WO2015115231A1 - 砂中子の除去方法とその装置 - Google Patents

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WO2015115231A1
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sand core
superheated steam
oxygen
sand
cast
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中村　信弘
亨介 案納
将明 永延
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有限会社ウインズテック
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D29/00—Removing castings from moulds, not restricted to casting processes covered by a single main group; Removing cores; Handling ingots
    • B22D29/001—Removing cores
    • B22D29/006—Removing cores by abrasive, water or air blasting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D29/00—Removing castings from moulds, not restricted to casting processes covered by a single main group; Removing cores; Handling ingots
    • B22D29/001—Removing cores
    • B22D29/003—Removing cores using heat

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for removing a sand core from a cast product in which the sand core is cast.
  • engine cylinder heads are manufactured by casting.
  • the cylinder head requires a cooling water passage, and a sand core is used to cast a casting that forms a hollow portion that is a cooling water passage.
  • the sand core is removed from the cast product in which the sand core is cast, whereby a cast product having a cooling water passage formed therein is obtained.
  • FIG. 6 (a) shows a casting apparatus 30 that has been conventionally employed.
  • a sand core 1 having a cooling water passage shape is formed into a pair of split molds 30a to form a cooling water passage therein.
  • 30b is set in a predetermined position in a cavity 31 of a mold 30 as a casting apparatus, and a part of a cylinder head is cast.
  • molten aluminum is poured from the gate 33 and poured around the sand core 1 in the cavity 31, and then the divided molds 30a and 30b of the mold 30 are separated, as shown in FIG.
  • a cast product (a part of the cylinder head) 2 in which the sand core 1 was cast was revealed, and then the coolant core 14 was formed by removing the sand core 1 from the cast product 2.
  • the casting 2 is taken out.
  • the sand core needs to maintain its shape while the mold is filled with molten metal. For this reason, sand particles such as silica sand (mainly SiO 2 ) forming a sand core are bound by a shape-retaining resin (binder) such as a phenol resin, and the surface of the sand core is also maintained as a phenol resin or the like.
  • a technique that is coated with a shaping resin and increases the bonding force between the sand particles and the sand particles with such a shape-retaining resin is widely used.
  • the sand core whose shape retention force is enhanced by the shape retention resin is strong, and the shape does not collapse while the molten metal is filled in the mold. However, it is necessary to remove the sand core from the cast product. However, the sand core has a shape retaining force enhanced by the shape-retaining resin, is very strong, and cannot be easily removed. .
  • a chipping hammer device is being hit with a chipping hammer device.
  • the compressed air is blown into the sand core of the cast product from the air blowing device.
  • This method and its apparatus are intended to generate a crack in the sand core by a shock due to impact and promote the collapse of the sand core by air blow of compressed air.
  • Patent Document 2 This is a sand core collapsing process in which a cast product filled with a sand core is hit with a predetermined impact force, and a sand discharge hammering with an impact force smaller than the impact force of the sand core collapse process. And a device for removing the core having a process.
  • Patent Document 1 In the method of Patent Document 1 and the apparatus thereof, cracks are generated in the sand core by striking, and the sand particles may not be sufficiently removed by simply blowing off the sand particles with compressed air. Further steps are required to completely remove the sand from the cast product, which ultimately takes a considerable amount of time to remove the sand core. Further, the method and apparatus of Patent Document 2 have a problem that the casting is damaged during the sand removal operation when an impact force stronger than the casting strength is applied.
  • the present invention provides a removal method and apparatus capable of efficiently removing a sand core from a cast product in a short period of time and regenerating (reusing) the removed and destroyed waste sand as it is.
  • the purpose is to do.
  • the invention according to claim 1 relates to the sand core 1 from the casting 2 in which the sand core 1 is cast.
  • the superheated steam heated to a temperature at which the shape retaining resin of the sand core 1 can be combusted and oxygen positively mixed in the superheated steam are blown into the sand core, and the sand core is blown. It is characterized by burning the shape-retaining resin of the core.
  • Claim 2 is a method for removing a sand core according to claim 1, wherein the superheated steam heated to a temperature of 500 ° C. to 700 ° C. capable of burning the shape retention resin of the sand core 1 and the superheated steam are positively affected.
  • oxygen mixed at a pressure of 0.2 to 0.3 ⁇ Pa is blown into the sand core 1 at a pressure of 0.2 to 0.3 ⁇ Pa, and the shape retaining resin of the sand core 1 is burned. It is characterized by.
  • the method includes a step of hitting and / or vibrating the casting 2.
  • a fifth aspect of the present invention in the method for removing a sand core according to the first aspect, when the superheated steam generated by heating the saturated steam produced by the boiler 7 with the heater 8 is used as the superheated steam, Oxygen is actively mixed into the superheated steam coming out of the heater 8.
  • the invention which concerns on Claim 6 is an apparatus which removes the sand core 1 from the casting 2 in which the sand core 1 is cast, Comprising: The superheated steam generator 3 which generates superheated steam, and a superheated steam generator 3 and a superheated steam supply pipe section 4 piped to blow the superheated steam generated in the sand core 1 cast into the casting 2, and an oxygen supply source for actively mixing oxygen into the superheated steam 6.
  • the sand core removing apparatus wherein the superheated steam generator 3 that generates superheated steam at 500 ° C. to 700 ° C. and the superheated steam generated by the superheated steam generator 3 are cast. 2 and a superheated steam supply pipe section 4 that is piped so as to be blown into the sand core 1 cast into the sand core 1 at a pressure of 0.2 to 0.3 ⁇ Pa. And an oxygen supply source 6 for mixing at a pressure of 3 ⁇ Pa.
  • the sand core removing device further comprising a striking means 12 for striking the cast product 2 and / or a vibration means 13 for imparting vibration to the cast product.
  • a ninth aspect of the present invention is the sand core removing apparatus according to the sixth aspect, wherein the superheated steam generator 3 further heats the saturated steam generated by the boiler 7 to produce saturated steam and the superheated steam.
  • the oxygen supply source 6 is connected to a saturated water vapor line 9 that connects the boiler 7 and the heater 8.
  • a sand core removing apparatus wherein the superheated steam generator 3 further heats the saturated steam generated by the boiler 7 by the superheated steam generation apparatus 3 and the superheated steam by using the boiler 7.
  • the oxygen supply source 6 is connected to a superheated steam supply pipe 4 that is piped so as to blow superheated steam coming out of the heater 8 into the sand core 1. It is characterized by.
  • the temperature at which the shape retaining resin of the sand core 1 can burn for example, superheated steam heated to a temperature of 500 ° C. to 700 ° C. and oxygen positively mixed in the superheated steam, an example
  • oxygen mixed in at a pressure of 0.2 to 0.3 ⁇ Pa is blown into the sand core 1 at a pressure of 0.2 to 0.3 ⁇ Pa, for example, a resin for retaining the shape of the sand core 1, such as phenol.
  • the resin burns and vaporizes, and the shape retention of the sand core 1 decreases. That is, since superheated steam having a maximum value of 700 ° C., for example, 690 ° C., and oxygen actively mixed therein are blown into the sand core 1, the phenol resin as a shape-retaining resin is combined with oxygen. As a result of the experiment (oxidation reaction), it is burned by the combustion gas heated to a high temperature of about 860 ° C., decomposed into CO 2 and H 2 O, and released into the atmosphere.
  • the sand core 1 becomes macroscopically porous and the sand density decreases, and the shape-retaining force of the sand core 1 rapidly decreases in a short time.
  • the sand core 1 from the casting 2 can be removed in a short time, and the casting 2 can be manufactured efficiently. Further, when the shape retention resin of the sand core 1 is completely burned and decomposed, the remaining waste sand can be reused as sand particles.
