JP4377916B2 - 再生鋳物砂を製造する方法及び装置 - Google Patents
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Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、再生鋳物砂を製造する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄やアルミニウム製の鋳物部品は、砂から形成された砂鋳型を用いる砂型鋳造によって製造される。鋳型に使用された鋳物砂は、回収して再生することにより砂鋳型に再使用される。
【０００３】
鋳物砂には、粘結性を有する樹脂等の有機粘結剤が添加されることがある。有機粘結剤の添加により、鋳物砂から成形された鋳型の形状は好適に保持される。
【０００４】
中子に使用される鋳物砂に有機粘結剤を用い、外鋳型として生型砂を使用した場合、当該中子を構成する鋳物砂だけを回収することは困難である。そのため、回収した鋳物砂には、ベントナイト等の無機成分を含んだ生型砂が混入してしまう。
【０００５】
従来の鋳物砂は、焙焼炉において鋳物砂を焙焼する工程と、焙焼された鋳物砂を研磨する工程によって再生される。焙焼工程では、鋳物砂は６００℃以上に加熱される。加熱により、鋳物砂の粒の表面に付着した樹脂等の有機成分が除去される。研磨工程では、焙焼工程で除去されずに鋳物砂の粒の表面に残った有機成分や無機成分が剥離されるとともに、鋳物砂の粒の形状が整えられる。
【０００６】
従来の鋳物砂の再生方法の一例として、焙焼炉内で鋳物砂を焙焼するときに、鋳物砂の焙焼熱で焙焼炉内の空気流を継続的に加熱することが提案されている（特許文献１参照）。この再生方法によれば、空気流の温度低下が抑制されて、鋳物砂中の有機成分の燃焼を促進することができる。
【特許文献１】
特開昭６３−１８０３４０号公報
【発明の開示】
【０００７】
ところが、上記従来の鋳物砂の再生方法では、鋳物砂に混入した無機成分（ベントナイト）は焙焼で除去されず、無機成分の残留した再生鋳物砂が回収される。再生鋳物砂に残留した無機成分はその再生鋳物砂で形成された砂鋳型の強度を低下させる一因である。そのため、鋳物砂の焙焼後に、鋳物砂の粒を研磨する工程を別途行なうことが不可欠であり、再生効率が低かった。
【０００８】
本発明の目的は、効率的で品質の高い再生鋳物砂を製造する方法及び装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の一態様は、鋳物砂を用意する工程と、前記鋳物砂を再生する工程とを備え、循環流動炉内を循環させながら焙焼する再生鋳物砂の製造方法を提供する。前記再生する工程は、前記鋳物砂を焙焼室を有する焙焼装置に搬入する工程と、前記鋳物砂を６００℃以上で焙焼しつつ、前記焙焼室に０．８ｍ／ｓ以上の風速の空気流を供給して、前記鋳物砂の大部分を前記焙焼室内の上部に吹き上げる工程と、吹き上げられた前記鋳物砂の一部を前記空気流とともに前記焙焼室の上部と接続された連通管を通って前記焙焼室の外部に設けた分離装置に移送する工程とを含む。
【００１０】
一実施形態では、前記再生する工程は更に、吹き上げられた前記鋳物砂を前記焙焼室内で発生した燃焼ガスから分離する工程と、分離された前記鋳物砂を前記分離装置から送出管を通って前記焙焼室に移送する工程とを含み、前記吹き上げる工程、前記分離装置に移送する工程、前記分離する工程、及び前記焙焼室に移送する工程を繰り返す工程とを更に備え、前記空気流の風速は、吹き上げられた鋳物砂の粒が前記焙焼室内で互いに激しく衝突して研磨されるように決められているとともに、分離された前記鋳物砂の粒が前記連通管、前記分離装置及び前記送出管を移動するときにも互いに衝突し合うことで研磨されるように決められている。
【００１３】
前記空気流の風速は１．５ｍ／ｓ以上であることが好ましい。
【００１４】
一実施形態では、前記鋳物砂は、鋳造に使用された使用済み鋳物砂、規格外の品質を有する鋳物砂、不要な鋳物砂、または造型に失敗した砂鋳型に使用された鋳物砂である。
【００１５】
本発明の更なる態様は、鋳物砂を焙焼する焙焼室を有する焙焼装置と、前記鋳物砂の焙焼中に、０．８ｍ／ｓ以上の風速の空気流で前記鋳物砂の大部分を前記焙焼室内の上部に吹き上げるブロアとを備え、循環流動炉内を循環させながら焙焼する再生鋳物砂の製造装置である。
【００１６】
一実施形態の製造装置は、前記焙焼室の上部に吹き上げられた前記鋳物砂の一部を、前記焙焼室の上部から前記焙焼室の外部を通って前記焙焼室の下部に戻すように前記焙焼室の外部に設けた循環経路を更に備える。前記循環経路は、前記焙焼室の上部に接続された連通管と、前記連通管に接続され、吹き上げられた前記鋳物砂を前記焙焼室内で発生した燃焼ガスから分離する分離装置と、前記分離装置と前記焙焼室の下部とを接続し、前記分離装置で分離された前記鋳物砂を前記焙焼室へ戻す送出管とを含み、前記空気流の風速は、吹き上げられた鋳物砂の粒が前記焙焼室内で互いに激しく衝突して研磨されるように決められているとともに、分離された前記鋳物砂の粒が前記連通管、前記分離装置及び前記送出管を移動するときにも互いに衝突し合うことで研磨されるように決められている。
【００１７】
一実施形態では、前記焙焼室は下部と、前記下部よりも広い上部とを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に従う再生鋳物砂の製造装置の概略図。
【図２】本発明の第２実施形態に従う再生鋳物砂の製造装置の概略図。
【図３】図１及び２の再生鋳物砂の製造装置を使用して製造された再生鋳物砂の粒度指数と、焙焼中の空気流の風速との関係を示すグラフ。
【図４】図１及び２の再生鋳物砂の製造装置を使用して製造された再生鋳物砂の強熱減量及び曲げ強度と、焙焼中の空気流の風速との関係を示すグラフ。
【図５】再生鋳物砂の粒度指数−風速曲線の砂量による変化を示すグラフ。
【図６】再生鋳物砂の強熱減量−風速曲線の砂量による変化を示すグラフ。
【図７】再生鋳物砂の曲げ強度−風速曲線の砂量による変化を示すグラフ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に従う再生鋳物砂の製造方法を説明する。
【００２０】
