JP2017089921A - 溶解炉の渦室 - Google Patents

Abstract

【課題】ブリケットを溶解炉の渦室に投入した場合に、溶湯の飛散をできるだけ防止できるようにすること。【解決手段】本発明の溶解炉の渦室は、溶解室１の側面に設置される外周壁（２１）と、外周壁の半径方向内側に配置される内周壁（２２）と、外周壁の下端を塞ぐ底壁（２３）と、外周壁と内周壁の間に形成される溶湯の攪拌空間（２４）であって外部に配置した非接触型スターラ（３）の作用により溶湯を攪拌する攪拌空間とを備える。そして外周壁は、内面が円筒状の外周壁本体（２１ａ）と、外周壁本体の内面であってその上端よりも下側から周方向に沿って突出する内向突出壁（２１ｂ）とを備えることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、アルミニウム合金に代表される金属の処理材を溶解する溶解炉のうち、処理材を投入する渦室に関する。

溶解炉の渦室の一例として、円筒状の周壁、周壁の内側に配置される断熱筒、周壁と断熱筒との間の下方を塞ぐ底壁を備えたものが知られている（特許文献１）。

この渦室を含む溶解炉を使用する場合には、断熱筒の内側に配置される非接触型スターラを駆動させて、渦室内の溶湯を渦巻き状に旋回させ、その渦巻き状になった溶湯の中に処理材を投入する。ちなみに特許文献１では、処理材として、切削屑、飲料缶、破砕材、長尺材等が例示されている。

特許５４８５７７７号公報

ところで処理材の一例として、ブリケットというものが存在する。ブリケットは、プレス加工によって製造するもので、所定量の切削屑を減容化して塊状に固めたものである。またブリケットの原料となる切削屑は、金属を切削加工した際に生じるもので、切削液が付着している。したがってブリケットにはその内部に切削液が僅かながら含まれている。

このようなブリケットを溶解炉の渦室に投入すると、ブリケットが溶解する過程で溶湯が勢いよく飛び散るおそれがあった。
その原因は、ブリケット中の液体（切削液）であると考えられている。ブリケットを溶湯の中に投入すると、渦室の内部空間は単純な円筒状であるので、ブリケットが自身の重みで溶湯の中を下方に真っ直ぐ沈んでいき、ブリケットの外面全面が溶湯に覆われることになる。そうするとブリケットは外面全面から溶湯の熱を受けて、その内部まで一気に高温になり、ブリケットの中の液体が一気に気体となって膨張しようとする。しかし気体の周囲はブリケット自身で覆われていることから内部が高圧になり、この高圧に耐え切れなくなった瞬間にブリケットが破裂し、その勢いで溶湯を飛び散らせるおそれがあった。
ちなみに切削屑を渦室に投入しても、ブリケットのように溶湯が飛び散ることは無かった。その理由は、切削屑の場合、その表面に液体が付着しているだけなので、溶湯の中に浸漬させても、液体が瞬時に気体となるだけだからである。

本発明は上記実情を考慮して創作されたものであり、その目的は、ブリケットを溶解炉の渦室に投入した場合に、溶湯の飛散をできるだけ防止できるようにすることである。

本発明の溶解炉の渦室は、溶解室の側面に設置される外周壁と、外周壁の半径方向内側に配置される内周壁と、外周壁の下端を塞ぐ底壁と、外周壁と内周壁の間において溶湯を旋回させる円筒状の内部空間とを備えるものである。そして外周壁は、内面が円筒状の外周壁本体と、外周壁本体の内面であってその上端よりも下側から周方向に沿って突出する内向突出壁とを備えるものである。

内向突出壁は外周壁本体の内面の周方向に沿って突出するものであれば良く、たとえば周方向の全周の一部に沿って突出するものであっても良いが、溶湯中のブリケットが内向突出壁の上を転がるようにして旋回させる時間をできるだけ長くするには、次のようにすることが望ましい。
すなわち内向突出壁は外周壁本体の内面全周に亘って形成されていることである。

