JP2009208081A - 鋳物砂の再生設備 - Google Patents

Abstract

【課題】 使用済み鋳物砂から石炭粉・可燃性物質・揮発成分を除去するとともに、イグロスの低減を焙焼温度を上げることなく、且つ燃料を少なくして行える、鋳物砂の再生装置を提供する。
【解決手段】 上方に使用済み鋳物砂の鋳物砂投入口１０と高温ガスを送り込む砂焙焼用バーナー８とを設けた炉体１内部の中間の位置に耐熱格子２を設け、同耐熱格子の位置に高圧空気を吹き出す空気ノズル３を多数分散して設け、同空気ノズルと炉外のブロワ７とを空気導管６を介して接続し、炉体１の下方に調整バルブ１６付の焙焼砂排出口１５と排出筒１２を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、使用済みの鋳物砂を再使用できるようにするための再生技術に関する。

鋳物砂は、鋳物製造の砂型を作製するために使用される砂であり、砂型として使用された後回収される。回収された使用済み鋳物砂には、石炭粉や樹脂等の可燃性物質及び揮発成分が付着していて、そのまま鋳物砂として再使用できず、再使用のためにはこれらの石炭粉・可燃性物質・揮発成分を除去する必要がある。
これらの使用済み鋳物砂の再生設備としては、バーナーを備えた炉内に使用済み鋳物砂を充填し、その下方の風箱から高圧空気を噴出し、又上方からバーナーで６００℃以上で加熱して焙焼する流動式焙焼設備が知られている。図５にその構造を示している。図５中１００は風箱、１０１は炉体、１０３は空気ノズル、１０４は焙焼室、１０８はバーナー、１０９は上部排気口、１１０は鋳物砂投入口、１１５は焙焼砂排出口である。

又、その改良設備として、特公昭５７−４１２９５号公報で知られるように、図６のように前記の一段の流動式焙焼設備の風箱に当る位置にもう一段流動式焙焼室１２０を設け、流動式焙焼室１０４，１２０を上下２段に設け、鋳物砂は、まず上段の焙焼室１０４で下方から高圧空気を吹き出して流動的に焙焼された後、下段の冷却室となる流動式焙焼室１２０に落下し、そこで流動用空気と熱交換することによって、効果的に冷却されると共に、流動用空気は予熱されて、焙焼室１０４の流動層内に吹き込まれる。このように、焙焼室１０４から出てきた高温の焙焼砂の顕熱を回収して、流動用空気を予熱できるので、一段式焙焼炉と比較して、燃料使用量の節減が可能となっている。
図６中、１２３は下方の流動式焙焼室１２０の空気ノズルで他は図５の例の符号と共通である。

更に、図７に示すように使用済み鋳物砂を燃料ガスで焙焼し、焙焼室から排気される排ガスの顕熱を、上段の鋳物砂予熱装置で排熱回収し、焙焼砂の顕熱は、下流にある二基の砂冷却装置で熱回収する構造のものが特開昭５８−１６３５４５号公報で知られている。この構造では前記の二段式焙焼設備よりもさらに大きな省エネ効果が得られる。図７中、１３０は燃料ガス管、１３１は予熱装置、１３２は鋳物砂ホッパー、１３３は予備冷却室、１３４は熱交換器、１３５は送気ファン、１３６は流動クーラー、１３７は焙焼砂排出口であり、他は図５の例と同じである。

従来の使用済み鋳物砂の再生設備では、使用済み鋳物砂に含まれている石炭粉や樹脂類等の可燃性物質及び揮発成分をかなり除去できるが、可燃性物質の残留量（灼熱減量又はイグロスと称される。以下単にイグロスと記す。）が多いことがあった。このイグロスが高い再生砂が混入すると、鋳物砂の品質が著しく低下するものであった。
そこで、従来の再生設備では、焙焼温度を上げる方法、焙焼時間を長くする方法を採用してイグロスを低減させていたが、これでは燃料使用量が増加するだけでなく、過剰な焙焼処理によって、再生砂の品質が逆に低下するものとなっていた。
更には、７００℃以上で長時間加熱されると、生型砂に含まれるベントナイトが溶融して砂母材のけい砂の表面に融着する。そのため一般的に、生型砂の再生処理では、焙焼処理後、機械式再生法を用いて砂粒表面に付着しているベントナイト等の残渣を研磨（或いは研削）除去しているが、ベントナイト等が融着している場合は、砂粒表面から除去されにくくなっている。このため、所定の品質の再生砂を得るために、より長時間の機械式再生処理が必要となり、その結果、再生歩留りの低下、再生コストの上昇などの問題が生じていた。
特公昭５７−４１２９５号公報 特開昭５８−１６３５４５号公報

