JP5601663B2

JP5601663B2 - 鋳型の製造装置

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Publication number: JP5601663B2
Application number: JP2010090448A
Authority: JP
Inventors: 勇井出; 伸司西田
Original assignee: Lignyte Co Ltd
Current assignee: Lignyte Co Ltd
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2030-04-09
Also published as: JP2011218407A

Description

本発明は、鋳造に用いられる鋳型の製造装置に関するものである。

現在使用されている鋳型は一般に、生砂型、高圧造型、高速造型など粘土類等を粘結剤として用いる普通鋳型と、熱硬化性鋳型、自硬性鋳型、ガス硬化鋳型、精密鋳造用鋳型など硬化性粘結剤を用いる特殊鋳型と、その他の鋳型とに分類される。これらの鋳型には一長一短があるが、粘結剤の固化乃至硬化に時間を要して短時間で安定して鋳型を製造することが難しいなどの問題を有することが多い。

そこで本出願人は、粘結剤を耐火骨材に混合して調製されるコーテッドサンドを成形型内に充填し、この成形型内に水蒸気を吹き込んで、粘結剤を水蒸気で加熱して固化乃至硬化させることによって、鋳型を製造する方法を提案している。

図６は水蒸気を用いて鋳型を製造する装置の一例を示すものである（特許文献１，２等参照）。図６（ａ）に示すように、内部にキャビティ１０を設けて形成した成形型１の上面に注入口１１が設けてあり、成形型１の下面には網１２で塞いだ排気口１３が設けてある。コーテッドサンド２は貯留槽１４内に貯蔵してあり、貯留槽１４にはコック１５付きの空気供給管１６が接続してある。そして貯留槽１４の下端のノズル口１７を成形型１の注入口１１に合致させた後、コック１５を開いて空気を貯留槽１４に吹き込むことによって、貯留槽１４内を加圧し、貯留槽１４内のコーテッドサンド２をこの空気圧で図６（ｂ）のように成形型１内に吹き込み、成形型１のキャビティ１０内にコーテッドサンド２を充填する。排気口１３は網１２で塞いであるので、コーテッドサンド２が排気口１３から洩れ出すことはない。

このように成形型１内にコーテッドサンド２を充填した後、成形型１の注入口１１から貯留槽１４を外し、次に図６（ｃ）のように水蒸気パイプ１９を注入口１１に接続する。この水蒸気パイプ１９はボイラーなどを備えて形成される水蒸気発生装置３に接続されているものである。そして水蒸気パイプ１９に設けられたコック１８を開いて、水蒸気発生装置３から送られる水蒸気を水蒸気パイプ１９を通して成形型１のキャビティ１０内に吹き込む。水蒸気は成形型１内に充填されたコーテッドサンド２の粒子間を通過してコーテッドサンド２を加熱した後、排気口１３から排出される。水蒸気は高い凝縮潜熱を有するので、このように水蒸気を吹き込むことによって、水蒸気がコーテッドサンド２に接する際にこの潜熱が伝達され、成形型１内のコーテッドサンド２の全体を瞬時に加熱することができ、短時間で粘結剤を固化乃至硬化させることができるものである。従って、短時間で安定して鋳型を造型することが可能になるものである。

特許第３５６３９７３号公報特許第４１８１２５１号公報

上記のようにコーテッドサンド２を充填した成形型１内に水蒸気を吹き込んで加熱することによって、鋳型を製造するにあたって、この製造の工程は、図６（ａ）（ｂ）のように、貯留槽１４を成形型１に接続し、成形型１内にコーテッドサンド２を供給して充填する工程と、図６（ｃ）のように、水蒸気パイプ１９を成形型１に接続して成形型１内に水蒸気を吹き込む工程からなる。

そして、水蒸気発生装置３から水蒸気を供給するのは、図６（ｃ）の、水蒸気パイプ１９を成形型１に接続して水蒸気を吹き込む工程だけであり、図６（ａ）（ｂ）の、貯留槽１４から成形型１にコーテッドサンド２を供給して充填する工程では、水蒸気発生装置３から水蒸気を供給する必要はない。

しかし、水蒸気発生装置３は、ボイラーを備えて形成されるのが一般的であり、ボイラーは主としてバーナーを熱源として水を加熱することによって、常時、水蒸気を生成しており、図６（ａ）（ｂ）のように水蒸気発生装置３から水蒸気を供給する必要がない工程があると、水蒸気の生成が無駄になるので、効率の上で問題を有するものであった。