  • the casting 2 may be hit and / or vibrated at a later stage of the step of blowing superheated steam and oxygen into the sand core 1.
  • the casting 2 Before the step of blowing superheated steam and oxygen, the casting 2 may be hit and / or vibrated, and further, in parallel with the step of blowing superheated steam and oxygen, the casting is performed.
  • the article 2 may be hit and / or vibrated. In any case, by having a step of applying impact and / or vibration to the casting 2, cracks can be generated in the sand core 1, and the collapse of the sand core 1 can be further facilitated.
  • emission of the sand core 1 from the casting 2 is carried out by using together the process of blowing superheated steam and oxygen with respect to the sand core 1 and the process of giving a blow and / or vibration to the casting 2. It can be carried out reliably in a shorter time.
  • FIG. 2 shows a part of the sand core removing device of FIG. 1, and is an enlarged view of a cast product portion in which the sand core is cast. It is explanatory drawing similar to FIG. 1 which shows other embodiment of a sand core removal apparatus. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the test piece of the cast product by which the sand core was cast. It is a graph which shows the time temperature change of the sand core of the test piece shown in FIG. (A) shows the casting apparatus employ
  • FIG. 1 shows a sand core removing apparatus 10 for carrying out the sand core removing method according to the present invention.
  • the sand core removing device 10 is a device that removes the sand core 1 from the casting 2 in which the sand core 1 is cast, and is a superheated steam generator 3 that generates superheated steam, and the superheated steam generator. 3 and a superheated steam supply pipe section 4 piped to blow the superheated steam generated in the sand core 1 cast into the casting 2, and an oxygen supply source for actively supplying oxygen to the superheated steam 6 is provided.
  • the superheated steam generator 3 includes, for example, a boiler 7 that generates saturated steam at about 110 ° C., and a heater 8 that further heats the saturated steam generated by the boiler 7 to generate superheated steam, such as a high-frequency induction heater.
  • the saturated steam from the boiler 7 is fed to the heater 8 by the saturated steam feed pipe section 9, and the superheated steam from the heater 8 is sand cast into the casting 2 by the superheated steam supply pipe section 4. It is designed to be blown into the core 1.
  • the oxygen supply source 6 includes an oxygen cylinder 5A that is compressed and filled with oxygen gas, and a compressor 5B that introduces outside air to generate compressed air. Either the oxygen cylinder 5A or the outside air intake compressor 5B is used. It is designed to be used selectively. This oxygen supply source 6 is connected to a saturated water vapor supply line 9 that connects the boiler 7 and the heater 8.
  • V1 to V5 indicate open / close operation valves, respectively.
  • a sand core 1 shown in FIG. 1 shows a state in which an aluminum casting 2 in which the sand core 1 is cast is set in the sand core removing device 10.
  • the casting 2 is set in a state in which the sand core 1 is cast into the sand core removing device 10 immediately after being taken out from the mold (not shown).
  • the cast product 2 shown here is an example of a part of a cylinder head of an engine.
  • a sand core 1 having a cooling water passage shape is cast. Casted. By removing the sand core 1, an opening 14 (see FIG. 2 or 6 (b)) penetrating up and down the casting 2 is formed.
  • the sand core 1 is formed by a shape-retaining resin (resin coated sand (RCS) coated with a binder, for example, a phenol resin) on the surface of sand particles made of silica sand (mainly SiO 2 ), and further in the sand.
  • the surface of the core 1 is coated with the same shape-retaining resin such as phenolic resin, and the shape-retaining resin increases the binding force between the sand particles and the sand particles, thereby increasing the overall shape-retaining force of the sand core 1.
  • urethane resin is used in addition to phenol resin.
  • FIG. 2 showing a part of the sand core removing device 10, an aluminum casting 2 in which the sand core 1 is cast is attached to a casting mounting base 11.
  • the sand core removing device 10 includes an air hammer 12 as a hitting means for hitting the cast 2 and a vibrator 13 as a vibrating means for giving vibration to the cast 2 via the cast mount 11. And.
  • both the air hammer 12 (striking means) and the vibrator 13 (vibrating means) are provided, but only the striking means or only the vibrating means may be used.
  • the cast product mounting base 11 for mounting and fixing the cast product 2 is mounted on the base 15 via the damper 16, and the cast product 2 is set on one side and fixed by the clamp 17. ing. Further, the cast product mounting base 11 is vibrated by a vibrator 13 provided on a support frame 18 erected on the base 15, and the vibration of the cast product mounting base 11 is applied to the cast product 2. ing.
  • the air hammer 12 as a hitting means for hitting the cast product 2 is provided so as to be movable up and down above the cast product 2 mounted and fixed to the cast product mounting base 11 as schematically shown in FIG. Thus, it descends to a predetermined position close to the upper surface of the casting 2 and strikes the upper surface of the casting 2.
  • the striking force of the air hammer 12 can be adjusted as appropriate.
  • the superheated steam generator 3 for generating superheated steam used in the sand core removing method of this embodiment includes a boiler 7 for producing saturated steam, and the saturated steam produced by the boiler 7 is further heated to produce superheated steam.
  • a superheated steam generator in which a boiler part and a heater part are integrated may be used.
  • the casting 2 immediately after being taken out of the mold is still hot and the sand core 1 is cast.
  • the cast product 2 in this state is set and fixed on the cast product mounting base 11 as shown in FIG. 2, and the tip 4a of the superheated steam supply piping unit 4 is connected to the sand core 1 side.
  • the open / close operation valves V1 to V5 shown in FIG. 1 are closed.
  • the open / close operation valves V1, V2 and V3 are opened, respectively, the boiler 7 and the heater 8 of the superheated steam generator 3 are operated, and the saturated steam produced by the boiler 7 is supplied to the heater 8 to supply the superheated steam.
  • the superheated steam is generated and supplied to the upper end portion of the sand core 1 from the front end portion 4a of the superheated steam supply pipe section 4, and blowing of the superheated steam into the sand core 1 is started.
  • the pressure of the superheated steam supplied from the tip portion 4a of the superheated steam supply pipe section 4 is higher than atmospheric pressure (0.1 ⁇ Pa), for example, 0.2 ⁇ Pa, and the temperature of the superheated steam is, for example, about 650 ° C. It is said.
  • the opening / closing operation valve V4 on the oxygen cylinder 5A side of the oxygen cylinder 5A of the oxygen supply source 6 or the compressor 5B for introducing and compressing outside air is opened.
  • 0.2 ⁇ Pa of oxygen is continuously mixed from the oxygen cylinder 5A into the saturated water vapor in the saturated water vapor feeding pipe section 9 in the same manner as this saturated water vapor.
  • the saturated steam mixed with oxygen is heated by the heater 8 to become superheated steam, and the mixed gas S of the superheated steam and oxygen (see FIG. 2) passes from the tip 4a of the superheated steam supply piping section 4 to the upper end of the sand core 1. Be blown into the department.
  • the shape retaining resin of the sand core 1 is obtained.
  • the phenol resin burns and vaporizes when it comes into contact with oxygen in the mixed gas S, and the shape retention of the sand core 1 is reduced. That is, since the superheated steam having a high temperature of 650 ° C.
  • the phenol resin as the shape retention resin is oxygen and As a result of the experiment, it is completely burned by a high-temperature combustion gas of about 860 ° C. and decomposed into CO 2 and H 2 O and released into the atmosphere.
  • a high-temperature combustion gas of about 860 ° C. and decomposed into CO 2 and H 2 O and released into the atmosphere.
