JPH0775754B2 - 鋳型用古砂の再生法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、鋳物古砂−その原成形砂（original molding
sand）は、成形材料として無機結合剤、例えば／特に
ベントナイト（“無機使用済み砂”）及び／又は有機結
合剤例えば／特にフェノール−及び／又はフラン樹脂
（“有機使用済み砂”）を含む−の再生法に関するもの
である。

無機結合した成形砂の場合、結合剤ベントナイトなどは
（鋳造工程の熱作用の程度に依って）死焼（dead−burn
ing）（オライト化する）により、砂ボディの表面に外
皮状に固定され、一方有機結合剤を含む成形砂の場合、
鋳造工程において、それらの熱分解がおこり、それと共
に、有機結合剤の炭素含有量の多い分解産物の固着残留
物が砂粒の表面に形成される。さらに、その他の添加物
のために、例えば添加物からのガラス質炭素（vitreous
carbon）の形成などによる使用済み砂の汚染が起こ
る。（鋳物）使用済み砂（古砂）は少なくとも大部分集
積所に捨てられるが、今日では使用できる集積所が急速
に不足し、とりわけ経済的な理由から、使用済み砂を再
び使えるように再生し、また選別することが提案されて
いる。しかしながらこれは（少なくとも無制限に使用す
るためには）、前述の結合充填剤及びこれまでの古砂の
不純物を砂の石英粒から分離し、排除することを前提と
している。

少なくともほとんどが有機使用済み砂から成る使用済み
砂を再生するためには、これを約800℃の温度に加熱
し、及び／又は場合によっては空気を通して、熱的に処
理することが知られている。その際、使用済み砂の結合
剤被覆及びそれまでの汚れは、原則としてその使用済み
砂が成形砂として再び使用できる程度に大幅に除去され
る。それに対して、無機使用済み砂の場合はこの熱的再
生法が満足できる結果をもたらさない。

ドイツ特許明細書第3103030号から公知の熱的機械的方
法は、無機使用済み砂部分が比較的小さい場合には、使
用できる結果に導く。そこでこの方法は上記の問題を解
決しない、というのは、処理すべき使用済み砂は通例、
三分の二以上が無機使用済み砂だからである。

この事情を考慮して、ドイツ特許明細書第3815877号で
は、（例えばドイツ特許明細書第3103030号による）熱
的機械的に（前）処理した再生物を、その後水中で（カ
ップリン層として）超音波処理することを提案してい
る。これによって、砂粒上に焼結した結合剤の外皮はは
げ落ち、オライト化の程度は正常値まで低下する；その
際同時に、再生物の塩基性pH値はほとんど中性に調節さ
れるはずである。

上記の方法の実施のための大型の、高価な装置、並びに
この方法の高い運転コストは別としても、再生した使用
済み砂をさらに乾燥しなければならないからさらに経費
がかさみ、それによってこの多段階式方法の経済性はな
くなり、その際砂粒は比較的大きく摩耗するから、十分
な品質をもつ再生物の収率は比較的低くなる。

無機使用済み砂の再生のために、湿式法で結合剤被覆を
砂粒の表面から下記のようにして除去することを試みた
方法が開発された；すなわち砂の水性懸濁液中で行われ
る機械的撹拌の結果砂粒が互いに強くこすりつけられ、
この磨砕とも言われる処理段階は通例、何回も繰り返さ
れ、場合によっては、特定の砂−水−混合比の設定によ
って影響され、又は強化される（例えば米国特許明細書
第2783511号又はドイツ公開特許明細書第3019096号参
照）。

この湿式法の欠点は、特に、有機使用済み砂部分の炭素
水素化合物並びにガラス質炭素（vitreous carbon）及
びその構成物が十分に除去されないことである。これら
の物質は、（粘土質成分のように）潤滑剤と同様に作用
し、追い出そうとしているものを隠す；そのため多段階
式磨砕でも十分満足すべき再生結果が得られない。

