JP4731810B2 - 金属処理および液面レベル制御を備えた溶融金属配湯炉 - Google Patents

Description

本発明は鋳造機械のような下流側のプロセスに溶融金属を供給するために用いることができる溶融金属配湯炉に関し、より詳しくは、金属処理および液面レベル制御を有した溶融金属配湯炉に関する。

溶融金属を炉容器間において、さらには炉容器からダイカスト機のような下流側の装置へと移送するための多くの構造および方法が知られている。例えば、Yamazoeへの米国特許第３，０６１，２９８号は、溶融金属を処理する装置を開示しているが、そこにおいては溶融金属が重力下において２つの保持容器間で移動することができる。このYamazoe特許に開示されている構造においては、第１のすなわち上側容器（例えば取鍋）が第２のすなわち下側容器の上方に配置されている。第１の取鍋内に収納されている溶融金属は、重力下において第２の取鍋に移動する。下側容器から上側容器へと溶融金属を再循環させるとともに再循環ポンプを通過するときに溶融金属を加熱するために、電磁再循環ポンプと加熱装置の組み合わせが２つの容器間に配置されている。

Groteke他への米国特許第３，６５３，４２６号は、保持炉、溶融金属充填塔、および溶融金属注入塔を有した炉注入および鋳造システムに向けられている。保持炉は充填塔および注入塔と流体的に連通している。充填塔および注入塔に負圧が負荷されると、溶融金属は保持炉から充填塔および注入塔に流れてこれらのチャンバを満たす。注入塔は、さらに鋳造金型のモールドキャビティに接続されている。作動の際には、充填塔および注入塔が溶融金属で満たされた後に、充填塔が加圧されて溶融金属を注入塔内に移動させる。翻って、注入塔は圧力下においてモールドキャビティに溶融金属を充填する。

Cavanaghへの米国特許第３，７７１，５８８号は、鋳造金型内に溶融金属を注入するための溶融金属射出鋳造構造を開示している。Cavanagh特許に開示されている装置は、保持チャンバと流体的に連通している溶融チャンバを有している。保持チャンバは鋳造金型のモールドキャビティと流体的に連通している。保持チャンバは、圧力下において溶融金属を鋳造金型のモールドキャビティ内に押し込むために加圧することができる。溶融チャンバは保持チャンバ内に溶融金属の貯蔵分を補給するために用いられる。

Eickelbergへの米国特許第３，８４４，４５３号は、下方のチャネルを介して保持および注入容器（例えば第２容器）に接続された第１の容器を有している、溶融金属を溶融させて注入するための装置を開示している。第２の容器は、この第２の容器から溶融金属を配湯するための吐出開口を具備した流出路を有している。この第２の容器は、この容器から溶融金属を配湯するために加圧される。第１の容器は磁心のない誘導加熱器によって加熱される。２つの容器間の下方にある通路は、第２の容器内の圧力が変化するに連れて溶融金属が容器間で自由に流れるように寸法決めされている。Eickelberg特許に開示されているシステムは、第１の容器を加熱する誘導加熱器の最適な作動効率のために、第２の容器が加圧されるときには第１の容器が常に溶融金属で実質的に満たされたままとなるように構成されている。

しばしば、溶融金属を処理する段階は、溶融金属が炉容器間で移動する間あるいは炉容器内にあるときに含まれる。例えば、Yamaoka他への米国特許第４，８８１，６７０号は、保持炉内に保持されている溶融金属を処理するための手段を備えた保持炉を開示している。この保持炉は、溶融金属を予め定められた温度で保持するための保持チャンバ、溶融金属を清浄化するための金属処理チャンバ、および下流側のプロセスに溶融金属を供給するように構成された溶融物供給チャンバを備えている。金属処理チャンバは、ガスランス、熱電対および上下のリミットセンサを有している。ガスランスは、溶融金属から水素および他のガスを除去するべく、溶融金属に不活性ガスを注入するために用いることができる。

Piras他への米国特許第４，８４４，４２５号は、溶融アルミニウム合金を脱ガスして濾過する装置を開示している。Piras他の特許に開示されている装置は、内側分割壁によって２つのチャンバに分離されている容器若しくは容器本体を備えている。第１のチャンバ内に収納されている溶融アルミニウム合金から脱ガスするために、１組の脱ガスユニットが２つのチャンバのうちの１つに設けられている。２つのチャンバに容器本体を分離している分割壁は、第１のチャンバから第２のチャンバへと通過する溶融アルミニウム合金を濾過するための、セラミック若しくは黒鉛等の多孔性材料によって形成された部分を有している。

Campbellへの米国特許第４，９６７，８２７号は、金属を溶解し鋳造するための装置を開示しているが、そこにおいては溶融金属が溶融容器から鋳造容器へと移動するときに濾過される。Campbell特許に開示されている装置においては、溶融および鋳造容器は水平樋によって接続されている。溶融および鋳造容器は、複数の電気的放射加熱要素を有した蓋によって囲まれている。この蓋は、溶融および鋳造容器を接続する樋を覆っている。鋳造容器へと樋を通過する溶融金属を濾過するために、フィルタボックスが樋に配置されている。

炉の熱効率を高めるためにあるいは他の理由のために、溶融金属を保持／溶融する炉内で溶融金属を再循環させることもまた公知の技術である。例えば、Areauxへの米国特許第５，３９５，０９４号は、３つのチャンバに分けられた金属溶解炉を開示している。この金属溶解炉は、金属を溶解するメインチャンバと、壁によってメインチャンバから分離された２つの前側チャンバとを備えている。Areaux特許に開示された金属溶解炉は、金属溶解炉内で実行される溶融動作の全体的な熱効率を改善するべくこれらのチャンバ間で溶融金属を循環させる、２つの前側チャンバを接続する輸送導管を備えている。

