JP2826865B2

JP2826865B2 - アルミインゴットの冷材供給による急速溶解方法と装置

Info

Publication number: JP2826865B2
Application number: JP1338451A
Authority: JP
Inventors: 弘栄青木; 勝糠塚
Original assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 1989-12-28
Filing date: 1989-12-28
Publication date: 1998-11-18
Anticipated expiration: 2013-11-18
Also published as: JPH03199323A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金（以
下アルミニウム系金属と称す）インゴットの瞬時溶解方
法と装置に関し、より具体的にはアルミニウム系金属の
溶湯をダイカストなどにより機械、電気機器などの部材
として鋳造により成形するに際し、ダイカスト機のダイ
スの注湯スロットやその他の鋳造設備の注湯口の直前
で、アルミニウム系金属インゴット（以下アルミインゴ
ットと略称する）の１〜２個を誘導加熱により直接溶解
する、いわゆる、冷材挿入溶解法により溶解し昇温域に
流下させて溶湯とし、その場で所定温度に昇温してダイ
カスト機のダイス内などに注湯する急速溶解方法と装置
に関する。

特に、その挿入・溶解炉は冷材供給域に近接して配置
される垂直炉であって、上端開口から冷材インゴットを
供給してその表面から逐次溶解して下端開口から溶滴と
して滴下させ、この垂直溶解炉の下方に２本の腕と両腕
を連結する本体部とからなるコの字またはＵ字形（以下
Ｕ字形と称す）の注湯・昇温炉を配置するものである。

このＵ字形昇温・注湯炉は、その２本の腕を垂直上方
に向け、本体部を水平に配置した場合、２本の腕の一方
の端部が前記の溶解炉からの溶滴流の入口に、中間の本
体部が溶滴を集めて溶湯して収容する溶湯槽に、２本の
腕の他方の管端が溶湯の注湯口となり、溶湯槽となる中
間部を誘導加熱などにより所定の温度まで昇温するもの
であり、所定の温度に達したらば昇温炉全体を本体部の
軸心の回りに回転させて、溶湯を重力によりダイカスト
機のダイス内などに注湯する。

［従来の技術］一般機械、特殊機械、車両、電気機器などの構造部材
としては、アルミニウムが比重が小さく、融点が低いと
いう特性を有し、しかも合金とすれば、かなりの強度を
持たせることができることから展伸材や鋳造品として多
用されている。

鋳造品としては、通常の金型、砂型鋳物以外にダイカ
スト、シェル型鋳物、遠心鋳物なども使用されるが、そ
の中でダイカスト法はダイカスト機（ダイカストマシン
とも呼ぶ）を使用して、溶融金属をダイスと呼ばれるダ
イ金型内に高圧力で、しかも高速度で反復注入し精密鋳
造品とするのが可能なことから、寸法精度と生産性の要
求に合致するためますます多用されている。

しかしながら、一般にダイカスト機に溶湯を供給する
には、第３図に示すように、ガスや重油を熱源とする溶
解炉31により大量集中溶解を行ない570〜600℃にされた
溶湯を、同じくガスや重油と熱源とする保持炉32に移し
て長時間保持し、さらに台車33などの運搬手段により手
許炉34に移し、注湯するのに適したほぼ720℃の温度ま
で昇温し、人力あるいはロボット35などによりダイカス
ト機36のダイスロット37中に供給する方法を踏襲してい
る。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、このような方式は大規模で多数炉を使
用する作業工程を経由するため、広い工場スペースを必
要とし、また複数の炉を使用して長時間に亙り溶融状態
に保持し、更にそれらの複数の炉間を運搬するため、材
料の燃焼、酸化および飛散などのロスによる材料歩留ま
りが低い欠点に加え、排熱、放熱などによるエネルギー
ロスが多く物的な面で不経済であった。

また、溶湯の搬送、貯留、汲み出しなどの工程が多く
作業能率が低いのに加え、安全性の面に不安があり労働
条件の点でも欠点があった。

さらに、大容量の炉を所定温度まで昇温させるまでの
立ち上がり時間が長いため、溶解作業員を早出出勤させ
る必要があることなど労働条件に関する問題もあり解決
が要望されていた。

本発明の発明者は、大容量の溶解炉、中間保持炉、手
許炉などを併用する上記のような溶湯供給装置に対する
課題を解決するためアルミインゴットをダイカスト機の
ダイやその他の鋳造機の注湯口の直前で直接溶解し、所
定の注湯温度まで昇温してダイに注湯する冷材急速溶解
方式を採用する構想を固めていたが、それには下記の諸
点を解決する必要があった。

