JP2008307568A - 回収鋳型砂の冷却方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】注湯後に回収された鋳型砂を水によって冷却する方法において、水の偏析を低減しさらに環境に良く、効率的に冷却できる回収鋳型砂の冷却方法を提供する。
【解決手段】半密閉空間において分散流動状態になっている回収鋳型砂に対して霧状の水を接触させる。回収鋳型砂を分散流動状態にする工程は、半密閉空間の外や中で行い、加えて、高い位置から低い位置に重力によって砂を落下させることによりなされる。回収鋳型砂に対して霧状の水を接触させる工程は、回収鋳型砂を落下方向に対して垂直な方向からの水を噴霧することによりなされる。また回収鋳型砂の冷却方法を複数回行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、鋳造が終了し砂型をばらすことによって生じた回収鋳型砂の冷却方法およびその装置に関する。

従来、回収鋳型砂の冷却のために、砂型をばらした後、回収される鋳型砂の砂温を検出し、その温度に比例した冷却水をベルトコンベア上で添加し（特許文献１参照）、攪拌装置によって散水された鋳型砂を攪拌することによって冷却効果を高めると共に、投入シュート部などへの砂付着および砂ダマの発生を防止するという方法は公知である。

特開平１１−２２１６４９号

しかし、特許文献１に記載された方法は、鋳型砂の砂温を測定するために７０ｍｍ以上の砂層を必要とするので、高温砂の表面に注水すると偏析してダマが発生する場合があった。また、ベルトコンベア上で注水するため鋳型砂がベルトコンベアに付着し、雰囲気が悪くなるという問題が生じていた（図７参照）。さらに、回収鋳型砂の冷却の効率を良くしたいという要望が多くあった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、水の偏析を低減しさらに環境に良く、効率的に冷却できる回収鋳型砂の冷却方法を提供することにある。

本発明における回収鋳型砂の冷却方法は、注湯後に回収された鋳型砂を冷却する回収鋳型砂の冷却方法であって、半密閉空間において分散流動状態になっている回収鋳型砂に対して霧状の水を接触させることを特徴としている。
即ち、本発明者等は、分散流動状態になっている回収鋳型砂に対して霧状の水を接触させることによって、効率よく回収鋳型砂の冷却ができる原理を発見し、それを利用したものである。

本発明において、回収鋳型砂を分散流動状態にする工程は、半密閉空間の外ですることもできる。この方法であれば、分散流動状態を観察できる。

更に、前記回収鋳型砂を分散流動状態にする工程は、半密閉空間の中ですることもできる。この方法であれば、分散流動状態による環境の悪化を防ぐことができる。

加えて、前記回収鋳型砂を分散流動状態にする工程は、高い位置から低い位置に重力によって砂を落下させることによりなされることができる。分散流動方法としては、空気を用いて砂層に噴霧をすることもできるが、重力による砂落下であれば、簡単な装置で分散流動状態を作ることができる。

そして、前記回収鋳型砂に対して霧状の水を接触させる工程は、回収鋳型砂を落下方向に対して垂直な方向からの水を噴霧することによりなされることができる。分散流動化して落下する回収鋳型砂は放物線を描いて落下するので、斜め上方向から斜め下に向けて水を噴霧すると、水と砂の接触面積が大きいという利点がある。

また更に、本発明においては、回収鋳型砂の冷却方法を複数回行うことができる。これは砂処理システムにおいて少なくとも数箇所ある砂移し替え部で、本発明の方法を適用することができるので、複雑な装置を必要とすることなく、簡単な装置で、回収鋳型砂を冷却することができるという利点がある。

以下、本発明者等が発見した、分散流動状態になっている回収鋳型砂に対して霧状の水を接触させることによって、効率よく回収鋳型砂の冷却ができる原理の確認テストを、添付図面に基づいて説明する。

図５は、砂冷却確認テスト装置の概要図を示す。図５に示されるようにテスト装置は、空気供給装置１０１と水容器１０２からなる噴霧装置Ａと、上流側のトレー１０３と下流側のトレー１０４と砂温を測定する温度計１０５からなる。ここで噴霧装置Ａは、いけうち製の２流体ノズル型式ＢＩＭＶ、スプレーパターンは扇形、噴角は１１０度である。このとき噴霧する「霧状の水」の大きさは、１０μｍ乃至１００μｍとした。

