JPS6361103B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は鋳物砂の再生装置に関し、特に古砂
の粘結剤に含まれる可燃物の熱エネルギを利用し
て、こぼ自然状態で効率よく焙焼し得るようにし
た鋳物砂の再生装置に係るものである。

従来からこの種の鋳物砂、例えば有機自硬性砂
の再生につていは多くの機械的方法が提案され広
く使用されている。しかし生砂の場合、機械的方
法だけでは再生が困難であるために、一旦、流動
焙焼炉などで古砂を焙焼した上で機械的方法によ
る再生処理がなされており、この方法によつて比
較的高品質の再生砂が得られるが、一般的に流動
焙焼炉の熱効率が低いために採算性が悪く、大規
模工場以外ではその実例が少なく、より以上経済
的な方法がないこともあつて、殆どの工場におい
て、古砂はそのまま廃却されているのが実情であ
る。

また前記古砂の再生コストを低減させる目的
で、流動焙焼炉の熱効率を向上させる装置もまた
従来から種々の提案がなされており、次にそのい
くつかの実施について述べる。

まず基本的な流動焙焼炉の概要構成を第１図に
示す。すなわち、この第１図において、焙焼炉１
内にホツパー２から投入される鋳物砂ａは、ブロ
ワ３により送り込まれて空気ノズル４から吹き出
される流動空気により、炉底部付近で流動層５を
形成する。そしてこの流動層５を形成している鋳
物砂a′は、炉内に向けて炉壁に設けられたバーナ
６により加熱され、焙焼されたのちに取り出し口
７から外部に排出される。

しかしてこの構成の流動焙焼炉にあつては、流
動層の特性上、均一化された焙焼が可能であり、
しかも流動層における鋳物砂の滞溜時間を長くで
きるために、比較的高品質の再生砂が得られるの
である。

しかし一方、このような流動焙焼炉において
は、流動層中の鋳物砂a′に対する燃焼条件が不充
分であるために、必要以上の熱エネルギが消費さ
れることになり、燃焼排ガスとして排出される熱
量も多く、極めて熱効率の悪いものであつた。す
なわち、鋳物砂は流動層５の上部で、バーナ６の
火焔および燃焼ガスにより加熱され、その温度こ
そ上昇されはするが、酸素不足のために特に鋳物
砂a′に含まれる炭素系可燃物の燃焼速度が遅く、
ついで流動に伴ないこの鋳物砂a′が流動層５中を
下降してゆくと、空気ノズル４から吹き出される
流動空気によつて高酸素雰囲気にはなるが、反
面、吹き出される流動空気により温度が低下して
その燃焼が抑制されることになるのである。つま
り流動層５を形成している鋳物砂a′は、酸素不足
での加熱段階と高酸素下での冷却段階を繰り返す
ことになつて、これに含まれている炭素系可燃物
を充分に燃焼除去するのに長時間を必要とし、極
めて非能率的でであるほか、前記のように熱エネ
ルギの消費が多い不利があつた。

従つてこの点を改善するために、従来、排熱回
収による熱効率向上が図られている。その実例と
しては、例えば流動層の上方に多段式の火格子を
設ける手段（実公昭54−28411号公報所載）、排気
口に堅型熱交換器を設ける手段（実公昭54−
28412号公報所載）、焙焼後の鋳物砂を冷却室に導
いて顕熱を熱交換させる手段（実公昭54−3126号
公報所載）、および流動層上方に円錐および逆円
錐形の案内板を交互に数段に亘り配列して予備燃
焼帯を形成させる手段（特公昭57−59015号公報
所載）などがある。

そしてこれらの各手段によつて、流動焙焼炉の
排熱こそ比較的効率よく回収されはするが、排熱
回収量が多い割に排熱で予熱される流動空気の温
度が上昇しない。すなわち排熱回収される熱量の
熱エネルギ密度が比較的小さいために、前記した
流動焙焼炉の本質的な欠点であるところの、流動
層における不完全な燃焼条件を改善できず、従つ
てこれらの各実例による省エネルギ対策にも自ず
から限界があつた。

発明者らは従来におけるこのような欠点に鑑
み、流動焙焼炉の燃焼作用を充分に究明した結
果、次のような新規な技術を見出した。すなわ
ち、流動焙焼炉の欠点は、流動層での比較的抵温
の流動空気による冷却作用と、バーナ排ガスによ
る酸欠状態との相乗効果によつて、鋳物砂に含ま
れる酸素系可燃物の燃焼が抑制されることであ
る。そして、一方では、流動空気温度が例えば
600℃以上になると、鋳物砂はバーナによる加熱
を必要とせず自燃して熱エネルギを発生し、この
ときの発熱量が全排熱量と等しいか、あるいはこ
れよりも大きければ流動層温度を所期の高温に保
持できて、ほとんど助燃々料を使用しないで焙焼
作用を達成できる。

