JP5485776B2 - 溶解炉 - Google Patents

Description

本発明は、主にアルミニウム合金の処理材（切削粉、飲料缶、破砕材や長尺材等）を溶解する溶解炉に関する。

上記処理材を溶解する溶解炉として、溶解貯留部と材料投入部（渦室）を区画して形成し、材料投入部と溶解貯留部との間を連通する通穴が底の左右に設けられたものが存在する（例えば特許文献１参照。）。そして、これは、材料投入部で溶湯の渦流を発生させるために、材料投入部の外周側にリニアモータ式の移動磁界発生装置（非接触型スターラ）を設置してある。

特開２００６−１０２１４号公報

ところが、非接触型スターラを渦室の外周側に設置する構造では、非接触型スターラの分だけ、溶解炉が必然的に大きくなる。また、このように外周側に設置する構造の場合、必ず、渦室の周壁の肉厚距離分だけ非接触型スターラと溶湯との距離が離れる。しかしながら、非接触型スターラの作用を溶湯に充分に作用させるには、薄い方が望ましい。さらに、溶解炉の大きさを現状程度に維持しているのならば、溶湯の渦流による攪拌力が向上する構造の開発が業界として望まれている。

そのほかに、溶解炉を運転して処理材を溶解すると、例えば処理材がアルミであればアルミ以外に含まれる不純物及び酸化アルミ等の滓が浮遊し、その滓が渦室の壁に付着する。運転を継続すると、滓が堆積してゆき、放っておくと運転不可能な量にまで堆積する。このような場合、通常は俗にブレイカーと言われる解体用の機械によって滓を除去するが、除去作業においては作業空間が広いことが望まれる。

本発明は上記実情を考慮して開発されたもので、その解決課題はアルミ等の処理材を渦室内の溶湯の渦流によって攪拌して溶解させる場合に、少なくとも非接触型スターラの設置箇所を渦室の外周側以外の場所にすることである。

本発明は、溶湯を貯留する溶解室と、渦流によって処理材を溶解する渦室とを備え、溶解室の側面に渦室を設け、渦室から連通口を介して溶解室に溶湯が出入りする溶解炉を前提とする。

そして、請求項１の発明は、内部空間を平面視円形状とする渦室の中央部に耐火物からなる中空の断熱ケースを着脱可能に設置し、渦室と断熱ケースとによって平面視ドーナツ状の攪拌空間を形成し、断熱ケース内に非接触型スターラを収容してあることを特徴とする。

「平面視ドーナツ状の攪拌空間」とは、周壁と断熱ケースとが同心円状に設置された場合の真円のドーナツ状に限らず、周壁の中央部ではあるが中心から偏心した位置に断熱ケースが設置された場合の偏心したドーナツ状も含まれるものとする。偏心量はあくまで渦流が発生する程度に限られる。また、平面視した場合の断熱ケースの肉厚は、問わないが、非接触型スターラの作用を溶湯に充分に作用させるには、次のように、薄い方が望ましい。即ち、請求項２の発明のように、平面視した場合に、断熱ケースの肉厚を渦室の肉厚よりも薄くしてあることである。

渦室の内側の底面は、全域が同じ高さの平面であってもよい。この場合、断熱ケースの底の肉厚分に相当する高さ位置の溶湯には、非接触型スターラからの移動磁界が充分に作用しない。そこで、それを解消するには、次のようにすることが望ましい。即ち、請求項３の発明のように、渦室の内側の底面に設置穴を有し、設置穴に断熱ケースの下端部を置き、非接触型スターラの最下端位置が渦室の内側の底面以下であることである。

攪拌空間での溶湯による渦流の進行方向を変えるレジスタが、渦室の周壁から内向きに突出していれば、渦流が複雑化して処理材の溶解効率を向上することもできるが、この場合、レジスタが損傷した場合に交換し難い。それを解消するには次のようにすることが望ましい。即ち、請求項４の発明のように、攪拌空間での溶湯による渦流の進行方向を変えるレジスタを断熱ケースから外向きに突出してあることである。

非接触型スターラは、断熱ケース内で移動不能に収容されたものであってもよい。但し、攪拌空間での溶湯の渦巻の状態を変えるには、次のようにすることが望ましい。即ち、請求項５の発明のように、非接触型スターラが断熱ケース内で昇降可能に設けてあることである。

