JP2009012024A - Electromagnetic pump for molten metal - Google Patents
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Description
本発明は、溶融アルミニウムや溶融亜鉛等の溶融金属を搬送するために使用される溶融金属用誘導電磁ポンプに関し、特に溶融金属を通すダクトが長く、且つそのダクトの各部における放熱量が異なり、従って溶融金属の溶融状態を維持するためダクトを加熱するヒータの適当な熱量がそれぞれ異なるべき溶融金属用電磁ポンプに関する。 The present invention relates to an induction electromagnetic pump for molten metal used for conveying molten metal such as molten aluminum and molten zinc, and in particular, the duct through which the molten metal passes is long and the heat radiation amount in each part of the duct is different. The present invention relates to an electromagnetic pump for a molten metal in which appropriate heat amounts of heaters for heating a duct in order to maintain a molten state of the molten metal should be different.
例えば鋳造等の分野では溶融アルミニウムなどを搬送するために、電磁誘導作用により溶融金属に推力を与えて搬送する溶融金属用電磁ポンプが利用されている。このような溶融金属用電磁ポンプは、磁性体製のヨークにコイルを巻いた誘導子により筒状のダクト内部に移動磁界を発生させて溶融金属に推力を与え、供給するる形式の誘導形電磁ポンプが主流である。 For example, in the field of casting or the like, an electromagnetic pump for molten metal is used to convey molten aluminum or the like by applying a thrust to the molten metal by electromagnetic induction. Such an electromagnetic pump for molten metal is an induction type electromagnetic type in which a moving magnetic field is generated inside a cylindrical duct by an inductor having a coil wound around a magnetic yoke, and thrust is applied to the molten metal to be supplied. Pumps are mainstream.
このような誘導形電磁ポンプは、例えば特開2006−341281号公報に記載されている。溶融金属が流れる管状のダクトの外周に移動磁界を発生するため、ヨークにコイルを巻いた誘導子を配置し、管状のダクトの内部に誘導子により発生した磁界の磁路となる磁性体のコアを配置している。コアは耐熱性及び耐蝕性を有する筒状の保護管により覆われている。従って、溶融金属の流路は管状のダクトと保護管との間に形成される環状部分となり、これにより、この種の電磁ポンプは環状流路形電磁ポンプと呼ばれている。 Such an induction type electromagnetic pump is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-341281. In order to generate a moving magnetic field on the outer periphery of a tubular duct through which molten metal flows, an inductor having a coil wound around a yoke is disposed, and a magnetic core serving as a magnetic path of the magnetic field generated by the inductor inside the tubular duct Is arranged. The core is covered with a cylindrical protective tube having heat resistance and corrosion resistance. Therefore, the flow path of the molten metal becomes an annular portion formed between the tubular duct and the protective tube, and this kind of electromagnetic pump is called an annular flow path type electromagnetic pump.
図7は、前述した溶融金属用電磁ポンプの従来例を示すもので、溶融アルミニウムや溶融亜鉛を搬送する一般的なものである。
溶融金属12を入れた溶融金属槽11の底部近くの斜めの壁面13に給湯口が開口しており、この給湯口にフランジ状の継手を介して給湯方向に向けて斜め上向きに真っ直ぐなポンプ側ダクト1が接続されている。さらにこのポンプ側ダクト1には、下方に曲げられた給湯側ダクト1’がフランジ継手等の継手5、5’を介して接続されている。この先の給湯側ダクト1’は、図示してないバネ等により手前のポンプ側ダクト1に押しつけられ、継手5、5’の間に挿入された耐熱性のガスケットにより継手5、5’の部分のシール性が確保されている。これらのダクト1、1’は、セラミック等の耐熱性、耐蝕性のある材料で作られており、保温のため外側にヒータ9が巻かれ、溶融金属12の融点以上の温度に加熱されるようになっている。
FIG. 7 shows a conventional example of the above-described electromagnetic pump for molten metal, and is a general one for conveying molten aluminum or molten zinc.
