鋳物砂水分計

U.D.C.る2l.742.4:543.71
鋳
砂
物
水
Sand
Molding
Moisture
江
上
Tanekazu
中
種
土
Egami
Y∂saku
Nakai
弘
田
志*
島
田
水
清
栄
蔵**
三*
隆**
田
弘
TakasbiHirota
Eiz6Shimizu
梗
光
Kるz6Tajima
HirosbiTsucbida
作**
陽
計
Meter
一*
井
容
内
分
概
HS式鋳物砂水分計はベルトコンベヤ上を流れる鋳物砂の水分を辿続測定することができる｡測定範囲は
0∼7.5%であり,精度も水分4%において±0.15%と画期的に性能がよい｡
第1表
1.緒
乾
絶休的(1)
燥
赤
型中に金属溶湯が注入された場合に水分が急に蒸発し,金紗こ数多
外
乾
重
燥
化学的(Z)
加
水
分
丑
の可否
減訂
ガ
力ルシュームカー′ミイト
くの空胴を生じ,いわゆる｢吹れ+不良の原因となる｡また水分が
自動化
見
孜叫 定
段
手
解
‡満
足
KarトFisher
いわれる不良や,金属溶湯が注入された場合紗が流され｢砂入り+
伝
導
率
芯流またほ抵抗
誘
乍E
率
容
矢
脱失角tan∂
といわれる不良の原l月となる｡このように鋳物砂の水分管理は鋳物
福光的(3)
の製造において管理されるべき重要な一因子である｡しかしながら
誘
マ
従来から適切で迅速な水分測定法がなかったため,鋳物砂鮎練作業
体
唱
イ
試
ク
ロ
祝
β
+月
案
波 ∬l失
GHz
吸
熱
収
(4)
者が砂をにぎりその感触により水分を測定してきた｡この｢にぎり+
による水分の測定は熟練者によればかなり適格に測定ができること
核物理的
福速中性
核
共
熱
子の減速
鳴
吸
収
址
の領域
血
中
性
誤差(%H20)
<±0.1
<±0.1
>±0.5
<±0.01
可可可吋一可可可
少ない場合は鋳型の強度が不足して,鋳型の欠掛こよる｢型壊れ+と
否否■わ否否
鋳物砂の水分は鋳物の不良と密接な関係がある｡水分が多いと鋳
定
測
孜匂定方法l
口
鋳物砂水分測定方法
子
吸収または核信号
±1∼2
>±0.2托)
>±0.3
±0.2
±2∼3
±0.05∼0.5
±0.1
(江)HS式鋳物砂水分計は±0.08∼0.2%の精度である｡.
が報告されている(1)｡しかし最近のように鋳物砂の混練設備が高度
(HansJoachim
Dietze)
に棟械化され,多量の砂をしかも連続的に混練するようになると,
Ⅳ:乾燥後の砂重量
もはや人間の感覚では水分を測定することができない状態になって
きた｡
鋳物砂の水分測定についてほ,従来から椎々の方法が提案され,
実用化されてきたが,迅速性がなく,粁比あるいほ測定範囲などで
一般には測定を迅速にするためJISで規定するように,鋳物砂を
105･∼110℃で乾燥し,その減最比より水分値を算出する｡
さらに簡亡tl迅速のブナ法として試料符に入れ蘇制伽こ熱風を循環さ
十分でなく,鋳物砂の水分の】'l動調節用としてほ,いずれも不満足
せたり上向が開放した山几に試料を触り上部から亦外紗こより鋳物砂
な緋‥リ与しか行られていない｡今川,われわれが開発したHS式鋳物
の限度む__L拝せしめる手段が用いられる｡試料の重量が小さければ
砂水分.汁はコンペー17で避搬されている鋳物砂の水分を連続的に測定
佗煉時間が短くてすむが,精度ほ思くなるっ
化学的方法
することが可能であり,しかも測定範州は0∼7.5%と広く,精度も
2.2
十分なものである｡以下鋳物砂水分計について述べ,HS式鋳物砂
鋳物業界で最も多く用いられているのほカルシュームカーバイト
法で,一定量の鋳物砂とカルシュームカーバイトを気密な容器で反
