(57)【要約】[要約]使用可能であるにも関わらず、鋳造ラインからオーバーフローすることにより廃棄される生型砂を、より効率的に再利用する方法及び装置を提供する。本発明の生型砂の再利用方法は、生型砂を水中で超音波処理する超音波処理工程と、超音波処理工程で得られた混合物を懸濁液と残渣砂粒に分離する分離工程と、懸濁液を超音波処理工程へ循環させて該懸濁液を濃縮する循環工程と、濃縮された懸濁液を貯蔵する貯蔵工程と、貯蔵された懸濁液を生型砂混練時に定量供給する供給工程と、を含む。[選択図]図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生型砂を水中で超音波処理する超音波処理工程と、
前記超音波処理工程で得られた混合物を懸濁液と残渣砂粒に分離する分離工程と、
前記懸濁液を前記超音波処理工程へ循環させて該懸濁液を濃縮する循環工程と、
濃縮された懸濁液を貯蔵する貯蔵工程と、
貯蔵された前記懸濁液を生型砂混練時に定量供給する供給工程と、を含むことを特徴とする生型砂の再利用方法。
【請求項２】
前記分離工程で分離された前記残渣砂粒から、オーリチック層を除去する除去工程をさらに含むことを特徴とする、
請求項１に記載の生型砂の再利用方法。
【請求項３】
使用済みの生型砂を水中で超音波処理する超音波洗浄装置と、
前記超音波洗浄装置で得られた混合物を懸濁液と残渣砂粒に分離する分離装置と、
前記分離された懸濁液の濃度を計測し、計測した濃度が所定の濃度以下の場合には前記超音波洗浄装置に戻し、計測した濃度が所定の濃度を超えた場合には貯蔵装置に送る、懸濁液の循環濃化装置と、
前記濃度が所定の濃度を超えた懸濁液を貯蔵する前記貯蔵装置と、
貯蔵された前記懸濁液を生型砂混練時に定量供給する定量供給装置と、を含むことを特徴とする生型砂の再利用装置。
【請求項４】
前記分離装置で分離された前記残渣砂粒から、オーリチック層を除去する機械的再生システムをさらに含むことを特徴とする、
請求項３に記載の生型砂の再利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造型後の生型砂をより効率的に再利用する方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生型鋳造においては中子を使用するため、鋳造過程で中子の成形に使用された有機バインダーが消失して中子砂が単粒化して混入する。そのため、鋳造ライン全体の砂量は徐々に増加しオーバーフローしてしまうため、鋳造ラインで使用している一部の生型砂を廃棄しなければならない。また、砂量の増加によって低下した粘土分を新たに追加しなければならず、コスト増加の要因となっている。【０００３】
そのため、砂表面に被覆されている物質を機械的な方法で剥離分離除去して砂を再生し、鋳型とすることが行われており、剥離分離した被覆物は集塵ダストと同様に集塵機により回収されている。【０００４】
この剥離分離した被覆物には、微粉の中に破砕された砂や、加熱によって変性した粘土分も含まれている。しかし、剥離分離した被覆物から、有効なバインダー成分である活性粘土分のみを分離することは困難である。このため、例えば特許文献１のように、剥離分離した被覆物を含む集塵ダストに水を添加して、ペースト状の鋳型シール材として再利用することも行われているが、大部分は廃棄されることが多かった。【０００５】
このため、例えば特許文献２には、剥離分離した被覆物から有効なバインダー成分である活性粘土分を回収する方法として、剥離分離した被覆物を含む集塵ダストを水に撹拌懸濁させた後にベントナイトや有機物が含まれる上澄み液を分離し、この上澄み液を造型ライン中で使用することが報告されている。【０００６】
しかし、使用可能であるにも関わらずオーバーフローし廃棄される生型砂から、活性粘土分をより効率的に分離し、生型砂を再利用するには、これらの方法では不十分であった。【０００７】
本発明は、使用可能であるにも関わらず、鋳造ラインからオーバーフローすることにより廃棄される生型砂を、より効率的に再利用する方法および装置を提供することを目的とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２９０８７２号公報
【特許文献２】特表２００４−５３２１２９号公報
【発明の開示】
【０００９】
本発明の生型砂の再利用方法は、生型砂を水中で超音波処理する超音波処理工程と、超音波処理工程で得られた混合物を懸濁液と残渣砂粒に分離する分離工程と、懸濁液を超音波処理工程へ循環させて該懸濁液を濃縮する循環工程と、濃縮された懸濁液を貯蔵する貯蔵工程と、貯蔵された懸濁液を生型砂混練時に定量供給する供給工程と、を含むことを特徴とするものである。
