JP2023535244A - スクラップ浸漬装置及び関連プロセス - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、参照によりその内容が全体として本明細書に組み込まれる、2020年4月29日に出願され、「SCRAP SUBMERGENCE DEVICE AND RELATED PROCESSES」と題する米国仮出願第63/017,409号の利益を主張する。
図1は、インペラ100、シャフト200、上部構造300、及びカウンターウェイト400を含むことができるスクラップ浸漬装置1000を示す。スクラップ浸漬装置1000は、炉10に隣接して配置される(図2A参照)。スクラップ浸漬装置1000は、リサイクルシステムのコンポーネントとして炉10と組み合わせることができる。コントローラ(図示せず)は、スクラップ浸漬装置1000及び/またはリサイクルシステムに設けられてもよく、スクラップ浸漬装置1000及び/またはリサイクルシステム(またはスクラップ浸漬装置1000を利用する他のシステム)の様々なコンポーネントまたはサブコンポーネントに通信可能に結合され得て、使用中のスクラップ浸漬装置1000及び/またはリサイクルシステムの様々な態様を制御することができる。いくつかの非限定的な例として、以下で詳細に説明するように、コントローラを利用して、質量流量、スクラップ浸漬装置1000の回転速度、溶融金属内のスクラップ浸漬装置1000の高さ、炉10の表面に対するスクラップ浸漬装置1000の高さ、スクラップ浸漬装置1000の角度、他のコンポーネントに対するスクラップ浸漬装置1000の位置、インペラのポンピング数(インペラ100の効率の尺度を提供する)、インペラのポンピング速度、それらの組み合わせなどの、スクラップ浸漬装置1000及び/またはリサイクルシステムの態様、または、スクラップ浸漬装置1000及び/またはリサイクルシステムの他の適切な態様を制御することができる。
インペラ100の様々な例が、図5A~10Cに示されている。インペラ100の図示された例は3つのブレード101を含むが、インペラ100は、たった1つという場合も含んで任意の数のブレード101を含むことができる。インペラ100は、ブレード(複数可)101がシャフト200から半径方向に延在するように、シャフト200の下端近くに取り付けられてもよい。いくつかの例では、インペラ100は、ブレード(複数可)101を接続するプレート102を含む。図5A及び5Bに示すように、プレート102は、プレート102の下面がブレード(複数可)101の下面と整列されるように、ブレード(複数可)101の下縁部(複数可)に取り付けられてもよい。他の例では、プレート102は、ブレード(複数可)101の他の部分(複数可)に取り付けられる。例えば、図5Cに示されるように、プレート102は、ブレード(複数可)101の下縁部(複数可)と上縁部(複数可)との間のほぼ中間に取り付けられ得る。プレート102は、例えば、三角形、長方形、または正方形を含む任意の適切な形状を有することができる。図5A~7Aに示されるように、プレート102は円板形状を有し得る。プレート102の幅/直径は、プレート102が各ブレード101の最外縁部まで延在するように、ブレード(複数可)の合計直径Dに等しくてもよく(図7A及び9を参照)、または、図面に示されるように、プレート102の幅/直径は、プレート102が各ブレード101の最外縁部まで延在しないように、ブレード(複数可)101の合計直径Dよりも小さくてもよい。いくつかの例では、プレート102の幅/直径は、ブレード(複数可)101の合計直径Dの約半分である。プレート102は、ブレード101及びインペラ100全体に強度を加えると同時に、また溶融金属内の上向きの渦を最小限に抑え、下向きの渦を誘発してリサイクル材料(例えば、細断されたUBCまたは他のスクラップ)を沈め、混合するのを助けることができるようにする。
いくつかの例では、スクラップ浸漬装置1000は、サイドウェル11内に攪拌を生じさせ、これは、リサイクル材料を溶融金属と混合及び溶融するのを助ける。インペラ100を溶融金属内に挿入し、回転させて、各インペラブレード101に隣接する溶融金属内にバルク運動及び小規模運動渦の両方を生じさせることができる(乱流を仮定)。インペラ100を回転させるには機械的エネルギーが必要であり、これはエネルギーを溶融金属に伝達する。
炉10のサイドウェル11への塩フラックス(塩とも呼ばれる)の添加は、炉10及びリサイクルプロセスの効率を高める。塩は、塩供給管16(図2F参照)を通して加えることができる。いくつかの例では、塩供給管16は、入口ポート13と出口ポート14との間の仕切り壁10.2に配置される。いくつかの場合では、塩が細断された材料に混ぜられることがある。いくつかの場合では、中空インペラを通して塩を添加してもよい。そのような例では、インペラのシャフトは中空であってもよく、中空シャフトによって塩が注入されることを可能にできる。いくつかの場合では、加える塩の量はチャージ投入重量の約1%から3%である。いくつかの例では、加える塩の量はチャージ投入重量の約2%から5%である。いくつかの場合では、加える塩の量はチャージ投入重量の約2%である。