水分計の特色を述べる｡
応させ,水と反応してできたアセチレンのガス圧を測定する｡
2.鋳物砂水分測定法
CaC2十2H20→Ca(OH)2十C2H2
(2)式のように,この反応で水分量に比例したアセチレンのガス圧
鋳物砂の水分測定全般にわたり,特に鋳物砂の自動調節を目的と
した場合について
Hans-Joachim
(2)
Dietze(2)氏の論文がある｡この
が発生する｡機器の構造は簡単で持ち運びに便利であるが一般に精
論文には鋳物砂水分測定法で現在まで実用化された方法およびその
度はよくない｡その他加水分解を利用するものあるいはKarl-Fisber
他の方法について記述してある｡弟1表にその概要を示す｡
試薬を用いるものなどがあるが化学的方法のいずれも一定量の鋳物
筆者らの経験と他に見られる論文から上記の方法について考察を
砂をサンプリングしてさらに化学的処理を行なって水分値を出す方
法であるので迅速性にはかける｡特に連続的に水分値を測定し水分
試みる｡
2.1絶対的方法
の自動制御に利用することはできない｡
ここで取り上げる鋳物砂の水分とは鋳物砂に含まれる常温で蒸発
2.3
電気的方法
水分値が電気信号で得られると水分の記録および水分の自動制御
可能な水分のことであって,砂の中に含まれる結晶水はその対象外
である｡したがって鋳物砂の水分測定の絶対的な測定法としてほ鋳
が容易にできるので従来から水分値によって変化する鋳物砂の電気
物砂を乾燥してその減量から(1)式により水分を求める｡
的粋性を測定する方法が試みられてきた(3)｡
2.3.1電気伝導度の測定
〟=_町二軍_×100‖‥.‥
lγ0
ただし,
鋳物砂の水分が変化すると砂の電気伝導度が変化するので古く
〟:水分(%)
から利用の方法が考えられてきた｡しかし鋳物砂の電気伝導度ほ
Ⅳ｡:乾燥前垂量
*
水分だけでなく砂の温度および添加物の含有量によって著しく変
化するので現在でははとんど利用されていない(5)｡
日立金属工業株式会社深川工場
**国際電気株式会社狛江工場
ー81-
2042
立』
昭和39年12月
評
論
第46巻
第12号
鋳物砂
10
砂の亡:3
砂の密度:1
8
4
ビス▼トン
増
給
/
田『
酔
6
称
検出部
1
2
3
4
水
第1図
水分
5
クタ
6
つき固めた
分(ニぢ)
と
物 砂
鋳
誘電率
の
関係
第2図
単一共振回路
ピストン
2.3.2
誘電率の測定
鋳物砂の誘電率は約3で水の誘電率ほ約80であり,その比はか
節3図
なり大きい｡したがって鋳物砂に少量の水分を添加しても見かけ
鋳物砂つき固め方式
の誘電率が大きく変化する｡一般に誘電率と水分%との関係ほ次
の近似式で表わされる｡
とになる｡しかし鋳物砂の中には,デンプンなど水素原子を多く
ルr=Å(古一亡｡)‥.
ただし,〃:水
(3)
分(%)
含む有機物質が含まれ,その混合割合も変化するので,これらが
誤差の要因となる｡また水分4%程度の低水分では,熱中性子を
〝:材質による定数
減速するために必要な砂の量が多く,一回の測定のために1.5t
程度の砂をホッパーに入れなければならない｡A.Burley(9)(10)氏
∈:水分〃(%)における材質の誘電率
三0:材質固有の誘電率
比重1の鋳物砂について誘電率と水分の関係を計算で求めたも
のを示すと弟1図になり,誘電率を測定することにより水分が求
らは非常に精度が良く測定しているが,連続的には測定できない｡
2.5
各種鋳物砂水分計の特性
現在世界で開発された水分計の特性を弟2表に示す｡HS式は誘
められる｡誘電率測定の基本回路が第2図に示すような単一共振
電率を測定する方式であるが,電気伝導度の影響を受けずに連続的
