本發(fā)明涉及人造砂和含有粘結(jié)劑的鑄造用砂。更具體地，本發(fā)明涉及即使重復(fù)利用也能防止鑄型強(qiáng)度下降的人造砂和含有粘結(jié)劑的鑄造用砂。

背景技術(shù)：

在鑄造工業(yè)中制造模具的一種方法是殼模。該方法包括在烘烤之后在已預(yù)熱的金屬模具中填充樹脂涂敷砂(rcs，含有粘結(jié)劑的鑄造用砂)，以制作模具。

該含有粘結(jié)劑的鑄造用砂含有骨料(aggregate)、粘結(jié)劑和潤滑劑。作為粘結(jié)劑，例如可以使用利用固化劑(例如，六亞甲基四胺)固化的熱固性樹脂(例如，酚醛樹脂)。使用潤滑劑是為了促進(jìn)所述含有粘結(jié)劑的鑄造用砂成型為所期望的模具形狀，或?yàn)榱朔乐巩a(chǎn)品結(jié)塊(聚集)。通常被用于模具領(lǐng)域的潤滑劑是硬脂酸鈣。

為了更進(jìn)一步地減少粘結(jié)劑的量，并制造能夠在鑄造之后容易破碎的模具，日本未審查公開第2003-251434號(hào)(ptl1)提出了利用人造砂作為骨料，該人造砂為近球體并具有光滑的表面。在該文件中，公開了一種潤滑劑的示例，即硬脂酸鈣。

引用文獻(xiàn)列表

專利文獻(xiàn)

ptl1：日本未審查專利公開第2003-251434號(hào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

由于資源的消耗和工業(yè)廢棄物方面的管制，在鑄造工業(yè)領(lǐng)域中也一直在尋求通過重復(fù)利用廢型砂進(jìn)行鑄造來減少廢型砂的量。

廢型砂含有來自粘結(jié)劑組分的潤滑劑和碳化物，該粘結(jié)劑組分在成型為期望形狀的過程中被添加至含有粘結(jié)劑的鑄造用砂中。為了回收利用廢型砂，需要去除碳化物。然而如果使用去除了碳化物的含有粘結(jié)劑的鑄造用砂來制造模具，該模具不具有足夠的強(qiáng)度。因此，需要提供一種即使在砂被回收利用時(shí)也能提供充足的鑄型強(qiáng)度的含有粘結(jié)劑的鑄造用砂。

本發(fā)明的發(fā)明人研究了使用回收利用的含有粘結(jié)劑的鑄造用砂來制模具時(shí)，引起模具鑄型強(qiáng)度下降的原因，并發(fā)現(xiàn)鑄型強(qiáng)度與從去除了碳化物并且還未與粘結(jié)劑混合的人造砂中被洗脫到水中的鈣離子的量有關(guān)。具體地，發(fā)明人研究得出當(dāng)鈣離子洗脫高時(shí)鑄型強(qiáng)度下降，并發(fā)現(xiàn)利用具有預(yù)定水平的鈣離子洗脫的人造砂作為骨料能夠防止鑄型強(qiáng)度的下降。由此，發(fā)明人完成了本發(fā)明。

因此，本發(fā)明提供人造砂，該人造砂用作含有粘結(jié)劑的鑄造用砂的材料，所述人造砂包含合成莫來石和/或合成剛玉作為主要組分，該合成莫來石和/或合成剛玉含有40-90重量％的氧化鋁和60-10重量％的二氧化硅；

所述人造砂具有30-1180μm的粒度分布；

所述人造砂具有6×10⁴/d～1.8×10⁶/d的每單位體積表面積(cm²/cm³)(其中d是球體物質(zhì)的平均粒度(μm))；

所述人造砂在0.05mhcl水溶液中的鈣離子洗脫為60mg/l以下。

本發(fā)明還提供含有粘結(jié)劑的鑄造用砂，該含有粘結(jié)劑的鑄造用砂包含骨料、粘結(jié)劑和潤滑劑，該骨料包含人造砂作為主要組分，其中該人造砂是上述人造砂。

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供即使在被回收利用后也能提供充足的鑄型強(qiáng)度的含有粘結(jié)劑的鑄造用砂，并且能夠提供可用于其中的人造砂。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在鑄造工業(yè)領(lǐng)域中，鈣離子與鑄型強(qiáng)度相關(guān)，這點(diǎn)是預(yù)料不到的。

此外，在以下任意情形中，可提供用于含有粘結(jié)劑的鑄造用砂的人造砂，該含有粘結(jié)劑的鑄造用砂即使在被回收利用后也能提供更充足的鑄型強(qiáng)度：

(a)所述人造砂從鑄造后產(chǎn)生的廢型砂中獲得；

(b)所述人造砂具有1.2以下的顆粒形狀系數(shù)；以及

(c)所述人造砂被用于殼型鑄造。

進(jìn)一步地，在以下任意情形中，可提供含粘結(jié)劑的鑄造用砂，該含有粘結(jié)劑的鑄造用砂即使在被回收利用后也能提供更充足的鑄型強(qiáng)度：

(1)粘結(jié)劑選自呋喃樹脂、酚醛樹脂、油改性的聚氨酯樹脂、酚醛尿烷樹脂、堿性酚醛樹脂、硅酸鈉和膨潤土，并且潤滑劑是硬脂酸鈣；以及

(2)相對(duì)于100重量份骨料，其含有的粘結(jié)劑的范圍為0.4-3重量份，并且相對(duì)于骨料和粘結(jié)劑的合計(jì)100重量份，其含有的潤滑劑的范圍為0.01-0.2重量份。

