JPH07506299A - 金属キャスティングの熱処理および炉内砂回収 - 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】 金属キャスティングの熱処理および炉内砂回収関連出願の相互参照 本出願は、１９９１年５月２４日に提出された出願第０７７７０５．６２６号の 一部継続出願である。

発明の背景 本発明は、概して金属キャスティング（ｍｅｔａｌ　ｃａｓｔｆｎｇ）の熱処理 の分野および金属キャスティングを形成するために用いられる砂コア（ｓａｎｄ 　ｃｏｒｅ）と砂モールド（ｓａｎｄ　ｍｏｌｄ）から砂を回収する分野に関す る。

−ｆｉに、先行技術の方法および装置は、パーマネントモールドまたは砂コアを 有する砂モールドによって形成された金属キャスティングを熱処理し、かつ、砂 モールドまたは砂コアから十分に純粋な砂を回収するために、２または３の異な る別々のステップを必要とする。本発明は、単一のステップで加熱と十分に純粋 な砂の回収とを行うことを可能にする。

金属キャスティングを製造する方法および装置はよく知られている。モールドお よびコアは、溶解した材料が凝固したときにモールドおよびコアの特性を反映す るキャスティングが形成されるように、溶解した材料を置換するために用いられ る。モールドは、モールドの内壁上に形成されたキャスティングの外部特性を有 し、コアは、コアの外表面上に形成されたキャスティングの内部特性を有する。

コアは典型的には、砂から形成され、一方、モールドは、時々は砂から形成され る。砂モールドおよびコアは典型的には、砂と可燃性バインダー（ｃｏｎ＋ｂｕ ｓｔｉｂｌｅ　ｂｉｎｄｅｒ）との混合物から予備成形（ｐｒｅ−ｏ＋ｏｌｄ） される。簡潔のため、砂モールドおよび砂コアを以下、単に砂コアと呼ぶ。

先行技術のいくつかによると、いったんキャスティングが形成されると、金属キ ャスティングを熱処理し、砂コアから十分に純粋な砂を回収するために、３つの 異なる別々のステップが実行される。第１のステップは、キャスティングから砂 コアの一部分を分離する。砂コアは典型的には、１つの手段またはいくつかの手 段の組合せによって、キャスティングから分離される。例えば、砂をキャスティ ングから、のみで彫り取ってもよいし、または、キャスティングを物理的に振る ことにより砂コアをくずし取って砂を除去してもよい。いったん砂がキャスティ ングから除去されると、第２および第３のステップが実行される。この典型的な ３ステツプの先行技術においては、第２および第３のステップが実行される順は 重要ではない。なぜなら、砂はすでにキャスティングから分離されているからで ある。第２のステップは、キャスティングを熱処理することからなる。典型的に は、所望であれば、キャスティングを熱処理することにより、キャスティングを 強化または硬化する。第３のステップは、キャスティングから分離された砂を精 製することからなる。精製工程は典型的には、１つの手段またはいくつかの手段 の組合せによって実行される。これらは、砂を覆うバインダーを燃焼させ、砂を 摩耗し、砂の部分を網に通らせることを含み得る。回収された砂が、新しい砂コ アの形成にうまく再使用されるためには、十分純粋であることが重要である。回 収された砂が、円滑な表面のキャスティングを補助し、かつ、強固なコアを引き 起こす砂粒の良好な結合を補助できるほど、少なくともある程度丸ければ、その こともまた役に立つ。そのため、十分に純粋な砂が回収されるまで、砂の部分に ついて、回収工程を反復して行い得る。

回収された砂の純度は、未燃焼バインダーの量により測ることができる。未燃焼 バインダーが少ないほど、砂は純粋である。純度の向上をめる一方で、いくらか の砂は「細粒」となる。細粒は、所定のサイズよりも小さい砂粒子に対して用い られる用語である。細粒は非常に小さいため、過剰な量のバインダーを必要とす る。これらの２つの値（純度および細粒度）は一般には、一方の値が高ければ他 方の値が低いという点で、相客れない。これらの値のバランスをとることが重要 である。そのため、砂回収工程によって、これらの値が制御可能であることが重 要である。

米国特許出願第０７７７０５．６２６号に開示された、本発明の発明者の以前の 発明によると、砂コアによって形成された金属キャスティングを熱処理し、砂コ アから砂を回収するために、僅か１つのステップしか必要ではない。これは、キ ャスティングを、砂コアが付着した状態で、少なくとも砂コアのバインダー材料 の燃焼温度まで加熱された酸素化された雰囲気を有する炉に入れることにより実 行される。これにより、砂コアのバインダーのいくらかが燃焼し、これが他の手 段と組み合わされて、砂コアをキャスティングから分離する。出願第０７７７０ ５、６２６号に開示されたシステムは、キャスティングから砂コアを分離するた めに必要であるよりも多くのバインダーの燃焼を促進する。出願第０７７７０５ ．６２６号に開示されたシステムは、いくつかの応用においては、砂を、十分に 純粋な状態で炉から取り出す。しかし、このシステムは、他の応用のために十分 に純粋な砂を供給するほど十分な量のバインダーを燃焼させる（または砂コアを 処理する）ことはできない。また、このシステムは、回収された砂の特性を変化 させない。

回収された砂における砂の丸み、細粒の量、または未燃焼バインダーの量の選択 的制御は不可能である。したがって、出願第０７７７０５．６２６号に開示され た方法および装置を用いて回収された砂は、ある応用のために十分に純粋な砂、 またはある特性を有する砂を得るためには、さらなる処理を必要とし得る。その ため、以前の砂回収システムは、砂コアにより形成された金属キャスティングを 熱処理し、砂コアから十分に純粋な砂を回収するために、２つの別々の場所で別 々の専用の装置を用いて実行される、少なくとも２つのステップが必要であると いう点で、それ自体、非効率的である。

