JP2006061925A

JP2006061925A - 密閉型溶解炉

Info

Publication number: JP2006061925A
Application number: JP2004245399A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ito; 真伊藤; Yuji Kawasaki; 祐司川▲崎▼
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】金属のインゴットや再生材の溶解において、溶解時や溶湯保持時に生じる酸化物の生成を抑制し、製造品質及び歩留りを向上させること。
【解決手段】炉蓋２を備えて密閉した坩堝４内に、該炉蓋２に穿設したインゴット溶解層孔５から挿入し、インゴット投入口シャッター１０を備えて上方開放空間に対して密閉したインゴット溶解槽７と、インゴット投入機構２１を内包し、インゴット投入口シャッター１０の上方開放空間を覆って密閉した収容ケース１３とで構成し、インゴット２０を、あらかじめ減圧した収容ケース１３から、外部に対して密閉されたインゴット溶解槽７に投入する。この結果インゴット溶解槽７では、大気と接触することなく溶解できるので、酸化物が発生する事はない。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋳造装置に供給される金属溶湯を溶解・保持するための溶解炉に関し、特に、溶解時や溶湯保持時に生じる金属溶湯の酸化や蒸発を抑制することができる密閉型溶解炉に関するものである。

マグネシウムやその合金などの非鉄金属を溶解する場合には、溶解された溶湯の酸化や蒸発を抑制するために、炉蓋を備えた坩堝が一般的に用いられている。

鋳造中に給湯された分を該坩堝に補給して溶解するためには、通常炉蓋の一部を大気雰囲気に開放して、コンベアなどで搬送してきたインゴットや再生材を、坩堝の溶湯中に落下投入させるとともに、一部溶湯表面に浮遊した残りのインゴットや再生材は、適当な押し込み機構を使用して、溶湯の中に押し込むようにして投入し、溶湯に浸漬させるようにしている。

このような金属の溶湯を大気雰囲気下に曝すような溶解方法では、これらの金属溶湯が酸化されて、酸化物（ドロス・スラッジ）を新たに生成するので、この発生した酸化物を除去するための作業が必要となる。また、溶湯が酸素を吸収して鋳造などの造塊時に、気孔を生じたり物性変化をきたしたりして機械的特性が低下するという課題がある。

またインゴットや再生材を、坩堝の上から溶湯中に直接落下させるような供給方法では、この落下投入による溶湯の炉蓋や坩堝内壁への跳ね返りのほかに、溶湯表面での保護ガスの撹拌や溶湯面高さの変動にともない、溶湯と大気との接触面が増えて酸化が促進され酸化物が増加して酸化物が坩堝の内壁や炉蓋に堆積する。また、落下投入時に、インゴットや再生材が坩堝の底にあたって、坩堝を損傷させる危険もある。

従来これらの課題を有する非鉄金属の溶解については多くの提案がなされており、たとえば溶解時には保護ガスあるいはフラックスで溶湯表面を被覆しながら溶解する方法や、インゴットの溶解炉への投入時には、フードなどでの閉鎖空間でインゴットを覆ってできるだけ大気雰囲気との接触を少なくするような方法などがある。

たとえば、マグネシウムまたはマグネシウム合金の溶解においては、特に酸化や蒸発がおきやすいので、保護ガスとしては、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）が使用され、フラックスとしては塩化カリウム、塩化カルシウム、フッ化カルシウムなどが従来から使用されている。

保護ガスとしての六フッ化硫黄（ＳＦ_６）は、この場合、溶湯表面からのマグネシウム蒸気の発生を抑えるのに大量に使用されるが、高価であることに加え、地球温暖化係数の高いガスでもあり環境保護の点でも問題がある。

またフラックスは、溶湯表面を雰囲気から遮断するのに使用されるが、使用後のフラックスの廃棄処分の問題や、フラックスが溶湯内に混入して材料欠陥が発生するおそれがあるという問題もある。

また下記特許文献１には、インゴットチャックを備えた搬送装置により、予熱したインゴットを予熱装置から取り出して炉蓋を備えた溶解保持炉に供給するインゴット供給・溶解方法において、インゴットを把持したインゴットチャック部をフードにより覆うことで閉鎖空間部を設けて、保護ガスを供給した該閉鎖空間部内に、インゴットチャック部で把持したインゴットを、炉蓋に穿設したインゴット供給口を介して、保護ガス雰囲気下のもとで低速で投入する技術が開示されている。この技術によれば、溶湯と大気との接触及び、落下投入による溶湯表面での保護ガスの撹拌や溶湯面高さの変動を極力抑制することができる。

しかし、特許文献１に開示されている技術では、フードによりインゴットを把持したインゴットチャック部を覆って形成された閉鎖空間部の一端は、インゴットを予熱装置から取出す時の取出口及び、溶解保持炉に供給する時の投入口としての開放端とされているので、インゴットを閉塞空間部内に移動させる際には、該閉塞空間部内が大気に開放された状態となってしまう。ここで、閉鎖空間部内には保護ガスが供給されているとはいえ、インゴットを出し入れする際に、閉鎖空間部内への大気の侵入を完全に抑制することができないため、大気に触れる溶湯表面の酸化は避けられない。また、開放端があるため保護ガスも大量に供給する必要があるという問題があった。

