CN1090066C - 金属铸件的热处理及炉内砂再生设备和工艺 - Google Patents

Abstract

用于从一个热处理炉中再生出足够纯净的型砂的方法和设备，其中，铸件上连有砂芯和/或砂型，该砂芯或砂型中的砂被可燃粘结剂粘结，将该铸件放入到热处理炉中；或者，把不与铸件相连的砂芯和/或砂型放入到热处理炉中。其中，借助于一个促进粘结剂燃烧的射流器、通过一次或多次搅拌、加热和充氧的过程而实现在炉内对砂进行再生。通过控制砂在热处理炉内的滞留时间而有选择地控制再生砂的特性。

Description

金属铸件的热处理及炉内砂再生设备和工艺

本申请是系列申请No.07/705,626(申请日为1991年5月24日)的继续部分。

本发明涉及金属铸件的热处理领域和对制作金属铸件所用的砂芯及砂模中的砂进行再生的领域。

一般来说，现在技术中的方法和设备要求采取两步或三步不同的分开的步骤去对由金属铸件或由带砂芯的砂型成型的金属铸件进行热处理，以及从该砂型或砂芯中再生出足够纯净的砂。本发明则可在一个唯一的步骤中完成金属铸件的热处理和再生足够纯净的砂。

用于制造金属铸件的方法和设备是被大家所熟知的。用铸型和铸芯来移置熔融材料，从而使得当该熔融材料固化时，就形成了一个反映出该铸型和铸芯特征的铸件。在铸型的内壁上具有所成型铸件的外部特征，在铸芯的外表面上具有所成型铸件的内部特征。铸芯一般由砂制成，而铸型有时是砂制成的。砂型和砂芯一般是由砂和可燃粘结剂的混合材料预先模制出来的。为简便起见，在下文中将砂型和砂芯简称为砂芯。

按照某些现有技术，铸件一旦形成，为了对该金属铸件进行热处理和从该砂芯中再生出足够纯净的砂，要实现三个不同的步骤。第一步是将砂芯从铸件上分离开。一般是用一种措施或用几种措施相结合将砂芯与铸件分开。例如，可将砂从铸件上铲掉或是振动铸件而将砂芯粉碎并移走这些砂。一旦将砂从铸件上除掉，就进行第二步骤和第三步骤。在这一典型的三步法的现有技术中，第二步骤和第三步骤的采用顺序并不重要，这是因为砂已经与铸件分离开了。第二步骤包括铸件的热处理。如果需要提高铸件的强度或硬度，一般都要对铸件进行热处理。第三步包括使从铸件上分离的砂净化。该净化过程一般是通过一项措施或通过几项措施相结合而完成的。这些措施包括：燃烧包裹在砂上的粘结剂，磨砂，使砂从筛网通过。为了能在新构成的砂芯中很好地再使用这些充分净化的砂，对这些砂进行再生处理是很重要的。如果该再生砂至少在某种程度上被磨圆的话也是有利的，这将有助于使铸件的表面光滑，并有助于砂粘很好地粘结，砂粒很好地粘结就会得到很结实的砂芯。因此，可对这些砂反复进行再生处理，直至再生出足够纯净的砂。

再生砂的纯度可根据未燃烧的粘结剂的量来测量。未燃烧的粘结剂越少，砂越纯净。当试图提高纯度时，一些砂被还原成“细料”(reduced to“fines”)。所谓的“细料”是指那些比规定尺寸小的砂粒。这两项测量指标(纯度和细度)一般是彼此对立的，其中的一个测量指标越高，另一个测量指标就越低。平衡上述这些测量指标是很重要的，因此，在砂的再生过程中能够控制这些测量指标是很重要的。

按照本发明人的在先发明(美国系列申请No.07/705,626)，为了对借助于砂芯而形成的金属铸件进行热处理，以及对砂芯中的砂进行再生处理，只需采取一个步骤便可完成。这是通过将带有砂芯的铸件导入到一个具有充氧空气(该充氧的空气被加热至少达到砂芯粘结剂材料的燃烧温度)的炉中而实现的。这就会引起砂芯中的一些粘结剂燃烧，与其它措施相结合就会导致砂芯与铸件相分离。系列申请No.07/705,  626中所公开的装置促进比将砂芯与铸件相分离时所需的粘结剂的燃烧更多的粘结剂燃烧。系列申请No.07/705,626中所公开的装置喷射用于某些应用场合的在炉中处于足够纯净状态的砂，但该装置不能燃烧足够量的粘结剂(或说是不能处理砂芯)来对另外一些一定的应用场合提供足够纯净的砂。此外，该装置不能提供具有各种不同特性的再生砂；不能有选择地控制砂的圆度、细料的数量或再生砂中的被燃烧的粘结剂的数量。因此，为了获得用于一定应用场合的足够纯净的砂或获得具有一定特性的砂，需要对用系列申请No.07/705,626中所公开的方法和装置再生的砂进行进一步的加工处理。因此，上述的砂再生装置在以下方面具有不足，即：为了对借助于砂芯而形成的金属铸件进行热处理和从该砂芯中再生出足够纯净的砂，它们需要至少两个步骤的处理，要在两个分开的场所中进行这种处理，要使用专门的设备。

