JP2012530217A - オーバーフロー渦流移送システム - Google Patents

Abstract

【解決手段】 本発明は、基端と開放上端を備えた細長いポンプチャンバー管を含む溶融金属ポンプに関する。シャフトは、管内へ延び、その中でインペラを回転させる。インペラは、基端の近傍で回転する。管は、インペラの直径の少なくとも１．１倍の直径を有している。ポンプチャンバー管は、好ましくは、インペラの高さの少なくとも３倍の長さを有している。基端は入口を含み、上端は接線出口を含む。インペラの回転により、溶融金属をポンプチャンバーに吸い込み、ポンプチャンバーの壁を上昇する回転平衡渦を生成する。上端に隣接した回転渦は、接線出口を通って本装置から出る。
【選択図】 図２

Description

溶融金属を圧送するポンプが、金属製品の生産の炉に用いられている。ポンプの一般的な機能は、炉内の溶融金属の循環、又は、ポンプの基部から遠隔位置まで延びる移送導管又はライザーに沿う溶融金属の遠隔位置までの移送である。

現在、多くの金属ダイカスト設備は、多量の溶融金属を収容するメイン炉床を採用する。金属の固体棒が、メイン炉床内で定期的に溶融される場合がある。移送ポンプが、メイン炉床に隣接した分離ウェル内に設置されている。移送ポンプは、溶融金属をそれが滞留しているウェルから吸引し、とりべ又は導管に移送し、更にそこから金属製品を形成するダイカスト機に移送する。本発明は、溶融金属を、炉からダイカスト機、インゴット鋳型、ＤＣ鋳造機等に移送するために用いられるポンプに関する。

従来の溶融金属移送ポンプは、米国特許第６，２８６，１６３号に記載されており、その開示は参照により本明細書に援用される。図１を参照すると、溶融金属ポンプは、参照番号１０により概略的に示されている。ポンプ１０は、容器１２に収容された溶融金属の中に沈められるようになっている。図示の容器１２は、反射炉１３の外部ウェルであるが、容器１２は、溶融金属を収容するどんな容器でもよい。ポンプ１０はベース部材１４を有し、その中にインペラ（図示せず）が配置されている。インペラは、その底面又は上面に沿って、ポンプ１０の流体入口を形成する開口を含む。インペラは、細長い、回転可能なシャフト１８によって、ベース部材１４内に回転自在に支持されている。シャフト１８の上端は、モータ２０に連結されている。ベース部材１４は、ライザー２４に接続された出口通路を含む。注ぎ口又は他の導管（図示せず）に溶融金属を排出するためのフランジ管２６が、ライザー２４の上端に接続される。このように説明されたポンプ１０は、いわゆる移送ポンプであり、即ち、溶融金属を容器１２から容器１２の外側の場所に移送する。

別の例示的な移送ポンプは、カナダ特許出願公開第ＣＡ２２８４９８５号に記載されている。このポンプは、２つの主要部品、即ち、動作中に溶融マグネシウム浴の上に吊り下げられる上側管部分と、この浴の中に沈められる下側管部分とからなる。モーターは、この上側部分の上端に配置される。継手が、オーガーシャフトをモーターに取り付ける。継手は、オーガーシャフトの重量を保持し、オーガーシャフトを管内の所定位置に配置する。オーガーシャフトは、この２つの部分の内径内の中央に配置され、その両部分の長さにわたって延びており、且つ、１組のガイドベアリングによって所定位置に保持されている。下側部分は、円筒ケーシングで構成され、その中にオーガーが配置され且つ位置合せされている。いくつかの入口穴が、円筒ケーシングの壁に配置されている。円筒ケーシングには、もう１組の入口穴が、ポンプのベースの近傍に配置されている。これらの入口穴により、周囲の溶融金属をポンプに流入させる。

オーガーはシャフトを備え、このシャフトには溝が溶接されている。溝のピッチは、好ましくは２乃至４インチ（５０．８乃至１０１．６ミリ）の間で変化する。オーガーは、容積式ポンプとして機能する。モーターによるオーガーシャフトの回転は、溶融マグネシウムに一定の力を供給し、その溶融液体をポンプの底に押し付けて、ポンプのベースにある円筒ケーシングの出口端に配置された肘形コネクタから押し出す。ポンプの底部に移動した溶融マグネシウムは、オーガーの回転によってコネクタを通して下方に押し出される。コネクタは、加熱移送管に取り付けられており、この加熱移送管は溶融マグネシウムを保持炉から鋳造機の金型に移送する。

