JP3675810B2 - 金属溶湯保持炉 - Google Patents

Description

本発明は、金属を溶湯状態に保持する金属溶湯保持炉に関するものである。

図６に従来の金属溶湯保持炉の模式的断面図を示す。保持炉本体６８内には、金属溶湯が保持される空間を有しており、本体上方の壁に設けられたインゴット投入口６２より炉内にインゴットが投入され、炉内の天井壁部に設けられた加熱ヒータ６３により加熱溶解され、溶湯が所定の温度に維持される。ヒータ６３は、溶湯には直接接触しないよう、溶湯の液面がヒータ６３と距離をおいている。そのため溶湯液面はほぼ水平に保たれる。また、溶湯の汲み出しにより溶湯面が上下し、炉と溶湯面との間に空気槽が介在する。また、溶湯を撹拌するとともに先端部より不活性ガスを噴出する所謂バブリングガスを噴出する撹拌器６５を設けて、溶湯内に含まれる水素ガスの低減を計っている。

酸化物等の汚染物がある程度分離された溶湯は、炉内の隔壁をぬって、くみ出し側開口部へ向けて流入し、くみ出される。

上記のような従来の炉の場合、金属溶湯から発生する酸化物は、人手による掻き出し作業等によって行われており、その作業は非常に煩雑であり、またそれらによる除去は不十分であったため、酸化物等の汚染物が鋳造品に混入する場合があり、鋳造品の品質の低下を招いていた。また、加熱ヒータは、溶湯を間接的に加熱していたため、熱エネルギーのロスもあり、効率的ではなかった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑み、より不純物の少ない金属溶湯を供給でき、しかもより効率的な金属溶湯炉を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、金属を所定の溶解状態に保持する金属溶湯保持炉において、汲み出し口に不活性ガスを溶湯液面に噴出する不活性ガス噴出手段を設け、汲み出し口より溶湯を汲み出す際には、不活性ガス噴出手段により汲み出し口付近へ不活性ガスが噴出することを特徴とする金属溶湯保持炉という技術的手段を採用するものである。

本発明は、不活性ガスにより、液面と外気との接触が遮断され、溶湯の酸化を防ぐ。

本発明は上記目的を達成するために、金属溶湯を保持する少なくとも２つの保持槽から成る金属溶湯保持炉において、インゴットが投入される第１の保持槽の底部は、第２の保持槽よりも高く、かつ第１の保持槽の底部と第２の保持槽の底部との間に隆起部を設けたことを特徴とする金属溶湯保持炉という技術的手段を採用するものである。

本発明は、複数の保持槽を設けて段階的に汚染物を除去して、より純度の高い溶湯を供給する。

以上述べたように、本発明においては、溶湯の品質を向上させることが出来る。

以下本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。図１は、本発明における金属溶湯保持炉の断面図である。セラミック系の材質より成る保持炉８には、溶湯を保持するための空間が形成されており、図中右側上方に開口する溝６からは、インゴットが供給されるとともに、酸化物等の汚染物が掻き出されるようになっている。炉の中央部上方には、下面に傾斜状の壁面を有するシリマナイト質等の材質により形成される傾斜天井部１があり、溶湯にその傾斜壁面部が浸漬している。さらに溶湯を加熱するための加熱ヒータ３が、溶湯内に浸漬している。加熱ヒータ３の外壁は、Ｓｉ３Ｎ４質により形成されている。また、溶湯内の不純物を分離するための撹拌器５が同様に溶湯内に浸漬しており、溶湯を撹拌するとともに、先端部より不活性ガスを噴出し、溶湯中に含まれる脱水素ガス作用を引き起こしている。そのため、不活性ガス及び撹拌器５の撹拌作用により浮上した酸化物及び水素ガス等は、炉の天井部の傾斜面に沿って溝６に向けて集積され、定期的に掻き出される。従って汚染物は汲み出し口４とは反対の方向へ流れ掻き出されるため、汲み出し口４へは、汚染物の含まれない良質な溶湯が集積されることとなる。