鋳物砂は鋳造の鋳型（砂鋳型）に使用される砂である。鋳造に使用された砂鋳型を構成する鋳物砂（使用済み鋳物砂）は、回収されて再生される。使用済み鋳物砂は、水分をほとんど含有せず、０．１〜１０質量％の有機成分を含有している。鋳物砂に含まれる粘結剤は、フェノール系の有機粘結剤、水ガラスやベントナイト等の無機粘結剤、及び粘土等の一般的な粘結剤であり、特に限定されない。第１実施形態の再生鋳物砂の製造方法は、有機粘結剤を含んだ鋳物砂を再生するのに好適である。第１実施形態の再生鋳物砂の製造方法は、シェルモールド法のような熱硬化性造型法や、鋳物砂を常温で自硬化させるコールドボックス法のような自硬性造型法によって形成された砂鋳型に使用された鋳物砂を再生するのに好適である。第１実施形態の再生鋳物砂の製造方法は、コールドボックス法及びシェルモールド法以外の方法で形成された砂鋳型に使用された鋳物砂の再生に使用することができる。
【００２１】
以下、シェルモールド法によって形成された砂鋳型に使用された鋳物砂を説明する。
【００２２】
シェルモールド法では、砂鋳型を形成するのに、添加成分の混合された鋳物砂、いわゆるレジンコーテッドサンドが用いられる。添加成分の例は、フェノールレジン等の粘結剤、ヘキサメチレンテトラミン等の硬化促進剤、及び、ステアリン酸カルシウム等の滑剤である。レジンコーテッドサンドは、水分をほとんど含有せず、０．１〜１０質量％の有機成分を含有している。
【００２３】
シェルモールド法による鋳型の形成を説明する。２００〜３００℃の金型内にレジンコーテッドサンドを充填する。金型内でレジンコーテッドサンドを硬化させることにより鋳型が形成される。レジンコーテッドサンドは主に中子の材料として使用される。外鋳型の材料としては、ベントナイトのような粘結剤を含有する生型砂が使用される。
【００２４】
本明細書では、鋳物砂の再生は、鋳造に使用された鋳物砂を砂鋳型の形成に再利用可能な状態に再活性化させることを意味するだけでなく、未使用の鋳物砂を砂鋳型の形成に利用可能な鋳物砂に調製することも意味する。未使用の鋳物砂の例は、規格外の品質を有するレジンコーテッドサンド、不要なレジンコーテッドサンド、及び造型に失敗した砂鋳型に使用されたレジンコーテッドサンドである。規格外の品質を有するレジンコーテッドサンドの例は、強度不良のレジンコーテッドサンドである。本発明の再生工程によって、砂鋳型の形成に使用された粘結剤や、使用済み鋳型砂の回収時に混入した無機成分の除去された再生鋳物砂が得られる。この再生鋳物砂は、新しい砂鋳型の形成に好適に再使用することができる。
【００２５】
以下に、第１実施形態の再生鋳物砂の製造方法について説明する。
【００２６】
第１実施形態の再生鋳物砂の製造方法は、鋳物砂を焙焼させつつ、炉内に空気流（吹き上げ空気）を供給して鋳物砂を炉内の上部に吹き上げる再生工程を含む。炉内に搬入される鋳物砂の量は、特に限定されないが、鋳物砂の大部分が焙焼室の上部に吹き上げられて、鋳物砂が焙焼室の底に堆積しない程度の量に調整されるのが好ましい。鋳物砂の再生工程は、バッチ式や連続式で行なうことができる。一般的には連続的に再生工程を行なうのが効率的である。
【００２７】
鋳物砂は６００℃以上で焙焼される。好ましい焙焼温度は７００℃以上であり、さらに好ましい焙焼温度は８００℃以上である。焙焼温度（鋳物砂の温度）が６００℃未満の場合には、鋳物砂の粒の表面に付着した粘結剤等の不要成分の不完全燃焼が生じ、不要成分は十分に燃焼されない。この場合、低品質の黒化した再生砂が得られることがある。鋳物砂の温度を直接測定できない場合、炉内の雰囲気温度を鋳物砂の温度とみなしてもよい。
【００２８】
風速は鋳物砂の大部分の粒を焙焼室の上部に浮上させて、鋳物砂が焙焼室の底に堆積しないように決められる。第１実施形態では、鋳物砂は、０．８ｍ／ｓ以上の風速を有する空気流により炉内で吹き上げられる。吹き上げられた鋳物砂の粒同士は互いに激しく衝突し合うことで研磨される。これにより、鋳物砂の粒の表面に付着した粘結剤等の不要成分が剥離され、また、鋳物砂の粒の形状や寸法が整えられる。空気流の風速は、好ましくは１ｍ／ｓ以上、さらに好ましくは１．５ｍ／ｓ以上である。空気流の風速が０．８ｍ／ｓ未満の場合には、鋳物砂の粒同士の衝突頻度が低くなり、鋳物砂の粒の表面の研磨が不十分になることがある。空気流の風速が高いほど鋳物砂の研磨効果は向上する。空気流の風速に上限はないが、鋳物砂の再生装置の構造上、１５ｍ／ｓを超える風速の空気流は実用的でない。
【００２９】
以下、図１を参照して、本発明の第１実施形態に従う鋳物砂の再生装置すなわち再生鋳物砂の製造装置を説明する。
【００３０】
再生装置は、鋳物砂を循環させながら焙焼する循環流動炉１１を備える。
【００３１】
循環流動炉１１は、例えば円筒状の焙焼室を有する焙焼装置１２と、分離装置１３（例えばサイクロン構造）と、送出管１４と、焙焼装置１２の底に接続された送風管を含むブロア１６とを備える。ブロア１６は送風管を通して焙焼室に空気流を供給する。焙焼装置１２の側部には焙焼室に鋳物砂を搬入するための搬入口１５が設けられている。鋳物砂はバーナ（図示略）によって焙焼室で焙焼される。連通管１７は焙焼室の上部と分離装置１３とを連通する。分離装置１３は鋳物砂の焙焼によって発生する燃焼ガスと鋳物砂とを分離する。送出管１４は分離装置１３の下部と焙焼室の下部とを連通する。分離装置１３にて燃焼ガスから分離された鋳物砂の粒は送出管１４を通って焙焼室に戻される。連通管１７、分離装置１３、及び送出管１４は、焙焼室の外部に設けられた循環経路として機能する。
【００３２】
循環流動炉１１を用いて鋳物砂を再生する場合には、まず、鋳型に使用された鋳物砂を回収する。中子に使用される鋳物砂の粘結剤として有機粘結剤が用いられ、外鋳型として生型砂が使用された場合、中子だけを回収しようとしても当該中子を構成する鋳物砂に、焙焼で除去できない無機成分（ベントナイト）を含んだ生型砂が混入してしまう。
【００３３】
鋳物砂を回収した後、この鋳物砂を予め焼炉（図示せず）内において１００℃以上で予備焙焼する。次に、所定量の鋳物砂を搬入口１５を通じて焙焼装置１２内へ搬入する。鋳物砂は焙焼装置１２内へ連続的にまたは間欠的に搬入してもよい。一実施形態の鋳物砂の投入量は１時間当たり１０ｔである。焙焼装置１２内に搬入された鋳物砂はバーナの熱により焙焼装置１２内で焙焼されつつ、ブロア１６から供給される空気流により吹き上げられる。
【００３４】
鋳物砂に付着した粘結剤等の不要成分は焙焼によって燃焼され、燃焼ガスが発生する。粘結剤等の不要成分のうち除去できなかった一部の有機成分が鋳物砂の粒の表面に残存することがある。回収した鋳物砂に生型砂が混入している場合には、生型砂に含まれるベントナイトは焙焼によって除去されずに残る。
【００３５】