本発明が解決しようとする課題は、使用済み鋳物砂から石炭粉・可燃性物質・揮発成分を除去するとともに、イグロスの低減を焙焼温度を上げることなく、又燃料を多く使用せずに可能とし、又ベントナイトの付着も少なくできるという優れた鋳物砂の再生設備を提供することにある。

かかる課題を解決した本発明の構成は、
１） 炉体の内部の中間に砂の落下を許容する砂通過口を有する耐熱格子を設け、同耐熱格子の位置に高圧空気を吹き出す空気ノズルを多数分散して取り付けた空気導管を配設し、同空気導管を炉外の高圧空気送気用ブロワに接続し、耐熱格子の上方の炉体には高温ガスを送り込む砂焙焼用バーナーと上方排気口と使用済みの鋳物砂の投入口とを設け、耐熱格子の下方にある炉床には同炉床上の砂及び空気を下方に排出する排出筒を複数垂設し、同排出筒の下方に下部排気口と焙焼された砂の焙焼砂排出口とを設け、同焙焼砂排出口に焙焼された砂の排出量の調整をする調整バルブを設け、焙焼砂排出口から排出される焙焼された砂を回収する回収手段を設け、投入口から投入された使用済み鋳物砂を耐熱格子上方の炉体内において空気ノズルからの高圧空気によって浮遊撹拌させながらバーナーからの高温ガスで強力に焙焼し、その後耐熱格子下方に落下させて耐熱格子下方の炉体内において緩やかに焙焼することでイグロスを少なく且つ均一に除去できるようにした、使用済み鋳物砂の再生設備
２） 高圧空気の空気導管が、炉床近くから炉内に導入して上方に延ばして耐熱格子の位置で空気ノズルと接続する構造である、前記１）記載の使用済み鋳物砂の再生設備
にある。

本発明によれば、投入口から炉内に投入された耐熱格子上方の使用済み鋳物砂を、空気ノズルから噴出される高圧空気で撹拌して空中に浮遊させながらバーナーからの高温ガスで焙焼させる。耐熱格子の上方の炉体内部は空間が多く残されているので、使用済み鋳物砂は高圧空気で流動的な状態（浮遊撹拌状態）となる。この耐熱格子上方での焙焼によって、大部分の石炭粉・可燃性物質・揮発成分が除去される。次に、焙焼した鋳物砂は徐々に耐熱格子下方へ落下し、耐熱格子と炉床の間に充填状態になり、耐熱格子上方の空気ノズルからの高圧空気と炉床の排出筒の下部排気口との空気差圧及び砂の自重によって鋳物砂は充填状態で下方へ移行する。耐熱格子下方の鋳物砂の移動速度は、排出筒の下方の調整バルブによって焙焼砂排出口の開閉度によって制御される。そして、この鋳物砂は耐熱格子下方において同耐熱格子上方の焙焼温度に比べやや低い６００℃以下の高温で緩やかに２次的に焙焼され、イグロスが低下する。そして炉床の排出筒に落下するときにはイグロスは充分に除去され、より均質な焙焼砂が得られる。しかも高温にしないで焙焼するのでベントナイトの表面融着も少ない。又、高温で長時間焙焼する必要がないので燃料コストも低減できる。