因此，需要采用一种更有效的方法和相关的设备，使得能够更有效地进行热处理、将砂芯除去、以及更有效地从砂芯中再生出足够纯净的砂。

简明地说，本发明提供一种用于对使用砂芯制造的金属铸件进行热处理以及对该砂芯中的砂进行再生处理的方法和设备。更具体地说，本发明提供一种用于将砂收集在一热处理炉中、对砂进行喷射、然后将砂从炉中喷出的改进的方法和设备。本发明可再生出比一般从热处理炉中排出的砂现纯净的砂。本发明的方法和设备还能够有选择地控制在从炉中喷出的砂中所含有的粘结剂的量和细料的量。

本发明的最佳实施例包括与一热处理炉相连的用于搅拌收集在该炉内的砂的设备。在该最佳实施例中，这个搅拌设备利用压缩空气、通过一个“射流”过程而实现其搅拌功能，故该搅拌设备在这里被称作射流器。这一射流工艺使得来自一加压源的空气从收集在炉内的砂中穿过，从而使砂悬浮起来并象紊流流体一样动作。该射流器与炉中的其它构件相连接，射流器使得砂芯中的粘结剂部分在炉内充分燃烧，以再生出足够纯净的砂。在这个实施例中，砂芯(其中的粘结剂被燃烧)与传送到炉中的铸件相联结。炉的最佳实施例以及该炉内的一些构件被公开在系列申请No.07/705,626中。射流器和与该射流器相关联的一些构件被首次公开在本申请中。

本发明的最佳实施例中的射流器引起对已收集在炉漏斗内的砂进行喷射。这一喷射使得砂彼此相磨擦，在至少一个实施例中该射流还使得砂与一金属靶相磨，从而使粘结剂暴露出来。然后，已露出的粘结剂燃烧。重复上述这一过程直至已燃烧了足够量的粘结剂、以使使用者对砂的纯度满意为止。

在本发明的最佳实施例中，射流器向炉漏斗中添加氧气以促进粘结剂燃烧。在本发明的最佳实施例中，从一个副热源向射流器提供预热空气以进一步促进粘结剂燃烧。在一个替换的最佳实施例中，射流器中的空气是不预热的。按照本发明的一个方面，采用多个射流器，在这样的实施例中，挑选若干个适当的射流器并有选择地沿着炉内多区放置。

本发明进一步包括用于将再生砂从炉中卸出的方法。在本发明的最佳实施例中，再生砂的卸出是受控制的，以控制炉中的砂的体积。这影响着砂经受射流的时间量，因此而实现该再生砂特性的控制。

本发明的另一实施例包括一个补加砂再生装置(“SSRU”)。该补加砂再生装置与炉热源和射流器以及炉内的其它构件相连接而起作用。该补加砂再生装置对上述从铸芯中再生出的砂提供补加再生。例如，用该补加砂再生装置对从现有技术的振动器中收集的砂和从系列申请No.07/705,626的炉槽中排出的砂进行再处理。该补加砂再生装置包括一个位于炉外部的料斗。一根管与料斗出口相接并穿入到炉中。该管在炉内部延伸，它紧挨着炉加热器并且其尾端朝着炉漏斗而终止。将所收集的砂放入到该料斗中，砂在料斗中被加热至粘结剂的燃烧温度之上并被暴露于一富有氧气的大气环境中，这导致粘结剂进行最初的燃烧。然后，砂进入管中。在砂从该管中通过的同时，砂被炉加热器加热并使粘结剂进一步燃烧。当砂存在于管中时，砂降落到炉中，在炉中砂最好通过本发明的炉内砂再生装置而被进一步再生。

