JP5496647B2

JP5496647B2 - 非鉄金属溶湯ポンプ

Info

Publication number: JP5496647B2
Application number: JP2009298575A
Authority: JP
Inventors: 橋謙三高
Original assignee: 高橋謙三
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2029-12-28
Also published as: JP2011139611A

Description

本発明は、非鉄金属溶湯ポンプに関する。

従来、アルミニウム等の非鉄金属、例えば、Ａｌ，Ｃｕ，Ｚｎ又はこれらのうちの少なくとも２つの合金、あるいはＭｇ合金等の伝導体（導電体）等の非鉄金属を溶解する溶解炉から、又は非鉄金属溶湯を保持する保持炉から、非鉄金属溶湯を排出するには、例えば以下のような各種の方式を用いていた。すなわち、タップと呼ばれる鉄製の栓を抜き差しして、溶解炉や保持炉から非鉄金属溶湯を排出する。また、カーボン羽根を使ったカーボン羽根ポンプを用い、そのポンプにより、非鉄金属溶湯を、溶解炉や保持炉から汲み出す。さらには、耐火物製のパイプを用い、このパイプの周囲に電磁コイルを巻き、電磁力によって非鉄金属溶湯を溶解炉や保持炉から汲み出す。

しかしながら、前記した各種の方式にはそれぞれ種々の難点があった。すなわち、タップの抜き差し方式では、作業者が直接的に手作業で行わなければならず、この作業は極めて危険な作業であった。また、カーボン羽根ポンプ方式にあっては、運転に伴い、カーボン羽根ポンプの構成部品としてのカーボン羽根及びシャフト等が大きく損傷するのが避けられず、極めて多額の維持費が必要となっていた。さらには、電磁コイル方式においては、電磁コイルを水で冷却する必要がある。しかしながら、この水冷の場合においては、水質の管理が必要であり、大きな電力消費につながる。

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、安価に製造でき、且つ、ランニングコストを低くすることが可能な非鉄金属溶湯ポンプを提供することにある。

本発明の、非鉄金属溶湯ポンプは、
上下に向かい合う駆動部とポンプ室部とを備え、前記駆動部により前記ポンプ室部のポンプ室内における非鉄金属溶湯を駆動することにより、前記非鉄金属溶湯を前記ポンプ室部のポンプ室出口から吐出するとともに、外部の非鉄金属溶湯を前記ポンプ室部のポンプ室入口から前記ポンプ室に吸い込む、非鉄金属溶湯ポンプであって、
前記駆動部は、少なくとも容器側壁と容器底板とにより収納空間を形成する容器と、前記収納空間内に縦向きの回転軸線の回りに回転可能に設けられた回転磁石体と、を有し、前記回転磁石体は、前記回転軸線の回りの円周上に配列された複数の永久磁石を有し、前記複数の永久磁石は、それぞれ、上面部分及び下面部分が磁極となるように磁化された上面磁極及び下面磁極を有しており、
前記複数の永久磁石は、交互に異なる磁極の前記上面磁極及び下面磁極がそれぞれ円周に沿って並ぶように、配列されており、
前記複数の永久磁石における前記複数の下面磁極が前記容器底板の内面と上下に対向しており、
前記複数の永久磁石の強度は、ある前記永久磁石からの磁力線が、前記容器底板を貫通して前記ポンプ室に至り、前記ポンプ室から前記底板を貫通して前記ある永久磁石に隣り合う前記永久磁石に戻る、強度に設定されており、
前記ポンプ室部における前記ポンプ室は、少なくともポンプ室側壁とポンプ室底板とにより、前記容器底板の外面と上下に対向する位置に形成されており、
前記ポンプ室底板に前記ポンプ室入口が形成され、前記ポンプ室側壁に前記ポンプ室出口が形成されており、
前記駆動部は、前記容器の内部に収納された円筒状のケーシングを備え、前記ケーシングは前記容器との間に円筒状隙間を形成しており、前記円筒状隙間は下端の下部隙間を介して前記ケーシング内のケーシング内部空間と連通し、上端において外部環境に解放し、前記ケーシング内部空間は外部環境に連通している、
ものとして構成される。