附圖說明

圖1：圖1是在實(shí)施例中使用的熱回收爐的示意圖；

圖2：圖2是在實(shí)施例中使用的槽磨裝置(troughattritingapparatus)的示意圖；

圖3：圖3是示出在實(shí)施例1中含有粘結(jié)劑的鑄造用砂的抗彎強(qiáng)度與鈣離子洗脫之間的關(guān)系的圖；

圖4：圖4是示出實(shí)施例2中的含有粘結(jié)劑的鑄造用砂被回收利用的次數(shù)與抗彎強(qiáng)度和其鈣離子洗脫之間的關(guān)系的圖。

具體實(shí)施方式

(人造砂)

人造砂被作為含有粘結(jié)劑的鑄造用砂的原材料使用，并且該含有粘結(jié)劑的鑄造用砂含有骨料、粘結(jié)劑和潤滑劑。

該人造砂具有以下組成、結(jié)構(gòu)和物理特性。

-所述人造砂含有合成莫來石和/或合成剛玉作為主要組分，所述合成莫來石和/或合成剛玉含有40-90重量％的氧化鋁和60-10重量％的二氧化硅；

-所述人造砂具有30-1180μm的粒度分布；

-所述人造砂具有6×10⁴/d～1.8×10⁶/d的每單位體積表面積(cm²/cm³)(其中d是球體物質(zhì)的平均粒度(μm))；

-所述人造砂在0.05mhcl水溶液中的鈣離子洗脫為60mg/l以下。

(組分)

所述人造砂含有砂，所述砂含有合成莫來石和/或合成剛玉，所述合成莫來石和/或合成剛玉含有40-90重量％的氧化鋁(al2o3)和60-10重量％的二氧化硅(sio2)。氧化鋁和二氧化硅的比例可以分別是60-90重量％和40-10重量％。氧化鋁的比例可以是40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％。除氧化鋁和二氧化硅外，所述人造砂還可以含有其他組分，例如：fe2o3、cr2o3、cro2、mgo、cao、k2o和tio2。所述合成莫來石和/或合成剛玉可以占所述人造砂的50重量％以上。該比例可以是60重量％以上、70重量％以上、80重量％以上、90重量％以上或100重量％。所述人造砂可以含有合成莫來石和合成剛玉中的一者或兩者。例如，相對(duì)于合成莫來石和合成剛玉的合計(jì)100重量份，所述人造砂可以含有50-100重量份合成莫來石。

(2)結(jié)構(gòu)

所述人造砂具有30-1180μm的粒度分布。當(dāng)粒度分布低于30μm時(shí)，所得到的模具的滲透性可能會(huì)降低。當(dāng)粒度分布高于1180μm時(shí)，所得到的鑄件的表面可能會(huì)粗糙。所述粒度分布可以是30μm、53μm、75μm、106μm、150μm、212μm、300μm、425μm、500μm、600μm、700μm、820μm、900μm、1000μm或1180μm。優(yōu)選的粒度分布的示例包括212-1180μm(對(duì)應(yīng)于jis#10和#14)、150-820μm(對(duì)應(yīng)于jis#20和#28)、106-600μm(對(duì)應(yīng)于jis#35和#48)、75-425μm(對(duì)應(yīng)于jis#65和#100)和53-300μm(對(duì)應(yīng)于jis#150和#200)。粒度分布可以根據(jù)鑄造條件適當(dāng)?shù)剡x擇，例如鐵或鋼鑄件的類型(鐵鑄件、普通鋼鑄件、不銹鋼鑄件、高錳鋼鑄件、鋁合金鑄件、銅合金鑄件等)、鑄件尺寸或鑄件厚度。所述人造砂含有小于30μm的砂的量可以為不影響本發(fā)明的效果的量(例如，25重量％以下)。

粒度分布指根據(jù)確定鑄造用型砂粒度的方法(jisz2601)測(cè)量的值。簡(jiǎn)要說明該方法。例如，將具有標(biāo)稱尺寸30μm的篩覆蓋在1180μm的篩上。原材料被放置于1180μm的篩上，并在諸如搖篩機(jī)(ro-tapsieveshaker)的振動(dòng)篩中被篩選。被留在該兩個(gè)篩子之間的可被作為具有30-1180μm的粒度分布的砂。

進(jìn)一步地，所述人造砂具有6×10⁴/d～1.8×10⁶/d的每單位體積表面積(cm²/cm³)(其中d是球體物質(zhì)的平均粒度(μm))。以下的說明針對(duì)的是例如300-425μm的人造砂。當(dāng)假設(shè)所述人造砂的平均粒度為300μm和425μm之間的中間值362.5μm時(shí)，表面積的范圍為165.5-4965.5cm²/cm³。當(dāng)表面積為1.8×10⁶/d(cm²/cm³)以上時(shí)，由于人造砂的粒子之間的接觸，所述人造砂的表面粗糙度可能更高，并且破碎人造砂之后廢棄物的量可能增加。此處使用的表面積是用比表面積分析儀(belsorp28sa自動(dòng)氣體吸附儀：購自beljapan,inc)測(cè)量的每克比表面積并將比表面積乘以真實(shí)密度的值。所述每單位體積表面積可以是6×10⁴/d、1×10⁵/d、2.5×10⁵/d、5×10⁵/d、7.5×10⁵/d、1×10⁶/d、1.1×10⁶/d、1.3×10⁶/d、1.45×10⁶/d、1.5×10⁶/d、1.6×10⁶/d或1.8×10⁶/d。所述每單位體積表面積優(yōu)選為1.6×10⁶/d以下，更優(yōu)選為1.45×10⁶/d以下，進(jìn)一步優(yōu)選為1.3×10⁶/d以下，特別優(yōu)選為1.1×10⁶/d以下。

