專利名稱：球狀型砂及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以在鑄鋼、鑄鐵、鋁、銅及它們的合金等的鑄造用鑄型中使用的球狀型砂及其制造方法，以及鑄造用鑄型。
背景技術(shù)：
一直以來作為型砂被廣泛使用的是硅砂。由于硅砂是礦產(chǎn)品，因此其形態(tài)為不定形，缺乏流動性，填充性差。所以由硅砂構(gòu)成的鑄型的表面粗糙，從而鑄造產(chǎn)品(鑄件)的表面也粗糙，給作為后工序的研磨工序帶來的負(fù)擔(dān)增大。另外，構(gòu)成硅砂的礦物即石英由于鑄造時(shí)的熱負(fù)荷而發(fā)生結(jié)晶轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變成方英石等，因這時(shí)的體積變化而引起潰散，因此硅砂作為型砂的再生效率低。作為解決上述問題的手段，在例如特開平4-367349號公報(bào)中公開了一種球狀型砂，以及在例如特開平5-169184號公報(bào)中公開了一種高硅質(zhì)球狀型砂及其制造方法。它們均是將原料組合物造粒成球形后，用回轉(zhuǎn)爐等進(jìn)行燒成。但是，所得到的型砂的球形度低，因此流動性和填充性不充分，對鑄物表面粗糙度改善的效果差。還有，由于使用的是燒結(jié)法，因此只能得到存在有很多開口氣孔的吸水率大的多孔的型砂。其結(jié)果是鑄型的強(qiáng)度不充分，或者鑄型制造時(shí)需要大量的粘結(jié)劑，因此作為型砂的再生變得困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種球狀型砂，其采用火焰熔融法制造，含有Al2O3和SiO2作為主成分，Al2O3/SiO2的重量比為1～15，且平均粒徑為0.05～1.5mm。另外，本發(fā)明提供一種球狀型砂，其含有Al2O3和SiO2作為主成分，Al2O3/SiO2的重量比為1～15，且平均粒徑為0.05～1.5mm，球形度為0.95或以上。再者，本發(fā)明提供一種所述球狀型砂的制造方法，其包括把以Al2O3和SiO2為主成分、Al2O3/SiO2的重量比為0.9～17、且平均粒徑為0.05～2mm的粉末粒子在火焰中熔融而使其球狀化的工序。還有，本發(fā)明提供一種鑄造用鑄型，其含有所述球狀型砂。


圖1是實(shí)施例1得到的型砂的反射顯微鏡照片(倍率100倍)。
圖2是比較例1得到的型砂的反射顯微鏡照片(倍率100倍)。
圖3是表示分別由實(shí)施例9和比較例1、4得到的型砂所制作的鑄型之強(qiáng)度隨時(shí)間變化的試驗(yàn)結(jié)果的圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種能夠制造流動性優(yōu)良、高強(qiáng)度并且表面平滑的鑄造用鑄型的球狀型砂及其制造方法，以及該鑄造用鑄型。
本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，具有特定的成分組成和粒徑、球形度大進(jìn)而吸水率小的耐火性粒子，作為型砂能發(fā)揮優(yōu)良的性能，從而完成了本發(fā)明。
因此，本發(fā)明的球狀型砂具有優(yōu)良的流動性，采用該型砂能夠獲得高強(qiáng)度并且表面平滑的鑄造用鑄型。
本發(fā)明的球狀型砂大體由2種方案構(gòu)成。第1種方案是一種采用火焰熔融法制造的球狀型砂，其含有Al2O3和SiO2作為主成分，Al2O3/SiO2的重量比為1～15，且平均粒徑為0.05～1.5mm。另外，第2種方案是一種球狀型砂，其含有Al2O3和SiO2作為主成分，Al2O3/SiO2的重量比為1～15，且平均粒徑為0.05～1.5mm，球形度為0.95或以上。
本發(fā)明的球狀型砂所具有的大的特征之一是具有特定的成分組成和平均粒徑，并且球形度大。由于具有這樣的構(gòu)成，從而有可能制造流動性優(yōu)良、高強(qiáng)度并且表面平滑的鑄造用鑄型。還有，與以往相比，能夠用少量的粘結(jié)劑制造鑄型，而且再生容易。
所謂作為本發(fā)明的球狀型砂的形狀的球狀，是指球形度為0.88或以上，優(yōu)選為0.90或以上。關(guān)于是否是球狀，例如正如后述的實(shí)施例所敘述的那樣，可以用光學(xué)顯微鏡或數(shù)字式示波器(例如，キ一エンス公司制、VH-8000型)等觀察型砂，進(jìn)行判定。
