JP4948729B2 - 鋳造用鋳物砂の前処理方法及びそのための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、前処理が少なくとも部分的に真空中で実施される場合の、鋳物砂前処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋳造鋳型製造用砂の前処理は、粒子サイズの正しい混合割合と同時に石英砂、結合剤、微粉炭及び使用済み砂と新品砂の量の正しい割合を生じて、混合物を均質化し、粒子の大部分を結合剤で覆って、水分含有量を正しく調整し、必要のない成分を取り除き、鋳物砂温度を正しく調節し、最後に調整済み前処理砂を使用場所に運ぶことを目的とする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、使用済み砂は、１００℃から１４０℃の間など、温度が高くなっている。砂温度が約５０℃を超えると鋳造機械に大きい問題を生じ、ミキサから鋳造設備までの途中の制御が出来ない蒸発損失のため、仕上がり砂の温度変化が大きくなり過ぎるので、この場合は砂を冷却しなければならない。
【０００４】
このため、ほとんどの場合に流動床冷却器を使用し、ふるい格子の振動運動を用いてその中を連続的に通過させる。冷却原理は、ノズルを用いて砂の上に散布した水が蒸発し、これに必要な蒸発エントロピが砂から顕熱として奪われる。しかし、この方法の欠点は、生じる蒸気を運び出すため膨大の量の空気が必要で、次には、これに余分なエネルギ消費を要することである。
【０００５】
ＤＥ２９５２４０３Ｃ２においては、したがって、代替冷却法が開発された。これにしたがうと、真空ミキサ内で粘土結合鋳造用鋳物砂の前処理と冷却とが同時に実施される。個々の成分を先ずミキサに入れる。簡単な予備均質化の後、混合物の温度と水分を測定して、必要量の水を添加する。最後に、前処理過程の間、ミキサ内の圧力を次第に下げる。水の蒸気圧曲線に相当する圧力に達するとすぐに、砂の中の水分が沸騰して、これに必要な蒸発熱を砂から奪う。このようにして、極めて効率的な冷却が廉価に得られる。
【０００６】
ＤＥ２９５２４０３Ｃ２の冷却器は、使用済み砂が冷却を必要とする温度でミキサに戻されたときにのみ、有効に使用される。週末や故障などで運転を長期間休止した後、若しくは鋳造温度の変動又は鋳造形状のための冷却時間の変動などのため、鋳物砂の加熱応力が低い場合は、使用済み砂の温度が低いので冷却を必要としない。このような場合、鋳物砂ミキサは真空にせず、作動させる。使用済み砂を真空なしで費用を掛けて前処理した場合であっても、やはり真空を用いて前処理した鋳物砂とは異なる。
【０００７】
すべての鋳造工場において、品質不変の鋳造装置製品を得るため、砂の特性は出来るだけ一定に保つことが極めて望ましい。
【０００８】
本発明の目的は、使用済み砂の温度の関わりなく真空中で鋳物砂を前処理し、次の処理のため冷却鋳物砂を作り、前処理し直した鋳物砂がその温度に関わりなく定常に高品質で得られるのを保証する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】
この目的は、真空中で冷却されたのではない鋳物砂が、前処理の前又は前処理中に加熱され、次いでミキサ内で実現される真空の効果を用いて冷却される本発明により果たされる。
【００１０】
予備加熱により、既に冷却された使用済み砂であっても、確実に真空技術により前処理される。
【００１１】