さらに別の移送ポンプが、米国特許出願公開第２００８／０３１４５４８号に記載されている。このシステムは、少なくとも（１）溶融金属を保持するための容器、（２）容器内にあって、高さＨ１を有し、容器を少なくとも第１チャンバーと第２チャンバーとに分割する仕切壁（又はオーバーフロー壁）、及び（３）容器内、好ましくは第１チャンバー内の溶融金属ポンプを含む。第２チャンバーは、高さＨ１より低い高さＨ２の壁又は開口を有し、第２チャンバーは、とりべ又はローダーのような他の構造物と並置されており、この他の構造物の中に溶融金属を容器から移送することが望まれている。ポンプは（移送、循環、又はガス放出ポンプの何れも）、（好ましくは）第１チャンバーの中に沈められ、溶融金属を第１チャンバーから仕切壁を越えて第２チャンバーに圧送し、第２チャンバー内の溶融金属の液面を上昇させる。第２チャンバー内の溶融金属の液面が高さＨ２を超えると、溶融金属は第２チャンバーから他の構造物に流出する。最も好ましい循環ポンプ、又はガス放出ポンプが利用された場合、溶融金属は、ポンプ吐出を通して、且つ仕切壁の開口を通して圧送される。この場合において、開口は、好ましくは第１チャンバー内の溶融金属の液面より完全に下にある。

米国特許第６，２８６，１６３号 カナダ特許出願公開第ＣＡ２２８４９８５号 米国特許出願公開第２００８／０３１４５４８号

本開示の様々な詳細は、基本的な理解を提供するために以下に要約されている。この要約は、本開示の広範な概要ではなく、本開示の特定の要素を特定するものでもないし、その範囲を明確に叙述するものでもない。むしろ、この要約の主な目的は、以下に提示されるもっと詳細な説明の前に、本開示のいくつかの概念を、簡略化した形で、提示することにある。

本開示の一実施形態によれば、基端と上端を有する細長い管を含む溶融金属ポンプを提供する。シャフトが、この管の中へ延び、基端に近いインペラを回転させる。管は、インペラの直径の少なくとも１．１倍の直径を有している。管は、インペラの高さの少なくとも３倍の長さを有している。基端は入口を含み、上端は出口を含む。

代替の実施形態によれば、細長い耐火物体で構成された溶融金属ポンプを提供する。この耐火物体は、入口領域直径を有する入口領域、渦領域直径を有する渦領域、及び、出口領域直径を有する出口領域を含む。出口領域直径は渦領域直径よりも大きく、渦領域直径は入口領域直径よりも大きい。インペラが、入口内に又は入口に隣接して配置されている。シャフトが、渦領域及び出口領域を貫いて延び、インペラに係合する第１端と、モーターに係合するようになった第２端とを含む。

以下の説明及び図面は、本開示の特定の例示的な実施形態を詳細に示しており、本開示の様々な原理を実施するいくつかの例示的な手段を示している。しかしながら、図示した例は、本開示の多くの可能な実施形態を網羅するものではない。本開示の他の目的、利点、及び新規な特徴は、図面に関連して考慮されるときに、開示の以下の詳細な説明に示される。

炉、溶融用区画、及び、移送ポンプを収容する隣接した区画を含む先行技術のシステムの概略図である。 炉のベイに配置されたポンプを含む溶融金属移送システムを示す斜視図である。 図２のシステムの部分的な断面斜視図である。 図２及び図３に示すシステムの断面側面図である。 ポンプチャンバーの斜視図である。 ポンプチャンバーの上面図である。 図６の線Ａ−Ａに沿う図である。 インペラの上部分の斜視図である。 組み立てられたインペラの斜視図である。 変形例のインペラの設計である。 図１０のインペラの分解図である。 電気モーターを用いた変形実施形態である。 空気モーターを用いた更なる変形実施形態である。

１又は２以上の実施形態又は実例を、図面と関連して以下に説明する。図全体にわたって同じ参照番号は同じ要素を参照するために用いられ、様々な特徴は必ずしも正確な縮尺で図示されていない。