したがって、より効率的な熱処理、砂コア除去、および砂コアからの十分に純粋 な砂の回収を可能にする、より効率的な方法とそれに関連する装置が望まれてい る。

Ｒコヱと」巨 簡単に述べると、本発明は、砂コアを用いて製造された金属キャスティングの熱 処理、および砂コアからの砂の回収のための改良された方法および装置を提供す る。より特定すると、本発明は、熱処理炉内で砂を収集し、砂を精製し、砂を炉 から取り出すための、改良された方法および装置を提供する。本発明は、熱処理 炉から典型的に取り出されるものよりも純粋な砂を回収し得る。本発明の方法お よび装置はまた、炉から取り出された砂中のバインダーおよび細粒の量の選択的 制御を可能にする。

本発明の好適な実施態様は、炉に関連して、炉内に収集された砂を攪拌する装置 を含む。好適な実施態様においては、この攪拌装置は、「流動化」の工程を介し て攪拌機能を達成するために、加圧空気を利用し、この明細書中において、流動 化器と呼ばれる。この流動化工程は、空気を、加圧源から炉内に収集された砂の 中を通過させ、それにより、砂の部分は浮遊して乱流流体のように振舞う。流動 化器は、十分に純粋な砂が回収されるように、砂コアのバインダ一部分を、炉内 の他の部品と共に、炉内で十分燃焼させる。この実施態様において、バインダー が燃焼する元である砂コアは、炉に送られたキャスティングに付着されている。

好適な炉の実施態様、および炉内のいくつかの要素は、出願第０７／７Ｇ５．６ ２６号に開示されている。流動化器とそれに関連するいくつかの要素とは、本出 願において初めて開示される。

本発明の好適な実施態様の流動化器は、炉ホッパ内に収集された砂の流動化を引 き起こす。流動化により、砂の部分が互いに摩耗し、少なくとも１つの実施態様 においては、バインダーを露出させる様式で金属ターゲットをも摩耗する。その 後、露出されたバインダーは燃焼する。この工程は、十分な量のバインダーが燃 焼して、砂の純度についてユーザが満足するまで、反復される。

本発明の好適な実施態様において、流動化器は、バインダーの燃焼を促進するよ うに、炉ホッパに酸素を添加する。本発明の１つの好適な実施態様において、流 動化器は、さらにバインダーの燃焼を促進するように、２次的熱源から予熱され た空気を供給される。別の好適な実施態様においては、流動化器の空気は予熱さ れない。本発明の１つの局面によると、複数の流動化器が用いられ、このような 実施態様においては、適切な流動化器の実施態様が選択され、複数の領域に分割 された炉に沿って選択的に設置される。

本発明はさらに、回収された砂を炉から排出する方法および装置を含む。本発明 の好適な実施態様において、この排出は、炉内に収容された砂の量を制御するよ うに、制御される。

これは、砂が流動化される時間に影響を与え、そのため、回収された砂の特性の 制御に影響を与える。

本発明の別の実施態様は、追加の砂回収ユニット（−ＳＳＲＵ”）を含む。追加 の砂回収ユニットは、炉の熱源と共に、および流動化器と炉内のその他の部品と ともに機能するものであり、キャスティングコアから概に回収された砂の追加回 収を行う。例えば、先行技術のシェーカから収集された砂および第０７７７０５ ．６２６号の炉のトラフから排出された砂が、追加の砂回収ユニットにより再度 処理される。追加の砂回収ユニットは、炉外のビンを含む。管がビン出口に接続 され、炉にはいっている。管は炉内で炉ヒータの近接部を通過し、炉ポッパに向 かって終結する。収集された砂は、ビンに入れられ、そこでバインダーの燃焼温 度より高い温度まで加熱され、酸素の濃厚な雰囲気に曝される。これにより、初 期のバインダーの燃焼が起こる。その後、砂は管に入る。管内を通過する間、砂 は炉ヒータにより加熱され、さらなるバインダーの燃焼が起こる。砂が管から出 ると、炉に落下して、好適にはそこで本発明の炉内砂回収ユニットによりさらに 精製される。

したがって、本発明の目的は、砂コア材料が付着した状態のキャスティングを熱 処理し、砂コア材料から砂を回収する、改良された方法および装置を提供するこ とにある。

本発明の別の目的は、キャスティングから砂コア材料を除去し、砂コア材料から 砂を回収する、改良された方法および装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、炉内でキャスティングから分離された砂コアの部分から、 炉内で砂コアを回収する方法および装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、炉内に収集された砂を炉内で攪拌する方法および装置を提 供することにある。

本発明の別の目的は、炉内に収集された砂を炉内で流動化する方法および装置を 提供することにある。

本発明の別の目的は、炉内に収集された砂を覆うバインダーの、熱処理炉内にお ける燃焼を向上させる方法および装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、炉内に収集された砂を、２次的熱源から加熱する方法およ び装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、砂が収集される炉内の領域に酸素を供給する方法および装 置を提供することにある。

本発明の別の目的は、炉外で砂を回収し、回収された砂を炉内で精製する方法お よび装置を提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、回収された砂の特性が制御され得るように、砂コア 材料が炉内における砂回収工程に曝される時間を制御する方法および装置を提供 することにある。

本発明の他の目的、特徴、および利点は、以下の図面とともに本明細書を読み、 理解すれば、明らかになる。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の好適な実施態様による、燃焼熱処理炉および炉内砂回収ユニッ トの一部切欠図である。