因此，本发明的目的是提供一种用于对粘有砂芯材料的铸件进行热处理以及对该砂芯材料中的砂进行再生的改进的方法和设备。

本发明的另一个目的是提供一种用于将砂芯材料从铸件上除去并对该砂芯材料中的砂进行再生的改进的方法和设备。

本发明的再一个目的是提供一种用于在一个炉中对那些在炉内与铸件相分离的砂芯中的砂进行再生的方法和设备。

本发明的再一个目的是提供一种用于在一个炉中搅拌那些被收集到该炉内的砂的方法和设备。

本发明的另一个目的是提供一种用于在一个炉中对那些收集在该炉内的砂进行射流的方法和设备。

本发明的另一个目的是提供一种用于在一个热处理炉内促进那些包裹在砂上的粘结剂燃烧(所说的砂是收集在该炉中的那些砂)的方法和设备。

本发明的另一个目的是提供一种用于从副热源中加热那些收集在炉内的砂的方法和设备。

本发明的另一个目的是提供一种用于向收集在炉内的砂所处的区域中供氧的方法和设备。

本发明的另一个目的是提供一种用于在炉的外部对砂进行再生、并净化炉内的再生砂的方法和设备。

本发明还有一个目的是提供一种用于控制在炉内所进行的砂再生加工过程中砂芯材料被暴露的时间量从而使该再生砂的特性得以控制的方法和设备。

在阅读和理解了本说明书的下文结合附图所作的说明之后，本发明的其它目的、特征和优点将会变得清楚明确。

图1是本发明的最佳实施例中的热处理炉与炉内砂再生装置相结合的局部剖开的视图。

图2是从图1中的砂再生装置中选择的构件的剖视图。

图3是从图1中的砂再生装置中选择的构件的俯视图，它示出了某些在图1中被删去的构件。

图4是从图1中的砂再生装置中选择的构件的俯视图，它示出了某些在图1中被删去的构件。

图5是图1中所示的卸料阀组件的剖开的侧视图。

图6是本发明的另一个最佳实施例中的炉内砂再生装置的剖开的局部俯视图。

图7是图6中的设备的局闻侧剖视图。

图8是沿图7中的8-8线所截取的图6中的射流器之射流管的横截面视图。

图9是本发明的另一最佳实施例中的炉内砂再生装置的侧视图。

图10是图9中的射流环的详细的立体视图。

图11是沿图10中的11-11线所截取的图9中的射流环的横截面视图。

图12是沿图11中的12-12线所截取的图9中的射流环的横截面视图。

图13是本发明的另一实施例中的炉内砂再生装置的局部剖视图。

图14是本发明的一个具有多区的热处理炉和炉内砂再生装置的实施例的剖开的视图。

图15是本发明的另一个实施例中的补加砂再生装置(它是该实施例中的一个部件)的孤立的侧视图。

图16是图15中的补加砂再生装置安装到组合在一起的热处理炉和炉内砂再生装置的顶部时的侧剖视图。

图17是图15中的再生漏斗的剖开的视图。

说明书的这一部分包括两部分，第一部分介绍各组成构件以及这些构件的取向和内联接；第二部分描述了上述这些组成构件的操作情况并给出了实际所使用的构件的一些实例。

现在请参见附图的详细说明，在附图中，多幅视图中同样的数码标号表示同样的构件。图1表示的是本发明的最佳实施例中的热处理炉19与炉内砂再生装置20相组合的局部剖开的视图。该炉内砂再生装置20包括一个漏斗30，漏斗30有漏斗壁31并形成有漏斗入口33和漏斗出口35。在图1中漏斗壁31和其它一些构件被删除，以便使所示构件清楚可见。炉内砂再生装置20还包括射流器40、导管80、磨盘80和卸料阀组件100。图中所示的射流器40穿过漏斗壁31。导管80在漏斗30中处于射流器的上方。磨盘90在漏斗30中处于导管80的上方。卸料阀组件100与漏斗出口35相连。在本发明的最佳实施例中，炉内砂再生装置20的漏斗30兼作热处理炉19的漏斗30。在系列申请No.01/705,626中公开了一种适用的热处理炉19，因此这里所引用的参考文献包括美国专利申请No.07/705,626的说明书。卸料阀组件100提供了一个通往炉的外部的通道。

图2是图1中所选择的构件的剖开的侧视图，它更详细地示出了本发明的最佳实施例中的射流器40。图2中还象征性地示出了砂子25，这些砂子25被收集在漏斗出口35处。射流器40包括一根射流管41，该射流管41的射流端42位于漏斗30中，射流管41的源端43位于漏斗30的外部。在图2中切去了射流管41的源端43被端板47密封，该端板47以被工业领域的技术人员所熟知的方式(例如通过焊接)而与源端43相连接。在图2中端板47的一部分被切除，以完全露出一加热器60。该加热器60通过端板47而固定，其固定方式使得在修理时或在用不同类型的加热器进行更换时易于将该加热器60移出。加热器60具有一个排气端61和一个进气端62，排气端61位于管内部44当中，进气端62位于射流管41的外部。压缩空气通过进气口65而供入到加热器60的进气端62中。在本发明的最佳实施例中，加热器60是一个高压气体燃烧器。在本发明的另一个实施例中，该加热器60包括一个电加热元件。其它类型的加热器也是适用的。

一个信号发生压力计70通过一个压力计管71而与射流管41相连接，这一连接使得该信号发生压力计70与射流管内部44相连通并可感应射流管41内的压力。一个信号调节器74与信号发生压力计70相连。该信号发生压力计70通过一根压力计的动力电缆72而与电源相连接。该信号发生压力计70通过信号电缆73而与卸料阀组件100相连接。卸料阀组件100未在图2中示出。

射流管41的射流端42在图2中被弯向导管80和磨盘90。在图2中切去了导管80的一部分，该导管80具有管壁81并形成了一个管道82。在图2中切去了磨盘90的一部分，该磨盘90具有盘的背面92和中凹的盘面91。

图3是图2中的设备的俯视图，图3表示得更详细，在图3中磨盘90被移走。如图3所示，导管80与管结构的支承杆85a、85b相连接，所说的管结构的支承杆85a、85b与漏斗壁31相连接，这些连接是以工业领域中的技术人员所了解的方式进行的，例如通过焊接进行连接或采用螺栓连接。导管80处于这样的位置上，即：该导管80位于射流管41的射流端42的上方，并且管道82与射流端42处的管内部44成一直线。

图4是图2中的设备的细部的俯视图。在图4中，磨盘90的盘面91朝向射流端42，所以该盘面91是看不见的。如图2和图4所示，磨盘90与支承索95相连接，这些支承索95连接在漏斗壁31上。支承索95具有一个盘端96、一个钩端97和一个位于盘端96与钩端97之间的螺旋扣98。支承索95的盘端96连接在磨盘90上，其连接方式是工业领域的技术人员所了解的方式，例如通过焊接进行连接或采用螺纹连接。每一支承索95的钩端97通过钩圈99而连接到漏斗内壁31上，这些钩端97是钩在钩圈99上的。钩圈99与漏斗壁31相连接，其连接方式是工业领域的技术人员所了解的方式，例如通过焊接进行连接或采用螺纹连接。有多个钩圈99，对每一个钩圈进行排列定位使得射流端42上方的磨盘90的高度可被调节，正如下文将要详述的那样。在图4中看不见射流端42、射流管内部44和导管80，这是因为它们被磨盘90掩盖住了。