回路の場合には,回路自体の温度特性,鋳物砂の電気伝導度によ
に測定できる特色を持つ｡さらに測定範囲も広い｡
って回路の￠の低￣Fに起1本ける容量指示変化(誤差)が起こる｡し
3.HS式鋳物砂水分計
たがって従来の誘電率捌掛こよる鋳物砂水分計は鋳物砂の払ぃ宴変
化,添加物の含有量により指示が左汐幣されている〔しかし熱心す
HS式鋳物砂水分計は納節iこ詳記した種々の測定法の長所欠陥を
るIB回路(役々同調川路)によれば,これらの影幣む受けること
調査のうえ,コンベヤで運搬されている鋳物砂の水分を連続測建す
なく誘電率を測定できる｡
ることを臼的として製作されたものである｡
2.3.3
誘電体損失の測定
3.1試料の均一性
誘電体損失はQノータなどを利用して,高胴披鵬机を測定して
試料の均一性がわるければ,すぐれた測定原理を用いても精度よ
求めるが,2･3･lに記したように鋳物砂の電気伝導度は砂の温度
く水分を測定できない｡コンベヤで流れる鋳物砂を連続的に均一に
および添加物によっても変化するので精度が悪い｡現在まで多く
することがまず必要である｡混練された鋳物砂はかなり流動性が悪
の測定器が市販されたが実用化に至らなかった｡
くなっている｡このため弟4図に示す均一化装置を必要とする｡
2.3.4
右からコンベヤで鋳物砂が送られてくると,スクレーパにより高
マイクロ波吸･収の測定
マイクロ波は水に吸収されやすいので絶対的な水分測定が可能
さを一定にそろえられる｡二つの回転するドラムにより砂の表面が
である｡しかしマイクロ波を均質な鋳物砂の中を通す必要があり,
一定の圧縮力を受け,均一な密度になる｡ドラムの周速はベルトの
種々の考案がなされているが精度を出すためにほ断続的になり構
速さと同じである｡このようにして表面より数mmが均一な状態の
造も複雑である｡弟3図はGodding(6)氏らの方法である｡コン
鋳物砂をベルトコンベヤ上に一定の高さに作り出すことができる｡
ベヤで輸送される鋳物砂は一定間隔で採取され,この砂はといを
均一な状態を弟5図に示す｡砂の種掛こもよるが水分が約7.5%以
下り,ピストンによりつきかためられて一定密度の試料となる｡
上となると,流動性が急に悪化して均一性も悪くなる｡したがって
これにマイクロ波を通して水分を測定する｡
この方式による鋳物砂中水分の測定範囲ほ0∼7.5%である｡
2.4
核物≒里的方法
核物理の原理を利用するものでは高速中性子の減速を利用するも
第2表
のと核共鳴を利用するものが実用化されている｡しかし核共鳴を利
B協会
(共)
2.4.1中性子水分計
高速中性子は水素原子に衝突して減速し熱中性子(丁)￣(10)に変
孤【】定原珊
誘乍琵ヰて 訪問革
電気伝導度
の
最多 轡
な
連続測定
わる｡BF3管は,この熱中性子のみに感じて計数を行ない高速中
性子には感じない｡したがって一定時間に,BF8管で熱中性子を
考
数えれば,これほ鋳物砂の水素原子数すなわち水分に比例するこ
-82-
日立およびG社
(fl･米)
て秋雲t
Fて米㌍
用するものは,やはり試料をiE確に作らなければならずまた設備費
が高いので,実用にはむかない｡
各種鋳物砂水分計の特性
誘電率
マイクロ披
吸
収
中
し
右
有
な
可
吋
可
断続測定
測定範囲
測定範囲
がβ;い
がせまい
0∼7.5%
0∼3%
し
0∼5%
のマイク
ロ波の技
術が必要
氏
(露)
子
抵
抗
な
し
利
用
不
可
性
▼面責か複 大形バッチ用
設け定範囲 雑で高度
0
としてのみFこ
使用可能放射
線防護が必要
可
温度の影
響大
鋳
砂
物
分
2043
計
Ⅰ一,
1+2
書芸〔嘲番
iCl
C
C2
叩?
