JPS5842773B2 - 鋳造用砂を調製、殊に冷却し混合する方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は使用済後の熱状態にある鋳造用砂を冷却し且つ
水を添加した後に強攪拌下で他の材料と均一に混合し、
砂粒表面を少なくとも部分的に結合剤で被覆することに
より鋳造用砂を調製、殊に冷却し混合するための方法及
び装置に関する。

鋳造物製造用の砂の調製には本質的に、石英砂、結合斉
ＩＪ、炭塵並びに新旧砂に関して正確な混合比及び粒度
をもたらすこと、混合を均一に行う際に砂粒を混合剤で
充分に被覆すること、使用不可能な成分例えば凝固砂、
鉄、塵埃を除去すること、正確な砂温をもたらすこと及
び砂をその使用場所へ搬送することといった課題がある
。

使用済の砂を再使用し得る割合はｓｏ％以上である。

使用済直後の砂は例えば１００℃〜１４０℃の高温を有
しているので、再使用に際しては、これを混合装置へ導
入する前に冷却することが必要不可欠である。

この場合、約３５℃〜４５℃に温度を低下させるだけで
充分である。

砂の冷却は湿分及び砂に吹き込まれる多量の空気によっ
て実施するのが通例であり、この場合には蒸発による放
熱が砂の冷却のために十分に利用され得る。

しかし、そのためには極めて多量の空気を必要とする。

１時間当り約８０１の量の砂を処理する調製装置により
十分な冷却を行う為には１時間当り数十万ｍ３の空気量
と１６０ｋＷｈ程度のエネルギー消費乃至それ以上が必
要とされる。

従って砂の冷却用装置を設置するには相当して広大な場
所を必要とする。

冷却せしめられた砂は他の材料、殊に新しい砂及び結合
剤と共に混合装置へ供給される。

バッチ式混合機を使用するのが通例である。

混合と均一化は砂及び結合剤に混合作用と共に捏和作用
も果たす回転捏和ローラを有する輪転破砕機を用いて実
施することができる。

しかしながら撹拌翼が二段構成を有しており第一段の複
数枚の撹拌翼が被処理材料を半径方向斜上方に投上げ、
一方策二段の複数枚の撹拌翼が被処理材料を半径方向斜
下方に投下させるようになされている混合装置を用いる
のが有利である。

蓋し、この形式の攪拌装置によれば、砂及び結合剤を含
む装填材料を短時間例えば９０秒以内に均一化し個々の
砂粒表面を結合剤で被覆することができるからである。

厳密な検査によれば、結合剤による砂粒の完全な被覆は
達成されない。

通例粘土状の結合剤は撹拌作用下では形状の小さな泥状
物様の小片となり、これは単に砂粒表面へ部分的に付着
するに過ぎず、従って砂粒を部分的に被覆するに過ぎな
い。

装入物を撹拌するためには、底部で回動する撹拌翼へ装
入物が直接的に達し、１５００回／分以上の回転数で作
動する星形撹拌装置を使用するのが通例である。

従って本発明の目的は、混合処理を改善するだけでなく
冷却及び混合を総括的になすことができ且つエネルギー
消費量力体質的に僅かであり、しかも狭い場所で行うこ
とのできる方法を提供することにある。

本発明によればかかる目的は砂及び結合剤を真空中で、
即ち周囲の気圧に対し強度に低下せしめられた圧力を有
する混合帯域中で混合することによって達成される。

この場合、砂と水“と外気から遮蔽された混合帯域中へ
導入し、撹拌し且つ混合帯域中に真空をもたらすのが有
利であり、この際に気体と蒸気は混合帯域から排出され
る。

かかる方法は本質的な利点をもたらす。

即ち、先ず、この方法に従って処理された鋳造用砂は、
成形中に示す弾性が本質的に僅かに過ぎず、従って得ら
れる成形体は寸法正確性が高く且つその離型が容易であ
る。

このことは、従来公知の混合方法による場合に、混合帯
域中で砂、結合剤層ひに他の装填物が相互に混合され均
一化されるのみではなく、空気も又混合成分として関与
することから説明することができる。

殊に強攪拌混合に於て、空気は混合帯域中で高速となる
ので結合剤小片が砂粒表面に直接付着するのをかなり阻
害してしまう。

殊に砂粒表面と結合剤少片との間にそれぞれ小量の空気
が閉じ込められ且つ砂型成形時の高圧縮力下でも排出せ
しめられない場合にこの可能性は更に高まる。

これにより、結合剤層の砂粒表面への付着は砂粒同志の
け着と同様に阻害される。

砥閉じ込められた空気は成形される砂型の弾性を増加せ
しめて鋳造物の寸法精度を低下させる。

この新規方法の別の本質的な利点は、冷却工程の大部分
を混合工程と同時に行ない得ることにある。

これは砂中に含有せしめられた或は砂に添加された水分
が混合帯域における真空雰囲気により単に気化するだけ
でなく蒸発するので、使用済直後の砂が有している熱の
大部分を受容し排出することが可能であることによる。