所述人造砂優(yōu)選具有圓形顆粒形狀。具體地，所述人造砂的顆粒形狀系數(shù)為1.2以下，更優(yōu)選為1.1以下，所述顆粒形狀系數(shù)為圓形度指標(biāo)。當(dāng)顆粒形狀系數(shù)為1.2以下時(shí)，所述含有粘結(jié)劑的鑄造用砂具有在模具中的改善的填充率，并且所得到的模具具有改善的滲透性。此外，由于近似于球體的形狀，可以減少因人造砂的顆粒之間的接觸而產(chǎn)生的廢棄物。所述顆粒形狀系數(shù)可以是1.2以下、1.15以下、1.1以下、1.05以下或1。

此處使用的顆粒形狀系數(shù)意指用砂表面積分析儀(購自georgefischerltd)計(jì)算的值。因此，所述顆粒形狀系數(shù)指的是通過用1g砂顆粒的實(shí)際表面積除以理論表面積所獲得的值。所述理論表面積指的是假設(shè)所有的砂顆粒均為球體時(shí)的表面積。由此，所述顆粒形狀系數(shù)的值越接近1表示材料的形狀越接近于球體。

所述人造砂和含有粘結(jié)劑的鑄造用砂幾乎具有相同的每單位體積表面積、顆粒形狀系數(shù)和粒度分布。

(3)物理特性

該人造砂在0.05mhcl水溶液中的鈣離子洗脫為60mg/l以下。由于鈣離子洗脫在此范圍內(nèi)，可預(yù)防鑄型強(qiáng)度的下降。本發(fā)明的發(fā)明人推斷出以下理由。即，通過用固化劑固化樹脂來獲得粘結(jié)劑。然而，被洗脫的鈣離子通過結(jié)合到樹脂上或消耗所述固化劑來阻止樹脂的固化。由此，降低的鈣離子洗脫可能不阻止樹脂的固化，從而實(shí)現(xiàn)規(guī)定的鑄型強(qiáng)度。鈣離子洗脫被期望為盡可能的低，并且優(yōu)選為40mg/l以下，更優(yōu)選為30mg/l，進(jìn)一步優(yōu)選為20mg/l以下，特別優(yōu)選為10mg/l以下。鈣離子洗脫優(yōu)選為60mg/l以下、55mg/l以下、50mg/l以下、45mg/l以下、40mg/l以下、35mg/l以下、30mg/l以下、25mg/l以下、20mg/l以下、15mg/l以下、10mg/l以下、5mg/l以下或0mg/l。

(4)人造砂的制造方法

具有上述組成、結(jié)構(gòu)和物理特性的人造砂可通過以下方法獲得：熔化含有氧化鋁和二氧化硅的合成莫來石和/或合成剛玉原材料，并向熔化材料吹入空氣。由此，所述熔化材料被所吹入的空氣磨成顆粒，該顆粒具有預(yù)定的粒度分布，并且借助于熔化顆粒的表面張力提供具有預(yù)定組成、結(jié)構(gòu)和物理特性的人造砂。熔化方法沒有特別的限制，可使用電弧爐、坩堝爐、感應(yīng)電爐(高頻爐、低頻爐等)、電阻電爐、反射爐、旋轉(zhuǎn)爐、真空熔爐或化鐵爐。在這些中，優(yōu)選電弧爐，其相對(duì)容易操作。所述人造砂可以通過調(diào)整原材料中合成莫來石的組成、熔化溫度、吹入空氣的速度以及熔化材料與空氣之間的接觸角而具有期望的組成、結(jié)構(gòu)和物理特性。熔化溫度優(yōu)選為1600-2200℃?？諝獾乃俣葍?yōu)選為80-120m/秒。接觸角優(yōu)選為60-90°。優(yōu)選在吹入空氣之后實(shí)施水冷。

所述人造砂可以從鑄造后產(chǎn)生的廢型砂中獲得。

從鑄造后產(chǎn)生的廢型砂中獲得的所述人造砂可以在例如以下的熱再生工序和打磨工序之后獲得。

(i)熱再生工序

熱再生工序可以在400-1000℃的溫度范圍內(nèi)實(shí)施。通過對(duì)廢型砂實(shí)施熱再生工序，來自廢型砂中的潤滑劑和粘結(jié)劑的組分被碳化，同時(shí)部分組分通過燃燒被去除。通過使有機(jī)物質(zhì)碳化，碳化物可在接下來的打磨工序中被容易地去除，以提供人造砂。

當(dāng)熱再生工序的溫度低于400℃時(shí)，碳化可能不能被充分實(shí)施，從而導(dǎo)致由回收利用的含有粘結(jié)劑的鑄造用砂(回收利用砂)得到的模具強(qiáng)度下降。當(dāng)該溫度高于1000℃時(shí)，雖然實(shí)施了充分的碳化，但由于回收利用砂中含有的無機(jī)組分的回收利用砂表面的熔化，砂顆粒可能會(huì)聚集。所述溫度范圍更優(yōu)選為400-800℃，并進(jìn)一步優(yōu)選為500-800℃。

