本发明与一种制造再生铸砂的方法及装置有关。

一般而言，铁及铝制的铸造物构件系由用砂所形成的砂铸型制造。用于铸型的铸砂通过回收再生而被再度用于砂铸型。
在铸砂之中，有时添加具有粘结性的树脂等有机粘结剂。通过添加有机粘结剂，由铸砂所形成的铸型的形状可得以适当地保持。
在用于型芯的铸砂中使用有机粘结剂，使用湿型砂作为外铸型的情况下，仅回收构成型芯的铸砂是有困难的。因此，在回收的铸砂中就会混入包含膨润土(bentonite)等无机成分的湿型砂。
现有的铸砂是通过在焙烧炉中焙烧铸砂的工序以及将焙烧过的铸砂研磨的工序来进行再生的。在焙烧工序中，铸砂被加热至600℃以上。通过加热，附着于铸砂颗粒表面的树脂等有机成分被除去。在研磨工序中，将焙烧工序中未除去的铸砂颗粒表面残留的有机成分或无机成分剥离，同时使铸砂颗粒的形状保持完整。
作为现有的铸砂再生方法的一例，揭示了在焙烧炉内焙烧铸砂时，以铸砂的焙烧热持续地对焙烧炉内空气加热(参照特开昭63-180340号)。在该再生方法中，可抑制空气流的温度降低，可促进铸砂中的有机成分燃烧。
然而，在上述现有的铸砂再生方法中，混入铸砂的无机成分(膨润土)无法由焙烧而除去，而残留了无机成分的再生铸砂被回收。残留于再生铸砂的无机成分成为使以再生铸砂所形成的砂铸型强度降低的原因之一。因此，在铸砂的焙烧之后，另外对铸砂颗粒进行研磨的工序是不可缺的，再生效率较低。

本发明的目的在于提供一种有效率地制造再生铸砂的方法及装置。
本发明的一种形式为提供一种再生铸砂的制造方法，其具有准备铸砂的工序以及将上述铸砂再生的工序。上述再生工序包含将上述铸砂搬入炉的工序，以及将上述铸砂焙烧并以0.8m/s以上的风速的空气流将上述铸砂吹至上述炉内的上部的工序。
在其一实施例中，上述炉是循环流动炉。
本发明的另一种形式提供另一种再生铸砂的制造方法，其包括准备铸砂的工序以及将上述铸砂再生的工序。上述再生的工序包括将上述铸砂搬入具有焙烧室的工序、将上述铸砂加热至600℃以上并将0.8m/s以上风速的空气流供给至上述焙烧室而将上述铸砂的大部分吹至上述焙烧室内的上部的工序、将上吹的上述铸砂与上述空气流一起从上述焙烧室移送至分离装置的工序。
在其一实施例中，上述再生工序进一步包括将上吹的上述铸砂从上述焙烧室内产生的燃烧气体中分离的工序、将已分离的上述铸砂从上述分离装置移送至上述焙烧室的工序，还进一步包含将上述吹至上部的工序、上述移送至分离装置的工序、上述分离的工序以及移送至上述焙烧室的工序等进行重复的工序。
上述空气流的风速最好是在1.5m/s以上。
在其一实施例中，上述铸砂为用于铸造的使用完毕的铸砂、具有规格外质量的铸砂、废弃的铸砂、或造型失败的砂铸型所使用的铸砂。
本发明的另一种形式为提供一种再生铸砂的制造装置，包括具有焙烧铸砂的焙烧室的焙烧装置、在上述铸砂的焙烧中以0.8m/s以上风速的空气流将上述铸砂的大部分吹至焙烧室上部的鼓风机。
另一实施例的制造装置进一步包括将上吹的上述铸砂的一部分从上述焙烧室上部通过上述焙烧室的外部而回到上述焙烧室下部的循环通路。上述循环通路包含连接于上述焙烧室上部的连通管、连接于上述连通管并将上吹的上述铸砂从上述焙烧室内产生的燃烧气体中分离的分离装置、连接上述分离装置与上述焙烧室的下部并使上述分离装置所分离的上述铸砂回到上述焙烧室的送出管。
在另一实施例中，上述焙烧室具有一下部以及比该下部宽的上部。
附图说明
图1为本发明第一实施形态的再生铸砂制造装置的概略图。
图2为本发明第二实施形态的再生铸砂制造装置的概略图。
图3表示使用图1及图2再生铸砂制造装置所制造的再生铸砂的粒度指数与焙烧中的空气流的风速的关系。