Rapp他への米国特許第５，４１１，２４０号は、溶融金属を鋳造機械に供給する２チャンバ炉を開示している。２つのチャンバは貯蔵チャンバおよび除去チャンバを含んでいる。貯蔵チャンバと除去チャンバとの間に中間チャンバが配置されている。貯蔵チャンバから除去チャンバへと溶融金属を移動させるポンプが中間チャンバ内に配設されている。オーバーフローパイプが中間チャンバ内に設けられて、中間チャンバ内に流入する溶融金属の一部を再循環させて貯蔵チャンバに戻すために用いられている。

さらに、溶融金属を保持し／溶融する炉若しくは炉容器内に収納されている溶融金属の液面レベルを制御する手段を備えることは公知の技術である。例えば、Nodaへの米国特許第５，６６２，８５９号は、溶融金属の液面レベルを一定に保持する炉を開示している。Noda特許が開示する溶融金属保持炉は、溶融金属を貯蔵するための溶融金属保持チャンバを有している。貯蔵されている溶融金属はダイカスト機の射出スリーブへの供給を目的としている。溶融金属表面高さ制御装置が溶融金属保持チャンバに接続されて、溶融金属保持チャンバ内に配置されたフロートのレベル制御に用いられている。溶融金属保持チャンバ内のフロートの高さを制御することにより、溶融金属保持チャンバ内の溶融金属の全体的な液面レベルを制御することができる。

Usui他への米国特許第５，７００，４２２号は、ダイカスト機の射出スリーブに溶融金属を供給する溶融金属供給装置を開示している。この溶融金属供給装置は、保持チャンバと供給チャンバとに分離された保持炉を有している。供給チャンバは導管を介して射出スリーブと流体的に連通している。保持チャンバは、保持チャンバ内の溶融金属の全体的な液面レベルを変位させかつ上昇させるために保持チャンバ内の溶融金属に浸漬させ得る浸漬体を有している。保持チャンバ内の溶融金属の液面が予め定められたレベルに上昇すると、溶融金属は保持チャンバから供給チャンバへと流れる。保持チャンバ内の溶融金属の液面レベルをモニターするために用いられているレーザーセンサは制御ユニットに信号を送信するが、この制御ユニットは浸漬体、したがって保持チャンバ内の溶融金属の液面レベルを制御する。

Wilford他への米国特許第５，０５６，６９２号は、槽、チャンバを画成する容器、および容器の開放端が槽内の溶融金属内に浸漬されるように容器を支持するための支持構造を備えた溶融金属の吐出装置を開示している。頂部隙間内の圧力を減少させてチャンバ内に溶融金属を吸い込むための真空ポンプが容器に接続されている。槽内の溶融金属の液面レベルを検出するために設けられているセンサが調整ユニットに接続されているが、この調整ユニットは、溶融金属が槽から吐出されるときの槽内の溶融金属の液面を実質的に一定のレベルに維持するべく、容器の頂部隙間内の圧力を調整することによって容器内の液体の容積を調整するように作動することができる。

前述した特許は、溶融金属を炉容器間で移動させるための異なった方法および構成を開示するとともに、そのいくつかは炉容器内あるいは炉容器間を通過する際に溶融金属を処理することを開示している。さらに、前述した特許のいくつかは、炉容器内の溶融金属の液面レベルを制御するための異なった方法および構成を開示している。しかしながら、使用する（すなわち、溶融金属が下流側のシステムに供給される）時点における溶融金属の液面レベルの制御および溶融金属の処理の両方を単一のシステム内で行うことについては、前述した特許のいずれもが開示していない。

前述した問題点に鑑み、本発明の目的は、単一のシステム内に溶融金属の液面レベル制御および金属処理を含む溶融金属配湯炉を提供することにある。本発明の他の目的は、溶融金属が配湯炉の異なる領域間で移動するときに溶融金属内における金属酸化物の形成およびガスの同伴を減少させる溶融金属配湯炉を提供することにある。さらに、本発明の目的は、溶融アルミニウム合金の用途に適するとともに金属の品質問題を生じさせない溶融金属配湯炉を提供することにある。

前述した目的は、本発明に基づいて製造される配湯炉によって達成される。この配湯炉は、鋳造機械あるいは他の類似したプロセスのような下流側のプロセスに溶融金属を供給するために用いることができる。この配湯炉は、溶融金属の貯蔵分を収容するように構成された保持チャンバを備える。可変速度ポンプが保持チャンバと流体的に連通している。このポンプは、保持チャンバに接続されたポンプ吸込口と、ポンプ吐出口とを有している。このポンプは運転中に配湯炉を介して溶融金属をポンプ送りするように構成されている。脱ガスチャンバがポンプ吐出口を介してポンプと流体的に連通している。この脱ガスチャンバは、ポンプの影響下において脱ガスチャンバを通って流れる溶融金属からガスおよび不純物を取り除く脱ガス機構を有している。フィルタチャンバが脱ガスチャンバの下流側に配置されて流体的に連通している。このフィルタチャンバは、ポンプの影響下においてフィルタチャンバを通って流れる溶融金属を濾過するための溶融金属フィルタを有している。配湯チャンバがフィルタチャンバの下流側に配設されて流体的に連通している。溶融金属液面レベルセンサが、配湯チャンバ内に配置されるとともに、ポンプ速度制御信号をポンプに出力するためにポンプに接続されている。この液面レベルセンサは、配湯チャンバ内の溶融金属の液面レベルをモニタするとともに、ポンプ速度制御信号によってポンプ速度を制御することにより配湯チャンバ内の溶融金属を予め設定された液面レベルに維持するように構成されている。