【００１０】
超音波処理を行うことにより、生型砂から活性粘土分を効率的に分離して活性粘土分を含んだ懸濁液とし、その懸濁液を生型砂への超音波処理水として循環利用することで懸濁液を濃縮することができ、生型砂の粘土分として効率よく利用することができる。
【００１１】
好ましくは、前記分離工程で分離された前記残渣砂粒から、オーリチック層を除去する除去工程をさらに含むことを特徴とするものである。
【００１２】
残渣砂粒からオーリチック層を除去することで、残渣砂粒を中子砂等として再利用できる。
【００１３】
本発明の生型砂の再利用装置は、使用済みの生型砂を水中で超音波処理する超音波洗浄装置と、前記超音波洗浄装置で得られた混合物を懸濁液と残渣砂粒に分離する分離装置と、前記分離された懸濁液の濃度を計測し、計測した濃度が所定の濃度以下の場合には前記超音波洗浄装置に戻し、計測した濃度が所定の濃度を超えた場合には貯蔵装置に送る、懸濁液の循環濃化装置と、前記濃度が所定の濃度を超えた懸濁液を貯蔵する前記貯蔵装置と、貯蔵された前記懸濁液を生型砂混練時に定量供給する定量供給装置と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
超音波処理を行うことにより、生型砂から活性粘土分を効率的に分離して活性粘土分を含んだ懸濁液とし、その懸濁液を生型砂への超音波処理水として循環利用することで懸濁液を濃縮することができ、生型砂の粘土分として効率よく利用することができる。
【００１５】
好ましくは、前記分離装置で分離された前記残渣砂粒から、オーリチック層を除去する機械的再生システムをさらに含むことを特徴とするものである。
【００１６】
残渣砂粒からオーリチック層を除去することで、残渣砂粒を中子砂等として再利用できる。
【００１７】
以上のように本発明によれば、十分使用可能であるにも関わらず、鋳造ラインからオーバーフローすることにより廃棄される生型砂を、より効率的に再利用する方法を提供することができる。
【００１８】
この出願は、日本国で２０１７年６月２０日に出願された特願２０１７−１２０２０２号に基づいており、その内容は本出願の内容として、その一部を形成する。
また、本発明は以下の詳細な説明により更に完全に理解できるであろう。しかしながら、詳細な説明および特定の実施例は、本発明の望ましい実施の形態であり、説明の目的のためにのみ記載されているものである。この詳細な説明から、種々の変更、改変が、当業者にとって明らかだからである。
出願人は、記載された実施の形態のいずれをも公衆に献上する意図はなく、開示された改変、代替案のうち、特許請求の範囲内に文言上含まれないかもしれないものも、均等論下での発明の一部とする。
本明細書あるいは請求の範囲の記載において、名詞及び同様な指示語の使用は、特に指示されない限り、または文脈によって明瞭に否定されない限り、単数および複数の両方を含むものと解釈すべきである。本明細書中で提供されたいずれの例示または例示的な用語（例えば、「等」）の使用も、単に本発明を説明し易くするという意図であるに過ぎず、特に請求の範囲に記載しない限り本発明の範囲に制限を加えるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明における作業工程を示す装置フローチャートである。
【図２】超音波処理による生砂の活性粘土分回収率を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明について図１を参照して説明する。
【００２１】
（１）造型ラインで発生した過剰な生型砂は、オーバーフロー砂ホッパー０へ移送され、一旦貯蔵される。
【００２２】
（２）オーバーフロー砂ホッパーに貯蔵された生型砂は、定量切出し装置により超音波洗浄装置１に供給され、さらに、砂供給重量比で３〜１０倍の剥離剤等の添加物を含まない水が供給される。ここで、剥離剤等の添加物を含まない水を用いる理由は、コストおよび添加物の毒性等への配慮からである。また、後述する（４）の懸濁液の懸濁液濃度が基準値以下であった場合には、この懸濁液が超音波洗浄装置１に供給されることになる。超音波洗浄装置１は、２０〜４００ｋＨｚの周波数の超音波を生型砂と水の混合物に超音波発信機の出力に応じた適正時間作用させる（超音波処理工程）。この超音波処理により、生型砂の表面に付着した被覆物を砂表面から剥離する。その結果、剥離した被覆物が水に懸濁した懸濁液と、被覆物が剥離された残渣砂粒とが得られる。