本発明によれば、低コストで製造でき、低ランニングコストの、非鉄金属溶湯ポンプを提供することができる。

本発明によるアルミニウム等の非鉄金属溶湯ポンプの縦断説明図。図１装置の一部としてのポンプ室を示す、図１のII―II’線断面。図２の変形例を示す、図１のII―II’線断面図に相当する、断面図。図１の装置の回転磁石体の平面図。図５の変形例を示す、回転磁石体の平面図。本発明によるアルミニウム等の非鉄金属溶湯ポンプの異なる実施形態の縦断説明図。本発明によるアルミニウム等の非鉄金属溶湯ポンプのさらに異なる実施形態の縦断説明図。本発明によるアルミニウム等の非鉄金属溶湯ポンプのさらに異なる実施形態の縦断説明図。本発明によるアルミニウム等の非鉄金属溶湯ポンプのさらに異なる実施形態の縦断説明図。本発明によるアルミニウム等の非鉄金属溶湯ポンプのさらに異なる実施形態の縦断説明図。

図１は、本発明に係るアルミニウム等の非鉄金属〔例えば、Ａｌ，Ｃｕ，Ｚｎ又はこれらのうちの少なくとも２つの合金、あるいはＭｇ合金等の伝導体（導電体）等の非鉄金属〕を駆動するための非鉄金属溶湯ポンプ１００の縦断説明図である。

この非鉄金属溶湯ポンプ１００は、図１から分かるように、溶解炉中や保持炉中の溶湯Ｍに、下部を部分的に浸漬した状態で使用される。この状態で、非鉄金属溶湯ポンプ１００は、溶湯入口１０１から溶湯Ｍを吸い込み、溶湯出口１０２から排出し、次段の各種機器に送出する。

この非鉄金属溶湯ポンプ１００は、ほぼ円筒状の容器３と、これの外部に付設した溶湯通路形成体４を備える。これらは共に非磁性材料であり且つ耐火物材料である材料で構成される。前記非鉄金属溶湯ポンプ１００は、以下の説明から分かるように、前記容器３を有する駆動部と、その下方に設けられたポンプ室部と、を備える。

容器３はいわゆる二重底の円筒容器として構成されている。つまり、上底板３Ｂを底板として形成される円柱状の収納空間Ｓを備え、その下に下底板３Ｃを底板として形成される空間部分としての高さの低い円柱状の空間として構成されるポンプ室９を備える。つまり、上底板３Ｂは、ポンプ室９の天板を兼ねている。

前記収納空間Ｓ内には全体的な形状がほぼ円柱状の磁場発生装置５が収納される。この磁場発生装置５は、上下を解放した円筒状のケーシング７を備える。このケーシング７は、側面と下端において、容器３の内面との間に、隙間８Ａ、８Ｂを形成するように、前記収納空間Ｓに収納されている。これによって、ケーシング７の内部空間７ａは、隙間８Ａ、８Ｂを介して外部環境に連通する。

このケーシング７の内部空間７ａ内には、上下方向に所定の距離をおいて一対の軸受支持板１０Ａ、１０Ｂが、ケーシング７の内面に固定状態に設けられている。これらの軸受支持板１０Ａ、１０Ｂには、それぞれ、所望数の貫通した連通口１０Ａ１、１０Ｂ１が設けられている。これらの連通口１０Ａ１、１０Ｂ１によって、軸受支持板１０Ａ、１０Ｂを挟む上下の空間が連通する。さらに、軸受支持板１０Ａ、１０Ｂには、それぞれ、軸受１２Ａ、１２Ｂが固定されている。これらの軸受１２Ａ、１２Ｂは、後述のように、下端に回転磁石体１４が固定されるシャフト１８Ａを軸支するものである。

前記容器３の上端はフランジ３Ａとして構成されており、このフランジ３Ａ上にリング状の断熱材１５を介して電動機取付蓋１６が固定されている。この電動機取付蓋１６は、前記内部空間７ａ及び前記隙間８Ａの蓋としての機能と、後述の電動機１８を取り付ける取付板としての機能を有するものである。この電動機取付蓋１６には、空気入口１６Ａと空気出口１６Ｂが形成されている。空気入口１６Ａは前記内部空間７ａに連通している。

空気出口１６Ｂは前記隙間８Ａとのみ連通している。空気入口１６Ａには空気入口パイプ２１Ａが、空気出口１６Ｂには空気出口パイプ２１Ｂが接続されている。後述のように、空気入口パイプ２１Ａから内部空間７ａに流入する冷却媒体としての空気が、非鉄金属溶湯ポンプ１００内で熱交換した後に、空気出口パイプ２１Ｂから外気（外部環境）に放出される。

