JP2009241135A - 水溶性鋳型の製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳物砂への水分補給とその後乾燥とを過熱水蒸気を利用して行う場合に、乾燥時間を短縮できるようにする。
【解決手段】鋳物砂が、水溶性無機化合物を主体とする粘結剤で被覆されている。ブロアヘッド１３内で加熱された上記鋳物砂が、ノズル１４から成形型３に充填される、成形型３内への鋳物砂の充填と同時あるいは充填後に、蒸気加熱器２２で発生された過熱水蒸気が、ノズル１６を介して成形型３内に所定圧力での加圧状態で供給され、成形型内で水蒸気が結露することにより、鋳物砂に水分が補給される。鋳物砂への水分補給の完了後に、成形型３内に過熱水蒸気の圧力を前記所定圧力よりも減圧された状態で供給して、鋳物砂が乾燥される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水溶性鋳型の製造方法及びその装置に関するものである。

鋳物砂を造型して鋳造用の鋳型を製造する場合に、鋳物砂として、その表面を水溶性無機化合物を主体とする粘結剤で被覆したものがある。この場合、粘結剤に水分を補給した後乾燥させることによって鋳物砂が硬化されることになり、この鋳物砂が硬化された状態で鋳造が行われることになる。そして、鋳造後の鋳物砂は、水に溶かすことによって再利用されることになる。

特許文献１には、水溶性無機化合物を主体とする粘結剤で被覆された鋳物砂を成形型内に充填した後、該成形型内に過熱水蒸気を供給することにより、過熱水蒸気が成形型内で結露することを利用して鋳物砂へ水分を補強し、この水分補給後にもさらに過熱水蒸気を供給することにより、水分補給された鋳物砂の乾燥を行うことが開示されている。
特開２００４−２４９３３９号公報

ところで、特許文献１に示すように、過熱水蒸気を利用して、鋳物砂への水分補給とその後の乾燥とを行う場合に、乾燥時間が相当に長くなってしまい、この乾燥時間を短くすることが強く望まれている。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、鋳物砂への水分補給とその後乾燥とを過熱水蒸気を利用して行う場合に、乾燥時間を短縮できるようにした水溶性鋳型の製造方法及びその装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明における水溶性鋳型の製造方法にあっては次のような第１の解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
水溶性無機化合物を主体とする粘結剤で被覆された鋳物砂を造型して鋳造用の鋳型を製造する水溶性鋳型の製造方法であって、
前記鋳物砂を所定温度に加熱して成形型に充填する第１ステップと、
前記第１ステップの後に、前記成形型内に過熱水蒸気を所定圧力での加圧状態で供給して水蒸気を結露させることにより、該鋳物砂に水分を補給する第２ステップと、
前記鋳物砂への水分補給完了後に、前記成形型内に過熱水蒸気の圧力を前記所定圧力よりも減圧された状態で供給して該鋳物砂を乾燥させる第３ステップと、
を備えているようにしてある。上記解決手法によれば、水分補給完了後の乾燥時には、過熱水蒸気の圧力が減圧されるので、鋳物砂の表面に付着した水分の気化が大幅に促進されて、その分乾燥時間を短くすることができる。また、成形型内への鋳物砂の充填は、過熱水蒸気の供給前に行われるので、鋳物砂の成形型内への充填を容易に行う上で好ましいものとなる。

