JPH11129055A - 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】 【課題】 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を提供する。 【解決手段】 熱処理炉(19)から実質的に純粋な砂を回
収する方法および装置。ここで、可燃性バインダーに付
着し、可燃性バインダーによって結合された砂を含む砂
コアおよび／または砂モールドを有するキャスティング
が、熱処理炉(19)に入れられるか、あるいは、砂コアお
よび／または砂モールドの、キャスティングに付着して
いない部分が熱処理炉(19)に入れられる。ここで、炉(1
9)内において、撹拌、加熱、および酸素化のうちの１以
上の工程によりバインダーの燃焼を促進する流動化器(4
0)により、一部は回収が実行される。ここで、回収され
た砂(25)の特性は、熱処理炉(19)内の砂(25)のドウェル
タイムを制御することにより選択的に制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本出願は、1991年５月24日に
提出された出願第07/705,626号の一部継続出願である。

【０００２】本発明は、概して金属キャスティング（me
tal casting）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。

【０００３】

【従来の技術】一般に、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。

【０００４】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（combustible binder）との混合物から予備成形（pr
e-mold）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。

【０００５】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ステッ
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。

【０００６】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。純度の向上を求める一方で、
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
容れない。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。

【０００７】米国特許出願第07/705,626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07
/705,626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07/705,626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07/705,6
26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。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】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。

【００１０】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撹拌する装置を含む。好適な
実施態様においては、この撹拌装置は、「流動化」の工
程を介して撹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、砂コアのバインダー部分を、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07/7
05,626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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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07/705,626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、炉ホッパに
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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】本発明の別の目的は、炉内に収集された砂
を炉内で撹拌する方法および装置を提供することにあ
る。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】

【発明の実施の形態】明細書のこのセクションは、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。

【００２７】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19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、ホッパ入口33とホッパ出口35とを規定するホッパ
30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20はさらに、流
動化器（fluidizer）40、案内管80、摩耗ディスク（abr
asion disk）90、および排出バルブアセンブリ（discha
rge 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80
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90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、炉内砂回収ユニット20のホッパ30は、熱処
理炉19のホッパ30としても作用する。適切な熱処理炉19
は、出願第07/705,626号に開示されている。米国特許出
願第07/705,626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。

【００２８】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、流動化器
導管41を含むように示されている。流動化器導管41は、
ホッパ30内の流動化器端部42とホッパ30外のソース端部
43とを有する。流動化器導管41は、流動化器導管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。流動化器導管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47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60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、流動化器導管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から空気取り込み口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。

【００２９】信号発生圧力ゲージ70が、ゲージ導管71を
介して流動化器導管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、流動化器
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70は、ゲージ電力ケーブル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。

【００３０】流動化器導管41の流動化器端部42は、図２
において、案内管80および摩耗ディスク90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90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。

【００３１】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80は、管支持ロッド85a、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が流動化器導管41の流動化器端部42上方に位置
し、かつ、管通路82が流動化器端部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。

【００３２】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90のディスク面91
は流動化器端部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90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
動化器端部42からの摩耗ディスク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。
流動化器端部42、導管内部44、および案内管80は、摩耗
ディスク90により隠されているため、図４には示されて
いない。

【００３３】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リ100
は、ダブル廃棄バルブ（double dump valve）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、バルブ入口111お
よびバルブ出口112を含む。バルブ入口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のシート119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。

【００３４】図６および図７は、本発明の別の好適な実
施態様を示す。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80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つの流動化器導管41'a、b、cに分かれる流動
化器導管41'を有し、これらは各々ホッパ壁31を通過す
る。流動化器導管41'a、b、cは導管ヘッダ55から出てい
る。導管ヘッダ55は、流動化器導管41'のソース端部43
から出ている。また、流動化器端部43'a、b、cは、当業
者には理解できる様式、例えばプラグ50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、各流動化器導管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、流動化器導管のうちの２つ
41'b、c は、流動化器導管のうちの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つの流動化器導管41'aのみを示す。
他の流動化器導管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に対向する流動化器導管4
1'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。

【００３５】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40が６つの流動化器導管に分かれる点
が異なる。６つの流動化器導管のうちの３つは、１つの
炉ホッパ30に入り、６つの流動化器導管のうちの他の３
つは、別の炉ホッパ30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。

【００３６】図９は、本発明の、案内管80または摩耗デ
ィスク90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35
とバルブ入口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
ブ入口111とに接続されている。また図９に、流動化器
導管41"が示されている。流動化器導管41"は、導管内部
44"（図示せず）を規定する。流動化器導管41"は、流動
化器端部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。