  • the sand core 1 becomes macroscopically porous, the sand density is reduced, and the shape retention force of the sand core 1 is rapidly reduced in a short time.
  • the shape retaining resin of the sand core 1 is completely burned and decomposed, the remaining waste sand can be used as it is as sand particles in a new sand state.
  • CO 2 and H 2 O released into the atmosphere are harmless, they are friendly to the environment.
  • the shape-retaining resin causes a carbonization reaction, and the carbide remains in the sand core 1 as it is. Therefore, the sand core 1 becomes hard and does not easily collapse, and a regeneration process is required to regenerate the waste sand.
  • air may enter through the gaps of the casting 2, but the introduction of oxygen is insufficient with such air that enters through the gaps.
  • the shape-retaining resin may be insufficiently combusted to cause a carbonization reaction. Therefore, in order to oxidize the shape retaining resin of the sand core 1, it is necessary to positively introduce oxygen into the superheated steam blown into the sand core 1 as in the method of the present invention.
  • Superheated steam is high-temperature steam that is heated to 100 ° C or higher with water molecules (not including air) boiled and vaporized at 100 ° C at normal pressure.
  • the upper limit can be raised to 1000 ° C. or higher. Since this superheated steam has a heat capacity approximately four times that of high-temperature air at the same temperature, the object can be completely dried in a very short time.
  • the heat transfer characteristics of superheated steam is that convection heat is only used for high-temperature air, but due to the large condensation heat transfer due to condensation of water vapor on the target surface, the temperature of the object rises in a very short time. It is to be.
  • superheated steam has strong water retention in a temperature range lower than 170 ° C., and in a high temperature range higher than that, the drying power becomes very strong and exerts a degreasing cleaning action.
  • the superheated steam having the above-described characteristics is actively mixed into the sand core 1 cast in the casting 2 from above, without interruption.
  • the mixed gas S with oxygen is blown in, for example, for 5 minutes under a pressure of about 0.2 ⁇ Pa and a temperature of about 650 ° C.
  • the sand core 1 rises to a high-temperature combustion gas of 860 ° C., for example.
  • the shape retaining resin in the sand core 1 is completely burned and vaporized, the sand density is reduced, and the shape retaining force of the sand core 1 is abruptly reduced. 2 is allowed to collapse, and naturally falls by its own weight from the lower end portion 14a of the opening 14 shown in FIG.
  • oxygen in the compressor 5B for generating compressed air by introducing oxygen cylinder 5A of the oxygen supply source 6 and outside air after the start of blowing superheated steam into the sand core 1 is started.
  • the opening / closing operation valve V4 on the cylinder 5A side is opened, and oxygen is supplied from the oxygen cylinder 5A to the saturated steam in the saturated steam supply pipe section 9, but the compressor 5B is replaced with a pressure reducing adjustment valve (instead of the oxygen cylinder 5A).
  • the compressed air decompressed to 0.2 ⁇ Pa to 0.3 ⁇ Pa by the regulator) may be opened by the opening / closing operation valve V5 to supply air to the saturated water vapor in the saturated water vapor supply pipe section 9.
  • About 80% of the composition of compressed air is nitrogen and about 20% is oxygen, so oxygen in this compressed air can be used as it is.
  • the superheated steam heated to a required temperature at which the shape-retaining force of the shape-retaining resin of the sand core 1 can be burned and the oxygen positively mixed therein are mixed with sand. Blowing into the core 1, such high-temperature superheated steam and oxygen come into contact with the shape retaining resin of the sand core 1, thereby burning the shape retaining resin, and thereby the shape retaining force of the sand core 1.
  • the sand core 1 cannot be completely removed and discharged from the casting 2 by such a process alone, it is a stage after the blowing process of superheated steam and oxygen.
  • the sand core 1 can be reliably removed and discharged from the casting 2 by applying either the blow by the air hammer 12 or the vibration by the vibrator 13 or both of the blow and vibration to the cast 2. .
  • the step of giving impact and / or vibration to the casting 2 may be performed after the step of blowing superheated steam and oxygen as described above, depending on the material, capacity, shape, etc. of the sand core 1. You may carry out before a process, or may carry out in parallel with the blowing process of superheated steam and oxygen. In any case, by hitting the casting 2, a crack can be generated in the sand core 1 to facilitate the collapse of the sand core 1, and by giving vibration to the casting 2. The sand core 1 can be easily collapsed by giving an impact by vibration to the entire sand core 1.
  • the oxygen supply source 6 is connected to a saturated steam supply pipe 9 that connects the boiler 7 and the heater 8 of the superheated steam generator 3. Is connected to a superheated steam supply pipe 4 that connects the heater 8 of the superheated steam generator 3 and the sand core 1 like the sand core removing device 10 shown in FIG. You may make it mix in superheated steam.
  • a saturated steam supply pipe 9 that connects the boiler 7 and the heater 8 of the superheated steam generator 3.
  • a superheated steam supply pipe 4 that connects the heater 8 of the superheated steam generator 3 and the sand core 1 like the sand core removing device 10 shown in FIG. You may make it mix in superheated steam.
  • FIG. 1 when the oxygen supply source 6 is connected in front of the heater 8, there is a problem that parts constituting the heater 8 are slightly oxidized and deteriorated, but the heater 8 simultaneously heats saturated water vapor and oxygen. Therefore, there is an advantage that high-temperature superheated steam can be supplied.
  • FIG. 4 shows the test piece 20 of the cast product 2 in which the sand core 1 is cast.
  • the superheated steam of the sand core removing apparatus 10 shown in FIG. The front end 4a of the supply piping unit 4 is connected.
  • 4, 21 is a sand core corresponding to the sand core 1 shown in FIG. 1 or FIG.
  • a cylindrical cast product 22 corresponding to the cast product 2 is made of an aluminum pipe material having a length of 220 mm, an inner diameter of 34 mm, an outer diameter of 46 mm, and a thickness of 6 mm.
  • reference numerals 23 to 26 denote temperature sensors composed of thermocouples.
  • Reference numeral 23 denotes a temperature sensor inside the tip end portion 4a which is an outlet of the superheated steam supply pipe section 4, and its measurement position is O.
  • Reference numeral 24 denotes a temperature sensor that measures the temperature of the sand core 21 at a position A that is 30 mm below as indicated by a from the measurement position O that is the outlet of the superheated steam supply pipe section 4.
  • 25 is a temperature sensor that measures the temperature of the sand core 21 at a position B that is 100 mm below as shown in the measurement position O to b, and 26 is a position C that is 200 mm below as shown in the measurement position O to c. This is a temperature sensor that measures the temperature of the sand core 21.
  • FIG. 5 shows the temperature measurement positions O to C when the sand core 21 is removed from the cylindrical casting 22 in which the sand core 1 is cast using the test piece 20 as described above.
  • 2 is a line graph showing the time course of temperature in FIG. 1.
  • the line shown by the thick line O in the figure is the time temperature course at the measurement position O
  • the line shown by the thin line A is the time course of temperature at the measurement position A
  • one point A broken line indicated by a chain line B is a temporal temperature course at the measurement position B
  • a broken line indicated by a two-dot chain line C is a temporal temperature course at the measurement position C.
  • a mixed gas of, for example, 650 ° C. superheated steam and oxygen actively introduced from the outlet of the superheated steam supply pipe section 4 is obtained.
  • the temperature at the measurement position O instantaneously rises from room temperature before supply of the mixed gas to 670 ° C., and then temporarily has an effect of about 610 ° C., but gradually After about 7 minutes, the temperature rises to about 690 ° C and then drops.
  • the temperature at the measurement position A of the sand core 21 rises to about 130 ° C. after about 30 seconds from the original normal temperature, rises to about 350 ° C.