【００２３】
（３）超音波処理工程を経た生型砂と水の混合物は、分離装置２に供給され、懸濁液と残渣砂粒に分離される（分離工程）。この分離装置２は、沈降法または濾過法による分離装置が用いられる。
【００２４】
（４）懸濁液の濃度を計測し、懸濁液濃度が基準値以下の場合には更に濃縮を図るために、懸濁液は、循環濃化装置５により循環され、超音波洗浄装置１へ投入される（循環工程）。懸濁液の濃度は、反射光や透過光を用いる光学式濃度計等、公知の濃度計を用いて測定することができる。この超音波洗浄装置１には、オーバーフロー砂ホッパー０に貯蔵された生型砂が定量供給されており、超音波処理工程、および、分離工程を経た後、再度、懸濁液濃度の測定を行う。懸濁液濃度が基準値以下の場合には、更に濃縮を図るために、（４）の工程の流れを繰り返す。一例として、懸濁液濃度の基準値は２０ｗｔ％を目安としており、この懸濁液濃度が低いと、生型砂へ懸濁液に含まれる活性粘土分を必要量分だけ添加する際に、必要量以上の水を加えることになってしまうため、問題が生じることとなる。
【００２５】
（５）一定基準値以上の濃度になった懸濁液は、貯蔵装置３に貯蔵される（貯蔵工程）。この貯蔵装置３には、沈降防止機能を有する撹拌装置等が設けられているのが好ましい。
【００２６】
（６）貯蔵装置内の懸濁液は、懸濁液を生型砂混練時に定量供給装置４により生型砂混練装置６へ定量供給される（供給工程）。この定量供給装置４として、スラリーポンプ等を用いることができる。（１）〜（６）の工程を経て、懸濁液に含まれる活性粘土分は再利用されることとなる。これにより、本来、新たに供給すべき粘土分の約５０％を節約することができる。
【００２７】
（７）懸濁液と残渣砂粒を分離する工程で発生した残渣砂粒は、機械的再生システム７によりオーリチック層が除去され、再生される（除去工程）。この機械的再生システム７により、残渣砂粒の表面に強固に付着したオーリチック層を除去することができる。機械的再生システム７は、乾燥工程を有するのが好ましい。機械的再生システム７としては、公知の装置でよく、例えば、回転するカップ状のロータ内に残渣砂粒を入れ、ロータの周壁上部にブレードを設けた摩擦付与式の装置でよい。ロータの回転により残渣砂粒が互い擦り合い、また、ブレードに衝突することで、オーリチック層に亀裂が入り砂の表面から剥がされる。なお、オーリチック層とは、生型砂の表面に耐火度の低い微粉分が強固に焼着した層のことをいう。再生された砂は、中子砂等に再利用することができる。
【実施例】
【００２８】
生型砂に含まれる活性粘土分の分離状態を、超音波を作用させた場合と機械的撹拌を行った場合について、比較実験を行った。その結果を図２に示す。評価方法として、日本鋳造工学会東海支部活性粘土分測定法（ＴＪＦＳ−２０５法）を採用した。この測定法は、５ｇの生砂に対し、粒子表面の付着物の剥離および分散作用を持つピロリン酸ナトリウム２％溶液を５０ｃｃ加えた後、１０分間の超音波洗浄を行い、上澄み液に対して１／１００規定のメチレンブルー溶液の滴定を行い、その消費量により活性粘土分含有量を測定する方法である。【００２９】
この測定法では、分散作用を持つピロリン酸ナトリウムを添加することとなっているが、今回の発明内容においては分散剤の添加は行わないため、分散剤を添加していない蒸留水を用いて、超音波洗浄法と撹拌法による活性粘土分の回収可能性を比較した。【００３０】
分散剤を添加していない蒸留水で生砂を超音波処理することにより、生砂に含まれる活性粘土分の７４％が超音波処理により懸濁液中に含まれ、これを回収できることを確認した。また、撹拌法による活性粘土分分離回収率は３８％であった。【００３１】
以上の実験結果により、蒸留水中で超音波処理を行うことのみで活性粘土分７０％以上を回収できており、工業的には極めて有効な方法であることが確認できた。【００３２】
以下、本明細書および図面で用いた主な符号をまとめて示す。
０  オーバーフロー砂ホッパー
１  超音波洗浄装置
２  分離装置
３  貯蔵装置
４  定量供給装置
５  循環濃化装置
６  生型砂混練装置
７  機械的再生システム
【図１】
2018235324.tif 000003
【図２】
2018235324.tif 000004
【国際調査報告】
2018235324.tif 000005
2018235324.tif 000006
2018235324.tif 000007
2018235324.tif 000008