これの対策を講ずるために、オーストラリア特許明細書
第387921号では、各磨砕段階後に浚渫（選別機による）
を行い、この方法で“潤滑剤”を循環水から除去し、そ
れによって目的とする追い出しを強化することが提案さ
れている。しかしながら３回,4回，又は多数回の磨砕で
技術的観点から満足すべき結果が得られたとしても、こ
れは明らかに、これと関連した費用のために経済的観点
からは全く好ましくない。この方法では、粒表面に、細
かく分散した多孔性シリカが残り、その結果、再生した
使用済み砂を新しい（鋳物）砂として再利用する場合に
結合剤の必要量が増加する。

本発明の目的は、上述の及びその他の欠点を回避しなが
ら、技術的観点からも経済的観点からも満足すべき（鋳
物）使用済み砂の再生法を開発し、その方法によって
（技術的状態に比較して）比較的小さい技術的及び経済
的支出で、鋳物における型及びコア製造のために新しい
砂の代わりに問題なく再利用できる、比較的少ない有害
物質成分を含む、広く一般に使用できる再生物を得るこ
とである。

この課題の解決は、本発明により次のようにして達せら
れる：再生すべき使用済み砂に（最初）水をしみ込ま
せ、続いてこれを加熱した流動層に導入し、それによる
再生すべき使用済砂の衝撃加熱によって、孔にある水分
は自発的に蒸発し、（少なくとも）（無機）結合剤の外
皮はその時生ずる著しい容積膨張によって実質上分離さ
れるか、又は少なくとも表示にゆるむことによって流動
層内で直接石英粒から離れる。種々の装置中で約150〜3
00℃の熱気流を用いて湿った再生用使用済み砂を乾燥す
るという従来の一般的方法では、上記の結合剤の要件か
らわかるように、このような分離又はゆるめる効果は得
られない。

石英粒のすぐ近くにおける水分の蒸発による熱奪取は、
その他に石英粒の衝撃様加熱によって可能となる結晶変
形変化を或いは粒の分解をも阻止する。その他に、熱作
用によってベントナイトから生ずるムライトの、石英粒
上への焼結は、妨害され、又は少なくとも邪魔される。

本発明による方法においては、有機及び無機的に結合し
た使用済み砂の任意の混合物から成る使用済み砂は、湿
らせるか又はたっぷり水を含ませた場合、これまで湿式
再生法において必要だった磨砕段階を実施する必要がな
くなる。このことから、簡単になった作業様式と、より
少ない設備費のために注目すべき経済的利点があらわれ
る。

したがって本発明による方法では、いわば再生の前段階
に有機及び無機の使用済み砂の分離を考慮する必要は全
くない（これは或る場合には目的に叶っているとはい
え）、しかしながらその際、どっちみち分離して生ずる
場合（こうであることが多い）には、有機及び無機の使
用済み砂を実質上分けて再生することが通常、目的に叶
う。

さらに、本発明の方法では、実質上どんな種類の有害物
質を含む残滓も生じないし、再生のための本説明による
と、種々の使用済み砂の一定の量的比率を守らなくてよ
いし、概ねどんな別々の処理亜段階をもあらかじめ考慮
したり、互いに調整したりする（これは公知のように、
特に加熱下工程においては通常少なからぬ困難をあらわ
すことがある）必要がないという利点がある。

再生すべき使用済み砂に、砂粒外皮間の空隙が少なくと
もほとんど水で満たされるような十分の水を（場合によ
っては表面張力を低下させる作用物質をその水に加え
る）含ませ、既述の効果を得、それと共に最後には使用
済み砂の全体的再生及び再生物の品質を最適にすること
が通例最も目的に叶うことがわかった。

本発明の特別な実施態様においては、使用済み砂に循環
水をしみ込ませ、それによって有害元素、特にアルカリ
を除去することがあらかじめ考慮されている。この処理
法は、使用済み砂が、結合成分としてのアルカリシリケ
ート又はフェノレートの使用のため、この種のイオンを
かなりの量含む場合には目的に叶う。これらが再生砂に
そのまま放置されるならば、これに起因する高塩基性の
ために、その再利用は決定的に制限される。

