CN101258376B

CN101258376B - 带搅拌装置的熔解炉以及熔解炉用搅拌装置

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Publication number: CN101258376B
Application number: CN2006800001900A
Authority: CN
Inventors: 高桥谦三
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-07-20
Filing date: 2006-07-20
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2026-07-20
Also published as: EP2045553A1; EP2045553B1; CN101258376A; CA2578691A1; CA2578691C; KR20090057481A; JPWO2008010285A1; WO2008010285A1; EP2045553A4; KR101263274B1; JP5372328B2

Abstract

具有用于收纳非金属的熔液的收纳空间的熔解炉；磁场发生装置，令磁通从外部贯通用于收纳上述熔液的上述熔解炉，并在上述收纳空间中沿某一方向行进。进而具有至少一对的电极端子，以与上述磁通的行进方向成某一角度相交的方式隔既定距离而对置，并且可与电源连接。

Description

带搅拌装置的熔解炉以及熔解炉用搅拌装置

技术领域

本发明涉及带搅拌装置的熔解炉以及熔解炉用搅拌装置。

背景技术

以往，将铝等非铁金属等熔解并形成为锭状制品，或在熔解后直接用压铸机进行成形而制品化。此时，为了进行提高锭或者压铸制品的品质的均质化，需要充分搅拌熔解炉中的非铁金属，即Al、Cu、Zn或者这些中的至少两种的合金或者Mg合金等的非铁金属的熔液，并令其组织均匀。为此，以往借助下述方法进行搅拌，即在熔解炉中插入搅拌棒并借助人力进行搅拌、或在密封炉内并借助减压泵交互地作用负压和正压来搅拌熔液、或在炉底下方设置电磁式搅拌装置、永久磁体式搅拌装置而借助电磁力进行搅拌。基于人力的搅拌被广泛使用，但由于在高温下作业，作业环境恶劣，所以要求改善。此外，电磁式搅拌由于较大的电力消耗和复杂的维修以及高价而未普及。此外，在使用永久磁体的装置中，虽然消耗电力很小，但为了产生移动磁场而需要令磁场发生机构旋转，构造复杂化从而故障发生机率也不低。

必须在这样的作业环境恶劣的条件下运转装置。当然，不仅是装置，对于从业者条件也很恶劣。因此，希望装置尽量为简单的构造，且无需维修。进而希望是能抑制消耗电力为较少，并易于设置、便宜且易于普及的搅拌装置。

本发明的目的在于提供这样的装置。

发明内容

本发明特征在于，具有：具有用于收纳非铁金属的熔液的收纳空间的熔解炉；磁场发生装置，令磁通从外部贯通用于收纳上述熔液的上述熔解炉，并在上述收纳空间中沿某一方向行进；至少一对的电极端子，以与上述磁通的行进方向成某一角度相交的方式隔既定距离而对置，并且可与电源连接。

进而本发明的特征在于，具有：磁场发生装置，令磁通从外部贯通具有收纳非铁金属的熔液用的收纳空间的熔解炉，并在上述收纳空间中沿某一方向行进；至少一对的电极端子，以与上述磁通的行进方向成某一角度相交的方式隔既定距离而对置，并且可与电源连接。

进而，本发明的特征在于，具有：具有用于收纳非铁金属的熔液的收纳空间的熔解炉；磁场发生装置，令磁通从外部贯通用于收纳上述熔液的上述熔解炉，并在上述收纳空间中沿某一方向行进；至少一对的电极端子，可分别与电源连接并且相互隔既定距离而设置，上述一对的电极端子中的一方的电极端子设置在与上述磁场发生装置对应的位置，另一方的电极端子设置在任意位置。

进而，本发明的特征在于，具有：磁场发生装置，令磁通从外部贯通具有收纳非铁金属的熔液用的收纳空间的熔解炉，并在上述收纳空间中沿某一方向行进；至少一对的电极端子，可分别与电源连接并且相互隔既定距离而设置，上述一对的电极端子的一方设置在与上述磁场发生装置对应的位置，另一方设置在任意位置。