アルミインゴットの冷材挿入溶解のための加熱エネル
ギーの熱源と溶解室の構造。

アルミインゴットを溶解室に挿入するための冷材供給
装置の構造。

アルミ溶湯を収容し所定の注湯温度まで昇温するため
の加熱手段と昇温室の構造。

溶解室から昇温室まで、さらに昇温室からダイの注湯
スロットなどへの注湯方法。

以上に関連した付帯設備。

［課題を解決するための手段］本発明では、冷材の挿入、溶解、注湯などに関連した
前記の諸問題を解決するため、次のようなアルミインゴ
ットの急速溶解方法と装置を採用した。

まず、本発明の急速溶解方法について以下に説明す
る。

（イ）ダイカスト機のダイの注湯スロットなどに近接し
て、垂直に配置された挿入・溶解炉によりアルミインゴ
ットを上端の開口から挿入して、それらの表面から逐次
溶解して溶滴としてその下端から流下させる。

（ロ）挿入・溶解炉の直下にＵ字形の炉の両方の腕に相
当する部分を垂直に中間の直線部を水平に配置して昇温
・注湯炉とし、一方の腕に相当する部分の上端を入口と
して流下する溶滴を中間の直線部に収容して溶湯プール
を形成し、720℃前後の所定の温度まで昇温する。

（ハ）そして、前記昇温・注湯炉からダイの注湯スロッ
トへの注湯は、この昇温・注湯炉を長手軸線の回りに回
転させ、ノロの排出や炉の補修では出湯の場合と反対方
向に回転させる。

なお、前記挿入・溶解炉内でのアルミインゴット冷材
の溶解と、前記昇温・注湯炉内での溶湯の昇温とは、原
則として、それぞれの炉体の外周に配置した誘導加熱コ
イルによって行なわれている。

また、前記アルミインゴットは、２個を１組としそれ
ぞれの平らな底部を互いに接触させ背中合わせにした状
態で前記挿入・溶解炉内に挿入すると便利である。

そして、本発明の急速溶解装置は、次の部分から構成
される。

（Ａ）アルミインゴット冷材が挿入される上端に位置す
る開口と、挿入されたアルミインゴット冷材を内部に保
留して表面から逐次溶解させるための容器となる中空の
炉体部と、前記中空炉体部の底部に配置された挿入され
たアルミインゴット冷材を保持するとともに逐次形成さ
れる溶滴を通過させる開孔を有する整流板と、この整流
板の下方において前記の溶滴を流下させる流出口と、ア
ルミインゴット冷材を溶解する加熱手段とを有する挿入
・溶解炉。

（Ｂ）前記挿入・溶解炉に近接してその下部に配置さ
れ、ほぼ平行な二本の短い腕部と、これらの両腕部を直
角に連結してほぼ水平に配置され溶湯を所定の温度まで
昇温する加熱手段を備えた中間部とからなり全体がＵ字
形の中空管状体であって、前記中間部の軸線の回りに回
転可能に軸受により支持され、一方の腕部の管端がアル
ミニウム系金属の溶滴流の入口となり、前記中間部が流
入した溶滴を収容して溶湯プールを形成し所定の注湯温
度まで昇温し、他方の腕部の管端が昇温された溶湯の注
湯口となる昇温・注湯炉。

なお、前記挿入・溶解炉に設けられた加熱手段と、前
記昇温・注湯炉に設けられた加熱手段とをそれぞれ別個
の誘導加熱コイルにすると良い。

また、前記昇温・注湯炉の下端に内部の溶湯を含む昇
温・注湯炉全体の重量変化を検知する計量センサを設け
ると便利である。

［作用］アルミインゴットの挿入、溶解、昇温、注湯の通常の
操業は、次の工程の反復で行なわれる。

アルミインゴットは、直立して配置されている挿入・
溶解炉本体の挿入口としての開口端から挿入され、溶解
用誘導加熱コイルによりその表面から溶滴として逐次溶
融させる。

かくして生じた溶滴は、スノコ状の整流板を通して昇
温・注湯炉内に滴下されて溶湯プールが形成され、注湯
に必要な量に達したらば昇温用誘導加熱コイルによりほ
ぼ720℃以上に昇温する。

そして、注湯するには注湯用モータで昇温・注湯炉を
その長手軸の回りに所定の角度だけ回動させて溶湯をダ
イカスト機のダイス内に傾注する。

予期しない停電、不要な残湯やノロなどを排出する場
合、あるいは炉の内壁を補修する場合などには、昇温・
注湯炉を注湯の場合とは反対方向に回動させ昇温・注湯
炉の先端の注湯用の開放端を、下向きではあるがダイカ
スト機の注湯スロットとは反対側になるようにしてノロ
受場や補修ヤードなどに落下させ排出する。