この発明は前記の点に着目したものであり、効
果的な排熱回収を行つて可及的に流動空気温度を
上昇させることにより、再生鋳物砂に含まれる酸
素系可燃物を自燃させるようにしたことを特徴と
している。

ここで効果的な排熱回収をなすためには、流動
焙焼炉の最高温度帯から直接回収するのがよく、
この最高温度帯としては焙焼直後の鋳物砂が最適
であるが、この場合、鋳物砂の流動層から熱交換
部への移動手段、および流動空気の熱交換部から
空気ノズルまでの送風経路は、温度降下を避ける
ために最低限度にとどめる必要がある。また一
方、流動層直上での排ガスについても最高温度帯
と同程度に高温であるが、熱伝達率が鋳物砂のそ
れに比較して1/5〜1/10程度に低いために、ここ
からの熱回収は不適当であり、却つてここでの排
ガスのもつ熱量は、投入される鋳物砂の乾燥、予
熱に用いた方が効果的である。なお熱交換器内で
熱交換される流動空気温度の必要最低限度は、鋳
物砂の発熱量および処理量、それに炉容量などに
より決定される。

次にこの発明装置の一実施例につき、第２図な
いし第４図を参照して詳細に説明する。

第２図はこの発明に係る流動焙焼炉の概要構成
を示している。この第２図において、焙焼炉１１
内には上方から、可燃物粘結剤を含む鋳物砂a₁を
予熱する予熱部１２、この予熱部１２から落下す
る鋳物砂a₂を流動状態で焙焼する流動焙焼部１
３、およびこの流動焙焼部１３の直下に焙焼され
た鋳物砂a₃を堆積する堆積部１４が順次に設けら
れており、前記予熱部１２の上部には投入ホツパ
ー１５、流動焙焼部１３の炉壁には炉内に向けて
バーナ１６、および堆積部１４の下部炉底には取
り出し口１７がそれぞれに設けられている。そし
て、前記流動焙焼部１３とその下方の堆積部１４
との間は、空気ノズル１８により部分的に区画さ
れ、両部１３，１４間にはシユートその他の付加
的手段は一切存在しない。また、堆積部１４内に
は、この空気ノズル１８と炉体下部外方のブロワ
１９との間を接続する配管で、熱交換器２０を形
成している。

なお、熱交換器は、この実施例のものに限ら
ず、例えば第５図に示すように、放射状に延びる
各骨組配管２１…に、流動焙焼部１３方向へ向け
て延びる多数の耐火製パイプ２２…をコイル状に
形成して連結してなる熱交換器２３であつてもよ
く、要するに熱交換器自体の形状、構造は設計的
条件にみあうように決めればよい。

しかして上記構成の場合、まずホツパー１５か
ら可燃物粘結剤を含む鋳物砂a₁を所定レベルまで
投入した上で停止させ、ブロワ１９からの送風を
開始して、鋳物砂a₁による流動層２１を空気ノズ
ル１８上の流動焙焼部１３の下部に形成させたの
ち、バーナ１６に点火して流動層２１を形成して
いる鋳物砂a₂を加熱、焙焼させ、この流動層２１
が焙焼温度まで上昇するのを待つて、取り出し口
１７を開き、同時に鋳物砂a₁の投入を再開する。

ここで鋳物砂a₁は、予熱部１２に装入されて排
ガスにより乾燥および予熱された上で、流動焙焼
部１３内を下降して流動層２１に至り、この流動
層２１に至つた鋳物砂a₂は、バーナ１６により焙
焼されて炉内最高温度まで加熱される。ついでこ
のように焙焼された鋳物砂ａは、殆ど温度降下し
ないままで堆積部１４に流下してゆき熱交換器２
０を通る流動空気との間でその顕熱が熱交換さ
れ、やがて取り出し口１７から外部に排出され
る。

そしてこの過程を繰り返すうちに、堆積部１４
の平均温度が上昇し、同時に熱交換される流動空
気温度も次第に上昇する。仍てこの流動空気を吹
き出している流動層２１の温度も上昇傾向を示す
が、焙焼温度を一定にするために、バーナ１６を
逐次に絞つてゆき、やがてバーナ１６を完全に停
止させても焙焼温度が維持される状態となり、自
動的に自燃焙焼稼動に移行する。さらにこの自燃
焙焼を続けると、焙焼温度は徐々に変化するが、
温度上昇傾向にあるときは、例えば鋳物砂a₁の投
入量を増加させ、反対に温度下降傾向にあるとき
はバーナ１６を補助的に点火するなどによつてこ
の焙焼温度を制御すればよいのである。

