高圧ガス噴射衝突熱処理システム
【課題】ワークピースを熱処理するための炉を提供すること。
【解決手段】ワークピースを熱処理するための炉であって、前記炉内のワークピースに加熱流体媒質を導くことができる、少なくとも１つの流体衝突装置を含む、少なくとも１つの高圧加熱区間を備え、前記流体衝突装置は、前記ワークピースから約６インチ未満にあり、および／または少なくとも４，０００フィート／分で、前記ワークピースに前記加熱流体媒質を導くことができる、炉を提供する。前記炉は、前記ワークピースを回転させるための回転機構、前記ワークピースを反転させるための握持機構、および／または前記高圧加熱区間から下流に空気循環システムをさらに備えることが可能である。前記システムは、プロセス制御温度ステーションおよび／または砂再生システムを更に備えることが可能である。
【解決手段】ワークピースを熱処理するための炉であって、前記炉内のワークピースに加熱流体媒質を導くことができる、少なくとも１つの流体衝突装置を含む、少なくとも１つの高圧加熱区間を備え、前記流体衝突装置は、前記ワークピースから約６インチ未満にあり、および／または少なくとも４，０００フィート／分で、前記ワークピースに前記加熱流体媒質を導くことができる、炉を提供する。前記炉は、前記ワークピースを回転させるための回転機構、前記ワークピースを反転させるための握持機構、および／または前記高圧加熱区間から下流に空気循環システムをさらに備えることが可能である。前記システムは、プロセス制御温度ステーションおよび／または砂再生システムを更に備えることが可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して鋳造処理の分野に関し、より詳しくは金属鋳造の熱処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属処理の分野では、金属ワークピースの熱処理には、得られる所望の特性を達成するためにかなりの時間を必要とすることが公知である。したがって、ワークピースの熱処理に必要な時間を減じることが、終始必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
例えば、本発明は、以下を提供する。
（項目１）
ワークピースを熱処理するための炉であって、
上記炉内のワークピースに加熱流体媒質を導くことができる、少なくとも１つの流体衝突装置を含む、少なくとも１つの高圧加熱区間を備え、上記流体衝突装置は、上記ワークピースから約６インチ未満にある、炉。
（項目２）
上記流体衝突装置は、上記ワークピースから約４インチ未満にある、項目１に記載の炉。
（項目３）
上記流体衝突装置は、上記ワークピースから約２インチにある、項目１に記載の炉。
（項目４）
上記流体衝突装置および上記ワークピースのうちの少なくとも１つは、所定の間隔で振動させることができる、項目１に記載の炉。
（項目５）
上記流体衝突装置は、約４，０００フィート／分で、上記ワークピースに上記加熱流体媒質を導くことができる、項目１に記載の炉。
（項目６）
上記ワークピースを回転させるための回転機構、および上記ワークピースを反転させるための握持機構のうちの少なくとも１つをさらに備える、項目１に記載の炉。
（項目７）
上記高圧加熱区間から下流に空気循環システムを含む、少なくとも１つの均熱区間を備える、項目１に記載の炉。
（項目８）
ワークピースを熱処理するための炉であって、
約４，０００乃至約４０，０００フィート／分で、加熱流体媒質を供給することができる、少なくとも１つの流体衝突装置を含む、少なくとも１つの高圧加熱区間と、
空気循環システムを含む、少なくとも１つの均熱区間と、を備える炉。
（項目９）
上記流体衝突装置は、約８，０００乃至約１２，０００フィート／分で、加熱流体媒質を供給することができる、項目８に記載の炉。
（項目１０）
上記流体衝突装置および上記ワークピースのうちの少なくとも１つは、所定の間隔で振動させることができる、項目８に記載の炉。
（項目１１）
上記衝突装置は、チャネリングダクトシステムによって提供されるノズルである、項目８に記載の炉。
（項目１２）
上記ワークピースを回転させるための回転機構、および上記ワークピースを反転させるための握持機構のうちの少なくとも１つをさらに備える、項目８に記載の炉。
（項目１３）
金属ワークピースを処理するためのシステムであって、
炉を含む熱処理ステーションであって、上記炉は、上記炉内のワークピースに加熱流体媒質を導くことができる、少なくとも１つの流体衝突装置を含む、少なくとも１つの高圧加熱区間を備える、熱処理ステーションと、
熱処理ステーションから下流の急冷ステーションと、を備えるシステム。
（項目１４）
上記熱処理ステーションから上流に配置されたプロセス制御温度ステーションをさらに備え、上記プロセス制御温度ステーションは、熱源と連通する温度検出装置を含み、上記温度検出装置および上記熱源が連通して、上記ワークピースの金属のプロセス制御温度に、またはこの温度より高く上記ワークピースの温度を保持する、項目１３に記載のシステム。
（項目１５）
上記プロセス制御温度は、上記ワークピースの温度が１分間下回ると、上記ワークピースの所望の特性を達成するために、１分を超える更なる熱処理を必要とする温度である、項目１４に記載のシステム。
（項目１６）
上記炉は、ワークピースのためのエントリ区間と、
上記エントリ区間内の温度測定装置と、
上記温度測定装置と連通する転送機構と、を含み、
上記温度測定装置によって排除温度を検出したときに、上記転送機構が、上記炉に入れる前に上記ワークピースを取り除く、項目１３に記載のシステム。
（項目１７）
入口、出口、およびそれらの間の砂の巡回経路を画定する複数のバッフルを含むチャンバと、
上記チャンバに熱を供給するための発熱体と、
上記砂に上記チャンバを通過させるための流動化空気分配装置と、を含む砂再生システムをさらに備える、項目１３に記載のシステム。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
添付図面を参照して本明細書を読み、理解することで、本発明の種々の目的、特徴、および利点が明らかになるだろう。図面に示される寸法は、本発明の一実施態様の一例だけを表すものである。「Ｚ」（例、Ｚ１、Ｚ２など）によって表されるセグメントは、複数の区間のある炉の個々の区間を表す。
【図１】本発明に従って熱処理することが可能な、例示的な鋳造の斜視図である。
【図２】本発明による例示的なシステムの平面図である。
【図３】図２の線Ａ−Ａに沿って示される例示的な熱処理炉の断面図である。
【図４】図２の線Ｂ−Ｂに沿って示される例示的なエージングオーブンの断面図である。
【図５】図２の線Ｃ−Ｃに沿って示される例示的なエージングオーブンの断面図である。
【図６】本発明による別の例示的なシステムの平面図である。
【図７】図６に示される例示的な炉の断面図である。
【図８】図６に示される例示的なエージングオーブンおよび冷却器の断面図である。
【図９】図６の線Ｄ−Ｄに沿って示される炉の「昇温」区間の断面図である。
【図１０】図６の線Ｅ−Ｅに沿って示される炉の「均熱」区間の断面図である。
【図１１】本発明に従って使用することが可能な、例示的な回転式ポスト注入処理システムの平面図である。
【図１２】図１１の例示的な熱処理炉の昇温区間またはエージングオーブンの断面図である。
【図１３】図１１の例示的な熱処理路の均熱区間またはエージングオーブンの断面図である。
【図１４】図１４Ａは、本発明に従って使用することが可能な、別の例示的な回転式熱処理炉の平面図である。図１４Ｂは、図１４ａの線Ｆ−Ｆに沿って示される炉の断面図である。図１４Ｃは、図１４ａおよび１４ｂの例示的な加熱区間のうちの１つの拡大図である。
【図１５】本発明の種々の側面によって使用することが可能な、例示的な砂再生プロセスの略図である。
【図１６】コア除去ユニットが炉を備える、例示的な統合したコア除去および砂再生システムの略図である。
【図１７】図１６に示される炉の断面図である。
【図１８】図１６に示される炉の一部の別の断面図である。
【図１９】図１８の線１９−１９に沿って示される炉の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
簡潔に説明すると、本発明は、１つ以上の金属ワークピースを処理するためのシステムに関するものである。ワークピースは、金属鋳造物、鍛造金属鋼片、または熱処理を必要とするか、またはその効果が得られる他の金属ワークピースであってよい。システムは、砂型または金属ダイ、また状況に応じて１つ以上の砂コアを使用して形成されるワークピースと、砂型、コア、または金属ダイを用いずに形成されるワークピースと、熱処理の前に砂型、コア、および／またはダイが取り除かれるワークピースの熱処理に使用することが可能である。本発明のシステムは、少なくとも１つの「昇温」区間を備えた熱処理炉を含む。システムは、熱処理および／または鋳型およびコアの除去中に、ワークピースを回転および反転させるための機構を含むことが可能である。
【０００６】
米国特許出願第６０／６２３，７１６号（２００４年１０月２９日出願）、および米国特許出願第６０／６６７，２３０号（２００５年４月１日出願）は、参照することによりその全体がここに組み込まれる。
【０００７】
（ワークピースの形成）
ホイール、または自動車用シリンダヘッドやエンジンブロックなどの金属ワークピースの形成に使用されるプロセスは、当業者に公知であり、本願明細書においてはその概要のみが記載される。
【０００８】
例えば、代表的な鍛造プロセスは、予備成形した金属ブランクに機械的な力を受けさせて、金属を所望の形状にさせることを伴う。インプレッションダイ（または「型打ち」）鍛造は、概して、所望の部分の形状を有する２つのダイの間で金属をプレスすることを伴う。冷間鍛造は、概して機械的な力を加えて、ほぼ周囲温度またはそれ以上で金属を変形させることを伴う。自由鍛造は、概して平坦な、非形状的（ｕｎｐｒｏｆｉｌｅｄ）ダイの使用を伴う。シームレスの圧延リング鍛造は、厚い円形の金属片に穴を開け、続けて圧延および絞りを行って薄いリングを作製することを伴う。
【０００９】
さらに別の例として、代表的な高圧鋳造プロセス（別名「溶湯鍛造」）は、溶融金属を２分割型加熱ダイの下半分に注入することを伴う。金属が凝固し始めたときに、ダイの上半分を閉じて冷却金属に圧力を加える。あまり圧力が高くないので、より精密な部品を形成することができる。
【００１０】
さらに別の例として、代表的な金属鋳造プロセスは、概して、溶融金属または金属合金を鋳型またはダイに注入して、鋳造物を形成することを伴う。溶融金属は、高圧下で、または低圧下（例、重力供給方式）でダイに注入することが可能である。形成すべき所望の鋳造物の外観の特徴は、鋳型またはダイの内面に提供される。鋳造物には、鋳型の除去、コアの除去（使用時）、熱処理、砂コアからの砂の再生（使用時）、および（時折）エージングといった、種々の処理ステップを組み合わせて行う。
【００１１】
金属鋳造プロセスに使用することが可能な様々な鋳型またはダイには、これに限定されないが、生型、精密砂型、半永久鋳型、永久鋳型、およびインベストメントダイが挙げられる。
【００１２】
一側面では、鋳型またはダイは、鋳鉄、鋼、または他の材料のような金属から形成することが可能な永久鋳型またはダイである。この側面では、鋳型またはダイは、そこから鋳造物を容易に取り除くためのクラムシェル型デザインとすることが可能である。別の側面では、鋳型が精密砂型であり、概して、フェノール樹脂または他の好適な有機または無機バインダ材料などのバインダと混合した、シリカ、ジルコン、他の砂、またはそれらを組み合わせたものなどの粒状材料から形成される。さらに別の側面では、鋳型は、砂およびバインダから、または鋼などの金属から、またはそれらを組み合わせたものから形成される半永久砂型である。
【００１３】
本発明のこの側面および他の側面では、１つ以上のコア（図示せず）を鋳型またはダイとともに使用して、鋳型内に中空キャビティおよび／または鋳造物の細部を形成することが可能である。コアは一般に、砂材料と、必要に応じて、または望ましい場合には、フェノール樹脂、フェノールウレタンの「コールドボックス」、または他の好適な有機または無機バインダ材料のような好適なバインダから形成される。
【００１４】
さらに別の側面では、鋳型は、インベストメントダイである。インベストメント鋳造プロセスは、一般に金属鋳型にワックスまたはプラスチックを注入することによって作成される、使い捨てパターンの使用を伴う。このパターンは、次いで、鋳型またはシェルを形成するために周囲温度で固化する耐火性スラリー（すなわち、シリカとバインダの水様性ペースト）を注入するか、またはこれに浸漬することによってコーティングされる。硬化後に、鋳型を反転させて、使い捨てパターン（ワックスまたはプラスチック）鋳型から溶出させる。この耐火性鋳型を完成させるために、１つ以上のセラミックコアを挿入することが可能である。インベストメント鋳造は、ほとんどの注入可能な金属または合金で行うことができる。
【００１５】
図１に示されるように、各鋳型またはダイ１１５は、概して複数の側壁１３５と、上部または頂部壁１４０と、下部または底部壁１４５とを備え、これらは溶融金属が注入される内部キャビティ１５０を画定する。内部キャビティ１５０には、鋳造物１２５の内部の形状を形成するための起伏パターンが形成される。注入口１５５は、各鋳型の側壁１３５、頂部壁１４０、または底部壁１４５に備えられ、内部キャビティ１５０と連通して溶融金属が鋳型に注入または導かれるようにする。得られる鋳造物１２５は、１つ以上の砂コアが使用される鋳型内に同様に形成される更なるコアアパーチャまたはアクセス口１６０とともに、鋳型１１５の内部キャビティ１５０の形状を有する。
【００１６】
加えて、鋳型は、溶融金属の貯蔵部としての機能を果たすように、１つ以上の押湯口（図示せず）を備える。これらの貯蔵部は、金属が冷えて液体から固体になるときの収縮によって形成される空隙を満たすように、余分の金属を供給する。注型品を鋳型から取り除くとき、開口部内の固化した金属は、突起または「押湯」（図示せず）として鋳造物に付着したままである。これらの押湯は不要であり、一般に機械的な手段によって取り除かれる。
【００１７】
加熱エアブロアまたは他の好適なガス燃焼ヒーター機構、電気ヒーター機構、流動床、またはそれらを組み合わせたものなどの加熱源または要素を、鋳型を予熱するために注入ステーションに隣接して備えることが可能である。一般に、鋳型は、鋳造物の形成に使用される金属または合金に基づいて、所望の温度まで予熱される。例えば、アルミニウムの場合は、鋳型を約４００℃乃至約６００℃の温度に予熱する場合がある。鋳造物を形成するために種々の金属合金および他の金属を予熱するのに必要な種々の余熱温度は、当業者に公知であり、また約４００℃乃至約６００℃以上および以下の様々な温度範囲を含めることができる。加えて、いくつかの鋳型のタイプでは、注入および凝固中の鋳型の劣化を防ぐために、より低い処理温度を必要とする。そのような場合、および金属の処理温度をより高くしなければならない場合は、誘導加熱のような好適な金属温度制御方法を用いることが可能である。
【００１８】
別様には、鋳型は、鋳型を加熱するための内部加熱源または要素を備えることが可能である。例えば、鋳造物を永久型金属ダイ内に形成する場合、そのダイは、鋳造物に隣接して形成された１つ以上のキャビティまたは流路を含むことが可能であり、ダイを加熱するための熱媒油のような加熱媒体を、ダイを介して受ける、および／または循環させる。その後、例えば約２５０℃乃至約３００℃のより低温の熱媒油または他の好適な媒体を、ダイを介して導くか、または循環させて、鋳造物を冷却して鋳造物を凝固させることが可能である。次いで、より高温の（例えば、約５００℃乃至約５５０℃に加熱した）熱媒油を、ダイを介して導いて、および／または循環させて冷却を停止させ、熱処理のために鋳造物の温度を均熱温度まで上昇させることが可能である。ダイの予熱および／またはダイへの加熱媒体の導入は、鋳造物の熱処理の開始に使用することが可能である。さらに、予熱によって、鋳造物の金属が熱処理温度に、またはその温度付近に保持され、溶融金属がダイに注入されて凝固して、熱処理のために以降の処理ステーションに送られるときの熱損失を最小限に抑える。必要に応じて、放射トンネルを介して鋳造物を運搬し、鋳造物の冷却を防いだり、最小限に抑えたりすることが可能である。
【００１９】
（ワークピースの処理）
本願明細書に開示される本発明の種々の側面は、あらゆるプロセスを使用して形成した多数のタイプのワークピースを処理するために使用できるものと理解されたい。
【００２０】
図２乃至１０は、本発明の種々の側面による例示的な処理システムを示す。システムは、状況に応じて１つ以上の砂コアを有する、砂型で形成されるワークピースの処理に使用することが可能である（図２乃至５）。別様には、システムは、砂型またはコアを使用せずに形成されるワークピースの処理に使用することが可能である（図６乃至１０）。さらに別様には、システムは、熱処理前に砂型およびコアを取り除いたワークピースの処理に使用することが可能である（図６乃至１０）。
【００２１】
図２は、熱処理炉２１０（「溶解炉」とも称する）と、急冷装置２１１と、エージングオーブン２１２と、冷却ユニット２１３と、を含む例示的な処理システム２００を示す。炉２１０、エージングオーブン２１２、および冷却ユニット２１３の間の移動は、システム２００の連続動作のために、ロボット手段または移動システム２１４によって補助される。ワークピース２１５は自動車のホイールとして示されているが、他のワークピースもここに考慮されるものと理解されたい。必要に応じて、図３乃至５に示されるような多段の「棚」または「スタック」システムは、炉２１０、オーブン２１２、および冷却ユニット２１３の容量を増加させるために使用することが可能である。炉およびオーブンを介して構成要素を運搬するための機構は、当業者に公知のバスケットまたはラックシステムを含むことが可能である。別様には、鎖２１６、ローラー、移動ビーム、または他の類似した機構のような、直接接触する運搬機構を用いることが可能である。
【００２２】
一般に、ワークピースの形成ステーションから熱処理ステーションまたは炉への移動中、および特にワークピースを適切な時間移動させなくてもよい場合、ワークピースを鋳造場または金属処理施設の周囲環境に晒すことが可能である。その結果、ワークピースは、溶融または半溶融温度から急速に冷却されやすくなる。ワークピースが凝固できるようにするためにはいくらかの冷却が必要であるが、ワークピースの金属が冷却されたときに、本願明細書において「プロセス制御温度」または「プロセス臨界温度」と称される温度または温度範囲以下に到達すると、ワークピースを熱処理温度まで上昇させてかつ熱処理を実行するのに必要な時間が著しく増加することが発見されている。一側面では、あるタイプの金属では、ワークピースがそのプロセス制御温度を１分間下回ると、得られる所望の特性を達成するために、１分を超える更なる熱処理時間が必要であることがわかった。したがって、例えば、ワークピースの金属がわずか１０分間プロセス制御温度を下回ったとしても、１０分を超える更なる熱処理時間が必要となる場合がある。例えば、あるタイプの金属では、ワークピースがそのプロセス制御温度を１分間下回ると、所望の結果を達成するために、少なくとも約２分の余分な熱処理時間が必要であることがわかった。別の例として、あるタイプの金属では、ワークピースがそのプロセス制御温度を１分間下回ると、所望の結果を達成するために、少なくとも約３分の余分な熱処理時間が必要であることがわかった。さらに別の例として、あるタイプの金属では、ワークピースがそのプロセス制御温度を１分間下回ると、所望の結果を達成するために、少なくとも約４分の余分な熱処理時間が必要であることがわかった。この例では、例えば、ワークピースの金属がわずか１０分間プロセス制御温度を下回ると、所望の物理的特性を達成するために、４０分を超える更なる熱処理時間が必要となる場合がある。一般に、多くのワークピースは、所望の熱処理硬化を達成するために、２乃至６時間、場合によってはさらに長く熱処理を行わなければならない。これによって、より多くのエネルギを利用するので、より多くの熱処理コストがかかることになる。
【００２３】
当業者は、本発明によって処理されるワークピースのプロセス制御温度が、ワークピースに使用される特定の金属および／または合金、ワークピースのサイズおよび形状、および多数の他の因子によって変化するものと理解されるだろう。
【００２４】
