СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВСПЕНЕННОГО ПЕСКА И ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВСПЕНЕННОГО ПЕСКА
METHOD OF PRODUCING FOAMED SAND AND PRODUCTION EQUIPMENT FOR PRODUCTION OF FOAMED SAND

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к способу изготовления вспененного песка для формования песчаной формы, а также к производственному оборудованию для изготовления вспененного песка.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Когда блок цилиндров, головка блока цилиндров или тому подобное отливается для двигателя, используется песочная форма (сердцевина), которая может быть разрушена, для образования полого участка, такого как водяная рубашка, впускной канал, выпускной канал или т.п. Песчаная форма в некоторых случаях образовывается из вспененного песка.
В таком вспененном песке, содержащем пену растворимого стекла (жидкого стекла), вода и поверхностно -активное вещество прилипает (адсорбируется) к поверхностям частиц песка, а растворимое стекло служит связующим веществом, которое связывает частицы песка вместе. Пример способа изготовления вспененного песка описан в публикации нерассмотренной заявки на патент Японии № 2013-111602 (JP 2013-111602 A).
В способе изготовления, растворимое стекло, вода и поверхностно-активное вещество добавляются к песку (массе частиц песка), состоящему из частиц песка, служащих в качестве заполнителя, и затем они замешиваются. Таким образом, состав, содержащий растворимое стекло, воду и поверхностно-активное вещество, вспенивается, и пена прилипает к поверхностям частиц песка.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Однако в способе изготовления вспененного песка согласно JP 2013-111602 А вспенивание поверхностно-активным веществом выполняется, когда песок, растворимое стекло и т.д. замешиваются. По этой причине даже когда песок, растворимое стекло и т.д. равномерно замешиваются, вспенивание поверхностно-активным веществом может быть недостаточным. Ввиду этого, даже если песок, растворимое стекло и т.д. равномерно замешаны, их необходимо дополнительно замешивать до тех пор, пока вспененный песок не будет введен в желаемое вспененное состояние (т.е. до тех пор, пока желательная пена не будет образована на поверхностях частиц песка). В результате время замешивания должно быть продлено.
Изобретение относится к способу изготовления вспененного песка для образования песчаной формы и производственному оборудованию для изготовления вспененного песка, при этом способ и производственное оборудование позволяют сократить время замешивания, необходимое для изготовления вспененного песка.
Первый аспект изобретения относится к способу изготовления вспененного песка для образования песчаной формы. Вспененный песок включает частицы песка и пену, прилипающую к поверхностям частиц песка. Пена содержит растворимое стекло, воду и поверхностно-активное вещество. Способ согласно первому аспекту включает в себя: получение пены из водного раствора поверхностно-активного вещества, в котором поверхностно-активное вещество растворено посредством вспенивания водного раствора поверхностно-активного вещества; и замешивание полученной пены, растворимого стекла и воды вместе с песком, состоящим из частиц песка.
Согласно первому аспекту изобретения, сначала водный раствор поверхностно-активного вещества вспенивается для получения пены из водного раствора поверхностно-активного вещества. Полученная пена, растворимое стекло, и вода замешиваются вместе с песком. Когда они замешиваются равномерно, возможно сократить время (время вспенивания) вспенивания поверхностно-активным веществом путем дополнительного замешивания. Обратим внимание, что «песок» означает массу «частиц песка».
В первом аспекте, когда пена получается, водный раствор поверхностно-активного вещества может быть вспенен, заставляя водный раствор поверхностно-активного вещества проходить через множество пор вместе с воздухом.
Согласно вышеизложенному аспекту, пену можно получить более тонкую и равномерную из водного раствора поверхностно-активного вещества за более короткое время, поскольку водный раствор поверхностно-активного вещества вспенивается, заставляя водный раствор поверхностно-активного вещества проходить через множество пор вместе с воздухом.
Второй аспект изобретения относится к производственному оборудованию для изготовления вспененного песка для образования песчаной формы. Вспененный песок включает частицы песка и пену, прилипающую к поверхностям частиц песка. Пена содержит растворимое стекло, воду и поверхностно-активное вещество. Производственное оборудование включает в себя: участок хранения, в котором хранится песок, состоящий из частиц песка; участок подачи растворимого стекла, выполненный с возможностью подачи растворимого стекла в участок хранения; участок подачи воды, выполненный с возможностью подачи воды в участок хранения; участок подачи пены, выполненный с возможностью подачи в участок хранения пены, образованной вспениванием водного раствора поверхностно-активного вещества, в котором растворено поверхностно-активное вещество; и замешиватель, выполненный с возможностью замешивания в участке хранения песка с растворимым стеклом, водой и пеной, подаваемым в участок хранения.
Согласно второму аспекту изобретения, перед замешиванием, выполняемым в замешивателе, водный раствор поверхностно-активного вещества вспенивается в участке подачи пены для получения пены из водного раствора поверхностно-активного вещества, и пена подается в участок хранения вместо подачи водного раствора поверхностно-активного вещества в жидком состоянии в участок хранения. Затем пена, растворимое стекло, и вода подаются в участок хранения, в котором хранится песок (порошок), образованный частицами песка, а затем пена, растворимое стекло и вода замешиваются вместе с песком.
Согласно второму аспекту изобретения, пена, полученная перед замешиванием, растворимое стекло и вода, замешиваются вместе с песком. Таким образом, когда они замешиваются равномерно, возможно сократить время вспенивания посредством поверхностно-активного вещества через дополнительное замешивание. В результате, вспененный песок может быть изготовлен за более короткое время.