図２は、図１の砂回収ユニットの選択された要素の一部切欠図である。

図３は、図１において切り欠かれた要素のいくつかを示す、図１の砂回収ユニッ トの選択された要素の一部切欠平面図である。

図４は、図１において切り欠かれた要素のい（つかを示す、図１の砂回収ユニッ トの選択された要素の一部切欠平面図である。

図５は、図１の排出バルブアセンブリの一部切欠側面図である。

図６は、本発明の別の好適な実施態様による、炉内砂回収ユニットの一部分の一 部切欠平面図である。

図７は、図６の装置の一部分の一部切欠側面図である。

図８は、図７の８−８線に沿った、図６の流動化型導管の断面図である。

図９は、本発明の別の好適な実施態様による、炉内砂回収ユニットの側面図であ る。

図１０は、図９の流動化リングの詳細な斜視図である。

図１１は、図１０の１１４１線に沿った、図９の流動化リングの断面図である。

図１２は、図１１の１２−１２線に沿った、図９の流動化リングの断面図である 。

図１３は、本発明の別の好適な実施態様による、炉内砂回収ユニットの一部分の 一部切欠図である。

図１４は、本発明による、熱処理炉および炉内砂回収システムの、複数の領域を 有する実施態様の一部切欠図である。

図１５は、本発明の別の実施態様の一部である、追加の砂回収ユニットのみの側 面図である。

図１６は、燃焼熱処理炉および炉内砂回収ユニットの上に取り付けられた、図１ ５の追加の砂回収ユニットの一部切欠側面図である。

図１７は、図１５の回収ホッパの一部切欠図である。

好適な実施態様の詳細な説明 明細書のこのセクシミンは、２つの部分からなる。第１のパートは部品を紹介し 、その方向および相互接続を述べる。

第２のパートは、部品の動作を述べ、受容可能な部品のいくつかの例を提供する 。

図面において、いくつかの図面を通じて同様の参照符号は同様の部品を示す。図 面をより詳細に参照して、図１は、本発明の好適な実施態様による、熱処理炉１ ９と炉内砂回収ユニット２０との組合せの一部切欠図である。炉内砂回収ユニッ ト２０は、ホッパ壁３１を有し、かつ、ホッパ人口３３とホッパ出口３５とを規 定するホッパ３ｏを含む。ホッパ壁３１の一部および他の要素は、示されている 要素が明白に見られ得るように、図１においては切り欠かれている。炉内砂回収 ユニット２ｏはさらに、流動化器（ｆｌｕｉｄｉｚｅｒ）　４０．案内管８０． 摩耗ディスク（ａｂｒａｓｉｏｎ　ｄｉｓｋ）　９０、および排出バルブアセン ブリ（ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｖａｌｖｅ　ａｓｓｅｍｂｌｙ）　１００を含む。

流動化器４０は、ホッパ壁３１を通過している状態で図示されている。案内管８ ｏは、ホッパ３０内において流動化器の上方に位置する。摩耗ディスク９゜は・ 　ホッパ３０内の案内管８０の上方に位置する。排出バルブアセンブリ１００は 、ホッパ出口３５に接続された状態で図示されている。本発明の好適な実施態様 においては、炉内砂回収ユニ２ト２０のホッパ３０は、熱処理炉１９のホッパ３ ０としても作用する。適切な熱処理炉１９は、出願第０７７７０５．６２６号に 開示されている。米国特許出願第０７７７０５．６２６号をここに参考のため援 用する。排出バルブアセンブリ１００は、炉外への通路を供給する。

図２は、図１の選択された要素の一部切欠側面図であり、本発明の好適な実施態 様の流動化器４０をより詳細に示す。砂２５もまた代表的な、ホッパ出口３５に おいて収集された形態で示す。流動化器４０は、流動化型導管４１を含むように 示されている。流動化型導管４１は、ホッパ３０内の流動化型端部４２とホッパ ３０外のソース端部４３とを有する。流動化型導管４１は、流動化型導管４１に より規定される導管内部４４を示すように切り欠かれている。流動化型導管４１ のソース端部４３は、端部プレート４７により密閉されている。端部プレート４ ７の一部は、当業者には理解できるような様式、例えば溶接により、ソース端部 ４３に取り付けられている。端部プレート４７の一部は図２において、ヒータ６ ０を完全に示すように、切り欠かれている。

ヒータ６０は、修理または異なるタイプのヒータとの交換を容易にするような様 式で端部プレート４７を介して保持されている。ヒータ６０は、導管内部４４内 に位置する排出端部６１と、流動化型導管４１の外部の取り込み端部６２とを有 する。加圧空気は、ヒータ６０の取り込み端部６２がら空気取り込み口６５を介 して供給される。本発明の好適な実施態様においては、ヒータ６０は高圧ガスバ ーナである。本発明の別の実施態様においては、ヒータ６０は、電気加熱要素か らなる。その他のヒータも受容可能である。

信号発生圧力ゲージ７０が、ゲージ導管７１を介して流動化型導管４１に接続さ れている。この接続は、信号発生圧力ゲージ７０が導管内部４４と連通し、流動 他藩導管４１内の圧力を感知し得るようになされている。信号調整器７４は、信 号発生圧力ゲージ７０と連動する。信号発生圧力ゲージ７ｏは、ゲージ電カケー ブル７２により電源に接続されている。信号発生圧力ゲージ７０は、信号ケーブ ル７３により、図２に示されていない排出バルブアセンブリ１００に接続されて いる。

流動化型導管４１の流動化型端部４２は、図２において、案内管８０および摩耗 ディスク９ｏの方向に上方に曲がっている。案内管８０は、図２において一部が 切り欠かれているが、管壁８１を有し、管通路８２を規定する。摩耗ディスク９ ｏは、図２において一部が切り欠かれているが、ディスク背面９２と凹形ディス ク面９１とを有する。

図３は、図２の装置の、より詳細な平面図であり、摩耗ディスク９０は省略され ている。図３に示すように、案内管８ｏは、管支持ロッド８Ｓａｓ　ｂに接続さ れ、これらはホッパ壁３１に接続されている。これらの接続は、当業者には理解 できる様式でなされている。例えば、溶接またはボルトによる締結である。

案内管８０は、案内管８０が流動化型導管４１の流動化基端部４２上方に位置し 、かつ、管通路８２が流動化型端部４２において導管内部４４と一列に並ぶよう に位置づけられている。

図４は、図２の装置の、より詳細な平面図である。図４において、摩耗ディスク ９ｏのディスク面９１は流動化型端部４２に向けられ、したがって、見えない。

図２および図４に示すよように、摩耗ディスク９ｏは、ホッパ壁３１に取り付け られたディスク支持ケーブル９５に接続されている。ケーブル９５は、ディスク 端部９６、フック端部９７、およびディスク端部９６とフック端部９７との間に 設けられたターンバックル９８を有する。ケーブル９５のディスク端部９６は、 当業者には理解できるような様式、例えば溶接またはボルトによる締結により、 摩耗ディスク９０に取り付けられている。各ケーブル９５のフック端部９７は、 アイフック９９によりホッパ内壁３１に取り付けられている。