一側面では、いくつかの合金または金属に対するプロセス制御温度を、約４００℃とすることが可能である。別の側面では、プロセス制御温度を、約４００℃乃至約６００℃とすることが可能である。別の側面では、プロセス制御温度を、約６００℃乃至約８００℃とすることが可能である。さらに別の側面では、プロセス制御温度を、約８００℃乃至約１０００℃とすることが可能である。さらに別の側面では、いくつかの合金または金属（例、鉄）に対するプロセス制御温度を、約１０００℃乃至１３００℃とすることが可能である。ある特定の例では、アルミニウム／銅合金のプロセス制御温度を、約４００℃乃至約４７０℃とすることが可能である。この例では、プロセス制御温度は、概して大部分の銅合金の溶体化熱処理温度以下であり、一般的に約４７５℃乃至約４９５℃である。本願明細書には特定の例が記載されているが、ワークピースに使用される特定の金属および／または合金、ワークピースのサイズおよび形状、および多数の他の因子に基づいて、プロセス制御温度をあらゆる温度とすることが可能であると理解されるだろう。
【００２５】
ワークピースの金属が所望のプロセス制御温度の範囲内にあるとき、ワークピースは、一般に、十分に冷却されて要求どおりに凝固する。しかし、ワークピースの金属が、そのプロセス制御温度を下回る冷却が可能な場合、ワークピースは、例えば、アルミニウム／銅合金に対して約４７５℃乃至約４９５℃、またはアルミニウム／マグネシウム合金に対して約５１０℃乃至５７０℃の、所望の熱処理温度に到達させるために、ワークピースの金属がプロセス制御温度より低温に１分間冷却されると、例えば１分を超える加熱時間を必要とする場合があることがわかった。したがって、短時間であってもワークピースをそのプロセス制御温度より低温に冷却した場合、適切かつ完全にワークピースを熱処理するのに必要な時間が著しく増加する場合がある。加えて、複数のワークピースが単一のバッチ内の熱処理ステーションを介して処理されるバッチ処理システムでは、ワークピース全体のバッチに対する熱処理時間が、概して、そのバッチ内で最も低い温度のワークピースに必要な熱処理時間に基づくということを認識されたい。その結果、バッチ内の処理されるワークピースのうちの１つが、例えば約１０分間、そのプロセス制御温度より低い温度に冷却された場合、一般に、全てのワークピースが適切かつ完全に熱処理されるようにするために、バッチ全体には、例えば少なくとも４０分間の熱処理が必要になる。
【００２６】
従って、本発明の種々の側面は、（鋳型内または鋳型から分離した）ワークピースを注入ステーションから熱処理ステーションまたは炉まで移動および／または運搬させるように構成され、一方で、金属のプロセス制御温度以上であるが、ワークピースの凝固を可能にするために、その所望の熱処理温度以下の温度で、溶融金属の冷却を停止するように構成されたシステムを目的とする。したがって、本発明の種々の側面は、ワークピースを実質的にプロセス制御温度以上に確実に保持するために、ワークピースの温度を監視するためのシステムを含む。例えば、熱電対または他の類似した温度検出装置またはシステムをワークピース上に、またはこれに隣接して配置するか、あるいはワークピースの注入ステーションから熱処理炉への移動経路に沿って離れた場所に配置して、実質的に連続的な監視を提供することができる。別様には、十分に頻繁であると判断される間隔での定期的な監視を行うことも可能である。当該の装置は、温度測定または検出装置および熱源が協働して、ワークピースの温度を、実質的にそのワークピースの金属のプロセス制御温度以上に保持することが可能であるように、熱源と連通させることが可能である。ワークピースの温度は、ワークピース上またはその中の１つの特定の位置で測定するか、ワークピース上またはその中の複数の位置の温度を測定することによって計算した平均温度とするか、または特定の用途の必要性または要求に応じた他の態様で測定することが可能であると理解されるだろう。したがって、例えば、ワークピースの温度は、ワークピース上またはその中の複数の位置で測定することが可能であり、温度の値全体は、検出された最低温度、検出された最高温度、検出された中央温度、検出された平均温度、またはそれらの変化を組み合わせたものであると計算または判断することが可能である。
【００２７】
加えて、熱処理炉への投入の前に、ワークピースを、入口または排除区間を通過させることが可能であり、その区間では、各ワークピースの温度を監視して、ワークピースが必要とされる温度まで冷却されたかどうかを判断し、また熱処理温度まで温度を上昇させるための過剰量のエネルギを判断する。投入区間は、種々の図を通じて概ね示されているように、プロセス制御温度ステーション内に含めるか、または別個の区間とすることが可能である。ワークピースの温度は、熱電対のようなあらゆる好適な温度検出または測定装置によって測定して、ワークピースの温度が、予め設定した、または所定の排除温度に到達したか、またはそれを下回ったかどうかを判断することが可能である。一側面では、所定の排除温度は、ワークピースの金属に対するプロセス制御温度より低い温度（例、約１０℃乃至約２０℃）とすることが可能である。別の側面では、所定の排除温度は、熱処理炉またはオーブンの熱処理温度より低い温度（例、約１０℃乃至約２０℃）とすることが可能である。ワークピースが所定の温度以下の温度まで冷却された場合、制御システムは、移動または除去機構に排除信号を送信することが可能である。不良状態または信号の検出に応えて、対象のワークピースを更なる評価のために識別するか、または移動ラインから取り除くことが可能である。ワークピースは、これに限定されないが、ロボットアームまたは他の自動装置を含む、あらゆる好適な機構または装置によって取り除くか、またはオペレータが手動で取り除くことが可能である。
【００２８】
上述のように、ワークピースの温度は、ワークピース上またはその中の１つの特定の位置で測定するか、ワークピース上またはその中の複数の位置の温度を測定することによって計算した平均温度とするか、または特定の用途の必要性または要求に応じた他の態様で測定することが可能であると理解されるだろう。したがって、例えば、ワークピースの温度は、ワークピース上またはその中の複数の位置で測定することが可能であり、温度の値全体は、検出された最低温度、検出された最高温度、検出された中央温度、検出された平均温度、またはそれらの変化を組み合わせたものであると計算または判断することが可能である。
【００２９】
鋳型を使用する場合、その鋳型を予熱して、金属の温度を所定のプロセス制御温度に、またはそれ以上に保持することを補助することが可能である。加えて、または代替的に、注入または形成ステーションを熱処理炉に隣接して配置して、鋳型が注入ステーションから炉に移動されるときの、鋳型および／またはワークピースの温度の損失を制限することが可能である。さらに、温度停止チャンバ、放射トンネル、または他のデバイスまたはシステムを炉への入口またはその近くで使用して、金属の温度をプロセス制御温度以上に保持することが可能である。ワークピースの温度をプロセス制御温度以上に保持することの利点は、米国特許出願第１０／０５１，６６６号に詳述されており、参照することによりその全体が本願明細書に組み込まれる。しかし、いくつかのプロセスでは、所定のプロセス制御温度未満で、ワークピースを熱処理炉に投入する場合がある。
【００３０】
必要に応じて、任意の外部砂型の全てまたは一部を、炉への投入前に取り除くことが可能である。砂型を取り除くための様々な技術は、米国特許第６，６２２，７７５号に記載されており、参照することによりその全体が本願明細書に組み込まれる。鋳型を取り除くための更なる技術は、米国特許出願第１０／６１６，７５０号に記載されており、参照することによりその全体が本願明細書に組み込まれる。業界において公知の他の機械的な技術（彫刻、振動など）も、ここに考慮される。取り除いた砂型は、以下に詳述するように、砂リクレーマに転用することが可能であり、砂は、再使用のために浄化するか、または再生のために炉に堆積させる。
【００３１】
図２を参照する。炉２１０およびエージングオーブン２１２は、それぞれ１つ以上の高圧加熱区間（「昇温」区間）２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃ、２１８ｄ、２１８ｅを組み込むことが可能であり、従来の大量の通気ではなく（またはこれに加えて）、各ワークピース２１５への局所的な有向の高圧流体流を提供する。使用されるワークピースのタイプに基づいて、高圧加熱は、種々の利点を提供することができる。
【００３２】
例えば、いかなる鋳型またはコアも使用されない場合（または取り除かれた場合）、本発明のシステムは、熱処理時間を２０％も減じることがわかった。加えて、ワークピースでの流体の高圧衝突は、型抜きおよび／またはコア抜きの時間、および全体の熱処理時間が減じることがわかった。鋳型／コアが可燃性の組成を用いて形成される場合、流体媒質は、酸素を加えてバインダの燃焼を活性化させることによって、鋳型／コアの除去も向上させる。鋳型／コアが無機または有機水溶性組成物から形成される場合、加圧流体媒質は、鋳型／コアへの加圧流体の直接接触（吹き付け）の反応による除去を支援する。さらに、媒体の実際の「強力な」力は、ワークピースから鋳型および／またはコアの一部を取り除くことによって、鋳型および／またはコア組成物の除去を支援することができる。一例として、これに限定されないが、１つ以上のノズルをワークピースの２インチ以内に配置することによって、ワークピース周辺に保持された砂を５０％も減じることが可能である。熱処理時間は、特定のバインダ組成物によってさらに減じることができると考えられる。
【００３３】
図３および４は、それぞれ熱処理炉２１０内の例示的な昇温区間２１８ａ、２１８ｅと、図２のエージングオーブン２１２とを示す。昇温区間２１８ａ、２１８ｅは、ワークピース２１５の流体の流れを導くための流体チャネリングダクトシステム２１９、２１９’を含む。システムは、１つ以上のバーナー２２０、２２０’によって加熱することが可能な空気または他の流体の供給を含む。チャネリングダクトシステム２１９、２１９’は、要素２２１、２２１’で示される１つ以上のオリフィス、スロット、ノズル、衝突管、または当業者に公知の流体循環装置またはシステム（集合的に「衝突装置」）を経て、ワークピースに空気を導く。チャネリングダクトシステムは、ワークピースの公知の位置に対応する所定の配列に向けられた、１つ以上のオリフィス、スロット、ノズル、または衝突管を備えた昇熱区間を通じて逐次的に配置された、複数の区間またはステーションを含むことが可能である。各ステーションは、電子制御システムを介してリモートで制御することが可能である。
【００３４】
これに限定されないが、流体媒質をワークピースに衝突させるのに必要な実際の距離、流体媒質の流れのパターンのデザイン、および他の流れのパラメータを含む、ノズル、スロットなどの位置およびデザインは、ワークピースのタイプおよびサイズに依存する。
【００３５】
本発明の一側面によれば、少なくとも１つのノズルまたは他の衝突装置は、直径約１／８インチ幅乃至６インチ幅の開口部を有することが可能である。一側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約１／８インチ幅の開口部を有する。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約１／４インチ幅の開口部を有する。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約３／８インチ幅の開口部を有する。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約１／２インチ幅の開口部を有する。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約５／８インチ幅の開口部を有する。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約３／４インチ幅の開口部を有する。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約７／８インチ幅の開口部を有する。他の衝突装置の開口幅がここに考慮される。
【００３６】
更なる一側面では、少なくとも１つの衝突装置は、直径約１インチ幅未満の開口部を有する。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約２インチ幅未満の開口部を有する。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約３インチ幅未満の開口部を有する。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約４インチ幅未満の開口部を有する。更なる一側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約５インチ幅未満の開口部を有する。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約６インチ幅未満の開口部を有する。本願明細書には、特定の衝突装置の開口幅および幅の範囲が述べられているが、本発明に従ってあらゆる好適な衝突装置の直径を使用して、所望の結果を達成することが可能であると理解されるだろう。したがって、他の口直径がここに考慮される。
【００３７】
本発明の別の側面によれば、少なくとも１つのノズルまたは他の衝突装置を、ワークピースから約０．５インチ乃至約１０インチに配置して、鋳型、ワークピース、および／またはコア上およびその周辺に衝突させるか、または噴射することが可能である。一側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約１乃至約８インチにある。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約２乃至約６インチにある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約１．５乃至約３インチにある。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約３乃至約７インチにある。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約４乃至約９インチにある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約１乃至約４インチにある。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約２乃至約５インチにある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約０．５乃至約６インチにある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約１乃至約４インチにある。
【００３８】
例えば、一側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約１０インチにある。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約９インチにある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約８インチにある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約７インチにある。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約６インチの周にある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約５インチにある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約４インチにある。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約３インチにある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約２インチにある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約１インチにある。
【００３９】
さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約１０インチ未満にある。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約９インチ未満にある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約８インチ未満にある。更なる一側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約７インチ未満にある。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約６インチ未満にある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約５インチ未満にある。更なる一側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約４インチ未満にある。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約３インチ未満にある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約２インチ未満にある。更なる一側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約１インチ未満にある。本願明細書には、様々な距離の範囲が記載されているが、必要に応じて各衝突装置を配置して所望の結果を達成することが可能であると理解されるだろう。したがって、多数の他の可能な位置がここに考慮される。
【００４０】
流体媒質は、概して、毎分約４，０００乃至４０，０００フィート（ｆｔ／分）の放出速度で、ワークピースに供給することが可能である。一側面では、流体媒質は、衝突装置から約４，０００乃至約２０，０００ｆｔ／分の速度で放出される。別の側面では、流体媒質は、衝突装置から約８，０００乃至約２５，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から約６，０００乃至約１５，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から約１５，０００乃至約３０，０００ｆｔ／分の速度で放出される。更なる一側面では、流体媒質は、衝突装置から約５，０００乃至約１２，０００ｆｔ／分の速度で放出される。１つの特定の側面では、流体媒質は、衝突装置から約１０，０００ｆｔ／分の速度で放出される。別の側面では、流体媒質は、衝突装置から約７，０００乃至約１３，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から約１８，０００乃至約２２，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から約９，０００乃至約１４，０００ｆｔ／分の速度で放出される。更なる一側面では、流体媒質は、衝突装置から約５，０００乃至約１７，０００ｆｔ／分の速度で放出される。
【００４１】
一側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約４，０００ｆｔ／分の速度で放出される。別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約５，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約６，０００ｆｔ／分の速度で放出される。別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約７，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約８，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約１０，０００ｆｔ／分の速度で放出される。別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約１１，０００ｆｔ／分の速度で放出される。更なる一側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約１２，０００ｆｔ／分の速度で放出される。別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約１３，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約１４，０００ｆｔ／分の速度で放出される。別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約１５，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約１６，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約１７，０００ｆｔ／分の速度で放出される。別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約１８，０００ｆｔ／分の速度で放出される。更なる一側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約１９，０００ｆｔ／分の速度で放出される。別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約２０，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約２５，０００ｆｔ／分の速度で放出される。別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約３０，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約３５，０００ｆｔ／分の速度で放出される。本願明細書には、様々な速度および速度の範囲が記載されているが、本発明に従って他の速度を使用して所望の結果を達成することが可能であると理解されるだろう。したがって、多数の他の速度およびその範囲がここに考慮される。