炉内に投入された使用済み鋳物砂が耐熱格子の上方空間で浮遊撹拌されながら焙焼される時間が所定時間、例えば１時間を確保するため、所定時間間隔、例えば５分毎(1/12時間)に、使用済み鋳物砂を時間当り処理量の１／１２の量を投入する。同時に、焙焼砂排出口を開いて、焙焼砂を使用済み鋳物砂の投入分だけ排出すると、充填砂上面は、下方に移動するが、直ちに浮遊していた鋳物砂が耐熱格子下方に落下して、充填砂上面を上昇させるので、常に充填砂上面は、耐熱格子の位置（正確には空気ノズルの位置）に復帰する。また、耐熱格子下方に落下した砂量に相当する使用済み鋳物砂が、投入されているので、浮遊撹拌されて焙焼されている砂の量も一定にたもたれる。このように、投入された新しい使用済み鋳物砂の所定量だけ焙焼砂を排出口から排出するサイクルにおいて、その時間間隔を小刻みに行えば、使用済み鋳物砂の連続的な焙焼再生が行える。
以上のような連続操業において、所定量の使用済み鋳物砂の投入と、それに相当する量の焙焼砂の排出が、連続的に行われるので、浮遊撹拌されている砂の焙焼時間は、平均値として所定時間（この例では１時間）が確保されているものの、焙焼済みの砂と未焙焼の砂が混合しており、焙焼時間が短くイグロスの高い砂も微量含まれている。従来型の炉では、このような砂が直接炉外に排出される構造になっているので、焙焼不良砂の発生の原因となっていた。
本焙焼炉では、このような混合砂が、そのまま充填層に入るが、充填層における緩やかではあるが長時間の焙焼により、イグロスの高い砂も引き続いて焙焼されるので、焙焼砂排出口から排出される焙焼砂は、イグロスが十分に低下しており、焙焼不良砂の発生頻度もきわめて低い高品質の焙焼砂が得られる。

空気吹出口へ高圧空気を送る空気導管は、炉床の近くから上方に送って、耐熱格子下方の鋳物砂の充填空間を通過させるようにすることで、空気吹出温度が予熱されて高くなるので好ましい。

本発明の回収手段としては、耐熱性がある単なるシュート、再生砂搬出コンベヤ、再生砂受バケットを有するバケットコンベヤ等が用いられる。
又、排出される焙焼後の再生砂は排出直後は高温であるので、ロータリークーラー、流動クーラー等によって150℃以下に冷却した後、コンベヤに移載させるようにすることが好ましい。又、排出筒下方の下部排気口と焙焼砂排出口は排出筒の下方開口をそのまま使って兼用してもよいし、排出筒の下方に受筒を設け、下部排気口と焙焼砂排出口とを別々に設けてもよい。

本発明の砂焙焼用バーナーが噴射する高温ガスは６００℃以上である。
炉体の内径は０．８〜３ｍ，高さは４〜８ｍ程が実用的な寸法である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１，２，３で示す本実施例１は、炉体１の内径は２ｍで、高さが約６ｍ程であり、空気導管６は炉本体１の中間の高さから炉内の耐熱格子２の下方に導入され、炉内壁に沿って配置された環状パイプ４に接続され、同環状パイプ４には１００ｍｍ間隔で複数の分岐管５が水平に並設され、同分岐管５に１００ｍｍピッチ程で拡径したハット状のステンレス製空気ノズル３が送気小管５１を介して取り付けられ、ハット状の空気ノズル３の側面から高圧空気を吹き出す。耐熱格子２は金属製格子であって格子間の間隙が５ｃｍ程の巾の砂通過口が形成されている。耐熱格子２に上記空気ノズル３を接合している。
又、耐熱格子上方での浮遊状態での焙焼時間は約１時間で、耐熱格子下方での充填状態での緩やかな焙焼時間は約２時間であり、砂の投入から排出までは約３時間である。使用済み鋳物砂の再生処理は３ｔ／ｈ程である。

図１は、本発明の実施例１を示す構造説明図である。
図２は、実施例１の空気ノズル・環状パイプ・分岐管と送気小管の構造を示す断面図である。
図３は、実施例１の空気ノズルを示す一部切欠拡大正面図である。