また炉蓋を備えて密閉できるような構成にある坩堝側においても、炉蓋に穿設したインゴット投入口を介して、インゴットを坩堝内に投入するときには、該インゴット供給口の蓋を開ける必要があるが、この時、坩堝内の上方空間部の一部も先きのフード内と同じように、大気に開放された状態になるので、保護ガスが供給されているとはいえ大気の進入を完全に抑制することができないため、大気に触れる溶湯表面の酸化は特許文献１の技術と同様に避けられない。また、特許文献１の技術と同様に開放端があるため保護ガスも大量に供給する必要があるという問題がある。
特許第３４５２８１２

本発明は、上述した従来の技術における金属インゴットの溶解についての問題点を鑑みてなされたものであり、溶解時の溶湯の酸化や酸素吸収を抑制し、大量の保護ガスまたはフラックスを使用することによるコストアップを低減することができる密閉型溶解炉を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１の発明は、金属溶湯を収容する坩堝と、前記坩堝の上方開放空間を閉塞するように配置される炉蓋と、中空形状を有し、前記炉蓋に形成される溶解槽挿通孔から前記坩堝内に挿入されるとともに、前記炉蓋側の一端に投入口が形成され、前記坩堝内に挿入される側の他端に前記坩堝内部と連通する開口部が形成されている溶解槽と、該溶解槽の前記投入口を開閉する投入口シャッターと、前記投入口シャッターを介して前記溶解槽内部と隣接する空間を密閉状態で覆い、前記溶解槽に投入するための金属塊が搬入される収容ケースと、前記収容ケース内に収容される金属塊を前記投入口を介して前記溶解槽に投入する投入機構と、を備え、前記収容ケースは、金属塊を該収容ケース内に搬入するための搬入口と、該搬入口を開閉し、該搬入口の閉状態において前記収容ケース内の気密性を保持する搬入口シャッターと、前記収容ケースの壁面に形成され該収容ケース内を減圧する真空開閉弁とを有するものであることを特徴とする密閉型溶解炉としたことである。

また上記技術課題を解決するにあたり請求項２のように、前記溶解槽は、溶湯中に浸漬されないようになっている上部溶解槽と、溶湯中に浸漬された側にあって一部が溶湯表面から露出する下部溶解槽とを有し、該上部溶解槽と該下部溶解槽とが断熱材を介して連結されて一体化されて構成されているのがよい。

また上記技術課題を解決するにあたり請求項３のように、前記収容ケースは、該収容ケースの壁面に保護ガス供給弁を備えることが好ましい。

また上記技術課題を解決するにあたり請求項５のように、前記金属塊はインゴットあるいは再生材であり、前記溶解槽として該インゴットを溶解するためのインゴット溶解槽と該再生材を溶解するための再生材溶解槽とを有するのがよい。

また上記技術課題を解決するにあたり請求項６のように、前記金属溶湯は、マグネシウムまたはマグネシウム合金の溶湯であることが好ましい。

請求項１の発明によれば、溶解槽の投入口側に、収容ケースを設けて、真空開閉弁であらかじめ減圧されて大気を除去した前記収容ケースから、投入口シャッターを開状態として、投入口から溶解槽に金属塊を投入するように構成されている。

具体的には、収容ケースに形成される搬入口を開状態にして、収容ケース内に金属塊を収容した後、搬入口を閉状態にすると、搬入口シャッターにより収容ケース内の気密性が保持される。その後、収容ケースを減圧して、搬入口を開状態としたときに、収容ケースに侵入した大気を除去する。そして、収容ケース内の大気が除去された状態で、投入口シャッターにより投入口を開状態として、金属塊を溶解槽に投入する。収容ケース内の大気が除去された状態で投入口シャッターが開くので、大気が溶解槽内に侵入することがない。

したがって前記インゴット溶解槽への大気の進入による、溶湯の大気接触が避けられて、溶湯の大気中の酸化による、酸化物（ドロス・スラッジ）の発生や溶湯の燃焼が防止されて、溶湯の品質が向上するとともに、溶湯の歩留まりも向上する。

請求項２の発明によれば、溶解槽は、上部溶解槽と下部溶解槽とに分割されるとともに、該上部溶解槽と下部溶解槽の間には、断熱材を介在させる構成にあるので、該断熱材によって、筒状に形成された溶解槽の長手方向の熱伝導は低減される。

したがって、筒状に形成されて、一端を高温下の溶湯側に、他端を大気雰囲気温度側に配置される溶解槽において、高温下にある前記溶湯側から大気側への熱伝導による熱損失が、該断熱材によって低減されるので、溶解や溶湯保持のために供給される加熱エネルギーが節約できる。

請求項３の発明によれば、前記収容ケースをあらかじめ減圧した後にそれぞれ、ＳＦ_６（六フッ化硫黄）、アルゴン、窒素、ＣＯ_２などの保護ガスを供給することにより、それらの保護ガスで置換されてほぼ完全に大気中の酸素を除去した前記収容ケースから、同じくあらかじめ保護ガスで置換されてほぼ完全に大気中の酸素を除去した溶解槽に金属塊を投入するように構成されている。

したがって大気中の酸素がほぼ完全に除去された保護ガス雰囲気下で、溶解及び溶湯保持ができるので、溶湯表面にドロス・スラッジのたぐいの酸化物が発生することはなくまた、溶湯の品質が安定するとともに、溶湯の歩留まりを向上させることができる。

またマグネシウムなどの比較的蒸気圧が低くて蒸発しやすい場合では、減圧して置換した保護ガス雰囲気とすることによって、各溶解槽内の圧力を高めることで大気の分圧を下げることで、溶解及び溶湯保持時における蒸発量をも低減することができる。