また、図６（ｃ）のように成形型１に水蒸気を吹き込んでコーテッドサンド２を加熱するにあたって、貯留槽１４から成形型１に供給されるコーテッドサンド２の温度は室温など雰囲気温度であるので、成形型１に水蒸気を吹き込む初期においては、水蒸気の潜熱が大きくコーテッドサンド２に奪われ、水蒸気が成形型１内で凝縮し易くなる。そしてこのように成形型１内で凝縮水が発生すると、この凝縮水の蒸発に水蒸気の熱量が消費されることになるので、水蒸気によるコーテッドサンド２の加熱効率が低くなり、鋳型の造型時間を短縮することに限界を有するものであった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、鋳型の造型時間を短縮する効果を高く得ることができ、しかも水蒸気発生装置で生成される水蒸気の使用効率が高い鋳型の製造装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る鋳型の製造装置は、耐火骨材に粘結剤を混合して調製されるコーテッドサンド２が充填される鋳型成形用の成形型１と、成形型１内に充填されたコーテッドサンド２を加熱する水蒸気が生成される水蒸気発生装置３とを具備した鋳型の製造装置において、水蒸気発生装置３で生成された水蒸気を送り出す水蒸気送出路３０と、水蒸気送出路３０に分岐接続して設けられ、成形型１内にコーテッドサンド２が充填された後に水蒸気を成形型１内に供給する水蒸気供給路４と、コーテッドサンド２を予備加熱する予熱器４０と、熱交換器７と、水蒸気供給路４とは別に水蒸気送出路３０に分岐接続して設けた予熱用水蒸気供給路４１と、熱交換器７と予熱器４０との間に設けられ、水蒸気発生装置３から予熱用水蒸気供給路４１を通して送り出される水蒸気と熱交換器７で熱交換して加熱された加熱流体を予熱器４０に送る加熱流体供給路４８とを備えて成ることを特徴とするものである。

この発明によれば、水蒸気発生装置３から送り出される水蒸気を成形型１内に供給する水蒸気供給路４を備えるので、成形型１に充填されたコーテッドサンド２を水蒸気で加熱することによって、水蒸気の高い凝縮潜熱で成形型１内のコーテッドサンド２の全体を瞬時に加熱することができ、短時間で安定して鋳型を造型することができるものである。また、コーテッドサンド２を予備加熱する予熱器４０と、熱交換器７と、水蒸気供給路４とは別に水蒸気送出路３０に分岐接続して設けた予熱用水蒸気供給路４１と、熱交換器７と予熱器４０との間に設けられ、水蒸気発生装置３から予熱用水蒸気供給路４１を通して送り出される水蒸気と熱交換器７で熱交換して加熱された加熱流体を予熱器４０に送る加熱流体供給路４８とを備えるので、水蒸気を利用してコーテッドサンド２を予熱することができ、水蒸気が成形型１内で凝縮することを抑制して、水蒸気によるコーテッドサンド２の加熱効率を高めることができるものであり、鋳型の造型時間を短縮する効果を高く得ることができるものである。しかも、水蒸気を成形型１内に供給してコーテッドサンド２を加熱する工程以外の工程において、水蒸気をコーテッドサンド２の予熱に利用することができ、水蒸気発生装置３で生成される水蒸気の使用効率が高くなるものである。

また本発明は、上記加熱流体は、水蒸気と熱交換器７で熱交換して加熱された空気であることを特徴とするものである。

この発明によれば、水蒸気発生装置３で生成される水蒸気を空気と熱交換して、コーテッドサンド２の予熱に利用することができるものである。

また本発明は、上記加熱流体は、水蒸気と熱交換器７で熱交換して加熱された熱媒体であることを特徴とするものである。

この発明によれば、水蒸気発生装置３で生成される水蒸気を熱媒体と熱交換して、コーテッドサンド２の予熱に利用することができるものである。

また本発明は、コーテッドサンド２を貯留すると共に、貯留したコーテッドサンド２を成形型１に供給して充填する貯留槽１４を備え、上記予熱器４０を貯留槽１４に設けて成ることを特徴とするものである。

この発明によれば、貯留槽１４内において、成形型１に供給する直前にコーテッドサンド２を予熱することができるものであり、コーテッドサンド２を予熱することによる鋳型の造型時間の短縮効果を高く得ることができるものである。

また本発明において、上記水蒸気発生装置３は過熱器８を備えるものであり、上記水蒸気は過熱器８で過熱して生成された過熱水蒸気であることを特徴とするものである。

過熱水蒸気は高温の乾き蒸気であって、水蒸気としてこのような過熱水蒸気を用いることによって、成形型１内で水蒸気から凝縮水が生成されることが少なくなり、成形型１内のコーテッドサンド２の加熱効率を高めることができるものである。

本発明によれば、水蒸気発生装置３から送り出される水蒸気を成形型１内に供給する水蒸気供給路４を備えるので、成形型１に充填されたコーテッドサンド２を水蒸気で加熱することによって、水蒸気の高い凝縮潜熱で成形型１内のコーテッドサンド２の全体を瞬時に加熱することができ、短時間で安定して鋳型を造型することができるものである。また、コーテッドサンド２を予備加熱する予熱器４０と、熱交換器７と、水蒸気供給路４とは別に水蒸気送出路３０に分岐接続して設けた予熱用水蒸気供給路４１と、熱交換器７と予熱器４０との間に設けられ、水蒸気発生装置３から予熱用水蒸気供給路４１を通して送り出される水蒸気と熱交換器７で熱交換して加熱された加熱流体を予熱器４０に送る加熱流体供給路４８とを備えるので、水蒸気を利用してコーテッドサンド２を予熱することができ、水蒸気が成形型１内で凝縮することを抑制して、水蒸気によるコーテッドサンド２の加熱効率を高めることができものであり、鋳型の造型時間を短縮する効果を高く得ることができると共に、水蒸気を成形型１内に供給してコーテッドサンド２を加熱する工程以外の工程において、水蒸気をコーテッドサンド２の予熱に利用することができ、水蒸気発生装置３で生成される水蒸気の使用効率が高くなるものである。