图5是图1中所示的卸料阀组件100的剖开的侧视图。该卸料阀组件100包括一个双翻卸阀110和一个气动阀操作件130。双翻卸阀110具有一个阀入口111和一个阀出口112。阀入口111与漏斗出口35相连接(见图1)，其连接方式是工业领域的技术人员所了解的方式，例如驼过焊接进行连接或采用螺纹连接。阀出口112位于热处理炉19的外部，从而使得双翻卸阀110提供了一条从漏斗30的内部通向热处理炉19的外部的通道。在图5中切去了双翻卸阀110的一部分，以露出第一盘116、第二盘117、第一座118和第二座119。气动阀操作件130与双翻卸阀110相连接，其连接方式是所属技术领域的技术人员所了解的方式，从而使得气动阀操作件130控制双翻卸阀110的操作。气动阀操作件130与气动动力供给线131及信号电缆73相连接。在本发明的另一实施例中，该气动阀操作件130被一电动阀操作件、  液压阀操作件或其它一些类型的阀操作件所替换。

图6和图7示出了本发明的另一个最佳实施例。图6是本发明的另一实施例的剖开的局部俯视图。这一实施例不包括导管80或磨盘90。这一实施例包括一个与上述实施例中的射流器40有些类似的射流器40′，该射流器40′具有一个射流管41′，射流管41′分支成三根射流管41′a、41′b和41′c，每一根分射流管穿过漏斗壁31。这些射流管41′a、41′b、41′c起源于管头55。管头55起源于射流管41′的源端43。射流端42′a、42′b、42′c被以工业领域的技术人员所了解的方式密封，例如用塞50密封。另外，正如图7中所示(图7是射流器40′的侧视图，该图示出了漏斗30的一部分)，每射流管41′a、41′b、41′c上限定了若干个射流孔51，这些射流孔51是朝向漏斗出口35的。在图7中，两根射流管41′b、41′c被射流管41′a遮挡住了。图8是沿图7中的8-8线所取的截面图，为简单起见只示出了一个射流管41′a，另外两根射流管41′b和41′c的结构是类似的。如图8所示，射流孔51与射流管内部44′是连通的。另外， 在图7和图8所示的实施例中，射流孔51是沿着射流管41′a上的面向漏斗出口35的那一区段在纵向和径向定位的射流孔51的中心线52之间的角度为90°。在本发明的另一实施例中，该射流孔51是以不同的方式相间隔布置的。

本发明的另一实施例未在图中示出，它与图6～8所公开的实施例相类似，所不同的是射流管40分支成六根射流管。这六根射流管中的三根管穿入一个炉漏斗，另外三根管穿入一个不同的炉漏斗30。实际上，本发明有各种不同的实施例，这些实施例是依据刚刚描述过的那些实施例而作的改型。虽然在图6和图7中没有表示出信号发生压力计70， 但在本发明的这些替换实施例中均包括有该信号发生压力计70及其所有的辅助构件。

图9表示的是本发明的另一个最佳实施例，该实施例不包括导管80或磨盘90。在该实施例中，在漏斗出口35与阀入口111之间放置了一个射流环140。该射流环140与漏斗出口35及阀入口111相连接，其连接方式是工业领域的技术人员所了解的方式，例如通过焊接进行连接或采用螺纹连接。图9中还示出了一根射流管41″，该射流管41″确定了管的内部44″(未示出)。该射流管41″具有一个射流端42″和一个源端43″，射流端42″与射流环140相连接，压缩空气被供入到源端43″中。

图10是图9中的射流环140的立体图，该图示出了射流环140的细节。该射流环140包括一个中空的环框141，该环框141确定了一个环内部142(见图11)。射流环140围定一个开口区145，该开口区145借助于环框141上的若干个射流孔146而与环内部142连通。为简单起见，在图10中仅标出了这些射流孔中的两个孔。环框141还有一个管接孔147。环框141在该管接孔147处与射流管41″的射流端42″相连接，从而使得管内部44″与环内部142相连通。这种连接是以工业领域中的技术人员所了解的方式进行的，例如通过焊接进行连接。

图11是沿图10中的11-11线所截取的截面图。图11表示出了环内部142。图12是沿图11中的12-12线所截取的截面图。图12示出了环框141上的众多的射流孔146中的一个。这些射流孔146倾斜足够的斜度，以使得从开口区145(该开口区145是由环框141围成的)中穿过的砂芯不容易向上移进并防止它通过射流孔146而进入到环内部142。

在本发明的另一个实施例中，没有信号发生压力计70。如图13所示(该图13是一个剖开的视图)，本发明的这一实施例包括信号发生传感器170a、170b、170c，这些传感器安装在漏斗30内、位于漏斗壁31上。安装传感器170a、170b、170c，使它们在漏斗30中探查砂芯的预定水平面。每一个信号发生传感器170a、170b、170c通过信号电缆73′而与卸料阀组件100(未在13中示出)相连接。一个选择器171与上述信号发生传感器170a、170b、170c相连。在本发明的最佳实施例中，该信号发生传感器170a、170b、170c是一种电探针。