また、減圧して密閉した収容ケースに保護ガスを供給するような構成にあるので、従来のように大気開放下において保護ガスを供給しながら溶解する方法に比べて、供給する保護ガスを大幅に低減する事ができ、高価な保護ガスに対する経済効果のみならず、六フッ化硫黄などに対する環境保護にも貢献できる。

請求項４の発明によれば、溶解槽の溶湯に侵入される側の端部に、該溶解槽の下方に向かって開口部が形成されており、該開口部に溶解槽の下方に向かって縮径する絞り部が形成されているので、溶解槽に投入された金属塊が該絞り部により係止される。

したがって、溶解槽に金属塊を投入した際に、金属塊が坩堝底面に直接衝突することを防止することができ、坩堝の破損を防止することができる。

請求項６の発明によれば、本発明が対象とする金属はマグネシウム及びマグネシウム合金を含むものであるが、特にイオン化傾向が高くて酸化しやすくまた溶湯から蒸気が発生して燃焼しやすいマグネシウム及びマグネシウム合金では、密閉されて大気を除去した収容ケースに保持された金属塊を、溶解槽に投入して溶解するように構成した本発明によれば、大気中の酸素による溶湯の酸化・燃焼が防止されて歩留まりが向上し、安定して高品質の溶湯が確保できる。

以下本発明に係わる実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。以下、図面において、図面の見やすさを優先して、ハッチングをしていない。

（第１実施形態例）
図１は、本発明の第１実施形態例に係わる密閉型溶解炉の全体概略構成を示す側面図である。特に、図１は、金属塊としてインゴットを溶解するインゴット溶解炉１ａを示すものである。図１において、マグネシウムやマグネシウム合金に代表される非鉄金属を溶解するインゴット溶解装置１ａは、炉蓋２を備えて上方開放空間３が密閉された坩堝４と、前記炉蓋２に穿設されたインゴット溶解槽孔５に挿入され炉蓋２側の端部の外周にフランジ状のインゴット溶解槽取付治具６を備えて前記炉蓋２に固定されるように形成された筒状のインゴット溶解槽７とを有する。インゴット溶解槽７の炉蓋２側の端面はインゴット投入口１６とされており、該インゴット投入口１６を開閉するインゴット投入口シャッター１０が、前記インゴット溶解槽取付治具６の前記炉蓋２へ固定する反対側に形成されたインゴット投入口シャッター当接面８に載置されている。また、インゴット溶解槽７と投入口シャッター１０を介して隣接する上方空間を覆う収容ケース１３が、投入口シャッター１０を覆う形で配置されている。この収容ケース１３内にはインゴットチャック部１１を備えた昇降シリンダー１２で構成されるインゴット投入機構２１が配置されている。収容ケース１３には、該収容ケース１３内に金属塊を搬入するための搬入口１３ａが形成されており、該搬入口１３ａを開閉する搬入口シャッター９が設けられている。さらに、収容ケース１３には、該収容ケース１３内を外部から減圧する真空開閉弁１４が設けられている。

前記坩堝４は、前記上方開放空間３側に、前記炉蓋２を戴置して密閉した状態で、前記炉蓋２に穿設されたインゴット溶解槽孔５に挿入した前記インゴット溶解槽７を内蔵し、図示しないが外部に備えた電気抵抗加熱、高周波誘導加熱、ガスや石油燃焼加熱などの適当な加熱機構によって加熱されて、インゴットの溶解及び溶湯１５の保持を行なう。

また前記炉蓋２には、前記坩堝４内を、外部から真空ポンプなどで減圧して大気を除去する作業の時に、開弁するようにした図示しない真空開閉弁が具備されて、溶解時や溶湯保持時には、該坩堝４内を減圧して、溶湯１５が大気に接触して酸化されないようになっている。

前記インゴット溶解槽７は、前記炉蓋２側の端部をインゴット投入口１６にまた、前記溶湯１５側の端部を溶湯連通口２５とする筒状に形成されて、該炉蓋２の前記インゴット溶解槽孔５を介して坩堝４内に挿入されている。該インゴット溶解槽７の該炉蓋２側の端部外周には、該インゴット溶解槽７を該インゴット溶解槽孔５に固定するフランジ状の前記インゴット溶解槽取付治具６が設けられている。また、該溶湯１５側の端部にある該溶湯連通口２５には、該坩堝４内の該溶湯１５と該インゴット溶解槽７内の溶湯１７を流動抵抗をもって連通させる絞り部１８を、それぞれ備えて形成されて、前記インゴット２０の溶解と前記溶湯１７を保持する。

前記絞り部１８は、筒状に形成された前記インゴット溶解槽７の溶湯連通口２５部の断面積を小さくしたもので、たとえば該インゴット溶解槽７の底部にむけて、順次断面積が小さくなるような漏斗状に形成され、該インゴット溶解槽７にインゴットを投入する時に発生する、前記溶湯１７表面側の高さ変動を、前記坩堝４側の該溶湯１５表面側に波及しないようにして、該溶湯１５表面側の高さ変動に伴う、前記坩堝４側の炉壁へのドロス・スラッジ（酸化物）などの付着による堆積や、該溶湯１５表面側の撹拌に伴う、雰囲気ガスの巻き込みによるドロス・スラッジの発生を解消するようになっている。

