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CN1308099C - 型砂及其制造方法、包含型砂的铸型、由铸型铸造形成的铸件和包含铸件的结构物 - Google Patents

型砂及其制造方法、包含型砂的铸型、由铸型铸造形成的铸件和包含铸件的结构物 Download PDF

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CN1308099C
CN1308099C CNB2003801054263A CN200380105426A CN1308099C CN 1308099 C CN1308099 C CN 1308099C CN B2003801054263 A CNB2003801054263 A CN B2003801054263A CN 200380105426 A CN200380105426 A CN 200380105426A CN 1308099 C CN1308099 C CN 1308099C
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仲井茂夫
木内一彦
土井明
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Kao Corp
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Abstract

本发明的特征在于：采用火焰熔融法将以Al2O3和SiO2为主成分的粉末球状化，由此制造球形度高、吸湿率小的型砂，进而制造强度优良、具有平滑表面的铸型。

Description

型砂及其制造方法、包含型砂的铸型、由铸型 铸造形成的铸件和包含铸件的结构物
技术领域
本发明涉及一种可以在铸钢、铸铁、铝、铜及它们的合金等的铸造用铸型中使用的球状型砂及其制造方法，以及铸造用铸型。
背景技术
一直以来作为型砂被广泛使用的是硅砂。由于硅砂是矿产品，因此其形态为不定形，缺乏流动性，填充性差。所以由硅砂构成的铸型的表面粗糙，从而铸造产品(铸件)的表面也粗糙，给作为后工序的研磨工序带来的负担增大。另外，构成硅砂的矿物即石英由于铸造时的热负荷而发生结晶转变，转变成方英石等，因这时的体积变化而引起溃散，因此硅砂作为型砂的再生效率低。作为解决上述问题的手段，在例如特开平4-367349号公报中公开了一种球状型砂，以及在例如特开平5-169184号公报中公开了一种高硅质球状型砂及其制造方法。它们均是将原料组合物造粒成球形后，用回转炉等进行烧成。但是，所得到的型砂的球形度低，因此流动性和填充性不充分，对铸物表面粗糙度改善的效果差。还有，由于使用的是烧结法，因此只能得到存在有很多开口气孔的吸水率大的多孔的型砂。其结果是铸型的强度不充分，或者铸型制造时需要大量的粘结剂，因此作为型砂的再生变得困难。
发明内容
本发明提供一种球状型砂，其采用火焰熔融法制造，含有Al2O3和SiO2作为主成分，Al2O3/SiO2的重量比为1～15，且平均粒径为0.05～1.5mm。另外，本发明提供一种球状型砂，其含有Al2O3和SiO2作为主成分，Al2O3/SiO2的重量比为1～15，且平均粒径为0.05～1.5mm，球形度为0.95或以上。再者，本发明提供一种所述球状型砂的制造方法，其包括把以Al2O3和SiO2为主成分、Al2O3/SiO2的重量比为0.9～17、且平均粒径为0.05～2mm的粉末粒子在火焰中熔融而使其球状化的工序。还有，本发明提供一种铸造用铸型，其含有所述球状型砂。
附图说明
图1是实施例1得到的型砂的反射显微镜照片(倍率：100倍)。
图2是比较例1得到的型砂的反射显微镜照片(倍率：100倍)。
图3是表示分别由实施例9和比较例1、4得到的型砂所制作的铸型之强度随时间变化的试验结果的图。
