(57)【要約】【課題】ダスト微粒子を結合する造粒剤自体が溶融性粘着力を備えている型形成用人工砂を得る。【解決手段】複数のダスト微粒子１を造粒剤２により造粒するとともに、造粒剤２が、水溶性と溶融性粘着力を備えている。そして、造粒剤２に熱を加え溶融して粘着力を生じさせ、その粘着力によりダスト微粒子１を結合して造粒体３を得る。この造粒体３から型形成用人工砂が形成される。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のダスト微粒子を造粒剤により造粒するとともに、前記造粒剤が、水溶性と溶融性粘着力を備えたことを特徴とする型形成用人工砂。
【請求項２】
前記造粒剤は、塩化物，硫酸塩或いは炭酸塩のいずれか一つの高融点結合剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の型形成用人工砂。
【請求項３】
前記造粒剤は、硝酸系塩の低融点結合剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の型形成用人工砂。
【請求項４】
溶融性粘着力をもつ結合剤と界面活性剤とを液体に加え攪拌して造粒剤を得る攪拌工程と、
所定量のダスト微粒子に前記造粒剤を加えて造粒する造粒工程とを備えたことを特徴とする型形成用人工砂の製造方法。
【請求項５】
脂肪酸系，リン酸エステル系，アミノ酸系或いは工業用シランカップリング剤のいずれか一つの界面活性剤を用いることを特徴とする請求項４に記載の型形成用人工砂の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スラグダストなどのダスト微粒子を造粒した造粒体からなる型形成用人工砂、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人造珪砂ダスト，鋳物砂再生プラント等に発生する集塵ダスト或いはスラグダストなどを、アルミ鋳造用中子などを造形させるための型形成用人工砂へ転用するリサイクル技術が開発されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−０８５９３号公報
【特許文献２】
特開平４−２２１９８４号公報
【０００４】
従来例に係る人工砂のリサイクル技術は、廃珪砂に水を加えボールミル等で粉砕してダスト微粒子を含むスラリーを得、このスラリーをスプレードライヤーによって造粒した後に燒結し、さらに、その燒結紛を粉砕して鋳造用に最適な型形成用人工砂を得ている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、別の従来例に係る人工砂のリサイクル技術は、ダスト微粒子に節粘土を加え混錬して造粒し、これにアルミナ粉末を塗し１２００℃で燒結した後、これを粉砕し、アルミナ分離工程を経てアルミナのみを除去し、ふるい分けにより適当な粒径の型形成用人工砂を得ている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
上述したリサイクル技術により得られた型形成用人工砂は、型枠に充填されて、中子や鋳物型などを象る所望の形状に造形される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来例に係るリサイクル技術では、造粒したダスト粒子を燒結させ、かつ粉砕して人工砂を得るため、人工砂自体が粘着力を備えておらず、人工砂同士を固化する際には、別途新たに結合剤を型形成用人工砂に塗す必要があった。
【０００８】
【発明の目的】
本発明の目的は、ダスト微粒子の造粒紛自体が溶融性粘着力を備えている型形成用人工砂及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、複数のダスト微粒子を造粒剤により造粒するとともに、造粒剤が、水溶性と溶融性粘着力を備えた構成を採っている。
【００１０】
上述した造粒剤で造粒した人工砂に熱を加え、その造粒剤を溶融して粘着力を生じさせ、その粘着力をもって人工砂同士を結合させる。
【００１１】
したがって、本発明によれば、型形成用人工砂に新たに結合剤を塗す必要がなく、型形成用人工砂に熱を加えるだけで結合することができる。
【００１２】