A hot water supply port is opened in an
手前のポンプ側ダクト1の周囲には、磁性体製のヨークにコイルを巻回した誘導子14が配置されている。またこのポンプ側ダクト1の中には、その中心軸が一致するように磁性体製の円柱体からなるコア2が配置されている。このコア2は、両端が閉じられた円筒形の保護管3の中に収納されており、ポンプ側ダクト1の中の溶融金属と直接接触しないようになっている。保護管3は、セラミック等の耐熱性、耐蝕性のある材料で作られており、その中のコア2の周囲にクッション材としてアルミナ、マグネシア等のセラミック繊維或いはセラミック粉末等の充填材8が充填されている。
Around the pump-
保護管3の給湯側ダクト1’に近い一端部の周囲にフランジ6が延設され、このフランジ6の外周に近い部分が前記ポンプ側ダクト1と給湯側ダクト1’とを接続する継手5、5’の間に挟持されている。これにより、コア2がポンプ側ダクト1の中心に位置するよう保持されている。ポンプ側ダクト1と給湯側ダクト1’は、その外周に設けた保温用のマイクロヒータ等からなるヒータ9により加熱され、溶融金属の凝固を防ぐ。フランジ6には、溶融金属12の通路となる複数の円弧状の通過孔7が設けられている。
A flange 6 extends around one end of the protective tube 3 near the hot water supply side duct 1 ', and a portion near the outer periphery of the flange 6 connects the
図8は、溶融金属槽11の溶融金属12の液面にポンプ側ダクト1の下端を差し込んだものである。この例では、溶融金属12の液面が誘導子14の中には達していない。そのため、運転時に溶融金属12の液面が誘導子14の中には達するように、減圧手段等の補助的な手段が必要である。それ以外は、図8に示したものとほぼ同じであり、同じ部分は同じ符合を付してある。その詳細は重複するので説明を省略する。
In FIG. 8, the lower end of the
このような溶融金属用電磁ポンプにおいて、図7と図8に示すように、ポンプ側ダクト1の誘導子14を設けたポンプ部分に対し、ポンプ側ダクト1と給湯側ダクト1’との長さが長い場合は、その全区間にわたってヒータ9を設ける必要がある。ところが、ダクト1、1’は、それらの各部分における放熱量が異なるため、ダクト1、1’の全長にわたってそれらの中の溶融金属を均一な温度に保つためには、それぞれ放熱量に応じた出力のヒータを個別に使用するのが好ましい。
In such a molten metal electromagnetic pump, as shown in FIGS. 7 and 8, the length of the
一般的にダクト1、1’の各部の放熱量が違う場合はヒータ巻き付けピッチを変えることで放熱量に応じた加熱を行うようにしている。例えば、ダクトの或る範囲の放熱量がダクトの他の範囲の放熱量の2倍であれば、ヒータ(マイクロヒータ)の巻きピッチは1/2にして双方共同じ温度にする。
In general, when the heat radiation amount of each part of the
しかし、定常時の放熱量の違いに応じて巻きピッチを変えた場合でも、それらヒータの昇温特性が違うため、定常時の電力を付与して最終的に同じ温度になるように長い時間をかけてゆっくり昇温するか、或いはヒータ容量を余裕を見て大きくしておき、昇温特性が速い部分に制御用の熱電対を取り付けて設定温度にまで昇温しておいて、遅れて昇温される他の部分が所要の温度に昇温されるまで待つという温度制御手段をとるしかなかった。前者の場合でも、定常必要電力だけによるヒータ設計は熱計算を間違えると昇温出来なかったり、温度を上げすぎてしまったりすることも多く、温度の管理は極めて難しい。 However, even when the winding pitch is changed according to the difference in the amount of heat dissipation during normal operation, the temperature rise characteristics of these heaters are different, so it takes a long time to finally apply the electric power during normal operation to reach the same temperature. Heat up slowly, or increase the heater capacity with a margin, attach a thermocouple for control to the part where the temperature rise characteristic is fast, raise the temperature to the set temperature, and then rise later There was no choice but to take a temperature control means to wait until the other part to be heated was heated to the required temperature. Even in the former case, the heater design with only the necessary power for the steady state often fails to raise the temperature or makes the temperature too high if the heat calculation is wrong.
