JP2005177759A - 機械式再生装置を使用した鋳型砂の再生方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳造後回収された鋳型砂を、機械式再生装置を用いて再生する方法において、人工的に作られたものでも高いコストを掛けることなく高品質に再生できる方法を提供する。
【解決手段】鋳造後回収された鋳型砂を、機械式再生装置を用いて再生する方法であって、該鋳型砂の中に微細粒体を添加した後に再生する方法において、前記鋳型砂は、その主成分がアルミナ、ムライト、ステアタイト、アルミナシリケートのうち少なくとも一つからなり、前記微細粒体は、その粒径が５μｍ〜５０μｍであり、その主成分が、珪砂、ジルコン砂、クロマイト砂、オリビン砂若しくは鉄を主成分とする金属粒からなり、該微細粒体を前記鋳型砂に対し１〜１０質量％の割合で添加した後に再生を行うことを特徴とする、機械式再生装置を使用した鋳型砂の再生方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、機械式再生装置を用いて、回収された鋳型砂を再生する方法に関する。

従来、鋳型砂を回収し、表面に付着した粘結剤を除去する再生処理を行った上で再度鋳型砂として使用することは公知であり、そのための方法も多数公知となっている。その方法には、機械式再生装置を用い砂粒子間相互の摩擦のみで再生する方法や機械式再生装置を用い砂粒子間相互の摩擦に加えて砂粒子に押圧することでより強固に再生する方法がある。

これら技術を用いることで、従来の機械式再生装置よりも鋳型砂の再生技術は向上してきているが、近年耐破砕性などを目的に誕生しているアルミナ、ムライト、ステアタイト、アルミナシリケートのうち少なくとも一つを主成分として人工的に作られた鋳型砂においては再生砂の品質は従来よりもさらに高いものが要求されている。そこで、機械式砂再生装置を用いた鋳型砂の再生において、高いコストを掛けることなく前述のような砂が高品質に再生できるよう、さらなる技術改良が求められている。

この要求を満たすために、例えば、高速回転するロータ内に鋳型砂を投入し、ロータ上方にある移動リングを用いてローラを封印し、鋳型砂の漏出を防止することで鋳型砂を所定時間ロータ内に滞留し続けた状態で砂粒子相互間の摩擦作用により付着粘結剤を剥離する作用を持った鋳型砂再生装置が公知となっている（特許文献１参照）。

さらに、処理する粒状物の装入空間の内部に、砥粒によって製造した研磨ヘッドをその回転軸をほぼ水平姿勢として回転駆動可能に配置し、研磨ヘッドの外周面との間に隙間を持たせて半径方向に延びる複数の翼を放射状に配列した回転ドラムを研磨ヘッド周りにほぼ同軸上で回転可能に配置したことを特徴とする粒状物の表面研磨装置が公知となっている（特許文献２参照）。

また、鋳造後回収された球形ムライト砂を流動層式乾燥機に掛けて乾燥球形ムライト砂にした後、粒子間摩擦式再生機に投入して砂再生をする球形ムライト砂の再生方法であって、粒子間摩擦式再生機へ乾燥球形ムライト砂を投入すると同時に研磨剤として球形ムライト砂の粒径よりも小さい粒径のセラミックス粉を乾燥球形ムライト砂に対して０．０１〜１０重量％投入して球形ムライト砂の再生を促進させ、再生機に掛けられて処理されたものから球形ムライト再生砂と研磨剤とに分離させ、分離された研磨剤を流動層式焙焼炉に掛けて研磨剤の表面に強固に付着された粘結剤を加熱燃焼させ、燃焼させた研磨剤をセパレータに掛けて燃焼物と研磨剤とに分離することを特徴とする球形ムライト砂の再生方法が一つの方法として提案されている（特許文献３参照）。
特許第３３２８７２２号公報 特公平７−１０６５４３号公報 特開２０００−１６７６４３号公報