また前記インゴット溶解槽取付治具６の前記炉蓋２に固定する側と、反対側の端面には、前記インゴット投入口１６を備えた、平面状のインゴット投入口シャッター当接面８が形成されて、前記インゴット投入口シャッター１０が、前記インゴット投入口シャッター当接面８に対して、気密性が保持されるように戴置される。

前記インゴット投入口シャッター１０は、上記のように前記インゴット投入口シャッター当接面８に、気密性が保持されるように戴置されているが、外部信号により開閉動作するインゴット投入口シャッター駆動機構１９を備えて、前記インゴット２０を、前記インゴット投入口１６を介して、前記インゴット溶解槽７に投入する時には開口し、溶解時や溶湯保持時には閉口されるように構成されている。該インゴット投入口シャッター１０の閉口時には、前記絞り部１８を介して連通した、密閉された前記坩堝４内の前記溶湯１５とともに、該インゴット溶解槽７内の気密性を保持するように構成されている。

収容ケース１３は、前記インゴット投入機構２１を内包して、インゴットを把持した該インゴット投入機構２１の動作空間を区画するものである。また、収容ケース１３は、前記インゴット投入口シャッター１０を戴置した前記インゴット投入口シャッター当接面８の上方開放空間を密閉するように配置されている。また、外部から前記インゴット２０を収容ケース１３内に搬入する時に開口するインゴット搬入口シャッター９は、その閉状態において、前記インゴット投入口シャッター１０とともに、収容ケース１３内の気密性を保持するものである。前記インゴット搬入口シャッター９は、上述のように前記インゴット投入密閉室１３のインゴット搬入口に気密性が保持されるように配設され、外部信号により開閉するインゴット搬入口シャッター駆動機構２３を備えて、前記インゴット２０を該インゴット投入密閉室１３内に搬入する時には開口するとともに、搬入した後には閉口して、前記インゴット搬入後には、前記インゴット投入密閉室１３の気密性を保持するようになっている。

前記インゴット投入機構２１は、前記インゴット投入口シャッター１０の直上の前記収容ケース１３内に配置され、外部の図示しないインゴット投入機構駆動機構と連結してほぼ垂直方向に上下動する昇降シリンダー１２及び、該昇降シリンダー１２の前記駆動機構が連結される側の反対側端部に連結されたインゴットチャック部１１で形成されている。前記インゴット２０を、前記インゴット投入口シャッター１０を介して、前記インゴット投入口１６から、前記インゴット溶解槽７に投入する。

このインゴット投入機構２１は、外部信号に基づいて動作する前記インゴット投入機構駆動機構によって、前記インゴット２０を前記インゴットチャック部１１で把持するとともに、前記インゴット投入密閉室１３へ搬入された前記インゴット２０を、前記インゴット投入密閉室１３内で保持する動作と、前記インゴットチャック部１１で把持した該インゴット２０を、前記インゴット溶解槽７へ投入する動作を行なうことが出来るように構成されている。

すなわち前記昇降シリンダー１２は、連結した外部の前記インゴット投入機構駆動機構によってほぼ垂直方向に上下動するように構成され、前記収容ケース１３内での後述する減圧作業に向けて、前記インゴット密閉室１３内に搬入された前記インゴット２０を、前記インゴットチャック部１１を介して、前記昇降シリンダー１２を上昇させて吊り上げて、長手方向にほぼ垂直状態に起立させて保持するとともに、前記インゴット密閉室１３内での減圧作業の終了後には、該インゴット２０を、垂直状態に把持して起立させたままの状態で昇降シリンダー１２を下降させて、インゴット投入口シャッター１０を介して、前記インゴット溶解槽７の溶湯１７中に、投入するように構成されている。

前記インゴットチャック部１１は、前記昇降シリンダー１２と連結されてインゴットを把持する機構及び回転自在の機構を備えて、外部信号に基づき上述のように該昇降シリンダー１２と連動して動作し、まず把持した状態で前記インゴット２０を、前記インゴット投入密閉室１３内で該昇降シリンダー１２を上昇させて、長手方向にほぼ垂直状態に起立させるように構成される。

さらに前記インゴットチャック部１１は、該インゴット２０全体がほぼ前記溶湯１７中に浸漬した時点では、前記インゴット２０をリリースして、該インゴットチャック部１１だけを前記昇降シリンダー１２ともに上昇させて、インゴットの搬入時におけるインゴット把持の位置で待機するように構成される。

前記真空開閉弁１４は、前記収容ケース１３を形成する躯体の壁面に配設され、図示しないが外部に設けられた真空ポンプと配管で連結されて、外部信号に基づき開閉動作するようになって、弁開放時には、前記収容ケース１３を減圧して大気を除去する。

この前記真空開閉弁１４を介して、該収容ケース１３を減圧して大気を除去し、該収容ケース１３から、インゴット溶解槽７に、前記インゴット２０を投入することができる。そのため、溶解時や溶湯保持時において、前記インゴット溶解槽７での、該インゴット２０や前記溶湯１７が大気に接触することは完全に解消されるので、酸化による酸化物生成は、大幅に低減される。

なお上述した本実施形態例に係る、前記坩堝４、前記炉蓋２、前記インゴット溶解槽取付治具６を備えた前記インゴット溶解槽７などの主要部位は、耐熱性、経済性、密閉性に優れるボイラー鋼板など鉄または鉄基性合金で構成される。