Во втором аспекте, участок подачи пены может включать в себя: трубопровод подачи жидкости, выполненный с возможностью подачи водного раствора поверхностно-активного вещества; трубопровод подачи воздуха, выполненный с возможностью подачи воздуха; соединяющий участок, в котором водный раствор поверхностно активного вещества, подаваемый из трубопровода подачи жидкости, и воздух, подаваемый из трубопровода подачи воздуха, соединяются вместе; и пористое тело, имеющее множество пор. Пористое тело выполнено с возможностью, чтобы позволить водному раствору поверхностно-активного вещества и воздуху, которые были соединены в соединяющем участке, проходить через него для вспенивания водного раствора поверхностно-активного вещества.
Согласно вышеприведенному аспекту, водный раствор поверхностно-активного вещества, подаваемый из трубопровода подачи жидкости, и воздух, подаваемый из трубопровода подачи воздуха, соединяются вместе в соединяющем участке, а затем водный раствор поверхностно-активного вещества проходит через множество пор пористого тела вместе с воздухом, так что водный раствор поверхностно-активного вещества вспенивается. В результате пена может быть тонко и равномерно образована из водного раствора поверхностно-активного вещества в участке подачи пены в течение короткого времени.
В вышеприведенном аспекте, производственное оборудование может дополнительно включать в себя контроллер, выполненный с возможностью управления запуском и остановкой подачи водного раствора поверхностно-активного вещества из трубопровода для подачи жидкости, а также управления запуском и остановкой подачи воздуха из трубопровода подачи воздуха. Контроллер может быть выполнен с возможностью:
i) запуска подачи воздуха из трубопровода подачи воздуха, когда начинается подача водного раствора поверхностно-активного вещества из трубопровода подачи жидкости;
ii) затем временного прекращения подачи воздуха из трубопровода подачи воздуха, когда подача водного раствора поверхностно-активного вещества из трубопровода подачи жидкости прекращается; и
iii) затем перезапуска подачи воздуха из трубопровода подачи воздуха, так чтобы воздух, имеющий давление выше давления воздуха, подаваемого до момента временной остановки подачи, подавался в течение установленного времени.
Согласно вышеприведенному аспекту, после того, как пена подается в участок хранения, воздух высокого давления подается из трубопровода подачи воздуха в соединяющий участок в течение установленного времени и, таким образом, водный раствор поверхностно-активного вещества, оставшийся, например, в пористом теле может быть удален. В результате можно предотвратить или уменьшить капанье водного раствора поверхностно-активного вещества из пористого тела.
В вышеприведенном аспекте, производственное оборудование может дополнительно включать в себя контроллер, выполненный с возможностью управления запуском и остановкой подачи водного раствора поверхностно-активного вещества из трубопровода для подачи жидкости, а также управления запуском и остановкой подачи воздуха из трубопровода подачи воздуха. Контроллер может быть выполнен с возможностью:
i) запуска подачи воздуха из трубопровода подачи воздуха, когда начинается подача водного раствора поверхностно-активного вещества из трубопровода подачи жидкости;
ii) затем прекращения подачи водного раствора поверхностно-активного вещества из трубопровода подачи жидкости; и
iii) прекращения подачи воздуха из трубопровода подачи воздуха по истечении установленного времени от остановки подачи водного раствора поверхностно-активного вещества.
Согласно вышеприведенному аспекту, даже после того, как пена подана в участок хранения, воздух непрерывно подается из трубопровода подачи воздуха в соединяющий участок в течение установленного времени. В этом случае, также может быть удален водный раствор поверхностно-активного вещества, оставшийся, например, в пористом теле. В результате можно предотвратить или уменьшить капанье водного раствора поверхностно-активного вещества из пористого тела.
В вышеприведенном аспекте, производственное оборудование может дополнительно включать в себя: вакуумный механизм, соединенный с соединяющим участком, при этом вакуумный механизм, выполнен с возможностью работы для создания отрицательного давления внутри соединяющего участка; и контроллер, выполненный с возможностью управления запуском и остановкой подачи водного раствора поверхностно-активного вещества из трубопровода для подачи жидкости, управления запуском и остановкой подачи воздуха из трубопровода подачи воздуха, и управления работой вакуумного механизма и прекращения работы. Контроллер может быть выполнен с возможностью:
i) запуска подачи воздуха из трубопровода подачи воздуха, когда начинается подача водного раствора поверхностно-активного вещества из трубопровода для подачи жидкости;
ii) затем прекращения подачи воздуха из трубопровода подачи воздуха, когда подача водного раствора поверхностно-активного вещества из трубы подачи жидкости прекращается; и
iii) затем управления вакуумным механизмом в течение установленного времени от остановки подачи воздуха и водного раствора поверхностно-активного вещества.
Согласно вышеприведенному аспекту, после того, как пена подана в участок хранения, внутри соединяющего участка создается отрицательное давление в течение установленного времени посредством вакуумного механизма и, следовательно, оставшийся водный раствор поверхностно-активного вещества, например, в пористом теле может быть отсосан из соединяющего участка. В результате можно предотвратить или уменьшить капанье водного раствора поверхностно-активного вещества из пористого тела.