造粒剤には、塩化物，硫酸塩或いは炭酸塩のいずれか一つを主体とする高融点結合剤を含めることが望ましい。この高融点結合剤を含む造粒剤を用いたときには、形状が小さく熱容量が小さい中子などを造形するための型形成用人工砂として最適である。
【００１３】
また、逆に硝酸系塩を主体とする低融点結合剤を含む造粒剤を用いたときには、形状が大きく熱容量の大きな中子などを造形するための型形成用人工砂として最適である。
【００１４】
さらに、本発明では、溶融性粘着力をもつ結合剤と界面活性剤とを液体に加え攪拌しれ造粒剤を得る攪拌工程と、所定量のダスト微粒子に前記造粒剤を加えて造粒する造粒工程とを備えた構成を採っている。
【００１５】
先ず、溶融性粘着力をもつ結合剤と界面活性剤とを液体に加え攪拌して造粒剤を得、その後、所定量のダスト微粒子に造粒剤を加えて造粒する。
【００１６】
したがって、造粒体からなる型形成用人工砂自体が溶融性粘着力を備えることとなり、これに熱を加え溶融させて粘着力を生じ、その粘着力で型形成用人工砂同士を結合することができ、型形成用人工砂に別途結合剤を塗す工程を設ける必要がない。
【００１７】
また、脂肪酸系，リン酸エステル系，アミノ酸系或いは工業用シランカップリング剤のいずれか一つの界面活性剤を用いることにより、ダスト粒子と結合剤との濡れ性を改善することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る型形成用人工砂を形成する造粒体を拡大断面して示している。図１に示すように、本発明の一実施形態は、複数のダスト微粒子１を造粒剤２により造粒するとともに、造粒剤２が、水溶性と溶融性粘着力を備えた構成を採っている。
【００１９】
したがって、本発明の実施形態によれば、造粒剤２に熱を加えると、造粒剤２は溶融して粘着力が生じ、複数のダスト微粒子１同士が造粒剤２の粘着力で結合（造粒）されて、粒径が概ね１００〜８００μｍの造粒体（人工砂）３となる。この造粒体３を型形成用人工砂として用いる。この型形成用人工砂（造粒体３）は、後述するように中子などを造形する型枠に充填され、しかも熱が加えられて造粒剤２の粘着力で結合され、中子などを象った形状に成形される。また、造粒体（人工砂）３は、水溶性の性質を有するため、鋳造後に水溶液に浸漬されると、その粘着力が弱まって個々のダスト微粒子１に分解される。
【００２０】
したがって、本発明の実施形態によれば、造粒体３からなる型形成用人工砂の造粒剤２自体が溶融性接着力を備えているため、この型形成用人工砂を中子などを造形するための型枠に充填して熱を加えるだけで、造粒剤２の粘着力で型形成用人工砂同士を中子などの形状に象って結合させることができる。そのため、型形成用人工砂に新たに結合剤を塗す必要がない。また、ダスト微粒子として、人造珪砂ダスト，鋳物砂再生プラント等で発生する集塵ダスト或いはスラグダストなどの廃人工砂を用いることができ、産業廃棄物がリサイクルすることができる。
【００２１】
上述したダスト粒子１には、粒径が概ね１５０μｍ以下で５μｍ以上の微粒子であって、ＳｉＯ２などの酸化物，窒化物，炭化物，弗化物或いはホウ化物などからなる、人造珪砂ダスト，鋳物砂再生プラント等で発生する集塵ダスト或いはスラグダストなどの廃人工砂を用いる。ダスト粒子としては、後述する造粒工程での粒子形状の不良が発生するのを避けるため、概ね１５０μｍ以下のものを用いる。また、ダスト粒子の粒径が極めて小さい場合には、ダスト粒子全体の表面積が増加して、造粒材の使用量が多くなり中子などの崩壊性が劣化してしまうため、５μｍ以上のものを用いる。
【００２２】
また、前述した造粒剤２には、結合剤２ａ及び界面活性剤２ｂを含ませている。界面活性剤２ｂは、ダスト粒子１と結合剤２ａとの濡れ性を改善するために用いており、この界面活性剤２ｂにより結合剤２ａがダスト粒子１の表面に密着するようになっている。
【００２３】
また、造粒剤２には、結合剤２ａを含ませることにより、水溶性で、かつ熱により溶融して粘着力を発生する性質を付加している。具体的には、この造粒剤２に、融点が１５０〜８１０℃の無機化合物塩、特にＮａＣｌ，ＫＣｌ，ＣａＣｌ２或いはＭｇＣｌ２などの塩化物，硫酸塩或いは炭酸塩のいずれか一つを主体とする高融点結合剤（２ａ）を含めることが好ましい。この高融点結合剤２ａは、上述した化合物塩から形成されるため、水溶性で、かつ熱により溶融して粘着力が発生する性質を備えており、この高融点結合剤を含む造粒剤を用いたときには、例えばピストンのクーリングチャンネルのように鋳込まれるアルミに対して、形状が小さく熱容量が小さい中子などを造形するための型形成用人工砂として最適である。