このポンプは、セラミック製のハウジング内に配置されたセラミック製のインペラを有した機械式ポンプとすることができる。配湯炉の運転中に保持チャンバ内に収容されている溶融金属の貯蔵分を加熱するべく、浸漬ヒータを保持チャンバに延在させることができる。この浸漬ヒータは、溶融金属の液面から下方において保持チャンバ内の溶融金属の貯蔵分を加熱することができる。

脱ガスチャンバは、ポンプの影響下において脱ガスチャンバに流れる溶融金属の一部がバイパス導管を介して保持チャンバに再循環するように、バイパス導管を介して保持チャンバと流体的に連通することができる。このポンプは、保持チャンバと脱ガスチャンバとの間に位置するポンプチャンバ内に配置することができる。バイパス導管は、ポンプチャンバの下方において脱ガスチャンバを保持チャンバに接続することができる。脱ガス機構は回転式脱ガス機構とすることができる。

配湯炉の運転中に溶融金属を下流側のプロセスに供給するために、サイフォンチューブを配湯チャンバ内に延在させることができる。配湯炉の運転中に配湯チャンバ内に収容されている溶融金属の貯蔵分を加熱するために、浸漬ヒータを配湯チャンバ内に延在させることができる。この浸漬ヒータは、溶融金属の液面から下方において配湯チャンバ内の溶融金属の貯蔵分を加熱することができる。

脱ガスチャンバおよびフィルタチャンバは、組み合わせられた溶融金属処理チャンバとして設けることができる。この溶融金属処理チャンバは、ポンプの影響下において溶融金属処理チャンバを通って流れる溶融金属の一部がバイパス導管を介して保持チャンバに再循環するようにバイパス導管を介して保持チャンバと流体的に連通することができる。

溶融金属処理チャンバは、ポンプの影響下において溶融金属処理室を通って流れる溶融金属からガスおよび不純物を取り除くための脱ガス機構を有することができる。この脱ガス機構は回転式脱ガス機構とすることができる。溶融金属処理チャンバは、ポンプの影響下において溶融金属処理チャンバを通って流れる溶融金属を濾過するための溶融金属フィルタを更に有することができる。この溶融金属フィルタは、溶融金属処理チャンバ内の脱ガス機構の下流側に配置することができる。

本発明はまた、先に概説したように、溶融金属配湯炉内の溶融金属の液面レベルを制御する方法でもある。この方法は、保持チャンバから溶融金属処理チャンバへと溶融金属をポンプ送りする段階と、溶融金属処理チャンバ内において溶融金属を処理する段階と、溶融金属を配湯チャンバにポンプ送りする段階と、レベルセンサによって配湯チャンバ内の溶融金属の液面レベルをモニタする段階と、ポンプ速度を制御して配湯チャンバ内の溶融金属を予め設定された液面レベルに維持するためにポンプ速度制御信号をポンプに出力する段階と、配湯チャンバから下流側のプロセスへと溶融金属を配湯する段階とを有する。

本発明の方法は、溶融金属処理チャンバを通って保持チャンバに流れる溶融金属の一部を再循環させる段階と、溶融金属処理チャンバ内の溶融金属を脱ガスする段階と、溶融金属処理チャンバ内の溶融金属を濾過する段階とを更に含むことができる。溶融金属処理チャンバ内で溶融金属を濾過する段階は、溶融金属処理チャンバ内の溶融金属から脱ガスする段階の後に実行することができる。

さらに本発明の方法は、保持チャンバ内に収納されている溶融金属の貯蔵分を浸漬ヒータで加熱する段階、および配湯チャンバ内の溶融金属を浸漬ヒータで加熱する段階を含むことができる。保持チャンバおよび配湯チャンバ内の溶融金属の貯蔵分をそれぞれ加熱する浸漬ヒータは、溶融金属の表面から下方で溶融金属を加熱することができる。

本発明のさらなる詳細および利点は、図面に関連して説明される以下の詳細な説明から明らかとなる。

好適な実施形態の説明

図１および図２を参照すると、本発明による溶融金属配湯炉１０が平面図および断面側面図にそれぞれ模式的に示されている。この配湯炉１０は溶融金属の貯蔵分を収容する保持チャンバ１２を有している。この配湯炉１０は、保持チャンバ１２に隣接して配置されるとともにこの保持チャンバ１２と流体的に連通しているポンプチャンバ１４をさらに有している。溶融金属脱ガスチャンバ１６が、ポンプチャンバ１４に隣接して配置されるとともにポンプチャンバ１４および保持チャンバ１２と流体的に連通している。さらに配湯炉１０は、脱ガスチャンバ１６に隣接して配置されるとともに脱ガスチャンバ１６および保持チャンバ１２と流体的に連通している溶融金属フィルタチャンバ１８を有している。このように、保持チャンバ１２、ポンプチャンバ１４、脱ガスチャンバ１６およびフィルタチャンバ１８により配湯炉１０が概ね画成されている。前記溶融金属は、主溶解炉のような溶融金属の主な供給源に接続された充填湯溜り２０を介して保持チャンバ１２に供給することができる。

