JP5336735B2 - 溶融金属濾過装置の予熱方法及び溶融金属濾過装置 - Google Patents
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Description
本発明は溶融金属濾過装置の予熱方法及び溶融金属濾過装置に関し、より詳しくは、溶融金属濾過装置の予熱時にフィルターカートリッジの部位間に生じる温度差を緩和してフィルターカートリッジ部材、特に出湯側鏡板に微亀裂が発生することを防止し得る溶融金属濾過装置の予熱方法及び溶融金属濾過装置に関する。
従来、複数本のセラミックス製濾過チューブと出湯側鏡板と封止側鏡板とを有するフィルターカートリッジを収容する濾過室、該濾過室への入湯通路、該濾過室からの出湯通路、及び下面側にヒーターを有する濾過室用蓋からなる溶融金属濾過装置は周知である。
しかし、上記のような溶融金属濾過装置においては、入湯通路から入る溶融金属は通常８００℃以上の高温であるので、室温と同じ低温度のセラミックス製濾過チューブに直に触れると、濾過チューブを破損させることがある。
その対策として、濾過操業の開始前に、濾過室用蓋の下面に取付けてある溶融金属加熱用のヒーターに通電して空炊きし、濾過チューブを加熱するようにしている。しかし、濾過室の出湯通路立ち上がり部側にある断熱材層や内張材はその厚みが厚くとられており、また、セットされているフィルターカートリッジに遮られているために従来方法の濾過室上部のみからの加熱ではフィルターカートリッジ下部、特に出湯側鏡板側は非常に暖まりにくく、フィルターカートリッジの上下方向で温度差が生じ、その温度差に起因する熱歪のためにフィルターカートリッジ部材、特に出湯側鏡板に微亀裂が発生しやすい。上記のような溶融金属濾過装置でフィルターカートリッジの上部を８００℃まで昇温させた場合には、昇温速度に依存するが、上部と下部との間で例えば４００〜５５０℃の温度差が生じ、出湯側鏡板にしばしば微亀裂が発生することが確認されている。
また、濾過室内の下部の温度が上がりきらない状態で溶融金属を導入すると、フィルターカートリッジを構成する濾過チューブのうち、下部付近に位置する温度が低い濾過チューブでは、その孔部で溶融金属が固化して孔を塞ぎ、濾過効率が下がるという問題があった。
上記のような温度差を解消するための手段として、熱風供給装置により濾過室内に熱風を供給して濾過室内の空気を攪拌し、フィルターカートリッジの加熱を改善する方法（例えば、特許文献１及び２参照）や、濾過室内の下部の空気を吸引しながら加熱してフィルターカートリッジを均一に加熱しようとする方法（例えば、特許文献３参照）が提案されている。
上記のように熱風供給装置を用いて濾過室内の攪拌を行った場合には、上部と下部との間の温度差は、昇温速度に依存するが、例えば３００〜４５０℃に緩和される。しかし、昇温速度によっては、濾過室の出湯通路立ち上がり部側の断熱材層や内張材に接する出湯側鏡板に微亀裂が発生するケースがあった。このように微亀裂が発生すると、本来濾過チューブで捕獲されるべき異物がその亀裂破面から通り抜けることも起こり得る。また、使用後のフィルターカートリッジをクレーンで取り出す時にその亀裂が拡大し、破損・落下事故が起きることも考えられる。
本発明の目的は、溶融金属濾過装置の予熱時にフィルターカートリッジの部位間に生じる温度差、特にフィルターカートリッジの上部と、下部、特に出湯側鏡板側との温度差を緩和してフィルターカートリッジ部材、特に出湯側鏡板に微亀裂が発生することを防止し得る溶融金属濾過装置の予熱方法及び溶融金属濾過装置を提供することにある。