上記のように構成された、インゴット状の非鉄金属の溶解炉としてのインゴット溶解炉１ａについて、以下に作用を説明する。

まず溶解に先立ち予熱された前記インゴット２０がコンベアなどで、前記インゴット搬入シャッター９まで搬送されると、図示しないが搬送されたことを検知するセンサーに基づき前記インゴット搬入口シャッター駆動機構２３が作動して、該インゴット搬入口シャッター９により搬入口１３ａが開口する。開口された搬入口１３ａから該インゴット２０が前記収容ケース１３内に搬送され、さらに該インゴット２０は、先端が前記インゴットチャック部１１に至るまで搬送されると、外部信号に基づきインゴット投入機構駆動機構が作動して、前記昇降シリンダー２１を介して前記インゴットチャック部１１により把持される。

前記インゴットチャック部１１に把持された前記インゴット２０は、回転自在に該インゴットチャック部１１と連結した、前記昇降シリンダー１２で構成されるインゴット投入機構２１によって上方に牽引される。その結果、インゴット２０は、前記インゴット投入密閉室１３内のインゴット投入シャッター１０の直上の密閉された空間に、長手方向にほぼ垂直状態に起立する。インゴット２０が収容ケース１３内で垂直状態で起立して、完全に収容ケース内に搬入されると、前記インゴット搬入シャッター９が閉口される。

この前記インゴット搬入シャッター９が閉口することにより、収容ケース１３a内の気密が保持されるが、収容ケース１３ａの気密が保持された状態で、収容ケース１３内を、外部の真空ポンプと連結した前記真空開閉弁１４を開弁して減圧する。

この時の減圧のレベルは、前記溶湯１７や前記インゴット２０の酸化を減らすためには大きいほど良いが、溶解炉構成面での密閉難易度や経済性及び、溶解される非鉄金属の蒸気圧などの特性を鑑みて、−０．３ｋｇ／ｃｍ^２から−０．８ｋｇ／ｃｍ^２の範囲が実用上は望ましい。

次に収容ケース１３における減圧作業が終了すると、前記インゴット搬入口シャッター９を閉口した状態で、前記インゴット投入口シャッター１０を開口させる。そして、前記インゴット２０を長手方向にほぼ垂直状態に起立させた状態で、前記インゴットチャック部１１を介して担持したインゴット投入機構２１をそのままの状態で下降させるこことにより、密閉されてあらかじめ減圧されている前記インゴット溶解槽７の前記インゴット投入口１６から、インゴット溶解槽７にインゴット２０を投入する。このとき、インゴット投入にともなう溶湯面の撹拌や変動ならびに、溶湯の跳ね返りなどがないような低速で、前記インゴット２０の下端部から順次投入して、前記溶湯１７中に浸漬させていくのがよい。ドロス・スラッジのたぐいの酸化物の生成が解消されるとともにそれら酸化部の炉壁や炉蓋への付着も解消できる。

次に前記インゴット２０が、前記インゴットチャック部１１を残して、ほぼ全体が前記溶湯１７に浸漬されて、前記インゴット溶解槽７への投入作業を終了すると、前記インゴット投入機構２１を構成する前記インゴットチャック部１１に把持された前記インゴット２０が、前記溶湯１７の中にリリースされる。そして、前記インゴットチャック１１を備えた前記インゴット投入機構２１は、次のインゴットの溶解におけるインゴットの把持にむけて該インゴットチャック部１１が、前記インゴット密閉室１３内において、該インゴットを把持する位置にいたるまで上昇させて、次のインゴット搬入時まで待機させておく。

また前記インゴット溶解槽７では、前記インゴット２０を長手方向にほぼ垂直状態に起立させた状態で担持した前記昇降シリンダー１２を下降させて、前記インゴット２０を前記溶湯１７の中に低速で投入していくに伴い、該インゴット溶解槽７の前記溶湯連通口２５端にある前記絞り部１８を介して、該インゴット溶解槽７内の前記溶湯１７の一部が、投入された前記インゴット２０の容積に応じて、前記坩堝４内の前記溶湯１５中に移動して保持される。さらに、インゴット溶解槽１７に形成される絞り部１８により、溶解槽１７に投入されるインゴット２０が坩堝４の底面に直接衝突することを抑制することができ、坩堝４の損傷を抑制することができる。

また前記インゴット溶解槽７では、前記昇降シリンダー１２を、前記インゴットチャック部１１が、次のインゴットの溶解にむけた搬送されるインゴットを把持する高さ位置に至るまで上昇させた後には、外部信号に基づき開閉動作する、前記インゴット投入口シャッター１０を閉口させて、前記インゴット溶解槽７内を密閉する。この状態で、図示しないが、前記坩堝４の外部に配置された加熱機構により、前記坩堝４内の前記溶湯１５を介して加熱することにより、投入された前記インゴットの溶解が進行する。

（第２実施形態例）
つぎに本発明の第２実施形態例について、図２に基づいて説明する。

図２は、本発明の第２実施形態例に係わるインゴット及び再生材溶解炉の全体概略構成を示す側面図である。特に、図２は、金属塊としてインゴットと再生材を溶解するインゴット及び再生材溶解炉１ｂである。図２に示す、マグネシウムやマグネシウム合金に代表されるインゴット及び再生材溶解装置１ｂは、図１の第1実施形態例に係わる、インゴット溶解炉１ａにおいて、前記坩堝４内に、あらたに再生材溶解用の再生材溶解槽３７を追設して再生材も同じように密閉した溶解槽内で溶解できるように構成して、インゴットと再生材の溶解と溶湯保持が同時にできるようにした溶解炉である。