本發(fā)明的球狀型砂以Al2O3和SiO2為主成分，而其中所謂的“主成分”是指Al2O3和SiO2的總量在整個型砂的總成分中含有80重量％或以上。
作為本發(fā)明的球狀型砂的主成分即Al2O3和SiO2的含量，從提高耐火性的角度出發(fā)，作為它們的總量，在球狀型砂的總成分中，優(yōu)選為85～100重量％，更優(yōu)選為90～100重量％。
另外，Al2O3/SiO2的重量比為1～15。從提高耐火性和型砂的再生效率的角度出發(fā)，優(yōu)選為1.2～12，更優(yōu)選為1.5～9。
還有，本發(fā)明的球狀型砂中可以含有的作為主成分以外的成分例如可以舉出CaO、MgO、Fe2O3、TiO2、K2O、Na2O等金屬氧化物。它們作為初始原料加以使用，例如來源于后述的原料。當(dāng)含有CaO和MgO時(shí)，從提高球狀型砂的耐火性的角度出發(fā)，作為它們的含量，以總量計(jì)優(yōu)選為5重量％或以下。當(dāng)含有Fe2O3和TiO2時(shí)，作為其含量，各自優(yōu)選為5重量％或以下。另外，F(xiàn)e2O3的含量更優(yōu)選為2.5重量％或以下，進(jìn)一步優(yōu)選為2重量％或以下。當(dāng)含有K2O和Na2O時(shí)，作為它們的含量，以總量計(jì)優(yōu)選為3重量％或以下，更優(yōu)選為1重量％或以下。
本發(fā)明的球狀型砂的平均粒徑(mm)為0.05～1.5mm的范圍。低于0.05mm時(shí)，鑄型的制造中需要很多的粘結(jié)劑，作為型砂的再生變得困難，因而是不優(yōu)選的。另一方面，如果超過1.5mm，則鑄型的空隙率增大，招致鑄型強(qiáng)度的下降，因而是不優(yōu)選的。從提高球狀型砂的再生效率的角度出發(fā)，優(yōu)選為0.075～1.5mm，另一方面，從提高鑄型強(qiáng)度的角度出發(fā)，優(yōu)選為0.05～1mm。從提高再生效率和鑄型強(qiáng)度兩者的角度出發(fā)，更優(yōu)選為0.05～0.5mm，進(jìn)一步優(yōu)選為0.05～0.35mm。還有，當(dāng)把本發(fā)明的球狀型砂用作面砂等時(shí)，將其平均粒徑設(shè)定為0.01～0.1mm的范圍而使用是合適的。
所述平均粒徑可以按照以下方法求得。也就是說，從球狀型砂粒子的粒子投影斷面看，球形度＝1時(shí)直接測定直徑(mm)，而當(dāng)球形度＜1時(shí)，測定隨機(jī)取向的球狀型砂粒子的長軸徑(mm)和短軸徑(mm)，并求出(長軸徑+短軸徑)/2，對于任意的100個球狀型砂粒子，將分別得到的值進(jìn)行平均，該平均值便設(shè)定為平均粒徑(mm)。長軸徑和短軸徑的定義如下所述使粒子在平面上處于穩(wěn)定，用2根平行線夾住所述粒子在平面上的投影像時(shí)，該平行線的間隔變?yōu)樽钚〉牧Ｗ拥膶挾确Q為短軸徑，另一方面，用該平行線的垂直方向上的2根平行線夾住粒子時(shí)的距離稱為長軸徑。
還有，球狀型砂粒子的長軸徑和短軸徑可以利用光學(xué)顯微鏡或數(shù)字式示波器(例如，キ一エンス公司制、VH-8000型)獲得該粒子的圖像(照片)，然后將得到的像進(jìn)行圖像解析而求得。另外，球形度的求出方法是，通過對得到的圖像進(jìn)行圖像解析求得該粒子的粒子投影斷面的面積和該斷面的周長，然后計(jì)算[具有和粒子投影斷面的面積(mm2)相同面積的真圓的圓周長(mm)]/[粒子投影斷面的周長(mm)]，再對任意50個球狀型砂粒子，將分別得到的值進(jìn)行平均。
本發(fā)明的第1種方案的球狀型砂是采用火焰熔融法獲得的。因此，具有球形度高、致密的結(jié)構(gòu)特征。該結(jié)構(gòu)特征大大有助于提高流動性、鑄型強(qiáng)度、被鑄造的鑄件的表面平滑性。
作為本發(fā)明的第1種方案的球狀型砂，從提高流動性的角度出發(fā)，其球形度優(yōu)選為0.95或以上，更優(yōu)選為0.98或以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.99或以上。因此，作為本發(fā)明的第1種方案的球狀型砂，例如采用火焰熔融法制造的、含有Al2O3和SiO2作為主成分、Al2O3/SiO2的重量比為1～15，且平均粒徑為0.05～0.5mm，球形度為0.95或以上的球狀型砂是合適的。