【００２４】
また、造粒剤２には、潮解性のない低融点の硝酸系塩を主体とする低融点結合剤（２ａ）を含めることも可能である。この低融点結合剤２ａは、上述した化合物塩から形成されるため、水溶性で、かつ熱により溶融して粘着力が発生する性質を備えており、この低融点結合剤を含む造粒剤を用いたときには、形状が大きく熱容量の大きな中子などを造形するための型形成用人工砂として最適である。上述した低融点結合剤（無機化合物塩）としては、図３に示すようにな２元無機混合塩を用いることが望ましい。図３に示す２元無機混合塩は、ＮＡＮＯ３，ＫＮＯ３，ＮＡＮＯ２，ＫＮＯ２，ＮａＣｌ，Ｎａ２ＣＯ３，ＫＣｌ或いはＫ２ＣＯ３のいずれか一つの第１塩類化合物と、Ｃａ（ＮＯ３）２，Ｐｂ（ＮＯ３）２，ＫＮＯ３，ＫＮＯ２，ＮａＮＯ３，ＮａＮＯ２，Ｋ２ＳＯ４，ＮａＮＯ３或いはＫＢｒのいずれか一つの第２塩類化合物との組み合わせからなる無機化合物塩を用いている。それぞれの組合せによる化合物塩の組成比と融点は、図３に示す数値になっている。
【００２５】
本発明の実施形態では、スラリー５を得るスラリー工程に先だって、液体（例えば温水）に所定量の溶融性粘着力をもつ結合剤２ａと、界面活性剤２ｂを加え攪拌して造粒剤を得る攪拌工程を備えた構成を採っている。そして、スラリー５を得るスラリー工程に先だって、液体に所定量の溶融性粘着力をもつ結合剤２ａと界面活性剤２ｂを加え攪拌して造粒剤２を得、その攪拌後に生じた造粒剤２を所定量のダスト微粒子１に加えて造粒し、図１に示す造粒体（人工砂）３を得る。また上述した液体としては、第二石油類、例えばエチルアルコールを用いることができる。
【００２６】
したがって、本発明の実施形態では、型形成用人工砂の造粒剤２自体が溶融性粘着力を備えることとなり、これに熱を加え溶融させて粘着力を生じさせ、その粘着力で型形成用人工砂同士を結合することができ、型形成用人工砂（造粒体３）に別途結合剤を塗す工程を設ける必要がない。
【００２７】
次に、アルミ鋳型用中子を造形するのに最適な型形成用人工砂を廃人工砂で製造する例を用いて本発明を更に詳細に説明する。
【００２８】
融点が約２１８℃のＮａＮＯ３−ＫＮＯ３の複合塩を結合剤２ａとして用いている。先ず、図２に示すスラリー槽３内に、所望量の液体として６０℃の温水を注ぎ込み、この温水に、融点が約２１８℃のＮａＮＯ３−ＫＮＯ３（結合剤）２ａを３０重量％、シランカップリング剤（界面活性剤）２ｂを０．５重量％をそれぞれ加えて回転翼６の回転により十分に攪拌して造粒剤２を得、その攪拌後に、造粒剤２に概ね粒径が５μｍ〜１５０μｍのダスト粒子１を３０重量％（対温水）加えて更に攪拌し、スラリー５を得る。上述した結合剤２ａは、温水（液体）に対して３〜５０重量％、界面活性剤２ｂは、温水（液体）に対して０．１〜５重量％の範囲で加えることが望ましい。
【００２９】
次に、造粒槽５内で回転円盤（スプレードライヤー）７を１８０℃に加熱しつつ１５０００ｒｐｍの回転速度で回転させ、その中央部にスラリー槽４内のスラリー５を落下させ、回転円盤６の遠心力を利用してスラリー５を回転円盤６上に転動させて造粒させ、造粒体（型用形成人工砂）３を得る。スラリー５を造粒させる過程において、界面活性剤２ｂにより結合剤２ａがダスト粒子１の表面に効率よく添着される。次工程においてダスト粒子１の結合剤２ａは、回転円盤６の熱で溶融され、その粘着力で隣接する複数のダスト粒子１同士を接着する。これにより、図１に示すように、粒径が概ね３００μｍの流動性に優れた造粒体３が得られた。造流体３の粒径は、約１００〜８００μｍの範囲に設定することが望ましい。また、造粒にスプレードライヤーを用いたが、これに代えてアトマイズを用いてもよい。
【００３０】
次に、図４を用いて中子を造形する工程について説明する。図４に示す中子造形用金型８として、加熱機構９と冷却機構１０とを兼ね備えた構造のものを用いている。
【００３１】
図４（ａ）に示すように、加熱機構９により金型８を３５０℃で加熱し、前述した造粒体３からなる型形成用人工砂をサンドタンク１１に通して金型８のキャビテイ１２内に圧縮エアーによってブロー充填する。
【００３２】
