JPH08504131A - 鋳物砂を再生するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は鋳物砂、特に活性ベントナイトを含有した古砂のための再生方法であつて、予備熱処理なしに間に合い、古砂中に含まれた大部分の有価物質の回収を可能とするものに関する。このために、粉砕機内で砂が空気で部分的に流動化され、該空気によつて有価物質と粉塵が連続的に排出されて、別々に捕集される。予備熱処理が省かれることによつて粉砕能力及び除塵能力に対する要求が本質的に厳しくなるが、砂を垂直循環路内で連続的に循環させる分離された粉砕範囲と除塵範囲とからなる複合システムによつて、この要求に対処される。

Description

【発明の詳細な説明】 鋳物砂を再生するための方法及び装置 廃棄処理費の高騰や当局の命令から、鋳物砂の再生と再利用が強いられること となつた。このためにさまざまな再生法が公知であり、又再生設備が稼働してい る。 ベントナイト含有混合砂の再生は有害物質の量が多いので、特別の困難をもた らす。例えば欧州公開特許第343272号明細書に記載され、別の公知の方法に匹敵 する熱機械式再生が現在好まれる。そこでは砂は、第１熱処理段階において500 〜900℃の温度で焼なましされ、適切に冷却された後、バツチごとに精砕機又は 粉砕機に装入され、そのなかで焼なまし操作のときに揮発しなかつた死焼残留粘 結剤が回転する横腕によつて砂粒から擦り落とされ、砂充填物に吹き込まれる圧 縮空気によつて時々運び出されて、排出される。 しかし熱再生処理はますます懐疑的に検討され、将来は省かれなければならな くなる。そのために必要な設備は調達費、運転費及び保守費が高く、多くの中小 規模の鋳物工場に過大な負担を要求し、強制的に付加的輸送を引き起こす協同組 合工場又は賃金工場へと強いる。古砂中になお存在するベントナイトと炭素含有 成分とからなる有価物質は、死焼されて失われる。砂粒は急激な温度変化によつ て破裂して廃棄物となり、こうして残留物質量が増加し、粒スペクトルが許容外 に変化する。それに加えて、地球全体の環境問題が鋳物工場に対しても排熱量及 びＣＯ₂排出量の削減と、付加的炉プロセスの放棄を強いる。 それ故に最近の刊行物において、古砂全体の死焼なましを回避することのでき る再生法が提案されている（ドイツ連邦共和国公開特許第4106736号明細書、第4 106737号明細書、第412 1765号明細書及び欧州公開特許第465778号明細書）。 しかし熱再生段階が省かれると、機械式再生機械は清浄作業を単独でこなさね ばならないので、従来よりもはるかに厳しい条件が要求される。 従来一般に使用された機械を用いた試験から、所要の再生品質をまつたく可能 としないか又はきわめて長い機械運転時間後にはじめて可能とする本質的弱点及 び欠点を認識することができた。 衝突清浄は比較的多くの圧縮空気を消費し、粒破裂の故に一層大量の残留物質 を発生する。複数の駆動装置と剥取器とを備えた回転ドラムでは、古砂が大抵高 温で溜るので、構造支出が多くなり、摩耗及び障害が発生し易くなる。 通常熱処理段階の後段に設けられる粉砕機では、除塵が横向き空気か又は圧縮 空気のいずれかによつて行われる。しかし横向き空気は材料の上に巻き上げられ た粉塵のみを捕捉して排出する。そして欧州公開特許第343272号明細書に記載さ れた粉砕機におけるように、上側機械底の多数のノズルを通して圧縮空気が砂装 填物に吹き込まれると、横腕の範囲に流動床が発生して、所要の摩擦効果が中断 する。活性粘土含有砂の場合、摩擦が不十分となり、これにより中子製造のため の再生物の有用性が損なわれる。それに加えて、機械運転時間が長くなり、処理 量が低下する。更に微粉の大部分は通気と一緒に排出されるのではなく、底と側 壁とによつて形成された死隅に沈積して、機械を空にするとき再生物と一緒に排 出される。 それ故に砂の焼なまし処理を省いて小規模の鋳物工場によつても独自に運転す ることのできる単純で設備費、運転費及び保守費が安価な鋳物砂、特に活性ベン トナイトをなお含有した古 砂を再生するための方法を提供することが課題とされた。このために必要な設備 は所要スペースができるだけ少なく、さまざまな清浄課題に柔軟に適応すること ができ、大抵設けられている砂処理部内に簡単に一体化可能でなければならない 。この方法はあらゆる衝突力を防止して粒の破裂を排除し、なおかつ砂表面に焼 着した硬い異物質が擦り落とされるとともに、粒自身が研磨され、有利には球形 にされるように強力な粒間摩擦を保証しなければならない。