JP5718509B1

JP5718509B1 - 鋳物砂の再生装置

Info

Publication number: JP5718509B1
Application number: JP2014120885A
Authority: JP
Inventors: 勇一矢野
Original assignee: 株式会社清田鋳機
Priority date: 2014-06-11
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2034-06-11
Also published as: JP2016000413A

Abstract

【課題】鋳造に使用された砂型から回収された使用済みの鋳物用砂から付着したバインダーを除去して再び鋳物用の砂として再使用できる装置であって、回収された使用済みの鋳物砂を大きな加熱装置と加熱コストをかけずに使用済み鋳物砂を効率的に乾燥させて湿気の影響少なく再使用できるように再生する。【解決手段】ハーフカップ状の固定ドラム１０ａの上に箱型上室１０ｂを連設して再生室１０を形成し、同再生室内に横長の羽根板１１を放射状に複数個取付けた回転撹拌体を横架するとともに、同回転撹拌体の回転中央部に外周面が砥石面となっている回転砥石体を配置するとともに、回転撹拌体と同軸で且つ独立して反対方向に回動する構造とし、再生室１０の下部に砂投入口１０ｂ１を設け、更にその下方の固定ドラムの上部に温風吹込口１０ａ４を設け、更に箱型上室１０ｂの上部に集塵口１０ｂ２を設け、同集塵口を集塵機ブロアー１７と接続した。【選択図】図１

Description

本発明は、鋳物製造の砂型として使用された鋳物砂を、再び鋳物用砂として再使用できるようにするための砂再生装置に関する。

鋳物砂は、製造する鋳物外形状と略同じ形状の内部空間及び湯道を有するように、耐熱性の砂を樹脂バインダー等のバインダーで固めて砂型とされて使用される。この砂型に溶融した金属を流し込んで鋳物が製造されると、砂型を壊して中の鋳物を取り出し、鋳物が取り出された使用された砂型を更に細かく破砕して、砂粒又は砂粒同士の小さな塊りに戻される。

この使用済みの回収された鋳物砂の砂粒の表面にはバインダーが付着しているため、そのまま砂型の鋳物用砂として再使用できない。そのため、従来は回収された使用済み鋳物砂を小規模な砂再生機で再生させていた。この再生機は使用済みの回収された鋳物砂を撹拌混合して、砂粒間の相互摩擦と回転する砥石による砂粒表面の研磨によって砂表面に付着していたバインダーを剥離分離させ、砂粒表面の清浄度を高め、鋳物用砂として再使用可能とするものである。

しかし、鋳物砂の回収から砂再生機で処理するまでの待ち・保管時間の間に回収された鋳物砂が大気中の湿気を含んで湿砂状態になったり、又は水を吸水した吸水状態となったり、又は付着した吸湿性のバインダーが吸湿して湿砂状態となることがあり、その状態の鋳物砂を砂再生機で処理させても湿気・水分の為に回収された砂粒の相互摩擦作用が十分になされず、再生効率の低下を招いていた。更に、湿度が高い砂粒が砂再生機の内壁部材に付着して、砂再生機の過負荷停止や装置内の砂詰まりを生起させていた。

このように、湿気を含んだ鋳物砂の再生や吸湿性のバインダーが付着した鋳物砂を再生させる場合は再生不良砂が発生したり、あるいは砂再生機の操業停止に至る等の大きな問題となっていた。

この改善策として、特許文献１に開示されているように、砂再生機の前処理として回収した鋳物砂を専用の流動床によって乾燥する砂乾燥装置を前段装置として設置し、回収された鋳物砂を専用の流動床で熱風により加熱し、エアレーションにより流動処理を行うことで、砂の湿気・水分を蒸発させ、砂を乾燥させる。その後に、乾燥した鋳物砂を搬送装置でもって砂再生機に投入し、鋳物砂の再生処理を行っていた。