フック端部９７は、アイフック９９に係合している。アイフック９９は、当業者 には理解できるような様式、例えば溶接またはボルトによる締結により、ホッパ 壁３１に接続されている。アイフック９９は複数あり、各々が、流動化型端部４ ２がらの摩耗ディスク９０の高さが、以下に説明するように調整され得るように 方向づけられている。流動化型端部４２、導管内部４４、および案内管８０′は 、摩耗ディスク９ｏにより隠されているため、図４には示されていない。

図５は、図１に示す排出バルブアセンブリの一部切欠側面図である。排出バルブ アセンブ！ｊｌｏｏは、ダブル廃棄バルブ（ｄｏｕｂｌｅ　ｄｕｍｐ　ｖａｌｖ ｅ）　１１０および空気式バルブオペレータ（ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ｖａｌｖｅ 　ｏｐｅｒａｔｏｒ）　１３０を含む。ダブル廃棄バルブ１１０は、バルブ人口 １１１およびバルブ出口１１２を含む。バルブ人口１１１は、当業者には理解で きるような様式、例えば溶接またはボルトによる締結により、ホッパ出口３５（ 図１を参照のこと）に接続されている。バルブ出口１１２は、ダブル廃棄バルブ １１０がホッパ３０内部から炉１９の外部への通路を供給するように、熱処理炉 １９の外部に位置づけられている。図５において、第１のディスク１１６、第２ のディスク１１７、第１のシート１１８、および第２のシー目１９を示すために 、ダブル廃棄バルブ１１０は切り欠かれている。空気式バルブオペレータ１３０ は、当業者には理解できる様式により、空気式バルブオペレータ１３０がダブル 廃棄バルブ１１０の動作を制御するように、ダブル廃棄バルブ１１０に接続され ている。空気式バルブオペレータ１３０は、空気式供給ライン１３１と信号ケー ブル７３とに接続されている。本発明の別の実施態様において、空気式バルブオ ペレータ１３０の代わりに、電気モータ式バルブオペレータ、油圧式バルブオペ レータ、または何等かの他のタイプのバルブオペレータが用いられている。

図６および図７は、本発明の別の好適な実施態様を示す０図６は、別の実施態様 による、本発明の一部分の一部切欠平面図である。この別の実施態様は、案内管 ８ｏまたは摩耗ディスク９０を含まない。この別の実施態様は、流動化器４０’ を含み、これは好適な実施態様の流動化器４０とある程度類似である。

しかし、流動化器４０°は、３つの流動化型導管４１’ａｓ　ｂｓ　ｃに分かれ る流動化型導管４１°を有し、これらは各々ホッパ壁３１を通遇する。流動花器 導管４１°ａＳｂｓ　Ｃは導管へラダ５５がら出ている。導管ヘッダ５５は、流 動花器導管４１゛のソース端部４３がら出ている。また、流動化型端部４３’ａ ｓ　ｂ、ｃは、当業者には理解できる様式、例えばプラグ５ｏにより密閉されて いる。また、ホッパ３０の一部を示す、流動化器４０’の側面図である図７に示 すように、各流動花器導管４１’ａ、　ｂ、　ｃは、ホッパ出口３５を向いてい る複数の流動化孔５１を規定する。（図７において、流動花器導管のうちの２っ ４１°ｂ、　ｃは、流動花器導管のうちの１つ４１°ａにより隠れている。）図 ８は、図７の８−８線に沿った断面図である。簡潔のため、１つの流動花器導管 ４１°ａのみを示す。他の流動花器導管４１’ｂ、　ｃは同様に構成されている 。

図８に示すように、流動化孔は導管内部４４°と連通している。

また、図７および図８に示す実施態様においては、流動化孔５１が、ホッパ出口 ３５に対向する流動花器導管４１°ａの一部分に沿って直線状におよび半径方向 に間隔をあけて設けられている。好適には、互いに半径方向に位置する２つの流 動化孔５１により規定される中央線５２間の角度は９０度である。本発明の別の 実施態様においては、流動化孔５１は、異なる様式で間隔をあけて設けられてい る。

図示されていない本発明の別の実施態様は、図６〜８の上記に開示された別の実 施態様に類似であるが、流動化器４ｏが６つの流動花器導管に分かれる点が異な る。６つの流動花器導管のうちの３つは、１つの炉ポッパ３ｏに入り、６つの流 動花器導管のうちの他の３つは、別の炉ホッパ３ｏに入る。実際、上記に開示し たものの変形例である、本発明の別の実施態様は様々ある。図６および図７には 示されていないが、信号発生圧力ゲージ７０はそれに関連する全ての要素と共に 、本発明のこれらの別の実施態様に含まれる。

図９は、本発明の、案内管８ｏまたは摩耗ディスク９ｏを含まない別の好適な実 施態様を示す。この別の実施態様において、流動化リング１４０がホッパ出口３ ５とバルブ人口１１１との間に設けられている。流動化リング１４０は、当業者 には理解できるような様式、例えば溶接またはボルトによる締結により、ホッパ 出口３５とバルブ人口１１１とに接続されている。また図９に、流動花器導管４ １”が示されている。流動花器導管４１゛は、導管内部４４°（図示せず）を規 定する。流動花器導管４１”は、流動化型端部４２”を有し、これは、加圧空気 が供給される流動化リング１４０とソース端部４３°とに接続されている。

図１０は、図９の流動化リング１４０の詳細な斜視図である。流動化リング１４ ０は、リング内部１４２（図１１を参照のこと）を規定する中空リングフレーム １４１を含む。流動化リング１４０は、リングフレーム１４１により規定される 複数の流動化孔１４６により、リング内部１４２と連通ずる開口領域１４５を囲 んでいる。簡潔のため、図１０には流動化孔のうち僅が２つを示す。リングフレ ーム１４１はさらに、導管接続孔１４７を規定する。リングフレーム１４１は、 導管内部４４”がリング内部１４２と連通するように、導管接続孔１４７におい て、流動花器導管４１”の流動化型端部４２”に接続されている。この接続は、 当業者には理解できる様式、例えば溶接によりなされている。