第１実施形態では、鋳物砂の粒は、所定の風速（０．８ｍ／ｓ以上）の空気流によって焙焼室の上部に浮上して、互いに激しく衝突し合ったり、焙焼装置１２の壁面に衝突したりして研磨される。この衝突により、鋳物砂に残留するベントナイト等の不要成分は鋳物砂の粒の表面から剥がれる。
【００３６】
空気流の風速は、焙焼室内に風速センサを設置して直接に測定することができるが、次式で算出することもできる。
【００３７】
空気流の風速＝Ｖ１×Ａ１／Ｂ
Ｖ１はブロア１６の送風管の計測位置Ａで測定された空気流の速度である。Ａ１はブロア１６の送風管の計測位置Ａにおける断面積である。Ｂは焙焼室の底部の面積である。
【００３８】
上記のように鋳物砂が吹き上げられた場合、焙焼により除去しきれなかった有機成分も鋳物砂の粒の表面から剥がされる。鋳物砂の粒同士が擦れ合う結果、鋳物砂の粒が削られて粒径が小さくなる。このようにして、形状の改善された高品質の再生鋳物砂が得られる。
【００３９】
焙焼装置１２にて鋳物砂を吹き上げた空気流の一部は、焙焼装置１２から分離装置１３及び送出管１４を経て再び焙焼装置１２内に供給される。
【００４０】
一部の鋳物砂は、焙焼装置１２内で吹き上げられた後、燃焼ガスとともに連通管１７を通じて分離装置１３に送られる。分離装置１３は鋳物砂と燃焼ガスとを分離させる。分離された燃焼ガスは処理装置（図示略）を通じて大気に放散され、分離された鋳物砂は、送出管１４を通じて焙焼装置１２に送られる。
【００４１】
第１実施形態では、鋳物砂の粒は、焙焼室内だけで研磨されるのではなく、連通管１７、分離装置１３及び送出管１４を移動するときにも互いに衝突し合うことで研磨される。また、鋳物砂の粒は連通管１７、分離装置１３及び送出管１４の内面に衝突しながら移動する。よって、循環流動炉１１は鋳物砂を連続的に研磨することで、再生鋳物砂を効率的に製造することができる。
【００４２】
焙焼装置１２内に搬入された鋳物砂の粒は、循環流動炉１１の内部を循環する空気流により、連続的に相互衝突して研磨されながら流動し、焙焼装置１２内に送られる。鋳物砂は、循環流動炉１１内を少なくとも１回循環することで再生される。第１実施形態によれば、粘結剤等の不要成分の焙焼とともに研磨処理が好適に施された高品質の再生鋳物砂が得られる。
【００４３】
第１実施形態によれば、以下の利点が得られる。
【００４４】
第１実施形態の再生工程は、焙焼装置１２内に搬入された鋳物砂を焙焼させつつ、０．８ｍ／ｓ以上の風速を有する空気流により鋳物砂を吹き上げることを含む。空気流により吹き上げられた鋳物砂の粒は、粒同士の衝突及び焙焼装置１２の内壁面との衝突により十分に研磨される。これにより、鋳物砂の粒の表面に付着した粘結剤等の不要成分を剥離することができるとともに、鋳物砂の粒の形状を改善することができる。
【００４５】
第１実施形態の再生鋳物砂の製造方法によれば、鋳物砂は焙焼されながら、鋳物砂の粒の表面が研磨される。従来の再生方法のように鋳物砂を焙焼した後に鋳物砂を研磨する工程を別途行なう必要はない。すなわち、第１実施形態では、焙焼工程と、研磨工程とが同時に行なわれる。このため、作業工程は簡略化され、作業時間は短縮される。
【００４６】
焙焼室の内部で空気流が循環する循環流動炉１１を用いて鋳物砂は再生される。空気流によって、鋳物砂の粒は互いに研磨されながら循環流動炉１１内を少なくとも１回は循環する。従って、循環流動炉１１は鋳物砂を効率良く研磨することができる。
【００４７】
鋳物砂は６００℃以上の高温で焙焼される。このため、鋳物砂の粒の表面に付着した粘結剤等の有機成分はほぼ完全に燃焼され、鋳物砂から除去される。
【００４８】
（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態に従う再生鋳物砂の製造方法及び装置を説明する。
【００４９】
まず、図２を参照して、第２実施形態の鋳物砂の再生装置すなわち再生鋳物砂の製造装置を説明する。再生装置は焙焼炉２１を含む。焙焼炉２１は、例えば円筒状の焙焼室を有する焙焼装置２２と、焙焼室に０．８ｍ／ｓ以上の風速の空気流を供給する、焙焼装置２２の下部に接続された送風管を含むブロア１６とを含む。再生装置は分離装置１３（図１参照）を備えていない。焙焼装置２２の側部には、焙焼室に鋳物砂を搬入するための搬入口１５が形成されている。焙焼装置２２の側部には、鋳物砂を焙焼するためのバーナ（図示略）が配置されている。第２実施形態の焙焼炉２１では、鋳物砂の粒は焙焼室の上部に吹き上げられた後、分離装置１３（図１参照）に送られることなく、焙焼室の底に落下する。焙焼室は比較的広い上部と、比較的狭い下部とを有する。比較的広い上部を有する焙焼室は、鋳物砂の浮上と拡散を容易にし、鋳物砂の粒の衝突効率を高める作用を有する。
【００５０】
焙焼炉２１を用いた鋳物砂の再生例を説明する。
【００５１】
鋳物砂を１時間当たり１０ｔの割合で搬入口１５から焙焼室内へ搬入する。ブロア１６から０．８ｍ／ｓ以上の風速の空気流を焙焼室に供給しながら、鋳物砂をバーナの熱により焙焼する。大部分の鋳物砂の粒は空気流によって焙焼室内の上部に吹き上げられる。空気流の風速は第１実施形態で説明したようにして測定あるいは算出される。
【００５２】
鋳物砂の粒は焙焼室の上部で互いに激しく衝突し、また、焙焼室の内面にも衝突する。鋳物砂に残留する粘結剤等の不要成分は鋳物砂から剥離されて除かれる。鋳物砂の粒の相互衝突により、鋳物砂の粒の形状と寸法が整えられ、形状の改善された高品質の再生鋳物砂が得られる。
【００５３】
実施例１
（再生鋳物砂の製造）
鋳造に使用された砂鋳型から鋳物砂を回収した。処理能力２ｔ／ｈの循環流動炉１１及び焙焼炉２１の各々に鋳物砂１ｔを搬入した。循環流動炉１１及び焙焼炉２１の各々において、鋳物砂を空気流で浮上させながら、７００℃で１時間焙焼し、再生鋳物砂を製造した。
【００５４】
（再生鋳物砂の物性）
焙焼中の空気流の風速と、再生鋳物砂の物性との関係を調べた。結果を図３及び図４に示す。
【００５５】
（粒度指数）
粒度指数は鋳物砂の粒の大きさの指標である。ＪＡＣＴ試験法Ｓ−１（鋳物砂の粒度試験法）に定められたＡＦＳ系数基準に従って粒度指数を算出した。粒度指数が高いほど研磨が良くされているため再生鋳物砂の品質は高い。
【００５６】
（強熱減量）
強熱減量は、熱分解及び燃焼したときに生じる鋳物砂の質量変化の程度を示す指標である。強熱減量が小さいほど再生鋳物砂に付着した異物は少ない。ＪＡＣＴ試験法Ｓ−２（鋳物砂の強熱減量試験法）に準拠して強熱減量を測定した。具体的には、鋳物砂の遊離水分をＪＩＳ Ｚ ２６０１に準拠して除去する。正確に秤量した鋳物砂１０ｇ（Ｗ1）をるつぼに入れる。このるつぼを、予め１０００℃に加熱した電気炉で１５分間放置する。引き続き、るつぼを４５分間強熱する。電気炉から取り出したるつぼをデシケータ内で室温まで放冷する。その後、鋳物砂の質量（Ｗ2）を測定する。強熱減量を次式に従って算出した。