附图说明

图1是本发明的实施例的俯视图。

图2是图1的A-B线剖面图。

图3是图1的C-D线剖面图。

图4是本发明的另外实施例的俯视图。

图5是图4的A-B线剖面图。

图6是本发明的另一实施例的俯视图。

图7是图6的A-B线剖面图。

图8是本发明的另一实施例的剖面图。

图9是剖面图表示为与图8大致相同的实施例的装置的俯视图。

图10是图8的实施例的装置的俯视图。

图11是本发明的另一实施例的剖面图。

图12是图11的装置的俯视图。

具体实施方式

图1～图3是表示作为本发明的一实施方式的熔解炉系统，即带搅拌装置的熔解炉，图1是俯视图，图2是图1的A-B线剖面图，图3是C-D线剖面图。

该带搅拌装置的熔解炉概念地讲，具有熔解炉、磁场发生装置、供电装置。若用实施例进行说明，则特别从图2中可知，带搅拌装置的熔解炉具有熔解炉1、和以密接状态设置在熔解炉1的底面上的作为上述磁场发生装置的搅拌装置2。进而，具有作为上述供电装置的电极(电极端子)4、4。当然，这些电极4、4与电源6连接。该电源6可以作为供电装置的一部分而构成。此外，也可以作为外部电源将该电源6构成为不包含在供电装置中。

上述熔解炉1具有熔液收纳空间10，与通用方法同样，通过未图示的燃烧炉等令投入到其中的非铁金属，即Al、Cu、Zn或者这些中的至少两种的合金或者Mg合金等的传导体(导电体)的非铁金属熔解。熔解炉1具有大致矩形容器状的炉主体3。该炉主体3特别由图2可知，具有以密闭贯通状态埋设在对置的一对侧壁(炉侧壁)3a、3b上的一对电极4、4。这些电极4、4除了可以在炉主体3的制造时埋设，也可以在已有的炉主体3上埋设。这些电极4、4的形状可以为横截面为圆形或者矩形等其他任意的形状。这些电极4、4的内侧端与炉主体的内表面为同一表面，与炉主体3内所收纳的Al、Cu、Zn或者其中的至少两种的合金或者Mg合金等的传导体(导电体)的非铁金属的熔液M电气接触。电极4、4与上述内侧面为同一平面是为了避免电极4、4在炉主体3内相对于后述的熔液的运动而产生机械阻力。当然，在机械阻力较小的情况下，也可以设置为电极4、4突出到内部的状态。

这些电极4、4在炉外通过电缆5、5与上述电源6连接，由此，在例如图2中，电流I在电极4、4之间经由作为导电体的非铁金属的熔液M而从右向左流动。上述电源6如上所述，可以是内设于本装置的电源，也可以是外部电源。此外，该电源6可以是可变换极性的电源。即，例如在图2中，令电流I如图所示从左向右流动，并且可通过变换，使其从右向左流动。此外，该电源6也可以能够调整输出，即调整输出电压、输出电流。

由图1可知，上述电极可为两对或者以上。主要是电流可在图1中从左向右，或者相反地流动即可。由例如图1可知，在设置3对电极的情况下，各对间的距离d不特别成为问题。

特别是，从图2可知，在这样构成的熔解炉1的底面上密接配置有搅拌装置2。该搅拌装置2具有在轭铁8上设置的磁场装置(磁场发生装置)9。该磁场装置2设定为固定状态，并且没有必要构成为可旋转的结构。因此，可抑制故障的发生可能性，从维修的观念来看也可称为易于使用的装置。该磁场装置2可以是永久磁体式也可以是电磁体式。电极形状可为圆形或者板状。来自上述磁场装置9的磁通MF只要大致垂直地贯通炉主体9的底面即可，与方向无关。在图2中例示了磁场装置9在上述炉主体3的底面侧为N极，且来自磁场装置9的磁通贯通上述底面而通过内部的熔液M的情况。与之相反，也可以构成为磁场装置9在上述炉主体3的底面侧为S极，贯通了熔液M和炉主体3的底面的磁通MF回到上述S极。