本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）は成形型と水蒸気発生装置等の概略図、（ｂ）は成形型の概略図、（ｃ）は成形型の他例の概略断面図である。本発明の実施の形態の一例を示す、貯留槽と水蒸気発生装置等の概略図である。本発明の実施の形態の他の一例を示す貯留槽の概略図である。本発明の他の実施の形態の一例を示す、成形型と水蒸気発生装置等の概略図である。本発明の他の実施の形態の一例を示す、貯留槽と水蒸気発生装置等の概略図である。従来例を示すものであり、（ａ）乃至（ｃ）はそれぞれ概略図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明の実施の形態の一例を示すものである。成形型１は内部にキャビティ１０を設けて形成されるものであり、図１の実施の形態では左右に型開きをするように形成してある。成形型１の上面には注入口１１が設けてあり、成形型１の下面には金網等の網１２で塞いだ排気口１３が設けてある。

そして成形型１には型加熱流路５が設けてある。図１の実施の形態では、成形型１の壁面内に空洞路を設けて型加熱流路５を形成するようにしてある。型加熱流路５は成形型１を左右二つ割にできるように一対設けてあり、この一対の型加熱流路５でキャビティ１０の全面を囲むことができるように、図１（ｂ）のように蛇行した形状に形成してある。型加熱流路５は、一端が入口２２として、他端が出口２３として、それぞれ成形型１の外面に開口させてある。

型加熱流路５としては、図１（ａ）（ｂ）のように蛇行した形態に形成する他に、図１（ｃ）に示すように、成形型１の壁面内に、キャビティ１０を囲むように空洞を設け、この空洞によって型加熱流路５を形成するようにしてもよい。さらに型加熱流路５は、これらのように成形型１の壁面内に形成する他、成形型１の外面に配管を巻き付けて形成するようにしてもよい。

水蒸気発生装置３はボイラー２５を具備して形成されるものであり、開閉弁２６を設けた水導入路２７がボイラー２５に接続してある。水導入路２７から供給される水をボイラー２５内で加熱して、水蒸気（飽和水蒸気）を生成することができるものである。図１において２８は圧力計であり、２９は安全弁である。ボイラー２５で生成された水蒸気をそのまま使用する場合には、ボイラー２５に接続された水蒸気送出路３０から送り出される。また水蒸気送出路３０に過熱器８を接続することによって、ボイラー２５で生成された水蒸気を過熱器８でさらに加熱して過熱水蒸気として、水蒸気送出路３０から送り出すことができる。過熱水蒸気は、飽和水蒸気をさらに加熱して生成される、沸点以上の温度とした完全気体状態の水蒸気であり、１００℃以上の乾き蒸気である。過熱水蒸気は、圧力を上げないで定圧膨張させたものであってもよく、あるいは膨張させないで圧力を上げた加圧水蒸気であってもよい。過熱水蒸気の温度は特に限定されるものではないが、過熱水蒸気は９００℃程度にまで温度を高めることができるので、１００〜９００℃の間で必要に応じた温度に設定すればよい。図１において３１は水蒸気送出路３０の過熱器８への入り側に設けた開閉弁、３２は水蒸気送出路３０の過熱器８からの出側に設けた開閉弁である。

水蒸気送出路３０の開閉弁３２より先の端部には、水蒸気供給路４と加熱流体供給路６とが分岐して接続してある。水蒸気供給路４と加熱流体供給路６にはそれぞれ開閉弁３３，３４が設けてある。加熱流体供給路６の先部は、成形型１に設けた型加熱用流路５の数に応じて分岐して、加熱流体供給分岐路６ａ，６ａとして形成してあり、加熱流体供給分岐路６ａ，６ａにはそれぞれ開閉弁３５が設けてある。この加熱流体供給分岐路６ａの先端部を成形型１の型加熱用流路５の入口２２に結合することによって、加熱流体供給路６を型加熱用流路５に接続するようにしてある。また型加熱用流路５の出口２３に水蒸気返送路３６の一端が接続してあり、水蒸気返送路３６の他端は上記の水導入路２７に分岐した状態で接続してある。

本発明においてコーテッドサンドとしては、特に限定されるものではないが、耐火骨材に粘結剤を混合することによって、耐火骨材の表面を粘結剤で被覆したものを用いることができる。

耐火骨材としては、特に限定されるものではないが、硅砂、山砂、アルミナ砂、オリビン砂、クロマイト砂、ジルコン砂、ムライト砂、その他、人工砂などを例示することができるものであり、これらを１種単独で用いる他、複数種を混合して用いることもできる。