本発明者らは上記の目的を達成するために鋭意検討した結果、出湯通路の立ち上がりコーナーに埋め込んだ又は濾過室の隔壁レンガと出湯通路の隔壁レンガとの間に埋め込んだセラミックヒーターからなり、出湯側鏡板側からフィルターカートリッジを加熱するための熱源を設けてフィルターカートリッジを従来暖まりにくかった出湯側鏡板側からも加熱することにより目的とする効果が得られることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明の溶融金属濾過装置の予熱方法は、複数本のセラミックス製濾過チューブと出湯側鏡板と封止側鏡板とを有するフィルターカートリッジを収容する濾過室、該濾過室への入湯通路、該濾過室からの出湯通路、及び下面側にヒーターを有する濾過室用蓋からなる溶融金属濾過装置の予熱方法において、前記出湯通路の立ち上がりコーナーに埋め込んだ又は該濾過室の隔壁レンガと該出湯通路の隔壁レンガとの間に埋め込んだセラミックヒーターからなる熱源を設け、前記濾過室用蓋にあるヒーターからの加熱及び前記熱源による出湯側鏡板側からの前記フィルターカートリッジの加熱を実施することを特徴とする。
また、本発明の溶融金属濾過装置の予熱方法は、複数本のセラミックス製濾過チューブと出湯側鏡板と封止側鏡板とを有するフィルターカートリッジを収容する濾過室、該濾過室への入湯通路、該濾過室からの出湯通路、及び下面側にヒーターを有する濾過室用蓋からなる溶融金属濾過装置の予熱方法において、前記出湯通路の立ち上がりコーナーに埋め込んだ又は該濾過室の隔壁レンガと該出湯通路の隔壁レンガとの間に埋め込んだセラミックヒーターからなる熱源を設け、前記濾過室用蓋にあるヒーターからの加熱、前記熱源による出湯側鏡板側からの前記フィルターカートリッジの加熱及び前記濾過室用蓋に設けられた内外連通穴から導入される熱風による加熱を実施することを特徴とする。
更に、本発明の溶融金属濾過装置の予熱方法は、複数本のセラミックス製濾過チューブと出湯側鏡板と封止側鏡板とを有するフィルターカートリッジを収容する濾過室、該濾過室への入湯通路、該濾過室からの出湯通路、該濾過室にある熱源、及び濾過室用蓋からなる溶融金属濾過装置の予熱方法において、前記出湯通路の立ち上がりコーナーに埋め込んだ又は該濾過室の隔壁レンガと該出湯通路の隔壁レンガとの間に埋め込んだセラミックヒーターからなる熱源を設け、前記濾過室にある熱源からの加熱及び前記熱源による出湯側鏡板側からの前記フィルターカートリッジの加熱を実施することを特徴とする。
本発明の溶融金属濾過装置は、複数本のセラミックス製濾過チューブと出湯側鏡板と封止側鏡板とを有するフィルターカートリッジを収容する濾過室、該濾過室への入湯通路、該濾過室からの出湯通路、及び下面側にヒーターを有する濾過室用蓋からなる溶融金属濾過装置において、セラミックヒーターからなり、出湯側鏡板側から前記フィルターカートリッジを加熱するための熱源が出湯通路の立ち上がりコーナーに埋め込まれ又は該濾過室の隔壁レンガと該出湯通路の隔壁レンガとの間に埋め込まれて存在することを特徴とする。
また、本発明の溶融金属濾過装置は、複数本のセラミックス製濾過チューブと出湯側鏡板と封止側鏡板とを有するフィルターカートリッジを収容する濾過室、該濾過室への入湯通路、該濾過室からの出湯通路、及び下面側にヒーターを有する濾過室用蓋からなる溶融金属濾過装置において、セラミックヒーターからなり、出湯側鏡板側から前記フィルターカートリッジを加熱するための熱源が出湯通路の立ち上がりコーナーに埋め込まれて又は該濾過室の隔壁レンガと該出湯通路の隔壁レンガとの間に埋め込まれて存在し、該濾過室用蓋には濾過室に熱風を導入するための内外連通穴が設けられていることを特徴とする。
更に、本発明の溶融金属濾過装置は、複数本のセラミックス製濾過チューブと出湯側鏡板と封止側鏡板とを有するフィルターカートリッジを収容する濾過室、該濾過室への入湯通路、該濾過室からの出湯通路、該濾過室にある熱源、及び濾過室用蓋からなる溶融金属濾過装置において、セラミックヒーターからなり、出湯側鏡板側から前記フィルターカートリッジを加熱するための熱源が出湯通路の立ち上がりコーナーに埋め込まれて又は該濾過室の隔壁レンガと該出湯通路の隔壁レンガとの間に埋め込まれて存在することを特徴とする。
本発明の溶融金属濾過装置の予熱方法及び溶融金属濾過装置を採用することにより、フィルターカートリッジの上部と下部との間の温度差は、昇温速度に依存して、例えば２５０〜３７０℃に緩和され、このことによりフィルターカートリッジにかかる熱歪が大幅に緩和され、微亀裂の発生を防止し得る。更に、熱風供給装置を併用することにより更に温度差を小さくすることができる。
