JP2007204836A - 金属濾過装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 構造を複雑にすることなく複数のセラミックチューブの洗浄を均一にしかも容易に行うことができる金属濾過装置を提供する。
【解決手段】 ユニット容器２内に一対の側板１０、１１を設け、一対の側板１０、１１の間に複数本の長尺状のセラミックチューブ１３を取り付け、セラミックチューブ１３の下側におけるユニット容器２の底部に多数のガス噴出孔１６を有するガス噴出プレート１５を備え、ガス噴出プレート１５のガス噴出孔１６からアルゴンガスを噴出させることで、ユニット容器２の底部側からセラミックチューブ１３の表層に付着した介在物を除去する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、金属溶湯の濾過を行う金属濾過装置に関し、フィルタであるセラミックチューブの目詰まりを長期にわたり防止するように企図したものである。
金属、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金の溶湯を鋳型に注湯して所望の鋳造品を鋳造している。鋳造に際し鋳型に金属溶湯を注湯する前に、金属溶湯を金属濾過装置で濾過し、溶湯中に含まれている介在物（有害又は不必要な異物）を除去している。金属濾過装置は、複数のフィルターチューブ（セラミックチューブ）を備えたフィルタカセットをユニット容器内に配し、ユニット容器に金属溶湯を流通させ、セラミックチューブに金属溶湯を通すことにより、表面濾過でセラミックチューブの表層部で主に介在物を除去して清浄な金属溶湯を得ている。
このような金属濾過装置にあっては、介在物がセラミックチューブの表層付近に堆積し長期の使用により目詰まりをおこしてしまう。このため、従来から、セラミックチューブの目詰まりを抑制するための洗浄の技術が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
従来の洗浄技術は、金属溶湯を逆流させてセラミックチューブの表層付近に堆積した異物を除去するようにしている。また、洗浄ガスを送ってフィルタを洗浄する技術も提案されている。
しかし、金属溶湯を逆流させる場合、逆流のための圧力を抑制するために、異物の詰まりが生じた個別のセラミックチューブに対して金属溶湯を逆流させること行われているが、介在物除去の操作を頻繁に行う必要があり、効率が非常に悪くなってしまう。また、洗浄ガスを送る場合、複数のセラミックチューブに対して洗浄ガスを均等に送る必要があるが、技術が確立されていないのが実情である。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、構造を複雑にすることなくセラミックチューブの洗浄を均一にしかも容易に行うことができる金属濾過装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、ユニット容器内に一対の側板を設け、一対の側板の間に長尺状のセラミックチューブを取り付け、ユニット容器内に金属溶湯を供給する入湯口を設け、セラミックチューブを通過した金属溶湯を排出する出湯口を側板に設け、セラミックチューブの下側におけるユニット容器の底部に多数の流体噴出孔を有する流体噴出プレートを備え、流体噴出孔から流体を噴出させるための流体供給手段を流体噴出プレートに接続したことを特徴とする金属濾過装置にある。
第１の態様では、流体噴出プレートの流体噴出孔から流体を噴出させることで、ユニット容器の底部側からセラミックチューブの表層に付着した介在物を除去する。
そして、本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の金属濾過装置において、流体噴出プレートは、ユニット容器の底面のセラミックチューブの配置部位の略全面にわたる大きさであることを特徴とする金属濾過装置にある。