В вышеприведенном аспекте, производственное оборудование может дополнительно включать в себя: двухпозиционный клапан, расположенный ниже пористого тела, при этом двухпозиционный клапан выполнен с возможностью обеспечения подачи пены из пористого тела в участок хранения в то время, когда двухпозиционный клапан открыт, и остановки подачи пены из пористого тела в участок хранения, когда двухпозиционный клапан закрыт; и контроллер, выполненный с возможностью управления запуском и остановкой подачи водного раствора поверхностно-активного вещества из трубопровода для подачи жидкости, управления запуском и остановкой подачи воздуха из трубопровода подачи воздуха, и управления открытием и закрытием двухпозиционного клапана. Контроллер может быть выполнен с возможностью:
i) открытия двухпозиционного клапана и запуска подачи воздуха из трубопровода подачи воздуха, когда начинается подача водного раствора поверхностно-активного вещества из трубопровода для подачи жидкости;
ii) затем прекращения подачи воздуха из трубопровода подачи воздуха, когда подача водного раствора поверхностно-активного вещества из трубопровода подачи жидкости прекращается; и
iii) затем закрытия двухпозиционного клапана по истечении установленного времени от остановки подачи воздуха и водного раствора поверхностно-активного вещества.
Согласно вышеприведенному аспекту, после того, как пена подана в участок хранения, отток водного раствора поверхностно-активного вещества, оставшийся, например, в пористом теле, может быть ограничен двухпозиционным клапаном по истечении установленного времени. В результате, возможно, предотвратить или уменьшить капанье водного раствора поверхностно-активного вещества, остающегося, например, в пористом теле, в участке хранения.
Может быть предусмотрен датчик давления, который измеряет давление воздуха в воздушном потоке трубопровода подачи воздуха. Согласно этому аспекту, может быть обнаружена недостаточная подача воздуха из трубопровода подачи воздуха, и появление недостаточного получения пены может быть снижено заранее.
Согласно изобретению, время замешивания, необходимое для получения вспененного песка, может быть уменьшено.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Признаки, преимущества и техническая и промышленная значимость примеров осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы, и на которых:
Фиг.1 - схематичный вид в перспективе производственного оборудования для изготовления вспененного песка согласно варианту осуществления изобретения;
Фиг.2 - вид в разрезе участка подачи пены производственного оборудования для изготовления вспененного песка, проиллюстрированного на фиг.1;
Фиг.3А - схематичный вид вспененного песка, полученного производственным оборудованием, проиллюстрированным на фиг.1;
Фиг.3B - увеличенный вид пены вспененного песка с фиг.3А;
Фиг.4A - схематичный вид основных участков, включая контроллер производственного оборудования, проиллюстрированного на фиг.1 согласно первому модифицированному примеру;
Фиг.4B - график временного ряда, иллюстрирующий управление, выполняемое контроллером в первом модифицированном примере;
Фиг.5A - схематичный вид основных участков, включая контроллер производственного оборудования, иллюстрированный на фиг.1 согласно второму модифицированному примеру;
Фиг.5B - график временного ряда, иллюстрирующий управление, выполняемое контроллером во втором модифицированном примере;
Фиг.6A - схематичный вид основных участков, включая контроллер производственного оборудования, проиллюстрированный на фиг. 1 согласно третьему модифицированному примеру;
Фиг.6B - график временного ряда, иллюстрирующий управление, выполняемое контроллером в третьем модифицированном примере;
Фиг.7A - схематичный вид основных участков, включая контроллер производственного оборудования, иллюстрированный на фиг.1 согласно четвертому модифицированному примеру;
Фиг.7B - график временного ряда, иллюстрирующий управление, выполняемое контроллером в четвертом модифицированном примере;
Фиг.8 - схематичный вид в перспективе устройства для измерения кинематической вязкости вспененного песка; и
Фиг.9 - график, иллюстрирующий результаты измерения кинематической вязкости вспененного песка, полученного способом, описанным в примере изобретения, и вспененного песка, полученного способом, описанным в сравнительном примере.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В дальнейшем, вариант осуществления изобретения будет подробно описан со ссылкой на прилагаемые чертежи. Сначала будет описано производственное оборудование 1 для изготовления вспененного песка. Фиг.1 представляет собой схематичный вид в перспективе производственного оборудования 1 для изготовления вспененного песка согласно варианту осуществления изобретения. Фиг.2 представляет собой вид в разрезе участка 20 подачи пены производственного оборудования 1 для изготовления вспененного песка, иллюстрированного на фиг.1. Фиг.3А представляет собой схематичный вид вспененного песка s, полученного производственным оборудованием 1, иллюстрированным на фиг.1. Фиг.3B представляет собой увеличенный вид пены f вспененного песка s по фиг.3А.
Производственное оборудование 1 для изготовления вспененного песка согласно настоящему варианту осуществления представляет собой оборудование для производства вспененного песка для формирования песчаной формы, которая может быть использована в качестве сердцевины (песчаной формы) для литья. В частности, в настоящем варианте осуществления песок, растворимое стекло (жидкое стекло), вода и поверхностно-активное вещество замешиваются производственным оборудованием 1 для получения вспененного песка s, при этом пена f, содержащая растворимое стекло b, воду w и поверхностно-активное вещество c прилипает к поверхностям частиц p песка, как показано на фиг.3A и фиг.3B.
Как иллюстрировано на фиг.1, производственное оборудование 1 включает в себя резервуар 11 хранилище (пример участка хранения), трубопровод 15 подачи воды (пример участка подачи воды), трубопровод 16 подачи растворимого стекла (пример участка подачи растворимого стекла), участок 20 подачи пены и замешиватель 12 (пример замешивателя). Резервуар 11 хранилище представляет собой контейнер, в котором хранится песок, состоящий из частиц песка. Резервуар 11 хранилище также функционирует как бак для замешивания, в котором песок, растворимое стекло и т.п. замешиваются.