匹ニヨl
[コ
左
スクレーパ
;撃_,7嘲i二_蓋
鈍物紗
￣￣ミ
口⊥ラ且
伽′且
第4図
均
化
一
役 同 調 阿路(M紙介)
第7図
コンペヤ
装
(測定屯旅)
/
置
rノ｡
】
C】
H
(_二2
仁∃】
耶と=ズl車k
ヽ
川 調 川 け恭(C糸.1iでり
/
ヽ
/
ヽ
′
/(l=
′
･八‖
ー■----■■■-卜
均一化装置によって均一-･な状態
200K￡J＼
.′-/
11I､
になったコンベヤ上の鋳物砂
■■一●■.J■-
第5図
100K亡〕
(A)
川∪
/
･⊥･
七
川巨■￣一一】￣￣￣一￣￣”￣￣￣￣ヤ
J｡】
(J
JJ,
C-
申
第9図
(ニコ
Jl
調
曲
線
第10図
⊥
では電気伝導度の変化があっても弟10図の特性のように変化しな
ヂて′
巨￣
検 出 回路特性
電流が一定しないので測定が困難になる｡これに対して複同調回路
一骨
一丁
(二1
同
いA,B点がある｡したがって弟10図B点に設定しておけば,水分
増加により静頂帝量が大きく,電気伝導度が小さくなったA点でも
!｢-
検出回路から見た場合,電気伝噂度の変化による影響が少なく静電
l｡･Ⅰナーーーーーー▼･｢---一対￣￣′/･/
雑品の変化のみを巧みに検出iすることができる｡IB回路を使用す
謀;6lズ1水分検肘l州旅原則阜図(IBIL+l路法)
れば磁気伝唱度の影響,すなわち鋳物砂の温度および添加物の影響
を受けず,再現性,信析度の非乍削こ高い水分値が得られる｡実際の
3,2
電気伝導度の影響の除去
回路としてほ第d図のⅠ,Ⅲの回路をそれぞれ復同調回路とし,第
鋳物砂の水分を誘電率で測定する場合,電気回路的に鋳物砂の頂
1同調回路と第2同調回路とを相互誘導結合し,第2同調回路に測
気伝導度の影響を除去しなければ,温度変化や,疎加物(ベントナ
定電梅を立巨列に接続して被測定物の電気伝導度の克汐繋を無視できる
イト)による誤差を生じる｡筆者らはこの点を考え一条文二郎氏発
ようにしてある｡したがってこの部分の静電容量の変化分のみをと
明のIB回路(役々同調回路)を使用した(11)｡IB回路は第2同調上司
らえて正確な水分測定ができる回路になっている｡
路を待った検出部と水分計内にある第1同調回路とが組み介わせら
3.3
れたもので鋳物砂の電気仁ミ了執如こよる影筆写を受けないで鋳物砂の水
水分を測起するキーE極は策4図に示すように帝度が一定にされた鋳
分を測定できる｡葬る図にIB回路法の基本的川路を示す｡このⅠ
とⅡの回路は,対称隅造になっていて電梓のCを入れずに
連
続
測
定
物砂の上向に鋳物砂にふれないように一定の間隔で設琵されてい
C2,C2′
る｡電極からの電場は￣lこ向にでて均一化された鋳物砂の中を通り,
を同一容量になるようセットすると,電流計凡才には同椙流がおのお
水分変化によって変化する棍棒安手量が測定さ才tる｡このようにコン
の反対方向に流れで静に電流計几外よ振れない｡
ペヤ_卜を流れる鋳物砂の水分を連続的に測定が可能である｡しかも
弟る図のⅠの同調回路のみを取り出したのが弟7図である｡上1と
電極は鋳物砂に接していないので電極の摩耗が生じない｡
Jとの結合を苫き変えると弟8図のようになる｡複同調回路におけ
砂の流量が著しく変わる場合は均一化装置の上部部分を上下すれ
るん,Cl(第8図の5を短絡した状態で行なう)で同調点を求める
ばよく秒がきわめて少なくならない限り鋳物砂の表面の均一性は保
と弟9図の(A)の同調曲線が求められる｡この同調点でC.を州足
たjt,穏気回路の調整を変えることなく連続的に測定できる｡
鋳物砂水分の測定
し,上2,C2回路のGを変化すると(このときSは閃いておく)ピッ
3.4
クアップコイルエろに生ずる電流は(B)の曲線になる｡
連続混練機の後方にあるオーバヘッドコンベヤ上に弟11図に示
すように均一化装躍を設挺する｡IB回路を用いた水分計の出力と
什▲般に被測定物には,電気伝増度凡丁があって,策9図の(A)曲
線のように-∈il一共振凶路の特性では全体的に低いはうに下り,測定
ー83-
乾燥法による水分との関係は弟12図に示すとおりである｡4%で
2044
日
昭和39年12月
立
評
論
窮46巻
第3末
HS式鋳物砂水分計の使用による効果
鋳物砂綜計設躍1(B)/(A)