図２乃至図４を参照すると、本発明の溶融金属ポンプ３０は、炉２８と関連して図示されている。ポンプ３０は、炉の区画３４の壁に載っている金属フレーム３２を介して吊り下げられている。モーター３５は、シャフト３６及び吊り下げられたインペラ３８を回転させる。耐火物体４０は、細長い、概略的に円筒状のポンプチャンバー又は管４１を形成している。耐火物体は、例えば、溶融シリカ、炭化ケイ素又はこれらの組み合わせで形成されるのがよい。本体４０は、インペラ３８を受け入れる入口４３を含む。好ましくは、ベアリングリング４４が、インペラ３８の一様な磨耗及び回転を容易にするために設けられている。運転中、溶融金属は、入口からインペラに吸い込まれ（矢印）、管４１内で強制（「平衡」）渦の形状で押し上げられる。管４１の上端には、渦形のチャンバー４２が設けられ、インペラの回転により生成された溶融金属の渦を樋４４の中へ外向きに差し向ける。樋４４を追加の樋部材又は管と連結／結合して、溶融金属を、当業者に知られているように鋳造装置、とりべ、又は他の装置のような所望の場所に差し向けるようにしてもよい。

渦キャビティとして図示されているが、変形例の機構を利用して、溶融金属の回転渦を樋に指し向けてもよい。実際には、円筒状キャビティから延びる接線出口でも、溶融金属の流れを達成するであろう。しかし、フローパターンの中へ延びる翼のような分流体又は溶融金属を樋に差し向ける他の要素を選んでもよい。

さらに、ある環境においては、管のベースを、平らよりもむしろほぼベル形状に形成することが望ましい場合がある。この設計は、より深い渦を生成し、本装置が屑沈降装置として改善された機能を有するようにする。

ここで図５乃至図７に転じると、管４１を、更に詳細に示す。図５は、耐火物体の斜視図である。図６は渦設計の上面図であり、図７は細長いほぼ円筒状のポンプチャンバーの断面図である。これらの図は、一般的な設計パラメータを示し、この場合において、管４１は、その直径がインペラの直径よりも少なくとも１．１倍、好ましくは少なくとも約１．５倍、最も好ましくは少なくとも２倍大きい。しかし、亜鉛などの高密度金属については、ポンプチャンバーの直径に対するインペラの直径は、１．１乃至１．３の低い範囲にあることが望ましいかもしれない。さらに、管４１は、長さがインペラの高さよりも著しく大きいことがわかる。好ましくは、管の長さ（高さ）は、インペラの高さより少なくとも３倍、より好ましくは少なくとも１０倍大きい。理論にとらわれることなく、これらの寸法は、図７に線４７で示されているように溶融金属の望ましい強制（「平衡」）渦の形成を容易にすると考えられる。

図８及び図９は、引き起こされた溶融金属の流れを供給するベーン４８を有する上部分４６と、シャフト３６と嵌め合うためのハブ５０とを含むインペラ３８を示している。インペラ３８は、その組立状態では、ネジ又はボルトを介して、中空中央部分５４とベアリングリング５６とを有する入口ガイド部分５２に結合される。インペラは、グラファイト又は他の適当な耐火材料で作られるのがよい。どんな伝統的な溶融金属用インペラの設計でも、本オーバーフロー渦移送システムにおいて機能することが想定される。

ここで図１１及び図１２を参照すると、変形例のインペラの設計が図示されている。この実施形態では、インペラの上部分６２は、ベーン６５に穴６４を含み、この穴６４は、ポスト６６を受け入れて部品の適切な位置合わせを容易にし且つ結合強度を増大させる。更に、入口ガイド部分６８は、ベアリングリング５６を含むように従前の設計に対して延長され、且つ位置整合部材７０を追加した。詳細には、位置整合部材７０は、これと協働して形成された入口４３内に受け入れられる。

