JP2004149820A - 回転式混合材料供給器 - Google Patents

Abstract

【課題】比重の異なる原料を混合した混合材料の振動フィーダへの供給を混合材料の原料構成を均一として行うことができ、またその製造工数を過度に多くすることなく、しかも設備の大型化を伴わない回転式混合材料供給器を提供する。
【解決手段】内側面のほぼ全域にわたりらせん状リブ１１ａ，１１ｂが形成された有底円筒状体１１と、上記有底円筒状体の開口端に取り付けられて開口部１２ｃを有する蓋１２とからなる回転式混合材料供給器において、上記内側面に上記らせん状リブと交差する直線状リブ１１ｆを設ける。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属溶解用設備に付帯する回転式混合材料供給器に係り、特に、比重または嵩比重が異なる複数種類の溶解用原料を混合した混合材料を振動フィーダに供給する際に、製造工数を過度に多くすることなく、また設備の大型化を伴わずに、当該混合材料の原料構成を均一とし、ひいてはインゴットの均質化を実現するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビームを利用した金属の溶解技術は、鉄やニッケル系合金の溶解のみならず、モリブデン、ニオブ、タンタル等の高融点金属や、チタン、チタン合金等の活性金属の溶解にも広く用いられている。金属溶解炉に供給される原料には、一般に、電極と称するインゴット形状の原料が使用される。しかしながら、近年の技術の進歩により、使用する装置によっては、スポンジチタンや切削切粉等の粉状あるいは塊状の原料を用いることもできる。
【０００３】
電子ビームを利用して複数種類の原料からインゴットを製造する場合には、図１に示すように、内側面にらせん状リブを形成したアルキメデス缶と呼ばれる回転式混合材料供給器１にこれら原料を収容する。その後、回転式混合材料供給器１を周方向に回転させることで、プランジャバルブ２の動作の下、回転式混合材料供給器１に設けられた開口部１ａから混合材料を所定量振動フィーダ３に一次排出し、振動フィーダ３から溶融部であるハース４に混合材料を供給する。さらに、電子ビームガン５を用いて混合材料に電子ビームを照射することにより、混合材料を溶解してインゴット６を製造する。
【０００４】
しかしながら、例えば、スポンジチタンと切削切粉とのように嵩比重の異なる原料を混合してハース４に供給する場合には、嵩比重の小さな切削切粉が優先的に排出され易いため、これら嵩比重の異なる原料からなる混合材料をすべての混合領域において原料構成が均一となるようにすることは困難である。このため、混合材料が局所的に不均一な原料構成のままハース４に供給されるおそれがある。このような状況下においては、原料の種類により純度が異なることから、混合材料を溶解して得られるインゴット６の不純物成分の分布がその長手方向において不均質となり、ユーザーの要求特性を満足することができない。
【０００５】
また、スポンジチタンと所定量のアルミニウム成分を含有する切粉とを混合したチタン合金用混合材料を溶解してチタン−アルミニウム合金を製造する場合には、切粉に含有されているアルミニウム成分は揮発し易いため、スポンジチタンと共に過剰のアルミニウム成分を添加する必要がある。このため、回転式混合材料供給器から供給される混合材料の原料構成のうち、スポンジチタンの供給率を可能な限り一定とすることが重要である。回転式混合材料供給器から供給される混合材料の原料構成が均一でない場合には、溶解後のインゴットの成分組成も不均一であるため、生成したインゴットを再度電極としてＶＡＲ溶解することにより要求特性を満足させることができる。しかしながら、一次溶解したインゴットを再度溶解して製品インゴットを得る場合には、製造コストが割高となるため経済的でない。また、再度溶解した場合にはある程度の改善は達成されるものの、インゴットはその長手方向において必ずしも均質にならないのが現状である。
【０００６】