使用済み砂にしみ込ませるための水は、場合によっては
酸を添加することによってpH値が２から５の間に保た
れ、その時々に決められた最高塩濃度に達するまで循環
される。その場合新鮮水との交換は連続的に行うことも
できる。循環する水は各流入口から沈澱槽及び場合によ
ってはフィルターも通過して浸漬槽に入り、それによっ
て砂から水中に取り上げられた固体はスラッジ（泥）と
して分離され、これは流動層に戻すことができる。この
水を十分に含んだ流動性固体の衝撃加熱は、砂粒上への
焼結を防止し、それらの有機成分部分は燃え尽きる。

この方法の変更例のその他の実施態様において、アルカ
リシリケートの分解のためのアニオン成分として鉱酸又
はカルボン酸の代わりに二酸化炭素が使用される。その
際循環水は塩基性pH値であるが、そのアルカリは同じよ
うに炭酸塩として除去される。これになお残るアルカリ
性溶液は、脱水篩上では代替水として必要な新鮮水を勢
いよく注ぐことによって砂粒から洗い流される。この方
法で得られたナトリウム及びカリウム溶液は余熱で濃縮
され、結晶化される；こうしてアルカリは使用できる形
で回収される。

本発明による方法は、技術的観点のみならず、経済的観
点からも非常に満足すべきものであり、同時に、例えば
加熱流動層がそれはそれで砂（場合によっては既に再生
された使用済み砂）から形成されてもよい。目的とする
効果のために流動層が十分な熱容量をもつように、１分
間に供給される湿った使用済み砂の量に対する流動層の
砂の量の割合を約50から100の範囲に選択することがで
きる。

本発明により、流動層は上から、好適には高速燃焼で加
熱するのが最適であり、その際、添加燃料としては（使
用済み砂にすでに含まれている燃料部分の他に）ガス状
の燃料が特に合目的的であることがわかった。

ここに既に説明した効果を得るために、流動層を約750
から950℃までの維持温度に保つことが好ましい。

本発明のその他の好ましい実施態様によると、一方では
流動層の固体温度、他方では流動層の上のガス空間の温
度は異なる温度に調節することができ、再生すべき使用
済み砂の滞留時間もその性状に応じて調節することがで
きる。

この方法では、有機物質（飛散するちりの形のものも）
の完全な燃焼及びそれと共にその混入物除去が行われ
る。

再生すべき使用済み砂の加湿を強化及び／又は促進する
ために、湿らせ、再生すべき使用済み砂を真空中ですっ
かり湿らせることが好都合である。

運転状態を再生すべき使用済み砂のその時々の要求にで
きるだけ最適に合わせるように、流動層の流速を調節で
きることが通例、最高に好適である。

さらに、流動層の後に連結された分離器などで砂を分離
するのが目的に叶う。その際、この分離された砂の一部
を流動層に戻すことがさらに目的に叶う。

こうして再生された使用済み砂（再生物）は機械的に後
精製を受けるのが合目的的である。

本発明を、図を参照しながら以下の実施例に基づいてさ
らに詳細に説明する。

図には貯蔵器（１）が略図的に描かれている、その中に
は使用済み砂（通例無機及び有機の使用済み砂の混合物
である）が集められる。再生すべき使用済み砂は貯蔵器
（１）から、例えばFe部材の磁気分離機、塊粉砕機及び
濾過機から成る使用済み砂準備装置（２）に導入され、
中間貯蔵器（３）に達する。

準備できた使用済み砂は、中間容気から定量配給装置
（４）を経て混合機（５）に導入され、ここでやはり定
量配給される水（６）及び表面張力低下剤が加えられ
る。水は余熱によって最高95℃まで加熱される。

湿った砂はコンディショナー（７）中で、砂粒外皮間の
空隙が完全に水分を含むまで撹拌され、その後流れを制
御されながら流動層（８）に達する。極めて速い熱通過
（そして流動層における十分な混合）のために、再生さ
れた湿った使用済み砂は急激に運転温度800〜850℃に加
熱され、その際既述の蒸気生成が、耐火性の外皮を（石
英）砂粒から分離させ、又は少なくとも著しくゆるめ、
有機有害物質は完全に燃焼され尽くす。

