JPH04505427A - 鋳型用古砂の再生法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ゛鋳型用古砂の再生法　□ 本発明は、鋳型用古砂−その最初の砂型は、成形材料として無機結合剤、例えば ／特にベントナイト（“無機古砂”）及び／又は有機結合剤例えば／特にフェノ ール−及び／又はフラン樹脂（“有機古砂”）を含むーの再生法に関するもので ある。

無機結合した砂型の場合、結合剤ベントナイトなどは一鋳造工程の熱作用の程度 に依って一砂型表面を耐火性にする（オライト化する）ことによって外皮状に固 定し、一方有機結合剤を含む砂型の場合は、鋳造工程において、それらの熱分解 がおこり、それと共に、有機結合剤の炭素含有量の多い分解産物の固着残留物が 砂粒の表面にあらわれる。その上、その他の添加物のために、例えば添加物から の光沢炭素の形成などによる古砂の汚染があらわれる。

（鋳型）古砂は少なくとも大部分集積所に捨てられるが、今日では使用できる集 積所が急速に不足し、とりわけ経済的な理由から、古砂を再び使えるように再生 し、また選別することが提案される。しかしながらこれは（少なくとも無制限に 使用するためには）、前述の結合充填剤及びこれまでの古砂の不純物を砂の石英 体から分離し、排除することを前提としている。　一 少なくともほとんどが有機の古砂から成る古砂を再生するためには、これを約８ ００℃の温度に加熱し、及び／又は場合によっては空気を通して、熱的に処理す ることが知られている。その際、古砂の結合剤被膜及びそれまでの汚れは、原則 としてその古砂が砂型として再び使用できる程度に大幅に除去される。それに対 して、無機古砂の場合はこの熱的再生法が満足できる結果をもたらさない。

ドイツ特許明細書第３１０３０３０号から公知の熱的機械的方法は、無機古砂部 分が比較的小さい場合には、使用できる結果に導く。そこでこの方法は上記の問 題を解決しない、というのは、処理すべき古砂は通例、部分の二辺上が無機古砂 だからである。

この事情を考慮して、ドイツ特許明細書第３８１５８７７号では、（例えばドイ ツ特許明細書第３１０３０３０号による）熱的機械的に（前）処理した再生物を 、その後水中で（カップリング層として）超音波処理することを提案している。

これによって、砂型上に焼結した結合剤外皮ははげ落ち、オライト化程度は正常 値まで低下する；その際同時に、再生物の塩基性ｐＨ値はほとんど中性に調節さ れるはずである。

上記の方法の実施のための大型の、高価な装置、並びにこの方法の高い運転コス トは別としても、再生した古砂をさらに乾燥しなければならないからさらに経費 がかさみ、それによってこの多段階式方法の経済性はなくなり、その際砂粒は比 較的大きく摩耗するから、十分な品質をもつ再生物の収率は比較的低くなる。

無機古砂の再生のために、湿式法で結合剤被覆を砂粒の表面から下記のようにし て除去することを試みた方法が開発された；すなわち砂の水性懸濁液中で行われ る機械的撹拌の結果砂粒が互いに強くこすりつけられ、この磨砕とも言われる処 理段階は通例、何回も繰り返され、場合によっては、特別な砂−水一混合比の設 定によって影響され、又は強化される（例えば米国特許明細書第２７８３５１１ 号又はドイツ公開特許明細書第３０１９０９６号参照）。

この湿式法の欠点は、特に、有機古砂部分の炭素水素化合物並びに光沢炭素及び その構成物が十分に除去されないことである。これらの物質は、（粘土質成分の ように）潤滑剤と同様に作用し、追い出そうとしているものを隠す；そのため多 段階式磨砕でも十分満足すべき再生結果が得られない。

これの対策を講するために、オーストラリア特許明細書第３８７９２１号では、 各磨砕段階後に浚渫（選別機による）を行い、この方法で“潤滑剤”を循環水か ら除去し、それによって目的とする追い出しを強化することが提案されている。

しかしながら３回、４回、又は多数回の磨砕で技術的観点から満足すべき結果が 得られたとしても、これは明らかに、これと関連した費用のために経済的観点か らは全く好ましくない。この方法では、粒表面に、微細な多孔性珪酸が残り、そ の結果、再生した古砂を（鋳型用）新しい砂として再利用する場合に結合剤の必 要量が増加する。

本発明の目的は、上述の及びその他の欠点を回避しながら、技術的観点からも経 済的観点からも満足すべき（鋳型）古砂の再生法を開発し、その方法によって（ 技術的状態に比較して）比較的低い技術的及び経済的支出で、型−及びコア製造 のために新しい砂の代わりに問題なく再利用できる、比較的少ない有害物質成分 を含む、広く一般に使用できる再生物を得ることである。