图14表示的是本发明的一个具有名区的实施例，该实施例包括一个多区炉211，该多区炉211拥有若干个上述实施例中所述的炉内砂再生装置20。在系列申请No.07/705，626中公开了一个炉211的实例。正如所公开的那样，在这里的图14中，炉211包括：工作腔215；区216-216H；炉加热器218；预热腔224；炉的进料门225；炉的上端226；炉的出料门227；炉的下端228；辊式炉床234；辊子236；筐240，用于运送铸件；轴扇244；炉顶245；筛网252；挡板253；送砂器259；中心收集料斗260。为了更清楚地了解炉211，请参见系列申请No.07/705,626，该申请已被包括在本说明书中。炉211还包括有漏斗30和卸料阀组件100。区216A、216B装备有射流器40(见图1、图2、图3和图4)、导管80和磨盘60。预热腔和区216E装备有射流器40′(见图6、图7和图8)，区216F、216G、216H装备有射流器40″(见图9、图10、图11和图12)。型砂25在图中象征性地示出，这些型砂25被收集在漏斗出口35处。

图15表示的是补加砂再生装置180，该装置180是本发明的又一个实施例的一部分。该补加砂再生装置180包括一个再生漏斗181，该再生漏斗181具有一个入口182、一个出口183和一个壁184。补加砂再生装置180还包括一个卸料器190，它有一个卸料入口191和一个卸料出口192。在该最佳实施例中，该卸料器190是一个螺旋推料器。卸料入口191与漏斗出口183相连接，其连接方式是工业领域的技术人员所了解的方式，例如通过焊接进行连接或采用螺纹连接。补加砂再生装置180还包括一个输送管195，输送管195有内部空间199。该输送管195还具有管入口196、管出口197和一个供氧管198，该供氧管198与管内部199连通。管入口196与卸料出口192相连接，其连接方式是工业领域的技术人员所了解的方式，例如通过焊接进行联接或采用螺纹连接。

图16是按照本发明的另一个实施例将图15中的补加砂再生装置180安装到给合在一起的热处理炉19和炉内砂再生装置20的顶部时的剖视图。再生漏斗181和卸料器190位于热处理炉19的外部。输送管195穿过热处理炉19并紧接近于U型管式炉加热器218′。管出口197的取向是朝向漏斗入口33的。

图17是图15中的再生漏斗181的剖视图。在该图中剖去了再生漏斗的壁184的一部分，以露出由该壁184所围成的漏斗的内部185。在该再生漏斗的内部185有加热器186、供氧器187和料位指示器188。再生漏斗181还包括一个循环排气管道189和一个气体过滤管道198，所说的循环排气管道189将气体排入到热处理炉19中。

以下叙述本发明装置的操作。

返回来参见图1和图14，当依照系列申请No.07/705,626中所公开的方法和设备对带有砂芯的铸件进行处理时，砂和砂芯部分通过漏斗入口33而降落，砂朝着漏斗出口而收集在漏斗30中。在漏斗30中的砂积累到一限定的砂面高度之前，双翻卸阀110中的第一盘116和第二盘117一直保持分别与第一座118和第二座位119相接触。因此，当砂和砂芯部分通过漏斗人口33继续降落时，漏斗30中砂芯的水平面高度在增加。

图1、图2、图3和图4公开了本发明的第一最佳实施例。该第一最佳实施例的核心设备和工艺被称为“带靶的高温射流”。在这个实施例中，通过空气入口65而提供压缩空气。来自加热器60的被氧化和加热了的空气从射流管41的射流端42喷出。当砂的水平面升至射流端42的水平面之上时，射流开始，被氧化和加热了的空气对射流端42上方的部分砂芯进行射流。也就是说，该空气向上流经型砂，使这些砂悬浮并象紊流流体一样运动。该射流进一步将砂推进，使砂穿过导管通道82，在此处，被输送的这部分砂的流动轨迹的取向是朝向磨盘90的盘面91的。这部分砂接触到磨盘90然后向着射流端42回落，在射流端42处这些砂再被进一步射流。这部分被射流的砂彼此与盘面91研磨。通过这种方法而进行的研磨敲掉了粘在砂上的灰渣。这样就露出了未燃烧的粘结剂，从而有助于粘结剂的燃烧。除了通过暴露出未燃烧的粘结剂而有助于粘结剂的燃烧以外，射流器40还通过提供热的和氧化了的环境而促进燃烧。这样，露出的粘结剂燃烧，从而促进从砂芯再生的砂的净化。因为这种“带靶的高温射流”包括了很多使砂再生的技术(至少包括射流、射流与磨盘相结合、加热促进燃烧、氧化促进燃烧)，所以与下文所谈及的工艺方法相比较，上述这种工艺具有很高的生产能力。

本发明的其它一些实施例之一在图6、图7和图8中示出，这些实施例被称作“热射流”。“热射流”不是向着一个靶子来推进砂芯部分。但“热射流”在其它方面是与“带靶的热射流”相类似的。通过空气入口65而提供压缩空气。来自加热器60的被氧化和加热了的空气从射流孔51排出。当砂的水平面接近射流孔51的水平面时，射流开始。通过调整射流孔51的位置和朝向，来促进和增强射流。被射流的这部分砂彼此研磨。通过这种方法而进行的研磨碰掉了粘在砂上的灰渣，这就使未燃烧的粘结剂暴露出来，因此而促进了粘结剂的燃烧。除了通过暴露出未燃烧的粘结剂来促进粘结剂的燃烧以外，射流器40′还通过提供热的和氧化了的环境而促进燃烧。这样，露出的粘结剂燃烧，从而促进从砂芯再生的砂的净化。因为“热射流”不使用靶子，所以它的研磨程度一般不如“带靶的热射流”的研磨程度大。因此，“热射流”方法一般比“带靶的热射流”方法露出的粘结剂少并因此而使粘结剂燃烧得少。因此，“热射流”方法一般比“带靶的热射流”方法的生产能力低。因此，“带靶的热射流”方法应用在较大的砂和砂芯通过漏斗入口33而降落的场合，而“热射流”方法则应用于较适中的砂和砂芯通过漏斗入口33而降落的场合。