次に、汚染物掻き出し等の自動化の装置を備えた金属溶湯炉の構造について、図２及び図３に基づいて説明する。図２及び図３に示す金属溶湯炉は、アルミニュムのインゴットを溶解し、約６５０°Ｃ〜７５０°Ｃの溶湯温度に一定に保つ溶湯保持炉であり、１時間当たり約１５０Ｋｇの溶解能力があり、約１６００Ｋｇの溶湯を保持する能力がある。

保持炉本体１０は、セラミック系の材質により形成されており、内部に金属溶湯を保持し得る異なる深さを有する複数の保持槽３１、３２、３３が形成されている。第１の保持槽３１の上方にはＡｌインゴット１１が投入される投入口３０が設けられており、インゴット１１が第１の保持槽３１に向けて滑り込むような傾斜面１０ｇが形成されている。また、投入口３０が第１の保持槽３１の上方に向けて開口する部分には開閉壁１４が設けられており、インゴット投下用シリンダ２６によって、開閉壁１４が上下方向に開閉駆動される。インゴット１１を投入しない場合は、投入口３０は開閉壁１４によって閉塞されており、溶湯が外気と接触して酸化したり、不純物が混入したりするのを防いでいる。

図２に示すようにインゴット１１は、傾斜面１０ｇ上に複数隣接した形で配置されており、その最左端に設けられたインゴット投入用シリンダ１３により、順次インゴット１１を保持槽に向けて押し出すことにより、その最先端にあるインゴットが第１の保持槽３１に投下される。投入口３０には、外部からインゴット１１をシリンダ１３の前面に搬送する為のインゴットコンベア１２が設けられている。インゴットコンベア１２は、外周に複数のインゴットを搭載するキャリア１２ａが設けられ、コンベアの駆動とともにコンベア外周を移動する。インゴットコンベア１２は、その長手方向を上下方向に設置し、キャリアが上方へ移動する部分を利用して、シリンダ１３の前面へインゴット１１を搬送する。

第１の保持槽３１の上方には、バーナ２５が設けられており、初期の段階において第１の保持槽に投下されたインゴット１１に向けて火炎を放出し、溶解する。投入口３０の上方には煙突３５が設けられており、インゴット溶解時の熱を外部へ排出する。第１の保持槽３１の溶湯液面部１６には、その液面高さを検出するための電極１５が設けられている。

第１の保持槽と第２の保持槽とが連通する底部付近には、第１の保持槽よりやや高い隆起部１０ｂが形成されている。第２の保持槽３２は第１の保持槽３１の底部１０ａよりも深い底部１０ｃを有しており、その上方の天井炉壁部３４を貫通して撹拌器１８が挿入されている。撹拌器１８の上方には、撹拌器１８を回転駆動させるためのモータ１９が設けられており、一定の速度で、また適宜溶湯を撹拌するよう駆動制御される。さらに、撹拌器１８の先端部には、溶湯内の脱水素ガス作用を引き起こすためのＡｒ，Ｎ２等の不活性ガスが噴出する孔が設けられており、不活性ガスは、炉の外部より撹拌器１８の軸内に設けられた通路に導かれ、先端部の孔より噴出される。

溶湯を加熱するための浸漬式バーナ２０が、天井炉壁部３４を貫通して、第２の保持槽３２に向けて挿入されている。また溶湯の補助加熱用として、浸漬式電気ヒータ２１が、浸漬式バーナ２０と同様、第２の保持槽に向けて挿入されている。天井炉壁部３４の下面に相当する傾斜壁面１０ｈは、第１保持槽の液面１６に向けて高くなるように傾斜しており、かつこの傾斜壁面１０ｈは全域にわたり、溶湯に浸漬している。

第２の保持槽３２と第３の保持槽３３との間には、隔壁１７が設けられており、第２の保持槽３２の底部１０ｃ付近にまで延設されており、従って第２の保持槽３２と第３の保持槽３３とは、第２の保持槽３２の底部１０ｃの付近でのみ連通する連通通路３２ａによって連通されている。第３の保持槽３３の上方は、汲み出し口になっており、この汲み出し口には、溶湯の外気との接触を最小限に抑えるための、汲み出し口開閉カバー２４が設けられており、図示しない駆動装置により、開閉駆動される。