図１１は、図１０の１１−１１線に沿った断面図である。図１１は、リング内部 １４２を示す。図１２は、図１１の１２−１２線に沿った断面図である。図１２ は、リングフレーム１４１に規定された複数の流動化孔１４６のうちの１つを示 す。流動化孔１４６は、リングフレーム１４１により規定される開口領域１４５ を通過する砂コアの部分が流動化孔１４６を介してリング内部１４２に容易に移 動し得ないように、十分急な角度がつけられている。

本発明の別の実施態様においては、信号発生圧力ゲージ７０が含まれない。一部 切欠図である図１３に示すように、本発明のこの別の実施態様は、ホッパ３０内 でホッパ壁３１に取り付けられた信号発生センサ１７０ａ、　ｂ、　ｃを含む。

センサ１７０ａＳｂ、　ｃは、ホッパ３０内で砂コアの所定レベルを検出し得る ように、取り付けられている。各信号発生センサ１７０ａ、　ｂ、　ｃは、信号 ケーブル７３°により排出バルブアセンブリ１００（図１３には示されていない ）に接続されている。セレクタ１７１は、信号発生センサ１７０ａ、　ｂ、　ｃ と連動する。この別の実施態様の好適な実施態様においては、信号発生センサ１ ７０ａＳｂＳｃは電気プローブである。

図１４は、本発明の、複数の領域を有する実施態様を示す。

これは、炉内砂回収ユニット２０のいくつかの実施態様を用いた複数領域炉２１ １を含む。炉２１１の例が、出願第０７／７０５．６２６号に開示されている。

この図１４に開示されているように、炉２１１は、ワークチャンバ２１５、領域 ２１６Ａ−Ｈ１炉ヒータ２１８、予熱チャンバ２２４、炉入口ドア２２５、炉上 端２２６、炉排出ドア２２７、炉下端２２８、ローラ炉床２３４、ローラ２３６ 、キャスティングを移動させるバスケット２４０、軸方向ファン２４４、炉上部 ２４５、スクリーン２５２、バッフル２５３、砂コンベヤ２５９、および中央収 集ビン２６０を含む。炉２１１をよりよく理解するためには、この明細書に参考 のため援用されている出願第０７７７０５．６２６号を参照されたい。炉２１１ はさらに、ホッパ３ｏと排出バルブアセンブリ１００とを含む。領域２１６ＡＳ Ｂｉ、：は、流動化器４０（図１．２．３、および４を参照のこと）、案内管８ ０．および摩耗ディスク６゜が設けられている。予熱チャンバおよび領域２１６ Ｅには、流動化器４０°（図６．７、および８を参照のこと）が設けられており 、領域２１６Ｆ％Ｇ　Ｈニは流動化器４０°（図９．１０．１１、および１２を 参照のこと）が設けられている。砂２５は、ホッパ出口３５に収集されている、 代表的な形態で示されている。

図１５は、本発明の別の実施態様の一部である追加の砂回収ユニット１８０を示 す。追加の砂回収ユニッ）　１８０は、回収型入口１８２、回収器出口１８３、 および回収器壁１８４を有する回収器ホッパ１８１を含む。追加の砂回収ユニッ ト１８０はさらに、排出型人口１９１および排出型出口１９２を有する排出器１ ９０を含む。好適な別の実施態様においては、排出器１９０はねじオーガー（ｓ ｃｒｅｗ　ａｕｇｅｒ）である。排出型人口１９１は、当業者には理解できる様 式、例えば溶接またはボルトによる締結により、ホッパ出口１８３に接続されて いる。追加の砂回収ユニット１８ｏはさらに、管内部１９９を規定する配達管１ ９５を含む。配達管１９５はまた、管人口１９６、管出口１９７、および管内部 １９９と連通ずる酸素供給ライン１９８を有する。管入口１９６は、当業者には 理解できる様式、例えば溶接またはボルトによる締結により、排出型出口１９２ に接続されている。

図１６は、本発明の別の実施態様による熱処理炉１９と炉内砂回収ユニット２０ との組合せの上に取り付けられた、図１５の追加の砂回収ユニｙ）１８０の一部 切欠図である。回収ホッパ１８１および排出器１９０は、熱処理炉１９の外部に 位置している。配達管１９５は、熱処理炉１９に入り込み、Ｕ形管炉ヒータ２１ ８°に近接している。管出口１９７は、ホッパ入口３３の方を向いている。

図１７は、図１５の回収器ホッパ１８１の一部切欠図である。回収器壁１８４の 一部は、回収器壁１８４により規定される回収器内部１８５を示すために切り欠 かれている。回収器内部１８５内には、ヒータ１８６、酸素供給器１８７および レベルインジケータ１８８が含まれている。回収器ホッパ１８１はまた、熱処理 炉１９に排気する再循環排気ダクト１８９およびバグハウス排気ダクト１９８を 含む。

ｍ里 図１〜図１４を参照して、砂コアが付着したキャスティングが出願第０７７７０ ５．６２６号に開示されている方法および装置にしたがって作用すると、砂と砂 コアの部分がホッパ人口３３に落下し、ホッパ出口に向かってホッパ３０内に砂 が収集される。

規定された量の砂がホッパ３０内に蓄積される前に、ダブル廃棄バルブ１１０内 の第１のディスク１１６および第２のディスク１１７が各々、第１のシート１１ ８および第２のシート１１９に接する。

そのため、砂および砂コアの部分がホッパ人口３３を介して落下し続けるため、 ホッパ３ｏ内の砂コアのレベルは増加する。

図１．　２．３、および４は、本発明の第１の好適な実施態様を開示する。第１ の好適な実施態様の核である装置および工程を、「ターゲットを有する高温流動 化」と呼ぶ。この実施態様においては、加圧空気は空気取り込み口６５を介して 供給される。ヒータ６０からの酸素化され加熱された排気は、流動化型導管４１ の流動化型端部４２がら排出する。砂のレベルが流動化型端部４２のレベルより 高くなると、流動化が開始される。酸素化され加熱された排気が、流動化型端部 ４２より上にある砂コアの部分を流動化する。すなわち、排気が砂の中を通過す ることにより、砂が浮遊して乱流流体のように振舞う。