图4表示使用图1及图2再生铸砂制造装置所制造的再生铸砂的烧损、弯曲强度与焙烧中的空气流的风速的关系。
图5表示再生铸砂的粒度指数一风速曲线与砂量的变化关系。
图6表示再生铸砂的烧损一风速曲线与砂量的变化关系。
图7表示再生铸砂的弯曲强度一风速曲线与砂量的变化关系。

第一实施形态以下以第一实施形态说明本发明的再生铸砂的制造方法。
铸砂为用于铸造的铸型(砂铸型)的砂。构成用于铸造的砂铸型的铸砂(使用完毕的铸砂)回收后被再生。使用完毕的铸砂几乎不含水分，含有0.1～10质量％的有机成分。包含于铸砂中的粘结剂为酚醛系(Phenol)的有机粘结剂、水玻璃及膨润土等的无机粘结剂以及黏土等的一般粘结剂，并无特别的限定。第一实施形态的再生铸砂的制造方法适用于再生含有有机粘结剂的铸砂，第一实施形态的再生铸砂的制造方法，适用于再生用于砂铸型的铸砂，该砂铸型可由如壳型法(shell mold)这样的热硬化型造型法或使铸砂在常温自行硬化的冷芯盒法(cold box)的自硬性造型法形成。第一实施形态的再生铸砂的制造方法可用于再生由壳型法及冷芯盒法以外的方法所形成的砂铸型的铸砂。
以下说明在壳型法中形成的砂铸型的铸砂。
在壳型法中，在形成砂铸型时，采用的是混合了添加成分的铸砂，即所谓的树脂覆膜砂(resin-coated sand)。添加成分比如说是酚醛树脂等的粘结剂、六亚甲基四胺(hexamethylene tetramine)等硬化促进剂以及硬脂酸钙等的润滑剂。树脂覆膜砂几乎不含水分，但含有0.1～10质量％的有机成分。
对由壳型法形成铸型的过程进行说明。将树脂覆膜砂填充于200～300℃的模型内。在模型内使树脂覆膜砂硬化而形成铸型。树脂覆膜砂主要作为型芯的材料来使用。作为外铸型的材料则使用含有膨润土这样的粘结剂的湿型砂。
在本说明书中，铸砂的再生不只是指将用于铸造的铸砂再度活性化而成为可再利用于形成砂铸型的状态，也可以是指将未使用的铸砂调制成可形成砂铸型的铸砂。未使用的铸砂，是指例如具有规格外质量的树脂覆膜砂、废弃的树脂覆膜砂以及用于造型失败的砂铸型的树脂覆膜砂。具有规格外质量的树脂覆膜砂，是指例如强度不佳的树脂覆膜砂。通过本发明的再生工序，可得到除去了用于砂铸型成形的粘结剂以及在使用完毕的铸型砂回收时混入的无机成分等的再生铸砂。此再生铸砂可重新适合用于砂铸型的造型。
以下针对第一实施形态的再生铸砂的制造方法进行说明。
第一实施形态的再生铸砂的制造方法包括一再生工序，其焙烧铸砂并供给空气流(吹起空气)至炉内而将铸砂吹至炉内的上部。运入炉内的铸砂的量并无特别限定，但最好将铸砂的量调整成铸砂的大部分被吹至焙烧室的上部而不堆积在焙烧室的底部。铸砂的再生工序可以分批的方式或以连续的方式进行。一般而言，连续地进行再生工序效率较高。
铸砂被焙烧至600℃以上，较佳的焙烧温度为700℃以上，更好的焙烧温度为800℃以上。在焙烧温度(铸砂的温度)未满600℃的情况下，附着于铸砂颗粒表面的粘结剂等的不要的成分会产生不完全的燃烧，不要成分无法充分燃烧。在此情况下，会得到质量较低的黑化的再生砂。在不能直接测定铸砂温度的情况下，也可将炉内的气体温度视为铸砂的温度。
风速决定着使铸砂大部分的颗粒上浮至焙烧室的上部，而使得铸砂不会堆积在焙烧室的底部。在第一实施形态中，铸砂被具有0.8m/s以上风速的空气流吹到炉内的上部。上吹的铸砂颗粒彼此之间相互激烈地冲击碰撞而产生研磨的效果。藉此，附着于铸砂表面的粘结剂等的不要的成分并剥离，另外，铸砂颗粒的形状及尺寸得到修整。空气流的风速较好是在1m/s以上，最好是在1.5m/s以上。在空气流的风速不满0.8m/s的情况下，铸砂颗粒彼此的冲撞频率变低，铸砂颗粒表面的研磨会变得不充分。空气流的风速越高，铸砂的研磨效果会提升。虽然空气流的风速没有上限，但就铸砂的再生装置的构造而言，超过15m/s风速的空气流是不实用的。