前記電動機取付蓋１６には電動機１８が取り付けられている。この電動機１８により駆動されるシャフト１８Ａが、前記軸受１２Ａ、１２Ｂによって軸受されている。このシャフト１８Ａの下端には、前述のように、磁場発生装置としての前記回転磁石体１４が取り付けられている。つまり、この回転磁石体１４は、シャフト１８Ａに固定された継鉄製の円盤３１を有する。この円盤３１の下面に吊り下げられた状態に複数のつまりｎ対の永久磁石３２Ａ、３２Ｂが円周に沿って所定角度をおいて固定されている。なお、前記円盤３１の下方に非磁性円盤を所望の手段で取り付け、前記円盤３１とこの非磁性円盤とで前記複数の永久磁石３２、３２、・・・を挟むようにすることもできる。永久磁石３２Ａ、３２Ｂの平面的な配置関係は、図４に示される。図４は、図１におけるIV−IV’線矢視図である。つまり、回転磁石体１４を下から見た図である。この図４からわかるように、円盤３１の下面に、４つの永久磁石３２Ａ、３２Ｂが円周に沿って９０度の間隔で配置されている。前記永久磁石は、上下両面が磁極となるように、上面磁極及び下面磁極を有するように磁化されている。且つ、前記永久磁石３２Ａ、３２Ｂは、円周方向に沿って、交互にＮ極とＳ極とが並ぶように配置されている。前記回転磁石体５２は回転軸線ＲＳＬの回りに回転可能である。

さらに、前記円盤３１には、貫通状態に、所望数の通気口３１Ａ、３１Ａ、・・・が設けられている。

これにより、空気入口パイプ２１Ａから空気を流入させれば、空気は、空気入口１６Ａからケーシング７の内部空間７ａに流入し、内部空間７ａにおいて順次軸受１２Ａ、１２Ｂの連通口１０Ａ１、１０Ｂ１を通り、前記回転磁石体１４の円盤３１の通気口３１Ａ、前記隙間８Ａ、８Ｂを通り、空気出口１６Ｂ、空気出口パイプ２１Ｂから外気に排出されることになる。この空気の流れにより、前述のように、非鉄金属溶湯ポンプ１００は冷却される。

前記容器３の下部に形成された前記ポンプ室９は前述のように高さの低い円柱状の空間として形成されている。このポンプ室９の平面形状は図２に示される。即ち、円板状の下底板３Ｃの中心近傍に溶湯入口１０１が形成されて、溶解炉中や保持炉とポンプ室９とが連通している。容器３の側壁の一部にポンプ室出口３Ｄが穿けられている。このポンプ室出口３Ｄは溶湯通路形成体４の溶湯通路入口４Ｂに連通している。溶湯通路入口４Ｂは前記溶湯排出路４Ａを介して前記溶湯排出口１０２に連通している。これにより、前記溶湯入口１０１は前記溶湯出口１０２に連通することになる。

図１に示すように、下端面部分がＮ極である永久磁石３２Ａから出た磁力線ＭＬは、ポンプ室９内の溶湯Ｍを貫通して、下面がＳ極である永久磁石３２Ｂ、３２Ｂに至っている。この状態において、電動機１８で回転磁石体１４を回転させると、いわゆる非鉄金属溶湯ポンプ１００が動作して、電磁力により、溶解炉中や保持炉中の溶湯Ｍが溶湯入口１０１から吸い込まれ、最終的に、溶湯出口１０２から排出される。

より詳しくは、回転磁石体１４が回転すると、磁力線ＭＬがポンプ室９内の溶湯Ｍ中を移動する。これによって、溶湯Ｍに渦電流が発生し、溶湯Ｍが、例えば、図２における矢印Ａに沿って回転する。このときの溶湯Ｍの回転速度は、回転磁石体１４の回転速度に応じたものとなる。この回転運動により、溶湯Ｍには遠心力が働き、ポンプ室９内の溶湯Ｍは、外周が高圧となり、中心部分がそれよりも低圧となる。前記高圧により、溶湯Ｍは、ポンプ室９のポンプ室出口３Ｄから溶湯通路形成体４の溶湯通路入口４Ｂに流出し、図１の溶湯排出路４Ａを上昇し、最終的に前記溶湯出口１０２から排出される。前記ポンプ室９の中心部分が低圧であることから、ポンプ室９からの溶湯Ｍの排出に伴って、このポンプ室９内は低圧化する。これにより、溶解炉中や保持炉中の溶湯Ｍが、溶湯入口１０１からポンプ室９に吸い込まれる。これにより、溶解炉中や保持炉中の溶湯Ｍは連続して、ポンプ室９に吸い込まれ、前記溶湯出口１０２から外部に排出される。

溶湯Ｍの前記溶湯出口１０２からの排出量を調整するには、前述のように、電動機１８による回転磁石体１４の回転速度を変化させればよい。例えば、電動機１８としてインバータ制御可能な電動機を用いることもできる。これにより、前記排出量を任意に制御可能となる。