ポンプチャンバ１４は、保持チャンバ１２に隣接して配置されるとともに配湯炉１０の全体にわたって溶融金属を循環させるための溶融金属ポンプ２２を収納している。ポンプ２２は、配湯炉１０の保持チャンバ１２と他のチャンバとの間で溶融金属を移動させるために必要な駆動力をもたらす。ポンプ２２は、好ましくはセラミック製のインペラおよびセラミック製のハウジングを有するとともに、溶融アルミニウム合金に用いるために選択される。ポンプ２２は機械式ポンプ、ガスリフトポンプ、若しくは電気機械式ポンプとすることができる。

ポンプ２２への吸込口２４、例えばポンプ吸込口２４は、保持チャンバ１２と流体的に連通している。ポンプ２２の吐出口２６、例えばポンプ吐出口２６は、脱ガスチャンバ１６と流体的に連通している。ポンプ２２の運転中に、溶融金属は吸込口２４を介して保持チャンバ１２からポンプ２２へと流れる。次いでポンプ２２はポンプ吐出口２６を介して溶融金属を脱ガスチャンバ１６にポンプ送りする。

脱ガスチャンバ１６は脱ガス機構２８を収納している。この脱ガス機構２８は、脱ガスチャンバ１６内における溶融金属のガス含有量を減少させるために用いられるが、脱ガスチャンバ１６を通過する溶融金属から不純物を取り除くためにも用いることができる。例えば溶融金属が溶融アルミニウム合金あるいは他の類似した金属であるときに、この脱ガス機構２８は、溶融アルミニウム合金の水素含有量を減少させるとともにこの溶融アルミニウム合金から不純物を除去するために用いることができる。この脱ガス機構２８は好ましくは回転式脱ガス機構である。溶融アルミニウム合金の用途における適切な回転式脱ガス機構には、Alcoa社の回転式脱ガス装置モデルＲ６２２およびＲ１０２２が含まれる。Alcoa社のＲ６２２２およびＲ１０２２装置は、従来技術において良く知られている標準的な装置である。

溶融アルミニウム合金の用途において、回転式脱ガス機構２８は、ポンプ２２の作用によってポンプチャンバ１４から脱ガスチャンバ１６を介して流れる溶融アルミニウム合金の水素含有量を減少させるために不活性ガス、例えばアルゴン若しくは窒素を用いることができる。さらに、回転式脱ガス機構２８は、脱ガスチャンバ１６を通過する溶融アルミニウム合金としての溶融アルミニウム合金から不純物を除去するために、０．１〜１０％の塩素と残部としてのアルゴン若しくは窒素との混合物を用いることができる。溶融金属がアルミニウム合金、真鍮、青銅、銅、マグネシウム若しくは他の類似の金属のような低い融点を有した金属の溶融物であるときには、そのいずれもが本発明の配湯炉１０を用いることができるが、上述した清浄／脱ガス技術がしばしば必要となる。

脱ガスチャンバ１６は、それらのチャンバ間にある分離壁３１を貫通して延びている開口３０を介してフィルタチャンバ１８と流体的に連通している。以下においてさらに説明するように、ポンプ２２は、運転中には脱ガスチャンバ１６を介して溶融金属をポンプ送りする。その後、溶融金属が配湯炉１０から配湯されるときには、溶融金属はポンプ２２および重力の作用下において脱ガスチャンバ１６から開口３０を介してフィルタチャンバ１８へと流れる。分離壁３１は完全に省略することができ、これにより「組み合わせされた」脱ガスおよびフィルタチャンバが形成され、このチャンバは後に論じられるように「溶融金属処理チャンバ」とも称される。

フィルタチャンバ１８は、ダイカスト機、異形材鋳造プロセス、若しくは真空鋳造プロセスのような下流側のプロセスに溶融金属を供給しあるいは「配湯」する前に、溶融金属を濾過するための溶融金属フィルタ３２を有している。溶融金属フィルタ３２は、５０〜８０ミクロンより大きな粒子を取り除くMetaullics社のＮｏ.６粒度フィルタとすることができる。バイパス通路３４が、図２に示すようにポンプチャンバ１４の下方において脱ガスチャンバ１６と保持チャンバ１２とを接続している。このバイパス通路３４は、溶融金属が脱ガスチャンバ１６から保持チャンバ１２へと流れることを選択的に許容する調節可能なバイパスゲート（図示せず）を有することができる。バイパス通路３４は、少なくとも脱ガスチャンバ１６および保持チャンバ１２内において一定な温度が維持されることを確実にするために、配湯炉１０内における内部循環をもたらしている。図２の矢印３５は、バイパス通路３４によってもたらされている配湯炉１０内の溶融金属の内部循環を示している。

配湯炉１０は、標準的な構造とすることができるとともに好ましくは鋼製の外側シェルによって形成される。保持チャンバ１２、ポンプチャンバ１４、脱ガスチャンバ１６およびフィルタチャンバ１８は、好ましくは外側鋼製シェルの内側を覆う耐火性材料３８の層によって形成される。耐火性材料３８は、溶融アルミニウム合金や他の類似の収納が困難な金属の用途に合わせて選択される。この耐火性材料３８はまた、真鍮、青銅、銅、マグネシウム、亜鉛および他の類似の低い融点を有した金属の用途にも適している。この耐火性材料３８はポンプチャンバ１４を画成しているポンプハウジングを形成するために用いられる。この耐火性材料３８は脱ガスチャンバ１６とフィルタチャンバ１８とを分離する分離壁３１を形成するためにも用いられる。