以下，参照图1说明本发明第一实施形态中的铸砂的再生装置，即再生铸砂的制造装置。
再生装置具有使铸砂边循环边焙烧的循环流动炉11。
循环流动炉11包括具有例如圆筒形的焙烧室的焙烧装置12、分离装置13(例如旋风构造)、送出管14以及包含连接于焙烧装置12底部的送风管的鼓风机16。鼓风机16通过送风管将空气供给至焙烧室内。在焙烧装置12的侧部设有将铸砂搬入焙烧室的搬入口15。铸砂通过燃烧器(图示略)在焙烧室内被焙烧。连通管17连通焙烧室的上部与分离装置13。分离装置13把由铸砂的焙烧而产生的燃烧气体与铸砂分离。送出管14连通分离装置13的下部与焙烧室的下部。用分离装置13从燃烧气体中分离出的铸砂颗粒通过送出管14回到焙烧室。连通管17、分离装置13以及送出管14是作为设于焙烧室外部的循环通路而起作用的。
在使用循环流动炉11使铸砂再生的情况下，首先，将用于铸型的铸砂回收。在使用有机粘结剂作为型芯的铸砂的粘结剂且使用湿型砂作为外铸型的情况下，即使想仅回收型芯，在构成该型芯的铸砂中混入包含无法以焙烧除去的无机成分(膨润土)的湿型砂。
在铸砂回收之后，预先将铸砂在烧炉(未图示)内进行100℃以上的预备焙烧。然后，将既定量的铸砂通过搬入口15搬入焙烧装置12内。铸砂可连续地或间歇地搬入焙烧装置12内。一实施例的铸砂投入量为每小时10吨。搬入到焙烧装置12内的铸砂通过燃烧器的热在焙烧装置12内焙烧，并由鼓风机16供给的空气流被向上吹。
附着于铸砂的粘结剂等不要的成分通过焙烧被燃烧，并产生燃烧气体。粘结剂等不要的成分中无法除去的一部分有机成分则有时残存于铸砂颗粒的表面。在回收的铸砂中混入有湿型砂的情况下，含在湿型砂的膨润土无法通过焙烧除去而残留下来。
在第一实施形态中，铸砂的颗粒由既定风速(0.8m/s以上)的空气流上浮至焙烧室的上部，相互激烈地冲撞，冲撞焙烧装置12的壁面，而产生研磨的效果。通过该冲撞，残留于铸砂的膨润土等不要的成分会从铸砂颗粒的表面剥离。
空气流的风速可由设置于焙烧室内的风速感应器直接测定，也可由以下的式子算出空气流的风速＝V1×A1/BV1是在鼓风机16的送风管的检测位置A所测定的空气流的速度。A1是鼓风机16的送风管的检测住置A的截面积。B为焙烧室底部的面积。
在上述铸砂被上吹的情况下，无法由焙烧除去的有机成分也可从铸砂颗粒的表面剥离。铸砂颗粒彼此摩擦的结果，铸砂颗粒被削整而使其粒径变小。如此，可得到形状改善了的高质量再生铸砂。
在焙烧装置12中，将铸砂上吹的空气流的一部分从焙烧装置12经过分离装置13及送出管14再供给至焙烧装置12内。
一部分的铸砂在焙烧装置12内被上吹之后，与燃烧气体一起通过连通管17被送至分离装置13中。分离装置13使铸砂与燃烧气体分离。分离后的燃烧气体经过处理装置(图示略)而放散至大气中。分离的铸砂通过送出管14被送至焙烧装置12。
在第一实施形态中，铸砂的颗粒不仅在焙烧室内被研磨，在连通管17、分离装置13及送出管14中移动时也相互冲撞而进行研磨。另外，铸砂的颗粒在连通管17、分离装置13以及送出管14的内表面边冲撞边移动。因此，循环流动炉11通过将铸砂连续地研磨，从而可效率较高地制造再生铸砂。
送入焙烧装置12内的铸砂颗粒通过循环于循环流动炉11内部的空气流，连续地相互冲撞而边研磨边流动地被送入焙烧装置12内。铸砂通过在循环流动炉11内至少循环一次而被再生。在第一实施形态中，可得到在粘结剂等不要成份的焙烧的同时，较好地实施了研磨处理的高质量的再生铸砂。
在第一实施形态中，可得到以下的优点。