この課題の解決は、本発明により次のようにして達せられる：再生すべき古砂（ 最初）に水を吸い込ませ、続いてこれを加熱した渦巻き層に導入し、このとき行 われる、再生すべき古砂の衝撃加熱によって、孔にある水分は自発的に蒸発し、 （無機）結合剤の（少なくとも）外皮はそのとき生ずる著しい容積膨張によって 、実質上分離され、又は少なくとも非常にゆるむことによって直接渦巻き層で石 英粒から離れる。種々の装置中で約１５０〜３０［１℃の熱気流を用いて湿った 再生用古砂を乾燥するという従来の一般的方法では、上記の結合剤要求かられか るように、このような分離又はゆるめる効果は得られない。

石英粒のすぐ近くにおける水分の蒸発による熱奪取は、その他に石英粒の衝撃様 加熱によって可能となる結晶変形変化を或いは粒の分解をも阻止する。その他に 、熱作用によってベントナイトから生ずるムライトの、石英粒上への焼結は、妨 害され、又は少なくとも邪魔される。

本発明による方法においては、有機及び無機的に結合した古砂の任意の混合物か ら成る古砂は、湿らせるか又はたっぷり水を含ませた場合、これまで湿式再生法 において必要だった磨砕段階を実施する必要がなくなる。このことから、簡単に なった作業様式と、より少ない設備費のために注目すべき経済的利点があられれ る。

したがって本発明による方法では、いわば再生の前段階に有機及び無機の古砂の 分離を考慮する必要は全くない（これは成る場合には目的に叶っているとはいえ ）、シかしながらその際、どっちみち分離して生ずる場合（こうであることが多 い）には、有機及び無機の古砂を実質上分けて再生することが通常、目的に叶う 。

さらに、本発明の方法では、実質上どんな種類の有害物質を含む残滓も生じない し、再生のための本説明によると、種々の古砂の一定の量的比率を守らなくてよ いし、概ねどんな別々の処理並段階をもあらかじめ考慮したり、互いに調整した りする（これは公知のように、特に加熱上工程においては通常少なからぬ困難を あられすことがある）必要がないという利点がある。

再生すべき古砂に、粒外皮間にある孔が少なくともほとんど水で満たされるよう な十分の水を（場合によっては表面張力を低下させる作用物質をその水に加える ）含ませ、既述の効果を得、それと共に最後には古砂の全体的再生及び再生物の 品質を最適にすることが通例量も目的に叶うことがわかった。

本発明の特殊の実施態様においては、古砂に循環水をしみ込ませ、それによって 有害元素、特にアルカリを除去することがあらかじめ考慮されている。この処理 法は、古砂が、結合成分としてのアルカリシリケート又はフェルレートの使用の ため、この種のイオンをかなりの量含む場合には目的に叶う。これらが再生砂に そのまま放置されるならば、これに起因する高塩基性のために、その再利用は決 定的に制限される。

古砂にしみ込ませるための水は、場合によってはしたたり落ちる酸性添加物によ ってｐＨ値が２．５の間に保たれ、循環する間にその時々に決められた最高塩濃 度に達することがある。その場合新鮮水との交換は連続的に行うこともできる。

循環する水は各流入口から沈澱槽及び場合によってはフィルターも通過して浸漬 槽に入り、それによって砂から水中に取り上げられた固体はスラッジ（泥）とし て分離され、これは渦巻き層に戻すことができる。この水を含んだ流動性固体の 衝撃加熱は、砂粒上への焼結を妨害し、それらの有機成分部分は燃え尽きる。

この方法の変法のその他の実施態様において、鉱酸又はカルボン酸の代わりに、 アルカリシリケートの分解のためのアニオン成分として二酸化炭素が使用される 。その際循環水は塩基性ｐＨ値であるから、そのアルカリは確かに炭酸塩として 除去される。これになお残るアルカリ性溶液は、脱水篩上で代替水として必要な 新鮮水を勢いよく注ぐことによって砂粒から洗い流される。この方法で得られた ナトリウム−及びカリウム溶液は余熱で濃縮され、結晶化される：こうしてアル カリは使用できる形で回収される。

本発明による方法は、技術的観点のみならず、経済的観点からも非常に満足すべ きものであり、同時に、例えば加熱渦巻き層がそれはそれで砂（場合によっては 既に再生された古砂）から形成されてもよい。目的とする効果のために渦巻き層 が十分な熱容量をもつように、１分間に供給される湿った古砂の量に対する渦巻 き層−砂量の割合を約５０ないし１００の範囲に選択することができる。

