(57)【要約】      （修正有）【課題】セラミックス粒子として、耐蝕性、耐焼着性に優れ、併せて強度及び表面平滑性に優れた鋳造用鋳型の製造を可能にする、球状鋳物砂およびその製造方法、ならびに該鋳造用鋳型を提供すること。【解決手段】  ＭｇＯおよびＳｉＯ2を主成分として含有してなり、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が０．１〜１０、平均粒径が０．００１〜１．５ｍｍである火炎溶融法で製造されたセラミックス粒子、ＭｇＯおよびＳｉＯ2を主成分として含有してなり、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が０．１〜１０、平均粒径が０．００１〜１．５ｍｍである火炎溶融法で製造された球状鋳物砂、ＭｇＯおよびＳｉＯ2を主成分として含有してなり、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が０．１〜１０、平均粒径が０．００１〜１．５ｍｍ、球形度が０．９５以上である球状鋳物砂、該鋳物砂の製造方法、該球状鋳物砂を含んでなる鋳造用鋳型、並びに該鋳型を用いて鋳造された鋳物。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭｇＯおよびＳｉＯ2を主成分として含有してなり、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が０．１〜１０、平均粒径が０．００１〜１．５ｍｍである火炎溶融法で製造されたセラミックス粒子。
【請求項２】
平均粒径が０．０５〜１．５ｍｍである請求項１記載のセラミックス粒子。
【請求項３】
ＭｇＯおよびＳｉＯ2を主成分として含有してなり、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が０．１〜１０、平均粒径が０．００１〜１．５ｍｍである火炎溶融法で製造された球状鋳物砂。
【請求項４】
ＭｇＯおよびＳｉＯ2を主成分として含有してなり、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が０．１〜１０、平均粒径が０．００１〜１．５ｍｍ、球形度が０．９５以上である球状鋳物砂。
【請求項５】
平均粒径が０．０５〜１．５ｍｍである、請求項３又は４記載の球状鋳物砂。
【請求項６】
吸水率が１．５重量％以下である請求項３〜５いずれか記載の球状鋳物砂。
【請求項７】
球形度が０．９８以上である請求項３〜６いずれか記載の球状鋳物砂。
【請求項８】
ＭｇＯおよびＳｉＯ2を主成分とする、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が０．１〜１０、平均粒径が０．００１〜２ｍｍの粉末粒子を、火炎中で溶融して球状化する工程を含む、請求項１又は２記載のセラミックス粒子の製造方法。
【請求項９】
ＭｇＯおよびＳｉＯ2を主成分とする、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が０．１〜１０、平均粒径が０．００１〜２ｍｍの粉末粒子を、火炎中で溶融して球状化する工程を含む、請求項３〜７いずれか記載の球状鋳物砂の製造方法。
【請求項１０】
平均粒径が０．０５〜２ｍｍの粉末粒子を球状化する、請求項８又は９記載の方法。
【請求項１１】
請求項１又は２記載のセラミックス粒子を含んでなる鋳造用鋳型。
【請求項１２】
請求項３〜７いずれか記載の球状鋳物砂を含んでなる鋳造用鋳型。
【請求項１３】
請求項１１又は１２記載の鋳型を用いて鋳造された鋳物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス粒子に関し、さらに詳しくは、鋳鋼、鋳鉄、アルミニウム、銅およびこれらの合金等の鋳造用鋳型に使用される球状鋳物砂などとしてのセラミックス粒子およびその製造方法、ならびに鋳造用鋳型および鋳物に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳物砂の球形度を向上し、吸水率を低減させて、鋳型製造時の流動性及び充填性を改善する技術として、特許文献１に、Ａｌ2Ｏ3及びＳｉＯ2を主成分として含有し、火炎溶融法で製造される球状鋳物砂が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２０２５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、セラミックス粒子として、中でも耐蝕性、耐焼着性に優れ、併せて強度及び表面平滑性に優れた鋳造用鋳型の製造を可能にする、球状鋳物砂およびその製造方法、ならびに該鋳造用鋳型を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の要旨は、