具体实施方式
本发明提供一种能够制造流动性优良、高强度并且表面平滑的铸造用铸型的球状型砂及其制造方法，以及该铸造用铸型。
本发明者们发现，具有特定的成分组成和粒径、球形度大进而吸水率小的耐火性粒子，作为型砂能发挥优良的性能，从而完成了本发明。
因此，本发明的球状型砂具有优良的流动性，采用该型砂能够获得高强度并且表面平滑的铸造用铸型。
本发明的球状型砂大体由2种方案构成。第1种方案是一种采用火焰熔融法制造的球状型砂，其含有Al2O3和SiO2作为主成分，Al2O3/SiO2的重量比为1～15，且平均粒径为0.05～1.5mm。另外，第2种方案是一种球状型砂，其含有Al2O3和SiO2作为主成分，Al2O3/SiO2的重量比为1～15，且平均粒径为0.05～1.5mm，球形度为0.95或以上。
本发明的球状型砂所具有的大的特征之一是具有特定的成分组成和平均粒径，并且球形度大。由于具有这样的构成，从而有可能制造流动性优良、高强度并且表面平滑的铸造用铸型。还有，与以往相比，能够用少量的粘结剂制造铸型，而且再生容易。
所谓作为本发明的球状型砂的形状的球状，是指球形度为0.88或以上，优选为0.90或以上。关于是否是球状，例如正如后述的实施例所叙述的那样，可以用光学显微镜或数字式示波器(例如，キ一エンス公司制、VH-8000型)等观察型砂，进行判定。
本发明的球状型砂以Al2O3和SiO2为主成分，而其中所谓的“主成分”是指Al2O3和SiO2的总量在整个型砂的总成分中含有80重量％或以上。
作为本发明的球状型砂的主成分即Al2O3和SiO2的含量，从提高耐火性的角度出发，作为它们的总量，在球状型砂的总成分中，优选为85～100重量％，更优选为90～100重量％。
另外，Al2O3/SiO2的重量比为1～15。从提高耐火性和型砂的再生效率的角度出发，优选为1.2～12，更优选为1.5～9。
还有，本发明的球状型砂中可以含有的作为主成分以外的成分例如可以举出：CaO、MgO、Fe2O3、TiO2、K2O、Na2O等金属氧化物。它们作为初始原料加以使用，例如来源于后述的原料。当含有CaO和MgO时，从提高球状型砂的耐火性的角度出发，作为它们的含量，以总量计优选为5重量％或以下。当含有Fe2O3和TiO2时，作为其含量，各自优选为5重量％或以下。另外，Fe2O3的含量更优选为2.5重量％或以下，进一步优选为2重量％或以下。当含有K2O和Na2O时，作为它们的含量，以总量计优选为3重量％或以下，更优选为1重量％或以下。
本发明的球状型砂的平均粒径(mm)为0.05～1.5mm的范围。低于0.05mm时，铸型的制造中需要很多的粘结剂，作为型砂的再生变得困难，因而是不优选的。另一方面，如果超过1.5mm，则铸型的空隙率增大，招致铸型强度的下降，因而是不优选的。从提高球状型砂的再生效率的角度出发，优选为0.075～1.5mm，另一方面，从提高铸型强度的角度出发，优选为0.05～1mm。从提高再生效率和铸型强度两者的角度出发，更优选为0.05～0.5mm，进一步优选为0.05～0.35mm。还有，当把本发明的球状型砂用作面砂等时，将其平均粒径设定为0.01～0.1mm的范围而使用是合适的。
所述平均粒径可以按照以下方法求得。也就是说，从球状型砂粒子的粒子投影断面看，球形度＝1时直接测定直径(mm)，而当球形度＜1时，测定随机取向的球状型砂粒子的长轴径(mm)和短轴径(mm)，并求出(长轴径+短轴径)/2，对于任意的100个球状型砂粒子，将分别得到的值进行平均，该平均值便设定为平均粒径(mm)。长轴径和短轴径的定义如下所述：使粒子在平面上处于稳定，用2根平行线夹住所述粒子在平面上的投影像时，该平行线的间隔变为最小的粒子的宽度称为短轴径，另一方面，用该平行线的垂直方向上的2根平行线夹住粒子时的距离称为长轴径。