【００４２】
流体媒質は、概して、ノズルまたは他の衝突装置から、約５０乃至５００立法フィート／分／フィート（ｓｃｆｍ／ｆｔ）の流量でワークピースに供給することが可能である。一側面では、流体媒質は、約５０乃至約１００ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、約１００乃至約１５０ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、約１５０乃至約２００ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、約２００乃至約２５０ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、約２５０乃至約３００ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、約３００乃至約３５０ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、約３５０乃至約４００ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、約４００乃至約４５０ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、約４５０乃至約５００ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。１つの特定の側面では、流体媒質は、約２５０ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。
【００４３】
別の側面では、流体媒質は、少なくとも約２５ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約５０ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、少なくとも約７５ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、少なくとも約１００ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。更なる一側面では、流体媒質は、少なくとも約１２５ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、少なくとも約１５０ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約１７５ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約２００ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、少なくとも約２２５ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。更なる一側面では、流体媒質は、少なくとも約２５０ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、少なくとも約２７５ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約３００ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約３２５ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、少なくとも約３５０ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約３７５ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約４００ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、少なくとも約４２５ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約４５０ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、少なくとも約４７５ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。本願明細書には、様々な流量および流量の範囲が記載されているが、本発明に従って他の流量を使用して所望の結果を達成することが可能であると理解されるだろう。したがって、多数の他の流量およびその範囲がここに考慮される。
【００４４】
流体媒質は、概して、約３乃至約２０水柱インチ（インチＷＣ）の圧力でワークピースに供給することが可能である。一側面では、流体媒質は、約５乃至約１２インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、約５乃至約８インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、約９乃至約１２インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、約３乃至約６インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。
【００４５】
別の側面では、流体媒質は、少なくとも約３インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約４インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約５インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、少なくとも約６インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約７インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約８インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約９インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、少なくとも約１０インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約１１インチＷＣの圧力で、ワークピースに供給される。本願明細書には、様々な圧力および圧力の範囲が記載されているが、本発明に従って他の圧力を使用して所望の結果を達成することが可能であると理解されるだろう。したがって、多数の他の圧力およびその範囲は、ここに考慮される。
【００４６】
必要に応じて、流体をワークピースの特定の部分に導いて、必要な場合に流体の流れを局所化することが可能である。加えて、必要に応じて、流体をワークピースの１つ以上の表面に導いて、衝突流体の作用を高めることが可能である。
【００４７】
ワークピースまたは衝突装置のいずれかまたは両方を、振動、回転させるか、またはランダムにあるいは所定の間隔または更なる流体媒質の衝突を達成するような間隔で移動させることによって、プロセスの効率を向上させることが可能である。ワークピースまたは衝突装置は、一般に最高約４０ｆｔ／分のレートまたは速度で移動させることが可能である。一側面では、ワークピースまたは衝突装置は、約０．５乃至５ｆｔ／分で振動、回転、または移動させることが可能である。さらに別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、約５乃至１０ｆｔ／分で振動、回転、または移動させることが可能である。さらに別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、約１０乃至１５ｆｔ／分で振動、回転、または移動させることが可能である。別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、約１５乃至２０ｆｔ／分で振動、回転、または移動させることが可能である。さらに別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、約２０乃至２５ｆｔ／分で振動、回転、または移動させることが可能である。さらに別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、約２５乃至３０ｆｔ／分で振動、回転、または移動させることが可能である。別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、約３０乃至３５ｆｔ／分で振動、回転、または移動させることが可能である。更なる一側面では、ワークピースまたは衝突装置は、約３５乃至４０ｆｔ／分で振動、回転、または移動させることが可能である。本願明細書には、様々な移動速度およびその範囲が記載されているが、本発明に従って他の移動速度を使用して所望の結果を達成することが可能であると理解されるだろう。したがって、多数の他の速度およびその範囲がここに考慮される。
【００４８】
ワークピースまたは衝突装置を振動させる場合、ワークピースまたは衝突装置は、それが移動する各方向に、例えば約３乃至３６インチの距離を変位させることが可能である。一側面では、ワークピースまたは衝突装置は、それが移動する各方向に、約３乃至約５インチの距離を変位される。別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、それが移動する各方向に、約７乃至約１０インチの距離を変位される。さらに別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、それが移動する各方向に、約１０乃至約１５インチの距離を変位される。別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、それが移動する各方向に、約１５乃至約２０インチの距離を変位される。さらに別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、それが移動する各方向に、約２０乃至約２５インチの距離を変位される。さらに別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、それが移動する各方向に、約２５乃至約３０インチの距離を変位される。別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、それが移動する各方向に、約３０乃至約３６インチの距離を変位される。本願明細書には、多数の変位距離が記載されているが、ワークピースまたは衝突装置は、所望の距離（例えば、ワークピースの寸法に実質的に等しい距離）の達成に必要な距離を変位させることが可能であると理解されるだろう。したがって、多数の他の変位距離がここに考慮される。
【００４９】
振動サイクルを完了するのに必要な時間は、概して約２秒乃至約１０分とすることが可能である。一側面では、振動サイクルは、約５秒乃至約１分である。別の側面では、振動サイクルは、約２乃至約２０秒である。さらに別の側面では、振動サイクルは、約２０乃至約４０秒である。さらに別の側面では、振動サイクルは、約４０秒乃至約１分である。別の側面では、振動サイクルは、約１乃至約３分である。さらに別の側面では、振動サイクルは、約３乃至約６分である。さらに別の側面では、振動サイクルは、約６乃至約１０分である。本願明細書には、特定の振動サイクルが記載されているが、必要に応じて他の振動サイクルを使用して所望の結果を達成することが可能であると理解されるだろう。したがって、多数の他の振動サイクル時間がここに考慮される。
【００５０】
本発明に従って使用される流体媒質の温度は、概して約４００℃乃至約６００℃とすることが可能である。一側面では、流体媒質の温度は、約４５０℃乃至約５５０℃である。別の側面では、流体媒質の温度は、約４９０℃乃至約５４０℃である。さらに別の側面では、流体媒質の温度は、約４２５℃乃至約６００℃である。さらに別の側面では、流体媒質の温度は、約４７５℃乃至約５７５℃である。別の側面では、流体媒質の温度は、約４５０℃乃至約５００℃である。さらに別の側面では、流体媒質の温度は、約５００℃乃至約５５０℃である。本願明細書には、特定の温度が記載されているが、必要に応じて他の温度を使用して所望の結果を達成することが可能であると理解されるだろう。したがって、多数の他の流体媒質の温度がここに考慮される。
【００５１】
図３に示されるように、コアの有無に関わらずにワークピースを砂型で形成する場合、ワークピースから鋳型および／またはコアの一部を取り除いて砕いたときに、例えば上述したように、その小塊は、以降の再生および再利用のためにホッパー２２２に収集される。
【００５２】
再び図２を参照する。炉２１０および／またはエージングオーブン２１２は、従来の空気循環システムを用いた１つ以上の「均熱区間」２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃを含む。例えば、炉は、その後に１つ以上の均熱区間が続く、１つ以上の昇温区間を含むことが可能である。図５は、昇温区間の後に使用することが可能な、バッフル２２６および再循環ファン２２８のシステムを備えた従来の質量流システムを備えた例示的な「均熱区間」を示す。
【００５３】
図６乃至１０は、本発明による別の例示的なポスト注入処理システム３００を示す。図６のシステムは、図２乃至５の説明に従って構成されて機能する構成要素（例、複数の炉３１０、エージングオーブン３１２、冷却器３１３）を含む。しかし、種々の構成要素のレイアウトは、図２のそれと異なる。
【００５４】
図６の例示的なシステムは、熱処理炉３１０内の昇温区間３１４および均熱区間３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃ、３１６ｄ、３１６ｅ、ならびにエージングオーブン３１２内の昇温区間３１４ａ’、３１４ｂ’とともに示されている。図６乃至１０に示されるシステムは、例えば、砂型を用いずにワークピースを形成する場合、または熱処理炉に投入する前に鋳型とコアが取り除かれる場合に用いることが可能である。図３の要素２２２に示されるような砂型の収集ホッパーは必要でないかもしれないが、システムは、砂型によって形成されるワークピースに対応できるように、当該のホッパーを含めることが可能である。
【００５５】
当業者は、本発明が線形（直線）流炉に関連して記載および説明されているが、他のデザインの炉およびオーブンを使用することも可能であると理解されるだろう。例えば、図１１乃至１４に示されるように、本発明は、「回転式」処理システムとともに使用することが可能である。図１１に示されるように、回転式路システム４００は、概して、それぞれがワークピース４１６を保持および移動するための回転可能な炉床４１４、４１４’をふくむ、熱処理炉４１０と、エージングオーブン４１２とを備える。炉４１０は、一般に、ワークピース４１６を炉４１０内に配置できるようにする外部周囲壁４２０内の入口４１８と、内部周囲壁４２４上の出口４２２とを含む。必要に応じて、入口４１８を注入ステーション（図示せず）に隣接させて、炉４１０への移動中の熱損失を最小限に抑えることが可能である。各回転式炉およびオーブンは、ロボット手段または他の移動運搬システムによって、別の回転式炉、オーブン、または他の処理ステーションに接続することが可能である。一側面では、ロボット手段または運搬システムでは、各回転式炉またはオーブン内の一組の、および／または登録可能な位置に構成要素を配置する。
【００５６】
ワークピースは、環状チャンバ内の炉床４１４ａ、４１４ｂを回転させることによって、回転式熱処理炉４１０およびエージングオーブン４１２内を移動する。炉床は、連続的に、またはインデックスをつけた位置を通して回転させて、部品の受け取りまたは排出を行うか、またはこれを停止させることが可能である。さらに、炉床は、流体媒質がワークピースの表面を移動できるように、またプロセスの効率を補助するように、十分な期間ワークピース（またはノズル）の振動を停止させることが可能である。
【００５７】
移動を容易にするために、炉床は、例えば、炉床の下面上の円形トラックの上を動くホイール上に支持される。炉床は、例えば、遊星歯車（ラチェット機構）に沿って炉床を押したり引いたりする、歯車駆動のアクチュエータによって移動する。駆動機構は、加速、通常の運転速度、減速といった炉床の動きを調整するための速度制御を含み、炉床を振動させるために使用して、炉およびオーブンの内部ノズルから構成要素への更なる流体媒質の衝突を達成することが可能である。移動可能な炉床および炉の内側と外側の壁に沿ってシールを設けて、熱または流体の漏れを防ぐことが可能である。
【００５８】
図１２および１３に示されるように、可動炉床は、例えばラックまたは棚システム４２６、４２６’を含み、複数のレベルのワークピースをシステムを介して装填および処理できるようにすることが可能である。ワークピースがラックシステム内に装填されると、それぞれの炉またはエージングオーブンの外周と同心の経路上で、角（円）運動（０°乃至３６０°）によって、炉を介してラックシステム上を運搬される。１つ以上のプッシャ、アクチュエータ、または駆動装置は、回転式炉床を移動させるために使用することが可能である。
【００５９】
熱処理炉４１０および／またはエージングオーブン４１２は、１つ以上の昇温区間４２８と、１つ以上の均熱区間４３０とを含むことが可能である。昇温区間および均熱区間は、上述のものと類似した構成を有するか、または各ワークピースに流体を直接衝突させるような、他の好適な様態に構成することが可能である。図１２は、図１１の熱処理炉またはエージングオーブン４１２の例示的な昇温区間４２８内の複数のワークピース４３２を示す。空気ノズル４３４は、ワークピース４３２の近傍に配置されて、ワークピースに空気または他の流体を直接衝突させる。図１３は、図１１の熱処理炉４１０またはエージングオーブン４１２の例示的な均熱区間４３０内の複数のワークピース４３２を示す。
【００６０】
図１４ａ乃至１４ｃは、本発明に従って使用することが可能な、別の例示的な回転式熱処理炉を示す。炉５１０は、ワークピース５１４を出し入れする開口部５１２と、熱処理が完了してワークピースが取り除かれるまで、種々の区間を通してワークピース５１４を支持および移動するための回転可能な炉５１６とを含む。図１４ａに示される炉５１０は、複数の加熱区間５１８ａ、５１８ｂ、５１８ｃ、５１８ｄ、５１８ｅ、５１８ｆ、５１８ｇを含む。図１４ｂに示されるように、種々の区間は、上述の加熱区間と同様に、それぞれ類似した様態で構成され、ダクト５２０を介して導かれワークピース５１４の各部に衝突させる流体源（例、空気）を含む。しかし、１つ以上の区間（例、区間５１８ａ、５１８ｂ）は、必要に応じて、より高い温度で動作させて、所望の熱処理の結果を達成することが可能である。図１４ｃに最良に示されるように、ワークピース５１４の垂直支持材５２４および水平支持材５２６が格子またはメッシュなどの浸透性の材料から形成される、上述のような棚システム５２２にワークピース５１４を配置することが可能である。該当する場合には、砂型および／またはコアの小塊がワークピースから落下するときに、更なる燃焼のために、空気の流れで固定流動床５２８にその小塊を押し流す。流動床５２８からの熱は、空気冷却装置に取り込まれて、ワークピースの表面への衝突に使用される。
【００６１】
状況に応じて、炉および／またはエージングオーブンは、ワークピースを回転および／または反転させて、ワークピースの種々の面または表面をダクトまたはノズルに近づけさせることができる、という機能を含む。加えて、ワークピースを反転させることによって、あらゆる遊離した砂およびバインダ（使用した場合）をワークピースから落下させることができる。