〔１〕ＭｇＯおよびＳｉＯ2を主成分として含有してなり、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が０．１〜１０、平均粒径が０．００１〜１．５ｍｍである火炎溶融法で製造されたセラミックス粒子、
〔２〕ＭｇＯおよびＳｉＯ2を主成分として含有してなり、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が０．１〜１０、平均粒径が０．００１〜１．５ｍｍである火炎溶融法で製造された球状鋳物砂、
〔３〕ＭｇＯおよびＳｉＯ2を主成分として含有してなり、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が０．１〜１０、平均粒径が０．００１〜１．５ｍｍ、球形度が０．９５以上である球状鋳物砂、
〔４〕ＭｇＯおよびＳｉＯ2を主成分とする、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が０．１〜１０、平均粒径が０．００１〜２ｍｍの粉末粒子を、火炎中で溶融して球状化する工程を含む、前記〔１〕記載のセラミックス粒子の製造方法、
〔５〕ＭｇＯおよびＳｉＯ2を主成分とする、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が０．１〜１０、平均粒径が０．００１〜２ｍｍの粉末粒子を、火炎中で溶融して球状化する工程を含む、前記〔２〕又は〔３〕記載の球状鋳物砂の製造方法、
〔６〕前記〔１〕記載のセラミックス粒子、あるいは前記〔２〕又は〔３〕記載の球状鋳物砂を含んでなる鋳造用鋳型、並びに
〔７〕前記〔６〕に記載の鋳型を用いて鋳造された鋳物、
に関する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の球状鋳物砂によれば、耐蝕性、耐焼着性に優れ、併せて強度及び表面平滑性に優れた鋳造用鋳型が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明のセラミックス粒子は、ＭｇＯおよびＳｉＯ2を主成分として含有してなり、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が０．１〜１０、平均粒径が０．００１〜１．５ｍｍ、好ましくは平均粒径が０．０５〜１．５ｍｍである火炎溶融法などの方法で製造されたものであり、球状鋳物砂、フィラー、顔料などとして使用される。用途としては、特に限定されないが、好適な例として、セラミックス粒子が球状鋳物砂の場合について以下説明する。
鋳造用鋳型の耐蝕性や耐焼着性の向上は、鋳物の品質及び生産性を向上するための重要な課題の１つである。しかしながら、かかる課題について、鋳物用鋳型の材料である鋳物砂の耐蝕性、耐焼着性を向上するという観点からの検討は、これまで実質的になされていない。
【０００７】
本発明者等は、火炎溶融法により製造される、高い球形度と低い吸水率を有し、鋳型製造時の流動性に優れる球状鋳物砂を提案したが、さらに、鋳物砂の組成と火炎溶融法との関係に着目し、特定の組成において、鋳物砂の耐蝕性、耐焼着性が顕著に向上することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
本発明の球状鋳物砂は、特定の成分組成および平均粒径を持ち、球形度が大きい点に大きな特徴の１つを有するのであるが、従来の鋳物砂に比べ、本発明の球状鋳物砂は大きく２つの態様からなる。第１の態様は、ＭｇＯおよびＳｉＯ2 を主成分として含有してなり、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が０．１〜１０、平均粒径が０．００１〜１．５ｍｍ、好ましくは０．０５〜１．５ｍｍである、火炎溶融法で製造された球状鋳物砂である。また、第２の態様は、ＭｇＯおよびＳｉＯ2を主成分として含有してなり、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が０．１〜１０、平均粒径が０．００１〜１．５ｍｍ、好ましくは平均粒径が０．０５〜１．５ｍｍ、球形度が０．９５以上である球状鋳物砂であり、その製造方法は、火炎溶融法に限定されない。かかる態様により、本発明の球状鋳物砂は優れた耐蝕性、耐焼着性を有する。即ち、従来の製造方法によるＭｇＯ／ＳｉＯ2系鋳物砂で奏される耐蝕性、耐焼着性に比べ、本発明のＭｇＯ／ＳｉＯ2系鋳物砂で奏される耐蝕性、耐焼着性は予想を超えて顕著である。また、高強度かつ表面が平滑な鋳造用鋳型の製造を可能にする。さらに、本発明の球状鋳物砂は流動性が良好であり、しかも従来に比べて少ないバインダー量で鋳型を製造することができ、再生が容易である。これは、本発明の球状鋳物砂の吸水率が比較的小さいことによると考えられる。
