JP2006189229A - 攪拌装置及び攪拌装置付溶解炉 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で且つメンテナンスの容易な撹拌装置及び攪拌装置付非鉄金属溶解炉を提供する。
【解決手段】耐熱容器１０２と、この内部に回転可能に収納される回転磁石体２０を備え、回転磁石体には、これを貫通する中空の回転軸２２が固定されており、この回転軸によって回転磁石体が耐熱容器内に回転可能に取り付けられており、中空の回転軸の一端は耐熱容器を貫通して外気に開口して外部から冷却用の空気を送入可能とされており、他端は耐熱容器内に開口しており、さらに耐熱容器は送入された空気を外部に排出するための排気口を有しており、回転磁石体は、回転軸の回りに、外周に沿って交互に異なる磁極が並ぶように磁化されているものとして構成される。あるいは、この１又は２以上の攪拌装置が、非鉄金属溶解炉内に設置され、あるいは非鉄金属溶解炉の炉壁の外側の近傍に設置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、非鉄金属を溶解する炉内の溶湯の攪拌装置及びそれを用いた攪拌装置付非鉄金属溶解炉に関し、例えば、アルミニウム溶解炉中の溶湯を組成均一化を図るために攪拌する溶湯攪拌装置及びそれを用いた攪拌装置付非鉄金属溶解炉に関する。

従来、アルミニウムスクラップ等を溶解し、アルミニウムをインゴットにして製品化することが行われている。この際、インゴットの品質を均一化するためには、溶解炉中のアルミニウムを十分に撹拌する必要がある。このため、撹拌棒を溶解炉中に入れて、熔解アルミニウムを人為的に撹拌したり、羽根車を炉内に入れて動力により攪拌したり、あるいは、炉底下に電気駆動式の撹拌装置を設置し、この装置により熔解アルミニウムの撹拌をしたりしていた。

従来の上記の各種の攪拌方式のうち、人為的な撹拌の場合には、非常な高温下の劣悪な環境での作業となり、作業者に与える悪影響が無視できない。

また、羽根車を炉内に入れる方式のものにあっては、羽根車の寿命が短いという難点がある。

さらに、上記電気式の撹拌装置にあっては、撹拌に必要な強力な磁場を有効に形成する必要があり、大電力を供給しなければならない。このため、このような装置は、複雑でコストの高いものとならざるを得ない。よって、採用するには金額の大きな投資的な意味をもつこととなり、容易には採用し得ないという事情もある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、安価で且つメンテナンスの容易な撹拌装置及び攪拌装置付非鉄金属溶解炉を提供することにある。

本発明の、非鉄金属溶解炉中の溶湯を攪拌するための攪拌装置は、耐熱容器と、この内部に回転可能に収納される回転磁石体と、を備え、前記回転磁石体には、これを貫通する中空の回転軸が固定されており、この回転軸によって前記回転磁石体が前記耐熱容器内に回転可能に取り付けられており、前記中空の回転軸の一端は前記耐熱容器を貫通して外気に開口して外部から冷却用の空気を送入可能とされており、他端は前記耐熱容器内に開口しており、さらに前記耐熱容器は前記送入された空気を外部に排出するための排気口を有しており、前記回転磁石体は、前記回転軸の回りに、外周に沿って交互に異なる磁極が並ぶように磁化されている、ものとして構成される。

さらに、本発明の攪拌装置付非鉄金属溶解炉は、上記の１又は２以上の攪拌装置が、非鉄金属溶解炉内に設置され、あるいは非鉄金属溶解炉の炉壁の外側の近傍に設置されたものとして構成される。

図１，２は、本発明の実施例としての攪拌装置１０１を示す。この攪拌装置１０１は耐熱型のものとして構成されており、例えば、汎用の溶解炉中に浸漬し、あるいは、図３，４からわかるように、溶解炉の炉壁のすぐ外側に設置した状態で使用される。

この攪拌装置１０１は、図１，２からわかるように、耐熱型且つ冷却装置付の多重構造の耐熱容器１０２内に移動磁界発生装置１０３を収納したものである。この耐熱容器１０２は、ステンレス等の非磁性部材製のケースとしての外筒（耐熱材製筒）１は上蓋２を備えている。この外筒１の内部には、いわゆる入れ子状態に、断熱材筒３及びステンレス筒５が順次収納されている。これらはそれぞれ蓋４，６を備える。最外部のステンレス筒５の底は、上底９と下底１０の二重底になっており、上底９によりステンレス筒５の内部が、上空間１４ａと下空間１４ｂとに区画されている。さらに、この上底９には、この上底９を貫通し、上、下空間１４ａ，１４ｂを連通させる空気孔９ａ，９ａ，・・・が穿設されている。後述のように、ブロワー１９から中空の回転軸２２を通じて下空間１４ｂに送られた冷却用の空気は、これらの空気孔９ａ，９ａ，・・・から上空間１４ａに流入し、空気孔２ａ，４ａ，６ａから外気に流出することになる。また、この上底９に下軸受１２が取り付けられ、このステンレス筒５の蓋６の内側に上軸受１３が取り付けられている。前記蓋２，４，６に、上空間１４ａと外気を連通する空気孔２ａ，４ａ，６ａが穿設されている。

