化剤は、成形型の保持中にガス状又は霧状にしたものを、成形型内に通気すると良く、乾態のコーテッドサンドに水を加えて、湿態化する場合には、水と共に、硬化剤を加えても、何等差支えない。 Hardening agents include carbon dioxide (carbonated water), inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, and phosphoric acid; organic acids such as oxalic acid, carboxylic acid, and para-toluenesulfonic acid; methyl formate, ethyl formate, propyl formate, Esters such as γ-butyrolactone, β-propiolactone, ethylene glycol diacetate, diethylene glycol diacetate, glycerin diacetate, triacetin, propylene carbonate, monohydric alcohols such as methanol, ethanol, butanol, hexanol, octanol, etc. I can give an example. These curing agents can be used alone or in combination of two or more. It is best to use these curing agents in a gaseous or mist form while the mold is being held, and then ventilate them into the mold.If water is added to dry coated sand to make it wet, There is no problem even if a hardening agent is added together with water.
一方、本発明に従う湿態の鋳型材料組成物を用いて鋳型を造型するに際しては、有利には、先ず、かかる鋳型材料組成物を、目的とする鋳型を与える加熱された成形型の成形キャビティ内に充填し、そして乾燥するまで成形型内で保持することにより、その充填された鋳型材料組成物の固化乃至は硬化が行なわれることとなる。 On the other hand, when molding a mold using a wet mold material composition according to the invention, it is advantageous to first introduce such mold material composition into the molding cavity of a heated mold providing the desired mold. The filled molding material composition is solidified or hardened by filling the molding material into the molding material and holding the molding material in the mold until dry.
また、その際、湿態の鋳型材料組成物が充填せしめられる成形型は、予め加熱により保温されていることが望ましく、それによって、湿態の状態で充填された鋳型材料組成物の乾燥が、有利に進行せしめられ得るのである。なお、その予熱による保温温度としては、一般に、80~300℃、好ましくは90~250℃、より好ましくは100~200℃程度の温度が、望ましい。この保温温度が高過ぎると、成形型への砂の充填が悪くなるのであり、一方、温度が低過ぎると、造型された鋳型の乾燥に時間を要するようになる。 In addition, at this time, it is desirable that the mold to be filled with the wet mold material composition be kept warm by heating in advance, so that the mold material composition filled in the wet state can be dried. This can be advantageously advanced. The preheating temperature is generally 80 to 300°C, preferably 90 to 250°C, more preferably 100 to 200°C. If this insulating temperature is too high, sand will not be filled into the mold, while if the temperature is too low, it will take time to dry the mold.
さらに、本発明の鋳型材料組成物を用いて鋳型を製造するに際しては、上述した湿態の状態の鋳型材料組成物の充填相を積極的に乾燥させるべく、乾燥空気、加熱乾燥空気、過熱水蒸気又は窒素ガスを吹き込み、かかる充填相に通気せしめるようにする手法を採用しても良い。なお、乾燥空気等の通気の他、硬化剤として、二酸化炭素、有機酸、一価のアルコール等をガス状又は霧状にしたものを通気しても良い。 Furthermore, when manufacturing a mold using the mold material composition of the present invention, in order to actively dry the filling phase of the mold material composition in a wet state, dry air, heated dry air, superheated steam, etc. Alternatively, a method may be adopted in which nitrogen gas is blown into the packed phase to aerate it. In addition to aeration with dry air or the like, a gas or mist of carbon dioxide, organic acid, monohydric alcohol, etc. may be aerated as a curing agent.
更にまた、本発明に従う鋳型材料組成物を用いて、目的とする鋳型を製造するに際しては、上述せるような、成形型内に鋳型材料組成物を充填して成形する手法の他、公知の各種の造型手法が適宜に採用され得ることは、言うまでもないところである。 Furthermore, when manufacturing a target mold using the mold material composition according to the present invention, in addition to the above-mentioned method of filling the mold material composition into a mold and molding, various known methods can be used. It goes without saying that the following molding methods can be adopted as appropriate.
また、鋳型の製造に際しては、上述の如く、成形型内に鋳型材料組成物を充填して、成形する手法の他、公知の各種の造型手法が適宜に採用され得るところであり、例えば、鋳型材料組成物の層を順次積層せしめる一方、目的とする鋳型に対応する部分を硬化せしめて、三次元の鋳型を直接に造型する積層造型の手法も、採用可能である。なお、そのような積層造型に用いられる鋳型材料組成物としては、乾態のものが好ましい。 In addition, when manufacturing a mold, in addition to the method of filling a mold material composition into a mold and molding it as described above, various known molding methods can be adopted as appropriate. It is also possible to employ an additive manufacturing method in which layers of the composition are sequentially laminated while parts corresponding to the intended mold are hardened to directly create a three-dimensional mold. The mold material composition used in such layered molding is preferably in a dry state.
以下に、幾つかの実施例を用いて、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等限定的に解釈されるものでないことが理解されるべきである。なお、以下の実施例や比較例において、「%」及び「部」は、特に断りのない限りにおいて、何れも、質量基準にて示されている。また、実施例や比較例で得られた鋳型材料組成物(CS)の水分量、崩壊性、鋳肌の評価は、それぞれ、以下のようにして行った。 The present invention will be explained in more detail below using some examples, but the present invention is not to be construed in any way limited by the description of such examples. should be understood. In the following Examples and Comparative Examples, "%" and "part" are all expressed on a mass basis unless otherwise specified. In addition, the moisture content, disintegration properties, and casting surface of the mold material compositions (CS) obtained in Examples and Comparative Examples were evaluated as follows.