しかしながら、この技術には以下に示すような大きな問題が存在している。まず、特許文献１に示す方法では、再生を行う際に砂粒子同士が激しく摩擦するために、砂表面に付着した粘結剤が剥離するのみならず砂粒子自体が研磨されることにより、多量の廃棄物を排出するとともに鋳型砂の再生に伴う回収率、即ち歩留まりが著しく低下するという問題があった。
また、再生のために時には鋳型砂が数分間にわたって装置内で摩擦を起こすために、装置が激しく発熱をしたり、装置内の部品の摩耗が非常に短期間で進んだりといった問題があった。

また、特許文献２に示す方法では研磨ヘッド内に剥離した粘結剤が侵入して研磨ヘッドの砥石としての能力が急激に低下するとともに研磨ヘッドの摩耗が起こると砂再生能力が著しく低下するために、頻繁に研磨ヘッドを交換せねばならず、交換に伴う設備稼働率の低下、ならびに研磨ヘッドが高価であることや交換に長時間を要することによる高コストの問題が大きかった。

さらに、特許文献３に示す方法では研磨剤として７０〜５μｍのセラミック粉を使用し、セラミック粉を乾燥球形ムライト砂に０．０１〜１０重量％添加して粒子間摩擦式再生機で再生処理し、再生砂と研磨剤とに分離し、研磨剤を流動焙焼炉により３００〜１０００℃に加熱し、その後加熱によって生じた燃焼物と研磨剤とを分離するとある。
ここで研磨剤を加熱燃焼させることは全く鋳型砂の再生自体には寄与しないものであり、設備の追加や投入エネルギに伴うコストの増加が問題である。また、粘結剤を燃焼することに伴う環境負荷の問題がある。加えて、研磨剤として粒径７０〜５μｍのアルミナ、ムライト、あるいはアランダム質のセラミック粉を使用するとあるが、セラミック粉を添加し、更に取り除くことによるコスト発生も問題である。
さらに、鋳型砂に添加したセラミック粉は本技術において鋳型砂として使用されているムライトと比重が近似しており、かつ、鋳型砂の一部分と粒径が近似している。本技術で規定されている粒径の粒体はそれが鋳型砂であるかセラミック粉であるかにかかわらず、鋳型に対してはガス欠陥や鋳型強度低下など鋳型の品質を低下する要因となるので本来は完全に除去されるのが望ましい。しかしながら、仮に鋳型砂からこれら粒径の粒体が全て取り除かれたとしても、その中に含まれる鋳型砂とセラミック粉の分級は前述の通り比重が近似しているために非常に難しい。このような問題により、本技術を用いて機械式砂再生装置で高品質の鋳型砂再生を行うのは非常に難しい状況であった。

本発明は、上記の問題に鑑みて成されたもので、鋳型砂を安価に処理可能で、歩留まりが高く、研磨剤と剥離粘結剤との分離に焙焼を使用せず、かつ、高価なセラミック粉を使用することなく機械式砂再生装置で鋳型砂の再生を行う方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明における機械式再生装置を使用した鋳型砂の再生方法は、鋳造後回収された鋳型砂を、機械式再生装置を用いて再生する方法において、鋳型砂の中に微細粒体を添加した後に再生することを特徴とする。
さらに、前記鋳型砂の主成分がアルミナ、ムライト、ステアタイト、アルミナシリケートのうち少なくとも一つからなることを特徴とする。
また、前記微細粒体が珪砂、ジルコン砂、クロマイト砂、オリビン砂又は鉄を主成分とする金属粒であることを特徴とする。
さらに、前記微細粒体の粒径は５μｍ〜５０μｍであることを特徴とする。
また、前記微細粒体の前記鋳型砂への添加割合が１〜１０質量％の範囲内であることを特徴とする。
さらに、前記鋳型砂は、その主成分がアルミナ、ムライト、ステアタイト、アルミナシリケートのうち少なくとも一つからなり、前記微細粒体は、その粒径が５μｍ〜５０μｍであり、その主成分が、珪砂、ジルコン砂、クロマイト砂、オリビン砂若しくは鉄を主成分とする金属粒からなり、該微細粒体を前記鋳型砂に対し１〜１０質量％の割合で添加した後に再生を行うことを特徴とする。
また、再生処理中の前記機械式再生装置における回転ドラムの回転数が４００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍであることを特徴とする。