第２の態様では、ユニット容器の底面の略全面から流体を送ることができる。
また、本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の金属濾過装置において、流体噴出プレートの多数の流体噴出孔は、縦横で均等に設けられていることを特徴とする金属濾過装置にある。
第３の態様では、縦横で均等に設けられた多数の流体噴出孔から流体を噴出することでユニット容器内に均等に流体を送ることができる。
上記目的を達成するための本発明の第４の態様は、ユニット容器内に一対の側板を設け、一対の側板の間に長尺状のセラミックチューブを取り付け、ユニット容器内に金属溶湯を供給する入湯口を設け、セラミックチューブを通過した金属溶湯を排出する出湯口を側板に設け、出湯口から一対の側板の間におけるユニット容器内に流体を圧送するポンプ機構を備えたことを特徴とする金属濾過装置にある。
第４の態様では、ポンプ機構により出湯口からユニット容器内に流体を圧送することで、流体を押し込んでセラミックチューブの表層に付着した介在物を除去する。
そして、本発明の第５の態様は、第４の態様に記載の金属濾過装置において、ユニット容器には出湯口につながる出湯通路が設けられ、出湯通路には、不活性ガスを出湯通路内に供給すると共に出湯通路内に供給された不活性ガスをユニット容器内に押し込むピストン部材が往復移動自在に設けられていることを特徴とする金属濾過装置にある。
第５の態様では、不活性ガスを押し込むことでセラミックチューブの表層に付着した介在物を除去する。
本発明の金属濾過装置は、構造を複雑にすることなくセラミックチューブの洗浄を均一にしかも容易に行うことができる金属溶湯装置となる。
図１には本発明の第１実施形態例に係る金属濾過装置の側断面、図２には図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視、図３には図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視を示してある。
金属濾過装置１は、ユニット容器２内にフィルタカセット３が備えられ、入湯口４から金属溶湯（例えば、アルミニウム溶湯）が供給される。入湯口４から供給されたアルミニウム溶湯はフィルタカセット３を流通することで濾過されて出湯口５から出湯され鋳型に送られる。
フィルタカセット３は、一対の側板１０（入湯側側板）、１１（出湯側側板）を備え、側板１０、１１は炭化珪素質耐火物プレートで形成されている。側板１０、１１の間には複数本（図示例では５段で２８本）の長尺状のセラミックチューブ１３が設けられ、セラミックチューブ１３はアルミナ質ポーラスチューブで形成されている。セラミックチューブ１３の両端はそれぞれ側板１０、１１に固定され、セラミックチューブ１３の一方（図１中右側）の開口端部が出湯口５側の側板１１に固定されている。
セラミックチューブ１３としては、アルミナ質、炭化珪素質のものが挙げられるが、熱間強度や耐アルミ反応性の観点から、アルミナ質ポーラスチューブ製のセラミックチューブが好ましい。
入湯口４から供給されたアルミニウム溶湯は、複数本のセラミックチューブ１３の外周面から筒状の内部に送られて濾過され、出湯口５側の側板１１から出湯口５に送られて出湯される。
一方、ユニット容器２の底部には流体噴出プレートとしてのガス噴出プレート１５が設けられ、ガス噴出プレート１５はセラミックチューブ１３の配置部位の略全面にわたる大きさになっている。ガス噴出プレート１５の上面には多数の流体噴出孔としてのガス噴出孔１６が設けられ、ガス噴出孔１６は、図３に示すように、縦横で均等に設けられている。尚、ガス噴出孔１６にポーラスのカーボンを埋めることも可能である。ポーラスのカーボンを埋めることで、より微細な泡を噴出させることができる。