熱再生時(shí)間可以是，例如0.5-2.5小時(shí)。當(dāng)熱再生時(shí)間低于0.5小時(shí)時(shí)，可能不能實(shí)施充分的碳化，從而導(dǎo)致由回收利用砂得到的模具強(qiáng)度下降。熱再生時(shí)間的上限為2.5小時(shí)的原因是即使廢型砂被熱再生更長的時(shí)間，也不能期望熱再生所產(chǎn)生的效果的上升，并且由燃料消耗帶來的回收利用成本會(huì)上升。熱再生時(shí)間更優(yōu)選為1.5-2.5小時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)選為1.75-2.25小時(shí)。

實(shí)施熱再生工序的氣氛沒有特別的限制，只要廢型砂中的粘結(jié)劑能被碳化，通常是含氧的氣氛(例如，在空氣中)。

熱再生器(烘烤器)的結(jié)構(gòu)沒有特別的限制，只要其能使廢型砂熱再生。在熱再生器中的廢型砂可以是被流化的也可以不是，但為了得到均一的熱再生砂，廢型砂優(yōu)選為被流化。熱再生器可以是間歇式的也可以是連續(xù)式的。從處理效率的觀點(diǎn)，優(yōu)選使用連續(xù)流化熱再生器。

公知的連續(xù)流體化再生器的結(jié)構(gòu)有多種。其中的示例是包括在其中砂的流動(dòng)方向與用于砂的流化的空氣的流動(dòng)方向相交的熱再生器，以及在其中上述方向相反且平行的熱再生器。從熱效率的觀點(diǎn)，上述后者的熱再生器更為優(yōu)選。特別地，優(yōu)選為在其中砂的流動(dòng)方向與重力方向相同并且空氣的流動(dòng)方向與重力方向相反的熱再生器，因?yàn)樵摕嵩偕骶哂懈邿嵝?，從而能降低使用于熱再生的燃料的量?/p>

在上述在其中砂的流動(dòng)方向與重力方向相同的熱再生器中，廢型砂被從熱再生器的上部投入并落下進(jìn)入熱再生器。落下的砂借助于從熱再生器下部向上吹的空氣在預(yù)定位置上停留預(yù)定時(shí)間作為流化床。停留在預(yù)定位置的砂借助于例如燃燒器的加熱裝置被熱再生預(yù)定時(shí)間。由于砂從流化床上部的被投入，流化床的下部的砂逐漸下沉并落向熱再生器的底部而成為熱再生砂。此類型的熱再生器具有的特征是具有高熱效率，因?yàn)闊嵩偕暗臒崮鼙挥糜诩訜峤酉聛韺⒈煌度氲膹U型砂。

(ii)打磨(attrition)工序

對(duì)從熱再生工序中獲得的熱再生砂實(shí)施打磨工序。在打磨工序中，熱再生砂表面的碳化物被去除，并因此廢型砂能被作為人造砂回收利用，該人造砂被用作模具的原材料。

打磨可以是干磨(dryattriting)、濕磨(wetattriting)或其結(jié)合。

干法的例子包括：使用砂再生器的方法，在砂再生器中，借助于使砂與碰撞板撞碰產(chǎn)生的砂顆粒之間的碰撞以及由于高速空氣流而上升的砂引起的磨擦來打磨砂；使用高速旋轉(zhuǎn)再生器的方法，在該高速旋轉(zhuǎn)再生器中，借助于下落的被投入的砂之間的碰撞以及借助于離心力而產(chǎn)生的投射砂來打磨砂，所述離心力由向高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)中投入砂獲得；以及利用攪拌磨的方法，在該攪拌磨中借助于砂顆粒之間的磨擦來打磨砂。

濕法的例子包括：使用槽磨裝置(槽拋光機(jī))的方法，在該槽磨裝置中，借助于例如包括旋轉(zhuǎn)葉片的槽中的砂顆粒之間的磨擦來研磨砂。

打磨優(yōu)選為利用濕法來實(shí)施。通過實(shí)施濕法打磨，回收利用的人造砂的鈣離子洗脫能夠被容易地調(diào)整至40mg/l以下。

傳統(tǒng)的含有粘結(jié)劑的砂含有硬脂酸鈣作為潤滑劑，當(dāng)其被重復(fù)地通過干磨從廢型砂中回收利用時(shí)，鑄型強(qiáng)度被降低，這是很不利的。本發(fā)明的發(fā)明人測(cè)量了重復(fù)使用后人造砂的鈣離子洗脫，并發(fā)現(xiàn)鈣離子洗脫隨著回收利用的次數(shù)上升而上升，而且鈣離子洗脫與鑄型強(qiáng)度相關(guān)。因此，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過利用濕磨去除鈣離子來防止循利用砂中的鈣離子積累能夠防止鑄型強(qiáng)度的下降。

上述鈣離子洗脫也可以通過使用不含鈣組分的潤滑劑獲得，例如，具有10-24碳原子的高級(jí)脂肪酸和單價(jià)金屬的鹽(例如，硬脂酸鉀、硬脂酸鈉)。使用這些不含鈣的潤滑劑，無需進(jìn)行濕磨也能減少鈣離子洗脫。

