JP5890183B2

JP5890183B2 - 溶体化炉

Info

Publication number: JP5890183B2
Application number: JP2012007089A
Authority: JP
Inventors: 英男星山; 松尾　伸樹; 伸樹松尾
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-01-17
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2032-01-17
Also published as: JP2013146741A

Description

本発明は、鋳造品に対して溶体化を行う溶体化炉に係り、特に、溶体化と同時に中子砂の再生を行う溶体化炉に関するものである。

例えば、エンジンのシリンダヘッドにおいては、吸気ポート、排気ポート、ウォータージャケット等の複雑な形状を有する空洞部が形成されている。このような複雑な空洞部を有する製品は、金型内部に予め砂中子を用いて鋳造することにより製造される。この砂中子における中子砂は、従来から、天然の砂粒を骨材とし、その表面に有機バインダを塗工した中子砂が使用されている。

従来、このような砂中子を用いた鋳造品においては、鋳造終了後に鋳造品を室温近くにまで冷却し、砂中子を構成していた砂を鋳造品から排出し、その後、溶体化のために再加熱される。しかしながら、これらの工程では、エネルギーロスが多く、実用上問題を有するものであった。そこで、この問題を解決する方法として、鋳造品の熱を利用して、降温前に熱処理炉に投入することで、エネルギーロスを削減する鋳物製品の製造方法が開発されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１における技術は、鋳造品を冷却することなく、固化直後の溶湯の余熱（４００℃〜５００℃）を利用して熱処理炉で焼き入れ処理及び焼き戻し処理を行うと同時に、砂中子の粘結剤を溶湯の熱で崩壊させて砂落しを行う方法である。

ところが、上記技術においては、単に鋳造後に冷却することなく熱処理と砂落しを同時に行うだけでは、砂中子に用いられている粘結剤を焙焼した際に発生するヤニにより、熱処理炉が損傷するおそれがあった。

また、最近時では、砂中子に用いた中子砂を再利用することで、コスト削減を図る試みがなされている。このような鋳造品から排出された中子砂を再利用するためには、砂の表面についた有機バインダを完全に除去する必要がある。しかしながら、従来の中子砂は、骨材の砂粒が球形ではなく、さらに、表面に凹凸を有する形状であるため、中子砂を焙焼により再生しても、表面の有機バインダが剥がれにくく、そのため、有機バインダごと表面を研磨する工程も必要であった。また、従来の中子砂は、天然の砂粒であるため、不均一組成で破砕性が悪く、熱処理時の膨張変態で割れ易いといった問題も有していた。

特開平６−２１０４３７号公報

したがって、本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであって、アルミニウム鋳造品の溶体化と同時に、有機バインダの焙焼により生じるヤニを除去しつつ、熱処理の熱を利用した中子砂の再生を可能とした溶体化炉を提供することを目的としている。

本発明の溶体化炉は、砂中子を備えた金型によって鋳造されたアルミニウム鋳造品を溶体化する溶体化炉であって、鋳造後の砂落とし前の鋳造品を投入する投入口が設けられた第一熱処理炉と、排出口が設けられた第二熱処理炉とからなり、上記第一熱処理炉と第二熱処理炉との間に設けられたシャッターと、上記投入口から上記排出口まで鋳造品を搬送する鋳造品搬送用コンベヤと、上記第一熱処理炉内の上記鋳造品搬送用コンベヤの下方に設けられた砂搬送用コンベヤとを備え、上記鋳造品搬送用コンベヤは、鋳造品を載置する面がメッシュ状構造を有し、砂中子が崩壊された際の中子砂を下方へ通過させ、上記砂搬送用コンベヤ上に落下させるよう構成されており、上記第一熱処理炉には、上部に空気排出口が設けられ、下部には空気供給口が設けられており、上記空気排出口から排出された空気を加熱する加熱手段をさらに備え、上記加熱された空気を上記空気供給口へ戻すことを特徴としている。

本発明の溶体化炉によれば、第一熱処理炉及び第二熱処理炉を通してアルミニウム鋳造品の溶体化を行うと同時に、第一熱処理炉において、有機バインダの焙焼により生じるヤニを除去しつつ、熱処理の熱を利用した中子砂の再生を行うことができる。

また、本発明の溶体化炉においては、上記第一熱処理炉は、さらに圧縮空気供給手段が設けられていることが好ましい。この態様によれば、炉内の雰囲気酸素濃度を濃くして、有機バインダの焙焼を促進することにより、ヤニの発生を低減させることができる。

本発明によれば、アルミニウム鋳造品の溶体化と同時に、有機バインダの焙焼により生じるヤニを除去しつつ、熱処理の熱を利用した中子砂の再生を可能とした溶体化炉を提供することができる。