［実施例］第１図は、本発明の冷材急速溶解装置の好適実施例を
示す側断面図である。

第１図において、１は本発明の急速溶解装置の全体を
示し、２は昇温・注湯炉で、３は挿入・溶解炉であり、
両方の炉を含む装置全体としては水平部の先が直角に若
干の高さだけ曲ったＬ字形になっている。

挿入・溶解炉３は中空直管状で、上部開放端が冷材と
してのアルミインゴットの挿入口８となり、挿入口８か
ら下部開放端４までがアルミインゴットの挿入と溶解を
兼ねる挿入・溶解域となる。

昇温・注湯炉２には、前記溶滴流入口５となる一方の
腕に対し他方の腕を形成する管端としての注湯口６が形
成されている。そして、昇温・注湯炉２の水平管の部分
が溶湯プール７となるとともに注湯口を兼ねる昇温・注
湯域となる。

昇温・注湯炉２の溶滴流入口５と挿入・溶解炉３の下
部開放端４とは、両者の間に一定の間隙を置いて上下に
対応して配置され、下部開放端４には多数の溝孔（スロ
ット）が明けられたスノコ状整流板９が形成されてい
る。

この整流板９は、挿入口８から挿入されたアルミイン
ゴット20が重力により昇温・注湯炉２まで落下するのを
防止して、アルミインゴット20を挿入・溶解炉３内に拘
束しておくとともに、この挿入・溶解炉３の外周に設け
た加熱溶解コイル13により誘導加熱されてアルミインゴ
ット20の表面から溶融し滴下するアルミ溶滴を溝孔（ス
ロット）を通過して昇温・注湯炉２内に流入させ溶湯プ
ール７を形成させる。

昇温・注湯炉２の外周には、昇温コイル10が装着され
ている。また、昇温・注湯炉２は、長手軸線上両端部側
に支軸12が取付けられ、軸受11によって軸支されてい
て、注湯用モータギヤ（図示せず）を介してその長手軸
線の回りに回転可能になっている。

昇温・注湯炉２は、支軸12により回転可能に保持され
ているので、昇温・注湯炉２を反時計回り方向に回転さ
せ、注湯口６が下向きになるように角度制御すれば溶湯
プール７中の溶湯をダイカスト機のダイ内に注湯でき、
逆に時計回り方向に回転させて注湯口６を下向きにすれ
ば溶湯した後の残湯やノロ、スラグ、炉壁の破片などを
ノロ捨てピット（図示せず）に排出できる。

また、昇温・注湯炉２は、支軸12を水平軸として回動
可能にするため、溶滴流入口５とこれに対応して配置さ
れている挿入・溶解炉３の下部開放端４との間には常に
一定の隙間が形成される。

なお、昇温・注湯炉２は水平に定置されているので抜
き出して容易に交換することができる。

Ｃは、昇温・注湯炉２の下端に装着されたロードセル
で、昇温・注湯炉２と昇温コイル10の組立体全体とその
内部の溶湯の合計重量による荷重を検知して、注湯の時
期を決定したり、次のアルミインゴットを挿入する最適
時期を設定する。

次に、本発明の冷材溶解のための急速溶解装置により
アルミインゴットを溶解する場合の操作方法について述
べる。

（１）第２図（Ａ）に示すようなアルミインゴット20の
２個を１組とし、第２図（Ｂ）に示すようにそれぞれの
平らな底面21を背中合わせに重ね、各アルミンインゴッ
ト20の凹凸のある面22がそれぞれ外側になるようにし
て、冷材搬送装置（図示せず）により、第１図で示す挿
入・溶解炉３の挿入口８まで搬送する。

（２）アルミインゴット20を、制動部材などの拘束から
開放し挿入・溶解炉３の内側面に沿い重力で落下させて
スノコ状の整流板９の上に着座させる。

（３）この状態で加熱溶解コイル13に通電し、アルミイ
ンゴット20を誘導加熱によりほぼ550℃の溶解温度以上
に加熱させる。なお、この操作により生じた溶滴は、ア
ルミインゴット20の表面を伝わって流下し、整流板９の
細溝（スリット）を通過し、昇温・注湯炉２に流入して
溶湯プール７を形成する。そして、アルミインゴット20
は、その表面を伝わって流下する溶滴により与えられる
熱と溶解の進行によるアルミインゴット20全体の温度上
昇のため、整流板９に近いほどその中心まで溶解される
ので、溶解が進行するとともにアルミインゴット20の高
さは徐々に低くなる。