スクラップ浸漬装置1000の動作中、インペラ100の位置及び回転速度を調整して、混合及びリサイクルプロセスの全体効率を最適化することができる。いくつかの場合では、インペラ100の速度は、炉内の金属の量に基づいて変化する。いくつかの場合では、インペラ100の速度は40~100RPMであり得る。炉内の溶融金属の量が少ないとき、インペラ100は、サイドウェル11内の下方に(すなわち、サイドウェル11のフロア11.1により近く)配置される。炉内の溶融金属の容積が増加するにつれて、インペラ100はフロア11.1から持ち上げられる。インペラ100の回転速度もまた、溶融金属の容積の増加とともに増加する必要がある。非限定的な一例において、リサイクル材料(例えば細断UBCまたは他のスクラップ)が溶融金属の約31インチ(78.7cm)の深さに対して約19,000ポンド/時(lb/hr)の速度で炉に加えられるいくつかの場合では、インペラ100は約58~60RPMで回転するが、他の速度を利用することもできる。別の非限定的な例において、いくつかの場合では、溶融金属の約35インチ(88.9cm)の深さに対して、インペラ100は約67~69RPMで回転することができる(約19,000lb/hrの同じ供給速度で)が、他の速度を使用することもできる。インペラ100の速度もまた、より高い供給速度で増加する必要があり得る。非限定的な一例において、リサイクル材料(例えば細断されたUBCまたは他のスクラップ)が溶融金属の約28インチ(71.1cm)の深さに対して約24,000lb/hr~29,000lb/hrの速度で炉に加えられるいくつかの場合では、インペラ100は約63~67RPMで回転するべきであるが、他の速度を利用してもよい。別の非限定的な例において、いくつかの場合では、溶融金属の約32インチ(81.3cm)の深さに対して、インペラ100は約67~71RPMで回転すべきである(約24,000lb/hr~29,000lb/hrの同じ供給速度で)が、他の速度を使用することもできる。高い供給速度(約24,000lb/hr~29,000lb/hr)によってより多くの細断された材料が溶融金属の表面に存在するようになり、安定化効果があり、その結果、形成される渦が少なくなり、溶融材料の表面でのスプラッシュが少なくなり、したがってインペラ100の回転速度が高くなる。いくつかの例では、所与の供給速度に対して、インペラ100の最大回転速度とサイドウェル11内の溶融金属の深さは、ほぼ線形の関係を有する。様々な場合において、インペラ100の回転速度は、サイドウェル11内の溶融金属の深さに基づいて制御され得る。いくつかの例では、インペラ100の回転速度は、溶融金属の深さがより高いときに任意選択で増加され、溶融金属の深さがより低いときに任意選択で減少され得る。いくつかの場合では、インペラ100の底部は、サイドウェル11のフロア11.1から約2インチから10インチ(5.1cmから25.4cm)に位置する。いくつかの例では、インペラ100の底部は、サイドウェル11のフロア11.1から約6インチ(15.2cm)に位置する。換言すれば、インペラ100は、典型的には、インペラ100の高さの中心が溶融金属の深さの中間点より下に位置するように配置される(すなわち、インペラは、溶融金属の深さの中心より下に浸漬される)。
Claims (26)
- 炉内で溶融金属を混合するためのスクラップ浸漬装置であって、
上部構造と、
前記上部構造から下に延在するシャフトと、
前記シャフトの下端にあるインペラであって、
複数のブレードであって、それぞれがブレード高さ及びブレード半径を有する、前記複数のブレードと、
プレートと、を備え、
前記ブレード半径に対する前記ブレード高さの比率は約0.3から約1である、
前記インペラと、
を備える、前記スクラップ浸漬装置。 - 前記プレートが、前記複数のブレードの合計直径よりも小さい幅を備え、
前記プレートの下面が、前記複数のブレードのそれぞれの下面と整列される、
請求項1に記載のスクラップ浸漬装置。 - 前記複数のブレードのうちの少なくとも1つが、前記複数のブレードのうちの前記少なくとも1つの前面上の最外縁部からほぼ接線方向に延在する半径方向延長部を備える、請求項1または2に記載のスクラップ浸漬装置。
- 前記複数のブレードのうちの少なくとも1つが、前記複数のブレードのうちの前記少なくとも1つの前面上の上縁部からほぼ接線方向に延在する上部延長部を備える、請求項1から3のいずれか1項に記載のスクラップ浸漬装置。
- 前記インペラが前記インペラの周囲に延在するリングを備え、前記リングは前記複数のブレードのそれぞれの最外縁部に取り付けられる、請求項1から4のいずれか1項に記載のスクラップ浸漬装置。
- 前記シャフトが、
前記シャフトの残りの部分よりも大きな外形寸法を備えるショルダと、
前記ショルダの上に配置されたカップリングと、