【０００９】
なお、本発明の球状鋳物砂の耐蝕性、耐焼着性とは、鉄、鋼、アルミニウム、銅、各種合金等の溶融物および鉱宰の侵蝕に対する抵抗性をいい、その発現には、化学組成、砂の緻密性、言い換えれば吸水率が小さいこと、表面の平滑性、鋳物砂の充填性等が寄与するものと考えられる。本発明の球状鋳物砂の流動性の発現には、主として該鋳物砂の所定の平均粒径および大きい球形度が寄与するものと考えられる。また、そのような平均粒径および球形度は良好な充填性の発現にも寄与するものと考えられ、本発明の球状鋳物砂は一般に充填性も良好である。本発明の球状鋳物砂の耐蝕性、耐焼着性および流動性は後述の実施例に記載の方法により評価することができる。一方、優れた充填性は鋳型強度の向上に寄与するものと考えられるため、充填性は後述の試験例１における鋳型強度の優劣により間接的に評価することができる。
【００１０】
本発明の球状鋳物砂の形状である球状とは、球形度０．８８以上、好ましくは０．９０以上のものをいう。球状であるか否かについては、たとえば、後述するように、鋳物砂を光学顕微鏡やデジタルスコープ（たとえば、キーエンス社製、ＶＨ−８０００型）等で観察し、判定することができる。
【００１１】
本発明の球状鋳物砂はＭｇＯおよびＳｉＯ2を主成分とするが、ここで「主成分」とは、ＭｇＯおよびＳｉＯ2が合計量で鋳物砂全体の全成分中に６０重量％以上含有されていることをいう。
【００１２】
本発明の球状鋳物砂の主成分であるＭｇＯおよびＳｉＯ2 の含有量としては、耐火性の向上という観点から、それらの合計量として、球状鋳物砂の全成分中、好ましくは６５〜１００重量％、より好ましくは８０〜１００重量％である。ＭｇＯおよびＳｉＯ2の含有量は公知の分析方法、例えば、湿式重量法または蛍光Ｘ線法で測定することができる。
【００１３】
また、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率は０．１〜１０である。球状化のし易さ、耐蝕性、耐焼着性、耐火性および鋳物砂の再生効率の向上の観点から、０．２〜９が好ましく、０．３〜５がより好ましい。
【００１４】
なお、本発明の球状鋳物砂に主成分以外の成分として含まれ得るものとしては、たとえば、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ等の金属酸化物が挙げられる。これらは該鋳物砂の原料に由来する。Ａｌ2Ｏ3が含まれる場合、球状鋳物砂の耐蝕性、耐焼着性の向上の観点から、その含有量としては１０重量％以下が好ましい。Ｆｅ2Ｏ3とＴｉＯ2 が含まれる場合、それらの含有量としてはそれぞれ１０重量％以下が好ましい。また、Ｆｅ2Ｏ3の含有量は１０重量％以下が好ましい。Ｋ2ＯとＮａ2Ｏが含まれる場合、それらの含有量としては合計量として３重量％以下が好ましく、より好ましくは２重量％以下である。
【００１５】
本発明の球状鋳物砂の平均粒径（ｍｍ）は０．００１〜１．５ｍｍ、好ましくは０．０５〜１．５ｍｍの範囲である。０．００１ｍｍ未満になると鋳型の製造に多くのバインダーを必要とし、鋳物砂として再生するのが困難となるため好ましくない。一方、１．５ｍｍを超えると鋳型の空隙率が大きくなり、鋳型強度の低下に繋がることから好ましくない。球状鋳物砂の再生効率を高める観点から、０．０７５〜１．５ｍｍがさらに好ましく、一方、鋳型強度を高める観点から、０．０５〜１ｍｍが好ましい。再生効率と鋳型強度の両者を高める観点から、０．０５〜０．５ｍｍがより好ましく、０．０５〜０．３５ｍｍがさらに好ましい。
【００１６】
前記平均粒径は以下のようにして求めることができる。すなわち、球状鋳物砂粒子の粒子投影断面からの球形度＝１の場合は直径（ｍｍ）を測定し、一方、球形度＜１の場合はランダムに配向させた球状鋳物砂粒子の長軸径（ｍｍ）と短軸径（ｍｍ）を測定して（長軸径＋短軸径）／２を求め、任意の１００個の球状鋳物砂粒子につき、それぞれ得られた値を平均して平均粒径（ｍｍ）とする。長軸径と短軸径は、以下のように定義される。粒子を平面上に安定させ、その粒子の平面上への投影像を２本の平行線ではさんだとき、その平行線の間隔が最小となる粒子の幅を短軸径といい、一方、この平行線に直角な方向の２本の平行線で粒子をはさむときの距離を長軸径という。
【００１７】