进而，在上述磁场装置9为电磁体的情况下，可以切换极性以及强度并可进行调整。即，可以将磁场装置9构成为可替换N极和S极，并可增减输出的装置，即带有输出调整功能的装置。

该磁场装置9的周围被不锈钢壳体11包围。如上所述，如图2所示，从图中由下到上大致垂直地贯通熔液M地发生来自该磁场装置9的磁通MF。

在这样构成的系统中，特别是由图2可知，电流I在磁场空间中在一对电极4、4之间流动。由此，熔液M借助沿弗林明左手法则产生的电磁力，即如图3所示，熔液M借助与电流I之间的作用的排斥力而旋转。即，在例如图2中，来自磁场装置9的磁通MF向上方贯通熔液M。另一方面，电流I在一对电极4、4之间经由熔液M而流动。该电流I如图3所示，从纸面表面侧向纸面里侧流动。这样，磁通MF在导电性熔液M中通过，电流I在此处流动。由此，按照弗林明的左手法则而产生电磁力，熔液M被该电磁力向磁场之外推压，熔液M如图3所示的熔液的流动F那样被搅拌为旋转状态。即，熔液M借助与上述电流I之间作用的排斥力而从炉底向液面、从液面向炉底循环，并进行上下搅拌。

在此，若在一对的电极4、4之间流动的电流的方向变化，或者来自磁场装置9的磁通的方向变化，则可反转熔液M的搅拌方向。而且该搅拌不是间歇的搅拌，而是连续的搅拌。

此外，电极4、4在图2中的高度h显然要求为下述高度，即在电极4、4之间流动的电流I在基于磁场装置9的磁场空间内流动。

图4以及图5表示本发明的不同的实施例，图4为俯视图，图5是图4的A-B线剖面图。该实施例特别从图5可知，表示了在熔解炉1的某一侧壁3a的外侧密接设置搅拌装置2的例子。

即，在炉主体3的某一侧壁3a上，上下具有既定间隔地密闭状态地埋入一对电极4、4。电极4、4的内侧端突出到炉主体3的内部，为从炉主体3的内表面稍微离开的状态。

该情况下，电流I如图5所示，在沿侧壁3a且从该处稍微离开的位置，在熔液M中流动。在熔液M中，与之前的实施例相同，来自磁场装置9的磁通MF如特别是图4所示那样地通过。由图4可知，基于电流I和磁通MF，产生沿弗林明左手法则的电磁力。借助该电磁力，如图4所示，熔液M绕电流I旋转。即，熔液M绕大致垂直的轴旋转，进行熔液的水平搅拌。

在以上说明的图4、图5中，说明了将电极4、4设置炉主体3的炉壁上的例子，但只要电流I在来自磁场装置9的磁场空间内流动的范围内，也可将这些电极4、4的位置设置在上述收纳空间10内的任意的内侧位置，令电极4、4上下对置地设置。进而，上下对置的电极4、4的对数可为任意对。

图6、图7表示另一不同实施例，图6是俯视图，图7是图6的A-B线剖面图。图6与图4对应，表示令炉主体23为大致圆筒容器状的例子。即，在本实施例中，也可视为是图4、图5的实施例的变形。即，在之前的图4、图5的实施例中，令熔解炉1的炉主体3为圆筒容器状的情况。即，在本实施例中，熔解炉21的炉主体23为圆筒容器状。与之对应，令搅拌装置22的轭铁28以及磁场装置29弯曲为拱形。图6、图7的实施例中的其他构成与图4、图5的实施例相同，对相同部分标注相同附图标记而省略说明。