そのためには、ダクト1、1’の各部について、それぞれ別のヒータを設け、それらに出力する電力を個別に設定する必要がある。ところがそうした場合に、複数のヒータに対応してリード線の数も多くなる。
For this purpose, it is necessary to provide separate heaters for the respective parts of the
しかしながら、ダクト1、1’のうち、特にポンプ側ダクト1の外周側には誘導子14が嵌め込まれる。溶融金属用電磁ポンプの組み立てやその保守、管理のためには、誘導子14をポンプ側ダクト1の外周にその都度着脱しなければならない。この場合に、リード線がダクト1、1’の各部からそれぞれ出ていると、誘導子14の着脱の度にリード線の処理に手数がかかるという課題があった。さらに、リード線の配線も複雑になり、トラブルの原因にもなりかねない。
本発明は、前述した従来の溶融金属用電磁ポンプにおける課題に鑑み、ダクトに放熱量が異なる区間があり、それら区間に個別にヒータを設けた溶融金属用電磁ポンプにおいて、組み立てや保守、管理時におけるダクトへの誘導子の着脱の際に、前記ヒータのリード線の処理が容易である溶融金属用電磁ポンプを提供することを目的とする。 In view of the problems in the conventional molten metal electromagnetic pump described above, the present invention provides a molten metal electromagnetic pump in which there are sections having different heat dissipation amounts in the duct, and a heater is provided in each section. It is an object of the present invention to provide an electromagnetic pump for molten metal that can easily handle the lead wires of the heater when the inductor is attached to and detached from the duct.
本発明では、前記の目的を達成するため、ダクト1、1’が外部に対する放熱量の異なる複数の区間を有し、これら複数の区間にそれぞれ異なるヒータ9a、9b、9cを設けた場合に、それらのリード線11a、11b、11cをダクト1、1’に添わせて同じ箇所から導出することにより、加熱電源10a、10b、10cに接続することが出来るようにしたものである。
In the present invention, in order to achieve the above object, when the
すなわち、本発明による溶融金属用電磁ポンプは、溶融金属を通す筒状の一部のダクト1、1’の中に移動磁界を発生させる誘導子14を設け、前記一部のダクト1、1’の中に前記誘導子14で発生した移動磁界の磁路を形成する磁性体からなるコア2を配置し、さらにダクト1、1’の外周にその中の溶融金属をその融点以上の温度に加熱するヒータ9a、9b、9cを設けている。そして、ダクト1、1’が外部に対する放熱量の異なる複数の区間を有し、これら複数の区間にそれぞれ異なるヒータ9a、9b、9cを設け、これらヒータ9a、9b、9cのリード線11a、11b、11cをダクト1、1’に添わせて同じ箇所から導出して加熱電源10a、10b、10cに接続している。この場合、一部のヒータ9aのリード線11aは、ポンプ側ダクト1に添って同ダクト1と誘導子14との間を通して導出される。
That is, the electromagnetic pump for molten metal according to the present invention is provided with an
このような溶融金属用電磁ポンプでは、ダクト1、1’の外部に対する放熱量の異なる複数の区間にそれぞれ異なるヒータ9a、9b、9cを設けているので、それら各区間の放熱量に見合った熱量をそれぞれ個別に与えることが出来る。そしてこれらヒータ9a、9b、9cのリード線11a、11b、11cをダクト1、1’に添わせて同じ箇所から導出して加熱電源10a、10b、10cに接続しているので、ヒータ9a、9b、9cのリード線11a、11b、11cを一括して処理することが出来る。これにより、溶融金属用電磁ポンプの組み立てや保守、管理時におけるダクト1への誘導子14の着脱の際に、ヒータ9a、9b、9cのリード線11a、11b、11cの処理が容易となる。
In such an electromagnetic pump for molten metal, since
以上説明した通り、本発明による溶融金属用電磁ポンプでは、ダクト1、1’の外部への放熱量の異なる複数の区間にそれぞれその放熱量に見合った熱量を与えることが出来るのに加え、ダクト1への誘導子14の着脱の際に、ヒータ9a、9b、9cのリード線11a、11b、11cの処理が容易となり、溶融金属用電磁ポンプの組み立てや保守、管理時が容易に行える。
As explained above, in the electromagnetic pump for molten metal according to the present invention, in addition to being able to give a heat amount corresponding to the heat radiation amount to a plurality of sections having different heat radiation amounts to the outside of the
本発明では、外部に対する放熱量の異なる複数の区間にそれぞれ異なるヒータ9a、9b、9cを設け、それらのリード線11a、11b、11cをダクト1、1’に添わせて同じ箇所から導出して加熱電源10a、10b、10cに接続することが出来るようにし、その目的を達成するようにした。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。
In the present invention,
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to examples.