ガス噴出プレート１５は、例えば、平板状のポーラス板であり、ガス噴出孔１６はプラグ状とされている。そして、プラグ状のガス噴出孔１６はユニット容器２の内部から取り付けが可能で、ガス噴出孔１６を交換することによりガス噴出プレート１５は再利用可能となっている。
また、ガス噴出孔１６の数や配置は任意であり、図示例に限定されるものではない。例えば、図に示すように、最下段にあるセラミックチューブ１３の直下にガス噴出孔１６が存在してもよく、最下段にあるセラミックチューブ１３同士の間に位置してガス噴出孔１６が存在してもよい。更に、セラミックチューブ１３の直下及びセラミックチューブ１３同士の間のそれぞれに位置してガス噴出孔１６が存在してもよい。
図２に示すように、フィルタカセット３の側部には流体供給手段としての洗浄ガス供給管１７が上下方向にそれぞれ設けられ、洗浄ガス供給管１７の下端はガス噴出プレート１５に接続されている。洗浄ガス供給管１７の上端はユニット容器２の蓋１８を貫通して外部に臨み、図示しない洗浄ガス供給源に接続される。洗浄ガス供給管１７に送られる流体としての洗浄ガスは、例えば、不活性ガスであるアルゴンガスが使用される。洗浄ガスとしては窒素ガスを用いることも可能である。
洗浄ガス供給管１７にアルゴンガスを供給することにより、ガス噴出プレート１５を介して多数のガス噴出孔１６からアルゴンガスがユニット容器２内（フィルタカセット３内）に多数の気泡となって送られる。
上述した金属濾過装置１では、入湯口４からフィルタカセット３内に供給されたアルミニウム溶湯は、複数本のセラミックチューブ１３で形成された複雑な流路を通過すると共にセラミックチューブ１３の外周面から筒状の内部に送られて濾過されて異物が除去される。濾過されて正常な状態となったアルミニウム溶湯は出湯口５側の側板１１から出湯口５に送られて出湯される。濾過に際して除去された異物はセラミックチューブ１３の表層に堆積し、アルミニウム溶湯の濾過が繰り返されると、セラミックチューブ１３の表層に堆積した異物により所定の流量が確保できなくなる。このため、所定の期間毎にフィルタカセット３の洗浄が行われる。
フィルタカセット３の洗浄に際しては、洗浄ガス供給管１７からアルゴンガスを所定圧力で供給し、ガス噴出プレート１５を介して多数のガス噴出孔１６からアルゴンガスをセラミックチューブ１３に向けて噴出させる。アルゴンガスは多数の微小な気泡となってセラミックチューブ１３の表層に堆積した異物を除去し、異物を浮き上がらせる。ガス噴出プレート１５はセラミックチューブ１３の配置部位の略全面にわたる大きさになっており、ガス噴出孔１６は縦横で均等に設けられているため、セラミックチューブ１３の全体にわたり均等にアルゴンガスの気泡が送られ、セラミックチューブ１３の洗浄が実施される。このため、アルミニウム溶湯の流量が確保され、所望の濾過を長期にわたり実施することができる。
従って、上述した金属濾過装置１では、複数本のセラミックチューブ１３に対して均等に表層の洗浄を行うことができ、構造を複雑にすることなく複数のセラミックチューブ１３の洗浄を均一にしかも容易に行うことができる金属濾過装置１とすることができる。
尚、アルゴンガスは常温で供給されると、急冷によりセラミックチューブ１３に熱応力が働く。このため、セラミックチューブ１３は耐熱衝撃性に優れた材質が使用されると共に、側板１０、１１への固定も熱衝撃を吸収する構造とされている。また、ガス噴出プレート１５も耐熱衝撃性に優れた材質が使用される。耐熱衝撃性の特性値が高い材料としては、例えば、窒化珪素系のファインセラミックス、窒化珪素結合炭化珪素質、カーボン等が挙げられる。
図４乃至図６に基づいて本発明の第２実施形態例を説明する。
図４には本発明の第２実施形態例に係る金属濾過装置の側断面、図５には図４中のＶ−Ｖ線矢視、図６には図４中のＶＩ−ＶＩ線矢視を示してある。
