JP5590763B2 - 金属材料の溶解炉への投入装置及び投入方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属材料の溶解炉への投入装置及び投入方法に関し、さらに詳しくは、電解精錬により精製された銅等の精製金属材料を鋳造するために該金属材料を溶解炉へ投入するための投入装置及び投入方法に関する。

近年の金属の電解精錬は次第にアイザー法による電解精錬に移行しつつある。アイザー法はステンレス製の陰極板であるパーマネントカソード（ＰＣ）を用いて行う金属の電解精錬である。例えば、アイザー法による銅の電解精錬は以下のようにして行われる。すなわち、電解液が貯えられた電解槽中に多数のステンレス製の陰極板（カソード板）と、粗銅を鋳込んだ陽極板（アノード板）とを交互に浸漬し、これに電圧を印加して陰極板の両面に電気銅を電着させることによって行なわれる。そして、陰極板表面に電着した電気銅は、剥取装置によって剥ぎ取られそのままの形で又はさらに溶解炉で鋳造されて製品とされる。具体的には、図１に示すように、陰極板１はステンレス製の板状材で、その両サイド部には合成樹脂製のプロクテクタ５が嵌め込まれると共に、上端部にはクロスバー４が設けられている。また、クロスバー４の下部には２つの窓部３、３が設けられており、この窓部３、３に図示しない電極板搬送装置のフックを掛止することにより電解槽への装入及び取り出し並びに搬送が行なわれるようになっている。ステンレス製の陰極板１は、丈夫で且つ繰り返し使用が可能であると共に、平面性が良いことから電解精錬時のショートが起きにくいという利点があるため近年広く採用されるに至っている。そして、陰極板１の両面側からそれぞれ剥ぎ取られた電気銅２は、２枚一組として搬送装置によって運ばれそのままの形で又はさらに投入装置によって溶解炉へ投入し鋳造されて製品とされる。

ここで、電解精錬が終了したＰＣ板からの電気銅板の回収システムとしては、例えば、特開２００５−２４０１４６号（特許文献１）がある。この電気銅板回収システムは、電解精錬が終了し、表面に電気銅が析出したＳＵＳ板（陰極板）との合板が搬入される合板搬入部と、これら合板を洗浄する洗浄装置と、ＳＵＳ板から電気銅板を引き剥がす剥取装置と、引き剥がし後のＳＵＳ板を回収するＳＵＳ搬出部と、剥取工程中に引き剥がしに失敗した不良品を摘出する不良品摘出部と、引き剥がし後の電気銅板を接合する接合装置と、接合された電気銅板を積載して保持する積載装置と、積層された電気銅板を梱包する梱包装置と、梱包後の電気銅板を回収する銅板搬出部とを含み、それぞれの装置又は搬入・搬出部の間には、搬送コンベアが設けられて構成されている。

上述した電気銅板回収システムは、まず、合板搬入部に搬入された合板は、吊下された状態で洗浄装置まで搬送され、所定の枚数毎に同時に洗浄が行われる。洗浄された合板は搬送コンベアによってトラバースコンベアまで搬送され、トラバースコンベアによって合板の搬送方向を合板面に平行な方向（すなわちクロスバー４の軸方向）に偏向させた状態で１枚ずつ連続的に剥取装置まで搬送される。剥取装置が１枚ずつ合板を受け取るとＳＵＳ板から電気銅板を引き剥がし、ＳＵＳ板及び電気銅板をそれぞれ搬送コンベアによって搬送する。搬送された電気銅板は梱包装置によって梱包され、銅板搬出部から回収される。
精製された電気銅は、そのまま市販もされるが、特開平９−２６９１９１号公報にも示されているように、溶解炉で溶解し、適当な鋳型に鋳込んで電線製造用の棹銅、型銅として市販される。

