JPH06507839A - 金属鋳物を熱処理する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 金属鋳物を熱処理する 方法および装置 関連出願への相互参照 本出願は米国特許出願第０７７４１５．１３５号の一部継続出願である。

技術分野 本発明は、一般には中空の金属鋳物を熱処理する方法および装置に関する。詳し くは、砂型を有する金属鋳物を熱処理する方法および装置であって、この砂型を 取り除き、また砂型の材料を回収して再利用する向上した方法および装置に関す る。

発明の背景 シリンダーヘッド、エンジンブロックなどの中空の金属鋳物を製造する様々な方 法および装置が知られている。アルミニウムの鋳物を製造する従来のプロセスで は、典型的には、ブロックの外面輪郭を内壁に形成した鋳鉄製の「フラスコ型」 の金型を用いる。砂と有機結合剤との混合物により予め成形され、また鋳物の内 面輪郭をその外表面に形成した砂型が金型内に配備される。次に、この金型に溶 融アルミニウム合金を充填する。

アルミニウム合金を固化した後、鋳物を金型から取り外す。

未処理のアルミニウム合金は硬度および強度が所望のレベルに達しないことがあ るため、鋳物を熱処理して金属を強固にまたは硬化する必要がある場合が多い。

従来の製造プロセスでは、鋳物を熱処理する前に、砂を鋳物の内部から取り除く 。

作業者が気圧式チゼルで素材の内部から砂を掘り出す。次に鋳物は「砂落し」シ ステムに供給され得る。これは、砂をさらに粉砕して鋳物の内部からふり落とす ために鋳物を激しく揺り動かす振動テーブルである。砂が取り除かれると、鋳物 を高温で加熱し次に焼入れを行うことによって従来の方法で熱処理する。場合に よっては、鋳物をさらに低温で加熱しアルミニウム合金の「時効」を行う。

後で再利用するために、鋳物の内部から取り除かれた砂を回収することを望む場 合は、砂を処理するための工程をさらに行わなければならない。チゼルにより砂 の掘り出しおよび鋳物を振り動かすことによって取り除かれた砂は砂焼却装置に 送られ、そこで結合剤が焼却される。

アルミニウム合金の鋳物を製造する従来のプロセスには多くの欠点がある。チゼ ルによる堀り出しおよび振り落としによって砂を鋳物の内部から取り除く工程は 、その時点では硬化されていないアルミニウム合金に損傷またはきずを与える結 果となることが多い。さらに、砂落しプロセスは手作業で行わなければならず従 って労力集約型であるため、製造フロセスのコストが高くなる。また、再利用の ために砂を回収するのに必要な追加工程は時間がかかり、また労力および設備費 が余分に必要となる。砂を回収するプロセスはコストがかかると共に、結合剤の 廃棄生成物の取り扱いに関して環境問題を引き起こす。

金属物体を砂型鋳造する従来の方法および装置に関連する欠点のいくつかを克服 するために様々な努力がなされている。

１つの例が米国特許第４．４１１，７０９号に開示されている。ここでは、アル ミニウム合金の鋳物を製造する方法は、砂と有機樹脂結合剤とから形成される砂 型を内部に有する金型に溶融アルミニウム合金を鋳込む工程を包含する。合金が 固化した後、鋳物を振り動かして砂型を破壊することにより、砂型を形成するた めに使用した砂の約半分を容易に鋳物から除去し得る。

続いて、鋳物を加熱して、砂型の残りの部分の有機樹脂結合剤を焼却する。これ により砂の結合が解かれ、残りの砂の約８０％（砂型全体の約４０％）が重力に より鋳物から落下する。この後、水浴で鋳物の焼入れを行い、鋳物に水を流すこ とにより鋳物中の残りの砂を取り除く。

上述の米国特許第４．４１１．７０９号に開示された方法では、鋳物から砂型を 振動により落とすプロセスが排除されるため、従来の技術より優る利点がいくつ か得られるが、依然として、熱処理の前に鋳物を振り動かすまたは激しく揺する 必要があるため、および砂を回収して後で再利用するために必要な工程を追加す る必要があるため不利である。上述の特許はまた、金属の硬度を高めるための時 効硬化プロセスを包含しない。

さらに、上述の米国特許第４．４１１．７０９号で開示された方法は、鋳物から 砂を取り除くのに重力に依存するため、結合剤を焼却した後、平坦なおよび上側 が凹形状の表面では砂が落下せず残留することになる。

発明の要旨 後に明らかとなるように、本発明は従来の鋳造プロセスに関連する上記のおよび 他の欠点を克服する。一般には、本発明は、砂型を有する金属鋳物を熱処理する 方法および装置であって、砂型を取り除き、また砂型の材料を回収して再利用し 得る向上した方法および装置を提供する。本発明の方法および装置によれば、熱 処理の前にチゼルにより堀り出しまたは鋳物を振り動かす必要がないため、これ らの工程に関連して起こる損傷の可能性が排除される。さらに、本発明は砂を清 浄な状態で回収する。

より詳しく述べると、本発明は、結合剤により結合された砂を含む砂型を有する 金属鋳物を熱処理する装置である。炉は内部に鋳物を受容する作業室を含む。鋳 物と砂型とが、砂型の結合剤を燃焼させるのに十分な温度に加熱されるように、 加熱手段により作業室が加熱される。これにより結合剤が焼却して砂型の砂のみ が残る。装置はさらに、砂の一部が鋳物からふるい落とされるように、鋳物の周 りに空気流を通わせる空気通流手段を備える。作業室内に配置された、例えばス クリーンなどの手段が、砂型のうちの、結合剤が燃焼する前に鋳物からふるい落 とされる部分を保持する。炉と連動する手段により、鋳物からふるい落とされた 砂が集められる。このようにして集められた砂には結合剤は含まれず、再利用に 適したものとなる。

別の局面では、本発明の装置は、加熱された鋳物を浸漬させる水を入れるための 焼入れタンクを備えている。このタンクは鋳物内に残された砂がふるい落とされ るように水を撹拌するための撹拌手段を備えている。タンクと連動した集積手段 がふるい落とされた砂と水の一部をタンクから取り除き、水の大部分を砂から分 離する 本発明の別の局面は、結合剤により結合された砂を含む砂型を有する金属鋳物を 熱処理する方法を包含する。内部に砂型を有する鋳物は、砂型の結合剤を燃焼さ せるのに十分な温度に加熱される。これにより結合剤が焼却して砂型の砂のみが 残る。次に、砂の一部が鋳物からふるい落とされるように、鋳物の周りに空気流 を通わせる。結合剤材料が燃焼する前に鋳物からふるい落とされる砂型材料の塊 りは炉内で捕獲および保持され、ここで結合剤材料を燃焼させる。次に、鋳物か らふるい落とされた砂が集められ、このようにして集められた砂には結合剤材料 は含まれず、再利用に適したものとなる。

従って、本発明の目的は、金属鋳物を熱処理する向上した方法および装置を提供 することである。

本発明の他の目的は、砂型を金属鋳物から取り除く向上した方法および装置を提 供することである。

本発明の他の目的は、鋳物が損傷する危険を最小限にする、砂型を金属鋳物から 取り除く方法および装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、従来の方法および装置より労力およびコストが少な くてすむ、砂型を金属鋳物から取り除く方法および装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、砂型材料を再利用に適した状態で回収するため、回 収された砂をさらに処理する必要がない、砂型を鋳物から取り除く方法および装 置を提供することである。

本発明の他の目的、特徴、および利点は、図面および添付の請求の範囲との関連 において、以下の記述により明かとなる。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の、金属鋳物の熱処理、焼入れ、および時効を行う装置の第１の 実施態様の平面図である。

図２は、図１の装置の熱処理炉の一部破砕側面図である。

図３は、図２の熱処理炉の一部破砕端面図である。

図４は、図１の装置の焼入れタンクの一部破砕側面図である。

図５は、図１の装置の時効釜の一部破砕端面図である。

図６は、本発明の、金属鋳物の熱処理、焼入れ、および時効を行う装置の変形実 施態様の一部破砕側面図である。

開示された実施態様の詳細な説明 図面において、類似した参照番号は類似した構成要素を示す。図１は、本発明の 、金属鋳物の熱処理および時効を行う装置１０を示す。本実施態様においては、 金属鋳物は従来の方法でアルミニウム合金から鋳造されるシリンダーヘッドであ る。鋳造プロセスは当業者には既知であるため、本発明を構成する部分ではない 。従って、鋳造プロセスについては簡単に述べるにとどまる。