本发明的其它的实施例之一在图9、图10、图11和图12中示出，这些实施例被称作“冷射流”。“冷射流”有点类似于“热射流”，所不同的是“冷射流”不包括加热。压缩空气被供入到射流管41″的源端43″。借助于射流管41″的射流端42″和接管孔147，进入到环内部142中。然后该压缩空气通过射流孔146而从射流环140中释放出来。当砂的水平面升至射流孔146的上方时，射流开始。被射流的这部分砂彼此研磨。通过这种方法而进行的研磨碰掉了粘在砂上的灰渣，这就使未燃烧的粘结剂显露出来了，因此而促进粘结剂的燃烧。除了通过暴露未燃烧的粘结剂而促进粘结剂的燃烧以外，射流器40″还通过向环境提供添加的氧气而促进燃烧(燃烧所需的热由热处理炉19提供)。这样，露出的粘结剂燃烧，以促进从砂芯再生的砂的净化。因为“冷射流”不加热促进燃烧，所以它的燃烧程度一般不如“热射流”的燃烧程度。因此，“冷射流”一般比“热射流”的生产能力低。这样，“冷射流”应用在较小较清洁的砂通过漏斗入口33而降落的场合。“冷射流”除了使砂再生以外还在砂通过双翻卸阀110之前使砂冷却。这就保护了双翻卸阀110使其免受热应力和应变，并使得能够使用较便宜的双翻卸阀110。

如上所述，本发明的不同的实施例具有不同的生产能力。如系列申请No.07/705,626中所述，一连续的工艺炉211内的不同区216(见图14)具有不同的使砂芯从铸件上松散下来的能力。因此，有必要在一些区216中再生较多的砂而在另一些区中再生较少的砂。按照本发明的一个多区的实施例，如图14所示，在高能力区216A、216B采用具有较高能力的炉内砂再生装置20(例如图1-4)；在预热腔224和中等能力区216E中采用具有中等能力的炉内砂再生装置20(例如图6-8)；在炉211的低能力区216F、216G、216H中采用具有较低能力的炉内砂再生装置20(例如图9-12)。同样，最好在具有较高生产能力的间歇式炉中采用本发明的具有较高生产能力的实施例，而在生产能力较低的间歇式炉中采用本发明中的具有较低生产能力的实施例。

在本发明的几个实施例中，信号发生压力计70和其辅助设备用于对砂的水平面提供可靠的控制，因此而控制了积累在漏斗30内的砂的体积(参见图2和图9)。当砂通过漏斗入口33而连续降落时，漏斗30内的砂的水平面增高。随着砂的水平面高度的增加，对从射流管的射流端42中所射出的空气流的阻力增大，并且射流管41内的背压增加。与信号发生压力计70相关联的信号调节器74是这样设置的，即：当信号发生压力计70探测到射流管内部44中的一定的背压时，产生一个“高水平面”信号。气动的阀操纵件130通过信号电缆73接收该“高水平面”信号。当气动的阀操纵件130接收到上述信号时它操纵双翻卸阀110 。双翻卸阀110是被这样操纵的，即：第一盘116和第二盘117交替地分别从第一座118和第二座119上。这一操作使得当第一盘116不与第一座118相接触时，第二盘117与第二座119相接触，反之亦然。这样，当双翻卸阀110处于正在操作之中、漏斗30内的砂正借助于该双翻卸阀110而从漏斗30中流向热处理炉19的外部时，在漏斗出口35处保持背压，以使射流不中断。在漏斗出口35处保持背压是重要的，这是因为通过射流管41而提供的压缩空气将取阻力最小的路径。如果第一盘116和第二盘117都离开它们的座，并且在漏斗内有一定效量的砂，则阻力最小的路径将是穿过双翻卸阀110而通向炉的外部的大气中的路径。因此，该压缩空气将流过该双翻卸阀110而不是强制该压缩空气的流路向上穿过积累在漏斗中的砂。在本发明的另一实施例，用一个星阀或螺旋推进器或其它类型的具有卸料和密封功能的装置来替换双翻卸阀110。

在本发明的另一些实施例中，安装在漏斗壁31上的信号发生传感器170(见图13)用于对积累在漏斗30中的砂的水平面进行可靠的控制，并因此而对该砂的体积进行可靠的控制。在一个实施例中该信号发生传感器170饭后电容探针。电探针安装在漏斗壁上，电探针的每一个安装位置对应于这样一个水平面，即：当砂处于该水平面上时需操作双翻卸阀110。所说的这个特定的水平面(即双翻卸阀110将进行操作时所对应的那一水平面)是通过操纵选择器171而确定的，该选择器171确定出是哪一个探针正在受控制。当砂的水平面升高而进入与控制用的电控针相接触的状态时，产生一个“高水平面”信号。气动阀操纵件130通过信号电缆73’接收该“高水平面”信号。当气动阀操纵件130接收到该信号时它如上所述操纵双翻卸阀110。