Замешиватель 12 включает в себя лопатку 12а и вал 12b. Лопатка 12а имеет сетчатую структуру и замешивает песок, растворимое стекло и тому подобное. Вал 12b поддерживает лопатку 12а. Лопатка 12а расположена в резервуаре 11 хранилище. Когда двигатель (не иллюстрирован), соединенный с валом 12b, приводится в движение, лопатка 12a вращается вместе с валом 12b с установленной скоростью вращения. Трубопровод 15 подачи воды, трубопровод 16 подачи растворимого стекла и участок 20 подачи пены расположены над резервуаром 11 хранилищем.
В частности, трубопровод 15 подачи воды представляет собой трубопровод, который подает воду в резервуар 11 хранилище. Один конец трубопровода 15 подачи воды соединен с источником подачи воды (не иллюстрирован), а другой его конец расположен так, что вода w подается (загружается) в резервуар 11 хранилище. Аналогично, трубопровод 16 подачи растворимого стекла представляет собой трубопровод, который подает растворимое стекло b в резервуар 11 хранилище. Один конец трубопровода 16 подачи растворимого стекла соединен с источником подачи стекла (не иллюстрирован), а другой его конец расположен так, что растворимое стекло b подается (загружается) в резервуар 11 хранилище.
Участок 20 подачи пены представляет собой устройство, которое пенообразует (вспенивает) водный раствор e поверхностно-активного вещества, в котором поверхностно-активное вещество c растворено в воде w, для получения пены d, и подает полученную пену d в резервуар 11 хранилище. Участок 20 подачи пены включает в себя трубопровод 22 подачи жидкости, трубопровод 23 подачи воздуха, соединяющий участок 21, и пористое тело 26. В этом описании, «пена d» означает пену, которая содержит поверхностно-активное вещество c, и которая не содержит растворимого стекла b, а «пена f» означает пену, которая содержит растворимое стекло b, воду w и поверхностно-активное вещество с.
Более конкретно, как иллюстрировано на фиг.2, трубопровод 22 подачи жидкости представляет собой трубопровод, который подает водный раствор е поверхностно-активного вещества в жидком состоянии до вспенивания. Один конец трубопровода 22 подачи жидкости соединен с источником подачи (не иллюстрирован) водного раствора е поверхностно-активного вещества, а другой его конец соединен с верхним участком соединяющего участка 21. Трубопровод 23 подачи воздуха представляет собой трубопровод, который подает воздух a. Один конец трубопровода 23 подачи воздуха соединен с источником подачи воздуха (не иллюстрирован), таким как компрессор, а другой его конец соединен с боковым участком соединяющего участка 21.
Соединяющий участок 21 представляет собой участок, в котором водный раствор е поверхностно-активного вещества, подаваемый из трубопровода 22 подачи жидкости, и воздух a, подаваемый из трубопровода 23 подачи воздуха, соединяются вместе. Выпускной участок 24, который выпускает водный раствор е поверхностно-активного вещества и воздух a, предусмотрен в нижней части соединяющего участка 21. Пористое тело 26 прикреплено к дистальному концу выпускного участка 24.
Пористое тело 26 изготовлено из материала, имеющего пористость, такого как спеченный металл, и имеет множество пор, которые позволяют водному раствору е поверхностно-активного вещества и воздуху a, которые соединены вместе в соединяющем участке 21, проходить через него. Поры обеспечивают связь между выпускным участком 24 и наружной стороной участка 20 подачи пены. Поры имеют такие размеры и формы, что пена d получается в виде водного раствора е поверхностно-активного вещества и воздуха a, проходящих через поры. Например, в качестве пористого тела 26 может использоваться пористый материал (спеченный металл), имеющий точность фильтрации около 120 μm.
В настоящем варианте осуществления, производственное оборудование 1 выполнено с возможностью выбора одного из пенообразующего воздуха (воздуха a) для вспенивания водного раствора е поверхностно-активного вещества, и выпускающего воздуха для выпуска пены d, оставшейся в участке 20 подачи пены после завершения получения пены d, и заставляет выбранный воздух протекать через трубопровод 23 подачи воздуха.
Давление выпускающего воздуха (от 0,2 до 0,35 МПа) является выше, чем давление пенообразующего воздуха (от 0,05 до 0,15 МПа (оптимально заданное давление 0,1 МПа)). В производственном оборудовании 1, воздух, который должен быть подан, может быть переключен между пенообразующим воздухом и выпускающим воздухом, или давление воздуха, которое должно подаваться, может быть изменено на давление выпускающего воздуха или давление пенообразующего воздуха, в положении перед трубопроводом 23 подачи воздуха.
Далее будет описан способ, выполняемый производственным оборудованием 1 для изготовления вспененного песка, показанным на фиг.1 и фиг.2. Во-первых, желаемое количество песка подается в резервуар 11 хранилище. Перед замешиванием, выполняемым в замешивателе 12, водный раствор е поверхностно-активного вещества вспенивается в участке 20 подачи пены для получения пены d из водного раствора е поверхностно-активного вещества, и пена d подается в резервуар 11 хранилище. В то же время, установленное количество воды w подается в резервуар 11 хранилище из трубопровода 15 подачи воды, и установленное количество растворимого стекла b подается из трубопровода 16 подачи растворимого стекла.