したがって以下、前記インゴット溶解装置１ａ側を構成する主要部位の説明は略すとともに、図１のインゴット溶解装置１ａ側を構成する部位と同じ部位にある符号は、図１と同じ符号で説明する。

図２において、インゴット及び再生材溶解炉１ｂは、坩堝４の上方開口空間３を覆う炉蓋２に、前記インゴット溶解槽孔５に加えて、再生材溶解槽孔３５が形成されている。そして、該再生材溶融槽孔３５に挿入され、前記炉蓋２側の端部の外周にフランジ状の再生材溶解槽取付治具３６を備えて前記炉蓋２に固定されるように形成された筒状の再生材溶解槽３７を有する。再生材溶解槽３７の炉蓋２側の端面は再生材投入口４６とされており、該再生材投入口４６を開閉する再生材投入口シャッター４０が、前記再生材溶解槽取付治具３６の前記炉蓋２へ固定する反対側に形成された再生材投入口シャッター当接面３８に載置されている。また、再生材溶解槽７と再生材投入口シャッター４０を介して隣接する上方空間を覆う収容ケース４３が、再生材投入口シャッター４０を覆う形で配置されている。この収容ケース４３内には、再生材５０を、前記再生材溶解槽３７内の溶湯４７中に投入後に、該溶湯４７中に押圧して浸漬させる再生材押し込み機構５１が配置されている。収容ケース４３には、該収容ケース４３内に再生材５０を搬入するための搬入口４３ａが形成されており、該搬入口４３ａを開閉する再生材搬入口シャッター３９が設けられている。さらに、収容ケース４３には、該収容ケース４３内を外部から減圧する真空開閉弁４４が設けられている。そのため、前記インゴット２０と前記再生材５０の溶解と溶湯保持を同時に出来るようになっている。

前記再生材溶解槽３７は、前記炉蓋２側の端部を再生材投入口４６にまた、前記溶湯１５側の端部を溶湯連通口５５とする筒状に形成されて、前記炉蓋２の前記再生材溶解槽孔３５を介して前記坩堝４内に挿入されている。該炉蓋２側端部の外周には、該再生材溶解槽３７を前記再生材溶解槽孔３５に固定するフランジ状の前記再生材溶解槽取付治具３６が設けられている。また、前記溶湯１５側端部にある溶湯連通口５５には、前記坩堝４内の前記溶湯１５と該再生材溶解槽３７内の溶湯４７を連通させる絞り部４８をそれぞれ備えて形成されて、前記再生材５０の溶解と前記溶湯４７を保持する。

前記絞り部４８は、筒状に形成された前記再生材溶解槽３７の前記溶湯連通口５５部の断面積を小さくしたもので、たとえば前記再生材溶解槽３７の底部にむけて順次断面積が小さくなるような漏斗状に形成されている。これにより、前記再生材溶解槽３７に前記再生材５０を投入する時に発生する前記溶湯４７表面側の高さ変動を前記坩堝４側の前記溶湯１５表面側に波及しないようにして、該溶湯４７表面の高さ変動に伴う前記坩堝４側の炉壁へのドロス・スラッジ（酸化物）などの付着による堆積や、溶湯１５表面の撹拌に伴うドロス・スラッジの発生を出来るだけ解消するようになっている。

また前記再生材溶解槽取付治具３６の前記炉蓋２に固定する側と反対側の端面には、前記再生材投入口４６を備えた平面状の再生材投入口シャッター当接面３８が形成されて、前記再生材投入口シャッター４０が、前記再生材投入口シャッター当接面３８に対して気密性が保持されるように戴置される。

前記再生材投入口シャッター４０は、外部信号により開閉動作する再生材投入口シャッター駆動機構４９を備えて、前記再生材５０を、前記再生材投入口４６を介して、前記再生材溶解槽３７に投入する時には開口し、溶解時や溶湯保持時には閉口されるように構成されている。閉口時には前記絞り部４８を介して連通した、あらかじめ密閉されている前記坩堝４内の溶湯１５とともに、前記再生材溶解槽３７内の気密性を保持するように構成されている
前記収容ケース４３は、前記再生材押し込み機構５１を内包して、該再生材押し込み投入機構５１の動作空間を区画し、外部から前記再生材５０を搬入する時に開口する再生材搬入口シャッター３９を備えて、前記再生材投入口シャッター４０とともに、前記再生材投入口シャッター４０を戴置した前記再生材投入口シャッター当接面３８の上方開放空間を覆って密閉するように形成されている。前記再生材５０が該収容ケース４３に搬入された後の再生材搬入口シャッター３９を閉口した状態の時には、外部に対して気密が保持されるように構成されている。再生材搬入口シャッター３９は、外部信号により開閉動作する再生材搬入口シャッター駆動機構５３を備えている。前記再生材５０を、該収容ケース４３に搬入する時には開口するとともに、該収容ケース４３に搬入した後には閉口して再生材搬入後に、前記収容ケース４３の気密性を保持するようになっている。

前記再生材押し込み機構５１は、前記収容ケース４３内の前記再生材投入口シャッター４０の直上の空間に配置され、前記収容ケース４３外部に備えた前記再生材押し込み機構駆動機構５２と連結してほぼ垂直方向に上下動する連接棒４２及び、該連接棒４２の該再生材押し込み機構駆動機構５２が連結される側の反対側端部に係止した押し込み板４１とで構成されている。前記再生材溶解槽３７に前記再生材５０が投入された後に前記再生材溶解槽３７の前記溶湯４７表面に浮遊して残った該再生材５０を、該連接棒４２と一体となって下降する該押し込み板４１で押圧して、前記溶湯４７の中に浸漬させることにより、該溶湯４７との熱伝導を向上させて溶解を促進させる。