鋳造プロセスは、シリンダーヘッドの外面輪郭が内表面に形成された、鋳鉄製の フラスコ型の金型を使用する。砂と適切な結合剤とからなり、鋳物の内面輪郭を 画定する砂型が金型内に配備される。適用に応じて、結合剤はフェノール樹脂結 合剤、フェノールウレタン「コールドボックス」結合剤、または他の適切な有機 結合材料であり得る。次に、金型に溶融アルミニウム合金を充填する。合金が固 化したら、金型から鋳物を取り出して熱処理および時効を行う。

熱処理および時効を行う装置は、熱処理炉１１と焼入れタンク１２と時効釜１３ とを備えている。本実施態様では、これら３つの構成要素はＵ形状に配置され、 熱処理炉１１がＵ形の一方の脚部、焼入れタンク１２がＵ形の基部、および時効 釜１３がＵ形の他方の脚部を構成する。しかし、スペースが制約される場合は、 直列形状またはＬ形状の配置もまた使用し得る。

図２および図３に示すように、熱処理炉１１は内部に作業室１５を形成する。炉 １１は多くの異なる領域１６を有する。

これら領域の特徴および目的については後述する。本実施態様では、炉は参照番 号１６Ａ〜Ｈで表わす８つの領域を有する。しかし、領域１６の数は重要ではな く、炉を分割する領域の数は、個々の適用に応じてこれより多くても少なくても よい。

炉１１の各領域内には、一対のバーナー１８が垂直側壁１９に取り付けられ、対 角に配置されて互いに対向する方向に発火して炉の作業室１５を加熱する。バー ナー１８は従来の、中位の速度の適度な空気バーナーであり、これらは多くの異 なる製造業者により市販されている。図３に示すように、各バーナー１８は、バ ーナーに天然ガスを供給するための燃料ライン２０を有する。空気ライン２２に よってバーナーと連通ずる燃焼空気送風装置２１により燃焼空気がバーナーに供 給される。空気ライン２２内にはバタフライバルブ２３が配置され、バーナー１ ８に送風される空気量を制御するように調整され得る。

／（−ｆ−１８１；ｉ、炉１１の作業室１５を約８５０＠〜１００００Ｆのｍ度 に加熱するように設計されている。本実施態様では、作業室１５は約９８０°Ｆ の温度に加熱される。第１領域１６Ａおよび第４Ｑ域から第８領域１６Ｄ−Ｈの バタフライバルブ２３は、各々のバーナー１８に１０〜１菖の酸素を導入するよ うに調節される。第２領域１６Ｂおよび第３領域１６Ｃのバタフライバルブ２３ は、各々のバーナー１８に１３〜１７％の酸素を導入するように調節される。各 領域１６に送られる酸素の量を制御する機能と目的については後述する。

炉１１はさらに、加熱領域１６の上流側に配置される予熱室２４を有する。加熱 領域１６からの排気ガスが予熱室２４を通ってこれを約ｓｏｏ’〜７００’　Ｆ に加熱する。予熱室２４を加熱するためにバーナーではなく排気ガスを利用する ことによって、相当量のエネルギーが節約される。炉１１は上流端部２６に人口 ドア２５および下流端部２８に排出ドア２７を有する。別のドア２９により予熱 室２４が加熱領域１６から分離される。炉の壁を通しての熱の損失を防ぐために 、セラミックファイバー絶縁層３０が炉の外壁３１の直向側に設けられている。

セラミックファイバー絶縁層の内側面には金属ライナー３２が設けられている。

金属ライナー３２の目的は、飛散する砂の摩耗効果から絶縁層３１を保護するこ とである。

これについては後でさらに詳しく述べる。

炉１１の作業室１５内には、素材を支持、および矢印３８により示す移動方向に 炉を通って搬送するための複数の駆動ローラ３６を有する炉床３４が設けられて いる。ローラ炉床３４およびローラ３６の駆動メカニズムは当業者には既知の従 来の設計のものである。炉１１の入口および出口位置では、ローラ炉床３４は、 素材を炉へおよび炉から迅速に搬送するための高速クラッチ作動ローラを備えて いる。さらに、ローラ炉床３４の、素材を炉の予熱室２４がら加熱領域１６に搬 送する部分もまた、高速のクラッチ作動ローラを備えている。

炉ｌｌ内に配置されるローラ炉床の大部分は一定の速度で駆動される。

鋳物の炉１１への積載および炉内での搬送を容易にするために、鋳物をバスケッ ト４ｏに積み込んで、このバスケットをローラ炉床３４に載置して炉を通して搬 送することが行われる。本実施態様では、各バスケラ１−４０は４０〜５０個の 素材を保持する。バスケラｌ−４０は開放構造であるため、素材からふるい落と された砂はバスケットから自由に落下する。素材から砂を容易に除去するために 、砂がさらに容易に落下するように素材はバスケｙ）４０内に斜めに配置される 。

さらにローラ炉床３４について述べれば、ローラ炉床が炉１１を通して素材を搬 送する速度は、装置１０の生産能力の関数である。従って、炉１１が新しい素材 バスケットを３５分毎に受け入れるようにされた本実施態様では、ローラ炉床３ ４は、先行する素材バスケットを３５分以内に、次の素材バスケットを炉内に入 れるのに少なくとも十分な距離だけ離れた地点まで搬送していなければならない 。本実施態様では、バスケットの大きさおよび装置の生産要件に基づいて、ロー ラ炉床３４は時速約６フイートの速度で素材を炉１１を通して搬送する。

ローラ炉床３４の速度が与えられると、ドエル時間、すなわち素材が炉１１の作 業室１５内で露出される時間は炉の長さの関数である。時速６フイートで移動す るローラ炉床３４で素材を６時間熱処理することを望む場合は、炉１１の長さは １個のバスケット４０の長さおよびドア端部の隙間を加えて少なくとも３６フイ ートなければならない。

各領域の垂直中央線には、炉１１の上部４５に軸流ファン４４が取り付けられて いる。ファン４４は対応する領域内の空気を還流させて毎分３０００〜５０００ フイートの空気流を提供する。炉１１の最初の５つの領域１６Ａ〜Ｅでは、ファ ン４４は配管４６によって空気を作業室１５へと下方向に流す。第６領域１６Ｆ では、側流配管（図示せず）によって空気は素材の周りを平行に流れる。第７領 域１６Ｇでは、ファン４４は空気を作業室１５内を通って上方向に流す。第８領 域１６Ｈでは、ファン４４は最初の５つの領域１６Ａ〜Ｅと同様の方法で配管４ ６によって、空気を作業室１５へと下方向に流す。各々の領域１６内で空気流パ ターンを変える理由については、後に詳しく説明する。

炉１１内のローラ炉床３４の下方には複数のステンレススチール製の樋５０が配 備されている。この目的は、作業室１５内で鋳物から落下する砂を集めるためで ある。樋５０の内壁は平坦で水平方向に対して４５°傾いている。壁は、砂が「 ブリッジ」を生じることな（樋５０の底に落下するのに十分な角度とされる。湿 った砂を扱う従来の樋は典型的には６０°の角度の壁を有するが、炉１１内の樋 ５０は極めて乾燥した砂のみを扱うため、４５°以下の角度の壁でも砂が樋にブ リッジを生じることなく砂を集め得る。

最初の３つの領域１６Ａ〜Ｃの各々には、ローラ炉床３４の下方および樋５０の 上方に１７４インチのスクリーン５２が配置されている。スクリーン５２は鋳物 からふるい落とされる、して樋５０に落ちるのを防ぐ。砂型を融合させているフ ェノール樹脂結合剤が完全に焼却する前に素材からふるい落とされ得る砂型材料 の塊りはすべてスクリーン５２上に保持される。スクリーン５２上に集められた 砂型材料の塊りは、炉１１内の熱および酸素を多く含む空気流に曝されるうちに 、結合剤が焼却し、この時点で塊りが分解する。塊りが１７４インチより小さい 大きさに分解すると、砂はスクリーン５２を透過して落下する。