【００６２】
一側面では、棚またはスタックシステムは、ワークピースに取り付けられるクランプまたはメカニズム（図示せず）を含む炉内に、少なくとも部分的に回転機構を含む。必要に応じて、クランプを押湯に取り付けて、ワークピースへの損傷を防ぐことが可能である。クランプは、サドル内でワークピースを持ち上げて反転させる機械的な装置に取り付けることが可能である。その際に、コアから遊離したあらゆる砂を、ワークピースから落とすことができる。ワークピースを所定の時間、または所定の間隔で回転させて、熱処理および／またはワークピースからのコアの除去を促進することが可能である。
【００６３】
別の側面では、炉は、ワークピースを取り扱うための少なくとも１つの爪または握持装置を含む。この爪は、ワークピースに接触して十分な圧力を加えて、ワークピースを持ち上げて移動させて、炉内にワークピースを配置できるようにする、複数の機械的な「指」を含むことが可能である。加えて、爪は、コアから遊離した砂をワークピースから落とすことができるように、ワークピースを握持して反転させることができる機能を含むことが可能である。爪は、ワークピース全体を握持するか、または例えば押湯によってワークピースを握持するために使用することが可能である。該当する場合には、バインダが燃焼してコアがワークピースから外れたときに、爪には、ワークピースへの握持を自動的に強める機能を提供することが可能である。爪はロボットであってよく、所望の熱処理時間または温度で、ワークピースを１つずつ移動させるようにプログラムすることが可能である。爪は、同様に、または代わりに、必要または要求に応じてオペレータが特定のワークピースを手動で移動させることができるように、電子制御を介して手動で制御することが可能である。
【００６４】
さらに別の側面では、ワークピースは、炉に投入される前にサドルに配置される。サドルは、概して、金属材料から形成され、露出したコア開口部またはアクセス口でワークピースを受ける、チャンバまたは容器を画定する基部および一連の側壁を有する。サドルは、ワークピースを固定するための装置を含むことが可能であるので、サドル内のワークピースを回転および反転させて、遊離したコア材料をワークピースから落下させることができる。ワークピースを固定するための装置は、必要に応じて、例えばブラケット、クランプ、タイ、ストラップ、またはそれらを組み合わせたものなどの好適な装置とすることが可能である。サドル内にワークピースを固定するための他のデバイスがここに考慮される。
【００６５】
状況に応じて、本願明細書に記載されているか、またはここに考慮される側面のうちのいずれかでは、遊離したコア材料のワークピースからの落下をさらに補助するために、揺動または振動機構を備えることが可能である。一バリエーションでは、揺動または振動機構をワークピース上の押湯に導入することによって、ワークピースへの損傷を最小限に抑えたり防いだりする。
【００６６】
再び図１１を参照する。ワークピース４１６を取り除く準備ができたときに、別のロボット手段または移動運搬システムを使用して、ワークピースを急冷ステーションまたはユニット４１７に運搬することが可能であり、出口４２２に隣接した炉４１０に囲まれた中央の開放領域４１８に配置することが可能である。一側面では、急冷媒体は、例えば毎秒約１０乃至５００フィート（ｆｔ／秒）（例、約２００ｆｔ／秒）で、ワークピースに供給される空気とすることが可能である。別の側面では、急冷媒体は、例えば最高約５０ｆｔ／秒（例、約１０ｆｔ／秒）で、ワークピースに供給される水とすることが可能である。さらに別の側面では、急冷媒体は、静止流（０ｆｔ／秒の速度）とすることが可能である。さらに別の側面では、急冷媒体を組み合わせて使用することが可能である。他のクエンチ媒体および速度がここに考慮される。
【００６７】
急冷プロセスが終了した後に、別の（または同じ）ロボット手段４２４または移動運搬システムを使用して、同じく炉４１０に囲まれた中央の開放領域４１８に配置することが可能な回転式エージングオーブン４１２へ、ワークピース４１６を配置することが可能である。回転式エージングオーブン４１２は、入口４２６および出口４２８が、同一の外周（内壁または外壁）に存在しうること以外は、回転式熱処理炉４１０と類似している。加えて、エージングオーブンの直径は、一般に炉の直径未満である。しかし、回転式熱処理炉と回転式エージングオーブンとの相対的サイズは、所与の用途によって異なる場合がある。例えば、熱処理時間よりも長いエージング時間（例えば、３０乃至６０分の熱処理および３時間のエージング）に対応するために、回転式エージングオーブンの外周を回転式熱処理炉よりも大きくすることが可能である。
【００６８】
別のロボット手段または移動運搬システム４３０は、ワークピース４１６をエージングオーブン４１２から取り除き、それらを冷却ユニット４３２に配置して熱処理プロセスを完了させるために使用することが可能である。冷却ユニットは、例えば、ワークピースをチャンバを通過させてローラー炉床またはベルトコンベア上に移動させるときに、ワークピース周辺に吹き出される循環空気を使用する。冷却は、作業者が取り扱えるようにワークピースの温度が十分に下がるまで継続される。図１１に示される一側面では、冷却ユニット４３２の開口部は、エージングオーブン４１２に隣接して配置され、出口４３４が回転式熱処理炉４１０の周辺壁の外側にあるように、回転式熱処理炉の外部の螺旋状の経路に続けることが可能である。冷却ユニットの移動方向は、上述のように、回転式熱処理炉の下方に（下に）または上方に（上に）向かう螺旋状とすることが可能である。例えば、冷却ユニットは、炉の内部から外部への湾曲した下方へ螺旋状の経路として示される。
【００６９】
（砂再生機能（オプション））
本願明細書に上述したように、砂型および／またはコアを使用した場合、砂は、プロセスを通じて種々の段階で除去および再生することが可能である。再利用する前に、砂から灰の粒子または他の異粒子を取り除くために、砂洗浄器も用いることが可能である。砂再生システムの例は、米国特許第５，３５０，１６０号、第５，５６５，０４６号、第５，７３８，１６２号、および第５，８２９，５０９号、および米国特許出願第１１／０８４３２１号、名称「Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｉｎｇ Ｃａｓｔｉｎｇｓ ａｎｄ Ｒｅｃｌａｉｍｉｎｇ Ｓａｎｄ」（２００５年３月１８日出願）に記載されており、それぞれを参照することによりその全体が本願明細書に組み込まれる。熱処理鋳造、砂コアの除去、および砂の再生に対する他のシステムの例は、米国特許第５，２９４，０９４号、第５，３５４，０３８号、第５，４２３，３７０号、第５，８２９，５０９号、第６，３３６，８０９号、および第６，５４７，５５６号に記載されており、それぞれを参照することによりその全体が本願明細書に組み込まれる。
【００７０】
砂再生システムの１つの具体的な例を以下に詳述する。しかし、あらゆる好適な砂再生システムおよび／または洗浄システムを、本発明の種々の側面とともに使用することが可能である。さらに、精製砂を再生するための方法およびシステムは、単独で実装するか、または例えば熱処理炉、コア除去ユニットなどの他の金属処理の構成要素に統合することが可能である。
【００７１】
図１５は、本発明の種々の側面と使用することが可能な、砂を再生するためのシステムおよび方法の一例を示す。一例では、砂再生チャンバまたはユニットは、廃砂が移動する経路を画定する複数のバッフルおよび／または堰を有する、加熱流動床を含む。廃砂が経路に沿って移動するとき、バインダが燃焼され、砂が精製される。バッフルの数および長さ、流動床を通過する流量、温度、および他のシステム変数を指定して、所望の砂の精製の程度を達成することが可能である。
【００７２】
システム６００は、入口６１２および出口６１４を有するチャンバ６１０を含む。廃砂Ｗは、入口を通過してチャンバに供給される。廃砂は、別のプロセスユニットまたはステップから直接充填するか、または再生の前に収集して貯蔵することが可能である。例えば、廃砂Ｗは、装置の砂システムからの乾燥した、主に粒状の廃砂を受けて貯蔵するように構成された、砂貯蔵部６１６に貯蔵することが可能である。貯蔵部は、様々な仕様および特徴を有することが可能である。例えば、廃砂貯蔵部は、長手方向が約１８フィートで直径が約１０フィートの円筒状の貯蔵部であり、約４５メートルトンの砂を貯蔵することができる。貯蔵部は、不均一な砂粒の分布の分離および放出を減じるか、または取り除く、チャンバまたはバッフルのような非分離機能（図示せず）を備えた設計とすることが可能である。貯蔵部は、上部安全性レールと、アクセスハッチと、砂受けフランジと、排出フランジと、内部安全ラダーと、天盤アクセスと、砂レベル表示器（図示せず）とを含むことが可能である。貯蔵部６１６からの放出６１８は、メンテナンススライドゲートと、二重フラップ弁計量装置（図示せず）とを含むことができる。廃砂は、例えば最高で毎時約２０メートルトンの調整可能な流量で、廃砂貯蔵部からメータで測定することができる。
【００７３】
チャンバ６１０は、廃砂に含まれるバインダ材料を燃焼させるための加熱要素を備える。放射加熱要素などのあらゆる加熱要素は、システムへの熱の供給に使用することが可能である。概して、流動化媒体の温度は、一般に２５０℃乃至約９００℃の、バインダの燃焼温度か、またはそれ以上に保持される。したがって、この側面および他の側面では、流動化媒体の温度を約４９０℃乃至約６００℃とすることが可能である。流動化された廃砂粒子を、複数のバッフル、および状況に応じて堰によって画定された巡回経路に沿って移動させるときに、バインダが燃焼されて砂が精製される。巡回経路は、必要または要求に応じてあらゆる長さとして、所望の結果を達成することが可能である。例えば、この側面および他の側面では、経路は、約５メートル乃至１５メートル（例、約１０メートル）の長さとすることが可能である。流動化空気分配装置（図示せず）は、流動化媒体の流れの均一性の改善に使用することが可能である。さらに、粒子は、例えば約２３００Ｎｍ３／ｈの流量で動作される流動化送風機（図示せず）を使用して、筐体を通過させることが可能である。チャンバにおける廃砂の残存時間は、砂が出口を通ってチャンバを出る前に、その砂を実質的に精製、浄化、および再生するのに十分である。例えば、この側面および他の側面では、チャンバにおける残存時間を、約３０分乃至約６０分とすることが可能である。実質的に精製された砂Ｒは、当業者に公知のあらゆる様態で収集または貯蔵することが可能である。この側面および他の側面では、システムは、約１０トン／ｈ乃至約２０トン／ｈ（例、約１５トン／ｈ）の精製砂を生成することが可能である。
【００７４】
別の例として、統合型砂コア除去および再生システムを提供することが可能である。システムは、鋳造物を取り除くためにそこを通して移動させる、少なくとも１つのチャンバを含む、コア除去ユニットを含むことが可能である。コアのけがき、分割、彫刻、粉砕、腐食、ブラスティング、または除去（集合的に「除去」）は、必要に応じて使用することが可能であり、例えば、米国特許第５，５６５，０４６号、第５，９５７，１８８号、および第５，３５４，０３８号に記載されており、それぞれを参照することによりその全体が本願明細書に組み込まれる。
【００７５】
コアを中層物から取り除くときに、廃砂の小塊は、重力送りその他によって砂再生チャンバに導かれる。砂再生チャンバは、コア除去ユニットと流体連通する流動床と、流動床を介して巡回経路を画定する複数のバッフルとを含む。流動床は、バインダの燃焼温度に、またはそれ以上の温度まで加熱される。砂が巡回経路に沿って移動するときに、バインダが燃焼して砂が精製される。精製砂は、当業者が公知のあらゆる様態で収集して貯蔵することが可能である。
【００７６】
状況に応じて、砂貯蔵部からの廃砂は、コアの除去によって生じた廃砂との同時処理のために、再生システムに供給することも可能である。
【００７７】
図１６は、コア除去ユニットが炉を備える、例示的な統合型コア除去および砂再生システムを示す。システム６２０は、状況に応じて、炉６２４の入口６２２を介して流体連通する廃砂貯蔵部６１６を含む。炉６２４は、エンジンブロックおよびシリンダヘッドなどの鋳造物（図示せず）に、熱処理、砂コア材料の除去、および砂再生の処理を行う、少なくとも１つの加熱チャンバを画定する。廃砂貯蔵部６１６から炉６２４に充填された廃砂Ｗは、チャンバ内で浄化、再生、および精製され、出口６２６を通して貯蔵するか、または更なる処理に用いることができる。加えて、コア除去プロセスによって廃砂が生じたときには、同様に砂再生システムによって処理することが可能である。別様には、コア除去プロセスによって生じた廃砂の一部または全てを、以降の処理のために収集して貯蔵することが可能である。
【００７８】
システム６２０は、炉６２４のチャンバと流体連通する焼却装置６２８を含むことが可能である。システム６２０は、焼却装置６２８と、流動化空気源６３２と、炉６２４のチャンバと流体連通する熱交換器６３０とを含むことも可能である。焼却装置６２８からの熱は、流動化空気の加熱および／または炉６２４のチャンバの内部の加熱に使用することが可能である。
【００７９】
図１７乃至１９を参照する。炉６２４は、その上を鋳造物６４０が炉６２４を通って運搬されるローラー炉床６３８の下に位置する、流動化空気分配装置６３４および／または加熱要素（例、放射管ヒーター６３６）の補助物を含むことが可能である。１つ以上の堰およびバッフル６４２が、流動床６４４の領域内の、炉６２４のより下の区域に配置される。バッフル６４２は、廃砂が砂出口６２６を通って出口に移動しなければならない、巡回経路を画定する。炉６２４における廃砂の残存時間は、廃砂が炉６２４を出る前に、それを精製、浄化、および再生するのに十分である。一側面では、炉６２４は、Ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｋｅｎｎｅｓａｗ、Ｇｅｏｒｇｉａ）から入手可能な、Ｎｕｍｂｅｒ ｏｎｅ ｏｒ Ｎｕｍｂｅｒ Ｔｗｏ Ｓａｎｄ Ｌｉｏｎ（登録商標）下部炉モジュールである。しかし、本発明に従って、他の好適な炉を使用することが可能であると理解されたい。
【００８０】
炉６２４内に備えられる流動化加熱システムは、１つ以上の加熱要素６４６を含み、図１７乃至１９において放射加熱管として示す。加熱要素６４６は、炉６２４の加熱区間に熱を補助的に加えて、炉のドアを開けて低温の鋳造物６４０を投入する間の熱損失を少なくとも部分的に補う。流動化加熱システムはまた、低温の鋳造物６４０に放射熱も提供することが可能である。概して、流動温度は、炉の加熱温度と同じにすることができる。流動化システムはまた、流動送風機（図示せず）を含み、流動化分配装置６３４に圧縮空気を提供することもできる。
【００８１】
炉排気焼却装置６２８（図１６）は、当業者には明らかなように、あらゆる好適な焼却装置とすることができる。例えば、焼却装置は、最高約８２５℃で約１秒保つように動作させて、一酸化炭素および揮発性有機化合物を大気に放出できるレベルまで燃焼させることが可能である。一側面では、焼却装置６２８の容量は、約６８００Ｎｍ３／Ｈである。別の側面では、焼却装置６２８は、厚さ約２００ｍｍの１２６０°セラミック繊維の側壁断熱材を含む。他の側面では、焼却装置６２８は、ガス調整および制御を行う上部載置型バーナー、検査ドア、またはその両方、および当業者に公知の機能を含む。内部混合バッフル、入口プロファイリングプレート、またはそれらを組み合わせたものは、焼却装置内の十分な速度および乱流の達成に使用することが可能である。
【００８２】
同様に、熱交換器６３０は、当業者には明らかなように、あらゆる好適な熱交換器とすることが可能である。熱交換器６３０は、焼却装置６２８からの熱を使用して、少なくとも部分的に、流動化システムで使用すべき空気を加熱することが可能である。高温の汚れた気体は、概して、焼却装置接続ダクト６４８から熱交換器６３０に入り、排気ダクトを経て排出される。一側面では、熱交換器６３０は、全体寸法が約４０００ｍｍ×２１００ｍｍ×２１００ｍｍ高さのＵ字管型交換機である。別の側面では、熱交換器の外部ケーシングは、構造用鋼支持体のほか、他の好適な材料の鋼板である。別の側面では、熱交換器の断熱材は、７５ｍｍのミネラルウールを裏張りしたキャスタブルＭＣ２５であり、天盤の断熱材は、セラミック繊維モジュールである。さらに別の側面では、熱交換器の管系の最前列は、インコロイ８００ＨＴで形成され、残りの列は、ステンレス鋼ＳＡ−２４９−３０４Ｌで形成される。管系は、平均壁厚が２．１ｍｍで直径３５ｍｍとすることが可能である。プロセス空気管束の上部マニホールドは、６ｍｍ厚の３０４ステンレス鋼と、炭素鋼を組み合わせたものとすることが可能である。
【００８３】
再生砂Ｒは、出口６２６から高温砂傾斜コンベア６５０に放出される。システム６２０では、約３乃至約１０トン／ｈ（例、約５トン／ｈ）の炉６２４で処理された鋳造物から除去された砂型材料と、約５乃至約１５トン／ｈ（例、約１０トン／ｈ）の貯蔵部６１６からの廃砂とが生じ、それによって、総製造割合が約１０乃至約２０トン／ｈ（例、約１５トン／ｈ）の精製砂が生じる。
【００８４】
再生砂は、砂が事前選別、最終選別、および冷却される、下流のプロセスユニット内の他の砂と併用することができる。種々のポスト再生ステップは、総製造容量が約１０乃至約２０トン／ｈ（例、約１５時間）となりうる。
【００８５】
例１
種々の炉が所定の温度に到達するために必要な時間を評価した。結果を表１および２に示す。
【００８６】
【表１】
【００８７】
【表２】
例２
メーカーＡ ２バルブＩ−４シリンダヘッドの鋳造物（モールドのままの状態）のコア抜きに必要な時間に関する種々のパラメータの影響を評価した。例１に記述されたＣＰＨＴ炉は、１０００°Ｆの設定値で使用した。結果を表３乃至５に示す。
【００８８】
【表３】
【００８９】
【表４】
【００９０】
【表５】
例３
例１に記述したＣＰＨＴ炉を使用して、種々のワークピースのコア抜きに必要な時間に関する温度の影響を評価した。結果を表６に示す。
【００９１】
【表６】
例４
上述のＣＨＰＴ炉を使用して種々の処理条件を評価した。第一に、サンプルのシリンダヘッド（コアを含む）を計量した。２つの異なるタイプのシリンダヘッドを評価した。タイプＲは、メーカーＤ ４バルブＩ−４ディーゼルのシリンダヘッドである。タイプＳは、メーカーＤ ４．６Ｌ ４バルブのシリンダヘッドである。各ワークピースには、熱電対を取り付けた。コア抜きを促進するため、鋳ばりには直径１／４インチ（２５ ｍｍ）の複数の穴をあけた。各ワークピースは、ＣＰＨＴユニット内で、約６６２°Ｆ（３５０℃）に予熱した（試験３０は予熱せず）。
【００９２】
次に、押湯を上にして書くワークピースを約４０分間熱処理した（試験２８は６０分熱処理した）。炉の設定値は、約９２３°Ｆ（４９５℃）である。
【００９３】
次いで、ワークピースを約１２分（またはそれ以下）で１７６°Ｆ（８０℃）に急冷して、急冷ユニットから取り除き、残りの遊離した砂を取り除くように操作した。遊離した砂の回収および計量を行い、外観を評価した。次いで、鋳造物をハンマーで叩き（衝撃を与え）、部分的に密着した状態で残存している可能性のあるコア砂を払い落として取り除く。また、払い落とした砂の回収および計量を行い、外観を評価した。結果を表７に示す。
【００９４】
表８は、試験２６乃至３０の更なるデータを示す。表７より、浄化した開口部を有する本発明によるワークピース（表８）も、より多くのコア除去を達成できた（表７）ことがわかる。
【００９５】
加えて、特定の試験に対して、各ワークピースの硬度を、得られたシリンダヘッド上の１つ以上の位置で測定した。結果を表９に示す。
【００９６】
【表７】
【００９７】
【表８】
【００９８】
【表９】
したがって、当業者には、上述の発明を実施するための最良の形態を考慮すれば、本発明に、幅広い実用性および用途の可能性があることが明らかに理解されるだろう。多数のバリエーション、修正、および同等の機構とともに、本願明細書にて説明したもの以外の本発明の多数の改良は、本発明の本質および範囲から逸脱することなく、本発明および上述の発明を実施するための最良の形態によって、明らかとなるか、または合理的に提案されるだろう。
【００９９】
本発明は、本願明細書において特定の側面に関して説明しているが、この発明を実施するための最良の形態は、本発明の例証および例示のみを意図したものであり、単に本発明の完全かつ可能な開示を行ったものであると理解されたい。本願明細書に記載された発明を実施するための最良の形態は、本発明を制限することを意図したものでも、本発明の当該の他の実施態様、適応、バリエーション、修正、および同等の構成を除外することを意図したものでもなく、本発明は、本願明細書に添付された請求項およびその同等物によってのみ制限されるものである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して鋳造処理の分野に関し、より詳しくは金属鋳造の熱処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属処理の分野では、金属ワークピースの熱処理には、得られる所望の特性を達成するためにかなりの時間を必要とすることが公知である。したがって、ワークピースの熱処理に必要な時間を減じることが、終始必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