-水ガラスの固形分に対する水分量の測定-
空焼して秤量したるつぼに、各CSを10g秤量して収容し、900℃の温度にて1時間曝熱した後の質量減少量(%)を用いて、CS中の水分量と硝酸塩熱分解分量と有機分量の合計量(以下、「(水分+硝酸塩分解分+有機分)量」として示し、「W1」とする)を、下記の式(1)より算出する。ここで、硝酸塩熱分解分量とは、硝酸塩が分解して重量減少した量であり、有機分量とは、界面活性剤及びその他の有機添加剤(以下、有機分という)の合計量である。なお、秤量は、小数点以下第4位まで計測する。次に、CSにおける水ガラスの固形分量(B1)を、下記の式(2)を用いて算出する。そして、CS中の(水分+硝酸塩分解分量+有機分)量(W1)と、CSにおける水ガラスの固形分量(B1)と、水ガラス固形分の100部に対する硝酸塩の添加量(A)と、後述する手法に従って測定される硝酸塩分解時の重量減少率(C)と、水ガラスの固形分の100部に対する有機分の添加量(D)と、乾態CSの場合に必要な後述する手法に従って測定される有機分における固形分率(E)より、水ガラスの固形分量に対する水分量(被覆層における水ガラスの固形分量に対するCSの水分量:W2)を、下記の式(3a)又は(3b)を用いて算出する。以上の如くして算出されたW2を、下記表1及び表2において「含水分量(質量%)」として示す。
W1=[(M1-M2)/M3]×100 ・・・(1)
[W1:CS中の(水分+硝酸塩分解分+有機分)量(%)、M1:焼成前のるつぼ とCSの合計質量(g)、M2:焼成後のるつぼとCSの合計質量(g)、M3: 焼成前のCSの質量(g)]
B1=[B2/(100+B2)]×(100-W1) ・・・(2)
[B1:CSにおける水ガラスの固形分量(%)、B2:砂の100部に対して添加 した水ガラスの固形分量(部)、W1:CS中の(水分+硝酸塩分解分+有機分) 量(%)]
乾態の場合:
W2=[(W1/B1)×100]-(A×C)/100
-(D×E)/100 ・・・(3a)
[W2:被覆層における水ガラスの固形分量に対するCSの水分量(%)、W1:C S中の(水分+有機分)量(%)、B1:CSにおける水ガラスの固形分量(%) 、A:水ガラスの固形分の100部に対する硝酸塩の添加量(部)、C:硝酸塩分 解重量減少率(混練温度~900℃)(%)、D:水ガラスの固形分の100部に 対する有機分の添加量(部)、E:CS中の有機分における固形分率(%)]
湿態の場合:
W2=[(W1/B1)×100]-(A×F)/100-D ・・・(3b)
[W2:被覆層における水ガラスの固形分量に対するCSの水分量(%)、W1:C S中の(水分+有機分)量(%)、B1:CSにおける水ガラスの固形分量(%) 、A:水ガラスの固形分の100部に対する硝酸塩の添加量(部)、F:硝酸塩分 解重量減少率(常温~900℃)(%)、D:水ガラスの固形分の100部に対す る有機分の添加量(部)]
-Measurement of water content relative to solid content of water glass-
Weighed and stored 10 g of each CS in a weighed crucible and heated it at a temperature of 900°C for 1 hour. Using the mass loss (%), we calculated the water content in the CS and the nitrate heat. The total amount of the decomposed amount and the organic amount (hereinafter referred to as "(moisture + nitrate decomposed amount + organic content) amount" and referred to as "W1") is calculated from the following formula (1). Here, the nitrate thermal decomposition amount is the amount of nitrate decomposed and reduced in weight, and the organic amount is the total amount of surfactant and other organic additives (hereinafter referred to as organic content). Note that the weight is measured to the fourth decimal place. Next, the solid content (B1) of water glass in CS is calculated using the following formula (2). Then, the amount (W1) of (moisture + nitrate decomposition amount + organic content) in the CS, the solid content of water glass in the CS (B1), and the amount of nitrate added to 100 parts of the water glass solid content (A), The weight loss rate (C) during nitrate decomposition measured according to the method described below, the amount of organic content added to 100 parts of solid content of water glass (D), and the method necessary for dry CS according to the method described below. From the solid content rate (E) of the measured organic content, the water content relative to the solid content of water glass (the water content of CS relative to the solid content of water glass in the coating layer: W2) is calculated using the following formula (3a) or (3b). ). W2 calculated as above is shown as "water content (mass %)" in Tables 1 and 2 below.
W1=[(M1-M2)/M3]×100...(1)
[W1: Amount (%) of (moisture + nitrate decomposition content + organic content) in CS, M1: Total mass of crucible and CS before firing (g), M2: Total mass of crucible and CS after firing (g) , M3: mass of CS before firing (g)]
B1=[B2/(100+B2)]×(100-W1)...(2)
[B1: Amount of solid content of water glass in CS (%), B2: Amount of solid content of water glass added to 100 parts of sand (parts), W1: Amount of (moisture + nitrate decomposition content + organic content) in CS (%)]
In dry state:
W2=[(W1/B1)×100]-(A×C)/100
-(D×E)/100...(3a)
[W2: Moisture content (%) of CS relative to the solid content of water glass in the coating layer, W1: (moisture + organic content) content (%) in CS, B1: solid content (%) of water glass in CS, A: Addition amount of nitrate (parts) per 100 parts of solid content of water glass, C: Nitrate decomposition weight loss rate (kneading temperature ~ 900°C) (%), D: Per 100 parts of solid content of water glass Amount of organic content added (parts), E: solid content percentage of organic content in CS (%)]
In wet condition:
W2=[(W1/B1)×100]-(A×F)/100-D...(3b)
[W2: Moisture content (%) of CS relative to the solid content of water glass in the coating layer, W1: (moisture + organic content) content (%) in CS, B1: solid content (%) of water glass in CS, A: Addition amount of nitrate (parts) per 100 parts of solid content of water glass, F: Nitrate decomposition weight loss rate (room temperature to 900°C) (%), D: Per 100 parts of solid content of water glass Amount of organic content added (parts)]
-硝酸塩の熱分解重量減少率の測定-
差動型示差熱天秤(株式会社リガク製TG-DTA Thermoplus2 TG8120;air流量:500ml/min、昇温速度:10℃/min、Ptパン:φ5mm×5mm使用)を用いて、硝酸塩サンプルを室温から930℃まで加熱昇温を行う。この時の混練温度~900℃までの重量減少率を求めて、硝酸塩の熱分解重量減少率(混練温度~900℃)(C)が算出される一方、室温~900℃までの重量減少率を求めて、硝酸塩の熱分解重量減少率(常温~900℃)(F)が算出される。
-Measurement of pyrolysis weight loss rate of nitrate-
Using a differential differential thermal balance (TG-DTA Thermoplus2 TG8120 manufactured by Rigaku Co., Ltd.; air flow rate: 500 ml/min, heating rate: 10°C/min, Pt pan: φ5 mm x 5 mm), the nitrate sample was heated from room temperature to The temperature is increased to 930°C. At this time, the weight loss rate from room temperature to 900°C is calculated, and the thermal decomposition weight loss rate of nitrate (kneading temperature to 900°C) (C) is calculated. Then, the pyrolysis weight loss rate of nitrate (room temperature to 900°C) (F) is calculated.