还有，球状型砂粒子的长轴径和短轴径可以利用光学显微镜或数字式示波器(例如，キ一エンス公司制、VH-8000型)获得该粒子的图像(照片)，然后将得到的像进行图像解析而求得。另外，球形度的求出方法是，通过对得到的图像进行图像解析求得该粒子的粒子投影断面的面积和该断面的周长，然后计算[具有和粒子投影断面的面积(mm2)相同面积的真圆的圆周长(mm)]/[粒子投影断面的周长(mm)]，再对任意50个球状型砂粒子，将分别得到的值进行平均。
本发明的第1种方案的球状型砂是采用火焰熔融法获得的。因此，具有球形度高、致密的结构特征。该结构特征大大有助于提高流动性、铸型强度、被铸造的铸件的表面平滑性。
作为本发明的第1种方案的球状型砂，从提高流动性的角度出发，其球形度优选为0.95或以上，更优选为0.98或以上，进一步优选为0.99或以上。因此，作为本发明的第1种方案的球状型砂，例如采用火焰熔融法制造的、含有Al2O3和SiO2作为主成分、Al2O3/SiO2的重量比为1～15，且平均粒径为0.05～0.5mm，球形度为0.95或以上的球状型砂是合适的。
另一方面，本发明的第2种方案的球状型砂的球形度为0.95或以上。从提高流动性的角度出发，优选为0.98或以上，更优选为0.99或以上。
另外，作为本发明的球状型砂的吸水率(重量％)，从抑制因铸型制造时使用的粘结剂吸收进型砂内部而引起的粘结剂使用量的增加以及提高铸型强度等角度出发，优选为3重量％或以下，更优选为0.8重量％或以下，进一步优选为0.3重量％或以下。吸水率可以按照JISA1109的细骨料的吸水率测定方法来测定。
还有，球状型砂当采用火焰熔融法调制时，与采用该方法以外的烧成方法调制的砂相比，其吸水率在相同球形度的条件下通常会下降。
另一方面，本发明的球状型砂的球形度为0.98或以上时，如果该球状型砂在与硅砂等流动性低的公知的型砂的混合物中优选含有50体积％或以上，则由该混合物构成的型砂可以充分发挥本发明所期望的效果。也就是说，如果在如上所述的公知的型砂中缓慢添加本发明的球状型砂，则随着添加量的增加能够发挥本发明所期望的效果，但在由所述混合物构成的型砂中，含有50体积％或以上的具有所述预定球形度的本发明的球状型砂时，其效果变得明显。还有，作为由该混合物构成的型砂中的、球形度为0.98或以上的本发明的球状型砂的含量，更优选为60体积％或以上，进一步优选为80体积％或以上。因此，作为本发明的球状型砂，从其具有良好的利用性的角度出发，球形度为0.98或以上是特别合适的。另外，含有50体积％或以上该球状型砂的型砂，可以发挥和本发明的球状型砂相同的效果，因此这样的型砂也包括在本发明中。
如上所述，本发明的第1方案的球状型砂采用火焰熔融法制造。另一方面，本发明的第2方案的球状型砂例如可以采用造粒后进行烧结的方法、电熔喷散法等公知的方法来制造，其中，与本发明的第1方案的球状型砂同样地采用火焰熔融法来制造是合适的。于是，下面对采用火焰熔融法的本发明的球状型砂的制造方法的一个例子加以说明。而且该制造方法也包括在本发明中。
本发明的球状型砂的制造方法包括如下工序：把以Al2O3和SiO2为主成分、Al2O3/SiO2的重量比为0.9～17、且平均粒径为0.05～2mm的粉末粒子作为初始原料，将该粉末粒子在火焰中熔融而使其球状化。
另外，其中所谓“以Al2O3和SiO2为主成分”是指，在作为初始原料的整个粉末粒子的总成分中，含有Al2O3和SiO2的总量为80重量％或以上。因此，只要是“以Al2O3和SiO2为主成分”，则作为该粉末粒子，可以是由如后所述的作为Al2O3源的原料和作为SiO2源的原料的混合物构成的物质，也可以是由作为(Al2O3+SiO2)源的原料单独构成的物质，此外还可以是作为Al2O3源的原料和/或作为SiO2源的原料和作为(Al2O3+SiO2)源的原料的混合物。