前記目的を達成するため、本発明における水溶性鋳型の製造方法にあっては次のような第２の解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項２に記載のように、
水溶性無機化合物を主体とする粘結剤で被覆された鋳物砂を造型して鋳造用の鋳型を製造する水溶性鋳型の製造方法であって、
前記鋳物砂を所定温度に加熱して成形型に充填しつつ、該成形型内に過熱水蒸気を所定圧力での加圧状態で供給して水蒸気を結露させることにより、該鋳物砂に水分を補給する第１ステップと、
前記鋳物砂への水分補給完了後に、前記成形型内に過熱水蒸気の圧力を前記所定圧力よりも減圧された状態で供給して該鋳物砂を乾燥させる第２ステップと、
を備えているようにしてある。上記解決手法によれば、水分補給完了後の乾燥時には、過熱水蒸気の圧力が減圧されるので、鋳物砂の表面に付着した水分の気化が大幅に促進されて、その分乾燥時間を短くすることができる。また、成形型内へ鋳物砂を充填しつつ過熱水蒸気の供給が行われるので、乾燥開始を早期に開始させて、鋳物砂の充填開始から乾燥終了までの総時間を短くする上で好ましいものとなる。

上記第１の解決手法および第２の解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項３〜請求項５に記載のとおりである。
前記鋳物砂を乾燥させる際に、前記成形型内の水蒸気を該成形型の外部へ排出つつ過熱水蒸気が該成形型内に供給される、ようにしてある（請求項３対応）。この場合、鋳物砂から気化された水蒸気をすみやかに成形型の外部へ排出して、乾燥時間をより一層短くする上で好ましいものとなる。

鋳物砂への水分補給の完了が、該鋳物砂の温度が水分の沸点温度に達したときとされている、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、鋳物砂へ十分に水分を補給することができ、水分不足に起因する鋳物砂の硬化不足を確実に防止する上で好ましいものとなる。

前記成形型が、前記鋳物砂が充填される前にあらかじめ所定温度にまで加熱されている、ようにしてある（請求項５対応）。この場合、成形型が所定温度に保持されているため、水蒸気の結露による水分量を適切にして、鋳物砂の硬化不良を確実に防止する上で好ましいものとなる。

前記目的を達成するため、本発明における水溶性鋳型の製造装置にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項６に記載のように
水溶性無機化合物を主体とする粘結剤で被覆された鋳物砂を造型して鋳造用の鋳型を製造する水溶性鋳型の製造装置であって、
鋳物砂を所定温度に加熱する鋳物砂加熱手段と、
過熱された鋳物砂を成形型内に充填する充填手段と、
前記成形型内に過熱水蒸気を供給すると共に、過熱水蒸気の供給を所定圧力の加圧状態でもって行う第１供給状態と該所定圧力よりも減圧された減圧状態でもって行う第２供給状態とで切換可能とされた過熱水蒸気供給手段と、
を備えているようにしてある。上記解決手法によれば、請求項１または請求項２に記載の水溶性鋳型の製造方法を実行するための製造装置が提供される。

上記水溶性鋳型の製造装置を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項７以下に記載のとおりである。
前記成形型内の水蒸気を該成形型の外部へ排出させるための吸引手段をさらに備えている、ようにしてある（請求項７対応）。この場合、請求項３に対応した製造方法を実行できる製造装置が提供される。

前記成形型の成形面を所定温度に保持する成形型加熱手段をさらに備えている、ようにしてある（請求項８対応）。この場合、請求項５に対応した製造方法を実行できる製造装置が提供される。

本発明によれば、鋳物砂の乾燥時間を大幅に短縮することができる。

図１、図２は、水溶性鋳型としての中子を製造するための装置を全体的に示すもので、図中、１は搬送レール、２は搬送レール１上を走行される搬送台車である。搬送台車２には、成形型３が搭載される。成形型３は、上下の２分割構成とされて、この成形型３によって中子４が造型される。中子４を構成するための鋳物砂は、後述のように、水溶性無機化合物を主体とする粘結剤で被覆されているものが用いられる。