今、図１２を参照すると、ポンプ組立体１００は、耐熱管４１の上部分（出口チャンバー）を囲む金属フレーム１０１を有すると共に、ポンプ組立体１００に固定されたモーターマウント１０２を含む。モーターマウント組立体１０２は、六角ボルト１０３、平ワッシャー１０４、ロックワッシャー１０５、及び六角ナット１０６を介して一緒に固定されている。モーターアダプタ組立体１０７が、電動モーター１０８をモーターマウント１０２に結合させる。詳細には、六角ボルト１０９、ロックワッシャー１１０、六角ナット１１１は、電動モーターアダプタ組立体１０７と電動モーター１０８とを結合する。ハンガー１１２が、組立体の吊上げを容易にするために設けられている。ハンガー１１２は、六角ボルト１１３及び平ワッシャー１１４を介してモーターに固定されている。熱遮断継手組立体１１５が、モーター駆動軸をシャフト及びインペラ組立体１１６に結合させる。六角ボルト１１８、ベベルワッシャー１１９、及び六角ナット１２０を含む取付支持組立体１１７が、組立体を炉に固定するために設けられている。濾過器１２１及びフィルターキャップ１２２が、ポンプへの不要なゴミの進入から保護するために設けられている。この実施形態において、鋼製フレームと耐熱容器との間に、熱膨張率の変化に対応する圧縮性繊維素材を配置するようにしてもよい。更に本実施形態では、出口チャンバーは、下流の閉塞物が一次出口樋１２４を塞ぐ場合に溶融金属を炉に安全に戻すオーバーフローノッチ１２３を備えている。オーバーフローノッチ１２３は、一次出口樋１２４よりも浅い深さを有している。

今、図１３を参照すると、空気モーターのオプションを有するオーバーフローポンプが図示されている。詳細には、金属フレーム２０１が管４１を囲んでおり、六角ボルト２０３、平ワッシャー２０４、ロックワッシャー２０５、及び六角ナット２０６を介してモーター取付組立体２０２に結合されている。モーターアダプタ組立体２０７は、空気モーター２０８の取付を容易にする。空気モーター２０８は、マフラー２０９を含み、六角ボルト２１０及びロックワッシャー２１１を介して空気モーターアダプタ組立体２０７に固定されている。熱遮断継手２１２が、空気モーター２０７の駆動軸をシャフト及びインペラ組立体２１３に結合させる。本装置を耐火物炉に固定する取付支持組立体２１４が設けられている。詳細には、六角ボルト２１５、ベベルワッシャー２１６、及び六角ナット２１７が、その固定を行う。更に、濾過器２１８及びフィルタキャップ２１９が設けられている。

本発明は、その設計により低いインペラ回転数で平衡渦を生成し、ほとんど又は全く空気を吸気することなく平滑な表面を生じさせる点で、多くの利点を有している。従って、渦は激しくなく、ほとんど又は全くドロスを生じさせない。更に、本ポンプは、一定の角速度を有する強制渦を生成するので、回転している溶融金属の柱は、ほとんど乱流を有しない固形体として回転する。

他の利点は、壊れやすく目詰まりや損傷が起こりやすい従来の溶融金属ポンプのライザー部品の除去を含む。加えて、本設計は、従来の移送ポンプのベースに比べて非常に小さな設置面積を実現し、インペラをベイの底に非常に近接して配置する能力を有しており、非常に低い金属液面低下を可能にする。小さな設置面積の結果、本装置は、現在の耐火物炉の設計に適しており、それに対する大幅な変更を必要としない。

ポンプは優れた流量調節性を有し、その開放型の設計構造は、簡単且つ容易な洗浄アクセスを実現する。一般的には、シャフト及びインペラの交換部品だけを必要とするので有利である。実際には、一般的に、金属の液面が高いためにライザー内でのドロスの形成を除去する自浄式である。一般的には、低トルクが経験されることから空気モーター等の低トルクモーターで十分である。

設計に対する任意の追加事項には、ポンプチャンバーの入口のベースのフィルターの配置を含む。更に、ポンプは、非常に長い引張（例えば１４フィート（４．２７メートル））が必要とされる溶融亜鉛の環境での使用に適しているであろうことが想定される。このような設計は、好ましくは、回転軸の、モーターとインペラの中間の位置にベアリング機構を付加することを包含してもよい。更に、亜鉛の用途において、構造全体を、鋼やステンレス鋼などの金属で製造し、ポンプチャンバー管、並びに任意にシャフト及びインペラを含んでもよい。

