JP2010096403A - 非鉄金属溶解炉 - Google Patents

Abstract

【課題】不純物の除滓効率を高めた非鉄金属溶解炉を提供する。
【解決手段】溶湯Ｙを加熱し昇温及び保温する昇温室１１と、昇温室１１から供給された溶湯Ｙに非鉄金属を投入する渦室１２と、渦室１２から供給された溶湯Ｙ内の非鉄金属を、溶湯Ｙの熱により溶解させる溶解室２３と、溶解室２３から供給された溶湯Ｙ内に存在する不純物を取り除き、しかも溶湯Ｙの一部を昇温室１１に供給する除滓室１４と、溶湯Ｙを外部に取出す出湯室１５と、を備える非鉄金属溶解炉２０において、溶解室２３から除滓室１４へ溶湯Ｙを供給する流路２３ａの除滓室１４側に、横断面が略直角三角形の整流ブロックＢを配置することにより、流路２３ａの除滓室１４側に、流路２３ａの幅を徐々に狭くする絞りＳを形成することで溶湯Ｙの流速を速めた。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルミニウム合金等の非鉄金属を、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。

アルミニウム合金等の非鉄金属は、再溶解に掛かるエネルギーが、鉱石を製錬するエネルギーに比べて遥かに小さいことから、所謂スクラップをリサイクルすることは非常に有益であるので、積極的にリサイクルが行われている。
従来、このような再溶解には図５に示すような、非鉄金属を溶解させてなる溶湯Ｙを循環させる非鉄金属溶解炉１０が使用されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第２５５４５１０号公報

このような非鉄金属溶解炉１０は、昇温室１１と、渦室１２と、溶解室１３と、出湯室１５と、を備え、溶湯Ｙが各室を循環するものである。
昇温室１１は、溶湯Ｙをバーナで加熱し、昇温及び保温するための室である。
渦室１２は、昇温室１１から供給された溶湯Ｙに非鉄金属を投入し、非鉄金属を溶湯Ｙに混合するための室である。
溶解室１３は、渦室１２から供給された溶湯Ｙ内の非鉄金属を、溶湯Ｙの熱により溶解させるための室である。
出湯室１５は、溶湯Ｙを外部に取出すための室である。

ここで、溶解させる非鉄金属はスクラップであるので、異物が付着していることが多い。よって、その非鉄金属を溶解させた溶湯Ｙは異物を含む。また、溶湯Ｙの表面は空気と触れ合っているので、溶湯Ｙを加熱することにより、溶湯Ｙ表面には当該非鉄金属の酸化物が発生する。
これら酸化物や異物を含めた不純物が昇温室１１に流れ込むと、不純物が熱抵抗となるので、溶解効率の低下に繋がる。また、溶湯Ｙ内の不純物の比率分だけ、対象の非鉄金属の純度が低下する。

そこで、図６に示すような、除滓室１４を備えた非鉄金属溶解炉１０が提案されている。
除滓室１４は、溶解室１３から供給された溶湯Ｙ内に存在する不純物を取り除くための室である。その取り除く方法は濾過式であり、除滓室１４にはフィルターＦが備えられている。

この濾過式の除滓方法において、微細な不純物を除去するためにフィルターＦのメッシュを小さくし過ぎると、不純物が多い場合、フィルターＦ表面での目詰まりが短期間で生じる。この場合、フィルターＦの交換を怠るとこの目詰まりのため溶湯Ｙ自体もフィルターＦを通過できなくなる。また、頻繁にフィルターＦを交換することは、経費の面及び作業効率の面から、できるだけ避けたいことである。
一方、フィルターＦのメッシュを大きくすると、細かな不純物はフィルターＦを通過して昇温室１１に流れ込んでしまうので、フィルターＦの効果が低い。

このように、濾過式による不純物の除去では不十分であるので、除滓室１４において浮遊する不純物を人為的、又は機械的に杓等ですくう方法を併用している。

しかしながら、不純物は溶湯Ｙ中に拡散しているので、不純物を杓ですくう方法の除滓効率は悪い。

そこで、本発明の目的とするところは、不純物の除滓効率を高めた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（２０）は、溶湯（Ｙ）を加熱し昇温及び保温する昇温室（１１）と、昇温室（１１）から供給された溶湯（Ｙ）に非鉄金属を投入する渦室（１２）と、渦室（１２）から供給された溶湯（Ｙ）内の非鉄金属を、溶湯（Ｙ）の熱により溶解させる溶解室（２３）と、溶解室（２３）から供給された溶湯（Ｙ）内に存在する不純物を取り除き、しかも溶湯（Ｙ）の一部を昇温室（１１）に供給する除滓室（１４）と、溶湯（Ｙ）を外部に取出す出湯室（１５）と、を備える非鉄金属溶解炉（２０）において、溶解室（２３）から除滓室（１４）へ溶湯（Ｙ）を供給する流路（２３ａ）の除滓室（１４）側に、流路（２３ａ）の幅を縮小する絞り（Ｓ）を形成して溶湯（Ｙ）の流速を速めたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の非鉄金属溶解炉（２０）は、絞り（Ｓ）を、除滓室（１４）の昇温室（１１）側端部に形成したことを特徴とする。