-有機分における固形分率の測定-
先ず、界面活性剤及びその他の有機添加剤からなり、それらの配合割合が、砂(耐火性骨材)に対する添加割合と同様である試料を調製する。次いで、アルミ箔製皿(縦:9cm、横:9cm、高さ:1.5cm)内に、先に調製した試料の10gを収容して秤量し、100±1℃に保持した加熱板上にアルミ箔製皿を載置し、20分間放置した後、デシケータ中で放冷する。そして、かかる放冷後のアルミ箔製皿の秤量を行ない、下記の式(4)より、有機分における固形分率(E)を算出する。
E=[{乾燥後のアルミ箔製皿の質量(g)-アルミ箔製皿の質量(g)}/{乾燥前のアルミ箔製皿の質量(g)-アルミ箔製皿の質量(g)}]
×100 ・・・(4)
-Measurement of solid content percentage in organic content-
First, a sample is prepared which is made of a surfactant and other organic additives and whose blending ratio is the same as that of sand (refractory aggregate). Next, 10 g of the previously prepared sample was placed in an aluminum foil dish (length: 9 cm, width: 9 cm, height: 1.5 cm), weighed, and placed on a heating plate maintained at 100 ± 1 °C. An aluminum foil plate was placed on the plate, left for 20 minutes, and then allowed to cool in a desiccator. Then, the aluminum foil plate after being left to cool is weighed, and the solid content (E) in the organic content is calculated from the following equation (4).
E = [{mass of aluminum foil plate after drying (g) - mass of aluminum foil plate (g)}/{mass of aluminum foil plate before drying (g) - mass of aluminum foil plate (g) )}]
×100...(4)
-中子鋳造試験-
先ず、図1に示されるように、予め常温自硬性砂で作製された、上部に溶湯注入口2と下部に中子の幅木固定部4(この部分は鋳物からの廃中子の排出口となる)を有する半割れ中空主型6(キャビティ直径:6cm、高さ:6cm)内に、各々のCSを用いて作製した幅木部8を有する円形無空中子10(直径:5cm、高さ:5cm)を、幅木固定部4で接着固定した後、更に半割れ中空主型6を相互に接着固定して、鋳造試験用砂型12を作製する。次に、この鋳造試験用砂型12の溶湯注入口2からアルミニウム合金溶湯(温度:710±5℃)を注湯し、凝固せしめた後、主型6を壊して、図2に示す円形の廃中子排出口14(直径:1.6cm)を有する鋳物16を取り出す。そして、所定の温度となったところで、かかる得られた鋳物16に対して、圧力:0.2MPaにて、エアーハンマーにより1回に3秒間の衝撃を与え、排出口14から排出する。中子が100%排砂された場合は回数を記載し、10回までに排出されない場合は排砂率を求める。10回までに排出された砂質量を測定し、更にエアーハンマー等で中子砂を完全に排出させて中子砂の総質量を測定する。排砂率は排出された中子砂質量を排出中子砂の総質量で除した質量%で表示し、その数値が大きくなる程、中子の崩壊性は良いと判断する。
- Core casting test -
First, as shown in Fig. 1, the
-鋳肌の評価-
上記中子鋳造試験において得られた鋳物を切断して、その中子側表面の鋳肌の状態を、目視評価した。評価基準は、以下の通りである。
◎:良好
○:若干の鋳肌の荒れはあるが使用には問題なし
△:後加工による修正の必要あり
×:鋳肌不良
-Evaluation of casting surface-
The casting obtained in the above core casting test was cut and the state of the casting surface on the core side surface was visually evaluated. The evaluation criteria are as follows.
◎: Good ○: There is some roughness on the casting surface, but there is no problem in use △: Correction by post-processing is necessary ×: Poor casting surface
-乾態CSの製造例1a-
耐火性骨材として、市販の鋳造用人工砂であるルナモス#60(商品名:花王クエーカー株式会社製)を準備すると共に、粘結材たる水ガラスとして、市販品:2号ケイ酸ナトリウム(商品名:富士化学株式会社製、SiO2 /Na2O のモル比:2.5、固形成分:41.3%)を準備した。そして、上記のルナモス#60を約120℃の温度に加熱した後、ワールミキサー(遠州鉄工株式会社製)に投入し、更に、前記水ガラスを、ルナモス#60の100部に対して2.4部(固形成分:1.0部)の割合で、また硝酸カリウムを、ルナモス#60の100部に対して0.03部(水ガラスの固形分100部に対して3部)の割合でそれぞれ添加して、3分間の混練を行ない、水分を蒸発せしめる一方、砂粒塊が崩壊するまで攪拌混合せしめ、更にステアリン酸カルシウムをルナモス#60の100部に対して0.01部(水ガラスの固形分100部に対して1部)の割合で加えて、攪拌混合せしめた後に取り出すことにより、常温流動性を有する乾態の鋳型材料組成物:CS1aを得た。かかる混練後のCS1aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
-Production example 1a of dry CS-
Lunamos #60 (product name: manufactured by Kao Quaker Co., Ltd.), which is a commercially available artificial sand for casting, was prepared as a refractory aggregate, and commercially available sodium silicate No. 2 (product name: water glass) was prepared as a caking agent. (name: manufactured by Fuji Chemical Co., Ltd., molar ratio of SiO 2 /Na 2 O: 2.5, solid content: 41.3%) was prepared. After heating the above Lunamos #60 to a temperature of about 120°C, it was put into a whirl mixer (manufactured by Enshu Tekko Co., Ltd.), and 2.4 parts of the water glass was added to 100 parts of Lunamos #60. (solid content: 1.0 part), and potassium nitrate was added at a ratio of 0.03 parts to 100 parts of Lunamos #60 (3 parts to 100 parts of solid content of water glass). Then, kneading was carried out for 3 minutes to evaporate the moisture, while stirring and mixing until the sand grains collapsed, and then added 0.01 part of calcium stearate to 100 parts of Lunamos #60 (solid content of water glass 100 parts). 1 part to 1 part), stirred and mixed, and then taken out to obtain a dry mold material composition: CS1a having room temperature fluidity. When the water content of CS1a after such kneading was calculated, it was found to be an amount equivalent to 30% by mass of the solid content of water glass in the coating layer.
-乾態CSの製造例2a-
硝酸カリウムの添加量を0.1部(水ガラスの固形分100部に対して10部の割合)としたこと以外は、上記製造例1aと同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS2aを得た。この得られたCS2aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
-Production example 2a of dry CS-
Dry CS2a having room temperature fluidity was prepared in the same manner as in Production Example 1a above, except that the amount of potassium nitrate added was 0.1 part (ratio of 10 parts to 100 parts of solid content of water glass). I got it. The calculated water content of the obtained CS2a was found to be equivalent to 30% by mass of the solid content of water glass in the coating layer.