另一方面，本發(fā)明的第2種方案的球狀型砂的球形度為0.95或以上。從提高流動性的角度出發(fā)，優(yōu)選為0.98或以上，更優(yōu)選為0.99或以上。
另外，作為本發(fā)明的球狀型砂的吸水率(重量％)，從抑制因鑄型制造時(shí)使用的粘結(jié)劑吸收進(jìn)型砂內(nèi)部而引起的粘結(jié)劑使用量的增加以及提高鑄型強(qiáng)度等角度出發(fā)，優(yōu)選為3重量％或以下，更優(yōu)選為0.8重量％或以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.3重量％或以下。吸水率可以按照J(rèn)ISA1109的細(xì)骨料的吸水率測定方法來測定。
還有，球狀型砂當(dāng)采用火焰熔融法調(diào)制時(shí)，與采用該方法以外的燒成方法調(diào)制的砂相比，其吸水率在相同球形度的條件下通常會下降。
另一方面，本發(fā)明的球狀型砂的球形度為0.98或以上時(shí)，如果該球狀型砂在與硅砂等流動性低的公知的型砂的混合物中優(yōu)選含有50體積％或以上，則由該混合物構(gòu)成的型砂可以充分發(fā)揮本發(fā)明所期望的效果。也就是說，如果在如上所述的公知的型砂中緩慢添加本發(fā)明的球狀型砂，則隨著添加量的增加能夠發(fā)揮本發(fā)明所期望的效果，但在由所述混合物構(gòu)成的型砂中，含有50體積％或以上的具有所述預(yù)定球形度的本發(fā)明的球狀型砂時(shí)，其效果變得明顯。還有，作為由該混合物構(gòu)成的型砂中的、球形度為0.98或以上的本發(fā)明的球狀型砂的含量，更優(yōu)選為60體積％或以上，進(jìn)一步優(yōu)選為80體積％或以上。因此，作為本發(fā)明的球狀型砂，從其具有良好的利用性的角度出發(fā)，球形度為0.98或以上是特別合適的。另外，含有50體積％或以上該球狀型砂的型砂，可以發(fā)揮和本發(fā)明的球狀型砂相同的效果，因此這樣的型砂也包括在本發(fā)明中。
如上所述，本發(fā)明的第1方案的球狀型砂采用火焰熔融法制造。另一方面，本發(fā)明的第2方案的球狀型砂例如可以采用造粒后進(jìn)行燒結(jié)的方法、電熔噴散法等公知的方法來制造，其中，與本發(fā)明的第1方案的球狀型砂同樣地采用火焰熔融法來制造是合適的。于是，下面對采用火焰熔融法的本發(fā)明的球狀型砂的制造方法的一個例子加以說明。而且該制造方法也包括在本發(fā)明中。
本發(fā)明的球狀型砂的制造方法包括如下工序把以Al2O3和SiO2為主成分、Al2O3/SiO2的重量比為0.9～17、且平均粒徑為0.05～2mm的粉末粒子作為初始原料，將該粉末粒子在火焰中熔融而使其球狀化。
另外，其中所謂“以Al2O3和SiO2為主成分”是指，在作為初始原料的整個粉末粒子的總成分中，含有Al2O3和SiO2的總量為80重量％或以上。因此，只要是“以Al2O3和SiO2為主成分”，則作為該粉末粒子，可以是由如后所述的作為Al2O3源的原料和作為SiO2源的原料的混合物構(gòu)成的物質(zhì)，也可以是由作為(Al2O3+SiO2)源的原料單獨(dú)構(gòu)成的物質(zhì)，此外還可以是作為Al2O3源的原料和/或作為SiO2源的原料和作為(Al2O3+SiO2)源的原料的混合物。
在作為初始原料的所述粉末粒子中，從為了使所得到的球狀型砂中的Al2O3和SiO2的總量為總成分中的80重量％或以上這樣的角度考慮，作為主成分的Al2O3和SiO2的以總量計(jì)的含量，優(yōu)選為75重量％或以上，更優(yōu)選為80重量％或以上，進(jìn)一步優(yōu)選為85～100重量％，特別優(yōu)選為90～100重量％。從為了使所得到的球狀型砂中的Al2O3/SiO2的重量比為1～15這樣的角度考慮，作為Al2O3/SiO2的重量比為0.9～17，優(yōu)選為1～15。作為平均粒徑，從獲得單分散的球狀型砂的角度出發(fā)，為0.05mm或以上，從獲得具有所期望的球形度的型砂的角度出發(fā)，為2mm或以下，為滿足上述兩者，為0.02～2mm。另外，從提高所得到的型砂的球形度的角度出發(fā)，優(yōu)選為0.05～1.5mm。還有，為了獲得作為面砂使用所要求的平均粒徑為0.01～0.1mm范圍的所述球狀型砂，優(yōu)選使用平均粒徑為0.01～0.1mm范圍的初始原料。
