JPS6055206B2 - 鋳物砂を回収するための方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 鋳型鋳造においては、通常、型枠と称される箱形構造体
の中に模型を入れ、その模型の周りに砂を充填して圧力
をかけ、砂を模型に合わせて成形する。

次いで、模型を砂から取出し、形成された砂型キャビテ
ィ内へ溶融金属を流し込み、凝固又は固化させる。この
目的に使用される鋳物砂は、基本的には、微粒砂と、粘
土、粘結剤及び石炭（Ｓｅａ−ＣＯａｌ）等の幾つかの
添加剤とから成り、それらの水と混合して機械的な混合
物を調製する。この砂混合物は、圧力をかけて成形する
ことができ、成形後その形を保持することができる。通
常の鋳型鋳造の場合、溶融金属を流し込む前の型砂の含
水量は、流し込む金属の種類によつて異るが３％から７
〜８％程度である。通常の鋳造工程においては、金属が
砂型キャビティ内で固化した後、その鋳造物を通常振動
式の振落し装置と称される装置内に通し、砂を鋳造物の
表面から振落す。

いうまでもなく、金属の鋳込み作業中、金属から砂に熱
が伝えられ、その熱の一部は、型砂内の水分の一部の蒸
発によつて放散されるが、多量の熱が型砂内に保留され
ている。近代的な鋳造工程においては、型砂は、各鋳型
に対して次々に再使用に供されるので、使用された全体
の砂は、温度が上昇し続け、使用不可能な濃度にまて達
する。従つて、従来は砂を順次各鋳型において再使用に
供する前に砂を冷却するのが普通である。良好な型を形
成するためには砂の温度を１２５゜Ｆ（５１．６℃）以
下とすることが理想である。鋳造物を鋳型から取出した
ときの砂の平均温度は、冷却にかけた時間と、型内での
砂対金属比によつて異るが、２００゜Ｆ（９３．３℃）
から６００′Ｆ（３１５．６℃）あるいはそれ以上であ
る。砂を冷却させる方法としては幾つかの方法がある。
例えば、砂を一晩又は一定時間堆積させたまま放置し、
熱が自然に放散されるようにする方法がある。この方法
は、相当大型の材料（砂）搬送処理装置と、大きなスペ
ースと、多量の砂を必要とする。又、他の方法として、
砂を流動床型冷却器内を通して移送させ、その間に流動
床を通して周囲空気を通流させて砂の水分を蒸発させ砂
を冷却させる方法があるが、流動床型冷却器は高価であ
り、周囲温度及び湿度の変動によつて冷却速度が大幅に
変化するという欠点がある。その上、流動床型冷却器の
場合、空気の汚染を防止するなどのために大型の集塵装
置を使用しなければならない。更に、砂には粘結剤が含
まれているので砂粒子が結合して塊りになることがある
が、そのような砂の塊りを破砕するための装置を砂振落
し装置あるいは流動床型冷却器の一部として設けなけれ
ばならない。

本発明によれば、その１実施形態においては通常の振落
し装置の使用を必要とするが、上述の流動床型冷却器の
必要性は完全に排除される。

更に、流動床型冷却器と組合わせて使用される袋室（集
塵器）の必要性も排除され、しかも、砂に添加するため
の高価な粘結剤及びその他の添加剤の全部ではないにし
ても大部分が再使用に供するために再循環によつて回収
され、更に鋳造物の熱の一部が保存されるのでエネルギ
ーの節約にもなる。本発明の方法及び装置の１実施例に
よれば、砂と溶融金属を入れた型枠を真空室内に導入し
て、圧力を３ｐＳ１（絶対）（イ）．０７ｋｇ１ｃＩｔ
）以下に、好ましくは１ｐＳｉ（０．０７ｋ９１ｃ７１
１）（絶対）にまで低下させる。