スクリーンの目が細かいと、鋳物からふるし）落とされる砂流により詰まること が多いため、１７４インチより小さく蔦大きさのスクリーンは実用的でないこと が分かつて−）る。また、所望であれば、スクリーン５２は領域１６Ａ−Ｈのす べてにおいて樋５０を横断して配置し得るが、砂型材料の塊り力（鋳物からふる い落とされる危険性が最も大きいのは最初の３つの領域１６Ａ−Ｃ内であること が分かつて一喝。従って、本実施態様では、スクリーンは領域１６Ａ−Ｃの樋の 上方のみ：こ配置され、残りの領域１６Ｄ−Ｈの樋の上方に（まスフ１ノーンは 必要ない。

本実施態様はさらに、樋５０の上方およびスクリーン５２の下方に複数の逆Ｖ字 形のバッフル５３を配備している。スクリーン５２を透過する砂はバッフル５３ に突き当り、バッフルの傾斜側面を転がり落ちる。このようにして、砂の小さい 塊りが落下する場合でも樋５０に落ちる前にさらに破砕される。本実施態様では 、パブフル５３は下端部に上向きのフランジを有し、これらフランジによりパブ フルは構造的に強固となり、また砂粒子が樋５０に落下する前に衝突する別の表 面が提供される。

図３に示す配管４６についてさらに詳しく述べると、配管は下端部５５で終結す る垂直壁５４を有する。配管４６の下端部５５とローラ炉床３４との間には狭い 間隔５６が形成されている。間隔５６の寸法は、ローラ炉床３４の上方に戻り空 気流路が形成されないように厳密に制御される。代わりに、空気流はローラ３６ 間を通り、スクリーン５２およびパブフル５３をかすめて通った後、配管４６の 垂直壁５４の外側を上方向に戻る。この空気流の重要性については後述する。

スクリューコンベヤーすなわちオーガー５８の一方の端部が谷樋５０の底と連通 し、谷樋に集まる砂を取り除く。本実施態様では、スクリューコンベヤー５８は 定期的に運転されｖ１５０を空にする。砂の大部分が最初の３つの加熱領域１６ Ａ−Ｃの樋に集められるため、これらの領域の樋と連通したオーガー５８は１５ 分毎に２分間運転される。残りのスクリューコンベヤー５８は２５分毎に２分間 だけ運転される。すべてのスクリューコンベヤー５８は砂を鋼鉄製の振動砂コン ベヤー５９に空ける。このコンベヤーは、損傷を受けずに９゜Ｏ°Ｆ程度の高温 の材料を収容し得る、往復移動を行う鋼鉄製の床を有する。コンベヤー５９は再 生された砂を中央集積容器６０まで搬送し、ここで再利用のため保管される。

次に、図４に示すように、熱処理炉の下流側の端部には焼入れタンク１２が配備 されている。焼入れタンク１２の容量は一度に浸漬される素材の数およびその大 きさ、素材を構成する合金の比熱、および素材が加熱された温度の関数である。

好ましくは、焼入れタンク１２は、タンクに浸漬される一回分の素材による水温 上昇が１０°Ｆを超えないように十分な水を貯留すべきである。本実施態様では 、水４．０００ガロンの容量を有する焼入れタンク１２によってこの要件が満た される。

タンクに素材バスケットを浸漬するために、焼入れタンク１２は従来のラックア レンジメント６２を有する。ラック６２は、素材をラックに送るための複数の駆 動ローラ６４を有する。素材バスケットは、ラック６２が図４に実線で示す上昇 位置にあるとき、ラックに積載される。この時点でローラ駆動メカニズムは停止 され、素材を載せたラック６２はエアーシリンダー（図示せず）によってタンク １２内に下ろされ、素材バスケットは図４に点線で示す最も低い位置に到達する 。

焼入れタンク１２は完全に自動化され、炉の排出ドア２７が開口を始めた後１０ 秒以内には積載物を完全に浸漬させるように設計されている。焼入れタンク１２ は水を適切な焼入れ温度まで予熱し、各サイクル後に焼入れ温度に戻すために冷 却プレート６６を備えている。焼入れタンク１２はまた、タンクの水を撹拌する ためのツインプロペラ撹拌器６８と方向羽根とを備えている。素材を約８分間浸 漬した後、エアーシリンダーが作動してラック６２を上昇させ素材をタンク１２ から引き上げる。当業者には周知のように、以上述べた焼入れタンク１２の特徴 のすべては既知である。

上述の従来の特徴に加えて、焼入れタンク１２は、焼入れプロセスの間に素材か ら解放され得る砂を回収するための他の特徴を有する。タンク１２は基部内に樋 ７２を備えて、鋳物からふるい落とされ水に沈澱する砂を樋の底に集める。樋７ ２の底には水密のスクリューオーガー７４が配備され、このオーガーは保持領域 ７６と連通している。２重の仕切り板を有するスラリーポンプ７８により、保持 領域７６の底から材料が吸引され、振動砂乾燥器８０に搬送される。振動砂乾燥 器８０は従来の設計のものであるため、図面には概略のみを示す。砂乾燥器８０ は振動し回転する１５０メツシユのスクリーンを有し、このスクリーンは、水は 通すが１５０メツシユより大の粒子物質は通さない。大きすぎてこのスクリーン の開口部を通過できない粒子物質は振動により砂コンベヤー５９に移される。ス クリーンを透過する水は落下してスクリーンの下の集水器に収容される。集水器 は３０ガロン容量のタンクと流体連通し、このタンクから水は定期的に焼入れタ ンク１２に移される。

焼入れタンク１２から取り出された素材は時効釜１３に導入され、析出硬化を行 って鋳物の硬度を増大させる。時効炉は従来の設計のものであるため説明は簡単 にする。図５に示すように、本実施態様の時効釜１３は４つの領域からなる釜で あり作業室８５を有する。釜１３は釜外ｌ！８６、セラミックファイバーの絶縁 ブランケット８８、および金属ライナー。

９０を有する。釜１３の長さ方向の中心線に沿って配置されたファン９２により 、釜の作業室８５全体に加熱空気が循環する。作業室８５を通って素材を搬送す るために、釜１３は、素材を釜を通って搬送させるためのローラ炉床９４を有す る。

炉１１のローラ炉床３４と同様に、ローラ炉床９４の、素材を釜１３へ入れるお よび釜から取り出す部分は、高速のクラッチ作動ローラを備えている。釜１３内 に配置されるローラ炉床９４の大部分は一定の速度で素材を搬送する。炉１１の ローラ炉床３４の速度に関連して上記に説明したように、ローラ炉床９４の最低 速度は装置１０の生産要件によって決定される。このようなローラ炉床９４の必 要最低速度による制約が与えられる場合は、素材が釜１３内に露出される最大ド エル時間は釜の長さの関数である。本実施態様では、ドエル時間は約４時間であ るが、鋳物に使用される合金および鋳物に必要とされる特徴に応じて、２０時間 までの時効時間に対しては、より長い釜が所望され得る。

釜１３は、釜の内部を加熱するための多くのバーナー９６を有する。本実施態様 では、バーナー９６は釜の内部を４５０’±５６Ｆの温度に加熱する。しかし、 時効される合金および所望の硬度に応じて釜内の温度は２５０＠〜５００’　Ｆ であり得る。

時効釜１３は下部分に一連の樋９８を有する。しかし、砂のほとんどは熱処理工 程および焼入れ工程の間に取り除かれているため、素材が時効釜１３に導入され るとき素材に残された砂の量はと（僅かである。釜１３ではふるい落とされる砂 の量は非常に僅かであるため、砂を自動的に集めて中央再生砂置場に搬送するた めの設備は設けられていない。これに代わって、樋９８は比較的長い間隔で釜の 定期点検時に空にされ得る。

次に装置１０の操作について説明する。鋳物の溶融アルミニウム合金が固化する と、鋳物は各々の金型から取り出されバスケット４００１つに移される。バスケ ット４０の各々は４０〜５０個の素材を保持するのに十分な大きさであり、前述 のように、開放構造であるため砂は自由にこれを通り抜ける。