Растворимое стекло (Na2O nSiO2 mH2O), подаваемое в резервуар 11 хранилище, представляет собой смесь, содержащую диоксид кремния (SiO2), оксид натрия (Na2O) и воду (H2O). Соотношение (мольное отношение) среди них не ограничено каким-либо конкретным соотношением, поскольку пена f (см. Фиг.3А), которая будет описана ниже, может быть образована и достаточное формующее свойство вспененного песка может быть обеспечено.
Например, анионное поверхностно-активное вещество может использоваться в качестве поверхностно-активного вещества c, которое должно подаваться в резервуар 11 хранилище. Например, анионное поверхностно-активное вещество на основе сульфата может быть использовано в качестве поверхностно-активного вещества с. Поверхностно-активное вещество c не ограничено каким-либо конкретным поверхностно-активным веществом, если водный раствор е поверхностно-активного вещества может быть вспенен, и пена f (см. Фиг.3B) может быть образована поверхностно-активным веществом c.
Водный раствор е поверхностно-активного вещества может содержать, например, от 1 до 12 масс.% поверхностно-активного вещества с. Когда водный раствор е поверхностно-активного вещества содержит поверхностно-активное вещество c в этом диапазоне, возможным является вспенивание водного раствора е поверхностно-активного вещества, чтобы, соответственно, получать пену d.
Получение пены d участком 20 подачи пены будет описано со ссылкой к фиг.2. Во-первых, водный раствор е поверхностно-активного вещества подается из трубопровода 22 подачи жидкости, и в то же время воздух a подается из трубопровода 23 подачи воздуха. Водный раствор е поверхностно-активного вещества, подаваемый из трубопровода 22 подачи жидкости, и воздух a, подаваемый из трубопровода 23 подачи воздуха, соединяются вместе в соединяющем участке 21.
Водный раствор е поверхностно-активного вещества, который присоединился к воздуху a, транспортируется воздухом a к пористому телу 26 через выпускной участок 24. Пористое тело 26 имеет множество пор. Когда водный раствор е поверхностно-активного вещества проходит через поры вместе с воздухом a, водный раствор е поверхностно-активного вещества может быть вспенен. Таким образом, получается пена d, образованная из водного раствора е поверхностно-активного вещества.
В результате пена d может быть получена тонко и равномерно из водного раствора е поверхностно-активного вещества в участке 20 подачи пены в течение более короткого времени, например, чем когда водный раствор е поверхностно-активного вещества вспенивается, например, перемешиванием. После того, как пена d подана в резервуар 11 хранилище, воздух, проходящий через трубопровод 23 подачи воздуха, переключается с пенообразующего воздуха (воздуха a) на выпускающий воздух, и выпускающий воздух подается в течение 5-30 секунд так, что пена d, остающаяся, например, в пористом теле 26, выпускается.
Далее, после пены d, образующейся при вспенивании водного раствора е поверхностно-активного вещества, растворимое стекло b и вода w полностью подаются в резервуар 11 хранилище, при этом пена d, растворимое стекло b и вода w замешиваются посредством замешивателя 12 вместе с песком, хранящимся в резервуаре 11 хранилище. Конкретно, двигатель (не иллюстрирован), соединенный с валом 12b, приводится в действие, так что лопатка 12a вращается вместе с валом 12b с установленной скоростью вращения. Таким образом, как иллюстрировано на фиг.3А и фиг.3В, вспененный песок, в котором пена f, содержащая растворимое стекло b, воду w и поверхностно-активное вещество c, прилипает к поверхностям частиц p песка, может быть получен.
Конкретно, пена f, в которой поверхность водного раствора растворимого стекла b покрыта поверхностно-активным веществом c, образуется на частицах p песка, содержащихся во вспененном песке s.
Например, когда весовое отношение растворимого стекла, в котором мольное отношение (соотношение смешивания) диоксида кремния к оксиду натрия составляет от 0,5 до 3,0, по отношению к песку, составляет около 0,4% до 3,0%, массовое соотношение воды по отношению к песку составляет от 1,5% до 5,0%, а массовое соотношение поверхностно-активного вещества по отношению к песку составляет от 0,003% до 2,0%, может быть получен вспененный песок с соответствующей вязкостью.
Как описано выше, согласно настоящему варианту осуществления, водный раствор е поверхностно-активного вещества вспенивается для получения пены d из водного раствора е поверхностно-активного вещества. Полученная пена d, растворимое стекло b и вода w замешиваются вместе с песком. Когда они замешаны равномерно, пена f в желаемом состоянии прилипает (адсорбируется) к поверхностям частиц p песка. Таким образом, можно сократить время (время вспенивания) вспенивания поверхностно-активным веществом c путем дополнительного замешивания.
Далее будут описаны модифицированные примеры, с первого по четвертый, производственного оборудования 1, показанного на фиг.1. В каждом из модифицированных примеров, описанных ниже, предусмотрен контроллер 30А, 30В, 3°C или 30D, и пена получается под управлением контроллера 30А, 30В, 3°C или 30D. Следует отметить, что только отличия от производственного оборудования 1, иллюстрированного на фиг.1, будут подробно описаны ниже со ссылкой к фигурам 4A, 4B, фигурам 5A, 5B, фигурам 6A, 6B, и фигурам 7A, 7B.
Сначала будет описан первый модифицированный пример. Как иллюстрировано на фиг.4А, в первом модифицированном примере, контроллер 30А управляет запуском и остановкой подачи водного раствора е поверхностно-активного вещества из трубопровода 22 подачи жидкости и управляет запуском и остановкой подачи пенообразующего воздуха a и выпуском воздуха a1 из трубопровода 23 подачи воздуха.