請求項１の発明は、非接触型スターラを渦室の中央部に設置するという従来とは全く異なる思想に基づくものである。そして、非接触型スターラの外側を囲む断熱ケースと渦室とによって平面視ドーナツ状の攪拌空間を形成し、断熱ケース内に非接触型スターラを収容してあるので、従来のように非接触型スターラを渦室に対して外周側に設置する必然性がなくなり、その分だけ溶解炉を小さく形成することもできる。仮に非接触型スターラを複数設けた場合、つまり非接触型スターラを渦室の中央部に設けるだけでなく、従来のように渦室に対して外周側にも設置した場合、渦の発生のさせ方が多様となる。

また、断熱ケースで囲まれた非接触型スターラを渦室の中央部に設置し、攪拌空間を平面視ドーナツ状とすることにより、溶湯が渦になりやすくなり、攪拌効率が向上する。さらに断熱ケースは設置箇所が渦室の単なる内側ではなく、渦室の中央部、つまり渦流の中心に位置するので、溶湯によって損傷し難いものである。

その上、断熱ケースが着脱可能に設置してあるので、断熱ケースを撤去して渦室内を広くすることができ、渦室内に付着した滓の除去作業が容易になる。また、断熱ケースが損傷した場合には、断熱ケースの交換作業も容易に行える。従って、交換を迅速に行えば、溶解炉の運転を殆ど停止させないことも可能となる。

請求項２の発明によれば、平面視した場合に、断熱ケースの肉厚を渦室の肉厚よりも薄くしてあるので、非接触型スターラによって溶湯に移動磁界を一段と効率よく作用させることができる。

請求項３の発明によれば、非接触型スターラの最下端位置を渦室の内側の底面以下としてあるので、攪拌空間内の下部の溶湯に移動磁界を効率よく作用させることができ、渦流を発生させやすくなる。特に、溶湯の液面レベルが低い場合には有効である。

請求項４の発明によれば、レジスタが損傷した場合には、レジスタと断熱ケースが着脱不能な構造のときには、レジスタと断熱ケースをまとめて交換できるし、レジスタが断熱ケースに対して着脱可能な構造のときには、レジスタだけを交換することもできる。

請求項５の発明によれば、非接触型スターラが断熱ケース内で昇降可能に設けてあるので、所望の高さ位置に移動させれば、攪拌空間での溶湯の渦巻の状態が変わるので、従来よりも発生できる渦巻の状態が広がり、処理材に応じた渦巻を発生できる。

（イ）〜（ハ）図は、溶解炉の第一例を示す横断面図、Ａ−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図である。 断熱ケースを撤去した状態を示す断面図である。 断熱ケースを渦室の中央から偏心した位置に設置した状態を示す断面図である。 溶解炉の第二例を示す要部縦断面図である。 溶解炉の第三例を示す要部横断面図である。 溶解炉の第四例を示す要部横断面図である。 溶解炉の第五例を示す要部横断面図である。

溶解炉の基本的構造の一例を図１に基づいて説明する。溶解炉は、溶湯を貯留する溶解室１と、処理材を渦流で溶解する渦室２とを備え、渦室２を溶解室１の側面に設け、溶解室１の内部空間と渦室２の内部空間が連通する一対の連通口３、３を設けてあるものである。以下、詳述する。

溶解室１とは、溶湯を貯留する部屋のことである。溶解室１は、周りを囲む側壁１１と、側壁１１で囲まれた空間の上方を覆う天井壁１２と、側壁１１で囲まれた空間の底を塞ぐ床壁１３とから構成される。また、溶解室１は、バーナ４を上部に取り付けてある。

側壁１１は、矩形であって、その一側面（図では右側面）の前後幅中央部に渦室２を連続して設けてある。

さらに、側壁１１は、渦室２を設置した面以外の面の上部に、溶解室１の内外を連通する一つのノロ掻出口５ａを設けてある。つまり側壁１１は、その上部において平面視コ字状に形成され、図では左側面がノロ掻出口５ａとなっており、ノロ掻出口５ａの外側を一枚のノロ掻出用の扉５で開閉可能に覆ってある。

床壁１３は、その大半を略水平面とし、その一部（図では左側）において、ノロ掻出口５ａに向かって徐々に高くなるスロープ１３ａを設けてある。略水平面としたのは、溶解室１の底は水平に対して僅かな斜度が付いており、この斜度を利用して溶湯を最終的には全部回収するからである。