また、粘結剤としては、熱硬化性樹脂を用いるのが一般的であるが、糖類を用いることもできる。熱硬化性樹脂と糖類を併用して粘結剤として用いるようにしてもよい。

粘結剤に用いる熱硬化性樹脂としては、レゾール型、ノボラック型、ベンジリックエーテル型などのフェノール樹脂、フラン樹脂、イソシアネート化合物、アミンポリオール樹脂、ポリエーテルポリオール樹脂などを挙げることができるものであり、これらに硬化剤としてイソシアネート化合物、有機エステル類、ヘキサメチレンテトラミンなどを、硬化触媒として第三級アミン、ピリジン誘導体、有機スルホン酸などをそれぞれ配合し、熱硬化性にして使用することができるものである。これらのなかでもフェノール樹脂が好ましい。

また粘結剤に使用する糖類としては、単糖類、少糖類、多糖類を用いることができ、各種の単糖類、少糖類、多糖類のなかから、１種を選んで単独で用いる他、複数種を選んで併用することもできる。

単糖類としては、特に限定されるものではないが、グルコース（ブドウ糖）、フルクトース（果糖）、ガラクトースなどを挙げることができる。

また少糖類としては、マルトース（麦芽糖）、スクロース（ショ糖）、ラクトース（乳糖）、セロビオースなどの二糖類を挙げることができる。

さらに多糖類としては、でんぷん糖、デキストリン、ザンサンガム、カードラン、プルラン、シクロアミロース、キチン、セルロース、でんぷんなどがあり、これらのうち一種を選択して、あるいは複数種を併用して、用いることができる。またでんぷんとしては、未加工でんぷん及び加工でんぷんが挙げられる。具体的には馬鈴薯でんぷん、コーンスターチ、ハイアミロース、甘藷でんぷん、タピオカでんぷん、サゴでんぷん、米でんぷん、アマランサスでんぷんなどの未加工でんぷん、及びこれらの加工でんぷん（焙焼デキストリン、酵素変性デキストリン、酸処理でんぷん、酸化でんぷん、ジアルデヒド化でんぷん、エーテル化でんぷん（カルボキシメチルでんぷん、ヒドロキシアルキルでんぷん、カチオンでんぷん、メチロール化でんぷんなど）、エステル化でんぷん（酢酸でんぷん、リン酸でんぷん、コハク酸でんぷん、オクテニルコハク酸でんぷん、マレイン酸でんぷん、高級脂肪酸エステル化でんぷんなど）、架橋でんぷん、クラフト化でんぷん、及び湿熱処理でんぷんなどが挙げられる。これらのなかでも、焙焼デキストリン、酵素変性デキストリン、酸処理でんぷん、酸化でんぷんのように低分子化されたもの、及び架橋でんぷんなどの粘度の低いでんぷんが好ましい。

粘結剤には、糖類、特に多糖類の硬化剤として、カルボン酸を含有するようにしてもよい。カルボン酸としては、特に限定されるものではないが、シュウ酸、マレイン酸、コハク酸、クエン酸、ブタンテトラジカルボン酸、メチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体などを挙げることができる。粘結剤中のカルボン酸の含有量は、糖類に対するカルボン酸の配合量が、糖類１００質量部に対してカルボン酸０．１〜１０質量部となる範囲が好ましい。カルボン酸は予め水に溶解させた状態で糖類と混合するのが、硬化剤としての効果を高く発揮するので好ましい。

そして、耐火骨材の粒子に粘結剤などを配合して混合することによって、耐火骨材の表面に粘結剤を含有するコーティング層を被覆して、コーテッドサンドを得ることができるものである。耐火骨材に被覆する粘結剤の量は、成分や用途などに応じて異なり一概に規定できないが、耐火骨材１００質量部に対して粘結剤０．５〜４．０質量部の範囲に設定するのが一般的に好ましい。耐火骨材の表面に粘結剤を被覆する方法としては、ホットコート法、コールドコート法、セミホットコート法、粉末溶剤法などがある。いずれの方法においても、耐火骨材の表面に常温（３０℃）で固形の粘結剤からなるコーティング層を被覆して、粒状でさらさらしたコーテッドサンドを得ることができる。

図２はコーテッドサンド２を貯留する貯留槽１４を示すものであり、貯留槽１４の下端にはコック３９を設けたノズル口１７が設けてある。そして貯留槽１４には、貯留槽１４内に貯留したコーテッドサンド２を予熱する予熱器４０が設けてある。図２の実施の形態では、予熱器４０はスパイラルに屈曲した熱交換パイプの予熱用パイプ４０ａで形成してあり、予熱用パイプ４０ａを貯留槽１４の中央部内に差し込んで配設してある。

既述の図１のように、水蒸気発生装置３の水蒸気送出路３０には水蒸気供給路４と加熱流体供給路６とが分岐して接続してあるが、これらの他にさらに予熱用水蒸気供給路４１が分岐してある。この予熱用水蒸気供給路４１は熱交換器７に接続してある。５２は予熱用水蒸気供給路４１に設けた開閉弁である。熱交換器７内にはその一方の端部に導入室４３が、他方の端部に導出室４４が形成してあり、この導入室４３と導出室４４の間が熱交換室４５となっている。熱交換室４５内には、導入室４３と導出室４４とに連通する熱交換パイプ５１が多数本設けてある。予熱用水蒸気供給路４１は熱交換器７のうち導入室４３に接続されるものであり、導出室４４には水蒸気返送路４６の一端が接続してあり、水蒸気返送路４６の他端は、図１の水蒸気返送路３６と同様にボイラー２５の水導入路２７に分岐した状態で接続してある。また熱交換器７の熱交換室４５の一端には流体導入路４７が接続してあり、熱交換室４５の他端には加熱流体供給路４８が接続してある。図２の実施の形態では、流体導入路４７にファンなどの送風器４９が設けてあり、流体として空気を熱交換室４５に送り込むようにしてある。一端を熱交換室４５に接続した加熱流体供給路４８の他端は、予熱器４０を構成する予熱用パイプ４０ａの一端の入口５０に接続してある。