例えば、本発明は、以下を提供する。
（項目１）
ワークピースを熱処理するための炉であって、
上記炉内のワークピースに加熱流体媒質を導くことができる、少なくとも１つの流体衝突装置を含む、少なくとも１つの高圧加熱区間を備え、上記流体衝突装置は、上記ワークピースから約６インチ未満にある、炉。
（項目２）
上記流体衝突装置は、上記ワークピースから約４インチ未満にある、項目１に記載の炉。
（項目３）
上記流体衝突装置は、上記ワークピースから約２インチにある、項目１に記載の炉。
（項目４）
上記流体衝突装置および上記ワークピースのうちの少なくとも１つは、所定の間隔で振動させることができる、項目１に記載の炉。
（項目５）
上記流体衝突装置は、約４，０００フィート／分で、上記ワークピースに上記加熱流体媒質を導くことができる、項目１に記載の炉。
（項目６）
上記ワークピースを回転させるための回転機構、および上記ワークピースを反転させるための握持機構のうちの少なくとも１つをさらに備える、項目１に記載の炉。
（項目７）
上記高圧加熱区間から下流に空気循環システムを含む、少なくとも１つの均熱区間を備える、項目１に記載の炉。
（項目８）
ワークピースを熱処理するための炉であって、
約４，０００乃至約４０，０００フィート／分で、加熱流体媒質を供給することができる、少なくとも１つの流体衝突装置を含む、少なくとも１つの高圧加熱区間と、
空気循環システムを含む、少なくとも１つの均熱区間と、を備える炉。
（項目９）
上記流体衝突装置は、約８，０００乃至約１２，０００フィート／分で、加熱流体媒質を供給することができる、項目８に記載の炉。
（項目１０）
上記流体衝突装置および上記ワークピースのうちの少なくとも１つは、所定の間隔で振動させることができる、項目８に記載の炉。
（項目１１）
上記衝突装置は、チャネリングダクトシステムによって提供されるノズルである、項目８に記載の炉。
（項目１２）
上記ワークピースを回転させるための回転機構、および上記ワークピースを反転させるための握持機構のうちの少なくとも１つをさらに備える、項目８に記載の炉。
（項目１３）
金属ワークピースを処理するためのシステムであって、
炉を含む熱処理ステーションであって、上記炉は、上記炉内のワークピースに加熱流体媒質を導くことができる、少なくとも１つの流体衝突装置を含む、少なくとも１つの高圧加熱区間を備える、熱処理ステーションと、
熱処理ステーションから下流の急冷ステーションと、を備えるシステム。
（項目１４）
上記熱処理ステーションから上流に配置されたプロセス制御温度ステーションをさらに備え、上記プロセス制御温度ステーションは、熱源と連通する温度検出装置を含み、上記温度検出装置および上記熱源が連通して、上記ワークピースの金属のプロセス制御温度に、またはこの温度より高く上記ワークピースの温度を保持する、項目１３に記載のシステム。
（項目１５）
上記プロセス制御温度は、上記ワークピースの温度が１分間下回ると、上記ワークピースの所望の特性を達成するために、１分を超える更なる熱処理を必要とする温度である、項目１４に記載のシステム。
（項目１６）
上記炉は、ワークピースのためのエントリ区間と、
上記エントリ区間内の温度測定装置と、
上記温度測定装置と連通する転送機構と、を含み、
上記温度測定装置によって排除温度を検出したときに、上記転送機構が、上記炉に入れる前に上記ワークピースを取り除く、項目１３に記載のシステム。
（項目１７）
入口、出口、およびそれらの間の砂の巡回経路を画定する複数のバッフルを含むチャンバと、
上記チャンバに熱を供給するための発熱体と、
上記砂に上記チャンバを通過させるための流動化空気分配装置と、を含む砂再生システムをさらに備える、項目１３に記載のシステム。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
添付図面を参照して本明細書を読み、理解することで、本発明の種々の目的、特徴、および利点が明らかになるだろう。図面に示される寸法は、本発明の一実施態様の一例だけを表すものである。「Ｚ」（例、Ｚ１、Ｚ２など）によって表されるセグメントは、複数の区間のある炉の個々の区間を表す。
【図１】本発明に従って熱処理することが可能な、例示的な鋳造の斜視図である。
【図２】本発明による例示的なシステムの平面図である。
【図３】図２の線Ａ−Ａに沿って示される例示的な熱処理炉の断面図である。
【図４】図２の線Ｂ−Ｂに沿って示される例示的なエージングオーブンの断面図である。
【図５】図２の線Ｃ−Ｃに沿って示される例示的なエージングオーブンの断面図である。
【図６】本発明による別の例示的なシステムの平面図である。
【図７】図６に示される例示的な炉の断面図である。
【図８】図６に示される例示的なエージングオーブンおよび冷却器の断面図である。
【図９】図６の線Ｄ−Ｄに沿って示される炉の「昇温」区間の断面図である。
【図１０】図６の線Ｅ−Ｅに沿って示される炉の「均熱」区間の断面図である。
【図１１】本発明に従って使用することが可能な、例示的な回転式ポスト注入処理システムの平面図である。
【図１２】図１１の例示的な熱処理炉の昇温区間またはエージングオーブンの断面図である。
【図１３】図１１の例示的な熱処理路の均熱区間またはエージングオーブンの断面図である。
【図１４】図１４Ａは、本発明に従って使用することが可能な、別の例示的な回転式熱処理炉の平面図である。図１４Ｂは、図１４ａの線Ｆ−Ｆに沿って示される炉の断面図である。図１４Ｃは、図１４ａおよび１４ｂの例示的な加熱区間のうちの１つの拡大図である。
【図１５】本発明の種々の側面によって使用することが可能な、例示的な砂再生プロセスの略図である。
【図１６】コア除去ユニットが炉を備える、例示的な統合したコア除去および砂再生システムの略図である。
【図１７】図１６に示される炉の断面図である。
【図１８】図１６に示される炉の一部の別の断面図である。
【図１９】図１８の線１９−１９に沿って示される炉の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
簡潔に説明すると、本発明は、１つ以上の金属ワークピースを処理するためのシステムに関するものである。ワークピースは、金属鋳造物、鍛造金属鋼片、または熱処理を必要とするか、またはその効果が得られる他の金属ワークピースであってよい。システムは、砂型または金属ダイ、また状況に応じて１つ以上の砂コアを使用して形成されるワークピースと、砂型、コア、または金属ダイを用いずに形成されるワークピースと、熱処理の前に砂型、コア、および／またはダイが取り除かれるワークピースの熱処理に使用することが可能である。本発明のシステムは、少なくとも１つの「昇温」区間を備えた熱処理炉を含む。システムは、熱処理および／または鋳型およびコアの除去中に、ワークピースを回転および反転させるための機構を含むことが可能である。
【０００６】
米国特許出願第６０／６２３，７１６号（２００４年１０月２９日出願）、および米国特許出願第６０／６６７，２３０号（２００５年４月１日出願）は、参照することによりその全体がここに組み込まれる。
【０００７】
（ワークピースの形成）
ホイール、または自動車用シリンダヘッドやエンジンブロックなどの金属ワークピースの形成に使用されるプロセスは、当業者に公知であり、本願明細書においてはその概要のみが記載される。
【０００８】
例えば、代表的な鍛造プロセスは、予備成形した金属ブランクに機械的な力を受けさせて、金属を所望の形状にさせることを伴う。インプレッションダイ（または「型打ち」）鍛造は、概して、所望の部分の形状を有する２つのダイの間で金属をプレスすることを伴う。冷間鍛造は、概して機械的な力を加えて、ほぼ周囲温度またはそれ以上で金属を変形させることを伴う。自由鍛造は、概して平坦な、非形状的（ｕｎｐｒｏｆｉｌｅｄ）ダイの使用を伴う。シームレスの圧延リング鍛造は、厚い円形の金属片に穴を開け、続けて圧延および絞りを行って薄いリングを作製することを伴う。
【０００９】
さらに別の例として、代表的な高圧鋳造プロセス（別名「溶湯鍛造」）は、溶融金属を２分割型加熱ダイの下半分に注入することを伴う。金属が凝固し始めたときに、ダイの上半分を閉じて冷却金属に圧力を加える。あまり圧力が高くないので、より精密な部品を形成することができる。
【００１０】
さらに別の例として、代表的な金属鋳造プロセスは、概して、溶融金属または金属合金を鋳型またはダイに注入して、鋳造物を形成することを伴う。溶融金属は、高圧下で、または低圧下（例、重力供給方式）でダイに注入することが可能である。形成すべき所望の鋳造物の外観の特徴は、鋳型またはダイの内面に提供される。鋳造物には、鋳型の除去、コアの除去（使用時）、熱処理、砂コアからの砂の再生（使用時）、および（時折）エージングといった、種々の処理ステップを組み合わせて行う。
【００１１】
金属鋳造プロセスに使用することが可能な様々な鋳型またはダイには、これに限定されないが、生型、精密砂型、半永久鋳型、永久鋳型、およびインベストメントダイが挙げられる。
【００１２】
一側面では、鋳型またはダイは、鋳鉄、鋼、または他の材料のような金属から形成することが可能な永久鋳型またはダイである。この側面では、鋳型またはダイは、そこから鋳造物を容易に取り除くためのクラムシェル型デザインとすることが可能である。別の側面では、鋳型が精密砂型であり、概して、フェノール樹脂または他の好適な有機または無機バインダ材料などのバインダと混合した、シリカ、ジルコン、他の砂、またはそれらを組み合わせたものなどの粒状材料から形成される。さらに別の側面では、鋳型は、砂およびバインダから、または鋼などの金属から、またはそれらを組み合わせたものから形成される半永久砂型である。
【００１３】
本発明のこの側面および他の側面では、１つ以上のコア（図示せず）を鋳型またはダイとともに使用して、鋳型内に中空キャビティおよび／または鋳造物の細部を形成することが可能である。コアは一般に、砂材料と、必要に応じて、または望ましい場合には、フェノール樹脂、フェノールウレタンの「コールドボックス」、または他の好適な有機または無機バインダ材料のような好適なバインダから形成される。
【００１４】
さらに別の側面では、鋳型は、インベストメントダイである。インベストメント鋳造プロセスは、一般に金属鋳型にワックスまたはプラスチックを注入することによって作成される、使い捨てパターンの使用を伴う。このパターンは、次いで、鋳型またはシェルを形成するために周囲温度で固化する耐火性スラリー（すなわち、シリカとバインダの水様性ペースト）を注入するか、またはこれに浸漬することによってコーティングされる。硬化後に、鋳型を反転させて、使い捨てパターン（ワックスまたはプラスチック）鋳型から溶出させる。この耐火性鋳型を完成させるために、１つ以上のセラミックコアを挿入することが可能である。インベストメント鋳造は、ほとんどの注入可能な金属または合金で行うことができる。
【００１５】
図１に示されるように、各鋳型またはダイ１１５は、概して複数の側壁１３５と、上部または頂部壁１４０と、下部または底部壁１４５とを備え、これらは溶融金属が注入される内部キャビティ１５０を画定する。内部キャビティ１５０には、鋳造物１２５の内部の形状を形成するための起伏パターンが形成される。注入口１５５は、各鋳型の側壁１３５、頂部壁１４０、または底部壁１４５に備えられ、内部キャビティ１５０と連通して溶融金属が鋳型に注入または導かれるようにする。得られる鋳造物１２５は、１つ以上の砂コアが使用される鋳型内に同様に形成される更なるコアアパーチャまたはアクセス口１６０とともに、鋳型１１５の内部キャビティ１５０の形状を有する。
【００１６】
加えて、鋳型は、溶融金属の貯蔵部としての機能を果たすように、１つ以上の押湯口（図示せず）を備える。これらの貯蔵部は、金属が冷えて液体から固体になるときの収縮によって形成される空隙を満たすように、余分の金属を供給する。注型品を鋳型から取り除くとき、開口部内の固化した金属は、突起または「押湯」（図示せず）として鋳造物に付着したままである。これらの押湯は不要であり、一般に機械的な手段によって取り除かれる。
【００１７】
加熱エアブロアまたは他の好適なガス燃焼ヒーター機構、電気ヒーター機構、流動床、またはそれらを組み合わせたものなどの加熱源または要素を、鋳型を予熱するために注入ステーションに隣接して備えることが可能である。一般に、鋳型は、鋳造物の形成に使用される金属または合金に基づいて、所望の温度まで予熱される。例えば、アルミニウムの場合は、鋳型を約４００℃乃至約６００℃の温度に予熱する場合がある。鋳造物を形成するために種々の金属合金および他の金属を予熱するのに必要な種々の余熱温度は、当業者に公知であり、また約４００℃乃至約６００℃以上および以下の様々な温度範囲を含めることができる。加えて、いくつかの鋳型のタイプでは、注入および凝固中の鋳型の劣化を防ぐために、より低い処理温度を必要とする。そのような場合、および金属の処理温度をより高くしなければならない場合は、誘導加熱のような好適な金属温度制御方法を用いることが可能である。
【００１８】
別様には、鋳型は、鋳型を加熱するための内部加熱源または要素を備えることが可能である。例えば、鋳造物を永久型金属ダイ内に形成する場合、そのダイは、鋳造物に隣接して形成された１つ以上のキャビティまたは流路を含むことが可能であり、ダイを加熱するための熱媒油のような加熱媒体を、ダイを介して受ける、および／または循環させる。その後、例えば約２５０℃乃至約３００℃のより低温の熱媒油または他の好適な媒体を、ダイを介して導くか、または循環させて、鋳造物を冷却して鋳造物を凝固させることが可能である。次いで、より高温の（例えば、約５００℃乃至約５５０℃に加熱した）熱媒油を、ダイを介して導いて、および／または循環させて冷却を停止させ、熱処理のために鋳造物の温度を均熱温度まで上昇させることが可能である。ダイの予熱および／またはダイへの加熱媒体の導入は、鋳造物の熱処理の開始に使用することが可能である。さらに、予熱によって、鋳造物の金属が熱処理温度に、またはその温度付近に保持され、溶融金属がダイに注入されて凝固して、熱処理のために以降の処理ステーションに送られるときの熱損失を最小限に抑える。必要に応じて、放射トンネルを介して鋳造物を運搬し、鋳造物の冷却を防いだり、最小限に抑えたりすることが可能である。
【００１９】
（ワークピースの処理）
本願明細書に開示される本発明の種々の側面は、あらゆるプロセスを使用して形成した多数のタイプのワークピースを処理するために使用できるものと理解されたい。
【００２０】
図２乃至１０は、本発明の種々の側面による例示的な処理システムを示す。システムは、状況に応じて１つ以上の砂コアを有する、砂型で形成されるワークピースの処理に使用することが可能である（図２乃至５）。別様には、システムは、砂型またはコアを使用せずに形成されるワークピースの処理に使用することが可能である（図６乃至１０）。さらに別様には、システムは、熱処理前に砂型およびコアを取り除いたワークピースの処理に使用することが可能である（図６乃至１０）。
【００２１】
図２は、熱処理炉２１０（「溶解炉」とも称する）と、急冷装置２１１と、エージングオーブン２１２と、冷却ユニット２１３と、を含む例示的な処理システム２００を示す。炉２１０、エージングオーブン２１２、および冷却ユニット２１３の間の移動は、システム２００の連続動作のために、ロボット手段または移動システム２１４によって補助される。ワークピース２１５は自動車のホイールとして示されているが、他のワークピースもここに考慮されるものと理解されたい。必要に応じて、図３乃至５に示されるような多段の「棚」または「スタック」システムは、炉２１０、オーブン２１２、および冷却ユニット２１３の容量を増加させるために使用することが可能である。炉およびオーブンを介して構成要素を運搬するための機構は、当業者に公知のバスケットまたはラックシステムを含むことが可能である。別様には、鎖２１６、ローラー、移動ビーム、または他の類似した機構のような、直接接触する運搬機構を用いることが可能である。
【００２２】
一般に、ワークピースの形成ステーションから熱処理ステーションまたは炉への移動中、および特にワークピースを適切な時間移動させなくてもよい場合、ワークピースを鋳造場または金属処理施設の周囲環境に晒すことが可能である。その結果、ワークピースは、溶融または半溶融温度から急速に冷却されやすくなる。ワークピースが凝固できるようにするためにはいくらかの冷却が必要であるが、ワークピースの金属が冷却されたときに、本願明細書において「プロセス制御温度」または「プロセス臨界温度」と称される温度または温度範囲以下に到達すると、ワークピースを熱処理温度まで上昇させてかつ熱処理を実行するのに必要な時間が著しく増加することが発見されている。一側面では、あるタイプの金属では、ワークピースがそのプロセス制御温度を１分間下回ると、得られる所望の特性を達成するために、１分を超える更なる熱処理時間が必要であることがわかった。したがって、例えば、ワークピースの金属がわずか１０分間プロセス制御温度を下回ったとしても、１０分を超える更なる熱処理時間が必要となる場合がある。例えば、あるタイプの金属では、ワークピースがそのプロセス制御温度を１分間下回ると、所望の結果を達成するために、少なくとも約２分の余分な熱処理時間が必要であることがわかった。別の例として、あるタイプの金属では、ワークピースがそのプロセス制御温度を１分間下回ると、所望の結果を達成するために、少なくとも約３分の余分な熱処理時間が必要であることがわかった。さらに別の例として、あるタイプの金属では、ワークピースがそのプロセス制御温度を１分間下回ると、所望の結果を達成するために、少なくとも約４分の余分な熱処理時間が必要であることがわかった。この例では、例えば、ワークピースの金属がわずか１０分間プロセス制御温度を下回ると、所望の物理的特性を達成するために、４０分を超える更なる熱処理時間が必要となる場合がある。一般に、多くのワークピースは、所望の熱処理硬化を達成するために、２乃至６時間、場合によってはさらに長く熱処理を行わなければならない。これによって、より多くのエネルギを利用するので、より多くの熱処理コストがかかることになる。
【００２３】
当業者は、本発明によって処理されるワークピースのプロセス制御温度が、ワークピースに使用される特定の金属および／または合金、ワークピースのサイズおよび形状、および多数の他の因子によって変化するものと理解されるだろう。
【００２４】
一側面では、いくつかの合金または金属に対するプロセス制御温度を、約４００℃とすることが可能である。別の側面では、プロセス制御温度を、約４００℃乃至約６００℃とすることが可能である。別の側面では、プロセス制御温度を、約６００℃乃至約８００℃とすることが可能である。さらに別の側面では、プロセス制御温度を、約８００℃乃至約１０００℃とすることが可能である。さらに別の側面では、いくつかの合金または金属（例、鉄）に対するプロセス制御温度を、約１０００℃乃至１３００℃とすることが可能である。ある特定の例では、アルミニウム／銅合金のプロセス制御温度を、約４００℃乃至約４７０℃とすることが可能である。この例では、プロセス制御温度は、概して大部分の銅合金の溶体化熱処理温度以下であり、一般的に約４７５℃乃至約４９５℃である。本願明細書には特定の例が記載されているが、ワークピースに使用される特定の金属および／または合金、ワークピースのサイズおよび形状、および多数の他の因子に基づいて、プロセス制御温度をあらゆる温度とすることが可能であると理解されるだろう。
【００２５】
ワークピースの金属が所望のプロセス制御温度の範囲内にあるとき、ワークピースは、一般に、十分に冷却されて要求どおりに凝固する。しかし、ワークピースの金属が、そのプロセス制御温度を下回る冷却が可能な場合、ワークピースは、例えば、アルミニウム／銅合金に対して約４７５℃乃至約４９５℃、またはアルミニウム／マグネシウム合金に対して約５１０℃乃至５７０℃の、所望の熱処理温度に到達させるために、ワークピースの金属がプロセス制御温度より低温に１分間冷却されると、例えば１分を超える加熱時間を必要とする場合があることがわかった。したがって、短時間であってもワークピースをそのプロセス制御温度より低温に冷却した場合、適切かつ完全にワークピースを熱処理するのに必要な時間が著しく増加する場合がある。加えて、複数のワークピースが単一のバッチ内の熱処理ステーションを介して処理されるバッチ処理システムでは、ワークピース全体のバッチに対する熱処理時間が、概して、そのバッチ内で最も低い温度のワークピースに必要な熱処理時間に基づくということを認識されたい。その結果、バッチ内の処理されるワークピースのうちの１つが、例えば約１０分間、そのプロセス制御温度より低い温度に冷却された場合、一般に、全てのワークピースが適切かつ完全に熱処理されるようにするために、バッチ全体には、例えば少なくとも４０分間の熱処理が必要になる。