  • the temperature at the measurement position B of the sand core 21 takes about 4 minutes and 30 seconds to rise to about 100 ° C., and rises rapidly to about 860 ° C. after about 20 seconds. Similarly, it is shown that the phenol resin has burned, and when the combustion is finished, it can be seen that the temperature has dropped. In addition, the temperature at the measurement position C of the sand core 21 is maintained at around 100 ° C., and after about 6 and a half minutes, the temperature rapidly rises to about 860 ° C. due to the combustion of the phenol resin, and about 450 ° C. after combustion. It can be seen that it has descended. Thus, the sand core 21 in the test piece 20 has a combustion temperature as high as about 860 ° C.
  • the phenol resin which is a shape-retaining resin for the sand core 21 in the test piece 20, is burned successively at a high combustion temperature of about 860 ° C. from its upper end to its lower end. It can be read that the phenol resin in the sand core 21 is completely burned and removed.
  • the sand core 21 has a cylindrical shape in which the sand core 21 is cast. It was able to be naturally dropped from the lower end of the cast product 22 by its own weight and completely removed from the cast product 2 and discharged. For example, when the mixed combustion gas having a maximum value of 700 ° C., specifically about 650 ° C., is blown into the sand core 1 mixed with 2.5% by weight of phenol resin, the temperature rises to about 860 ° C.
  • the temperature of the superheated steam may be any temperature at which the shape retaining resin of the sand core can burn when superheated steam is blown into the sand core. Is between 500 ° C. and 700 ° C.
  • the pressure of the superheated steam is preferably in the range of 0.2 to 0.3 ⁇ Pa, for example, higher than the atmospheric pressure of 0.1 ⁇ Pa.
  • the pressure when oxygen or air is mixed into the saturated steam in the saturated steam feed pipe section 9 or the superheated steam in the superheated steam supply pipe section 4 from the oxygen cylinder 5A or the outside air intake compressor 5B is the pressure of the superheated steam. The same range, for example, 0.2 to 0.3 ⁇ Pa.
  • oxygen is mixed into the superheated steam from the oxygen supply source 6 when superheated steam is blown into the sand core 1 and the sand core 1 is preliminarily used with this superheated steam. It may be after heating to a required temperature, or at the same time when superheated steam is blown into the sand core 1 with oxygen.

Abstract

【課題】鋳造品から砂中子を短時間で効率良く除去できるとともに、除去崩壊した廃砂をそのまま再使用できる除去方法とその装置を提供する。 【解決手段】砂中子１が鋳込まれている鋳造品２から砂中子１を除去する方法とその装置であって、砂中子１の保形用樹脂が燃焼可能な温度に加熱した過熱水蒸気とこの過熱水蒸気に積極的に混入した酸素とを砂中子１に吹き込んで、砂中子１の保形用樹脂を燃焼させること。

Description

砂中子の除去方法とその装置
　本発明は、砂中子が鋳込まれている鋳造品から砂中子を除去する方法とその装置に関するものである。
　例えばエンジンのシリンダヘッドは鋳造によって製造される。このシリンダヘッドには冷却水通路が必要とされ、しかして冷却水通路である中空部を形成する鋳造品を鋳造するために砂中子を用いる。砂中子を用いて鋳造すると、砂中子が鋳込まれている鋳造品から砂中子を除去することにより、冷却水通路を内部に形成した鋳造品が得られる。
　図６の(ａ) は、従来から採用されている鋳造装置３０を示すもので、内部に冷却水通路を成形するために冷却水通路の形状を有する砂中子１を、一対の分割型３０ａ，３０ｂからなる鋳造装置である鋳型３０のキャビティ３１内の所定位置にセットして、シリンダヘッドの一部を鋳造する場合を示している。鋳造にあたり、湯口３３からアルミ溶湯を注入してキャビティ３１内の砂中子１の周りに流し込み、その後に鋳型３０の分割型３０ａ，３０ｂを分離することにより、図６の(ｂ) に示すように砂中子１が鋳込まれた鋳造品（シリンダヘッドの一部）２が現出され、そしてその後、鋳造品２から砂中子１を除去することによって、冷却水通路１４が成形された鋳造品２を取り出すようになっている。