内向突出壁は、その上面が水平であるか否かは問わないが、内向突出壁の上に投入したブリケットを溶湯で溶かしやすくするには、次のようにすることが望ましい。
すなわち内向突出壁は、その上面を半径方向内側に向かって低くなる形状にしてあることである。

高さ方向に関して内向突出壁は、底壁から外周壁本体の上端よりも下側まで延長するものであっても良いが、溶湯の貯留量を増やし、ブリケットを溶かしやすくするには、次のようにすることが望ましい。
すなわち内向突出壁は上面と下面を備える鍔状にすることである。

本発明によれば、ブリケットを投入すると、内向突出壁によってブリケットが真っ直ぐ下に沈むことを防止できる。したがって内向突出壁の上方の溶湯の深さを溶ける前のブリケットが完全に沈まない深さに設定して使用すれば、ブリケットの下部のみが溶湯に浸漬するので、ブリケットが浸漬した部分から徐々に溶けていく。そしてブリケットの内部に含まれていた液体が気体に変化し、ブリケットの上部の微小な隙間から気体が蒸気となって空気中に排出されるので、従来に比べてブリケットが破裂しづらくなり、溶湯が飛散し難くなる。

また内向突出壁が外周壁本体の内面全周に亘って形成されている渦室であれば、溶湯中のブリケットが内向突出壁の上を転がるようにして旋回させる時間をできるだけ長くできるので、溶湯が飛散し難くなる。

また内向突出壁の上面を半径方向内側に向かって低くなる形状にした渦室であれば、内向突出壁の上面をたとえば水平にした渦室に比べれば、溶湯を渦巻き状に旋回させても、内向突出壁の上方の溶湯の深さが半径方向の全長に亘って均一になるので、ブリケットの全面が溶湯に浸漬しづらくなる。

また内向突出壁を鍔状にした渦室であれば、たとえば底壁から外周壁本体の上端よりも下側まで内向突出壁が高さ方向に延長するものに比べれば、溶湯の貯留量が増え、溶湯の攪拌力の低下をできるだけ防ぐことができるので、ブリケットを溶かしやすくなる。

（ａ）（ｂ）図は、本発明の第一実施形態の渦室を示す断面図、Ｂ−Ｂ線断面図である。 本発明の第二実施形態の渦室を示す断面図である。 本発明の第三実施形態の渦室を示す断面図である。 （ａ）（ｂ）図は、溶解炉の基本的構成の一例を示す平面方向から視た断面図、Ａ−Ａ線断面図である。

本発明の渦室を適用する溶解炉の基本的構成の一例を図４に基づいて説明する。溶解炉は、溶湯を貯留する溶解室１と、処理材を渦流で溶解すると共に溶解室１の側面に配置される渦室２と、渦室２内の溶湯に攪拌力を与える非接触型スターラ３と、非接触型スターラ３を回す回転機構（図示略）とを備え、渦室２内と溶解室１内の溶湯を循環可能としたものである。以下、詳述する。

溶解室１とは、溶湯を貯留する部屋のことである。溶解室１は、平面視して環状の側壁１１と、側壁１１の一部を開閉する扉１２と、側壁１１で囲まれた空間の上方を覆う天井壁１３と、側壁１１で囲まれた空間の底を塞ぐ床壁１４と、側壁１１の上部よりも上側に固定されたバーナ４とを備える。

側壁１１は、矩形であって、その一側面（図では右側面）の前後幅中央部に渦室２を隣接して設置してある。さらに側壁１１は、渦室２を設置した面以外の面の上部に、溶解室１の内部空間と外部空間を連絡するノロ掻出口１１ａを設けてある。図では側壁１１は、その上部において平面視コ字状に形成され、コ字状の開口方向が左方向になっている。そして、ノロ掻出口１１ａの外側には側壁１１に沿って扉１２を開閉可能に配置してある。