また、連通通路３２ａにはフィルター２２が挿入されており、第２の保持槽３２に保持される溶湯は、このフィルター２２を通過して第３の保持槽３３へ流入される。フィルター２２は、中空円筒状のフィルター保持部２２ａと、その先端に固着されたプレート状のセラミックフィルター２２ｂからなり、溶湯内のさらに微粒な不純物をセラミックフィルター２２ｂによって濾過する作用を有している。セラミックフィルター２２ｂの外周は、連通通路３２ａの壁部に嵌入されるようになっており、フィルター保持部２２ａの上方は、溶湯液面より突出しており、炉壁部１０ｉに保持されている。従ってフィルターを交換する際には、溶湯を保持槽内から除去することなく、汲み出し口カバー２４を開き、フィルター保持部２２ａの上方を引き出すことにより、交換することが可能である。

第３の保持槽３３の底部は、連通通路３２ａ側の底部１０ｅと汲み出し口側の底部１０ｆの２段になっており、汲み出し側の底部１０ｆの方が、連通通路３２ａ側の底部１０ｅよりもさらに高くなっている。汲み出し口の溶湯液面の上方付近には、液面へ向けてＡｒ，Ｎ２等の不活性ガスを噴出、被覆する不活性ガス被覆装置２３が設けられており、液面が直接外気と接触するのを防止している。

次に本発明における金属溶湯保持炉の作動について説明する。炉を設置した初期の段階では、第１の保持槽に投下されたインゴット１１をバーナ２５によって、溶解する。この作業を複数のインゴットに対し連続的に実施し徐々に溶湯液面が上昇すると、ついには、第１の保持槽３１の液面が液面検出用の電極１５に達する。すると電極１５に接続される制御装置（図示せず）より信号が出力され、その信号に基づいてインゴットの投入を停止する。

溶湯が所定の液面まで達した状態で、浸漬式バーナ２０により、溶湯を所望の温度（約６５０°Ｃ〜７５０°Ｃ）となるよう、加熱制御を行う。通常は、この浸漬式バーナ２０のみによって溶湯の加熱制御を行うが、作業者等が休日等により炉の監視を行うことが出来ない場合、バーナを作動状態のままにしておくことは危険性があるので、そのような場合は、浸漬式バーナ２０の作動を停止し、浸漬型電気ヒータ２１により過熱制御すれば、より安全性が高まるとともに炉を止めることなく連続して可動させることができ、エネルギーの省力化も計ることが出来る。

また、撹拌器１８により、溶湯を撹拌するとともに、不活性ガスを溶湯内に噴出し、溶湯内に混入している酸化物、水素ガスを上方へ浮上させる。この時、溶湯は、天井炉壁部３４の傾斜壁面１０ｈに浸漬しているため、浮上した汚染物は、その傾斜に沿って、第１保持槽３１の液面へ向けて集積される。この液面へ集積された汚染物は、後述する汚染物除去装置４０により、炉の外へ排出除去される。

一方、第２の保持槽において撹拌器１８により汚染物が分離された溶湯は、フィルター２２のセラミックフィルター２２ｂによりさらに微粒な不純物を濾過し、第３の保持槽３３へと導かれる。従来からフィルタを保持炉内に入れることは、一般的に知られているが、溶湯中の酸化物の量が多いと、短時間で目詰まりを生じ実用化が困難であったが、上記実施例のように事前にある程度酸化物を除去した上でフィルタによる濾過を行うような構成とすれば、そのような問題は生じない。

第３の保持槽３３の底部は、１０ｅと、１０ｆの２段になっているため、さらに万がいちフィルタ２２を通過した汚染物は、より深い底部１０ｅへ沈降するため、汲み出し側は、さらに純度の高い溶湯が導かれることとなる。そして、鋳造に際し、汲み出し口より溶湯を汲み出す際には、汲み出し口カバー２４を開口して、より高い底部１０ｆを有する保持槽部分より溶湯を汲み出す。汲み出し口カバー２４が開放されている間、不活性ガス被覆装置２３より、汲み出し口付近へ不活性ガスが噴出される。そのため、その液面は、不活性ガスにより外気との接触が遮断され、溶湯の酸化を防ぐ。