しかしながら、砂再生機とは別に加熱装置と砂搬送装置を備えた砂乾燥装置を設置することは、装置コスト及び加熱費用も嵩み、高い鋳物砂再生費となっていた。

特許文献１の如く再生機に投入する前に鋳物砂を乾燥させても、乾燥装置で乾燥された乾燥砂が砂再生機へ搬送されて投入するまでの時間に砂温が低下し、砂が再び吸湿してしまうことも発生していた。この点を解消するため、砂の温度低下を見越した分だけ鋳物砂の加熱量を更に高くする必要があった。
加えて、一定面積の流動床での短時間の加熱では鋳物砂から十分な湿気・水分の排出ができないという問題点があった。

特開平０５−３２９５７６号公報

本発明が解決しようとする課題は、従来の技術の問題点及び特許文献１の発明の問題点を解消し、回収した砂の乾燥行程の加熱乾燥の加熱費コストを低減し、又加熱乾燥の為の大きな設備も必要もなく、乾燥の為の必要装置コストを大巾に安価にでき、更に回収の砂の乾燥を充分にでき、確実に乾燥状態での回収した鋳物砂の砂再生処理が行え、使用済みの鋳物砂に対し高効率且つ安価な再生処理を可能にすることにある。

かかる課題を解決した本発明の構成は、
１）鋳物製造に使用された使用済みの砂型を破砕して回収された砂粒状鋳物砂の表面に付着したバインダーを剥離して、再び砂型の砂として再使用できるようにするための鋳物砂の砂再生装置であって、再生装置の処理の本体部のケーシングとなる再生室には回収された砂粒状の鋳物砂を投入する砂投入口と、再生処理後の砂を下方から排出する砂排出口と、再生室内の粉塵及び湿気を排出する集塵排出口とを備え、前記再生室内部には砂投入口から投入された鋳物砂を受けて混合撹拌して砂同士を摩擦させて砂の表面研磨を行う回転撹拌体を設け、前記回転撹拌体を回動する回動手段を設けるとともに、前記砂投入口から投入されたばかりの回転撹拌体にある砂に対し、又は砂投入口から回転撹拌体までの砂投入途中の砂に対して温風を送り込む温風吹込口を設け、更に同温風吹込口に温風送りダクトを介して温風を供給する温風発生機と、前記集塵排出口にホースで接続されて再生室内の粉塵・湿気を負圧で吸引して室外へ排出させる集塵機ブロアーと、前記砂投入口へ回収された砂粒状鋳物砂を送る砂投入装置とを再生室外に設け、使用済みの投入された鋳物砂を再生室内に吹き込まれた温風で乾燥させて再生研磨を行うものであって、更に前記本体部のケーシングとなる再生室は縦長の箱型室であり、同箱型室の上壁を開口して使用済み鋳物砂の砂投入口とし、同砂投入口へ使用済み鋳物砂を送り込む砂搬入装置を上方に連設し、前記上壁に設けた前記砂投入口の下方に縮径するラッパ状のシュートを設け、同シュートの下方に上方を開口した有底の垂直な軸まわりに回転する回転ドラムを前記再生室内に設け、同回転ドラムを前記回転撹拌体とし、同回転ドラムの上方の開口から飛び上る砂を外周に飛散しないように捕捉する回転ドラムの外径より外径が大きい環状で底面中央に大きな円形開口を有する固定ドラムを回転ドラムの上方に設け、前記回転ドラムの開口周壁と固定ドラムの内側円形開口の開口縁との間に間隙を設け、同間隙を砂の吐出口とし、同吐出口から落下する処理砂を室外へ排出する砂排出口を再生室の下部に設けた連続式の再生処理の本体部を有する鋳物砂の再生装置であって、シュートの中央下方にある落下口にこれと連通するように垂直筒体を垂設し、同垂直筒体の内部で砂を旋回させながら落下させる螺旋羽根を設け、更に垂直筒体の上部に温風吹込口を設け、再生室の上部に集塵排出口を設けた構造とし、温風吹込口から温風を垂直筒体上方内へ圧送し、圧送された温風は同垂直筒体内で螺旋羽根に沿って旋回しながら下降して、使用済みの鋳物砂と温風を垂直筒体内で混合しながら鋳物砂を乾燥させ、その垂直筒体の下方開口から下方の回転ドラムに向って乾燥した鋳物砂及び温風を排出し、回転ドラムによって鋳物砂同士を送り出された温風の中で撹拌混合して表面研磨して砂表面に付着したバインダーを剥離・分離して、前記吐出口から落下させて処理済みの砂を下方の砂排出口から外部に送出することを特徴とする、鋳物砂の再生装置
２）前記１）に記載の再生室の内部で固定ドラムの上方の位置に温度センサーと湿度センサーとを設け、同温度センサーと湿度センサーの信号を制御器に入力して、同制御器によって計測された湿度が設定の湿度より高い場合又は計測された温度が設定温度より低い場合は、温風発生機の発生させる温風の温度を高めるように制御するようにした、前記１）記載の鋳物砂の再生装置
にある。