搬送台車２は、第１ステーションＳ１と、第２ステーションＳ２とで停車される。図１に示すように、搬送台車２が第１ステーションＳ１で停止された状態で、後述のように、成形型３への鋳物砂の充填と、鋳物砂への水分補給と、鋳物砂の乾燥とが行われる。図２に示すように、搬送台車２が第２ステーションＳ２で停止された状態で、造型された中子４が成形型３から取り出される。なお、実施形態では、上下２つ割りとされた成形型３の上型部分がブロアヘッド１３に一体化され、下型部分が搬送台車２に保持されている。すなわち、第１ステーションＳ１において、中子４が造型されると共に、造型後に上型が上昇、分離されて、下型に中子４が保持された状態で、搬送台車２によって第２ステーションＳ２へ搬送されるようになっている。

第１ステーションＳ１には、鋳物砂の充填装置１０と、過熱水蒸気の供給装置２０と、吸引装置３０とが配置される。鋳物砂の充填装置１０は、大別して、鋳物砂貯溜タンク１１と、鋳物砂５を貯溜した貯溜タンク１１の上部内に例えば工場エアを吹き込むためのブロアタンク１２と、貯溜タンク１１の下部に一体化されたブロアヘッド１３と、ブロアヘッド１３から下方へ延びる複数のノズル１４とを有する。ノズル１４は、成形型３に接続されるものである。貯溜タンク１１内の鋳物砂は、フロアヘッド１３、ノズル１４を介して、成形型３内に供給される。また、ブロアタンク１２からの工場エアを貯溜タンク１１内に供給することにより、貯溜タンク１１内の鋳物砂が、ブロアヘッド１３からノズル１４を介して成形型３内に充填される。なお、貯溜タンク１１、ブロアヘッド１３、ノズル１４等は、互いに一体化されたユニット体Ｕとされている。そして、ユニット体Ｕは、図示を略すシリンダ装置等によって上下方向に駆動されるようになっており、図１ではユニット体Ｕが下降位置にある使用状態が示され、図２は上昇位置にある待機状態が示される。

前記過熱水蒸気の供給装置２０は、大別して、飽和蒸気が供給されるボイラ２１と、ボイラ２１からの水蒸気を加熱して過熱水蒸気を発生させる蒸気過熱装置２２とを有する。ボイラ２１へ供給される飽和蒸気供給量が、ボイラ２１に設けられた圧力可変装置（弁装置）２４によって可変とされ、蒸気過熱装置２２（の出口）は、フレキシブルチューブ２３を介して前記ブロアヘッド１３に接続されている。蒸気過熱装置２２からの過熱水蒸気の温度は、例えば２５０度Ｃ前後に設定されている。

ブロアヘッド１３内には、蒸気過熱装置２２に連なる過熱水蒸気の供給配管１５が配設されて、過熱水蒸気の有する高熱でもって、フロアヘッド１３内の鋳物砂が加熱されるようになっている。そして、ブロアヘッド１３内に配設された過熱水蒸気の供給配管１５は、前記ノズル１４と同心状に配置された小径のノズル１６を介して、成形型３内と接続される。前記圧力可変装置（弁装置）２４による圧力変更によって、成形型３内に供給される過熱水蒸気の圧力が変更される。

前記吸引装置３０は、大別して、搬送台車２の下方に位置される排気フード３１と、排気フード３１に接続された吸引ポンプ３２とを有する。搬送台車２の下面に排気フード３１を接続して、吸引ポンプ３２を運転することにより、吸引力が、排気フード３１から搬送台車２を介して成形型３内に作用して、成形型３内が吸引される。すなわち、搬送台車２は、排気フード３１に連なる上下方向に延びる排気孔が形成され、この搬送台車２の排気孔が、成形型３の下部に形成されたメッシュ状の細かい排出口（ベント）に接続されるようになっている。排気フード３１は、シリンダ装置等からなる昇降装置３３によって、上下方向に駆動される。図１では、排気フード３１が上昇されて、成形型３内を吸引可能な排気位置が示され、図２には、排気フード３１が下降された待機位置が示される。なお、排気フード３１には、吸引した蒸気が液化することにより生じた水分を排出するための排出パイプ３４が接続されている。