金属濾過装置２１は、ユニット容器２２内にフィルタカセット２３が備えられ、入湯口２４から金属溶湯（例えば、アルミニウム溶湯）が供給される。入湯口２４から供給されたアルミニウム溶湯はフィルタカセット２３を流通することで濾過されて出湯口２５から出湯され鋳型に送られる。ユニット容器２２には出湯口２５につながる出湯通路２６が設けられ、出湯通路２６にはユニット容器２２内に流体としてのアルゴンガスを圧送するポンプ機構２７が備えられている。入湯口２４及び出湯口２５はユニット容器２２の一方側の側壁部に設けられている。
フィルタカセット２３は、一対の側板３０（入湯側側板、出湯側側板）、３１を備え、側板３０、３１は炭化珪素質耐火物プレートで形成されている。側板３０、３１の間には複数本（図示例では４段で１８本）の長尺状のセラミックチューブ３３が設けられ、セラミックチューブ３３はアルミナ質ポーラスチューブで形成されている。セラミックチューブ３３の両端はそれぞれ側板３０、３１に固定され、セラミックチューブ３３の一方（図４中左側）の開口端部が入湯口２４及び出湯口２５側の側板３０に固定されている。
セラミックチューブ３３としては、アルミナ質、炭化珪素質のものが挙げられるが、熱間強度や耐アルミ反応性の観点から、アルミナ質ポーラスチューブ製のセラミックチューブが好ましい。
入湯口２４からユニット容器２２の内部に供給されたアルミニウム溶湯は、複数本のセラミックチューブ３３の外周面から筒状の内部に送られて濾過され、側板３０から出湯通路２６を通って出湯口２５に送られて出湯される。
一方、出湯通路２６にはユニット容器２２内にアルゴンガスを圧送するポンプ機構２７が備えられている。ポンプ機構２７はシリンダとしての出湯通路２６内を摺動（図４中上下方向）するピストン部材３５を備え、ピストン部材３５には支持板３７に支持される軸部３６が備えられている。ピストン部材３５及び支持板３７は図示しないアクチュエータにより昇降自在（往復移動自在）とされている。ピストン部材３５及び支持板３７は、アルミニウム溶湯の濾過時には出湯口２５の上側の出湯通路２６に移動されている。支持板３７を出湯口２５の上側の出湯通路２６に固定し、ピストン部材３５を昇降させる構成とすることも可能である。
図４に示すように、ピストン部材３５の軸部３６は加熱蓋５１の支持穴５２を貫通して配され、軸部３６は支持穴５２に設けられた支持部５３に摺動自在に支持されている。軸部３６は中空状とされ、中空部からピストン部材３５を通して出湯通路２６内にアルゴンガスが供給される。洗浄時におけるピストン部材３５及び支持板３７は、出湯口２５の下側の出湯通路２６に移動されている。
尚、不活性ガスであるアルゴンガスに限らず窒素ガスを用いることも可能である。
軸部３６からアルゴンガスを送り込むことにより出湯通路２６内にアルゴンガスが供給され、ピストン部材３５を往復摺動させることにより、出湯通路２６内に供給されたアルゴンガスがユニット容器２２内（フィルタカセット２３内）に圧送される。
上述した金属濾過装置２１では、入湯口２４からフィルタカセット２３内に供給されたアルミニウム溶湯は、複数本のセラミックチューブ３３で形成された複雑な流路を通過すると共にセラミックチューブ３３の外周面から筒状の内部に送られて濾過されて介在物が除去される。濾過されて清浄な状態にされたアルミニウム溶湯は出湯口２５側の側板３０から出湯通路２６を通って出湯口２５に送られて出湯される。この時、ピストン部材３５及び支持板３７は出湯口２５の上側の出湯通路２６に移動されているため、ピストン部材３５及び支持板３７にアルミニウム溶湯の出湯が阻害されることはない。
濾過に際して除去された介在物はセラミックチューブ３３の表層に堆積し、アルミニウム溶湯の濾過が繰り返されると、セラミックチューブ３３の表層に堆積した介在物により所定の流量が確保できなくなる。このため、所定の期間毎にフィルタカセット２３の洗浄が行われる。