本発明の溶体化炉の一実施形態を示した横断面図である。本発明の溶体化炉の一実施形態を示した縦断面図である。

以下、図面を用いて本発明の溶体化炉について具体的に説明する。図１は本発明の溶体化炉の一実施形態を示した横断面図であり、図２は本発明の溶体化炉の一実施形態を示した縦断面図である。

本発明の溶体化炉１は、砂中子を備えた金型によって鋳造されたアルミニウム鋳造品２を溶体化すると同時に、溶体化処理の熱を利用して中子砂の表面を被覆している有機バインダを焙焼することにより中子砂を再生することができる溶体化炉である。図１に示されているように、本発明の溶体化炉１においては、鋳造品２の搬送方向に沿って第一熱処理炉３及び第二熱処理炉４が設けられており、第一熱処理炉３の上流側の側面及び第二熱処理炉４の下流側の側面には、それぞれ開閉自在に開口された投入口５及び排出口６が設けられている。そして、この投入口５から排出口６にわたって鋳造品搬送用コンベヤ７が備えられ、鋳造後の砂落とし前の鋳造品２を投入口５から投入すると、溶体化処理の後、排出口６から砂が除去された鋳造品２が搬出される。

また、上記の第一熱処理炉３内には、鋳造品搬送用コンベヤ７の下方において、鋳造品搬送用コンベヤ７と平行に砂搬送用コンベヤ８が備えられ、鋳造品搬送用コンベヤ７による鋳造品２の搬送速度と同一速度で中子砂９が搬送される。さらに、上記の鋳造品搬送用コンベヤ７は、鋳造品２を載置する面がメッシュ状構造を有し、砂中子が崩壊された際の中子砂９を下方へ通過させ、砂搬送用コンベヤ８上に落下させるよう構成されている。

このような構成の本発明の溶体化炉１においては、まず、砂中子を備えた金型によって鋳造されたアルミニウム鋳造品２が、鋳造品搬送用コンベヤ７により搬送されて投入口５から第一熱処理炉３内に投入さる。そして、約５００℃に加熱された溶体化炉１内で熱処理が開始されると、鋳造品２内の砂中子を構成する中子砂９の表面を被覆している有機バインダが焙焼され、砂中子が中子砂９に崩壊される。すると、崩壊された中子砂９が鋳造品２内から崩れ落ち、鋳造品搬送用コンベヤ７の載置面のメッシュ状構造を通過して、下方に配置された砂搬送用コンベヤ８上に落下する。この際、落下した中子砂９は、焙焼によって表面から有機バインダが完全に取り除かれた状態であることが好ましいが、まだ有機バインダが残っている場合においても、炉内温度が約５００℃であることから、砂搬送用コンベヤ８による搬送の間にも有機バインダの焙焼が継続され、中子砂９の再生がさらに進められる。ここで、本発明の溶体化炉１においては、鋳造品を任意方向へ回転させる機構、鋳造品の砂排出穴へ熱風を吹き込む機構等、鋳造品２から砂中子を積極的に崩壊落下させる手段を備えてもよい。

また、このような砂搬送用コンベヤ８上の有機バインダ焙焼を促進するために、砂搬送用コンベヤ８上の中子砂９に対して熱風を吹き付ける方法、流動床のように下側から熱風を吹き上げる方法等により、中子砂９を攪拌することもできる。その後、再生された中子砂９は、砂用排出口１０から炉外へ脇出しされる。なお、第一熱処理炉３内における中砂子９の滞在時間としては、イグロス（砂表面の有機汚れ分）が完全に無くなるまでの時間以上であり、砂の種類や大きさ、バインダの種類や被覆厚さ等に応じて変更する必要がある。さらに、本発明の溶体化炉においては、鋳造品搬送用コンベヤ７及び砂搬送用コンベヤ８は、搬送方向及び搬送速度を同一に設定することが好ましい。このような構成によれば、第二加熱処理炉４内に中子砂９が持ち込まれることを防ぐことができる。

さらに、上記の第一熱処理炉３と第二熱処理炉４との間には開閉自在なシャッター１１が備えられており、加熱された空気をそれぞれの炉内で循環するよう構成されている。上述したような有機バインダの焙焼では、有機バインダが完全に揮発されずに、タール状のヤニとなって炉内に付着し、炉に損傷を与えるおそれがある。そのため、このようなヤニへの対策として、上記のようなシャッター１１を備えることにより、第二加熱炉４にヤニが入り込むのを防止することができる。