Al2O3/SiO2的重量比在原料粉末粒子和所得到的球狀型砂中是不同的，這是因?yàn)楦鶕?jù)原料的不同，Al2O3的耗散量和SiO2的耗散量就會不同。還有，關(guān)于原料粉末粒子的平均粒徑，雖然不定形的粉末變成球狀時(shí)粒徑會減小，但本來是球狀的粉末的粒徑不會發(fā)生變化，因此只要在上述范圍即可。
為了獲得本發(fā)明的球狀型砂，作為初始原料的粉末粒子，在考慮熔融時(shí)的成分蒸發(fā)后，Al2O3/SiO2的重量比和平均粒徑應(yīng)調(diào)整到上述范圍內(nèi)再使用。
當(dāng)熔融作為初始原料的粉末粒子時(shí)，如果該粒子中含有水分，由于該水分發(fā)生了蒸發(fā)，得到的型砂中就會伴隨該水分的蒸發(fā)而形成很多開孔。該開孔的形成將導(dǎo)致型砂的吸水率增加和球形度下降。因此，作為初始原料的含水率(重量％)，從把得到的球狀型砂的吸水率和球形度調(diào)節(jié)為適當(dāng)范圍的角度出發(fā)，優(yōu)選為10重量％或以下，更優(yōu)選為3重量％或以下，進(jìn)一步優(yōu)選為1重量％或以下。含水率通過10g粉末粒子在800℃下加熱1小時(shí)后的減少量來測定。
初始原料例如可以從具有耐火性的礦產(chǎn)原料和合成原料之中加以選擇。作為Al2O3源的原料，可以列舉出礬土、礬土頁巖、氧化鋁、氫氧化鋁等。另外，作為SiO2源的原料，可以舉出硅石、硅砂、石英、方英石、非晶二氧化硅、長石、葉蠟石等。另外，作為(Al2O3+SiO2)源的原料，可以舉出高嶺土、礬土頁巖、礬土、云母、硅線石、紅柱石、莫來石、沸石、蒙脫石、埃洛石(halloysite又稱多水高嶺土)等。上述原料可以各自單獨(dú)地或者混合2種或更多種使用。被選擇的初始原料優(yōu)選預(yù)燒后使用，以降低其含水率或使其熔融變得容易。作為預(yù)燒的原料粉末粒子，可以例舉預(yù)燒礬土頁巖、預(yù)燒莫來石、預(yù)燒礬土、預(yù)燒過的氫氧化鋁和高嶺土的混合物等。
在把作為初始原料的粉末粒子在火焰中熔融從而球狀化的工序中，使上述的初始原料分散于氧等載氣中，然后投入到火焰中熔融，從而進(jìn)行球狀化(火焰熔融法)。在適宜的方案中，投入到下述火焰中。
使用的火焰是使丙烷、丁烷、甲烷、天然液化氣、液化石油氣、重油、煤油、輕油、微粉碳等燃料和氧氣一起燃燒而產(chǎn)生的。從完全燃燒的角度考慮，燃料對氧氣的比以容量比計(jì)優(yōu)選為1.01～1.3。從產(chǎn)生高溫的火焰的角度出發(fā)，以使用氧·氣體燃燒器為宜。對燃燒器的結(jié)構(gòu)并沒有特別的限定，可以例舉特開平7-48118號公報(bào)、特開平11-132421號公報(bào)、特開2000-205523號公報(bào)或特開2000-346318號公報(bào)中所公開的燃燒器。
在對本發(fā)明的制造方法所使用的、具有處在0.05～2mm范圍的大平均粒徑的所述耐火性的原料粉末進(jìn)行球狀化方面，以下的方法是適用的。
往火焰中投入粉末粒子，在載氣中分散后進(jìn)行。作為載氣，氧是適合使用的。這時(shí)，載氣氧的優(yōu)點(diǎn)是可以用于燃料燃燒而消耗。從確保粉末粒子的充分的分散性的角度出發(fā)，氣體中的粉體濃度優(yōu)選為0.1～20kg/Nm3，更優(yōu)選為0.2～10kg/Nm3。
進(jìn)而在投入火焰中時(shí)，更優(yōu)選通過篩網(wǎng)、靜態(tài)攪拌機(jī)(static mixer)等，以提高其分散性。
從獲得單分散的球狀型砂的角度出發(fā)，優(yōu)選在加快火焰中的球狀化的同時(shí)，選擇原料粉末粒子的形狀和組成。作為形狀，從確?；鹧嬷械臏魰r(shí)間和加快熔融、球狀化的角度考慮，原料粉末粒子的長軸徑/短軸徑比優(yōu)選為9或以下，更優(yōu)為選4或以下，進(jìn)一步優(yōu)選為2或以下。另一方面，作為組成，從獲得沒有熱粘結(jié)的單分散的球狀粒子的角度出發(fā)，Al2O3/SiO2的重量比為1.5～10是特別合適的。
