JP2005138117A - Method and apparatus for manufacturing shell sand mold - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鋳造に用いられるシェル砂型製造方法及び装置に関し、特に、シェル砂を短時間で硬化させてシェル砂型の造型時間を短縮したり、臭気の低減を図ったりすることができるシェル砂型製造方法及び装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a shell sand mold manufacturing method and apparatus used for casting, and in particular, shell sand mold manufacturing that can shorten shell sand mold molding time and reduce odor by hardening shell sand in a short time. The present invention relates to a method and an apparatus.
シェル砂型は、鋳型の一種であり、鋳物の鋳造等に用いられるものである。
一般的に、シェル砂型の製造は、熱硬化性樹脂と鋳物砂とを含むシェル砂を、離型剤が塗布された金型のキャビティ内に充填した後、金型を加熱することでシェル砂を硬化させ、硬化したシェル砂を金型から離型することで行われている。
このように、金型を加熱してシェル砂を硬化させる場合は、まず金型の熱がシェル砂の金型に接触する部分に伝達され、その後この部分からシェル砂の他の部分へ熱が伝わっていくので、シェル砂全体が熱硬化性樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度にまで加熱されるのには長時間を要していた。
The shell sand mold is a kind of mold and is used for casting casting.
In general, shell sand molds are manufactured by filling shell cavities containing a thermosetting resin and foundry sand into mold cavities coated with a release agent, and then heating the mold to form shell sand. Is cured, and the cured shell sand is released from the mold.
Thus, when the mold is heated to harden the shell sand, the heat of the mold is first transferred to the part of the shell sand that contacts the mold, and then heat is transferred from this part to the other part of the shell sand. Therefore, it took a long time for the entire shell sand to be heated to a temperature higher than the temperature at which the thermosetting resin can be cured or to a curing start temperature.
そこで、シェル砂の硬化時間を短縮するべく、高温の空気等の気体を加熱媒体としてシェル砂に通気させることで、シェル砂を硬化させる技術(特許文献1参照)や、シェル砂を充填した型内に水蒸気を吹き込むことでシェル砂を硬化させる技術(特許文献2参照)が考案されている。 Therefore, in order to shorten the hardening time of the shell sand, a technique for hardening the shell sand by passing a gas such as high-temperature air as a heating medium in the shell sand (see Patent Document 1), or a mold filled with the shell sand. The technique (refer patent document 2) which hardens shell sand by blowing water vapor | steam inside is devised.
前述の、高温の気体をシェル砂に通気させる特許文献1に記載された技術の場合、シェル砂全体に気体を接触させることが可能となるが、通気される気体が乾燥気体であるため、気体の熱がシェル砂に伝達されにくく、シェル砂の硬化時間を十分に短縮することができなかった。
In the case of the technique described in
また、特許文献2に記載の技術では、加熱媒体として水蒸気を用いているが、型の予熱がないため、または予熱温度が熱硬化性樹脂の硬化可能な温度もしくは硬化開始温度に比べて低いため、水蒸気からの熱が型に吸収されて、シェル砂へ伝達される熱量が減少し、シェル砂の硬化時間を十分に短縮することができなかった。 In the technique described in Patent Document 2, water vapor is used as a heating medium, but because there is no preheating of the mold, or because the preheating temperature is lower than the temperature at which the thermosetting resin can be cured or the curing start temperature. The heat from the water vapor was absorbed by the mold, and the amount of heat transferred to the shell sand was reduced, and the hardening time of the shell sand could not be shortened sufficiently.
そこで、本発明は、シェル砂の硬化時間を十分に短縮したり、臭気の低減を図ったりすることができるシェル砂型製造方法及び装置を提供するものである。 Therefore, the present invention provides a shell sand mold manufacturing method and apparatus capable of sufficiently shortening the curing time of shell sand and reducing odor.