また、第一熱処理炉３においては、図２に示されるように、圧縮空気供給手段１２を設けることが好ましい。この圧縮空気供給手段１２は、炉内の雰囲気酸素濃度を濃くして、有機バインダの焙焼を促進することにより、ヤニの発生を低減させることができる。この際、圧縮空気供給手段１２により供給される圧縮空気は、炉内に到達するまでに炉の廃熱等を利用して加熱されていることが好ましく、これにより、第一熱処理炉３内におけるエネルギーロスを避けることができる。

さらに、本発明の溶体化炉１においては、空気排出口１３及び空気供給口１４が、第一熱処理炉３の上部及び下部にそれぞれ設けられ、さらに、空気排出口１３から排出された空気を加熱する加熱手段１５、及び、空気排出口１３から空気供給口１４へ空気を送るポンプ１６が備えられていることが好ましい。ここで、有機バインダの焙焼により発生するヤニは空気より軽く、上方に滞留する傾向があるため、空気排出口１３を第一熱処理炉３の上部に、また、上記の圧縮空気供給手段１２及び空気供給口１４を第一熱処理炉３の下部に設ける必要がある。

このような構成においては、ポンプ１６により第一熱処理炉３内の空気が空気排出口１３から排出され、加熱手段１５に送られ、加熱手段１５により約７００〜８００℃の温度に加熱される。これにより、第一熱処理炉３内の空気中に含まれるヤニを熱分解させ、その後、ヤニが熱分解された空気が空気供給口１４から再び第一熱処理炉３内へ戻され、第一熱処理炉３内のヤニが取り除かれる。

次いで、砂中子を崩壊により取り除いたアルミニウム鋳造品２は、第一熱処理炉３と第二熱処理炉４との間に設けられたシャッター１１を適切に開き、鋳造品搬送用コンベヤ７により下流側へ搬送されて第二熱処理炉４内に送られる。第二熱処理炉４内においては、中子砂９が完全に取り除かれた鋳造品２を、有機バインダの焙焼により発生するヤニが含まれない雰囲気下で約５００℃に加熱され、溶体化処理が継続される。このように、本発明の溶体化炉によれば、アルミニウム鋳造品の溶体化と同時に、有機バインダの焙焼により生じるヤニを除去しつつ、熱処理の熱を利用した中子砂の再生をすることができる。

また、本発明の溶体化炉においては、砂中子に用いる中子砂が天然の砂粒を骨材としたものではなく、真球度が高く表面が平滑な骨材、例えば、人工砂をＡｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_３の燃焼火炎溶融で生成した骨材等を使用することが好ましい。このような骨材は、表面が平滑であるため、表面性状が維持されやすく、また、成分が均一であるため、硬度が高く、さらに、鋳造／再生温度で変態点を持たないため、割れにくいといった利点を有している。また、上記のような骨材を用いると、表面に塗工される有機バインダ量を減らすことができ、排砂性が向上される。これにより、溶体化処理時の加熱によって容易に中子砂を排出することができ、炉内に排出された砂に残留する有機バインダを溶体化処理の加熱で分解することができる。

１…溶体化炉、２…鋳造品、３…第一熱処理炉、４…第二熱処理炉、５…投入口、
６…排出口、７…鋳造品搬送用コンベヤ、８…砂搬送用コンベヤ、９…中子砂、
１０…砂用排出口、１１…シャッター、１２…圧縮空気供給手段、１３…空気排出口、
１４…空気供給口、１５…加熱手段、１６…ポンプ

Claims

砂中子を備えた金型によって鋳造されたアルミニウム鋳造品を溶体化する溶体化炉であって、
鋳造後の砂落とし前の鋳造品を投入する投入口が設けられた第一熱処理炉と、
排出口が設けられた第二熱処理炉とからなり、
上記第一熱処理炉と第二熱処理炉との間に設けられたシャッターと、
上記投入口から上記排出口まで鋳造品を搬送する鋳造品搬送用コンベヤと、
上記第一熱処理炉内の上記鋳造品搬送用コンベヤの下方に設けられた砂搬送用コンベヤとを備え、
上記鋳造品搬送用コンベヤは、鋳造品を載置する面がメッシュ状構造を有し、砂中子が崩壊された際の中子砂を下方へ通過させ、上記砂搬送用コンベヤ上に落下させるよう構成されており、
上記第一熱処理炉には、上部に空気排出口が設けられ、下部には空気供給口が設けられており、
上記空気排出口から排出された空気を加熱する加熱手段をさらに備え、
上記加熱された空気を上記空気供給口へ戻すことを特徴とする溶体化炉。
上記第一熱処理炉は、さらに圧縮空気供給手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の溶体化炉。