JP2006125730A - 伝熱容器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い伝熱効率を維持しつつ、製造が容易な伝熱容器およびその製造方法を提供する。
【解決手段】黒鉛製坩堝１からなる伝熱容器の外周面及び内周面の少なくとも一方に縦状に延びる凸部２または溝部を設ける。また、その製造方法は、縦状にのびる成形用溝部を表面に有する金属製の芯金と弾力性のある型材の間隙に黒鉛を充填し、外部から加圧して形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、アルミニウム、銅、亜鉛等の非鉄金属溶解用の伝熱容器およびその製造方法に関する。

坩堝は、坩堝炉の主要部品として使用され、坩堝炉の加熱バーナーから噴射する火炎で外周面を加熱し収容したアルミ原料地金等を溶解する。坩堝の代表例として黒鉛坩堝が知られている。黒鉛坩堝は、鱗状黒鉛、炭化珪素を主成分とするもので、伝熱効率が高く、耐久性に優れている。坩堝の外周面又は内周面は一般的に平滑面だが、これを改良し、受熱面積を広くして伝熱効率を高めるために外周面にらせん状の横溝や多数の凹凸を形成したものがある（例えば特許文献１、２）。これらの坩堝は、外周面の形状に対応する形状を有するフレキシブルで弾力性があるゴム等の型材を使用して、その型材と内周面の形状に対応する形状を有する金属製の芯型との空間に成形混合物を充填し、一般的に冷間等方加圧法（以下、ＣＩＰ法）により成形される。その後、型材を坩堝の成形体から引き抜き、坩堝を芯型から取り外すことで製造される。

しかし、上記特許文献１および２に記載されているように、らせん状の横溝や多数の凹凸を有する坩堝を成形する場合、上記の方法により成形しようとすると、成形後に坩堝と型材との間に隙間がある場合であっても、型材を引き抜く際に、型材がらせん状の横溝や凹凸に引っ掛かりやすく、坩堝成形体から円滑に引き抜くことに限界があり、例えば型材を膨らませたり、型材を複数個に分割したりして引き抜かなければならない等の煩わしさがある。特に、芯型との接触面にらせん状の横溝や凹凸を形成する場合には、芯型が弾力性の無い金属製であるために、坩堝成形体からそのまま芯型を引き抜くことは全く困難であって、上記問題がより顕著となっていた。
実開昭５５−６４０９９号公報 実開昭５５−１４３４９２号公報

そこで、本発明の目的は、高い伝熱効率を維持しつつ、製造が容易な伝熱容器およびその製造方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、外周面又は内周面に縦状に延びる溝部又は凸部を有することを特徴とする伝熱容器により達成される。

本発明の伝熱容器および製造方法によれば、高い伝熱効率を維持しつつ、製造を容易にすることができる。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る伝熱容器の（a）縦断面図および（ｂ）この断面図におけるＡ−Ａ断面図である。本実施形態の伝熱容器１は黒鉛坩堝を使用している。黒鉛坩堝は、非鉄金属溶解用の坩堝炉に多用されており、鱗状黒鉛及び炭化珪素を主成分とし、伝熱効率が高く、かつ優れた耐酸化性、耐熱性及び耐衝撃性を有し、低温から高温までの広い温度範囲で優れた耐久性を発揮する。図１に示すように、坩堝１の内周面には、軸線方向に沿って，それぞれ底部近傍から開口部近傍（通常の使用状態における溶湯の液面付近）まで縦状に延びる複数の凸部２が円周方向に略等間隔で形成されている。坩堝１の内周面に縦状に延びる凸部２を形成すると、内周面が平滑面である場合に比べて表面積が増大することにより伝熱効率が向上し、収容した非鉄金属の溶解時間を短くすることができる。

図２は、図１に示す坩堝の製造方法を説明するための概略図である。図２に示すように、まず、坩堝の内周面の形状に対応する金属製の芯型１１を、坩堝の外周面の形状に対応するフレキシブルで弾力性があるゴム等の型材１２により隙間を設けて被覆する。この芯型１１は、坩堝１の内周面に縦状に延びる凸部を形成するために、それに対応する成形用溝部（図示せず）を表面に有している。型材１２は、坩堝１の底部に対応する位置に原料供給口１４を備えている。その後、型材１２と芯型１１との隙間に原料供給口１４から原料を充填し、蓋体１３により原料供給口１４を閉塞する。そして、水中において型材１２の外方から静水圧を作用させるＣＩＰ法により成形する。そして、芯型１１を成形用溝部に沿って坩堝１の成形体から矢示Ｔ方向に引き抜き、坩堝１を型材１２から取り外すことで製造される。成形された坩堝１は、金属性の芯型１１の表面の溝部に対応する凸部２を内周面に有している。坩堝１の内周面に形成された凸部２が軸線方向に沿って縦状に延びているため、成形後に芯型１１を引き抜く際、芯型１１が金属のような弾力性のないものであっても、芯型１１を凸部２に引っ掛からず、軸方向に沿ってスムーズに引き抜くことができ、製造が容易である。

以上、本発明の一実施形態について記述したが、本発明の具体的な態様は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、縦状に延びる凸部２を、内周面に形成しているが、図３に示すように外周面に形成した場合や図４に示すように内周面および外周面に形成した場合も、高い伝熱効率を維持することができる。図３において、（ａ）は側面図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。図４は、断面図である。内周面に凸部２を備えた坩堝１の場合、溶解金属としてアルミニウムを使用することが好ましい。内周面にアルミニウムの酸化物が付着することにより、内周面の凸部２の局部的な溶損や溶湯汲み上げ時などの液面の変動による損耗を効果的に防止できる。また、内周面の凸部２を縦状にすることにより、らせん状の溝や多数の凹凸がある場合に比べて内部に付着した金属の酸化物を掻き取りやすく、清掃を容易にすることができる。