上記テスト装置を使ったテストは、まず、前記上流側トレー１０３から高温に熱した砂を五月雨式に前記下流トレー１０４に落下させ、落下中の砂に向かって噴霧を行った。次いで、落下と噴霧を５回行い、砂の温度を前記温度計１０５で毎回測定し、５回目の砂の残留水分を測定した。

表１及び図６は上記テスト方法で行った条件及び結果を示す。図６に示されるように、ただ砂を落下させるのみより噴霧した方がより温度降下が大きく、さらに噴霧水量の増加に伴い、温度降下が大きくなることが分かる。この場合、水の偏析やダマは全く生じなかった。
５回の水の噴霧で、砂温度は２０度程度になり、本原理で、十分な砂の冷却能力があることが判明した。

本発明は、注湯後に回収された鋳型砂を冷却する、回収鋳型砂の冷却方法であって、半密閉空間において分散流動状態になっている回収鋳型砂に対して霧状の水を接触させるので、水の偏析に伴う砂こぼれがゼロに近くなり、環境の良い、効率的に回収鋳型砂が冷却できる。

本発明の回収鋳型砂の冷却方法は、注湯後に回収された鋳型砂を冷却する、回収鋳型砂の冷却方法であって、半密閉空間において分散流動状態になっている回収鋳型砂に対して霧状の水を接触させることを特徴とする。

ここで、「回収鋳型砂」とは、鋳型砂を用いた鋳造において、注湯後解枠し鋳物と分離した鋳型砂で、再使用するため蓄えておく鋳型砂をいう。場合によっては、水分、粘結材、新砂を添加して混練・調整する。

「鋳型砂の冷却」とは、造型に使用するために注湯で高温になった鋳型砂の温度を低くすることをいう。鋳型に注湯された溶湯が鋳型内で冷却・凝固する間に鋳物からの熱が鋳型及び砂に伝わり部分的に高温になる。熱影響を小さくするため、解枠後、素材と砂を混合することにより積極的に砂に熱を伝えることもある。

ここで、回収鋳型砂温度は一般的には平均で約９０乃至１２０℃であり、未注湯鋳型などの回収時の砂温度は低い。回収鋳型砂はふるい分け、磁選、冷却、貯蔵、混練工程を経て混練砂（造型砂ともいう。造型用に調整された鋳型砂）として造型工程へ送られ、造型機などで造型され鋳型となる。造型砂は温度が高いと造型された鋳型表面が安定しないため不良（砂カミなど）の原因となることがある。そこで、一般的には約４０乃至５０℃以下とする必要がある。このため砂処理設備は通常、砂の冷却工程を保有している。

砂の冷却は一般的には水を加え、気化時の蒸発潜熱によって砂の保持している熱を奪うことにより行なわれる。また、冷却後の砂の保有する水分を冷却と同時に調整することもある。なお、高温では粘土が結合力を発揮できないため、冷却が必要である。

「半密閉空間」とは、ホッパ、ケーシングなどの半密閉状態の空間をいう。水分を与え、それを蒸発させることにより熱交換をするため、蒸気の発生量が多く環境を害すと予測される。このため半密閉空間としておく。集塵機能なども必要に応じて設ける。なお、熱交換効率を高めるため、閉鎖状態に近いことが好ましい。

「分散流動状態」とは、砂粒同士が離れ乖離した状態をいう。砂に気体などを吹き込んだり、重力により落下させたりすることにより、砂粒同士が離れ乖離した状態になっていることをいう。分散流動化する方法はいかなる方法でもよく、たとえば、垂直の管状の砂通路を作り、回転羽根によって分散流動化しても良い。

なお、混練時に問題になるのは微粉（４４μｍ以下の砂粒群）であり、微粉がそれより大きい砂粒と遊離しているほうが、水分を噴霧したときにダマになりにくいので好ましい。

本発明で使用する「霧状の水」は、水滴の直径が鋳物砂と同等あるいはそれ以下の直径の水滴をいう。砂粒よりも大きいと、砂ダマが発生しやすいからである。即ち、鋳物砂を構成する単体のセラミック粒が２００μｍ程度であるので、その大きさと同等あるいはそれ以下の水滴が好ましい。好ましくは、水粒の平均粒径は１００μｍより小さく、より好ましくは５０〜１０μｍである。