第一实施形态的再生工序包括将送入焙烧装置12的铸砂实施焙烧，并以风速0.8m/s以上的空气流将铸砂上吹。通过空气流上吹的铸砂颗粒，由于颗粒之间的冲撞及与焙烧装置12内壁面的冲撞而产生充分的研磨。因此，附着于铸砂颗粒表面的粘结剂等不要成分会剥离，同时可以改善铸砂颗粒的形状。
在第一实施形态的再生铸砂制造方法中，铸砂一面被焙烧，一面研磨其颗粒的表面。不必如以往的再生方法一样，在铸砂焙烧过后另外进行铸砂的研磨工序。即，在第一实施形态中。焙烧工序与研磨工序同时进行。因此，作业工序简化，而作业时间缩短。
使用空气流在焙烧室内部循环的循环流动炉11来进行铸砂的再生。空气流使铸砂颗粒一面相互研磨，一面在循环流动炉11内至少循环一次。因此，循环流动炉11可使铸砂有效地进行研磨。
铸砂在600℃以上的高温进行焙烧。因此，附着于铸砂颗粒表面的粘结剂等的有机成分可大体上完全燃烧而从铸砂上除去。
第二实施形态以下，说明本发明的再生铸砂制造方法及装置的第二实施形态。
首先，参照图2说明第二实施形态的铸砂再生装置，即再生铸砂的制造装置。再生装置包含焙烧炉21。焙烧炉21包括具有圆筒形焙烧室的焙烧装置22、以及供给风速0.8m/s以上的空气流至焙烧室并包含连接于焙烧装置22下部的送风管的鼓风机16。再生装置不具备分离装置13(参照图1)。在焙烧装置22的侧部，形成有用于将铸砂搬入到焙烧室的搬入口，在焙烧装置22的侧部，配置有用于焙烧铸砂的燃烧器(图示略)。在第二实施形态的焙烧炉21中，铸砂的颗粒在上吹至焙烧室的上部后，不送至分离装置13(参照图1)，而是落下至焙烧室的底部。焙烧室具有比较宽的上部和比较窄的下部。具有比较宽的上部的焙烧室容易让铸砂上浮和扩散，具有提高铸砂颗粒冲击效率的作用。
说明用焙烧炉21进行铸砂再生的例子。
将铸砂以每小时10吨的量从搬入口15搬入至焙烧室内。一边从鼓风机16以0.8m/s以上的风速将空气流供给至焙烧室，一边通过燃烧器加热铸砂。大部分的铸砂颗粒通过空气流被上吹至焙烧室内的上部。空气流的风速如第一实施形态所说明的那样被测定或计算出来。
铸砂的颗粒在焙烧室的上部相互激烈的冲撞，另外，也冲撞焙烧室的内表面。残留在铸砂的粘结剂等不要的成分从铸砂剥离而被除去。通过铸砂颗粒的相互冲撞，可得到铸砂颗粒的形状与尺寸被修整，形状被改善了的高质量的再生铸砂。
实施例一(再生铸砂的制造)从用于铸造的砂铸型中回收了铸砂，将1吨的铸砂分别搬入到处理能力为每小时两吨(2t/h)的循环流动炉11及焙烧炉21中，在循环流动炉11及焙烧炉21中，用空气流一边将铸砂上浮，一边在700℃焙烧1小时，从而制造出再生铸砂。
(再生铸砂的物性)研究焙烧中的空气流的风速与再生铸砂的物性的关系，其结果如图3及图4所示。
(粒度指数)粒度指数是铸砂颗粒大小的指标。根据JACT试验法S-1(铸砂粒度试验法)确定的AFS系数而算出粒度指数。粒度指数越高，表示研磨得越好，再生铸砂的质量高。
(烧损)烧损(Ignition Loss)表示在热分解及燃烧时发生的铸砂的质量变化程度的指标。烧损越小，附着于再生铸砂的异物就越少。根据JACT试验法S-2(铸砂的烧损试验法)来测定烧损。具体而言，是根据JIS Z 2601将铸砂的游离水分除去。将正确称量了的铸砂10g(W1)放入坩锅，将该坩锅预先用电炉加热至1000℃后放置15分钟。接着，将坩锅进行45分钟的加热。从电炉取出的坩锅放在干燥器(desiccator)中放置至室温。之后，测定铸砂的质量(W2)。烧损从以下的式子算出：烧损(％)＝(W1-W2)/W1×100(弯曲强度)将预热至150℃的再生铸砂7Kg及线性酚醛树脂(Novolak)(旭有机材工业制造，商品名称SP610)175g加入摆轮式混砂机中(远州铁工株式会社制造)进行40秒钟的混合。将包含环六亚甲基四胺26.3g及水105g的水溶液追加到摆轮式混砂机内的混合物中。一面用鼓风机送风，一面继续混合至混合物的块状崩解为止。追加硬脂酸钙7g至摆轮式混砂机内，再混合5秒钟，就可得到树脂覆膜砂。从该树脂覆膜砂制作出符合JIS K 6910规定的试片。根据JACT试验法SM(弯曲强度试验法)测定试片的弯曲强度。试片的弯曲强度越高，铸型的弯曲强度就越高。