另外，粉末粒子在使N2惰性氣體等電離產(chǎn)生的等離子體噴射火焰中，也可以很好地熔融而發(fā)生球狀化。
采用以上的方法能夠獲得本發(fā)明所期望的球狀型砂。該型砂具有非常優(yōu)良的流動性。還有，如上所述，將本發(fā)明的球狀型砂和公知的型砂適當(dāng)混合以使其含有一定比例的該球狀型砂，由此可以獲得能夠發(fā)揮和本發(fā)明的球狀型砂同等效果的型砂。在鑄型的制造中使用這些型砂時(shí)，可以減少粘結(jié)劑用量，因此這些型砂作為型砂能夠高效率地進(jìn)行再生。
本發(fā)明的球狀型砂以及由該型砂和公知的型砂的混合物構(gòu)成的型砂(以下將上述的型砂簡稱為本發(fā)明的型砂)，適用于鑄鋼、鑄鐵、鋁、銅和它們的合金等的鑄型用途。另外，還可以用作金屬、塑料等中的填充材料。
本發(fā)明的型砂可以單獨(dú)地或者和硅砂等其它公知的型砂及耐火性骨料組合，與粘土、水玻璃、二氧化硅溶膠等無機(jī)質(zhì)粘結(jié)劑、或呋喃樹脂、酚醛樹脂、呋喃酚醛樹脂等有機(jī)質(zhì)粘結(jié)劑混合后，使用所期望的鑄造用鑄型按照公知的方法進(jìn)行造型。從獲得高強(qiáng)度的鑄造用鑄型的角度出發(fā)，作為粘結(jié)劑的使用量，相對于型砂100重量份，以使用0.05～5重量份粘結(jié)劑為宜。如上所述得到的鑄型，具有高強(qiáng)度而且其表面光滑。因此，采用該鑄造用鑄型進(jìn)行鑄造時(shí)，得到的鑄件表面粗糙度變小，給作為后工序的研磨工序帶來的負(fù)擔(dān)減小。
從用于鑄造用鑄型的制造的角度出發(fā)，作為本發(fā)明的型砂的粒子密度(g/cm3)，優(yōu)選為1～3.5g/cm3的范圍。當(dāng)希望更高強(qiáng)度的鑄型時(shí)，作為該粒子密度，優(yōu)選為2.5～3.5g/cm3的范圍。處在該范圍的粒子密度，能夠獲得實(shí)心而致密并且高強(qiáng)度的鑄型。另外，希望輕量的鑄型的時(shí)候，作為該粒子密度，優(yōu)選為1～2.5g/cm3的范圍。處在該范圍的粒子密度，能夠獲得內(nèi)部具有空間的多孔的輕量的鑄型。粒子密度可以按照J(rèn)IS R1620的粒子密度測定法進(jìn)行測定。
還有，通過對所述鑄件進(jìn)一步進(jìn)行適當(dāng)加工，能夠得到表面和內(nèi)面缺陷少的結(jié)構(gòu)物。作為該結(jié)構(gòu)物，例如可以列舉出金屬模、發(fā)動機(jī)構(gòu)件、機(jī)床構(gòu)件、建筑構(gòu)件等。
本發(fā)明的球狀型砂，型砂所要求的諸特性均優(yōu)良，可應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)上。此外，本發(fā)明還包括上述的具有優(yōu)良性質(zhì)的鑄造用鑄型、鑄件和結(jié)構(gòu)物。
實(shí)施例實(shí)施例1以含有Al2O3和SiO2的總量為97重量％、Al2O3/SiO2的重量比為1.7、含水率為0重量％、平均粒徑為0.31mm、長軸徑/短軸徑比為1.5的莫來石粉末(柴田陶瓷制合成莫來石粉末)為初始原料，用氧氣作為載氣，在使液化石油氣(丙烷氣體)以對氧氣比(容量比)為1.1進(jìn)行燃燒的火焰(約2000℃)中投入該粉末，便得到單分散的球狀型砂。得到的型砂含有Al2O3和SiO2的總量為97重量％，Al2O3/SiO2的重量比為1.7，平均粒徑為0.26mm，球形度為0.99，吸水率為0重量％，粒子密度為2.9g/cm3。該型砂的反射顯微鏡((株)ニコン制)照片(倍率100倍)如圖1所示。從該圖可知所有的型砂粒子都是球狀。
實(shí)施例2除了將初始原料的平均粒徑設(shè)定為0.9mm、長軸徑/短軸徑比設(shè)定為1.7外，用和實(shí)施例1同樣的操作得到單分散的球狀型砂。得到的型砂含有Al2O3和SiO2的總量為97重量％，Al2O3/SiO2的重量比為1.7，平均粒徑為0.69mm，球形度為0.97，吸水率為0重量％，粒子密度為2.8g/cm3。
實(shí)施例3除了以含有Al2O3和SiO2總量97重量％、Al2O3/SiO2重量比為2.7、含水率為0.1重量％、平均粒徑為0.25mm、長軸徑/短軸徑比為1.3的莫來石粉末(柴田陶瓷制合成莫來石粉末)為初始原料外，用和實(shí)施例1同樣的操作得到單分散的球狀型砂。得到的型砂含有Al2O3和SiO2的總量為98重量％，Al2O3/SiO2的重量比為2.7，平均粒徑為0.21mm，球形度為0.99，吸水率為0重量％，粒子密度為3.1g/cm3。