なお、球状鋳物砂粒子の長軸径と短軸径は、光学顕微鏡またはデジタルスコープ（例えば、キーエンス社製、ＶＨ−８０００型）により該粒子の像（写真）を得、得られた像を画像解析することにより求めることができる。また、球形度は、得られた像を画像解析することにより、該粒子の粒子投影断面の面積および該断面の周囲長を求め、次いで、〔粒子投影断面の面積（ｍｍ2）と同じ面積の真円の円周長（ｍｍ）〕／〔粒子投影断面の周囲長（ｍｍ）〕を計算し、任意の５０個の球状鋳物砂粒子につき、それぞれ得られた値を平均して求める。
【００１８】
本発明の第１の態様の球状鋳物砂は火炎溶融法により得られるものである。従って、球形度が高く、緻密であるという構造的特徴を有する。当該構造的特徴は、流動性、鋳型強度、鋳造された鋳物の表面平滑性の向上に大きく寄与する。
【００１９】
本発明の第１の態様の球状鋳物砂としては、流動性の向上の観点から、その球形度が、０．９５以上であるものが好ましく、０．９８以上であるものがより好ましく、０．９９以上であるものがさらに好ましい。よって、本発明の第１の態様の球状鋳物砂としては、たとえば、ＭｇＯおよびＳｉＯ2を主成分として含有してなり、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が０．１〜１０、平均粒径が０．０５〜０．５ｍｍ、球形度が０．９５以上である火炎溶融法でつくられた球状鋳物砂が好適である。
【００２０】
一方、本発明の第２の態様の球状鋳物砂の球形度は０．９５以上である。流動性の向上の観点から、０．９８以上が好ましく、０．９９以上がより好ましい。
【００２１】
また、本発明の球状鋳物砂の吸水率（重量％）としては、鋳型の製造の際に使用するバインダーの鋳物砂内部への吸収によるバインダー使用量の増加の抑制や、鋳型強度の向上等の観点から、１．５重量％以下が好ましく、０．９重量％以下がより好ましい。吸水率はＪＩＳ  Ａ１１０９細骨材の吸水率測定方法に従って測定することができる。
【００２２】
なお、球状鋳物砂の吸水率は、火炎溶融法により該砂を調製した場合、該方法以外の焼成方法により調製した砂と比べて、同じ球形度であれば、通常、低くなる。
【００２３】
また、球状鋳物砂の吸水率が低いことは一般に、粒子の構造上、開孔が少ないことを意味しており、そのような球状鋳物砂は強度が高く耐粉砕性に優れる。耐粉砕性は鋳物砂の再生効率の指標の１つである。また、溶融金属や鉱宰の浸入がほとんど無く、耐蝕性、耐焼着性にも優れる。本発明の球状鋳物砂は吸水率および耐粉砕性、耐蝕性、耐焼着性に優れており、それらの特性は該鋳物砂の優れた再生効率の発現に寄与する。なお、再生効率とは、鋳型の製造に使用された鋳物砂の内、再生して使用可能な鋳物砂の割合をいう。
【００２４】
一方、本発明の球状鋳物砂が、珪砂等の流動性の低い公知の鋳物砂との混合物中に好ましくは５０体積％以上含有されておれば、該混合物からなる鋳物砂は充分に本発明の所望の効果を発揮し得る。即ち、前記のような公知の鋳物砂に本発明の球状鋳物砂を徐々に添加していけば、添加量に応じて本発明の所望の効果を発揮するようになるが、前記混合物からなる鋳物砂中に、前記所定の球形度を有する本発明の球状鋳物砂が５０体積％以上含まれると、その効果は顕著になる。なお、当該混合物からなる鋳物砂中の、本発明の球状鋳物砂の含有量としては、より好ましくは６０体積％以上、さらに好ましくは８０体積％以上である。本発明の球状鋳物砂としては、その利用性に優れることから、球形度が０．９８以上であるものがさらに好適である。また、かかる球状鋳物砂を５０体積％以上含む鋳物砂は、本発明の球状鋳物砂と同等の効果を発揮し得ることから、かかる鋳物砂も本発明に包含される。
【００２５】
本発明のセラミックス粒子の製造方法は、ＭｇＯおよびＳｉＯ2を主成分とする、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が０．１〜１０、平均粒径が０．００１〜２ｍｍ、好ましくは平均粒径が０．０５〜２ｍｍの粉末粒子を、火炎中で溶融して球状化する工程を含む方法（火炎溶融法）などである。中でも、本発明の第１の態様の球状鋳物砂は前記の火炎溶融法により製造される。一方、本発明の第２の態様の球状鋳物砂は、たとえば、造粒して焼結する方法、電融アトマイズ法等の公知の方法により製造することが可能であるが、中でも、本発明の第１の態様の球状鋳物砂と同様に火炎溶融法により製造するのが好適である。そこで、以下においては、火炎溶融法による、本発明の球状鋳物砂の製造方法の一例を説明する。なお、当該製造方法も本発明に包含される。
【００２６】