図２のポンプ室９を、図３のポンプ室３９として構成することもできる。即ち、このポンプ室３９は、円周状の通路として構成されている。このポンプ室３９の形状はその他の構成、例えば、渦巻状、楕円状、螺旋状、放物線状等任意の形状とすることができる。ポンプ室３９の一端に前記と同様の溶湯入口１０１が形成されており、他端にポンプ室出口３Ｄが形成されている。さらには、ポンプ室３９の垂直面に沿った断面積を、溶湯入口１０１付近に比べてポンプ室出口３Ｄ側が狭くなるように構成することもできる。これにより、ポンプ室出口３Ｄからより高い圧力で溶湯Ｍを吐出させることもできる。その他の構成は図２のポンプ室９と同様である。図３の構成のポンプ室３９を採用した場合には、図２のポンプ室９に比してより高圧での溶湯Ｍの送出が可能である。

図５は、図４の変形例を示す。即ち、図５の実施形態では、都合２つの永久磁石３２Ａ、３２Ｂを用いている。これからも分かるように、永久磁石の数は任意数とすることができる。

以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、アルミニウム等の溶湯Ｍには耐火物（容器３及び溶湯通路形成体４）以外の構成部材が接触することはない。よって、いわゆる消耗部品は存在しないこととなる。また、構造がシンプルである故に、煩雑なメンテナンス作業が不要となる。

図６乃至図９は図１の変形例としてのそれぞれ異なる実施形態を示す。

即ち、図１の実施形態では、容器３をいわゆる二重底形状のものとして構成したが、図６及び図７では、容器５３をいわゆる一重底のものとして構成し、この容器５３に別体のポンプ室形成体６０，６０Ａを付設した構成としている。つまり、図６においては、容器５３に倒立容器状のポンプ室形成体６０を付設することにより、図１における容器３と同等の構成としている。図６において、ポンプ室形成体６０と前記溶湯通路形成体４とを一体のものとして構成することもできる。

また、図７においては、前記ポンプ室形成体６０Ａを、ポンプ室天板６０Ａ１を備えて、前記ポンプ室形成体６０の上面を塞いだ形状のものとしている。つまり、図７のポンプ室形成体６０Ａは、前記上底板３Ｂの下面と協働することなしに、自己のみでポンプ室９を形成している。図７においても、ポンプ室形成体６０Ａと前記溶湯通路形成体４とを一体に構成することもできる。

図８は図６の変形例の実施形態である。

この図８においては、図６のポンプ室形成体６０と溶湯通路形成体４を一体に構成してポンプ室体７０としている。

図９は図７の変形例の実施形態である。

この図９においては、図７のポンプ室形成体６０Ａと溶湯通路形成体４を一体に構成してポンプ室体７０Ａとしている。

上述の図８及び図９の実施形態においては、ポンプ室形成体６０，６０Ａと、前記溶湯通路形成体４と、を一体に構成してポンプ室体７０，７０Ａとしたので、ポンプ室体７０，７０Ａと容器５３とを別々に作り、後で組み合わせることにより、容易に非鉄金属溶湯ポンプ１００を構成することができる。

図１０は図９の実施形態の変形例としての実施形態である。この図１０の実施形態においては、図９の回転磁石体１４を、倒立状態として、溶解炉中や保持炉８０の外側の下方に設けている。また、溶解炉中や保持炉８０としては、例えば、特許第４２４５６７３に示されたものを用いることもできる。