在这样的图6以及图7所示的实施例中，与图4、图5的实施例相同，从特别是图6可知，熔液M如图所示绕大致垂直的轴旋转，进行熔液的搅拌。

另外，如图6所示，即便炉主体23为圆筒容器状，也可将电极4、4设置为水平方向对置。

图8～图12表示基于与上述装置不同的技术思想而构成的其他实施方式。即，以上所述实施方式的装置是适合于以比较缓慢的速度令熔液旋转的装置。与之相对，以下说明的实施方式的装置是适合于以其数十倍的速度令熔液旋转的装置。可适宜选择令熔液以什么样的速度旋转。即，可对应追求熔液的组织的均一化的令温度均一的搅拌、与防止过度氧化同时的搅拌、与作为熔液材料的金属的种类相应的搅拌速度等，而适宜地选择搅拌速度。

进而，以下的实施方式是着眼于以下几点而构成的。

(1)为了令所得的电磁力最大，令流动的电流尽可能全部集中在磁场区域内。

(2)尽量抑制基于在由于外部施加磁场和电磁力而运动的熔液内产生的涡电流的制动力(令熔液的动作停止的力)。

另外，在以下的实施方式中，与之前说明过的实施方式相同的部件标注相同的附图标记而省略详细说明。

图8是说明以下所述实施方式的原理的概略的剖面图。

该图8所示的实施方式与图2所示的实施方式的不同点在于，一对电极4、4中的一方埋入炉主体3的底壁(炉底)3c中。显然也不是必须埋入。

在这样构成的实施方式中，通过在一对电极4、4之间施加电压，电流在这些电极4、4之间流动。在熔液M中电流沿什么样的路径前进而在一对电极4、4之间流动不明确。但是，不管电流通过哪条路径而在一对电极4、4之间流动，由于一对电极4、4中的一方设置在底壁3c上，所以流动电流的全部都高效地流过磁场强度强的区域。由此，可作为最大程度的电磁力而得到基于磁场和电流的相互作用的电磁力，可得到更大的搅拌力。由此实现上述(1)。

此外，从磁场发生装置(搅拌装置)2发出的磁力线(磁通MF)从图8中可知，经由底壁3c贯通熔液M。在此，磁场发生装置2为单极构成。因此，在假定与底壁3c平行的平面的情况下，在该平面中磁场强度大致均一。在这样的环境中，设想熔液M借助上述电磁力而动作的情况。该情况下，熔液M成为以埋入底壁3c的电极4为中心的旋转的流动F。此时，如上所述，由于磁场为均一的磁场强度，所以不发生伴随熔液M的运动的涡电流(制动力)。即，涡电流是在磁通φ相对时间t变化时产生，但在该情况下，由于为均一的磁通分布，所以不产生涡电流。因此，可进行效率极好的熔液的搅拌。由此，实现上述(2)。

图10是图8的俯视图，表示炉主体3为矩形容器状的实施方式。

图9表示剖面图表示为与图8大致相同的实施方式，是炉主体23为圆筒容器状的实施方式。

此外，作为图8～图10的变形例，例如除了设置在侧壁23a、3b和底壁3c的电极4之外，可在任意位置设置任意对电极。

作为图8、图10的变形例，如图11、图12所示，也可在图中左侧的侧壁3a上设置电极4。

此外，例如在上述图11、图12的实施方式中，表示了分别在侧壁3a、3b上设置电极4、4，在侧壁3a、3b上设置两个电极的例子，但显然也可在侧壁3a、3b上令这些电极的总数为3个以上。

此外，在该图11、图12的实施方式中，表示了在底壁3b上设置一个电极4的例子，但也可与设置在侧壁底壁3a、3b上的电极4对应，设置多个电极4。

在上述实施方式中，电极4的截面形状可对应用途、目的等而为各种形状。例如在球形、矩形之外可为圆或者椭圆等环状。

以上说明的实施例只是表示本发明的几个例子，本发明显然可通过上述以外的方式实现。即，只要是在炉主体内收纳熔液，并令磁通从炉主体外通过上述熔液中，并令电流在上述熔液内在与该磁通相交的方向上流动的构造即可，只要是满足这些的构造都包含在本发明的精神之中。