在作为初始原料的所述粉末粒子中，从为了使所得到的球状型砂中的Al2O3和SiO2的总量为总成分中的80重量％或以上这样的角度考虑，作为主成分的Al2O3和SiO2的以总量计的含量，优选为75重量％或以上，更优选为80重量％或以上，进一步优选为85～100重量％，特别优选为90～100重量％。从为了使所得到的球状型砂中的Al2O3/SiO2的重量比为1～15这样的角度考虑，作为Al2O3/SiO2的重量比为0.9～17，优选为1～15。作为平均粒径，从获得单分散的球状型砂的角度出发，为0.05mm或以上，从获得具有所期望的球形度的型砂的角度出发，为2mm或以下，为满足上述两者，为0.02～2mm。另外，从提高所得到的型砂的球形度的角度出发，优选为0.05～1.5mm。还有，为了获得作为面砂使用所要求的平均粒径为0.01～0.1mm范围的所述球状型砂，优选使用平均粒径为0.01～0.1mm范围的初始原料。
Al2O3/SiO2的重量比在原料粉末粒子和所得到的球状型砂中是不同的，这是因为根据原料的不同，Al2O3的耗散量和SiO2的耗散量就会不同。还有，关于原料粉末粒子的平均粒径，虽然不定形的粉末变成球状时粒径会减小，但本来是球状的粉末的粒径不会发生变化，因此只要在上述范围即可。
为了获得本发明的球状型砂，作为初始原料的粉末粒子，在考虑熔融时的成分蒸发后，Al2O3/SiO2的重量比和平均粒径应调整到上述范围内再使用。
当熔融作为初始原料的粉末粒子时，如果该粒子中含有水分，由于该水分发生了蒸发，得到的型砂中就会伴随该水分的蒸发而形成很多开孔。该开孔的形成将导致型砂的吸水率增加和球形度下降。因此，作为初始原料的含水率(重量％)，从把得到的球状型砂的吸水率和球形度调节为适当范围的角度出发，优选为10重量％或以下，更优选为3重量％或以下，进一步优选为1重量％或以下。含水率通过10g粉末粒子在800℃下加热1小时后的减少量来测定。
初始原料例如可以从具有耐火性的矿产原料和合成原料之中加以选择。作为Al2O3源的原料，可以列举出矾土、矾土页岩、氧化铝、氢氧化铝等。另外，作为SiO2源的原料，可以举出硅石、硅砂、石英、方英石、非晶二氧化硅、长石、叶蜡石等。另外，作为(Al2O3+SiO2)源的原料，可以举出高岭土、矾土页岩、矾土、云母、硅线石、红柱石、莫来石、沸石、蒙脱石、埃洛石(halloysite：又称多水高岭土)等。上述原料可以各自单独地或者混合2种或更多种使用。被选择的初始原料优选预烧后使用，以降低其含水率或使其熔融变得容易。作为预烧的原料粉末粒子，可以例举预烧矾土页岩、预烧莫来石、预烧矾土、预烧过的氢氧化铝和高岭土的混合物等。
在把作为初始原料的粉末粒子在火焰中熔融从而球状化的工序中，使上述的初始原料分散于氧等载气中，然后投入到火焰中熔融，从而进行球状化(火焰熔融法)。在适宜的方案中，投入到下述火焰中。
使用的火焰是使丙烷、丁烷、甲烷、天然液化气、液化石油气、重油、煤油、轻油、微粉碳等燃料和氧气一起燃烧而产生的。从完全燃烧的角度考虑，燃料对氧气的比以容量比计优选为1.01～1.3。从产生高温的火焰的角度出发，以使用氧·气体燃烧器为宜。对燃烧器的结构并没有特别的限定，可以例举特开平7-48118号公报、特开平11-132421号公报、特开2000-205523号公报或特开2000-346318号公报中所公开的燃烧器。
在对本发明的制造方法所使用的、具有处在0.05～2mm范围的大平均粒径的所述耐火性的原料粉末进行球状化方面，以下的方法是适用的。
往火焰中投入粉末粒子，在载气中分散后进行。作为载气，氧是适合使用的。这时，载气氧的优点是可以用于燃料燃烧而消耗。从确保粉末粒子的充分的分散性的角度出发，气体中的粉体浓度优选为0.1～20kg/Nm3，更优选为0.2～10kg/Nm3。
进而在投入火焰中时，更优选通过筛网、静态搅拌机(static mixer)等，以提高其分散性。
