JP2021081108A - 金属溶解用スクリーン板及び金属溶解方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶湯に比して比重の軽い溶解原料を酸化させないように溶解させる金属溶解用スクリーン板を提供する。【解決手段】多数の貫通孔を有する板状をなし、溶湯中に設置され、溶湯内に供給された溶湯よりも比重の軽い溶解原料を所定の大きさとなるまで湯面へ浮上しないように、保持する金属溶解用スクリーン板により解決される。【選択図】図６

Description

本発明は、溶解原料を溶湯中で溶解する金属溶解装置に関し、特に、アルミニウム、アルミニウム合金及び非鉄金属等の溶解原料を、鋳造機や溶解炉等へ供給するための溶湯にすべく溶解するための金属溶解用スクリーン板及び金属溶解方法に関する。

環境保全の意識の高まりにより、自動車業界等において、エンジンブロック等の様々な鋳物製造品による部材や装置の軽量化が進められている。これに伴い、アルミニウム材、アルミニウム合金材等の軽量な非鉄金属材の使用量が増加している。
このため鋳物を製造する溶湯の溶解原料として、リターン材、ブリケット材、切粉等のスクラップ材を用いることで、原料中の新材の使用量を減少させる取り組みが進められている。

スクラップ材の中でも特にブリケット材は、加工より発生する切削屑や切粉等を圧縮して固形化したものであり、油分や水分を含むため、そのまま溶湯中に供給すると油分が燃焼し、排ガスが生ずるため、予め含まれる油分や水分等を蒸発させる前処理が行われることもある。

しかしながら、ブリケット材は、溶湯と比べた場合、比重が小さく表面積が大きいため、前処理を行っても、湯面に浮きやすく溶解に際し一部が酸化されやすい問題がある。そして、例えば、アルミニウムの酸化物であるＡｌ₂Ｏ₃の融点が２０７２℃であるように、アルミニウム材等の非鉄金属材の酸化物であるＡｌ₂Ｏ₃等は、極めて融点が高く、溶湯中にＡｌ₂Ｏ₃等の酸化物が形成されると溶湯中で溶解せず異物となって、鋳物の質を低下させる。

一方、ブリケット材を溶解して溶湯とする際に酸化物が形成され難くする技術としては下記特許文献１又は２のように、溶湯の渦流にブリケット材を供給するようにして、ブリケット材を溶湯中に迅速に引き込むようにする技術がある。

特開２０１３−６０６２９号公報 特開平２−２１９９７８号公報

しかしながら、渦流によりブリケット材が溶湯中に引き込まれても、引き込まれたブリケット材が完全に溶解せずに未溶解のまま次工程に移送されることがあった。
そして、そのような場合には、次工程において未溶解のブリケット材が湯面に浮上し、そこで酸化されてしまう。

そこで、本発明の主たる課題は、上記従来技術の問題を解決しブリケット材のような溶湯に比して比重の軽い溶解原料を酸化させないように溶解させるための金属溶解用スクリーン板及び金属溶解方法を提供することにある。

上記課題を解決するための手段は次のとおりである。

その第一の手段は、
多数の貫通孔を有する板状をなし、溶湯中に設置され、溶湯内に供給された溶湯よりも比重の軽い溶解原料を所定の大きさとなるまで湯面へ浮上しないように、保持することを特徴とする金属溶解用スクリーン板である。

第二の手段は、
溶湯中に溶解原料を供給する溶解室と、供給路を介して前記溶解室に連通し、溶湯を加熱する加熱手段を有する加熱室と、を有する金属溶解装置における前記加熱室内に、
前記供給路の前記加熱室側の開口と、その開口よりも上方とを区画するように設置される、
上記第一の手段に係る金属溶解用スクリーン板である。

第三の手段は、
前記貫通孔が、底面側から上面側に向かって狭窄するテーパー状となっている、上記第一又は第二の手段に係る金属溶解用スクリーン板である。

第四の手段は、
多数の貫通孔を有する板状をなす金属溶解用スクリーン板を、溶湯中に設置し、溶湯内における前記金属溶解用スクリーン板よりも底側に溶湯よりも比重の軽い溶解原料が供給されるようにし、
前記溶解原料が、前記貫通孔を通過する大きさとなるまで溶湯内に保持して、湯面へ浮上しないようにする、ことを特徴とする金属溶解方法である。

第五の手段は、
溶湯中に溶解原料を供給する溶解室と、供給路を介して前記溶解室に連通し、溶湯を加熱する加熱手段を有する加熱室と、を有する金属溶解装置における前記加熱室内に、
前記供給路の前記加熱室側の開口と、その開口よりも上方とを区画するように、前記金属溶解用スクリーン板を設置し、前記供給路から前記加熱室に送られる前記溶解原料を、前記貫通孔を通過する大きさとなるまで溶湯内に保持して、湯面へ浮上しないようにする、上記第四の手段に係る金属溶解方法である。