しかし、予期しない方法で、特に凝縮蒸気の形で、水分と熱が追加され、それに続く真空中での蒸発による冷却と水分の再除去により、冷却砂の直接使用より品質的に著しく良い鋳物砂が、多分水分補正を伴って、得られるのが示された。こうして、鋳物砂の真空取扱いを用いて、冷却効果の利点に加え、いっそう良い品質の前処理鋳物砂が得られる。こうして、真空中で作成した鋳物砂の流動能力、気体透過性及び成形安定性が明らかに増加する。
【００１２】
最低温度Tminをあらかじめ定め、鋳物砂温度Ｔist を測定して鋳物砂温度Ｔist が所定の最低温度Ｔmin より小さいとき（Ｔist ＜Ｔmin ）鋳物砂を加熱する実施例が特に好適である。
【００１３】
このような方法で、既に充分高い温度であるとき鋳物砂が加熱されないことが確実になる。このような方法で、エネルギ消費を出来るだけ低く保つことが可能である。他方、鋳物砂の温度を出来るだけ正確に温度Ｔmin に調節できる利点があり、前処理を一定の条件下で実施し、前処理砂を極めて高い一定品質にすることが出来る。
【００１４】
温度及び／又は水分の測定は、適切なプローブを用いて使用済み砂の搬送中又はミキサ内で選択的に実施することが出来る。
【００１５】
このようにして、砂をミキサに入れる前とミキサ内の両方で加熱することが可能である。鋳物砂の加熱は、例えば、水分飽和高温空気、熱輻射、又はマイクロ波により実施することが出来る。
【００１６】
本発明の好適実施例は、しかし、高温水及び／又は高温水蒸気の添加により鋳物砂が加熱されるようにする。
【００１７】
本発明にしたがう特に好適な実施例においては、使用済み砂の温度測定はミキサの前又はミキサ内で実施される。感知した温度が真空冷却のため設定した最低温度より高いときは、砂の前処理と冷却は既知の方法で実施する。しかし、使用済み砂の温度が設定最低温度より低いときは、冷たい鋳物砂に高温蒸気を吹き込むのが好適である。この蒸気はミキサ内で凝縮し、それにより鋳物砂を所望の最低温度まで加熱する。その設定温度に達したらすぐに、蒸気供給を止め、真空を加えて所望の最終温度まで鋳物砂を冷却する。費用の関係で、加える高温蒸気量は低く保つのが好適である。
【００１８】
冒頭部で記述したように、前処理鋳物砂が最終水分になり十分な展性を備えるようにするには使用済み砂に一定の最低水分含有量が必要である。本発明の特に好適な実施例は、使用済み砂の温度と設定最低温度との間の温度差が小さ過ぎて、高温蒸気添加により砂の中に凝縮する水分量が、鋳物砂に所望の水分を与えるのに十分でないときは、水蒸気に追加して処理水をもまた添加する。
【００１９】
一定条件下では、所望の高温を得るため高温水を加えるだけで充分である。
冷却後、鋳物砂の中の水分が多過ぎる場合は、最終水分が得られるまで真空中の蒸発を継続する。
【００２０】
鋳物砂への高温蒸気添加がミキサ内で実施されるのが好適な場合であっても、高温蒸気を移送又は貯蔵領域若しくは残骸堆積内でもまた添加することが出来る。ミキサ内での蒸気添加は、混合物の蒸気で湿った部分が連続的に動いて、未だ湿っていない部分と確実に接触するとの利点を有する。その結果混合物が水蒸気とよく混ざる。
【００２１】
蒸気雰囲気中で砂を前処理することにより、粘土結合剤、通常、ベントナイトは明らかに良く浸透し、水により活性化される。結合剤への水の浸透が良いので、覆っている結合剤の中の水分分布がいっそう均一になり、その結果鋳型に満たしたとき鋳物砂の流動能力が良くなる。
【００２２】
砂残骸堆積の中に蒸気添加を実施する場合、砂の層の中に出来るだけ深く入るインジェクションランスを通して高温蒸気を添加し、高温蒸気が損失なく完全に砂中で凝縮するようにするのが、特に利点がある。
【００２３】
ミキサ内に蒸気添加をする場合、代わりに中空シャフト又は混合物中に伸びる別の機械部品、壁スクレーパなど、をインジェクションランスとして用いるよう中空に構成する。混合装置の中空シャフトを通して蒸気を添加するとき、蒸気ラインの出口が混合フィン又は翼の後方（回転方向から見たとき）に対して出るように配置することを薦める。