素材の空洞部から砂を容易に取り除（ために、素材をバスケット４０内に斜めに 配置すると有利であり得る。

素材バスケット４０は炉１１の上流端部２６でローラ炉床３４上に載置される。

炉１１の入口ドア２５が開口し、高速のクラッチ作動ローラが素材バスケット４ ０を予熱室２４に搬送する。炉１１からの排気ガスが予熱室２４を通り、素材を 約３８０”　Ｆの温度まで上昇させる。素材は、先行するバスケットが、次のバ スケットを炉内に入れるのに十分な距離だけ離れた地点に移動するまで予熱室４ ８内で露出される。従って、本実施態様では、素材は予熱室で約３５分間露出さ れる。

先行するバスケットが炉内の離れた地点まで移動して次のバスケットが入るのが 可能になると、予熱室２４と作業室１５との間のドア２９が開いて、高速のクラ ッチ作動ローラがバスケット４０を作業室に搬送する。

天然ガス発火バーナー１８により炉１１の内部が約９８０’　Ｆの温度に加熱さ れる。この温度は、鋳物を熱処理するだけでなく、砂型を融合している有機結合 剤を焼却するのに十分な温度である。従って、鋳物が炉１１の作業室１５内で加 熱されると、結合剤が焼却し砂型材料からなくなる。結合剤が焼却すると、砂型 を構成する砂が解放される。砂は重力、およびファン４４により炉内に生成され る毎分３０００〜５０００フイートの空気流によって鋳物からふるい落とされる 。

前述のように、８つの領域１６のうちの第２領域１６Ｂおよび第３領域１６Ｃで は１３〜１７％の酸素が、一方残りの領域１６Ａおよび１６Ｄ〜■（では１０〜 １３％のみの酸素が供給される。

このような燃焼の大部分は第２領域および第３領域で起こることが分かつている 。第１領域１６Ａでは鋳物および砂型＋１燃焼温度９８０°Ｆまで加熱され、後 の領域１６Ｄ−Ｈでは燃焼は実質的に完了している。さらに、燃焼の大部分が起 こる領域では、有機結合剤材料の燃焼は約４〜５％の酸素を消費する。従って、 領域１６Ｂおよび１６Ｃのバーナー１８は、結合材料の燃焼によって消費される 酸素を補償するためおよび燃焼プロセスを促進するために、他の領域に比べて約 ４〜５％だけ多い酸素が供給されるように調節される。しかし、残りの領域１６ Ａおよび１６Ｄ−Ｆでは、バーナー１８は領域１６Ｂおよび１６Ｃが必要とする ような過剰量の空気を供給するようには調節されない。加熱すべき過剰量の空気 がないため、燃焼がより少ないこれらの領域のバーナーは、炉のすべての領域に 過剰量の空気が供給されると想定した場合に比べて、より効率的に作動し得る。

素材と素材内の砂型とは約１時間にわたって９８０’　Ｐの温度に加熱される。

素材が９８０”　Ｆの「ソーク」温度に達すると、素材は炉内にさらに５時間放 置される。従って、炉内には合計６時間露出される。他の適用では、使用する合 金および所望の金属特性に応じて、ソーク時間は１２時間程に長くてもまたは４ 時間はどに短くてもよい。

素材は、最初の５つの領域１６Ａ−Ｅを通って搬送されるとき、下向きの空気の 乱流に曝される。素材が第６領域１６Ｆを通過するときは、側流配管により空気 は素材の周りを平行に流れる。次に、素材が炉１１の第７領域１６Ｇを通過する ときは、作業室１５を通って空気を上向きに送る各ファン４４によって生じる上 向きの空気の乱流に曝される。最後に、素材が第８領域１６Ｈを通過するときは 、素材は再び下向きの空気流に曝される。この一連の下向き、横向き、上向き、 および下向きの乱流により、砂の約８５％を素材からふる０落とすことができる 。

当業者には明らかなように、毎分３０００〜５０００フイートの空気流によって 炉内に飛散する砂粒子により、炉１１の内表面が摩耗する恐れが十分にある。従 って、炉のセラミックファイバー絶縁層３１への損傷を防ぐために、金属ライナ ー３２を設は得る。

鋳物からふるい落とされる砂はバスケット４０を通り抜けて落下し、ローラ炉床 ３４のローラ３６間の間隙を通り、スクリーン５２を透過して、バッフル５３に 衝突して炉床の下方の樋５０に落ちる。炉の最初の３つの領域にわたって素材か らふるい落とされ得る、有機樹脂により結合されたままの砂の塊りは、樋５０の 上方のスクリーン５２上に捕獲され、炉の熱により残りの結合剤が焼却するまで ここに留まる。残りの結合剤が焼却すると、砂の塊りは分離し、砂はスクリーン ５２を透過して落ち、バッフル５３に衝突することによりさらに塊りが砕かれ、 樋５０に落ちる。

樋５０に落下する砂はスクリューコンベヤー５８によって通常の砂コンベヤー５ ９まで搬送され、次にこのコンベヤーが集積容器６０まで搬送し、砂は再利用さ れる。このように回収される砂は、熱処理プロセスの間に有機樹脂が焼却してい るため実質的に純粋である。

素材が熱処理炉１１の下流端部９４から退出すると、次に焼入れが行われる。焼 入れタンク１２内の水は適切な焼入れ温度に予熱される。鋳物バスケット４０は 駆動されたローラ６４によってラック６２に積載される。ラックは、炉の排出ド アが開口を始めた後１０秒以内に水に浸漬される。素材が浸漬されている間、ツ インプロペラ６８によりタンク内の水が撹拌され、また方向羽根により素材の周 りの水の流れの向きが決められる。撹拌された水により素材の空洞に残った砂が すべて素材から洗い流されタンク１２に流出する。素材は約８分間浸漬され、こ の浸漬が終わるとエアーシリンダーの作動によりラブクロ２が持ち上げられてタ ンク１２から取り出される。素材が焼入れタンクから取り出されたときには、残 りの砂の実質的にすべてが鋳物から取り除かれている。次に鋳物の時効が行われ る。

一方、焼入れタンク１２で鋳物から洗い流された砂は沈澱してタンクの底の樋７ ２に集められる。スクリューオーガー７４により砂と水とよりなるスラリーが保 持領域７６に搬送され、また２重の仕切り板を有するポンプ７８によりスラリー は振動砂乾燥器８０へと移動する。スラリーに含まれる水は振動スクリーンを透 過してスクリーンに隣接した集水器に落下する。このようにして砂から分離した 水は保持タンク８２に搬送され、ここから焼入れタンク１２に戻される。振動ス クリーンの上部に残された砂はスクリーンから砂コンベヤー５９に排出され、こ こで炉１１の樋５０からの砂と合流して再生容器６０へと搬送される。

焼入れプロセスが完了すると、素材は時効釜１３に導入される。バーナー９６が 釜１３の作業室８５を約４５０’　Ｆに加熱する。素材バスケット４０はローラ 炉床９４により、釜１３の作業室８５をゆっくりと搬送され、約４時間にわたっ て本実施例の釜の温度４５０’　Ｆに曝される。前に示唆したように、時効釜１ ３内でのドエル時間は、使用される特定の合金および鋳物の所望の金属特性に応 じて４〜１２時間であり得る。

作業室８５内の空気をファン９２によって還流させることにより、素材の均一な 加熱が促進される。時効プロセスの間に素材からふるい落とされる砂は沈下して 釜１３の底の樋９８に集められる。素材が時効釜１３から送り出されると、加熱 および時効プロセスが終了する。

上述の装置１０の操作の説明により理解されるように、本発明の第１の特徴は、 鋳物および砂型を炉１１の熱に露出することによって、砂型を結合しているフェ ノール樹脂を燃焼させることである。このような燃焼の大部分は８つの領域のう ちの第２領域および第３領域でおこることが分かつている。

第１領域１６Ａでは鋳物および砂型は燃焼温度９８０°Ｆまで加熱され、後の領 域１６Ｄ−Ｈでは燃焼は実質的に完了している。従って、領域１６Ｂおよび１６ Ｃのバーナー１８は、これらバーナーに必要な過剰量の空気が供給されるように 調節され、これによって、これらの領域では燃焼プロセスを促進するのに十分な 酸素が確実に供給されるようにする。本実施例では、領域１６Ｂおよび１６Ｃの バーナーは１３〜１７％の酸素を供給するように調節される。しかし、残りの領 域１６Ａおよび１６Ｄ〜１６Ｆでは、バーナー１８は１０〜１３％のみの酸素を 供給するように調節される。加熱すべき過剰量の空気がないため、燃焼がより少 ないこれらの領域のバーナーは、炉のすべての領域に同じ過剰量の空気が供給さ れると想定した場合に比べて、より効率的に作動し得る。