【００５７】
強熱減量（％）＝(Ｗ1-Ｗ2)/Ｗ1×100
（曲げ強度）
１５０℃に予熱した再生鋳物砂７ｋｇと、ノボラック型フェノール樹脂（旭有機材工業製、商品名ＳＰ６１０）１７５ｇとをワールミキサー（遠州鉄工株式会社製）内に入れ、４０秒間混練した。ヘキサメチレンテトラミン２６．３ｇと水１０５ｇとを含む水溶液をワールミキサー内の混練物に追加した。ブロワーで送風しながら混練物の塊が崩れるまで混練を継続した。ステアリン酸カルシウム７ｇをワールミキサー内へ追加し、さらに５秒間混練し、レジンコーテッドサンドを得た。このレジンコーテッドサンドからＪＩＳ Ｋ ６９１０で規定される試験片を作製した。ＪＡＣＴ試験法ＳＭ−１（曲げ強さ試験法）に準拠して、試験片の曲げ強度を測定した。試験片の曲げ強度が高いほど、鋳型の曲げ強度は高い。
［００５８］
図３に示すように、図２の焙焼炉２１で再生鋳物砂を製造した場合、空気流の風速が０．８ｍ／ｓ以上のときに、粒度指数は急激に向上した。すなわち、０．８ｍ／ｓ以上の風速の空気流で鋳物砂を浮上させながら焙焼することで、鋳物砂の粒は十分に研磨されて、高品質の再生鋳物砂が得られることが分かった。風速が１．５〜３ｍ／ｓの範囲内では、焙焼炉２１よりも循環流動炉１１を用いる方が、好ましい粒度指数を有する再生鋳物砂が得られることがわかった。この理由は、循環流動炉１１内での鋳物砂の粒同士の衝突力が焙焼炉２１のものよりも高いため、粘結剤等の不要成分が好適に除去されたからであると推測される。
［００５９］
図４から明らかなように、図２の焙焼炉２１で再生鋳物砂を製造した場合、風速が０．８ｍ／ｓ以上のときに、強熱減量は急激に低下した。すなわち、０．８ｍ／ｓ以上の風速の空気流で鋳物砂を浮上させながら焙焼することで、その表面に粘結剤等の不要成分のほとんど付着していない高品質の再生鋳物砂が得られることが分かった。風速が１．５〜３ｍ／ｓの範囲内では、焙焼炉２１よりも循環流動炉１１を用いる方が、強熱減量の小さい再生鋳物砂が得られることがわかった。この理由は、循環流動炉１１内での鋳物砂の粒同士の衝突力が焙焼炉２１のものよりも高いため、粘結剤等の不要成分が好適に除去されたからであると推測される。
［００６０］
曲げ強度は、０．８ｍ／ｓ以上の風速の空気流で鋳物砂を浮上させながら焙焼することで、急激に向上した。すなわち、０．８ｍ／ｓ以上の風速の空気流で鋳物砂を浮上させながら焙焼された再生鋳物砂から製造されたレジンコーテッドサンドは、良好な強度を有する鋳型を製造するのに適している。風速が１．５〜３ｍ／ｓの範囲内では、焙焼炉２１よりも循環流動炉１１を用いる方が、曲げ強度の高い鋳型を製造することのできる再生鋳物砂が得られることがわかった。この理由は、循環流動炉１１内での鋳物砂の粒同士の衝突力が焙焼炉２１のものよりも高いため、粒度が小さく揃った再生鋳物砂が得られるからであると推測される。
【００６１】
実施例２
容積が４０ｍ3の焙焼室を有する焙焼炉２１を用意した。焙焼室内に搬入する鋳物砂の量を変更（０．５ｔ、１ｔ、１．５ｔ）して、鋳物砂を再生した。再生鋳物砂の物性を実施例１と同様に測定した。
【００６２】
１ｔの鋳物砂を搬入した際に得られた再生鋳物砂の物性は、実施例１の測定値を引用した。結果を図５〜図７に示す。
【００６３】
図６に示すように、焙焼室に搬入する鋳物砂の量を変更した場合であっても、０．８ｍ／ｓ以上の風速の空気流を供給すれば、強熱減量が急激に低下した再生鋳物砂が得られた。
【００６４】
図５及び図７に示すように、焙焼室に搬入する鋳物砂の量を変更した場合であっても、０．８ｍ／ｓ以上の風速の空気流を供給すれば、粒度指数及び曲げ強度が急激に向上した再生鋳物砂が得られた。
【００６５】
実施例３
図１の循環流動炉１１及び図２の焙焼炉２１を用いて、鋳物砂を９００℃で焙焼した。再生鋳物砂の物性を測定した。鋳物砂の焙焼温度が再生鋳物砂の物性に与える影響について評価した。その結果を以下の表１に示す。表１の炉内砂温は、循環流動炉１１及び焙焼炉２１内の鋳物砂の温度である。炉内砂量は、循環流動炉１１及び焙焼炉２１に搬入した鋳物砂の質量である。
【００６６】
【表１】
比較例１では、０．８ｍ／ｓ未満の風速の空気流を供給した。鋳物砂を９００℃で焙焼した場合、０．８ｍ／ｓを大幅に超える風速（６ｍ／ｓ）を使用した試験例１，２では、良好な物性を有する再生鋳物砂が得られた。
［００６７］
試験例３より高い炉内砂温の試験例１では、物性の僅かな向上がみられた。この理由は、鋳物砂を９００℃で焙焼することにより、７００℃では除去することができなかった粘結剤等の不要成分を除去することができたものと推測される。
［００６８］
各実施形態は、次のように変更してもよい。
［００６９］
ブロア１６の送風管は、焙焼室の底に限らず、焙焼装置１２，２２の上部又は中央部に接続してもよい。この場合、鋳物砂の粒は、焙焼室内において、様々な方向から供給された空気流によって、より高頻度でより高い衝突力で互いに衝突する。よって、研磨効果が向上する。
［００７０］
以上詳述した実施形態及び実施例は本発明の趣旨を説明するためのものであり、本発明の趣旨は請求の範囲に規定されており、実施形態及び実施例の記載に限定解釈されるべきではない。
【０００１】
本発明は、再生鋳物砂を製造する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄やアルミニウム製の鋳物部品は、砂から形成された砂鋳型を用いる砂型鋳造によって製造される。鋳型に使用された鋳物砂は、回収して再生することにより砂鋳型に再使用される。
【０００３】
鋳物砂には、粘結性を有する樹脂等の有機粘結剤が添加されることがある。有機粘結剤の添加により、鋳物砂から成形された鋳型の形状は好適に保持される。
【０００４】
中子に使用される鋳物砂に有機粘結剤を用い、外鋳型として生型砂を使用した場合、当該中子を構成する鋳物砂だけを回収することは困難である。そのため、回収した鋳物砂には、ベントナイト等の無機成分を含んだ生型砂が混入してしまう。
【０００５】
従来の鋳物砂は、焙焼炉において鋳物砂を焙焼する工程と、焙焼された鋳物砂を研磨する工程によって再生される。焙焼工程では、鋳物砂は６００℃以上に加熱される。加熱により、鋳物砂の粒の表面に付着した樹脂等の有機成分が除去される。研磨工程では、焙焼工程で除去されずに鋳物砂の粒の表面に残った有機成分や無機成分が剥離されるとともに、鋳物砂の粒の形状が整えられる。