實(shí)施例4除了以含有Al2O3和SiO2的總量為95重量％、Al2O3/SiO2的重量比為1.64、含水率為0.2重量％、平均粒徑為0.45mm、長軸徑/短軸徑比為1.6的硅線石砂為初始原料外，用和實(shí)施例1同樣的操作得到單分散的球狀型砂。得到的型砂含有Al2O3和SiO2的總量為95重量％，Al2O3/SiO2的重量比為1.6，平均粒徑為0.35mm，球形度為0.98，吸水率為0重量％，粒子密度為2.8g/cm3。
實(shí)施例5
將混合氫氧化鋁和高嶺土得到的物質(zhì)在電爐中于700℃預(yù)燒1小時(shí)，以使Al2O3/SiO2的重量比為2.5，以含有Al2O3和SiO2的總量為96重量％、含水率為1.9重量％、平均粒徑為0.2mm、長軸徑/短軸徑比為1.8的粉末粒子為初始原料，除此之外，用和實(shí)施例1同樣的操作得到單分散的球狀型砂。得到的型砂含有Al2O3和SiO2的總量為95重量％，Al2O3/SiO2的重量比為2.6，平均粒徑為0.19mm，球形度為0.97，吸水率為0.1重量％，粒子密度為2.7g/cm3。
實(shí)施例6以含有Al2O3和SiO2的總量為93重量％、Al2O3/SiO2的重量比為1.56、含水率為0.1重量％、平均粒徑為0.15mm、長軸徑/短軸徑比為1.4的預(yù)燒礬土頁巖粉末為初始原料，用和實(shí)施例1同樣的操作得到單分散的球狀型砂。得到的型砂含有Al2O3和SiO2的總量為93重量％，Al2O3/SiO2的重量比為1.55，F(xiàn)e2O3含量為1.7重量％，平均粒徑為0.14mm，球形度為0.988，吸水率為0重量％。
實(shí)施例7以含有Al2O3和SiO2的總量為95重量％、Al2O3/SiO2的重量比為3.36、含水率為0.1重量％、平均粒徑為0.13mm、長軸徑/短軸徑比為1.2的預(yù)燒礬土頁巖粉末為初始原料，用和實(shí)施例1同樣的操作得到單分散的球狀型砂。得到的型砂含有Al2O3和SiO2的總量為93重量％，Al2O3/SiO2的重量比為3.35，F(xiàn)e2O3含量為1.01重量％，平均粒徑為0.12mm，球形度為0.998，吸水率為0重量％。
實(shí)施例8以含有Al2O3和SiO2的總量為91重量％、Al2O3/SiO2的重量比為9.83、含水率為0.1重量％、平均粒徑為0.14mm、長軸徑/短軸徑比為1.3的預(yù)燒礬土頁巖粉末為初始原料，用和實(shí)施例1同樣的操作得到單分散的球狀型砂。得到的型砂含有Al2O3和SiO2的總量為91.5重量％，Al2O3/SiO2的重量比為9.39，F(xiàn)e2O3含量為1.87重量％，平均粒徑為0.13mm，球形度為0.996，吸水率為0重量％。
實(shí)施例9以含有Al2O3和SiO2的總量為95重量％、Al2O3/SiO2重量比為2.21、含水率為0重量％、平均粒徑為0.16mm、長軸徑/短軸徑比為1.4的預(yù)燒莫來石粉末為初始原料，用和實(shí)施例1同樣的操作得到單分散的球狀型砂。得到的型砂含有Al2O3和SiO2的總量為95.3重量％，Al2O3/SiO2的重量比為2.19，F(xiàn)e2O3含量為1.21重量％，平均粒徑為0.13mm，球形度為0.995，吸水率為0重量％。
比較例1混合氫氧化鋁和高嶺土以使Al2O3/SiO2的重量比為2.7，用噴霧干燥器使之成為平均粒徑為0.2mm的呈球狀的粉末粒子(含有Al2O3和SiO2的總量為96重量％)，在電爐中于700℃將其預(yù)燒1小時(shí)，由此得到球狀型砂。得到的型砂含有Al2O3和SiO2的總量為97重量％，Al2O3/SiO2的重量比為2.7，平均粒徑為0.18mm，球形度為0.89，吸水率為1.2重量％，粒子密度為2.7g/cm3。該型砂的反射顯微鏡((株)ニコン制)照片(倍率100倍)如圖2所示。從該圖可知本型砂粒子的形狀是球狀化率低，球形度低。