通过控制砂在漏斗30中的停留时间来控制再生砂的特性。停留时间越长，砂被射流的时同就越长。当对涂敷在砂上的粘结剂进行较长时间的射流时，保留在再生砂上的粘结剂就较少，在该再生砂中就含有较多的细料。当对涂敷在砂上的粘结剂进行较短时间的射流时，保留在再生砂上的粘结剂就较多，在该再生砂中就含有较少的细料。所说的停留时间是通过控制所允许积累在漏斗30中的砂的体积而进行控制的。所允许积累在漏斗30中的砂的体积越大，该停留时间就越长(假定砂的输入是恒定的)。在本发明的一个最佳实施例中，所允许积累在漏斗30中的砂的体积是通过调节信号调节器74来选择的，在本发明的第二实施例中，所允许积累在漏斗30中的砂的体积是通过调节选择器171来选择的。在包括有信号发生压力计70的实施例中，如果在调节该信号调节器74时大体积的砂积累在漏斗30中，则信号发生压力计70在一较高的压力下发生一个“高水平面”的信号。如果在调节该信号调节器74时小体积的砂积累在漏斗30中，则信号发生压力计70在一较低的压力下发出一个“高水平面”的信号。在包括有多个信号发生传感器170的实施例中，通过调节选择器171选择出这样一个信号发生传感器170，即该传感器170处于与所需的砂的体积相对应的水平面上，由此即可在漏斗30中积累大体积的砂或积累小体积的砂。

返回来参见图2和图4，在本发明的最佳实施例中，还可通过调节位于射流管41的射流端42之上方的磨盘90的高度来控制再生砂的特性。所说的磨盘90的高度是这样调节的，即：松开螺旋扣98，将钩端97从钩圈99中取下，再将该钩端97钩到邻近的钩圈99上，然后将螺旋扣98拧紧。经过炉19或经过漏斗壁31上的闸门而将上述这些构件放置到漏斗30中。一般来说，当降低磨盘90的高度时会产生更大程度的研磨，这是因为被气流推进的砂以更大的力撞击磨盘90，因此，在再生砂中就包含有较少的粘结剂并且包含有更多的细料。一般来说，当增加磨盘90的高度时会产生较小程度的研磨，这是因为被气流推过的砂以较小的力撞击磨盘90，因此，在再生砂中就包含有较多的粘结剂并且包含有较少的细料。

参见图15至图17，使用了补加砂再生装置180，该装置180与射流器40及热处理炉19中的其它构件相连接，以通过其它一些工艺而进一步净化那些已被再生过的砂，并通过另外的工艺再生那些已进行过初始再生的砂芯中的砂。那些被导入到该补加砂再生装置180中的砂芯及覆膜砂不粘结在铸件上。举例来说，如果意外地把砂芯的的形状模制错了，使得它不能用于铸造的话，就将该砂芯弄碎并将碎了的砂芯放入到该补加砂再生装置180中。碎了的砂芯及覆膜砂通过该再生装置的入口182被导入到补加砂再生装置180中。加热器186和供氧器187使该再生装置的内部185保持大气状态，以使与导入的砂及碎砂芯相联带的一些粘结剂燃烧，从而使得砂在该再生漏斗191中再生。这些再生砂通过卸料器190而从再生漏斗181中传送到输送管195中。输送管195内的砂靠重力从管入口196向着管出口197落下。由于输送管195紧挨着U型的炉加热器218’，所以该输送管195中的砂被加热。输送管195中的砂还暴露于通过供氧线198而供给的氧气当中。因此，至少一些经过了输送管195的被暴露的粘结剂被燃烧。当砂从管出口197经过时砂降落到漏斗30中，在该漏斗30中砂如上所述通过射流而被进一步净化。

本发明的上述这些实施例可由各种各样的材料构成并包括各种各样的构件。以下仅举例说明。漏斗30、导管80以及磨盘可用各种耐磨合金制做。特别是，漏斗30和导管80可用4130钢、4140钢或1020钢制做，磨盘90可用一种铸造高锰合金制做。射流环140可由A36结构钢方管构成。高压燃烧炉(在本发明的一个实施例中它用作加热器60)可采用依克利波斯(Eclipse)牌号。信号发生压力计70可采用Dwyer牌号的光电计。电容探针(在本发明的一个实施例中该电容探针用作信号发生传感器170)和料位指示器188可采用Endress Hauser牌号的LSC1110系列电容探针。对这些探针提供低电压，当该探针与某些材料(例如砂)相接触时，电流流入该材料中，该探针就感应出该电流。双翻卸阀110可采用由Plattco公司制造的尼哈特含镍白口铸铁(Ni-Hard)和镍铬合金的高温双翻卸阀。射流管41可由不锈钢制成。加热器186可采用National牌号的碳化硅加热元件。

尽管已参照本发明的最佳实施例及其替换的实施例对本发明进行了详细的说明，但应懂得的是，在本发明的精神和范围之内可作出各种变化和改型，正如在此之前所述的及在下面的权利要求中所限定的那样。

Claims (21)