(iii)其他實(shí)施方式

(1)廢型砂可以在熱再生工序之前用粉碎機(jī)處理。通過用粉碎機(jī)處理，廢型砂的聚集可被粉碎，因此能夠提高來自于廢型砂的回收利用砂的產(chǎn)量。

(2)廢型砂可以在熱再生工序之前用磁力分離器處理。通過用磁力分離器處理，廢型砂中的鑄造殘留物能夠被去除，因此能夠提高來自于廢型砂的回收利用砂的產(chǎn)量。

(3)可以優(yōu)選地將從熱再生工序中獲得的熱再生砂在打磨工序之前實(shí)施冷卻步驟。通過實(shí)施冷卻步驟，可以防止溫度驟變引起的熱再生砂的破碎，因此能夠提高來自于廢型砂的回收利用砂的產(chǎn)量。所述冷卻步驟可以在流化熱再生砂時(shí)實(shí)施，由此均勻地冷卻熱再生砂。

(4)可以對(duì)打磨工序之后的砂實(shí)施分級(jí)步驟以根據(jù)期望的粒度分布對(duì)回收利用砂進(jìn)行分級(jí)。

(含有粘結(jié)劑的鑄造用砂)

所述含有粘結(jié)劑的鑄造用砂包含骨料、粘結(jié)劑和潤滑劑。

(1)骨料

所述骨料包含上述的人造砂作為主要組分。其含有的人造砂的比例優(yōu)選為50重量％以上、更優(yōu)選為70重量％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為90重量％以上。骨料實(shí)質(zhì)上可以由人造砂組成。

可被獲得的除了所述人造砂之外的其它砂的示例包括：石英砂、鋯英石砂、鉻鐵礦砂、含mgo/sio2的砂以及它們的組合。

(粘結(jié)劑)

粘結(jié)劑沒有特別的限制，其示例包括：呋喃樹脂、酚醛樹脂、油改性的聚氨酯樹脂、酚醛尿烷樹脂、堿性酚醛樹脂、硅酸鈉和膨潤土等。根據(jù)粘結(jié)劑的類型可使用固化劑使粘結(jié)劑固化。用于呋喃樹脂的固化劑的示例包括無機(jī)酸和有機(jī)酸，所述無機(jī)酸例如硫酸、磷酸、磷酸酯和焦磷酸，所述有機(jī)酸例如二甲苯磺酸(xylenesulphonicacid)、甲苯磺酸和苯磺酸。用于堿性酚醛樹脂的固化劑的示例包括內(nèi)酯(例如，丙內(nèi)酯)和如甲酸乙酯、甲酸甲酯和三乙酸甘油酯的有機(jī)酯。用于酚醛樹脂的固化劑的實(shí)例包括六亞甲基四胺等。用于酚醛尿烷樹脂的固化劑的示例包括三乙胺和吡啶類化合物。用于硅酸鈉的固化劑的示例包括二氧化碳?xì)怏w、硅酸二鈣和有機(jī)酯。

優(yōu)選地，以每100重量份骨料0.4-3重量份的范圍含有粘結(jié)劑。當(dāng)其含量低于0.4重量份時(shí)，骨料的粘結(jié)可能不充分，從而導(dǎo)致鑄型強(qiáng)度的下降。當(dāng)其含量高于3重量份時(shí)，產(chǎn)生于粘結(jié)劑的組分可能附著在鑄件的表面，或者從廢型砂中回收利用含有粘結(jié)劑的鑄造用砂所需要的時(shí)間可能上升。該含量更優(yōu)選為0.4-0.2重量份，進(jìn)一步優(yōu)選為0.4-1.5重量份。

具有上述指定表面積的人造砂可以比自然砂需要更少量的粘結(jié)劑。當(dāng)粘結(jié)劑的量被減少時(shí)，鈣離子對(duì)鑄型強(qiáng)度減小效果上升，因此本發(fā)明的應(yīng)用尤其有用。

(3)潤滑劑

潤滑劑沒有特別的限制，并且可使用所屬領(lǐng)域中慣用的潤滑劑。潤滑劑的示例包括具有10-24碳原子的高級(jí)脂肪酸鹽。從可用性和成本的觀點(diǎn)，一般可以使用硬脂酸鈣。

相對(duì)于骨料和粘結(jié)劑的合計(jì)100重量份，優(yōu)選含有0.01-0.2重量份的潤滑劑。當(dāng)其含量低于0.01重量份時(shí)，含有粘結(jié)劑的鑄造用砂不具有用于制造模具的充分的流動(dòng)性，從而導(dǎo)致模具制造所需的時(shí)間上升或鑄件的表面粗糙。此外，在其被存儲(chǔ)的柔性集裝袋中，含有粘結(jié)劑的鑄造用砂可能發(fā)生結(jié)塊。當(dāng)其含量高于0.2重量份時(shí)，鑄型強(qiáng)度可能下降，或從廢型砂中回收利用含有粘結(jié)劑的鑄造用砂所需要的時(shí)間可能上升。其含量更優(yōu)選為0.02-0.16重量份，進(jìn)一步優(yōu)選為0.03-0.12重量份，特別優(yōu)選為0.06-0.10重量份。

含有粘結(jié)劑的鑄造用砂中的潤滑劑的量可通過利用適當(dāng)?shù)娜軇┓蛛x潤滑劑并通過公知的方法分析被分離的物質(zhì)來測(cè)量，所述公知的方法例如紅外光譜分析、氣相色譜分析、液相色譜法或nmr。