上述の実施態様は連続プロセスに関して開示している。すなわち、素材は装置ｌ Ｏに連続的に導入される。従って、複数の素材がプロセスの異なる工程で同時に 処理されている。

この連続工程では、素材のいくつかに対して熱処理が行われているとき、同時に 他の素材に対しては焼入れ処理が行われており、さらに他の素材に対しては時効 が行われている。実際、あらゆる特定の時間において、複数の素材バスケットが 炉１１内の様々な位置で処理されている。い（つかは熱処理プロセスが始まった ばかりであり、一方、いくつかはこのプロセスがさらに進んだ位置で処理されて いる。すべてが装置内で連続的に前進している。しかし、本発明は、いかなる所 定の時間においても１つのバッチの材料のみが処理されるバッチ処理にとっても また同様に適切である。

図６は本発明のバッチ式熱処理装置１１０を開示している。

バッチ装置１１０の構成部品のいくつかは前述の構成部品と同一であるため前述 の参照番号と同じ参照番号により示す。

従って、前述の構成部品は１００より小さい参照番号によって認識され得る。連 続型の熱処理炉に関連して述べていない構成部品は１００より大きい参照番号に よって示す。

装置１１０は脚部１１４上に持ち上げれられた高架式底開き炉１１１を有する。

空気圧、油圧、または機械的な力によって動力が与えられる昇降メカニズム１１ ６の動作によって、素材は炉１１１へ上昇およびこれから下降される。本実施態 様では、昇降メカニズム１１６は素材バスケット４ｏをひっかけるためのフック １１８を備え、これによりバスケット全体が持ち上げられ炉に入る。炉の底のス ライディングドア１２０は内部に一対の集抄機１２２を形成している。樋１２２ の上方に設けられたスクリーン５２により、１７４インチより大きい粒子が樋に 落下するのを防ぐ。空気圧により作動する高温のスライディングゲートは、選択 的に作動して樋１２２に集められた砂を排出する。

連続炉１１におけるように、バッチ炉１１０は、炉内の熱を保持するためのセラ ミックファイバー絶縁ブランケット１２４、およびこのセラミックファイバー絶 縁体を飛散する砂から保護するための金属ライナー１２６を備えている。炉の上 部に取り付けられたファン４４により毎分３０００〜５０００フイートの速度で 炉内の空気が還流する。炉１１０の側壁に取り付けられたバーナー１８が炉の作 業室１３０を加熱する。バーナー１８はここでも１２０〜１６０％過剰の空気を バーナーに供給する手段を有し、この結果、炉内の環境は１０〜１２％の酸素を 含有する。

高架式の炉１１０の下方には一対のトラック１４０が敷かれている。焼入れタン ク１４８と集砂容器１５０とバスケット移送領域１５２とを備えた焼入れタンク 兼移送車１４５が、トラック１４０に沿ってホイール１４６上を移動する。移送 車１４５は選択的に作動して、底開き炉の作業室１３０の下方に、バスケット移 送領域１５２、焼入れタンク１４８、または砂集積容器１５０のいずれかを配置 する。

焼入れタンク１４８はタンク内の水を適切な焼入れ温度に予熱するためのヒータ を備えている。一対のプロペラ撹拌器６８により焼入れタンク内の水が還流され る。タンクの底のヒータ１５６は、タンクの内部を振動砂乾燥器８０と流体連通 させるための複数の開口部を有する。２重の仕切り板を有するポンプ７８は選択 的に作動して、砂を焼入れタンク１４８の底から吸引して振動砂乾燥器８０に搬 送する。振動砂乾燥器の動作については既に説明した。振動砂乾燥器８０によっ て水を砂から取り除いた後、水を保持タンク８２に吸入し、また砂を集砂容器１ ５０に搬送する。

次にバッチ式の炉１１０の操作について説明する。鋳物を前述のように形成し各 々の金型から取り出す。鋳物をバスケット４０内に置き、素材バスケットを焼入 れタンク兼移送車１４５のバスケット移送領域１５２に載置する。次に移送車１ ４５をトラック１４０に沿って移動させて、バスケット移送領域１５２を加熱炉 １１１の直下に配置する。炉の底ドア１２０を開口し、昇降メカニズム１１６を 降下させて、昇降メカニズムのフック１１８によりバスケット４０をひっかける 。次に昇降メカニズム１１６を作動させて素材バスケット４０を持ち上げて炉１ １１の作業室１３０に入れ、炉の底１２０を閉鎖する。

バーナー１８により炉１１１の作業室１３０が約９８０°Ｆの温度に加熱される 。しかし、ここでも、使用する合金および所望の金属特性に応じて、素材は８５ ０〜１０００”　Ｆに加熱され得る。バーナー１８には１２０〜１６０％過剰の 空気が導入され、得られる炉内の空気が１０〜１２％の酸素を含有するようにさ れる。ファン４４が炉内の空気を還流させ、毎分３０００〜５０００フイートの 空気流を得る。

鋳物および砂型が加熱されると、樹脂結合剤が燃焼を始める。解放された砂が空 気流によっておよび重力によって素材からふるい落とされ、ふるい落とされた砂 が樋１２２に落下する。結合剤の成分が完全に焼却されていない砂型材料の塊り は、樋１２２の上方のスクリーン５２上に捕獲され、結合剤が焼却するまで保持 される。結合剤が焼却すると、結合が解かれた砂はスクリーンを透過して落下し 、逆Ｖ字型バッフル５３で転がって樋に落ちる。金属ライナー１２６により炉１ １１の内部が飛散する砂による摩耗から保護される。

素材が所望の時間（本実施例では６時間）にわたって熱処理されると、バーナー １８は閉じられる。移送車１４５はトラック１４０に沿って移動して、焼入れタ ンク１４８を炉１１１の作業室１３０の直下に配置し、また炉の底１２０が開口 する。次に昇降メカニズム１１６が作動して、素材バスケット４０を焼入れタン ク１４８内へ下降させる。素材は所望の時間浸漬され、この間にツインプロペラ ６８によりタンク内の水を撹拌して鋳物から残りの砂を解放する。このように素 材からふるい落とされた砂はタンク１４８の底に沈澱する口焼入れプロセスが終 わると、昇降メカニズム１１６が再び作動じて、素材をタンク１４８から持ち上 げる。時効を所望する場合は、炉１１１を約４５０’　Ｆに下げて、バスケット を再び作業室１３０内に持ち上げて炉のドア１２０を閉鎖する。次に所望の時間 だけ素材の時効を行う。

焼入れプロセスが完了すると、移送車１４５を移動させて、集砂容器１５０を抄 機１２２のスライディングゲートの直下に配置する。ゲートを開口して、集めら れた砂を樋から集砂容器に排出する。ここでも、このように回収された砂は、結 合剤材料のすべてが炉の熱によって焼却されているため、清浄で再利用可能な状 態である。

炉１１の作業室１５内に高速の空気流が通されると、摩耗性の砂粒子が炉内を高 速で飛散することは当業者には明かである。従って本実施態様では、炉の内部の 過剰な摩耗および損傷を防ぐ特別な予防措置を有する。例えば、炉の内壁には、 摩耗に耐え得る４１３０合金よりなる１１ゲージのライナーが配備される。また 、ファン４４は作業室１５内の摩耗性の環境に耐え得るように設計された特徴を 有する。例えば、飛散する砂粒子は中空のブレードの穴部を、特に継目にそって 摩耗させ、またブレード内に蓄積することが知られているため、ファン４４のブ レードは中空ではない中味の詰まった構造である。中空のブレード内に少しの砂 が蓄積するだけでファン４４のバランスが崩れ、ファン駆動メカニズムにとって 致命的な損傷をもたらし得る。別の予防手段としては、ファン４４のブレードの 先端部を先細にして砂粒子を偏向させる方法もある。