В частности, в первом модифицированном примере, трубопровод 22 подачи жидкости соединен с источником подачи водного раствора е поверхностно-активного вещества через электромагнитный клапан 22а. Контроллер 30D соединен с электромагнитным клапаном 22а. Контроллер 30А может управлять электромагнитным клапаном 22a путем ввода управляющего сигнала в электромагнитный клапан 22a, тем самым выбирая подачу водного раствора е поверхностно-активного вещества или остановку подачи водного раствора е поверхностно-активного вещества (отсутствие подачи водного раствора е поверхностно-активного вещества).
Трубопровод 23 подачи воздуха соединен через электромагнитный клапан (трехходовой клапан) 23а с источником подачи пенообразующего воздуха a и источником подачи выпускающего воздуха a1, имеющего более высокое давление, чем давление пенообразующего воздух a. Контроллер 30А соединен с электромагнитным клапаном 23а. Контроллер 30А может управлять электромагнитным клапаном 23a путем ввода управляющего сигнала в электромагнитный клапан 23a, тем самым выбирая подачу пенообразующего воздуха a, подачу выпускающего воздуха a1, или остановку подачи пенообразующего воздуха a и выпускающего воздуха a1 (без подачи пенообразующего воздуха a и выпускающего воздуха a1).
В первом модифицированном примере, как показано на фиг.4В, в начале изготовления вспененного песка, контроллер 30А управляет электромагнитными клапанами 22а, 23а для начала подачи водного раствора е поверхностно-активного вещества из трубопровода 22 подачи жидкости и начала подачи пенообразующего воздуха a из трубопровода 23 подачи воздуха одновременно с началом подачи водного раствора е поверхностно-активного вещества.
Затем, установленное количество пены подается в резервуар 11 хранилище. Впоследствии, контроллер 30А управляет электромагнитными клапанами 22a, 23a для остановки подачи водного раствора е поверхностно-активного вещества из трубопровода 22 подачи жидкости и временной остановки подачи пенообразующего воздуха a из трубопровода 23 подачи воздуха одновременно с остановкой подачи водного раствора е поверхностно-активного вещества (см. время t1 на фиг.4B).
После этого, контроллер 30А управляет электромагнитным клапаном 23а для перезапуска подачи воздуха из трубопровода 23 подачи воздуха, так что выпускающий воздух a1, имеющий более высокое давление, чем пенообразующий воздух a, подаваемый перед временной остановкой подачи, подается в течение установленного времени.
Таким образом, после того, как подача пены в резервуар 11 хранилище завершена, водный раствор е поверхностно-активного вещества, оставшийся в участке 20 подачи пены, может быть удален из него, так что капание водного раствора е поверхностно-активного вещества из пористого тела 26 может быть предотвращено или уменьшено. В первом модифицированном примере, контроллер 30А управляет электромагнитными клапанами 22а, 23а. В качестве альтернативы, контроллер 30А может непосредственно управлять, например, компрессором, служащим источником подачи пенообразующего воздуха a и выпускающего воздуха a1, и насосом, служащим источником подачи водного раствора е поверхностно-активного вещества.
Далее будет описан второй модифицированный пример. Как проиллюстрировано на фиг.5А, второй модифицированный пример отличается от первого модифицированного примера тем, что водный раствор е поверхностно-активного вещества, оставшийся в участке 20 подачи пены, выпускается (пенообразующим) воздухом а без использования выпускающего воздуха a1, имеющего высокое давление. Следует отметить, что те же конфигурации, что и в первом модифицированном примере, будут обозначены теми же ссылочными позициями, что и в первом модифицированном примере, и их подробное описание будет опущено.
В частности, во втором модифицированном примере, трубопровод 23 подачи воздуха соединен с источником подачи (пенообразующего) воздуха через электромагнитный клапан 23а. Контроллер 30В соединен с электромагнитным клапаном 23b. Контроллер 30B может управлять электромагнитным клапаном 23b, передавая управляющий сигнал на электромагнитный клапан 23b, тем самым, выбирая подачу воздуха a или остановку подачи воздуха a (без подачи воздуха a).
Во втором модифицированном примере, как иллюстрировано на фиг.5В, в начале изготовления вспененного песка, контроллер 30А управляет электромагнитными клапанами 22а, 23а для начала подачи водного раствора е поверхностно-активного вещества из трубопровода 22 подачи жидкости и начала подачи воздуха a из трубопровода 23 подачи воздуха одновременно с началом подачи водного раствора е поверхностно-активного вещества.
Затем, установленное количество пены подается в резервуар 11 хранилище. Впоследствии, контроллер 30B управляет электромагнитным клапаном 22a для остановки подачи водного раствора е поверхностно-активного вещества из трубопровода 22 подачи жидкости (см. время t1 на фиг.5B). Во втором модифицированном примере, подача воздуха а продолжается в течение установленного времени от остановки подачи водного раствора е поверхностно-активного вещества. Затем (то есть по истечении установленного времени) электромагнитный клапан 23b управляется для остановки подачи воздуха a из трубопровода 23 подачи воздуха (см. время t2 на фиг.5B).
Таким образом, после того, как подача пены в резервуар 11 хранилище завершена, водный раствор е поверхностно-активного вещества, оставшийся в участке 20 подачи пены, может быть удален из него посредством воздуха а, так что капание водного раствора е поверхностно-активного вещества из пористого тела 26 может быть предотвращено или уменьшено. Во втором модифицированном примере, контроллер 30В управляет электромагнитными клапанами 22а, 23а. В качестве альтернативы, контроллер 30В может непосредственно управлять, например, компрессором, служащим источником подачи воздуха a, и насосом, служащим источником подачи водного раствора е поверхностно-активного вещества.