上記構成の耐熱容器１０２の内部に収納される移動磁界発生装置１０３は回転磁石体２０を備える。この回転磁石体２０はほぼドーナッツ状をしたもので、特に図２からわかるように、対向する外周部分が磁化されて、Ｎ極とＳ極となっている。これにより、図２に示すように磁力線ＭＬが走ることになる。この磁力線ＭＬは、装置１０１の溶湯中に浸漬状態にあっても、装置１０１の外側に近接設置した場合にも、溶湯を貫通する。よって、この回転磁石体２０の回転により、磁力線ＭＬが、アルミニウムの溶湯中を移動することになる。これに伴って、溶湯が回転させられるのである。

この回転磁石体２０には、貫通状態に固定された中空の回転軸２２が固定されている。この回転軸２２が前記上、下軸受１３，１２に、両端が蓋２，４，６と下底９をそれぞれ貫通するように、軸受けされている。これにより、回転磁石体２０は垂直な軸の回りに回転可能であると共に外気と前記下空間１４ｂとが連通することになる。回転磁石体２０の極数は一対に限るものではなく、二対、三対等任意対の極数とすることができる。さらに、回転磁石体２０は一体構成の永久磁石とする必要はなく、複数の永久磁石の棒磁石を円周状に並べて、外周側に交互に異なる極がくるようにしてもよい。

上記の回転磁石体として、永久磁石に代えて、電磁石を用いることもできる。この場合には、消費電力が増すのは当然である。

最外の前記上蓋２ａ上にはこの回転磁石体２０を回転駆動するための駆動モータ１５が取り付け台１５Ａを介して固定されている。このモータ１５の駆動軸１５ａには駆動側スプロケット１６が取り付けられ、前記回転軸２２には従動側スプロケット１７が取り付けられている。これらの一対のスプロケット１６，１７間には動力伝達用のチエーン１８が巻き掛けられている。これにより、前記駆動モータ１５の駆動力によって、移動磁界発生装置１０３（回転軸２２、回転磁石体２０）が回転させられる。

さらに外部（あるいは前記蓋２ａの上面）にブロワー１９が取り付けられている。このブロワー１９は配管２４、フレキシブル接続管２５、カップリング（図示せず）を介して、前記回転軸２２に連通状態に固定されている。このカップリングは、図中下側の回転する回転軸２２と、図中上側の回転しないフレキシブル接続管２５とを、連通状態に連結するものである。これにより、ブロワー１９からの空気は、回転軸２２を通って下空間１４ｂに流入し、空気孔９ａ，９ａ，・・・を通って、上空間１４ａに至り、この間耐熱容器１０２を内側から冷却しながら、空気孔２ａ，４ａ，６ａから外気に流出する。なお、上記あステンレス筒５は、耐熱樹脂で構成することもできる。この場合には、ジュール熱による自己発熱はしないが、ブロワー１９による冷却は、溶湯等からの輻射熱の冷却に有効に作用することになる。

上記構成の攪拌装置１０１を汎用の溶解炉中に浸漬し、回転磁石体２０を回転させると、それから出る磁力線ＭＬの回転に伴う電磁力によって、溶湯が攪拌されるとなる。この際もブロワー１９からの冷却用の空気は耐熱容器１０２内に吹き込まれているので、この空気によってステンレス筒５が有効に冷却される。つまり、この攪拌装置１０１においては、図１に示すように、ブロワー１９からの空気を耐熱容器１０２の内部に強制的に送り込むようにしている。これにより、回転磁石体２０の回転に伴い、渦電流によりステンレス筒５に発生するジュール熱及び溶湯からの輻射熱は、上記ブロワー１９からの空気によって確実に冷却されることとなる。