　一般に、砂中子は、鋳型に金属溶湯を充填する間、形状を維持している必要がある。そのため、砂中子を形成するケイ砂（ＳｉＯ2が主成分）等の砂粒子がフェノール樹脂等の保形用樹脂（バインダー）によって結合され、更に砂中子の表面が同じくフェノール樹脂等の保形用樹脂によってコーティングされ、そのような保形用樹脂によって砂粒子と砂粒子との結合力を高める技術が汎用されている。保形用樹脂によって保形力が高められた砂中子は強固で、鋳型に金属溶湯を充填する間に形状が崩れることがない。しかしながら、砂中子は、鋳造品から除去する必要があるが、砂中子は保形用樹脂によって保形力が高められており、非常に強固であり、容易なことでは除去することができない。
　従来の砂中子除去方法とその装置としては、例えば、下記の特許文献１に記載されているように、砂中子が鋳込まれている鋳造品に対し、チッピングハンマー装置によって打撃を与えながら、エア噴出装置から鋳造品の砂中子に対し圧縮エアを吹き込むようにしたものである。この方法とその装置は、打撃によるショックで砂中子にクラックを発生させ、圧縮空気のエアブローによって砂中子の崩壊を促進するとういものである。
　また、従来の砂中子除去方法とその装置として、下記の特許文献２に記載されているものがある。これは、砂中子が充填され排砂口を有する鋳造品を所定の衝撃力で打撃する砂中子崩壊工程と、この砂中子崩壊工程の衝撃力よりも小さい衝撃力で打撃する排砂工程とを有する砂中子除去方法とその装置である。
特開昭６１－９９６２号公報 特開平０７－３１４１２５号公報
　特許文献１の方法とその装置とでは、打撃によって砂中子にクラックを発生させ、圧縮空気で砂粒子を吹き飛ばすだけでは、砂粒子を十分に除去しきれないことがあり、その場合には、鋳造品から砂を完全に除去するための更なる工程が必要となり、結局、砂中子の除去に相当な時間がかかる。また、特許文献２の方法とその装置では、鋳造強度よりも強い衝撃力を与えた場合には砂除去作業中に鋳物が破損してしまうという問題がある。
　本発明は、上記の事情に鑑み、鋳造品から砂中子を短時間で効率良く除去できると共に、除去崩壊した廃砂をそのまま再生（再使用）することができる除去方法とその装置とを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するための手段を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明は、砂中子１が鋳込まれている鋳造品２から砂中子１を除去する方法であって、砂中子１の保形用樹脂が燃焼可能な温度に加熱した過熱水蒸気とこの過熱水蒸気に積極的に混入した酸素とを前記砂中子に吹き込んで、この砂中子の保形用樹脂を燃焼させることを特徴とする。
　請求項２は、請求項１に記載の砂中子の除去方法において、砂中子１の保形用樹脂が燃焼可能な５００℃～７００℃の温度に加熱した過熱水蒸気とこの過熱水蒸気に積極的に０．２～０．３МＰａの圧力で混入した酸素とを前記砂中子１に０．２～０．３МＰａの圧力で吹き込んで、この砂中子１の保形用樹脂を燃焼させることを特徴とする。
　請求項３は、請求項１に記載の砂中子の除去方法において、前記鋳造品２に打撃及び／又は振動を与える工程を有することを特徴とする。
　請求項４は、請求項１に記載の砂中子の除去方法において、前記過熱水蒸気として、ボイラー７で作った飽和水蒸気をヒーター８で加熱することによって発生する過熱水蒸気を使用する場合に、前記酸素は、ボイラー７から出てくる飽和水蒸気に積極的に混入させることを特徴とする。
　請求項５は、請求項１に記載の砂中子の除去方法において、前記過熱水蒸気として、ボイラー７で作った飽和水蒸気をヒーター８で加熱することによって発生する過熱水蒸気を使用する場合に、前記酸素は、ヒーター８から出てくる過熱水蒸気に積極的に混入させることを特徴とする。
　請求項６に係る発明は、砂中子１が鋳込まれている鋳造品２から砂中子１を除去する装置であって、過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置３と、過熱水蒸気発生装置３で発生した過熱水蒸気を鋳造品２に鋳込まれた砂中子１に吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部４と、前記過熱水蒸気に酸素を積極的に混入させるための酸素供給源６とを備えていることを特徴とする。
　請求項７は、請求項６に記載の砂中子の除去装置において、５００℃～７００℃の過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置３と、過熱水蒸気発生装置３で発生した過熱水蒸気を鋳造品２に鋳込まれた砂中子１に０．２～０．３МＰａの圧力で吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部４と、前記過熱水蒸気に酸素を積極的に０．２～０．３МＰａの圧力で混入させるための酸素供給源６とを備えていることを特徴とする。
　請求項８は、請求項６に記載の砂中子の除去装置において、前記鋳造品２に打撃を与える打撃手段１２及び又は鋳造品に振動を与える振動手段１３とを備えていることを特徴とする。
　請求項９は、請求項６に記載の砂中子の除去装置において、前記過熱水蒸気発生装置３が、飽和水蒸気を作るボイラー７と、このボイラー７で作った飽和水蒸気を更に加熱して過熱水蒸気を発生させるヒーター８とからなる場合に、前記酸素供給源６は、ボイラー７とヒーター８とをつなぐ飽和水蒸気管路９に接続されていることを特徴とする。
　請求項１０は、請求項６に記載の砂中子の除去装置において、前記過熱水蒸気発生装置３が、飽和水蒸気を作るボイラー７と、このボイラー７で作った飽和水蒸気を更に加熱して過熱水蒸気を発生させるヒーター８とからなる場合に、前記酸素供給源６は、ヒーター８から出てくる過熱水蒸気を砂中子１に吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部４に接続されていることを特徴とする。
　上記解決手段による発明の効果を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に記載に係る発明の砂中子の除去方法、並びに請求項６に記載の砂中子の製造装置によれば、砂中子１の保形用樹脂が燃焼可能な温度、一例を挙げれば５００℃～７００℃の温度に加熱した過熱水蒸気とこの過熱水蒸気に積極的に混入した酸素、一例を挙げれば０．２～０．３МＰａの圧力で混入した酸素とを、砂中子１に例えば０．２～０．３МＰａの圧力で吹き込むと、砂中子１の保形用樹脂、例えばフェノール樹脂が燃焼して気化し、砂中子１の保形力が低下する。即ち、砂中子１に、最大値７００°Ｃ、例えば６９０℃という高温の過熱水蒸気とこれに積極的に混入した酸素を吹き込むことから、保形用樹脂であるフェノール樹脂は、酸素との化合（酸化反応）により、実験の結果約８６０℃という高温に昇温した燃焼ガスによって燃焼され、ＣＯ２とＨ2Ｏとに分解し、大気中に放出される。このような保形用樹脂の燃焼分解によって、砂中子１は、巨視的に多孔状となって砂密度が減少し、砂中子１の保形力が短時間で急激に低下するから、鋳造品２からの砂中子１を短時間に除去でき、鋳造品２を効率よく製造することができる。また砂中子１の保形用樹脂が完全燃焼して分解することにより、残存する廃砂を砂粒子として、そのまま再使用することができる。
　請求項３並びに請求項８に記載のように、砂中子１に過熱水蒸気と酸素との吹き込みを行なう工程の後の段階で、鋳造品２に打撃及び／又は振動を与えてもよく、また過熱水蒸気と酸素との吹き込みを行なう工程の前の段階で、鋳造品２に打撃及び／又は振動を与えてもよいし、更には過熱水蒸気と酸素との吹き込みを行なう工程と平行して、鋳造品２に打撃及び／又は振動を与えるようにしてもよい。いずれにしても、鋳造品２に打撃及び／又は振動を与える工程を有することにより、砂中子１にクラックを発生させて、砂中子１の崩壊を一層容易にすることができる。そして、砂中子１に対する過熱水蒸気と酸素との吹き込み工程と、鋳造品２に打撃及び／又は振動を与える工程とを併用することにより、鋳造品２からの砂中子１の除去・排出をより短時間で確実に行なうことができる。