流動化により、砂の部分が案内管通路内を８２を推進され、そこにおいて、運ば れてきた砂の軌道は、摩耗ディスク９ｏのディスク面９１に同いている。砂の部 分は摩耗ディスク９ｏに接触し、流動化型端部４２方同に落下し、そこでさらに 流動化される。流動化された砂の部分は互いに、およびディスク面９１を摩耗す る。この工程により引き起こされた摩耗により、砂に密着する灰がたたき落とさ れる。これにより、未燃焼のバインダーが露出し、そのためバインダーの燃焼が 促進される。

未燃焼のバインダーを露出することによりバインダーの燃焼を促進することに加 えて、流動化器４ｏは、高温がっ酸素化された環境を供給することにより燃焼を 促進する。このように、露出されたバインダーが燃焼することにより、砂コアが ら回収された砂の精製が促進される。「ターゲットを有する高温流動化」は、砂 を回収する様々な技術（少なくとも流動化、摩耗ディスクを併用した流動化、燃 焼を促進する加熱、燃焼を促進する酸素化）を用いるため、以下に示す工程に比 較して相対的に大きい容量を有する。

本発明のいくつかの別の実施態様のうちの１つが図６．７、および８に示されて いる。これらの別の実施態様を「高温流動化」と呼ぶ。「高温流動化Ｊは砂コア をターゲットに向けて推進しない。しかし、「高温流動化」は、それ以外は「タ ーゲットを有する高温流動化」に類似である。加圧空気は、空気取り込み口６５ を介して供給される。ヒータ６０からの酸素化され加熱されたυト気は、流動化 型孔５１から排出される。砂のレベルが流動化型孔５１のレベルに近づくと、流 動化が始まる。流動化は、流動化型孔５１の形成および方向づけにより促進され 同上される。流動化された砂の部分は互いに摩耗し合う。この工程により引き起 こされた摩耗により、砂に密着する灰がたたき落とされる。これにより、未燃焼 のバインダーが露出し、そのためバインターの燃焼が促進される。未燃焼のバイ ンダーを露出することによりバインダーの燃焼を促進することに加えて、流動化 器４０°は、高温かつ酸素化された環境を供給することにより燃焼を促進する。

このように、露出されたバインダーが燃焼することにより、砂コアから回収され た砂の精製が促進される。「高温流動化」は、ターゲｙ）を使用しないため、典 型的には「ターゲットを有する高温流動化」はどの摩耗を引き起こさない。した がって、「高温流動化」は典型的には「ターゲットを有する高温流動化」よりも 少ないバインダーを露出し、そのため、引き起こされる燃焼は少ない。したがっ て、「高温流動化」は典型的には「ターゲットを有する高温流動化」よりも容量 が小さい。したがって、「ターゲノ（・を有する高温流動化」は、比較的多い量 の砂および砂コアがホッパ人口３３を介して落下する場合に用いられ、「高温流 動化」は比較的中程度の量の砂および砂コアがホッパ入口３３を介して落下する 場合に用いられる。

本発明の別の実施態様のうちの１つが図９．１０．１１、および１２に示されて いる。これらの別の実施態様を「低温流動化」と呼ぶ。「低温流動化」は加熱を しない意思外は、ある程度「高温流動化」に類似である。加圧空気は、流動化型 導管４１”のソース端部４３”に供給される。加圧空気は、流動化型導管４１” の流動化型端部４２゛および導管接続孔１４７を介してリング内部１４２に入る 。その後、加圧空気は流動化孔１４６を介して流動化リング１４０から逃げる。

砂のレベルが流動化孔１４６のレベルより高くなると、流動化が始まる。流動化 された砂の部分は互いに摩耗し合う。この工程により引き起こされた摩耗により 、砂に密着する灰がたたき落とされる。これにより、未燃焼のバインダーが露出 し、そのためバインダーの燃焼が促進される。未燃焼のバインダーを露出するこ とによりバインダーの燃焼を促進することに加えて、流動化器４０°は、追加さ れた酸素を環境に供給することにより燃焼を促進する（燃焼に必要な熱は熱処理 炉１９により供給される）。このように、露出されたバインダーが燃焼すること により、砂コアから回収された砂の精製が促進される。「低温流動化」は、燃焼 を促進する熱を追加しないため、典型的には「高温流動化」はどの燃焼を引き起 こさない。したがって、「低温流動化」は典型的には「高温流動化」よりも容量 が小さい。したがって、「低温流動化」は、比較的少ない量の比較的クリーンな 砂がホッパ人口３３を介して落下する場合に用いられる。「低温流動化」は、砂 を回収することに加えて、ダブル廃棄バルブ１１Ｏを通過する前に砂を冷やす。

このことは、熱によって引き起こされる応力およびひずみからダブル廃棄バルブ １１０を保護し、より安価なダブル廃棄バルブ１１０の使用を可能にする。

上記に特定したように、本発明の異なる実施態様は異なる容量を有する。出願第 ０７７７０５．６２６号に特定されているように、連続した工程炉２１１内の異 なる領域２１６（図１４を参照のこと）は、キャスティングから砂コアをくずし 取るための容量が異なる。したがって、い（っかの領域２１６においてはより多 くの砂を回収することが必要であり、他の領域においては回収する砂の量が少な くてよい。本発明の１つの、複数領域を有する実施態様によると、図１４に示す ように、炉内砂回収ユニ））２０の、大写Ｉの実施態様（例えば図１〜図４）は 、炉２１１の大容量領域２１６Ａ、　Ｂにおいて用いられ、炉内砂回収ユニット ２０の中程度の容量の実施態様（例えば図６〜図８）は、予熱チャンバ２２４お よび中程度の容量の領域２１６Ｅにおいて用いられ、炉内砂回収ユニット２０の 小容量の実施態様（図９〜図１２）は小容量領域２１６Ｆ、　Ｇ、　Ｈにおいて 用いられる。同様に、本発明の大容量の実施態様を大容量のバッチタイプ炉に用 い、本発明の小容量の実施態様を小容量のバッチタイプ炉に用いることが好適で ある。