すなわち、前記再生材搬入口シャッター３９を介して前記再生材投入密閉室４３に搬入された前記再生材５０は、該再生材投入密閉室４３内で後述するような減圧作業が行なわれた後に、前記再生材投入口シャッター４０を開口して、あらかじめ減圧された前記再生材溶解槽３７の前記溶湯４７の中に落下させて投入されるが、この時気泡などを包含して比重が軽くなった再生材や空洞などを有するような形状の前記再生材５０は、前記溶湯４７の表面に浮遊するので、前記押し込み板４１によってこれらを押圧して浸漬させるものである。

前記真空開閉弁５４は、前記収容ケース４３を形成する躯体の壁面に配設され、図示しないが外部に設けられた真空ポンプと配管で連結されて、外部の動作信号に基づき開閉するようになって、開弁時には前記収容ケース４３を減圧して大気を除去するように構成されている。

すなわちこの前記真空開閉弁５４を介して、前記再生材５０を前記収容ケース４３内に搬入して前記再生材搬入口シャッター３９を閉口した後に、該再生材５０を内蔵した該収容ケース４３を減圧することにより、該再生材５０を、あらかじめ減圧されて大気のない前記収容ケース４３から、密閉された前記再生材溶解槽３７に投入するようにしているため、該再生材５０の溶解時や溶湯保持時に大気と接触する事は無く、したがって溶湯１７の酸化は、大幅に低減または解消される。

再生材溶解槽３７の作用は、インゴット溶解槽７の作用と同等であるので、その説明を省略する。

つぎに上述した第１実施形態例に係わる、前記インゴット溶解槽７及び、第２実施形態例に係わる、前記再生材溶解槽３７は、前記炉蓋２側の端部をそれぞれ、前記インゴット投入口１６、前記再生材投入口４６にまた、前記溶湯１５側の端部をそれぞれインゴット溶湯連通口２５、再生材溶湯連通口５５とした、ひとつの筒状の溶解槽としてそれぞれ構成されているが、図３に示すように、該インゴット溶解槽７および該再生材溶解槽３７それぞれを、前記炉蓋２側と前記溶湯１５側に分割して、その間に断熱材を介在させて一体化した溶解槽として構成する第１変形実施形態でもよい。

すなわち図３に示すように、前記インゴット溶解槽７及び前記再生材溶解槽３７は、それぞれ前記インゴット溶解槽取付治具６側及び前記再生材溶解槽取付治具３６側にあって、前記溶湯１５中に浸漬されないよう形成される上部インゴット溶解槽７ａ及び上部再生材溶解層３７ａと、前記溶湯１５中に一部が浸漬されて形成される下部インゴット溶解槽７ｂ及び下部再生材溶解槽３７ｂとにそれぞれ分割されている。該上部インゴット溶解槽７ａと該下部インゴット溶解槽７ｂとはインゴット側断熱材２６を介して、また、該上部再生材溶解槽３７ａと該下部再生材溶解槽３７ｂとは再生材側断熱材５６を介してそれぞれ連結して、一体化された溶解槽として構成されている。

この変形実施形態によれば、該上部インゴット溶解槽７ａと該下部インゴット溶解槽７ｂの間には、該インゴット側断熱材２６がまた、該上部再生材溶解槽３７ａと該下部再生材溶解槽３７ｂとの間には、該再生材側断熱材５６がそれぞれ介在されているので、各断熱材によって筒状に形成された各溶解槽の長手方向の熱伝導は低減される。

したがって熱伝導が比較的よい鉄または鉄基性合金で、筒状に形成された各溶解槽においても、この断熱材を介在させることにより、高温下にある前記溶湯１５側から大気への熱伝導による熱損失が低減されるので、溶解や溶湯保持のために供給される加熱エネルギーが節約できる。

さらに上述した第１実施形態例に係わる、前記収容ケース１３及び、第２実施形態例に係わる、前記収容ケース４３には、それぞれ外部の真空ポンプなどと配管で連結した前記真空開閉弁１４、真空開閉弁４４が具備されて、前記収容ケース１３を減圧して大気を除去するようになっているが、図４に示すように、さらに前記収容ケース１３及び、前記収容ケース４３にそれぞれ、保護ガス供給弁２４、保護ガス供給弁５４を追設して構成する第２変形実施形態でもよい。

すなわち図４に示すように、前記保護ガス供給弁４４及び、前記保護ガス供給弁５４は、前記収容ケース１３、収容ケース４３を形成するそれぞれの躯体の壁面に配設され、外部から保護ガスを供給する配管で連結されている。そして、外部からの動作信号に基づき、たとえば収容ケース１３、収容ケース４３を減圧したあとに開弁し、前記収容ケース１３及び収容ケース４３内にそれぞれ、ＳＦ_６（六フッ化硫黄）、アルゴン、窒素、ＣＯ_２などの保護ガスを供給するように構成されている。

この変形実施形態によれば、前記インゴット投入機構２１に担持された前記インゴット２０を内包する前記収容ケース１３及び、前記再生材押し込み機構５１と前記再生材５０を内包した前記収容ケース４３をあらかじめ減圧した後に、前記収容ケース１３及び収容ケース４３内にそれぞれ、ＳＦ_６（六フッ化硫黄）、アルゴン、窒素、ＣＯ_２などの保護ガスを供給することにより、それらの保護ガスで置換されてほぼ完全に大気中の酸素を除去した前記インゴット投入密閉室１３及び、前記収容ケース４３からそれぞれ、前記インゴット２０、前記再生材５０を前記インゴット溶解槽７、前記再生材溶解槽３７に投入する。