上記課題を解決する本発明のシェル砂型製造方法及び装置は、以下の特徴を有する。
即ち、本発明のシェル砂型製造方法は、シェル砂樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上に加熱された金型内へ充填されるシェル砂に、シェル砂樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上の熱容量の高い過熱水蒸気を通過させることにより、シェル砂を硬化させるものである。
具体的には、本シェル砂型製造方法は、金型をシェル砂樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上に加熱する工程と、金型のキャビティにシェル砂を充填する工程と、充填したシェル砂に過熱水蒸気を供給してシェル砂を硬化させる工程とを備えている。
このように、加熱媒体として過熱水蒸気を用いることで、シェル砂の熱硬化性樹脂が硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上にまで加熱されるまでの時間を短縮することができ、その結果シェル砂の硬化時間を短くすることができる。
また、金型を、シェル砂の熱硬化性樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上となるように加熱・保持することで、金型との界面のシェル砂を早急に硬化可能な温度以上または硬化開始温度まで加熱するとともに、過熱水蒸気からシェル砂に伝達された熱が、金型1側へ逃げることを防止して、シェル砂の硬化時間をさらに短縮している。
さらに、過熱水蒸気を吹き込むことで、金型の表面から離れている中心部の常温のシェル砂を、極めて短時間に硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上に加熱することができるため、シェル砂型の造型が容易となる。
これにより、キャビティ内のシェル砂の造型時間を大幅に短縮することが可能となる。
The shell sand mold manufacturing method and apparatus of the present invention for solving the above-described problems have the following characteristics.
That is, the shell sand mold manufacturing method of the present invention is such that shell sand filled in a mold heated to a temperature higher than the curing temperature of the shell sand resin or higher than the curing start temperature is equal to or higher than the curing temperature of the shell sand resin. Shell sand is hardened by passing superheated steam having a high heat capacity equal to or higher than the curing start temperature.
Specifically, the present shell sand mold manufacturing method includes a step of heating the mold to a temperature at which the shell sand resin can be cured or higher or a curing start temperature or more, and a step of filling the mold cavity with shell sand. Supplying superheated steam to the shell sand to harden the shell sand.
Thus, by using superheated steam as a heating medium, it is possible to shorten the time until the shell sand thermosetting resin is heated to a temperature at which the thermosetting resin of the shell sand is cured or above the curing start temperature. Sand curing time can be shortened.
In addition, by heating and holding the mold so that it is at or above the temperature at which the thermosetting resin of the shell sand can be cured or at the curing start temperature, the temperature at which the shell sand at the interface with the mold can be cured quickly. In addition to heating to the curing start temperature, the heat transmitted from the superheated steam to the shell sand is prevented from escaping to the
Furthermore, by blowing superheated water vapor, the shell sand mold at the room temperature in the center part away from the surface of the mold can be heated to a temperature that can be cured in a very short time or higher than the temperature at which curing can be started, or the shell sand mold. Is easy to mold.
Thereby, it is possible to greatly shorten the molding time of the shell sand in the cavity.
また、本発明のシェル砂型製造装置は、シェル砂が充填されるキャビティを有する金型と、過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生器とを備え、前記金型には、過熱水蒸気をキャビティへ供給するための供給経路、及びキャビティから水蒸気を排出するための排出経路が形成されている。
これにより、キャビティ内のシェル砂に過熱水蒸気を供給することが可能となって、シェル砂の熱硬化性樹脂が硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上にまで加熱されるまでの時間を短縮することができ、その結果シェル砂の硬化時間を短くすることができる。
そして、キャビティ内のシェル砂の造型時間を大幅に短縮することが可能となる。
In addition, the shell sand mold manufacturing apparatus of the present invention includes a mold having a cavity filled with shell sand and a superheated steam generator for generating superheated steam, and the mold supplies superheated steam to the cavity. A supply path for discharging water vapor and a discharge path for discharging water vapor from the cavity are formed.
As a result, it becomes possible to supply superheated steam to the shell sand in the cavity, and shorten the time until the thermosetting resin of the shell sand is heated to a temperature at which it can be cured or above the curing start temperature. As a result, the hardening time of the shell sand can be shortened.
And it becomes possible to shorten significantly the molding time of the shell sand in a cavity.