-乾態CSの製造例3a-
硝酸カリウムの添加量を0.3部(水ガラスの固形分100部に対して30部の割合)としたこと以外は、上記製造例1aと同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS3aを得た。この得られたCS3aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
-Production example 3a of dry CS-
Dry CS3a having room temperature fluidity was prepared in the same manner as in Production Example 1a above, except that the amount of potassium nitrate added was 0.3 parts (30 parts per 100 parts of solid content of water glass). I got it. The calculated water content of the obtained CS3a was found to be equivalent to 30% by mass of the solid content of water glass in the coating layer.
-乾態CSの製造例4a-
硝酸カリウムを、硝酸ナトリウムの0.1部(水ガラスの固形分100部に対して10部の割合)に代えたこと以外は、上記製造例1aと同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS4aを得た。この得られたCS4aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
-Production example 4a of dry CS-
The same procedure as in Production Example 1a above was followed except that potassium nitrate was replaced with 0.1 part of sodium nitrate (at a ratio of 10 parts to 100 parts of the solid content of water glass) to produce a dry state having room temperature fluidity. CS4a was obtained. The calculated water content of the obtained CS4a was found to be equivalent to 30% by mass of the solid content of water glass in the coating layer.
-乾態CSの製造例5a-
硝酸カリウムを、硝酸カルシウムの0.03部(水ガラスの固形分100部に対して3部の割合)に代えたこと以外は、上記製造例1aと同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS5aを得た。この得られたCS5aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
-Production example 5a of dry CS-
The same procedure as in Production Example 1a above was followed except that potassium nitrate was replaced with 0.03 parts of calcium nitrate (at a ratio of 3 parts to 100 parts of solid content of water glass). of CS5a was obtained. The calculated water content of the obtained CS5a was found to be equivalent to 30% by mass of the solid content of water glass in the coating layer.
-乾態CSの製造例6a-
硝酸カリウムを、硝酸マグネシウムの0.03部(水ガラスの固形分100部に対して3部の割合)に代えたこと以外は、上記製造例1aと同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS6aを得た。この得られたCS6aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
-Production example 6a of dry CS-
A dry state fluid having room temperature fluidity was prepared by following the same procedure as in Production Example 1a above, except that potassium nitrate was replaced with 0.03 parts of magnesium nitrate (3 parts per 100 parts of solid content of water glass). CS6a was obtained. The calculated water content of the obtained CS6a was found to be equivalent to 30% by mass of the solid content of water glass in the coating layer.
-乾態CSの製造例7a-
粘結材の水ガラスとして、市販品:1号ケイ酸ナトリウム(商品名:富士化学株式会社製、SiO2 /Na2O のモル比:2.1、固形成分:48.5%)を用い、また、その添加量を、耐火性骨材(ルナモス#60)の100部に対して2.1部(固形成分:1.0部)としたこと以外は、上記製造例2aと同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS7aを得た。この得られたCS7aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
-Production example 7a of dry CS-
Commercially available sodium silicate No. 1 (trade name: manufactured by Fuji Chemical Co., Ltd., molar ratio of SiO 2 /Na 2 O: 2.1, solid content: 48.5%) was used as water glass as a caking agent. , and the same procedure as in Production Example 2a above, except that the amount added was 2.1 parts (solid component: 1.0 part) per 100 parts of the refractory aggregate (Lunamos #60). Accordingly, dry CS7a having room temperature fluidity was obtained. The calculated water content of the obtained CS7a was found to be equivalent to 30% by mass of the solid content of water glass in the coating layer.
-乾態CSの製造例8a-
粘結材の水ガラスとして、市販品:3号ケイ酸ナトリウム(商品名:富士化学株式会社製、SiO2 /Na2O のモル比:3.2、固形成分:38%)を用い、また、その添加量を、耐火性骨材(ルナモス#60)の100部に対して2.6部(固形成分:1.0部)としたこと以外は、上記製造例2aと同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS8aを得た。この得られたCS8aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
-Production example 8a of dry CS-
Commercial product No. 3 sodium silicate (trade name: manufactured by Fuji Chemical Co., Ltd., molar ratio of SiO 2 /Na 2 O: 3.2, solid content: 38%) was used as water glass as a caking agent, and , according to the same procedure as in Production Example 2a above, except that the amount added was 2.6 parts (solid component: 1.0 part) per 100 parts of the refractory aggregate (Lunamos #60), Dry CS8a having room temperature fluidity was obtained. The calculated water content of the obtained CS8a was found to be equivalent to 30% by mass of the solid content of water glass in the coating layer.
-乾態CSの製造例9a-
界面活性剤である陰イオン性界面活性剤(アニオン性界面活性剤)市販品:オルフィンPD-301(商品名:日信化学工業株式会社製)を用い、それを、ルナモス#60の100部に対して0.12部(水ガラスの固形分100部に対して12部)の割合で更に添加したこと以外は、上記製造例2aと同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS9aを得た。この得られたCS9aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
-Production example 9a of dry CS-
Using an anionic surfactant (anionic surfactant) as a surfactant, a commercially available product: Olfine PD-301 (trade name: manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd.), was added to 100 parts of Lunamos #60. Dry CS9a having room temperature flowability was added in the same manner as in Production Example 2a above, except that 0.12 parts (12 parts per 100 parts of solid content of water glass) was further added to the water glass. Obtained. The calculated water content of the obtained CS9a was found to be equivalent to 30% by mass of the solid content of water glass in the coating layer.
-乾態CSの製造例10a-
硝酸塩(硝酸カリウム)を添加しないこと以外は、上記製造例1aと同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS10aを得た。この得られたCS10aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
-Production example 10a of dry CS-
Dry CS10a having room temperature fluidity was obtained by following the same procedure as in Production Example 1a above, except that nitrate (potassium nitrate) was not added. The calculated water content of the obtained CS10a was found to be equivalent to 30% by mass of the solid content of water glass in the coating layer.
-乾態CSの製造例11a-
硝酸塩を添加しないこと以外は、上記製造例7aと同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS11aを得た。その得られたCS11aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
-Production example 11a of dry CS-
Dry CS11a having room temperature fluidity was obtained by following the same procedure as in Production Example 7a above, except that nitrate was not added. The calculated water content of the obtained CS11a was found to be equivalent to 30% by mass of the solid content of water glass in the coating layer.
-乾態CSの製造例12a-
硝酸塩を添加しないこと以外は、上記製造例8aと同様の手順に従って、乾態のCS12aを得た。その得られたCS12aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
-Production example 12a of dry CS-
Dry CS12a was obtained according to the same procedure as in Production Example 8a above, except that nitrate was not added. The calculated water content of the obtained CS12a was found to be equivalent to 30% by mass of the solid content of water glass in the coating layer.
