CN107107170A - 导电性金属的驱动方法以及驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供消耗电力以及发热较少、易于维护、不易受热影响的导电性金属的熔解方法以及熔解炉。在熔解炉主体的容纳导电性金属的熔解室的内表面露出的状态下设置的第一电极与相比前述第一电极设置于下方的第二电极之间，经由前述熔解室中容纳的导电性金属熔液沿纵向流动直流电流，并且从前述熔解炉的外部向前述熔解室的中心或者从前述熔解室的中心向前述熔解炉的外部以放射状施加磁场，通过前述直流电流与前述磁场交差而产生的电磁力对前述熔解室中的前述熔液施加绕纵轴旋转的旋转力，通过前述旋转力使前述熔液旋转，从而使前述熔液从设置在前述熔解室与附设前述熔解室的保持炉之间的挡板的出口开口排出到前述保持炉中，同时从前述挡板的入口开口吸引前述保持炉中的熔液。

Description

导电性金属的驱动方法以及驱动装置

技术领域

本发明涉及导电性金属(非铁金属以及铁)的驱动方法以及驱动装置，例如，涉及用于熔解Al、Cu、Zn或者其中至少两种的合金、Mg合金等导体(导电体)等非铁金属、或者铁金属等导电性金属的驱动方法以及驱动装置。

背景技术

作为熔解导电性金属的技术，例如，本发明人此前提出了日本特愿2013-090729(在先申请)所示的技术。本发明人经过反复研究，提出了比该在先申请的发明更加优异的发明或者与该在先申请的发明构造不同、更加优异的发明。

发明内容

本发明是上述本发明人进行独自努力而作出的发明，其目的在于提供更加优异的导电性金属的驱动方法以及熔解炉。

本发明的实施方式的导电性金属的驱动方法的特征在于，在熔解炉主体的容纳导电性金属的熔解室内表面露出的状态下设置的第一电极与相比所述第一电极设置于下方的第二电极之间，经由所述熔解室中容纳的导电性金属的熔液沿纵向流动直流电流，并且从所述熔解炉的外部向所述熔解室的中心或者从所述熔解室的中心向所述熔解炉的外部以放射状施加磁场，通过所述直流电流与所述磁场交差而产生的电磁力对所述熔解室中的所述熔液施加绕纵轴旋转的旋转力，通过所述旋转力旋转所述熔液，从而使所述熔液从设置在所述熔解室与附设所述熔解室的保持炉之间的挡板的出口开口排出到所述保持炉中，同时从所述挡板的入口开口吸引所述保持炉中的熔液。

本发明实施方式的导电性金属的熔解炉附设在保持导电性金属的熔液的保持炉，具有熔解炉主体和磁场装置，

所述熔解炉主体具有与保持炉连通的熔解室以及设置在所述熔解室内的挡板，所述熔解室经由所述挡板的出口开口和入口开口与所述保持炉连通，

所述熔解炉主体具有经由所述熔解室中容纳的导电性金属的熔液沿纵向流动直流电流的第一电极以及相比所述第一电极设置于下方的第二电极，

所述磁场装置由永磁铁构成，从所述熔解炉的外部周围向所述熔解室的中心或者从所述熔解室的中心向所述熔解炉的外部以放射状施加磁场，通过所述直流电流与所述磁场交差而产生的电磁力对所述熔解室中的所述熔液施加绕纵轴旋转的旋转力而使其旋转，从而使所述熔解室中的所述熔液从所述挡板的所述出口开口排出到附设所述熔解炉的保持炉中，同时将所述保持炉中的熔液从所述挡板的所述入口开口吸引至所述熔解室中。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的导电性金属的熔解炉的平面说明图。

图2是沿图1的II-II线的纵截面说明图。

图3是挡板的说明图。

图4(a)、图4(b)、图4(c)是表示上部电极部以及下部电极部的示意性平面说明图、侧面说明图。

图5(a)、图5(b)是表示上部电极部的不同实施方式的示意性平面说明图、侧面说明图。

图6(a)、图6(b)是表示下部电极部的不同实施方式的示意性平面说明图、侧面说明图。

图7是表示上部电极部主要部分的纵截面说明图。

图8是表示下部电极部主要部分的纵截面说明图。

图9(a)、图9(b)、图9(c)是用于说明磁力线、电流、电磁力的平面说明图、纵截面说明图。

图10(a)、图10(b)是熔解炉主体的不同实施方式的平面说明图、纵截面说明图。

具体实施方式

图1是表示附设在保持炉(主熔池)2上的本发明第一实施方式的导电性金属熔解炉(熔解炉)1的横切说明图，图2是纵截面说明图。图1是沿图2的I-I线截取的说明图，图2是沿图1的II-II线截取的说明图。