【００２６】
従って、本発明の種々の側面は、（鋳型内または鋳型から分離した）ワークピースを注入ステーションから熱処理ステーションまたは炉まで移動および／または運搬させるように構成され、一方で、金属のプロセス制御温度以上であるが、ワークピースの凝固を可能にするために、その所望の熱処理温度以下の温度で、溶融金属の冷却を停止するように構成されたシステムを目的とする。したがって、本発明の種々の側面は、ワークピースを実質的にプロセス制御温度以上に確実に保持するために、ワークピースの温度を監視するためのシステムを含む。例えば、熱電対または他の類似した温度検出装置またはシステムをワークピース上に、またはこれに隣接して配置するか、あるいはワークピースの注入ステーションから熱処理炉への移動経路に沿って離れた場所に配置して、実質的に連続的な監視を提供することができる。別様には、十分に頻繁であると判断される間隔での定期的な監視を行うことも可能である。当該の装置は、温度測定または検出装置および熱源が協働して、ワークピースの温度を、実質的にそのワークピースの金属のプロセス制御温度以上に保持することが可能であるように、熱源と連通させることが可能である。ワークピースの温度は、ワークピース上またはその中の１つの特定の位置で測定するか、ワークピース上またはその中の複数の位置の温度を測定することによって計算した平均温度とするか、または特定の用途の必要性または要求に応じた他の態様で測定することが可能であると理解されるだろう。したがって、例えば、ワークピースの温度は、ワークピース上またはその中の複数の位置で測定することが可能であり、温度の値全体は、検出された最低温度、検出された最高温度、検出された中央温度、検出された平均温度、またはそれらの変化を組み合わせたものであると計算または判断することが可能である。
【００２７】
加えて、熱処理炉への投入の前に、ワークピースを、入口または排除区間を通過させることが可能であり、その区間では、各ワークピースの温度を監視して、ワークピースが必要とされる温度まで冷却されたかどうかを判断し、また熱処理温度まで温度を上昇させるための過剰量のエネルギを判断する。投入区間は、種々の図を通じて概ね示されているように、プロセス制御温度ステーション内に含めるか、または別個の区間とすることが可能である。ワークピースの温度は、熱電対のようなあらゆる好適な温度検出または測定装置によって測定して、ワークピースの温度が、予め設定した、または所定の排除温度に到達したか、またはそれを下回ったかどうかを判断することが可能である。一側面では、所定の排除温度は、ワークピースの金属に対するプロセス制御温度より低い温度（例、約１０℃乃至約２０℃）とすることが可能である。別の側面では、所定の排除温度は、熱処理炉またはオーブンの熱処理温度より低い温度（例、約１０℃乃至約２０℃）とすることが可能である。ワークピースが所定の温度以下の温度まで冷却された場合、制御システムは、移動または除去機構に排除信号を送信することが可能である。不良状態または信号の検出に応えて、対象のワークピースを更なる評価のために識別するか、または移動ラインから取り除くことが可能である。ワークピースは、これに限定されないが、ロボットアームまたは他の自動装置を含む、あらゆる好適な機構または装置によって取り除くか、またはオペレータが手動で取り除くことが可能である。
【００２８】
上述のように、ワークピースの温度は、ワークピース上またはその中の１つの特定の位置で測定するか、ワークピース上またはその中の複数の位置の温度を測定することによって計算した平均温度とするか、または特定の用途の必要性または要求に応じた他の態様で測定することが可能であると理解されるだろう。したがって、例えば、ワークピースの温度は、ワークピース上またはその中の複数の位置で測定することが可能であり、温度の値全体は、検出された最低温度、検出された最高温度、検出された中央温度、検出された平均温度、またはそれらの変化を組み合わせたものであると計算または判断することが可能である。
【００２９】
鋳型を使用する場合、その鋳型を予熱して、金属の温度を所定のプロセス制御温度に、またはそれ以上に保持することを補助することが可能である。加えて、または代替的に、注入または形成ステーションを熱処理炉に隣接して配置して、鋳型が注入ステーションから炉に移動されるときの、鋳型および／またはワークピースの温度の損失を制限することが可能である。さらに、温度停止チャンバ、放射トンネル、または他のデバイスまたはシステムを炉への入口またはその近くで使用して、金属の温度をプロセス制御温度以上に保持することが可能である。ワークピースの温度をプロセス制御温度以上に保持することの利点は、米国特許出願第１０／０５１，６６６号に詳述されており、参照することによりその全体が本願明細書に組み込まれる。しかし、いくつかのプロセスでは、所定のプロセス制御温度未満で、ワークピースを熱処理炉に投入する場合がある。
【００３０】
必要に応じて、任意の外部砂型の全てまたは一部を、炉への投入前に取り除くことが可能である。砂型を取り除くための様々な技術は、米国特許第６，６２２，７７５号に記載されており、参照することによりその全体が本願明細書に組み込まれる。鋳型を取り除くための更なる技術は、米国特許出願第１０／６１６，７５０号に記載されており、参照することによりその全体が本願明細書に組み込まれる。業界において公知の他の機械的な技術（彫刻、振動など）も、ここに考慮される。取り除いた砂型は、以下に詳述するように、砂リクレーマに転用することが可能であり、砂は、再使用のために浄化するか、または再生のために炉に堆積させる。
【００３１】
図２を参照する。炉２１０およびエージングオーブン２１２は、それぞれ１つ以上の高圧加熱区間（「昇温」区間）２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃ、２１８ｄ、２１８ｅを組み込むことが可能であり、従来の大量の通気ではなく（またはこれに加えて）、各ワークピース２１５への局所的な有向の高圧流体流を提供する。使用されるワークピースのタイプに基づいて、高圧加熱は、種々の利点を提供することができる。
【００３２】
例えば、いかなる鋳型またはコアも使用されない場合（または取り除かれた場合）、本発明のシステムは、熱処理時間を２０％も減じることがわかった。加えて、ワークピースでの流体の高圧衝突は、型抜きおよび／またはコア抜きの時間、および全体の熱処理時間が減じることがわかった。鋳型／コアが可燃性の組成を用いて形成される場合、流体媒質は、酸素を加えてバインダの燃焼を活性化させることによって、鋳型／コアの除去も向上させる。鋳型／コアが無機または有機水溶性組成物から形成される場合、加圧流体媒質は、鋳型／コアへの加圧流体の直接接触（吹き付け）の反応による除去を支援する。さらに、媒体の実際の「強力な」力は、ワークピースから鋳型および／またはコアの一部を取り除くことによって、鋳型および／またはコア組成物の除去を支援することができる。一例として、これに限定されないが、１つ以上のノズルをワークピースの２インチ以内に配置することによって、ワークピース周辺に保持された砂を５０％も減じることが可能である。熱処理時間は、特定のバインダ組成物によってさらに減じることができると考えられる。
【００３３】
図３および４は、それぞれ熱処理炉２１０内の例示的な昇温区間２１８ａ、２１８ｅと、図２のエージングオーブン２１２とを示す。昇温区間２１８ａ、２１８ｅは、ワークピース２１５の流体の流れを導くための流体チャネリングダクトシステム２１９、２１９’を含む。システムは、１つ以上のバーナー２２０、２２０’によって加熱することが可能な空気または他の流体の供給を含む。チャネリングダクトシステム２１９、２１９’は、要素２２１、２２１’で示される１つ以上のオリフィス、スロット、ノズル、衝突管、または当業者に公知の流体循環装置またはシステム（集合的に「衝突装置」）を経て、ワークピースに空気を導く。チャネリングダクトシステムは、ワークピースの公知の位置に対応する所定の配列に向けられた、１つ以上のオリフィス、スロット、ノズル、または衝突管を備えた昇熱区間を通じて逐次的に配置された、複数の区間またはステーションを含むことが可能である。各ステーションは、電子制御システムを介してリモートで制御することが可能である。
【００３４】
これに限定されないが、流体媒質をワークピースに衝突させるのに必要な実際の距離、流体媒質の流れのパターンのデザイン、および他の流れのパラメータを含む、ノズル、スロットなどの位置およびデザインは、ワークピースのタイプおよびサイズに依存する。
【００３５】
本発明の一側面によれば、少なくとも１つのノズルまたは他の衝突装置は、直径約１／８インチ幅乃至６インチ幅の開口部を有することが可能である。一側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約１／８インチ幅の開口部を有する。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約１／４インチ幅の開口部を有する。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約３／８インチ幅の開口部を有する。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約１／２インチ幅の開口部を有する。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約５／８インチ幅の開口部を有する。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約３／４インチ幅の開口部を有する。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約７／８インチ幅の開口部を有する。他の衝突装置の開口幅がここに考慮される。
【００３６】
更なる一側面では、少なくとも１つの衝突装置は、直径約１インチ幅未満の開口部を有する。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約２インチ幅未満の開口部を有する。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約３インチ幅未満の開口部を有する。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約４インチ幅未満の開口部を有する。更なる一側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約５インチ幅未満の開口部を有する。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、約６インチ幅未満の開口部を有する。本願明細書には、特定の衝突装置の開口幅および幅の範囲が述べられているが、本発明に従ってあらゆる好適な衝突装置の直径を使用して、所望の結果を達成することが可能であると理解されるだろう。したがって、他の口直径がここに考慮される。
【００３７】
本発明の別の側面によれば、少なくとも１つのノズルまたは他の衝突装置を、ワークピースから約０．５インチ乃至約１０インチに配置して、鋳型、ワークピース、および／またはコア上およびその周辺に衝突させるか、または噴射することが可能である。一側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約１乃至約８インチにある。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約２乃至約６インチにある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約１．５乃至約３インチにある。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約３乃至約７インチにある。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約４乃至約９インチにある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約１乃至約４インチにある。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約２乃至約５インチにある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約０．５乃至約６インチにある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約１乃至約４インチにある。
【００３８】
例えば、一側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約１０インチにある。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約９インチにある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約８インチにある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約７インチにある。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約６インチの周にある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約５インチにある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約４インチにある。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約３インチにある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約２インチにある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約１インチにある。
【００３９】
さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約１０インチ未満にある。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約９インチ未満にある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約８インチ未満にある。更なる一側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約７インチ未満にある。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約６インチ未満にある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約５インチ未満にある。更なる一側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約４インチ未満にある。別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約３インチ未満にある。さらに別の側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約２インチ未満にある。更なる一側面では、少なくとも１つの衝突装置は、ワークピースから約１インチ未満にある。本願明細書には、様々な距離の範囲が記載されているが、必要に応じて各衝突装置を配置して所望の結果を達成することが可能であると理解されるだろう。したがって、多数の他の可能な位置がここに考慮される。
【００４０】
流体媒質は、概して、毎分約４，０００乃至４０，０００フィート（ｆｔ／分）の放出速度で、ワークピースに供給することが可能である。一側面では、流体媒質は、衝突装置から約４，０００乃至約２０，０００ｆｔ／分の速度で放出される。別の側面では、流体媒質は、衝突装置から約８，０００乃至約２５，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から約６，０００乃至約１５，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から約１５，０００乃至約３０，０００ｆｔ／分の速度で放出される。更なる一側面では、流体媒質は、衝突装置から約５，０００乃至約１２，０００ｆｔ／分の速度で放出される。１つの特定の側面では、流体媒質は、衝突装置から約１０，０００ｆｔ／分の速度で放出される。別の側面では、流体媒質は、衝突装置から約７，０００乃至約１３，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から約１８，０００乃至約２２，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から約９，０００乃至約１４，０００ｆｔ／分の速度で放出される。更なる一側面では、流体媒質は、衝突装置から約５，０００乃至約１７，０００ｆｔ／分の速度で放出される。
【００４１】
一側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約４，０００ｆｔ／分の速度で放出される。別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約５，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約６，０００ｆｔ／分の速度で放出される。別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約７，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約８，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約１０，０００ｆｔ／分の速度で放出される。別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約１１，０００ｆｔ／分の速度で放出される。更なる一側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約１２，０００ｆｔ／分の速度で放出される。別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約１３，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約１４，０００ｆｔ／分の速度で放出される。別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約１５，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約１６，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約１７，０００ｆｔ／分の速度で放出される。別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約１８，０００ｆｔ／分の速度で放出される。更なる一側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約１９，０００ｆｔ／分の速度で放出される。別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約２０，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約２５，０００ｆｔ／分の速度で放出される。別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約３０，０００ｆｔ／分の速度で放出される。さらに別の側面では、流体媒質は、衝突装置から少なくとも約３５，０００ｆｔ／分の速度で放出される。本願明細書には、様々な速度および速度の範囲が記載されているが、本発明に従って他の速度を使用して所望の結果を達成することが可能であると理解されるだろう。したがって、多数の他の速度およびその範囲がここに考慮される。
【００４２】