【００２４】
非回転式混合コンテナを用いて鋳物砂を混合するとき、蒸気添加は混合コンテナの下の壁際にある側孔を通して実施するのが好適である。好適実施例において、使用済み砂の水分含有量と温度を測定して、仕上がり砂に関する所定の基準値に対して比較する。これから鋳物砂の冷却と水分添加に必要な水量を計算して添加する。
【００２５】
加熱のため必要な蒸気量もまた、入力温度を所定の最低温度と比較して決定するのが好適である。与える蒸気量が、仕上がり砂の中に所望の水分含有量を得るのに不十分である場合は、処理水もまた添加する。
【００２６】
添加すべき蒸気量決定の可能な代替案は、混合物に蒸気を添加する前又は添加中に、水の沸騰温度が所望の最終温度に相当するような圧力を設定することである。混合物上の水―蒸気混合物の圧力又は温度が増加するまで蒸気を添加する。添加した水蒸気は、混合物温度が所望最低温度以下である限り、混合物内で凝縮する。鋳物砂温度が最低温度に達したとき、凝縮過程が終わって混合物上の蒸気圧が上昇する。この蒸気圧は測定することが出来る。蒸気圧の突然の増加は、このとき十分な高温蒸気が供給されたことの指示計になる。
【００２７】
しかし、蒸気圧の増加はあまり鮮明でないことがある。真空ポンプの直径が大きい場合には特にそうである。この場合は、総体的にコンデンサまでドレインを通る蒸気の温度を測定するのが有利である。混合物内で凝縮過程が停止したときは、ドレイン中の温度が大きく上昇する。これはまた、十分な水蒸気が混合物中に置かれたことの指示計としても役立つ。
【００２８】
この場合、砂の展性のため必要な水量又は別に所望の水分含有量のため必要な水量は別々に決定しなければならない。
【００２９】
本発明の特に省エネルギになる実施例は、必要な場合に、鋳物砂の加熱が高温使用済み砂と適切に混合して実施される。これは、例えば高温使用済み砂をサイロに貯蔵し、必要な場合に低温使用済み砂と混合して、使用済み砂混合物の温度が最低温度まで上がるようにし、その結果、蒸気又は高温水の添加による加熱を小量、又は皆無にすることを可能とする。
【００３０】
応用に関する追加の利点、特性及び可能性は、好適実施例の付属図面を参照する以下の記述から明らかになるであろう。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１において、ミキサ１を明瞭に左下に示す。使用済み、場合によっては新しい砂を２で加え、必要に応じてフィルタ塵、ベントナイト、及び微粉炭３と混合する。前記使用済み砂をミキサ１に入れる前に、使用済み砂の温度Ｔist 及び水分含有量を温度センサー１３及び湿度センサー１４を用いて測定する。
【００３２】
プログラム可能制御システム（図示せず）が、Ｔist を所定の最低温度Ｔmin と比較する。使用済み砂の温度が所定最低温度以下であるときは、蒸気供給源１２を通して混合物が所定最低温度に達するまで、混合物に高温蒸気を注入する。
【００３３】
供給量は、例えば、Ｔist （及び当然混合物量）から計算することが出来る。あるいは、最低温度に達したとき高温蒸気添加を停止するよう混合物温度を感知する温度計を追加してミキサ内に配置することが出来る。供給すべき蒸気量決定の別の可能性は、混合物冷却器内に真空を作って、設定された（低）圧力が水の沸騰点を所定最低温度まで押し下げるようにすることである。ここで水蒸気を供給すると、混合物温度が最低温度以下である限り、これは混合物内で凝縮する。最低温度に達するとすぐ、凝縮過程が停止して、ライン６によりポンプで汲み出される気体（水蒸気）の温度が、最低温度から供給水蒸気温度まで突然上昇する。ライン６の中の温度が感知される程度まで、ライン６の中の温度上昇を、蒸気供給終了の信号として使用することが出来る。