1.一种用于对带砂芯的铸件进行热处理和对该砂芯中的砂进行再生的方法，所说的砂芯中的砂由可燃粘结剂粘结，砂芯连在铸件上，所说的方法包括下列步骤：

将铸件放入炉中；

加热所说的炉；

当铸件处于炉中时将砂芯与铸件分解开；

在炉内对已松解的砂芯进行再生，其中，所说的再生步骤至少包括搅拌已松解的砂芯。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的再生步骤至少还包括：

将已松解的砂芯加热至粘结剂的燃烧温度之上；

将已松解的砂芯暴露于充氧的大气环境中；

由此而使得已松解的砂芯被燃烧；

研磨从已松解的砂芯上脱落下来的燃烧的砂粒，由此而使已松解的砂芯中的粘结剂暴露于充氧的大气环境中，从而使该砂芯中的粘结剂燃烧。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所说的研磨步骤至少包括使已松解的砂芯与已松解的砂芯相互研磨的步骤。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所说的研磨步骤至少包括使已松解的砂芯与一磨盘相磨的步骤。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的再生步骤至少还包括对已松解的砂芯进行射流。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所说的射流步骤至少包括使已松解的砂芯悬浮而象紊流流体那样动作。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所说的再生步骤至少还包括：

将已松解的砂芯加热至粘结剂的燃烧温度之上；

将已加热的砂芯暴露于一充氧的大气环境中；

由此而使砂芯中的粘结剂燃烧；

所说的使已松解的砂芯悬浮而象紊流流体那样动作的步骤中至少包括研磨从已加热的砂芯上脱落下来的燃烧的砂粒，由此而使已加热的砂芯中的粘结剂被暴露于充氧的大气环境中，从而使砂芯中的粘结剂燃烧。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所说的射流步骤至少包括将已松解的砂芯加热至粘结剂的燃烧温度之上。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所说的再生步骤至少还包括使已加热的砂芯暴露于一充氧的大气环境中，从而使该砂芯中的粘结剂被燃烧。

10.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所说的射流步骤至少包括将已松解的砂芯暴露于一充氧的大气环境中。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所说的再生步骤至少还包括将那些被暴露于一充氧的大气环境中的已松解的砂芯加热至粘结剂的燃烧温度之上，由此而使该砂芯中的粘结剂燃烧。

12.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所说的射流步骤至少包括研磨已松解的砂芯。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，

所说的再生步骤至少还包括：

将已松解的砂芯加热至粘结剂的燃烧温度之上；

将已加热的砂芯暴露于一充氧的大气环境中；

由此而使砂芯中的粘结剂燃烧；

所说的研磨砂芯的步骤至少包括研磨从已加热的砂芯上脱落下来的燃烧的砂粒，由此而使已加热的砂芯中的粘结剂暴露于充氧的大气环境中，从而使砂芯中的粘结剂燃烧。

14.如权利要求1所述的方法，进一步包括下列步骤：

从炉中卸出再生过的砂；有选择地控制所说的再生的强度；

由此而有选择地控制从炉中卸出的再生砂中所含有的粘结剂的量和细料量。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所说的再生步骤至少还包括研磨砂芯；所说的有选择地控制再生强度的步骤至少包括有选择地控制研磨的强度。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，

所说的再生步骤至少还包括：

沿着预定的路径将预定位置上的砂芯推进；

在预定的路径内在与所说的预定位置相距一预定的距离的地方放置一块磨盘；

由此而使得被推进的砂芯与该磨盘相磨；

所说的有选择地控制于生强度的步骤至少包括改变磨盘与预定的位置(砂芯从这个预定的位置被推进)之间的距离。

17.如权利要求1所述的方法，进一步包括下列步骤：从炉中卸出再生过的砂；有选择地控制再生过程的持续时间，由此而有选择地控制从炉中卸出的再生砂中所含有的细料量及粘结剂的量。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，

所说的再生步骤至少还包括：

将已松解的砂芯加热到粘结剂的燃烧温度之上；

将已加热的砂芯暴露于一充氧的大气环境中；

由此而使砂芯中的粘结剂燃烧；

研磨从已加热的砂芯上脱落下来的燃烧的砂粒，从而使已加热的砂芯中的粘结剂暴露于充氧的大气环境中，由此而使砂芯中的粘结剂燃烧；

所说的有选择地控制再生过程所持续的时间的步骤至少包括有选择地控制所说的卸料，以有选择地控制砂芯在炉中停留的时间量并因此而控制砂芯经受再生步骤的作用的时间量；

由此就有选择地控制了从炉中卸出的再生砂中所含有的细料量及粘结剂的量。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所说的有选择地控制卸料的步骤至少包括有选择地控制炉中所装有的砂芯的量。

20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所说的有选择地控制卸料的步骤至少包括以下各步骤：

确定收集在炉内的砂芯的量；

当炉中收集了预定量的砂芯时开始所说的卸料步骤；

当炉中所收集的砂芯的量少于预定量时中止所说的卸料步骤。

21.一种用于对带砂芯的铸件进行热处理和对砂芯中的砂进行再生的设备，所说的砂芯中的砂由可燃粘结剂粘结，砂芯连在铸件上，所说的设备包括：

一个用以在其内接收铸件的炉；

一个用于加热所说的炉的炉加热装置；

一个用于当铸件位于炉中时将砂芯与铸件松解开的松解装置；

一个与所说的松解装置分开的用于在炉内对已松解的砂芯进行再生的再生装置，其中，所说的再生装置至少包括一个用于在炉中搅拌已被松解装置松解的砂芯的搅拌装置。

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