本発明の球状鋳物砂の製造方法は、ＭｇＯおよびＳｉＯ2を主成分とする、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が０．１〜１０、平均粒径が０．００１〜２ｍｍ、好ましくは０．０５〜２ｍｍの粉末粒子を出発原料とし、当該粉末粒子を火炎中で溶融して球状化する工程を含むものである。なお、原料である粉末粒子の平均粒径も、本発明の球状鋳物砂粒子の平均粒径を求める場合と同様にして求めることができる。
【００２７】
本発明の球状鋳物砂の製造方法において「ＭｇＯおよびＳｉＯ2を主成分とする」とは、本発明の球状鋳物砂全体の成分中にＭｇＯとＳｉＯ2が合計量で６０重量％以上、好ましくは６５〜１００重量％、さらに好ましくは８０〜１００重量％含有するように出発原料の配合組成が調整されていることをいう。よって、「ＭｇＯおよびＳｉＯ2を主成分とする」限り、当該粉末粒子としては、後述するようなＭｇＯ源としての原料とＳｉＯ2源としての原料の混合物からなるものであっても、（ＭｇＯ＋ＳｉＯ2）源としての原料単独からなるものであっても、また、ＭｇＯ源としての原料および／またはＳｉＯ2源としての原料と（ＭｇＯ＋ＳｉＯ2）源としての原料との混合物であってもよい。
【００２８】
出発原料としての前記粉末粒子においては、主成分であるＭｇＯおよびＳｉＯ2の合計量としての含有量は、得られる球状鋳物砂中のＭｇＯおよびＳｉＯ2の合計量が全成分中８０重量％以上になるようにする観点から、好ましくは７５重量％以上であり、より好ましくは８０重量％以上であり、さらに好ましくは８５〜１００重量％、さらに好ましくは９０〜１００重量％である。ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率としては、得られる球状鋳物砂中のＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が０．１〜１０になるようにする観点から、０．１〜１０であり、好ましくは０．２〜９、より好ましくは０．３〜６である。平均粒径としては、単分散の球状鋳物砂を得る観点から０．００１ｍｍ以上、好ましくは０．０５ｍｍ以上であり、所望の球形度を有する鋳物砂を得る観点から２ｍｍ以下であり、それらの両観点を満たすため０．００１〜２ｍｍ、好ましくは０．０５〜２ｍｍである。また、得られる鋳物砂の球形度の向上という観点からは、０．０５〜１．５ｍｍがさらに好ましい。
【００２９】
本発明の球状鋳物砂を得るためには、出発原料としての粉末粒子は、溶融時の成分蒸発を考慮し、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率および平均粒径が上記範囲内になるよう調整して使用する。
【００３０】
出発原料である粉末粒子を溶融する際、当該粒子に水分が含まれると、該水分が蒸発するため、得られる鋳物砂には当該水分の蒸発に伴って多数の開孔が形成されることになる。当該開孔の形成は、鋳物砂の吸水率の増加や、球形度の低下をもたらす。従って、出発原料の含水率（重量％）としては、得られる球状鋳物砂の吸水率および球形度を適切な範囲に調節する観点から、１０重量％以下が好ましく、３重量％以下がより好ましく、１重量％以下がさらに好ましい。含水率は粉末粒子１０ｇを８００℃で１時間加熱した時の減量により求める。
【００３１】
出発原料は、たとえば、耐火性を有する鉱産原料および合成原料から選ぶことができる。ＭｇＯ源としての原料として、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、カンラン石、輝石ズン岩、蛇紋岩、オリビン系鉱物等を挙げることができる。また、ＳｉＯ2源としての原料として、珪石、珪砂、石英、クリストバライト、非晶質シリカ、長石、パイロフィライト等を挙げることができる。また、（ＭｇＯ＋ＳｉＯ2）源としての原料として、フォルステライト、エンスタイト、カンラン石、輝石、ズン岩、蛇紋岩、玄武岩、オリビン系鉱物等を挙げることができる。これらの原料はそれぞれ単独で、もしくは２種以上を混合して使用することができる。選択された出発原料は、その含水率を低下させるため、あるいはその溶融を容易にするために仮焼して使用するのが好ましい。仮焼された原料粉末粒子としては、仮焼蛇紋岩、仮焼カンラン石、仮焼輝石、仮焼ズン岩フォルステライト、仮焼エンスタイト等が例示される。
【００３２】
出発原料としての粉末粒子を火炎中で溶融して球状化する工程では、上記のような出発原料を酸素等のキャリアガスに分散させ、火炎中に投入することによって溶融し、球状化を行う（火炎溶融法）。好適な態様においては、下記火炎中に投入する。
【００３３】