第六の手段は、
前記溶解室内の溶湯に渦流を発生させ、前記溶解室内に供給された前記溶解原料を渦流によって前記供給路に引き込んで前記加熱室に送る、上記第五の手段に係る金属溶解方法である。

第七の手段は、
溶湯中に気体を噴出することで、溶湯に渦流を発生させる、上記第六の手段に係る金属溶解方法である。

第八の手段は、
前記気体が、溶湯に対して不活性な不活性ガスである、上記第七の手段に係る金属溶解方法である。

〔作用効果〕
本発明の金属溶解用スクリーン板及び金属溶解方法によれば、例えばアルミニウム合金又は非鉄金属材料のスクラップ材であるブリケット材のような溶湯に比して比重の軽い溶解原料を溶解するにあたり、金属溶解用スクリーン板の下方位置に溶解原料が供給されるようにすれば、その溶解原料の湯面へ浮上が防止されるため、湯面において空気等と接触して酸化することが防止され、酸化物の少ない清浄な溶湯を得ることができる。さらに、精製する溶湯の歩留りの向上とともに、酸化物処理のための脱滓処理作業も軽減される。

また、金属溶解用スクリーン板の貫通孔を、底面側から上面側に向かって狭窄するテーパー状となっているものとすると、溶解原料が、貫通孔に嵌り、所定の大きさ、具体的には、湯面に上昇する前に溶解されるに十分な大きさとなるまで、保持して、湯面に浮上することなく好適に酸化しないよう溶解させることができる。

また、特に、前記金属溶解用スクリーン板を、溶湯中に溶解原料を供給する溶解室と、供給路を介して前記溶解室に連通し、溶湯を加熱する加熱手段を有する加熱室と、を有する金属溶解装置における前記加熱室内に、前記供給路の前記加熱室側の開口と、その開口よりも上方とを区画するように設置して、溶解原料を溶解するようにすれば、加熱手段を有する加熱室内において溶解原料の浮上が防止され無酸素状態で効果的に溶解原料を溶解させることができる。

また、このように金属溶解用スクリーン板が設置される加熱室と溶解室とを有する金属溶解装置においては、溶解室内の溶湯に渦流を発生させるようにすれば、ブリケット材のような比重の軽いスクラップ材が供給されてもそれらが迅速に、渦中心部において渦底に引き込まれるため外気と接触し難くより酸化物が形成された難く、より清浄な溶湯を得ることができるようになる。

さらに、溶湯中に気体を噴出することで、溶湯に渦流を発生させるようにすれば、渦中心底部に撹拌翼やスターラといった攪拌部材が存在させないようにでき、溶解原料と攪拌部材との接触のおそれが各段に少なくなり、溶湯よりも比重の軽いブリケット材や切粉等の溶解原料だけでなく、リターン材や新材といった溶湯に沈む溶解原料を組み合わせて溶解室に供給して溶解することができるようになる。攪拌翼やスターラのような動的部品を少なくできるため、メンテナンスや取り扱い性にも優れるようになる。

さらに、その気体が、溶湯に対して不活性な不活性ガスとすれば、脱ガス効果が発現し、より清浄で質の高い溶湯が得られるようになる。

本発明によれば、ブリケット材のような溶湯に比して比重の軽い溶解原料を酸化させないように溶解させるための金属溶解用スクリーン板及び金属溶解方法が提供される。

本発明に係る金属溶解装置を含む溶解保持炉の平面概略図である。 図１におけるII-II矢視図であり、本発明に係る金属溶解装置を含む溶解保持炉の断面概略図である。但し、説明の便宜のためII-II矢視に現れない部材等も記載する。 本発明に係る他の金属溶解装置を含む溶解保持炉の平面概略図である。 図３におけるIV-IV矢視図であり、本発明に係る他の金属溶解装置を含む溶解保持炉の断面概略図である。但し、説明の便宜のためIV-IV矢視に現れない部材等も記載する。 本発明に係る噴流ポンプを説明するための断面図である。 本実施形態に係る金属溶解用スクリーン板を説明するための斜視図である。 本実施形態に係る他の金属溶解用スクリーン板のVI-VI断面図である。 本実施形態に係る他の金属溶解用スクリーン板を説明するための斜視図である。 本実施形態に係る他の金属溶解用スクリーン板のVIII-VIII断面図である。 本発明に係る溶解室の例の断面図である。 本発明に係る溶解室の別の例の断面図である。 本発明に係る別の金属溶解装置を含む溶解保持炉の平面概略図である。 図１２におけるＸIII-ＸIII矢視図であり、本発明に係る別の金属溶解装置を含む溶解保持炉の断面概略図である。但し、説明の便宜のためＸIII-ＸIII矢視に現れない部材等も記載する。