-乾態CSの製造例13a-
炭酸塩として、塩基性炭酸亜鉛を用い、それを、ルナモス#60の100部に対して0.05部(水ガラスの固形分100部に対して5部)の割合において、更に添加したこと以外は、上記製造例2aと同様の手順に従って、乾態のCS13aを得た。その得られたCS13aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
-Production example 13a of dry CS-
Except that basic zinc carbonate was used as the carbonate, and it was further added at a ratio of 0.05 parts to 100 parts of Lunamos #60 (5 parts to 100 parts of solid content of water glass). Dry CS13a was obtained according to the same procedure as in Production Example 2a above. The calculated water content of the obtained CS13a was found to be equivalent to 30% by mass of the solid content of water glass in the coating layer.
-乾態CSの製造例14a-
ホウ酸塩として、四ホウ酸ナトリウム十水和物を用い、それを、ルナモス#60の100部に対して0.05部(水ガラスの固形分100部に対して5部)の割合において、更に添加したこと以外は、上記製造例2aと同様の手順に従って、乾態のCS14aを得た。その得られたCS14aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
-Production example 14a of dry CS-
As the borate, sodium tetraborate decahydrate was used at a ratio of 0.05 parts to 100 parts of Lunamos #60 (5 parts to 100 parts of solid content of water glass). Dry CS14a was obtained by following the same procedure as in Production Example 2a above, except for adding more. The calculated water content of the obtained CS14a was found to be equivalent to 30% by mass of the solid content of water glass in the coating layer.
-湿態CSの製造例1b-
耐火性骨材として、市販の鋳造用人工砂であるルナモス#80(商品名:花王クエーカー株式会社製)を準備すると共に、粘結材たる水ガラスとして、市販品:2号ケイ酸ナトリウム(商品名:富士化学株式会社製、SiO2 /Na2O のモル比:2.5、固形成分:41.3%)を準備した。そして、上記のルナモス#80を常温のまま品川式万能攪拌機(5DM-r型)(株式会社ダルトン製)に投入し、更に、前記水ガラスを、ルナモス#80の100部に対して2.4部(固形成分:1.0部)の割合で、硝酸カリウムを、ルナモス#80の100部に対して0.03部(水ガラスの固形分100部に対して3部)の割合で、それぞれ添加して、3分間の混練を行ない、均一になるまで攪拌混合せしめた後に取り出すことにより、湿態の鋳型材料組成物:CS1bを得た。かかる混練後のCS1bの含水分量を算出したところ、水ガラスの固形分量の140質量%に相当する量であった。
-Wet CS production example 1b-
Lunamos #80 (product name: manufactured by Kao Quaker Co., Ltd.), which is a commercially available artificial sand for casting, was prepared as a refractory aggregate, and commercially available sodium silicate No. 2 (product name) was prepared as water glass, which is a caking agent. (name: manufactured by Fuji Chemical Co., Ltd., molar ratio of SiO 2 /Na 2 O: 2.5, solid content: 41.3%) was prepared. Then, the above Lunamos #80 was put into a Shinagawa type universal stirrer (model 5DM-r) (manufactured by Dalton Co., Ltd.) at room temperature, and 2.4 parts of the water glass was added to 100 parts of Lunamos #80. (solid content: 1.0 parts), and potassium nitrate was added at a ratio of 0.03 parts to 100 parts of Lunamos #80 (3 parts to 100 parts of solid content of water glass). The mixture was kneaded for 3 minutes, stirred and mixed until uniform, and then taken out to obtain a wet mold material composition: CS1b. When the water content of CS1b after such kneading was calculated, it was found to be an amount equivalent to 140% by mass of the solid content of water glass.
-湿態CSの製造例2b-
硝酸カリウムの添加量を、ルナモス#80の100部に対して0.1部(水ガラスの固形分100部に対して10部)の割合としたこと以外は、上記製造例1bと同様の手順に従って、湿態のCS2bを得た。その得られたCS2bの含水分量を算出したところ、水ガラスの固形分量の140質量%に相当する量であった。
-Wet CS production example 2b-
The same procedure as in Production Example 1b above was followed except that the amount of potassium nitrate added was 0.1 part per 100 parts of Lunamos #80 (10 parts per 100 parts of solid content of water glass). , wet CS2b was obtained. The calculated water content of the obtained CS2b was found to be equivalent to 140% by mass of the solid content of water glass.
-湿態CSの製造例3b-
硝酸カリウムの添加量を、ルナモス#80の100部に対して0.3部(水ガラスの固形分100部に対して30部)の割合としたこと以外は、上記製造例1bと同様の手順に従って、湿態のCS3bを得た。その得られたCS3bの含水分量を算出したところ、水ガラスの固形分量の140質量%に相当する量であった。
-Wet CS production example 3b-
The same procedure as in Production Example 1b was followed except that the amount of potassium nitrate added was 0.3 parts per 100 parts of Lunamos #80 (30 parts per 100 parts of solid content of water glass). , wet CS3b was obtained. The calculated water content of the obtained CS3b was found to be equivalent to 140% by mass of the solid content of water glass.
-湿態CSの製造例4b-
硝酸カリウムを、硝酸ナトリウムの0.1部(水ガラスの固形分100部に対して10部の割合)に代えたこと以外は、上記製造例1bと同様の手順に従って、湿態のCS4bを得た。その得られたCS4bの含水分量を算出したところ、水ガラスの固形分量の140質量%に相当する量であった。
-Wet CS production example 4b-
Wet CS4b was obtained according to the same procedure as in Production Example 1b above, except that potassium nitrate was replaced with 0.1 part of sodium nitrate (10 parts per 100 parts of solid content of water glass). . The calculated water content of the obtained CS4b was found to be equivalent to 140% by mass of the solid content of water glass.
-湿態CSの製造例5b-
硝酸カリウムを、硝酸カルシウムの0.03部(水ガラスの固形分100部に対して3部の割合)に代えたこと以外は、上記製造例1bと同様の手順に従って、湿態のCS5bを得た。その得られたCS5bの含水分量を算出したところ、水ガラスの固形分量の140質量%に相当する量であった。
-Wet CS production example 5b-
Wet CS5b was obtained according to the same procedure as in Production Example 1b above, except that potassium nitrate was replaced with 0.03 parts of calcium nitrate (3 parts per 100 parts of solid content of water glass). . The calculated water content of the obtained CS5b was found to be equivalent to 140% by mass of the solid content of water glass.