特開２００５−２４０１４６号公報 特開平９−２６９１９１号公報

これまで行われてきた従来の金属の電解精錬において使用される陰極板は、目的とする金属を精製して形成した薄板を用いて行っていたため、アイザー法のように陰極板に電着した精製金属を引き剥がす必要はなく、そのまま製品又は溶解炉で鋳込んでケークに形成することが可能であった。
しかし、アイザー法では、上述したように、丈夫で繰り返し使用が可能であると共に平面性が良くショートが起きにくいという利点から陰極板としてＳＵＳ板を使用するようになったことから陰極板に電着した精製金属は陰極板の両表面から引き剥がす必要があり、そのため、精製金属を陰極板として使用していた従来法の場合に比べて電解精錬後の精製金属（電着金属）の重量が約半分の重量となった。従来法によって精製された電着金属を溶解炉で溶解させる場合には図２（ａ）に示すように、そのまま投入口５１から溶解炉５０内に投入すれば電着金属２は自重により溶湯５５の中に沈み込み、溶解には問題がなかったが、アイザー法によって精製された電着金属２は、図２（ｂ）に示すように、従来法の場合に比べて約半分の重しかないことから溶解炉５５で溶解させる際に投入した電着金属２が溶湯５５の表面に浮遊してしまい迅速に溶解が行われないという問題があった。

そこで、本発明は、アイザー法によって精製された電着金属を溶解炉へ投入した際に溶湯の表面に浮遊することなく溶湯の中へ沈み込ませて電着金属の溶解を迅速に行うことを可能とする属材料の溶解炉への投入装置及び投入方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１に記載の本発明は、溶解炉の投入口へ向かって金属材料を搬送しつつ投入する金属材料の溶解炉への投入装置において、金属材料を搬送する搬送コンベアに隣接して配置され、金属材料を投入口から溶解炉内に投入するシュートコンベアを有し、シュートコンベアは、複数のローラを備えたローラコンベアであり、溶解炉の投入口側がそれとは反対側よりも下側に位置するように傾斜させて配置されると共に、複数のローラは従動ローラであり、搬送方向が下向きに変化する部分である屈曲点部以降のローラの回転数を上昇させることによって金属材料の投入スピードを上昇させることで金属材料が溶湯中に沈み込むように付勢する付勢機構を備えていることを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の金属材料の溶解炉への投入装置において、ローラコンベアのローラの回転数が調整可能とされていることを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の金属材料の溶解炉への投入装置において、ローラコンベアを駆動する駆動手段は回生抵抗を備えてなることを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項４に記載の本発明は、溶解炉の投入口へ向かって金属材料を搬送しつつ投入する金属材料の溶解炉への投入方法において、複数のローラを備えたローラコンベアからなるシュートコンベアであって、溶解炉の投入口側がそれとは反対側よりも下側に位置するように傾斜させて配置されると共に、複数のローラが従動ローラであるシュートコンベアによって搬送方向が下向きに変化する部分である屈曲点部以降のローラの回転数を上昇させることによって金属材料の投入スピードを上昇させることで金属材料が溶湯中に沈み込むように付勢して投入することを特徴とする。

本発明に係る金属材料の溶解炉への投入装置及び投入方法によれば、電着金属を勢いを付けて溶解炉へ投入するように構成したので電着金属の重量が従来の半分になっても溶湯の表面に浮遊することなくその中へ沈み込ませることができ、これにより、電着金属を迅速に溶解することができるという効果がある。

また、電着金属を投入するシュートコンベアを駆動する駆動手段は回生抵抗を備えているので、電着金属の移動の際に発生する回生電圧を回生抵抗で消費することにより、回生電圧によって駆動手段が出力停止することを防止することができるという効果がある。

以下、本発明に係る金属材料の溶解炉への投入装置及び投入方法について図面を参照しつつ詳細に説明する。図３は陰極板から剥ぎ取られた電着金属を投入装置まで搬送するまでの搬送経路を示す説明図、図４は本発明に係る金属材料の溶解炉への投入装置の一実施形態のブロック図である。初めに、金属材料の溶解炉への投入装置について説明し、その後、その動作と共に金属材料の溶解炉への投入方法について説明する。