本発明は、砂型鋳造物の処理のための従来の方法および装置に勝る以下の著しい 利点を提供する。第１に、熱処理前に砂型材料の大部分を取り除く必要がなくな る。この結果、砂型を手作業でチゼルにより堀り出したり、また、は素材を撹拌 および振動させることに伴う労力、装置、コスト、および素材に損傷またはきす をもたらす危険が排除される。

さらに、砂型材料を炉内の熱および空気流に曝すことによって、砂型の砂を融合 させている樹脂結合剤が焼却する。実質的にすべての結合剤を確実に燃焼させる ために、スクリーン５２は、特定の大きさより大きい砂型材料の塊りが炉から落 下するのを防ぎ、また十分な量の結合剤が焼却して塊りが分解しスクリーンを透 過し得るまではこのような塊りを作業室１５内に保持する。スクリーン５２を透 過し得るほどに十分少さい材料の塊りは、逆Ｖ字形のバッファ５３に衝突してバ ッファの傾斜した壁に沿って転げ落ち、これにより材料をさらに個々の砂粒子に 分解する。このようにして、砂は清浄で再利用可能な状態で回収される。

結合剤材料が焼却されたという意味では回収された砂は清浄であるが、設備によ っては、砂は再利用される前にさらに所定の処理を必要とし得る。例えば、砂を 類別するために再生された砂をふるいにかけ、砂に混じっている屑を除去するこ とが望ましいことがある。

スクリーン５２に保持されている砂の塊りから結合剤材料を容易に燃焼させるた めに、本実施態様の炉１１は、図３の矢印によって示すように、スクリーンの周 りに富裕酸素化空気が連続して確実に流れるようにする。所望の空気流パターン を得るために、配管４６の壁５４の下端部５５との間の隙間５６の大きさを最小 限に保ち、これにより壁の下端部の周りおよびローラ炉床３４の上方に空気流路 が形成されないようにする。従って、配管４６を通って下向きに流れる空気は、 ローラ３６間を通り抜けまたスクリーン５２横断する下向きの流路をたどった後 、配管の外表面と炉のライナー３２との間を上向きに戻らなければならない。

本発明の別の利点は、結合剤の成分が燃焼するため、固形の廃棄材料の処分に関 連する生態学上の問題が回避される。

排気ガスが許容し得ない量の有機物またはフェニルを含有する場合は、排気ガス をさらに焼却させることが必要となり得る。このような場合には、排気ガスが予 熱室から排出されると直ちに、１４０Ｇ＠〜１４５０＠Ｆの温度で作動する直列 の焼却炉に送り、遊離有機物すなわちフェニルを焼却し得る。

本実施例の炉内の空気の酸素含有量を制御することにより、樹脂結合剤の焼却に 関していくつかの利点が提供される。炉における、燃焼プロセスの大部分が行わ れる領域のみで空気を過剰にバーナーに導入することにより、炉のこれらの領域 内では１０〜１２％の酸素レベルが維持される。このレベルの酸素であれば、砂 型を融合させる有機樹脂結合剤の燃焼が容易となり、これにより結合剤の破壊が 加速され、また廃棄生成物−とｋ　■ ”　Ｑ）　タ　０淡 ＼　〜　ゝ＼、）　ｈｃｙｈ ゝ　○ 。門　。

諮 ○・−１ 噂　○　°− 大計 ○ 、］膓Ｉ ＜ｖ＞１ 補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成５年１１月２４日 １、特許出願の表示 ＰＣＴ／ＵＳ９２１０３０７９ ２、発明の名称 金属鋳物を熱処理する方法および装置 ３、特許出願人 住所　アメリカ合衆国　ジョーシア　３０１４４−３６５１ケネソー、エフ。ダ ブリュー１．マツコラムバークウェイ　２８７１ 名称　コンソリディテッド　エンジニアリングカンパニー、インコーポレイテッ ド ４、代理人 住所　〒５４０　大阪府大阪市中央区域見−下目２、特許請求の範囲 １、結合剤により結合された砂を含む砂型を有する金属鋳物を熱処理する装置で あって、該砂型は該鋳物内の空洞を形成し、 内部に該鋳物を受容する作業室を形成する炉と、該鋳物と該砂型とが、該砂型の 該結合剤を燃焼させるのに十分な温度に加熱され、これによって該結合剤が焼却 して該砂型の該砂のみが残るように、該作業室を加熱する加熱手段と、 該鋳物が該炉内にあるとき、該砂の一部が該鋳物からふるい落とされるように、 該鋳物の周りに空気流を通わせる空気通流手段と、 該砂型のうちの、該結合剤が燃焼する前に該鋳物からふるい落とされる部分を捕 獲するために、および該砂型の該捕獲された部分を、該結合剤が実質的に燃焼し てしまうまで該作業室内に保持するために、該作業室内で連動する手段とを備え た装置。

２、前記鋳物からふるい落とされる前記砂の部分を集めるために前記炉と連動す る手段をさらに備えた、請求項１に記載の装置。

３、前記砂型のうちの、前記結合剤が燃焼する前に前記鋳物からふるい落とされ 得る部分を保持するために前記作業室内に配備された手段が、スクリーンである 、請求項１に記載の装置。

４、前記砂型の酸化を最適化するために前記炉の酸素含有量を制御する手段をさ らに備えた、請求項１に記載の装置。

５、前記炉の酸素含有量を制御する手段が、結合剤の燃焼の大部分が行われる領 域では１３〜１７％の酸素を供給し、結合剤の燃焼の大部分が行われない領域で は１０〜１３％の酸素を特徴する請求項４に記載の装置。

６、前記炉内で前記素材を支持するための炉床手段をさらに備えた、請求項１に 記載の装置。

７、前記炉床手段が、前記炉を通して素材を搬送する手段をさらに備えた、請求 項６に記載の装置。

８、前記鋳物からふるい落どされる前記砂の前記部分を集めるために該炉と連動 する手段が、該炉の下部に形成された樋であり、該鋳物からふるい落とされる該 砂が鎖樋に落ちてその内部に集められる、請求項２に記載の装置。

９、前記捕獲および保持する手段の下方に配備されるパブフル手段をさらに備え 、粒子が該捕獲および保持する手段から排出されると該バッフル手段に衝突する 、請求項１に記載の装置。

１０、前記バッフル手段が逆Ｖ字型のバッフルである、請求項９に記載の装置。

１１、砂型を有する鋳物を熱処理する方法であって、該砂型は、結合剤材料によ って結合された砂粒子を含み、また鋳物内の空洞を形成し、 該砂型を有する該金属鋳物を、該結合剤材料の燃焼温度を超えた温度に加熱した 炉に導入する工程と、１０％を超える酸素を含有する富裕酸素化空気を該加熱炉 内に供給する工程と、 該結合材料を燃焼させ、これにより該砂型を構成する該砂粒子を該砂型から解放 させるために、該富裕酸素化空気を有する該加熱炉内に該砂型を有する該金属鋳 物を入れる工程と、該解放された砂粒子を該空洞から取り除く工程と、該結合材 料が燃焼する前に該鋳物からふるい落とされる砂型材料の塊りを捕獲する工程と 、 該結合剤材料を燃焼させるために、ふるい落とされた砂型材料の該塊りを保持す る工程と を包含する方法。

１２、前記解放された砂粒子を前記空洞から取り除く工程が、該結合剤材料が燃 焼するとき該解放された砂粒子を該空洞から連続的に取り除く工程を特徴する請 求項１１に記載の方法。

１３、前記解放された砂粒子を前記空洞から取り除く工程が、前記鋳物が前記炉 内に入れられているとき、解放された砂粒子が該空洞からふるい落とされるよう に該鋳物に対して空気流を通す、請求項１１に記載の方法。

１４、前記鋳物が戦記炉内に入れられているとき前記鋳物に対して空気流を通す 工程が、毎分３，０００フイートを超える空気流速で該鋳物に対して空気流を通 す工程を特徴する請求項１３に記載の方法。

１５、前記解放された砂粒子を前記空洞から取り除く工程が、該解放された砂粒 子の少なくとも一部が重力により前記鋳物から離れて落ちるように、前記炉内で 該金属鋳物を斜めに載置する工程を特徴する請求項１１に記載の方法。

