JP2012166250A

JP2012166250A - 鋳物砂の乾燥再生法

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Publication number: JP2012166250A
Application number: JP2011030563A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Takahashi; 克坦高橋; Masataka Kaji; 正隆梶; Kosaku Sakurai; 耕作桜井
Original assignee: Daito Kogyo Co Ltd
Current assignee: Daito Kogyo Co Ltd
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2012-09-06
Anticipated expiration: 2031-02-16
Also published as: JP5588890B2

Abstract

【課題】回収崩壊砂（使用後鋳物砂）から使用可能時間に制約のない水分を含まない乾燥再生砂を簡易な機器で容易に得られる鋳物砂の乾燥再生法を提供すること。
【解決手段】水溶性無機塩からなる結合剤の水溶液（以下「結合剤水溶液」という。）を添加した鋳物砂を使用して、水溶性鋳型（以下「鋳型」という。）を造型し、該鋳型を用いて鋳造後、洗浄液を用いて鋳造品の砂落し（洗浄）により発生した崩壊砂を含有する使用後洗浄液から、沈降分離させて回収した鋳物砂（以下「回収崩壊砂」という。）を乾燥再生する方法。回収崩壊砂１６Ａを、底面に排水多孔板２９を備えた乾燥処理筒体２７に投入して、乾燥処理筒体２７の開口側を密閉して加圧エアを吹き込むことにより乾燥させて乾燥再生砂１６Ｂとする。
【選択図】図４

Description

本発明は、鋳物砂の乾燥再生法に関する。具体的には、水溶性無機塩からなる結合剤の水溶液を添加した鋳物砂を使用して、水溶性鋳型を造型し、該鋳型を用いて鋳造後、洗浄液を用いた鋳造品の砂落し（洗浄）により発生した崩壊鋳物砂を含有する使用後洗浄液から、沈降分離により回収した鋳物砂の乾燥再生に係る方法である。

ここでは、水溶性鋳型として、水溶性中子を例に採り説明する。水溶性中子に限られるものではなく、他の水溶性鋳型の砂落としで発生する崩壊鋳物砂を乾燥再生する場合にも本発明は適用できる。

回収崩壊砂は、例えば、図１に示すような中子のリサイクル造型法に組み込まれて乾燥再生して中子造型に再利用している。

中子のリサイクル造型法は、産業廃棄物である使用後鋳物砂を大量発生させないため、昨今、環境的見地から着目されている。

このため、水溶性中子（水溶性鋳型）のリサイクル造型に関連する先行技術文献も多数存在する（例えば、特許文献１〜５等）。

上記各特許文献に記載の如く、回収崩壊砂を乾燥させずにウエット砂として再生使用する場合が多い。しかし、ウエット砂として使用する場合は、使用環境によっては、水分蒸発等により搬送中などに硬化が始まり、使用できなくなってしまう（可使時間が短い。）。このため、可使時間に制約のない、水分を含まない（水分が0.3％未満）再生乾燥砂として鋳物砂を再生使用することが考えられる。

そして、回収崩壊砂を乾燥再生する際の乾燥方法として、ロータリードライヤ等で、乾燥再生することが考えられる。

特開２００７−１５２３６８号公報特開２００５−１３８１４１号公報特開２００５−０６６６３４号公報特開２００５−０５９０８１号公報特開２０１０−２３４３８８号公報

しかし、上記ロータリードライヤ等の攪拌式の加熱乾燥機は設備費が嵩み、また、乾燥再生を行なうと、砂塊が、多量に発生して回収効率が低下するとともに、内壁や攪拌機等に付着して、加熱乾燥機の保守が面倒であることが分かった。

本発明は、上記にかんがみて、回収崩壊砂（使用後鋳物砂）から可使時間に制約のない水分を含まない乾燥再生砂を簡易な機器で容易に得られる鋳物砂の乾燥再生法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記問題点を解決するために、鋭意開発に努力をした結果、下記構成の鋳物砂の乾燥再生法に想到した。