本発明により、渦巻き層は上から、好適には高速燃焼で加熱するのが最適であり 、その際、添加燃料としては（古砂にすでに含まれている燃料部分の他に）ガス 状の燃料が特に合目的的であることがわかった。

ここに既に説明した効果を得るために、渦巻き層を約７５０から９５０℃までの 維持温度に保つことが好ましい。

本発明のその他の好ましい実施態様によると、一方では固体温度、他方では渦巻 き層の上のガス空間の温度は異なる温度に調節することができ、再生する古砂の 滞留時間もその性状に応じて調節することができる。

この方法では、有機物質−飛散するちりの形のものも−の完全な燃焼及びそれと 共にその混入物除去が行われる。

再生すべき古砂の加湿を強化及び／又は促進するために、湿らせ、再生する古砂 を真空中ですっかり湿らせることが好都合である。

運転状態を再生すべき古砂のその時々の要求にできるだけ最適に合わせるように 、渦巻き層の渦流速度を調節できることが通例、最高に好適である。

さらに、渦巻き層の後に連結された分離器などで砂を分離するのが目的に叶う、 その際、この分離された砂の一部を渦巻き層に戻すことがさらに目的に叶う。

こうして再生された古砂（再生物）は機械的に後精製を受けるのが合目的的であ る。本発明の好適実施態様は下記の請求に記載される。

本発明は、後の１実施例において図を参照してさらに詳細に説明される。

図には貯蔵器（１）が略図的に描かれている、その中には古砂（通例無機及び有 機の古砂の混合物である）が集められる。再生すべき古砂は貯蔵器（１）から、 例えばＦｅ部材の磁気分離機、塊粉砕機及び濾過機から成る古砂準備装置（２） に導入され、中間貯蔵器（３）に達する。

準備できた古砂は、中間容器から定量配給装置（４）を経て混合機（５）に導入 され、ここでやはり定量配給される水（６）及び表面張力低下剤が加えられる。

水は余熱によって最高９５℃まで加熱される。

湿った砂はコンディショナー（７）中で、粒子外皮の孔が完全に水分を含むまで 撹拌され、その後一定量が渦巻き層（８）に達する。極めて速い熱通過（そして 渦巻き層における十分な混合）のために、再生された湿った古砂は急激に運転温 度８００〜８５０℃に加熱され、その際既述の蒸気生成が、耐火性の外皮を（石 英−）砂粒から分離させ、又は少なくとも著しくゆるめ、有機有害物質は完全に 燃焼され尽くす。

炉の排ガスは熱交換機（ＩＩ）で、渦巻き空気を余熱しながら冷却される。

炉の保留分を冷却するために、これは先ず渦巻き層冷却機（１２）を通り、ここ で湿潤のために必要な水が７５ないし９５℃にあらかじめ加熱される。砂のかな りの程度の熱は蒸気又は熱水の形で回収される。

得られた再生物のその後の処理は空気式精製装置（１３）で行われ、二種類の粒 度（“大きい”及び“細かい”）への分別も行われた。再生された古砂は普遍的 に再利用され得る、その際、再生された古砂から形成された新しい砂（場合によ っては新しい砂を成る程度添加する）への粒状化は個々のフラクションからの配 分によって、あらかじめ決められた平均粒度或いは一定の粒度幅をもった古砂が 得られるように行われる。

再生した砂の冷却及び、空気式精製の後、再生物及びフィルターちりが沈殿する 。フィルターちりは有害物質を含まず、不安なく貯蔵でき、或いは、例えば建築 土木材料又は膏剤として使用できる。

参照記号のリスト （参照数字のリスト） （１）貯蔵器　（２）砂筒処理　（３）中間容器（４）砂の配分装置　（５）混 合機 （６）水の配分装！Ｉ　（７１コンディショナー（８）渦巻き層−反応器 （９）分離機　（１０）濾過装置　（１１）熱交換機（１２）温床冷却機　（１ ３）砂後処理浄書（内容に変更なし） 要　約 本発明は、鋳型用古砂−その元の砂型は、成形材料として無機結合剤、例えば／ 特にベントナイト（“無機古砂”）及び／又は有機結合剤例えば／特にフェノー ル−及び／又はフラン樹脂（“有機古砂”）を含む−の再生法であって、再生す べき古砂を水で濡らし、その後湿った状態で加熱渦巻き層に供給するという再生 法に関するものである。