フィルタカセット２３（セラミックチューブ３３）の洗浄に際しては、ピストン部材３５及び支持板３７を出湯口２５の下側の出湯通路２６に移動させ、ポンプ機構２７の軸部３６からアルゴンガスを送り込むことにより出湯通路２６内にアルゴンガスを供給し、ピストン部材３５を往復摺動させることにより、出湯通路２６内に供給されたアルゴンガスをユニット容器２２内に圧送する。ユニット容器２２内を加圧することにより、セラミックチューブ３３の内部のアルミニウム溶湯が動き、セラミックチューブ３３の内部で逆流現象が生じてセラミックチューブ３３の表層に堆積した介在物が浮き上がる。これにより、セラミックチューブ３３の表層が洗浄された状態になり、アルミニウム溶湯の流量が確保されて長期にわたり流量を確保することができる。
尚、ピストン部材３５の往復摺動によりユニット容器２２内（フィルタカセット内）に圧力をかける構成としてもよいが、ピストン部材３５と本体（出湯通路２６）とに高いシール性が要求されるため、ピストン部材３５の最下部面に小さな空気孔を多数設け、空気孔からのアルゴンガスのガス圧によりユニット容器２２内に圧力を加える構成とすることが望ましい。
従って、上述した金属濾過装置２１では、複数本のセラミックチューブ３３に対して均等に表層の洗浄を行うことができ、構造を複雑にすることなく複数のセラミックチューブ３３の洗浄を均一にしかも容易に行うことができる金属溶湯装置２１とすることができる。
尚、上述した各実施形態例では、金属溶湯としてアルミニウム溶湯を濾過する金属濾過装置を例に挙げて説明したが、アルミニウム合金溶湯や亜鉛溶湯等の他の金属溶湯を濾過する金属濾過装置とすることが可能である。
本発明は、金属溶湯の濾過を行う金属濾過装置の産業分野で利用することができる。
１、２１ 金属濾過装置
２、２２ ユニット容器
３、２３ フィルタカセット
４、２４ 入湯口
５、２５ 出湯口
１０、１１、３０、３１ 側板
１３、３３ セラミックチューブ
１５ ガス噴出プレート
１６ ガス噴射孔
１７ 洗浄ガス供給管
２６ 出湯通路
２７ ポンプ機構
３５ ピストン部材
３６ 軸部
３７ 支持板
５１ 加熱蓋
５２ 支持穴
５３ 支持部
２、２２ ユニット容器
３、２３ フィルタカセット
４、２４ 入湯口
５、２５ 出湯口
１０、１１、３０、３１ 側板
１３、３３ セラミックチューブ
１５ ガス噴出プレート
１６ ガス噴射孔
１７ 洗浄ガス供給管
２６ 出湯通路
２７ ポンプ機構
３５ ピストン部材
３６ 軸部
３７ 支持板
５１ 加熱蓋
５２ 支持穴
５３ 支持部
Claims (5)
- ユニット容器内に一対の側板を設け、一対の側板の間に長尺状のセラミックチューブを取り付け、ユニット容器内に金属溶湯を供給する入湯口を設け、セラミックチューブを通過した金属溶湯を排出する出湯口を側板に設け、セラミックチューブの下側におけるユニット容器の底部に多数の流体噴出孔を有する流体噴出プレートを備え、流体噴出孔から流体を噴出させるための流体供給手段を流体噴出プレートに接続したことを特徴とする金属濾過装置。
- 請求項１に記載の金属濾過装置において、
流体噴出プレートは、ユニット容器の底面のセラミックチューブの配置部位の略全面にわたる大きさである
ことを特徴とする金属濾過装置。 - 請求項２に記載の金属濾過装置において、
流体噴出プレートの多数の流体噴出孔は、縦横で均等に設けられている
ことを特徴とする金属濾過装置。 - ユニット容器内に一対の側板を設け、一対の側板の間に長尺状のセラミックチューブを取り付け、ユニット容器内に金属溶湯を供給する入湯口を設け、セラミックチューブを通過した金属溶湯を排出する出湯口を側板に設け、出湯口側から一対の側板の間におけるユニット容器内に流体を圧送するポンプ機構を備えたことを特徴とする金属濾過装置。
- 請求項４に記載の金属濾過装置において、
ユニット容器には出湯口につながる出湯通路が設けられ、出湯通路には、不活性ガスを出湯通路内に供給すると共に出湯通路内に供給された不活性ガスをユニット容器内に押し込むピストン部材が往復移動自在に設けられている
ことを特徴とする金属濾過装置。
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