从获得单分散的球状型砂的角度出发，优选在加快火焰中的球状化的同时，选择原料粉末粒子的形状和组成。作为形状，从确保火焰中的滞留时间和加快熔融、球状化的角度考虑，原料粉末粒子的长轴径/短轴径比优选为9或以下，更优为选4或以下，进一步优选为2或以下。另一方面，作为组成，从获得没有热粘结的单分散的球状粒子的角度出发，Al2O3/SiO2的重量比为1.5～10是特别合适的。
另外，粉末粒子在使N2惰性气体等电离产生的等离子体喷射火焰中，也可以很好地熔融而发生球状化。
采用以上的方法能够获得本发明所期望的球状型砂。该型砂具有非常优良的流动性。还有，如上所述，将本发明的球状型砂和公知的型砂适当混合以使其含有一定比例的该球状型砂，由此可以获得能够发挥和本发明的球状型砂同等效果的型砂。在铸型的制造中使用这些型砂时，可以减少粘结剂用量，因此这些型砂作为型砂能够高效率地进行再生。
本发明的球状型砂以及由该型砂和公知的型砂的混合物构成的型砂(以下将上述的型砂简称为本发明的型砂)，适用于铸钢、铸铁、铝、铜和它们的合金等的铸型用途。另外，还可以用作金属、塑料等中的填充材料。
本发明的型砂可以单独地或者和硅砂等其它公知的型砂及耐火性骨料组合，与粘土、水玻璃、二氧化硅溶胶等无机质粘结剂、或呋喃树脂、酚醛树脂、呋喃酚醛树脂等有机质粘结剂混合后，使用所期望的铸造用铸型按照公知的方法进行造型。从获得高强度的铸造用铸型的角度出发，作为粘结剂的使用量，相对于型砂100重量份，以使用0.05～5重量份粘结剂为宜。如上所述得到的铸型，具有高强度而且其表面光滑。因此，采用该铸造用铸型进行铸造时，得到的铸件表面粗糙度变小，给作为后工序的研磨工序带来的负担减小。
从用于铸造用铸型的制造的角度出发，作为本发明的型砂的粒子密度(g/cm3)，优选为1～3.5g/cm3的范围。当希望更高强度的铸型时，作为该粒子密度，优选为2.5～3.5g/cm3的范围。处在该范围的粒子密度，能够获得实心而致密并且高强度的铸型。另外，希望轻量的铸型的时候，作为该粒子密度，优选为1～2.5g/cm3的范围。处在该范围的粒子密度，能够获得内部具有空间的多孔的轻量的铸型。粒子密度可以按照JIS R1620的粒子密度测定法进行测定。
还有，通过对所述铸件进一步进行适当加工，能够得到表面和内面缺陷少的结构物。作为该结构物，例如可以列举出金属模、发动机构件、机床构件、建筑构件等。
本发明的球状型砂，型砂所要求的诸特性均优良，可应用于产业上。此外，本发明还包括上述的具有优良性质的铸造用铸型、铸件和结构物。
实施例
实施例1
以含有Al2O3和SiO2的总量为97重量％、Al2O3/SiO2的重量比为1.7、含水率为0重量％、平均粒径为0.31mm、长轴径/短轴径比为1.5的莫来石粉末(柴田陶瓷制合成莫来石粉末)为初始原料，用氧气作为载气，在使液化石油气(丙烷气体)以对氧气比(容量比)为1.1进行燃烧的火焰(约2000℃)中投入该粉末，便得到单分散的球状型砂。得到的型砂含有Al2O3和SiO2的总量为97重量％，Al2O3/SiO2的重量比为1.7，平均粒径为0.26mm，球形度为0.99，吸水率为0重量％，粒子密度为2.9g/cm3。该型砂的反射显微镜((株)ニコン制)照片(倍率：100倍)如图1所示。从该图可知：所有的型砂粒子都是球状。
实施例2
除了将初始原料的平均粒径设定为0.9mm、长轴径/短轴径比设定为1.7外，用和实施例1同样的操作得到单分散的球状型砂。得到的型砂含有Al2O3和SiO2的总量为97重量％，Al2O3/SiO2的重量比为1.7，平均粒径为0.69mm，球形度为0.97，吸水率为0重量％，粒子密度为2.8g/cm3。
实施例3