流体媒質は、概して、ノズルまたは他の衝突装置から、約５０乃至５００立法フィート／分／フィート（ｓｃｆｍ／ｆｔ）の流量でワークピースに供給することが可能である。一側面では、流体媒質は、約５０乃至約１００ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、約１００乃至約１５０ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、約１５０乃至約２００ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、約２００乃至約２５０ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、約２５０乃至約３００ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、約３００乃至約３５０ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、約３５０乃至約４００ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、約４００乃至約４５０ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、約４５０乃至約５００ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。１つの特定の側面では、流体媒質は、約２５０ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。
【００４３】
別の側面では、流体媒質は、少なくとも約２５ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約５０ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、少なくとも約７５ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、少なくとも約１００ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。更なる一側面では、流体媒質は、少なくとも約１２５ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、少なくとも約１５０ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約１７５ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約２００ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、少なくとも約２２５ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。更なる一側面では、流体媒質は、少なくとも約２５０ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、少なくとも約２７５ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約３００ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約３２５ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、少なくとも約３５０ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約３７５ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約４００ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、少なくとも約４２５ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約４５０ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、少なくとも約４７５ｓｃｆｍ／ｆｔの流量でワークピースに供給される。本願明細書には、様々な流量および流量の範囲が記載されているが、本発明に従って他の流量を使用して所望の結果を達成することが可能であると理解されるだろう。したがって、多数の他の流量およびその範囲がここに考慮される。
【００４４】
流体媒質は、概して、約３乃至約２０水柱インチ（インチＷＣ）の圧力でワークピースに供給することが可能である。一側面では、流体媒質は、約５乃至約１２インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、約５乃至約８インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、約９乃至約１２インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、約３乃至約６インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。
【００４５】
別の側面では、流体媒質は、少なくとも約３インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約４インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約５インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、少なくとも約６インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約７インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約８インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約９インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。別の側面では、流体媒質は、少なくとも約１０インチＷＣの圧力でワークピースに供給される。さらに別の側面では、流体媒質は、少なくとも約１１インチＷＣの圧力で、ワークピースに供給される。本願明細書には、様々な圧力および圧力の範囲が記載されているが、本発明に従って他の圧力を使用して所望の結果を達成することが可能であると理解されるだろう。したがって、多数の他の圧力およびその範囲は、ここに考慮される。
【００４６】
必要に応じて、流体をワークピースの特定の部分に導いて、必要な場合に流体の流れを局所化することが可能である。加えて、必要に応じて、流体をワークピースの１つ以上の表面に導いて、衝突流体の作用を高めることが可能である。
【００４７】
ワークピースまたは衝突装置のいずれかまたは両方を、振動、回転させるか、またはランダムにあるいは所定の間隔または更なる流体媒質の衝突を達成するような間隔で移動させることによって、プロセスの効率を向上させることが可能である。ワークピースまたは衝突装置は、一般に最高約４０ｆｔ／分のレートまたは速度で移動させることが可能である。一側面では、ワークピースまたは衝突装置は、約０．５乃至５ｆｔ／分で振動、回転、または移動させることが可能である。さらに別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、約５乃至１０ｆｔ／分で振動、回転、または移動させることが可能である。さらに別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、約１０乃至１５ｆｔ／分で振動、回転、または移動させることが可能である。別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、約１５乃至２０ｆｔ／分で振動、回転、または移動させることが可能である。さらに別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、約２０乃至２５ｆｔ／分で振動、回転、または移動させることが可能である。さらに別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、約２５乃至３０ｆｔ／分で振動、回転、または移動させることが可能である。別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、約３０乃至３５ｆｔ／分で振動、回転、または移動させることが可能である。更なる一側面では、ワークピースまたは衝突装置は、約３５乃至４０ｆｔ／分で振動、回転、または移動させることが可能である。本願明細書には、様々な移動速度およびその範囲が記載されているが、本発明に従って他の移動速度を使用して所望の結果を達成することが可能であると理解されるだろう。したがって、多数の他の速度およびその範囲がここに考慮される。
【００４８】
ワークピースまたは衝突装置を振動させる場合、ワークピースまたは衝突装置は、それが移動する各方向に、例えば約３乃至３６インチの距離を変位させることが可能である。一側面では、ワークピースまたは衝突装置は、それが移動する各方向に、約３乃至約５インチの距離を変位される。別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、それが移動する各方向に、約７乃至約１０インチの距離を変位される。さらに別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、それが移動する各方向に、約１０乃至約１５インチの距離を変位される。別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、それが移動する各方向に、約１５乃至約２０インチの距離を変位される。さらに別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、それが移動する各方向に、約２０乃至約２５インチの距離を変位される。さらに別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、それが移動する各方向に、約２５乃至約３０インチの距離を変位される。別の側面では、ワークピースまたは衝突装置は、それが移動する各方向に、約３０乃至約３６インチの距離を変位される。本願明細書には、多数の変位距離が記載されているが、ワークピースまたは衝突装置は、所望の距離（例えば、ワークピースの寸法に実質的に等しい距離）の達成に必要な距離を変位させることが可能であると理解されるだろう。したがって、多数の他の変位距離がここに考慮される。
【００４９】
振動サイクルを完了するのに必要な時間は、概して約２秒乃至約１０分とすることが可能である。一側面では、振動サイクルは、約５秒乃至約１分である。別の側面では、振動サイクルは、約２乃至約２０秒である。さらに別の側面では、振動サイクルは、約２０乃至約４０秒である。さらに別の側面では、振動サイクルは、約４０秒乃至約１分である。別の側面では、振動サイクルは、約１乃至約３分である。さらに別の側面では、振動サイクルは、約３乃至約６分である。さらに別の側面では、振動サイクルは、約６乃至約１０分である。本願明細書には、特定の振動サイクルが記載されているが、必要に応じて他の振動サイクルを使用して所望の結果を達成することが可能であると理解されるだろう。したがって、多数の他の振動サイクル時間がここに考慮される。
【００５０】
本発明に従って使用される流体媒質の温度は、概して約４００℃乃至約６００℃とすることが可能である。一側面では、流体媒質の温度は、約４５０℃乃至約５５０℃である。別の側面では、流体媒質の温度は、約４９０℃乃至約５４０℃である。さらに別の側面では、流体媒質の温度は、約４２５℃乃至約６００℃である。さらに別の側面では、流体媒質の温度は、約４７５℃乃至約５７５℃である。別の側面では、流体媒質の温度は、約４５０℃乃至約５００℃である。さらに別の側面では、流体媒質の温度は、約５００℃乃至約５５０℃である。本願明細書には、特定の温度が記載されているが、必要に応じて他の温度を使用して所望の結果を達成することが可能であると理解されるだろう。したがって、多数の他の流体媒質の温度がここに考慮される。
【００５１】
図３に示されるように、コアの有無に関わらずにワークピースを砂型で形成する場合、ワークピースから鋳型および／またはコアの一部を取り除いて砕いたときに、例えば上述したように、その小塊は、以降の再生および再利用のためにホッパー２２２に収集される。
【００５２】
再び図２を参照する。炉２１０および／またはエージングオーブン２１２は、従来の空気循環システムを用いた１つ以上の「均熱区間」２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃを含む。例えば、炉は、その後に１つ以上の均熱区間が続く、１つ以上の昇温区間を含むことが可能である。図５は、昇温区間の後に使用することが可能な、バッフル２２６および再循環ファン２２８のシステムを備えた従来の質量流システムを備えた例示的な「均熱区間」を示す。
【００５３】
図６乃至１０は、本発明による別の例示的なポスト注入処理システム３００を示す。図６のシステムは、図２乃至５の説明に従って構成されて機能する構成要素（例、複数の炉３１０、エージングオーブン３１２、冷却器３１３）を含む。しかし、種々の構成要素のレイアウトは、図２のそれと異なる。
【００５４】
図６の例示的なシステムは、熱処理炉３１０内の昇温区間３１４および均熱区間３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃ、３１６ｄ、３１６ｅ、ならびにエージングオーブン３１２内の昇温区間３１４ａ’、３１４ｂ’とともに示されている。図６乃至１０に示されるシステムは、例えば、砂型を用いずにワークピースを形成する場合、または熱処理炉に投入する前に鋳型とコアが取り除かれる場合に用いることが可能である。図３の要素２２２に示されるような砂型の収集ホッパーは必要でないかもしれないが、システムは、砂型によって形成されるワークピースに対応できるように、当該のホッパーを含めることが可能である。
【００５５】
当業者は、本発明が線形（直線）流炉に関連して記載および説明されているが、他のデザインの炉およびオーブンを使用することも可能であると理解されるだろう。例えば、図１１乃至１４に示されるように、本発明は、「回転式」処理システムとともに使用することが可能である。図１１に示されるように、回転式路システム４００は、概して、それぞれがワークピース４１６を保持および移動するための回転可能な炉床４１４、４１４’をふくむ、熱処理炉４１０と、エージングオーブン４１２とを備える。炉４１０は、一般に、ワークピース４１６を炉４１０内に配置できるようにする外部周囲壁４２０内の入口４１８と、内部周囲壁４２４上の出口４２２とを含む。必要に応じて、入口４１８を注入ステーション（図示せず）に隣接させて、炉４１０への移動中の熱損失を最小限に抑えることが可能である。各回転式炉およびオーブンは、ロボット手段または他の移動運搬システムによって、別の回転式炉、オーブン、または他の処理ステーションに接続することが可能である。一側面では、ロボット手段または運搬システムでは、各回転式炉またはオーブン内の一組の、および／または登録可能な位置に構成要素を配置する。
【００５６】
ワークピースは、環状チャンバ内の炉床４１４ａ、４１４ｂを回転させることによって、回転式熱処理炉４１０およびエージングオーブン４１２内を移動する。炉床は、連続的に、またはインデックスをつけた位置を通して回転させて、部品の受け取りまたは排出を行うか、またはこれを停止させることが可能である。さらに、炉床は、流体媒質がワークピースの表面を移動できるように、またプロセスの効率を補助するように、十分な期間ワークピース（またはノズル）の振動を停止させることが可能である。
【００５７】
移動を容易にするために、炉床は、例えば、炉床の下面上の円形トラックの上を動くホイール上に支持される。炉床は、例えば、遊星歯車（ラチェット機構）に沿って炉床を押したり引いたりする、歯車駆動のアクチュエータによって移動する。駆動機構は、加速、通常の運転速度、減速といった炉床の動きを調整するための速度制御を含み、炉床を振動させるために使用して、炉およびオーブンの内部ノズルから構成要素への更なる流体媒質の衝突を達成することが可能である。移動可能な炉床および炉の内側と外側の壁に沿ってシールを設けて、熱または流体の漏れを防ぐことが可能である。
【００５８】
図１２および１３に示されるように、可動炉床は、例えばラックまたは棚システム４２６、４２６’を含み、複数のレベルのワークピースをシステムを介して装填および処理できるようにすることが可能である。ワークピースがラックシステム内に装填されると、それぞれの炉またはエージングオーブンの外周と同心の経路上で、角（円）運動（０°乃至３６０°）によって、炉を介してラックシステム上を運搬される。１つ以上のプッシャ、アクチュエータ、または駆動装置は、回転式炉床を移動させるために使用することが可能である。
【００５９】
熱処理炉４１０および／またはエージングオーブン４１２は、１つ以上の昇温区間４２８と、１つ以上の均熱区間４３０とを含むことが可能である。昇温区間および均熱区間は、上述のものと類似した構成を有するか、または各ワークピースに流体を直接衝突させるような、他の好適な様態に構成することが可能である。図１２は、図１１の熱処理炉またはエージングオーブン４１２の例示的な昇温区間４２８内の複数のワークピース４３２を示す。空気ノズル４３４は、ワークピース４３２の近傍に配置されて、ワークピースに空気または他の流体を直接衝突させる。図１３は、図１１の熱処理炉４１０またはエージングオーブン４１２の例示的な均熱区間４３０内の複数のワークピース４３２を示す。
【００６０】
図１４ａ乃至１４ｃは、本発明に従って使用することが可能な、別の例示的な回転式熱処理炉を示す。炉５１０は、ワークピース５１４を出し入れする開口部５１２と、熱処理が完了してワークピースが取り除かれるまで、種々の区間を通してワークピース５１４を支持および移動するための回転可能な炉５１６とを含む。図１４ａに示される炉５１０は、複数の加熱区間５１８ａ、５１８ｂ、５１８ｃ、５１８ｄ、５１８ｅ、５１８ｆ、５１８ｇを含む。図１４ｂに示されるように、種々の区間は、上述の加熱区間と同様に、それぞれ類似した様態で構成され、ダクト５２０を介して導かれワークピース５１４の各部に衝突させる流体源（例、空気）を含む。しかし、１つ以上の区間（例、区間５１８ａ、５１８ｂ）は、必要に応じて、より高い温度で動作させて、所望の熱処理の結果を達成することが可能である。図１４ｃに最良に示されるように、ワークピース５１４の垂直支持材５２４および水平支持材５２６が格子またはメッシュなどの浸透性の材料から形成される、上述のような棚システム５２２にワークピース５１４を配置することが可能である。該当する場合には、砂型および／またはコアの小塊がワークピースから落下するときに、更なる燃焼のために、空気の流れで固定流動床５２８にその小塊を押し流す。流動床５２８からの熱は、空気冷却装置に取り込まれて、ワークピースの表面への衝突に使用される。
【００６１】
状況に応じて、炉および／またはエージングオーブンは、ワークピースを回転および／または反転させて、ワークピースの種々の面または表面をダクトまたはノズルに近づけさせることができる、という機能を含む。加えて、ワークピースを反転させることによって、あらゆる遊離した砂およびバインダ（使用した場合）をワークピースから落下させることができる。
【００６２】
一側面では、棚またはスタックシステムは、ワークピースに取り付けられるクランプまたはメカニズム（図示せず）を含む炉内に、少なくとも部分的に回転機構を含む。必要に応じて、クランプを押湯に取り付けて、ワークピースへの損傷を防ぐことが可能である。クランプは、サドル内でワークピースを持ち上げて反転させる機械的な装置に取り付けることが可能である。その際に、コアから遊離したあらゆる砂を、ワークピースから落とすことができる。ワークピースを所定の時間、または所定の間隔で回転させて、熱処理および／またはワークピースからのコアの除去を促進することが可能である。
【００６３】
別の側面では、炉は、ワークピースを取り扱うための少なくとも１つの爪または握持装置を含む。この爪は、ワークピースに接触して十分な圧力を加えて、ワークピースを持ち上げて移動させて、炉内にワークピースを配置できるようにする、複数の機械的な「指」を含むことが可能である。加えて、爪は、コアから遊離した砂をワークピースから落とすことができるように、ワークピースを握持して反転させることができる機能を含むことが可能である。爪は、ワークピース全体を握持するか、または例えば押湯によってワークピースを握持するために使用することが可能である。該当する場合には、バインダが燃焼してコアがワークピースから外れたときに、爪には、ワークピースへの握持を自動的に強める機能を提供することが可能である。爪はロボットであってよく、所望の熱処理時間または温度で、ワークピースを１つずつ移動させるようにプログラムすることが可能である。爪は、同様に、または代わりに、必要または要求に応じてオペレータが特定のワークピースを手動で移動させることができるように、電子制御を介して手動で制御することが可能である。