例示的な実施形態を、好ましい実施形態を参照して説明した。明らかに、他の人は、上述の詳細な説明を読み理解したとき変更及び変形を思いつくであろう。例示的な実施形態は、添付の特許請求の範囲又はその均等内に入る限り、全てのそのような変更及び変形を含むものと解釈されるものである。

Claims (21)

1. 基端と上端とを有する細長い管と、前記管内に配置されたシャフトと、前記シャフトにより回転可能なインペラとを含み、
   前記インペラは前記基端に隣接して配置され、前記管は前記インペラの直径の少なくとも１．１倍の直径を有し、前記基端は入口を含み、前記上端は出口を含む、溶融金属ポンプ。
2. 前記管は、前記インペラの直径の少なくとも１．５倍の直径を有している請求項１に記載の溶融金属ポンプ。
3. 前記入口と前記出口との間の距離は、前記インペラの高さの少なくとも３倍である請求項１に記載の溶融金属ポンプ。
4. 前記距離は、前記インペラの高さの少なくとも１０倍である請求項３に記載の溶融金属ポンプ。
5. 前記管は、耐火物セラミックで構成される請求項１に記載の溶融金属ポンプ。
6. 前記管は、金属で構成される請求項１に記載の溶融金属ポンプ。
7. 前記上端はチャンバーを含み、このチャンバーは前記入口とチャンバーの中間における前記管の直径より大きな直径を有している請求項１に記載の溶融金属ポンプ。
8. 前記チャンバーは渦形状である請求項７に記載の溶融金属ポンプ。
9. 前記出口は、前記チャンバーを形成する側壁に対して接線である請求項７に記載の溶融金属ポンプ。
10. 金属フレームが少なくとも前記チャンバーの一部分を囲んでいる請求項７に記載の溶融金属ポンプ。
11. 圧縮性材料が前記金属フレームと前記チャンバーとの間に配置されている請求項１０に記載の溶融金属ポンプ。
12. 前記チャンバーは、安全排出路を更に含む請求項７に記載の溶融金属ポンプ。
13. 前記出口は、前記チャンバーの側壁にあるチャンネルからなり、このチャンネルは前記チャンバーの深さとほぼ等しい深さを有している請求項１２に記載の溶融金属ポンプ。
14. 前記安全排出路は、前記出口チャンネルの深さよりも浅い深さを有するチャンネルからなる請求項１３に記載の溶融金属ポンプ。
15. 前記インペラは、前記入口と協働して形成された面取り位置合わせ領域を含む請求項１に記載の溶融金属ポンプ。
16. 細長い耐火物体を含み、前記耐火物体は、入口領域直径を有する入口領域と、渦領域直径を有する渦領域と、出口領域直径を有する出口領域とを含む溶融金属ポンプであって、
    前記出口領域直径は前記渦領域直径よりも大きく、前記渦領域直径は前記入口領域直径よりも大きく、前記入口内に又は前記入口に隣して配置されたインペラと、前記渦領域及び前記出口領域を貫いて延び且つインペラに係合する第１端と、モーターに係合するようになった第２端とを含むシャフトとを含む、溶融金属ポンプ。
17. 前記出口領域に交差する出口チャンネルを含む請求項１６に記載の溶融金属ポンプ。
18. 前記渦領域は、前記入口領域及び出口領域の高さよりも大きな高さを有している請求項１６に記載の溶融金属ポンプ。
19. 前記出口領域は、渦形状を含む請求項１７に記載の溶融金属ポンプ。
20. 前記出口領域は、溶融金属を前記出口チャンネルの方に向ける壁突出部を含む、請求項１７に記載の溶融金属ポンプ。
21. 耐火物材料で構成され、入口端、ほぼ管状の中間部分、及び出口チャンバー端を含む細長いポンプチャンバーを含み、
    前記出口チャンバー端は、ほぼ渦巻状を有し且つ前記中間部分の直径よりも大きな直径を有し、
    前記出口チャンバー端を少なくとも部分的に囲む金属フレームを含み、
    前記出口チャンバー端は、溶融金属の流出を可能にする樋を更に含み、
    シャフトから吊り下げられ、前記入口端内部に又は入口端に隣接して配置されたインペラを含み、
    前記シャフトはモーターと連動するようになっている溶融金属渦生成装置。

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