以下、本発明に係る実施形態を図１〜図１３を参照しながら説明する。
本実施形態に係る金属溶解用スクリーン板７０は、溶解原料Ｂを溶湯Ｍ中に供給する溶解室１１と、供給路１３を介して溶解室１１に連通し溶湯Ｍを加熱する加熱室２０とを有する金属溶解装置１０に好適に設置される。また、この金属溶解装置１０は、溶湯Ｍを保持して溶湯Ｍ中の不純物等を沈殿させるなどする鎮静室３０、溶湯Ｍを汲み出して外部の鋳造機、他の溶解保持炉や保持炉等へ出湯する汲出室４０を備える溶解保持炉１に好ましく組み込まれる。このような金属溶解装置１０及びこれが組み込まれた溶解保持炉１も本発明として提案される。以下、金属溶解装置１０及び溶解保持炉１を説明しつつ、本発明に係る金属溶解用スクリーン板７０及び金属溶解方法の実施形態を説明する。

本実施形態に係る溶解保持炉１は、外殻３内において各室が耐火材２により形成され、溶解室１１は供給路１３を介して加熱室２０に連通している。この溶解室１１と加熱室２０とは金属溶解装置１０を構成する。さらに、溶解保持炉１は、前記加熱室２０及び溶解室１１に連通する循環室５０が好ましく設けられており、溶湯Ｍが、加熱室２０から循環室５０を介して溶解室１１に還流可能に構成されている。

溶解室１１は、上方に溶解原料Ｂを供給するための供給口１１Ａを有しており、図示されないホッパーやコンベア等の搬入装置から、供給口１１Ａを介して溶解原料Ｂであるアルミニウム、アルミニウム合金及びその他の非鉄金属材を、溶解室１１中の溶湯Ｍに対して供給する。アルミニウム、アルミニウム合金及びその他の非鉄金属材の具体的形態としては、リターン材、ブリケット材及び切粉等のスクラップ材と、新材とが挙げられる。特に、本発明に係る金属溶解装置１０は、溶湯Ｍよりも比重が軽く湯面に浮くブリケット材のような溶解原料Ｂに適する。ブリケット材等の油分や水分等を含む溶解原料Ｂについては、事前に乾燥・予熱により油分・水分等を除去する前処理を行ってもよい。

加熱室２０には、好ましい形態として、浸漬ヒータ２１，２１が上方から加熱室２０内に差し込まれるように配されており、溶湯Ｍを加熱する。この浸漬ヒータ２１，２１による溶湯Ｍの加熱により、溶解保持炉１内の溶湯Ｍの温度を保持し、溶解室１１に供給された溶解原料Ｂ及び溶解室１１から供給路１３を介して加熱室２０に送られた溶解原料Ｂを、溶湯Ｍ中で溶解する。但し、加熱室２０における溶湯Ｍの加熱手段は、浸漬ヒータ２１，２１に限定されず、浸漬バーナを採用してもよい。また、浸漬ヒータ２１，２１の配置についても、上方から加熱室２０内に差し込む形態に限らず、図１２及び図１３のように加熱室２０の側壁側から加熱室２０内に差し込む形態や、底部に配置するようにしてもよい。

また、図示の加熱室２０は、溶湯Ｍの湯面との間に空間が作られないように上部開口部を閉塞して設置された溶解室蓋２２を備えており、溶解室１１から送られる溶解原料Ｂが無酸素状態で溶解されやすくなっている。但し、本発明に係る加熱室２０は、このような溶湯Ｍの湯面との間に空間を作らない溶解室蓋２２が必ずしも備えられていなくてもよい。

本実施形態の係る金属溶解装置１０では、図２、図４及び図１３に示すように、特徴的に、加熱室２０の前記供給路１３の出口がある下部と、それよりも上方の上部とを区画するようにして、加熱室２０内に、金属溶解用スクリーン板７０が設けられている。
この本発明に係る金属溶解用スクリーン板７０は、図６〜図８に示すように、溶湯Ｍ内に沈没設置可能な素材で形成され、多数の貫通孔７１を有する板状体をなしている。溶解室１１から供給路１３を介して加熱室２０内に供給された未溶解の溶解原料Ｂは、金属溶解用スクリーン板７０の底側に供給され、金属溶解用スクリーン板７０の底側でその浮上が防止されるとともに溶湯Ｍ中に保持され、金属溶解用スクリーン板７０に形成された貫通孔７１を通過可能な大きさとなるまで溶解される。