また、請求項３に記載の非鉄金属溶解炉（２０）は、絞り（Ｓ）を、流路（２３ａ）の除滓室（１４）側に整流ブロック（Ｂ）を配置することにより形成したことを特徴とする。

また、請求項４に記載の非鉄金属溶解炉（２０）は、整流ブロック（Ｂ）は、溶湯（Ｙ）の表面より上方に露出していることを特徴とする。

また、請求項５に記載の非鉄金属溶解炉（２０）は、整流ブロック（Ｂ）は、横断面が略直角三角形であり、略直角三角形の斜辺を利用して流路（２３ａ）を溶解室（２３）から除滓室（１４）側に向かって徐々に狭くして絞り（Ｓ）を形成することを特徴とする。

ここで、上記括弧内の記号は、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掲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、溶解室から除滓室へ溶湯を供給する流路の除滓室側に、流路の幅を縮小する絞りを形成して溶湯の流速を速めたので、除滓室内で安定して渦が発生し、渦の中央に不純物が集まる。よって、除滓効率がよい。

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、絞りを除滓室の昇温室側端部に形成したので、除滓室には一つの大きな渦が安定して発生する。したがって、不純物は除滓室中央の一箇所に集まるので、より除滓効率がよい。

また、請求項３に記載の非鉄金属溶解炉によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用効果に加え、絞りを流路の除滓室側に整流ブロックを配置することにより形成したので、既存の非鉄金属溶解炉についても絞りを形成することができる。よって、既存の非鉄金属溶解炉であっても、不純物の除滓効率を高めることができる。

また、請求項４に記載の非鉄金属溶解炉によれば、請求項３に記載の発明の作用効果に加え、整流ブロックは溶湯の表面より上方に露出しているので、絞りの上部と下部で溶湯の流れに乱れが生じない。したがって、渦の発生する箇所がより安定するので、渦の中央に集まった不純物が再び拡散してしまうことがない。

また、請求項５に記載の非鉄金属溶解炉によれば、請求項３又は４に記載の発明の作用効果に加え、整流ブロックは、横断面が略直角三角形であり、略直角三角形の斜辺を利用して流路を溶解室から除滓室側に向かって徐々に狭くして絞りを形成するので、より安定して除滓室内で渦が発生する。つまり、広い流路が急激に狭くなると溶湯の流れが乱れ、除滓室に発生していた渦の箇所が変わるので、せっかく一箇所に集まっていた不純物が拡散してしまうが、流路を徐々に狭くすると流れが安定し、集まった不純物が再び拡散しない。よって、除滓効率がよい。

なお、本発明の非鉄金属溶解炉のように、流路の幅を縮小する絞りを形成して溶湯の流速を速めることで不純物が昇温室に流れ込み難くする点は、上述した特許文献１には全く記載されていない。

（第一実施形態）
図１及び図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２０を説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る非鉄金属溶解炉２０を示す平面図である。図２は、図１の非鉄金属溶解炉２０における整流ブロックＢを示す拡大斜視図である。

この非鉄金属溶解炉２０は、アルミニウム合金等の非鉄金属を各種鋳造製品の製造にしようすべく溶解するためのもので、主に昇温室１１と、渦室１２と、溶解室２３と、除滓室１４と、出湯室１５とを備え、溶湯Ｙを各室に循環させる。そして、溶解室２３と除滓室１４とを連結する流路２３ａに特徴を有するものである。

昇温室１１は、対象の非鉄金属を溶解させてなる溶湯Ｙを、バーナで加熱し昇温及び保温する室である。
そして、昇温室１１の渦室１２側に配置されたポンプＰにて、溶湯Ｙが渦室１２に供給される。
なお、溶湯Ｙへの加熱は昇温室１１でのみ行っているが、昇温室１１で溶湯Ｙに十分な熱量を与えており、また非鉄金属溶解炉自体に保温性があることにより、溶湯Ｙが各室を循環しているうちに熱を失うことはない。