即，特别是如图1所示，本实施方式的熔解炉1附设在保持炉(主熔池)2上，用于将导电性金属(非铁金属以及铁金属)熔解并送入前述保持炉2中。也就是说，该熔解炉1能够用于将例如Al、Cu、Zn或者其中至少两种的合金、Mg合金导体(导电体)等非铁金属、或者铁金属等导电性金属熔解并送入保持炉2中。

即，特别是如图1所示，前述熔解炉1在连通状态下与大容量的主熔池2连接使用。也就是说，该熔解炉1强制自身内部的熔液M沿例如图1中的虚线所示向左旋转，从而将熔液M送入(排出)到主熔池2中，与此同时，将熔液M从主熔池2中引入(吸引)。在这些操作中，从外部上方向将导电性金属的原料投入旋转中的熔液M中，通过可靠引入到旋转的熔液M中可以高效熔解。也就是说，尽可能使熔液M的所述旋转形成为强力的涡流，通过将投入该涡流中的导电性金属原料例如铝切屑(即，重量较小而难以沉入熔液中的物质)可靠地引入，可以使切屑高效熔解。

如上所述，驱动熔液M的力基于左手定则的电磁力。即，特别是如图2所示，在熔液M中沿图2的纵向流动电流I，并沿横向例如从周围向中心以逆放射状(或者，与之相反地从中心向周围以放射状)穿过磁力线ML。由此，如图9(c)所示，产生电流I与磁力线ML交差而成的基于左手定则的电磁力F1、F2…，这些电磁力F1、F2…FN合成为图1中的一个左旋的合成力RF，驱动熔液M。此外，在后面所述的磁场装置19的磁化方向与图1相反的情况下，前述合成力为图1中的右旋方向。

下面，详细说明本发明的实施方式的熔解炉1。

特别是如图1所示，在主熔池2上附设有熔解炉1。主熔池2的内部2A与熔解炉1的内部(熔解室)1A经由贯穿主熔池2的侧壁2B的开口2C连通。

更详细地，在前述侧壁2B上以连通状态安装有熔解炉1的熔解炉主体5。该熔解炉主体5由耐火材料构成，特别是如图1所示，横截面为U字形或者半圆形。在该熔解室1A的内部设置有作为挡板的闸板7。该闸板7以液密状态插入至熔解炉主体5的内部，因此能够适当地插拔。也就是说，在因使用而磨损等情况下能够简单更换。该闸板7如图3所示，具有两个切口，一个是入口7A，另一个是出口7B。由此，如上所述，主熔池2的内部2A与熔解炉主体5的内部即前述熔解室1A经由主熔池2的开口2C、闸板7的入口7A以及出口7B彼此连通。也就是说，随着前述合成力RF旋转驱动熔液M，主熔池2中的熔液M从闸板7的入口7A流入(被吸引)到熔解炉主体5的熔解室1A中，并从出口7B流动返回(排出)到主熔池2中。

前述熔解炉主体5隔着侧部隔热材料9通过非磁性材料金属板制的固定板10被固定在前述主熔池2的侧壁2B的外侧。另外，如后面所述，在前述熔解炉主体5上设置有上部电极部14(图2)。

并且，特别是如图1所示，在前述固定板10的周围设置有永磁铁装置形成的磁场装置19。该磁场装置19构成为以U字形或半圆形围绕熔解炉主体5的熔解室1A的周围。该磁场装置19将内侧磁化为N极，外侧磁化为S极。由此，向图1中的左旋方向驱动熔液M。磁场装置19的磁化方向也可以相反，在该情况下，如上所述，右旋驱动熔液M。

前述熔解炉主体5、隔热材料9、固定板10以及磁场装置19在它们下侧由支撑部21支撑在地面F上。如图2所示，该支撑部21具有非磁性材料制的外壳26，在该外壳26内容纳有底部隔热材料24。并且，由该底部隔热材料24覆盖此前简单说明的对应上部电极部14的下部电极部15。前述上部电极部14和前述下部电极部15通过配线17与电源16连接，在这些电极部14、15之间经由熔液M流动电流。该电源16除了至少能够流出直流电流并调节电流值以外，还能够切换极性。

详细说明前述上部电极部14以及前述下部电极部15。在本发明的这种熔解炉系统中，通常需要对各部件设置高温对策。例如，在熔解作为导电性金属铝的情况下，根据铝的熔解温度，熔解炉主体5会达到几百度。因此，在本发明的实施方式中，对设置在该熔解炉主体5附近的电极、配线进行本发明特有的设计。

