Method and apparatus for reproducing the molding sand

【発明の詳細な説明】 鋳物砂を再生するための方法及び装置 廃棄処理費の高騰や当局の命令から、鋳物砂の再生と再利用が強いられることとなつた。 このためにさまざまな再生法が公知であり、又再生設備が稼働している。 ベントナイト含有混合砂の再生は有害物質の量が多いので、特別の困難をもたらす。 例えば欧州公開特許第343272号明細書に記載され、別の公知の方法に匹敵する熱機械式再生が現在好まれる。 そこでは砂は、第１熱処理段階において500 〜900℃の温度で焼なましされ、適切に冷却された後、バツチごとに精砕機又は粉砕機に装入され、そのなかで焼なまし操作のときに揮発しなかつた死焼残留粘結剤が回転する横腕によつて砂粒から擦り落とされ、砂充填物に吹き込まれる圧縮空気によつて時々運び出されて、排出される。 しかし熱再生処理はますます懐疑的に検討され、将来は省かれなければならなくなる。 そのために必要な設備は調達費、運転費及び保守費が高く、多くの中小規模の鋳物工場に過大な負担を要求し、強制的に付加的輸送を引き起こす協同組合工場又は賃金工場へと強いる。 古砂中になお存在するベントナイトと炭素含有成分とからなる有価物質は、死焼されて失われる。 砂粒は急激な温度変化によつて破裂して廃棄物となり、こうして残留物質量が増加し、粒スペクトルが許容外に変化する。 それに加えて、地球全体の環境問題が鋳物工場に対しても排熱量及びＣＯ ₂排出量の削減と、付加的炉プロセスの放棄を強いる。 それ故に最近の刊行物において、古砂全体の死焼なましを回避することのできる再生法が提案されている（ドイツ連邦共和国公開特許第4106736号明細書、第4 106737号明細書、第412 1765号明細書及び欧州公開特許第465778号明細書）。 しかし熱再生段階が省かれると、機械式再生機械は清浄作業を単独でこなさねばならないので、従来よりもはるかに厳しい条件が要求される。 従来一般に使用された機械を用いた試験から、所要の再生品質をまつたく可能としないか又はきわめて長い機械運転時間後にはじめて可能とする本質的弱点及び欠点を認識することができた。 衝突清浄は比較的多くの圧縮空気を消費し、粒破裂の故に一層大量の残留物質を発生する。 複数の駆動装置と剥取器とを備えた回転ドラムでは、古砂が大抵高温で溜るので、構造支出が多くなり、摩耗及び障害が発生し易くなる。 通常熱処理段階の後段に設けられる粉砕機では、除塵が横向き空気か又は圧縮空気のいずれかによつて行われる。 しかし横向き空気は材料の上に巻き上げられた粉塵のみを捕捉して排出する。 そして欧州公開特許第343272号明細書に記載された粉砕機におけるように、上側機械底の多数のノズルを通して圧縮空気が砂装填物に吹き込まれると、横腕の範囲に流動床が発生して、所要の摩擦効果が中断する。 活性粘土含有砂の場合、摩擦が不十分となり、これにより中子製造のための再生物の有用性が損なわれる。 それに加えて、機械運転時間が長くなり、処理量が低下する。 更に微粉の大部分は通気と一緒に排出されるのではなく、底と側壁とによつて形成された死隅に沈積して、機械を空にするとき再生物と一緒に排出される。 それ故に砂の焼なまし処理を省いて小規模の鋳物工場によつても独自に運転することのできる単純で設備費、運転費及び保守費が安価な鋳物砂、特に活性ベントナイトをなお含有した古砂を再生するための方法を提供することが課題とされた。 このために必要な設備は所要スペースができるだけ少なく、さまざまな清浄課題に柔軟に適応することができ、大抵設けられている砂処理部内に簡単に一体化可能でなければならない。 この方法はあらゆる衝突力を防止して粒の破裂を排除し、なおかつ砂表面に焼着した硬い異物質が擦り落とされるとともに、粒自身が研磨され、有利には球形にされるように強力な粒間摩擦を保証しなければならない。 １再生バツチの間に粒間摩擦を徐々に強めることができ、まず異物質が運び出され、それに続いてはじめて硬い砂粒の研磨が行われ、これにより１バツチの持続時間を本質的に短縮することができるように、この方法は柔軟でなければならない。 この課題は請求の範囲11に記載された乾式粉砕機を利用する、請求の範囲１に記載された方法によつて解決される。 