(4)含有粘結(jié)劑的鑄造用砂的制造方法

含有粘結(jié)劑的鑄造用砂可以通過被熟知的方法制造。例如，當(dāng)在混合器中加熱并混合作為骨料的人造砂時(shí)，向混合器投入粘結(jié)劑以獲得粘結(jié)劑和骨料的混合物。當(dāng)該粘結(jié)劑是由用固化劑固化固化性樹脂獲得時(shí)，先在混合器中投入固化性樹脂再投入固化劑。然后潤滑劑被投入混合器中以將粘結(jié)劑和骨料的混合物與潤滑劑混合。確信的是粘結(jié)劑涂敷骨料表面的部分或全部。此外確信的是，潤滑劑涂敷被涂敷有粘結(jié)劑的骨料表面的部分或全部。

實(shí)施例

實(shí)施例1

(1)含有粘結(jié)劑的鑄造用砂的制造

作為骨料使用的人造砂(購自山川產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社；每單位體積表面積：3300cm²/cm³，粒度分度：53-600μm，顆粒形狀系數(shù)：1.03；含有40重量％的合成莫來石和10重量％的含氧化鋁和二氧化硅的合成剛玉；合計(jì)為94重量％(氧化鋁：77重量％，以及二氧化硅：23重量％))。非回收利用的人造砂稱為“新砂”。將人造砂加熱至160℃并放置于混合器(購自遠(yuǎn)州鐵鋼社，nsc-1型)中以使人造砂的溫度保持在150℃。相對(duì)于100重量份人造砂，添加0.8重量份樹脂(購自日立化學(xué)株式會(huì)社的線性酚醛樹脂(novolacphenolicresin))，同時(shí)攪拌人造砂以得到樹脂和骨料的混合物。攪拌混合物時(shí)，相對(duì)于100重量份樹脂添加20重量份的六亞甲基四胺(固化劑)，以及相對(duì)于100重量份骨料添加1.3重量份的水(固化劑的分散介質(zhì))，并獲得粘結(jié)劑和骨料的混合物。在添加固化劑后20秒之后，開始進(jìn)行約20秒的冷卻。攪拌粘結(jié)劑和骨料的混合物的同時(shí)，相對(duì)于100重量物粘結(jié)劑和骨料的混合物，添加0.6重量份潤滑劑(含有95重量％以上的硬脂酸鈣，95％以上具有75μm以下的粒度，購自川村化成工業(yè)株式會(huì)社)，并攪拌約15秒以提供含有粘結(jié)劑的鑄造用砂(rcs)。所得到的含有粘結(jié)劑的鑄造用砂在篩孔尺寸為1180μm的篩子中篩選以去除團(tuán)聚物。

所得到的含有粘結(jié)劑的鑄造用砂根據(jù)以下流程測(cè)量其抗彎強(qiáng)度。抗彎強(qiáng)度指示鑄型強(qiáng)度。

(2)抗彎強(qiáng)度的測(cè)量

(a)測(cè)試樣品的制備

根據(jù)jact測(cè)試方法sm-1測(cè)量測(cè)試樣品的抗彎強(qiáng)度，jact測(cè)試方法sm-1是針對(duì)抗彎強(qiáng)度的測(cè)試方法(對(duì)應(yīng)于jisk6910)。指定的測(cè)量條件如下。

準(zhǔn)備具有分別深10mm、寬10mm且長60mm的5個(gè)凹陷部分的下模型和作為下模型的蓋子的上模型。下模型和上模型被加熱至250℃±3℃并在凹陷部分填充約50g含有粘結(jié)劑的鑄造用砂。填充凹陷部分的含有粘結(jié)劑的鑄造用砂的上表面用樣品刮板刮平。然后上模型和下模型被結(jié)合并焙燒60秒。焙燒之后，移除上模型，并銼削被焙燒物，以使被焙燒物的上表面和下模型的下上表面齊平。然后將被焙燒物與下模型分離以提供測(cè)試樣品。從打開上模型至從下模型分離測(cè)試樣品的時(shí)間設(shè)置為30秒。

獲得的測(cè)試樣品在干燥器中冷卻至室溫(約25℃)并保持至測(cè)量抗彎強(qiáng)度。

制備三次測(cè)試樣品，以獲得每種含有粘結(jié)劑的鑄造用砂的15個(gè)測(cè)試樣品。

(b)抗彎強(qiáng)度的測(cè)量

分別具有60°頂錐角、1.5r頂錐曲率和10mm以上寬度的一對(duì)凸構(gòu)件被放置在測(cè)試樣品安裝臺(tái)上，并互相間隔50mm，以使所述構(gòu)件在長度方向上平行。在測(cè)試樣品安裝臺(tái)上，安裝有測(cè)試樣品以使被銼削過的測(cè)試樣品的表面不被安裝在臺(tái)上或臺(tái)的反側(cè)(頂側(cè))。

帶有具有60°頂錐角和1.5r頂錐曲率的負(fù)載楔的負(fù)載被施加在測(cè)試樣品上表面的中央。記錄測(cè)試樣品裂開時(shí)被施加的負(fù)載的數(shù)量。針對(duì)每15個(gè)測(cè)試樣品實(shí)施負(fù)載測(cè)試。

從負(fù)載的結(jié)果值中可根據(jù)以下等式計(jì)算彎曲載荷：

σfb＝3×l×p/2×w×h²

其中，σfb是彎曲載荷(kgf/cm²)，l是在測(cè)試樣品安裝臺(tái)上的一對(duì)凸構(gòu)件之間的距離(5cm)，p是負(fù)載值(kgf)，w是測(cè)試樣品寬度(1cm)，h是測(cè)試樣品的高度(1cm)。