さらに、前記金型には複数の排出経路が形成され、少なくとも一部の排出経路には、過熱水蒸気を排出方向へ吸引するポンプが接続されている。
キャビティの形状や金型の構造等により、そのままではキャビティ内に過熱水蒸気の通過しにくい箇所がある場合は、過熱水蒸気を排出方向へ吸引するポンプが接続された排出経路をその箇所に配置することで、その箇所への過熱水蒸気の供給量を増加させ、他の箇所のシェル砂と同様の速い時間で硬化させることができる。
これにより、キャビティ内のシェル砂の硬化時間を全体的に縮めて、シェル砂型の造型時間を短縮することができるとともに、樹脂が硬化するときに発生する臭気も吸引排出されるため、作業環境を著しく向上することができる。
Furthermore, a plurality of discharge paths are formed in the mold, and a pump for sucking superheated steam in the discharge direction is connected to at least a part of the discharge paths.
If there is a location in the cavity where it is difficult for superheated steam to pass due to the shape of the cavity, mold structure, etc., a discharge path connected with a pump that draws superheated steam in the discharge direction should be placed at that location. Thus, the amount of superheated steam supplied to the location can be increased and cured in the same fast time as the shell sand at other locations.
As a result, the hardening time of the shell sand in the cavity can be shortened as a whole, and the molding time of the shell sand mold can be shortened, and the odor generated when the resin hardens is sucked and discharged, so that the working environment is reduced. It can be significantly improved.
本発明によれば、シェル砂の硬化時間を短くすることができ、キャビティ内のシェル砂の造型時間を大幅に短縮することが可能となる。
また、キャビティの形状や金型の構造等により、そのままではキャビティ内に過熱水蒸気の通過しにくい箇所がある場合でも、キャビティ内のシェル砂の硬化時間を全体的に縮めて、シェル砂型の造型時間を短縮することができるとともに、樹脂が硬化するときに発生する臭気も吸引排出されるため、作業環境を著しく向上することができる。
According to the present invention, the hardening time of the shell sand can be shortened, and the molding time of the shell sand in the cavity can be greatly shortened.
Also, even if there is a place where superheated steam is difficult to pass through in the cavity due to the shape of the cavity and the mold structure, etc., the shell sand molding time in the cavity is shortened as a whole, and the molding time of the shell sand mold is reduced. In addition, the working environment can be remarkably improved because the odor generated when the resin is cured is sucked and discharged.
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
まず、本発明のシェル砂型製造装置について説明する。
図1に示すように、シェル砂型製造装置は、上型1a及び下型1bにて構成される金型1と、過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生器2とを備えており、金型1にはブロープレート4が付設されている。
Next, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
First, the shell sand mold manufacturing apparatus of the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, the shell sand mold manufacturing apparatus includes a
過熱水蒸気発生器2と金型1とは、ブロープレート4を介して送風管3により接続されており、過熱水蒸気発生器2にて発生した過熱水蒸気は、送風管3からブロープレート4に形成される送風路41を通じて金型1へ送風される。
なお、過熱水蒸気とは、飽和水蒸気をさらに加熱してその飽和温度以上の温度に上げたものをいい、例えば大気圧で100℃よりも高温の水蒸気が過熱水蒸気となる。
The superheated steam generator 2 and the
In addition, superheated steam means what heated further saturated steam, and raised it to the temperature more than the saturation temperature, for example, steam higher than 100 degreeC by atmospheric pressure turns into superheated steam.