このような実状を考慮し、混合材料の供給方法としては、従来から、スポンジチタン、チタンスクラップ材、合金元素等を予め混合して、“チタンまたはチタン合金”、あるいは“チタンまたはチタン合金よりも蒸気圧の高い金属”の薄板や金網で包んだものをフィーダからハースに供給する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、溶解すべき原料を複数のフィーダにより供給速度をそれぞれ独立に調整してハースに供給する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平４−１３１３３０号公報（第２，３頁、第２図）
【特許文献２】
特開平２−６６１２９号公報（第２頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、スポンジチタン等の予備混合工程が必要なため、製造工数が嵩むという問題があった。また、特許文献２に記載された技術では、複数のフィーダが必要であるため、設備の大型化を伴うという問題があった。そこで、近年では、スポンジチタンと切削切粉とのような比重の異なる原料を混合した混合材料の振動フィーダへの供給を、製造工数を過度に多くすることなく、また設備の大型化を伴わずに実現でき、しかも供給される混合材料原料構成が均一となるように実現可能な回転式混合材料供給器の開発が要請されていた。
【０００９】
本発明は、上記要請に鑑みてなされたものであり、比重または嵩比重の異なる原料を混合した混合材料の振動フィーダへの供給を混合材料の原料構成を均一として行うことができ、またその製造工数を過度に多くすることなく、しかも設備の大型化を伴わない回転式混合材料供給器を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転式混合材料供給器は、内側面のほぼ全域にわたりらせん状リブが形成された有底円筒状体と、上記有底円筒状体の開口端に取り付けられて開口部を有する蓋とからなり、上記内側面に上記らせん状リブと交差する直線状リブを設けたことを特徴とするものである。
本発明の回転式混合材料供給器は、使用に際し、混合材料を構成する各原料を有底円筒状体に収容して蓋をした後に、当該供給器を周方向に回転させて混合材料をその原料構成において均一とし、蓋に設けられた開口部から混合材料を外部に供給するものである。
具体的に、回転式混合材料供給器の回転時には、混合材料は隣り合うらせん状リブ間の溝上に位置し、この溝の回転動作に追随して当該溝とともにほぼ周方向に搬送される。そして、混合材料は溝の回転動作に追随できなくなった時点で重力によってより落下し、この際に混合が促進される。このような動作を繰り返すことで混合材料は最終的に開口部に達し、外部に供給される。
本発明では従来の回転式混合材料供給器の内側面に直線状リブを形成したことで、混合材料が直線状リブを乗り越えるに際し、さらに混合が促進されるとともに、比重の大きな原料のみの搬送が抑制され、結果として混合材料が原料構成においてより均一となり、局所的に不均一な原料構成のまま炉内に供給されることはない。このため、本発明の回転式混合材料供給器を使用して供給した混合材料を溶解して得られるインゴットの成分組成は、その長手方向において十分に均質なものとなり、ユーザーの要求特性を十分に満足し得るものとなる。
また、本発明の回転式混合材料供給器を使用した場合には、上記特許文献１に記載された技術のような原料の予備混合工程が必要でないため、製造工数が過度に多くなることはない。さらに、本発明の回転式混合材料供給器を使用した場合には、特許文献２に記載された技術のように複数のフィーダを必要としないため、設備の大型化を伴うということもない。したがって、本発明によれば、直線状リブの形成によるインゴットの十分な均質化と、原料の予備混合工程が不要であることによる製造工数の抑制と、複数のフィーダが不要であることに起因した設備の大型化の防止とを同時に実現することができる。
【００１１】