このように加熱室２０内に本発明に係る金属溶解用スクリーン板７０を設けることで、ブリケット材のような溶湯Ｍに比して比重の軽い溶解原料Ｂが、加熱室２０内の湯面に至るまで浮くことが防止され、無酸素状態で溶解することができるようになる。

他方で、金属溶解用スクリーン板７０を設ける場合、特に、溶解室１１から加熱室２０に至る供給路１３の出口については、図２、図４及び図１３に示すように、加熱室２０の下方位置とするのが望ましい。このように供給路１３の出口を加熱室２０の底部や深い下方位置とすることで、例えば、金属溶解用スクリーン板７０を加熱室２０の深い位置に設置しても、その金属溶解用スクリーン板７０よりも下方側に溶解室１１で完全に溶解されなかった未溶解のブリケット材のように溶湯Ｍよりも比重の軽い溶解原料Ｂを供給でき、加熱室２０の深い位置で金属溶解用スクリーン板７０の下面側で溶解原料Ｂを保持できるようになる。そして、貫通孔７１を通過した溶解原料Ｂが加熱室２０内の溶湯Ｍ中を浮き上がるまでの時間が十分に確保され、その過程で溶解させることができ、加熱室２０の上部に未溶解の溶解原料Ｂが溜まり酸化されるような事象が起き難くなる。なお、溶湯Ｍの湯面との間に空間が作られないように上部開口部を溶解室蓋２２により閉塞して設置しても、溶解室蓋２２と湯面との間に空気等の気体が存在する場合があり、また、ブリケット材のような油分や水分を含む溶解原料Ｂでは、水分や油分等に由来する気体が蓋下面に溜まることがあるため、溶解原料Ｂが湯面に浮くと酸化されることがある。したがって、溶湯Ｍの湯面との間に空間が作られないように上部開口部を溶解室蓋２２により閉塞している場合でも、供給路１３の出口は加熱室２０の下方位置とするのが望ましい。

金属溶解用スクリーン板７０に形成された貫通孔７１の個数や大きさは、特に限定されない。供給される溶解原料Ｂの大きさ、溶解速度、金属溶解用スクリーン板７０の設置深さと湯面との距離、溶解原料Ｂの性質等を考慮して適宜に定めればよい。貫通孔７１を通過可能となった大きさの溶解原料Ｂが、湯面に浮上するまでの間に、溶湯Ｍによって十分に溶解されるように設定すればよい。好ましくは、未溶解の溶解原料Ｂが、貫通孔を通過して浮上し、湯面に到達するまえに溶解されるまでの時間が、２〜３分となるように設計するのが望ましい。但し、例えばアルミスクラップ材からのブリケット材の一般的な大きさを考慮すれば、貫通孔７１は直径が２０〜５０ｍｍであるのが望ましい。

また、貫通孔７１は、図６及び図７に示すように円柱形状、又は図８及び図９に示すように、上方に向かって狭窄するテーパー形状であるのが望ましい。このように構成すると貫通孔７１に未溶解の溶解原料Ｂが嵌り、加熱室２０内で移動せずに定位置に留まるようになり溶解が進みやすくなる。

金属溶解用スクリーン板７０の素材は、溶湯Ｍ内に沈没設置可能な素材であればよいが、好ましくは、炭化ケイ素、ジルコニア系、ファインセラミックスである。
金属溶解用スクリーン板７０の厚さは、上記素材であれば、２０〜８０ｍｍであれば十分な強度としやすいため望ましい。

加熱室２０内における金属溶解用スクリーン板７０の設置形態としては、加熱室２０の底部に固定するようにして設置してもよいし、加熱室２０の天面から吊り下げるように設置してもよい。設置の方法は限定されない。但し、実施形態の加熱室２０のように浸漬ヒータ２１，２１を上方から室内に差し込むように配置するのであれば、浸漬ヒータ２１，２１と浮上する溶解原料Ｂとが接触しないよう、金属溶解用スクリーン板７０を浸漬ヒータ２１，２１の底よりも下方位置に配置するのが望ましい。また、スクリーン板７０は、加熱室２０の底から２０〜３５％の高さ位置に設けるのがよい。さらに、図４に示すように、加熱室２０内に金属溶解用スクリーン板７０を複数段設けるようにしてもよい。この場合、各金属溶解用スクリーン板７０の貫通孔７１の孔径を異なるようにしてもよい。その場合、上段の金属溶解用スクリーン板の貫通孔の直径を下段の金属溶解用スクリーン板の貫通孔の直径よりも小さくするのが望ましい。