上記の図１及び図２の装置は一つの水蒸気発生装置３を共用するものである。そして、水導入路２７から水蒸気発生装置３のボイラー２５に水が供給されており、ボイラー２５によって水蒸気が生成される。水蒸気発生装置３に過熱器８が設けられている場合には、この水蒸気をさらに加熱して過熱水蒸気として生成することができる。このように生成された水蒸気は開閉弁３２を開くことによって水蒸気送出路３０から送り出される。

ここで、図１において、水蒸気供給路４の開閉弁３３は、水蒸気を成形型１のキャビティ１０内に供給して吹き込むとき以外、閉じているが、加熱流体供給路６の開閉弁３４は基本的に常時開いており、水蒸気送出路３０から送り出される水蒸気を加熱流体として、加熱流体供給路６を通して供給されるようになっている。このように加熱流体供給路６を通過した水蒸気は、加熱流体供給分岐路６ａから成形型１の型加熱用流路５にその入口２２から供給され、型加熱用流路５を通過した後に、その出口２３から水蒸気返送路３６へと出て行く。このように水蒸気を成形型１の型加熱用流路５に通過させる際に、水蒸気によって成形型１を加熱することができるものであり、成形型１の温度が低下することを防ぐことができるものである。型加熱用流路５を通過した水蒸気は水蒸気返送路３６へ出て行くが、成形型１を加熱するために熱を奪われて温度が低下しているので、水導入路２７からボイラー２５に返送され、再度、水蒸気に再生される。

一方、図２において、水蒸気発生装置３の水蒸気送出路３０に分岐接続された予熱用水蒸気供給路４１にも、水蒸気送出路３０から水蒸気が常時供給されている。予熱用水蒸気供給路４１を通過した水蒸気は熱交換器７の導入室４３に入り、熱交換パイプ５１を通過した後に導出部４４に移流し、この後に水蒸気返送路４６へと排出される。また送風器４９によって空気が熱交換室４５内に送り込まれており、この空気が熱交換室４５を通過する際に、熱交換パイプ５１を通過する水蒸気と熱交換され、熱交換室４５内で空気が加熱される。この加熱された空気は加熱流体として、熱交換室４５から加熱流体供給路４８へ送り出され、加熱流体供給路４８を通過した加熱空気は予熱器４０を構成する予熱用パイプ４０ａに一端の入口５０から供給される。貯留槽１４内には常にコーテッドサンド２が貯留されており、貯留槽１４の中央部内に配置される予熱用パイプ４０ａはコーテッドサンド２内に埋められた状態にあるので、加熱空気が予熱用パイプ４０ａを通過する際に、コーテッドサンド２を加熱して、コーテッドサンド２を予備加熱することができる。予熱用パイプ４０ａを通過した加熱空気は、端部の出口５３から大気中に排出される。また、熱交換器７を通過して水蒸気返送路４６へ排出された水蒸気は温度が低下しているので、水導入路２７からボイラー２５に返送され、再度、水蒸気に再生される。ここで、予熱用パイプ４０ａに、その長手方向に沿って多数の小穴を設けておき、予熱用パイプ４０ａを通過する加熱空気がこの小穴から吹き出すようにしてもよく、このようにすれば、加熱空気をコーテッドサンド２に直接作用させて、コーテッドサンド２の予備加熱をより効率よく行なうことができるものである。

次に、上記の装置を用いて鋳型を製造する方法について説明する。まず、成形型１の注入口１１に貯留槽１４のノズル口１７を接続する。そしてノズル口１７のコック３９を開いて、貯留槽１４に貯留されたコーテッドサンド２を成形型１に供給し、キャビティ１０内にコーテッドサンド２を充填する。成形型１の排気口１３は網１２で塞いであるので、コーテッドサンド２が排気口１３から洩れ出すことはない。成形型１のキャビティ１０にコーテッドサンド２を充填した後、貯留槽１４のコック３９を閉じ、成形型１の注入口１１から貯留槽１４の接続を外し、成形型１にコーテッドサンド２を充填する工程を終了する。