このような回転式混合材料供給器においては、上記蓋が上記らせん状リブの内周面に嵌合し、上記直線状リブが上記内側面の軸方向において上記蓋の嵌合領域以外の全域にわたって延在し、かつ軸方向に対して傾斜していることが望ましい。本発明においては、直線状リブを内側面の軸方向において蓋の嵌合領域以外の全域にわたって延在させていることで、混合材料が直線リブを乗り越える回数を最大限に設定することができる。このため、混合材料の直線状リブを乗り越えることに起因する混合効果が十分に得られ、混合材料を十分に均一化させることができる。また、直線状リブを軸方向に対して傾斜させていることにより、混合材料が直線状リブを乗り越える際に周方向のみならず軸方向にも移動するため、原料同士の混合がさらに促進され、混合材料をより一層均一化させることができる。
【００１２】
また、このような回転式混合材料供給器においては、直線状リブの軸方向に対する傾斜角が、１０゜〜５０゜であることが望ましい。傾斜角を１０゜未満とした場合には、混合材料が直線状リブを乗り越える際に、混合材料がほぼ周方向にのみ移動することから、軸方向における原料の移動が十分に行われない。このため、直線状リブを使用したことによる周方向および軸方向の両方向における混合効果が十分に得られない。また傾斜角を５０゜を超えるものとした場合には、混合材料が直線状リブを乗り越える際に、混合材料がほぼ軸方向にのみ移動することから、周方向における原料の移動が十分に行われない。このため、この場合も直線状リブを使用したことによる周方向および軸方向の両方向における混合効果が十分に得られない。また傾斜角を５０゜を超えるものとした場合には、直線状リブの形成態様とらせん状リブの形成態様とに大差がないことから、直線状リブが混合材料に対して乗り越えるべき障害物としての役割を十分に果たすことができない。このため、直線状リブが無い場合とその混合効果がさほど変わらず、直線状リブを使用したことによる混合効果が十分に得られない。なお、以上の効果をさらに得るためには、上記傾斜角を３０゜〜５０゜とすることがより望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を従来技術と対比させながら、図面を参照して詳細に説明する。
図２（ａ）は、従来の回転式混合材料供給器を示し、右側はその側方断面図であり、左側はその正面図である。図中符号１１は有底円筒状体を、１２は有底円筒状体１１の開口端に着脱自在に取り付けられた蓋を示す。同図に示すように、有底円筒状体１１には、内側面のほぼ全域にわたり高さの異なるらせん状リブ１１ａ，１１ｂが連続的に形成されている。また有底円筒状体１１には底壁１１ｃが例えばボルトで取り付けられている。蓋１２は、円板状をなして有底円筒状体１１の開口部を閉塞する板部１２ａと、筒状をなしてらせん状リブ１１ｂの内周面に嵌合する筒部１２ｂとからなっている。板部１２ａの外周の近傍には、混合材料を外部へ供給する開口部１２ｃが形成されている。蓋１２は、使用に際してボルト等で有底円筒状体１１に取り付けられる。図２（ｂ）は図２（ａ）に示した有底円筒状体１１の展開図であり、同図に示すように、らせん状リブ１１ａは、底壁１１ｃ側から蓋１２側へ向けてらせん状に延在し、その端部の段差部Ｄから幅が広くなり、らせん状リブ１１ｂとして有底円筒状体１１の開口に向けて延在している。
【００１４】
図２に示す回転式混合材料供給器は、使用に際し、混合材料を構成する各原料（図示せず）を収容した有底円筒状体１１に蓋１２を嵌合した後、当該供給器を周方向に回転して混合材料をその原料構成において均一とし、蓋１２に設けられた開口部１２ｃから混合材料を振動フィーダに供給する。回転式混合材料供給器の回転時には、混合材料は、例えば隣り合うらせん状リブ間に形成された一の溝１１ｄ上に位置し、溝１１ｄの回転動作に追随して溝１１ｄとともにほぼ周方向に移動する。そして、混合材料は溝１１ｄの回転動作に追随できなくなった時点で重力によってより開口部に近い溝１１ｅ上に落下し、この際に混合が促進される。このような動作を繰り返すことで混合材料は最終的に開口部１２ｃに達し、外部に供給される。しかしながら、このような構造の回転式混合材料供給器を使用して嵩比重の異なる原料からなる混合材料を振動フィーダに供給する場合には、嵩比重の小さな原料だけが優先して排出されてしまい、インゴットを均質にすることができなかった。