Далее будет описан третий модифицированный пример. Как иллюстрировано на фиг.6А, третий модифицированный пример отличается от второго модифицированного примера тем, что водный раствор е поверхностно-активного вещества, остающийся в участке 20 подачи пены, отсасывается вакуумным механизмом вместо выпускания водного раствора е поверхностно-активного вещества, остающегося в участке 20 подачи пены с использованием воздуха a. Следует отметить, что те же конфигурации, что и во втором модифицированном примере, будут обозначены теми же ссылочными позициями, что и во втором модифицированном примере, и их подробное описание будет опущено.
Как иллюстрировано на фиг.6А, участок 20 подачи пены включает в себя выпускной трубопровод 28, соединенный с соединяющим участком 21, а выпускной трубопровод 28 соединен с вакуумным насосом (всасывающим насосом) 28b через электромагнитный клапан 28а. Таким образом, когда приводится в действие вакуумный насос 28b, внутри соединяющего участка 21 создается отрицательное давление. Выпускной трубопровод 28, электромагнитный клапан 28а и вакуумный насос 28b могут функционировать как вакуумный механизм. Вместо вакуумного насоса 28b может использоваться цилиндровый механизм или тому подобное, пока отрицательное давление может быть создано внутри соединяющего участка 21.
В третьем модифицированном примере, как во втором модифицированном примере, контроллер 3°C управляет электромагнитными клапанами 22a, 23b. Дополнительно, контроллер 3°C управляет открытием и закрытием электромагнитного клапана 28а, тем самым выбирая работу вакуумного механизма или остановку работы вакуумного механизма.
В третьем модифицированном примере, как иллюстрировано на фиг.6В, в начале изготовления вспененного песка, контроллер 3°C управляет электромагнитными клапанами 22а, 23а для начала подачи водного раствора е поверхностно-активного вещества из трубопровода 22 подачи жидкости и начала подачи воздуха a из трубопровода 23 подачи воздуха одновременно с началом подачи водного раствора е поверхностно-активного вещества.
Затем, установленное количество пены подается в резервуар 11 хранилище. Впоследствии, контроллер 3°C управляет электромагнитными клапанами 22a, 23a для остановки подачи водного раствора е поверхностно-активного вещества из трубопровода 22 подачи жидкости, и остановки подачи воздуха a из трубопровода 23 подачи воздуха одновременно с остановкой подачи водного раствора е поверхностно-активного вещества (см. время t1 на фиг.6B).
После этого, контроллер 3°C управляет электромагнитным клапаном 28а таким образом, что электромагнитный клапан 28а удерживается открытым в течение установленного времени (управляет вакуумным механизмом в течение установленного времени), так что водный раствор е поверхностно-активного вещества, остающийся участке 20 подачи пены, всасывается вакуумным насосом 28b. Таким образом, возможно, предотвратить или уменьшить капанье водного раствора е поверхностно-активного вещества из пористого тела 26. Дополнительно, в третьем модифицированном примере электромагнитный клапан 28a является управляемым. В качестве альтернативы, работа вакуумного насоса 28b и остановка работы вакуумного насоса 28b могут управляться непосредственно без обеспечения электромагнитного клапана 28а.
Далее будет описан четвертый модифицированный пример. Как иллюстрировано на Фиг.7A, четвертый модифицированный пример отличается от второго модифицированного примера тем, что выпуск остающейся пены уменьшается двухпозиционным клапаном 29 вместо выпуска пены, остающейся в участке 20 подачи пены использованием воздуха а. Следует отметить, что те же конфигурации, что и во втором модифицированном примере, будут обозначены теми же ссылочными позициями, что и во втором модифицированном примере, и их подробное описание будет опущено.
Как иллюстрировано на фиг.7А, двухпозиционный клапан 29 расположен ниже пористого тела 26 участка 20 подачи пены. Двухпозиционный клапан 29 соединен с участком 20 подачи пены таким образом, что пена подается в резервуар 11 хранилище из пористого тела 26, в то время когда двухпозиционный клапан 29 открыт, и подача пены из пористого тела 26 в резервуар 11 хранилище останавливается, когда двухпозиционный клапан 29 закрыт. Контроллер 30D соединен с двухпозиционным клапаном 29. Контроллер 30D может выбирать открытие или закрытие двухпозиционного клапана 29 путем передачи управляющего сигнала на двухпозиционный клапан 29.
В четвертом модифицированном примере, как показано на фиг.7В, контроллер 30D управляет электромагнитными клапанами 22а, 23b и двухпозиционным клапаном 29 с начала изготовления вспененного песка. Конкретно, контроллер 30D запускает подачу водного раствора е поверхностно-активного вещества из трубопровода 22 подачи жидкости, и запускает подачу воздуха a из трубопровода 23 подачи воздуха, и открывает двухпозиционный клапан 29 одновременно с запуском подачи водного раствора е поверхностно-активного вещества.
Затем, установленное количество пены подается в резервуар 11 хранилище. Впоследствии, контроллер 30D управляет электромагнитными клапанами 22a, 23a для остановки подачи водного раствора е поверхностно-активного вещества из трубопровода 22 подачи жидкости и остановки подачи воздуха a из трубопровода 23 подачи воздуха одновременно с остановкой подачи водного раствора е поверхностно-активного вещества (см. время t1 на фиг.7B). После этого, контроллер 30D закрывает двухпозиционный клапан 29 по истечении установленного времени от остановки подачи водного раствора е поверхностно-активного вещества и воздуха a (см. время t3 на фиг.7B).