【０００６】
従来の鋳物砂の再生方法の一例として、焙焼炉内で鋳物砂を焙焼するときに、鋳物砂の焙焼熱で焙焼炉内の空気流を継続的に加熱することが提案されている（特許文献１参照）。この再生方法によれば、空気流の温度低下が抑制されて、鋳物砂中の有機成分の燃焼を促進することができる。
【特許文献１】
特開昭６３−１８０３４０号公報
【発明の開示】
【０００７】
ところが、上記従来の鋳物砂の再生方法では、鋳物砂に混入した無機成分（ベントナイト）は焙焼で除去されず、無機成分の残留した再生鋳物砂が回収される。再生鋳物砂に残留した無機成分はその再生鋳物砂で形成された砂鋳型の強度を低下させる一因である。そのため、鋳物砂の焙焼後に、鋳物砂の粒を研磨する工程を別途行なうことが不可欠であり、再生効率が低かった。
【０００８】
本発明の目的は、効率的で品質の高い再生鋳物砂を製造する方法及び装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の一態様は、鋳物砂を用意する工程と、前記鋳物砂を再生する工程とを備え、循環流動炉内を循環させながら焙焼する再生鋳物砂の製造方法を提供する。前記再生する工程は、前記鋳物砂を焙焼室を有する焙焼装置に搬入する工程と、前記鋳物砂を６００℃以上で焙焼しつつ、前記焙焼室に０．８ｍ／ｓ以上の風速の空気流を供給して、前記鋳物砂の大部分を前記焙焼室内の上部に吹き上げる工程と、吹き上げられた前記鋳物砂の一部を前記空気流とともに前記焙焼室の上部と接続された連通管を通って前記焙焼室の外部に設けた分離装置に移送する工程とを含む。
【００１０】
一実施形態では、前記再生する工程は更に、吹き上げられた前記鋳物砂を前記焙焼室内で発生した燃焼ガスから分離する工程と、分離された前記鋳物砂を前記分離装置から送出管を通って前記焙焼室に移送する工程とを含み、前記吹き上げる工程、前記分離装置に移送する工程、前記分離する工程、及び前記焙焼室に移送する工程を繰り返す工程とを更に備え、前記空気流の風速は、吹き上げられた鋳物砂の粒が前記焙焼室内で互いに激しく衝突して研磨されるように決められているとともに、分離された前記鋳物砂の粒が前記連通管、前記分離装置及び前記送出管を移動するときにも互いに衝突し合うことで研磨されるように決められている。
【００１３】
前記空気流の風速は１．５ｍ／ｓ以上であることが好ましい。
【００１４】
一実施形態では、前記鋳物砂は、鋳造に使用された使用済み鋳物砂、規格外の品質を有する鋳物砂、不要な鋳物砂、または造型に失敗した砂鋳型に使用された鋳物砂である。
【００１５】
本発明の更なる態様は、鋳物砂を焙焼する焙焼室を有する焙焼装置と、前記鋳物砂の焙焼中に、０．８ｍ／ｓ以上の風速の空気流で前記鋳物砂の大部分を前記焙焼室内の上部に吹き上げるブロアとを備え、循環流動炉内を循環させながら焙焼する再生鋳物砂の製造装置である。
【００１６】
一実施形態の製造装置は、前記焙焼室の上部に吹き上げられた前記鋳物砂の一部を、前記焙焼室の上部から前記焙焼室の外部を通って前記焙焼室の下部に戻すように前記焙焼室の外部に設けた循環経路を更に備える。前記循環経路は、前記焙焼室の上部に接続された連通管と、前記連通管に接続され、吹き上げられた前記鋳物砂を前記焙焼室内で発生した燃焼ガスから分離する分離装置と、前記分離装置と前記焙焼室の下部とを接続し、前記分離装置で分離された前記鋳物砂を前記焙焼室へ戻す送出管とを含み、前記空気流の風速は、吹き上げられた鋳物砂の粒が前記焙焼室内で互いに激しく衝突して研磨されるように決められているとともに、分離された前記鋳物砂の粒が前記連通管、前記分離装置及び前記送出管を移動するときにも互いに衝突し合うことで研磨されるように決められている。
【００１７】
一実施形態では、前記焙焼室は下部と、前記下部よりも広い上部とを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に従う再生鋳物砂の製造装置の概略図。
【図２】本発明の第２実施形態に従う再生鋳物砂の製造装置の概略図。
【図３】図１及び２の再生鋳物砂の製造装置を使用して製造された再生鋳物砂の粒度指数と、焙焼中の空気流の風速との関係を示すグラフ。
【図４】図１及び２の再生鋳物砂の製造装置を使用して製造された再生鋳物砂の強熱減量及び曲げ強度と、焙焼中の空気流の風速との関係を示すグラフ。
【図５】再生鋳物砂の粒度指数−風速曲線の砂量による変化を示すグラフ。
【図６】再生鋳物砂の強熱減量−風速曲線の砂量による変化を示すグラフ。
【図７】再生鋳物砂の曲げ強度−風速曲線の砂量による変化を示すグラフ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に従う再生鋳物砂の製造方法を説明する。
【００２０】
鋳物砂は鋳造の鋳型（砂鋳型）に使用される砂である。鋳造に使用された砂鋳型を構成する鋳物砂（使用済み鋳物砂）は、回収されて再生される。使用済み鋳物砂は、水分をほとんど含有せず、０．１〜１０質量％の有機成分を含有している。鋳物砂に含まれる粘結剤は、フェノール系の有機粘結剤、水ガラスやベントナイト等の無機粘結剤、及び粘土等の一般的な粘結剤であり、特に限定されない。第１実施形態の再生鋳物砂の製造方法は、有機粘結剤を含んだ鋳物砂を再生するのに好適である。第１実施形態の再生鋳物砂の製造方法は、シェルモールド法のような熱硬化性造型法や、鋳物砂を常温で自硬化させるコールドボックス法のような自硬性造型法によって形成された砂鋳型に使用された鋳物砂を再生するのに好適である。第１実施形態の再生鋳物砂の製造方法は、コールドボックス法及びシェルモールド法以外の方法で形成された砂鋳型に使用された鋳物砂の再生に使用することができる。
【００２１】
以下、シェルモールド法によって形成された砂鋳型に使用された鋳物砂を説明する。
【００２２】
シェルモールド法では、砂鋳型を形成するのに、添加成分の混合された鋳物砂、いわゆるレジンコーテッドサンドが用いられる。添加成分の例は、フェノールレジン等の粘結剤、ヘキサメチレンテトラミン等の硬化促進剤、及び、ステアリン酸カルシウム等の滑剤である。レジンコーテッドサンドは、水分をほとんど含有せず、０．１〜１０質量％の有機成分を含有している。
【００２３】
シェルモールド法による鋳型の形成を説明する。２００〜３００℃の金型内にレジンコーテッドサンドを充填する。金型内でレジンコーテッドサンドを硬化させることにより鋳型が形成される。レジンコーテッドサンドは主に中子の材料として使用される。外鋳型の材料としては、ベントナイトのような粘結剤を含有する生型砂が使用される。
【００２４】