渦室２とは、投入したアルミなどの処理材を渦流によって溶解する部屋のことである。渦室２は、有底円筒形状の渦室本体２１と、渦室本体２１の上端開口を塞ぐ開閉可能な蓋（図示せず）とから構成される。渦室本体２１は、円筒形状（平面視ドーナツ状）の周壁２２と、周壁２２の下端を塞ぐ円形状の底壁２３とから構成され、円柱状（平面視円形）の内部空間を形成してある。円筒形状である周壁２２の一部分は溶解室１の側壁１１によって形成される。また、平面視ドーナツ形状の周壁２２の一部には外向きの嵌合穴２６が形成されており、この嵌合穴２６にレジスタ６の外側部分が嵌り込んでいる。一方、レジスタ６の内側部分は、Ｖ字状に先鋭となる形状であって、内向きに突出している。レジスタ６によって、溶湯の流れが複雑になり、攪拌効果が向上する。なお、底壁２３は、溶解室１の床壁１３に連続して略水平面に設けられている。

また、溶解室１の内部空間と渦室２の内部空間が連通する一対の連通口３、３は、渦室本体２１の下部であって、円周方向に間隔をあけて設けてある。各連通口３の延在方向は、平面視して、溶解室１の側壁１１のうち渦室２を設けた面と直交する方向であって、渦室本体２１の内周円の接線方向に一致している。各連通口３の底面は、溶解室１及び渦室本体２１の内部の底面と面一に合わせてある。

本発明の溶解炉の第一例は、図１に示すように、内部空間を平面視円形状とする渦室２の中央部に断熱ケース７を着脱可能に設置し、渦室２と断熱ケース７によって囲まれる攪拌空間２４を平面視ドーナツ状に形成してある。また、断熱ケース７の中に非接触型スターラ８を昇降可能に収容してある。以下、断熱ケース７、非接触型スターラ８等について詳述する。

断熱ケース７は、中空で有底円筒状をしている。平面視した場合、断熱ケース７のドーナツ状の肉厚が、渦室２の周壁２２のそれよりも薄く形成されている。薄くするほど、非接触型スターラ８からの移動磁界が溶湯に効率よく作用するようになる。断熱ケース７は、溶解室１及び渦室２と同様の耐火物（耐火キャスタブル等）であり、その内面側には、鉄板等の金属板が同じく有底円筒状に設けられる。この金属板によって、万一、耐火物が破損した場合でも非接触型スターラ８に溶湯が流れ込まないようにしてある。

また、この断熱ケース７は、渦室２の内側の底面に単に置くことにより、着脱可能に設置される。断熱ケース７は、耐火物であるので充分に重く、攪拌空間２４内の溶湯の流れによって動くことは無い。さらに、攪拌空間２４内の溶湯が中に入り込まないように、断熱ケース７の上端の高さが決められる。ここでは、断熱ケース７の上端は渦室２の周壁２２よりも高くしてある。この場合、渦室２の周壁２２の上端に被せる蓋は、断熱ケース７を通すようになっている。なお、断熱ケース７の中の空間が非接触型スターラ８の昇降空間となる。

非接触型スターラ８は、移動磁界発生装置、即ち移動磁界を発生して溶湯に回転力を与えるもので、例えば永久磁石を用いる。永久磁石式の非接触型スターラ８は、より詳しく言えば、図示しないが、例えば円周方向にＮ極とＳ極が交互に配置された永久磁石をプレート上に固定したものである。この非接触型スターラ８を断熱ケース７内で回転させることにより、移動磁界を発生させ、その移動磁界が攪拌空間２４内の溶湯に作用して誘導電流を流し、それによって溶湯に渦巻力を発生させ、溶湯が攪拌される。

非接触型スターラ８を回す回転機構が、渦室２の上方に設けられている。回転機構は図示しないフレームによって支持されており、モータＭからの回転力がギヤ、ベルト等を介して非接触型スターラ８の中心から真上に延びる回転軸８１に伝わる。つまり、非接触型スターラ８は、回転軸８１によって吊り下げられている構造である。また、この回転機構には、例えばシリンダ機構を採用した昇降装置８２が連結されており、昇降装置８２によって断熱ケース７内で非接触型スターラ８を昇降させる。図では、非接触型スターラ８を最も下げた場合でもその上端が渦室２の高さよりも低いので、非接触型スターラ８を所望の高さに昇降させられる。

上述した溶解炉の第一例は、非接触型スターラ８を断熱ケース７内で回転させることにより、溶湯に渦流を発生させる。渦室２の中央部から発生する移動磁界を作用させて、溶湯を回転させるので、渦室２の外周側から移動磁界を作用させるものと比べて、溶湯の流れが異なるものとなる。このような渦流となった溶湯の中に、渦室２の上方から処理材を投入し、溶解する。