床壁１４は、その大半を略水平面とし、その一部（図では左側）において、ノロ掻出口１１ａに向かって徐々に高くなるスロープ１４ａを設けてある。

渦室２とは、投入したアルミなどの処理材を渦流によって溶解する部屋のことである。渦室２は、平面視して同心状に間隔をあけて配置される外周壁２１および内周壁２２と、外周壁２１の下端を半径方向に塞ぐ底壁２３と、外周壁２１の上端を半径方向に塞ぐ開閉可能な蓋（図示せず）と、外周壁２１と内周壁２２の間に形成される溶湯の攪拌空間２４とを備える。

底壁２３は、溶解室１の床壁１４に連続しており、底壁２３の上面と床壁１４の上面をほぼ水平に連続する状態にしてある。また底壁２３から起立する状態で外周壁２１および内周壁２２が形成されている。ちなみにこの例では、底壁２３と外周壁２１と内周壁２２とは一体に接合している。

外周壁２１および内周壁２２は、何れも上下方向に延長する円筒状である。外周壁２１の一部分は溶解室１の側壁１１に接合する状態で形成されている。また外周壁２１の円筒状の内面と内周壁２２の円筒状の外面とは、半径方向に離れており、それによって円筒状の攪拌空間２４が形成されている。

攪拌空間２４の下方は底壁２３によって塞がれており、攪拌空間２４の上方から処理材を投入するようになっている。また攪拌空間２４は内周壁２２に対して半径方向外側に形成されているが、内周壁２２に対して半径方向内側には円柱状の空間２５が形成されている。円柱状の空間２５は、攪拌空間２４の外部、つまり攪拌空間２４とは半径方向に隔絶されている。そしてこの円柱状の空間２５には非接触型スターラ３を収容する。

非接触型スターラ３は、移動磁界発生装置、即ち移動磁界を発生して溶湯に回転力を与えるもので、例えば永久磁石を用いる。永久磁石式の非接触型スターラ３は、より詳しく言えば、図示しないが、例えば円周方向にＮ極とＳ極が交互に配置された永久磁石をプレート上に固定したものである。この非接触型スターラ３を内周壁２２の内側で回転させることにより、移動磁界を発生させ、その移動磁界が攪拌空間２４内の溶湯に作用して誘導電流を流し、それによって溶湯に渦巻力を発生させ、溶湯が攪拌される。

回転機構は図示しないが、渦室２の上方に支持されており、モータからの回転力がギヤ、ベルト等を介して非接触型スターラ３の中心から真上に延びる回転軸に伝わる。つまり非接触型スターラ３は、回転軸によって吊り下げられている構造である。

また溶解室１と渦室２との接合部分には、溶解室１の内部空間と渦室２の攪拌空間２４を接続する一対の接続空間５，５が、溶解室１の側壁１１と渦室２の外周壁２１を貫通する状態で形成されている。側面視すると一対の接続空間５，５は、溶解室１の床壁１４の上面と渦室２の底壁２３の上面とが接合する部分に面して形成されている。また平面視すると一対の接続空間５，５は、外周壁２１の円周方向に間隔をあけて形成されている。各接続空間５の延長方向は、平面視して溶解室１の側壁１１のうち渦室２を設けた面と直交する方向であって、平面視して外周壁２１の内面の形状である円の接線方向に一致している。

上述した溶解炉は、非接触型スターラ３を内周壁２２内で回転させることにより、攪拌空間２４内の溶湯を旋回させ、渦流を発生させる。このような渦流となった溶湯の中に、渦室２の上方から処理材を投入し、処理材を溶かす。なお溶解室１は湯面（上面）を一定の高さに保持するように越流部（図示略）を備えている。たとえば越流部として、側壁１１に形成されたタップ穴が挙げられる。タップ穴にはタップ栓を抜き差し可能となっており、タップ穴を開口した状態で溶解炉を使用することにより、溶解室１内の溶湯の湯面をタップ穴の位置に設定し、それによって渦室２の湯面も一定の高さに保持される。

