特許 6275324 鋳造部品を鋳造する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6275324

(24)【登録日】2018年1月19日

(45)【発行日】2018年2月7日

(54)【発明の名称】鋳造部品を鋳造する方法

(51)【国際特許分類】

   B22D 45/00 20060101AFI20180129BHJP

【ＦＩ】

   B22D45/00 Z

【請求項の数】15

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2017-505184(P2017-505184)

(86)(22)【出願日】2015年7月20日

(65)【公表番号】特表2017-525570(P2017-525570A)

(43)【公表日】2017年9月7日

(86)【国際出願番号】EP2015066546

(87)【国際公開番号】WO2016016035

(87)【国際公開日】20160204

【審査請求日】2017年2月8日

(31)【優先権主張番号】102014110826.4

(32)【優先日】2014年7月30日

(33)【優先権主張国】DE

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】506016772

【氏名又は名称】フリッツ ビンター アイゼンギーセライ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディトゲゼルシャフト

(74)【代理人】

【識別番号】100095614

【弁理士】

【氏名又は名称】越川 隆夫

(72)【発明者】

【氏名】クラウス アーノルド

(72)【発明者】

【氏名】ディルク ロゴフスキー

(72)【発明者】

【氏名】ユルゲン シュミット

(72)【発明者】

【氏名】ロルフ シュスマン

【審査官】 坂本 薫昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−６１９８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｃ ２１／００

Ｂ２２Ｄ ２９／００，４５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋳造部品（Ｇ）を鋳造する方法であって、生成される前記鋳造部品を形成するための空洞（３）を囲む鋳造鋳型（２）の中に溶融金属が鋳込まれ、前記鋳造鋳型（２）は、鋳型材料で形成される１つ又はそれ以上の鋳造鋳型部品又はコアで構成されるロストモールドとして設計され、前記鋳型材料は、中子砂、結合剤、及びオプションとして前記鋳型材料の特定の性質を調節するための１つ又はそれ以上の添加剤から成り、前記方法は、以下の作業ステップ、即ち、
− 前記鋳造鋳型（２）を準備するステップと、
− 囲い込み（７）内に前記鋳造鋳型（２）を収容し、前記囲い込み（７）の少なくとも１つの内側表面区域（９）と、前記鋳造鋳型（２）の関連する外側表面区域（８）との間に充填スペース（１０）を形成するステップと、
− 前記充填スペース（１０）を自由流動充填材料（Ｆ）で充填するステップと、
− 前記鋳造鋳型（２）の中に前記溶融金属を鋳込むステップと、
を含み、
− 前記溶融金属の前記鋳込みの結果として、前記鋳造鋳型（２）が、前記高温溶融金属に起因する熱の流入の結果であるプロセス熱を放射し始め、
− 前記溶融金属に起因する熱の流入の結果として、前記鋳型材料の前記結合剤が気化及び燃焼し始めるので、前記結合剤がその効果を失い、前記鋳造鋳型（２）が崩壊して破片（Ｂ）になり、
前記充填スペース（１０）内に流し込まれる前記充填材料（Ｆ）は、前記充填スペース（１０）の充填後に、前記充填材料（Ｆ）によって形成される前記充填材料充填物にガス流（Ｓ１、Ｓ２）が浸透することができるような低い嵩密度を有し、前記充填スペース（１０）の充填時、前記充填材料（Ｆ）は、所定の最低温度（Ｔｍｉｎ）であり、当該最低温度（Ｔｍｉｎ）から出発して、前記充填材料（Ｆ）は、その温度が、前記鋳造鋳型（２）から前記放射される熱及び前記結合剤の前記燃焼の間に放出される熱によって生成される前記プロセス熱の結果として、前記結合剤が前記鋳造鋳型（２）から気化して前記充填材料（Ｆ）と接触して発火し、燃焼し始める境界温度（Ｔ_境界）より高い温度に加熱される、
ことを特徴とする方法。

【請求項2】

前記充填材料（Ｆ）の嵩密度Ｓｄと比熱容量ｃｐの積Ｐ＝Ｓｄ×ｃｐが、下式：
Ｐ≦１ｋＪ／ｄｍ^３Ｋ
を満たすことを特徴とする、請求項1に記載の方法。

【請求項3】

前記嵩密度Ｓｄが最大で４ｋｇ／ｄｍ^３になることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記充填材料（Ｆ）は、最大で１ｋＪ／ｋｇＫの比熱容量ｃｐを有することを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記充填材料（Ｆ）は、１．５〜１００ｍｍの平均直径を有する粒状物の形態であることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記充填スペース（１０）の充填中の前記充填材料（Ｆ）の温度は、少なくとも５００℃に達することを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記境界温度（Ｔ_境界）は７００℃に達することを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記囲い込み（７）はガス注入口（１５）及び排ガス排出口（１９）を有し、前記充填スペース（１０）内に含まれる前記充填材料（Ｆ）は、少なくとも時々特定の区域内に酸素含有ガス流（Ｓ１、Ｓ２）が貫流することを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記ガス流（Ｓ１、Ｓ２）は、室温を越える温度まで加熱されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記ガス流（Ｓ１、Ｓ２）は、前記排ガス排出口（１９）から流出する前記排ガスの体積流に応じて調整されることを特徴とする、請求項８又は請求項９に記載の方法。

【請求項11】

排ガス計測が前記排ガス排出口（１９）において行われ、前記ガス流（Ｓ１、Ｓ２）は、この計測の結果に応じて調整されることを特徴とする、請求項８〜１０の何れか一項に記載の方法。

【請求項12】

前記排ガス排出口（１９）から流出する前記燃焼ガスの部分流が、前記酸素含有ガス流（Ｓ１、Ｓ２）と混合され、結果として生じる混合物が前記囲い込み（７）内に送り込まれることを特徴とする、請求項８〜１１の何れか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記囲い込み（７）には、前記結合剤の燃焼生成物中に含まれる有毒物質を分解するための触媒コンバータが備えられることを特徴とする、請求項１〜１２の何れか一項に記載の方法。

【請求項14】

前記鋳造鋳型（２）は篩基盤（１）の上に配置され、前記鋳造鋳型（２）の前記破片（Ｂ）及び前記充填材料（Ｆ）が一緒に前記篩基盤（１）を通して少しずつ流れ落ち、一緒に収集されて処理され、後の処理のために互いから分離されることを特徴とする、請求項１〜１３の何れか一項に記載の方法。

【請求項15】

前記鋳造鋳型（２）の崩壊後、前記鋳造部品（Ｇ）が、特定の冷却曲線に従う制御された仕方で冷却される熱処理を通過することを特徴とする、請求項１〜１４の何れか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋳造部品を鋳造する方法であって、溶融金属が、生成される鋳造部品を形づくる空洞を囲む１つ又はそれ以上の鋳造鋳型部品又はコアで構成されたロストモールドとして設計された鋳造鋳型内に鋳込まれる、方法に関する。それに関して、鋳造鋳型部品又は鋳造コアは、中子砂、結合剤、及びオプションとして鋳型材料の特定の性質を調節するための１つ又はそれ以上の添加剤、で構成される鋳型材料から形成される。