他方で、本実施形態に係る金属溶解装置１０では、供給路１３又は溶解室１１の供給路１３近傍に、溶解室１１から加熱室２０に送られる未溶解の溶解原料Ｂに衝撃を与える衝撃付与手段を設けるのが望ましい。衝撃付与手段は、動的に衝撃を付与するものであってもよいが、好ましくは、メンテナンス性の面で、未溶解の溶解原料Ｂが溶湯Ｍの流れによって加熱室２０に搬送される過程で衝突するような障害物など静的なものであるのが望ましい。例えば、供給路１３の内壁又は溶解室１１の供給路１３近傍の内壁に凸部を設け、未溶解の溶解原料Ｂが通過する際に凸部に衝突するようにすればよい。さらに、具体的な例としては、溶湯Ｍに比して比重の軽いブリケット材等の未溶解の溶解原料Ｂは、浮力と加熱室２０への溶湯Ｍの流れによって、供給路１３の上壁面１３Ｂに沿って移動されるため、図２、図４及び図１３に示すように、供給路１３の上壁面１３Ｂを階段状に形成したり、上壁面１３Ｂに凸部を形成したりするなどすれば、未溶解の溶解原料Ｂが加熱室２０へ移動する際に、供給路１３の階段状の上壁面１３Ｂや上壁面１３Ｂに形成した凸部などに衝突することになり衝撃が付与され、未溶解の溶解原料Ｂが崩壊し、金属溶解用スクリーン板７０が設置されている加熱室２０で迅速に溶解されやすい。

他方で、本発明に係る金属溶解方法においては、溶解室１１に、溶解室１１内の溶湯Ｍに渦流を発生させるのが望ましい。渦流を発生手段としては、図１〜４及び図１２〜図１３に示す形態のように、溶湯Ｍ中に気体Ｇを噴出することで、溶湯Ｍに渦流を発生させるものであるのが望ましいが、図１０に示すように、溶解室１１の下方に磁気攪拌装置１１４を設けて溶解室１１内の溶湯Ｍに渦流を発生させるものであってもよい。さらに、図１１に示すように、回転軸１１５の先端に攪拌翼１１６を設けた攪拌装置を溶解室１１の溶湯Ｍ内に挿入して、攪拌翼１１６によって溶湯Ｍを攪拌して渦流を発生させるようにしたものであってもよい。この形態では、回転軸１１５の先端から溶湯に対して不活性な不活性ガスＧを噴射して、脱ガス処理を行うようにしてもよい。これらの形態のように溶解室１１内の溶湯Ｍに渦流を発生させることにより、溶湯Ｍよりも比重の軽い溶解原料Ｂが供給されてもそれらが迅速に、渦中心部において渦底に引き込まれるようになり、溶解原料Ｂと外気とが接触し難くなり、より酸化物が形成され難く、より清浄な溶湯が得られる。また、溶解原料Ｂが、渦流により攪拌される過程で、溶解原料Ｂ同士の衝突が促されて崩壊により溶解されやすくなる。特に、切削屑や切粉等を圧縮して固形化したブリケット材では、崩壊が効果的に発生する。

溶解室１１の形状は、矩形の箱型でもよいが、渦流を発生させるのであれば、特に図１
〜４、図１２〜図１３に示されるように、溶湯Ｍが貯留される内空間が略円筒型又は略逆円錐型であるのが望ましい。内壁面に案内されるように溶湯Ｍが流動されて、溶解室１１内に溶湯Ｍの渦流が発生しやすくなるとともに、その渦流を持続させやすくなる。このため気体噴出に係るエネルギーを少なくすることが可能となる。

また、溶解室１１は、特に渦流を発生させるようにする場合、溶解室１１と加熱室２０とを繋ぐ供給路１３の溶解室側開口１３Ａは、渦流の中心底部、例えば、図２、図４及び図１３に示すように溶解室１１の中央底部に形成するのが望ましい。溶解原料Ｂが渦流によって渦底中心部に引き込まれるとともに、溶解原料Ｂが浮くことなく加熱室２０に供給されるようになり、効果的に溶解原料Ｂの溶解がなされるようになる。

また、溶解室１１は、溶湯を加熱する溶湯加熱手段を備えるのが望ましい。溶湯加熱手段としては、図示はしないが、溶解室１１底部や側壁近傍に浸漬ヒータを設ければよい。浸漬ヒータは、溶解室１１側壁近傍において上方から溶湯Ｍ内に差し込むように配置してもよい。溶解室１１に溶湯加熱手段を設ければ、溶解室１１に貯留される溶湯Ｍが加熱され、溶解原料Ｂの供給による溶湯Ｍの温度低下が少なくなり、溶解原料Ｂがより迅速に溶解されやすくなる。また、浸漬ヒータの代わりに浸漬バーナを採用しても構わない。