混合帯域中で砂を冷却することにより、従来慣用の砂冷
却装置を全く不要にするか或は本質的に小規模の例えば
単に予冷装置の形態のものとなすことが可能である。

さらにこの場合、新規方法は蒸気排出の形での熱排出を
閉鎖システム即ち減圧システム内で達成するので、砂か
ら取り去った熱を簡単な方法で有利に回収することが可
能である。

この目的のためには、混合帯域から取り出された蒸気を
有利には減圧状態を保持しつつ凝縮面で冷却して凝縮さ
せるのが有利である。

この場合に導入された水分が単に気化するのではなく蒸
発するのを保証する様な減圧値を混合帯域中にもたらす
ことが肝要である。

１７トル殊に約１０トルの圧力が有利であると判明した
。

殆んど気体を含有しない蒸気の場合の冷却並びに凝縮は
、ヒートポンプの熱吸収部材によって行なうのが有利で
あり、このヒートポンプは回収した熱を熱消費回路へ継
送する。

実験によれば、使用済砂を５０〜９０℃の間の、好まし
くは５５〜８０℃の間の温度で混合帯域中へ導入するの
が有利であると判明した。

例えば装填量が２トンの場合に、混合時間６０秒乃至１
８０秒で砂温は３０℃乃至４０℃に降下した。

混合容器に諸成分を装填後に、装填物を先ず撹拌混合し
且つ混合容器内を減圧ならしめ、その上例えば３０秒の
事前設定時間後に水を、撹拌混合されつつある装填物中
へ導入、特に噴射或は噴霧により導入するのが場合によ
り有利であると判明した。

最初に使用済の砂と水とを撹拌混合し、混合帯域を減圧
状態ならしめ且つ事前設定時間後に結合剤を添加するの
が有利な場合もある。

エネルギー及び装置の設置占有面積をさらに節減しつつ
冷却効率の増大化を計るためには、混合帯域に単数或は
複数・の予冷帯域を予かしめ接続しておくのが有利であ
る。

この場合各予冷帯域には諸成分をバッチ式で装入するこ
とができる。

排出すべき熱量を例えばヒートポンプの冷却面の加熱に
より回収するために、予冷帯域をそれぞれ場合Ｏこより
外気に対して閉鎖された帯域として形成するのがこの場
合有利である。

この際に冷却を気化により行うことができる。

しかし、予冷帯域で砂と水とを混合しつつ減圧し、且つ
生じた蒸気を排出して該蒸気を凝縮面で凝縮せしめるこ
とによる、水分凝縮によって冷却を行うのが適当である
。

実験によれば、第１段予冷帯域で１２０℃の温度の砂を
約８０℃に冷却せしめ且つ第２段予冷帯域で約８０℃か
ら約５５℃に冷却せしめる、２段式予冷帯域の設置が有
利であると判明した。

外部から気密に遮蔽される導入口及び排出口を除き、混
合容器乃至予冷容器はそれぞれ付属装置と共に、減圧室
を形成するケーシング内に完全に包囲されているのが有
利である。