【００１５】
これに対して、図３（ａ）は、本発明の回転式混合材料供給器の一例を示し、右側はその一部断面図であり、左側はその正面図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した有底円筒状体１１の展開図である。図３（ａ），（ｂ）に示す回転式混合材料供給器の基本的構成は、図２（ａ），（ｂ）に示した回転式混合材料供給器と同じである。したがって、図２（ａ），（ｂ）に示すものと同等の構成要素には同符号を付してその説明を省略する。図３（ａ）に示す回転式混合材料供給器は、図２（ａ）に示す回転式混合材料供給器に対して、有底円筒状体１１の内側面にらせん状リブ１１ａと交差する軸方向に延在する３本の直線状リブ１１ｆがさらに形成されたものである。この例においても、回転式混合材料供給器内に収容された混合材料は、当該供給器の周方向の回転に伴い、図３（ａ）の右側図に示すところにおいて、右側から左側に混合を繰り返しつつ搬送される。本例では、直線状リブ１１ｆを形成したことにより、混合材料が直線状リブを乗り越えるに際し、さらに混合が促進されるという効果を奏する。
【００１６】
特に、嵩比重差の大きい２成分系の原料を混合して混合材料を供給する場合には、上記直線状リブ１１ｆを有底円筒状体１１の内側面の軸方向において蓋１２の嵌合領域以外の全域にわたって延在させることで、混合材料が直線リブ１１ｆを乗り越える回数を最大限に設定することができる。このため、混合材料の直線状リブ１１ｆを乗り越えることに起因する混合効果が十分に得られ、混合材料を十分に均一化させることができる。また、図３に示す例の変形例として、図４（ａ），（ｂ）に示すように、直線状リブ１１ｆを軸方向に対して傾斜させた場合には、混合材料が直線状リブ１１ｆを乗り越える際に周方向のみならず軸方向にも移動するため、混合材料をさらに均一化させることができるので好ましい。この場合、直線状リブ１１ｆの高さはらせん状リブ１１ａの高さよりも高くすると混合効果がさらに高められる。上記傾斜角は適宜選定することができるが、たとえばスポンジチタンと切粉とを原料として用いる場合には、１０゜〜５０゜とするのが好ましく、上記効果をさらに得るためには、３０゜〜５０゜とするのがより好ましい。
【００１７】
さらに、図３または図４に示した回転式混合材料供給器を使用した場合には、スポンジチタン、切粉、切断チップ等の種々の原料を混合して２成分系の混合材料を振動フィーダに供給することができるのはもちろんのこと、３成分以上の系の混合材料をその原料構成を均一として振動フィーダに供給することもできる。かかる３成分以上の系の混合材料を振動フィーダに供給する場合にも、上述したような回転式混合材料供給器の内側面にらせん状リブ１１ａと交差する直線状ブ１１ｆを形成することで混合材料の供給をその原料構成においてより均一とし、ひいてはインゴットをさらに均質に製造することができる。
【００１８】
このような直線状リブ１１ｆは、その数を増加させると混合材料の原料構成における均一性が一層改善されるので、複数本形成してもよい。ただし、その数を過度に多くすると混合材料の振動フィーダへの供給に際し、混合材料が詰まり易くなるので、円周方向に１〜３本程度とするのが好ましい。
【００１９】
【実施例】
次に、本発明の実施例を説明する。
以下の各実施例および比較例においては、内径１４８２ｍｍ、高さ１８６０ｍｍの有底円筒状体（アルキメデス缶）にスポンジチタン２６１ｋｇと切粉２６１ｋｇとからなる混合材料を収容して、各回転式混合材料供給器を６ｒ．ｐ．ｍで周方向に回転させた。なお、らせん状リブのピッチは１５０ｍｍ、高さは８０ｍｍとし、らせん状リブおよび直線状リブの幅はともに１２ｍｍとした。以下に、各実施例および比較例についての諸条件と、スポンジチタンの供給率（％）と振動フィーダに供給された混合材料の全供給量（ｋｇ）とについての調査結果を示す。
【００２０】
［実施例１］
・有底円筒状体の内側面に軸方向に延在する３本の直線状リブを形成した場合の実施例