【００３４】
水分含有量から、供給蒸気量が鋳物砂にその最終水分を与えるに十分であるか否かが計算される。そうでない場合は、新鮮水５又は処理水としての循環水８が、天秤又は測定器具４を通して供給される。
【００３５】
高温蒸気及び必要なら処理水の添加の後、混合物冷却器内の圧力は、真空装置９により、水の沸騰点が所望の最終温度（例えば３０−４０℃）に達するまで、次第に減少する。混合物に含まれる水は一部蒸発して、これに必要な蒸発熱が混合物から奪われる。蒸発水はライン６を通ってコンデンサ７に送られる。ここで、水蒸気は再度凝縮し、熱交換器１１を通って循環水中に再度送られる。別の水循環は、真空装置９及び熱交換器１１を冷却する役目を果たし、この目的で冷却塔１０が設けられている。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明にしたがう方法及び装置の概略図である。

Claims (10)

1. 鋳物砂の前処理が少なくとも部分的には真空中で実施されるとき、ミキサ内で前記鋳物砂を前処理する鋳物砂の前処理方法であって、真空中で冷却された鋳物砂ではない鋳物砂が、真空中で実施される前処理の前、すなわちミキサ内に供給される直前若しくはミキサ内に供給された直後に加熱されるか、又は前処理中に加熱され、次いでミキサ内で前処理の雰囲気として実現される真空の効果を用いて冷却されることを特徴とする鋳物砂の前処理方法。
2. 請求項１に記載の鋳物砂の前処理方法であって、最低温度Ｔmin をあらかじめ定めることと、鋳物砂の温度Ｔist を定めることと、Ｔist ＜Ｔmin であるとき鋳物砂を加熱することを特徴とする鋳物砂の前処理方法。
3. 請求項１又は２に記載の鋳物砂の前処理方法であって、鋳物砂がミキサ（１）の中に置かれる前に加熱されることを特徴とする鋳物砂の前処理方法。
4. 請求項１乃至３に何れか１項に記載の鋳物砂の前処理方法であって、鋳物砂がミキサ（１）の中で加熱されることを特徴とする鋳物砂の前処理方法。
5. 請求項１乃至４に何れか１項に記載の鋳物砂の前処理方法であって、鋳物砂が高温空気、マイクロ波の熱輻射により加熱されることを特徴とする鋳物砂の前処理方法。
6. 請求項１乃至５に何れか１項に記載の鋳物砂の前処理方法であって、鋳物砂が高温水の添加により加熱されることを特徴とする鋳物砂の前処理方法。
7. 請求項１乃至６に何れか１項に記載の鋳物砂の前処理方法であって、鋳物砂が高温水蒸気（１２）の添加により加熱されることを特徴とする鋳物砂の前処理方法。
8. 請求項７に記載の鋳物砂の前処理方法であって、鋳物砂温度が高温水蒸気（１２）の添加により、ほぼ最低温度Ｔmin まで加熱されることを特徴とする鋳物砂の前処理方法。
9. 請求項７乃至８の何れか１項に記載の鋳物砂の前処理方法であって、鋳物砂加熱のため添加される水及び／又は添加される水蒸気（１２）が、少なくとも一部は鋳物砂への水分添加のため追加して使用されることを特徴とする鋳物砂の前処理方法。
10. 請求項７乃至９の何れか１項に記載の鋳物砂の前処理方法であって、加熱のため鋳物砂に添加する水蒸気の量が、蒸気添加の前又は添加中にミキサ内の圧力を設定し、それにより水の沸騰温度を所望最低温度に相当させ、圧力を増加するか又は吸入ライン（６）の中の温度が加速上昇を示すまで蒸気を供給することにより決定されることを特徴とする鋳物砂の前処理方法。

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