JP2010096401A - 非鉄金属溶解炉 - Google Patents

Abstract

【課題】電気ヒーターのヒーター素線や保護管の損傷や亀裂を防止し、長期にわたって安定して使用することのできる非鉄金属溶解炉を提供する。
【解決手段】ポンプ４によって溶湯が循環する複数の室２を備え、そのうちの一つである昇温室２ａに電気ヒーター３を浸漬したものであり、昇温室２ａの容量を超えた溶湯を、昇温室２ａに隣接する室２との間に設けられた堰６をオーバーフローさせて、前記隣接する室に供給することによって昇温室２ａの湯面を一定に保つ。これにより、電気ヒーター３が大気中に曝されるのを防止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、アルミニウム合金等の非鉄金属を、ダイカスト鋳造などの各種鋳造製品の製造に使用すべく溶解するための非鉄金属溶解炉に関するものである。

従来、アルミニウム合金等の非鉄金属の溶解には、石油などの化石燃料を用いたバーナからの放射火炎による溶解炉が、主として採用されてきた（例えば、特許文献１参照）。
特許第２５５４５１０号

この溶解炉２０は、図５に示すように、溶湯を、循環ポンプ２１によって、溶解保持室２２と渦室２３と切り粉溶解室２４を循環させ、溶解保持室２２に設けたバーナ２５の放射火炎によって加熱している。

しかし、化石燃料を使用したバーナによる放射火炎は、熱効率、溶湯の品質、メタルロスの発生、工場の環境低下といった問題や、今日の石油資源や温暖化の観点から、その改善策が強く求められている。

その改善策の一つに電気ヒーターを利用した溶解炉が考えられる。電気ヒーターを利用した溶解炉は、例えば、特許文献２に開示されている。
米国特許第５９６３５８０号 この溶解炉３０は、図６に示すように、電気ヒーターをアルミニウムの溶湯中に浸漬して溶湯を直接加熱するもので、加熱溶融した溶湯を、循環ポンプ３１によって、貯湯槽３２、昇温槽３３、投入槽３４、および脱ガス処理槽３５を循環させるものである。ここでは、電気ヒーターは昇温槽３３に設けられている。

上記特許文献２に記載の溶解炉は電気ヒーターを用いているので、化石燃料を使用したバーナが有する熱効率、溶湯の品質、メタルロスの発生、工場の環境、石油資源や温暖化の問題を改善することができる。

しかし、電気ヒーターを使用する場合、溶湯の汲み出しによって、電気ヒーターを浸漬している室の湯面が低下し、この湯面の低下によって電気ヒーターの加熱部が大気中に曝されることになる。加熱部は大気中に曝されると、過熱してヒーター素線が焼損したり、短絡する危険性がある。また、ヒーター素線を保護している保護管も、大きな温度変動によって亀裂が発生し、その亀裂から溶湯が侵入し、ヒーター素線を短絡させてしまう危険性がある。
従って、長期に渡って安定した使用ができないといった問題がある。

そこで、本発明の目的とするところは、電気ヒーターのヒーター素線や保護管の損傷や亀裂を防止し、長期にわたって安定して使用することのできる非鉄金属溶解炉を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の非鉄金属溶解炉（１）は、ポンプ（４）によって溶湯が循環する複数の室（２）を備え、そのうちの一つである昇温室（２ａ）に電気ヒーター（３）を浸漬したものであって、
前記昇温室（２ａ）の容量を超えた溶湯を、前記昇温室（２ａ）に隣接する室との間に設けられた堰（６）をオーバーフローさせて、前記隣接する室に供給し、前記昇温室（２ａ）の湯面を一定に保つことを特徴とする。