上記の説明から明らかなように、本発明は鋳造後回収された鋳型砂を、機械式再生装置を用いて再生する方法において、鋳型砂の中に微細粒体を添加した後に再生するようにしたため、主成分がアルミナ、ムライト、ステアタイト、アルミナシリケートからなる高度な再生能力を要求される鋳型砂においても巨大な設備や複雑な工程を用いることなく再生が行えるようになり、産業界に与える効果は著大である。

ここで、本発明において、微細粒体を鋳型砂の中に添加することの理由は、機械式再生装置を用いて鋳型砂を再生する際に、本発明において規定しているアルミナ、ムライト、ステアタイト、アルミナシリケートのうち少なくとも一つを主成分とする鋳型砂においては表面が硬く、かつ、形状が非常に球形に近いために、摩擦抵抗が小さくなる。そのため、再生のために負荷した動力の効率が低下するので、摩擦抵抗を増加させるために微細粒体を添加するものである。従って、使用する微細粒体は動摩擦係数が大きいか、もしくはその形状が多角形であることが望ましい。

また、本発明において、微細粒体が鉄を主成分とする金属粒である場合には、材料特性が本発明の要求に合致し、かつ、安価に製造が出来、更に再使用が容易であるという利点がある。

また、本発明において、微細粒体が珪砂、ジルコン砂、クロマイト砂、オリビン砂のいずれかである場合には、形状が多角形であり、安価であり、かつ入手が容易であるという利点がある。

本発明において、微細粒体の粒径が５μｍ未満である場合には大量に微細粒体を投入しないと再生時に鋳型砂の摩擦抵抗が増大しないために非効率、非経済的となり、また５０μｍよりも大きい場合には、鋳型砂の粒径と微細粒体の粒径が近いために砂粒同士の間隙に微細粒体が侵入しづらくなり、結果として摩擦抵抗増大の効果が少なくなるために、本発明における微細粒体の粒径は５μｍ〜５０μｍであることが望ましい。

また、本発明において、微細粒体の鋳型砂への添加割合が１質量％未満である場合には添加割合が少なすぎて微細粒体添加の効果が得られず、１０質量％を越える場合にはそれ以上添加量を増やしても効果の増大が認められないため、微細粒体の鋳型砂への添加割合は１〜１０質量％であることが必要である。

さらに、本発明における機械式再生装置において、回転ドラムの回転数が４００ｒｐｍ未満であるときは十分な再生効果が得られず、反対に３０００ｒｐｍを越えると再生効率の向上よりも装置の発熱や部品の消耗の方が著しくなるので、回転ドラムの回転数は４００〜３０００ｒｐｍであることが必要である。

以下、図面に基づき発明を説明する。図１は、本発明の実施例に用いる砂再生工程のフローチャートである。以下、このフローチャートを用いた場合の工程について説明する。
まず、再生しようとする鋳型砂に微細粒体を添加する。この時、該微細粒体は該鋳型砂全体に均等に添加されるのが望ましい。均等に添加するためには、振動フィーダ上で鋳型砂を搬送しながら微細粒体を定量添加するなど、公知の方法を使用して行えばよい。