また、水の噴霧量は、冷却位置により異なるが、５００リットル／時間から３０００リットル／時間である必要がある。更に、噴霧パターンは扇型であることが好ましい。加えて、噴霧角度は、２０から１００度程度が好ましい。

なお、本発明において鋳物砂とは、鋳型砂を調整するために使用する単体のセラミック粒をいう。一般的にはシリカが用いられる。

「回収鋳型砂に対して霧状の水を接触させる」とは、砂粒に霧状の水滴が接触し蒸発させることをいう。水粒が小さいため砂と接触すると付着することなく熱を受けて瞬時に蒸発する。また、瞬時に接触、蒸発を繰り返すため効率良く熱交換される。伝熱面が絶えず露出されるため熱伝導がよいと推定できる。さらに、水粒が小さいため砂粒全体と接触し、接触効率が高く、均一に熱交換される。

本発明の噴霧手段としては、いわゆる「フォグスプレーノズル」が好ましく、このノズルによれば、１００μｍ以下１０μｍ以上の水滴を確実に得ることができる。

以下、添付図面に基づいて本発明の回収鋳型砂の冷却方法を説明する。

図１は回収鋳型砂を処理する工程の全体のシステム図を示す。図１に示されるように、本発明の一実施の形態にかかわる砂処理システムは、ベルトコンベア１、３、６、８、１１、１５及びバケットエレベータ７、１２による搬送部、ロータリースクリーン４による篩い分け部、サンドクーラ９による砂の冷却及び篩い分け部、ホッパ５、１４及びサンドビン１０による貯蔵部、混練機１３による混練部を備えている。

そして、前記ベルトコンベア１は回収鋳型砂を搬送し、ベルトコンベア先端シュート２を介して前記ベルトコンベア３に移し替えられる（今後のベルトコンベア、バケットエレベータにもシュートは付属するが図示せず）。

その後前記多孔を有する回転胴であるロータリースクリーン４で砂を篩い分け、前記ホッパ５に砂をため、前記ベルトコンベア６から、前記バケットエレベータ７を介し、さらに前記ベルトコンベア８で砂を搬送し、前記サンドクーラ９で砂の冷却及び篩い分けを行う。

次に前記サンドビン１０で砂を貯蔵し、前記ベルトコンベア１１で砂を搬送し、前記バケットエレベータ１２を介し、前記混錬機１３で砂を混錬し前記ホッパ１４で砂をため、前記ベルトコンベア１５で造型ラインへ搬送される。

ここで、本発明の回収鋳型砂の冷却方法は、ベルトコンベア移し替え部、ロータリースクリーン部、サンドクーラ部など複数箇所に適用できる。以下、詳細に説明する。

図２は、ベルトコンベア移し替え部に本発明を適用した概要図を示す。図２において、ベルトコンベア１は回収鋳型砂Ｓを搬送する。前記ベルトコンベア１の先端１ａにおいては、前記回収鋳型砂Ｓは重力により下方に落下するようになっている。前記回収鋳型砂Ｓが落下するときには、砂が自然に分散流動化するが、更に、砂分散流動化手段として、砂の流れを分流する分離板を設けてもよい。

また、前記ベルトコンベア１の先端１ａの下方にはベルトコンベア３が位置しており、前記ベルトコンベア１の先端１ａから落下した前記回収鋳型砂Ｓは、前記ベルトコンベア３に移し替えられる。この回収砂移し替え部には、ベルトコンベア先端シュート２により遮蔽されて作られた半密閉空間仕切りが構成されている。

さらに、半密閉空間仕切りとしての前記ベルトコンベア先端シュート２の外から、該半密閉空間内で霧状の水を噴霧する噴霧手段が、前記落下する回収鋳型砂Ｓに向けられている。

以上のように構成された鋳型砂冷却装置の作用を以下に説明する。
前記ベルトコンベア１の先端１ａから落下する砂を、前記ベルトコンベア先端シュート２を介して、前記ベルトコンベア３へ移し替える部分でフォグスプレーノズルＢ１により水を霧状にして注水する。これにより落下する砂と霧状の水が接触することにより砂冷却が行われる。