【背景技術】

【0002】

この種の従来の方法において、普通、鋳造部品を形成する鋳造鋳型が初めに準備され、その鋳造コア及び鋳型部品は別の作業工程内で予め作製されている。それにより、鋳造鋳型は複数の鋳造コアのいわゆる「コアパッケージ」として構成することができる。同様に、例えば、鋳型材料から成る２つの半鋳型で構成され、その内部に鋳造部品を形づくる鋳型空洞が形成される鋳造鋳型を使用することが可能であり、ここでもまた鋳型コアが、鋳造部品内に窪み、空洞、チャネルなどを形成するために存在し得る。

【0003】

本発明による方法によって作製される鋳造部品の典型的な例としては、エンジンブロック及びシリンダヘッドが挙げられる。高負荷を課せられるより大きなエンジンに対して、これらは砂型鋳造により鋳鉄で製造される。

【0004】

鋳鉄品の分野において、通常、ベントナイト、光沢性カーボンフォーマ及び水と混合したケイ砂が、鋳造鋳型の外側閉鎖部を形成する鋳造鋳型部品の鋳型材料として使用される。対照的に、鋳造部品の内部空洞及びチャネルを形成する鋳造コアは、普通、有機又は無機結合剤、例えば、合成樹脂若しくは水ガラスと混合された市販の中子砂で形成される。

【0005】

中子砂及び結合剤の種類に関係なく、上記の種類の鋳型材料で形成される鋳造鋳型の製造の背景にある原理は、形成後、結合剤を適切な熱又は化学処理により硬化させ、その結果、中子砂の粒子が互いに接着して関連する鋳型部品又はコアの形の安定性が十分な期間にわたって保証されるようにすることである。

【0006】

特に、鋳鉄製の大容積鋳造部品を鋳造するとき、溶融金属の鋳込みに付随して鋳造鋳型に加わる内部圧力が非常に高くなり得る。この圧力を吸収し、鋳造鋳型が破裂するのを確実に防ぐために、厚い壁の大容積鋳造鋳型を使用する必要、又は、鋳造鋳型を外側で支持する支持構造体を使用する必要がある。

【0007】

そのような支持構造体の１つの可能な形態は、鋳造鋳型を覆って配置されるエンクロージャから成る。このエンクロージャは、通常、鋳造鋳型をその周囲側面で取り囲むが、その上面に、鋳造鋳型内に溶融物を鋳込むのを可能にするのに十分に大きな開口を有する、ジャケットの形態に設計される。それに関して、エンクロージャは、所定位置に配置された後、少なくとも鋳造鋳型を支持するのに決定的に重要な区域において、エンクロージャの内側表面と鋳造鋳型の外側表面との間に充填スペースが残るような寸法にされる。充填スペースは自由流動充填材料で充填され、その結果、エンクロージャによる、広範囲にわたる関連表面区域の支持が保証される。充填スペースの充填を可能な限り均一にし、同様に、鋳造鋳型と充填材料の間の接触を均一にし、それに対応して、脆弱な鋳型材料を均一に支持するために、一般に、砂又は鋼ショットなどの粒子が細かく高い嵩密度を有する自由流動充填材料が使用される。充填後、充填材料はさらに圧縮される。この目的は、非圧縮性モノリスのように作用する非常に堅く詰まった可能な充填塊を生成し、エンクロージャから鋳造鋳型への支持力の直接伝達を確実にすることである。

【0008】

溶融金属が高温で鋳造鋳型内に鋳込まれるので、鋳造鋳型を構成する鋳造鋳型部品及びコアもまた強く加熱される。その結果、鋳造鋳型が熱を放射し始める。鋳造鋳型の温度がある特定の最低温度を越える場合、鋳型材料の結合剤が気化して燃え始め、さらなる熱を放出する。これは結合剤の効果を失わせる。結合剤のこの分解の結果として、鋳造鋳型の鋳造鋳型部品及びコアが作製される鋳型材料の粒子の粘着力が失われ、鋳造鋳型、並びに鋳型材料で作られるその部品及びコアが崩壊して個々の破片になる。

【0009】

この効果は、鋳造鋳型からの鋳造部品の離型のために使用できることが実際に知られている。従って、鋳造部品の熱処理方法が、例えば、特許文献１又は特許文献２によって知られており、その場合、鋳造鋳型が鋳造部品と共に、連続プロセスにおいて、鋳造加熱炉から熱処理炉内に移送される。炉の中を通る際、鋳造鋳型及び鋳造部品は、鋳造部品が熱処理の目的である状態に達する温度に適当に長い時間にわたって曝される。同時に、熱処理の温度は、鋳型材料の結合剤が分解するように選択される。鋳型材料から成る鋳造鋳型の破片は、次に鋳造部品から自動的に剥離し、熱処理炉自体の中の砂床内に収集される。それらは一定時間の間、鋳造鋳型部品及びコアの破片の崩壊がさらに促進されるように、そこに留まる。鋳造鋳型から剥離した鋳型材料の破片は、砂床を高温ガス流内での吹錬により流動化させることによって支持することができる。十分に崩壊された鋳型材料の破片は最終的に処理設備に送り込まれ、そこで中子砂が回収され、その結果、それは新しい鋳造鋳型部品及びコアの製造に用いることができる。

【0010】

鋳造部品の鋳造に必要な離型及び鋳造鋳型の処理のための既知の工程は、大量のアルミニウム製内燃エンジンの部品の鋳造に実際に有効であることが分かっている。しかし、これは、相当な構造長の炉、並びに鋳造鋳型及び鋳造部品の処理を必要とし、大容積の部品又は鋳造鋳型の場合には、上記のタイプのエンクロージャによる付加的な支持を必要とし、複雑であることが分かっている。これは、特に、鋳鉄から小規模及び中規模量で製造される鋳造部品に当てはまる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】欧州特許第０ ５４６ ２１０（Ｂ２）号

【特許文献2】欧州特許第０ ６１２ ２７６（Ｂ２）号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

この背景技術に対して、本発明が扱う問題は、最適化されたエネルギー効率及び特に経済的な方法による鋳造技術を用いて鋳造部品を製造することを可能にする方法を提供することであった。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明は、この問題を請求項１に記載の方法を用いて解決した。