配湯炉１０は、フィルタチャンバ１８内に配置されている溶融金属フィルタ３２の上流に形成された配湯チャンバ４０をさらに有している。この配湯チャンバ４０は、好ましくは、溶融金属を下流側のプロセスに供給するために用い得るサイフォンチューブ４２を含む。溶融金属は、周知のようにサイフォンチューブ４２内における溶融金属の上方への流れを生じさせる負圧をこのサイフォンチューブ４２内に与えることにより、下流側のプロセスへと供給することができる。

配湯炉１０は、概ね、溶融金属保持部分４４と、保持部分４４の下流側に配置された溶融金属ポンプ送り部分４５と、ポンプ送り部分４５の下流側に配置された溶融金属処理部分４６と、溶融金属処理部分４６の下流側に配置された溶融金属配湯部分４８とを含む、４つの部分に分けられると考えることができる。保持部分４４は、概ね、図２に示すように、溶融アルミニウム合金のような溶融金属５０の貯蔵分若しくは浴を収容する保持チャンバ１２によって画成される。浸漬ヒータ５２は、好ましくは、保持チャンバ１２内に収容されている溶融金属５０内に延在する。この浸漬ヒータ５２は保持チャンバ１２内に収容されている溶融金属５０の温度を維持するために用いられる。後に更に述べるように、配湯チャンバ４０から取り出された溶融金属５０を再供給するポンプ２２が作動し、かつ溶融金属５０が外部供給源から充填湯溜り２０を介して保持チャンバ１２に加えられる結果として、保持チャンバ１２内の溶融金属５０の液面レベルは変動する。

したがって運転中に、浸漬ヒータ５２の（図２において参照符号Ｈにより識別されている）加熱された部分言い換えれば加熱する部分が液面から下方において溶融金属５０を加熱するように、浸漬ヒータ５２が保持チャンバ１２内に十分に延びることが好ましい。浸漬ヒータ５２によってもたらされる「液面下における」加熱は、特に溶融金属がマグネシウムを多量に含有するアルミニウム合金であるときに、保持チャンバ１２内における金属酸化物の発生を減少させる。図２中の矢印５３は保持チャンバ１２内における溶融金属５０の代表的な量を表示するために設けられているが、その量は、配湯チャンバ４０からの溶融金属５０の配湯および下流側のチャンバから「配湯された」溶融金属５０を補うポンプ２２の作用の結果として変動する。浸漬ヒータ５２は、輻射電気ヒータ、ガス、若しくは石油ヒータのような他のタイプの加熱装置に置き換えてもよいし、或いは浸漬ヒータ５２にこれら他のタイプの加熱装置を追加してもよい。しかしながら、本発明の好ましい実施形態は、保持チャンバ１２内に含まれている溶融金属５０を加熱するために保持チャンバ１２に設けられた、複数の電気抵抗タイプの浸漬ヒータ５２を備えている。

溶融金属ポンプ送り部分４５は、ポンプチャンバ１４とその中に収納されているポンプ２２とによって画成されている。溶融金属処理部分４６は、概ね脱ガスチャンバ１６およびフィルタチャンバ１８によって画成されている。脱ガス機構２８および溶融金属フィルタ３２は、溶融金属処理部分４６において用いられる溶融金属処理装置を構成している。上述したように、脱ガスチャンバ１６およびフィルタチャンバ１８は、これらのチャンバを分離している分離壁３１を取り去ることによって単一の「組み合わされた」溶融金属処理チャンバとして形成することができる。そのような「組み合わされた」溶融金属処理チャンバは、溶融金属ポンプ送り部分４５からこのチャンバに入って来る溶融金属を処理するための脱ガス機構２８および溶融金属フィルタ３２の一方若しくは両方を有する。

配湯部分４８を画成している配湯チャンバ４０は、例えば鋳造された金属部品を製造する鋳造機械に溶融金属を供給するための、その内部に延びる溶融金属サイフォンチューブ４２を有することができる。浸漬ヒータ５４は、配湯チャンバ４０に含まれている溶融金属５０を加熱するためにその中に延びることができる。配湯チャンバ４０内の溶融金属５０を加熱するために、複数の浸漬ヒータ５４を配湯チャンバ４０内に設けることができる。

溶融金属液面レベルセンサ５６が、好ましくは配湯チャンバ４０内に配置される。この溶融金属液面レベルセンサ５６はポンプ２２に接続されている。好ましくは、ポンプ２２は溶融金属液面レベルセンサ５６によって制御可能な可変速度ポンプ２２である。溶融金属液面レベルセンサ５６はまた、フィルタチャンバ１８あるいは脱ガスチャンバ１６内に配置することもできる。溶融金属液面レベルセンサ５６は、配湯チャンバ４０（あるいはフィルタチャンバ１８若しくは脱ガスチャンバ１６）内の溶融金属の液面レベルを連続的にモニタするように構成されるとともに、配湯チャンバ４０内の溶融金属の液面レベル位置を表わす制御信号にポンプ２２に供給する。この制御信号（例えばポンプ速度制御信号）は、さらに以下において論ずるようにポンプ２２の速度を制御するために用いられる。溶融金属液面レベルセンサ５６は、配湯チャンバ４０、フィルタチャンバ１８、あるいは脱ガスチャンバ１６のいずれに設けられても同様に作動する。ポンプ２２と組み合わされた溶融金属液面レベルセンサ５６は、配湯チャンバ４０内の溶融金属５０の液面レベルを実質的に一定に維持する。溶融金属５０が炉１０から配湯されない間には、ポンプ２２は下流側のチャンバ内における溶融金属５０の安定した液面レベルを維持するために一定の回動速度で作動するが、その一方ではバイパス通路３４を介して溶融金属５０を保持チャンバ１２へと実質的に一定な流量で再循環させる。溶融金属５０が配湯チャンバ４０から取り出される間には、配湯チャンバ４０内の溶融金属５０を定められたあるいは予め設定された液面レベルに維持するために、ポンプ２２の回転速度は増加する。溶融金属５０が保持チャンバ１２に追加される間には、配湯チャンバ４０内の溶融金属５０を同じく定められたあるいは予め設定された液面レベルに維持するために、ポンプ２２の回転速度は減少する。図２に示すように、ポンプ２２はポンプインペラ５８およびハウジング６０を有しているが、好ましくはそれらはセラミック材料製である。