断熱ケース７は渦室２の内側の底面に置いてあるだけなので、撤去作業が容易である。従って、渦室２の周壁２２に付着した酸化アルミ等の滓の量が多くなってきたら、図２に示すように、断熱ケース７を上昇させて渦室２の内部空間を平面視円形の広い空間とし、この広い空間で滓の除去作業を行う。また、断熱ケース７と非接触型スターラ８の少なくとも一つのみ交換することも可能である。

非接触型スターラ８が永久磁石式なので、後述するリニアモータ式のものに比べて、冷却水が不要となり、電気代も安くなる。

さらに、断熱ケース７が着脱可能なので、図３に示すように内部空間が平面視円形の渦室２の中心Ｃから偏心した位置に断熱ケース７を設置することもできる。このようにすることによって、渦室２内で発生する渦の種類を多様なものとすることができる。

本発明の溶解炉の第二例は、図４に示すように、渦室２の内側の底面に段差状に低い設置穴２５を形成し、その設置穴２５に断熱ケース７を置き、断熱ケース７内の非接触型スターラ８の最下端位置を設置穴２５以外の渦室２の内側の底面と同じ高さにしてある。

設置穴２５は、図では断熱ケース７の外周形状に一致させ、断熱ケース７の下端部が嵌り込んで位置決めされるようにしてある。しかし、設置穴２５が断熱ケース７の外周形状よりも明らかに大きく、断熱ケース７を設置する大まかな目安となるようなものであっても良い。

本発明の溶解炉の第三例は、図５に示すように、レジスタ６を断熱ケース７の外周部に着脱可能に嵌め込み、レジスタ６の先鋭な外側部分を攪拌空間２４に突出させたものである。

本発明の溶解炉の第四例は、図６に示すように、渦室２の外周に沿って平面視半円状の別の非接触型スターラ８を設置したものである。この別の非接触型スターラ８は、例えば電磁石（リニアモータ）式であって、リニアモータに三相交流を印加して移動磁界を発生させるものである。このように非接触型スターラ８を渦室２の中央部と渦室２の外周側に設けることにより、複数の非接触型スターラ８で渦室２内の溶湯を攪拌できることになり、多様な種類の渦巻きを発生できる。

本発明の溶解炉の第五例は、図７に示すように、前例までのレジスタ６が無いものである。すなわち、第五例は、内部空間を平面視円形状とする渦室２の内周面と、渦室２の中央部に設置された平面視円筒形の断熱ケース７の外周面とを、凹凸の殆ど無い面とし、渦室２と断熱ケース７とによって囲まれる攪拌空間２４を、凹凸のほとんど無い平面視ドーナツ状に形成してあるものである。この場合でも、渦室２内の溶湯を十分に攪拌することができる。

本発明の溶解炉は上記実施例に限定されない。例えば、断熱ケース７の中にコンパクト化した電磁石式の非接触型スターラ８を配置してもよい。

１溶解室 ２渦室
３連通口 ４バーナ、
５扉 ５ａノロ掻出口
６レジスタ
７断熱ケース ８非接触型スターラ
１１側壁 １２天井壁
１３床壁 １３ａスロープ、
２１渦室本体 ２２周壁
２３底壁 ２４攪拌空間
２５設置穴 ２６嵌合穴
８１回転軸 ８２昇降装置
Ｍモータ Ｃ中心

Claims (5)

1. 溶湯を貯留する溶解室（１）と、渦流によって処理材を溶解する渦室（２）とを備え、溶解室（１）の側面に渦室（２）を設け、渦室（２）から連通口（３）を介して溶解室（１）に溶湯が出入りする溶解炉において、
   内部空間を平面視円形状とする渦室（２）の中央部に耐火物からなる中空の断熱ケース（７）を着脱可能に設置し、渦室（２）と断熱ケース（７）とによって平面視ドーナツ状の攪拌空間（２４）を形成し、断熱ケース（７）内に非接触型スターラ（８）を収容してあることを特徴とする溶解炉。
2. 平面視した場合に、断熱ケース（７）の肉厚を渦室（２）の肉厚よりも薄くしてあることを特徴とする請求項１記載の溶解炉。
3. 渦室（２）の内側の底面に設置穴（２５）を有し、設置穴（２５）に断熱ケース（７）の下端部を置き、非接触型スターラ（８）の最下端位置が渦室（２）の内側の底面以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の溶解炉。
4. 攪拌空間（２４）での溶湯による渦流の進行方向を変えるレジスタ（６）を断熱ケース（７）から外向きに突出してあることを特徴とする請求項１、２又は３記載の溶解炉。
5. 非接触型スターラ（８）が断熱ケース（７）内で昇降可能に設けてあることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の溶解炉。

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