【0014】

本発明の有利な実施形態は、従属請求項において明記され、以下で、本発明の背景にある一般的概念とともに個々に説明される。

【0015】

従って、本発明は鋳造部品を鋳造するための、生成される鋳造部品を形成するための空洞を囲む鋳造鋳型内に溶融金属が鋳込まれる、方法を提供する。鋳造鋳型は、１つ又はそれ以上の鋳造鋳型部品又はコアから成るロストモールドとして設計される。これらの鋳造鋳型部品は、その都度、中子砂、結合剤、及びオプションとして鋳型材料の特定の性質を調節するための１つ又はそれ以上の添加剤、で構成される鋳型材料から形成される。

【0016】

それに関して、本発明による方法は、以下の作業ステップ、即ち、
− 鋳造鋳型を準備するステップと、
− エンクロージャ（囲い込み）内に鋳造鋳型を収容し、エンクロージャの少なくとも１つの内側表面区域と鋳造鋳型の関連する外側表面区域との間に充填スペースを形成するステップと、
− 充填スペースを自由流動充填材料で充填するステップと、
− 溶融金属を鋳造鋳型内に鋳込むステップと、
を含み、
− ここで、溶融金属の鋳込みの結果として、鋳造鋳型が、高温溶融金属に起因する熱の流入の結果であるプロセス熱を放射し始め、及び、
− ここで、溶融金属に起因する熱の流入の結果として、鋳型材料の結合剤が気化及び燃焼し始めるので、結合剤がその効果を失い、鋳造鋳型が崩壊して破片になる。

【0017】

本発明により、充填スペース内に流し込まれる充填材料は、充填スペースの充填後、充填材料によって形成される充填材料充填物にガス流が浸透することができるような、低い嵩密度を有する。

【0018】

さらに、本発明による方法において、充填スペースの充填時、充填材料は所定の最低温度であり、それから出発して、充填材料は、その温度が、鋳造鋳型から放射される熱及び結合剤の燃焼の間に放出される熱によって生成されるプロセス熱の結果として、７００℃の境界温度より高い温度に加熱される。

【0019】

このように、本発明による方法は、充填材料を蓄熱材という認識で使用するという着想に基づくもので、この蓄熱材の温度を、鋳造鋳型の鋳造鋳型部品及びコアがそれから作製される鋳型材料の結合剤がエンクロージャ内で過ごす時間の間に、既に温度の効果によって殆ど大部分が分解するように、設計及び制御するものである。

【0020】

このようにして、鋳型材料から成る鋳造鋳型の部品及びコアが崩壊して破片になり、これらの破片がエンクロージャの取外し後に鋳造部品から剥離し、鋳造部品には少なくともその外側表面の領域において、付着した鋳型部品及びコアが殆ど全くない、状態に達する。

【0021】

同時に、鋳造部品の内部のチャネル又は空洞を形成するコアもまた剥離し、その結果、これらのコアの中子砂及び鋳型材料破片は、エンクロージャ内で自発的に鋳造部品から既に流出するか、又は、基本的に既知の方法、例えば、撹拌などの機械的方法により、若しくは適切な流体によるフラッシングにより鋳造部品から取り除くことができる。

【0022】

本発明による、鋳造部品とエンクロージャの間に形成される充填スペースの中に充填される充填材料は、自由流動性であるので、鋳造鋳型の外側表面の領域内に逃げ溝、空洞などが存在するときにも充填スペースを完全に充填する。

【0023】

それに関して、本発明により、充填材料が、充填スペースの充填及び充填スペース内に充填された充填材料の何らかの可能な圧縮の後にもまた、ガス流が貫流できるほどに低い嵩密度を有するということが決定的に重要である。従って、本発明により、前述の従来技術とは対照的に、鋳造鋳型の最適支持が確実にされる一方で、ガスに対して殆ど不浸透性の非常に強く圧縮された充填物が充填スペース内に特に作製されることがない。むしろ、本発明により使用される充填材料は、例えば、熱対流の結果として起るガス流に対して浸透性であるように選択される。これは、鋳造鋳型が、それに鋳込まれる溶融金属によって加熱され、及び、鋳造鋳型部品及びコアの鋳型材料の気化性結合剤成分が気化し燃焼し始めて熱を放出するときに起る。

【0024】

本明細書において、気化性及び燃焼性結合剤について言及するときは、常に、加熱によって気化し燃焼することができるそれらの結合剤成分を意味する。これは、例えば、亀裂生成物として鋳造鋳型内に残留し、そこで熱の影響によって好ましく崩壊する、固体又は他の形態の他の結合剤成分の可能性を除外するものではない。

【0025】

本発明による、充填スペース内に充填される充填材料の与えられたガス流に対する浸透性は、それにより鋳造鋳型から気化した結合剤が充填材料自体の領域内で燃焼し、結果として充填材料をさらに加熱することを可能にするばかりでなく、さらに、結合剤の燃焼を支援する酸素の供給を可能にする。このように、溶融金属を通して導入され及び結合剤の燃焼を通して放出されるプロセス熱の結果として、充填材料が高温に加熱されるので、鋳型部品及びコアの結合剤成分が鋳造鋳型から抜け出て充填材料と接触して燃焼するか又は少なくとも熱分解して環境に有害な影響をもはや有しなくなり、又は、エンクロージャから排ガスとして排出することができ、排ガス純化プロセスに送り込むことができる。

【0026】

本発明により、温度損失を最少にするために、予め温度が調節された充填材料が溶融金属の鋳込みの直前に充填スペース内に導入されることが好ましい。

【0027】

ひとたび、鋳型材料からの十分な濃度の可燃ガス放出が充填スペース内で達成されると、加熱された充填材料との接触によって燃焼が開始する。鋳造鋳型から出た結合剤の燃焼は充填材料が加熱され続ける限り長く続く。このプロセスは、エンクロージャ内で、もはや可燃雰囲気が形成されなくなるほどに少量の結合剤だけが鋳造鋳型から抜け出るまで続く。しかし、蓄熱器のように、今度は高温充填材料が、結合剤の燃焼が起る境界温度より高い温度を維持する。従って、鋳造鋳型もまた少なくともこの温度に留まるので、鋳造鋳型内に残る結合剤残留物が熱的に分解される。

【0028】

本発明による方法に対して特に適するのは、その鋳型部品及びコアが有機結合剤によって結合された鋳型材料から成る、鋳造鋳型である。この目的のために、例えば、市販の溶媒含有結合剤を使用することができ、又はその効果が化学反応によって引き起される結合剤を使用することができる。対応する結合剤システムは、現在、いわゆる「コールドボックス法」において使用される。

【0029】

実際に、７００℃の温度は、鋳鉄溶融物の処理における境界温度として特に適する。７００℃を越えると、特に有機結合剤が確実に燃焼する。同時に、これらの温度において鋳造鋳型から放出される他の有毒物質が酸化されるか又はそうでなければ無害にされる。同じことが、結合剤の温度に関連する崩壊の結果として鋳造鋳型内に生じる亀裂生成物に当てはまり、これらもまたそのような高温において確実に分解する。