本明細書では、鋳物砂の再生は、鋳造に使用された鋳物砂を砂鋳型の形成に再利用可能な状態に再活性化させることを意味するだけでなく、未使用の鋳物砂を砂鋳型の形成に利用可能な鋳物砂に調製することも意味する。未使用の鋳物砂の例は、規格外の品質を有するレジンコーテッドサンド、不要なレジンコーテッドサンド、及び造型に失敗した砂鋳型に使用されたレジンコーテッドサンドである。規格外の品質を有するレジンコーテッドサンドの例は、強度不良のレジンコーテッドサンドである。本発明の再生工程によって、砂鋳型の形成に使用された粘結剤や、使用済み鋳型砂の回収時に混入した無機成分の除去された再生鋳物砂が得られる。この再生鋳物砂は、新しい砂鋳型の形成に好適に再使用することができる。
【００２５】
以下に、第１実施形態の再生鋳物砂の製造方法について説明する。
【００２６】
第１実施形態の再生鋳物砂の製造方法は、鋳物砂を焙焼させつつ、炉内に空気流（吹き上げ空気）を供給して鋳物砂を炉内の上部に吹き上げる再生工程を含む。炉内に搬入される鋳物砂の量は、特に限定されないが、鋳物砂の大部分が焙焼室の上部に吹き上げられて、鋳物砂が焙焼室の底に堆積しない程度の量に調整されるのが好ましい。鋳物砂の再生工程は、バッチ式や連続式で行なうことができる。一般的には連続的に再生工程を行なうのが効率的である。
【００２７】
鋳物砂は６００℃以上で焙焼される。好ましい焙焼温度は７００℃以上であり、さらに好ましい焙焼温度は８００℃以上である。焙焼温度（鋳物砂の温度）が６００℃未満の場合には、鋳物砂の粒の表面に付着した粘結剤等の不要成分の不完全燃焼が生じ、不要成分は十分に燃焼されない。この場合、低品質の黒化した再生砂が得られることがある。鋳物砂の温度を直接測定できない場合、炉内の雰囲気温度を鋳物砂の温度とみなしてもよい。
【００２８】
風速は鋳物砂の大部分の粒を焙焼室の上部に浮上させて、鋳物砂が焙焼室の底に堆積しないように決められる。第１実施形態では、鋳物砂は、０．８ｍ／ｓ以上の風速を有する空気流により炉内で吹き上げられる。吹き上げられた鋳物砂の粒同士は互いに激しく衝突し合うことで研磨される。これにより、鋳物砂の粒の表面に付着した粘結剤等の不要成分が剥離され、また、鋳物砂の粒の形状や寸法が整えられる。空気流の風速は、好ましくは１ｍ／ｓ以上、さらに好ましくは１．５ｍ／ｓ以上である。空気流の風速が０．８ｍ／ｓ未満の場合には、鋳物砂の粒同士の衝突頻度が低くなり、鋳物砂の粒の表面の研磨が不十分になることがある。空気流の風速が高いほど鋳物砂の研磨効果は向上する。空気流の風速に上限はないが、鋳物砂の再生装置の構造上、１５ｍ／ｓを超える風速の空気流は実用的でない。
【００２９】
以下、図１を参照して、本発明の第１実施形態に従う鋳物砂の再生装置すなわち再生鋳物砂の製造装置を説明する。
【００３０】
再生装置は、鋳物砂を循環させながら焙焼する循環流動炉１１を備える。
【００３１】
循環流動炉１１は、例えば円筒状の焙焼室を有する焙焼装置１２と、分離装置１３（例えばサイクロン構造）と、送出管１４と、焙焼装置１２の底に接続された送風管を含むブロア１６とを備える。ブロア１６は送風管を通して焙焼室に空気流を供給する。焙焼装置１２の側部には焙焼室に鋳物砂を搬入するための搬入口１５が設けられている。鋳物砂はバーナ（図示略）によって焙焼室で焙焼される。連通管１７は焙焼室の上部と分離装置１３とを連通する。分離装置１３は鋳物砂の焙焼によって発生する燃焼ガスと鋳物砂とを分離する。送出管１４は分離装置１３の下部と焙焼室の下部とを連通する。分離装置１３にて燃焼ガスから分離された鋳物砂の粒は送出管１４を通って焙焼室に戻される。連通管１７、分離装置１３、及び送出管１４は、焙焼室の外部に設けられた循環経路として機能する。
【００３２】
循環流動炉１１を用いて鋳物砂を再生する場合には、まず、鋳型に使用された鋳物砂を回収する。中子に使用される鋳物砂の粘結剤として有機粘結剤が用いられ、外鋳型として生型砂が使用された場合、中子だけを回収しようとしても当該中子を構成する鋳物砂に、焙焼で除去できない無機成分（ベントナイト）を含んだ生型砂が混入してしまう。
【００３３】
鋳物砂を回収した後、この鋳物砂を予め焼炉（図示せず）内において１００℃以上で予備焙焼する。次に、所定量の鋳物砂を搬入口１５を通じて焙焼装置１２内へ搬入する。鋳物砂は焙焼装置１２内へ連続的にまたは間欠的に搬入してもよい。一実施形態の鋳物砂の投入量は１時間当たり１０ｔである。焙焼装置１２内に搬入された鋳物砂はバーナの熱により焙焼装置１２内で焙焼されつつ、ブロア１６から供給される空気流により吹き上げられる。
【００３４】
鋳物砂に付着した粘結剤等の不要成分は焙焼によって燃焼され、燃焼ガスが発生する。粘結剤等の不要成分のうち除去できなかった一部の有機成分が鋳物砂の粒の表面に残存することがある。回収した鋳物砂に生型砂が混入している場合には、生型砂に含まれるベントナイトは焙焼によって除去されずに残る。
【００３５】
第１実施形態では、鋳物砂の粒は、所定の風速（０．８ｍ／ｓ以上）の空気流によって焙焼室の上部に浮上して、互いに激しく衝突し合ったり、焙焼装置１２の壁面に衝突したりして研磨される。この衝突により、鋳物砂に残留するベントナイト等の不要成分は鋳物砂の粒の表面から剥がれる。
【００３６】
空気流の風速は、焙焼室内に風速センサを設置して直接に測定することができるが、次式で算出することもできる。
【００３７】
空気流の風速＝Ｖ１×Ａ１／Ｂ
Ｖ１はブロア１６の送風管の計測位置Ａで測定された空気流の速度である。Ａ１はブロア１６の送風管の計測位置Ａにおける断面積である。Ｂは焙焼室の底部の面積である。
【００３８】
上記のように鋳物砂が吹き上げられた場合、焙焼により除去しきれなかった有機成分も鋳物砂の粒の表面から剥がされる。鋳物砂の粒同士が擦れ合う結果、鋳物砂の粒が削られて粒径が小さくなる。このようにして、形状の改善された高品質の再生鋳物砂が得られる。
【００３９】
焙焼装置１２にて鋳物砂を吹き上げた空気流の一部は、焙焼装置１２から分離装置１３及び送出管１４を経て再び焙焼装置１２内に供給される。
【００４０】
一部の鋳物砂は、焙焼装置１２内で吹き上げられた後、燃焼ガスとともに連通管１７を通じて分離装置１３に送られる。分離装置１３は鋳物砂と燃焼ガスとを分離させる。分離された燃焼ガスは処理装置（図示略）を通じて大気に放散され、分離された鋳物砂は、送出管１４を通じて焙焼装置１２に送られる。
【００４１】