本発明の渦室２は処理材としてブリケット９を使用する場合に好適なものである。ちなみにブリケット９の一例は図１に示すように円柱状であり、所定の直径９１と、所定の高さ９２を有するものである。なおブリケット９は、切削屑等をプレス加工することによって塊状となったものなので、内部には微小な隙間が形成されており、その隙間には液体が付着した状態になっている。

本発明の第一実施形態の渦室２は、図１に示すように、外周壁２１が前記した基本的構成の渦室２と相違するものである。

外周壁２１は、内面が円筒状の外周壁本体２１ａと、外周壁本体２１ａの内面であってその上端よりも下側から円周方向に沿って突出する内向突出壁２１ｂとを備える。

内向突出壁２１ｂは、外周壁本体２１ａの内面において円周方向の全周に亘って形成され、平面視して円環状である。また内向突出壁２１ｂは、底壁２３よりも上側に間隔をあけて形成されており、底壁２３に対向する下面２１ｃを有する。つまり内向突出壁２１ｂは、上面２１ｄと下面２１ｃを有する鍔状である。また内向突出壁２１ｂの下面２１ｃは半径方向内側に向かって高くなるテーパー形状であり、いっぽう内向突出壁２１ｂの上面２１ｄは半径方向内側に向かって低くなるテーパー形状である。
また内向突出壁２１ｂの上面２１ｄよりも上側には内周壁２２と外周壁２１との間に空間部２４ａが形成されており、この空間部２４ａはブリケット貯留空間となっている。

内向突出壁２１ｂと内周壁２２との間の半径方向の間隔のうち最も狭い部分の寸法Ｇは、溶ける前の形状のブリケット９がそのまま通過しないように設定されている。たとえば寸法Ｇは、ブリケット９の直径９１と高さ９２のうち小さい方よりも、小さく設定される。

上述した第一実施形態の渦室２は、非接触型スターラ３を内周壁２２の中で回転させることにより、攪拌空間２４内の溶湯に渦流を発生させ、このとき内向突出壁２１ｂの上面２１ｄが溶湯で覆われるようになっている。また越流部の越流機能によって、溶湯の湯面Ｌから内向突出壁２１ｂの上面までの深さ（鉛直方向の間隔）は、ブリケット９が完全に浸漬しないような高さに設定される。そして渦流となった溶湯の中に、渦室２の上方から処理材としてブリケット９を投入する。この例の場合、ブリケット貯留空間２４ａに複数のブリケット９を投入し、内向突出壁２１ｂの上面２１ｄにブリケット９を積み上げるような形とする。そうすると理論的には一番下のブリケット９は、その下部が溶湯に浸漬し、その上部が溶湯から浮いた状態なり、ブリケット９が部分的に溶湯に浸漬した状態になる。したがってブリケット９は、部分的に加熱され、内部の液体が気体に変化する。そしてブリケット９の上部の微小な隙間から気体が蒸気となって空気中に排出される。つまりブリケット９の微小な隙間が蒸気の逃げ道となるので、従来のようなブリケット９の全面が溶湯に浸漬される場合（蒸気の逃げ道がない場合）に比べて、溶湯の飛散が防止される。しかも内向突出壁２１ｂが外周壁本体２１ａの内面全周に亘って形成されているので、溶湯中のブリケット９が内向突出壁２１ｂの上を転がるようにして旋回させる時間が長くなる。

また渦流になると、遠心力によって攪拌空間２４内の溶湯は、内周側が外周側に比べて低くなるが、内向突出壁２１ｂの上面２１ｄを半径方向内側に向かって低くなる形状にしてあるので、たとえば内向突出壁の上面を水平にした渦室に比べれば、内向突出壁２１ｂの上方の溶湯の深さが半径方向の全長に亘って均一になるので、ブリケット９の全面が溶湯に浸漬しづらくなる。
また内向突出壁２１ｂを鍔状にしているので、攪拌空間２４は内向突出壁２１ｂと底壁２３との間にも形成される。攪拌空間２４は広い方が、溶湯の貯留量が増え、溶湯の攪拌力の低下をできるだけ防ぐことができるので、ブリケット９を溶かしやすくなる。