用いる火炎はプロパン、ブタン、メタン、天然液化ガス、ＬＰＧ、重油、灯油、軽油、微粉炭等の燃料を酸素と燃焼させることによって発生させる。燃料の対酸素比は完全燃焼の観点から容量比で１．０１〜１．３が好ましい。高温の火炎を発生させる観点から、酸素付加空気バーナー、酸素・ガスバーナーが好適である。さらに酸素・ガスバーナーが好適である。特にバーナーの構造は限定するものではないが、特開平７−４８１１８号公報、特開平１１−１３２４２１号公報、特開２０００−２０５５２３号公報または特開２０００−３４６３１８号公報で開示されているバーナーが例示される。
【００３４】
本発明の製造方法で用いる０．００１〜２ｍｍ、好ましくは０．０５〜２ｍｍの範囲にある大きな平均粒径をもつ上記耐火性の原料粉末粒子を球状化するには以下の手法が好適である。
【００３５】
火炎中への粉末粒子の投入は、キャリアガス中に分散して行なう。キャリアガスとしては、酸素が好適に用いられる。この場合、キャリアガスの酸素は燃料燃焼用として消費できる利点がある。ガス中の粉体濃度は、粉末粒子の充分な分散性を確保する観点から、０．１〜２０ｋｇ／Ｎｍ3が好ましく、０．２〜１０ｋｇ／Ｎｍ3がより好ましい。
【００３６】
火炎中での球状化を速やかに行なうと共に、単分散した球状鋳物砂を得る観点から、原料粉末粒子の形状と組成を選択することが好ましい。形状としては、火炎中での滞留時間確保や溶融、球状化を速やかに行なう観点から、原料粉末粒子の長軸径／短軸径比が９以下であるのが好ましく、より好ましくは４以下、さらに好ましくは２以下である。
【００３７】
また、粉末粒子は、ガス等を電離させて生じるプラズマジェット火炎中でも好適に溶融し、球状化できる。
【００３８】
なお、火炎の温度としては、１８００〜３０００℃程度が適当である。
【００３９】
以上の方法により、本発明の所望の球状鋳物砂を得ることができる。当該鋳物砂は、流動性に非常に優れたものである。また、前記の通り、本発明の球状鋳物砂が所定の割合で含まれるように、該鋳物砂と公知の鋳物砂とを適宜混合することにより、本発明の球状鋳物砂と同等の効果を発揮し得る鋳物砂を得ることができる。鋳型の製造においてこれらの鋳物砂を用いると、使用するバインダーの量を少なくできることから、それらの鋳物砂は、鋳物砂として効率的に再生することができる。
【００４０】
本発明の球状鋳物砂および該鋳物砂と公知の鋳物砂との混合物からなる鋳物砂（以下、これらの鋳物砂を本発明の鋳物砂と略記する）は、鋳鋼、鋳鉄、アルミニウム、銅およびこれらの合金等の鋳型用途に好適に使用されうる。また、金属、プラスチック等への充填材としても使用することができる。
【００４１】
本発明の鋳物砂は、単独で、もしくは珪砂等のその他の公知の鋳物砂や耐火性骨材と組み合わせて、粘土、水ガラス、シリカゾル等の無機質バインダー、またはフラン樹脂、フェノール樹脂、フランフェノール樹脂等の有機質バインダーと混合され、所望の鋳造用鋳型を用いて公知の方法に従って造型され得る。高強度の鋳造用鋳型を得る観点から、バインダーの使用量としては、鋳物砂１００重量部に対して、バインダーを０．０５〜５重量部使用するのが好適である。このようにして得られる鋳型は、高強度であり、しかもその表面が平滑である。従って、この鋳造用鋳型で鋳造すると、表面荒れが小さく、後工程である研磨工程への負荷が小さい鋳物が得られる。
【００４２】
鋳造用鋳型の製造に使用する観点から、本発明の鋳物砂の粒子密度（ｇ／ｃｍ3）としては２．５〜３．５ｇ／ｃｍ3の範囲が好ましい。この範囲のものは中実で緻密であり高強度の鋳型が得られる。粒子密度は、ＪＩＳ  Ｒ１６２０の粒子密度測定法に従って測定することができる。
【００４３】
また、前記鋳物をさらに適宜加工することにより、表面および内面欠陥の少ない構造物が得られる。当該構造物としては、たとえば、金型、エンジン部材、工作機械部材、建築部材等が挙げられる。
【００４４】
以上のような、優れた性質を有する鋳造用鋳型、鋳物および構造物は、本発明に包含される。
【実施例】
【００４５】
実施例１
ＭｇＯとＳｉＯ2を合計量で９７重量％含有する、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が１．４、含水率が０重量％、平均粒径が０．２９ｍｍ、長軸径／短軸径比が１．５の市販のフォルステライト粉末を出発原料とし、当該粉末を、酸素をキャリアガスとして用い、ＬＰＧ（プロパンガス）を対酸素比（容量比）１．１で燃焼させた火炎（約２０００℃）中に投入し、単分散した球状鋳物砂を得た。得られた鋳物砂は、ＭｇＯとＳｉＯ2を合計量で９７重量％含有しており、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が１．４、平均粒径が０．２６ｍｍ、球形度が０．９９、吸水率が０．３重量％であった。該鋳物砂の反射顕微鏡（（株）ニコン製）写真（倍率：１００倍）を図１に示す。当該図より、いずれの鋳物砂粒子も球状であることが分かる。