根据上述本发明的实施例，可以得到以下的效果。

即，一般而言熔解炉或者保持炉多形成为箱型形状。圆形炉多用在用于投入原料并迅速熔解的熔解辅助炉。箱型炉多为缓慢搅拌熔液，在添加金属元素等成分调整的情况下要求上下搅拌熔液。但是以往的搅拌装置在构造上不能进行上下搅拌。根据本发明的一实施方式的搅拌装置由于熔液向与电极垂直的方向运动，所以通过任意设定电极配置，可自由选择搅拌方向、状态。因此，可容易地进行熔液的上下搅拌、水平搅拌、正转搅拌、逆转搅拌等。

而且，根据本发明的实施例的实验，搅拌熔液所必须的附加磁场强度需要在0.1T以上。当然，在0.1T以下也可以进行搅拌，但为了得到较高的搅拌效率，希望在0.1T以上。此外，本发明的实施例的搅拌装置，从其原理出发，只通过磁场强度不能得到搅拌力。消耗电力(附加电压、供给电流)的大小也对搅拌力有较大影响。根据本发明的实验，用DC12V，10A可搅拌500kg左右的熔液。这是比以往的电磁式装置的电力消耗量少很多的电力。若为1～10t左右的熔液，可对应上述的电力消耗量而以增加后的电力进行搅拌。此外，如上所述，为了加大搅拌速度需要提高附加电压，因此令装置为附加电压可变也十分重要。

此外，如上所述，为了增加搅拌力而在磁场发生装置中增加电极对数也十分重要。在一对的情况下，将炉内的熔液搅拌既定量所需要的时间为1.5分，在两对时为0.8分，在三对时0.3分就足够了。因此，可知通过设定多对电极而实现高速搅拌。

由此，根据炉所要实现的目的，确定附加电压、极数、极配置、磁场强度十分重要。

以下，在表1中表示为了确认本发明者进行的实施方式的效果而进行的实验结果。从表1中可知，在这里所示条件下，作为熔液除了对铝熔液之外，还对电解液(碳酸钙K₂CO₃重量比150％水熔液)进行搅拌实验。其结果可确认本发明的实施方式的装置的效果。

[表1]

Claims

1.一种带搅拌装置的熔解炉，其特征在于，具有：

熔解炉，所述熔解炉具有侧壁与底壁，所述熔解炉具有由所述侧壁与所述底壁形成的收纳空间，所述收纳空间用于收纳非铁金属的熔液，所述侧壁具有隔着所述收纳空间而沿横向对置的一对对置侧壁部；

至少一对电极端子，所述一对电极端子分别能够与电源连接，所述一对电极端子分别设置在所述一对对置侧壁部上，所述一对电极端子隔着所述收纳空间而沿横向相互对置，在非铁金属的熔液收纳于所述熔解炉时，电流通过所述非铁金属的熔液沿横向在所述一对电极端子之间流动，

磁场发生装置，所述磁场发生装置设置在所述熔解炉的外部，所述磁场发生装置设置在所述熔解炉的所述底壁的外部的下方，所述磁场发生装置具有永久磁体，所述永久磁体的上端部被磁化为S极或N极，下端部被磁化为N极或S极，所述永久磁体的所述上端部与所述底壁上下对置，仅使用从所述永久磁体的N极发出的磁力线或者朝向S极的磁力线，从所述上端部发出的磁力线或者进入所述上端部的磁力线沿纵向在上述收纳空间中行进；

沿纵向行进的所述磁力线与沿横向行进的所述电流以大致直角交叉。

2.如权利要求1所述的带搅拌装置的熔解炉，其特征在于，上述电极端子对设置有多对。

3.如权利要求1所述的带搅拌装置的熔解炉，其特征在于，上述熔解炉构成为矩形容器状或者圆筒容器状的任意一种。

4.如权利要求1所述的带搅拌装置的熔解炉，其特征在于，上述电极端子横截面为圆形或者矩形。

5.如权利要求1所述的带搅拌装置的熔解炉，其特征在于，还具有上述电源.