　また、過熱水蒸気として、ボイラー７で作った飽和水蒸気をヒーター８で加熱することによって発生する過熱水蒸気を使用する場合に、酸素は、請求項４並びに請求項９に記載のように、ボイラー７から出てくる飽和水蒸気に混入させるようにしてもよいし、請求項５並びに請求項１０に記載のように、ヒーター８から出てくる過熱水蒸気に混入させるようにしてもよい。請求項４並びに請求項９のように、酸素をボイラー７から出てくる飽和水蒸気に混入させるようにすれば、飽和水蒸気と酸素がヒーター８で同時に加熱されるから、高温の過熱水蒸気を供給できる利点があり、請求項４並びに請求項１０のように、酸素をヒーター８から出てくる過熱水蒸気に混入させるようにすれば、酸素がヒーター８に触れることがないため、ヒーター８を構成する部品が酸化劣化することがない利点がある。
本発明に係る砂中子の除去方法を実施するための砂中子除去装置の一実施形態を示す説明図である。 図１の砂中子除去装置の一部を示すもので、砂中子が鋳込まれている鋳造品部分の拡大図である。 砂中子除去装置の他の実施形態を示す図１と同様な説明図である。 砂中子が鋳まれた鋳造品のテストピースを示す縦断面図である。 図４に示すテストピースの砂中子の時間的温度変化を示すグラフである。 （ａ）は、従来から採用されている鋳造装置を示し、（ｂ）は、該鋳造装置によって鋳造された、内部に砂中子が鋳込まれた鋳造品を示す。
　以下に本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明すると、図１には、本発明に係る砂中子除去方法を実施するための砂中子除去装置１０を示している。この砂中子除去装置１０は、砂中子１が鋳込まれている鋳造品２から砂中子１を除去する装置で、過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置３と、この過熱水蒸気発生装置３で発生した過熱水蒸気を鋳造品２に鋳込まれた砂中子１に吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部４と、前記過熱水蒸気に酸素を積極的に供給するための酸素供給源６とを備えている。
　過熱水蒸気発生装置３は、例えば約１１０℃の飽和水蒸気を発生させるボイラー７と、このボイラー７によって発生した飽和水蒸気を更に加熱して過熱水蒸気を発生させるためのヒーター８、例えば高周波誘導加熱装置とからなり、ボイラー７からの飽和水蒸気は、飽和水蒸気送給管部９によってヒーター８に送給され、ヒーター８からの過熱水蒸気は、過熱水蒸気供給配管部４によって鋳造品２に鋳込まれた砂中子１に吹き込まれるようになっている。そして、酸素供給源６は、酸素ガスが圧縮充填された酸素ボンベ５Ａと、外気を導入して圧縮空気を生成するためるコンプレッサー５Ｂとからなり、酸素ボンベ５Ａ又は外気取り入れ用コンプレッサー５Ｂの何れかを選択的に使用にするようになっている。この酸素供給源６は、ボイラー７とヒーター８とをつなぐ飽和水蒸気送給管路９に接続配管されている。図１において、Ｖ１～Ｖ５は夫々開閉操作弁を示す。
　図１に示す砂中子１は、この砂中子１が鋳込まれているアルミニウム製の鋳造品２を砂中子除去装置１０にセットした状態を示す。この鋳造品２は、鋳型（図示省略）から取り出された直後に砂中子除去装置１０に対し砂中子１を鋳込んでいる状態でセットされる。ここに示される鋳造品２は、エンジンのシリンダヘッドの一部を例示したもので、内部に冷却水通路を成形するために、冷却水通路の形状を有する砂中子１を鋳込んだ状態で鋳造される。この砂中子１を除去することによって、この鋳造品２を上下に貫通する開口１４（図２又は図６の（ｂ）参照）が形成される。
　砂中子１は、ケイ砂（ＳｉＯ2が主成分）等からなる砂粒子の表面に保形用樹脂（バインダー、例えばフェノール樹脂がコーティングされたレジンコーテッドサンド（ＲＣＳ）によって形成され、更に砂中子１の表面が同じフェノール樹脂等の保形用樹脂でコーティングされ、その保形用樹脂によって砂粒子と砂粒子との結合力が高められ、砂中子１全体の保形力が高められている。保形用樹脂として、フェノール樹脂の他にはウレタン樹脂が使用される。
　砂中子除去装置１０の一部を示す図２において、砂中子１が鋳込まれているアルミニウム製の鋳造品２は、鋳造品取付台１１に取り付けられている。また、この砂中子除去装置１０は、鋳造品２に打撃を与える打撃手段としてのエアハンマー１２、及び鋳造品取付台１１を介して鋳造品２に振動を与える振動手段としての起振機１３とを備えている。尚、この実施形態では、エアハンマー１２（打撃手段）と起振機１３（振動手段）との両方を備えているが、打撃手段のみでもよいし、振動手段のみでもよい。
　鋳造品２を取り付け固定する鋳造品取付台１１は、ベース１５上にダンパー１６を介して載設されたもので、その一側面側に鋳造品２をセットしてクランプ１７で固定するようになっている。また、鋳造品取付台１１は、ベース１５上に立設された支持フレーム１８に設けてある起振機１３によって振動され、この鋳造品取付台１１の振動が鋳造品２に与えられるようになっている。
　また、鋳造品２に打撃を与える打撃手段としてのエアハンマー１２は、図２に簡略図示するように、鋳造品取付台１１に取付け固定される鋳造品２の上方に昇降自在に設けられたもので、鋳造品２の上面に近接する所定位置まで降下して、鋳造品２の上面に打撃を与えるようになっている。エアハンマー１２の打撃力は適宜に調整可能である。
　尚、この実施形態の砂中子除去方法に使用する過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置３は、飽和水蒸気を作るボイラー７と、このボイラー７によって作った飽和水蒸気を更に加熱して過熱水蒸気を発生させるためのヒーター８とからなるものであるが、過熱水蒸気発生装置３としては、ボイラー部とヒーター部とが一体になった過熱水蒸気発生装置を使用してもよい。
　次に、上記した図１及び図２に示すような砂中子除去装置１０を使用して、鋳造品２に鋳込まれている砂中子１を除去する方法について説明する。
　鋳型から取り出された直後の鋳造品２は、まだ高温であり、砂中子１を鋳込んでいる。この状態の鋳造品２を図２示すように鋳造品取付台１１にセットして固定し、過熱水蒸気供給配管部４の先端部４ａを砂中子１側に接続する。この時、図１に示す開閉操作弁Ｖ１～Ｖ５は夫々閉じている。それから、開閉操作弁Ｖ１、Ｖ２及びＶ３を夫々開放操作し、過熱水蒸気発生装置３のボイラー７及びヒーター８を作動させ、ボイラー７で作られた飽和水蒸気をヒーター８に送給して過熱水蒸気を発生させ、この過熱水蒸気を過熱水蒸気供給配管部４の先端部４ａから砂中子１の上端部に供給して、砂中子１への過熱水蒸気の吹き込みを開始する。この時、過熱水蒸気供給配管部４の先端部４ａから供給される過熱水蒸気の圧力は、大気圧（０．１МＰａ）より高い、例えば０．２МＰａとされ、また過熱水蒸気の温度は例えば約６５０℃とされる。
　こうして砂中子１への過熱水蒸気の吹き込みを開始したならば、酸素供給源６の酸素ボンベ５Ａ又は外気を導入圧縮するコンプレッサー５Ｂのうち例えば酸素ボンベ５Ａ側の開閉操作弁Ｖ４を開放操作して、この酸素ボンベ５Ａから飽和水蒸気送給管部９内の飽和水蒸気に、この飽和水蒸気と同じく０．２МＰａの酸素を連続的に混入させる。酸素を混入した飽和水蒸気は、ヒーター８で加熱されて過熱水蒸気となり、この過熱水蒸気と酸素の混合ガスＳ（図２参照）が過熱水蒸気供給配管部４の先端部４ａから砂中子１の上端部に吹き込まれる。