１再生バツチの間に 粒間摩擦を徐々に強めることができ、まず異物質が運び出され、それに続いては じめて硬い砂粒の研磨が行われ、これにより１バツチの持続時間を本質的に短縮 することができるように、この方法は柔軟でなければならない。 この課題は請求の範囲11に記載された乾式粉砕機を利用する、請求の範囲１に 記載された方法によつて解決される。その際、通常の圧縮空気が使用される。こ の運転方式は以下においても論及される。しかし同じ方法が吸引空気にも適応す ることができる。 それぞれに従属した請求項２ないし10及び12ないし20には、方法の有利な構成 が、又は設備の機械工学の有利な構成が含まれており、この設備は請求項21によ り新砂粒を球形にするのにも使用することができ、新砂粒は経験によれば、後続 のリサイクルプロセスにおいて一層容易に再生することができる。 請求項１の措置に従つて空気が砂充填物の周辺範囲でのみ吹き込まれると、吹 込個所に、及びその上に、機械の側壁に沿つて上昇する流動砂層のみが発生する 。その際圧縮空気が泡を形成し、この泡が粒から擦り落とされた粉塵を吸収して 充填物の表面で明確に溶解する。その際、粉塵は流れ去る空気によつて 一緒に運ばれるが、砂粒は充填物の表面に落下して戻り、中央の吸引漏斗におい て駆動軸の周りを下方に粉砕ロータに向かつて戻される。これにより垂直循環効 果が生じる。 しかし砂粒に付着した残留粘結剤は粉砕ロータによつて剥がされるだけでなく 、移動する砂群の内部での粒間摩擦によつても剥がされる。この摩擦方式は充填 物の周辺範囲で激しい圧縮空気噴流を吹き込むことによつて促進することができ 、静電気で付着したプラスチツク粒子を剥がさねばならないときに特に有効であ る。他方で砂充填物の壁近傍範囲での過度に高い流動化度は、ロータ羽根による 主粉砕を著しく損なうことがある。これを防止するために、圧縮空気は望ましく は相互に離間した底近傍個所及び壁近傍個所で吹込むべきである。これにより、 吹込個所及びその上でのみ、流動砂の柱状帯域を生成することが達成され、この 帯域はその間にある密な砂の柱によつて分離されている。この措置の目的は連続 した管状流動床が機械壁に生成するのを防止することにある。その間にある一層 固定しかつ一層密な砂パツクの柱によつて、円筒形充填空間内の他の取付物を有 していない粉砕機の場合に，本来は撹拌装置となる中央の粉砕ロータによつて、 流動化していない内側の砂範囲が滑り軸受内の中子のように水平方向にずらされ てしまうことも防止される。 上側では砂表面の下ではじまりかつ下側では粉砕ロータの上で成端した仕切壁 によつて上昇流と下降流が別々に通されるとき、垂直循環効果は強めることがで きる。圧縮空気が機械の最深個所でだけでなく、部分的にその側壁を通しても吹 込まれ、側部吹込個所が底近傍の吹込個所に対して角度をずらしておくことがで きるとき、砂泡の量及び大きさは調節することができ る。 再生処理の過程で組成及び別の特性に伴つて砂の流動挙動も変化するので、さ まざまな運転パラメータを変更することが望ましい。処理の開始時、砂充填物の なかで温度平衡が現れ、この温度平衡は新たに空にされて僅かに混合されたばか りの古砂を利用するとき，特に明確に観察することができる。その際、まず砂粒 に付着した活性ベントナイトが乾燥し、擦り落とされ，炭素粒子と一緒に強力に 運び出される。これらの有価物質は砂処理部内で再利用することができるので、 望ましくは分離捕集される。 再生バツチの過程での砂充填物の流動挙動の変化は駆動モータの電力消費量に も影響し、この消費量で再生の進展を認めることができる。本発明の有利な１構 成では、電力消費量は圧縮空気導入部及び／又は粉砕ロータの回転数を変更する ための信号として利用され、これにより希望する方向に粉砕強度が変更される。 制御プロセスは自動的に行うことができる。このような信号を利用して、統一的 ではないバツチ運転時間の終了も決定することができる。各再生物のために必要 な機械運転時間は、鋳物砂循環路の内部でしはしば変化することのある古砂組成 に依存する。 多くの古砂は主として炭塵とベントナイトとからなる比較的多くのばら粉塵を 含有している。それ故に、これらの有価物質を粉砕処理の開始前に排出するのが 有利な場合がある。これに役立つのが予備清浄段階であり、この段階のとき粉砕 ロータは停止しており、又は砂充填物が慎重に撹拌されるように、ゆつくりと回 転するだけである。 