図１は、実施例１の構造説明図である。図中、１は直立筒状の炉体、２は耐熱格子、３は空気ノズル、３ａ〜３ｄは空気ノズル３の構成部分であって、３ａは高圧空気を吹き出すノズル口、３ｂは天板、３ｃは送気小管５１の先端のねじ部３ｄと螺合する取付ガイド管、３ｄは送気小管５１の先端のねじ部、４は環状パイプ、５は分岐管、５１は送気小管、６は空気導管、７はブロワ、８はバーナー、９は上部排気口、１０は使用済み鋳物砂タンクとフィーダー（図示せず）に接続した鋳物砂の投入口、１１は炉体１の底壁となる炉床、１２は排出筒、１３は受筒、１４は排出筒１２の下端と受筒１３との間に形成された下部排気口、１５は受筒１３の下方開口の焙焼砂排出口、１６は同焙焼砂排出口を上下してその開度を変えるコーン状の調整バルブであり、その上下機構は省略している。１７は再生された鋳物砂の回収手段である回収シュート、１８は炉脚、Ａは使用済みの鋳物砂で黒丸で図示され、Ｂはイグロスの付着が少ない焙焼により再生した再生砂で白丸で図示されている。

この実施例１では、使用済みの未再生の鋳物砂Ａを耐熱格子２より所定高さまで投入する。投入完了後ブロワ７を作動させ、空気導管６、環状パイプ４、送気小管５１を介して空気ノズル３の側面から５〜１０ｋＰａ程の高圧空気を吹き出す。これによって耐熱格子２上方の投入された未再生の鋳物砂Ａは吹き上げられ、上方の空間で浮遊撹拌状態（流動層）となる。次にバーナー８を作動させると浮遊撹拌状態となった未再生の鋳物砂Ａは６００〜７００℃の高温で焙焼される。砂を上方空間で浮遊させながら約１時間焙焼させる。尚、高圧空気は耐熱格子２下方の充填された状態の焙焼後の砂にも下方に加圧するように作用するが、下方の充填された砂は調整バルブ１６が閉じた状態であるので下方へ移動することがない。

上記の耐熱格子２上方の浮遊状態での焙焼を約１時間続ける。その後、所定時間間隔で調整バルブ１６を開いて、充填した鋳物砂Ａの下部の砂が焙焼砂排出口１５から焙焼完了した再生砂Ｂとして排出される。耐熱格子２下方の上部の充填状態の鋳物砂Ａは、再生砂Ｂとなって排出した分だけ下方へ移動する。充填層の上面も耐熱格子２の位置から低い位置となるが、同時に浮遊状態の砂が充填層と耐熱格子の間の空間を満たす。耐熱格子の下方（正確には空気ノズルの空気吹き出し口より下方）は、流動化しないので、この降下してきた浮遊状態の砂は直ちに沈静化して、充填層上面に降着する。その結果、充填層上面は、常に耐熱格子付近の位置を保っている。
このように、焙焼砂排出口１５から再生砂Ｂが排出されると、その排出量に相当する量の砂が、浮遊状態の砂によって充填層に充当されるので、充填層は常に一定の量を保っているが、この充填層への降着によって浮遊状態の砂は減少する。そこで、減少した砂量に相当する量の使用済みの鋳物砂を投入することによって、浮遊状態の砂の量も一定に保つことが出来る。

使用済みの鋳物砂の投入と、焙焼砂の排出は、断続的に行っているが、その両方又は一方を連続的に行っても良い。
尚、操作の最初の充填層の砂は焙焼されないので、新砂又は予め焙焼した砂を充填する。これにより、操業開始初期においても、排出される砂に、イグロスの高い不完全な焙焼砂が混入することはない。

又、鋳物砂の投入口１０から投入された鋳物砂Ａは耐熱格子２上方で１時間程充分に焙焼された後、耐熱格子２の間隙の砂通過口から耐熱格子２下方に落下する。この耐熱格子２の下方において鋳物砂は耐熱格子２上方の温度より低い６００℃以下の高温で約２時間の時間をかけてゆっくりと焙焼されることとなり、イグロスが下方に移行するに従って確実に除去される。低温焙焼であるので、ベントナイトの溶融が少なく、ベントナイトの砂表面への付着は少ない。
最後は、調整バルブ１６が適時開かれて、投入された新しい使用済み鋳物砂に相当する量の焙焼砂が、断続、或いは連続的に排出され、炉床１１から排出筒１２へ落下し、その下端から受筒１３へ流下して、その下方から落下し、回収シュート１７で集められて炉体１の下方に排出されるものである。排出された再生砂Ｂはある程度冷却した後炉下方から搬出される。この実施例１での鋳物砂の処理量は３ｔ／ｈ程である。