本発明の鋳物砂の再生装置では、再生室の砂投入口から投入されたばかりの再生室内の回転撹拌体にある鋳物砂に対して、又は砂投入口から投入途中にある鋳物砂に対して温風吹込口から温風が吹き込まれて、鋳物砂をその温風で初期的にかなり乾燥させ、しかも回転撹拌体の混合撹拌途中でも使用済みの鋳物砂を温風の雰囲気のもとで砂同士を相互摩擦させて、鋳物砂を充分に乾燥させてその表面のバインダーを湿気の影響なく効率的に剥離・分離できるものとした。しかも、この混合撹拌で分離されたバインダー粉・砂粉及び湿気は、再生室の集塵排出口から集塵機ブロアーによる負圧で吸引され外部へ排出されることで再生室内の湿度及び粉塵を低下させ、放出された湿気・粉塵の悪い影響を少なく充分なバインダー除去を可能とした。
しかも、回転撹拌体は回転しながら鋳物砂を混合撹拌させるものであるから、絶えず再生室内へ吹き込まれる新しい温風と接触し、鋳物砂の乾燥は充分になされる。
このように、本願発明では鋳物砂の乾燥と再生研磨を再生室内で同時にできるものである。これによって、加熱量少なくして乾燥でき、又付属装置を少なくて鋳物砂の再生処理を効率的にでき、且つ製作費コストも低減できた。

更に、本願発明の回転撹拌体の回転により、先に投入されて加熱された砂と後から投入された未加熱の砂の撹拌、分散効果により砂層の温度分布は均一化し、砂層全体に渡り湿気・水分除去効果を発揮する。

再生室内の温度センサー，湿度センサー及び制御器があれば投入される鋳物砂の砂性状の変化を的確に把握して、再生室内を最適な温度・湿度状態にでき、最適の研磨を可能とする。

上記センサーと制御器により再生室の環境情報を元に再生環境の変化を捉え、温風発生機に出力変更信号を送る。その為、無駄な加熱を防止し、省エネルギーを実現している。又、一定の効果的な再生条件が保証されるので高効率で省エネルギーである砂再生が可能となる。

図１は本発明の実施例の構造を示す説明図である。

本願発明の要部は、鋳物砂の再生室への投入直後又は投入途中の砂と初期段階で強く砂と温風とを接触させ、投入直後の鋳物砂からかなりの湿気を排出させ、及び鋳物砂の温度を高めて除湿し易くして、かなり乾燥の状態にすることにある。
次に、砂との初期接触した温風は再生室内にある程度の時間滞留して、砂の乾燥・加温に寄与する。そして、高い湿気及び多い粉塵となれば、集塵排出口から外部に排出される。
温風吹込口の位置は回転撹拌機の機構・構造によって、最適な位置が選択される。初期的に投入されたばかりの鋳物砂とよく温風が混る位置に温風吹込口を設け、温風と接触し易い吹き込み構造が選ばれる。