本発明のいくつかの実施態様において、信号発生圧力ゲージ７０およびそれに関 連する装置は、ホッパ３０内（図２および図９を参照）に蓄積された砂のレベル 、つまり容積の積極的制御を提供することに貢献する。砂の部分はホッパ人口３ ３を介して落下するため、ホッパ３０内の砂のレベルは上昇する。

レベルが上昇すると、導管４２の流動他藩端部からの空気流に対する抵抗が増加 し、流動化型導管４１における背圧が増加する。信号発生圧力ゲージ７０と連動 する信号調整器７４は、ある背圧が信号発生圧力ゲージ７０によって導管内部４ ４内で検出されたときに「ハイレベル」信号が発生するように、設定されている 。空気式バルブオペレータ１４０は、信号ケーブル７３により「ハイレベル」信 号を受信する。空気式バルブオペレータ１４０は、信号を受信する一方、ダブル 廃棄バルブ１２０を作動する。ダブル廃棄バルブ１２０は、第１のディスク１２ ６および第２のディスク１２７が各々、第１のシート１１８および第２のシート １１９から交互に離れ、その後戻るように動作する。この動作は、第１のディス ク１１６が第１のシート１１８に接していないときに、第２のディスク１１７が 第２のシート１１９に接するか、またはその逆になるようになっている。したが って、ダブル廃棄バルブ１１０が動作し砂がホッパ３０内からダブル廃棄バルブ １１０を介して熱処理炉１９外部へ流出する一方、流動化が中断されないように 、背圧がホッパ出口３５において維持される。流動化型導管４１を介して供給さ れる加圧空気は最も抵抗の少ない経路を取るため、背圧がホッパ出口３５におい て維持されることは重要である。第１のディスク１１６と第２のディスク１１７ との両方がシートから離れ、かつ、あるレベルの砂がホ・ノック内にある場合、 最も抵抗の少ない通路はダブル廃棄／＜ルブ１１０を介して炉の外部の雰囲気に 通じる通路である。したがって、加圧空気はホッパに蓄積された砂を介して無理 に上昇するよりも、ダブル廃棄バルブ１１０を介して流れる。本発明の別の実施 態様においては、ダブル廃棄バルブ１１０の代わりに、星形／ｓａルブまたはね じオーガー、あるいは排出および密閉機能を有する別のタイプの装置が用いられ る。

本発明の別の実施態様においては、ホッパ壁３１（図１３を参照のこと）に取り 付けられた信号発生センサ１７０が、ホッパ３０内に蓄積された砂のレベル、つ まり容積の積極的制御を提供することに貢献する。１つの実施態様においては、 信号発生センサ１７０は電気容量プローブからなる。電気容量プローブは、ホッ パ壁の、ダブル廃棄バルブ１１０を作動することが望まれるレベルに対応する各 位置に取り付けられる。ダブル廃棄／ｚＨルブ１１０が動作する特定のレベルは 、いずれの電気プローブが制御するかを設定するセレクタ１７１を作動させるこ とにより確立される。砂のレベルが上昇して制御用電気プローブに接すると、「 ハイレベル」信号が発生する。空気式バルブオペレータ１４０は、信号ケーブル ７３°を介して「ハイレベル」信号を受信する。空気式バルブオペレータ１４０ は、信号を受信したとき、上記のようにダブル廃棄バルブ１１０を作動する。

回収された砂の特徴は、ホッパ３０内にある砂の部分のドウエルタイム（ｄｗｅ ｌｌ　ｔｉｍｅ）により制御される。この時間が長いほど、砂の部分が流動化さ れる時間の量が長い。バインダーに覆われた砂の部分が比較的長い時間流動化さ れた場合、回収された砂に含まれるバインダーは少ないが、回収された砂にはよ り多くの細粒が含まれる。バインダーに覆われた砂の部分が比較的短い時間流動 化された場合は、回収された砂には多（のバインダーが含まれるが、回収された 砂に含まれる細粒は少ない。ドウエルタイムは、ホッパ３０内に蓄積することを 許可された砂の容積を制御することにより制御される。

ホッパ３０内に蓄積することを許可された砂の容積が大きいほど、ドウエルタイ ムは長い（砂が一定に入ってくると仮定して）。ホッパ３０内に蓄積することを 許可された砂の容積は、本発明の１つの開示された好適な実施態様における信号 調整器７４を調整することにより、または本発明の第２の開示された実施態様に おけるセレクタ１７１を調整することにより選択される。信号発生圧力ゲージ７ ０を含む実施態様においては、信号発生圧力ゲージ７０が高圧下において「ハイ レベル」信号を発生するように信号調整器７４が調整されると、より大量の容積 の砂がホッパ３０内に蓄積される。信号発生圧力ゲージ７０が低圧下において「 ハイレベル」信号を発生するように信号調整器７４が調整されると、より小量の 容積の砂がホッパ３０内に蓄積される。信号発生センサ１７０を含む実施態様に おいては、所望の容積に対応するレベルで取り付けられた信号発生センサ１７０ を選択するようにセレクタ１７１を調整することにより、より大量のまたはより 小量の砂がホッパ３θ内に蓄積することを許可される。

図２および図４を参照して、本発明の好適な実施態様において、回収された砂の 特性はまた、流動化型導管４１の流動化型端部４２の上の摩耗ディスク９０の高 さを調整することにより制御される。この高さは、ターンバックル９８を緩め、 フック端部９７をアイフック９９から外し、フック端部９７を適切なアイ７．り ９９に係合させ、そしてターンバックル９８を締結することにより調整される。