また、請求項２に記載の非鉄金属溶解炉（１）は、前記複数の室（２）が、昇温室（２ａ）、溶解室（２ｂ）、脱ガス室（２ｃ）、除滓室（２ｄ）であり、
前記ポンプ（４）が前記昇温室（２ａ）に設けられ、前記ポンプ（４）によって前記昇温室（２ａ）の溶湯が前記溶解室（２ｂ）へ供給され、
前記昇温室（２ａ）に隣接する室（２）が出湯室（２ｆ）に通じる鎮静室（２ｅ）であり、前記昇温室（２ａ）の容量を超えた溶湯を、前記鎮静室（２ｅ）に堰（６）をオーバーフローさせて供給することを特徴とする。

さらに、請求項３に記載の非鉄金属溶解炉（１）は、前記複数の室（２）が、昇温室（２ａ）、溶解室（２ｂ）、脱ガス室（２ｃ）、除滓室（２ｄ）、鎮静室（２ｅ）および出湯室（２ｆ）であり、
前記ポンプ（４）が前記出湯室（２ｆ）に設けられ、前記ポンプ（４）によって前記出湯室（２ｆ）の溶湯が前記昇温室（２ａ）に供給され、
前記昇温室（２ａ）に隣接する室（２）が溶解室（２ｂ）であり、前記昇温室（２ａ）の容量を超えた溶湯を前記溶解室（２ｂ）に堰（６）をオーバーフローさせて供給することを特徴とする。

なお、カッコ内の記号は、図面および後述する発明を実施するための最良の形態に記載された対応要素または対応事項を示す。

本発明の請求項１に記載の非鉄金属溶解炉によれば、昇温室の容量を超えた溶湯を、昇温室に堰を介して隣接する室にその堰をオーバーフローさせて供給し、その昇温室の湯面を一定に保つので、昇温室に浸漬した電気ヒーターを長期にわたって安定して使用することができる。

すなわち、昇温室の湯面が一定に保たれるので、電気ヒーターは従来技術のようにその加熱部が大気中に曝されることがなく、従って、加熱によってヒーター素線が焼損したり短絡することがなく、また、保護管に亀裂が発生し、そこから溶湯が侵入してヒーター素線を短絡させることもない。
これによって、電気ヒーターの長期にわたる安定した使用が可能となる。

また、請求項２に記載の非鉄金属溶解炉によれば、請求項１に記載の発明の作用効果に加えて、複数の室が、昇温室、溶解室、脱ガス室、除滓室であり、ポンプが昇温室に設けられているので、このポンプによって昇温室の溶湯を溶解室、脱ガス室、除滓室、そして再び昇温室と、円滑に循環させることができる。
また、昇温室に隣接する室が出湯室に通じる鎮静室であり、昇温室の容量を超えた溶湯を、鎮静室に堰をオーバーフローさせて供給するので、昇温室、溶解室、脱ガス室および除滓室を循環して清浄化された溶湯を、出湯室から汲み出すことができる。
また、堰をオーバーフローさせるので、昇温室の上部に存在し、不純物が沈殿した清浄な溶湯のみを鎮静室を介して出湯室へ供給することができる。

さらに、請求項３に記載の非鉄金属溶解炉によれば、請求項１に記載の発明の作用効果に加えて、複数の室が、昇温室、溶解室、脱ガス室、除滓室、鎮静室および出湯室であり、また、ポンプが出湯室に設けられているので、このポンプによって出湯室の溶湯を昇温室、溶解室、脱ガス室、除滓室、そして再び出湯室と、円滑に循環させることができる。
ここで、出湯室は電気ヒーターを浸漬している昇温室から最も下流側に位置するので、低温の溶湯を汲み出すことができ、汲み出し作業が容易となる。
また、昇温室に隣接する室が溶解室であり、昇温室の容量を超えた溶湯を溶解室に堰をオーバーフローさせて供給するので、出湯室の上部に存在し、不純物が沈殿した清浄な溶湯のみを昇温室へ供給することができる。

（第一実施形態）
図１および図２を参照して、本発明の第一実施形態に係る非鉄金属溶解炉１について説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る非鉄金属溶解炉１を示す平面図であり、図２は、そのＡ−Ａ線断面図である。

