環境

無機バインダー技術は、ヨーロッパの鋳造業界だけでなく、ますます注目を集めています。無機バインダー技術の世界的な役割は、従来のシェルプロセスの終焉を決定づけるのでしょうか？

ASK USAのエキスパートがお答えします。

挑戦的な質問であることは認めざるを得ませんが、この質問に対する答えは鋳造プロセスに関しては多様です。もちろん、新技術は、そのプロセス自体に性能的な価値を付加する限り、常に従来技術の存在を脅かすものです。アルミニウム鋳造用途の場合、特に金型鋳造でのアルミニウムエンジンブロックやシリンダーヘッドの製造のような生産性の高い分野では、より多くの鋳物工場が有機系から無機系のバインダーシステムへの転換を行っていますが、この傾向にはいくつかの理由があります。

無臭の中子生産、鋳造中の有害な排出物がないこと、機械や金型のメンテナンスが少ないこと、そしてその結果としての生産性の向上は、INOTECTM技術の経済的・環境的な利点としてよく知られています。技術的な利点は、アルミニウム溶湯の凝固速度の速さに依拠しています。金型温度の低下と水の蒸発によるアルミニウム溶湯のエネルギー消費により、鋳造品の機械的特性が改善され、例えばデンドライトアームスペーシングが減少します。

無機バインダー技術INOTECTMは、液体のINOTECTMバインダーと固体の無機添加剤、いわゆるINOTECTMプロモーターを含む2つの成分のバインダーシステムから成ります。シェル砂は、フェノール樹脂でコーティングした砂であり、添加率は2,5〜3,5%(砂に対して)である。中子の製造に関しては、両方のバインダーシステムは熱硬化されます。INOTECTMでは、金型の必要温度は大幅に低くなります（INOTECは150～210℃対してシェルは250℃）が、シェルにはない熱風パージの必要性があります。INOTECTMで結合した中子の強度値（熱間および冷間）は、自動化されたラインでのハンドリングでも十分な高さです。ただしシェル中子よりも一般的に脆いので注意が必要です。さらに、無機物が結合した中子は、その性質により、水との親和性が高いです。そのため、大幅な技術調整（高湿度にさらされないように適切な保管条件での保管設備）や、耐湿性を向上させるための継続的な製品開発が対策となります。

シェル中子の大きな欠点は、中子製造時の揮発性物質の排出と、鋳物製造工程でのフェノール樹脂の熱分解による臭気や煙の発生であります。その結果、ヤニの凝縮やタールの蓄積は、金型の寿命を縮め、継続的なメンテナンス作業を意味します。さらに、換気や空気清浄システムなどの対策が必須となります。ガス発生の可能性の違いからわかるように、ガス欠陥やそのほかの鋳造欠陥のリスクが高くなる可能性があります。INOTECTMの凝縮水の量は、中子の製造、保管、使用中に珪酸ゲル構造の結合特性に寄与する放出水の量に関係しています。

シェルとINOTEC TMのガス・凝縮水生成量の比較 測定はCOGAS装置を用いてアルミニウム溶湯で行いました。

熱間安定性を向上させた結果としての鋳造品の寸法精度は、どちらのバインダーシステムでも遜色ありません。INOTECTM のツーリングキットは、バインダーとプロモーターをそれぞれブレンドすることで熱ひずみや中子形状に関する中子特性の調整をユーザーのニーズで行うことも可能です。無機中子の崩壊やシェイクアウト工程では、ハンマーや振動システムによる機械的衝撃が必要です。継続的な製品開発とプロセスの規律により、複雑な中子であっても、量産規模でも高い中子崩壊特性を得ることができます。

INOTECTM技術は、シェル中子と比較して、中子製造やアルミ鋳造生産において、技術的な対策、プロセス知識、プロセス規律が確立されていれば、同等またはそれ以上のプロセス特性を示します。

それでは、全体的な技術サポートや推奨については、ASKケミカルズの担当者に相談してください。

Q: サステナビリティのトピックは、以前からずっと、誰もが頭に浮かんでいます。では私たち鋳造メーカーにとっては、何を意味するのでしょうか？

A: サステナビリティ（持続可能性）の定義は、エコロジー、経済、社会の3つの柱に基づいています。これらの最後の2つは、プロジェクトが進展し、評価されるときに無視されることがよくあります。しかし、サステナブルな製品は、人々が当初考えているよりもはるかに多くの点においてサステナビリティの達成に貢献することができます。有機バインダー技術から無機バインダー技術に切り替えた鋳物工場に行ったことがある誰もが、製造技術と労働環境がどのように労働力という利益に変化したのか、それによりもたらされるであろう経済的および社会的貢献を認識するでしょう。