これらの部品は、炉１９を介して、またはホッパ壁３１のトラップドアを介して ホッパ３０に入ることによりアクセス可能である。一般に、摩耗ディスク９０の 高さが減少すると、砂の推進された部分がより大きな力で摩耗ディスク９０に衝 撃を与えるため、より大きな摩耗が起こる。したがって、回収された砂に含まれ るバインダーはより少なく、回収された砂に含まれる細粒はより多い。一般に、 高さが増すと、砂の推進された部分がより小さな力で摩耗ディスク９０に衝撃を 与えるため、より小さな摩耗が起こる。したがって、回収された砂に含まれるバ インダーはより多く、回収された砂に含まれる細粒はより少ない。

図１５〜図１７を参照すると、なんらかの他の方法で既に回収されている砂をさ らに精製するため、および、最初に別の工程により回収された砂コアの部分から 砂を回収するために、流動化器４０および熱処理炉１９内の他の部品と共に、追 加の砂回収ユニット１８０が用いられている。砂コアおよび覆われた砂のうち、 追加の砂回収ユニット１８０に入れられた部分は、キャスティングに密着してい ない。例えば、コアが偶然に、キャスティングに用いられ得ないような不適切な 形状に成形された場合のみ、粉砕され得、その部分が追加の砂回収ユニ・７）１ ８０に入れられ得る。砂コアおよび覆われた砂の部分は、回収型入口１８２を介 して追加の砂回収ユニット１８０に入れられる。

ヒータ１８６および酸素供給器１８７は、入れられた砂および砂コアの部分と結 び付いたバインダーを、砂が回収器ホツノで１８１内に回収されるように燃焼さ せる雰囲気を、回収器内部１８５に維持する。回収された砂は、排出器１９０を 介して回収器ホツノ寸１８１から配達管１９５に移動する。配達管１９５内の砂 は、管入口１９６から管出口１９７方向への重力により、配達管１９５内で引か れる。

配達管１９５内の砂は、配達管１９５はＵ形炉ヒータ２１８゛に近接していると いう事実のために、加熱される。配達管１９５内の砂はまた、酸素供給ライン１ ９８を介して供給される酸素に曝される。

したがって、配達管１９５を通る、露出されたバインダーの少なくともいくらか は、燃焼される。砂は、管出口１９７から通過するときに、ホッパ３０に落下し て、そこにおいて、上述したように流動化によりさらに精製される。

本発明の実施態様は、様々な材料から構成され、様々な部品を含む。以下はあく まで例として記載される。ホｙ”３０、案内管８０、および摩耗ディスクは、様 々な耐摩耗性合金により形成され得る。より具体的には、ホッパ３０および案内 管８０は、４１３０．４１４０、または１０２０鋼から形成され得、摩耗ディス ク９０は、鋳造高マンガン合金から形成され得る。流動化リング１４０は、Ａ３ ６構造用鋼鉄の正方形管から構成され得る。高圧バーナは、本発明の１つの実施 態様においてヒータ６０として作用し、Ｅｃｌｉｐｓｅ　（エクリブス）ブラン ドであり得る。信号発生圧力ゲージ７０は、ｐｗｙｅｒ　（ドワイヤー）ブラン ドの光電ゲージであり得る。本発明の１つの実施態様において信号発生センサ１ ７０として作用する電気容量プローブおよびレベルインジケータ１８８は、Ｅｎ ｄｒｅｓｓ　Ｈａｕｓｅｒ　（エンドレスノ＼ウザー）ブランドのＬＳＣ１１１ ０シリーズの電気容量プローブであり得る。これらのプローブには、低電圧が加 えられ、プローブがなんらかの材料（例えば、砂）に接すると、材料に電流が流 れ、プローブが電流を感知する。ダブル廃棄バルブ１１０は、Ｐｌａｔｔｃｏ　 Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　（プラノココ−ポレーション）製造のＮ１−Ｈａｒｄ とニッケルクロームとの合金による高温ダブル廃棄／　ＸＩ　Ｊレブであり得る ０流動化器導管４１は、ステンレス鋼により形成され得る。

ヒータ１８６は、Ｎａｔｉｏｎａｌ　（ナショナル）ブランドのシリコンカーバ イド加熱エレメントであり得る。

本発明を特に好適な実施態様および別の実施態様に照らして詳細に述べてきたが 、上記に記載し、添付の請求の範囲で規定されているように、本発明の精神およ び範囲内１こお０て改変および修正がなされ得ることは明ら力）である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．可燃性のバインダーに付着し、該可燃性のバインダーによって結合された砂 を含む砂コアを有するキャスティングを熱処理し、かつ、該砂コアから砂を回収 する装置であって、キャスティングを受け取る炉と、 該炉を加熱する炉加熱手段と、 該炉内の砂コアの部分を撹拌する手段と、を含む装置。
2. ２．可燃性のバインダーに付着し、該可燃性のバインダーによって結合された砂 を含む砂コアを有するキャスティングを熱処理し、かつ、該砂コアから砂を回収 する装置であって、キャスティングを受け取る炉と、 該炉を加熱する炉加熱手段と、 該キャスティングから砂コアの部分をくずし取る手段と、該炉内において、砂コ アのくずし取られた部分の砂を回収する手段と、を含み、該回収する手段が、砂 コアのくずし取られた部分を撹拌する手段を少なくとも含む、装置。
3. ３．可燃性のバインダーに付着し、該可燃性のバインダーによって結合された砂 を含む砂コアを有するキャスティングを熱処理し、かつ、該砂コアから砂を回収 する方法であって、該キャスティングを炉に入れるステップと、該炉を加熱する ステップと、 該炉内において該砂コアを撹拌するステップと、を含む方法。
4. ４．可燃性バインダーに付着し、該可燃性のバインダーによって結合された砂を 含む砂コアを有するキャスティングを熱処理し、かつ、該砂コアから砂を回収す る方法であって、該キャスティングを炉に入れるステップと、該炉を加熱するス テップと、 該キャスティングが該炉内にある間に、該キャスティングから砂モールドの部分 をくずし取るステップと、該炉において、砂モールドのくずし取られた部分の砂 を回収するステップと、を含み、該回収するステップが、砂モールドのくずし取 られた部分を撹拌するステップを少なくとも含む、方法。