汲み出しが終了すると、汲み出し口カバー２４は閉じて、汲み出し口付近の液面が外気と接触するのを防ぐ。溶湯がいったん汲み出されると、第１の保持槽３１の液面１６も、当然低下する。そして電極１５から液面１６が離れることにより、信号が出力され、その信号に応じて、必要なだけ、順次インゴットがコンベア１２により搬入口３０へ搬送され、シリンダ１３により投入される。従って、地上に近い位置にあるキャリアにインゴット１１を搭載しておけば、コンベア１２によって、上方の投入口３０へ自動的に搬送することができるので、溶湯の量を常にほぼ一定に保つことが可能となり、そのため溶湯の液面揺動がほとんどなくなるため、温度変化も低減され、温度調節用の浸漬式バーナ、浸漬式電気ヒータ等の容量も小さくすることが可能となり、省エネルギー効果が高い。

第１の保持槽に投入されたインゴットは第１の保持槽の底部１０ａに沈下し、そこで、溶湯の熱及び浸漬式バーナ２０の熱量を受けて溶解する。インゴットが沈下する第１の保持槽３１の底部１０ａは、第２の保持槽３２の底部１０ｃよりも高く、また、隆起部１０ｂが形成されているため、インゴットに含まれる大まかな汚染物は、底部１０ａに沈降し、第２の保持槽３２へ流入することを防いでいる。

このようにして、複数の保持槽を設けて段階的に汚染物を除去して、より純度の高い溶湯を供給することが可能である。図４には図６に示すような従来の保持炉と図２に示す本発明における保持炉との溶湯内の酸化物の発生量の違いを示しており、本発明における保持炉の方が酸化物の発生が大幅に低減することがわかる。

また、図５には、溶湯内のガスの発生量の違いを示す。ガスの発生量に関しても、同様に本発明における保持炉の方が発生量が少ない。次に液面１６に集積された酸化物等の汚染物を除去する汚染物除去装置４０とインゴット以外の材料、例えば、鋳造時に製品以外の余剰となったリターン材料を投入するためのリターン材料投入装置５０の構造について説明する。

図３は、汚染物除去装置４０及びリターン材料投入装置５０を示す図２におけるＡ−Ａ断面図である。汚染物除去装置４０は、屈曲可能で巻き込み、巻きだし可能な板バネの先端部に掻き出し部４１を設けた構成を有しており、板バネがドラム４０内に巻き込まれる構成となっている。ドラム４７は、支持部４８により、地上より支持されており、さらにドラム４７を揺動するシリンダ４２が設けられている。

保持炉本体１０には、掻き出し部４１が搬入されるための搬入口４６が設けられており、その開口部には、開閉ドア４５が設けられ、必要に応じてシリンダ４３により、上下に開閉駆動される。掻き出し部４１は通常搬入口４６の開口部付近で保持炉本体１０の外に待機しており、その下方には、掻き出した汚染物を集積するバケット４４が設けられている。

汚染物除去装置４０は以上のような構成を有するので、汚染物を掻き出す際には、まず、シリンダ４３により開閉ドア４５を上方へ移動し、搬入口４６を大気に開放するとともに、ドラム４７に連結された揺動シリンダ４１を駆動して、ドラム４７を上方へ揺動させる。その状態で、ドラム４７は、巻き込んでいた板バネ部を排出する方向に駆動して、掻き出し部４１を第１の保持槽３２の上方空間部へ向けて挿入していく。板バネ部の排出が終了して、掻き出し部４１が、第１保持槽３２のほぼ最先端まで移動すると、揺動シリンダ４２を引き込んで、掻き出し部４１をほぼ水平の状態に保つ。これにより掻き出し部４１の先端が第１保持槽３２の液面１６に浸水し、その状態でドラム４７により掻き出し部４１の板バネ部を巻き込むことにより、その先端部が液面１６をすくいながら搬入口４６側へと移動する。そして掻き出し部４１の先端部に堆積した汚染物は、掻き出し部４１の移動とともに搬入口４６の下面を摺動しつつ、バケット４４に落とし込まれる。この一連の作業は、定期的に行われるもので、たとえば、タイマー等を有する制御装置によって、自動的に一定時間ごとに作動して、掻き出すようにすることができる。