 経済的持続可能性に関しての鋳造工場にとっての問題は、資源の質と実効性を維持しながら、経済的成功をどのように高めるかということです。これは、金属鋳造業界のサプライヤーが、潜在的に有害、希少、または高価な原材料を、同じように供給できるまたはより優れた性能の材料で置き換える方法を開発することによって貢献することができる領域です。良い例は、ASKのECOCUREBLUEで鋳鉄用のバインダー技術です。これは、世界で最初にフェノールレジンを使ったコールドボックス技術で、法的なラベル表記が必要なく、分類や物質や混合物の表記と梱包はCLP規則に従っています。

したがって、ECOCUREBLUEバインダーは危険物ではなくなりました。この革新的なコールドボックスバインダー技術を利用することで、フェノールとホルムアルデヒドの排出量を大幅に削減できます。鋳造工場は、製造工程から生じる排出量を削減したいと考えています。排出物は環境に悪影響を及ぼし、元に戻せない影響をもたらす可能性があるため、鋳造工場は、規制や環境の要件を継続的に満たすだけでなく、社会的責任に対する高まる期待に応えるために、新しい技術を採用するよう奨励されています。そのため、ASKケミカルズは、製品に起因する排出量を削減するために、長年にわたって新製品の研究と開発を行ってきました。

資源の保護–希少だが現在利用できる資源、または一見どこにでもあるように見える豊富な資源–は、確かに私たちが考慮しなければならないもう1つの重要なトピックです。そのような資源の例はリチウムであり、これは特に南米で大きな環境コストで地面から抽出され、電気燃料電池の生産に必要とされるリチウムの劇的な需要増に対応するために鉱物が利用されています。 ASKケミカルズは、以前からずっと、リチウムを含まない砂添加剤の製品開発通じ、この問題の解決の原動力となってきました。

Q: CO₂ニュートラルを実現するために、鋳造工場にはCO₂排出量を削減するという要求はますます厳しくなっています。この状況をASKはどのように考えますか？

A: CO₂ニュートラルを達成するための明白なアプローチは、再生可能な原材料から製品を製造することです。しかし、それは製品開発の1つの側面に過ぎず、唯一の原動力となることはできません。 CO₂ニュートラルを実現するには、設計者と製造業者は製品のライフサイクル全体を考慮する必要があります。そのため、製造に関連する原材料生産に関わる工程は、必要な性能を持つ目的の最終製品の製造工程と同じくらい重要です。そのため、ASKケミカルズは、ゆりかごから墓場までの環境負担を最小限に抑えながら、製品の有効性を高め、目的を達成することに注力しています。

環境保護庁は、鋳物工場における有害大気汚染物質（HAP）の排出基準を設定しています。その多くは、主型と中子の製造に使用される化学的バインダーから生じる排出ガスに起因しています。有機のHAPの中には、ベンゼン、トルエン、キシレン（BTX）やナフタレンなどが含まれます。VEINO ULTRA™ NB-LOSMKはASKケミカルズが開発した砂添加剤で、ノーベーク造型においてこれらの排出量を最大30％削減することができます。(図1参照)

VEINO ULTRA™ NB-LOSMKは、排出ガスの低減に加えて、煙の低減も実現し、鋳造作業者の作業環境改善にも寄与しています。煙を除去することで、作業者の視界は大幅に改善される。多くの砂添加剤を使用する場合、表面積の大きい微粒子を添加することによる引張強さの低下を補うために、使用するバインダーの量を増やす必要があります。VEINO ULTRA™ NB-LOSMKの粒度分布は、引張強さへの悪影響を最小限に抑えるために最適化されている（図2参照）。可使時間や抜型時間などの反応速度は、鋳造工場のニーズに応じて、より遅い触媒や速い触媒で調整することができる（図3参照）。 標準の砂添加剤と同様に、VEINO ULTRA™ NB-LOSMKはベーニング、ペネトレーション、鋳仕上げ不良に加え、排気ガスや煙も低減させることができる。さらに、様々な鋳型から発生するガスを除去する能力も有しています。

機械的または熱的に砂を再生する鋳物工場では、混練砂の引張強さが時間とともに低下するため、再生システム内の砂添加物の蓄積が懸念される場合があります。VEINO ULTRA™ NB-LOSMKは、このような心配を解消し、粒子は鋳物工場の集塵システムで吸引されます。VEINO ULTRA™ NB-LOSMKは、鋳物工場での煙や排出ガスを低減し、作業環境を改善することができるのです。