水溶性無機塩からなる結合剤の水溶液（以下「結合剤水溶液」という。）を添加した鋳物砂を使用して、水溶性鋳型（以下「鋳型」という。）を造型し、
前記鋳型を用いて鋳造後、洗浄液を用いて鋳造品の砂落し（洗浄）により発生した崩壊砂を含有する使用後洗浄液から、沈降分離させて回収した鋳物砂（以下「回収崩壊砂」という。）を乾燥再生するに際して、
前記回収崩壊砂を、底面に多孔板を備えた乾燥処理筒体に投入して、該乾燥処理筒体の開口側を密閉して加圧エアを吹き込むことにより乾燥させて再生砂とする、ことを特徴とする。

乾燥のために、ロータリードライヤのような特別な装置を必要とせず、また、加熱エネルギーが不要であり、メインテナンスも容易である。このため、設備費及び運転費ともに節約できる。

中子のリサイクル造型法の一例を示す流れ図である。中子造型装置の概略断面図である。中子の砂落とし説明用の断面図である。本発明の鋳物砂の乾燥再生法の一例を示す流れ図である。本発明の乾燥再生法に使用する乾燥処理筒体の斜視図である。本発明の実施例（試験例）における、乾燥時間と乾燥量との関係を示すグラフ図である。

以下、本発明の鋳物砂の乾燥再生法の一実施形態について、中子のリサイクル造型法に組み込んだ場合を例に採り、説明する。配合単位を示す「％」は、特に断らない限り「質量％」を意味する。また、「メッシュ」は、特に断らない限り、「タイラーメッシュ」を意味する。

中子のリサイクル造型法は、下記工程からなる（図１参照）。
１）鋳物砂（中子砂）と結合剤（水溶性無機塩）水溶液とを混練する。
２）中子型内に上記混練砂を吹き込み充填する。
３）上記充填砂を乾燥させて中子造型をする。
４）鋳造する。
５）中子洗浄(砂落とし）をする。使用後洗浄液が発生する。
６）使用後洗浄液を沈降分離する。
７）沈降崩壊砂を回収する。
８）回収崩壊砂を乾燥再生する。
９）分離洗浄液を濃縮する。

上記８）で生成させた再生鋳物砂、および、上記９）で濃縮した再生結合剤水溶液は、それぞれ、減量分を補充して、前記１）の混練における原料として再使用する。

上記において、水溶性無機塩としては、特に限定されないが、Ｍｇ²⁺、Ｎａ⁺、Ｃａ²⁺から選択されるカチオンと、ＳＯ₄ ^2-、ＣＯ₃ ^2-、ＨＣＯ₃ ^2-、Ｂ₄Ｏ₇ ^2-から選択されるアニオンとの組み合わせの１種以上からなるものを使用することが望ましい。充分な中子強度と可溶性を併せ持つためである（特許文献１段落０００９参照）。

具体的な上記水溶性無機塩としては、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ₄）が好ましく、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ₄）５０〜９８％と、炭酸ナトリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃）、四ホウ酸ナトリウム（Ｎａ₂Ｂ₄Ｏ₇）、硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳＯ₄）から選択される１種以上２〜５０％の混合系が、より好ましい。硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ₄）５０〜９０％と、炭酸ナトリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃）、四ホウ酸ナトリウム（Ｎａ₂Ｂ₄Ｏ₇）、硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳＯ₄）から選択される１種以上１０〜５０％からなる混合系が、さらに好ましい。このような組成の水溶性中子を用いることで、鋳造時に型崩れせず、鋳造後の砂落しが水圧で容易に行うことができる（特許文献１段落００４２参照）。

そして、このときの結合剤水溶液の塩濃度は、中子強度確保の見地から、飽和かそれに近い濃度、例えば、上記硫酸マグネシウム系の場合、通常２０〜３５％、望ましくは２５〜３２％とする。

そして、結合剤添加量（含有率）は、乾燥中子において、通常、１〜６％、望ましくは、１．５〜４％となる量とする。

本発明で用いられる鋳物砂は、従来知られたものを用いることができる。具体的には、ＳｉＣ、アルミナ、ムライト、シリカ、ジルコン等からなるものを用いることが好ましい。これらは、優れた強度、低熱膨張率を有するとともに入手が比較的容易であり、強度、寸法精度等に優れた水溶性中子を製造することができる。