第１実施形態では、鋳物砂の粒は、焙焼室内だけで研磨されるのではなく、連通管１７、分離装置１３及び送出管１４を移動するときにも互いに衝突し合うことで研磨される。また、鋳物砂の粒は連通管１７、分離装置１３及び送出管１４の内面に衝突しながら移動する。よって、循環流動炉１１は鋳物砂を連続的に研磨することで、再生鋳物砂を効率的に製造することができる。
【００４２】
焙焼装置１２内に搬入された鋳物砂の粒は、循環流動炉１１の内部を循環する空気流により、連続的に相互衝突して研磨されながら流動し、焙焼装置１２内に送られる。鋳物砂は、循環流動炉１１内を少なくとも１回循環することで再生される。第１実施形態によれば、粘結剤等の不要成分の焙焼とともに研磨処理が好適に施された高品質の再生鋳物砂が得られる。
【００４３】
第１実施形態によれば、以下の利点が得られる。
【００４４】
第１実施形態の再生工程は、焙焼装置１２内に搬入された鋳物砂を焙焼させつつ、０．８ｍ／ｓ以上の風速を有する空気流により鋳物砂を吹き上げることを含む。空気流により吹き上げられた鋳物砂の粒は、粒同士の衝突及び焙焼装置１２の内壁面との衝突により十分に研磨される。これにより、鋳物砂の粒の表面に付着した粘結剤等の不要成分を剥離することができるとともに、鋳物砂の粒の形状を改善することができる。
【００４５】
第１実施形態の再生鋳物砂の製造方法によれば、鋳物砂は焙焼されながら、鋳物砂の粒の表面が研磨される。従来の再生方法のように鋳物砂を焙焼した後に鋳物砂を研磨する工程を別途行なう必要はない。すなわち、第１実施形態では、焙焼工程と、研磨工程とが同時に行なわれる。このため、作業工程は簡略化され、作業時間は短縮される。
【００４６】
焙焼室の内部で空気流が循環する循環流動炉１１を用いて鋳物砂は再生される。空気流によって、鋳物砂の粒は互いに研磨されながら循環流動炉１１内を少なくとも１回は循環する。従って、循環流動炉１１は鋳物砂を効率良く研磨することができる。
【００４７】
鋳物砂は６００℃以上の高温で焙焼される。このため、鋳物砂の粒の表面に付着した粘結剤等の有機成分はほぼ完全に燃焼され、鋳物砂から除去される。
【００４８】
（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態に従う再生鋳物砂の製造方法及び装置を説明する。
【００４９】
まず、図２を参照して、第２実施形態の鋳物砂の再生装置すなわち再生鋳物砂の製造装置を説明する。再生装置は焙焼炉２１を含む。焙焼炉２１は、例えば円筒状の焙焼室を有する焙焼装置２２と、焙焼室に０．８ｍ／ｓ以上の風速の空気流を供給する、焙焼装置２２の下部に接続された送風管を含むブロア１６とを含む。再生装置は分離装置１３（図１参照）を備えていない。焙焼装置２２の側部には、焙焼室に鋳物砂を搬入するための搬入口１５が形成されている。焙焼装置２２の側部には、鋳物砂を焙焼するためのバーナ（図示略）が配置されている。第２実施形態の焙焼炉２１では、鋳物砂の粒は焙焼室の上部に吹き上げられた後、分離装置１３（図１参照）に送られることなく、焙焼室の底に落下する。焙焼室は比較的広い上部と、比較的狭い下部とを有する。比較的広い上部を有する焙焼室は、鋳物砂の浮上と拡散を容易にし、鋳物砂の粒の衝突効率を高める作用を有する。
【００５０】
焙焼炉２１を用いた鋳物砂の再生例を説明する。
【００５１】
鋳物砂を１時間当たり１０ｔの割合で搬入口１５から焙焼室内へ搬入する。ブロア１６から０．８ｍ／ｓ以上の風速の空気流を焙焼室に供給しながら、鋳物砂をバーナの熱により焙焼する。大部分の鋳物砂の粒は空気流によって焙焼室内の上部に吹き上げられる。空気流の風速は第１実施形態で説明したようにして測定あるいは算出される。
【００５２】
鋳物砂の粒は焙焼室の上部で互いに激しく衝突し、また、焙焼室の内面にも衝突する。鋳物砂に残留する粘結剤等の不要成分は鋳物砂から剥離されて除かれる。鋳物砂の粒の相互衝突により、鋳物砂の粒の形状と寸法が整えられ、形状の改善された高品質の再生鋳物砂が得られる。
【００５３】
実施例１
（再生鋳物砂の製造）
鋳造に使用された砂鋳型から鋳物砂を回収した。処理能力２ｔ／ｈの循環流動炉１１及び焙焼炉２１の各々に鋳物砂１ｔを搬入した。循環流動炉１１及び焙焼炉２１の各々において、鋳物砂を空気流で浮上させながら、７００℃で１時間焙焼し、再生鋳物砂を製造した。
【００５４】
（再生鋳物砂の物性）
焙焼中の空気流の風速と、再生鋳物砂の物性との関係を調べた。結果を図３及び図４に示す。
【００５５】
（粒度指数）
粒度指数は鋳物砂の粒の大きさの指標である。ＪＡＣＴ試験法Ｓ−１（鋳物砂の粒度試験法）に定められたＡＦＳ系数基準に従って粒度指数を算出した。粒度指数が高いほど研磨が良くされているため再生鋳物砂の品質は高い。
【００５６】
（強熱減量）
強熱減量は、熱分解及び燃焼したときに生じる鋳物砂の質量変化の程度を示す指標である。強熱減量が小さいほど再生鋳物砂に付着した異物は少ない。ＪＡＣＴ試験法Ｓ−２（鋳物砂の強熱減量試験法）に準拠して強熱減量を測定した。具体的には、鋳物砂の遊離水分をＪＩＳ Ｚ ２６０１に準拠して除去する。正確に秤量した鋳物砂１０ｇ（Ｗ1）をるつぼに入れる。このるつぼを、予め１０００℃に加熱した電気炉で１５分間放置する。引き続き、るつぼを４５分間強熱する。電気炉から取り出したるつぼをデシケータ内で室温まで放冷する。その後、鋳物砂の質量（Ｗ2）を測定する。強熱減量を次式に従って算出した。
【００５７】
強熱減量（％）＝(Ｗ1-Ｗ2)/Ｗ1×100
（曲げ強度）
１５０℃に予熱した再生鋳物砂７ｋｇと、ノボラック型フェノール樹脂（旭有機材工業製、商品名ＳＰ６１０）１７５ｇとをワールミキサー（遠州鉄工株式会社製）内に入れ、４０秒間混練した。ヘキサメチレンテトラミン２６．３ｇと水１０５ｇとを含む水溶液をワールミキサー内の混練物に追加した。ブロワーで送風しながら混練物の塊が崩れるまで混練を継続した。ステアリン酸カルシウム７ｇをワールミキサー内へ追加し、さらに５秒間混練し、レジンコーテッドサンドを得た。このレジンコーテッドサンドからＪＩＳ Ｋ ６９１０で規定される試験片を作製した。ＪＡＣＴ試験法ＳＭ−１（曲げ強さ試験法）に準拠して、試験片の曲げ強度を測定した。試験片の曲げ強度が高いほど、鋳型の曲げ強度は高い。
［００５８］
図３に示すように、図２の焙焼炉２１で再生鋳物砂を製造した場合、空気流の風速が０．８ｍ／ｓ以上のときに、粒度指数は急激に向上した。すなわち、０．８ｍ／ｓ以上の風速の空気流で鋳物砂を浮上させながら焙焼することで、鋳物砂の粒は十分に研磨されて、高品質の再生鋳物砂が得られることが分かった。風速が１．５〜３ｍ／ｓの範囲内では、焙焼炉２１よりも循環流動炉１１を用いる方が、好ましい粒度指数を有する再生鋳物砂が得られることがわかった。この理由は、循環流動炉１１内での鋳物砂の粒同士の衝突力が焙焼炉２１のものよりも高いため、粘結剤等の不要成分が好適に除去されたからであると推測される。