圧力のこの低下により砂内の水分は蒸発せしめられる。
水分の蒸発により相当な量の熱が放散され、しかも、そ
の蒸発作用は、砂粒子を互いに分離させる働きをし、砂
の塊り形成が排除又は実質的に減少せしめられる。その
後鋳造物を型枠から取出したとき、砂は鋳造物から容易
に剥離し、たとえ鋳造物にくぼみや穴が存在していたと
しても、簡単な形態の振落しスクリーンを使用して砂を
すべて鋳造物から除去することができる。この砂は、冷
却すれば、ほとんど直ちに再使用に供することができる
。又、圧力が１ｐｓｉ（絶対）程度であるから強い流体
の流れが発生せず、従つて砂中に包含されている粘土や
粘土剤が塵となつて浮遊することが殆んどない。従つて
、集塵装置が不要になるばかりでなく、鋳物砂の高価な
添加剤が失われることなく砂混合物中に残留している。
真空室からの蒸発した水蒸気の流れ内に連行されている
粘結剤がたとえ僅かであつても、その水蒸気を凝縮室へ
供給して蒸気を凝縮させ、その凝縮液と共に帯同されて
いる粘結剤を搬送し、両者共に再使用のために取出す。
添付図を参照すると、車輪付キャリア（搬送車）１１を
走行させるための湾曲した軌道１０が示されている。

各キャリア１１は、型枠１３を担持する支持台１２を備
えている。型枠１３は、通常の下降１４と上枠１５から
成るものである。今、溶融金属が各型枠のキャビティ内
へ鋳込まれ、各キャリアが第１図の位置に達するまでに
は金属がすでに固化してしまつているものとする。各キ
ャリア１１は、後述する工程中軌道１０に沿つてゆつく
りと動かされ、真空部署１６内を通される。真空部署に
は、図示のように両側壁１８と、両端壁と、頂壁とを有
し、底部の開放した、５方囲まれた真空室１７を設けて
ある。真空室１７は枢動自在のガントリクレーン２１の
上方部分に固定したビーム２０に担持させる。真空室１
７は、シリンダ２３と該シリンダ内に対して往復動自在
のピストンロッド２２とから成るピストン／シリンダ装
置を介してビーム２０に連結する。長方形の真空室の四
隅に１つづつそのようなピストン／シリンダ装置を取付
ける。ピストン／シリンダ装置２２，２３は、キャリア
１１が第１図に実線で示される位置に達したとき該キャ
リアに被いかぶさるようにして真空室１７を下降させる
ためのものである。

このとき、真空室の開放底部の縁部２４がキャリア１１
の支持台１２の周縁から上向きに突出している密封部材
２５に密封係合し、室１７の内部と外部との間に密封を
施す。クレーン２１の近くには脚３１によつて床上に支
持させた凝縮室３０を設ける。

この凝縮室は外気から密封し、その内部に複数の垂直に
配置した凝縮管３２から成る凝縮手段を配設する。これ
らの凝縮管に入口３３を通して導入される冷却水を通流
させ、凝縮作用の結果として熱せられた温水を出口３４
から排出させるようにする。通常の作動状態においては
冷却水の入口温度は６０゜Ｆ（１６℃）程度とすべきで
あり、その場合冷却水の出口温度は約７０゜Ｆ（２１、
Ｃ）となる。凝縮室３０は、流出物出口３６に通じるテ
ーパした底部３５を有する。

流出即ち凝縮した蒸気をポンプ送りし、かつ、凝縮室内
に後述する真空を維持するためのポンプ３７を設ける。
凝縮室３０を非常に低い圧力に維持するために真空ポン
プ４０を設ける。

先に述べたように、凝縮室内の圧力は３ｐｓ１（０．２
１ｋｇＩｃＩｔ）（絶対圧）以下とすべきであり、１ｐ
ｓ１（０．０７ｋ９１ｃ１ｔ）（絶対圧）程度とするこ
とが好ましい。又、凝縮室の容積は、真空室１７の容積
より大きくすることが好ましい〜 真空室１７と凝縮室３０とは導管４１によつて相互に連
結させる。

真空室内の頂部にはピストン／シリンダ装置４３によつ
て作動される真空弁４２を設ける。真空弁４２の近くに
、更に別のピストン／シリンダ装置４５によつて作動さ
れる空気弁４４を設ける。真空弁４２は、羽根形弁部材
４６を有する鋳型弁であり、空気弁４４も羽根形弁部材
４８を有する鋳型弁である。弁４２の弁部材４６は、シ
リンダ４３内のピストンに連結させたピストンロッド４
７によつて作動させ、弁４４の弁部材４８はシリンダ４
５内のピストンに連結させたピストンロッド４９によつ
て作動させる。空気出口は符号５０で示してある。作動
に当つて、真空ポンプ４０により凝縮室３０内の圧力を
１ｐＳｉ（０．０７ｋ９１ｃＦ１１）（絶対圧）前後に
維持する。