本発明の第二実施形態の渦室２は図２に示すように、内向突出壁２１ｂを外周壁本体２１ａの上端よりも下側から底壁２３に達するまで形成してある点、内向突出壁２１ｂの上方であって外周壁本体２１ａと内周壁２２との半径方向の間に配置されるブリケット支持板２８とを備える点などにおいて、第一実施形態の渦室２と相違する。

内向突出壁２１ｂは、外周壁本体２１ａの内面において円周方向の全周に亘って形成されており、その上面２１ｄを半径方向の全長に亘って水平に形成してある。

ブリケット支持板２８は、上下方向に延長する筒状であって、吊下げるようにして支持される。またブリケット支持板２８は、その下端を内向突出壁２１ｂの上面２１ｄに対して間隔をあけて配置してある。この間隔は、溶ける前の形状のブリケット９の寸法よりも若干狭いものとし、ブリケット９が溶ける前に攪拌空間２４の下側へ向かわないように、つまり完全に溶湯に沈まないようにしてある。なおこの場合、内向突出壁２１ｂと内周壁２２との半径方向の間隔は、溶ける前のブリケット９よりも充分に大きな寸法になっている。
またブリケット支持板２８と外周壁本体２１ａとの間にブリケット貯留空間２４ａが形成される。なおブリケット支持板２８は下端に向かうにつれて大径となるテーパー形状になっており、ブリケット貯留空間２４ａをできるだけ広くしてある。

本発明の第三実施形態の渦室２は図３に示すように、内向突出壁２１ｂの上面２１ｄを半径方向の外側へ向かうにつれて低くなるテーパー形状、言い換えれば外周壁本体２１ａから半径方向内側に向かうにつれて高くなるテーパー形状とした点、ブリケット支持板２８がない点において、第二実施形態の渦室２と相違する。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

１ 溶解室
１１側壁
１１ａ ノロ掻出口
１２ 扉
１３ 天井壁
１４ 床壁
１４ａ スロープ
２ 渦室
２１外周壁
２１ａ外周壁本体
２１ｂ 内向突出壁
２１ｃ 下面
２１ｄ 上面
２２ 内周壁
２３ 底壁
２４ 攪拌空間
２４ａ ブリケット貯留空間
２５ 円柱状の空間
２８ ブリケット支持板
３ 非接触型スターラ
４ バーナ
５ 接続空間
９ ブリケット
９１ 直径
９２ 高さ
Ｌ 湯面
Ｇ 寸法

Claims (4)

1. 溶解室（１）の側面に設置される外周壁（２１）と、外周壁（２１）の半径方向内側に配置される内周壁（２２）と、外周壁（２１）の下端を塞ぐ底壁（２３）と、外周壁（２１）と内周壁（２２）の間に形成される溶湯の攪拌空間（２４）であって外部に配置した非接触型スターラ（３）の作用により溶湯を攪拌する攪拌空間（２４）とを備え、
   外周壁（２１）は、内面が円筒状の外周壁本体（２１ａ）と、外周壁本体（２１ａ）の内面であってその上端よりも下側から周方向に沿って突出する内向突出壁（２１ｂ）とを備えることを特徴とする溶解炉の渦室。
2. 内向突出壁（２１ｂ）は、外周壁本体（２１ａ）の内面全周に亘って形成されていることを特徴とする請求項１記載の溶解炉の渦室。
3. 内向突出壁（２１ｂ）は、その上面（２１ｄ）を半径方向内側に向かって低くなる形状にしてあることを特徴とする請求項１又は２記載の溶解炉の渦室。
4. 内向突出壁（２１ｂ）は、上面（２１ｄ）と下面（２１ｃ）を備える鍔状であることを特徴とする請求項１、２、又は３記載の溶解炉の渦室。

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