本実施例によれば、ベルトコンベア１、３の回収砂移し替え部における砂の落下を利用して砂を分散流動化させ、上述した原理によって効率的な砂冷却ができる。さらに、この移し変え部は、半密閉空間仕切りの中に入っているので、安定した砂の冷却ができ、その際、環境を悪化することながない。

図３は、ロータリースクリーン部に本発明を適用した概要図を示す。図３において、ベルトコンベア３は回収鋳型砂Ｓを搬送する。前記ベルトコンベア３の先端３ａにおいては、前記回収鋳型砂Ｓは重力により下方に落下するようになっている。前記ベルトコンベア３の先端３ａの下方にはロータリースクリーン投入シュート１６が位置しており、前記ロータリースクリーン投入シュート１６はロータリースクリーン回転ドラム１７に連通している。

前記ベルトコンベア３の先端３ａから落下した前記回収鋳型砂Ｓは、前記ロータリースクリーン投入シュート１６を介し、前記ロータリースクリーン回転ドラム１７に投入される。前記ロータリースクリーン回転ドラム１７は、電動モータにより回転され、投入された前記回収鋳型砂Ｓを篩い分ける。篩い分けられた前記回収鋳型砂Ｓは、篩を通り前記ロータリースクリーン回転ドラム１７の下方に位置したホッパ５に重力によって落下するようになっている。

前記回収鋳型砂Ｓが篩い分けられ落下するときには、砂が自然に分散流動化する。ここで前記ホッパ５は半密閉空間仕切として構成されており、半密閉空間仕切りとしての前記ホッパ５の外から、該半密閉空間内で霧状の水を噴霧する噴霧手段が、前記落下する回収鋳型砂Ｓに向けられている。

以上のように構成された鋳型砂冷却装置の作用を以下に説明する。回収鋳型砂Ｓは、前記ベルトコンベア３の先端３ａから前記ロータリースクリーン投入シュート１６を介し、前記ロータリースクリーン回転ドラム１７内へ投入され、回転する前記ロータリースクリーン回転ドラム１７の篩を通過し前記ホッパ５へと落下する。篩を通過し落下している砂にフォグスプレーノズルＢ２により水を霧状にして注水を行う。

本実施例によれば、ロータリースクリーン部は、ロータリースクリーン回転ドラムの篩い分けにおける砂の落下を利用して砂を分散流動化させ、上述した原理によって効率的な砂冷却ができる。さらに、このロータリースクリーン部はホッパ５によって、半密閉空間仕切りの中に入っているので、安定した砂の冷却ができ、その際、環境を悪化することがない。

図４は、サンドクーラ部に発明を適用した概要図を示す。図４において、ベルトコンベア８は回収鋳型砂Ｓを搬送する。前記ベルトコンベア８の先端８ａにおいては、前記回収鋳型砂Ｓは重力により下方に落下するようになっている。

サンドクーラ９はサンドクーラ投入シュート１８と、サンドクーラ回転ドラム１９とで構成されており、前記ベルトコンベア８の先端８ａの下方には前記サンドクーラ投入シュート１８が位置しており、前記サンドクーラ投入シュート１８は前記サンドクーラ回転ドラム１９に連通している。

前記ベルトコンベア８の先端８ａから落下した前記回収鋳型砂Ｓは、前記サンドクーラ投入シュート１８を介し、前記サンドクーラ回転ドラム１９に投入される。前記サンドクーラ回転ドラム１９は、砂掻き上げ板２０を有し、電動モータにより回転され、投入された前記回収鋳型砂Ｓを掻き上げ、篩い分ける。また前記サンドクーラ回転ドラム１９は、スクリュー状に配置されたリード２０ａを有しており、推力を出すようになっている。篩い分けられた前記回収鋳型砂Ｓは、篩を通り前記サンドクーラ回転ドラム１９の下方に位置したサンドビン１０に重力によって落下するようになっている。

前記回収鋳型砂Ｓが前記掻き上げ板２０によって掻き上げられ落下するときには、砂が自然に分散流動化するようになっている。または、前記掻き上げ板２０から落下した前記回収鋳型砂Ｓは前記リード２０ａに沿って送られ、再び前記掻き上げ板２０で持ち上げられ落下するようになっている。ここで前記サンドクーラ９は半密閉空間として構成されており、半密閉空間の前記サンドクーラ９の後部および外から、該半密閉空間内で霧状の水を噴霧する噴霧手段が、前記掻き上げ板２０によって落下する回収鋳型砂Ｓに向けられている。さらに前記サンドクーラ９の入口側には集塵手段がある。