キャリア１１が第１図に実線で示される位置に近づいた
とき、クレーン２１を枢動させて真空室１７をキャリア
の上に位置させ、次いでピストン／シリンダ装置２３を
作動させて真空室を第２図に示される位置にまで下降さ
せ、キャリア上にかぶさるようにする。この時点で、ピ
ストン／シリンダ装置４５を作動させて空気弁４４を閉
鎖し、それによつて真空室の内部を周囲環境から隔離さ
せる。次いで、ピストン／シリンダ装置４３によつて真
空弁４２を作動させて開放し、真空室の内部を凝縮室３
０及び導管４１内に存在する非常な低圧に露呈させる。
この圧力低下により型枠１３内の砂に含まれている水分
は蒸発せしめられる。この蒸発作用により砂の実質的な
冷却を行い、砂を直ちに再使用に供することができるよ
うにする。導管４１を通して凝縮室３０内へ流入した蒸
気は、凝縮管３２の外面上で凝縮し、ポンプ３７によつ
て抽出される。この蒸気内に連行されている粘結剤又は
塵粒子は、凝縮した蒸気と共に凝縮室から出口３６を通
つて流出する。出口３６から流出する凝縮液は、爾後の
鋳造工程のための砂に給湿するための水として再使用す
ることがてき、蒸気と共に凝縮室内へ帯同されてきた粘
結剤やその他の微粒子も、実際上凝縮液と共に再循環さ
れる。ただし、凝縮室内へ連行されてくる微粒子は極く
僅かである。なぜなら、導管４１を通つて凝縮室３０内
へ流れる流体（蒸気及び空気）の実際の容量は比較的少
いので、粒子を連行する力が非常に小さいからである。
約１＠後に真空弁４２を閉鎖し、空気弁４４を開放して
空気を真空室１７内へ導入させ、ピストン／シリンダ装
置２３によつて真空室を持上げることができるようにす
る。

この操作は、キャリア１１が第１図に点線で示される位
置に達したときに行われる。次いで、ガントリクレーン
２１を回転させて真空室を次の後続キャリアにかぶせる
ための初期準備位置へ戻す。第４及び５図には本発明の
変型実施例が示されている。

この実施例においては、上枠６９と下枠７０とから成る
各型枠をコンベア６０に載せて順次真空部署６１へ移送
する。真空部署６１は４本の支柱６２を有しており、そ
れらの支持の内側に真空フード６３を配設し、該真空室
フードをその４隅に取付けたピストン／シリンダ装置６
４によつて上下に摺動自在に取付ける。フードの底部６
７は水平断面でみて長方形である。真空フード６３は、
上枠６９及び下枠７０と協同して真空室を形成する。真
空フードの頂部には、先の実施例の導管４１と同様の機
能を果す導管６５を接続し、真空室を凝縮室に連結する
。又、先の実施例の弁４２，４４と同様な弁（図示せず
）も設ける。フード６３の底部６７の縁に沿つて可撓性
の密封部材６６を装着し、フードを上枠の上縁６８に対
して下降させたとき、両者の間に密封が施されるように
する。上枠６９は下枠７０上に座置させてあり、下枠７
０は真空部署内の支持台７１上に支持させる。下枠の底
縁は平坦であり、支持台７１に対して密封係合する。コ
ンベア６０の真空部署６１がある側とは反対の側にロッ
ド７５とそれに担持させた板７４とを有する押し部材７
３を設ける。

押し部材７３は、適当なピストン／シリンダ装置によつ
て作動させ、上枠と下枠とから成る型枠をコンベア６０
から真空部署の支持台７１上へ押しやる働きをするよう
にする。型枠が真空部署内に置かれたならば、ピストン
／シリンダ装置６４を作動させて真空フード６３を下降
させ、真空フードの底縁の密封部材６６を上枠６９の上
縁６８に完全に密着させる。次いで、空気弁（図示せず
）を閉鎖し、真空弁（図示せす）を開放して真空室を構
成するフードの内部を導管６５及びそれに連通している
凝縮室（図示せず）内の低い圧力に連通させる。この低
圧は、やはり１ｐｓ１（０．０７ｋｇＩｃＩｔ）（絶対
圧）程度であり、先の実施例に関して述べたのと同じ様
にして蒸発が生じる。約１鰍後に真空弁を閉じて空気弁
を開放し、フードを型枠の上方へ持上げる。この時点で
は、コンベア６０に乗つて移動してきた次の型枠は、押
し部材の板７４に対向する位置にあり、押し部材を作動
させて該型枠を支持台７１上へ押しやれば、すでに処理
ずみの型枠が送出しコンベア７６上へ押出される。かく
して処理ずみの型枠は、コンベア７６に乗つて鋳造物取
出し部署へ移送され、そこで鋳造物を型枠から取出し、
鋳物砂を鋳造物から除去する。先に述べたように、本発
明によれば、型砂に混合されている添加物、粘度、粘結
剤等は極く僅かしか失われず、蒸発によつて発生する蒸
気内に連行される添加物等は凝縮室内で回収され再使用
に供される。