図1は、本発明による外付形の環状溶融金属用誘導電磁ポンプの一実施例である。この溶融金属用誘導電磁ポンプの構成は基本的に図7により前述した従来の電磁ポンプと同じであり、同じ部分は同じ符号を付してある。
溶融金属12を入れた溶融金属槽11の底部近くの斜めの壁面13に給湯口が開口しており、この給湯口にフランジ継手を介して真っ直ぐなポンプ側ダクト1が接続されている。この給湯側ダクト1は図1において左側の給湯方向に向けて次第に高くなるように傾斜し、給湯方向に向けて昇り勾配が形成されている。
FIG. 1 shows an embodiment of an external induction electromagnetic pump for molten metal according to the present invention. The configuration of the molten metal induction electromagnetic pump is basically the same as that of the conventional electromagnetic pump described above with reference to FIG. 7, and the same portions are denoted by the same reference numerals.
A hot water supply port is opened in an
この真っ直ぐなポンプ側ダクト1の先端には、給湯側ダクト1’がフランジ継手等の継手5、5’を介して接続されている。このポンプ側ダクト1と給湯側ダクト1’との接続部分の上は蓋板19で閉じられている。こられのダクト1、1’は、セラミック等の耐熱性、耐蝕性のある材料で作られている。図1に示すように、ダクト1、1’は、その周囲に設けた保温用のマイクロヒータ等からなるヒータ9a、9b、9cが巻回され、同ヒータ9a、9b、9cにより溶融金属12の融点以上の温度に加熱され、ダクト1、1’の中の溶融金属の温度低下による凝固を防ぐようになっている。このヒータ9a、9b、9cについては、後により詳しく説明する。
A hot water
手前のポンプ側ダクト1の中には、その中心軸が一致するように磁性体製の円柱体からなるコア2が配置されている。このコア2は、両端が閉じられた円筒形の保護管3の中に収納されており、ポンプ側ダクト1内の溶融金属と直接接触しないようになっている。コア2の保護管3は、セラミック等の耐熱性、耐蝕性のある材料で作られている。
In the pump-
保護管3の給湯側ダクト1’に近い一端部の周囲にフランジ6が延設され、このフランジ6の外周に近い部分が前記ポンプ側ダクト1と給湯側ダクト1’とを接続する継手5、5’の間に挟持されている。これにより、コア2がポンプ側ダクト1の中心に位置するよう保持されている。給湯側ダクト1’は、図示しないバネ等により手前のポンプ側ダクト1に押しつけられ、ガスケットにより継手5、5’の間に前記保護管3のフランジ6を挟持すると共に、シール性を確保している。
A flange 6 extends around one end of the protective tube 3 near the hot water supply side duct 1 ', and a portion near the outer periphery of the flange 6 connects the
保護管3はセラミック等の成型体であるため、別部材としてフランジ6を設けるよりは、フランジ6を保護管3と一体に成型したものがよい。保護管3の中には、コア2を保護管3の中心に保持し、且つ運転時の振動によるがたつきを無くすため、クッション材としてアルミナ、マグネシア等のセラミック繊維或いはセラミック粉末等の充填材8が充填される。図1に示したように、図示の実施例では、保護管3の端部がセラミック等の耐熱性、耐蝕性のある端栓4により閉じられるようになっている。コア2や充填材8はこの端栓4を開けて保護管3の中に収納、充填される。 Since the protective tube 3 is a molded body of ceramic or the like, it is preferable that the flange 6 is molded integrally with the protective tube 3 rather than providing the flange 6 as a separate member. In the protective tube 3, in order to hold the core 2 in the center of the protective tube 3 and eliminate rattling due to vibration during operation, a filler such as ceramic fiber such as alumina or magnesia or ceramic powder is used as a cushioning material. 8 is filled. As shown in FIG. 1, in the illustrated embodiment, the end of the protective tube 3 is closed by a heat-resistant and corrosion-resistant end plug 4 such as ceramic. The core 2 and the filler 8 are stored and filled in the protective tube 3 by opening the end plug 4.