【0030】

本発明により、充填材料が、充填スペースに充填される際に特定の温度に予熱されるので、流入するプロセス熱の結果として充填材料が境界温度より高い温度に加熱される。ここで実際的試験は、５００℃の温度が、充填スペース内に充填される際の充填材料の最低温度として十分であることを示した。

【0031】

結合剤が漏出し、燃焼及び分解すると、鋳型材料で形成された鋳造鋳型の部品及びコアが崩壊してほぐれた破片になり、これらはエンクロージャの取外し後に破棄し処理することができ、又は、有利に、溶融金属の鋳込みとエンクロージャの取外しとの間の時間中に既にエンクロージャから取り出すことができる。このために、鋳造鋳型は篩基盤の上に置くことができ、篩基盤を通して少しずつ流出する鋳造鋳型の破片を集めることができる。実用のためには、篩基盤の開口は、それにより、鋳造鋳型の破片及び充填材料が一緒に篩基盤を通して少しずつ流出し、一緒に収集され及び処理され、並びに次の処理のために互いに分離されるように、設計される。これは、エンクロージャを取り外すときにエンクロージャ内に、ほぐれた充填材料がすでに何も存在しないという利点を有する。

【0032】

鋳造鋳型のエンクロージャは、従って、充填スペースの形成に十分な間隔で鋳造鋳型を囲む、断熱性の十分に堅い材料から構成されるジャケットと、鋳造鋳型がその上に置かれる篩板として機能する穴の開いた支持板と、鋳造鋳型の充填後に所定位置に取付けられるやはり断熱性のカバーとによって形成することができる。充填スペース内に生じる排ガスの制御された排出を可能にするために、さらに排ガス用開口を設けることができる。

【0033】

本発明による方法においてさらに、鋳造鋳型とエンクロージャの間のプレテンションを生成して鋳造鋳型のより確実で正確な位置決めされた結合が保証されるように、また鋳造鋳型が複数の鋳型部品及びコアから成るコアパッケージから形成される場合に、充填スペース内に充填される充填材料を圧縮することができる。しかし、前述のように、低い嵩密度のために、ガス流に対する浸透性がそのような圧縮充填によっても確保される。

【0034】

本発明によって実現される鋳造鋳型の鋳型部品及びコアの破壊の効率は、充填材料だけでなく鋳造鋳型自体がガス浸透性となるように設計することでさらに増すことができる。このために、鋳造鋳型中にチャネルを計画的に導入し、それを通して、充填スペース内に生成する高温排ガス、又は適切に予熱された酸素含有ガスが流れるようにすることができる。このようにして、鋳型材料結合剤の迅速な気化、燃焼及び他の形の熱分解がまた、鋳造鋳型内で始まる。これは、鋳造鋳型の崩壊をさらに加速する。

【0035】

鋳造鋳型中に計画的に導入されたチャネルはまた、鋳造部品の上若しくはその中の特定の区域の冷却を加速するため、又は、そのような加速冷却を防いで問題の区域内に鋳造部品の特定の性質を実現するために用いることができる。

【0036】

本発明による充填材料内で、圧縮後に、互いに接触する充填材料の粒子を通してプレテンションが伝えられる。それにより、充填材料の粒子が制御不能な方法で移動するのを防ぐために、本発明による必要な充填材料のガス浸透性にかかわらず、鋳造鋳型と向き合うエンクロージャの内側表面に構造化表面を備え、その上で、この表面に衝突する粒子が、少なくとも所定の位置に形状固定様式で支持されるようにすることができる。

【0037】

同時に、充填材料は、充填材料が迅速に熱くなり、可能な限り長く境界温度を超える温度に保持され得るように、蓄熱に対する低い適合性を有することが必要である。

【0038】

従って、本発明の目的に最適な充填材料は、充填材料を形成する個々の粒子で作製される材料の低い嵩密度と低い比熱容量とを組合せたものである。ここで実際的実験は、充填材料が作製される材料の嵩密度Ｓｄと比熱容量ｃｐの積Ｐが最大で１ｋＪ／ｄｍ^３Ｋとなり（Ｐ＝Ｓｄ×ｃｐ≦１ｋＪ／ｄｍ^３Ｋ）、ここで、積Ｐ＝Ｓｄ×ｃｐが最大で０．５ｋＪ／ｄｍ^３Ｋとなる充填材料が特に適していることを示した。

【0039】

圧縮するかどうかにかかわらず、粒状物又は他の粒状バルク材料が充填材料として有効であることが分かった。最大で４ｋｇ／ｄｍ^３、具体的には１ｋｇ／ｄｍ^３未満又はさらに０．５ｋｇ／ｄｍ^３未満の嵩密度の上記バルク材料が、本発明の目的には特に適していることが分かった。

【0040】

粒状で流し込み可能且つ自由流動性の充填材料を使用する場合、実際的試験において、粒子の平均直径が１．５〜１００ｍｍである場合が有利であることが分かり、その中で１．５〜４０ｍｍの範囲の粒径を有する最適の充填材料が用いられる。

【0041】

最大で１ｋＪ／ｋｇＫ、理想的には０．５ｋＪ／ｋｇＫ未満の比熱容量を有する材料から成る充填材料が、本発明のための最適な加熱及び蓄熱挙動を示す。

【0042】

基本的に、熱負荷に耐えることができ、前述の条件を満たし、十分に耐熱性である全てのバルク材料が充填材料として適する。この目的に特に適するのは、セラミック材料製の粒状物などの非金属バルク材料である。これらは、不規則形状、球形、又は充填スペース内に充填された充填材料を通る良好なガス流を達成すると同時に低保温性を達成するための空洞を含むように形成することができる。充填材料はまた、特定の点においてのみ互いに接触し、その結果それらの間に良好な貫通流を保証する十分なスペースが残る、環状又は多角形要素で構成することができる。

【0043】

エンクロージャ内に、ガス注入口を経由してオプションとして導入される酸素含有ガス流が充填材料を冷却するのを防ぐために、充填スペースに入る前にガス流を、室温を超える温度に加熱することができる。ガス流の温度は、従って、少なくとも充填材料の最低温度のレベルであることが好ましい。例えば、エンクロージャから放出される高温排ガスを用いてガス流を加熱することができる。この目的のために、基本的に既知の熱交換器を使用することができる。鋳造鋳型の破片が、場合により充填材料と共に、エンクロージャからそれを経由して脱出することができる篩基盤が備えられている限り、酸素含有ガス流もまたこの篩基盤を通して送り込むことができる。これは、前記ガス流を広範囲にわたって導入することの利点を有するばかりでなく、エンクロージャから流出した高温鋳型材料破片及び同じく高温の充填材料との接触により送り込まれたガス流が加熱されるという効果を有する。

【0044】

代替的に又は付加的に、排ガス流の部分流を酸素含有ガス流と混合し、このようにして得られた高温ガス混合物を充填スペース内に送り戻すことも考えられる。このために、充填スペース内に送り込まれる酸素含有ガス流が１０〜９０体積％の排ガスから成ることが実際的であり得る。