-湿態CSの製造例6b-
硝酸カリウムを、硝酸マグネシウムの0.03部(水ガラスの固形分100部に対して3部の割合)に代えたこと以外は、上記製造例1bと同様の手順に従って、湿態のCS6bを得た。その得られたCS6bの含水分量を算出したところ、水ガラスの固形分量の140質量%に相当する量であった。
-Wet CS production example 6b-
Wet CS6b was obtained according to the same procedure as in Production Example 1b above, except that potassium nitrate was replaced with 0.03 parts of magnesium nitrate (3 parts per 100 parts of solid content of water glass). . The calculated water content of the obtained CS6b was found to be equivalent to 140% by mass of the solid content of water glass.
-湿態CSの製造例7b-
粘結材の水ガラスとして、市販品:1号ケイ酸ナトリウム(商品名:富士化学株式会社製、SiO2 /Na2O のモル比:2.1、固形成分:48.5%)を用い、また、その添加量を、耐火性骨材(ルナモス#80)の100部に対して2.1部(固形成分:1.0部)の割合としたこと以外は、上記製造例2bと同様の手順に従って、湿態のCS7bを得た。その得られたCS7bの含水分量を算出したところ、水ガラスの固形分量の110質量%に相当する量であった。
-Wet CS production example 7b-
Commercially available sodium silicate No. 1 (trade name: manufactured by Fuji Chemical Co., Ltd., molar ratio of SiO 2 /Na 2 O: 2.1, solid content: 48.5%) was used as water glass as a caking agent. , Also, the same as in Production Example 2b above, except that the amount added was 2.1 parts (solid component: 1.0 part) per 100 parts of the refractory aggregate (Lunamos #80). Wet CS7b was obtained according to the procedure. The calculated water content of the obtained CS7b was found to be equivalent to 110% by mass of the solid content of water glass.
-湿態CSの製造例8b-
粘結材の水ガラスとして、市販品:3号ケイ酸ナトリウム(商品名:富士化学株式会社製、SiO2 /Na2O のモル比:3.2、固形成分:38%)を用い、また、その添加量を、耐火性骨材(ルナモス#80)の100部に対して2.6部(固形成分:1.0部)の割合としたこと以外は、上記製造例2bと同様の手順に従って、湿態のCS8bを得た。その得られたCS8bの含水分量を算出したところ、水ガラスの固形分量の160質量%に相当する量であった。
-Wet CS production example 8b-
Commercial product No. 3 sodium silicate (trade name: manufactured by Fuji Chemical Co., Ltd., molar ratio of SiO 2 /Na 2 O: 3.2, solid content: 38%) was used as water glass as a caking agent, and , the same procedure as in Production Example 2b above, except that the amount added was 2.6 parts (solid component: 1.0 part) per 100 parts of the refractory aggregate (Lunamos #80). Accordingly, wet CS8b was obtained. The calculated water content of the obtained CS8b was found to be equivalent to 160% by mass of the solid content of water glass.
-湿態CSの製造例9b-
界面活性剤である陰イオン性界面活性剤(アニオン性界面活性剤)市販品:オルフィンPD-301(商品名:日信化学工業株式会社製)を用い、その添加量を、ルナモス#80の100部に対して0.12部(水ガラスの固形分100部に対して12部)の割合としたこと以外は、上記製造例2bと同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS9bを得た。その得られたCS9bの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の140質量%に相当する量であった。
-Wet CS production example 9b-
Anionic surfactant (anionic surfactant) commercially available product: Olfine PD-301 (trade name: manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd.) was used, and the amount added was 100% of Lunamos #80. Dry CS9b having room temperature flowability was prepared in the same manner as in Production Example 2b above, except that the ratio was 0.12 parts to 100 parts (12 parts to 100 parts of solid content of water glass). Obtained. The calculated water content of the obtained CS9b was found to be equivalent to 140% by mass of the solid content of water glass in the coating layer.
-湿態CSの製造例10b-
硝酸塩を添加しないこと以外は、上記製造例1bと同様の手順に従って、湿態のCS10bを得た。その得られたCS10bの含水分量を算出したところ、水ガラスの固形分量の140質量%に相当する量であった。
-Wet CS production example 10b-
Wet CS10b was obtained according to the same procedure as in Production Example 1b above, except that nitrate was not added. The calculated water content of the obtained CS10b was found to be equivalent to 140% by mass of the solid content of water glass.
-湿態CSの製造例11b-
硝酸塩を添加しないこと以外は、上記製造例7bと同様の手順に従って、湿態のCS11bを得た。その得られたCS11bの含水分量を算出したところ、水ガラスの固形分量の110質量%に相当する量であった。
-Production example 11b of wet CS-
Wet CS11b was obtained according to the same procedure as in Production Example 7b above, except that nitrate was not added. The calculated water content of the obtained CS11b was found to be equivalent to 110% by mass of the solid content of water glass.
-湿態CSの製造例12b-
硝酸塩を添加しないこと以外は、上記製造例8bと同様の手順に従って、湿態のCS11bを得た。その得られたCS12bの含水分量を算出したところ、水ガラスの固形分量の160質量%に相当する量であった。
-Production example 12b of wet CS-
Wet CS11b was obtained according to the same procedure as in Production Example 8b above, except that nitrate was not added. The calculated water content of the obtained CS12b was found to be equivalent to 160% by mass of the solid content of water glass.
-湿態CSの製造例13b-
炭酸塩として、塩基性炭酸亜鉛を用い、それを、ルナモス#80の100部に対して0.05部(水ガラスの固形分100部に対して5部)の割合において、更に添加したこと以外は、上記製造例2bと同様の手順に従って、乾態のCS13bを得た。その得られたCS13bの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の140質量%に相当する量であった。
-Production example 13b of wet CS-
Basic zinc carbonate was used as the carbonate, and it was further added at a ratio of 0.05 parts to 100 parts of Lunamos #80 (5 parts to 100 parts of solid content of water glass). obtained dry CS13b according to the same procedure as in Production Example 2b above. The calculated water content of the obtained CS13b was found to be equivalent to 140% by mass of the solid content of water glass in the coating layer.
-湿態CSの製造例14b-
ホウ酸塩として、四ホウ酸ナトリウム十水和物を用い、それを、ルナモス#80の100部に対して0.05部(水ガラスの固形分100部に対して5部)の割合において、更に添加したこと以外は、上記製造例2bと同様の手順に従って、乾態のCS14bを得た。その得られたCS14bの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の140質量%に相当する量であった。
-Production example 14b of wet CS-
As the borate, sodium tetraborate decahydrate was used at a ratio of 0.05 parts to 100 parts of Lunamos #80 (5 parts to 100 parts of solid content of water glass). Dry CS14b was obtained by following the same procedure as in Production Example 2b above, except that additional addition was made. The calculated water content of the obtained CS14b was found to be equivalent to 140% by mass of the solid content of water glass in the coating layer.