続けて、本発明に係る溶解室１１における特に好ましい形態である渦流発生手段としては、溶湯Ｍ中に気体Ｇを噴出することで、溶湯Ｍに渦流を発生させる具体的な形態を説明する。
この溶解室１１は、図１〜図４、図１２〜図１３に示すように、特徴的に、溶解室１１内の溶湯Ｍ中に気体Ｇを噴出して、溶湯Ｍとともに溶解原料Ｂを攪拌する渦流を溶解室１１内に発生させる気体噴出装置１４が設けられており、前記加熱室２０とともに金属溶解装置１０を構成している。

気体噴出装置１４は、例えば、図示のように、溶湯Ｍ内に位置する噴出口１４Ａを有する噴出部１４Ｂ、この噴出部１４Ｂに連通する送気管１４Ｃ、及び気体Ｇを発生させる気体発生装置１４Ｄで構成することができる。例えば気体が窒素ガスの場合、気体発生装置の例としては、株式会社日立産機システムの「窒素ガス発生装置（Ｎ２パック）」及びアネスト岩田株式会社製等のその相当装置が挙げられる。気体発生装置１４Ｄから送気管１４Ｃを介して溶解室１１内に送気される気体Ｇを噴出口１４Ａから溶湯内に噴出させることで、溶解室１１内の溶湯Ｍを攪拌して渦流が発生させる。

さらに、図示はしないが、溶解室内に噴出口１４Ａから噴出された気体Ｇを適宜の方向に案内し、渦流を発生させやすくする整流板を設けてもよい。例えば、溶解室１１の内壁から溶解室１１の中心方向に向かって突出する整流板を、噴出口１４Ａの直近上方の位置に設ける。噴出口１４Ａから噴射された気体Ｇが気泡となって直ぐに上昇せず、渦流が発生しやすくなる。この際、整流板を、噴出口１４Ａ側から遠ざかるにしたがって、やや上方に向かうように傾斜させれば、気体Ｇが略螺旋方向に噴射されるようになり、渦流をより発生させやすくなる。また、溶解室１１の内壁に螺旋状に溝を形成してもよい。このようにすれば渦流がさらに発生しやすくなる。

本実施形態における気体噴出装置１４は、図１〜図２及び図１２〜図１３に示す形態のように、溶解室１１内において噴出部１４Ｂを内壁面近傍に設けるのが望ましい。供給された溶解原料Ｂは渦流により渦流中心へと引き込まれる。噴出部１４Ｂが内壁面近傍にあれば、溶解原料Ｂが噴出部１４Ｂと接触し難くなり、気体噴出装置１４の破損の虞が小さくなる。

さらに、気体噴出装置１４は、図３及び図４に示す形態のように、溶解原料Ｂとより接触し難いように、溶解室１１の側壁内に設け、壁面から噴出口１４Ａが溶解室１１内に臨むようにしてもよい。図３及び図４に示す形態では、溶解室１１が溶解保持炉１の一部であり、加熱室２０から溶解室１１に溶湯Ｍが還流するように循環室５０や循環路を設けるように構成されているため、溶解室１１と循環室５０との間の壁間、つまり溶解室１１と循環室５０との間の連通路５１等、加熱室２０から溶解室１１へ溶湯Ｍを循環させる循環路中に、噴出部１４Ｂをその噴出口１４Ａが溶解室１１に臨むように設けている。このようにすれば、溶解室１１内に噴出部１４Ｂが位置しなくなり、噴出部１４Ｂと溶解原料との接触が効果的に防止され、気体噴出装置１４の破損の虞が各段に小さくなる。

気体Ｇの噴出口１４Ａが望む方向、すなわち気体噴出方向としては、図１〜図４及び図１２〜図１３に示すように、発生させる渦流の中心が溶解室１１の中央部となるように設定すればよい。例えば、図示例のように平面視で略円径の溶解室１１であれば、その円の略接線方向に向けるようにすればよい。

さらに、図１〜図２及び図１２〜図１３に示すように、噴出部１４Ｂを溶解室１１内の底部近傍の深さ位置に設け、噴出口１４Ａをやや上方に向けるようにし、噴出口１４Ａから噴出された気体Ｇが溶解室１１中央部に対して、溶解室１１底部側方から螺旋方向に噴出されるようにすれば、溶解室１１内に渦流をより発生させやすくなる。なお、図示の気体Ｇの噴出方向は、溶解室１１中央部が渦中心となるように設定した例であるが、もちろん、渦流の中心を溶解室１１中央部とは異なる位置となるように設定した場合には、その渦流の中心に対して気体Ｇが螺旋方向に噴出するように噴出口１４Ａ及び噴出部１４Ｂを適宜に設けるようにすればよい。