次に、成形型１の注入口１１に水蒸気供給路４を接続する。水蒸気供給路４の先端部には接続ノズル５４が設けてあり、この接続ノズル５４を注入口１１に差し込んで装着することによって、注入口１１に水蒸気供給路４を接続するようにしてある。そして開閉弁３３を開くと、水蒸気発生装置３の水蒸気送出路３０から送り出された水蒸気は、水蒸気供給路４を通して成形型１のキャビティ１０内に吹き込まれる。成形型１内に水蒸気が吹き込まれると、コーテッドサンド２の表面に水蒸気が接触することによって、水蒸気が有する高い潜熱によってコーテッドサンド２を直接加熱することができ、コーテッドサンド２の温度は１００℃付近にまで急速に上昇する。しかも水蒸気はコーテッドサンド２の粒子間を通って成形型１内の全体に浸透し、成形型１内のコーテッドサンド２を均一な温度に加熱することができるものである。成形型１内に注入口１１から吹き込まれた水蒸気は、成形型１内のコーテッドサンド２を加熱した後、排気口１３から排気される。

成形型１内に吹き込まれた水蒸気の潜熱でこのようにコーテッドサンド２を急速に加熱して、コーテッドサンド２の粘結剤を短時間で固化乃至硬化させることができ、鋳型の造型時間を短縮することができるものである。このように成形型１内のコーテッドサンド２の粘結剤を固化乃至硬化させて鋳型を造型する工程を終了した後、成形型１の注入口１１から水蒸気供給路４の接続ノズル５４を外し、再度上記のように注入口１１に貯留槽１４を接続して、成形型１にコーテッドサンド２を充填する工程に戻る。

ここで、上記のように、成形型１は型加熱用流路５に水蒸気を通すことによって温度が低下しないように加熱されている。従って、鋳型の造型の工程で、成形型１に水蒸気を吹き込んでコーテッドサンド２を加熱するにあたって、水蒸気の熱の一部が成形型１に奪われることを防ぐことができるものであり、水蒸気によるコーテッドサンド２の加熱効率を高く維持することができ、鋳型の造型時間をより短縮することが可能になるものである。

また、上記のように、貯留槽１４から成形型１に供給されるコーテッドサンド２は、予熱器４０で予備加熱されている。従って、成形型１に水蒸気を吹き込む初期において、水蒸気の潜熱がコーテッドサンド２に奪われることを防いで、水蒸気が成形型１内で凝縮することを抑制することができるものであり、水蒸気によるコーテッドサンド２の加熱効率を高く維持して、鋳型の造型時間をより短くすることが可能になるものである。

そして、成形型１内に水蒸気を吹き込むのは、成形型１内のコーテッドサンド２を加熱して鋳型を造型する工程だけであるが、上記のように、水蒸気発生装置３で生成された水蒸気を用いて、成形型１を加熱したり、貯留槽１４内のコーテッドサンド２を加熱したりするようにしているものであり、成形型１の加熱やレジンコーテッドサンド２の加熱は、鋳型の造型工程だけでなく、コーテッドサンド２を成形型１に充填する工程においても、常時行なわれるものである。従って、水蒸気発生装置３で水蒸気が常時生成されていても、鋳型を造型する工程以外でも水蒸気を有効利用することができ、鋳型造型工程以外では水蒸気が無駄に放出されたりするというようなことがなくなって、
水蒸気を常時有効に利用することができるものである。

図３は、熱交換器７で生成した加熱流体としての加熱空気を用いて、貯留槽１４内のコーテッドサンド２を予備加熱する予熱器４０の他の実施の形態を示すものである。貯留槽１４の下部には、貯留槽１４内を上下に仕切る中仕切り床５７が設けてある。この中仕切り床５７は幅方向に２分割した一対のシャッター板５７ａ，５７ａからなるものであり、各シャッター板５７ａ，５７ａは回動軸５８によって上下回動自在に貯留槽１４に取り付けてある。また各シャッター板５７ａには上下に開口する多数の通気孔５９が全面に亘って穿設してある。通気孔５９の内径は、コーテッドサンド２の粒径より小さい寸法に形成されるものである。そして各シャッター板５７ａ，５７ａが水平状態にあるときには、貯留槽１４内を上下に仕切る中仕切り床５７となる。貯留槽１４に供給されるコーテッドサンド２は、この中仕切り板５７の上に貯留されるものである。また各シャッター板５７ａ，５７ａを回動軸５８を中心に下方へ回動させると、各シャッター板５７ａ，５７ａを観音開き状態で開くことができるものである。この中仕切り床５７の下側において、貯留槽１４内には、多数の吐出口を設けた温風吐出ノズル６１が設けてある。そして一端を熱交換器７に接続した既述の加熱流体供給路４８の他端が、温風吐出ノズル６１に接続してある。

上記の通気孔５９を設けた中仕切り床５７と温風吐出ノズル６１を具備して予熱器４０が形成されるものである。そして上記のように、熱交換器７の熱交換室４５内で加熱された空気は加熱流体供給路４８へ送出されるものであり、この加熱空気が加熱流体供給路４８を通過した後に温風吐出ノズル６１に供給されると、温風吐出ノズル６１から加熱空気が貯留槽１４内に吐出される。この貯留槽１４内に吐出された加熱空気は中仕切り床５７の通気孔５９を通して上昇し、中仕切り床５７の上に貯留されているコーテッドサンド２の粒子間を加熱空気が通過し、この際に、加熱空気によってコーテッドサンド２を加熱して、コーテッドサンド２を予備加熱することができるものである。