図３に示す構造、すなわち有底円筒状体の内側面の軸方向に３の直線状リブを形成した場合について調査した。なお、直線リブの高さは８０ｍｍとした。スポンジチタンの供給率と振動フィーダに供給された混合材料の全供給量との関係を図５に示す。
【００２１】
［実施例２］
・有底円筒状体の内側面に軸方向に対して傾斜して延在する３本の直線リブを形成した場合の実施例
図４に示す構造、すなわち有底円筒状体の内側面の軸方向に対して３０゜傾斜した３本の直線状リブを形成した場合について調査した。なお、直線リブの高さは１６０ｍｍとした。スポンジチタンの供給率と振動フィーダに供給された混合材料の全供給量との関係を図５に併記する。
【００２２】
［比較例］
・有底円筒状体の内側面に直線状リブを形成していない場合の比較例
図２に示す構造、すなわち有底円筒状体の内側面に従来型のらせん状リブのみを形成した場合について調査した。スポンジチタンの供給率と振動フィーダに供給された混合材料の全供給量との関係を図５に併記する。
【００２３】
図５から明らかなように、各実施例は、比較例に比してスポンジチタンの供給率のばらつきが小さく、混合材料がその原料構成においてより均一化されていることが判る。特に、実施例２については良好な結果が得られている。これは、直線状リブを内側面において軸線方向に対して傾斜させたことにより、混合材料が直線状リブを乗り越える際に周方向および軸方向の両方向に移動するため、原料構成の均一化が一層促進されるからである。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、有底円筒状体の内側面にらせん状リブと交差する直線状リブを形成したことで、振動フィーダに供給される混合材料の原料構成を均一とすることができ、しかもこの均一化を製造工数を過度に多くすることなく、また設備の大型化を伴わないで実現することができる。よって本発明は、電子ビームを利用してインゴットを製造するに際し、混合材料の原料構成の調整に好適な回転式混合材料供給器を提供することができる点で有望である。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子ビームを利用して金属の溶解を行うことによりインゴットを製造する金属溶解炉設備を示す図である。
【図２】（ａ）は、従来の回転式混合材料供給器を示し、右側はその側方断面図であり、左側はその正面図である。（ｂ）は、（ａ）に示した有底円筒状体の展開図である。
【図３】（ａ）は、本発明の一の回転式混合材料供給器を示し、右側はその側方一部断面図であり、左側はその正面図である。（ｂ）は、（ａ）に示した有底円筒状体の展開図である。
【図４】（ａ）は、本発明の他の回転式混合材料供給器を示し、右側はその側方一部断面図であり、左側はその正面図である。（ｂ）は、（ａ）に示した有底円筒状体の展開図である。
【図５】各実施例および比較例についての、スポンジチタンの供給率と振動フィーダに供給された混合材料の全供給量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１１…有底円筒状体、１２…蓋、１１ａ，１１ｂ…らせん状リブ、１１ｃ…底壁、１１ｄ，１１ｅ…溝、１１ｆ…直線状リブ、１２ａ…板部、１２ｂ…筒部、１２ｃ…開口部、Ｄ…段差。

Claims (3)

1. 内側面のほぼ全域にわたりらせん状リブが形成された有底円筒状体と、前記有底円筒状体の開口端に取り付けられて開口部を有する蓋とからなる回転式混合材料供給器において、前記内側面に前記らせん状リブと交差する直線状リブを設けたことを特徴とする回転式混合材料供給器。
2. 前記蓋は、前記らせん状リブの内周面に嵌合し、前記直線状リブは、前記内側面の軸方向において前記蓋の嵌合領域以外の全域にわたって延在し、かつ軸方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の回転式混合材料供給器。
3. 前記直線状リブの軸方向に対する傾斜角が、１０゜〜５０゜であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転式混合材料供給器。

Images