除了以含有Al2O3和SiO2总量97重量％、Al2O3/SiO2重量比为2.7、含水率为0.1重量％、平均粒径为0.25mm、长轴径/短轴径比为1.3的莫来石粉末(柴田陶瓷制合成莫来石粉末)为初始原料外，用和实施例1同样的操作得到单分散的球状型砂。得到的型砂含有Al2O3和SiO2的总量为98重量％，Al2O3/SiO2的重量比为2.7，平均粒径为0.21mm，球形度为0.99，吸水率为0重量％，粒子密度为3.1g/cm3。
实施例4
除了以含有Al2O3和SiO2的总量为95重量％、Al2O3/SiO2的重量比为1.64、含水率为0.2重量％、平均粒径为0.45mm、长轴径/短轴径比为1.6的硅线石砂为初始原料外，用和实施例1同样的操作得到单分散的球状型砂。得到的型砂含有Al2O3和SiO2的总量为95重量％，Al2O3/SiO2的重量比为1.6，平均粒径为0.35mm，球形度为0.98，吸水率为0重量％，粒子密度为2.8g/cm3。
实施例5
将混合氢氧化铝和高岭土得到的物质在电炉中于700℃预烧1小时，以使Al2O3/SiO2的重量比为2.5，以含有Al2O3和SiO2的总量为96重量％、含水率为1.9重量％、平均粒径为0.2mm、长轴径/短轴径比为1.8的粉末粒子为初始原料，除此之外，用和实施例1同样的操作得到单分散的球状型砂。得到的型砂含有Al2O3和SiO2的总量为95重量％，Al2O3/SiO2的重量比为2.6，平均粒径为0.19mm，球形度为0.97，吸水率为0.1重量％，粒子密度为2.7g/cm3。
实施例6
以含有Al2O3和SiO2的总量为93重量％、Al2O3/SiO2的重量比为1.56、含水率为0.1重量％、平均粒径为0.15mm、长轴径/短轴径比为1.4的预烧矾土页岩粉末为初始原料，用和实施例1同样的操作得到单分散的球状型砂。得到的型砂含有Al2O3和SiO2的总量为93重量％，Al2O3/SiO2的重量比为1.55，Fe2O3含量为1.7重量％，平均粒径为0.14mm，球形度为0.988，吸水率为0重量％。
实施例7
以含有Al2O3和SiO2的总量为95重量％、Al2O3/SiO2的重量比为3.36、含水率为0.1重量％、平均粒径为0.13mm、长轴径/短轴径比为1.2的预烧矾土页岩粉末为初始原料，用和实施例1同样的操作得到单分散的球状型砂。得到的型砂含有Al2O3和SiO2的总量为93重量％，Al2O3/SiO2的重量比为3.35，Fe2O3含量为1.01重量％，平均粒径为0.12mm，球形度为0.998，吸水率为0重量％。
实施例8
以含有Al2O3和SiO2的总量为91重量％、Al2O3/SiO2的重量比为9.83、含水率为0.1重量％、平均粒径为0.14mm、长轴径/短轴径比为1.3的预烧矾土页岩粉末为初始原料，用和实施例1同样的操作得到单分散的球状型砂。得到的型砂含有Al2O3和SiO2的总量为91.5重量％，Al2O3/SiO2的重量比为9.39，Fe2O3含量为1.87重量％，平均粒径为0.13mm，球形度为0.996，吸水率为0重量％。
实施例9
以含有Al2O3和SiO2的总量为95重量％、Al2O3/SiO2重量比为2.21、含水率为0重量％、平均粒径为0.16mm、长轴径/短轴径比为1.4的预烧莫来石粉末为初始原料，用和实施例1同样的操作得到单分散的球状型砂。得到的型砂含有Al2O3和SiO2的总量为95.3重量％，Al2O3/SiO2的重量比为2.19，Fe2O3含量为1.21重量％，平均粒径为0.13mm，球形度为0.995，吸水率为0重量％。
比较例1
混合氢氧化铝和高岭土以使Al2O3/SiO2的重量比为2.7，用喷雾干燥器使之成为平均粒径为0.2mm的呈球状的粉末粒子(含有Al2O3和SiO2的总量为96重量％)，在电炉中于700℃将其预烧1小时，由此得到球状型砂。得到的型砂含有Al2O3和SiO2的总量为97重量％，Al2O3/SiO2的重量比为2.7，平均粒径为0.18mm，球形度为0.89，吸水率为1.2重量％，粒子密度为2.7g/cm3。该型砂的反射显微镜((株)ニコン制)照片(倍率：100倍)如图2所示。从该图可知本型砂粒子的形状是球状化率低，球形度低。