溶解室１１内における気体Ｇの噴出箇所は、複数とするのが望ましい。図示の形態では、二か所に設けている。噴出個所を複数とする場合、複数の噴出口１４Ａを有する一つの気体噴出装置１４を溶解室１１に設けるようにしてもよいし、溶解室１１に複数の気体噴出装置１４を設けるようにしてもよい。複数個所から気体Ｇを噴出するようにすれば、溶湯Ｍに対するより大きな攪拌力を発生させることができるため渦流が発生しやすくなる。この場合、発生させる渦流の中心、例えば、溶解室１１中央部に対して点対称位置に噴出口１４Ａを配置すれば、渦流をより発生させやすくなる。さらに、噴出個所を複数とする場合、噴出個所の深さ位置を異なるようにするとより、渦流が発生しやすくなる。一般的な溶解室１１の深さであれば、好ましくは、一方の噴出個所を３５０〜４００ｍｍとし、他方の噴出個所を１７０〜２３０ｍｍとするのがよい。

本実施形態に係る気体噴出装置１４は、溶湯Ｍ中に気体Ｇを噴出させて溶湯Ｍを流動させ、渦流を発生させるものであれば限定されないが、図５に断面概略を示す、ジェットポンプとも称される噴流ポンプ１６の構成を採用するのが望ましい。噴流ポンプ１６は、高圧の駆動流体Ｇをノズル１７に圧送し、そこからスロート１８に向けて高速に噴出させると噴流の圧力が低圧になることを利用して、噴流の周囲の被駆動流体Ｍを引き込んで、混合しながら噴射する。したがって、噴流ポンプ１６を用いれば、気体Ｇを駆動流体として噴射することで、周囲の溶湯Ｍを被駆動流体として吸引又は巻き込みつつ気体Ｇとともに噴射されるようになるため、気体Ｇのみで溶解室１１内の溶湯Ｍに流動性を付与するよりも、各段に溶湯Ｍを流動させやすく、渦流を容易に発生させることができる。

特に、図３及び図４に示す形態のように、噴出部１４Ｂを溶解室１１と循環室５０との間の壁間、つまり溶解室１１と循環室５０との間の連通路５１等に配するとともに、噴流ポンプ１６の構成を採用すれば、連通路５１近傍の溶湯Ｍが気体Ｇとともに溶解室１１内に流れこむようになり、効果的に渦流を発生させることができるうえ、溶解原料Ｂと気体噴出装置１４の一部である噴出部１４Ｂとの接触がなくなるため望ましい。さらに、加熱室２０から溶解室１１に還流する溶湯Ｍの流れが発生し、溶解室１１に供給された溶解原料Ｂのうち未溶解の溶解原料Ｂが溶解室１１に留まらず、加熱室２０に供給されて、溶解原料Ｂの溶解が効果的に進むようになる。

溶湯Ｍ内に噴出する気体Ｇとしては、窒素ガス、アルゴンガス等の溶湯Ｍに対して不活性な不活性ガス（以下「不活性なガス」という）であるのが望ましい。不活性なガスＧの生成や送気方法について限定されない。空気から窒素ガスを分離するコンプレッサーや不活性ガスを封入したボンベ等から圧送して供給すればよい。好ましくは、０．５ＭＰａ以下、より好ましくは０．３〜０．５ＭＰａの圧力で噴出させるとよい。不活性なガスＧを溶湯Ｍ内に吹き込むようにすることで、渦流発生とともに脱ガス効果が発現し溶湯を清浄することができる。特に、渦流の発生により溶湯Ｍと不活性なガスＧの接触性が高まることで高い脱ガス効果が得られる。また、係る構成をとることで、溶解保持炉１に別途に脱ガス室を設ける必要がなくなり、炉全体をコンパクトにすることができる。

図１〜図４及び図１２〜図１３に示す実施形態の金属溶解装置１０では、溶解室１１内に気体噴出によって溶湯Ｍの渦流が発生しているため、溶解室１１の上部に形成され供給口１１Ａから投入された溶解原料Ｂのうち、ブリケット材のように軽量であったり溶湯Ｍよりも比重が軽く溶湯Ｍに浮く溶解原料Ｂは、渦流の中心部底側に向かって引き込まれる。その一方で、質量があり溶湯Ｍよりも比重が重い溶解原料Ｂでは、渦流に巻き込まれつつあるいは渦流の流れを受けつつ底に沈んでいく。
この形態の溶解室１１では、攪拌翼等の動的な機械装置部分により渦流を発生させるのではなく、気体Ｇにより渦流を発生させるため、比重の軽い溶解原料Ｂであっても溶湯Ｍに沈む溶解原料Ｂであっても機械装置部分との接触がないため、比重の軽い溶解原料Ｂとともに、溶解室１１に供給することができる利点がある。