を備える、請求項1から5のいずれか1項に記載のスクラップ浸漬装置。 - 前記インペラが前記炉の内側に配置されるとき、前記インペラは、前記インペラの半径方向流路がデフレクタブロックから約1インチ~5インチ、オフセットされるように配置される、請求項1から6のいずれか1項に記載のスクラップ浸漬装置。
- 前記炉が、主炉床、サイドウェル、及び前記主炉床を前記サイドウェルから分離する仕切り壁を備え、
前記デフレクタブロックが前記仕切り壁に取り付けられる、
請求項1から7のいずれか1項に記載のスクラップ浸漬装置。 - 前記上部構造から延在するアームをさらに備え、前記デフレクタブロックは前記アームに取り外し可能に取り付けられる、請求項8のいずれか1項に記載のスクラップ浸漬装置。
- 前記サイドウェルが、溶融金属が通って前記サイドウェルに入る入口ポートと、前記溶融金属が通って前記サイドウェルから流れて出る出口ポートとを有し、
前記出口ポートの面積は前記入口ポートの面積の50%~100%である、
請求項8または9に記載のスクラップ浸漬装置。 - 前記サイドウェルが、溶融金属が通って前記サイドウェルに入る入口ポートと、前記溶融金属が通って前記サイドウェルから出る出口ポートとを有し、
前記出口ポートの面積は、前記入口ポートの面積よりも小さい、
請求項8から10のいずれか1項に記載のスクラップ浸漬装置。 - 主炉床、サイドウェル、及び前記主炉床を前記サイドウェルから分離する仕切り壁を備える炉であって、前記仕切り壁は、(i)溶融金属が前記サイドウェルに入る入口ポート、及び(ii)溶融金属が前記サイドウェルを出る出口ポートを備える、前記炉と、
前記炉内で溶融金属を混合するためのスクラップ浸漬装置であって、
上部構造と、
前記上部構造から下に延在するシャフトと、
前記シャフトの下端にあるインペラと、
を備える前記スクラップ浸漬装置と、
を含み、
前記インペラは、前記サイドウェル内に、
前記インペラの半径方向流路が、デフレクタブロックから約1インチから5インチ、オフセットされ、
前記インペラの前記半径方向流路の前縁は、前記入口ポートの縁部と整列される、
ように配置される、
溶融金属リサイクルシステム。 - 前記デフレクタブロックが前記仕切り壁に取り付けられる、請求項12に記載の溶融金属リサイクルシステム。
- 前記上部構造から延在するアームをさらに備え、前記デフレクタブロックが前記アームに取り外し可能に取り付けられる、請求項12または13に記載の溶融金属リサイクルシステム。
- 前記インペラが前記インペラの周囲に延在するリングを備え、前記リングは複数のブレードのそれぞれの最外縁部に取り付けられる、請求項12から14のいずれか1項に記載の溶融金属リサイクルシステム。
- 前記出口ポートの面積が、前記入口ポートの面積の50%~100%である、請求項12から15のいずれか1項に記載の溶融金属リサイクルシステム。
- 前記インペラの回転速度が、前記サイドウェル内の前記溶融金属の深さに基づいて制御される、請求項12から16のいずれか1項に記載の溶融金属リサイクルシステム。
- 前記サイドウェル内の前記サイドウェルのフロアに対する前記インペラの高さが、前記サイドウェル内の前記溶融金属の深さに基づいて制御される、請求項12から17のいずれか1項に記載の溶融金属リサイクルシステム。
- 前記インペラが複数のブレードを備え、
前記複数のブレードの各ブレードについて、ブレード半径に対するブレード高さの比率は、約0.3から約1である、
請求項12から18のいずれか1項に記載の溶融金属リサイクルシステム。 - 前記複数のブレードのうちの少なくとも1つが、前記複数のブレードのうちの前記少なくとも1つの前面上の最外縁部からほぼ接線方向に延在する半径方向延長部を備える、請求項19に記載の溶融金属リサイクルシステム。
- 前記複数のブレードのうちの少なくとも1つが、前記複数のブレードのうちの前記少なくとも1つの前面上の上縁部からほぼ接線方向に延在する上部延長部を備える、請求項19または20に記載の溶融金属リサイクルシステム。
- 前記インペラが、前記複数のブレードの合計直径よりも小さい幅を有するプレートを備える、請求項19から21のいずれか1項に記載の溶融金属リサイクルシステム。
- 前記プレートの下面が、前記複数のブレードのそれぞれの下面と整列される、請求項19から22のいずれか1項に記載の溶融金属リサイクルシステム。
- 前記出口ポートが出口ポート中心軸を備え、前記入口ポートが入口ポート中心軸を備え、前記出口ポート中心軸は前記入口ポート中心軸と平行でない、請求項12に記載の溶融金属リサイクルシステム。
- 前記出口ポート中心軸と前記入口ポート中心軸との間の角度が0°から45°である、請求項24に記載の溶融金属リサイクルシステム。
- 前記出口ポート中心軸と前記入口ポート中心軸との間の角度が、前記サイドウェルの容積または前記主炉床の表面積のうちの少なくとも1つに基づく、請求項24または25に記載の溶融金属リサイクルシステム。
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