ちなみに、この装置構成での試験的な操業例を
第３図に示すが、この場合には操業開始後、約３
時間で完全な自燃焙焼稼動に移行した、尚、第３
図中Ａは鋳物砂a₁の投入量を増加させた場合を示
しており、またＢはブロワ１９による送風を停止
したときを示している。更にＣの点線は、流動空
気が流動層２１へ吹き出す出口付近の温度変化を
示しているが、これによると、鋳物砂の投入開始
と同時に、高温に焙焼された鋳物砂が堆積部１４
に流入してくるため流動空気の温度は急激に上昇
し、温度が約600℃を超えた時点で完全に鋳物砂
が自燃焙焼稼動に移行したことが理解される。し
かしながら、鋳物砂を自燃焙焼させるための流動
空気の温度は、焙焼炉の容量や保温状態或いは鋳
物砂の投入等によつて、その下限温度が変化する
ことは勿論のことである。

またこの実施例によつて得た再生砂は、そのま
まで自硬性鋳物型などに使用して特に問題はない
が、シエル砂として使用するときには、従来と同
様にさらに再生処理を必要とする。この実施例に
よつて得た再生鋳物砂を、例えば特公昭57−
42411号公報所載の機械再生装置により、再生処
理を施したのち、JISK6910によりシエル砂の曲
げ強さを測定したところ、第４図に示すように、
この再生砂は符号ａに示すように５回処理によつ
て新砂以上の曲げ強さを示し、符号ｂに示す従来
法の焙焼炉による再生砂と殆ど変わらないものが
得られた。なお符号ｃは機械的再生方法のみによ
る再生砂の例がある。

以上詳述したことからも明らかなように、この
発明の鋳物砂の再生装置は、可燃物粘結剤を含む
鋳物砂を焙焼させる焙焼炉内に、該鋳物砂を流動
状態で焙焼する流動焙焼部と、この流動焙焼部の
直下に前記焙焼された鋳物砂を堆積する堆積部
と、この堆積部内の前記焙焼された鋳物砂と熱交
換させて内部の流動空気を鋳物砂の自燃焙焼可能
温度まで上昇させる熱交換器と、この熱交換器の
端部に、前記熱交換器内で熱交換された流動空気
を前記流動焙焼部に向けて噴射させる空気ノズル
とを、設けてなるものである。

したがつて、このように構成すると、前記流動
焙焼部で焙焼された鋳物砂は、流動焙焼部直下の
堆積部に流下し、そしてこの堆積部内の焙焼され
た鋳物砂は熱交換器によつて排熱回収されて、熱
交換器内の流動空気を鋳物砂の焙焼可能温度まで
加熱させることになるから、この加熱された空気
を空気ノズルから流動焙焼部に向けて噴射させる
ことによつて、流動焙焼部内の鋳物砂を自燃焙焼
させることができる。このため、例えば生砂のよ
うに発熱量の少ない鋳物砂であつても、自燃焙焼
させることができ、これによつて流動焙焼炉の熱
効率を向上させ、ひいては鋳物砂の焙焼再生のた
めの燃料消費量を低減し得る利点があり、更に大
規模鋳造工場はもちろんのこと、従来技術では採
算のとれなかつた中、小規模鋳造工場においても
低コストの鋳物砂再生を行ない得て、省資源、省
エネルギならびに公害防止に大きく貢献できる特
徴がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は基本的な流動焙焼炉の概要構成を示す
断面図、第２図はこの発明装置の一実施例を適用
した流動焙焼炉の概要構成を示す断面図、第３図
は同上操業例を示す説明図、第４図はこの発明装
置によつて得た再生砂の試験結果を示すグラフ、
第５図は熱交換器の他の実施例を示す斜視図であ
る。 １１……焙焼炉、１２……予熱部、１３……流
動焙焼部、１４……堆積部、１６……バーナ、１
８……空気ノズル、１９……ブロワ、２０……熱
交換器、２１………流動層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 可燃物粘結剤を含む鋳物砂を焙焼させる焙焼
   炉内に、該鋳物砂を流動状態で焙焼する流動焙焼
   部と、この流動焙焼部の直下に前記焙焼された鋳
   物砂を堆積する堆積部と、この堆積部内の前記焙
   焼された鋳物砂と熱交換させて内部の流動空気を
   鋳物砂の自燃焙焼可能温度まで上昇させる熱交換
   器と、この熱交換器の端部に、前記熱交換器内で
   熱交換された流動空気を前記流動焙焼部に向けて
   噴射させる空気ノズルとを、設けてなることを特
   徴とする鋳物砂の再生装置。