6.如权利要求5所述的带搅拌装置的熔解炉，其特征在于，上述电源构成为可进行极性的变换和输出调整中的至少一种。

7.一种带搅拌装置的熔解炉，其特征在于，具有：

熔解炉，所述熔解炉具有侧壁与底壁，所述熔解炉具有由所述侧壁与所述底壁形成的收纳空间，所述收纳空间用于收纳非铁金属的熔液；

至少一对电极端子，所述一对电极端子分别能够与电源连接，所述一对电极端子分别设置在所述侧壁上，所述一对电极端子隔着所述收纳空间而沿纵向相互对置，在非铁金属的熔液收纳于所述熔解炉时，电流通过所述非铁金属的熔液沿纵向在所述一对电极端子之间流动，

磁场发生装置，所述磁场发生装置设置在所述熔解炉的外部，所述磁场发生装置设置在所述熔解炉的所述侧壁的外部的侧方，所述磁场发生装置具有永久磁体，所述永久磁体的一端部被磁化为S极或N极，另一端部被磁化为N极或S极，所述永久磁体的所述一端部与所述侧壁沿横向对置，仅使用从所述永久磁体的N极发出的磁力线或者朝向S极的磁力线，从所述一端部发出的磁力线或者进入所述一端部的磁力线沿横向在上述收纳空间中行进；

沿横向行进的所述磁力线与沿纵向行进的所述电流以大致直角交叉。

8.如权利要求7所述的带搅拌装置的熔解炉，其特征在于，上述电极端子对设置有多对。

9.如权利要求7所述的带搅拌装置的熔解炉，其特征在于，上述熔解炉构成为矩形容器状或者圆筒容器状的任意一种。

10.如权利要求7所述的带搅拌装置的熔解炉，其特征在于，上述电极端子横截面为圆形或者矩形。

11.如权利要求7所述的带搅拌装置的熔解炉，其特征在于，还具有上述电源.

12.如权利要求11所述的带搅拌装置的熔解炉，其特征在于，上述电源构成为可进行极性的变换和输出调整中的至少一种。

13.一种带搅拌装置的熔解炉，其特征在于，具有：

至少一对电极端子，所述一对电极端子具有侧壁侧电极端子与底壁侧电极端子，所述侧壁侧电极端子与所述底壁侧电极端子分别能够与电源连接，所述侧壁侧电极端子与所述底壁侧电极端子分别设置在所述侧壁与所述底壁上，所述侧壁侧电极端子与所述底壁侧电极端子隔着所述收纳空间而相互对置，在非铁金属的熔液收纳于所述熔解炉时，电流通过所述非铁金属的熔液在所述侧壁侧电极端子与所述底壁侧电极端子之间流动，

沿纵向行进的所述磁力线与所述电流交叉。

14.如权利要求13所述的带搅拌装置的熔解炉，其特征在于，上述电极端子对设置有多对。

15.如权利要求13所述的带搅拌装置的熔解炉，其特征在于，上述熔解炉构成为矩形容器状或者圆筒容器状的任意一种。

16.如权利要求13所述的带搅拌装置的熔解炉，其特征在于，上述电极端子横截面为圆形或者矩形。

17.如权利要求13所述的带搅拌装置的熔解炉，其特征在于，还具有上述电源.

18.如权利要求17所述的带搅拌装置的熔解炉，其特征在于，上述电源构成为可进行极性的变换和输出调整中的至少一种。