-鋳型の造型例1(実施例1~9、比較例1~3)-
上記した各手順に従って製造されたCS1a~12a(温度:20℃)を、それぞれ、110℃に加熱された成形金型内に、圧力:0.3MPaのゲージ圧にて吹き込んで、充填した後、更に0.05MPaのゲージ圧力の下で、温度:99℃の水蒸気を4秒間吹き込み、成形金型内に充填した鋳型材料組成物相に通気せしめた。次いで、そのような水蒸気の通気が終了した後、0.03MPaのゲージ圧力の下で、150℃の温度の熱風を2分間吹き込み、成形金型内に充填されたCSをそれぞれ固化乃至硬化させることにより、試験片[φ5cm×5cm]として用いられる鋳型を、それぞれ作製した。このような鋳型作製工程において、水蒸気通気開始から熱風通気終了に至るまでの成形時間は、何れも125秒とした。なお、実施例1~9、比較例1~3の各々に係る鋳型(試験片)を作製する際に使用したCSの構成及び成形条件は、下記表1に示す通りである。また、それら実施例1~9や比較例1~3の各々で用いたCSから製造された円形無空中子(10)について、先の中子鋳造試験を実施し、中子の崩壊性と得られた鋳物の鋳肌の評価を実施し、その結果を、下記表1に併せ示した。
- Mold molding example 1 (Examples 1 to 9, Comparative examples 1 to 3) -
CS1a to 12a (temperature: 20°C) manufactured according to each of the above procedures were blown and filled into a mold heated to 110°C at a gauge pressure of 0.3 MPa, and then Further, under a gauge pressure of 0.05 MPa, steam at a temperature of 99° C. was blown for 4 seconds to aerate the mold material composition phase filled in the mold. Next, after such steam ventilation is completed, hot air at a temperature of 150 ° C. is blown for 2 minutes under a gauge pressure of 0.03 MPa to solidify or harden the CS filled in the mold. Accordingly, molds to be used as test pieces [φ5 cm×5 cm] were respectively produced. In such a mold manufacturing process, the molding time from the start of steam ventilation to the end of hot air ventilation was 125 seconds. The composition and molding conditions of the CS used in producing the molds (test pieces) for each of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 3 are as shown in Table 1 below. In addition, the above-mentioned core casting test was carried out on the circular airless core (10) manufactured from CS used in each of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 3, and the disintegration property and yield of the core were evaluated. The casting surface of the cast product was evaluated, and the results are shown in Table 1 below.
-鋳型の造型例2(実施例10~20、比較例4~6)-
上記した各手順に従って製造されたCS1a~14a(温度:20℃)を、常温のまま、品川式万能撹拌機(5DM-r型、株式会社ダルトン製)に投入し、更に、水を、CSの100部に対して1.0部の割合にて、撹拌機内に添加し、撹拌することにより、それぞれ湿態化させたCS(鋳型材料)を準備した。次いで、撹拌機内より取り出した湿態状の各種CSを、150℃に加熱された成形金型内に、圧力:0.3MPaのゲージ圧にて吹き込んで、充填した後、成形金型内で保持しながら、0.03MPaのゲージ圧力の下で、150℃の温度の熱風を2分間吹き込み、成形金型内に充填されたCSをそれぞれ固化乃至硬化させることにより、試験片[φ5cm×5cm]として用いられる鋳型を、それぞれ作製した。ここで、成形金型内保持開始から熱風通気終了に至るまでの成形時間は、何れも、180秒とした。なお、実施例10~20、比較例4~6の各々に係る鋳型(試験体)を作製する際に使用したCSの構成及び成形条件は、下記表2に示す通りである。また、それら実施例10~20や比較例4~6の各々で用いたCSから製造された円形無空中子(10)について、先の中子鋳造試験を実施し、中子の崩壊性と得られた鋳物の鋳肌の評価を実施し、その結果を、下記表2に併せ示した。
- Mold molding example 2 (Examples 10 to 20, Comparative Examples 4 to 6) -
CS1a to 14a (temperature: 20°C) produced according to the above-mentioned procedures were put into a Shinagawa universal stirrer (Model 5DM-r, manufactured by Dalton Co., Ltd.) at room temperature, and water was added to the CS. A moistened CS (mold material) was prepared by adding it into a stirrer at a ratio of 1.0 parts to 100 parts and stirring it. Next, various types of wet CS taken out from the stirrer were blown into a mold heated to 150°C at a gauge pressure of 0.3 MPa, filled, and then held in the mold. Meanwhile, under a gauge pressure of 0.03 MPa, hot air at a temperature of 150°C was blown for 2 minutes to solidify or harden the CS filled in the mold, thereby forming a test piece [φ5 cm x 5 cm]. The molds used were each made. Here, the molding time from the start of holding in the mold to the end of hot air ventilation was 180 seconds. The composition and molding conditions of the CS used in producing the molds (test specimens) of Examples 10 to 20 and Comparative Examples 4 to 6 are as shown in Table 2 below. In addition, the aforementioned core casting test was conducted on the circular airless core (10) manufactured from CS used in each of Examples 10 to 20 and Comparative Examples 4 to 6, and the core disintegration property and yield were evaluated. The casting surface of the cast product was evaluated, and the results are shown in Table 2 below.
-鋳型の造型例3(実施例21~31、比較例7~9)-
上記した各手順に従って製造されたCS1b~14b(温度:20℃)を、それぞれ、150℃に加熱された成形金型内に、充填した後、かかる成形金型内でそのまま保持することにより、充填されたCSをそれぞれ固化乃至硬化させることによって、試験片[φ5cm×5cm]として用いられる鋳型を、それぞれ作製した。ここで、成形金型内での保持開始から終了に至るまでの成形時間は、何れも、180秒とした。なお、実施例21~31、比較例7~9の各々に係る鋳型(試験片)を作製する際に使用したCSの構成及び成形条件は、下記表3に示す通りである。また、それら実施例21~31や比較例7~9の各々で用いたCSから製造された円形無空中子(10)について、先の中子鋳造試験を実施し、中子の崩壊性と得られた鋳物の鋳肌の評価を実施し、その結果を、下記表3に併せ示した。
- Mold molding example 3 (Examples 21 to 31, Comparative examples 7 to 9) -
After filling CS1b to 14b (temperature: 20°C) manufactured according to each of the above steps into a mold heated to 150°C, the filling is performed by holding the CS1b to 14b (temperature: 20°C) in the mold as it is. By solidifying or hardening the obtained CS, molds to be used as test pieces [φ5 cm×5 cm] were respectively produced. Here, the molding time from the start to the end of holding in the mold was 180 seconds. The composition and molding conditions of the CS used in producing the molds (test pieces) of Examples 21 to 31 and Comparative Examples 7 to 9 are as shown in Table 3 below. In addition, the above-mentioned core casting test was conducted on the circular airless cores (10) manufactured from the CS used in each of Examples 21 to 31 and Comparative Examples 7 to 9, and the disintegration properties and yields of the cores were evaluated. The casting surface of the cast product was evaluated, and the results are shown in Table 3 below.