続けて図１および図２を参照し、配湯炉１０内の溶融金属５０が例えば溶融アルミニウム合金であるときの配湯炉１０の動作を説明する。浸漬ヒータ５２は、保持チャンバ１２内の溶融アルミニウム合金５０を概ね華氏１２００度〜華氏１５００度の間に保つために用いられる。ポンプチャンバ１４内に配置されたポンプ２２は、配湯炉１０の様々なチャンバを介して溶融アルミニウム合金５０を循環させるために用いられる。ポンプ２２は、ポンプ吸込口２４を介して溶融アルミニウム合金５０を受け入れるとともに、ポンプ吐出口２６を介して溶融アルミニウム合金５０を脱ガスチャンバ１６に供給する。脱ガスチャンバ１６内に受け入れられた溶融アルミニウム合金５０は、回転式脱ガス機構２８によって脱ガスされるとともに不純物を取り除く処理が行われる。溶融アルミニウム合金を脱ガスするために、脱ガス機構はアルゴン若しくは窒素を溶融アルミニウム合金５０に導入する。溶融アルミニウム合金５０から不純物を取り去ることが必要であり若しくは望ましい場合には、約０．１〜１０％の塩素若しくは等価物と残部としてのアルゴン若しくは窒素との混合物を脱ガス機構２８によって溶融アルミニウム合金５０内に導入することができる。前述したように、溶融アルミニウム合金５０が配湯炉１０から配湯されない間には、下流側のチャンバ内の溶融アルミニウム合金５０の安定した液面レベルを維持するとともにバイパス通路３４を介して実質的に一定な流量で溶融アルミニウム合金５０を保持チャンバ１２へと再循環させるために、ポンプ２２は一定の回転速度で作動する。溶融アルミニウム合金５０が配湯チャンバ４０から取り出される間には、配湯チャンバ４０内の溶融金属５０を定められたあるいは予め設定された液面レベルに維持するために、ポンプ２２の回転速度は増加する。

溶融アルミニウム合金５０が配湯チャンバ４０から配湯されると、溶融アルミニウム合金５０が脱ガスチャンバ１６からフィルタチャンバ１８へと流れるように誘導するために、ポンプ２２の回転速度は増加する。フィルタチャンバ１８内に配置されている溶融金属フィルタ３２は溶融アルミニウム合金５０を濾過する。フィルタチャンバ１８から、溶融アルミニウム合金５０が下流側のプロセスに連続的に配湯される配湯チャンバ４０へと通過しても、配湯チャンバ４０内の溶融アルミニウム合金５０の液面レベルは、溶融金属レベルセンサ５６によって制御されるポンプ２２の作動により実質的に一定に維持される。

本発明は、溶融金属液面レベルセンサ５６とポンプチャンバ１４内に収納された可変速度ポンプ２２との相互作用により、溶融アルミニウム合金５０の液面レベルが配湯チャンバ４０内において一定に維持されることを可能にする。前述したことを達成するために、溶融金属レベルセンサ５６は、配湯チャンバ４０内に溶融アルミニウム合金５０の液面レベルを連続的にモニタする。配湯チャンバ４０内の溶融アルミニウム合金５０の測定された液面レベルに基づいて、溶融金属レベルセンサ５６は可変速度ポンプ２２に信号（例えばポンプ速度制御信号）を出力する。ポンプ速度制御信号は、保持チャンバ１２内の溶融アルミニウム合金５０の液面レベル変化を補償するべく、ポンプ２２の速度を調整する。ポンプ２２の速度変更は、配湯チャンバ４０内における溶融アルミニウム合金５０の比較的一定な液面レベルと保持チャンバ１２内における溶融アルミニウム合金５０の変動する液面レベルとの間の水頭の差異を調整するために必要である。ポンプ２２の速度を制御することにより、保持チャンバ１２内の溶融アルミニウム合金５０の液面レベルが変動しても、配湯チャンバ４０内の溶融アルミニウム合金５０の液面レベルを実質的に一定に維持することができる。保持チャンバ１２には、主溶解炉のような主供給源システムから、充填湯溜まりを介して、新しい溶融アルミニウム合金５０を周期的に充填することができる。溶融金属レベルセンサ５６を配湯チャンバ４０ではなくてフィルタチャンバ１８若しくは脱ガスチャンバ１６内に配置するときにも、同様のプロセスが実施される。

溶融アルミニウム合金５０が配湯チャンバ４０から配湯されないときに、ポンプ２２は溶融アルミニウム合金５０を一定の流量で保持チャンバ１２に再循環させるために連続的に作動するが、その一方で脱ガスチャンバ１６、フィルタチャンバ１８および配湯チャンバ４０内における溶融アルミニウム合金５０の下流の液面レベルはポンブ２２によって実質的に一定に維持される。ポンプ２２のこの「静的な」作動状態は、溶融アルミニウム合金５０の下流の液面レベルを実質的に一定に維持する。配湯動作が開始されると、溶融金属レベルセンサ５６は自動的にポンプ２２の速度を上げる。配湯動作が開始されると、ポンプ２２は溶融アルミニウム合金５０をフィルタチャンバ１８および配湯チャンバ４０に動かそうとする重力によって助けられる。すなわち、容積、したがってこれらのチャンバ内の溶融アルミニウム合金５０の液面レベルが低下するからである。