本発明で吹き込む温風の温度としては、室温より＋２０℃〜＋８０℃の温度が多く、その温風の風量は鋳物砂の処理量に応じて適切に決める。

本発明の回転撹拌体を用いた再生処理は、砂投入口から使用済み鋳物砂を連続的に投入しながら回転撹拌体を連続的に回転させる連続処理方式である。

再生室に湿度センサー・温度センサーを設けて、湿度・温度を計測して温風の温度を管理することが好ましい。
その場合、再生室内の湿度センサーの設定湿度としては７０％程、温度センサーの設定温度としては７５℃程とすることが多い。計測湿度が設定湿度より高めであれば、温風の温度又は風量を増大させるのがよい。又、計測温度が設定温度より低い場合も、温風の温度を高め又は風量を増大させるのがよい。

図１は、連続式の砂再生機に本発明を適応した実施例である。
本実施例の鋳物砂の再生装置は再生室は縦長の箱型室であり、同箱型室の上壁を開口にして砂投入口とし、その上方にコンベヤによる使用済み鋳物砂の砂搬入装置を設け、又上壁の前記砂投入口の下方にはラッパ状のシュートを取付け、同シュートの縮径した下方の落下口に垂直筒体を垂設し、同垂直筒体の内部に螺旋羽根を固着している。同垂直筒体の上方に温風吹込口を設け、砂投入口から垂直筒体内に鋳物砂が連続的に落下し、又温風吹込口から温風が一緒に吹き込まれて、その内部にある螺旋羽根に沿って回転しながら時間をかけて落下する。この回転しながら落下する間に投入されたばかりの鋳物砂が温風と強く接触して効率的に加熱され、湿気が初期的に排出され乾燥される。そして、下方の回転ドラムに落下して回転ドラムの回転と遠心力で回転ドラム及びその上方の固定ドラムとの間で鋳物砂が撹拌・飛散し、互に砂同士が摩擦して砂表面が研磨されていく例である。垂直筒体に吹込まれた温風は回転ドラム及び上方の固定ドラム内に送られ、温風の中で乾燥されながら鋳物砂の相互摩擦がなされ、再生処理される。又、回転ドラム及び固定ドラムの空間にある湿気・水蒸気分及び粉塵は、再生室の上部にある集塵排出口から外部へ排出される。そして、再生処理された砂は回転ドラムと固定ドラムとの間隙の砂吐出口から下方に落下し、下方に設けたコンベヤ・シュート等で受けられて砂排出口３８から外部へ送られるものである。又、この実施例の再生室においても温度センサーと湿度センサーが設けられ、制御器に入力され、温風発生機をコントロールしている。