　上記のように圧力が約０．２МＰａ、温度が約６５０℃の過熱水蒸気と酸素との混合ガスＳを砂中子１に例えば５分間吹き込むと、砂中子１の保形用樹脂である例えばフェノール樹脂は、混合ガスＳ中の酸素に触れることにより燃焼して気化し、砂中子１の保形力が低下する。即ち、砂中子１には、上記のように６５０℃という高温の過熱水蒸気とこれに積極的に混入された酸素が十分に吹き込まれるために、保形用樹脂であるフェノール樹脂は、酸素との化合により、実験の結果約８６０℃という高温の燃焼ガスにより完全燃焼してＣＯ２とＨ2Ｏとに分解し、大気中に放出される。このようなフェノール樹脂の燃焼分解によって、砂中子１は、巨視的に見て多孔状となって砂密度が減少し、砂中子１の保形力が短時間で急激に低下する。また砂中子１の保形用樹脂が完全燃焼して分解することにより、残存する廃砂を新砂の状態となる砂粒子として、そのまま使用することができる。また、大気中に放出されるＣＯ2とＨ2Ｏは無害であるから、環境にも優しい。
　因に、砂中子１に過熱水蒸気が吹き込まれても、砂中子１に酸素が供給されなければ、保形用樹脂が炭化反応を起こして、その炭化物がそのまま砂中子１中に残存することになるため、砂中子１は硬くなって崩壊しにくく、廃砂の再生にあたっては再生処理が必要となる。尚、砂中子１に酸素を供給しなくても、鋳造品２の隙間等から空気が入り込むことがあるが、そのように隙間等から入り込む程度の空気では、酸素の導入が不十分であり、保形用樹脂は燃焼不十分となって、炭化反応を起こすことがある。従って、砂中子１の保形用樹脂を酸化させるためには、この発明の方法のように、砂中子１に吹き込まれる過熱水蒸気に対し酸素を積極的に導入する必要がある。
　ここで、過熱水蒸気の特性について説明すると、過熱水蒸気は、１００℃で沸騰気化した水分子（空気を含まない）を常圧のまま、１００℃以上に加熱した高温の水蒸気のことで、温度の上限は１０００℃以上まで上昇させることは可能である。この過熱水蒸気は、同じ温度の高温空気と比べて約４倍の熱容量を有していることから、対象物を極めて短時間で完全に乾燥させることができる。また、過熱水蒸気の伝熱特性は、高温空気が対流伝熱のみであるのに対し、対象表面での水蒸気の凝縮による大きな凝縮伝熱が加味されて、対象物の温度が極めて短時間に上昇することである。また、過熱水蒸気は、１７０℃よりも低温域では、保水性が強く、それ以上の高温域では、乾燥力が非常に強くなると共に、脱脂洗浄作用を発揮する。
　従って、図１及び図２に示すように、鋳造品２に鋳込まれている砂中子１に対しその上方から、上記のような特性を有する過熱水蒸気と、これに間断なく積極的に混入された酸素との混合ガスＳを、その圧力が約０．２МＰａ、温度が約６５０℃の条件下で、例えば５分間吹き込むと、砂中子１中は例えば８６０℃の高温の燃焼ガスに昇温されることになり、これによって砂中子１中の保形用樹脂が完全に燃焼して気化し、砂密度が減少し、砂中子１の保形力が急激に低下して、容易に崩落可能な状態となり、図２に示す開口１４の下端部１４ａから自重によって自然落下し、鋳造品２から完全に除去排出される。
　上述した砂中子除去方法の説明では、砂中子１への過熱水蒸気の吹き込み開始後に、酸素供給源６の酸素ボンベ５Ａと外気を導入して圧縮空気を生成するためのコンプレッサー５Ｂのうち酸素ボンベ５Ａ側の開閉操作弁Ｖ４を開放操作して、この酸素ボンベ５Ａから飽和水蒸気送給管部９内の飽和水蒸気に酸素を供給したが、酸素ボンベ５Ａに代えてコンプレッサー５Ｂを減圧調整弁（レギュレーター）で０．２МＰａ～０．３МＰａに減圧した圧縮空気を開閉操作弁Ｖ５で開放操作して、飽和水蒸気送給管部９内の飽和水蒸気に空気を供給してもよい。圧縮空気の組成は、約８割が窒素、約２割りが酸素であるから、この圧縮空気中の酸素をそのまま利用することができる。
　また上述した砂中子除去方法の説明では、砂中子１の保形用樹脂の保形力が燃焼可能な所要温度に加熱された過熱水蒸気とこれに積極的に混入された酸素とを砂中子１に吹き込んで、そのような高温の過熱水蒸気と酸素が砂中子１の保形用樹脂に触れることにより、その保形用樹脂を燃焼させ、それにより砂中子１の保形力を低下させるようにしているが、このような工程だけでは、砂中子１を鋳造品２から完全に除去排出させることができない場合には、過熱水蒸気と酸素との吹き込み工程の後の段階で、エアハンマー１２による打撃又は起振機１３による振動の何れか、あるいはその打撃及び振動の両方を鋳造品２に与えることによって、砂中子１を鋳造品２から確実に除去排出することができる。
　また、打撃及び又は振動を鋳造品２に与える工程は、砂中子１の材質、容量、形状等により、上記のように過熱水蒸気と酸素との吹き込み工程の後に行なってもよいし、この吹き込み工程の前に行なってもよく、あるいは過熱水蒸気と酸素との吹き込み工程と同時に平行して行なってもよい。何れにしても、鋳造品２に打撃を与えることにより砂中子１にクラックを発生させて、砂中子１の崩壊を容易にすることができるし、また鋳造品２に振動を与えることにより、砂中子１の全体に振動による衝撃を与えて砂中子１の崩壊を容易にすることができる。
　図１に示す砂中子除去装置１０では、酸素供給源６を、過熱水蒸気発生装置３のボイラー７とヒーター８をつなぐ飽和水蒸気送給管路９に接続しているが、この酸素供給源６は、図３に示す砂中子除去装置１０のように過熱水蒸気発生装置３のヒーター８と砂中子１とをつなぐ過熱水蒸気供給配管部４につないで、酸素を、ヒーター８から出てくる過熱水蒸気に混入させるようにしてもよい。図１に示すように、ヒーター８の前に酸素供給源６を接続した場合は、ヒーター８を構成する部品が若干酸化劣化されるという難点があるが、ヒーター８によって飽和水蒸気と酸素が同時に加熱されるため、高温の過熱水蒸気を供給することができる利点がある。これに対し、図３に示すように、ヒーター８の後に酸素供給源６を接続した場合には、過熱水蒸気が酸素供給源６の冷たい酸素に触れることから、若干温度の低下した過熱水蒸気が供給されるという難点はあるが、酸素供給源６からの酸素がヒーター８に触れることがないため、ヒーター８の構成部品が酸化劣化するようなことがなく、長期に亘って安定した使用ができるという利点がある。また、図１及び図３に示す砂中子除去装置１０では、酸素供給源６として、酸素ボンベ５Ａと外気取り入れ用コンプレッサー５Ｂを並設して何れかを選択的に使用できるようにしているが、酸素ボンベ５Ａのみ、あるいは外気取り入れ用コンプレッサー５Ｂのみ設けてもよい。
　図４は、砂中子１が鋳込まれている鋳造品２のテストピース２０を示すもので、このテストピース２０の上端部に、図１又は図３に示す砂仲子除去装置１０の過熱水蒸気供給配管部４の先端部４ａが接続される。図４において、２１は、図１又は図３に示す砂中子１に対応する砂中子である。２２は、鋳造品２に対応する円筒状の鋳造品で、アルミニウム製のパイプ材からなり、長さを２２０ｍｍ、内径を３４ｍｍ、外径を４６ｍｍ、厚みを６ｍｍとしている。又、図４において、２３～２６は、熱電対からなる温度センサーを示し、２３は、過熱水蒸気供給配管部４の出口である先端部４ａ内部の温度センサーで、その計測位置をＯとする。２４は、過熱水蒸気供給配管部４の出口である計測位置Ｏからａに示すように３０ｍｍ下方にある位置Ａで砂中子２１の温度を計測する温度センサーである。２５は、計測位置Ｏからｂに示すように、１００ｍｍ下方にある位置Ｂで砂中子２１の温度を計測する温度センサー、２６は、計測位置Ｏからｃに示すように２００ｍｍ下方にある位置Ｃで砂中子２１の温度を計測する温度センサーである。
　図５は、上記のようなテストピース２０を使用して、砂中子１が鋳込まれている円筒状の鋳造品２２から砂中子２１を除去する際に、前記温度計測位置Ｏ～Ｃでの時間的な温度経過を示す折れ線グラフであり、図中の太線Ｏで示す折れ線は計測位置Ｏでの時間的温度経過、細線Ａで示す折れ線は計測位置Ａでの時間的温度経過、一点鎖線Ｂで示す折れ線は計測位置Ｂの時間的温度経過、二点鎖線Ｃで示す折れ線は計測位置Ｃでの時間的温度経過である。
