JP4376771B2 - 攪拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム溶湯を攪拌するための攪拌装置に関する。

従来、アルミニウムスクラップ等を溶解し、アルミニウムをインゴットにして製品化することが行われている。この際、インゴットの品質を均一化するためには、溶解炉中のアルミニウムを十分に撹拌する必要がある。このため、撹拌棒を溶解炉中に入れて、熔解アルミニウムを人為的に撹拌したり、あるいは、炉底下に電気駆動式の撹拌装置を設置し、この装置により熔解アルミニウムの撹拌を行っていた。

従来の上記人為的な撹拌の場合には、非常な高温下の劣悪な環境での作業となり、作業者に与える悪影響が無視できない。また、上記電気式の撹拌装置にあっては、撹拌に必要な強力な磁場を有効に形成する必要がある。このため、大電力が必要である。さらに、磁場形成のためにはコイルが用いられるが、このコイルの発振を抑えるために確実に冷却しなければならない。この冷却のために細心の注意を払う必要があるだけでなく、装置自体が複雑でコストの高いものとならざるを得ない。このように、装置全体として非常に高価なものとなり、その採用は金額の大きな投資的な意味をもつこととなり、容易には採用し得ないという事情もあった。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、動力として電力を使用しつつも、低コストで採用可能な撹拌装置を提供することにある。

本発明の攪拌装置は、
溶解炉の側壁に開口形成された溶湯出口と溶湯入り口とをほぼＵ字状に湾曲した状態で連通する、中空の溶湯通路部材における前記ほぼＵ字状の内側位置に設けられ、この溶湯通路部材内の溶湯を前記溶湯出口から溶湯入口へ向けて強制的に流動させることにより、前記溶解炉中の溶湯を攪拌するための攪拌装置であり、
ケースと、このケース内に設けられる回転磁石体と、この回転磁石体を回転駆動する駆動源と、前記ケース内に送風する送風機と、を備え、
前記ケースは、非磁性材製のケース本体と、これを覆う上蓋と、を有し、前記上蓋は、このケースの内外を連通させる、送風用の第１の開口と、排気用の第２の開口と、を有し、
前記回転磁石体は、前記ケース内に収納されて、ほぼ垂直な軸の回りに回転可能に軸支されており、回転軸としてのそれぞれ中空の上側軸と下側軸と、前記上側軸に固定された上支持板と、前記下側軸に固定された下支持板と、を有し、この上側軸が前記第１の開口を通って前記ケースの外部に連通して、外部から前記送風機によって前記ケース内に送風可能に構成されており、さらに、前記上支持板と前記下支持板とにより挟んだ状態に支持された複数の永久磁石を有し、これらの複数の永久磁石は、前記上側軸と前記下側軸の回りの円周上に所定間隔で並んでおり、前記送風機からの送風は、少なくとも、前記磁石体の間を横向きに通り抜けると共に、前記下側軸を下向きに流れ、さらにこれらの風は、上向きに流れを変え、前記上蓋の第２の開口から外気に放出するように構成され、さらにこれらの複数の永久磁石は外周側に沿って交互に異なる磁極が並ぶように配置されている、
ものとして構成される。

図１は、本発明に係る撹拌装置１０１を組み込んだ溶解炉システム１００の全体構成を平面的に示すものである。即ち、溶解炉１０２は、従来の既存のものと同一のものである。つまり、この溶解炉１０２は、アルミニウムスクラップを投入し、それを各種のバーナー（図示せず）で加熱して溶解するものとして構成されている。この溶解炉１０２の４辺の側壁のうちの１辺に溶湯出口１０４と溶湯入口１０５を開口している。これらの溶湯出口１０４と溶湯入口１０５をほぼU字状に湾曲した耐火物製（あるいは耐熱物製）の溶湯通路部材１０７で連通させる。これにより、溶解炉１０２中の溶湯１０３は溶湯出口１０４から出て、溶湯入口１０５から溶解炉１０２に循環するように構成されている。