本実施形態に係る非鉄金属溶解炉１は、アルミニウム合金などの非鉄金属をダイカスト鋳造などの鋳造製品を製造するために溶解するものである。
この非鉄金属溶解炉１は、ポンプ４によって溶湯が循環する複数の室２を備え、そのうちの一つである昇温室２ａに電気ヒーター３を浸漬した構成である。また、昇温室２ａの容量を超えた溶湯を、昇温室２ａに隣接する室との間に設けられた堰６をオーバーフローさせて、隣接する室に供給し、昇温室２ａの湯面を一定に保つものである。

なお、本実施形態では、複数の室２を、溶湯が循環する順に、昇温室２ａ、溶解室２ｂ、脱ガス室２ｃ、除滓室２ｄで構成している。
また、ポンプ４を昇温室２ａに設け、このポンプ４によって昇温室２ａの溶湯を溶解室２ｂへ供給している。また、昇温室２ａに隣接する室を、出湯室２ｆに通じる鎮静室２ｅとしており、昇温室２ａの容量を超えた溶湯を、鎮静室２ｅに堰６をオーバーフローさせて供給している。

この非鉄金属溶解炉１は、昇温室２ａと鎮静室２ｅとの間に仕切りとしての堰６を設け、溶解室２ｂと脱ガス室２ｃとの間、脱ガス室２ｃと除滓室２ｄとの間、除滓室２ｄと昇温室２ａとの間、および鎮静室２ｅと出湯室２ｆとの間には、それぞれトンネル８（第一トンネル８ａ，第二トンネル８ｂ，第三トンネル８ｃ，第四トンネル８ｄ）を有する隔壁７（第一隔壁７ａ，第二隔壁７ｂ，第三隔壁７ｃ，第四隔壁７ｄ）を設けている。なお、堰６の高さは隔壁７のそれより低く設定している。

また、ポンプ４には暗渠５を一体的に設け、溶湯をこの暗渠５を通して溶解室２ｂへ供給している。また、補熱ヒーター１２を出湯室２ｆに設けて、汲み出す溶湯の温度を調節している。

この非鉄金属溶解炉１の作用を、詳細な構成と共に説明する。昇温室２ａに浸漬した電気ヒーター３を加熱し、同じく昇温室２ａに設けたポンプ４を稼働して、溶湯を昇温室２ａ、溶解室２ｂ、脱ガス室２ｃ、除滓室２ｄ、そして再び昇温室２ａへと循環させる。
この循環において、昇温室２ａから溶解室２ｂへ供給された溶湯は、溶解室２ｂが構成する渦巻き構造によって２０ｃｍ／秒以上の渦流とされ、これによって、溶解室２ｂに投入装置（図示せず）によって投入される大きさの異なる非鉄金属固形物を迅速に溶解する。また、この渦流によって、溶湯の酸化防止とメタルロスの低減を図る。

溶解室２ｂの溶湯は、第一隔壁７ａに形成した第一トンネル８ａを通過して脱ガス室２ｃへ供給される。
この脱ガス室２ｃには、脱ガス装置１０が設けられており、この脱ガス装置１０によってアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスが溶湯中に吹き込まれ、この不活性ガスによって溶湯中の余剰な水素ガスを吸収すると共に、溶湯に混入している異物や酸化物の固形物を不活性ガスの気泡に吸着させる。また、溶湯より比重の重い固形物等は、溶解室２ｂに沈殿させる。

脱ガス室２ｃの溶湯は、第二隔壁７ｂに形成された第二トンネル８ｂを通過して除滓室２ｄに供給される。この除滓室２ｄでは、気泡に吸着した固形物（ノロ）を溶湯面で浮遊させ、この浮遊している固形物を人為的に排除する。

浮遊している固形物が除去されたのち、除滓室２ｄの溶湯は、第三隔壁７ｃの第三トンネル８ｃに設けられたフィルター９を通過して昇温室２ａに供給される。このフィルター９によって溶湯中の不純物を濾過する。