【0045】

充填スペース内に送り込まれる酸素含有ガス流は、例えば、周囲空気で構成することができる。

【0046】

充填スペース内に送り込まれる酸素含有ガス流は、適切に設計された注入口を経由して、熱対流により充填スペース内に誘起される流れの結果として、充填スペース内に引き込まれることが可能である。代替的に、勿論同様に、送風機などにより特定の圧力で充填スペース内にガス流を導入することも考えられる。

【0047】

充填スペース内に広がる雰囲気内での過圧力の生成を防ぐために、エンクロージャから流出する排ガスの体積流に応じて、充填スペース内に導入するガス流の随意的調節を行うことができる。このために、問題のガス注入口に、流速に応じて空気取入れ量を制御する機構を取付けることができる。この目的に適するのは、例えば、基本的に既知の振り子フラップであり、これは、通過するガス流の流れ圧力が、釣り合い重りに応じて自動的に燃焼用空気の流速、ひいては供給を調整するように、吊り下げられて取付けられるものである。

【0048】

鋳造鋳型から充填スペース内に放出される可能性のある結合剤及び他のガスの完全な燃焼を保証するために、排ガス排出口において排ガス計測を行い、この計測の結果に応じて酸素含有ガス流を調節することも考えられる。

【0049】

有毒物質の放出の最小化もまた、本発明による方法により、エンクロージャに、結合剤の燃焼生成物中に含まれる有毒物質の分解のための触媒コンバータを取付けることによって、達成することができる。

【0050】

本発明による、離型後に露出される鋳造部品は、鋳造鋳型の崩壊後に鋳造部品の特定の状態を達成するために、基本的に既知の制御された方法で特定の冷却曲線に従って冷却される熱処理を施される。

【0051】

勿論、本発明による工程において、幾つかの鋳造鋳型を１つのエンクロージャ内に収容することができ、これらの鋳造鋳型を、並列に又は密な間隔で連続的に、溶融金属で充填することができる。

【0052】

基本的に、本発明による方法は、その加工処理中に十分に高いプロセス熱が生成される、任意の種類の金属鋳造材料に適する。本発明による方法は、特に鋳鉄製の鋳造部品の製造に適するが、その理由は、溶融鋳鉄の高温のために、本発明による結合剤の燃焼に必要な温度が特に確実に達成されるからである。特に、ＧＪＬ、ＧＪＳ及びＧＪＶ鋳鉄材料並びに鋳鉄鋼を、本発明によって加工することができる。

【0053】

ここで、本発明によって使用される、鋳型材料から形成される鋳型部品又はコアから構成される鋳造鋳型について言及するとき、これは勿論、そのような鋳造鋳型内で、他の材料のチル、支持具及び類似物などの個々の部品を製造することの可能性を含む。唯一の決定的な要件は、鋳造鋳型が、問題の溶融金属を鋳込む工程の間に、結合剤が気化して充填スペース内で燃焼し、鋳型材料の結合剤の実質的に完全な分解を保証するのに十分に長い間、境界温度を超える温度を維持する程度まで充填材料を加熱するための一定量の鋳型材料を含むことである。

【0054】

本発明により準備されたエンクロージャから流出する排ガス流の浄化は、排ガス内に依然として存在する可燃物質を続いて排空気燃焼プロセスにおいて燃焼させることで達成することができる。その際に放出される熱は、次に、エンクロージャに送り込まれる酸素含有ガス流を予熱するために使用することができる。

【0055】

本発明による説明された方法で、並列に配置された本発明による幾つかの鋳造鋳型を用いて鋳造部品が作製される場合、鋳造鋳型が付随するエンクロージャとともにトンネルなどの中に一緒に配置され、形成される排ガスが共通の排ガス管内に排出されることが実際的であり得る。

【0056】

本発明による方法は、内燃エンジン用のエンジンブロック及びシリンダヘッドの鋳造による製造に特に適する。特に、問題の構成要素が商用車のものである場合、それら、及びそれらの製造のために必要な鋳造鋳型は、比較的大きい体積を有し、その場合に、本発明による工程の利点が特に明白になる。

【0057】

一般に、エンクロージャから出るとき、本発明により得られる中子砂破片は、依然として非常に高温であるので、それらは、追加熱の供給なしに従来の粉砕ミル内で粉砕することができる。中子砂破片が充填材料との混合物の形で存在する場合、それらは粉砕後に分離される。これは、粉砕後に得られる中子砂の粒径が充填材料の粒径より遥かに小さいために、非常に簡単である。従って、粉砕ミルは、中子砂の機械的前処理をもたらすように設計することができる。そのような前処理は、例えば、中子砂と充填材料粒状物との接触により砂粒の表面粗度が増し、それゆえに、鋳型部品又はコアを形成するための次の加工の間、結合剤の中子砂への粘着が改善されることに存在し得る。

【0058】

処理後に得られる再生砂は、基本的に既知の方法で新しい砂と混合することができる。

【0059】

本発明は、以下で、例示的な実施形態を図式的に表す図面を参照しながらより詳しく説明される。

【図面の簡単な説明】

【0060】

【図1】本発明によるプロセスを表すフローチャートを示す。

【図2】本発明による方法の実行の１つの段階における熱反応装置を、その長手軸沿った断面図で示す。

【図3】本発明による方法の実行の別の段階における熱反応装置を、その長手軸沿った断面図で示す。

【図4】本発明による方法の実行の別の段階における熱反応装置を、その長手軸沿った断面図で示す。

【図5】本発明による方法の実行の別の段階における熱反応装置を、その長手軸沿った断面図で示す。

【図6】本発明による方法の実行の別の段階における熱反応装置を、その長手軸沿った断面図で示す。

【図7】本発明による方法の実行の別の段階における熱反応装置を、その長手軸沿った断面図で示す。

【図8】本発明による方法の実行の別の段階における熱反応装置を、その長手軸沿った断面図で示す。

【図9】鋳造部品の取り出しのために開かれた熱反応装置を図２〜８に対応した図で示す。

【図10】鋳造部品を冷却するための装置を示す。

【図11】完成した鋳造部品を示す。

【図12】熱反応装置の収集用パンを図２〜８に対応した図で示す。

【図13】中子砂を再生するための粉砕ミルを、その長手軸を横断する断面で示す。

【図14】鋳造部品を鋳造するための鋳造鋳型を図２〜８に対応した図で示す。

【図15】充填材料で充填された貯蔵ホッパーを図２〜８に対応した図で示す。

【発明を実施するための形態】

【0061】

図１は、本発明による方法を実施するのに関与するサイクルを図式的に示す。これは、新しい未使用中子砂、例えば、ケイ砂と、従来の結合剤、例えば、市販のコールドボックス結合剤との混合物から成る鋳型材料で作製された鋳造鋳型部品及びコアから出発する。新しい充填材料、例えば、１．５〜２５ｍｍの平均粒径を有するセラミック粒状物もまた使用され、これらは、その最初の使用のために、必要な最低温度、例えば５００℃に加熱する必要があり、その後で使用することができる。これらの出発材料は、以下で説明するように、後にサイクル内で再使用することができる。