その際、通常の圧縮空気が使用される。 この運転方式は以下においても論及される。 しかし同じ方法が吸引空気にも適応することができる。 それぞれに従属した請求項２ないし10及び12ないし20には、方法の有利な構成が、又は設備の機械工学の有利な構成が含まれており、この設備は請求項21により新砂粒を球形にするのにも使用することができ、新砂粒は経験によれば、後続のリサイクルプロセスにおいて一層容易に再生することができる。 請求項１の措置に従つて空気が砂充填物の周辺範囲でのみ吹き込まれると、吹込個所に、及びその上に、機械の側壁に沿つて上昇する流動砂層のみが発生する。 その際圧縮空気が泡を形成し、この泡が粒から擦り落とされた粉塵を吸収して充填物の表面で明確に溶解する。 その際、粉塵は流れ去る空気によつて一緒に運ばれるが、砂粒は充填物の表面に落下して戻り、中央の吸引漏斗において駆動軸の周りを下方に粉砕ロータに向かつて戻される。 これにより垂直循環効果が生じる。 しかし砂粒に付着した残留粘結剤は粉砕ロータによつて剥がされるだけでなく、移動する砂群の内部での粒間摩擦によつても剥がされる。 この摩擦方式は充填物の周辺範囲で激しい圧縮空気噴流を吹き込むことによつて促進することができ、静電気で付着したプラスチツク粒子を剥がさねばならないときに特に有効である。 他方で砂充填物の壁近傍範囲での過度に高い流動化度は、ロータ羽根による主粉砕を著しく損なうことがある。 これを防止するために、圧縮空気は望ましくは相互に離間した底近傍個所及び壁近傍個所で吹込むべきである。 これにより、 吹込個所及びその上でのみ、流動砂の柱状帯域を生成することが達成され、この帯域はその間にある密な砂の柱によつて分離されている。 この措置の目的は連続した管状流動床が機械壁に生成するのを防止することにある。 その間にある一層固定しかつ一層密な砂パツクの柱によつて、円筒形充填空間内の他の取付物を有していない粉砕機の場合に，本来は撹拌装置となる中央の粉砕ロータによつて、 流動化していない内側の砂範囲が滑り軸受内の中子のように水平方向にずらされてしまうことも防止される。 上側では砂表面の下ではじまりかつ下側では粉砕ロータの上で成端した仕切壁によつて上昇流と下降流が別々に通されるとき、垂直循環効果は強めることができる。 圧縮空気が機械の最深個所でだけでなく、部分的にその側壁を通しても吹込まれ、側部吹込個所が底近傍の吹込個所に対して角度をずらしておくことができるとき、砂泡の量及び大きさは調節することができる。 再生処理の過程で組成及び別の特性に伴つて砂の流動挙動も変化するので、さまざまな運転パラメータを変更することが望ましい。 処理の開始時、砂充填物のなかで温度平衡が現れ、この温度平衡は新たに空にされて僅かに混合されたばかりの古砂を利用するとき，特に明確に観察することができる。 その際、まず砂粒に付着した活性ベントナイトが乾燥し、擦り落とされ，炭素粒子と一緒に強力に運び出される。 これらの有価物質は砂処理部内で再利用することができるので、 望ましくは分離捕集される。 再生バツチの過程での砂充填物の流動挙動の変化は駆動モータの電力消費量にも影響し、この消費量で再生の進展を認めることができる。 本発明の有利な１構成では、電力消費量は圧縮空気導入部及び／又は粉砕ロータの回転数を変更するための信号として利用され、これにより希望する方向に粉砕強度が変更される。 制御プロセスは自動的に行うことができる。 このような信号を利用して、統一的ではないバツチ運転時間の終了も決定することができる。 各再生物のために必要な機械運転時間は、鋳物砂循環路の内部でしはしば変化することのある古砂組成に依存する。 多くの古砂は主として炭塵とベントナイトとからなる比較的多くのばら粉塵を含有している。 それ故に、これらの有価物質を粉砕処理の開始前に排出するのが有利な場合がある。 これに役立つのが予備清浄段階であり、この段階のとき粉砕ロータは停止しており、又は砂充填物が慎重に撹拌されるように、ゆつくりと回転するだけである。 粉塵の排出は砂充填物の上側で半径方向又は接線方向に吹込まれる横向き空気によつて制御することができ、この空気から場合によつて飛沫同伴された微粒砂がサイクロン状に中心部で、しかし後には漏斗状捕砂器において分離され、再び砂循環路内に戻され、こうして砂粒スペクトルが維持される。 