Claims

上下に向かい合う駆動部とポンプ室部とを備え、前記駆動部により前記ポンプ室部のポンプ室内における非鉄金属溶湯を駆動することにより、前記非鉄金属溶湯を前記ポンプ室部のポンプ室出口から吐出するとともに、外部の非鉄金属溶湯を前記ポンプ室部のポンプ室入口から前記ポンプ室に吸い込む、非鉄金属溶湯ポンプであって、
前記駆動部は、少なくとも容器側壁と容器底板とにより収納空間を形成する容器と、前記収納空間内に縦向きの回転軸線の回りに回転可能に設けられた回転磁石体と、を有し、
前記回転磁石体は、前記回転軸線の回りの円周上に配列された複数の永久磁石を有し、
前記複数の永久磁石は、それぞれ、上面部分及び下面部分が磁極となるように磁化された上面磁極及び下面磁極を有しており、
前記複数の永久磁石は、交互に異なる磁極の前記上面磁極及び下面磁極がそれぞれ円周に沿って並ぶように、配列されており、
前記複数の永久磁石における前記複数の下面磁極が前記容器底板の内面と上下に対向しており、
前記複数の永久磁石の強度は、ある前記永久磁石からの磁力線が、前記容器底板を貫通して前記ポンプ室に至り、前記ポンプ室から前記底板を貫通して前記ある永久磁石に隣り合う前記永久磁石に戻る、強度に設定されており、
前記ポンプ室部における前記ポンプ室は、少なくともポンプ室側壁とポンプ室底板とにより、前記容器底板の外面と上下に対向する位置に形成されており、
前記ポンプ室底板に前記ポンプ室入口が形成され、前記ポンプ室側壁に前記ポンプ室出口が形成されており、
前記駆動部は、前記容器の内部に収納された円筒状のケーシングを備え、前記ケーシングは前記容器との間に円筒状隙間を形成しており、前記円筒状隙間は下端の下部隙間を介して前記ケーシング内のケーシング内部空間と連通し、上端において外部環境に解放し、前記ケーシング内部空間は外部環境に連通している、
ことを特徴とする非鉄金属溶湯ポンプ。
前記ポンプ室は円柱状の空間として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の非鉄金属溶湯ポンプ。
前記ポンプ室入口は前記ポンプ室底板の中心近傍に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の非鉄金属溶湯ポンプ。
前記ポンプ室は、横断面が、前記回転軸線の回りに少なくとも弧状をなすものとして構成されていることを特徴とする請求項１に記載の非鉄金属溶湯ポンプ。
前記弧状は円弧状、楕円弧、放物線弧、螺旋状弧のいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の非鉄金属溶湯ポンプ。
前記ポンプ室入口は、前記ポンプ室底板に、前記弧状の前記ポンプ室の一端近傍に連通するように、形成されている、ことを特徴とする請求項５に記載の非鉄金属溶湯ポンプ。
前記ポンプ室出口は、前記ポンプ室側壁に、前記弧状の前記ポンプ室の他端近傍に連通するように、形成されている、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の非鉄金属溶湯ポンプ。
前記複数の永久磁石としてｎ対の永久磁石を用いたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の非鉄金属溶湯ポンプ。
前記駆動部における前記容器と、前記ポンプ室部における前記ポンプ室側壁及び前記ポンプ室底板と、は一体のものとして構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の非鉄金属溶湯ポンプ。
前記駆動部における前記容器の前記容器底板が、前記ポンプ室部におけるポンプ室のポンプ室天板を兼ねている、ことを特徴とする請求項９に記載の非鉄金属溶湯ポンプ。
前記駆動部における前記容器と、前記ポンプ室部における前記ポンプ室側壁及び前記ポンプ室底板と、は別体のものとして構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の非鉄金属溶湯ポンプ。
前記駆動部における前記容器の前記容器底板が、前記ポンプ室部におけるポンプ室のポンプ室天板を兼ねている、ことを特徴とする請求項１１に記載の非鉄金属溶湯ポンプ。
前記ポンプ室部は、ポンプ室天板を有し、前記ポンプ室天板と前記ポンプ室側壁と前記ポンプ室底板とが一体に構成されて前記ポンプ室を形成している、ことを特徴とする請求項１１に記載の非鉄金属溶湯ポンプ。
前記複数の永久磁石は円盤に取り付けられており、前記円盤が前記ケーシング内部空間に回転可能に支持されている、ことを特徴とする請求項１乃至１３の１つに記載の非鉄金属溶湯ポンプ。
前記円盤はシャフトに固定され、前記シャフトが軸受により軸受され、前記軸受が、前記ケーシング内部空間に固定された軸受支持板に、取り付けられ、前記軸受支持板には、前記軸受支持板の上下両側を連通させる連通口が形成されて、外部環境に連通する前記ケーシング内部空間は、前記連通口と前記下部隙間と円筒状隙間を介して、外部環境に連通して、冷却空気流通路を形成している、ことを特徴とする請求項１４に記載の非鉄金属溶湯ポンプ。
溶湯通路形成体をさらに備え、
前記溶湯通路形成体は、縦向きの溶湯排出路と、前記溶湯排出路の下端の溶湯入口と上端の溶湯出口と、を有し、
前記溶湯入口は前記ポンプ室出口と連通している、
ことを特徴とする請求項１乃至１５の１つに記載の非鉄金属溶湯ポンプ。
前記溶湯通路形成体は、前記ポンプ室部と別体に構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の非鉄金属溶湯ポンプ。
前記溶湯通路形成体は、前記ポンプ室部と一体に構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の非鉄金属溶湯ポンプ。
前記回転磁石体を回転駆動する電動機をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１８の１つに記載の非鉄金属溶湯ポンプ。