容器は環状減圧室に対し円周方向に配置された複数の大
きな表面積の開口を有し、かかる開口は弁部材を介して
開閉を調節されることができる。

さらに各容器は、水を導入するために少なくとも１つの
噴射ヘッド又は噴霧ヘッドを有する。

付属の弁部材、撹拌装置並びに駆動装置はすべて外方ケ
ーシング内部即ち真空中に配置される。

この外方ケーシングは、接続開口を調節することにより
、その開放時に所望の時間内で水分の蒸発に十分な所望
の減圧状態を容器内に生せしめるのに十分な容積を有す
る。

水分の凝縮のために、冷却された凝縮面がケーシング内
部に配置されていることも又有利である。

付属の冷却装置殊にヒートポンプはケーシング外部に配
置されていることができる。

真空室内に必要とされる真空は容器からの排出中及び容
器への装填中に、付属の真空装置により調節することが
できる。

この場合、真空室と混合帯域との間の接続開口を開放し
た際に生ずる気流により砂粒が流動するがこれは大した
事ではない。

真空室中で静止するに至った砂粒は、そこで底部に沈積
せしめられ排出専業を介して容易に排出せしめることが
できる。

混合帯域から真空室への砂の移動はフィルター或はバッ
フルによって阻止することも可能である。

混合帯域又は予冷帯域中の撹拌混合された砂層へ水を噴
霧乃至噴射することにより、水分供給は従来よりも正確
に調節される。

その上、撹拌混合された砂層へ直接噴霧することにより
水分はかなり迅やかに砂粒全表面と接触し、熱を吸収し
、且つさらに直接的に蒸発することができる。

砂表面と接触する前に水が蒸発するのを可能な限り阻止
するために、滴形状で水が導入されるように考慮するこ
とが肝要である。

使用済砂の予冷を真空中で実施しない場合にＥ水分を含
有する空気は閉回路中で循環状態に保持さ札冷却装置殊
にヒートポンプの冷却及び凝縮面が空気循環回路内に配
置される。

こうした方法により、結金剤による砂粒被覆が本質的に
促進せしめられ且つ改善せしめられるだけでなく、使用
される装置は非常にコンパクトな構造のものとなり且つ
高いエネルギー容量をもたらす。

予冷帯域並びに混合帯域は同一の真空ケーシング内に同
様に配置されるのでそこに設置された冷却凝縮面は上記
両帯域からの水分を凝縮するために同様に役立つ。

予冷容器及び混合容器の充填開口及び排出開口に圧力排
出専業を付属することが可能なので、容器内部を常に真
空状態に保持することができる。

この場合、真空室と容器内部とは恒常的な自由流れ連通
状態になされていることができる。

ここで「真空」とは周囲圧力即ち大気圧と比較して明ら
かに降下せしめられた空気圧のことであって、湿分の存
在しない雰囲気を意味するものではない。

以下、本発明を一実施例により詳細に説明する。

本発明による装置１は混合室２を包含し、この混合室は
上部領域に即ち充填ダクト４の下端部に充填開口３を有
し、この充填ダクト４にはスラストシリンダー６により
操作可能な、出入開口５ａを有する閉鎖摺動部材５が配
置されている。

図中、この摺動部材は閉鎖位置に示されている。

充填ダクト４は摺動部材上方に於て充填漏斗７の形状に
拡開している。

混合室２は底部が閉鎖されているが、底部開口を有して
おり、充填物は混合処理された後に該開口を経て排出さ
れることができる。

底部開口には閉鎖部材８が配置され、この閉鎖部材は９
で揺動可能に枢軸支され且つ操作装置１０により閉鎖位
置或は開放位置にもたらされることができる。

混合室２の中央には混合回転軸１５が支持されており、
この回転軸は底部ボスを介して外方へ突出する支軸乃至
ジャーナル１１を有し、この支軸にはベルト１３を有す
るベルトプーリーが配置されている。

この混合回転軸は混合部材を具備している。

この混合部材は殊に、材料粒子表面を恒常的に可能な限
り大きく露出するために且つそれと同時に材料に強力な
攪拌作用を及ぼすために、混合室２中の充填物質を恒常
的な乱流運動状態に保持するという目的を有する。

この実施形に於ては回転軸１５に翼部材１６ａ、１６ｂ
が配置されており、これらの翼部材は反対の傾斜姿勢を
有する２つの翼グループに翼ブレードが区分されている
。

配置は、下方にある翼部材１６ａが底部領域の材料を拾
い上げ上方へ投出する一方、上方の翼部材１６ｂはこの
投上げられた物質を捕獲して外方に且つ下方へもたらす
ようになされている。

これによって、混合室２内で物質の強撹拌混合が達成さ
れる。

混合回転軸１５の上方には、蒸気若しくは水の形態で湿
分を供給するため又は他の流動性添加剤を供給するため
の、充填開口３を同心的に囲撓する装置が装着されてい
る。

この目的のため多数の細孔を有する環状パイプ２０が装
着され、この環状パイプは管路２１を介して相当する湿
分供給源へ場合により閉鎖可能なバルブを介して接続さ
れていることができる。

混合室２はフィルター板例えば多孔質焼結金属板２２に
よって上方が閉鎖さ札 この多孔質板は固体部分を混合
室２に保持し、一方蒸気及び空気を通過せしめる形式の
ものである。