【００３７】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140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
通する開口領域145を囲んでいる。簡潔のため、図10に
は流動化孔のうち僅か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1
41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、流動化器導管41"の流動化器端
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。

【００３８】図11は、図10の11ー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1
2ー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。

【００３９】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170a、b、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170a、b、c は
電気プローブである。

【００４０】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211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〜H、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07/705,626
号を参照されたい。炉211はさらに、ホッパ30と排出バ
ルブアセンブリ100とを含む。領域216A、Bには、流動化
器40（図１、２、３、および４を参照のこと）、案内管
80、および摩耗ディスク60が設けられている。予熱チャ
ンバおよび領域216E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には流動化器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。

【００４１】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
ット180は、回収器入口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、排出器入口191および排出器出
口192を有する排出器190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（screw auger）で
ある。排出器入口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180はさら
に、管内部199を規定する配達管195を含む。配達管195
はまた、管入口196、管出口197、および管内部199と連
通する酸素供給ライン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、排出器出口192に接続されている。

【００４２】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ット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218'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。

【００４３】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。 作用 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07/705,626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
入口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118およ
び第２のシート119に接する。そのため、砂および砂コ
アの部分がホッパ入口33を介して落下し続けるため、ホ
ッパ30内の砂コアのレベルは増加する。

【００４４】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、流動化器導管41の流動化
器端部42から排出する。砂のレベルが流動化器端部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、流動化器端部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90のディスク面91に向いている。砂の部分は摩耗
ディスク90に接触し、流動化器端部42方向に落下し、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。「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。

【００４５】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」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
た排気は、流動化器孔51から排出される。砂のレベルが
流動化器孔51のレベルに近づくと、流動化が始まる。流
動化は、流動化器孔51の形成および方向づけにより促進
され向上される。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、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、ターゲットを使用しない
ため、典型的には「ターゲットを有する高温流動化」ほ
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、「ターゲットを有する高温流動
化」は、比較的多い量の砂および砂コアがホッパ入口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。

【００４６】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
をしない点以外は、ある程度「高温流動化」に類似であ
る。加圧空気は、流動化器導管41"のソース端部43"に供
給される。加圧空気は、流動化器導管41"の流動化器端
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」ほどの
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
ーンな砂がホッパ入口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110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。

【００４７】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07/705,626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
くつかの領域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、炉内砂回収ユニット
20の、大容量の実施態様（例えば図１〜図４）は、炉21
1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216
E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。

【００４８】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。砂の部分はホッパ入口33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の流動化器端部からの空気流に対する抵抗が
増加し、流動化器導管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44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126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11
6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。流動化器導管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ッパ内にある場合、最も抵抗の
少ない通路はダブル廃棄バルブ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
形バ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。

【００４９】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。ダブル廃棄バルブ11
0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。

【００５０】回収された砂の特徴は、ホッパ30内にある
砂の部分のドウェルタイム（dwelltime）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くのバ
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。ドウェルタイムは、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、ドウェルタイムは長い（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70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30内に蓄積することを許可される。

【００５１】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
化器導管41の流動化器端部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を適切なアイフック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。

【００５２】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ット
180に入れられ得る。砂コアおよび覆われた砂の部分
は、回収器入口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、
砂が回収器ホッパ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を介して回収器ホッパ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198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。

【００５３】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。ホッパ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10
20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、A36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（エクリプス）ブランドであり得る。信号発生
圧力ゲージ70は、Dwyer（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170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、Endress Hauser（エンド
レスハウザー）ブランドのLSC 1110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
ラッココーポレーション）製造のNi-Hardとニッケルク
ロームとの合金による高温ダブル廃棄バルブであり得
る。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。

【００５４】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
神および範囲内において改変および修正がなされ得るこ
とは明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】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】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】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】図４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５】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】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】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】図８は、図７の８−８線に沿った、図６の流動
化器導管の断面図である。

【図９】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】図10は、図９の流動化リングの詳細な斜視図
である。

【図１１】図11は、図10の11ー11線に沿った、図９の流
動化リングの断面図である。

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

【図１３】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】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】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】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15の追加の砂回収ユニッ
トの一部切欠側面図である。

【図１７】図17は、図15の回収ホッパの一部切欠図であ
る。

【符号の説明】

１９ 熱処理炉 ２５ 回収された砂 ４０ 流動化器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 598124124 2871 ＭｃＣｏｌｌｕｍ Ｐａｒｋｗａ ｙ，Ｎ．Ｗ．， Ｋｅｎｎｅｓａｗ，Ｇｅ ｏｒｇｉａ 30144−3651， Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 スコット ピー． クラフトン アメリカ合衆国 ジョージア 30144 ケ ネソー，エッジウェア レーン 743

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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。