図２に示す第２ステーションＳ２においては、エジェクタ装置４０が設けられている。このエジェクタ装置４０は、昇降装置４１と、昇降装置４１によって昇降される複数のエジェクタピン４２とを有する（エジェクタピン４２は、図１では図示を略す）。第２ステーションＳ２に搬送台車２が停止されると、エジェクタピン４２が上昇されて、搬送台車２上にある成形型３（下型）から、造型された中子４が取り出される。なお、実施形態では、エジェクタピン４２は、搬送台車２に上下動可能に保持されているものであり（図１ではエジェクタピン４２が図示略）、搬送台車２が図１に示す第１ステーションＳ１に停止しているときは、成形型３から退出した位置に保持されている。

図１，図２において、加熱用ヒータが各所に設けられている。すなわち、加熱用ヒータ５１は、貯溜タンク１１（内の鋳物砂）を加熱するためのものである。加熱用ヒータ５２は、ノズル１４や成形型３（の上型）を加熱するものである。加熱用ヒータ５３は、ブロアヘッド１３の下方に位置されてノズル１４の周辺に位置する周辺部材を加熱するものである。加熱用ヒータ５４は、搬送台車２や成形型（の下型）を加熱するものである。加熱用ヒータ５５は、搬送台車２（のうち特に成形型３付近以外の部分）を加熱するものである。なお、ブロアヘッド１３については、過熱水蒸気によって加熱するために専用の加熱用ヒータを別途設けないようにしてあるが、専用の加熱用ヒータを別途設けるようにすることもできる。なお、鋳物砂の加熱温度（所定温度への加熱）は、例えば貯溜タンク１１内での温度において例えば１００度Ｃ〜１３０度Ｃとされ、成形型３の加熱温度は鋳物砂とほぼ同一温度とするのが好ましい。

次に、以上のような構成の作用について説明する。まず、ユニット体Ｕが上昇位置にあり、かつ排気フード３１が下降位置にある状態から、成形型３（の下型）を搭載した搬送台車２が第１ステーションＳ１で停止される。この後、ユニット体Ｕが下降されると共に、排気フード３１が上昇されて、図１に示す状態とされる（下型上に上型が載置されて、成形型３が閉じられた状態とされる）。

図１の状態において、まず、ノズル１４から、加熱された鋳物砂が成形型３内に充填される。次いで、蒸気過熱装置２２でもって発生された過熱水蒸気が、所定圧力の加圧状態でもってノズル１６から成形型３内に供給される。供給される過熱水蒸気の加圧圧力は例えば０．２ＰＭａで、温度は例えば２５０度Ｃとされる。過熱水蒸気の温度は、あらかじめ加熱された鋳物砂の温度（例えば１００度Ｃ）よりも十分に高いために、成形型３内に供給された過熱水蒸気は、鋳物砂に接触することによって結露されて、鋳物砂（の表面にある水溶性無機化合物）に水分が補給されることになる。また、鋳物砂は、結露による凝縮熱によって加熱されて、温度上昇されることになる。過熱水蒸気は、成形型３内をすみずみまで行き渡るので、鋳物砂は均一に水分補給されると共に、均一に温度上昇される。

成形型３内への過熱水蒸気の供給を続けることによって、鋳物砂への水分補給が進行され、やがて水分補給が完了される。水分補給の完了は、実施形態では、鋳物砂の温度が露点温度に達した時点とされる（０．２ＰＭａの圧力での水の沸点は１３０度Ｃなので、鋳物砂の温度が１３０度Ｃになった時点が水分補給完了とされる）。鋳物砂への水分補給が完了されると、鋳物砂の乾燥のために成形型３内へ過熱水蒸気が供給され続けるが、このときに供給される過熱水蒸気の圧力は、減圧状態（例えば０．１ＰＭａ）とされる。これにより、鋳物砂に付着した余分な水分が急速に気化されることになる。成形型３へ供給する過熱水蒸気の減圧と同時に、吸引ポンプ３２が運転されて、成形型３内の蒸気が外部へ排出される。これにより、過熱水蒸気を利用した鋳物砂の乾燥が早期に完了されることになる。