単一の原理図に基づいて本発明を例示的に説明する。 図１は外被によつて部分的に取囲まれた円筒形砂粉砕・再生機を示す。 図２は図１のＡ−Ａ線に沿つた断面図である。 図３は充填空間内に管状仕切壁を備えた円筒形砂粉砕・再生機を示す。 図１と図２に示された機械は閉蓋縦形円筒形容器１を有しており、該容器は下部が底板９を備えた外被２によつて取り囲まれている。 部品１，２が空気室３,3 a,４を形成し、空気室に圧縮空気送り管５,5a,６が注いでいる。 圧力空気は流動化空気及び除塵用空気として底の環状間隙７と高い位置で容器壁に設けられた空気溝孔又は溝孔ノズル８とを通して、注入された砂に吹込まれ、又は砂表面の上で横向き空気として吹込まれ、排出管23を通して排出される。 図示例の場合、蓋の中心で可変速度モータ12が支承されており、該モータは僅かに円錐形の軸13を介して、砂排出のために開口される底板24の上近くで粉砕ロータ14を駆動する。 しかし粉砕ロータは偏心に設けられて、回転羽根形混合器の場合に一般的なように下から駆動することもできる。 その場合、排出口のみずらさねばならないであろう。 砂は閉鎖可能な注入嵌め管16を通して、漏斗状捕砂器20の傾斜面を介して充填高さ17に至るまで装入される。 図２が示すように、底近くの空気室は中間壁25によつて２群の切片状個別室26 ,27に区分されている。 この区分は図１に示されたその上にある空気室3aにも広げることができる。 各群の空気室は図２に示されていない導管を通して選択的に圧縮空気が装入され、この圧縮空気は矢印28の方向に作用範囲29内に流出して、そこで砂を流動化させる。 しかし図示されたように、流動化した柱状作用範囲間のこの外側範囲10で、まだ空気の混入していないか又は僅かに混入しているだけの部分30が残り、この部分は一層硬い粘ちよう度を有し、粉砕ロータ14によつて加えられる回転力に抗して制動・支持範囲として働く。 従つて、その羽根は主として、強力に粉砕する、流動化していない内側範囲11で作動し、圧縮空気が強力に混入された範囲29に移行する範囲には、 せいぜい限定的に流入する。 この装置を運転すると、粉塵の混入した流動砂の上昇流18が生じ、上昇運動と通気は溝孔８からの空気流によつて促進することができる。 圧力及び量に応じて空気は、特に外側範囲10で破裂した泡の形で、又は僅かに渦まくだけの砂表面から、かなり激しく流出する。 空気は捕砂器20に衝突して、軽量の粉塵粒子を連行しながら、矢印22によつて示唆された方向に排出管23へと、更に図示されない分離器へと流れ、他方で飛沫同伴された重い砂は捕砂器20の下面から矢印21の方向に戻され、又は微粒として漏斗面から転がつて戻り、内側範囲11で矢印19の方向に下方に再び粉砕ロータの動作範囲内に達して、そこから矢印15の方向に再度、 垂直循環路内に送られる。 ちようど吹き込まない室の前の隅範囲には微粉と粉産が沈積するので、粉塵雄積物が死帯域から絶えず吹き出されるように、バツチ過程中に活性室群が何度も変更される。 図３に示された別の種類の装置は、底にノズル状に先細となつた１つの環状間隙31，又は複数の垂直個別ノズルを有し、 更に粉砕ロータ14の上で肋材35によつて同軸で保持された仕切壁34を有する。 この装置を運転すると、圧縮空気が環状室32から激しい噴流33として砂に吹き込まれ、砂充填物の外側範囲10で付加的摩擦作用が現れ、この作用は粉砕ロータ14によつて運び去られた残留物質粒子を完全に剥がすのに寄与する。 この装置も溜つた古砂の有価物質含量に応じて、予備清浄段階付きで運転することができる。 予備清浄段階のとき、粉砕ロータがまずゆつくりと回転し、次に粉砕回転数にされるよりも前に、有価物質は、専ら環状室32から吹き込まれる空気によつて運び出され、砂充填物は矢印15,33,21,19によつて示唆された運動を行う。 上昇する砂と下降する砂とが混ざり合うことは仕切壁34によつて防止され、又望ましくない水平方向回転は肋材35によつて防止される。

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