金型1にはシェル砂5が充填されるキャビティ11が形成されており、該キャビティ11は、金型1に形成される複数の供給経路12により、ブロープレート4の送風路41と接続されている。なお、ここでいう「シェル砂」とは、「レジンコーテッドサンド」のことをいう。
また、キャビティ11から供給経路12の反対側へ延出する複数の排出経路13が、金型1に形成されている。
なお、供給経路12及び排出経路13は、本実施形態では複数経路形成しているが、一経路のみ形成することも可能である。
A
A plurality of
In addition, although the supply path |
このように構成されるシェル砂型製造装置においては、過熱水蒸気発生器2で発生した過熱水蒸気が、送風管3及び送風路41を通じて供給経路12へ送風され、キャビティ11に充填されたシェル砂5を通過した後に、排出経路13を通じて外部へ排出される。
In the shell sand mold manufacturing apparatus configured as described above, the superheated steam generated by the superheated steam generator 2 is blown to the
シェル砂5は、鋳物砂と、シェル砂樹脂としての熱硬化性樹脂とを含んでおり、加熱されることで熱硬化性樹脂の硬化が進行し、所定の形状に形成されたシェル砂5がその形状で硬化する。
シェル砂型製造装置では、過熱水蒸気がキャビティ11を通過することで、該キャビティ11に充填されたシェル砂5が加熱され硬化する。
なお、ここでいう「シェル砂樹脂」とは、「レジンコーテッドサンドに用いる樹脂」のことをいう。
The
In the shell sand mold manufacturing apparatus, when the superheated steam passes through the
Here, “shell sand resin” refers to “resin used for resin-coated sand”.
次に、本シェル砂型製造装置を用いてシェル砂型を製造する際のフローについて説明する。なお、ここでいう「シェル砂型」とは、「鋳型」のことをいう。
図2に示すように、シェル砂型を製造する際には、まず金型1を所定の温度にまで加熱するとともに(S01)、金型1の上型1aと下型1bとを閉じて(S02)、閉じた金型1のキャビティ11内にシェル砂5を充填する(S03)。
Next, the flow at the time of manufacturing a shell sand mold using this shell sand mold manufacturing apparatus will be described. Here, the “shell sand mold” refers to a “mold”.
As shown in FIG. 2, when the shell sand mold is manufactured, the
次に、過熱水蒸気発生器2により過熱水蒸気を発生させ、キャビティ11内に過熱水蒸気を供給する(S04)。キャビティ11内に供給された過熱水蒸気はシェル砂5を通過して、排出経路13から外部へ排出される。
過熱水蒸気の供給は、シェル砂5が硬化するまで継続される。
Next, superheated steam is generated by the superheated steam generator 2, and superheated steam is supplied into the cavity 11 (S04). The superheated steam supplied into the
The supply of superheated steam is continued until the
シェル砂5が硬化した後は過熱水蒸気の供給を停止し、金型1を開いて(S05)、ワーク(硬化したシェル砂5)を取り出す(S06)。
以降、金型1を所定の加熱温度に保持しながら、S02からS06のステップを繰り返し行う。
After the
Thereafter, the steps from S02 to S06 are repeated while holding the
ここで、シェル砂5をキャビティ11へ充填し過熱水蒸気の供給を開始してから、シェル砂5が硬化するまでの時間は、シェル砂5に含まれる熱硬化性樹脂が硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上にまで加熱されるまでの時間に、熱硬化性樹脂が硬化を開始してから硬化終了に至るまでの時間を加えたものである。
Here, the time from filling the
本シェル砂型製造装置では、シェル砂5の加熱媒体として「過熱水蒸気」を用いているが、これは加熱媒体として過熱水蒸気を用いると、被加熱物の温度上昇が速いからである。
例えば、図3に示すように、前述の特許文献1に記載される技術における高温の空気等といった高温ガスを加熱媒体として用いて、被加熱物であるワークを加熱した場合には、ワークの温度は時間とともに徐々に上昇していき、加熱開始から時間t2で目標温度Tに達する。
In this shell sand mold manufacturing apparatus, “superheated steam” is used as the heating medium of the
For example, as shown in FIG. 3, when a workpiece that is an object to be heated is heated using a high-temperature gas such as high-temperature air in the technique described in
これに対し、加熱媒体として過熱水蒸気を用いた場合は、加熱開始から急激に温度が上昇して、時間t1で目標温度に達する。
過熱水蒸気を用いた場合の時間t1は、高温ガスを用いた場合の時間t2の十分の一程度である。
On the other hand, when superheated steam is used as the heating medium, the temperature suddenly rises from the start of heating and reaches the target temperature at time t1.
The time t1 when using superheated steam is about one tenth of the time t2 when using high-temperature gas.