したがって大気中の酸素が除去された保護ガス雰囲気下で、インゴット及び再生材の溶解及び溶湯保持ができるので、溶湯表面にドロス・スラッジのたぐいの酸化物が発生することはなく、溶湯の品質が安定するとともに歩留まりも向上する。

またこの変形実施形態例によれば、マグネシウムなどの比較的蒸気圧が低くて蒸発しやすい非鉄金属では、減圧するレベルを抑制して、置換した保護ガス雰囲気下によって各溶解槽内の圧力を高めることで、大気中の酸素との接触を減らすようにして、溶解及び溶湯保持時における蒸発量を低減することができる。

さらにまたこの変形実施例によれば、前記インゴット２０及び、前記再生材５０を、密閉構造にある前記収容ケース１３及び、前記収容ケース４３からそれぞれ、同じように密閉構造にある前記インゴット溶解槽７、前記再生材溶解槽３７に投入するように構成されるとともに、あらかじめ減圧してから保護ガスを供給するような構成にあるので、従来の大気開放下における保護ガスの供給に比べて、供給する保護ガスの量を大幅に低減する事ができ、高価な保護ガスに対する経済効果のみならず六フッ化硫黄などに対する環境保護にも貢献できる。

本発明の第１実施形態例に係わる、密閉型溶解炉の全体概略構成を示す側面図本発明の第２実施形態例に係わる、密閉型溶解炉の全体概略構成を示す側面図である。本発明の第１変形実施形態例に係わる、密閉型溶解炉の全体概略構成を示す側面図である。本発明の第２変形実施形態例に係わる、密閉型溶解炉の全体概略構成を示す側面図である。

符号の説明

１ａ・・・インゴット溶解炉（密閉型溶解炉）
１ｂ・・・インゴット及び再生材溶解炉（密閉型溶解炉）
２・・・・炉蓋
３・・・・坩堝の上方開放空間
４・・・・坩堝
５・・・・インゴット溶解槽孔（溶解槽孔）
６・・・・インゴット溶解槽取付治具
７・・・・インゴット溶解槽（溶解槽）
８・・・・インゴット投入口シャッター当接面
９・・・・インゴット搬入口シャッター（搬入口シャッター）
１０・・・インゴット投入口シャッター（投入口シャッター）
１１・・・インゴットチャック部
１２・・・昇降シリンダー
１３、４３・・・収容ケース
１３ａ、４３ａ・・・搬入口
１４・・・真空開閉弁
１５・・・坩堝側溶湯
１６・・・インゴット投入口（投入口）
１７・・・溶解槽側溶湯
１８・・・絞り部
１９・・・インゴット投入口シャッター駆動機構
２０・・・インゴット（金属塊）
２１・・・インゴット投入機構（投入機構）
２３・・・インゴット搬入シャッター駆動機構
２５・・・溶湯連通口

Claims

金属溶湯を収容する坩堝と、
前記坩堝の上方開放空間を閉塞するように配置される炉蓋と、
中空形状を有し、前記炉蓋に形成される溶解槽挿通孔から前記坩堝内に挿入されるとともに、上方に投入口が形成され、下方に前記坩堝内部と連通する開口部が形成されている溶解槽と、
該溶解槽の前記投入口を開閉する投入口シャッターと、
前記投入口シャッターを介して前記溶解槽内部と隣接する空間を密閉状態で覆い、前記溶解槽に投入するための金属塊が搬入される収容ケースと、
前記収容ケース内に収容される金属塊を前記投入口を介して前記溶解槽に投入する投入機構と、を備え、
前記収容ケースは、金属塊を該収容ケース内に搬入するための搬入口と、該搬入口を開閉し、該搬入口の閉状態において前記収容ケース内の気密性を保持する搬入口シャッターと、前記収容ケースの壁面に形成され該収容ケース内を減圧する真空開閉弁とを有するものであることを特徴とする密閉型溶解炉。
請求項１において、
前記溶解槽は、溶湯中に浸漬されないようになっている上部溶解槽と、溶湯中に浸漬された側にあって一部が溶湯表面から露出する下部溶解槽とを有し、該上部溶解槽と該下部溶解槽とが断熱材を介して連結されて一体化されて構成されていることを特徴とする密閉型溶解炉。
請求項１又は２において、前記収容ケースは、該収容ケースの壁面に保護ガス供給弁を備えたことを特徴とする密閉型溶解炉。
請求項1乃至３のいずれか１項において、
前記溶解槽は、前記坩堝内に挿入される側の他端が、該溶解槽の下方に向かって開口する開口部とされており、該開口部に該溶解槽の下方に向かって縮径する絞り部が形成されていることを特徴とする密閉型溶解炉。
請求項１乃至４のいずれか１項において、
前記金属塊はインゴットあるいは再生材であり、前記溶解槽として該インゴットを溶解するためのインゴット溶解槽と該再生材を溶解するための再生材溶解槽とを有することを特徴とする密閉型溶解炉。
請求項１乃至５のいずれか１項において、
前記金属溶湯は、マグネシウムまたはマグネシウム合金の溶湯であることを特徴とする密閉型溶解炉。