初めに、電着金属の一例として「銅」を溶解炉へ投入するまでの概略の流れを説明する。図３に示すように、電解精錬が終了し、陰極板１の両表面からそれぞれ引き剥がされた高純度の電気銅２は、約３４枚を１山として中間コンベア６によって搬送され、予熱炉８が設けられた搬送コンベア７に２枚１組として載せ替えられて予熱乾燥が行われるようになっている。予熱炉８では電気銅２を約８００℃で加熱して予熱乾燥を行い水分を十分に除去する。溶解炉５０で溶解状態となっている銅は約１,２００℃の高温となっており、投入する電着金属２に水分が付着していると溶解炉５０に投入した際その高温によって一気に水分が加熱されて爆発的に水蒸気となって極めて危険だからである。また、Ｈ_２ＳＯ_４を加熱分解し、除去する目的がある。搬送コンベア７は、図示されているように、２列に配置されており、各搬送コンベア７上に載置され加熱乾燥された電気銅２をそれぞれ投入装置１０へ向かって搬送するようになっている。そして、搬送コンベア７には隣接して投入装置１０が配置されており、投入装置１０の搬送方向には投入口５１を備えた溶解炉５０が配置されている。

投入装置１０は、図４に示されているように、概略として、搬送コンベア７から移送されてきた電気銅２を溶解炉５０側へ向かって水平方向に搬送する水平コンベア１１と、溶解炉５０の投入口５１側がそれとは反対側（水平コンベア１１側）よりも下側に位置するように傾斜させて配置され、電気銅２を勢いを付けて溶解炉５０へ投入するシュートコンベア１５を備えて構成されている。そして、シュートコンベア１５にはローラコンベアのローラの回転数を上昇させることによって電着金属２を付勢して投入する付勢機構が設けられている。
水平コンベア１１は、２枚一組として重ねられた状態で搬送されてくる電気銅２を所定の間隔を隔てて配置された複数のローラの回転によって移送するローラコンベアであり、第一のモータ１２の回転を伝達するチェーン１２ａが巻回され、それによって駆動する従動ローラ１３によって形成されている。

一方、シュートコンベア１５は、水平コンベア１１と同様に、ローラコンベアであり、シュートコンベア１５は溶解炉５０の投入口５１側が水平コンベア１１側よりも下側に位置するように傾斜させて配置されている。また、シュートコンベア１５を構成する各ローラは、第二のモータ１６に巻回されたチェーン１６ａによって連結されており、全て従動ローラ１７となっている。
そして、水平コンベア１１の搬送スピードよりも早い速度で電気銅２を搬送することにより、勢いを付けた状態で溶解炉５０内に投入可能に構成されている。すなわち、第二のモータ１６と、チェーン１６ａと、そして、従動ローラ１７によって電気銅を付勢して溶解炉５０内に投入可能な付勢機構が形成されている。このように構成したのは、シュートコンベア１５に回転自由の可動ローラが含まれていると電気銅２が溶解炉５０の投入口５１に向かって滑り落ちる際の速度のコントロールができないこと及び少ない従動ローラにかかる負担が大きくなるからである。この点、シュートコンベア１５のローラを従動ローラとすることで電着金属２の投入速度の制御が容易となる。

また、従動ローラ１７を駆動する第二のモータ１６は回生抵抗を備えている。すなわち、傾斜した従動ローラ１７上を電気銅２が移動する際に自重によってその速度が増加して従動ローラ１７を回転させ、その回転がチェーン１６ａを介して第二のモータ１６に伝達されて第二のモータ１６に回転の付加が加わることによって発生する回生電圧を回生抵抗で消費することにより、回生電圧によってモータ１６が出力停止することを防止している。
さらに、第二のモータ１６の回転数は図示しない制御手段によって制御可能とされており、これにより電気銅２の投入速度をコントロールできるようになっている。

図４に示されているように、水平コンベア１１によって電気銅２を搬送する搬送方向がシュートコンベア１５によって下向きに変化する部分である屈曲点部２０以降の投入スピードを上昇させることで電気銅２を確実に溶湯５５中に沈降させることができ、これによって溶解炉５０に投入された電気銅２の迅速な溶解が促されることになる。