平成０４年０２月０７日

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. １．元の砂型が、成形材料として無機結合剤、例えば／特にベントナイト（“無 機古砂”）及び／又は有機結合剤例えば／特にフェノールー及び／又はフラン樹 脂（“有機古砂”）を含む、鋳型古砂の再生法であって、再生すべき古砂が水で 濡らされ、その後湿った状態で加熱渦巻き層で燃焼されることを特徴とする方法 。
2. ２．再生すべき古砂が、粒外皮間にある孔が真っ先にほとんど水で満たされる程 強く水で濡らされることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. ３．古砂を湿らすために用いる水が循環中に導かれ、それによって有害アルカリ イオンが溶出されることを特徴とする請求項１及び請求項２記載の方法。
4. ４．循環に導かれる水が、鉱酸及びカルボン酸の添加によってｐＨ値２ないし５ に保持され、循環水中のあらかじめ決めた塩濃度を超えないうちに新鮮水に代え られることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. ５．アルカリ領域の循環水をＣＯ２で処理し、それによってアルカリを炭酸塩と して回収することを特徴とする請求項３及び請求項４記載の方法。
6. ６．循環水が各循環ごとに澄明にされ、濾過され、こうして得られたスラッジ（ 汚泥）が渦巻き層に戻されることを特徴とする請求項３ないし請求項５の一つ以 上の項記載の方法。
7. ７．加熱される渦巻き層が砂から成ることを特徴とする先行請求項の一つ以上の 項記載の方法。
8. ８．１分間に供給される湿った砂の量に対する渦巻き層一砂量の比が約５０ない し１００であることを特徴とする請求項７記載の方法。
9. ９．任意の混合物中の無機及び有機古砂が互いに水を吸い込み、これらの混合物 がその後渦巻き層に供給されることを特徴とする先行請求項の一つ以上の項に記 載の方法。
10. １０．（少なくとも優勢の）無機の、もしくは（少なくとも優勢の）有機の結合 剤をもった古砂を別々に処理する場合は渦巻き層に別々に供給されることを特徴 とする先行請求項の一つ以上の項に記載の方法。
11. １１．古砂を別々に供給する場合、無機古砂のみに水をしみ込ませることを特徴 とする請求項１０記載の方法。
12. １２．専ら有機の古砂だけの場合はこれのみに水をしみ込ませることを特徴とす る先行請求項の一つ以上の項、特に請求項１１記載の方法。
13. １３．水をあらかじめ７０〜９５℃に加熱することを特徴とする請求項１２記載 の方法。
14. １４．水の表面張力低下剤を加えることを特徴とする請求項１１ないし請求項１ ３の一つ以上の項に記載の方法。
15. １５．特に分離された微細フラクションが未処理のまま工程に戻されることがあ る場合には、無機古砂が機械的前精製にかけられることを特徴とする請求項１０ ないし請求項１４の一つ以上の項に記載の方法。
16. １６．渦をき層が上から加熱されることを特徴とする先行請求項の一つ以上の項 に記載の方法。
17. １７．渦巻き層が添加材料としてガス状燃料で加熱されることを特徴とする先行 請求項の一つ以上の項、特に請求項１６記載の方法。
18. １８．渦巻き層が約７５０ないし９５０℃の維持温度に保持されることを特徴と する先行請求項の一つ以上の項に記載の方法。
19. １９．一方では固体の温度、他方では渦巻き層の上のガス空間の温度が異なって 調節されることを特徴とする先行請求項の一つ以上の項に記載の方法。
20. ２０．再生すべき古砂の渦巻き層滞留時間が調節できることを特徴とする先行請 求項の一つ以上の項に記載の方法。
21. ２１．湿らせた、再生すべき古砂が真空中ですっかり濡らされることを特徴とす る先行請求項の一つ以上の項に記載の方法。
22. ２２．渦巻き層の渦巻き流速が両限度内に調節できることを特徴とする先行請求 項の一つ以上の項に記載の方法。
23. ２３．渦巻き層の後に連結される分離機などに、分離された砂の一部が戻される ことを特徴とする先行請求項の一つ以上の項に記載の方法。
24. ２４．ここまで再生された古砂（再生物）が機械的に又は空気式に、又は機械的 ／空気式に後精製されることを特徴とする先行請求項の一つ以上の項に記載の方 法。
25. ２５．渦巻き空気が渦巻き層の排ガス熱であらかじめ加熱されることを特徴とす る先行請求項の一つ以上の項に記載の方法。
26. ２６．排ガスが約４５０ないし１５０℃の水で処理されることを特徴とする先行 請求項の一つ以上の項に記載の方法。
27. ２７．熱が近似化学量的に行われることを特徴とする先行請求項の一つ以上の項 に記載の方法。