即，首先，详细说明与前述电源16连接的前述上部电极部14以及前述下部电极部15的电极构造。此后的实施方式中能够独立于熔解炉主体5设置这些电极，但是，在下面说明的该实施方式中，熔解炉主体5构成为一体精心制作电极的一体构造。即，在熔解炉主体5自身的一部分即侧壁以及底壁一体精心制作电极。但是，如后面所述，在熔解炉主体5中，上部电极主体14a与下部电极主体15a通过它们之间的中央部分(非导电性耐火物)相互绝缘。或者说，熔解炉主体5构成为连续一体地设置有上部电极主体14a(导电性耐火物)、中央部分(非导电性耐火物)、下部电极主体15a(导电性耐火物)。

更详细地说，图4(a)、(b)、(c)分别是表示前述上部电极部14以及前述下部电极部15、即熔解炉主体5及其电极的示意性平面说明图、平面说明图、纵截面说明图。即，为了易于理解后面所述的上部电极主体14a的平面形状，图4(a)仅显示上部电极主体14a。另外，同样为了易于理解后面所述的下部电极主体15a的平面形状，图4(b)仅显示下部电极主体15a。图4(c)相当于沿图4(a)的c1-c1线以及图4(b)的c2-c2线的纵截面的说明图。如该图4(c)所示，在熔解炉主体5的上部一体地精心制作有上部电极主体14a，在下部一体地精心制作有下部电极主体15a。另外，熔解炉主体5由热膨胀率非常小的非导电性材料的耐火物制成，但其中的一部分由具有导电性的上部电极主体14a和下部电极主体15a制成。作为该制造方法，可以使用各种技术，例如可以使用烧结等技术。此外，上部电极主体44a以及下部电极主体45a的电阻大于熔液M的电阻。但是，上部电极主体44a以及下部电极主体45a的电阻也可不必一定不大于熔液M的电阻。在该情况下，从前述上部电极部14处来看，电流I并不是后面图7所示的路径，而是从与上部电极主体14a的下端的中央部分(非导电性耐火物)连接的部分向熔液M中流入。

此外，前述上部电极主体14a可以不是图4(a)所示的平面U字形，如图5(a)、(b)所示，可以将熔解炉主体5的内壁的一部分一体地精心制作为局部上下纵长的线状电极，或者埋入单独电极。上部电极主体14a不限于上述结构，只有能够与内部的熔液M电连接即可，在满足该条件的情况下，可以采用任意形状及结构。

并且，可以将前述下部电极主体15a的平面形状分别设置为图6(a)、(b)所示的结构。下部电极主体15a的平面形状不限于图4(b)、图6(a)、(b)的形状，只要能够与内部的熔液M电连接即可，在满足该条件的情况下，可以采用任意形状及结构。

前述上部电极部14的详细结构如图7所示。该图7是放大表示图2、图4(c)的一部分的图。在本实施方式中，在温度为几百度的情况下也能够确保热膨胀率非常小的熔解炉主体5与热膨胀率较大的连接金属件等的连接状态，从而确保两者间的导通。更详细地说，如图7所示，在熔解炉主体5的上部电极主体14a的上端部形成仅上方开口的沟状(槽状)的用于低熔点合金的贮存池14b。在该贮存池14b中容纳有低熔点合金22以及铜制电极部件23的下部23a。该电极部件23具有下部23a和上部23b，纵截面构成为大致的T字形。在高温的使用状态下，低熔点合金22在前述贮存池14b内成为液体，确保上部电极主体14a与前述上部23b的电导通。另外，在低温的非使用状态下，前述低熔点合金22在前述贮存池14b内以填埋在贮存池14b与下部23a之间的方式固化。在前述电极部件23的上部23b的下面与前述上部电极主体14a的上面之间夹有隔热板25。通过螺栓27将连接金属件28固定在前述上部23b上，通过螺栓29将前述配线17固定在该连接金属件28上。

根据该结构，前面已经简单地说明，在高温使用的情况下，熔解炉主体5(上部电极主体14a)几乎不会膨胀，即使电极部件23等相应地膨胀，也可以通过熔融的低熔点合金22良好保持两者间的电连接状态，不会对实际使用造成任何故障。