比較例2混合氫氧化鋁和高嶺土以使Al2O3/SiO2的重量比為25，在電爐中于700℃預(yù)燒1小時(shí)，以得到的含有Al2O3和SiO2的總量為97重量％、含水率為2.9重量％、平均粒徑為0.2mm的粉末粒子為初始原料，除此之外，用和實(shí)施例1同樣的操作得到球狀型砂。得到的型砂含有Al2O3和SiO2的總量為97重量％，Al2O3/SiO2的重量比為26，平均粒徑為0.19mm，球形度為0.88，吸水率為1重量％，粒子密度為3.3g/cm3。
比較例3混合硅石粉和高嶺土以使Al2O3/SiO2的重量比為0.5，在電爐中于700℃預(yù)燒1小時(shí)，以得到的含有Al2O3和SiO2的總量為97重量％、含水率為0.9重量％、平均粒徑為0.2mm的粉末粒子為初始原料，除此之外，用和實(shí)施例1同樣的操作得到型砂。得到的型砂幾乎是不定形的，幾乎得不到球狀物。
比較例4除了以SiO2含量為99重量％、平均粒徑0.13mm的硅砂(不定形)為初始原料外，用和實(shí)施例1同樣的操作得到型砂。得到的型砂是不定形的，其吸水率為0.1重量％。
試驗(yàn)例1對實(shí)施例1、3以及5和比較例1～2所得到的型砂的流動性、以及由該型砂得到的鑄型的強(qiáng)度和表面狀態(tài)進(jìn)行了研究。
(1)型砂的流動性使用符合JIS K6721的漏斗，求得流動時(shí)間(秒)。流動時(shí)間短的，其流動性良好。
(2)鑄型的強(qiáng)度將型砂分級成74～250μm后，相對于100重量份的型砂，添加1.2重量份的作為成形粘結(jié)劑的カオ一ステツプS660(花王クエ一カ一制)，按照自硬性鑄型造型法進(jìn)行成形(直徑50mm×高50mm)，便得到鑄型。接著，在室溫下養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后，使用壓縮試驗(yàn)機(jī)測定鑄型的壓縮強(qiáng)度(MPa)(25℃，濕度55％)。
(3)鑄型的表面狀態(tài)按照以下的評價(jià)基準(zhǔn)，通過目視觀察對從鑄型脫模后的鑄件表面進(jìn)行評價(jià)，將該評價(jià)結(jié)果用作鑄型的表面狀態(tài)的評價(jià)結(jié)果。也就是說，鑄件表面的狀態(tài)如果平滑的話，鑄型的表面狀態(tài)也平滑。還有，鑄件的制作方法是將鑄鐵FC～250在高頻爐中于1400℃熔融，制作成50mm×50mm×400mm的長方體形狀。
評價(jià)基準(zhǔn)○表示沒有型砂痕跡，為平滑的面△表示能稍稍辨認(rèn)出型砂痕跡，為稍平滑的面
×表示型砂痕跡明顯，為粗糙的面以上的各試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
表1

從表1所示的結(jié)果可知與比較例1～2的型砂相比，實(shí)施例1、3和5的型砂具有優(yōu)良的流動性。另外，對于所得到的鑄型，與比較例相比，實(shí)施例的鑄型具有良好的強(qiáng)度，而且表面狀態(tài)平滑。用由實(shí)施例1、3和5的型砂制造的鑄型所鑄造的鑄件，其表面平滑的程度能夠充分減輕作為后工序的研磨工序的工作量。
試驗(yàn)例2除了使用實(shí)施例9和比較例1、4得到的型砂、粘結(jié)劑設(shè)定為カオ一ライトナ一34OB(花王クエ一カ一制)外，和試驗(yàn)例1同樣地進(jìn)行鑄型的強(qiáng)度在0.5～24小時(shí)的時(shí)間范圍內(nèi)隨時(shí)間變化的試驗(yàn)。圖3表示由上述的型砂制作的鑄型的強(qiáng)度隨時(shí)間變化的試驗(yàn)結(jié)果。如該圖所示，當(dāng)使用實(shí)施例9的型砂時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)鑄型強(qiáng)度達(dá)到了實(shí)用強(qiáng)度(2MPa左右)。因此，脫模能快速進(jìn)行，作業(yè)效率得到提高。
另外，采用表面粗糙度測定器(小坂研究所制，サ一フコ一ダSE～30H)測定了使用實(shí)施例9和比較例1得到的型砂制作的鑄型的表面、和使用該鑄型制作的鑄件的表面的平滑性，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。結(jié)果如表2所示。從表2可知，使用實(shí)施例9的型砂時(shí)，與使用比較例1的型砂相比，能夠獲得表面平滑性優(yōu)良的鑄型，用該鑄型制作的鑄件的表面也具有良好的平滑性。
表2