図中、Ｇ２は実施例の鋳物砂の再生装置、３０は縦長の箱型室とした再生室、３０ａは砂投入口、３０ｂは同砂投入口３０ａに取り付けたラッパ状のシュート、３１はコンベヤを用いた砂投入口３０ａの上方に設けた砂搬入装置である。３２はシュート３０ｂの落下口に垂設した垂直筒体、３２ａは同垂直筒体の内部に封止固着した螺旋羽根、３２ｂは前記垂直筒体３２の上部に設けた温風吹込口、３３は前記垂直筒体３２の下方に設けた有底の回転ドラム、３３ａは同回転ドラムの回転軸、３３ｂは回転軸３３ａ，回転ドラム３３の回転支持部、３４は回転ドラム３３の上方に設けた回転ドラム３３の外径より大きい外径を有する固定ドラム、３４ａは固定ドラム３４の周壁、３４ｂは固定ドラム３４の底面、３４ｃは同底面の中央に設けた円形開口の開口縁、３４ｄは回転ドラム３３の外周と前記固定ドラム３４の底面３４ｂの円形開口の開口縁３４ｃとの間の間隙で砂の吐出口となる。３５は再生室３０の上部に設けた集塵排出口、３６は回転ドラム３３の回転軸３３ａに軸着したチェーン車、３７は再生室３０の室外に設けたモータ、３７ａはモータの出力軸に軸着したチェーン車、３７ｂはチェーン車３６とチェーン車３７ａとを伝動する伝動チェーン、３８は再生室３０の下部に設けた処理済みの砂排出口、３９は温風発生機、３９ａは同温風発生機３９が発生した温風を前記温風吹込口３２ｂへ送る温風送りダクト、４０は再生室３０内に配置した温度センサー、４１は湿度センサー、４２は前記温度センサー４０と湿度センサー４１の計測信号を入力して温風発生機３９の温風温度を制御する制御器、４３は集塵排出口３５にホース４４で接続されて再生室３０内の湿気と粉塵を排出する集塵機ブロアー、４５は砂排出コンベヤである。

砂投入口３０ａよりの投入砂はシュート３０ｂから垂直筒体３２へ移動し、投入直後に温風吹込口３２ｂよりの温風と接触し加熱される。温風は同時に砂投入口３０ａの壁面，シュート３０ｂ，垂直筒体３２にも作用し、同砂投入口・シュート３０ｂ・垂直筒体３２を適度な高温に保つ。熱風との接触時間を確保する為、砂投入口３０ａの下部の垂直筒体３２には熱交換器としてスパイラルの螺旋羽根３２ａを設けている。砂投入口３０ａのシュート３０ｂは常に砂で満たされているので、温風は垂直筒体３２より回転ドラム３３内に向って放出される。
投入砂Ｓは垂直に設置された回転ドラム３３内に落下し、その回転力により混合撹拌される。回転ドラム３３より振り出された砂と固定ドラム３４に滞留した砂の相互接触により、砂粒は研磨される。
投入砂は回転ドラム３３と固定ドラム３４の間の間隙３４ｄより下部に落下し吐出される。本方式の場合、砂投入は連続して行われるので連続再生方式と呼ばれている。
湿気が多い場合は、固定ドラムをテープヒーターなどで予め加熱しておいてもよい。

再生室３０に設置された温度センサー４０と湿度センサー４１と制御器４２により、再生室内の環境情報がモニターされる。再生室３０に充満した蒸発水分と発生粉塵は、ホース４４と集塵機ブロアー４３により集塵排出口３５から外部に排出除去される。
再生室３０は集塵排出口３５に吸引される空気より一定の負圧状態を保ち、砂表面よりの水分蒸発にも寄与している。制御器４２で温度コントロールの設定値及び操作量は投入される砂の温度、水分量状況、再生機設置環境温度、湿度を参考にして空気線図を使用して決定される。設定値は再生機運転中でも自由に変更できる。

砂再生室内外の環境の差を用いて砂の乾燥や付着樹脂の乾燥硬化を行い、砂再生に最適な条件を設定維持する機能を持った本方式は過大な加熱を要求せず省エネルギー技術として他の乾燥操作を必要とする装置にも応用できる。

Ｇ２実施例の鋳物砂の再生装置
Ｓ鋳物砂
３０再生室
３０ａ砂投入口
３０ｂシュート
３１砂搬入装置
３２垂直筒体
３２ａ螺旋羽根
３２ｂ温風吹込口
３３回転ドラム
３３ａ回転軸
３３ｂ回転支持部
３４固定ドラム
３４ａ周壁
３４ｂ底面
３４ｃ開口縁
３４ｄ間隙
３５集塵排出口
３６チェーン車
３７モータ
３７ａチェーン車
３７ｂ伝動チェーン
３８砂排出口
３９温風発生機
３９ａ温風送りダクト
４０温度センサー
４１湿度センサー
４２制御器
４３集塵機ブロアー
４４ホース
４５砂排出コンベヤ