炉の排ガスは熱交換機（11）で、流動層を流動状態にす
るための吹付け空気を余熱しながら冷却される。

炉の保留分を冷却するために、これは先ず流動層冷却機
（12）を通り、ここで湿潤のために必要な水が75℃から
95℃の範囲にあらかじめ加熱される。砂のかなりの程度
の熱は蒸気又は熱水の形で回収される。

得られた再生物のその後の処理は空気式精製装置（13）
で行われ、二種類の粒度（“大きい”及び“細かい”）
への分別も行われる。再生された使用済み砂は普遍的に
再利用され得る。その際、再生された使用済み砂から形
成された新しい砂（場合によっては新しい砂を或る程度
添加する）への粒状化は個々のフラクションからの配分
によって、あらかじめ決められた平均粒度或いは一定の
粒度幅をもった使用済み砂が得られるように行われる。

再生した砂の冷却及び、空気式精製の後、再生物及びフ
ィルターちりが沈殿する。フィルターちりは有害物質を
含まず、不安なく貯蔵でき、或いは、例えば建築土木材
料又は骨材として使用できる。

参照記号のリスト （参照数字のリスト） （１）貯蔵器、（２）砂前処理、（３）中間容器 （４）砂の配分装置、（５）混合機 （６）水の配分装置、（７）コンディショナー （８）流動層−反応器 （９）分離機、（10）濾過装置、（11）熱交換機 （12）流動層冷却機、（13）砂後処理 以下、本発明の実施態様を項に分けて記載する。

1.成形材料として無機結合剤、例えば／特にベンナイト
（“無機古砂”）及び／又は有機結合剤例えば／特にフ
ェノール−及び／又はフラン樹脂（“有機古砂”）を含
む原成形砂からなる鋳物古砂の再生法であって、再生す
べき古砂を水で濡らし、その後その古砂を湿った状態で
加熱流動層に移すことを特徴とする方法。

2.砂粒外皮間の空隙が当初ほとんど水で満たされる程度
に再生すべき古砂を水で濡らすことを特徴とする実施態
様１記載の方法。

3.古砂を湿らすために用いる水が循環中に導かれ、それ
によって有害アルカリイオンが溶出されることを特徴と
する実施態様１及び実施態様２記載の方法。

4.循環に導かれる水が、鉱酸及びカルボン酸の添加によ
ってpH値２ないし５に保持され、循環水中のあらかじめ
決めた塩濃度を超えないうちに新鮮水に代えられること
を特徴とする実施態様３記載の方法。

5.アルカリ領域の循環水をCO₂で処理し、それによって
アルカリを炭酸塩として回収することを特徴とする実施
態様３及び実施態様４記載の方法。

6.循環水が各循環ごとに澄明にされ、濾過され、こうし
て得られたスラッジ（汚泥）が流動層に戻されることを
特徴とする実施態様３ないし実施態様５のいずれか１項
記載の方法。

7.加熱流動層が砂から成ることを特徴とする上記実施態
様の１〜６のいずれか１項記載の方法。

8.1分間に供給される湿った砂の量に対する流動層の砂
の量の比が約50から100の範囲にあることを特徴とする
実施態様７記載の方法。

9.任意の混合物中の無機及び有機古砂が互いに水を吸い
込み、これらの混合物がその後流動層に供給されること
を特徴とする上記実施態様１〜８のいずれか１項記載の
方法。

10.（少なくとも優勢の）無機の、もしくは（少なくと
も優勢の）有機の結合剤をもった古砂を別々に処理する
場合は流動層に別々に供給されることを特徴とする上記
実施態様１〜９のいずれか１項記載の方法。