粉塵の排出は砂充填物の上側で半径方向又は接線方向に吹込 まれる横向き空気によつて制御することができ、この空気から場合によつて飛沫 同伴された微粒砂がサイクロン状に中心部で、しかし後には漏斗状捕砂器におい て分離され、再び砂循環路内に戻され、こうして砂粒スペクトルが維持される。 単一の原理図に基づいて本発明を例示的に説明する。 図１は外被によつて部分的に取囲まれた円筒形砂粉砕・再生機を示す。 図２は図１のＡ−Ａ線に沿つた断面図である。 図３は充填空間内に管状仕切壁を備えた円筒形砂粉砕・再生機を示す。 図１と図２に示された機械は閉蓋縦形円筒形容器１を有しており、該容器は下 部が底板９を備えた外被２によつて取り囲まれている。部品１，２が空気室３,3 a,４を形成し、空気室に圧縮空気送り管５,5a,６が注いでいる。圧力空気は流動 化空気及び除塵用空気として底の環状間隙７と高い位置で容器壁に設けられた空 気溝孔又は溝孔ノズル８とを通して、注入された砂に吹込まれ、又は砂表面の上 で横向き空気として吹込まれ、排出管23を通して排出される。図示例の場合、蓋 の中心で可変速度モータ12が支承されており、該モータは僅かに円錐形の軸13を 介して、砂排出のために開口される底板24の上近くで粉砕ロータ14を駆動する。 しかし粉砕ロータは偏心に設けられて、回転羽根形混合器の場合に一般的なよう に下から駆動することもできる。その場合、排出口のみずらさねばならないであ ろう。砂は閉鎖可能な注入嵌め管16を通して、漏斗状捕砂器20の傾斜面を介して 充填高さ17に至るまで装入される。 図２が示すように、底近くの空気室は中間壁25によつて２群の切片状個別室26 ,27に区分されている。この区分は図１に 示されたその上にある空気室3aにも広げることができる。各群の空気室は図２に 示されていない導管を通して選択的に圧縮空気が装入され、この圧縮空気は矢印 28の方向に作用範囲29内に流出して、そこで砂を流動化させる。しかし図示され たように、流動化した柱状作用範囲間のこの外側範囲10で、まだ空気の混入して いないか又は僅かに混入しているだけの部分30が残り、この部分は一層硬い粘ち よう度を有し、粉砕ロータ14によつて加えられる回転力に抗して制動・支持範囲 として働く。従つて、その羽根は主として、強力に粉砕する、流動化していない 内側範囲11で作動し、圧縮空気が強力に混入された範囲29に移行する範囲には、 せいぜい限定的に流入する。 この装置を運転すると、粉塵の混入した流動砂の上昇流18が生じ、上昇運動と 通気は溝孔８からの空気流によつて促進することができる。圧力及び量に応じて 空気は、特に外側範囲10で破裂した泡の形で、又は僅かに渦まくだけの砂表面か ら、かなり激しく流出する。空気は捕砂器20に衝突して、軽量の粉塵粒子を連行 しながら、矢印22によつて示唆された方向に排出管23へと、更に図示されない分 離器へと流れ、他方で飛沫同伴された重い砂は捕砂器20の下面から矢印21の方向 に戻され、又は微粒として漏斗面から転がつて戻り、内側範囲11で矢印19の方向 に下方に再び粉砕ロータの動作範囲内に達して、そこから矢印15の方向に再度、 垂直循環路内に送られる。ちようど吹き込まない室の前の隅範囲には微粉と粉産 が沈積するので、粉塵雄積物が死帯域から絶えず吹き出されるように、バツチ過 程中に活性室群が何度も変更される。 図３に示された別の種類の装置は、底にノズル状に先細となつた１つの環状間 隙31，又は複数の垂直個別ノズルを有し、 更に粉砕ロータ14の上で肋材35によつて同軸で保持された仕切壁34を有する。こ の装置を運転すると、圧縮空気が環状室32から激しい噴流33として砂に吹き込ま れ、砂充填物の外側範囲10で付加的摩擦作用が現れ、この作用は粉砕ロータ14に よつて運び去られた残留物質粒子を完全に剥がすのに寄与する。この装置も溜つ た古砂の有価物質含量に応じて、予備清浄段階付きで運転することができる。予 備清浄段階のとき、粉砕ロータがまずゆつくりと回転し、次に粉砕回転数にされ るよりも前に、有価物質は、専ら環状室32から吹き込まれる空気によつて運び出 され、砂充填物は矢印15,33,21,19によつて示唆された運動を行う。上昇する砂 と下降する砂とが混ざり合うことは仕切壁34によつて防止され、又望ましくない 水平方向回転は肋材35によつて防止される。