【0062】

本発明による方法の種々異なる段階において図２〜８に示される熱反応装置Ｔは、篩板１を有し、その上に、鋳鉄溶融物を鋳込むように準備された鋳造鋳型２が置かれる。鋳造鋳型２は、現在の例においては営業車両用の内燃エンジンのためのエンジンブロックである鋳造部品Ｇの、鋳造による製造のためのものである。

【0063】

鋳造鋳型２は、外側に配置された複数の外側コア又は鋳型部品と、内側に配置された鋳造コアとから成るコアパッケージとして、従来の方法で組立てられる。さらに、鋳造鋳型２は、鋼又は他の堅固な材料から成る構成要素を含むことができる。これらは、例えば、チルと接触する溶融物の加速された固化により鋳造部品Ｇの制御された固化を達成するために、鋳造鋳型２の中に配置されるチルなどを含む。

【0064】

鋳造鋳型２は、環境Ｕからの、鋳造部品Ｇを形成するために鋳鉄溶融物が鋳込まれる鋳型空洞３の境界を定める。それに関して、鉄溶融物は、明瞭にするためにここでは図示されない入口システムを経由して鋳型空洞３の中に流れ込む。

【0065】

鋳造鋳型２のコア及び鋳型部品は、コールドボックス法を用いる従来の方法で、市販の中子砂と、市販の有機結合剤と、例えば、結合剤による中子砂の粒子のより良好な濡れを可能にするためのオプションとして加えられる添加剤と、の混合物から成る従来の鋳型材料から製造される。鋳造鋳型２の鋳造コア及び鋳型部品は、鋳型材料から形成される。次に、得られた鋳造コア及び鋳型部品に、化学反応により結合剤を硬化させてコア及び鋳型部品に必要な剛性を与えるために、反応性ガスが供給される。

【0066】

篩板１の端部は、収集用パン５の外周端部肩４によって支持される。封止要素６が端部肩４の外周接触面内に組み込まれる。

【0067】

ひとたび鋳造鋳型２が篩板１の上に配置されると、熱反応装置Ｔの一部でもあるエンクロージャ７が収集用パン５の外周端部肩４の上に置かれる。エンクロージャ７は、フードの形態に設計され、鋳造鋳型２をその外周表面８の上で包み込む。エンクロージャ７によって境界付けられるスペースの外周は、鋳造鋳型２の外周に比べて過大な寸法にされ、その結果、エンクロージャ７が篩基盤１の上に置かれた後、鋳造鋳型２の外周表面と、エンクロージャ７の内側表面９との間に充填スペース１０が形成される。エンクロージャは、収集用パン５と結合する端部を有する封止要素６の上に載るので、環境Ｕに対する充填スペース１０の密封が保証される。エンクロージャは、１つの層がエンクロージャ７の形状の必要な安定性を保証し、別の層が断熱性を保証する、幾つかの層で構成することができる断熱材料から構成される。その上面で、エンクロージャ７は大きい開口１１を囲み、その開口を経由して、鋳造鋳型２を鋳鉄溶融物で充填し、充填スペース１０を充填材料Ｆで充填することができる（図３）。

【0068】

充填スペース１０を、少なくとも５００℃の温度Ｔｍｉｎに加熱された粒状物の形態の充填材料Ｆで充填するために、開口１１の上方に貯蔵ホッパーＶが配置され、それから高温充填材料Ｆが、分配システム１２を経由して充填スペース１０内に少しずつ流入することが可能になる（図４）。

【0069】

充填プロセスが完了すると、必要であれば、充填スペース１０内に充填された材料充填物を圧縮することができる。次に、カバー１３が開口１１の上に置かれ、このカバーもまた開口１４を有し、この開口を経由して、鋳鉄溶融物を鋳造鋳型２の中に充填することができる（図５）。

【0070】

次に、鋳鉄溶融物が鋳造鋳型２の中に鋳込まれる（図６）。

【0071】

その一方で、エンクロージャ７の下端部領域内に成型されたガス注入口１５を経由して、酸素含有周囲空気が充填スペース１０に入ることができる。入口１６を経由して収集用パン５に入る周囲空気もまた篩基盤１を経由して充填スペース１０内に吸込まれる（図７）。

【0072】

鋳鉄溶融物の鋳込み及び関連する鋳造部品Ｇの離型とともに開始する鋳造鋳型２の望ましい破壊は２段階で行われる。

【0073】

第１段階において、結合剤中の溶媒が気化する。鋳造鋳型２から蒸気形態で放出された溶媒は、充填スペース１０内で、自動的に発火して燃焼する濃度に達する。このようにして放出された熱の結果として、約５００℃の温度Ｔｍｉｎにされていた粒状充填材料Ｆが７００℃の境界温度Ｔ_境界を越え、約９００℃の最高温度Ｔｍａｘに達するまで加熱される。

【0074】

鋳造鋳型２から気化する結合剤成分の濃度が、もはや自発燃焼のためには十分でなくなるとき、このようにして加熱された充填材料が蓄熱器の機能を担い、それにより、鋳造鋳型２の温度及び充填スペース１０内の温度が、７００℃の温度Ｔ_境界を越えるレベルに維持される。このようにして、鋳造鋳型２から発生した結合剤成分及び他の潜在的毒性物質の燃焼が、もはや鋳造鋳型２から結合剤が気化しなくなるまで続く。充填スペース１０の中に行き渡る高温の結果として、鋳造鋳型２から依然として発生する可能性がある蒸気物質が酸化されるか又はそうでなければ無害にされる。

【0075】

周囲空気で形成され、ガス注入口１５及び篩基盤１を経由してエンクロージャ７の充填スペース１０に入る酸素含有ガス流Ｓ１、Ｓ２もまた、鋳造鋳型２から発生するガスの完全燃焼に寄与する。

【0076】

充填材料Ｆの嵩密度が、充填スペース１０内に存在する充填材料充填物の良好なガス浸透性が圧縮後でも保証されるほどに低いので、鋳造鋳型２から発生するガスと、それらの燃焼のための酸素を供給するガス流Ｓ１、Ｓ２との良好な混合が保証される。同時に、充填スペース１０内の充填材料充填物が、鋳造鋳型２をその外周面上で支持し、このようにして鋳鉄溶融物が突き破るのを防ぐ。