次に図４（ｂ）に示すように、サンドタンク１１を金型８から引き離すと共に、金型８を加熱状態に保持しながら、キャビテイ１２に充填された造粒体３の結合剤２ａを溶融し、造粒体３同士を結合させ、中子形状に保型する。
【００３３】
次に図４（ｃ）に示すように、加熱機構９による金型８の加熱を止め、加熱機構９に代えて冷却機構１０を用い、金型８を徐冷しながら造粒体３の融点以下まで冷却し、固化するのを待つ。
【００３４】
その後、図４（ｄ）に示すように、造粒体３が固化したときに、冷却機構１０を停止し、金型８を型開きし、造形された中子１３を金型８から取出す。
【００３５】
さらに、上述した中子１３をテスト中子に用いてアルミニウム鋳造を行った例について説明する。上述した中子１３を鋳造用金型（図示略）のキャビテイ内の所望の位置にセットし、金型の型閉めを行った。
【００３６】
次に、中子１３をセットした鋳造用金型のキャビテイ内に７２０℃の溶湯を鋳込み、鋳造を行った。
【００３７】
以上のアルミ鋳造を行った結果、中子用の造粒体（型形成用人工砂）３の耐火温度が高いことと熱容量が大きいことから、テスト用中子は鋳造によって熱変形することなくシェル中子とほぼ同等の鋳物形状を得ることができた。さらに、造粒体３として水溶性のものを用いているため、鋳造後に水冷することによりテスト中子は容易に破壊することが認められ、その結果を確認した。
【００３８】
以上説明した例では、アルミ鋳造後、堰切断前のワーク水冷工程で中子を除去できる。人工砂の除去が容易なため、熱処理前の人工砂の砂焼きが不要となり、従来必要としていた砂焼きの熱処理を廃止することができる。さらに、人工砂の流動性が確保できるため、人工砂抜きの穴数の削減や複雑な造形形状の設計が可能となるため、鋳造品の性能を向上できる。
【００３９】
また従来のレジンに用いる人工砂のようにアンモニアやアセトアルデヒトなどの悪臭を発生させることがなく、環境の汚染を防止することができる。さらに、発生ガス量が少ないため、ガスによるボイドの発生を抑制して鋳造品の鋳造不良を低減することができる。
【００４０】
上述したアルミ鋳造後、鋳物を水溶液に浸漬することにより、中子１３を崩壊させて除去し、型形成用人工砂を除去する。中子１３を造形している型形成用人工砂は、造粒体３から形成され、その造粒体３の基礎をなすダスト粒子１を結合している造粒剤２に含まれた結合剤２ａは、水溶性であるから、水溶液に浸漬されると、中子の除去工程にて結合剤２ａの粘着力が弱まって造粒体３がダスト微粒子１の単位で分解され、スラリー状態となる。
【００４１】
上述したスラリーから不純物を除去した後、このスラリーに、結合剤２ａと界面活性剤２ｂとを注入（補給）して攪拌し、その攪拌後に所定量のダスト粒子１を注入（補給）し、結合剤２ａによる粘着力の調整（粘度調整）を行い、これを再度、上述した造粒工程へ送り込み、図１に示す造粒体３を得る工程を整備することにより、図４（ｅ）に示すような閉ループ型リサイクルシステムを完成することが可能となる。このリサイクシステムによると、より効率的に産業廃棄物をリサイクルすることができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ダスト微粒子同士を結合する造粒剤自体が溶融性接着力を備えているため、この型形成用人工砂に熱を加えるだけで、造粒剤の粘着力で型形成用人工砂同士を中子などの形状に象って結合させることができ、型形成用人工砂に新たに結合剤を塗す必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る型形成用人工砂を示す拡大断面図である。
【図２】本発明に係る一実施形態に用いたスラリー槽と造粒槽の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に用いた結合剤としての２元系無機混合塩を示す図表である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態の型形成用人工砂を用いて鋳造用テスト中子を造形する工程を工程順に示す断面図、（ｅ）は、閉ループ型リサイクルシステムを示す図である。
【符号の説明】
１　ダスト粒子
２　造粒剤
２ａ　結合剤
２ｂ　界面活性剤
３　造粒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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