昇温室２ａに供給された溶湯は、その一部がポンプ４によって再び溶解室２ｂに供給されると共に、他の一部が堰６をオーバーフローして鎮静室２ｅに供給される。このオーバーフローは、溶解室２ｂに非鉄金属固形物を投入することにより溶湯の量が増加することによって生じる。

鎮静室２ｅの溶湯は、そこで一定時間滞留し、溶湯中に残留している固形物が浮遊または沈殿し、清浄な溶湯のみが第四隔壁７ｄに形成された第四トンネル８ｄを通過して出湯室２ｆに供給される。

出湯室２ｆの溶湯は、そこから汲み出され、鋳造製品の製造に使用される。汲み出される溶湯の温度は、出湯室２ｆに設けられた補熱ヒーター１２によって調節される。

本実施形態に係る非鉄金属溶解炉１は、昇温室２ａの容量を超えた溶湯を、昇温室２ａに隣接する室に堰６をオーバーフローさせて供給し、その昇温室２ａの湯面を一定に保つので、昇温室２ａに浸漬した電気ヒーター３を大気中に曝すことがない。
従って、大気中に曝された電気ヒーター３が加熱して、そのヒーター素線が焼損したり短絡することがない。また、保護管に亀裂が発生し、そこから溶湯が侵入してヒーター素線を短絡させることもない。
これにより、電気ヒーター３を長期にわたり安定して使用することができる。

（第二実施形態）
次に、図３および図４を参照して、本発明の第二実施形態に係る非鉄金属溶解炉１について説明する。図３は、本発明の第二実施形態に係る非鉄金属溶解炉１を示す平面図であり、図４は、そのＢ−Ｂ線断面図である。

この非鉄金属溶解炉１は、複数の室２を、溶湯が循環する順に、昇温室２ａ、溶解室２ｂ、脱ガス室２ｃ、除滓室２ｄ、鎮静室２ｅおよび出湯室２ｆとしている。また、ポンプ４を出湯室２ｆに設け、このポンプ４によって出湯室２ｆの溶湯を昇温室２ａに供給するようにしている。また、昇温室２ａに隣接する室を溶解室２ｂとし、昇温室２ａの容量を超えた溶湯を溶解室２ｂに堰６をオーバーフローさせて供給するようにしている。なお、ポンプ４には暗渠５を一体的に設けている。

なお、この非鉄金属溶解炉１は、昇温室２ａと溶解室２ｂとの間に仕切りとしての堰６を設け、溶解室２ｂと脱ガス室２ｃとの間、脱ガス室２ｃと除滓室２ｄとの間、除滓室２ｄと鎮静室２ｅとの間、および鎮静室２ｅと出湯室２ｆとの間には、それぞれトンネル８（第一トンネル８ａ，第二トンネル８ｂ，第三トンネル８ｃ，第四トンネル８ｄ）を有する隔壁７（第一隔壁７ａ，第二隔壁７ｂ，第三隔壁７ｃ，第四隔壁７ｄ）を設けている。また、堰６の高さは隔壁７のそれより低く設定している。

この非鉄金属溶解炉１は次のように作用する。昇温室２ａの電気ヒーター３に通電し、出湯室２ｆのポンプ４を稼働すると、出湯室２ｆの溶湯が昇温室２ａへ供給されて加熱される。加熱された昇温室２ａの溶湯は、昇温室２ａの容量を超えた分が堰６をオーバーフローして溶解室２ｂへ供給される。

この溶解室２ｂでは、新たな非鉄金属固形物が投入されて溶解される。この溶解は、溶解室２ｂの渦巻き構造による渦流によって効果的に達成される。溶解室２ｂの溶湯は、第一隔壁７ａの第一トンネル８ａを通過して脱ガス室２ｃへ供給され、脱ガス装置１０から発生される不活性ガスによって余剰な水素ガスを吸収すると共に、異物等を不活性ガスの気泡に吸着させる。