【0077】

鋳造鋳型２から発生するガスの充填材料Ｆを通る流れは、送り込まれたガス流Ｓ１、Ｓ２との良好な混合物に、より長いプロセス時間及び良好な反応性をもたらす。鋳造鋳型２は、結合剤システムの燃焼、及び鋳造鋳型２に鋳込まれる金属を通して流入する熱の両方により、並びに予熱された充填材料Ｆによって加熱される。その結果、鋳造鋳型２の鋳型部品及びコアを結合する結合剤システムが実質的に完全に破壊される。それにより、鋳型部品及びコアが崩壊して破片Ｂ又は個々の砂粒になる。

【0078】

破片Ｂ及びほぐれた砂は、篩基盤１を通して収集用パン５の中に落下し、そこで収集される。鋳造鋳型２の破壊の進行に応じて、篩基盤１はそれにより開くことができるので、充填材料Ｆもまた収集用パン５の中に落下する（図８）。

【0079】

鋳造鋳型２から発生するガスの最適燃焼を実現するため、及び既にエンクロージャ内にある中子砂の再生のために、充填材料Ｆ及び充填スペース１０に流れ込むガスの温度は、いずれの場合にも７００℃を遥かに上回ることが最適である。このために、熱反応装置Ｔ内部の条件は、再生プロセス及び排ガス処理が、使用可能プラントとは無関係に進行するようにされる。決定し設定する値は、充填材料Ｆ、ガス注入口１５及び取入れ口１６を経由して流れ込む酸素含有ガス流Ｓ１、Ｓ２、並びに鋳造鋳型２自体の出発温度である。

【0080】

鋳造鋳型２の破壊の進行及び鋳造鋳型２に鋳込まれた鋳鉄溶融物の固化の進行は、鋳造鋳型２の崩壊が始まるときには鋳造部品Ｇが十分に固化するように、互いに整合させられる。

【0081】

ひとたび鋳造鋳型２が実質的に完全に崩壊すると、内部に鋳型材料・充填材料混合物を収容した収集用パン５が篩基盤１から分離され、及びエンクロージャ７もまた篩基盤１から取り外される。ほとんど砂が除去された鋳造部品Ｇは、いまや自由に接近することができ、制御された冷却のために備えられたトンネル状スペース１７内において制御された方法で冷却することができる（図１０）。取り出される際、鋳造部品Ｇはオーステナイト変態が未だ完了していない高温にあり、急速な冷却は内部応力を生じ、それゆえに亀裂を生じることになる。この理由のために、鋳造部品Ｇは冷却トンネル１７内で、無応力アニーリングのためのアニーリング曲線に従って、ゆっくり冷却される。冷却空気の供給量は、冷却プロファイルが製品固有の基準を達成するような大きさにされる。

【0082】

収集用パン５の中に収容された充填材料Ｆ、中子砂及び破片Ｂの依然として高温の混合物は、例えば、回転ミルとすることができる粉砕ミル１８内で激しく混合され、十分な量の酸化用空気と混合され、その結果、依然として存在し得るあらゆる結合剤残留物が続いて燃焼する。この処理段階において、充填材料Ｆもまた中子砂から分離し、両方を別々の冷却段階に移動させることができる。そのような再生は、結合剤システムの完全燃焼を確実に保証し、さらに、機械的摩擦により、中子砂の表面を、中子砂として再使用するための結合剤の良好な付着のために整える。

【0083】

得られた中子砂は、実質的に室温まで冷却され、破片の分離後に、もう一度処理されて、新しい鋳造鋳型２のための鋳造鋳型部品又は鋳造コアにされる。

【0084】

対照的に、充填材料Ｆは、目的の出発温度Ｔｍｉｎまで冷却され、サイクルの一部として、充填スペース１０の新たな充填のために貯蔵ホッパーＶの中に充填される。

【0085】

ガス流Ｓ１、Ｓ２として充填スペース１０内に導入される燃焼用空気の量は、ガス注入口１５及び取入れ口１６の開口断面積を調節することができる機械的調節可能なフラップ弁又は滑り弁によって制御される。関連する調節は、初めに、結合剤システムの燃焼のために化学量論的に必要な空気の量によって決定することができ、次いで、排ガス排出口１９におけるＣＯ、ＮＯｘ及びＯ_２の計測値によって微調節することができ、この場合、排出口１９は、カバー１３内に成型されたカバー１３の開口１４によって形成され、それを経由して充填スペース１０内で生成された排ガスがエンクロージャ７から引き出される。

【0086】

図１６から分かるように、曲線Ｋ_有毒物質によって表される有毒物質の、室温においても自発的に燃焼することになる高い濃度が、鋳造鋳型２の結合剤システムからの溶媒の気化及び鋳造鋳型２から放出される他の蒸気によって、鋳込みの直後に充填スペース１０内で達せられる。室温において燃焼可能な有毒物質濃度に達する境界Ｋ_境界は、図１６に点線によって示される。しかし、充填スペース１０内に導入された高温充填材料Ｆのために充填スペース１０内に行き渡る５００℃の高い最低温度Ｔｍｉｎのために、鋳造鋳型２から充填スペース１０内に入るガスの燃焼は、著しく低い濃度において既に開始する（図１６参照）。

【0087】

段階１において、粒状物内部の燃焼の結果、粒状物が加熱され、短時間後にその温度Ｔ_充填材料が、十分な酸素含量が与えられると有機物質が酸化され自発的に燃焼することが知られている７００℃の境界温度Ｔ_境界を越える。温度Ｔ_充填材料の曲線は図１６に破線として示される。

【0088】

鋳造鋳型２から気化する結合剤の激しい燃焼のこの段階（段階１）は、鋳造鋳型２から充填スペース１０内に流出する実質的に気化した結合剤によって形成される可燃ガスの濃度Ｋ_有毒物質が、もはや室温では燃焼が起きなくなる程度に低下するまで続く。

【0089】

しかし、前述のように、充填材料の７００℃を越える高い温度のために、この酸化又は燃焼は次の段階２において継続し、その際、そこで放出される熱は、充填材料１０の温度を、最高温度Ｔｍａｘに達するまでさらに上昇させるのに十分である。充填材料１０はこの温度に、鋳造鋳型２の分解プロセスが進んでもはや著しい蒸気放出が起きず、鋳造鋳型２が崩壊して小さい部品になり、鋳型材料残留物がパン５の中に落下するまで、留まる。しかし、燃焼プロセスが充填スペース１０内で起こる限り、それにより依然として大量の熱が発生するので、充填材料Ｆは十分に長い間にわたり、上限が温度Ｔｍａｘで下限が温度Ｔ_境界である範囲に留まる。

【0090】

このように、本発明により、充填材料が充填スペース１０内に充填されるときの温度の選択によって、７００℃の境界温度Ｔ_境界を越える時間を、その温度に早期に達するように定め、低い有毒物質濃度Ｋ_有毒物質の結果として、充填スペース１０内の燃焼プロセスが、もはや必要な強さで確実には起ることがないようにする。そこで、依然として高温の充填材料Ｆが、鋳造鋳型２から依然として発生するガスの分解及び残りの燃焼が起ることを、充填スペース内に存在する可燃ガスの濃度が、それら自体では温度Ｔ_境界を下回る温度での燃焼のためには低く過ぎると考えられる場合にも、保証する。