上記表1~表3より明らかな如く、本発明に係るCS1a~9a、13a~14a及びCS1b~9b、13b~14bを用いて得られた鋳型にあっては、その崩壊性の向上と鋳肌の向上が認められた。また、CSが乾態と湿態の何れの形態においても同様の効果が得られていることが認められる。 As is clear from Tables 1 to 3 above, molds obtained using CS1a to 9a, 13a to 14a and CS1b to 9b, and 13b to 14b according to the present invention have improved disintegrability and casting surface. Improvement was observed. Furthermore, it is recognized that similar effects are obtained when CS is in either dry or wet form.
さらに、CS2a、CS13a、CS14aの各々を用いて、鋳型の造型例2に従って得られた試験片と、CS2b、CS13b、CS14bの各々を用いて、鋳型の造型例3に従って得られた試験片について、以下に示す手順に従い、それぞれ吸湿強度保持率の測定を行なった(実施例32~37)。その測定結果を、下記表4に示す。 Furthermore, regarding the test piece obtained according to mold making example 2 using each of CS2a, CS13a, and CS14a, and the test piece obtained according to mold making example 3 using each of CS2b, CS13b, and CS14b, The hygroscopic strength retention rate was measured in accordance with the procedure shown below (Examples 32 to 37). The measurement results are shown in Table 4 below.
-吸湿強度保持率の測定-
各CSを用いて得られた試験片について、その破壊荷重を、測定器(高千穂精機株式会社製、デジタル鋳物砂強度試験機)を用いて測定して、この測定された破壊荷重を用いて、抗折強度を、下記の式により算出した。なお、かかる破壊荷重の測定には、成形後1時間経過後の常温の試験片を用いた。
抗折強度(N/cm2 )=1.5×LW/ab2
[但し、L:支点間距離(cm)、W:破壊荷重(N)、a:試験片の幅(cm)、
b:試験片の厚み(cm)、である。]
次いで、容器に、水とグリセロールの混合溶液及び4点の下駄付き金網を入れ、各試験片を金網上に載置して、試験片が水及びグリセロール混合溶液(20%グリセロール濃度)に触れない状態として、かかる容器ごと温調器に入れて、40℃で24時間保持して、各試験片を吸湿劣化させた。その吸湿劣化後の各試験片について、その抗折強度を、上記と同様にして求めた。そして、吸湿前の抗折強度と、吸湿後の抗折強度から、下記式に基づいて、吸湿強度保持率を算出した。
吸湿強度保持率(%)=(吸湿後抗折強度/吸湿前抗折強度)×100
-Measurement of moisture absorption strength retention rate-
The breaking load of the test piece obtained using each CS was measured using a measuring device (manufactured by Takachiho Seiki Co., Ltd., digital foundry sand strength tester), and using this measured breaking load, The bending strength was calculated using the following formula. In addition, for the measurement of the breaking load, a test piece at room temperature after 1 hour had passed after molding was used.
Transverse bending strength (N/cm 2 )=1.5×LW/ab 2
[However, L: distance between fulcrums (cm), W: breaking load (N), a: width of test piece (cm),
b: Thickness (cm) of the test piece. ]
Next, put a mixed solution of water and glycerol and a wire mesh with four clogs in the container, and place each test piece on the wire mesh so that the test piece does not touch the mixed solution of water and glycerol (20% glycerol concentration). The container was placed in a temperature controller and kept at 40° C. for 24 hours to deteriorate each test piece by absorbing moisture. The bending strength of each test piece after moisture absorption and deterioration was determined in the same manner as above. Then, the moisture absorption strength retention rate was calculated from the bending strength before moisture absorption and the bending strength after moisture absorption based on the following formula.
Hygroscopic strength retention rate (%) = (flexural strength after moisture absorption/flexural strength before moisture absorption) x 100
かかる表4から明らかなように、粘結材に、硝酸塩と共に、併用して炭酸塩又はホウ酸塩を添加(併用)することにより、表2、表3に示される崩壊性の向上効果と共に、鋳型の吸湿強度保持率が大幅に向上することが認められる。 As is clear from Table 4, by adding (combining) carbonate or borate together with nitrate to the binder, the effect of improving disintegration shown in Tables 2 and 3, It is recognized that the moisture absorption strength retention rate of the mold is significantly improved.
2 溶湯注入口 4 幅木固定部
6 主型 8 幅木部
10 円形無空中子 12 鋳造試験用砂型
14 廃中子排出口 16 鋳物
2
Claims (17)
(b)水ガラスを必須成分とする粘結材と、
(c)硝酸のアルカリ土類金属塩からなる群より選ばれた少なくとも一つの硝酸塩と
を少なくとも含み、澱粉、デキストリン、グルコース、セルロース、ガム、樹脂、木質材料、砂糖、ポリエチレン、ポリスチレン、コールタール、木炭タール、ピッチ、石炭及び甘蔗糖は含まない、且つ動的安息角を測定することが出来ない、常温で流動性を有していない湿態の混合物として構成されていることを特徴とする鋳型材料組成物。
(a) refractory aggregate;
(b) a caking agent containing water glass as an essential component;
(c) at least one nitrate selected from the group consisting of alkaline earth metal salts of nitric acid, including starch, dextrin, glucose, cellulose, gum, resin, wood materials, sugar, polyethylene, polystyrene, coal tar, A mold that does not contain charcoal tar, pitch, coal, or cane sugar, and is composed of a wet mixture that does not have fluidity at room temperature, and does not allow measurement of the dynamic angle of repose. Material composition.
(a)耐火性骨材と、
(b)水ガラスを必須成分とする粘結材と、
(c)硝酸のアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩からなる群より選ばれた少なくとも一つの硝酸塩と、
(d)界面活性剤と
を少なくとも含み、且つ動的安息角を測定することが出来ない、常温で流動性を有していない湿態の混合物として構成されていることを特徴とする鋳型材料組成物。
A mold material composition that is not a material for CO2 gas mold ,
(a) refractory aggregate;
(b) a caking agent containing water glass as an essential component;
(c) at least one nitrate selected from the group consisting of alkali metal salts and alkaline earth metal salts of nitric acid;
(d) A mold material composition characterized in that it contains at least a surfactant and is constituted as a wet mixture that does not have fluidity at room temperature and whose dynamic angle of repose cannot be measured. thing.
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