【００６４】
さらに別の側面では、ワークピースは、炉に投入される前にサドルに配置される。サドルは、概して、金属材料から形成され、露出したコア開口部またはアクセス口でワークピースを受ける、チャンバまたは容器を画定する基部および一連の側壁を有する。サドルは、ワークピースを固定するための装置を含むことが可能であるので、サドル内のワークピースを回転および反転させて、遊離したコア材料をワークピースから落下させることができる。ワークピースを固定するための装置は、必要に応じて、例えばブラケット、クランプ、タイ、ストラップ、またはそれらを組み合わせたものなどの好適な装置とすることが可能である。サドル内にワークピースを固定するための他のデバイスがここに考慮される。
【００６５】
状況に応じて、本願明細書に記載されているか、またはここに考慮される側面のうちのいずれかでは、遊離したコア材料のワークピースからの落下をさらに補助するために、揺動または振動機構を備えることが可能である。一バリエーションでは、揺動または振動機構をワークピース上の押湯に導入することによって、ワークピースへの損傷を最小限に抑えたり防いだりする。
【００６６】
再び図１１を参照する。ワークピース４１６を取り除く準備ができたときに、別のロボット手段または移動運搬システムを使用して、ワークピースを急冷ステーションまたはユニット４１７に運搬することが可能であり、出口４２２に隣接した炉４１０に囲まれた中央の開放領域４１８に配置することが可能である。一側面では、急冷媒体は、例えば毎秒約１０乃至５００フィート（ｆｔ／秒）（例、約２００ｆｔ／秒）で、ワークピースに供給される空気とすることが可能である。別の側面では、急冷媒体は、例えば最高約５０ｆｔ／秒（例、約１０ｆｔ／秒）で、ワークピースに供給される水とすることが可能である。さらに別の側面では、急冷媒体は、静止流（０ｆｔ／秒の速度）とすることが可能である。さらに別の側面では、急冷媒体を組み合わせて使用することが可能である。他のクエンチ媒体および速度がここに考慮される。
【００６７】
急冷プロセスが終了した後に、別の（または同じ）ロボット手段４２４または移動運搬システムを使用して、同じく炉４１０に囲まれた中央の開放領域４１８に配置することが可能な回転式エージングオーブン４１２へ、ワークピース４１６を配置することが可能である。回転式エージングオーブン４１２は、入口４２６および出口４２８が、同一の外周（内壁または外壁）に存在しうること以外は、回転式熱処理炉４１０と類似している。加えて、エージングオーブンの直径は、一般に炉の直径未満である。しかし、回転式熱処理炉と回転式エージングオーブンとの相対的サイズは、所与の用途によって異なる場合がある。例えば、熱処理時間よりも長いエージング時間（例えば、３０乃至６０分の熱処理および３時間のエージング）に対応するために、回転式エージングオーブンの外周を回転式熱処理炉よりも大きくすることが可能である。
【００６８】
別のロボット手段または移動運搬システム４３０は、ワークピース４１６をエージングオーブン４１２から取り除き、それらを冷却ユニット４３２に配置して熱処理プロセスを完了させるために使用することが可能である。冷却ユニットは、例えば、ワークピースをチャンバを通過させてローラー炉床またはベルトコンベア上に移動させるときに、ワークピース周辺に吹き出される循環空気を使用する。冷却は、作業者が取り扱えるようにワークピースの温度が十分に下がるまで継続される。図１１に示される一側面では、冷却ユニット４３２の開口部は、エージングオーブン４１２に隣接して配置され、出口４３４が回転式熱処理炉４１０の周辺壁の外側にあるように、回転式熱処理炉の外部の螺旋状の経路に続けることが可能である。冷却ユニットの移動方向は、上述のように、回転式熱処理炉の下方に（下に）または上方に（上に）向かう螺旋状とすることが可能である。例えば、冷却ユニットは、炉の内部から外部への湾曲した下方へ螺旋状の経路として示される。
【００６９】
（砂再生機能（オプション））
本願明細書に上述したように、砂型および／またはコアを使用した場合、砂は、プロセスを通じて種々の段階で除去および再生することが可能である。再利用する前に、砂から灰の粒子または他の異粒子を取り除くために、砂洗浄器も用いることが可能である。砂再生システムの例は、米国特許第５，３５０，１６０号、第５，５６５，０４６号、第５，７３８，１６２号、および第５，８２９，５０９号、および米国特許出願第１１／０８４３２１号、名称「Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｉｎｇ Ｃａｓｔｉｎｇｓ ａｎｄ Ｒｅｃｌａｉｍｉｎｇ Ｓａｎｄ」（２００５年３月１８日出願）に記載されており、それぞれを参照することによりその全体が本願明細書に組み込まれる。熱処理鋳造、砂コアの除去、および砂の再生に対する他のシステムの例は、米国特許第５，２９４，０９４号、第５，３５４，０３８号、第５，４２３，３７０号、第５，８２９，５０９号、第６，３３６，８０９号、および第６，５４７，５５６号に記載されており、それぞれを参照することによりその全体が本願明細書に組み込まれる。
【００７０】
砂再生システムの１つの具体的な例を以下に詳述する。しかし、あらゆる好適な砂再生システムおよび／または洗浄システムを、本発明の種々の側面とともに使用することが可能である。さらに、精製砂を再生するための方法およびシステムは、単独で実装するか、または例えば熱処理炉、コア除去ユニットなどの他の金属処理の構成要素に統合することが可能である。
【００７１】
図１５は、本発明の種々の側面と使用することが可能な、砂を再生するためのシステムおよび方法の一例を示す。一例では、砂再生チャンバまたはユニットは、廃砂が移動する経路を画定する複数のバッフルおよび／または堰を有する、加熱流動床を含む。廃砂が経路に沿って移動するとき、バインダが燃焼され、砂が精製される。バッフルの数および長さ、流動床を通過する流量、温度、および他のシステム変数を指定して、所望の砂の精製の程度を達成することが可能である。
【００７２】
システム６００は、入口６１２および出口６１４を有するチャンバ６１０を含む。廃砂Ｗは、入口を通過してチャンバに供給される。廃砂は、別のプロセスユニットまたはステップから直接充填するか、または再生の前に収集して貯蔵することが可能である。例えば、廃砂Ｗは、装置の砂システムからの乾燥した、主に粒状の廃砂を受けて貯蔵するように構成された、砂貯蔵部６１６に貯蔵することが可能である。貯蔵部は、様々な仕様および特徴を有することが可能である。例えば、廃砂貯蔵部は、長手方向が約１８フィートで直径が約１０フィートの円筒状の貯蔵部であり、約４５メートルトンの砂を貯蔵することができる。貯蔵部は、不均一な砂粒の分布の分離および放出を減じるか、または取り除く、チャンバまたはバッフルのような非分離機能（図示せず）を備えた設計とすることが可能である。貯蔵部は、上部安全性レールと、アクセスハッチと、砂受けフランジと、排出フランジと、内部安全ラダーと、天盤アクセスと、砂レベル表示器（図示せず）とを含むことが可能である。貯蔵部６１６からの放出６１８は、メンテナンススライドゲートと、二重フラップ弁計量装置（図示せず）とを含むことができる。廃砂は、例えば最高で毎時約２０メートルトンの調整可能な流量で、廃砂貯蔵部からメータで測定することができる。
【００７３】
チャンバ６１０は、廃砂に含まれるバインダ材料を燃焼させるための加熱要素を備える。放射加熱要素などのあらゆる加熱要素は、システムへの熱の供給に使用することが可能である。概して、流動化媒体の温度は、一般に２５０℃乃至約９００℃の、バインダの燃焼温度か、またはそれ以上に保持される。したがって、この側面および他の側面では、流動化媒体の温度を約４９０℃乃至約６００℃とすることが可能である。流動化された廃砂粒子を、複数のバッフル、および状況に応じて堰によって画定された巡回経路に沿って移動させるときに、バインダが燃焼されて砂が精製される。巡回経路は、必要または要求に応じてあらゆる長さとして、所望の結果を達成することが可能である。例えば、この側面および他の側面では、経路は、約５メートル乃至１５メートル（例、約１０メートル）の長さとすることが可能である。流動化空気分配装置（図示せず）は、流動化媒体の流れの均一性の改善に使用することが可能である。さらに、粒子は、例えば約２３００Ｎｍ３／ｈの流量で動作される流動化送風機（図示せず）を使用して、筐体を通過させることが可能である。チャンバにおける廃砂の残存時間は、砂が出口を通ってチャンバを出る前に、その砂を実質的に精製、浄化、および再生するのに十分である。例えば、この側面および他の側面では、チャンバにおける残存時間を、約３０分乃至約６０分とすることが可能である。実質的に精製された砂Ｒは、当業者に公知のあらゆる様態で収集または貯蔵することが可能である。この側面および他の側面では、システムは、約１０トン／ｈ乃至約２０トン／ｈ（例、約１５トン／ｈ）の精製砂を生成することが可能である。
【００７４】
別の例として、統合型砂コア除去および再生システムを提供することが可能である。システムは、鋳造物を取り除くためにそこを通して移動させる、少なくとも１つのチャンバを含む、コア除去ユニットを含むことが可能である。コアのけがき、分割、彫刻、粉砕、腐食、ブラスティング、または除去（集合的に「除去」）は、必要に応じて使用することが可能であり、例えば、米国特許第５，５６５，０４６号、第５，９５７，１８８号、および第５，３５４，０３８号に記載されており、それぞれを参照することによりその全体が本願明細書に組み込まれる。
【００７５】
コアを中層物から取り除くときに、廃砂の小塊は、重力送りその他によって砂再生チャンバに導かれる。砂再生チャンバは、コア除去ユニットと流体連通する流動床と、流動床を介して巡回経路を画定する複数のバッフルとを含む。流動床は、バインダの燃焼温度に、またはそれ以上の温度まで加熱される。砂が巡回経路に沿って移動するときに、バインダが燃焼して砂が精製される。精製砂は、当業者が公知のあらゆる様態で収集して貯蔵することが可能である。
【００７６】
状況に応じて、砂貯蔵部からの廃砂は、コアの除去によって生じた廃砂との同時処理のために、再生システムに供給することも可能である。
【００７７】
図１６は、コア除去ユニットが炉を備える、例示的な統合型コア除去および砂再生システムを示す。システム６２０は、状況に応じて、炉６２４の入口６２２を介して流体連通する廃砂貯蔵部６１６を含む。炉６２４は、エンジンブロックおよびシリンダヘッドなどの鋳造物（図示せず）に、熱処理、砂コア材料の除去、および砂再生の処理を行う、少なくとも１つの加熱チャンバを画定する。廃砂貯蔵部６１６から炉６２４に充填された廃砂Ｗは、チャンバ内で浄化、再生、および精製され、出口６２６を通して貯蔵するか、または更なる処理に用いることができる。加えて、コア除去プロセスによって廃砂が生じたときには、同様に砂再生システムによって処理することが可能である。別様には、コア除去プロセスによって生じた廃砂の一部または全てを、以降の処理のために収集して貯蔵することが可能である。
【００７８】
システム６２０は、炉６２４のチャンバと流体連通する焼却装置６２８を含むことが可能である。システム６２０は、焼却装置６２８と、流動化空気源６３２と、炉６２４のチャンバと流体連通する熱交換器６３０とを含むことも可能である。焼却装置６２８からの熱は、流動化空気の加熱および／または炉６２４のチャンバの内部の加熱に使用することが可能である。
【００７９】
図１７乃至１９を参照する。炉６２４は、その上を鋳造物６４０が炉６２４を通って運搬されるローラー炉床６３８の下に位置する、流動化空気分配装置６３４および／または加熱要素（例、放射管ヒーター６３６）の補助物を含むことが可能である。１つ以上の堰およびバッフル６４２が、流動床６４４の領域内の、炉６２４のより下の区域に配置される。バッフル６４２は、廃砂が砂出口６２６を通って出口に移動しなければならない、巡回経路を画定する。炉６２４における廃砂の残存時間は、廃砂が炉６２４を出る前に、それを精製、浄化、および再生するのに十分である。一側面では、炉６２４は、Ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｋｅｎｎｅｓａｗ、Ｇｅｏｒｇｉａ）から入手可能な、Ｎｕｍｂｅｒ ｏｎｅ ｏｒ Ｎｕｍｂｅｒ Ｔｗｏ Ｓａｎｄ Ｌｉｏｎ（登録商標）下部炉モジュールである。しかし、本発明に従って、他の好適な炉を使用することが可能であると理解されたい。
【００８０】
炉６２４内に備えられる流動化加熱システムは、１つ以上の加熱要素６４６を含み、図１７乃至１９において放射加熱管として示す。加熱要素６４６は、炉６２４の加熱区間に熱を補助的に加えて、炉のドアを開けて低温の鋳造物６４０を投入する間の熱損失を少なくとも部分的に補う。流動化加熱システムはまた、低温の鋳造物６４０に放射熱も提供することが可能である。概して、流動温度は、炉の加熱温度と同じにすることができる。流動化システムはまた、流動送風機（図示せず）を含み、流動化分配装置６３４に圧縮空気を提供することもできる。
【００８１】
炉排気焼却装置６２８（図１６）は、当業者には明らかなように、あらゆる好適な焼却装置とすることができる。例えば、焼却装置は、最高約８２５℃で約１秒保つように動作させて、一酸化炭素および揮発性有機化合物を大気に放出できるレベルまで燃焼させることが可能である。一側面では、焼却装置６２８の容量は、約６８００Ｎｍ３／Ｈである。別の側面では、焼却装置６２８は、厚さ約２００ｍｍの１２６０°セラミック繊維の側壁断熱材を含む。他の側面では、焼却装置６２８は、ガス調整および制御を行う上部載置型バーナー、検査ドア、またはその両方、および当業者に公知の機能を含む。内部混合バッフル、入口プロファイリングプレート、またはそれらを組み合わせたものは、焼却装置内の十分な速度および乱流の達成に使用することが可能である。
【００８２】
同様に、熱交換器６３０は、当業者には明らかなように、あらゆる好適な熱交換器とすることが可能である。熱交換器６３０は、焼却装置６２８からの熱を使用して、少なくとも部分的に、流動化システムで使用すべき空気を加熱することが可能である。高温の汚れた気体は、概して、焼却装置接続ダクト６４８から熱交換器６３０に入り、排気ダクトを経て排出される。一側面では、熱交換器６３０は、全体寸法が約４０００ｍｍ×２１００ｍｍ×２１００ｍｍ高さのＵ字管型交換機である。別の側面では、熱交換器の外部ケーシングは、構造用鋼支持体のほか、他の好適な材料の鋼板である。別の側面では、熱交換器の断熱材は、７５ｍｍのミネラルウールを裏張りしたキャスタブルＭＣ２５であり、天盤の断熱材は、セラミック繊維モジュールである。さらに別の側面では、熱交換器の管系の最前列は、インコロイ８００ＨＴで形成され、残りの列は、ステンレス鋼ＳＡ−２４９−３０４Ｌで形成される。管系は、平均壁厚が２．１ｍｍで直径３５ｍｍとすることが可能である。プロセス空気管束の上部マニホールドは、６ｍｍ厚の３０４ステンレス鋼と、炭素鋼を組み合わせたものとすることが可能である。
【００８３】
再生砂Ｒは、出口６２６から高温砂傾斜コンベア６５０に放出される。システム６２０では、約３乃至約１０トン／ｈ（例、約５トン／ｈ）の炉６２４で処理された鋳造物から除去された砂型材料と、約５乃至約１５トン／ｈ（例、約１０トン／ｈ）の貯蔵部６１６からの廃砂とが生じ、それによって、総製造割合が約１０乃至約２０トン／ｈ（例、約１５トン／ｈ）の精製砂が生じる。
【００８４】
再生砂は、砂が事前選別、最終選別、および冷却される、下流のプロセスユニット内の他の砂と併用することができる。種々のポスト再生ステップは、総製造容量が約１０乃至約２０トン／ｈ（例、約１５時間）となりうる。
【００８５】
例１
種々の炉が所定の温度に到達するために必要な時間を評価した。結果を表１および２に示す。
【００８６】
【表１】
【００８７】
【表２】
例２
メーカーＡ ２バルブＩ−４シリンダヘッドの鋳造物（モールドのままの状態）のコア抜きに必要な時間に関する種々のパラメータの影響を評価した。例１に記述されたＣＰＨＴ炉は、１０００°Ｆの設定値で使用した。結果を表３乃至５に示す。
【００８８】
【表３】
【００８９】
【表４】
【００９０】
【表５】
例３
例１に記述したＣＰＨＴ炉を使用して、種々のワークピースのコア抜きに必要な時間に関する温度の影響を評価した。結果を表６に示す。
【００９１】
【表６】
例４
上述のＣＨＰＴ炉を使用して種々の処理条件を評価した。第一に、サンプルのシリンダヘッド（コアを含む）を計量した。２つの異なるタイプのシリンダヘッドを評価した。タイプＲは、メーカーＤ ４バルブＩ−４ディーゼルのシリンダヘッドである。タイプＳは、メーカーＤ ４．６Ｌ ４バルブのシリンダヘッドである。各ワークピースには、熱電対を取り付けた。コア抜きを促進するため、鋳ばりには直径１／４インチ（２５ ｍｍ）の複数の穴をあけた。各ワークピースは、ＣＰＨＴユニット内で、約６６２°Ｆ（３５０℃）に予熱した（試験３０は予熱せず）。
【００９２】
次に、押湯を上にして書くワークピースを約４０分間熱処理した（試験２８は６０分熱処理した）。炉の設定値は、約９２３°Ｆ（４９５℃）である。
【００９３】
次いで、ワークピースを約１２分（またはそれ以下）で１７６°Ｆ（８０℃）に急冷して、急冷ユニットから取り除き、残りの遊離した砂を取り除くように操作した。遊離した砂の回収および計量を行い、外観を評価した。次いで、鋳造物をハンマーで叩き（衝撃を与え）、部分的に密着した状態で残存している可能性のあるコア砂を払い落として取り除く。また、払い落とした砂の回収および計量を行い、外観を評価した。結果を表７に示す。
【００９４】
表８は、試験２６乃至３０の更なるデータを示す。表７より、浄化した開口部を有する本発明によるワークピース（表８）も、より多くのコア除去を達成できた（表７）ことがわかる。
【００９５】
加えて、特定の試験に対して、各ワークピースの硬度を、得られたシリンダヘッド上の１つ以上の位置で測定した。結果を表９に示す。
【００９６】
【表７】
【００９７】
【表８】
【００９８】
【表９】
したがって、当業者には、上述の発明を実施するための最良の形態を考慮すれば、本発明に、幅広い実用性および用途の可能性があることが明らかに理解されるだろう。多数のバリエーション、修正、および同等の機構とともに、本願明細書にて説明したもの以外の本発明の多数の改良は、本発明の本質および範囲から逸脱することなく、本発明および上述の発明を実施するための最良の形態によって、明らかとなるか、または合理的に提案されるだろう。
【００９９】
本発明は、本願明細書において特定の側面に関して説明しているが、この発明を実施するための最良の形態は、本発明の例証および例示のみを意図したものであり、単に本発明の完全かつ可能な開示を行ったものであると理解されたい。本願明細書に記載された発明を実施するための最良の形態は、本発明を制限することを意図したものでも、本発明の当該の他の実施態様、適応、バリエーション、修正、および同等の構成を除外することを意図したものでもなく、本発明は、本願明細書に添付された請求項およびその同等物によってのみ制限されるものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
明細書に記載の発明。
【請求項１】
明細書に記載の発明。
【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】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【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】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−１７３１７１（Ｐ２０１１−１７３１７１Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−８９６３３（Ｐ２０１１−８９６３３）
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【分割の表示】特願２００７−５３９２１５（Ｐ２００７−５３９２１５）の分割
【原出願日】平成１７年１０月３１日（２００５．１０．３１）
【出願人】（５０１２３９２１７）コンソリデイテッド エンジニアリング カンパニー， インコーポレイテッド (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８９６３３（Ｐ２０１１−８９６３３）
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【分割の表示】特願２００７−５３９２１５（Ｐ２００７−５３９２１５）の分割
【原出願日】平成１７年１０月３１日（２００５．１０．３１）
【出願人】（５０１２３９２１７）コンソリデイテッド エンジニアリング カンパニー， インコーポレイテッド (11)
【Ｆターム（参考）】
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