設置前(A)
水
窮12号
方
4.25%
4.25%
S
0.23
0.14
0,74kg/cm2
0.76kg/cm2
0.035
0.021
分
61%
■
方
圧
抗
力
方
通
気
90.3
90.9
5.0
3.2
度
第4蓑
吹
第11図
壊
れ,砂
64%
HS式鋳物砂水分の使用による不良率の減少
設
型
60プg
置
前
鋳物砂水分計設置
れ
1(10
67
入
100
82
オーバーヘッドコンベヤ上に設置された均一化装置
記録されているために,その指示により,作業者は安心して添加水
量を調節することができるようになった｡またすべての水分変動を
記録として残すことができるようになった｡
ゞ
T矢
4.3
砂の性質のバラツキがなくなった
5
鋳物砂水分計を取付けて作業者が調節する方式により,水分,抗
て￣1
圧力,通気度のバラツキが35%以上低下することができた｡これ
を弟3表に示す｡
4.4
歩留りの向上
鋳物砂水分計の採用前と採用後の砂に起因する不良を比較するた
O1
0
5
10
めに設置前を100として,設置後の不良率の減少を弟4表に示す｡
水分計∼H力(mV)
第12図
この不良低減に水分計がどのくらい貢献したかということは確実な
データはないが,砂の性質が安定したこと,そのため不良対策が非
水分計出力と水分の関係
常にやりやすくなったことは事実である｡
5.縮
日
HS式鋳物砂水分計を製作した｡本機の特色は
彗
(1)コンベヤ上の鋳物砂の水分を連続的に測定できる｡
5
(2)均一化装程の採用により,鋳物砂の均一性が得られ測定精
中
音
4
度も向上し,測定範囲も0∼7.5%と広い｡
(3)IB回路の使用により,電気伝導度の影響を除去し,砂の
3
温度,添加物の影響を受けないで測定できる｡
1
U
1
2
(4)水分4%において±0.15プgの精度である｡
3
4
5
6
(5)鋳物砂水分の自動調節に用いることができる｡
叩I吉日(iり
本装置の研究ほ,R立金属工業株式会社,国際電気株式会社の協
第13図
実 際
の
水
分
記 録
調により行なわれたもので,われわれは各方面から賜わったご援助
に対し厚く感謝する｡
±0.15%の測定精度であるっ また連続記録の結果を弟13図に示す｡
参
芳
文
献
(1)坂井:日立評論40,1251(1958-10)
4.鋳物砂水分計の使用の効果
(2)H.J.Dietze:Giessereitechnik:7,68(1961-3)
Giessereitechnik:7,109(196ト4)
本装掛ま昭和37年に完成し,連続式混練機に設挺して本装琵の指
3
見合:電気式水分計
5
口刊工業新聞社(昭和35年)
E･6･OrapIくOB:刀HTe員HOeJIpoH3BOACTBO12(1961【4)
r･H･C刀060月=y:加Te紬OeJIpoH3BOACTBO28(1961-10)
ん1人間の感覚によらない測定
6
R.G.Godding,D.Bird:BCIRA
従来は｢にぎり+による作業者の感覚によっていたが,計器によ
7
1i松:計測1l,451(1961-8)
8
J.R.Templeman:Nondestructive
示および記録計により作業員が水の添加量を加減して鋳物砂の水分
を調節した｡この結果,下記の効果を得た｡
4
り水分が表示されるようになり,個人差および熟練度によるバラツ
キがなくなり,作業者の疲労が減少した｡
ム2
(9)
Report
No.713
Testing:188(1961-
may-June)
H.A.Burley,M.J.Diamond:Nucleonics柑,45(1961【
8)
連続的に刻々水分が表示されてし､る
【￣￣にぎり+による場合にほ,常に作業者は混練中の砂を採取して管
理しなければならなt,､0また従来の乾燥法あるいはカルシウムカー
バイト法などの機器を用いて測定していた場合には時間がかかり,
タイムラグがでていたが,本法によれば水分計は連続的に刻々表示
ー84-
(10)
H.A.Burley,A.D.Block,M.J.Diamond:MetalIndus-
try,18,122∼124(1961-8)
(11)
一条文二郎:日本国特許
2906950,英国特許856586
No.258303,285082,米国特許