配湯チャンバ４０内の溶融金属の液面レベルを一定に維持することは有利である。溶融金属の下流側のプロセスへの供給に一貫性を生じさせるからである。さらに、配湯動作の間に配湯チャンバ４０内の液面レベルが一定に維持されるので、配湯チャンバ４０内の溶融金属の液面レベルの変動によって配湯チャンバ４０内に金属酸化物が形成される可能性がより小さくなる。このことは、下流側のプロセスに供給される溶融金属の品質が改良されることを意味する。

本発明の配湯炉１０は、現在知られている溶融金属処理／保持装置に対して他の利点をもたらす。配湯動作および非配湯動作の間に配湯チャンバ４０内の溶融金属の液面レベルを一定に維持するために可変速度ポンプ２２が制御されるから、配湯チャンバ４０内における溶融金属の全体的な貯蔵分を最小化できるのである。このようにして配湯炉１０の全体的な容積を最小化することができる。さらに、溶融金属合金を変更するときに配湯炉１０を洗浄するために必要な「洗浄」のための金属の量を減少させることができる。したがって、下流側のプロセスにおける溶融金属合金の変更を促進することができる。さらに、配湯炉１０内に貯蔵された溶融金属を使用する時点において、配湯炉１０を通って循環する溶融金属内の不純物が配湯チャンバ４０ではなくて保持チャンバ１２に集まる。

本発明の好ましい実施例を本願明細書に記述したが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく本発明のさまざまな変更および修正をなすことができる。

本発明による金属処理および液面レベル制御を有した溶融金属配湯炉の概略平面図。 図１の金属処理および液面レベル制御を有した溶融金属配湯炉の、図１中の線II―IIに沿った概略断面図。

Claims (25)