上記U字状の溶湯通路部材１０７の内側、つまりこの部材１０７と溶解炉１０２との間に、前記撹拌装置１０１が、前記通路部材１０７の内側面に沿って、配置されている。この撹拌装置１０１の、後に詳しく述べる動作によって、溶解炉１０２中の溶湯は、図中に矢印Ａで示すように、溶湯出口１０４から出て入力１０５に環流する動作を連続的に行う。

これにより、溶解炉１０２中において、溶湯１０３の撹拌が矢印Ｂに沿って行われる。

上記撹拌装置１０１の詳細は図２に示される。この装置１０１は、概略的には、磁石を回転させることによりそれから出ている磁力線（磁場）を回転させ、電磁力により溶湯通路部材１０７中の溶湯を強制的に矢印Ａの向きに流通させるものである。さらに、その際に発生する熱を有効に冷却するための空冷の機構を備えるものとして構成されている。

以下に、撹拌装置１０１についてより詳しく説明する。

図２において、ステンレス等の非磁性部材製のケースとしての外筒１は上蓋２を備えている。この外筒１の内部には回転磁石体４がほぼ垂直な軸Ｌのまわりに回転可能に軸支されている。つまり、外筒１の底面内側には下側軸受５が取り付けられている。また、上蓋２の外面には上側軸受６が取り付けられている。一方、これらの軸受５，６に軸支される前記回転磁石体４は、上下に隔てた上支持板としての上鏡板８と下支持板としての下鏡板９を有し、これらの間に、４本の永久磁石の磁石体１１，１１，……が固定されている。これらの磁石体１１の数は４に限定されるものではなく、その他の任意の複数、例えば、６等にすることもできる。上鏡板８を取り除いた図としての図３からわかるように、これらの磁石体１１，１１，……はほぼ９０°間隔で配置されている。各磁石体１１は、内側と外側がＮ，Ｓの磁極とされたものである、９０°おきに、極性が逆となるように磁石体１１，１１，……が交互に配置されている。これにより、図３に示すように、磁力線ＭＬが走ることになる。この磁力線ＭＬは、図１の設置状態にあっては、通路部材１０７中の溶湯を貫通するのは当然である。さらに、前記上及び下鏡板８，９には、これを回転させるための上下の回転軸としての上中空シャフト１３、下中空シャフト１４が貫通状態に固定されている。つまり、上中空シャフト１３は、上蓋２の送風用の開口２ｂを貫通している。これらの上及び下中空シャフト１３，１４が、前記上及び下側軸受６，５に回転可能に軸受けされている。

前記上蓋２上にはこの回転磁石体４を回転駆動するための駆動モータ１５が固定されている。このモータ１５の駆動軸１５ａには駆動側スプロケット１６が取り付けられ、前記上中空シャフト１３には従動側スプロケット１７が取り付けられている。これらの一対のスプロケット１５，１６間には動力伝達用のチエーン１８が巻き掛けられている。これにより、前記駆動モータ１５の駆動力によって、回転磁石体４が回転させられる。

さらに前記上蓋２上にはブロワー１９が取り付けられている。このブロワー１９の吐出口１９ａは前記上中空シャフト１３に、カップリング２２を介して、連通状態に固定されている。このカップリング２２は、図中下側の回転する中空シャフト１３と、図中上側のブロワー１９の静止状態の吐出口１９ａとを、連通状態に支持している。これにより、ブロワー１９からの風は、磁石体１１，１１，……の間を横向きに通り抜けると共に、下鏡板９に穿けた通風孔９ａ，９ａ，……及び下中空シャフト１４を下向きに流れる。さらに、これらの風は、上向きに流れを変え、上蓋２に穿けた排風孔２ａ，２ａ，……及び排風チューブ２０，２０，……から外気に放出する。このような流れの過程において電磁力（渦電流）に基づいて外筒１に発生する熱が冷却されることとなる。なお、外筒１は、耐熱樹脂で構成することもできる。この場合には、ジュール熱による自己発熱はしないが、ブロワー１９による冷却は、溶湯等からの輻射熱の冷却に有効に作用することになる。