（４）次のアルミインゴットを挿入・溶解炉３内に挿入
する。なお、次のアルミインゴットを追加挿入する時期
は、アルミインゴットと加熱溶解コイル13による磁束と
の鎖交位置を考慮して決定する。そして、通常はアルミ
インゴットの頂部が、加熱溶解コイル13を貫きこのコイ
ル13内部にある導体としてアルミのインゴットとの鎖交
線を越えて下方に下がろうとする時点が最適とされ、こ
の位置を最適鎖交ポイントと呼んでいる。

（５）必要に応じて、加熱溶解コイル13の位置を挿入・
溶解炉３の外周に沿って上下に移動する。なお、この操
作をおこなうのは炉のサイズを一定にしても、アルミイ
ンゴットのサイズ、合金の種類などにより溶解域に対す
る加熱溶解コイル13の頂部を最適位置に設定し直すこと
が必要だからである。

（６）溶湯プール７と昇温・注湯炉２および昇温コイル
10の合計重量をロードセルＣにより計量し、溶湯プール
７内の溶湯量を計算する。そして、溶湯が所定の量に達
したらば、以上の溶解工程を中止して次に示す昇温工程
に切り替える。

（７）昇温コイル10に通電し、昇温・注湯炉２の溶湯プ
ール７内の溶湯を所定の出湯温度になるまで昇温をさせ
る。

（８）所定の出湯温度に達したならば、軸受11で軸支さ
れた昇温・注湯炉２を図示しない注湯用モータで駆動
し、炉体の長手軸心の回りに矢印Ｂで示すように反時計
回り方向に回動させ、注湯口６を適当な角度で下向きに
し、溶湯プール７内の溶湯をダイカスト機の注湯スロッ
ト内に注湯する。

（９）注湯が終了したらば、昇温・注湯炉２を炉の長手
軸心の回りに時計回りＡ方向に回動させ、溶解時の姿勢
に戻す。

（10）前記溶解工程で発生した残湯、ノロなどを廃棄し
たり、炉の耐火物が破損した破片などを取り出す場合に
は、昇温・注湯炉２を矢印Ａで示すように時計回り方向
に回動させ、注湯口６が注湯の場合とは反対側で下向き
になるようにし、炉体の不必要なものをノロ捨てピット
などに排出する。

なお、この実施例では、ダイカスト機に注湯する場合
について説明したが、シェルモールド法その他の鋳造法
でも鋳型がコンベア方式で移動され注湯が固定の位置で
行なわれる場合にも有効に適用できることは勿論であ
る。

［効果］以上の説明から理解されるように、ダイカスト機のダ
イスロットの直前にアルミインゴットを挿入し溶解す
る、いわゆる冷材挿入溶解を行なうに当り、本発明の装
置によれば、構造と作用の面で下記のように多くの利点
が達成される。

（イ）挿入・溶解炉の挿入口に投入されたアルミインゴ
ットは、挿入・溶解炉の内側面に沿って溶解域内に挿入
されるので、スムーズな冷材の挿入が行なえる。

（ロ）アルミインゴットを溶解する炉としては挿入域と
溶解域が一体に連続している直立の中空管炉を採用し、
上方端の開口から冷材としてのアルミインゴットを挿入
し、下方の溶解域でアルミインゴットの表面から逐次溶
解して多数の溶滴として昇温・注湯炉内に供給し、昇温
・注湯炉内の溶湯が所定の量と注湯温度に達するまで加
熱手段で昇温させ注湯するので、連続的にアルミインゴ
ットの挿入・溶解・昇温ができる。