リターン材料投入装置５０は、汚染物除去装置４０と対照的な位置に配置されており、リターン材料を搬入口５５に搬入するためのコンベア５２が、保持炉本体１０に隣接して設置されている。コンベア５２には、材料を搭載するためのキャリア５１が設けられており、コンベア５２の駆動により、下方より、搬入口５５に向けて搬送移動するような構成となっている。

搬入口５５にはその開口部を開閉する開閉ドア５５が設けられており、開閉ドア駆動用シリンダ５３によって上下に開閉駆動する。リターン材料投入装置５０は、以上のような構成を有するのでリターン材料を投入する際には、地上に近い位置に待機しているキャリア５１にリターン材料を搭載し、コンベア５２を駆動するとともにシリンダ５３により開閉ドア５４を上方に駆動し、搬入口５５を大気に開放する。キャリア５１は、コンベア５２により上方へ移動するとともに、搬入口付近に達したら、キャリアが反転し、搬入口５５に向けてキャリア５１に搭載されたリターン材料が放出される。放出されたリターン材料は搬入口５５の下面の傾斜に沿って第１の保持槽３２の溶湯内に投入される。投入後は、キャリア５１をもとの地上付近の待機位置までコンベア５１によって移動駆動し、また開閉ドア５５をシリンダ５３により、元の閉塞位置になるよう下方へ移動させる。このような作動からリターン材料投入装置は、必要に応じて適宜リターン材料を投入することが出来る。また、投入時以外は、搬入口が大気に触れるないよう開閉ドアを設けたので、溶湯の大気との接触による酸化や、不純物の混入を最小限に抑えることができる。

（その他の実施例）
上記実施例においては、浸漬式バーナ及び浸漬式電気ヒータを第２の保持槽３３内に設けたが、これに限らず、第１の保持槽３２、第３の保持槽３３等に設けてもよい。特に、第３の保持槽３４に付加的に加熱用バーナもしくはヒータを設けて、汲み出される溶湯の温度を一定となるように微調整するような構成とすることも可能である。その場合第３の保持槽３４は、第２の保持槽３３に比べてその溶湯保持容量も小さいため、温度の微調整に適している。

この実施例には、以下の発明が実施されている。

１．金属を所定の溶湯状態に保持する金属溶湯保持炉において、保持される前記金属溶湯に浸漬し、かつ傾斜する天井部を設けたことを特徴とする金属溶湯保持炉。２．前記金属溶湯を溶湯保持する加熱手段は、前記金属溶湯中に浸漬する加熱手段であることを特徴とする１記載の金属溶湯保持炉。３．前記加熱手段は、浸漬式バーナもしくはヒータであることを特徴とする２記載の金属溶湯保持炉。４．金属を所定の溶解状態に保持する金属溶湯保持炉において、くみ出しもしくは材料投入等の開口部に不活性ガスを溶湯液面に噴出する不活性ガス噴出手段を設けたことを特徴とする金属溶湯保持炉。５．前記開口部には、大気に対し開閉する開閉手段が設けられていることを特徴とする４記載の金属溶湯保持炉。６．前記金属溶湯中に不活性ガスを吹き込みする不活性ガス吹き込み手段を設けたことを特徴とする１記載の金属溶湯保持炉。７．前記金属溶湯を撹拌する撹拌手段を設けた事を特徴とする１記載の金属溶湯保持炉。８．前記くみ出し側の金属溶湯中に不純物を除去するフィルタを設けたことを特徴とする１記載の金属溶湯保持炉。９．溶解前の材料を前記保持炉に投入する材料投入手段と、前記材料を溶解する溶解手段が設けられていることを特徴とする１記載の金属溶湯保持炉。１０．前記天井部は、材料投入口側の開口部に向けて上方向に傾斜することを特徴とする１記載の金属溶湯保持炉。１１．前記材料投入口側の開口部の液面を検出する検出手段を設け、前記検出手段の信号に応じてインゴットを投入するインゴット投入装置を設けたことを特徴とする１０記載の金属溶湯保持炉。１２．前記材料投入口側の開口部の液面に集積した汚染物を除去する汚染物除去手段を設けたことを特徴とする１１記載の金属溶湯保持炉。１３．リターン材料を投入するリターン材料投入装置を設けたことを特徴とする１１または１２に記載の金属溶湯保持炉。１４．前記金属溶湯が保持される保持槽は、深さの異なる複数の保持槽からなることを特徴とする１記載の金属溶湯保持炉。１５．金属溶湯を保持する少なくとも２つの保持槽から成る金属溶湯保持炉において、インゴットが投入される第１の保持槽の底部は、第２の保持槽よりも高く、かつ第１の保持槽の底部と第２の保持槽の底部との間に隆起部を設けたことを特徴とする金属溶湯保持炉。１６．前記第２の保持槽に隣接して第３の保持槽を設け、前記第２の保持槽と前記第３の保持槽との間に隔壁を設け、前記第２の保持槽の底部付近に第３の保持槽に向けて連通する通路を設けた事を特徴とする１５記載の金属溶湯保持炉。１７．前記通路にフィルタを設けたことを特徴とする１５記載の金属溶湯保持炉。１８．前記第３の保持槽の上部には汲み出し口が設けられるとともに、前記汲み出し口を開閉する開閉手段を設けたことを特徴とする１７記載の金属溶湯保持炉。