下面，说明下部电极部15。图8是放大表示图2、图4(c)的一部分的图。在本实施方式中，在温度为几百度的情况下也能够确保热膨胀率非常小的熔解炉主体5与热膨胀率较大的连接金属件等的连接状态，从而确保两者间的导通。更详细地说，如图8所示，在熔解炉主体5的底部的下部电极主体15a的下面设置有铜制外壳31。在该外壳31内容纳有多个由导电性材料制成的球32、32…。该外壳31的下部与导线34连接。该导线34与电源用前述配线17连接。由此，确保下部电极主体15a、球32、外壳31、导线34、配线17、电源16的通电路径。这样，根据该结构，在使用装置时无法避免熔解炉主体5由于少量热膨胀而向底部(下部电极主体15a)下方膨胀。但是，这种膨胀会被前述球32吸收。因此，即使下部电极主体15a向下方膨胀，也可以可靠确保下部电极主体15a与球32的电导通状态。此外，也可以代替前述球32而使用具有相同功能的部件。例如，可以横向堆积多个辊体，即将与前述球32直径相同的圆棒切断而成的辊体。

根据上述内容可知，耐火材料制的前述上部电极主体14a、下部电极主体15a没有直接与连接金属件连接。即，并不是连接金属件直接彼此连接非镜面的上部电极主体14a、下部电极主体15a。因此，在两者间流动电流的情况下，可以防止接触部分的电阻发热。另外，也可通过螺栓使连接金属件紧固在耐火性材料制的前述上部电极主体14a、下部电极主体15a上。因此，即使耐火性材料制的前述上部电极主体14a、下部电极主体15a与连接金属件的热膨胀率大不相同，也可以通过松弛螺栓可靠防止发生电路断线。

这样，在使用熔解炉时，即使各连接部、连接部件膨胀，也能够可靠维持电源16、上部电极主体14a、下部电极主体15a的连接状态，在它们之间稳定供给电流，使前述熔解炉1安全且稳定地持续工作。

下面说明上述实施方式的操作。如图2所示，在熔解室1A中容纳有熔液M的状态下，沿图2的纵向流动来自电源16的直流电流I。该熔液M的高度如图7所示。更详细地说，在图7中，来自配线17的电流传输至图中上部的电极部件23、低熔点合金22、上部电极主体44a。此后，电流I从上部电极主体14a流入熔液M，如图2所示，流入前述下部电极主体45a。该电流I的流向如图9(b)所示。即，此前进行了简单的说明，使上部电极主体44a以及下部电极主体45a的电阻大于熔液M的电阻。因此，从前述低熔点合金22流入前述上部电极主体14a的电流I如图7所示，向图中的下方稍微流动，此后，在通过比上部电极主体14a的电阻低的熔液M的路径上流动。由此，如图9(b)所示，电流I沿图中的纵向流动。并且，如图9(a)所示，该电流I与从磁场装置19向熔解室1A的中心的磁力线ML在纵向中心轴周围的整个圆周上交差。由此，例如，如图9(c)所示，在本实施方式中，分别产生左旋的电磁力F1、F2…FN，它们合并为前述合成力RF，以图9的方式左旋驱动熔解室1A中的熔液M。通过该驱动，熔液M从图3的前述闸板7的图中右侧的出口7B经由前述主熔池2的侧壁2B的开口2C向其内部2A排出，与此同时，主熔池2内的熔液M经由前述开口2C、闸板7的入口7A被吸入熔解室1A中。这样，如图9(c)所示，作为各电磁力Fi的合成力得到前述合成力RF，该力极大，能够旋转熔液M而形成强力的涡流。由此，即使从熔解室1A的上部投入例如铝切屑这种较轻而无法融入熔液M内的原料，也可以将前述切屑可靠地引入到前述涡流的中心，从而使其高速且高效地熔解。

在上述说明的实施方式中，列举了一体型的熔解炉主体5，但如图10(a)、(b)所示，也可以由多个部件构成熔解炉主体35。即，图10(a)是熔解炉主体35的平面说明图，图10(b)是沿b-b线的截面说明图。特别是如图10(b)所示，可以通过耐火性材料制的侧壁部41、嵌入其内面的碳制上部电极主体44a、嵌入其下面部分的同样碳制的下部电极主体45a来构成熔解炉主体35。下部电极主体45a相对于熔解炉主体35可装卸，从而进行维护。在本实施方式中，上部电极主体44a、下部电极主体45a可以与上述实施方式的图7、图8同样地与配线17连接。

根据上述各实施方式，获得以下优点。即，能够安装在已有的主熔池2上。不使用电磁铁而使用永磁铁，因此电力消耗极小，仅为使用电磁铁的方式的1/10、1/20。没有驱动部分，因此不会产生涡电流，不会产生涡电流的干扰。闸板(挡板)易于更换，因此易于进行维护。连接于电源16的配线17没有直接与耐火性材料制的熔解炉主体接触，因此能够防止两者间的接触电阻发热。

Claims (10)