試驗(yàn)例3對于實(shí)施例3、9和比較例1、4得到的型砂，進(jìn)行了成為型砂的再生效率指標(biāo)的耐粉碎性的比較。將1kg各自的型砂分別投入到氧化鋁球磨機(jī)中，將處理60分鐘后的平均粒徑變化率[(處理前的平均粒徑/處理后的平均粒徑)×100]作為耐粉碎性的指標(biāo)。該變化率越小，耐粉碎性越良好。結(jié)果如表3所示。
表3

從表3可知實(shí)施例3和9的型砂與比較例1和4的型砂相比，具有優(yōu)良的耐粉碎性。因此，可以減少粘結(jié)劑的用量，使用后的砂中的殘存碳量少，焙燒再生變得容易。由于焙燒再生時(shí)不會發(fā)生粉化(成為磨耗粉)，因此可以說實(shí)施例3和9的型砂具有優(yōu)良的再生效率。
試驗(yàn)例4分別制得由50體積％的實(shí)施例3的型砂和50體積％的比較例1的型砂構(gòu)成的型砂，以及由80體積％的實(shí)施例9的型砂和20體積％的比較例4的型砂構(gòu)成的型砂，按照實(shí)施例1進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)上述的型砂具有優(yōu)良的流動性，而且由該型砂得到的鑄型具有優(yōu)良的強(qiáng)度，表面狀態(tài)平滑。
權(quán)利要求
1.一種球狀型砂，其采用火焰熔融法制造，含有Al2O3和SiO2作為主成分，Al2O3/SiO2的重量比為1～15，且平均粒徑為0.05～1.5mm。
2.如權(quán)利要求1所述的球狀型砂，其中平均粒徑為0.05～0.5mm，且球形度為0.95或以上。
3.如權(quán)利要求1所述的球狀型砂，其中吸水率為0.8重量％或以下。
4.如權(quán)利要求1所述的球狀型砂，其中球形度為0.98或以上。
5.一種型砂，其含有50體積％或以上的權(quán)利要求4所述的球狀型砂。
6.權(quán)利要求1所述的球狀型砂的制造方法，其包括把以Al2O3和SiO2為主成分、Al2O3/SiO2的重量比為0.9～17、且平均粒徑為0.05～2mm的粉末粒子在火焰中熔融而使其球狀化的工序。
7.一種鑄造用鑄型，其包含權(quán)利要求1所述的球狀型砂。
8.一種鑄造用鑄型，其包含權(quán)利要求5所述的型砂。
9.一種鑄件，其使用權(quán)利要求7所述的鑄型鑄造而成。
10.一種鑄件，其使用權(quán)利要求8所述的鑄型鑄造而成。
11.一種結(jié)構(gòu)物，其由權(quán)利要求9所述的鑄件構(gòu)成。
12.一種結(jié)構(gòu)物，其由權(quán)利要求10所述的鑄件構(gòu)成。
13.一種球狀型砂，其含有Al2O3和SiO2作為主成分，Al2O3/SiO2的重量比為1～15，且平均粒徑為0.05～1.5mm，球形度為O.95或以上。
14.如權(quán)利要求13所述的球狀型砂，其中吸水率為0.8重量％或以下。
15.如權(quán)利要求13所述的球狀型砂，其中球形度為0.98或以上。
16.一種型砂，其含有50體積％或以上的權(quán)利要求15所述的球狀型砂。
17.如權(quán)利要求13所述的球狀型砂的制造方法，其包括把以Al2O3和SiO2為主成分、Al2O3/SiO2的重量比為0.9～17、且平均粒徑為0.05～2mm的粉末粒子在火焰中熔融而使其球狀化的工序。
18.一種鑄造用鑄型，其包含權(quán)利要求13所述的球狀型砂。
19.一種鑄造用鑄型，其包含權(quán)利要求16所述的型砂。
20.一種鑄件，其使用權(quán)利要求18所述的鑄型鑄造而成。
21.一種鑄件，其使用權(quán)利要求19所述的鑄型鑄造而成。
22.一種結(jié)構(gòu)物，其由權(quán)利要求20所述的鑄件構(gòu)成。
23.一種結(jié)構(gòu)物，其由權(quán)利要求21所述的鑄件構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明的特征在于采用火焰熔融法將以Al
文檔編號B22C1/00GK1723094SQ20038010542
公開日2006年1月18日 申請日期2003年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月9日
發(fā)明者阪口美喜夫, 仲井茂夫, 木內(nèi)一彥, 土井明 申請人:花王株式會社