１ 濾過室
２ 入湯通路
３ 出湯通路
４ 濾過室用蓋下面のヒーター
５ 濾過室用蓋
６ セラミックス製濾過チューブ
７ 出湯側鏡板
８ 封止側鏡板
９ フィルターカートリッジ
１０ 熱源
１１ 濾過室に熱風を導入するための内外連通穴
１２ 隔壁
２ 入湯通路
３ 出湯通路
４ 濾過室用蓋下面のヒーター
５ 濾過室用蓋
６ セラミックス製濾過チューブ
７ 出湯側鏡板
８ 封止側鏡板
９ フィルターカートリッジ
１０ 熱源
１１ 濾過室に熱風を導入するための内外連通穴
１２ 隔壁
本発明の溶融金属濾過装置の予熱方法及び溶融金属濾過装置においては、濾過室にある熱源、例えば濾過室用蓋にあるヒーターからの加熱に加えて、出湯通路に熱源を設けて、フィルターカートリッジを従来暖まりにくかった出湯側鏡板側からも加熱することを特徴とするものである。これらの両方の加熱を同時に実施しても、交互に実施しても、或いは一部の時間は同時加熱で残りの時間は何れか一方の加熱としても良い。その濾過室にある熱源として、上記のように濾過室用蓋の下面にあるヒーターを用いても、その他の熱源を用いてもよく、それらの併用でもよい。その他の熱源として、フィルターカートリッジの横側に設けられる電熱ヒーターや、濾過室用蓋の下面に設けられるガスバーナー、蓋体や入湯通路からの熱風等を用いてもよい。その出湯通路の熱源として電熱ヒーター、ガスバーナー、熱風等を用いることができる。また、これらの熱源については溶融金属の濾過操業の開始前に取り除いても、加熱を停止してもよく、熱源の形態、配置によっては濾過操業中も加熱を続けることもできる。
本発明を以下に図面に基づいて説明する。図１（ａ）は本発明の溶融金属濾過装置の一例を示す断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。図１に示す本発明の溶融金属濾過装置は、濾過室１、該濾過室１への入湯通路２、該濾過室１からの出湯通路３、及び下面側にヒーター４を有する濾過室用蓋５を有している。該濾過室１には複数本のセラミックス製濾過チューブ６と出湯側鏡板７と封止側鏡板８とを有するフィルターカートリッジ９が収容されている。更に、出湯側鏡板７側からフィルターカートリッジ９を加熱するための熱源１０が出湯通路３中に存在し、また、該濾過室用蓋５には濾過室に熱風を導入するための内外連通穴１１が設けられている。
図１に示す溶融金属濾過装置の変形例として、濾過室用蓋に設けられているヒーターの代わりに、濾過室に別個の熱源を設けることもできる。例えば、フィルターカートリッジの横側に電熱ヒーターを設けてもよい。無論、濾過室用蓋に設けられているヒーターと濾過室に設けられている別個の熱源とを併用することもできる。例えば、溶融金属の導入の前の濾過室予熱工程において、濾過室用蓋に設けられているヒーター及び濾過室に設けられている別個の熱源の両方を用いて加熱しても、何れか一方を用いて加熱してもよい。また、溶融金属の導入の前の濾過室予熱時には濾過室用蓋に設けられているヒーターのみで加熱を行い、濾過操業中は濾過室用蓋に設けられているヒーターは用いずに、濾過室に設けられている別個の熱源のみで溶融金属の温度を保持するようにしてもよい。このように濾過操業中は濾過室用蓋に設けられているヒーターで加熱しないことにより、溶融金属の酸化を防止することができる。
この熱源１０として例えばセラミックヒーターを用いることができ、セラミックヒーターの加熱部分の位置は、出湯側鏡板との間に障害物が無いような位置であることが好ましい。また、このセラミックヒーターは予熱の間だけ出湯通路３中に存在させ、溶融金属の導入に先だって取り出してもよく、或いは、セラミックヒーターを溶融金属に耐え得る材質で溶融金属と接触する長さよりも長くして濾過操業中も出湯通路３中に存在させたままにしておくこともできる。出湯通路３中に存在させたままにしておく場合には、加熱を停止した状態であっても、加熱を続けた状態であってもよい。