本発明に係る溶解原料Ｂとしては、リターン材、ブリケット材及び切粉等のスクラップ材と、新材とが挙げられるが、このうちブリケット材と切粉は、溶湯Ｍに対して浮きやすく、また、リターン材や新材は、溶湯Ｍに対して沈みやすい。したがって、図１〜図４及び図１２〜図１３に示す実施形態に係る金属溶解装置１０では、ブリケット材や切粉は、渦流により迅速に渦底に引き込まれ加熱室２０に送られる。また、新材やリターン材は、溶湯Ｍ中に沈む過程で渦流に曝されて溶解が進む。よって、この実施形態に係る気体Ｇの噴出により溶解室１１に渦流を発生させる金属溶解装置１０では、リターン材、ブリケット材及び切粉等のスクラップ材と、新材とをいずれの組み合わせでも溶解室１１に供給することができる利点がある。なお、この金属溶解装置１０では、例えば、新材やリターン材のような溶湯Ｍに沈む溶解原料Ｂのみを溶解する場合には気体噴出を停止し、切粉やブリケット材のような溶湯Ｍに沈み難い溶解原料Ｂを供給する場合のみ気体噴出を行って渦流を発生させるようにしてもよい。

以上、説明の本発明に係る金属溶解用スクリーン板及び金属溶解方法、さらにこの金属溶解用スクリーン板７０が設置された金属溶解装置１０及び溶解保持炉１では、ブリケット材のような溶湯Ｍに比して比重の軽い溶解原料Ｂを酸化させないように溶解することができ、酸化物の少ない清浄な溶湯を得ることができる。

１…溶解保持炉、２，１１２…耐火材、３…外殻、
１０…金属溶解装置、２０…加熱室、２１…浸漬ヒータ（浸漬バーナ）、２２…加熱室蓋、３０…鎮静室、４０…汲出室、５０…循環室、５１…連通路、
１１，１０１，１０２…溶解室、１１Ａ…供給口、１３…供給路、１３Ａ…溶解室側開口、１３Ｂ…供給路上壁面、
１４…気体噴出装置、１４Ａ…噴出口、１４Ｂ…噴出部、１４Ｃ…送気管、１４Ｄ…気体発生装置
１６…噴流ポンプ、１７…ノズル、１８…スロート
Ｇ…不活性ガス・不活性なガス・気体・駆動流体、Ｂ…溶解原料、Ｍ…溶湯・被駆動流体、
７０…金属溶解用スクリーン板、 ７１…貫通孔、
１１４…磁気攪拌装置、１１５…回転軸、１１６…攪拌翼。

Claims (8)

1. 多数の貫通孔を有する板状をなし、溶湯中に設置され、溶湯内に供給された溶湯よりも比重の軽い溶解原料を所定の大きさとなるまで湯面へ浮上しないように、保持することを特徴とする金属溶解用スクリーン板。
2. 溶湯中に溶解原料を供給する溶解室と、供給路を介して前記溶解室に連通し、溶湯を加熱する加熱手段を有する加熱室と、を有する金属溶解装置における前記加熱室内に、
   前記供給路の前記加熱室側の開口と、その開口よりも上方とを区画するように設置される、
   請求項１記載の金属溶解用スクリーン板。
3. 前記貫通孔が、底面側から上面側に向かって狭窄するテーパー状となっている、請求項1又は２記載の金属溶解用スクリーン板。
4. 多数の貫通孔を有する板状をなす金属溶解用スクリーン板を、溶湯中に設置し、溶湯内における前記金属溶解用スクリーン板よりも底側に溶湯よりも比重の軽い溶解原料が供給されるようにし、
   前記溶解原料が、前記貫通孔を通過する大きさとなるまで溶湯内に保持して、湯面へ浮上しないようにする、ことを特徴とする金属溶解方法。
5. 溶湯中に溶解原料を供給する溶解室と、供給路を介して前記溶解室に連通し、溶湯を加熱する加熱手段を有する加熱室と、を有する金属溶解装置における前記加熱室内に、
   前記供給路の前記加熱室側の開口と、その開口よりも上方とを区画するように、前記金属溶解用スクリーン板を設置し、前記供給路から前記加熱室に送られる前記溶解原料を、前記貫通孔を通過する大きさとなるまで溶湯内に保持して、湯面へ浮上しないようにする、
   請求項４記載の金属溶解方法。
6. 前記溶解室内の溶湯に渦流を発生させ、前記溶解室内に供給された前記溶解原料を渦流によって前記供給路に引き込んで前記加熱室に送る、請求項５記載の金属溶解方法。
7. 溶湯中に気体を噴出することで、溶湯に渦流を発生させる、請求項６記載の金属溶解方法。
8. 前記気体が、溶湯に対して不活性な不活性ガスである、請求項７記載の金属溶解方法。

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