ここで、成形型３内への過熱水蒸気の供給開始を、成形型３内への鋳物砂の供給開始と同時に行うようにしてもよい。すなわち、成形型３内へ鋳物砂を充填しつつ所定圧力に加圧された過熱水蒸気を供給することにより、鋳物砂への水分補給を経て乾燥終了までの総時間をより短縮化することができる。また、中子４の温度検出に際しては、例えば熱電対を中子内に挿入することによって中子４の中心温度を計測することができ、中子４の造型後には熱電対を中子４から引き抜けばよい。

次に、本発明に用いて好適な水溶性無機化合物の例を、図３にまとめて示してある。この図３において、右側の２つの欄の数値については、鋳物砂（珪砂）１００重量部に対する重量％を示し、その他の欄の数値については、水溶性無機化合物（バインダー固形物添加量）１００重量部に対する重量％を示す。

図４は、本発明の実施例（実施例１〜実施例３）と比較例（比較例１および比較例２）とでの試験条件を示す。なお、各試験は全て、水溶性無機化合物として図３の「ＭＴ−２８０」として示すものを用い、成形型３の温度を１２０度Ｃに設定し、過熱水蒸気の成形型３への供給温度は２５０度Ｃとしてある。

図４に示す各実施例および比較例についての試験条件を説明すると、まず「中子温度」は、全て１００度Ｃに設定した。「過熱水蒸気圧力」は、成形型３へ過熱水蒸気を供給するときの当初の圧力で、全て０．２ＰＭａとした。「０．２ＰＭａパージ時間」は、過熱水蒸気の供給開始から０．２ＰＭａの圧力で供給終了までの時間である。「減圧（０．１ＰＭａ）有無」は、過熱水蒸気の圧力を当初の加圧状態０．２ＰＭａから０．１ＰＭａへ減圧することの有無である。「減圧開始時間」は、過熱水蒸気の開始時点からの時間である。「吸引有無」は、成形型３内の蒸気を外部へ排出することの有無である。「吸引開始時間」は、成形型３内への過熱水蒸気の開示時点からの時間である。なお、成形型３内の吸引圧力は、−９０ｋＰａとした。

鋳物砂の乾燥終了を、成形型３内への過熱水蒸気の供給開始時点から成形型内の水分残存量が０．５％以下になるまでの時間で判断したとき、実施例１（図６）では約１００秒強であり、実施例２（図８）においては約９０秒であり、実施例３（図９）においては、約６０秒強であり、早期に乾燥を終了することができた。これに対して、比較例１（図５）においては、１４０秒以上であり、比較例２（図７）においては乾燥までに多大な時間を要してしまう（２００秒時点でも乾燥終了にならなかった）。

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。成形型３において造型される鋳型としては、種々のものが適用できる。成形型３内の鋳物砂の温度検出は、例えば熱電対のような温度検出手段によって直接検出することもできるが、その他の適宜の温度検出手段、特に非接触型の温度検出手段を用いることができる。また、実験的に、過熱水蒸気の温度供給開始時点からの経過時間によって、成形型３内の鋳物砂の温度を間接的に検出することもできる（このことは、成形型３の温度検出についても同じ）。成形型３内での鋳物砂への水分補給完了時点の検出も、実験的に得た過熱水蒸気の供給開始時点からの時間でもって管理するようにしてもよい。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

本発明による水溶性鋳型の製造装置の一例を示す簡略側面図。 図１の状態から、成形型から造型された中子を取り出す様子を示す簡略側面図。 本発明に用いる水溶性無機化合物の例をまとめて示す図。 実施例と比較例との試験条件をまとめて示す図。 比較例１における試験結果を示す図。 実施例１における試験結果を示す図。 比較例２における試験結果を示す図。 実施例２における試験結果を示す図。 実施例３における試験結果を示す図。