この実施例１の再生砂Ｂは、イグロスが少なく、ベントナイトの付着も少ない良質の均一な焙焼の再生砂となっていて、イグロス除去の後処理を簡素化することが出来る。しかも、炉の燃料使用量も多くない。

図４で示す実施例２は、実施例１における空気導管６が炉体１の下方位置で炉内に導入され炉床１１に近い位置から鉛直に立ち上がって耐熱格子２を形成する空気ノズル３に接続される構造例であり、他の構造は実施例１と同様である。

この実施例２では、空気導管６が耐熱格子２の下方の加熱された鋳物砂の間を通過することで高圧空気が加温されて上方の空気ノズル３から噴出する。高圧空気は加温されて噴出するので、燃料消費量を更に低減できる。又、空気導管６を炉内中央付近の最高温度で最高圧力になる領域で炉体１壁を貫通させないので、空気導管６の炉体壁との間での耐熱性・耐圧性の処理が容易となる。

本発明は、砂型となる鋳物砂の再生技術であるが、生型砂以外にフェノール樹脂・フラン樹脂等の有機材と混練して使用された砂材を、回収して粒状の砂材に戻したものを焙焼して良質の再生砂として使用できる設備としても利用できる。

本発明の実施例１を示す構造説明図である。 実施例１の空気ノズル・環状パイプ・分岐管と送気小管の構造を示す断面図である。 実施例１の空気ノズルを示す一部切欠拡大正面図である。 本発明の実施例２を示す構造説明図である。 従来の鋳物砂の再生設備を示す説明図である。 従来の鋳物砂の再生設備を示す説明図である。 従来の鋳物砂の再生設備を示す説明図である。

符号の説明

１，１０１ 炉体
２ 耐熱格子
３，１０３，１２３ 空気ノズル
３ａ ノズル口
３ｂ 天板
３ｃ 取付ガイド管
３ｄ ねじ部
４ 環状パイプ
５ 分岐管
５１ 送気小管
６，１０６ 空気導管
７，１０７，１３８ ブロワ
８，１０８ バーナー
９，１０９ 上部排気口
１０，１１０ 鋳物砂投入口
１１，１１１ 炉床
１２ 排出筒
１３ 受筒
１４ 下部排気口
１５，１１５，１３７ 焙焼砂排出口
１６ 調整バルブ
１７ 回収シュート
１８ 炉脚
Ａ 使用済み鋳物砂
Ｂ 再生砂
１００ 風箱
１０４ 焙焼室
１２０ 流動式焙焼室
１３０ 燃料ガス管
１３１ 予熱装置
１３２ 鋳物砂ホッパー
１３３ 予備冷却室
１３４ 熱交換器
１３５ 送気ファン
１３６ 流動クーラー

Claims (2)

1. 炉体の内部の中間に砂の落下を許容する砂通過口を有する耐熱格子を設け、同耐熱格子の位置に高圧空気を吹き出す空気ノズルを多数分散して取り付けた空気導管を配設し、同空気導管を炉外の高圧空気送気用ブロワに接続し、耐熱格子の上方の炉体には高温ガスを送り込む砂焙焼用バーナーと上方排気口と使用済みの鋳物砂の投入口とを設け、耐熱格子の下方にある炉床には同炉床上の砂及び空気を下方に排出する排出筒を複数垂設し、同排出筒の下方に下部排気口と焙焼された砂の焙焼砂排出口とを設け、同焙焼砂排出口に焙焼された砂の排出量の調整をする調整バルブを設け、焙焼砂排出口から排出される焙焼された砂を回収する回収手段を設け、投入口から投入された使用済み鋳物砂を耐熱格子上方の炉体内において空気ノズルからの高圧空気によって浮遊撹拌させながらバーナーからの高温ガスで強力に焙焼し、その後耐熱格子下方に落下させて耐熱格子下方の炉体内において緩やかに焙焼することでイグロスを少なく且つ均一に除去できるようにした、使用済み鋳物砂の再生設備。
2. 高圧空気の空気導管が、炉床近くから炉内に導入して上方に延ばして耐熱格子の位置で空気ノズルと接続する構造である、請求項１記載の使用済み鋳物砂の再生設備。

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