前記のフランジ6の継手5、5’に挟持された外周に近い部分より内周側の部分には、溶融金属を通すための通路7が設けられている。この通路7は、円周方向に長い長孔状のものであり、通路7の間は保護管3の本体部分である円筒部分とフランジ6の継手5、5’により挟持される外周側のリム状の部分とを一体に連絡するスポーク状の連結部となっている。
A passage 7 for passing molten metal is provided in a portion closer to the inner periphery than a portion near the outer periphery sandwiched between the
図1に示すように、手前の真っ直ぐなポンプ側ダクト1の継手5に近い部分の周囲には、磁性体製のヨークにコイルを巻回した円筒形状の誘導子14が配置されている。この誘導子14により、ポンプ側ダクト1の内部に移動磁界が形成され、ポンプ側ダクト1内の溶融金属に推力が与えられる。前記の磁性体製のコア2は、ポンプ側ダクト1の中心軸上に移動磁界の磁路を形成するもので、これにより、ポンプ側ダクト1内の移動磁界の磁束密度を維持し、ポンプ側ダクト1内での溶融金属の推力を確保する。
As shown in FIG. 1, a
例えばポンプ側ダクト1は、前記のように外周に誘導子14が配置された継手5に近い部分と、誘導子14が無い溶融金属槽11に近い部分とがあり、これらの部分では外周面からの放熱量が異なる。また、給湯側ダクト1’もその誘導子14が無く、ポンプ側ダクト1とは放熱量が異なっている。そのため、図示の例では、ポンプ側ダクト1の誘導子14が無い溶融金属槽11に近い部分と誘導子14が配置された継手5に近い部分と給湯側ダクト1’との3つの区画にそれぞれ別のヒータ9a、9b、9cを個別に配置している。
For example, the
図2は、図1の例と異なり、ポンプ側ダクト1を溶融金属12の液面より上に置き、ポンプ側ダクト1の下端を溶融金属12の液面からその下に漬けた形式の溶融金属用電磁ポンプである。図1の例では、ポンプ側ダクト1を垂直に立てているが、ポンプ側ダクト1を斜めに傾けて配置する場合もある。何れの場合もこの形式の溶融金属用電磁ポンプでは、誘導子14の位置に溶融金属12の液面が無いので、真空ポンプ等によりポンプ側ダクト1を減圧して大気圧により溶融金属12を汲み上げ、その状態でポンプによる溶融金属の汲み上げ運転を行う必要がある。それ以外は、図1と同じであり、同じ部分は同じ符合で示してある。これらについては、重複するので説明を省略する。
FIG. 2 differs from the example of FIG. 1 in that the
この溶融金属用電磁ポンプでも、ポンプ側ダクト1には、外周に誘導子14が配置された継手5に近い部分と、誘導子14が無い溶融金属12に近い部分とがあり、さらに誘導子14が無い給湯側ダクト1’がある。それら各部分の放熱量はそれぞれ異なっている。そのため、この図2に示した例でも、ポンプ側ダクト1の誘導子14が無い溶融金属槽11に近い部分と誘導子14が配置された継手5に近い部分と給湯側ダクト1’との3つの区画にそれぞれ別のヒータ9a、9b、9cを個別に配置している。
Even in this molten metal electromagnetic pump, the pump-
図3は、前記ヒータ9a、9b、9cを個別に配置した状態を模式的に示してあり、便宜上ポンプ側ダクト1と給湯側ダクト1’とを横に一列に並べて示してある。複数の誘導巻きのヒータ9a、9b、9cがダクト1、1’の放熱量が異なるそれぞれの区間に個別に配置されているが、それらのリード線11a、11b、11cはダクト1、1’に添って引き出され、何れも同じ箇所に導出されている。例えば、ポンプ側ダクト1の誘導子14が無い下端側(図3において右側)の部分のヒータ9aのリード線11aは、ポンプ側ダクト1に添って誘導子14とポンプ側ダクト1との間を通して給湯側ダクト1’の方に引き出されている。こうすることにより、誘導子14をポンプ側ダクト1に着脱する際に、リード線11a、11b、11cの面倒な処理が不要となる。