渦室１２は、昇温室１１からポンプＰにより供給された溶湯Ｙに非鉄金属を投入する室である。
この渦室１２は、漏斗状の形状となっており、溶湯Ｙが渦室１２内を上から下へ流れるとき溶湯Ｙの渦が発生するので、投入された非鉄金属は速やかに溶湯Ｙ中に分散する。
ここで、非鉄金属のスクラップを塊のまま溶湯Ｙに投入すると、この後の工程で完全に溶解するまでに時間が掛かるので、現実には、溶解しやすいように非鉄金属の塊を別工程にて粉砕してなる切り粉を溶湯Ｙに投入する。

溶解室２３は、渦室１２から供給された溶湯Ｙ内の非鉄金属を、溶湯Ｙの熱により溶解させる室である。
溶解室２３内の溶湯Ｙの量に対して、投入された切り粉の量は少量であるので、切り粉が溶解する十分な熱量を溶湯Ｙは有している。
また、溶湯Ｙの流れの下流には、除滓室１４が溶解室２３と隣接している。

そして、溶解室２３から除滓室１４に溶湯Ｙを供給する流路２３ａには、整流ブロックＢを配置している。
これにより、溶解室２３から除滓室１４へ溶湯Ｙを供給する流路２３ａの除滓室１４側、且つ除滓室１４の昇温室１１側端部に、流路２３ａの幅を縮小する絞りＳを形成して除滓室１４へ流入する溶湯Ｙの流速を速めた。
具体的には、整流ブロックＢの横断面は略直角三角形であり、略直角三角形の斜面を上流に対して斜めに向け、且つ略直角三角形の他の一辺を反昇温室１１側の側面に接触させることによって、略直角三角形の斜辺を利用して流路２３ａの幅を溶解室２３から除滓室１４側に向かって徐々に狭くして絞りＳを形成する。
また、図２に示すように、整流ブロックＢは非鉄金属溶解炉１０の底部から延び、溶湯Ｙの表面より上方に露出する。なお、渦室１２での切り粉の投入量等によって溶湯Ｙの量の増減があるが、常に溶湯Ｙの表面より上方に露出する、上下方向に長い整流ブロックＢとする。

除滓室１４は、溶解室２３から供給された溶湯Ｙ内に存在する不純物を取り除き、しかも溶湯Ｙの一部を昇温室１１に供給する室である。この不純物を取り除く方法は、濾過法と、汲み上げ法とを併用する。
濾過法とは、除滓室１４の昇温室１１への供給口に備えられているフィルターＦにより除滓を行う方法である。
汲み上げ法とは、溶湯Ｙに浮遊している不純物を定期的に人為的、又は機械的に杓ですくう方法である。

出湯室１５は、金属製品を製作するために、溶湯Ｙを外部に取出す室である。本実施形態においては、出湯室１５は除滓室１４に隣接しており、除滓室１４で不純物を除滓した後の溶湯Ｙが供給される構造となっている。

以上のように構成された非鉄金属溶解炉２０によれば、溶解室２３から除滓室１４へ溶湯Ｙを供給する流路２３ａの除滓室１４側に、流路２３ａの幅を縮小する絞りＳを形成して、除滓室１４へ流入する溶湯Ｙの流速を速めたので、除滓室１４内で渦Ｕが発生し、渦Ｕの中央に不純物が集まる。
したがって、渦Ｕの中央だけを杓ですくえばよいので、除滓効率がよい。
しかも、絞りＳを除滓室１４の昇温室１１側端部に形成したので、除滓室１４には一つの大きな渦Ｕが発生する。したがって、不純物は除滓室１４の一箇所に集まるので、より除滓効率がよい。

それに加え、流路２３ａを溶解室２３から除滓室１４に向かって徐々に狭くしたので、溶湯Ｙの流れが安定し、除滓室１４で発生する渦Ｕの場所も変化しない。
また、整流ブロックＢは溶湯Ｙの表面より上方に露出しているので、絞りＳの上部と下部で溶湯Ｙの流れに乱れが生じない。したがって、渦Ｕの発生する箇所が安定するので、渦Ｕの中央に集まった不純物が再び拡散してしまうことがない。
また、整流ブロックＢを設置することで絞りＳを形成したので、既存（販売済み）の非鉄金属溶解炉２０であっても、整流ブロックＢを追加設置するだけで、除滓室１４内で安定して渦Ｕを発生させることができる。したがって、低コストで不純物の除滓効率を高めることができる。

（第二実施形態）
次に図３を参照して、本発明の第二実施形態を説明する。図３は、本発明の第二実施形態に係る非鉄金属溶解炉２０を示す平面図である。なお、第一実施形態と同一部分には同一符号を付した。

第一実施形態との違いは、新規に非鉄金属溶解炉２０を製造するときに、予め流路２３ａの幅が徐々に狭くなるように流路２３ａの壁面を形成していることであり、その他の構造や要素、及び絞りＳの効果に関しては第一実施形態と同じである。
要するに、第一実施形態のように整流ブロックＢを設置して流路２３ａの幅を縮小する代わりに、新規製造の段階で流路２３ａが徐々に狭くなるように流路２３ａの壁面を形成する。