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水平に回転する少なくとも１つの粉砕工具と圧縮空気供給装置とを備えた縦 形乾式粉砕機のなかで鋳物砂を再生するための方法において、粉砕工具の羽根の 回転円の外側でのみ、粉砕機内の砂充填物の外側範囲で底及び／又は側壁を通し て空気が吹込まれ又は吸入され、粉砕機が回転する羽根と協動して、周辺範囲で 上昇する流動砂層を発生し、粉塵を含む空気が充填高さの上から排出され、この 場合中央流のなかでもはや流動化していない一層密な砂が下方に、底のすぐ上で 回転する粉砕工具へと送られることを特徴とする方法。 ２ 壁近く及び底近くで水平に相互に間隔を置いて設けられた個所で、空気が砂 充填物に吹込まれ又は吸入されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。 ３ 周辺部で上方を向いた砂流と、中心部で下方を向いた砂流が、粉砕工具の上 に設けられて上下の開口した仕切壁によつて、相互に分離して通されることを特 徴とする、請求項１又は２に記載の方法。 ４ 粉砕工具の回転数が、及び／又は空気の圧力、量、吹込個所及び吹込方向が 、再生処理の過程で変更されて、砂粒の清浄進展及び粉塵排出量に適合されるこ とを特徴とする、請求項１，２又は３に記載の方法。 ５ 清浄進展が駆動モータの電力消費量又は動力消費量に基づいて監視され、そ の変化が、バツチ過程中に別の運転パラメータを制御するための信号として利用 されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。 ６ さまざまな壁高さに設けられた個所を通して空気が吹込まれ又は吸入される ことを特徴とする、請求項１ないし５の１ つに記載の方法。 ７ 粉塵を含む排気が、粉砕機内の漏斗状捕砂器を通して排出管へと送られるこ とを特徴とする、請求項１ないし６の１つ又は複数に記載の方法。 ８ 粉塵を含む排気の排出が、排出管を通して吸引することにより、及び／又は 捕砂器の下で横向き空気を吹込むことによつて、促進及び／又は制御されること を特徴とする、請求項１ないし７の１つ又は複数に記載の方法。 ９ 特に再生処理の初期時間中に排気中に強く蓄積された未燃焼有価物質が、再 利用のために、分離捕集されることを特徴とする、請求項１ないし８の１つ又は 複数に記載の方法。 10 予備清浄段階のとき粉砕ロータが駆動されないか又はゆつくりと駆動される だけであることを特徴とする、請求項９に記載の方法。 11 閉鎖可能な砂給排口と圧縮空気及び／又は吸引空気供給部と排気排出管と水 平に回転する少なくとも１つの粉砕工具とを備えた縦形乾式粉砕機からなる、鋳 物砂を再生するための装置において、流動化空気導入部（７,８）が底板（９） のすぐ上を回転する粉砕ロータ（14）の羽根の回転円の外側に設けられているこ とを特徴とする装置。 12 粉砕ロータ（14）が少なくとも２つの円弧状羽根を有し、該羽根が可変速度 モータ（12）によつて，駆動されることを特徴とする、請求項11に記載の装置。 13 導入部（７）が底板（９）と容器壁（１）とによつて形成される隅範囲に設 けられていることを特徴とする、請求項11又は12に記載の装置。 14 導入部（７）が少なくとも２群の切片状個別室（26,27）からな ることを特徴とする、請求項13に記載の装置。 15 容器壁（１）が単数又は複数の空気室（３,3a,４）によつて取囲まれており 、該空気室が互いに独自に制御可能な送り管（５,5a,６）を有することを特徴と する、請求項11ないし14の１つ又は複数に記載の装置。 16 導入部が自己清浄式環状間隙（７,31）、相互に間隔を置いて設けられた環 状間隙切片又は空気溝孔（８）として構成されていることを特徴とする、請求項 11ないし15の１つ又は復数に記載の装置。 17 導入部が多孔質焼結金属からなる砂密な挿入材又は砂濾過器を有することを 特徴とする、請求項16に記載の装置。 18 粉砕機の充填空間内で粉砕ロータ（14）より上、かつ充填高さ（17）より下 に設けられた少なくとも１つの管状仕切壁（34）を特徴とする、請求項11ないし 17の１つ又は複数に記載の装置。 19 注入嵌め管（16）と充填高さ（17）との間に設けられた漏斗状捕砂器（20） を特徴とする、請求項11ないし18の１つ又は複数に記載の装置。 20 捕砂器（20）の下面と充填高さ（17）との間の容器壁（１）に横向き空気用 吹込ノズルが設けられていることを特徴とする、請求項19に記載の装置。 21 予備粉砕によつて新砂を球形にすることへの、請求項10ないし19の１つ又は 複数に記載された装置の使用。