符号の説明

２：搬送台車
３：成形型
４：中子（造型される鋳型）
１０：充填装置
１１：貯溜タンク
１２：ブロアヘッド
１４：ノズル
２０：過熱水蒸気供給装置
２１：ボイラ
２２：蒸気加熱器
２４：圧力可変装置
３０：吸引装置
３１：排気フード
３２：吸引ポンプ
３３：昇降装置
３４：排出パイプ
４０：エジェクタ装置
４１：昇降装置
４２：エジェクタピン
５１〜５５：加熱用ヒータ
Ｓ１：第１ステーション
Ｓ２：第２ステーション
Ｕ：ユニット体

Claims (8)

1. 水溶性無機化合物を主体とする粘結剤で被覆された鋳物砂を造型して鋳造用の鋳型を製造する水溶性鋳型の製造方法であって、
   前記鋳物砂を所定温度に加熱して成形型に充填する第１ステップと、
   前記第１ステップの後に、前記成形型内に過熱水蒸気を所定圧力での加圧状態で供給して水蒸気を結露させることにより、該鋳物砂に水分を補給する第２ステップと、
   前記鋳物砂への水分補給完了後に、前記成形型内に過熱水蒸気の圧力を前記所定圧力よりも減圧された状態で供給して該鋳物砂を乾燥させる第３ステップと、
   を備えていることを特徴とする水溶性鋳型の製造方法。
2. 請求項１において、
   水溶性無機化合物を主体とする粘結剤で被覆された鋳物砂を造型して鋳造用の鋳型を製造する水溶性鋳型の製造方法であって、
   前記鋳物砂を所定温度に加熱して成形型に充填しつつ、該成形型内に過熱水蒸気を所定圧力での加圧状態で供給して水蒸気を結露させることにより、該鋳物砂に水分を補給する第１ステップと、
   前記鋳物砂への水分補給完了後に、前記成形型内に過熱水蒸気の圧力を前記所定圧力よりも減圧された状態で供給して該鋳物砂を乾燥させる第２ステップと、
   を備えていることを特徴とする水溶性鋳型の製造方法。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記鋳物砂を乾燥させる際に、前記成形型内の水蒸気を該成形型の外部へ排出つつ過熱水蒸気が該成形型内に供給される、ことを特徴とする水溶性鋳型の製造方法。
4. 請求項１または請求項２において、
   鋳物砂への水分補給の完了が、該鋳物砂の温度が水分の沸点温度に達したときとされている、ことを特徴とする水溶性鋳型の製造方法。
5. 請求項１または請求項２において、
   前記成形型が、前記鋳物砂が充填される前にあらかじめ所定温度にまで加熱されている、ことを特徴とする水溶性鋳型の製造方法。
6. 水溶性無機化合物を主体とする粘結剤で被覆された鋳物砂を造型して鋳造用の鋳型を製造する水溶性鋳型の製造装置であって、
   鋳物砂を所定温度に加熱する鋳物砂加熱手段と、
   過熱された鋳物砂を成形型内に充填する充填手段と、
   前記成形型内に過熱水蒸気を供給すると共に、過熱水蒸気の供給を所定圧力の加圧状態でもって行う第１供給状態と該所定圧力よりも減圧された減圧状態でもって行う第２供給状態とで切換可能とされた過熱水蒸気供給手段と、
   を備えていることを特徴とする水溶性鋳型の製造装置。
7. 請求項６において、
   前記成形型内の水蒸気を該成形型の外部へ排出させるための吸引手段をさらに備えている、ことを特徴とする水溶性鋳型の製造装置。
8. 請求項６または請求項７において、
   前記成形型の成形面を所定温度に保持する成形型加熱手段をさらに備えている、ことを特徴とする水溶性鋳型の製造装置。

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