抗彎強(qiáng)度(kgf/cm²)作為15個(gè)測(cè)試樣品的彎曲載荷的平均值被獲取。

(3)含有粘結(jié)劑的鑄造用砂的回收

按照以上進(jìn)行抗彎強(qiáng)度測(cè)量之后的測(cè)試樣品被粉碎，并將粉碎材料分成10份，用n1-n10表示。十份粉碎材料分別被回收利用為含有粘結(jié)劑的鑄造用砂。材料n1-n5及n9-n10僅通過熱再生工序被回收利用，材料n6-n8通過結(jié)合熱再生工序和濕磨工序被回收利用。回收利用之后測(cè)量抗彎強(qiáng)度。在熱回收工序之前，添加了10重量％的新砂。

熱再生工序在如圖1所示的jfe管件器材(jfepipefittingmfg.)的熱再生器(購自jfe管件器材有限公司，jtr-g-1型)中，并在以下條件下實(shí)施：熱再生溫度為600℃，熱再生器中的流動(dòng)壓差為4.5mpa，砂的投入量為2.5t/小時(shí)。在這些條件下，廢型砂的實(shí)際處理時(shí)間大約為1小時(shí)。在圖1中，1指熱再生器，2指粉碎材料入口，3指燃燒器，4指流化床，5指熱交換器，6指用于流化砂的空氣入口，7指冷卻空氣入口，8指流化冷卻器，9是砂排料閥，10指空氣噴嘴，11指流動(dòng)壓差計(jì)，12指排氣出口。

濕磨工序在如圖2所示的槽磨裝置(直徑609.4mm×長度1517mm，8個(gè)葉輪，購自山川產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社)中，并在以下條件下實(shí)施：負(fù)載電流為130a，砂的投入量為5t/小時(shí)，相對(duì)于投入砂5-10重量％的水量，葉輪旋轉(zhuǎn)速度為86rpm/min，推進(jìn)角度為45°，葉輪的面積為49100mm²。在這些條件下，熱再生砂的實(shí)際處理時(shí)間為10-20分鐘。在圖2中，21指槽磨裝置，22指槽，23指葉輪，24指熱再生砂入口，25指回收利用砂出口，26指彈簧，27指蓋子，28指連接件，29指旋轉(zhuǎn)軸，30指減速器，31指電機(jī)。

(4)回收利用的含有粘結(jié)劑的鑄造用砂的抗彎強(qiáng)度的測(cè)量

用與步驟(1)相同的方式制造含有粘結(jié)劑的鑄造用砂，并且用與步驟(2)相同的方式測(cè)量抗彎強(qiáng)度。所測(cè)得的抗彎強(qiáng)度被示出在表1中。

表1還示出了新砂和回收利用的人造砂的鈣離子洗脫。鈣離子洗脫通過以下流程測(cè)量。

同時(shí)，每體積表面積、粒度分布、顆粒形狀系數(shù)以及鈣和硅的含量在回收骨料和新砂之間幾乎相同。

(離子洗脫)

(1)內(nèi)標(biāo)溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備

-內(nèi)標(biāo)溶液(y：50mg/l)

購自關(guān)東化學(xué)株式會(huì)社(kantochemicalco.,inc)的釔標(biāo)準(zhǔn)溶液(1000mg/l，用于原子吸收分析，25ml)被添加到500-ml容量瓶中，并添加純水至標(biāo)線。

-標(biāo)準(zhǔn)溶液(ca：100mg/l)

購自關(guān)東化學(xué)株式會(huì)社的用于icp發(fā)射光譜分析的標(biāo)準(zhǔn)溶液iv(ca：1000mg/l，10ml)被添加至100-ml容量瓶中，并添加純水至標(biāo)線。

-標(biāo)準(zhǔn)溶液(ca：10mg/l)

標(biāo)準(zhǔn)溶液(ca：100mg/l，10ml)被添加至100-ml容量瓶中，并添加純水至標(biāo)線。

-標(biāo)準(zhǔn)溶液(ca：1mg/l)

標(biāo)準(zhǔn)溶液(ca：10mg/l，10ml)被添加至100-ml容量瓶中，并添加純水至標(biāo)線。

-標(biāo)準(zhǔn)溶液(ca：0.1mg/l)

標(biāo)準(zhǔn)溶液(ca：1mg/l，10ml)被添加至100-ml容量瓶中，并添加純水至標(biāo)線。

-標(biāo)準(zhǔn)溶液(ca：0.01mg/l)

標(biāo)準(zhǔn)溶液(ca：0.1mg/l，10ml)被添加至100-ml容量瓶中，并添加純水至標(biāo)線。

(2)準(zhǔn)備校正曲線(測(cè)量范圍：ca：0-10mg/l)

將內(nèi)標(biāo)溶液(y：50mg/l，20ml)添加至100-ml容量瓶中，并分別加入標(biāo)準(zhǔn)溶液(ca：10mg/l)、標(biāo)準(zhǔn)溶液(ca：1mg/l)、標(biāo)準(zhǔn)溶液(ca：0.1mg/l)、標(biāo)準(zhǔn)溶液(ca：0.01mg/l)至標(biāo)線。作為空白對(duì)照，將內(nèi)標(biāo)溶液(y：50mg/l，20ml)添加至100-ml容量瓶中，并加純水至標(biāo)線以制備標(biāo)準(zhǔn)溶液。用購自島津公司的icp發(fā)射光譜儀(icps-8100)測(cè)量上述溶液，并作成了鈣離子濃度和指示值之間的關(guān)系的校正曲線。