このように、加熱媒体として過熱水蒸気を用いると温度上昇速度を顕著に速くすることができるため、シェル砂5の熱硬化性樹脂が硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上にまで加熱されるまでの時間を短縮することができ、その結果シェル砂5の硬化時間を短くすることができる。
As described above, when the superheated steam is used as the heating medium, the temperature rise rate can be remarkably increased. Therefore, until the thermosetting resin of the
また、キャビティ11内に供給する過熱水蒸気の温度は、キャビティ11内へ供給された時点でシェル砂5の熱硬化性樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上となるように設定している。
つまり、本シェル砂型製造装置では、通過させる過熱水蒸気からの熱をシェル砂5へ伝導することで、該シェル砂5を硬化させるようにしているため、キャビティ11内に供給された時点での過熱水蒸気の温度が熱硬化性樹脂の硬化可能な温度または硬化開始温度よりも高くなるように設定している。
Moreover, the temperature of the superheated steam supplied into the
That is, in this shell sand mold manufacturing apparatus, the heat from the superheated steam to be passed is conducted to the
また、シェル砂5を充填する前から加熱しておく金型1の温度も、以下の理由により、シェル砂5の熱硬化性樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上となるように設定している。
つまり、金型1の加熱温度が熱硬化性樹脂の硬化可能な温度または硬化開始温度よりも低いと、キャビティ11に充填されたシェル砂5に金型1の熱が吸収されて温度が下がるため、金型1との界面部分の温度も硬化可能な温度または硬化開始温度よりも低くなる。そのままでは金型1との界面部分のシェル砂5は硬化しない。
従って、シェル砂5が硬化を開始するためには、供給された過熱水蒸気からの熱がシェル砂5に伝達されて、金型1との界面のシェル砂5が硬化可能な温度または硬化開始温度まで加熱される必要があるが、これではシェル砂5が硬化するまでに長時間を要してしまうことになる。
さらに、金型1の加熱温度が熱硬化性樹脂の硬化可能な温度または硬化開始温度よりも低いと、過熱水蒸気からシェル砂5に伝達された熱が、金型1側へ逃げてしまうため、シェル砂5を硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上にまで加熱するのに時間がかかってしまう。
In addition, the temperature of the
That is, if the heating temperature of the
Therefore, in order for the
Furthermore, when the heating temperature of the
そこで、本シェル砂型製造装置では、金型1との界面のシェル砂5を早急に硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上にまで加熱するとともに、過熱水蒸気からシェル砂5に伝達された熱が、金型1側へ逃げることを防止するために、金型1の加熱温度がシェル砂5の熱硬化性樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上となるように加熱・保持している。
Therefore, in the present shell sand mold manufacturing apparatus, the
以上のように、金型1の予熱温度、及び過熱水蒸気の温度をシェル砂5の熱硬化性樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上とすることで、シェル砂5の硬化時間を短縮することを可能としている。
なお、図4に示すように、シェル砂5の熱硬化性樹脂の硬化時間(図4ではゲル化時間で表している)は、温度が高くなる程短くなるため、硬化時間を短縮するためには、樹脂の特性等が変化しない程度に、金型1の予熱温度及び過熱水蒸気の温度を高くするのが望ましい。
As described above, the curing time of the
Note that, as shown in FIG. 4, the curing time of the thermosetting resin of the shell sand 5 (indicated by the gelation time in FIG. 4) becomes shorter as the temperature becomes higher. It is desirable to raise the preheating temperature of the
次に、過熱水蒸気の使用の有無及び金型1の加熱温度の違いによる、シェル砂5の硬化状態、すなわちキャビティ11に充填されたシェル砂5の造型性の比較を行った結果を表1に示す。
Next, Table 1 shows the result of comparison of the hardened state of the
表1における金型温度Ta、Tb、Tcは、全てシェル砂5の熱硬化性樹脂の硬化可能な温度または硬化開始温度よりも高く、Ta<Tb<Tcの順に高温となっている。
また、過熱水蒸気の供給時間又はワークの型内保持時間を示すta、tb、tc、td、teは、ta<tb<tc<td<teの順に長くなっている。
The mold temperatures Ta, Tb, and Tc in Table 1 are all higher than the temperature at which the thermosetting resin of the
Further, ta, tb, tc, td, and te indicating the supply time of superheated steam or the in-mold holding time of the workpiece are longer in the order of ta <tb <tc <td <te.