図５は、本発明の他の実施形態に係る坩堝１の（ａ）側面図および（ｂ）この側面図におけるＣ−Ｃ断面図である。坩堝１の底部の外面には、成形用凸部１５を有する蓋体により、溝部４が十字状に形成されている。このような坩堝１では、燃焼ガスが溝部４を通過するので、伝熱効率を高めることができる。溝部４の数や間隔は、特に限定されるものではなく、縦横に１つ又は複数、任意の間隔で形成してもよい。また、溝部４を底部の外面ではなく内面に形成してもよい。

図６は、底部の外面に溝部４を形成した坩堝１の使用状態を示す概略図である。図６に示すように、坩堝１を、上表面が平らな通常の坩堝用坩台２２に載置して、バーナー２３から噴出される燃焼ガスによりを加熱する。坩台２２の上表面が平らであっても、燃焼ガスが溝部４を通過する（例えば矢示Ｓ方向に通過する）ので、対流、伝熱、ふく射の効果を得られ、伝熱効率を高めることができる。坩台２２としては、上述のように上表面が平らなものを使用可能であり、例えば、図７に示すように耐熱レンガなどを積重ねた構成にすることができる。耐熱レンガで構成されていることに限るものではない。

本発明の伝熱容器は、図８又は図９に示すように、内周面又は外周面に縦状に延びる凸部２が形成されている外容器５に、内管６が収納されており、内管６の内部に加熱バーナー２６を備えた構成である浸漬ヒーターであってもよい。このように構成された浸漬ヒーターでは、加熱バーナー２６から噴出された燃焼ガスが、加熱バーナー２６の燃焼方向に向けて内管６から排出され、内管６の外周面と外容器５の内周面との隙間を通過して、外容器６を加熱する。その後、外容器５に伝わった熱は、溶湯Ｌに伝達される。内管６の内部に備えられた加熱手段は、加熱バーナー２６に限定されるものではなく、電熱線などであってもよい。以上のような浸漬ヒーターでは、凸部２が縦状に形成されているため、伝熱効率がよく、かつ製造が容易である。

本発明の伝熱容器においては、凸部を形成する間隔は等間隔に限定されるものではなく、任意の間隔であってもよい。

伝熱容器の外周面、内周面又は底部に形成する凸部の高さ又は溝部の深さは、特に限定されるものではないが、伝熱効果および製造上の都合を考慮して決定されることが好ましく、5mm〜10mm程度であることが好ましい。また、伝熱効果上、できる限り多数の凸部を形成することが好ましく、それらの間隔は、0.5cm〜2cm程度であることが好ましい。

凸部または溝部の断面形状は、四角形状のほか、三角形状や円弧状であってもよい。

縦状に延びる凸部は、金属を溶解した後に伝熱容器の口付近を掴む際に邪魔にならないように、口付近には設けず、溶湯面付近から底部に向けて延びていることが好ましい。

本発明の一実施形態に係る坩堝の（a）側面図および（b）断面図である。 図１に示す坩堝の製造方法を説明するための概略図である。 図１に示す坩堝の他の実施形態に係る（ａ）側面図および（ｂ）断面図である。 図１に示す坩堝の他の実施形態に係る断面図である。 本発明の他の実施形態に係る坩堝の（a）側面図および（b）平面図である。 図５に示す坩堝の使用状態を示す概略図である。 図５に示す坩堝の他の使用状態を示す概略図である。 他の伝熱容器の側面断面図である。 他の伝熱容器の側面断面図である。

符号の説明

１ 坩堝
２ 凸部
４ 溝部
５ 外容器
６ 内管
１１芯型
１２型材
１３蓋体
１４原料供給口
１５成形用凸部
２１水
２２坩台
２３バーナー
２４坩堝炉
２６加熱バーナー
２７耐熱レンガ

Claims (7)

1. 外周面及び内周面の少なくとも一方に縦状に延びる凸部を有することを特徴とする伝熱容器。
2. 前記凸部は、周方向に沿って略等間隔に複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載の伝熱容器。
3. 底部の外面及び内面の少なくとも一方に溝部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の伝熱容器。
4. 内部に加熱手段を備え、該加熱手段で発生した熱を外部に伝達可能に構成された請求項１から３のいずれかに記載の伝熱容器。
5. 縦状に延びる成形用溝部を表面に有する金属製の芯型と弾力性のある型材との隙間に原料を充填するステップと、
   前記型材の外方から加圧して原料を成形するステップと、
   前記芯型を前記成形用溝部に沿って引き抜くことにより、前記成形用溝部に対応する凸部を有する伝熱容器を形成するステップとを備える伝熱容器の製造方法。
6. 前記型材は、前記伝熱容器の底部に対応する位置に原料供給口を備え、
   前記原料を充填するステップは、前記型材を前記芯型に対して隙間を設けて被覆するステップと、
   前記原料供給口から前記隙間に原料を供給するステップと、
   原料供給後、前記原料供給口を蓋体により閉塞するステップとを備える請求項５に記載の伝熱容器の製造方法。
7. 前記蓋体は成形用凸部を備えており、
   前記伝熱容器の底部に前記成形用凸部に対応する溝部が形成される請求項６に記載の伝熱容器の製造方法。

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