比较例2
混合氢氧化铝和高岭土以使Al2O3/SiO2的重量比为25，在电炉中于700℃预烧1小时，以得到的含有Al2O3和SiO2的总量为97重量％、含水率为2.9重量％、平均粒径为0.2mm的粉末粒子为初始原料，除此之外，用和实施例1同样的操作得到球状型砂。得到的型砂含有Al2O3和SiO2的总量为97重量％，Al2O3/SiO2的重量比为26，平均粒径为0.19mm，球形度为0.88，吸水率为1重量％，粒子密度为3.3g/cm3。
比较例3
混合硅石粉和高岭土以使Al2O3/SiO2的重量比为0.5，在电炉中于700℃预烧1小时，以得到的含有Al2O3和SiO2的总量为97重量％、含水率为0.9重量％、平均粒径为0.2mm的粉末粒子为初始原料，除此之外，用和实施例1同样的操作得到型砂。得到的型砂几乎是不定形的，几乎得不到球状物。
比较例4
除了以SiO2含量为99重量％、平均粒径0.13mm的硅砂(不定形)为初始原料外，用和实施例1同样的操作得到型砂。得到的型砂是不定形的，其吸水率为0.1重量％。
试验例1
对实施例1、3以及5和比较例1～2所得到的型砂的流动性、以及由该型砂得到的铸型的强度和表面状态进行了研究。
(1)型砂的流动性
使用符合JIS K6721的漏斗，求得流动时间(秒)。流动时间短的，其流动性良好。
(2)铸型的强度
将型砂分级成74～250μm后，相对于100重量份的型砂，添加1.2重量份的作为成形粘结剂的カオ一ステツプS660(花王クエ一カ一制)，按照自硬性铸型造型法进行成形(直径50mm×高50mm)，便得到铸型。接着，在室温下养护24小时后，使用压缩试验机测定铸型的压缩强度(MPa)(25℃，湿度55％)。
(3)铸型的表面状态
按照以下的评价基准，通过目视观察对从铸型脱模后的铸件表面进行评价，将该评价结果用作铸型的表面状态的评价结果。也就是说，铸件表面的状态如果平滑的话，铸型的表面状态也平滑。还有，铸件的制作方法是：将铸铁FC～250在高频炉中于1400℃熔融，制作成50mm×50mm×400mm的长方体形状。
评价基准
○：表示没有型砂痕迹，为平滑的面
△：表示能稍稍辨认出型砂痕迹，为稍平滑的面
×：表示型砂痕迹明显，为粗糙的面
以上的各试验结果如表1所示。
                                      表1
  实施例1   实施例3   实施例5   比较例1   比较例2
  型砂 流动性(秒) 9.6 9.3 9.9 11.7 11.6
  铸型  压缩强度(MPa)   4.9   5.4   4.4   2.1   2.9
 表面状态   ○   ○   ○   ×   ×
从表1所示的结果可知：与比较例1～2的型砂相比，实施例1、3和5的型砂具有优良的流动性。另外，对于所得到的铸型，与比较例相比，实施例的铸型具有良好的强度，而且表面状态平滑。用由实施例1、3和5的型砂制造的铸型所铸造的铸件，其表面平滑的程度能够充分减轻作为后工序的研磨工序的工作量。
试验例2
除了使用实施例9和比较例1、4得到的型砂、粘结剂设定为カオ一ライトナ一34OB(花王クエ一カ一制)外，和试验例1同样地进行铸型的强度在0.5～24小时的时间范围内随时间变化的试验。图3表示由上述的型砂制作的铸型的强度随时间变化的试验结果。如该图所示，当使用实施例9的型砂时，在短时间内铸型强度达到了实用强度(2MPa左右)。因此，脱模能快速进行，作业效率得到提高。
另外，采用表面粗糙度测定器(小坂研究所制，サ一フコ一ダSE～30H)测定了使用实施例9和比较例1得到的型砂制作的铸型的表面、和使用该铸型制作的铸件的表面的平滑性，并用表面粗糙度表示(平均表面粗糙度：Ra)。Ra越小，表面平滑性越良好。结果如表2所示。从表2可知，使用实施例9的型砂时，与使用比较例1的型砂相比，能够获得表面平滑性优良的铸型，用该铸型制作的铸件的表面也具有良好的平滑性。