［００５９］
図４から明らかなように、図２の焙焼炉２１で再生鋳物砂を製造した場合、風速が０．８ｍ／ｓ以上のときに、強熱減量は急激に低下した。すなわち、０．８ｍ／ｓ以上の風速の空気流で鋳物砂を浮上させながら焙焼することで、その表面に粘結剤等の不要成分のほとんど付着していない高品質の再生鋳物砂が得られることが分かった。風速が１．５〜３ｍ／ｓの範囲内では、焙焼炉２１よりも循環流動炉１１を用いる方が、強熱減量の小さい再生鋳物砂が得られることがわかった。この理由は、循環流動炉１１内での鋳物砂の粒同士の衝突力が焙焼炉２１のものよりも高いため、粘結剤等の不要成分が好適に除去されたからであると推測される。
［００６０］
曲げ強度は、０．８ｍ／ｓ以上の風速の空気流で鋳物砂を浮上させながら焙焼することで、急激に向上した。すなわち、０．８ｍ／ｓ以上の風速の空気流で鋳物砂を浮上させながら焙焼された再生鋳物砂から製造されたレジンコーテッドサンドは、良好な強度を有する鋳型を製造するのに適している。風速が１．５〜３ｍ／ｓの範囲内では、焙焼炉２１よりも循環流動炉１１を用いる方が、曲げ強度の高い鋳型を製造することのできる再生鋳物砂が得られることがわかった。この理由は、循環流動炉１１内での鋳物砂の粒同士の衝突力が焙焼炉２１のものよりも高いため、粒度が小さく揃った再生鋳物砂が得られるからであると推測される。
【００６１】
実施例２
容積が４０ｍ3の焙焼室を有する焙焼炉２１を用意した。焙焼室内に搬入する鋳物砂の量を変更（０．５ｔ、１ｔ、１．５ｔ）して、鋳物砂を再生した。再生鋳物砂の物性を実施例１と同様に測定した。
【００６２】
１ｔの鋳物砂を搬入した際に得られた再生鋳物砂の物性は、実施例１の測定値を引用した。結果を図５〜図７に示す。
【００６３】
図６に示すように、焙焼室に搬入する鋳物砂の量を変更した場合であっても、０．８ｍ／ｓ以上の風速の空気流を供給すれば、強熱減量が急激に低下した再生鋳物砂が得られた。
【００６４】
図５及び図７に示すように、焙焼室に搬入する鋳物砂の量を変更した場合であっても、０．８ｍ／ｓ以上の風速の空気流を供給すれば、粒度指数及び曲げ強度が急激に向上した再生鋳物砂が得られた。
【００６５】
実施例３
図１の循環流動炉１１及び図２の焙焼炉２１を用いて、鋳物砂を９００℃で焙焼した。再生鋳物砂の物性を測定した。鋳物砂の焙焼温度が再生鋳物砂の物性に与える影響について評価した。その結果を以下の表１に示す。表１の炉内砂温は、循環流動炉１１及び焙焼炉２１内の鋳物砂の温度である。炉内砂量は、循環流動炉１１及び焙焼炉２１に搬入した鋳物砂の質量である。
【００６６】
【表１】
［００６７］
試験例３より高い炉内砂温の試験例１では、物性の僅かな向上がみられた。この理由は、鋳物砂を９００℃で焙焼することにより、７００℃では除去することができなかった粘結剤等の不要成分を除去することができたものと推測される。
［００６８］
各実施形態は、次のように変更してもよい。
［００６９］
ブロア１６の送風管は、焙焼室の底に限らず、焙焼装置１２，２２の上部又は中央部に接続してもよい。この場合、鋳物砂の粒は、焙焼室内において、様々な方向から供給された空気流によって、より高頻度でより高い衝突力で互いに衝突する。よって、研磨効果が向上する。
［００７０］
以上詳述した実施形態及び実施例は本発明の趣旨を説明するためのものであり、本発明の趣旨は請求の範囲に規定されており、実施形態及び実施例の記載に限定解釈されるべきではない。
Claims (5)
- 循環流動炉内を循環させながら焙焼する再生鋳物砂の製造方法であって、
鋳物砂を用意する工程と、
前記鋳物砂を再生する工程とを備え、前記再生する工程が、
前記鋳物砂を焙焼室を有する焙焼装置に搬入する工程と、
前記鋳物砂を６００℃以上で焙焼しつつ、前記焙焼室に０．８ｍ／ｓ以上の風速の空気流を供給して、前記鋳物砂の大部分を前記焙焼室内の上部に吹き上げる工程と、
吹き上げられた前記鋳物砂の一部を前記空気流とともに前記焙焼室の上部と接続された連通管を通って前記焙焼室の外部に設けた分離装置に移送する工程とを含み、
前記再生する工程は更に、
吹き上げられた前記鋳物砂を前記焙焼室内で発生した燃焼ガスから分離する工程と、
分離された前記鋳物砂を前記分離装置から送出管を通って前記焙焼室に移送する工程とを含み、
前記吹き上げる工程、前記分離装置に移送する工程、前記分離する工程、及び前記焙焼室に移送する工程を繰り返す工程とを更に備え、
前記空気流の風速は、吹き上げられた鋳物砂の粒が前記焙焼室内で互いに激しく衝突して研磨されるように決められているとともに、分離された前記鋳物砂の粒が前記連通管、前記分離装置及び前記送出管を移動するときにも互いに衝突し合うことで研磨されるように決められていることを特徴とする再生鋳物砂の製造方法。 - 前記空気流の風速は１．５ｍ／ｓ以上であることを特徴とする請求項１に記載の再生鋳物砂の製造方法。
- 前記鋳物砂は、鋳造に使用された使用済み鋳物砂、規格外の品質を有する鋳物砂、不要な鋳物砂、または造型に失敗した砂鋳型に使用された鋳物砂である請求項１に記載の再生鋳物砂の製造方法。
- 循環流動炉内を循環させながら焙焼する再生鋳物砂の製造装置であって、
前記鋳物砂を焙焼する焙焼室を有する焙焼装置と、
前記鋳物砂の焙焼中に、０．８ｍ／ｓ以上の風速の空気流で前記鋳物砂の大部分を前記焙焼室内の上部に吹き上げるブロアとを備え、
前記焙焼室の上部に吹き上げられた前記鋳物砂の一部を、前記焙焼室の上部から前記焙焼室の外部を通って前記焙焼室の下部に戻すように前記焙焼室の外部に設けた循環経路を更に備え、
前記循環経路は、前記焙焼室の上部に接続された連通管と、前記連通管に接続され、吹き上げられた前記鋳物砂を前記焙焼室内で発生した燃焼ガスから分離する分離装置と、前記分離装置と前記焙焼室の下部とを接続し、前記分離装置で分離された前記鋳物砂を前記焙焼室へ戻す送出管とを含み、
前記空気流の風速は、吹き上げられた鋳物砂の粒が前記焙焼室内で互いに激しく衝突して研磨されるように決められているとともに、分離された前記鋳物砂の粒が前記連通管、前記分離装置及び前記送出管を移動するときにも互いに衝突し合うことで研磨されるように決められていることを特徴とする再生鋳物砂の製造装置。 - 前記焙焼室は下部と、前記下部よりも広い上部とを有することを特徴とする請求項４の再生鋳物砂の製造装置。
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