表1にみられるように、加熱媒体として過熱水蒸気を使用した場合と使用していない場合とでは、全ての金型温度Ta・Tb・Tcにおいて、過熱水蒸気を使用した場合の方が造型可能な最短時間がかなり短くなっていることが確認される。
また、過熱水蒸気を使用した場合と使用していない場合との何れにおいても、金型温度Ta・Tb・Tcが高くなるにつれて、造型可能な最短時間が短くなることが確認される。
そして、加熱媒体として過熱水蒸気を使用し、金型1の加熱温度を最も高いTcとすることで、taやtbといった短時間でシェル砂5の造型が可能となっている。
As can be seen from Table 1, in the case where superheated steam is used as the heating medium and in the case where it is not used, molding is possible when superheated steam is used at all mold temperatures Ta, Tb, and Tc. It is confirmed that the shortest time is considerably shortened.
Moreover, it is confirmed that the shortest time that can be formed becomes shorter as the mold temperature Ta, Tb, and Tc becomes higher in both cases of using superheated steam and not using it.
Then, by using superheated steam as the heating medium and setting the heating temperature of the
次に、シェル砂型製造装置の第二の実施形態について説明する。
図5に示すシェル砂型製造装置は、図1に示したシェル砂型製造装置の金型1におけるキャビティ11からの排気経路として、吸引排気経路14をさらに設けたものである。
吸引排気経路14は、サージタンク6を介して吸引ポンプ7に接続されており、該吸引ポンプ7により真空吸引されている。
Next, a second embodiment of the shell sand mold manufacturing apparatus will be described.
The shell sand mold manufacturing apparatus shown in FIG. 5 further includes a
The suction /
シェル砂型を造型する際、キャビティ11の形状や金型1の構造等によっては、キャビティ11内に過熱水蒸気の通過しにくい箇所が生じる場合がある。
このような過熱水蒸気が通過しにくい箇所ではシェル砂5の硬化時間が長くなるため、シェル砂5の造型時間も全体的に延びる原因となる。
When the shell sand mold is formed, depending on the shape of the
Since the hardening time of the
そこで、本実施形態のシェル砂型製造装置では、そのままでは過熱水蒸気が通過しにくい箇所に吸引排気経路14を設けて真空吸引することで、その箇所への過熱水蒸気の供給量を増加させ、他の箇所のシェル砂5と同様の速い時間で硬化させるようにしている。
すなわち、過熱水蒸気を排出方向へ吸引する吸引ポンプ7が接続された排出経路である吸引排出経路14を、キャビティ11内における、そのままでは過熱水蒸気が通過しにくい箇所に配置することで、その箇所への過熱水蒸気の供給量を増加させ、他の箇所のシェル砂と同様の速い時間で硬化させることができる。
これにより、キャビティ11内のシェル砂5の硬化時間を全体的に縮めて、シェル砂型の造型時間を短縮することができる。
なお、真空吸引を行う吸引排気経路14は適宜複数箇所に設けることも可能である。
Therefore, in the shell sand mold manufacturing apparatus of this embodiment, the
That is, the suction /
Thereby, the hardening time of the
Note that the suction /
1 金型
2 過熱水蒸気発生器
5 シェル砂
11 キャビティ
13 排気経路
1 Mold 2
Claims (4)
前記金型には、過熱水蒸気をキャビティへ供給するための供給経路、及びキャビティから過熱水蒸気を排出するための排出経路が形成されることを特徴とするシェル砂型製造装置。 A mold having a cavity filled with shell sand, and a superheated steam generator for generating superheated steam,
The shell sand mold manufacturing apparatus, wherein a supply path for supplying superheated steam to the cavity and a discharge path for discharging superheated steam from the cavity are formed in the mold.
The shell sand mold manufacturing apparatus according to claim 3, wherein a plurality of discharge paths are formed in the mold, and a pump for sucking superheated steam in the discharge direction is connected to at least a part of the discharge paths. .
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