脱ガス室２ｃの溶湯は、次に、第二隔壁７ｂの第二トンネル８ｂを通過して除滓室２ｄへ供給され、そこで気泡に吸着している異物等を除去する。除滓室２ｄの溶湯は続いて第三隔壁７ｃの第三トンネル８ｃを通過して鎮静室２ｅへ供給され、そこで一定時間滞留した後、第四隔壁７ｄの第四トンネル８ｄを通って出湯室２ｆへ供給される。

出湯室２ｆでは、清浄化された溶湯の一部が汲み上げられる共に、残りの一部が堰６をオーバーフローして昇温室２ａへ供給される。なお、出湯室２ｆには溶湯の温度を測定するための温度計１１を設けている。こうした循環を繰り返すことで、清浄化された溶湯を出湯室２ｆから汲み出す。

本実施形態に係る非鉄金属溶解炉１は、昇温室２ａの容量を超えた溶湯を、昇温室２ａに隣接する溶解室２ｂに堰６をオーバーフローさせて供給し、昇温室２ａの湯面を一定に保つので、昇温室２ａに浸漬した電気ヒーター３を大気中に曝すことがない。
従って、電気ヒーター３を長期にわたって安定して使用することができる。

本発明の第一実施形態に係る非鉄金属溶解炉を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第二実施形態に係る非鉄金属溶解炉を示す平面図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 従来例に係る溶解炉示す平面図である。 他の従来例に係る溶解炉を示す構成図である。

符号の説明

１ 非鉄金属溶解炉
２ 室
２ａ 昇温室
２ｂ 熔解室
２ｃ 脱ガス室
２ｄ 除滓室
２ｅ 鎮静室
２ｆ 出湯室
３ 電気ヒーター
４ ポンプ
５ 暗渠
６ 堰
７ 隔壁
７ａ 第一隔壁
７ｂ 第二隔壁
７ｃ 第三隔壁
７ｄ 第四隔壁
８ トンネル
８ａ 第一トンネル
８ｂ 第二トンネル
８ｃ 第三トンネル
８ｄ 第四トンネル
９ フィルター
１０ 脱ガス装置
１１ 温度計
１２ 補熱ヒーター
２０ 溶解炉
２１ 循環ポンプ
２２ 溶解保持室
２３ 渦室
２４ 切り粉溶解室
２５ バーナ
３０ 溶解炉
３１ 循環ポンプ
３２ 貯湯槽
３３ 昇温槽
３４ 投入槽
３５ 脱ガス処理槽

Claims (3)

1. ポンプによって溶湯が循環する複数の室を備え、そのうちの一つである昇温室に電気ヒーターを浸漬した非鉄金属溶解炉であって、
   前記昇温室の容量を超えた溶湯を、前記昇温室に隣接する室との間に設けられた堰をオーバーフローさせて、前記隣接する室に供給し、前記昇温室の湯面を一定に保つことを特徴とする非鉄金属溶解炉。
2. 前記複数の室が、昇温室、溶解室、脱ガス室、除滓室であり、
   前記ポンプが前記昇温室に設けられ、前記ポンプによって前記昇温室の溶湯が前記溶解室へ供給され、
   前記昇温室に隣接する室が出湯室に通じる鎮静室であり、前記昇温室の容量を超えた溶湯を、前記鎮静室に堰をオーバーフローさせて供給することを特徴とする請求項１に記載の非鉄金属溶解炉。
3. 前記複数の室が、昇温室、溶解室、脱ガス室、除滓室、鎮静室および出湯室であり、
   前記ポンプが前記出湯室に設けられ、前記ポンプによって前記出湯室の溶湯が前記昇温室に供給され、
   前記昇温室に隣接する室が溶解室であり、前記昇温室の容量を超えた溶湯を、前記溶解室に堰をオーバーフローさせて供給することを特徴とする請求項１に記載の非鉄金属溶解炉。

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