多孔質板には必要に応じ空気式或は機械式浄化装置が配
置されることができる。

多孔質板の浄化は一定時間間隔で例えば混合室２へ配向
された加圧空気衝撃装置を用いて実施されることができ
る。

混合室は同心的な環状室２４によって囲撓されその外部
はケーシング２３で閉鎖されている。

環状室２４は開口２６を介して混合室２と連通され且つ
焼結板２２の上方に付属するヘッド室と流通状態で結合
されている。

２５は環状室２４を低圧供給源或は真空供給源へ接続す
るための接続ソケットを示す。

環状室２４の内部には例えばヒートポンプの熱吸収側面
の冷却蛇管は外方へ突出するソケット２８．２９を介し
て冷却装置殊にヒートポンプの冷却剤回路へ接続されて
いる。

環状室２４の底部の排出装置（図示せず）は環状室２４
に集積した流体の流出乃至排出を可能にする。

装置の運転操作に関連して説明するに、先ず摺動部材５
が操作されて開放状態になされ、充填漏斗７を介して高
温状態の砂、結合剤及び必要に応じ他の材料が混合室２
に装填される。

次いで上記摺動部材５を操作して混合室２が気密閉鎖状
態になされる。

その後に、真空室（図示せず）に連通ずる接続ソケット
２５を有している環状室２４を介して混合室２内が減圧
され真空状態となされる。

しかる後に、ベルト１３及びプーリ１２を介し回転軸１
５が回転されて翼部材１６ａ 、 １６ｂにより混合室
２内の装填材料の撹拌混合が行われるが、この場合には
先ず湿分を添加することなしに当該撹拌混合を行なった
。

混合室２内は既述のように真空状態に保たれているので
、この混合により結合剤は例等の障害もなしに各砂粒表
面に付着せしめられる。

所望の混合状態に至った後に（これは実験により撹拌混
合時間を以て設定することができる）、撹拌混合を継続
しつつ環状分配器即ちパイプ２０を介して所望量の水が
添加される。

このように撹拌混合継続状態にある材料に水が霧状で添
加されるので、材料への湿分供給を極めて迅速且つ均一
に行なうことができる。

上記実施形では、湿分供給が撹拌混合工程の終了後乃至
終了間際に行われたが、湿分供給は撹拌混合工程の初期
又は中期に行っても効果に差異は生じなかった。

尚、熱状態にある砂粒に水が上記のようにして噴霧され
ることにより生じた蒸気は、混合室２内が真空状態にな
されているので急速に且つ継続的に混合室２から多孔質
板２２及び開口２６を経て環状室２４に排出さへ該環状
室２４内に配置された冷却蛇管２７と接触して凝縮し、
環状室２４の装着Ｂ？こ貯留せしめられる。

この凝縮貯留した水は図示されていない開口を経て排出
することができる。

叙上の本発明方法によれば、当初熱状態であった砂粒が
急速且つ確実に冷却されると共に他の配合材刺殊に結合
剤との均一な混合が達成されるので砂粒を結合剤にて良
好に被覆することができる。