如图3所示，在图2的焙烧炉21中制造再生铸砂的情况下，当空气流的风速在0.8m/s以上时，粒度指数急剧地上升。即，通过以风速0.8m/s以上的空气流使铸砂边上浮边焙烧，使铸砂的颗粒充分地被研磨，可得到高质量的再生铸砂。风速在1.5～3m/s的范围内，使用循环流动炉11会比使用焙烧炉21更能得到具有较好粒度指数的再生铸砂。其理由估计是在循环流动炉11内，铸砂颗粒彼此的冲击力比焙烧炉21中的高，因此可较好地除去粘结剂等不要的成分。
从图4可知，用图2的焙烧炉21制造再生铸砂的情况下，当风速在0.8m/s以上时，烧损会急剧地下降。即，通过用0.8m/s以上风速的空气流使铸砂边上浮边焙烧，可得到其表面几乎不附着粘结剂等不要的成分的高质量再生铸砂。风速在1.5～3m/s的范围内，使用循环流动炉11比使用焙烧炉21可得到烧损较小的再生铸砂。其理由估计是在循环流动炉11内，铸砂颗粒彼此的冲击力比焙烧炉21中的高，因此可较好地除去粘结剂等不要的成分。
通过用0.8m/s以上的风速的空气流，使铸砂边上浮边焙烧，弯曲强度可快速地提高。即，以风速0.8m/s的空气流使铸砂边上浮边焙烧的再生铸砂，用此铸砂所制造的树脂覆膜砂适合制造具有良好强度的铸型。风速在1.5～3m/s的范围内，使用循环流动炉11比使用焙烧炉21可制造出弯曲强度更高的再生铸砂。其理由估计是在循环流动炉11内，铸砂颗粒彼此的冲击力比焙烧炉21中的高，从而可得到粒度较小的再生铸砂。
实施例二准备具有容积为40m3之焙烧室的焙烧炉21。变更送入焙烧室内的铸砂量(0.5吨、1吨、1.5吨)使铸砂进行再生。再生铸砂的物性与实施例一同样地测定。
送入1吨的铸砂之际所得到的再生铸砂的物性系引用实施例一的测定值。结果表示于图5～图7。
如图6所示，即使变更送入焙烧室的铸砂量，若供给风速在0.8m/s以上的空气流，则会得到烧损急剧降低的再生铸砂。
如图5及图7所示，即使变更送入焙烧室的铸砂量，若供给风速在0.8m/s以上的空气流，则会得到粒度指数及弯曲强度急剧提升的再生铸砂。
实施例三使用图1的循环流动炉11及图2的焙烧炉21，将铸砂在900℃焙烧。测定再生铸砂的物性。针对铸砂的焙烧温度对再生铸砂的物性的影响给予评价。其结果如表1所示。表1的炉内砂温为循环流动炉11及焙烧炉21内的铸砂的温度。炉内砂量为搬入循环流动炉11及焙烧炉21的铸砂的质量。
表1
在比较例1中，供给风速不足0.8m/s的空气流。铸砂在900℃焙烧的情况下，在使用风速(6m/s)大幅超过0.8m/s的试验例1、2中，得到具有良好物性的再生铸砂。
在炉内砂度比试验例3高的试验例1中，可见到物性稍微有所提升。其理由是通过将铸砂在900℃焙烧，可以除去在700℃无法除去的粘结剂等的不要成分。
各实施例可做以下的变更。
鼓风机16的送风管不限连接于焙烧室的底部也可连接于焙烧装置12、22的上部或中央部。在此情况下，铸砂的颗粒在焙烧室内，由各方向供给的空气流以相当高频率的冲击力相互撞击。因此研磨效果提高。
以上详述的实施形态及实施例仅为说明本发明的趣旨，本发明的趣旨系于申请专利范围所规定，并不限于实施形态及实施例的记载。