本実施形態に使用する中子造型装置としては、特に限定されない。例えば、図２に示すものを使用できる（特許文献１の図４から引用）。

この中子造型装置は、中子砂混練槽１と中子砂ホッパー２と中子型７とからなる。中子砂混練槽１は、内部に混練用攪拌機１ａを備えているとともに、その下側には、中子砂送り管１ｂを介して中子砂ホッパー２が配されている。中子砂ホッパー２は、中子型７の砂充填口７ａと連接した砂充填用開閉弁６と、中子砂ホッパー２内の中子砂Ｓに対して充填用エアＡ１を吹き込む充填用エア吹込み弁３と、充填用エアを排気する充填用エア排気弁４とを備えている。また、中子型７は、内部にキャビティ８と、該キャビティ８内を排気するための主ベント（排気ベント）９とを有し、さらには、キャビティ８の附形面には、中子型７の表面に連通する多数の通気兼脱水孔（副ベント：図示せず）を有する。なお、キャビティ８から充填砂が排出されないように、主ベント９は中子砂粒子より小さい構造のスリット構造とされ、通気兼脱水孔は中子砂粒子が通過したり詰まったりしないようになっている。

上記鋳物砂と結合剤水溶液（塩溶液）からなる中子砂Ｓを、中子砂混練槽１に投入し、混練攪拌する。その後、送り管１ｂを介してホッパー２に混練中子砂が所定量、自重落下により送入される。この状態で、充填用エアＡ１を吹込むと、中子砂Ｓは砂充填用開閉弁６を介して中子型７内のキャビティ８に充填される。なお、充填用エアＡ１は充填用エア排気弁４により排気される。

そして、キャビティ８に充填された中子砂Ｓは、充填用エアＡ１の充填圧により圧縮されると同時に、主ベント９や副ベントから排気脱水される。このときの脱水量は通常、数％である。

こうして脱水した造型中子は、中子型から、押出ピン等を用いて離型する。

そして、離型した中子は、従来と同様、乾燥（焼結）工程を経て中子製品とする。乾燥条件は、例えば、常温エア乾燥×10min、200℃×１ｈ（電気炉内）とする。

そして、当該中子を使用して鋳造後、中子洗浄（砂落とし）５）を、洗浄液を用いて、例えば、図３に示す方法により行なう。

鋳物製品（鋳造品）１１内の中子１２は、洗浄液貯留槽１５に貯留した洗浄液（通常、水道水）１３を循環させることにより、中子１２の結晶塩を融解させ、洗い流す。結晶塩は、融解し、洗い流す（洗浄する。）ことができる。崩壊砂と塩溶解水は、洗浄液貯留槽１５に貯蔵され、崩壊砂を含有する使用後洗浄液が発生する。

上記砂落とし５）で発生した、使用後洗浄液を沈降分離して、沈降崩壊砂を水中ポンプ２０で汲み上げて回収崩壊砂として回収する（図４参照）。

そして、本実施形態では乾燥再生８）を、従来のロータリードライヤ等による乾燥処理の代わりに、図５に示すような乾燥処理筒体２７を使用して、該乾燥処理筒体の開口側を密閉して加圧エアを吹込んで、乾燥処理を行う。

該乾燥処理筒体２７は、底面に多孔板（排水板）２９を備え、エア吹込み接続口３１付きの密閉蓋３３で上面開口を閉じ可能なものである。

具体的な一例を、図４に基づいて、説明する。

沈降分離させる使用後洗浄液（鋳物砂分散液）は、図３に示すような砂落とし（中子水中）崩壊で得たものが望ましいが、鋳造品を水中浸漬して得たものでもよい。

１）沈降分離させた沈降崩壊砂（泥状）を回収して回収崩壊砂１６Ａとする。回収方法は、特に限定されない。図例では、水中ポンプ２０でくみ上げる例である。沈降分離槽（洗浄液貯留槽）１５の底部をテーパ状とし、その先端に排出弁を設けて、該排出弁を間欠的に開として回収してもよい。