この熱源１０は図２に示すように、出湯通路３の立ち上がりコーナー部にセラミックで埋め込んでもよく、或いは図３に示すように、濾過室隔壁レンガと出湯通路隔壁レンガとの間に埋め込んでもよい。更に、この熱源１０は図４に示すように、出湯通路３の立ち上がり部の天井部分に設けたバーナーであってもよく、或いは図５に示すように、出湯通路３の立ち上がり部の天井部分に吹き出し口を設けた空気加熱器からの熱風であってもよい。
本発明の溶融金属濾過装置においては、図６に示すように、下面側にヒーター４を有する濾過室用蓋５を出湯通路３の立ち上がり部の天井部分まで延ばし、出湯通路３の立ち上がり部の天井部分にもヒーターを設けて熱源１０としてもよく、或いは図７に示すように、下面側にヒーター４を有する濾過室用蓋５を出湯通路３の立ち上がり部の天井部分まで延ばし、出湯通路３の立ち上がり部の天井部分にもヒーターを設けて熱源１０とし、この熱源１０とヒーター４との間に隔壁１２を設けてもよい。無論、本発明の溶融金属濾過装置の予熱方法及び溶融金属濾過装置においては、出湯通路の熱源１０による出湯側鏡板側からの加熱を複数の形式で実施することができる。例えば、図１〜７に示した加熱形式の任意の２種以上を同時に又は交互に利用することができる。
本発明の溶融金属濾過装置において、濾過室用蓋に設けられた内外連通穴１１から導入される熱風による加熱も利用する場合には、例えば特開平５−１９５１０１号公報に記載されているようにして、該内外連通穴１１に加熱具とファンとを有する送風管を接続し、加熱具で加熱した熱風をファンにより濾過室用蓋５に設けられた内外連通穴１１を通過させて濾過室１に熱風を導入する。この場合には三者の加熱を同時に実施しても、交互に実施しても、或いは一部の時間は同時加熱で残りの時間は何れか１種又は２種の加熱としても良い。
図１に示す溶融金属濾過装置を用い、図８に示す側面形状のフィルターカートリッジを用いて、昇温速度が３０℃／ｈｒ又は１００℃／ｈｒとなるように、（１）ヒーター４のみを用いて加熱した場合、（２）ヒーター４を用いて加熱し且つ内外連通穴１１から熱風を吹き込んだ場合、（３）ヒーター４を用いて加熱し且つセラミックヒーター１０を用いて加熱した場合、（４）ヒーター４及びセラミックヒーター１０の両方を用いて加熱し且つ内外連通穴１１から熱風を吹き込んだ場合のそれぞれについて、フィルターカートリッジ上部（設定温度）の温度が８００℃に到達したときの、フィルターカートリッジの中央部及び下部の温度を測定した。また、昇温速度が３０℃／ｈｒの場合については５０時間後のフィルターカートリッジの中央部及び下部の温度を測定し、昇温速度が１００℃／ｈｒの場合については３０時間後のフィルターカートリッジの中央部及び下部の温度を測定した。その結果は図９（ａ）及び（ｂ）（昇温速度が３０℃／ｈｒの場合）及び図１０（ａ）及び（ｂ）（昇温速度が１００℃／ｈｒの場合）に示す通りであった。
図９及び図１０のグラフから明らかなように、フィルターカートリッジの上下の温度差は第１表に示す通りであった。また、それらの場合の出湯側鏡板の亀裂発生の有無は第１表に示す通りであった（×は亀裂発生、○は亀裂発生なし）。
第１表のデータから明らかなように、従来加熱である（１）の場合には出湯側鏡板に亀裂の発生が認められ、従来加熱に更に熱風供給した（２）の場合には、昇温速度が３０℃／ｈｒである時には出湯側鏡板に亀裂の発生は認められなかったが、昇温速度が１００℃／ｈｒである時には出湯側鏡板に亀裂の発生が認められた。
これに対して本発明の実施態様である上記の（３）の場合及び（４）の場合には、上下の温度差が小さく、出湯側鏡板にも亀裂の発生は認められなかった。即ち、本発明の溶融金属濾過装置の予熱方法及び溶融金属濾過装置を採用することにより、フィルターカートリッジの上部と下部との間の温度差は小さくなり、このことによりフィルターカートリッジにかかる熱歪が大幅に緩和され、微亀裂の発生を防止し得る。更に、熱風供給装置を併用することにより更に温度差を小さくすることができる。
Claims (8)