これにより、前述のように、図１に示す、溶解炉システム１００においては、攪拌装置１０１によって溶湯通路部材１０７中のアルミニウム溶湯が矢印Ａのように強制的に循環し、これに伴って、溶解炉１０２中の溶湯１０３も矢印Ｂに示すように循環し、攪拌される。而して、この攪拌装置１０１においては、図２に示すように、ブロワー１９からの風を内部に強制的に送り込むようにしている。これにより、磁石体１１，１１、・・・の回転に伴い渦電流により外筒１に発生するジュール熱は、上記ブロワー１９からの風によって冷却されることとなる。

なお、上述の実施例では、回転磁石体４として、上下２枚の鏡板８，９の間に４本の永久磁石の磁石体１１，１１……を立てた状態に固定した例を示したが、この構造に限るものでないのは明らかである。即ち、図３に示すように又はそれに準じて磁力線が発生するような構造の磁石構造物であればよい。

次に、装置を確認するために行った実験について説明する。

本発明の実施例の装置による溶湯撹拌実験によれば、磁場強度を０．０５Ｔとし、撹拌装置１０１の回転周波数を１Ｈｚ以上とすることで、非常に効率よく、湯の撹拌ができた。又、この実験結果から、消費電力はアルミニウムの溶湯１トンあたり、０．７２ｋｗで十分撹拌可能であった。これに対し、従来の電磁式撹拌装置の場合、その消費電力は１．６〜３．７５ｋｗ／ｔｏｎである。これからわかるように、本発明の装置は、溶湯１トンあたりの撹拌に要する消費電力も大幅に少ない。溶湯撹拌速度も４０ｍ／ｍｉｎ以上が得られた。

本発明によるアルミニウム溶解炉システムの全体構成図。 図１に組み込んだ撹拌装置の側面図。 図２における回転磁石体の一部を平面的に示す説明図。

符号の説明

１ 外筒（ケース本体）
２ 上蓋
２ａ 排風口（第２の開口）
２ｂ 開口（第１の開口）
４ 回転磁石体
５，６ 軸受
８，９ 鏡板
１１ 磁石体
１３，１４ 中空シャフト（上側軸、下側軸）
１５ 駆動モータ（駆動源）
１６，１７ スプロケット
１９ ブロワー（送風機）
２０ 排風チューブ

Claims (1)

1. 溶解炉の側壁に開口形成された溶湯出口と溶湯入り口とをほぼＵ字状に湾曲した状態で連通する、中空の溶湯通路部材における前記ほぼＵ字状の内側位置に設けられ、この溶湯通路部材内の溶湯を前記溶湯出口から溶湯入口へ向けて強制的に流動させることにより、前記溶解炉中の溶湯を攪拌するための攪拌装置であり、
   ケースと、このケース内に設けられる回転磁石体と、この回転磁石体を回転駆動する駆動源と、前記ケース内に送風する送風機と、を備え、
   前記ケースは、非磁性材製のケース本体と、これを覆う上蓋と、を有し、前記上蓋は、このケースの内外を連通させる、送風用の第１の開口と、排気用の第２の開口と、を有し、
   前記回転磁石体は、前記ケース内に収納されて、ほぼ垂直な軸の回りに回転可能に軸支されており、回転軸としてのそれぞれ中空の上側軸と下側軸と、前記上側軸に固定された上支持板と、前記下側軸に固定された下支持板と、を有し、この上側軸が前記第１の開口を通って前記ケースの外部に連通して、外部から前記送風機によって前記ケース内に送風可能に構成されており、さらに、前記上支持板と前記下支持板とにより挟んだ状態に支持された複数の永久磁石を有し、これらの複数の永久磁石は、前記上側軸と前記下側軸の回りの円周上に所定間隔で並んでおり、前記送風機からの送風は、少なくとも、前記磁石体の間を横向きに通り抜けると共に、前記下側軸を下向きに流れ、さらにこれらの風は、上向きに流れを変え、前記上蓋の第２の開口から外気に放出するように構成され、さらにこれらの複数の永久磁石は外周側に沿って交互に異なる磁極が並ぶように配置されている、
   ことを特徴とする攪拌装置。

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