１６、前記解放された砂粒子の少なくとも一部が重力により前記鋳物から離れて 落ちるように、前記炉内で該金属鋳物を斜めに載置する工程をさらに包含する、 請求項１１に記載の方法。

１７、前記砂粒子の、前記鋳物からふるい落とされる部分を集めて、これらを前 記炉から搬出する工程をさらに包含する、請求項１１に記載の方法。

１８、前記砂粒子の、前記鋳物からふるい落とされる部分を集める工程が、該砂 粒子の該部分が該鋳物からふるい落とされるときこれらを連続的に集めて前記炉 から搬出する工程を特徴する請求項１７に記載の方法。

１９、前記砂型を有する前記金属鋳物を前記結合剤材料の燃焼温度を超えた温度 に加熱された炉に導入する工程が、該砂型を有する該金属鋳物を約１１５０”　 Ｆを超える温度に加熱した炉に導入する工程を特徴する請求項１１に記載の方法 。

２０、前記砂型を有する前記金属鋳物を約８５０°Ｆを超える温度に加熱した炉 に導入する工程が、該砂型を有する該金属鋳物を約８５０’　Ｆと約１０００’ 　Ｆとの間の温度に加熱した炉に導入する工程を特徴する請求項１９に記載の方 法。

２１、前記砂型を有する前記金属鋳物を約８５０°Ｆと約１０００°Ｆとの間の 温度に加熱した炉に導入する工程が、該砂型を有する該金属鋳物を約９８０°Ｆ の温度に加熱した炉に導入する工程を特徴する請求項２０に記載の方法。

２２、砂型材料の前記ふるい落とされた塊りを捕獲および保持する工程が、前記 鋳物の下方にスクリーンを配備する工程を包含し、該スクリーンが、所定の大き さの砂型材料の塊りを透過させる程には大きくない開口部を有する、請求項１１ に記載の方法。

２３、前記スクリーンを透過する前記所定の大きさより小さい砂材料の塊りを表 面に衝突させて該塊りを破砕する工程をさらに包含する、請求項２２に記載の方 法。

２４、前記材料の塊りを表面に衝突させる工程が、該材料の塊りを傾斜表面に衝 突および該表面を転落させて該塊りを粉砕する工程を特徴する請求項２３に記載 の方法。

２５、結合剤により結合された砂を含む砂型を有する鋳物を熱処理する装置であ って、該砂型は該鋳物内の空洞を形成し、 内部に該鋳物を受容する作業室を形成する炉と、該鋳物と該砂型とが、該砂型の 該結合剤を燃焼させるの（こ十分な温度に加熱され、これによって該結合剤が実 質的１こ焼却して該砂型の一部が該砂型から解放されるように、該作業室を加熱 する加熱手段と、 該砂型のうちの、該結合剤が燃焼する前に該鋳物からふるい落とされる部分を該 作業室内に保留するための手段であって、該結合剤が実質的に燃焼されると砂型 の保留されている部分を解放する手段を少な（とも備えた保留手段とを備えた装 置。

２６、前記保留手段が少なくともスクリーンである、請求項２５に記載の装置。

２７、前記保留手段の下方に配置されたバッフル手段をさらに備え、これにより 該保留手段から解放された砂型の前記部分が該バッフル手段に衝突するようにさ れた、請求項２５に記載の装置。

２８、前記バッフル手段が少なくとも逆Ｖ字形バッフルである、請求項２７に記 載の装置。

２９、前記鋳物が前記炉内にあるとき、該鋳物から砂をふるい落とすために、複 数の方向から該鋳物に空気流を通す、多方向空気通流手段をさらに備えた、請求 項２５に記載の装置。

３０、結合剤の燃焼を促進するために、前記砂型の前記保留された部分の周りに 空気流を通す手段をさらに備えた、請求項２９に記載の装置。

３１、前記炉内の前記鋳物を支持するための手段であって、該鋳物を該炉を通し て搬送する手段を少なくとも備えた炉床手段と、 該鋳物が該炉内にあるとき、該鋳物から砂をふるい落とすために該鋳物に対して 空気流を通す手段であって、該鋳物が該炉を通って搬送されるとき該鋳物に対し て該空気流を通す方向を連続的に変える手段を少なくとも備えた空気通流手段と をさらに備えた、請求項２５に記載の装置。

３２、前記結合剤の燃焼を最適化するために前記炉の酸素含有量を制御する手段 をさらに備えた、請求項２５に記載の装置。

３３、前記炉が互いに間隔を設けて配置された複数の領域を形成し、 前記鋳物を該複数の領域を通って搬送する手段をさらに備え、 該炉内の酸素含有量を制御する前記手段が、結合剤の燃焼の大部分が行われる領 域では１３〜１７％の酸素を供給し、また結合剤の燃焼の大部分が行われない領 域では１０〜１３％の酸素を特徴する請求項３２に記載の装置。

３４、砂型を有する鋳物を熱処理する方法であって、該砂型は、結合剤材料によ って結合された砂粒子を含み、また鋳物内の空洞を形成し、 該鋳物の空洞内に砂型を実質的にそのまま残した鋳物を、該結合材料の燃焼温度 を超えた温度に加熱した炉に導入する工程と、 富裕酸素化空気を該炉内に供給する工程と、該結合材料を燃焼させるために、該 富裕酸素化空気を有する該炉内に該砂型を有する該鋳物を入れる工程とを包含し 、 該鋳物が該炉内にあるとき、該砂型の一部が該砂型から解放され該空洞から離れ て落ちる、方法。

３５、前記砂型の、前記結合剤が燃焼する前に前記鋳物からふるい落とされる部 分を、前記富裕酸素化空気を有する前記炉内に保留する工程と、 該結合剤が実質的に燃焼されると、保留されている砂を解放する工程と をさらに包含する、請求項３４に記載の方法。

３６、前記鋳物の下方および前記富裕酸素化空気内に、所定の大きさの砂型の部 分を透過させる程には大きくない開口部を有し、該開口部が所定の大きさより小 さい該砂型の部分を透過させる程には大きい、スクリーンを配備する工程と結合 剤材料をさらに燃焼させるために、該所定の大きさより大きい砂型の部分をスク リーン上に保留する工程とをさらに包含する、請求項３４に記載の方法。

３７、前記スクリーンを透過する前記砂型の部分を破砕するために、該砂型部分 を表面に衝突させる工程を少なくともさらに包含する、請求項３６に記載の方法 。

３８、前記砂型部分を表面に衝突させる工程が、該砂型部分を傾斜表面に衝突お よび該表面を転落させて該砂型部分を粉砕する工程を特徴する請求項３７に記載 の方法。

３９、該鋳物が該炉内にあるとき、該鋳物から砂をふるい落とすために該鋳物に 対して空気流を通す工程をさらに包含する、請求項３４に記載の方法。

４０、前記鋳物が前記炉内にあるとき該鋳物に対して空気流を通す工程が、該鋳 物から砂をふるい落とすために該鋳物に対して複数の方向から空気流を通す工程 を少なくとも包含する、請求項３９に記載の方法。

４１、前記鋳物が前記炉内にあるとき該鋳物に対して空気流を通す工程が、毎分 ３．０００フイートを超える流速で鋳物に対して空気流を通す工程を少なくとも 包含する、請求項３９に記載の方法。

４２、前記炉内に富裕酸素化空気を供給する工程が、より高い割合の結合剤材料 が燃焼するところでは、より高い割合の酸素が維持されるように、該炉内の酸素 含有量を制御する工程を少なくとも含む、請求項３４に記載の方法。

４３、前記炉内に富裕酸素化空気を供給する工程が、前記鋳物を該炉内の複数の 領域を通って搬送させる工程と、結合剤の燃焼の大部分が行われない領域には１ ３〜１７％の酸素が供給されるように、該炉内の酸素含有量を制御する工程と、 結合剤の燃焼の大部分が行われる領域には１０〜１３％の酸素が供給されるよう に、該炉内の酸素含有量を制御する工程とを少なくとも包含する、請求項４２に 記載の方法。

４４、前記砂型の解放された部分の少なくとも一部が重力によって前記鋳物から 離れて落ちるように、前記炉内で該鋳物を斜めに載置する工程をさらに包含する 、請求項３４に記載の方法。