（ハ）所定の温度まで昇温された溶湯の注湯と、不要に
なった残湯やノロなどの排出には、昇温・注湯炉をその
長手軸線を回転軸とそれぞれ、反時計回り方向、または
時計回り方向に回転させるだけでよく、電磁ポンプなど
の溶湯移動装置を得に設ける必要がなく、極めて簡単な
構造で製作費も安くて済む。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す側断面図、第２図
（Ａ）は代表的なアルミインゴットの形状を示す斜視
図、第２図（Ｂ）はアルミインゴット２個を一対とした
状態を示す側面図、第３図は従来の溶解、注湯方式を示
す模式工程図である。図面中の符号 1:急速溶解装置、2:昇温・注湯炉、 3:挿入・溶解炉、 4:挿入・溶解炉の下端開放端、 5:昇温・注湯炉の溶滴流入口、 6:昇温・注湯炉の注湯口、 7:溶湯プール、8:挿入口、 9:整流板、10:昇温コイル、 11:軸受、12:支軸、 13:加熱溶解コイル、 20:アルミインゴット、C:ロードセル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ２７Ｂ 1/21 Ｆ２７Ｂ 1/21 (56)参考文献特開平１−165727（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F27B 1/04,1/21 C22B 9/16 B22D 17/28,35/06,45/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の成分のアルミニウム系金属のインゴ
ットを直立中空管状の挿入・溶解炉の上端開口から冷材
として挿入し、その表面から内部に向かって逐次溶解し
下端開口から溶滴流として流下させ、前記挿入・溶解炉の下方に、両端にそれぞれ１本の腕部
と、これらの両腕部を連結する中間部とからなるＵ字形
中間管状の昇温・注湯炉を配置して前記挿入・溶解炉の
下端開口から流下する溶滴流を前記昇温・注湯炉の一方
の腕部の開口から受け入れて、その中間部に貯留し溶湯
プールとし、この溶湯プールの溶湯を所定の温度まで昇温してから前
記昇温・注湯炉をその中間部の軸線の回りに所定の角度
だけ回転して、内部の溶湯を他方の腕部の開口からダイ
カスト機などの鋳造機に注湯することを特徴とするアル
ミインゴットの冷材供給による急速溶解方法。
【請求項２】請求項１に記載のアルミインゴットの冷材
供給による急速溶解方法において、挿入・溶解炉内での
アルミインゴット冷材の溶解と、昇温・注湯炉内での溶
湯の昇温とが、それぞれの炉体の外周に配置した誘導加
熱コイルによって行なわれるアルミインゴットの冷材供
給による急速溶解方法。
【請求項３】挿入・溶解炉へ挿入されるアルミインゴッ
トが２個を１組とし、それぞれの平らな底部を互いに接
触させ背中合わせにした状態で挿入されるようになって
いる請求項１または２に記載のアルミインゴットの冷材
供給による急速溶解方法。
【請求項４】所定の成分のアルミニウム系金属のインゴ
ットの溶湯をダイカスト機などの鋳造機に注湯するに際
し、前記鋳造機に近接した位置で前記溶湯に対応する成
分のアルミインゴットを冷材として供給し、急速溶解に
より溶湯とし、昇温して注湯するアルミインゴットの冷
材供給による急速溶解装置であって、アルミインゴット冷材が挿入される上端に位置する開口
と、挿入されたアルミインゴット冷材を内部に保留して
表面から逐次溶解させるための容器となる中空の炉体部
と、前記中空炉体部の底部に配置され挿入されたアルミ
インゴット冷材を保持するとともに逐次形成される溶滴
を通過させる開孔を有する整流板と、この整流板の下方
において前記の溶滴を流下させる流出口と、アルミイン
ゴット冷材を溶解する加熱手段とを有する挿入・溶解炉
と、前記挿入・溶解炉に近接してその下部に配置され、ほぼ
平行な二本の短い腕部と、これらの両腕部を直角に連結
してほぼ水平に配置され溶湯を所定の温度まで昇温する
加熱手段を備えた中間部とからなり全体がＵ字形の中空
管状体であって、前記中間部の軸線の回りに回転可能に
軸受により支持され、一方の腕部の管端がアルミニウム
系金属の溶滴流の入口となり、前記中間部が流入した溶
滴を収容して溶湯プールを形成し所定の注湯温度まで昇
温し、他方の腕部の管端が昇温された溶湯の注湯口とな
る昇温・注湯炉とを有し、前記挿入・溶解炉から供給されたアルミニウム系金属の
溶滴が前記昇温・注湯炉の中間部に溶湯プールとして貯
留されている間に所定の注湯温度まで昇温されてから、
前記昇温・注湯炉をその中間部の軸心の回りに回転さ
せ、溶湯を前記他方の腕部の管端の注湯口から注湯する
ようになっていることを特徴とするアルミインゴットの
冷材供給による急速溶解装置。
【請求項５】挿入・溶解炉に設けられた加熱手段と昇温
・注湯炉に設けられた加熱手段とがそれぞれ別個の誘導
加熱コイルである請求項４に記載のアルミインゴットの
冷材供給による急速溶解装置。
【請求項６】昇温・注湯炉の下端に、内部の溶湯を含む
昇温・注湯炉全体の重量変化を検知する計量センサが設
けられていることを特徴とする請求項４または５に記載
のアルミインゴットの冷材供給による急速溶解装置。