(3)樣品溶液的制備

將砂樣(50g)放置在300-ml聚乙烯燒杯中，向其中添加50ml純水和50ml0.1mol/l鹽酸溶液，并用磁力攪拌器攪拌1小時(shí)。攪拌之后，用根據(jù)jisp3801濾紙(用于化學(xué)分析)的玻璃纖維濾紙過濾混合液。在過濾之后，該溶液被再次用膜濾器(孔徑：0.45μm)真空過濾以提供樣品溶液(純)，該膜濾器購自advantec。作為空白對(duì)照，將50ml純水和50ml0.1mol/l鹽酸溶液添加至300-ml聚乙烯燒杯中并用上述相同的流程處理。

(4)樣品溶液的測(cè)量

將內(nèi)標(biāo)溶液(y：50mg/l，10ml)添加至50-ml容量瓶，加樣品溶液(純)至標(biāo)線，并用購自島津公司的icp發(fā)射光譜儀(icps-8100)測(cè)量上述混合液。計(jì)算所測(cè)量的鈣離子濃度與從空白測(cè)試中獲得的濃度的差值作為鈣離子洗脫。當(dāng)所測(cè)量的鈣離子濃度超出校正曲線的測(cè)量范圍時(shí)，用純水稀釋樣品溶液(純)以獲得在測(cè)量范圍內(nèi)的樣品溶液(稀釋)。將內(nèi)標(biāo)溶液(y：50mg/l，10ml)添加至50-ml容量瓶，添加樣品溶液(稀釋)至標(biāo)線，并再次用購自島津公司的icp發(fā)射光譜儀(icps-8100)測(cè)量上述混合液以確定鈣離子濃度。測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)溶液(稀釋)后，通過從所測(cè)量的鈣離子濃度與稀釋系數(shù)的乘積中減去從空白測(cè)試中獲得的濃度計(jì)算鈣離子洗脫。

表1

基于表1的抗彎強(qiáng)度與鈣離子洗脫(在0.05m鹽酸溶液中)的關(guān)系被示出在圖3中。

從表1和圖3中可看出以下趨勢(shì)：抗彎強(qiáng)度隨鈣離子洗脫的上升而下降，并在鈣離子洗脫為60mg/l以下時(shí)變?yōu)槌?shù)。因此，可推斷出鈣離子洗脫可以不利地影響制備粘結(jié)劑過程中樹脂的固化(例如，通過離子消耗固化劑、或通過離子與樹脂固化位點(diǎn)的螯合的聚合)。

實(shí)施例2

調(diào)查了重復(fù)回收利用的人造砂的鈣離子洗脫與抗彎強(qiáng)度之間的關(guān)系。具體地，通過與實(shí)施例1相同的方式針對(duì)僅利用熱再生回收利用的人造砂以及在熱再生之后進(jìn)行了濕磨而回收利用的人造砂測(cè)量了鈣離子洗脫，并用與實(shí)施例1相同的方式測(cè)量了含有粘結(jié)劑的鑄造用砂的抗彎強(qiáng)度。其結(jié)果被示出在表2中。表2還示出了新砂的鈣離子洗脫以及由新砂獲得的含有粘結(jié)劑的鑄造用砂的抗彎強(qiáng)度。對(duì)于熱再生和濕磨的條件以及用于制造含有粘結(jié)劑的鑄造用砂的條件與實(shí)施例1相同。

表2

基于表2的抗彎強(qiáng)度和鈣離子洗脫(在0.05m鹽酸溶液中)(縱軸)以及回收利用次數(shù)(橫軸)的關(guān)系被示出在圖4中。圖4中柱狀圖的縱軸表示抗彎強(qiáng)度，在回收利用次數(shù)的左手側(cè)的柱子表示僅通過熱再生回收利用的含有粘結(jié)劑的鑄造用砂的抗彎強(qiáng)度，在回收利用次數(shù)的右手側(cè)的柱子表示通過熱再生和濕磨回收利用的含有粘結(jié)劑的鑄造用砂的抗彎強(qiáng)度。折線圖表示鈣離子洗脫，帶有δ的圖表示僅通過熱再生回收利用的人造砂的鈣離子洗脫，帶有o的圖表示通過熱再生和濕磨回收利用的人造砂的鈣離子洗脫。

從圖4中可看出以下趨勢(shì)：抗彎強(qiáng)度隨鈣離子洗脫的上升而下降，并在鈣離子洗脫為60mg/l以下時(shí)變?yōu)槌?shù)。由此發(fā)現(xiàn)，為了使洗脫維持在60mg/l以下，在含有粘結(jié)劑的鑄造用砂的回收利用過程中包括濕磨是合適的。

附圖標(biāo)記

1：熱再生器，2：粉碎材料入口，3：燃燒器，4：流化床，5：熱交換器，6：用于流化砂的空氣入口，7：冷卻空氣入口，8：流化冷卻器，9：砂排料閥，10：空氣噴嘴，11：流動(dòng)壓差計(jì)，12：排氣出口，21：槽磨裝置，22：槽，23：葉輪，24：熱再生砂入口，25：回收利用砂出口，26：彈簧，27：蓋子，28：連接件，29：旋轉(zhuǎn)軸，30：減速器，31：電機(jī)。