以上のように構成された鋳型砂冷却装置の作用を以下に説明する。
回収鋳型砂Ｓは前記ベルトコンベア８から前記サンドクーラ投入シュート１８を介し、前記サンドクーラ回転ドラム１９内へ投入される。前記回収鋳型砂Ｓは、前記サンドクーラ回転ドラム１９の有する前記砂掻き上げ板２０によって掻き上げられ、次に篩を通過し、サンドビン１０に落下する。前記サンドローラ９の後部に設置したフォグスプレーノズルＢ３から、掻き上げ落下を繰り返している砂に霧状の水を注水する。砂と霧状の水との接触回数は実機において１０回程度に達する。前記サンドクーラ９は入口側から適量の風量で集塵を行い霧の流れを作ると共に砂の熱交換効率を上げている。

本実施例によれば、サンドクーラ部は、サンドクーラ回転ドラムの掻き上げ板による砂の落下を利用して砂を分散流動化させ、上述した原理によって効率的な砂冷却ができる。さらに、このサンドクーラ部は、半密閉空間なので、安定した砂の冷却ができ、その際、環境を悪化することながない。

以上のように本発明の実施例を説明したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。

回収鋳型砂を処理する工程の全体のシステム図である。 ベルトコンベア移し替え部に本発明を適用した概要図である。 ロータリースクリーン部に本発明を適用した概要図である。 サンドクーラ部に本発明を適用した概要図である。 砂冷却確認テスト装置の概要図である。 砂冷却確認テストの結果をまとめた図である。 従来の鋳型砂の注水冷却システムの概要図である。

符号の説明

１、３、６、８、１１、１５ ベルトコンベア
１ａ ベルトコンベア１の先端
２ ベルトコンベア先端シュート
３ａ ベルトコンベア３の先端
４ ロータリースクリーン
９ サンドクーラ
２０２ 噴霧手段（注水ノズル）
２１０
ベルトコンベヤ
Ａ 噴霧手段（噴霧装置）
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３ 噴霧手段（フォグスプレーノズル）
Ｓ 回収鋳型砂

Claims (8)

1. 注湯後に回収された鋳型砂を冷却する、回収鋳型砂の冷却方法であって、
   半密閉空間において分散流動状態になっている回収鋳型砂に対して霧状の水を接触させることを特徴とする回収鋳型砂の冷却方法。
2. 前記回収鋳型砂を分散流動状態にする工程が、半密閉空間の外でなされることを特徴とする請求項１に記載の回収鋳型砂の冷却方法。
3. 前記回収鋳型砂を分散流動状態にする工程が、半密閉空間の中でなされることを特徴とする請求項１に記載の回収鋳型砂の冷却方法。
4. 前記回収鋳型砂を分散流動状態にする工程が、高い位置から低い位置に重力によって砂を落下させることによりなされることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３のいずれかに記載の回収鋳型砂の冷却方法。
5. 前記回収鋳型砂に対して霧状の水を接触させる工程が、回収鋳型砂を落下方向に対して垂直な方向からの水を噴霧することによりなされることを特徴とする請求項４に記載の回収鋳型砂の冷却方法。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の回収鋳型砂の冷却方法を複数回行うことを特徴とする回収鋳型砂の冷却方法。
7. 請求項１乃至請求項３、請求項５のいずれかに記載の回収鋳型砂の冷却方法を実施するための回収鋳型砂の冷却装置であって、
   ベルトコンベアでの回収砂移し変え部を遮蔽して作られた半密閉空間仕切りと、
   前記ベルトコンベアの回収砂移し変え部における砂の落下を利用して砂を分散流動化させる砂分散流動化手段と、
   該半密閉空間内で霧状の水を噴霧する霧状の水を噴霧する噴霧手段と、を備えたことを
   特徴とする回収鋳型砂の冷却装置。
8. 請求項１乃至請求項３、請求項５のいずれかに記載の回収鋳型砂の冷却方法を実施するための回収鋳型砂の冷却装置であって、
   ベルトコンベア、ロータリースクリーン、及びサンドクーラの少なくとも１つ以上で、回収鋳型砂の冷却することを特徴とする回収鋳型砂の冷却装置。