                       表2
  实施例9   比较例1
  表面粗糙度Ra(μm)   铸型表面   16   34
  铸件表面   8   13
试验例3
对于实施例3、9和比较例1、4得到的型砂，进行了成为型砂的再生效率指标的耐粉碎性的比较。将1kg各自的型砂分别投入到氧化铝球磨机中，将处理60分钟后的平均粒径变化率[(处理前的平均粒径/处理后的平均粒径)×100]作为耐粉碎性的指标。该变化率越小，耐粉碎性越良好。结果如表3所示。
                            表3
  实施例3   实施例9   比较例1   比较例4
  平均粒径变化率   119   116   129   156
从表3可知：实施例3和9的型砂与比较例1和4的型砂相比，具有优良的耐粉碎性。因此，可以减少粘结剂的用量，使用后的砂中的残存碳量少，焙烧再生变得容易。由于焙烧再生时不会发生粉化(成为磨耗粉)，因此可以说实施例3和9的型砂具有优良的再生效率。
试验例4
分别制得由50体积％的实施例3的型砂和50体积％的比较例1的型砂构成的型砂，以及由80体积％的实施例9的型砂和20体积％的比较例4的型砂构成的型砂，按照实施例1进行试验，结果发现上述的型砂具有优良的流动性，而且由该型砂得到的铸型具有优良的强度，表面状态平滑。

Claims (23)

1.一种球状型砂，其采用火焰熔融法制造，含有Al2O3和SiO2作为主成分，Al2O3/SiO2的重量比为1～15，且平均粒径为0.05～1.5mm。
2.如权利要求1所述的球状型砂，其中平均粒径为0.05～0.5mm，且球形度为0.95或以上。
3.如权利要求1所述的球状型砂，其中吸水率为0.8重量％或以下。
4.如权利要求1所述的球状型砂，其中球形度为0.98或以上。
5.一种型砂，其含有50体积％或以上的权利要求4所述的球状型砂。
6.权利要求1所述的球状型砂的制造方法，其包括把以Al2O3和SiO2为主成分、Al2O3/SiO2的重量比为0.9～17、且平均粒径为0.05～2mm的粉末粒子在火焰中熔融而使其球状化的工序。
7.一种铸造用铸型，其包含权利要求1所述的球状型砂。
8.一种铸造用铸型，其包含权利要求5所述的型砂。
9.一种铸件，其使用权利要求7所述的铸型铸造而成。
10.一种铸件，其使用权利要求8所述的铸型铸造而成。
11.一种结构物，其由权利要求9所述的铸件构成。
12.一种结构物，其由权利要求10所述的铸件构成。
13.一种球状型砂，其含有Al2O3和SiO2作为主成分，Al2O3/SiO2的重量比为1～15，且平均粒径为0.05～1.5mm，球形度为0.95或以上。
14.如权利要求13所述的球状型砂，其中吸水率为0.8重量％或以下。
15.如权利要求13所述的球状型砂，其中球形度为0.98或以上。
16.一种型砂，其含有50体积％或以上的权利要求15所述的球状型砂。
17.如权利要求13所述的球状型砂的制造方法，其包括把以Al2O3和SiO2为主成分、Al2O3/SiO2的重量比为0.9～17、且平均粒径为0.05～2mm的粉末粒子在火焰中熔融而使其球状化的工序。
18.一种铸造用铸型，其包含权利要求13所述的球状型砂。
19.一种铸造用铸型，其包含权利要求16所述的型砂。
20.一种铸件，其使用权利要求18所述的铸型铸造而成。
21.一种铸件，其使用权利要求19所述的铸型铸造而成。
22.一种结构物，其由权利要求20所述的铸件构成。
23.一种结构物，其由权利要求21所述的铸件构成。
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