尚、処理済材料は操作装置１０の操作により閉鎖部材８
を開放状態となして混合室２から排出され砂型成形に供
される。

【図面の簡単な説明】

添附図面は本発明による装置の断面図である。 風水発明装置要部と参照符号との対応関係は次の通りで
ある。 ２・・・・・・混合室、３・・・・・・充填開口、４・
・・・・・充填ダクト、５・・・・・・閉鎖摺動部材、
５ａ・・・・・・出入開口、６・・・・・・スラストシ
リンダー、７・・・・・・充填漏斗、８・・・・・・閉
鎖部材、１１・・・・・・支軸、１２・・・・・・ベル
トプーリ、１３・・・・・・ベルト、１５・・・・・・
回転軸、１６ｂ。 １６ａ・・・・・・翼部材、２０・・・・・・環状パイ
プ、２１・・・・・・管路、２２・・・・・・フィルタ
板乃至多孔質板、２３・・・・・・ケーシング、２４・
・・・・・環状室、２５・・・・・・接続ソケット、２
６・・・・・・開口、２７・・・・・・冷却蛇管、２８
．２９・・・・・・ソケット。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 使用済後の熱状態にある鋳造用砂を冷却し且つ水を
   添加した後に強撹拌下で他の材料と均一に混合し、砂粒
   表面を少なくとも部分的に結合剤で被覆することにより
   鋳造用砂を調製、殊に冷却し混合する方法において、結
   合剤による砂粒表面被覆処理を真空下で実施することを
   特徴とする方法。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の方法において、外気
   から遮蔽されている混合帯域内に砂及び他の材料を導入
   して攪拌混合し、上記混合帯域を真空状態ならしめ且つ
   該混合帯域から気体と蒸気を排出することを特徴とする
   方法６゜ ３ 特許請求の範囲第１又は２項に記載の方法において
   、先行鋳造工程で使用されて未だ熱状態にある使用済砂
   を混合帯域に導入し、該混合帯域内の圧力を砂の温度に
   依存する蒸気分圧に進歩なくとも降下させ、更に上記混
   合帯域に装填された砂から規定の熱量を蒸気と共に奪う
   ような量の水を上記混合帯域に導入することを特徴とす
   る方法。 ４ 特許請求の範囲第１〜３項の倒れか１つに記載の方
   法において、先ず使用済の砂と結合剤とを真空中で混合
   し、次いで規定混合時間後に、撹拌状態に維持されてい
   る上記混合物中に水を、殊に噴射より供給することを特
   徴とする方法。 ５ 特許請求の範囲第１〜４項の倒れか１つに記載の方
   法において、混合帯域から排出された蒸気を凝縮温度或
   はそれ以下に冷却させることを特徴とする方法。 ６ 特許請求の範囲第５項に記載の方法において、蒸気
   の凝縮を真空中で実施することを特徴とする方法。 ７ 特許請求の範囲第Ｓ又は６項に記載の方法において
   、混合帯域から排出された蒸気をヒートポンプの熱吸収
   側の凝縮面へ導くことを特徴とする方法。 ８ ％許請求の範囲第１〜７項の倒れか１つに記載の方
   法において、鋳造工程による潜熱を未だ有している使用
   済砂を初めに水と共に予冷帯域中に於て撹拌混合し、気
   体と蒸気を排出して温度を５０℃〜９０℃に降下せしめ
   た後、混合帯域に於て温度をさらに２０℃〜４０℃に降
   下させることを特徴とする方法。 ９ 特許請求の範囲第８項に記載の方法において、予冷
   帯域が外気から遮蔽されており且つ予冷帯域からの気体
   及び／又は蒸気が、外気から遮蔽された状態を維持しつ
   つ冷却凝縮帯域へ流通導入されることを特徴とする方法
   。 １０特許請求の範囲第８項に記載の方法において、砂と
   水とが撹拌処理されている間には予冷帯域及び凝縮帯域
   が空状態となされていることを特徴とする方法。 １１ 少なくともそれぞれ１個の冷却部並びに混合部を
   有し、混合帯域が混合すべき成分の供給装置及び収容容
   器と、撹拌装置と、水の供給装置と、仕上げた混合物の
   排出装置とを具備する、鋳造用砂を調製、殊に冷却し混
   合する装置において、上記収容容器がそれ自体気密に遮
   蔽可能になされているか或は気密遮蔽可能なケーシング
   内に配置されており、且つ真空発生装置を備えた真空室
   と、上記収容容器と上記真空室との間に多孔質板を備え
   ていることを特徴とする装置。 １２特許請求の範囲第１１項に記載の装置において、気
   密閉鎖可能な充填及び排出用開口を除いて容器及び付属
   装置が本質的に完全に真空室内部に配置されていること
   を特徴とする装置。 １３特許請求の範囲第１１又は１２項に記載の装置にお
   いて、真空室内に凝縮装置、殊にヒートポンプの冷却側
   に関連づけられている凝縮器が配置されていることを特
   徴とする装置。 １４特許請求の範囲第１１〜１３項の何れか１つに記載
   の装置において、水供給装置が少なくとも１個の、容器
   内部に配置された噴射ヘッドを有することを特徴とする
   装置。 １５特許請求の範囲第１１〜１４項の倒れか１つに記載
   の装置において、供給装置が使用済の未だ熱状態の砂を
   装入可能であることを特徴とする装置。 １６特許請求の範囲第１５項に記載の装置において、供
   給装置が予冷装置を介して使用済の砂を装入可能である
   ことを特徴とする装置。 １７特許請求の範囲第１６項に記載の装置において、予
   冷装置が使用済の未だ熱状態の砂を外気から遮蔽可能な
   予冷容器と、撹拌装置と、水の供給装置殊に噴霧装置と
   、高温多湿気体及び蒸気の吸引装置とを有していること
   を特徴とする装置。 １８特許請求の範囲第１７項に記載の装置において、吸
   引装置が吸込送風機を有し、この吸込送風機は冷却及び
   凝縮装置を有している閉鎖された気体循環路を介して予
   冷容器へ接続されていることを特徴とする装置。 １９特許請求の範囲第１７項に記載の装置において、吸
   引装置が真空装置を有する真空室を具備し、この真空室
   は冷却及び凝縮装置と、バルブ等によって閉鎖可能であ
   って予冷装置に沿って配置されている吸引開口とを有し
   ていることを特徴とする装置。