Claims

鋳物製造に使用された使用済みの砂型を破砕して回収された砂粒状鋳物砂の表面に付着したバインダーを剥離して、再び砂型の砂として再使用できるようにするための鋳物砂の砂再生装置であって、再生装置の処理の本体部のケーシングとなる再生室には回収された砂粒状の鋳物砂を投入する砂投入口と、再生処理後の砂を下方から排出する砂排出口と、再生室内の粉塵及び湿気を排出する集塵排出口とを備え、前記再生室内部には砂投入口から投入された鋳物砂を受けて混合撹拌して砂同士を摩擦させて砂の表面研磨を行う回転撹拌体を設け、前記回転撹拌体を回動する回動手段を設けるとともに、前記砂投入口から投入されたばかりの回転撹拌体にある砂に対し、又は砂投入口から回転撹拌体までの砂投入途中の砂に対して温風を送り込む温風吹込口を設け、更に同温風吹込口に温風送りダクトを介して温風を供給する温風発生機と、前記集塵排出口にホースで接続されて再生室内の粉塵・湿気を負圧で吸引して室外へ排出させる集塵機ブロアーと、前記砂投入口へ回収された砂粒状鋳物砂を送る砂投入装置とを再生室外に設け、使用済みの投入された鋳物砂を再生室内に吹き込まれた温風で乾燥させて再生研磨を行うものであって、更に前記本体部のケーシングとなる再生室は縦長の箱型室であり、同箱型室の上壁を開口して使用済み鋳物砂の砂投入口とし、同砂投入口へ使用済み鋳物砂を送り込む砂搬入装置を上方に連設し、前記上壁に設けた前記砂投入口の下方に縮径するラッパ状のシュートを設け、同シュートの下方に上方を開口した有底の垂直な軸まわりに回転する回転ドラムを前記再生室内に設け、同回転ドラムを前記回転撹拌体とし、同回転ドラムの上方の開口から飛び上る砂を外周に飛散しないように捕捉する回転ドラムの外径より外径が大きい環状で底面中央に大きな円形開口を有する固定ドラムを回転ドラムの上方に設け、前記回転ドラムの開口周壁と固定ドラムの内側円形開口の開口縁との間に間隙を設け、同間隙を砂の吐出口とし、同吐出口から落下する処理砂を室外へ排出する砂排出口を再生室の下部に設けた連続式の再生処理の本体部を有する鋳物砂の再生装置であって、シュートの中央下方にある落下口にこれと連通するように垂直筒体を垂設し、同垂直筒体の内部で砂を旋回させながら落下させる螺旋羽根を設け、更に垂直筒体の上部に温風吹込口を設け、再生室の上部に集塵排出口を設けた構造とし、温風吹込口から温風を垂直筒体上方内へ圧送し、圧送された温風は同垂直筒体内で螺旋羽根に沿って旋回しながら下降して、使用済みの鋳物砂と温風を垂直筒体内で混合しながら鋳物砂を乾燥させ、その垂直筒体の下方開口から下方の回転ドラムに向って乾燥した鋳物砂及び温風を排出し、回転ドラムによって鋳物砂同士を送り出された温風の中で撹拌混合して表面研磨して砂表面に付着したバインダーを剥離・分離して、前記吐出口から落下させて処理済みの砂を下方の砂排出口から外部に送出することを特徴とする、鋳物砂の再生装置。
請求項１に記載の再生室の内部で固定ドラムの上方の位置に温度センサーと湿度センサーとを設け、同温度センサーと湿度センサーの信号を制御器に入力して、同制御器によって計測された湿度が設定の湿度より高い場合又は計測された温度が設定温度より低い場合は、温風発生機の発生させる温風の温度を高めるように制御するようにした、請求項１記載の鋳物砂の再生装置。