しかも、凝縮室内での蒸気の凝縮によつて得られた熱は
、出口管３４を通して回収し、加熱等の他の目的に使用
することができる。即ち、出口３４から排出される加熱
された水をラジエータ又はその他の熱交換器へ供給する
ことができ、さもなくば失われたであろうエネルギーを
保存することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の１実施例の上面図、第２図は第
１図の装置の一部切除した側立面図、第３図は第２図の
装置の部分拡大詳細図、第４図は本発明の別の実施例の
側立面図、第５図は第４図の線５−５に沿つてみた立断
面図である。 図中主要な符号は次の通りである。 １１：車輪付キャリア、１２：支持台、１３：型板、１
４：下枠、１５：上枠、１６：真空部署、１７：真空室
、１８：側壁、２１：ガントリクレーン、２２：ピスト
ンロツド、２３：シリンダ、２５：密ノ封部材、３０：
凝縮室、３７：ポンプ、４０：真空ポンプ、４１：導管
、４２：真空弁、４４：空気弁、５０：空気出口、６０
：コンベア、６１：真空部署、６３：真空フード（真空
室）、６５：導管、６６：密封部材、６９：上枠、７０
：下門枠、７１：支持台。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水分を含有した鋳物砂によつて型枠内に形成された
   型キャビティ内へ溶融金属を鋳込んだ後該型枠内の鋳物
   砂を回収するための方法において、前記型枠を所定の位
   置へ移動させる段階と、該型内の砂を真空に露呈させて
   圧力を低下させ、該砂内の水分を蒸発させる段階と、該
   蒸発した水分を除去する段階と、次いで該砂にかけられ
   ている真空を解除する段階とから成る鋳物砂回収方法。 ２ 鋳物砂を真空に露呈させる前記段階は、前記型枠内
   の鋳物砂を真空に露呈させて圧力を３ｐｓｉ（０．２１
   ｋｇ／ｃｍ＾２）（絶対圧）まで低下させ、それによつ
   て該砂内の水分を蒸発させることから成ることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の鋳物砂回収方法。３
   鋳物砂を真空に露呈させ、蒸発した水分を除去する前記
   段階は、前記型枠内の鋳物砂を真空に露呈させて圧力を
   １ｐｓｉ（０．０７ｋｇ／ｃｍ＾２）（絶対圧）にまで
   低下させ、それによつて該砂内の水分を蒸発させ、該砂
   を短時間その低下した圧力に維持したまま該蒸発した水
   分を除去することから成ることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の鋳物砂回収方法。 ４ 水分を含有した鋳物砂によつて型枠内に形成された
   型キヤビテイ内への溶融金属を鋳込んだ後該型枠内の鋳
   物砂を回収するための方法において、前記型枠を所定の
   位置へ移動させる段階と、該型枠内の鋳物砂を真空に露
   呈させて圧力を１ｐｓｉ（０．０７ｋｇ／ｃｍ＾２）（
   絶対圧）にまで低下させ、それによつて該砂内の水分を
   蒸発させる段階と、該砂を短時間該低下した圧力に維持
   する段階と、前記蒸発した水分を凝縮室へ抽出する段階
   と、該蒸発した水分を該凝縮室内で凝縮させる段階と、
   次いで該砂にかけられている真空を解除する段階とから
   成る鋳物砂回収方法。 ５ 蒸発した水分を抽出し、凝縮させる前記段階は、前
   記蒸発した水分及び該水分内に帯同されている微粒子を
   凝縮室へ抽出し、該蒸発した水分を前記凝縮室内で凝縮
   させ、該凝縮した水分及びそれに帯同されている微粒子
   を再使用のために収集することから成ることを特徴とす
   る特許請求の範囲第４項記載の鋳物砂回収方法。 ６ 水分を含有した鋳物砂によつて型枠内に形成された
   型キャビティ内へ溶融金属を鋳込んだ後該型枠内の鋳物
   砂を回収するための装置において、真空室を形成するた
   めの囲い体と、鋳造物および鋳物砂を包含した型枠を搬
   送し前記真空室内へ導入するための搬送装置と、真空創