　図５のグラフを参照して砂中子２１の時間的温度経過を見ると、過熱水蒸気供給配管部４の出口から例えば６５０℃の過熱水蒸気とこれに積極的に導入された酸素の混合ガスが砂中子２１に７分３０秒間供給される場合、計測位置Ｏの温度は、混合ガスの供給前の常温から６７０℃まで瞬時に上昇した後、一時的に６１０℃程度効果するも、徐々に上昇して、約７分後に約６９０℃はなり，その後降下している。砂中子２１の計測位置Ａでの温度は、当初の常温から約３０秒経過後に約１３０℃に上昇し、約１分半～３分経過する間に約３５０℃に上昇し、約３分５０秒経過した時点で約８６０℃まで急上昇している。これは、砂中子２１の保形用樹脂であるフェノール樹脂が燃焼したこと示す。この燃焼により、フェノール樹脂はＣＯ２とＨ2Ｏとに分解し、燃焼が終了すると、砂中子２１の温度は約４００℃程度まで降下していることが分かる。
　また、砂中子２１の計測位置Ｂでの温度は、約１００℃まで上昇するのに約４分３０秒かかり、その約２０秒後に約８６０℃まで急上昇しており、これは計測位置Ａと同様に、フェノール樹脂が燃焼したことを示し、燃焼が終われば、温度降下していることが分かる。また、砂中子２１の計測位置Ｃでの温度経過は１００℃前後を維持しながら約６分半を経過した後、フェノール樹脂の燃焼によって約８６０℃まで急上昇し、燃焼後は約４５０℃程度まで降下していることが分かる。このように、テストピース２０内の砂中子２１は、その長さ方向（過熱水蒸気吹き込み方向）に沿った３箇所の計測位置Ａ，Ｂ，Ｃでの燃焼温度が何れも約８６０℃という高燃焼温度を示していることから、テストピース２０内の砂中子２１の保形用樹脂であるフェノール樹脂は、その上端部から下端部にかけて順次連続して約８６０℃の高燃焼温度で燃焼され、砂中子２１中のフェノール樹脂が完全に燃焼除去されていることを読み取ることができる。
　上述したような図４及び図５によって説明した鋳造品２のテストピース２０による砂中子２１の除去テストによれば、砂中子２１は、この砂中子２１の鋳込まれている円筒状鋳造品２２の下端から自重により自然落下して、鋳造品２から完全に除去排出させることができた。一例を挙げると、重量比２．５％のフェノール樹脂が混合されている砂中子１に最大値７００℃、具体的には約６５０℃の上記混合燃焼ガスを吹き込むことによって約８６０℃に昇温しフェノール樹脂をほぼ完全燃焼して、砂中子１中に残存する保形用樹脂（フェノール樹脂）の残存比率を示すイグロス値（砂中子１中の残存樹脂量が低いほどイグロス値が低くなる。）は－０．０７％という完全除去された数値を示し、又、他の一例を挙げると、重量比２．７％のフェノール樹脂が混合されている砂中子１中に同様の条件で混合燃焼ガスを吹き込むことによってフェノール樹脂のイグロス値が０．０４％というほぼ完全除去された数値を示した。これにより、テストピース２０内の砂中子２１はテストピース２０からなる鋳造品２２中で完全崩壊されて、言い換えれば図１～図３に示される鋳造品２中の砂中子１は、鋳造品２中で完全崩壊されて廃砂状態で取り出され、従来のように鋳造品中に砂中子が残存することはなく、又、取り出された廃砂は樹脂成分が残存しないから新砂として再使用することが可能であることが立証された。
　上述した本発明の砂中子除去方法を実施するにあたり、過熱水蒸気の温度は、過熱水蒸気を砂中子に吹き込んだ時に砂中子の保形用樹脂が燃焼可能な温度であればよく、好ましくは５００℃～７００℃とされる。また、過熱水蒸気の圧力は、大気圧である０．１МＰａより高い例えば０．２～０．３МＰａの範囲が好ましい。また酸素ボンベ５Ａ又は外気取り入れ用コンプレッサー５Ｂから酸素又は空気を飽和水蒸気送給管部９内の飽和水蒸気又は過熱水蒸気供給配管部４内の過熱水蒸気に混入させる時の圧力は、過熱水蒸気の圧力と同じ例えば０．２～０．３МＰａの範囲とされる。
　また、上述した本発明方法を実施するにあたって、酸素供給源６からの過熱水蒸気への酸素の混入時期は、過熱水蒸気が砂中子１に吹き込まれて、砂中子１がこの過熱水蒸気で予め所要温度に加熱された後でもよいし、酸素を過熱水蒸気が砂中子１に吹き込まれるのと同時でもよい。
１　　　　　　砂中子
２　　　　　　鋳造品
３　　　　　　過熱水蒸気発生装置
４　　　　　　過熱水蒸気供給配管部
５Ａ　　　　　酸素ボンベ
５Ｂ　　　　　外気取り入れ用コンプレッサー
６　　　　　　酸素供給源
７　　　　　　過熱水蒸気発生装置のボイラー
８　　　　　　過熱水蒸気発生装置のヒーター
９　　　　　　飽和水蒸気送給管部
１０　　　　　砂中子除去装置
１１　　　　　鋳造品取付台
１２　　　　　エアハンマー
１３　　　　　起振機
１４　　　　　鋳造品の開口
２０　　　　　テストピース
２１　　　　　テストピースの砂中子
２２　　　　　テストピースの鋳造品
２３～２６　　温度センサー
 
 

Claims (10)

  1. 　砂中子が鋳込まれている鋳造品から砂中子を除去する方法であって、
    　砂中子の保形用樹脂が燃焼可能な温度に加熱した過熱水蒸気とこの過熱水蒸気に積極的に混入した酸素とを前記砂中子に吹き込んで、この砂中子の保形用樹脂を燃焼させることを特徴とする砂中子の除去方法。
  2. 　砂中子の保形用樹脂が燃焼可能な５００℃～７００℃の温度に加熱した過熱水蒸気とこの過熱水蒸気に積極的に０．２～０．３МＰａの圧力で混入した酸素とを前記砂中子に０．２～０．３МＰａの圧力で吹き込んで、この砂中子の保形用樹脂を燃焼させることを特徴とする請求項１に記載の砂中子の除去方法。
  3. 　前記鋳造品に打撃及び／又は振動を与える工程を有することを特徴とする請求項１に記載の砂中子の除去方法。
  4. 　前記過熱水蒸気として、ボイラーで作った飽和水蒸気をヒーターで加熱することによって発生する過熱水蒸気を使用する場合に、前記酸素は、ボイラーから出てくる飽和水蒸気に積極的に混入させることを特徴とする請求項１に記載の砂中子の除去方法。
  5. 　前記過熱水蒸気として、ボイラーで作った飽和水蒸気をヒーターで加熱することによって発生する過熱水蒸気を使用する場合に、前記酸素は、ヒーターから出てくる過熱水蒸気に積極的に混入させることを特徴とする請求項１に記載の砂中子の除去方法。
  6. 　砂中子が鋳込まれている鋳造品から砂中子を除去する装置であって、
    　過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置と、過熱水蒸気発生装置で発生した過熱水蒸気を鋳造品に鋳込まれた砂中子に吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部と、前記過熱水蒸気に酸素を積極的に混入させるための酸素供給源とを備えている砂中子の除去装置。
  7. 　５００℃～７００℃の過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置と、過熱水蒸気発生装置で発生した過熱水蒸気を鋳造品に鋳込まれた砂中子に０．２～０．３МＰａの圧力で吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部と、前記過熱水蒸気に酸素を積極的に０．２～０．３МＰａの圧力で混入させるための酸素供給源とを備えてなる請求項６に記載の砂中子の除去装置。
  8. 　前記鋳造品に打撃を与える打撃手段及び／又は鋳造品に振動を与える振動手段とを備えてなる請求項６に記載の砂中子の除去装置。
  9. 　前記過熱水蒸気発生装置が、飽和水蒸気を作るボイラーと、このボイラーで作った飽和水蒸気を更に加熱して過熱水蒸気を発生させるヒーターとからなる場合に、前記酸素供給源は、ボイラーとヒーターとをつなぐ飽和水蒸気管路に夫々接続されていることを特徴とする請求項６に記載の砂中子の除去装置。
  10. 　前記過熱水蒸気発生装置が、飽和水蒸気を作るボイラーと、このボイラーで作った飽和水蒸気を更に加熱して過熱水蒸気を発生させるヒーターとからなる場合に、前記酸素供給源は、ヒーターから出てくる過熱水蒸気を砂中子に吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部に夫々接続されていることを特徴とする請求項６に記載の砂中子の除去装置。
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