1.一种导电性金属熔液的驱动方法，其特征在于，

在熔解炉主体的容纳导电性金属的熔解室的内表面露出的状态下设置的第一电极和相比所述第一电极设置于下方的第二电极之间，经由所述熔解室中容纳的导电性金属的熔液沿纵向流动直流电流，并且从所述熔解炉的外部向所述熔解室的中心或者从所述熔解室的中心向所述熔解炉的外部以放射状施加磁场，通过所述直流电流与所述磁场交差而产生的电磁力对所述熔解室中的所述熔液施加绕纵轴旋转的旋转力，通过所述旋转力使所述熔液旋转，从而使所述熔液从设置在所述熔解室与附设所述熔解室的保持炉之间的挡板的出口开口排出到所述保持炉中，同时从所述挡板的入口开口吸引所述保持炉中的熔液。

2.根据权利要求1所述的导电性金属熔液的驱动方法，其特征在于，

作为所述熔解炉主体的一部分一体构成所述第一电极以及所述第二电极，所述第一电极的电阻大于所述熔液的电阻。

3.根据权利要求1所述的导电性金属熔液的驱动方法，其特征在于，

独立于所述熔解炉主体构成所述第一电极以及所述第二电极，所述第一电极的电阻大于所述熔液的电阻。

4.根据权利要求2所述的导电性金属熔液的驱动方法，其特征在于，

将所述熔解炉主体的侧壁的上端部分制成所述第一电极，在所述第一电极上形成槽状的用于容纳低熔点合金的贮存池，在所述贮存池内以不存在间隙的状态容纳有与所述熔液相比熔融温度低的低熔点合金以及用于与流出所述直流电流的电源连接的金属制电极部件，所述第一电极与所述电极部件能够经由处于熔融状态的所述低熔点合金电连接。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的导电性金属熔液的驱动方法，其特征在于，

将所述熔解炉主体的底壁制成所述第二电极，所述第二电极经由吸收所述第二电极向下方热膨胀的热膨胀吸收体与所述电源连接，作为所述热膨胀吸收体使用在导电性金属制外壳中容纳有多个由导电性金属制成的球或者多个横向堆积的辊体的结构，从而使所述第二电极与所述电源电导通。

6.一种导电性金属的熔解炉，附设在保持导电性金属的熔液的保持炉上，具有熔解炉主体和磁场装置，其特征在于，

所述熔解炉主体具有与保持炉连通的熔解室以及设置在所述熔解室内的挡板，所述熔解室经由所述挡板的出口开口以及入口开口与所述保持炉连通，

所述熔解炉主体具有经由所述熔解室中容纳的导电性金属的熔液沿纵向流动直流电流的第一电极以及相比所述第一电极设置于下方的第二电极，

所述磁场装置由永磁铁构成，从所述熔解炉的外部周围向所述熔解室的中心或者从所述熔解室的中心向所述熔解炉的外部以放射状施加磁场，通过所述直流电流与所述磁场交差而产生的电磁力对所述熔解室中的所述熔液施加绕纵轴旋转的旋转力而使其旋转，从而使所述熔解室中的所述熔液从所述挡板的所述出口开口排出至附设所述熔解炉的保持炉中，同时将所述保持炉中的熔液从所述挡板的所述入口开口吸引至所述熔解室中。

7.根据权利要求6所述的导电性金属熔液的熔解炉，其特征在于，

作为所述熔解炉主体的一部分一体构成所述第一电极以及所述第二电极，所述熔解炉熔解相比所述第一电极电阻小的熔液。

8.根据权利要求6所述的导电性金属熔液的熔解炉，其特征在于，

独立于所述熔解炉主体构成所述第一电极以及所述第二电极，所述熔解炉熔解相比所述第一电极电阻小的熔液。

9.根据权利要求7所述的导电性金属熔液的熔解炉，其特征在于，

将所述熔解炉主体的侧壁的上端部分构成所述第一电极，在所述第一电极上形成槽状的用于容纳低熔点合金的贮存池，在所述贮存池内以不存在间隙的状态容纳有相比所述熔液熔融温度低的低熔点合金以及用于与流出所述直流电流的电源连接的金属制电极部件，所述第一电极与所述电极部件能够经由处于熔融状态的所述低熔点合金电连接。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的导电性金属熔液的熔解炉，其特征在于，

将所述熔解炉主体的底壁构成所述第二电极，所述第二电极经由吸收所述第二电极向下方热膨胀的热膨胀吸收体与所述电源连接，作为所述热膨胀吸收体使用在导电性金属制外壳中容纳有多个由导电性金属制成的球或者多个横向堆积的辊体的结构，从而使所述第二电极与所述电源电导通。