【0091】

鋳造鋳型２内に含まれる気化した可燃物質により、１０００℃を優に越える充填材料温度を達成することができるほどの化学エネルギーが燃焼のために使用可能であることが分かっている。しかし、この場合、鋳造部分品の冷却が長時間にわたって長引くことなり、長いプロセス時間が必要となる。これもまた、充填材料Ｆが充填スペース１０内に充填される際の出発温度によって決定することができる。温度の急過ぎる上昇もまた、この場合には冷却空気として機能するガス流Ｓ１、Ｓ２の増加によって防ぐことができる。

【0092】

充填材料Ｆを、例えば、セラミック充填材料を選択する際に、充填材料Ｆの個々の粒子が、鋳造中に生じる圧縮力を吸収し、循環中の摩擦損失をできる限り小さくするために高い圧縮強度を有することが確認される。さらに別の選択基準は、段階１から、７００℃を越える温度上昇を可能な限り迅速に達成するための、充填材料Ｆの低い熱容量と嵩密度の組合せである。窒素酸化物の形成は、燃焼用空気の調節された供給及び比較的低い温度によるバルク材料の酸化によって概ね防止される。

【0093】

本発明により、排出される排ガスが、第１段階においても充填材料充填物を十分に加熱するので、充填物内に清浄燃焼を保証する温度プロファイルが生じる。充填スペース１０内に生じる熱対流のために、燃焼用空気が垂直方向上方に流れ、第１段階における顕著な蒸気形成のために、ガス状有毒物質の鋳造鋳型２から充填材料充填物内への放出が水平方向に起こる。充填材料Ｆの中でのガス流のこの交差が良好な混合を保証する。

【0094】

次に、鋳造鋳型２の上の領域において、ガス流は同じ方向に進み、鋳込み用ロートの上の排ガス排出口１９から出る前に、カバー１３と充填材料Ｆとの間の燃焼スペース内の排ガス路の最も熱い領域内で十分に二次燃焼することができる。

【0095】

例示的な計算において、溶融物の冷却及び結合剤の燃焼によって放出される熱エネルギーＱａ、並びに充填材料の加熱及び鋳造鋳型の中子砂の加熱のために必要な熱エネルギーＱｂは、表１に記載された本発明によるプロセスのためのパラメータ値及び材料値に基づいて決定される。

【0096】

その際、溶融物として灰鋳鉄溶融物が、鋳型部品及びコアが従来のクールボックス法を用いて従来の中子砂、即ちケイ砂、及びこの目的のために同様に商業的に入手可能な結合剤から成る鋳型材料から製造された鋳造鋳型の中に、鋳込まれると仮定されている。

【0097】

さらに、簡単化のために、鋳造金属がその熱を、鋳造鋳型及び鋳造後に充填材料に与えること、並びに、使用される結合剤内に潜在する化学エネルギーが、充填材料の加熱のために、燃焼熱の形で完全に使用できることが仮定されている。

【0098】

次に、溶融物を固化するために追い出す必要がある融解熱Ｈｆｕｓは、式

【数1】

に従って計算されるので、現在の例においては、

【数2】

となる。

【0099】

次に、溶融物が冷却する際に溶融物から放出される熱エネルギーＱａ１は、式

【数3】

に従って計算され、現在の例においては、

【数4】

であり、

【数5】

【数6】

となる。

【0100】

対応する計算において、鋳型材料中に含まれる結合剤の燃焼によって放出される熱エネルギーＱａ２は、式

【数7】

により

【数8】

と計算される。

【0101】

従って、放出される熱エネルギーの合計Ｑａ＝Ｑａ１＋Ｑａ２は、−２４１ＭＪとなる。

【0102】

鋳造鋳型の中子砂を温度Ｔ１から温度Ｔ２まで加熱するのに必要な熱エネルギーＱｂ１は、式

【数9】

によって、

【数10】

と計算される。

【0103】

再び、鋳造鋳型の中子砂を温度Ｔ１から温度Ｔ２まで加熱するのに必要な熱エネルギーＱｂ２は、式

【数11】

によって、

【数12】

と計算される。

【0104】

その結果、初めに依然として２０℃の室温であった鋳造鋳型の中子砂と、５００℃の温度Ｔ１で充填された充填材料とを８００℃の最終温度Ｔ２まで加熱するのに必要な熱Ｑｂ＝Ｑｂ１＋Ｑｂ２は、合計で

【数13】

になる。

【0105】

従って、表１に記載されたパラメータにより、溶融物及び鋳造鋳型から放出された結合剤の燃焼による入熱の結果として、４７ＭＪのエネルギー残余分が充填材料Ｆの加熱のため、並びに許容差及び損失の補償のために使用可能となる。

【0106】

表１に再現した、灰鋳鉄溶融物の鋳込みに関して達成可能なエネルギー収支の決定は、従来の結合剤システムに基づき、ケイ砂を用いて生成された従来の鋳型材料を使用すると、熱エネルギーの明白な残余容量が存在することを示す。送り込まれる酸素含有ガス流Ｓ１、Ｓ２は、それらのエネルギー項における影響が非常に僅かであるので、この考察においては無視した。

【0107】

表２には、嵩密度Ｓｄ、比熱容量ｃｐ及び積Ｐ＝Ｓｄ×ｃｐが、温度耐性の点からは充填材料としての使用に基本的に適することになる異なるバルク材料について記載されている。例えば、鋼ショットは、ここで言及する種類のセラミック粒状物よりも著しく小さい比熱容量ｃｐを有するが、本発明により必要となる、鋳造鋳型の周りの充填スペース内に備えられる充填材料充填物のガス浸透性を保証するには余りにも高い嵩密度を有することが分かる。

【0108】

【表1】

【0109】

【表2】

【符号の説明】

【0110】

１ 篩板
２ 鋳造鋳型
３ 鋳型空洞
４ 外周端部肩
５ 収集用パン
６ 封止要素
７ エンクロージャ（囲い込み）
８ 鋳造鋳型２の外側表面
９ エンクロージャ７の内側表面
１０ 充填スペース
１１ エンクロージャの開口
１２ 分配システム
１３ カバー
１４ カバー１３の開口
１５ ガス注入口
１６ 取入れ口
１７ 冷却トンネル
１８ 粉砕ミル
１９ 排ガス排出口
Ｂ 破片
Ｆ 充填材料
Ｇ 鋳造部品
Ｓ１、Ｓ２ 酸素含有ガス流
Ｔ 熱反応装置
Ｕ 環境
Ｖ 貯蔵ホッパー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】