11.古砂を別々に供給する場合、無機古砂のみに水をし
み込ませることを特徴とする実施態様10記載の方法。

12.専ら有機の古砂だけの場合はこれのみに水をしみ込
ませることを特徴とする前記実施態様１〜11のいずれか
１項、特に実施態様11記載の方法。

13.水をあらかじめ70〜95℃に加熱することを特徴とす
る実施態様12記載の方法。

14.水の表面張力低下剤を加えることを特徴とする実施
態様11から実施態様13のいずれか１項記載の方法。

15.特に分離された微細フラクションが未処理のまま工
程に戻されることがある場合には、無機古砂が機械的前
精製にかけられることを特徴とする実施態様10から実施
態様14のいずれか１項記載の方法。

16.流動層が上から加熱されることを特徴とする上記実
施態様１〜15のいずれか１項記載の方法。

17.流動層が添加材料としてガス状燃料で加熱されるこ
とを特徴とする上記実施態様１〜16のいずれか１項、特
に実施態様16記載の方法。

18.流動層が約750℃から950℃の範囲の温度に保持され
ることを特徴とする上記実施態様１〜17のいずれか１項
記載の方法。

19.一方では固相の温度、他方では流動層の上のガス空
間の温度が異なって調節されることを特徴とする上記実
施態様１〜18のいずれか１項記載の方法。

20.再生すべき古砂の流動層滞留時間が調節できること
を特徴とする上記実施態様１〜19のいずれか１項記載の
方法。

21.湿らせた、再生すべき古砂が真空中ですっかり濡ら
されることを特徴とする上記実施態様１〜20のいずれか
１項記載の方法。

22.流動層の流速が広い範囲内で調節できることを特徴
とする前記実施態様１〜21のいずれか１項記載の方法。

23.流動層の後に連結される分離機などに、分離された
砂の一部が戻されることを特徴とする前記実施態様１〜
22のいずれか１項記載の方法。

24.ここまで再生された古砂（再生物）が機械的に又は
空気式に、又は機械的／空気式に後精製されることを特
徴とする上記実施態様１〜23のいずれか１項記載の方
法。

25.流動層を流動状態にするための吹付け空気が流動層
の排ガス熱であらかじめ加熱されることを特徴とする上
記実施態様１〜24のいずれか１項記載の方法。

26.前記流動層からの排ガスが約450℃から750℃の温度
を有し、水で処理されることを特徴とする上記実施態様
１〜25のいずれか１項記載の方法。

27.加熱が近似化学量的に行われることを特徴とする上
記実施態様１〜26のいずれか１項記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−101631（ＪＰ，Ａ) Ｔ．Ｓｕｓｃｈｉｌ ′Ｓａｎｄ Ｒｅ ｃｌａｍａｔｉｏｎ：Ａ Ｇｒｏｗｉｎｇ Ｎｅｅｄ′Ｍｏｄｅｒｎ Ｃａｓｔｉｎ ｇ 71（２） 1981 Ｆｅｂ ＰＰ．34− 37

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】成形材料として無機結合剤及び／又は有機
   結合剤を含む成形砂から成る使用済み鋳物砂の再生法で
   あって、再生すべき使用済み砂を水で濡らし、その後そ
   の砂を湿った状態で加熱流動層に移すことを特徴とする
   方法。
2. 【請求項２】砂粒外皮間の空隙が当初ほとんど水で満た
   される程度に前記再生すべき使用済み砂を水で濡らすこ
   とを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】前記加熱流動層が砂から成ることを特徴と
   する請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】１分間に供給される湿った使用済み砂の量
   に対する流動層の砂の量の比が約50から100であること
   を特徴とする請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】前記流動層が上から加熱されることを特徴
   とする請求項１記載の方法。
6. 【請求項６】前記流動層が約750℃から950℃の範囲の温
   度に保持されることを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 【請求項７】前記流動層内の温度と前記流動層の上方の
   ガス空間の温度が異なったレベルに調節できることを特
   徴とする請求項１記載の方法。
8. 【請求項８】前記流動層の流速が広い範囲内で調節でき
   ることを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 【請求項９】前記流動層を流動状態にするための吹付け
   空気が流動層からの排ガス熱であらかじめ加熱されるこ
   とを特徴とする請求項１記載の方法。