Как описано выше, двухпозиционный клапан 29 закрывается по прошествии установленного времени. Таким образом, водный раствор е поверхностно-активного вещества в участке 20 подачи пены выпускается, и затем возможно предотвратить или уменьшить капанье водного раствора е поверхностно-активного вещества из пористого тела 26.
В дальнейшем будет описан пример изобретения.
Пример
Вспененный песок был изготовлен посредством производственного оборудования, иллюстрированного на фиг.1. Сначала были предусмотрены песок, растворимое стекло, поверхностно-активное вещество и вода, так что масса песка, подаваемого в резервуар хранилище, составляла 5000 г, вес растворимого стекла, подаваемого в резервуар хранилище, составлял 0,65% веса песка, вес поверхностно-активного вещества, подаваемого в резервуар хранилище составлял 0,03% от веса песка, а вес воды, подаваемой в резервуар хранилище составлял 3,2% от массы песка.
Песок был подан в резервуар хранилище. Затем, водный раствор поверхностно-активного вещества, содержащий поверхностно-активное вещество 3 масс.% был доставлен. Давление воздуха, соединяющего водный раствор поверхностно-активного вещества, было установлено равным 0,1 МПа. Водный раствор поверхностно-активного вещества был вспенен в участке подачи пены для получения пены, и пена была подана в резервуар хранилище так, что количество поверхностно-активного вещества было в вышеописанным количестве. В то же время, растворимое стекло и вода были поданы в резервуар хранилище, так что количество растворимого стекла и количество воды были в вышеописанных количествах. Затем песок, пена, растворимое стекло, и вода были замешаны для получения вспененного песка.
Время замешивания от начала замешивания составляло от 1 до 5 минут. Вспененный песок собирался с интервалом в 1 минуту, а кинематическая вязкость вспененного песка измерялась с помощью устройства, включающего контейнер 41 и груз 43, иллюстрированные на фиг.8. В частности, как иллюстрировано на фиг.8, вспененный песок загружался в контейнер 41 до его верхней части, а груз 43, имеющий измерительный участок (измерительную секцию) L, помещался на вспененный песок. В результате, вспененный песок был спрессован грузом 43, вспененный песок выгружался из отверстия 42 в нижнем участке контейнера 41, а груз 43 перемещался вниз. В этом случае время (время прохождения), необходимое для измерительного участка L, указанного на грузе 43, для прохождения через открытый край контейнера 41 (время прохождения), было измерено как кинематическая вязкость. Фиг.9 показывает результаты.
Когда кинематическая вязкость песка является низкой, вспененный песок выпускается из отверстия 42 контейнера 41 с высокой скоростью и время прохождения, необходимое для измерительного участка L для прохождения через открытый край контейнера 41, является коротким. В результате вспененный песок может быть определен как хороший продукт. В примере, когда кинематическая вязкость (время прохождения) составляет две секунды или менее, определяется, что пена равномерно прилипает к поверхностям частиц песка, а вспененный песок является хорошим продуктом.
Сравнительный пример
Сравнительный пример будет описан ниже. Вспененный песок был изготовлен таким же образом, как в примере. Сравнительный пример отличается от примера тем, что водный раствор поверхностно-активного вещества непосредственно подавался в резервуар хранилище без вспенивания. Как и в примере, время замешивания составляло от 1 до 5 минут, вспененный песок собирался с интервалом в 1 минуту, а кинематическую вязкость вспененного песка измеряли с помощью устройства, включающего контейнер 41 и груз 43, показанные на фиг.8.
Результаты и соображения
Как показано на фиг.9, в примере, независимо от времени замешивания, кинематическая вязкость составляла 2 секунды или менее. С другой стороны, в сравнительном примере, при времени замешивания 1 минута, кинематическая вязкость превышала 2 секунды, и по мере увеличения времени замешивания кинематическая вязкость приближалась к кинематической вязкости в примере.
В этом примере считается, что пена была достаточно образована на поверхностях частиц песка в течение короткого времени после начала замешивания, поскольку пена, получаемая при вспенивании водного раствора поверхностно-активного вещества, подавалась в начале замешивания.
С другой стороны, в сравнительном примере считается, что пена была образована на поверхностях частиц песка, поскольку замешивание продвигалось от начала замешивания, и считается, что пена была недостаточно образована при времени замешивания 1 минута. Исходя из результатов, считается, что время изготовления (время замешивания) для изготовления вспененного песка может быть уменьшено путем получения пены из водного раствора поверхностно-активного вещества перед замешиванием, как в примере.
Хотя вариант осуществления изобретения был подробно описан выше, конкретные конфигурации не ограничены конкретными вариантами осуществления в варианте осуществления, и изменения конструкции в рамках объема изобретения также могут быть включены в изобретение. Кроме того, вариант осуществления и модифицированные примеры могут быть реализованы в различных сочетаниях, если это необходимо.
В варианте осуществления, путь потока в соединяющем участке, через который проходит водный раствор поверхностно-активного вещества и поток воздуха, представляет собой Т-образный путь потока. Альтернативно, путь потока может представлять собой, например, Y-образный путь потока.
Кроме того, может быть предусмотрен датчик давления 25, который измеряет давление воздуха в воздушном потоке трубопровода подачи воздуха в варианте осуществления. С этой конфигурацией, может быть обнаружена недостаточная подача воздуха из трубопровода подачи воздуха, и появление недостаточного получения пены может быть снижено заранее.