- 複数本のセラミックス製濾過チューブと出湯側鏡板と封止側鏡板とを有するフィルターカートリッジを収容する濾過室、該濾過室への入湯通路、該濾過室からの出湯通路、及び下面側にヒーターを有する濾過室用蓋からなる溶融金属濾過装置の予熱方法において、前記出湯通路の立ち上がりコーナーに埋め込んだ又は該濾過室の隔壁レンガと該出湯通路の隔壁レンガとの間に埋め込んだセラミックヒーターからなる熱源を設け、前記濾過室用蓋にあるヒーターからの加熱及び前記熱源による出湯側鏡板側からの前記フィルターカートリッジの加熱を実施することを特徴とする溶融金属濾過装置の予熱方法。
- 複数本のセラミックス製濾過チューブと出湯側鏡板と封止側鏡板とを有するフィルターカートリッジを収容する濾過室、該濾過室への入湯通路、該濾過室からの出湯通路、及び下面側にヒーターを有する濾過室用蓋からなる溶融金属濾過装置の予熱方法において、前記出湯通路の立ち上がりコーナーに埋め込んだ又は該濾過室の隔壁レンガと該出湯通路の隔壁レンガとの間に埋め込んだセラミックヒーターからなる熱源を設け、前記濾過室用蓋にあるヒーターからの加熱、前記熱源による出湯側鏡板側からの前記フィルターカートリッジの加熱及び前記濾過室用蓋に設けられた内外連通穴から導入される熱風による加熱を実施することを特徴とする溶融金属濾過装置の予熱方法。
- 複数本のセラミックス製濾過チューブと出湯側鏡板と封止側鏡板とを有するフィルターカートリッジを収容する濾過室、該濾過室への入湯通路、該濾過室からの出湯通路、該濾過室にある熱源、及び濾過室用蓋からなる溶融金属濾過装置の予熱方法において、前記出湯通路の立ち上がりコーナーに埋め込んだ又は該濾過室の隔壁レンガと該出湯通路の隔壁レンガとの間に埋め込んだセラミックヒーターからなる熱源を設け、前記濾過室にある熱源からの加熱及び前記熱源による出湯側鏡板側からの前記フィルターカートリッジの加熱を実施することを特徴とする溶融金属濾過装置の予熱方法。
- 出湯通路の熱源は溶融金属の濾過操業の開始前に取り除くか又は加熱を停止することを特徴とする請求項１、２又３記載の予熱方法。
- 複数本のセラミックス製濾過チューブと出湯側鏡板と封止側鏡板とを有するフィルターカートリッジを収容する濾過室、該濾過室への入湯通路、該濾過室からの出湯通路、及び下面側にヒーターを有する濾過室用蓋からなる溶融金属濾過装置において、セラミックヒーターからなり、出湯側鏡板側から前記フィルターカートリッジを加熱するための熱源が出湯通路の立ち上がりコーナーに埋め込まれて又は該濾過室の隔壁レンガと該出湯通路の隔壁レンガとの間に埋め込まれて存在することを特徴とする溶融金属濾過装置。
- 複数本のセラミックス製濾過チューブと出湯側鏡板と封止側鏡板とを有するフィルターカートリッジを収容する濾過室、該濾過室への入湯通路、該濾過室からの出湯通路、及び下面側にヒーターを有する濾過室用蓋からなる溶融金属濾過装置において、セラミックヒーターからなり、出湯側鏡板側から前記フィルターカートリッジを加熱するための熱源が出湯通路の立ち上がりコーナーに埋め込まれて又は該濾過室の隔壁レンガと該出湯通路の隔壁レンガとの間に埋め込まれて存在し、該濾過室用蓋には濾過室に熱風を導入するための内外連通穴が設けられていることを特徴とする溶融金属濾過装置。
- 複数本のセラミックス製濾過チューブと出湯側鏡板と封止側鏡板とを有するフィルターカートリッジを収容する濾過室、該濾過室への入湯通路、該濾過室からの出湯通路、該濾過室にある熱源、及び濾過室用蓋からなる溶融金属濾過装置において、セラミックヒーターからなり、出湯側鏡板側から前記フィルターカートリッジを加熱するための熱源が出湯通路の立ち上がりコーナーに埋め込まれて又は該濾過室の隔壁レンガと該出湯通路の隔壁レンガとの間に埋め込まれて存在することを特徴とする溶融金属濾過装置。
- 出湯通路に設けられる熱源は溶融金属の濾過操業の開始前に取り出すことができるか又は加熱を停止できるものであることを特徴とする請求項５、６又は７記載の溶融金属濾過装置。
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