なお、第一及び第二実施形態において、絞りＳを除滓室１４の昇温室１１側端部に形成したとしたが、これに限られるものではなく、図４に示すように端部でない箇所に絞りＳを形成してもよい。この場合、端部に形成したときとは違い、除滓室１４に一つの大きな渦Ｕは発生しない。しかし、大きな渦Ｕと小さな渦Ｕが安定してそれぞれ一つずつ発生し、それぞれの渦Ｕの中央に不純物が集まるので、流路２３ａを狭くしないときに比べると、除滓の効率がよい。
また、絞りＳを除滓室１４の反昇温室１１側の端部に形成してもよい。この場合も特定の箇所に渦Ｕができるので、不純物の除滓効率がよい。

また、整流ブロックＢは横断面が略直角三角形としたが、これに限られるものではなく、他の形状でもよい。すなわち、テーパー状に徐々に流路２３ａを狭くできる形状であればよい。

また、整流ブロックＢは、溶湯Ｙの表面より上方に露出しているとしたが、これに限られるものではなく、露出していなくてもよい。すなわち、露出しているほうが望ましいが、整流ブロックＢがない場合に比べると、露出していなくても溶湯Ｙの流れは安定する。

また、出湯室１５は除滓室１４から溶湯Ｙを供給されるとしたが、これに限られるものではなく、どの位置で出湯してもよい。但し、不純物の除滓の観点から、除滓した後であって切り粉の投入前に出湯することが好ましい。
また、各室間の溶湯Ｙの移動は高低差と、ポンプＰを用いて行っているが、ポンプＰの位置は昇温室１１内に限られるものではない。すなわち、各室を溶湯Ｙが循環する限り、ポンプＰはどの室にあってもよい。
また、昇温室１１ではバーナで加熱するとしたが、これに限られるものではなく、他の加熱方法であっても非鉄金属が溶解すればよい。そして、昇温室１１以外の室においても、加熱していてもよい。

また、渦室１２に投入するのは切り粉としたが、これに限られるものではなく、溶解すれば非鉄金属の塊であってもよい。
また、溶解させる非鉄金属はアルミニウムとしたが、これに限られるものではなく、亜鉛、マグネシウム合金等の溶解にも使用可能である。その他、溶解したときの粘性が低く、非鉄金属溶解炉２０の各室を循環できる非鉄金属であれば適用できる。

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の非鉄金属溶解炉における整流ブロックを示す拡大斜視図である。 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。 本発明のその他の実施形態に係る非鉄金属溶解炉を示す平面図である。 従来例に係る非鉄金属溶解炉を示す平面図である。 他の従来例に係る非鉄金属溶解炉を示す平面図である。

符号の説明

１０ 非鉄金属溶解炉
１１ 昇温室
１２ 渦室
１３ 溶解室
１４ 除滓室
１５ 出湯室
２０ 非鉄金属溶解炉
２３ 溶解室
２３ａ 流路
Ｂ 整流ブロック
Ｆ フィルター
Ｐ ポンプ
Ｓ 絞り
Ｕ 渦
Ｙ 溶湯

Claims (5)

1. 溶湯を加熱し昇温及び保温する昇温室と、
   前記昇温室から供給された溶湯に非鉄金属を投入する渦室と、
   前記渦室から供給された溶湯内の非鉄金属を、溶湯の熱により溶解させる溶解室と、
   前記溶解室から供給された溶湯内に存在する不純物を取り除き、しかも溶湯の一部を前記昇温室に供給する除滓室と、
   溶湯を外部に取出す出湯室と、を備える非鉄金属溶解炉において、
   前記溶解室から前記除滓室へ溶湯を供給する流路の前記除滓室側に、前記流路の幅を縮小する絞りを形成して溶湯の流速を速めたことを特徴とする非鉄金属溶解炉。
2. 前記絞りを、前記除滓室の前記昇温室側端部に形成したことを特徴とする請求項１に記載の非鉄金属溶解炉。
3. 前記絞りを、前記流路の前記除滓室側に整流ブロックを配置することにより形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の非鉄金属溶解炉。
4. 前記整流ブロックは、溶湯の表面より上方に露出していることを特徴とする請求項３に記載の非鉄金属溶解炉。
5. 前記整流ブロックは、横断面が略直角三角形であり、前記略直角三角形の斜辺を利用して前記流路を前記溶解室から前記除滓室側に向かって徐々に狭くして前記絞りを形成することを特徴とする請求項３又は４に記載の非鉄金属溶解炉。

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