このように貯留槽１４内で予熱したコーテッドサンド２を成形型１に充填するときには、中仕切り床５７を構成するシャッター板５７ａ，５７ａを下方へ回動させて開き、中仕切り床５７の上のコーテッドサンド２を、コック３９付きのノズル口１７へと流下させ、ノズル口１７から成形型１に供給することによって、行なうことができるものである。

図４は本発明の他の実施の形態の一例を示すものである。成形型１は既述の図１の実施の形態と同様に形成してあり、水蒸気発生装置３も既述の図１や図２の実施の形態と同様に形成してある。図４の実施の形態では、水蒸気発生装置３の水蒸気送出路３０に水蒸気供給路４を分岐接続する他に、熱交換用水蒸気供給路６５が分岐接続してある。６６は熱交換用水蒸気供給路６５に設けた開閉弁である。

この熱交換用水蒸気供給路６５は型加熱用熱交換器４２に接続してある。型加熱用熱交換器４２は熱交換パイプ６７を通した熱交換室６８を備えて形成されるものであり、熱交換用水蒸気供給路６５は熱交換室６８の一端部に接続されるものである。熱交換室６８の他端部には、水蒸気返送路６９の一端が接続してあり、水蒸気返送路６９の他端は水蒸気発生装置３の水導入路２７に分岐した状態で接続してある。７０は水蒸気返送路６９に設けた開閉弁である。また熱交換パイプ６７の一端の入口７１には熱媒体供給路７２が、熱交換パイプ６７の他端の出口７３には加熱流体供給路６が、それぞれ接続してある。加熱流体供給路６は、図１の実施の形態と同様に、その先端部の加熱流体供給分岐路６ａ，６ａによって、成形型１の型加熱用流路５の入口２２に接続してある。型加熱用流路５の出口２３には熱媒体返送路７４の一端が接続してあり、熱媒体返送路７４の他端は熱媒体タンク７５に接続してある。上記の熱交換パイプ６７の入口７１に一端を接続した熱媒体供給路７２の他端は熱媒体タンク７５に接続してあり、この熱媒体供給路７２には循環ポンプ７６が設けてある。熱媒体タンク７５には液状の熱媒体が貯留してある。このような熱媒体としては特に限定されるものではないが、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリンや鉱油などを用いることができる。また市販の具体例を挙げると、新日鉄化学（株）製の「サームエス」（アルキルナフタレン、ジフェニルジフェニルエーテル、アルキルジフェニルエーテル、水素化トリフェニル）がある。

図４の装置にあって、循環ポンプ７６を作動させることによって、熱媒体タンク７５内の熱媒体が熱媒体供給路７２を通して型加熱用熱交換器４２の熱交換パイプ６７に供給されている。一方、水蒸気発生装置３で生成された水蒸気は、水蒸気送出路３０から熱交換用水蒸気供給路６５を通して型加熱用熱交換器４２の熱交換室６８に供給されている。このように水蒸気が熱交換室６８に供給されると、熱交換パイプ６７に供給されて通過する熱媒体が水蒸気と熱交換されて加熱される。この加熱された熱媒体は加熱流体として熱交換パイプ６７から加熱流体供給路６に送り出される。そして加熱された熱媒体は加熱流体供給路６から成形型１の型加熱用流路５に流入し、型加熱用流路５を通過する際に成形型１を加熱することができるものである。このようにして既述の図１と同様にして成形型１を予備加熱することができるものであり、型加熱用流路５から送り出された熱媒体は成形型１を加熱することによって熱を奪われて温度が低下しており、熱媒体返送路７４を通して熱媒体タンク７５に返送される。また熱交換用水蒸気供給路６５から熱交換室６８に供給された水蒸気は、熱交換室６８を通過した後に水蒸気返送路６９へ出て行くが、熱媒体を加熱するために熱を奪われて温度が低下しているので、水導入路２７からボイラー２５に返送され、再度、水蒸気に再生される。

このように、図４の装置では、水蒸気発生装置３から供給される水蒸気と熱交換して熱媒体を加熱し、この加熱した熱媒体で成形型１の予備加熱を行なうようにしたものである。このものにあっても、成形型１を予備加熱することによって、鋳型の造型時間をより短縮することが可能になるものであり、また水蒸気発生装置３で生成される水蒸気を、鋳型を造型する工程以外でも有効利用することができるものである。

図５は本発明の他の実施の形態の一例を示すものである。貯留槽１４及び予熱用パイプ４０ａからなる予熱器４０は既述の図２の実施の形態と同様に形成してあり、水蒸気発生装置３も既述の図１や図２の実施の形態と同様に形成してある。図２の実施の形態では熱交換器７を空気を加熱流体として送り出すものとして形成したが、図５の実施の形態では熱媒体を加熱流体として送り出すものとして形成するようにしてある。