図３は、上記撹拌装置１０１を組み込んだ本発明の溶解炉システム２００の全体構成を平面的に示すものである。概略的には、攪拌装置１０１を溶解炉２０１の炉壁の外近傍に設け、この装置１０１における回転磁石体２０を回転させることによりそれから出ている磁力線（磁場）を回転させ、電磁力により溶湯通路部材２０７中の溶湯を強制的に矢印Ａの向き、つまり、溶解炉２０１中の溶湯２０２を矢印Ｂの向きに流通させて、攪拌するものである。

より詳しくは、溶解炉２０１は、従来の既存のものと同一のものである。つまり、この溶解炉２０１は、アルミニウムスクラップを投入し、それを各種のバーナー（図示せず）で加熱して溶解するものとして構成されている。この溶解炉２０１の４辺の側壁のうちの１辺に溶湯出口２０４と溶湯入口２０５を開口している。これらの溶湯出口２０４と溶湯入口２０５をほぼU字状に湾曲した耐火物製（あるいは耐熱物製）の溶湯通路部材２０７で連通させる。これにより、溶解炉２０１中の溶湯２０２は溶湯出口２０４から出て、溶湯入口２０５から溶解炉２０１に循環する。つまり、溶湯通路部材２０７は、バイパス路としての機能を有する。

上記U字状の溶湯通路部材２０７と溶解炉２０１との間に、前記撹拌装置１０１が、ほぼ前記通路部材２０７の内側面に沿って、配置されている。この撹拌装置１０１の、前述の回転磁石体２０の回転に伴う電磁力によって、溶解炉２０１中の溶湯は、図中に矢印Ａで示すように、溶湯出口２０４から出て入力２０５に環流する動作を連続的に行う。これにより、溶解炉２０１中においては、溶湯２０２の撹拌が矢印Ｂに沿って行われる。

図４は、攪拌装置１０１を通路部材２０７の外側にも設けた例を示している。その他は、図３と同様である。よって、同等の部材に同一の符号を付し、説明は省略する。なお、攪拌装置１０１は、その任意の数を、任意の場所に設置することができる。

本発明の実施例の装置として、磁場を発生させるために永久磁石を用いたので、消費電力は、小型のブロワー１９と駆動モータ１５でのみ消費されるだけであり、ごく僅かである。いわゆる一般に小型炉といわれている１５トン炉以下の大きさの溶融炉に本発明の実施例の装置を組み込んだら、攪拌速度は、２０−３０ｍ／ｍｉｎの結果が得られた。この攪拌速度は当然目的によって任意の値となるようにして運転される。

従来の電磁式の攪拌装置の場合、磁場発生部として３相交流のコイルを複数設置するため、消費電力が大きくなるとともにメンテナンスのコストが上がるのは避けられなかった。しかるに、本発明では、３相交流のコイルを用いる必要がない。このため、消費電力が小さくなるとともにメンテナンスのコストも小さくてすみ、且つ、既存の炉に簡単に組み付けることができる。

本発明による撹拌装置の縦断面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 図１の撹拌装置を組み込んだアルミニウム溶解炉システムの全体構成図。 図３の変形例。

符号の説明

１０１ 攪拌装置
１０２ 耐熱容器
１０３ 移動磁界発生装置
１ 外筒
３ 断熱材筒
５ ステンレス筒
１２，１３ 軸受
１５ 駆動モータ
１６，１７ スプロケット
１９ ブロワー
２０ 回転磁石体
２２ 回転軸

Claims (3)

1. 非鉄金属溶解炉中の溶湯を攪拌するための攪拌装置であり、
   耐熱容器と、この内部に回転可能に収納される回転磁石体と、を備え、
   前記回転磁石体には、これを貫通する中空の回転軸が固定されており、この回転軸によって前記回転磁石体が前記耐熱容器内に回転可能に取り付けられており、
   前記中空の回転軸の一端は前記耐熱容器を貫通して外気に開口して外部から冷却用の空気を送入可能とされており、他端は前記耐熱容器内に開口しており、さらに前記耐熱容器は前記送入された空気を外部に排出するための排気口を有しており、
   前記回転磁石体は、前記回転軸の回りに、外周に沿って交互に異なる磁極が並ぶように磁化されている、
   ことを特徴とする攪拌装置。
2. 請求項１に記載の１又は２以上の攪拌装置が、非鉄金属溶解炉内に設置され、あるいは非鉄金属溶解炉の炉壁の外側の近傍に設置された、ことを特徴とする、攪拌装置付非鉄金属溶解炉。
3. 前記非鉄金属溶解炉は、内部の溶湯をバイパスさせて再び内部に戻す循環路を備え、この循環路の外側近傍に前記１又は２以上の攪拌装置が設置されたことを特徴とする請求項２に記載の攪拌装置付非鉄金属溶解炉。

Images