1. 溶融金属を下流側のプロセスに供給する配湯炉であって、
   溶融金属の貯蔵分を収容するように構成された保持チャンバと、
   前記保持チャンバと流体的に連通するとともに、前記保持チャンバに接続されたポンプ吸込口と、ポンプ吐出口とを有しており、かつ、運転中に前記配湯炉を介して溶融金属をポンプ送りするように構成された可変速度ポンプと、
   前記ポンプ吐出口を介して前記ポンプと流体的に連通している溶融金属処理チャンバと、
   前記溶融金属処理チャンバの下流側に配置されて前記溶融金属処理チャンバと流体的に連通している配湯チャンバと、
   前記配湯チャンバ内に配置されるとともに前記ポンプに接続されて前記ポンプにポンプ速度制御信号を出力し、かつ、前記配湯チャンバ内の溶融金属の液面レベルをモニタするとともに前記ポンプ速度制御信号によって前記ポンプの速度を制御することにより前記配湯チャンバ内の溶融金属を予め設定された液面レベルに維持するように構成された溶融金属液面レベルセンサと、
   を備えたことを特徴とする配湯炉。
2. 前記ポンプが、セラミック製ハウジング内に配置されたセラミック製インペラを有する機械式ポンプであることを特徴とする、請求項１に記載の配湯炉。
3. 前記配湯炉の運転中に前記保持チャンバ内に収容されている前記溶融金属の貯蔵分を加熱するための、前記保持チャンバ内に延在する浸漬ヒータをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載した配湯炉。
4. 前記浸漬ヒータが前記溶融金属の表面より下方において前記保持チャンバ内の溶融金属の貯蔵分を加熱することを特徴とする、請求項３に記載の配湯炉。
5. 前記溶融金属処理チャンバは、前記ポンプの影響下において前記溶融金属処理チャンバを通って流れる溶融金属の一部がバイパス通路を通って前記保持チャンバに再循環するように、前記バイパス通路を介して前記保持チャンバと流体的に連通していることを特徴とする、請求項１に記載の配湯炉。
6. 前記溶融金属処理チャンバは、前記ポンプの影響下において前記溶融金属処理チャンバを通って流れる溶融金属からガスおよび不純物を取り除く脱ガス機構を有することを特徴とする、請求項１に記載の配湯炉。
7. 前記脱ガス機構が回転式脱ガス機構であることを特徴とする、請求項６に記載の配湯炉。
8. 前記溶融金属処理チャンバは、前記ポンプの影響下において前記溶融金属処理チャンバを通って流れる溶融金属を濾過する溶融金属フィルタを有することを特徴とする、請求項１に記載の配湯炉。
9. 前記配湯炉の運転中に前記下流側のプロセスに溶融金属を供給するための、前記配湯チャンバ内に延在しているサイフォンチューブをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の配湯炉。
10. 前記配湯炉の運転中に前記配湯チャンバ内に収容されている溶融金属を加熱するための、前記配湯チャンバ内に延在する浸漬ヒータをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載した配湯炉。
11. 前記溶融金属処理チャンバは、前記ポンプの影響下において前記溶融金属処理チャンバを通って流れる溶融金属からガスおよび不純物を取り除く脱ガス機構を有しており、
    前記溶融金属処理チャンバは、前記ポンプの影響下において前記溶融金属処理チャンバを通って流れる溶融金属を濾過する溶融金属フィルタを前記脱ガス機構の下流側に更に有している、
    ことを特徴とする、請求項１に記載の配湯炉チャンバ。
12. 溶融金属を下流側のプロセスに供給する配湯炉であって、
    溶融金属の貯蔵分を収容するように構成された保持チャンバと、
    前記保持チャンバと流体的に連通するとともに、前記保持チャンバに接続されたポンプ吸込口と、ポンプ吐出口とを有しており、かつ、運転中に前記配湯炉を介して溶融金属をポンプ送りするように構成された可変速度ポンプと、
    前記ポンプ吐出口を介して前記ポンプと流体的に連通するとともに、前記ポンプの影響下においてそこを通って流れる溶融金属からガスおよび不純物を取り除くための脱ガス機構を有している脱ガスチャンバと、
    前記脱ガスチャンバの下流側に配置されて前記脱ガスチャンバと流体的に連通するとともに、前記ポンプの影響下においてそこを通って流れる溶融金属を濾過する溶融金属フィルタを有しているフィルタチャンバと、
    前記フィルタチャンバの下流側に配置されて前記フィルタチャンバと流体的に連通している配湯チャンバと、
    前記配湯チャンバ内に配置されるとともに前記ポンプに接続されて前記ポンプにポンプ速度制御信号を出力し、かつ、前記配湯チャンバ内の溶融金属の液面レベルをモニタするとともに前記ポンプ速度制御信号によって前記ポンプの速度を制御することにより前記配湯処理チャンバ内の溶融金属を予め設定された液面レベルに維持するように構成された溶融金属液面レベルセンサと、を備えることを特徴とする配湯炉。
13. 前記ポンプが、セラミック製ハウジング内に配置されたセラミック製インペラを有する機械式ポンプであることを特徴とする、請求項１２に記載の配湯炉。
14. 前記配湯炉の運転中に前記保持チャンバ内に収容されている前記溶融金属の貯蔵分を加熱する、前記保持チャンバ内に延在する浸漬ヒータをさらに備えることを特徴とする、請求項１２に記載した配湯炉。
15. 前記浸漬ヒータが前記溶融金属の液面より下方において前記保持チャンバ内の溶融金属の貯蔵分を加熱することを特徴とする、請求項１４に記載の配湯炉。
16. 前記脱ガスチャンバは、前記ポンプの影響下において前記脱ガスチャンバを通って流れる溶融金属の一部がバイパス通路を通って前記保持チャンバに再循環するするように、前記バイパス通路を介して前記保持チャンバと流体的に連通していることを特徴とする、請求項１２に記載の配湯炉。
17. 前記ポンプが前記保持チャンバと前記脱ガスチャンバとの間に配置されたポンプチャンバ内に配置され、
    前記バイパス通路が前記ポンプチャンバの下方において前記脱ガスチャンバを前記保持チャンバに接続している、
    ことを特徴とする、請求項１６に記載の配湯炉。
18. 前記脱ガス機構が回転式脱ガス機構であることを特徴とする、請求項１２に記載の配湯炉。
19. 前記配湯炉の運転中に前記下流側のプロセスに溶融金属を供給するための、前記配湯チャンバ内に延在しているサイフォンチューブを更に備えたことを特徴とする、請求項１２に記載した配湯炉。
20. 前記配湯炉の運転中に前記配湯チャンバ内に収容されている溶融金属を加熱するための、前記配湯チャンバ内に延在する浸漬ヒータを更に備えたことを特徴とする、請求項１２に記載した配湯炉。
21. 溶融金属配湯炉内の溶融金属の液面レベルを制御する方法であって、
    前記配湯炉が、
    溶融金属の貯蔵分を収容するように構成された保持チャンバと、
    前記保持チャンバと流体的に連通するとともに、前記保持チャンバに接続されたポンプ吸込口と、ポンプ吐出口とを有しており、かつ、運転中に前記配湯炉を介して溶融金属をポンプ送りするように構成された可変速度ポンプと、
    前記ポンプ吐出口を介して前記ポンプと流体的に連通している溶融金属処理チャンバと、
    前記溶融金属処理チャンバの下流側に配置されて前記溶融金属処理チャンバと流体的に連通している配湯チャンバと、
    前記配湯チャンバ内に配置されるとともに前記ポンプに接続された、前記ポンプにポンプ速度制御信号を出力する溶融金属レベルセンサと、
    を備えており、
    前記方法が、
    前記保持チャンバから前記溶融金属処理チャンバへと溶融金属をポンプ送りする段階と、
    前記溶融金属処理チャンバ内で溶融金属を処理する段階と、
    前記配湯チャンバに溶融金属をポンプ送りする段階と、
    前記液面レベルセンサによって前記配湯チャンバ内の溶融金属の液面レベルをモニタする段階と、
    前記ポンプに前記ポンプ速度制御信号を出力して前記ポンプの速度を制御し、前記配湯チャンバ内の溶融金属を予め設定された液面レベルに維持する段階と、
    前記配湯チャンバから下流側のプロセスに溶融金属を配湯する段階と、
    を有することを特徴とする方法。
22. 前記溶融金属処理チャンバを通って流れる溶融金属の一部を前記保持チャンバに再循環させる段階を更に有することを特徴とする、請求項２１に記載した方法。
23. 前記溶融金属処理チャンバ内において溶融金属を脱ガスする段階を更に有することを特徴とする、請求項２１に記載した方法。
24. 前記溶融金属処理チャンバ内において溶融金属を濾過する段階を更に有することを特徴とする、請求項２１に記載した方法。
25. 前記溶融金属処理チャンバ内において溶融金属を脱ガスする段階の後に前記溶融金属処理チャンバ内で溶融金属を濾過する段階を更に有することを特徴とする、請求項２３に記載した方法。

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