なお、図4の実施例では、ヒータ9aのリード線11aが真っ直ぐ引き出されているが、ポンプ側ダクト1に巻き付けるようにして引き出すことも出来る。
FIG. 3 schematically shows a state in which the
In the embodiment of FIG. 4, the
図3に示すように、前記複数のヒータ9a、9b、9cのリード線11a、11b、11cを加熱電源10a、10b、10cに接続する。複数のヒータ9a、9b、9cにリード線11a、11b、11cを介して個別に加熱電源10a、10b、10cを接続することにより、ダクト1、1’の各部分の放熱量に見合った加熱電力を個別に供給することが可能である。しかも、加熱電源10a、10b、10cには、同じ方向から引き出したリード線11a、11b、11cに接続出来るため、配線の処理が容易となる。
As shown in FIG. 3, the
図4は、図3の複数のヒータ9a、9b、9cを2つ折にして巻きつけた無誘導巻きの状態で、ダクト1、1’の放熱量が異なるそれぞれの区間に個別に配置した例である。
さらに図5は、複数のヒータ9a、9b、9cを2つ折にして巻きつけた無誘導巻きの状態で、ダクト1、1’の放熱量が異なるそれぞれの区間にピッチを変えながら放熱量に応じて連続的に配置した例である。
FIG. 4 is an example in which the plurality of
Further, FIG. 5 shows a non-inductive winding state in which a plurality of
図6は前記図5の実施例と同様にピッチを変えたものであるが、複数のヒータを誘導巻きにしたものである。一般にダクト1の溶融金属槽11に近い側は、溶融金属を通して熱が供給されるために加熱容量は少なくて済むので、ヒータ9aを最も加熱容量を小さくて済むので、ヒーター巻きつけのピッチを粗くする。ダクト1の電磁ポンプの誘導子14が配置された部分は、最も放熱量が大きいため3条巻きにする。給湯側ダクト1’はノズルが開口してヒータが巻き付けられないので放熱が2番目に小さいため、2条巻きにする。
FIG. 6 shows a case where the pitch is changed as in the embodiment of FIG. 5, but a plurality of heaters are inductively wound. Generally, the heating capacity of the
本発明による溶融金属用電磁ポンプ運転方法では、ダクト1、1’の各部分について、その放熱量に見合った熱量をヒータ9a、9b、9cにより供給出来ると共に、それらヒータヒータ9a、9b、9cのリード線11a、11b、11cの処理も容易であるため、誘導子14のポンプ側ダクト1への着脱も容易に行うことが出来る。
In the operation method of the molten metal electromagnetic pump according to the present invention, the
1 ポンプ側ダクト
1’ 給湯側ダクト
2 コア
9a ヒータ
9b ヒータ
9c ヒータ
10a ヒータの電源
10b ヒータの電源
10c ヒータの電源
11a ヒータのリード線
11b ヒータのリード線
11c ヒータのリード線
12 溶融金属
14 誘導子
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