本実施形態では、鋳物砂のメディアン径（例えば１００メッシュ）に対応した目開きの選別篩網２１の上側にゴミ排除用篩網２２を、下側に排水用篩網２３をそれぞれ配したものである。

上記選別篩網の目開きは、回収目的の鋳物砂（篩上として回収する。）に対応し、例えば、８０〜１２０メッシュ（望ましくは９０〜１１０メッシュ）の範囲から選定する。

該排水用篩網２３は、微粉化鋳物砂から自由離脱水を分離するためのものである。例えば、排水用篩網２３の目開きは、２００メッシュとする。

２）選別用篩網２１で回収した回収崩壊砂１６Ａを、乾燥処理筒体２７に充填し、該乾燥処理筒体２７の開口側を密閉して、エアホース３５から加圧エアを吹込んで、乾燥処理を行って、乾燥再生砂１６Ｂとする。

このとき、排水多孔板２９は、通常、前記排水用篩網２３と同じ目開き（例えば２００メッシュ）を使用するが、回収崩壊砂１６Ａが排出されず、且つ、乾燥エアの圧損が過剰とならない目開きを有する多孔板であれば、特に限定されない。

また、エア乾燥の条件は、乾燥処理筒体の大きさ、単位時間処理量等により異なるが、例えば、エア圧：１００〜１０００ｋＰａ（望ましくは３００〜５００ｋＰａ）の範囲から適宜選定する。エア温度は、通常、常温とする。エアとして工場廃熱ダクトの集塵後の温風を利用してもよい。温風とした場合は、乾燥時間を短くできる。なお、乾燥時間は、前記エア圧、及び、乾燥処理筒体の内径、充填高さ、更には、鋳物砂の粒径、結合剤水溶液の濃度・種類により異なる。例えば、１〜1.5ｋｇの乾燥再生砂を得ようとした場合、0.4MPa×８〜１２min前後とする。

ここで、エア圧が低すぎては、乾燥効率が良好でなく、逆にエア圧が高すぎては、圧損が高くなってエネルギー効率が低下するおそれがある。

こうした乾燥処理筒体２７に、回収崩壊砂を充填して通気乾燥させる場合は、鋳物砂の凝集塊が発生せず、乾燥処理筒体の内壁面に対する付着も殆ど発生しない。その理由は、回収崩壊砂を静置させた状態で、粒子間隙間に加圧エアを通過させるため、粒子相互間の又は内壁面と粒子間の圧接状態が弱く、逆に、エア圧が粒子相互の接触を離隔させるように作用するためと推定される。また、乾燥（脱水）時に付着水とともに結合剤も離脱して付着結合剤の量も減少する。

なお、上記では、特許文献１等に記載の中子のリサイクル造型における、中子洗浄（砂落とし）で発生する崩壊砂含有の使用後洗浄液から回収した回収崩壊砂を乾燥再生する場合を例にとったが、使用後洗浄液は、水溶性鋳型から発生するものであれば特に限定されない。

以下、本発明の効果を確認するために行なった実施例について、説明する。

実施例の中子砂は、下記組成のものを使用した。
鋳物砂：97.5％、結合剤水溶液：５％（結合剤（水和物）2.5％、水分2.5％）、結合剤水溶液濃度（無水物換算）：３０％、
なお、結合剤水溶液は、添加水と結合剤（MgSO₄・7H₂O／Na₂SO₄（質量比）≒77／23＝1.64）とを同量（１／１）混合して調製した。

また、鋳物砂は、見掛け比重：1.73、砂真比重：2.7、空隙率：35.93％のものを使用した。

当該結合剤水溶液を使用して、下記の如く中子砂を調製すると共に、後述の各項目の各実験を行なった。

そして、結合剤添加率を、結合剤見掛け添加濃度５％となるように調製後、図２に示すような造型装置を用いて、中子造型を行なった。

中子型としては、ウォータジャケット中子用（キャビティ容量（中子砂充填量）：1350ｃｃ、キャビティ面積：1400ｃｍ²、最小隙間：３ｍｍ）を用い、前準備として前記キャビティ面に市販の汎用離型剤を５ｍＬ塗布した。なお、中子型は、加温せず、常温とした。