４５、前記空洞から落下した砂を集め、集められた砂を前記炉から搬出する工程 をさらに包含する、請求項３４に記載の方法。

４６、前記砂を集め、集められた砂を搬出する工程が、前記空洞から離れて落ち た砂を連続的に集め、集められた砂を前記炉から搬出する工程を少な（とも包含 する、請求項４５に記載の方法。

４７、前記砂型を実質的にそのまま有する前記鋳物を、前記結合材料の燃焼温度 を超えた温度に加熱した炉に導入する工程が、該砂型を実質的にそのまま有する 前記鋳物を、約９８０°Ｆの温度に加熱した炉に導入する工程を少なくとも包含 する、請求項３４に記載の方法。

４８、燃焼可能な結合剤材料により結合された砂粒子を含む砂型を有し、該砂型 によって内部の空洞が形成される鋳物を形成する工程と、 該砂型を実質的に破壊する前に、該鋳物を該結合剤材料の燃焼温度を超えた温度 に加熱された炉に導入する工程と、該炉内に富裕酸素化空気を供給する工程と、 該砂型を有する該鋳物を該炉内に入れて該結合剤材料を燃焼させ、これにより該 鋳物が該炉内にあるとき該砂型を含む砂粒子を該砂型から解放させて該空洞部か ら離して落下させる、該鋳物を該炉内に入れる工程と を包含する鋳物を製造する方法。

４９、前記鋳物を該炉内に入れる工程が、前記砂型の意味のある部分を取り除く ために機械的な振り落としを行う前に実行され、これにより砂型の除去のための 機械的な振り落としが排除される、請求項４８に記載の方法。

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Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. １．結合剤により結合された砂を含む砂型を有する金属鋳物を熱処理する装置で あって、該砂型は該鋳物内の空洞を形成し、 内部に該鋳物を受容する作業室を形成する炉と、該鋳物と該砂型とが、該砂型の 該結合剤を燃焼させるのに十分な温度に加熱され、これによって該結合剤が焼却 して該砂型の該砂のみが残るように、該作業室を加熱する加熱手段と、 該鋳物が該炉内にあるとき、該砂の一部が該鋳物からふるい落とされるように、 該鋳物の周りに空気流を通わせる空気通流手段と、 該砂型のうちの、該結合剤が燃焼する前に該鋳物からふるい落とされる部分を捕 獲するために、および該砂型の該捕獲された部分を、該結合剤が実質的に燃焼し てしまうまで該作業室内に保持するために、該作業室内で連動する手段とを備え た装置。
2. ２．前記鋳物からふるい落とされる前記砂の部分を集めるために前記炉と連動す る手段をさらに備えた、請求項１に記載の装置。
3. ３．前記砂型のうちの、前記結合剤が燃焼する前に前記鋳物からふるい落とされ 得る部分を保持するために前記作業室内に配備された手段が、スクリーンである 、請求項１に記載の装置。
4. ４．前記砂型の酸化を最適化するために前記炉の酸素含有量を制御する手段をさ らに備えた、請求項１に記載の装置。
5. ５．前記炉の酸素含有量を制御する手段が、結合剤の燃焼の大部分が行われる領 域では１３〜１７％の酸素を供給し、結合剤の燃焼の大部分が行われない領域で は１０〜１３％の酸素を供給する、請求項４に記載の装置。
6. ６．前記炉内で前記素材を支持するための炉床手段をさらに備えた、請求項１に 記載の装置。
7. ７．前記炉床手段が、前記炉を通して素材を搬送する手段をさらに備えた、請求 項６に記載の装置。
8. ８．前記鋳物からふるい落とされる前記砂の前記部分を集めるために該炉と連動 する手段が、該炉の下部に形成された樋であり、該鋳物からふるい落とされる該 砂が該樋に落ちてその内部に集められる、請求項１に記載の装置。
9. ９．前記捕獲および保持する手段の下方に配備されるバッフル手段をさらに備え 、粒子が該捕獲および保持する手段から排出されると該バッフル手段に衝突する 、請求項１に記載の装置。
10. １０．前記バッフル手段が逆Ｖ字型のバッフルである、請求項９に記載の装置。
11. １１．砂型を有する鋳物を熱処理する方法であって、該砂型は、結合剤材料によ って結合された砂粒子を含み、また鋳物内の空洞を形成し、 該砂型を有する該金属鋳物を、該結合剤材料の燃焼温度を超えた温度に加熱した 炉に導入する工程と、１０％を超える酸素を含有する富裕酸素化空気を該加熱炉 内に供給する工程と、 該結合材料を燃焼させ、これにより該砂型を構成する該砂粒子を該砂型から解放 させるために、該富裕酸素化空気を有する該加熱炉内に該砂型を有する該金属接 物を入れる工程と、該解放された砂粒子を該空洞から取り除く工程と、該結合材 料が燃焼する前に該鋳物からふるい落とされる砂型材料の塊りを捕獲する工程と 、 該結合剤材料を燃焼させるために、ふるい落とされた砂型材料の該塊りを保持す る工程と を包含する方法。
12. １２．前記解放された砂粒子を前記空洞から取り除く工程が、該結合剤材料が燃 焼するとき該解放された砂粒子を該空洞から連続的に取り除く工程を包含する、 請求項１１に記載の方法。
13. １３．前記解放された砂粒子を前記空洞から取り除く工程が、前記鋳物が前記炉 内に入れられているとき、解放された砂粒子が該空洞からふるい落とされるよう に該鋳物に対して空気流を通す、請求項１１に記載の方法。
14. １４．前記鋳物が戦記炉内に入れられているとき前記鋳物に対して空気流を通す 工程が、毎分３，０００フィートを超える空気流速で該鋳物に対して空気流を通 す工程を包含する、請求項１３に記載の方法。
15. １５．前記解放された砂粒子を前記空洞から取り除く工程が、該解放された砂粒 子の少なくとも一部が重力により前記鋳物から離れて落ちるように、前記炉内で 該金属鋳物を斜めに載置する工程を包含する、請求項１１に記載の方法。
16. １６．前記解放された砂粒子の少なくとも一部が重力により前記鋳物から離れて 落ちるように、前記炉内で該金属鋳物を斜めに載置する工程をさらに包含する、 請求項１１に記載の方法。
17. １７．前記砂粒子の、前記鋳物からふるい落とされる部分を集めて、これらを前 記炉から搬出する工程をさらに包含する、請求項１１に記載の方法。
18. １８．前記砂粒子の、前記鋳物からふるい落とされる部分を集める工程が、該砂 粒子の該部分が該鋳物からふるい落とされるときこれらを連続的に集めて前記炉 から搬出する工程を包含する、請求項１７に記載の方法。
19. １９．前記砂型を有する前記金鋼鋳物を前記結合剤材料の燃焼温度を超えた温度 に加熱された炉に導入する工程が、該砂型を有する該金属鋳物を約８５０°Ｆを 超える温度に加熱した炉に導入する工程を包含する、請求項１１に記載の方法。
20. ２０．前記砂型を有する前記金属鋳物を約８５０°Ｆを越える温度に加熱した炉 に導入する工程が、該砂型を有する該金属鋳物を約８５０°Ｆと約１０００°Ｆ との間の温度に加熱した炉に導入する工程を包含する、請求項１９に記載の方法 。
21. ２１．前記砂型を有する前記金属鋳物を約８５０°Ｆと約１０００°Ｆとの間の 温度に加熱した炉に導入する工程が、該砂型を有する核金属鋳物を約９８０°Ｆ の温度に加熱した炉に導入する工程を包含する、請求項２０に記載の方法。
22. ２２．砂型材料の前記ふるい落とされた塊りを捕獲および保持する工程が、前記 鋳物の下方にスクリーンを配備する工程を包含し、該スクリーンが、所定の大き さの砂型材料の塊りを透過させる程には大きくない開口部を有する、請求項１１ に記載の方法。
23. ２３．前記スクリーンを透過する前記所定の大きさより小さい砂材料の塊りを表 面に衝突させて該塊りを破砕する工程をさらに包含する、請求項２２に記載の方 法。
24. ２４．前記材料の塊りを表面に衝突させる工程が、該材料の塊りを傾斜表面に衝 突および該表面を転落させて該塊りを粉砕する工程を包含する、請求項２３に記 載の方法。