すなわち、水蒸気発生装置３の水蒸気送出路３０に接続した予熱用水蒸気供給路４１が熱交換器７に接続してある。図５の実施の形態の熱交換器７は、熱交換パイプ８０を通した熱交換室８１を備えて形成されるものであり、予熱用水蒸気供給路４１は熱交換室８１の一端部に接続されるものである。熱交換室８１の他端部には、水蒸気返送路８２の一端が接続してあり、水蒸気返送路８２の他端は水蒸気発生装置３の水導入路２７に分岐した状態で接続してある。８３は水蒸気返送路８２に設けた開閉弁である。また熱交換パイプ８０の一端の入口８４には熱媒体供給路８５が、熱交換パイプ８０の他端の出口８６には加熱流体供給路４８が、それぞれ接続してある。加熱流体供給路４８は、予熱器４０を構成する予熱用パイプ４０ａの入口５０に接続してある。予熱用パイプ４０ａの出口５３には熱媒体返送路８８の一端が接続してあり、熱媒体返送路８８の他端は熱媒体タンク８９に接続してある。上記の熱交換器７の熱交換パイプ８０の入口８４に一端を接続した熱媒体供給路８５の他端は熱媒体タンク８９に接続してあり、この熱媒体供給路８５には循環ポンプ９０が設けてある。熱媒体タンク８９には上記したような液状の熱媒体が貯留してある。

図５の装置にあって、循環ポンプ９０を作動させることによって、熱媒体タンク８９内の熱媒体が熱媒体供給路８５を通して熱交換器７の熱交換パイプ８０に供給されている。一方、水蒸気発生装置３で生成された水蒸気は、水蒸気送出路３０から予熱用水蒸気供給路４１を通して熱交換器７の熱交換室８１に供給されている。このように水蒸気が熱交換室８１に供給されると、熱交換パイプ８０に供給されて通過する熱媒体が水蒸気と熱交換されて加熱される。この加熱された熱媒体は加熱流体として熱交換パイプ８０から加熱流体供給路４８に送り出される。そして加熱された熱媒体は加熱流体供給路４８から貯留槽１４に設けた予熱パイプ４０ａに流入し、予熱パイプ４０ａを通過する際に貯留槽１４内のコーテッドサンド２を加熱することができるものである。このようにして既述の図２と同様にしてコーテッドサンド２を予備加熱することができるものであり、予熱パイプ４０ａから送り出された熱媒体はコーテッドサンド２を加熱することによって熱を奪われて温度が低下しており、熱媒体返送路８８を通して熱媒体タンク８９に返送される。また予熱用水蒸気供給路４１から熱交換室８１に供給された水蒸気は、熱交換室８１を通過した後に水蒸気返送路８２へ出て行くが、熱媒体を加熱するために熱を奪われて温度が低下しているので、水導入路２７からボイラー２５に返送され、再度、水蒸気に再生される。

このように、図５の装置では、水蒸気発生装置３から供給される水蒸気と熱交換して熱媒体を加熱し、この加熱した熱媒体で貯留槽１４内のコーテッドサンド２の予備加熱を行なうようにしたものである。このものにあっても、コーテッドサンド２を予備加熱することによって、鋳型の造型時間をより短縮することが可能になるものであり、また水蒸気発生装置３で生成される水蒸気を、鋳型を造型する工程以外でも有効利用することができるものである。

１成形型
２コーテッドサンド
３水蒸気発生装置
４水蒸気供給路
７熱交換器
８過熱器
１４貯留槽
３０水蒸気送出路
４０予熱器
４１予熱用水蒸気供給路
４８加熱流体供給路

Claims

耐火骨材に粘結剤を混合して調製されるコーテッドサンドが充填される鋳型成形用の成形型と、成形型内に充填されたコーテッドサンドを加熱する水蒸気が生成される水蒸気発生装置とを具備した鋳型の製造装置において、水蒸気発生装置で生成された水蒸気を送り出す水蒸気送出路と、水蒸気送出路に分岐接続して設けられ、成形型内にコーテッドサンドが充填された後に水蒸気を成形型内に供給する水蒸気供給路と、コーテッドサンドを予備加熱する予熱器と、熱交換器と、水蒸気供給路とは別に水蒸気送出路に分岐接続して設けた予熱用水蒸気供給路と、熱交換器と予熱器との間に設けられ、水蒸気発生装置から予熱用水蒸気供給路を通して送り出される水蒸気と熱交換器で熱交換して加熱された加熱流体を予熱器に送る加熱流体供給路とを備えて成ることを特徴とする鋳型の製造装置。
上記加熱流体は、水蒸気と熱交換器で熱交換して加熱された空気であることを特徴とする請求項１に記載の鋳型の製造装置。
上記加熱流体は、水蒸気と熱交換器で熱交換して加熱された熱媒体であることを特徴とする請求項１に記載の鋳型の製造装置。
上記熱交換器を通過した水蒸気を水蒸気発生装置に返送する水蒸気返送路を備えて成ることを特徴とする請求項２又は３に記載の鋳型の製造装置。
コーテッドサンドを貯留すると共に、貯留したコーテッドサンドを成形型に供給して充填する貯留槽を備え、上記予熱器を貯留槽に設けて成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の鋳型の製造装置。
予熱器はスパイラルに屈曲したパイプで形成され、貯留槽内においてコーテッドサンドに埋められた状態で配設されることを特徴とする請求項５に記載の鋳型の製造装置。
上記水蒸気発生装置は過熱器を備えるものであり、上記水蒸気は過熱器で過熱して生成された過熱水蒸気であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の鋳型の製造装置。