次に、前記微細粒体を添加した前記鋳型砂を、機械式鋳型砂再生装置を使用して再生する。回転ドラムを水平回転させた状態で鋳型砂を供給する。この状態で該鋳型砂は、砂粒子間相互の摩擦作用により砂粒子表面に付着した粘結剤が剥離されるが、鋳型砂に添加した該微細粒子により砂粒子乾燥後の摩擦係数がより高められる効果があるので、添加しない場合と比較してより強力に粘結剤の剥離を行うことが出来る。
この時、特公昭５７−４２４１１号公報に示すような機械式再生装置を用い砂粒子間相互の摩擦のみで再生を行っても良いし、特許第３１２５２７２号公報に示すような機械式再生装置を用い砂粒子間相互の摩擦に加えて砂粒子に押圧することでより強固に再生を行っても良い。

再生が終了すると、前記鋳型砂と剥離物、添加した微細粒体の分級を行う。剥離物や前記微細粒体はその粒径が微小であることなどから鋳型砂から完全に除去されることが望ましい。分級の方法としては篩い分けによるもの、比重差を利用したものなど様々なものが公知となっており、これらの方法を使用すればよい。一般的には、該微細粒体として珪砂やオリビン砂を使用したときにはこれら粒体は再生によって更に微細化してしまうので、剥離物とともに比重差を利用した方法などで該鋳型砂から取り除く方法が最も簡便である。一方、ジルコン砂、クロマイト砂、金属粒を利用した方法では、鋳型砂と粒体の比重が非常に近いか、もしくは粒体の比重の方が鋳型砂の比重よりも大きいので、あらかじめ剥離物を鋳型砂から分級しておいた後、鋳型砂と微細粒体とを磁力選別する方法が最も簡便である。この方法による場合は、選別された微細粒体は再度使用が可能である。

鋳型砂を安価に処理可能で、歩留まりが高く、研磨剤と剥離粘結剤との分離に焙焼を使用せず、かつ、高価なセラミック粉を使用することなく機械式砂再生装置で鋳型砂の再生を行うことができ、産業上の利用の可能性は大である。

本発明の実施形態を示すフローチャートである。

符号の説明

なし

Claims (8)

1. 鋳造後回収された鋳型砂を、機械式再生装置を用いて再生する方法において、該鋳型砂の中に微細粒体を添加した後に再生を行うことを特徴とする、機械式再生装置を使用した鋳型砂の再生方法。
2. 前記鋳型砂の主成分がアルミナ、ムライト、ステアタイト、アルミナシリケートのうち少なくとも一つからなることを特徴とする、請求項１に記載の機械式再生装置を使用した鋳型砂の再生方法。
3. 前記微細粒体が鉄を主成分とする金属粒であることを特徴とする、請求項１若しくは請求項２に記載の機械式再生装置を使用した鋳型砂の再生方法。
4. 前記微細粒体が珪砂、ジルコン砂、クロマイト砂、オリビン砂のいずれかであることを特徴とする、請求項１若しくは請求項２に記載の機械式再生装置を使用した鋳型砂の再生方法。
5. 前記微細粒体の粒径が５μｍ〜５０μｍであることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載の機械式再生装置を使用した鋳型砂の再生方法。
6. 前記微細粒体の前記鋳型砂への添加割合が１〜１０質量％の範囲内であることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載の機械式再生装置を使用した鋳型砂の再生方法。
7. 鋳造後回収された鋳型砂を、機械式再生装置を用いて再生する方法であって、該鋳型砂の中に微細粒体を添加した後に再生する方法において、
   前記鋳型砂は、その主成分がアルミナ、ムライト、ステアタイト、アルミナシリケートのうち少なくとも一つからなり、
   前記微細粒体は、その粒径が５μｍ〜５０μｍであり、その主成分が、珪砂、ジルコン砂、クロマイト砂、オリビン砂若しくは鉄を主成分とする金属粒からなり、
   該微細粒体を前記鋳型砂に対し１〜１０質量％の割合で添加した後に再生を行うことを特徴とする、機械式再生装置を使用した鋳型砂の再生方法。
8. 再生処理中の前記機械式再生装置における回転ドラムの回転数が４００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍであることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれかに記載の機械式再生装置を使用した鋳型砂の再生方法。