本発明における金属溶湯保持炉の構成を示す断面図。 さらに自動化のための装置を付加した本発明における金属溶湯保持炉の断面図。 図２の金属溶湯保持炉のＡ−Ａ断面図。 溶湯内の酸化物の発生量を比較した図。 溶湯内のガス発生量を比較した図。 従来の金属溶湯保持炉の構成を示す断面図。

符号の説明

１ 傾斜天井部
３ 過熱ヒータ
５ 撹拌器
６ 溝
８ 保持炉
１０ 保持炉本体
１０ｈ 傾斜壁面
１８ 撹拌器
２０ 浸漬式バーナ
２１ 浸漬式電気ヒータ
２２ 汲み出し口カバー
２３ 不活性ガス被覆装置
２４ フィルタ
３１ 第１の保持槽
３２ 第２の保持槽
３３ 第３の保持槽
３４ 天井炉壁部
４０ 汚染物除去装置
４１ 掻き出し部
４４ バケット
５０ リターン材料投入装置

Claims (10)

1. 金属を所定の溶解状態に保持する金属溶湯保持炉において、汲み出し口に不活性ガスを溶湯液面に噴出する不活性ガス噴出手段を設け、汲み出し口より溶湯を汲み出す際には、不活性ガス噴出手段により汲み出し口付近へ不活性ガスが噴出することを特徴とする金属溶湯保持炉。
2. 前記汲み出し口には、大気に対し開閉する開閉手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の金属溶湯保持炉。
3. 前記開閉手段が開放されている間、不活性ガス噴出手段により汲み出し口付近へ不活性ガスが噴出することを特徴とする請求項２記載の金属溶湯保持炉。
4. 金属溶湯を保持する少なくとも２つの保持槽から成る金属溶湯保持炉において、インゴットが投入される第１の保持槽の底部は、第２の保持槽よりも高く、かつ第１の保持槽の底部と第２の保持槽の底部との間に隆起部を設けたことを特徴とする金属溶湯保持炉。
5. 前記第２の保持槽に隣接して第３の保持槽を設け、前記第２の保持槽と前記第３の保持槽との間に隔壁を設け、前記第２の保持槽の底部付近に第３の保持槽に向けて連通する通路を設けた事を特徴とする請求項４記載の金属溶湯保持炉。
6. 前記通路にフィルタを設けたことを特徴とする請求項４記載の金属溶湯保持炉。
7. 前記第３の保持槽の上部には汲み出し口が設けられるとともに、前記汲み出し口を開閉する開閉手段を設けたことを特徴とする請求項６記載の金属溶湯保持炉。
8. さらに、汲み出し口に不活性ガスを溶湯液面に噴出する不活性ガス噴出手段を設け、汲み出し口より溶湯を汲み出す際には、不活性ガス噴出手段により汲み出し口付近へ不活性ガスが噴出することを特徴とする請求項４記載の金属溶湯保持炉。
9. 前記汲み出し口には、大気に対し開閉する開閉手段が設けられていることを特徴とする請求項８記載の金属溶湯保持炉。
10. 前記開閉手段が開放されている間、不活性ガス噴出手段により汲み出し口付近へ不活性ガスが噴出することを特徴とする請求項９記載の金属溶湯保持炉。

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