【００４６】
実施例２
出発原料の平均粒径を０．５ｍｍ、長軸径／短軸径比を１．３とした以外は実施例１と同様な操作で単分散した球状鋳物砂を得た。得られた鋳物砂は、ＭｇＯとＳｉＯ2を合計量で９７重量％含有しており、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が１．４、平均粒径が０．４８ｍｍ、球形度が０．９８、吸水率が０．９重量％、であった。
【００４７】
実施例３
ＭｇＯとＳｉＯ2を合計量で９７重量％含有する、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が１．０８、平均粒径が０．２２ｍｍ、含水率が０．１重量％、長軸径／短軸径比が１．３の市販のフォルステライト粉末を出発原料とした以外は、実施例１と同様な操作で単分散した球状鋳物砂を得た。得られた鋳物砂は、ＭｇＯとＳｉＯ2を合計量で９８重量％含有しており、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が１．０８、平均粒径が０．２１ｍｍ、球形度が０．９９、吸水率が０重量％であった。
【００４８】
実施例４
ＭｇＯとＳｉＯ2を合計量で９５重量％含有する、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が１．０、平均粒径が０．４５ｍｍ、含水率が０．２重量％、長軸径／短軸径比が１．６のカンラン石を出発原料とした以外は、実施例１と同様な操作で単分散した球状鋳物砂を得た。得られた鋳物砂は、ＭｇＯとＳｉＯ2を合計量で９５重量％含有しており、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が１．０、平均粒径が０．３５ｍｍ、球形度が０．９８、吸水率が０重量％であった。
【００４９】
実施例５
ＭｇＯ／ＳｉＯ2 重量比率が１．４５となるよう水酸化マグネシウムとシリカを混合したものを電気炉にて９００℃で１時間仮焼して得た、ＭｇＯとＳｉＯ2を合計量で９６重量％含有する、平均粒径が０．２ｍｍ、含水率が１．９重量％、長軸径／短軸径比が１．８の粉末粒子を出発原料とした以外は、実施例１と同様な操作で単分散した球状鋳物砂を得た。得られた鋳物砂は、ＭｇＯとＳｉＯ2を合計量で９５重量％含有しており、ＭｇＯ／ＳｉＯ2 重量比率が１．４５、平均粒径が０．１９ｍｍ、球形度が０．９９、吸水率が０．２重量％であった。
【００５０】
比較例１
Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比率が３．０となるよう水酸化アルミニウムとシリカを混合し、スプレードライヤーを用いて平均粒径０．３ｍｍの球状にした粉末粒子（Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2を合計量で９６重量％含有）を電気炉中にて１５００℃で１時間焼成することにより鋳物砂を得た。得られた鋳物砂は、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2を合計量で９７重量％含有しており、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比率が３．０、平均粒径が０．２６ｍｍ、球形度が０．８３、吸水率が３．５重量％であった。該鋳物砂の反射顕微鏡（（株）ニコン製）写真（倍率：１００倍）を図２に示す。当該図より、本鋳物砂粒子は球状化の程度が低く、球形度が低いことが分かる。
【００５１】
比較例２
ＭｇＯ／ＳｉＯ2 重量比率が１．５９となるよう水酸化マグネシウムとシリカを混合し、ＭｇＯとＳｉＯ2を合計量で９７重量％含有する、平均粒径が０．２ｍｍ、含水率が２．９重量％の粉末粒子を出発原料とした以外は、比較例１と同様な操作で鋳物砂を得た。得られた鋳物砂は、ＭｇＯとＳｉＯ2を合計量で９７重量％含有しており、ＭｇＯ／ＳｉＯ2重量比率が１．５９、平均粒径が０．１９ｍｍ、球形度が０．７９、吸水率が２．２重量％であった。
【００５２】
比較例３
ＳｉＯ2含有量９９重量％、平均粒径０．１３ｍｍの珪砂（不定形）を出発原料として実施例１と同様な操作で鋳物砂を得た。得られた鋳物砂は、ＳｉＯ2を合計量で９９重量％含有しており、平均粒径が０．２８ｍｍ、球形度が０．９２、吸水率が０．６重量％であった。
【００５３】
比較例４
Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比率が２．５となるよう水酸化アルミニウムとシリカを混合し、１１００℃で仮焼し、平均粒径０．２８ｍｍの球状にした粉末粒子（Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2を合計量で９６重量％含有）を出発原料として実施例１と同様な操作で鋳物砂を得た。得られた鋳物砂は、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2を合計量で９７重量％含有しており、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比率が２．５、平均粒径が０．２６ｍｍ、球形度が０．８３、吸水率が３．５重量％であった。
【００５４】
試験例１
実施例１〜５と比較例１〜４で得られた鋳物砂の流動性、ならびに当該鋳物砂から得られた鋳型の強度および表面肌の状態を調べた。
【００５５】
（１）鋳物砂の流動性
ＪＩＳ  Ｋ６７２１の漏斗を用い、流動時間（秒）をもとめた。流動時間が短いほうが流動性に優れる。
【００５６】
（２）鋳型の強度
鋳物砂を７４〜２５０μｍに分級後、成形バインダーとしてカオーステップＳ６６０（花王クエーカー製）を鋳物砂１００重量部に対して１．２重量部添加し、自硬性鋳型造型法に従って成形（直径５０ｍｍ×高さ５０ｍｍ）し鋳型を得た。次いで、２４時間、室温で養生後、圧縮試験機（島津製作所製）を用い、鋳型の圧縮強度（ＭＰａ）を測定した（２５℃、湿度５５％）。
【００５７】
（３）鋳型の表面肌
以下の評価基準に従って鋳型から脱型後の鋳物表面を目視観察により評価し、当該評価結果を鋳型の表面肌の評価結果として用いた。すなわち、鋳物表面の状態が平滑であれば、鋳型の表面肌も平滑である。なお、鋳物は、鋳鉄ＦＣ−２５０を高周波炉により１４００℃で溶融し、５０ｍｍ×５０ｍｍ×４００ｍｍの直方体の形状のものを作製した。
〔評価基準〕
○: 鋳物砂跡がなく、平滑な面を示す
△: 鋳物砂跡が少し認められ、やや平滑な面を示す
×: 鋳物砂跡が明確で、荒れた面を示す
【００５８】
以上の各評価結果を後述の表１に示す。表１の結果より、比較例の鋳物砂に比べ、実施例の鋳物砂は優れた流動性を有することが分かる。また、得られた鋳型についても、比較例のものと比べ、実施例のものは強度に優れ、また、表面肌が平滑であることが分かる。実施例の鋳物砂から製造された鋳型で鋳造された鋳物は後工程である研磨工程を充分軽減できる程に表面は平滑であった。
【００５９】
試験例２
試験例1（３）で使用した同様の鋳型に鋼、銅(Ｃｕ)、スラグ（鉱宰）の溶湯を流しこみ、鋳物を脱型後、該鋳型の断面で溶湯接触部の状態を観察し、以下の評価基準に従って該鋳型の耐蝕性、耐焼着性を評価した。なお、鋳型は実質的に鋳物砂そのものから形成されるものであるため、鋳型の耐蝕性、耐焼着性の評価結果は鋳物砂の耐蝕性、耐焼着性の評価結果をも示すといえる。
〔評価基準〕
◎: 表面変質、焼着ほとんど無し
○: 軽度の表面の変質、焼着が認められる
△: 中程度の表面の変質、焼着が認められる
×: 激しい表面の変質、焼着が認められる
【００６０】
以上の評価結果を後述の表１に示す。表１の結果より、実施例の鋳物砂により得られた鋳型は比較例の鋳物砂により得られた鋳型と比べ、優れた特性を有することが分かる。実施例の鋳物砂で得られた鋳型では表面の変質や焼着が実質的になく、従って、かかる鋳型は耐蝕性及び耐焼着性に優れたものであり、当該鋳型の製造に使用した、火炎溶融法で調製され、かつＭｇＯとＳｉＯ2の組成が本発明の範囲にある鋳物砂は、特に耐蝕性、耐焼着性に優れることが分かる。
【００６１】
【表１】
2006150451.tif 000003
【００６２】
試験例３
実施例１の鋳物砂５０体積％と比較例２の鋳物砂５０体積％とからなる鋳物砂、および実施例２の鋳物砂８０体積％と比較例２の鋳物砂２０体積％とからなる鋳物砂をそれぞれ得て、試験例１に準じて試験したところ、それらの鋳物砂は優れた流動性を有しており、また、該鋳物砂から得られた鋳型は、強度に優れ、表面肌が平滑であった。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上の実施例が示すように本発明の球状鋳物砂は、鋳物砂に要求される諸特性、特に耐蝕性及び耐焼着性に優れており、また、吸水率が低く、再生も容易であるため産業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施例１で得られた鋳物砂の反射顕微鏡写真（倍率：１００倍）
【図２】比較例１で得られた鋳物砂の反射顕微鏡写真（倍率：１００倍）
【図１】
2006150451.tif 000004
【図２】
2006150451.tif 000005