   生装置と、前記真空室内において前記鋳物砂内の水分を
   蒸発させ、かつ、該蒸発した水分を該真空室から抽出す
   るべく該真空室内の圧力を大気圧より低い圧力に低下さ
   せるために前記真空創生装置を該真空室に連結する導管
   と、前記真空室を大気圧に戻すために該真空室に連結し
   た弁とから成る鋳物砂回収装置。 ７ 水分を含有した鋳物砂によつて型枠内に形成された
   型キャビティ内へ溶融金属を鋳込んだ後該型枠内の鋳物
   砂を回収するための装置において、凝縮室を形成するた
   めの殻体と、該凝縮室を低圧に維持するために該凝縮室
   に作動的に接続される真空創生装置と、前記凝縮室の容
   積より小さい容積を有する真空室を形成するための囲い
   体と、前記凝縮室と真空室とを連結するための導管と、
   鋳造物および鋳物砂を包含した型枠を搬送し前記真空室
   内へ導入するための搬送装置と、前記導管を制御する第
   １弁と、前記真空室を凝縮室内の低下した圧力に露呈さ
   せて前記鋳物砂内の水分を蒸発させ、その蒸気が前記導
   管を通して前記凝縮室内へ抽出されるように前記第１弁
   を作動させるための作動器と、前記蒸気を凝縮させるた
   めに前記凝縮室内に配設した凝縮器と、前記第１弁が閉
   鎖位置へ作動されて前記真空室を凝縮室から隔離した後
   、該真空室を大気圧に戻すように該真空室を大気に連通
   させるために該真空室に連結された第２弁とから成る鋳
   物砂回収装置。 ８ 前記搬送装置は型枠を支持するための支持体を備え
   ており、該支持体の一部分が前記真空室の壁の少くとも
   一部分を形成するようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第７項記載の鋳物砂回収装置。 ９ 前記搬送装置は、型枠を支持するための支持台を有
   する車輪付キャリアを備えており、前記囲い体は、その
   底部が開放していて、前記キャリアの支持台上に支持さ
   れた型枠を囲包する降下位置と、該キャリアから離脱さ
   れる上昇位置との間で上下動しうるように取付けられて
   おり、該囲い体がその降下位置に置かれたとき、囲い体
   の下縁が前記キャリアの支持台に密封係合して該囲い体
   の開放底部を閉鎖し、密閉真空室を画定するように構成
   したことを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の鋳物
   砂回収装置。 １０ 水分を含有した鋳物砂によつて型枠内に形成され
   た型キャビティ内へ溶融金属を鋳込んだ後該型枠内の鋳
   物砂を回収するための装置において、凝縮室を形成する
   ための殻体と、該凝縮室を低圧に維持するために該凝縮
   室に作動的に接続される真空創生装置と、型枠を支持す
   るための支持台を有する真空部署を形成する構造体と、
   該真空部署に配設され前記凝縮室の容積より小さい容積
   の真空室を形成するための底部の開口した囲い体と、前
   記型枠を前記真空部署へ搬送し、該型枠を前記支持台上
   へ載せるための搬送装置と、前記囲い体を、それが前記
   支持台上に支持された型枠をおおい、囲い体の下縁が型
   枠の上縁に密封係合して囲い体の底部を閉鎖し密閉真空
   室を画定する降下位置と、型枠から離された上昇位置と
   の間で昇降させるために該囲い体に連結された作動装置
   と、前記凝縮室と真空室とを連結するための導管と、該
   導管を制御する第１弁と、前記真空室内において前記型
   枠を前記凝縮室内の低下した圧力に露呈させて前記鋳物
   砂内の水分を蒸発させ、その蒸気が前記導管を通して該
   凝縮室内へ抽出されるように前記第１弁を作動させるた
   めの作動器と、前記蒸気を凝縮させるために前記凝縮室
   内に配設した凝縮器と、前記第１弁が閉鎖位置へ作動さ
   れて前記真空室を凝縮室から隔離した後、該真空室を大
   気圧に戻すように該真空室を大気に連通させるために該
   真空室に連結された第２弁とから成る鋳物砂回収装置。