充填エア圧は、第一段:200kPa×５秒、第二段：400kPa×５秒とした。該充填後、更に、２分間程、常温の充填エアー（200kPa）を流して乾燥した。

当該中子を水中で崩壊させたものを、水中ポンプで汲み出して、固定式篩装置に投入して、水切りを行なって（約２分放置）、回収崩壊砂を回収した。固定式篩装置は、図４において、ゴミ排除用篩網２２：５０メッシュ、選別篩網２１：１００メッシュ、排水用篩網２３：２００メッシュの順に上下に配したものを使用した。

続いて、上記のように回収した選別篩網上（１００メッシュ篩上）の回収崩壊砂（約１０００ｃｃ）１６Ａを、乾燥処理筒体２７に投入した。乾燥処理筒体２７は、内径：１００ｍｍ、高さ：３００ｍｍ（内容積：２３５５ｃｃ）で、多孔板目開き：２００メッシュのものを使用した。

そして、乾燥処理筒体２７を、密閉蓋３３で蓋をして、エア吹込み接続口３１に工場の圧縮エア供給接続口とエアホース３５で接続して加圧エア（平均エア圧：４００ｋＰａ）を乾燥処理筒体２７内に吹き込んだ。乾燥時間（エア吹込み時間）と乾燥量（％表示）の関係を図６に示す。

乾燥量は、回収崩壊砂重量（乾燥開始前）を６０秒経過毎に、４２０秒経過まで７回計測するとともに、更に、１０分まで加圧エアを吹き込み続け、１０分後の乾燥砂と回収崩壊砂の重量差を乾燥量１００％として、各時間における乾燥砂の重量差に対する比率を乾燥量として％表示した。

そして、こうして得た乾燥再生砂（１０分経過後）を、約１００ｇずつ採取し広げ、更に、乾燥器（恒温槽）を用いて１００℃×１ｈの条件で乾燥して、乾燥後の重量との差を残水分として求めた。

その結果を、表１に示す。微量の水分しか残っていないことが分かった。本発明の方法で乾燥した乾燥再生砂は、造型に影響させずに、再使用可能であることが確認できた。

２７：乾燥処理筒体
２９：排水多孔板
３３：乾燥処理筒体の密閉蓋
３１：エア吹込み用接続口
３５：エア供給ホース

Claims

水溶性無機塩からなる結合剤の水溶液（以下「結合剤水溶液」という。）を添加した鋳物砂を使用して、水溶性鋳型（以下「鋳型」という。）を造型し、
前記鋳型を用いて鋳造後、洗浄液を用いて鋳造品の砂落し（洗浄）により発生した崩壊砂を含有する使用後洗浄液から、沈降分離させて回収した鋳物砂（以下「回収崩壊砂」という。）を乾燥再生するに際して、
前記回収崩壊砂を、底面に多孔板を備えた乾燥処理筒体に投入して、該乾燥処理筒体の開口側を密閉して加圧エアを吹き込むことにより乾燥させて再生砂とする、
ことを特徴とする鋳物砂の乾燥再生法。
前記乾燥処理筒体に充填する前記回収崩壊砂が、８０〜１２０メッシュ（Tyler）の篩上として、篩分けされたものであることを特徴とする請求項１記載の鋳物砂の乾燥再生法。
前記加圧エアを、エア圧：１００〜１０００ｋＰａに設定することを特徴とする請求項１又は２記載の鋳物砂の乾燥再生法。
前記水溶性無機塩が、Ｍｇ²⁺、Ｎａ⁺、Ｃａ²⁺から選択されるカチオンと、ＳＯ₄ ^2-、ＣＯ₃ ^2-、ＨＣＯ₃ ^2-、Ｂ₄Ｏ₇ ^2-から選択されるアニオンとの１種以上の組み合わせからなるものであることを特徴とする請求項１、２又は３記載の鋳物砂の乾燥再生法。