次に、金属材料の溶解炉への投入方法について上述した金属材料の溶解炉への投入装置の動作と共に説明する。図５は本発明に係る金属材料の溶解炉への投入方法の一実施形態のフローチャートである。
まず、電解精錬が終了し、その両表面に電気銅２が電着した陰極板１から電気銅２を引き剥がし、約３４枚１山として中間コンベア６によって搬送され、搬送コンベア７に２枚１組として載せ替えられる。搬送コンベア７に載せ替えられた電気銅２はその途中の予熱炉８で約８００℃に予熱乾燥され水分が除去される（ステップＳ０）。そのように処理された電気銅２は、投入装置１０の水平コンベア１１に移載される（ステップＳ１）。

水平コンベア１１に移載された電気銅２は、第一のモータ１２の回転がチェーン１２ａを介して伝達されて駆動する従動ローラ１３によって２枚一組に重ねられた状態でさらにシュートコンベア１５側に搬送される。そして、シュートコンベア１５に搬送された電気銅２は、水平コンベア１１の搬送速度よりも早く駆動している従動ローラ１７により、電気銅２をシュートコンベア１５に移載した位置よりも下側に位置する溶解炉５０の投入口５１に向かって勢いを付けるようにして傾斜したシュートコンベア１５上を搬送され、投入口５１から一気に溶解炉５０の溶湯５５内へ投入される（ステップＳ３）。投入される電気銅２はシュートコンベア１５によって付勢されているので従来のほぼ半分の重量の電気銅２であっても溶湯５５の表面に浮遊することなくその内部に沈み込み、電気銅２の溶解が促進される。すなわち、水平コンベア１１によって電気銅２を搬送する搬送方向がシュートコンベア１５によって下向きに変化する部分である屈曲点部２０以降の投入スピードを上昇させることで電気銅２を確実に溶湯５５中に沈降させることができ、これによって溶解炉５０に投入された電気銅２の迅速な溶解が促されることになる。溶解された電気銅２は所定の形状に鋳造されて製品となる（ステップＳ４）。

以上のように、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能であることはいうまでもない。

表面に金属が電着した状態のアイザー法における陰極板である。 （ａ）は従来法によって精製された電着金属の溶解炉への投入状態を示す説明図、（ｂ）はアイザー法によって精製された電着金属の溶解炉への投入状態を示す説明図である。 陰極板から剥ぎ取られた電着金属を投入装置まで搬送するまでの搬送経路を示す説明図である。 本発明に係る金属材料の溶解炉への投入装置の一実施形態のブロック図である。 本発明に係る金属材料の溶解炉への投入方法の一実施形態のフローチャートである。

符号の説明

１ 陰極板
２ 電着金属
３ 窓部
４ クロスバー
５ プロクテクタ
６ 中間コンベア
７ 搬送コンベア
８ 予熱炉
１０ 投入装置
１１ 水平コンベア
１２ 第一のモータ
１２ａ チェーン
１３ 従動ローラ
１５ シュートコンベア
１６ 第二のモータ
１６ａ チェーン
１７ 従動ローラ
２０ 屈曲点部
５０ 溶解炉
５１ 投入口
５５ 溶湯

Claims (4)

1. 溶解炉の投入口へ向かって金属材料を搬送しつつ投入する金属材料の溶解炉への投入装置において、
   前記金属材料を搬送する搬送コンベアに隣接して配置され、前記金属材料を前記投入口から溶解炉内に投入するシュートコンベアを有し、
   前記シュートコンベアは、複数のローラを備えたローラコンベアであり、前記溶解炉の投入口側がそれとは反対側よりも下側に位置するように傾斜させて配置されると共に、複数の前記ローラは従動ローラであり、搬送方向が下向きに変化する部分である屈曲点部以降の前記ローラの回転数を上昇させることによって前記金属材料の投入スピードを上昇させることで前記金属材料が溶湯中に沈み込むように付勢する付勢機構を備えていることを特徴とする金属材料の溶解炉への投入装置。
2. 請求項１に記載の金属材料の溶解炉への投入装置において、
   前記ローラコンベアのローラの回転数が調整可能とされていることを特徴とする金属材料の溶解炉への投入装置。
3. 請求項１又は２に記載の金属材料の溶解炉への投入装置において、
   前記ローラコンベアを駆動する駆動手段は回生抵抗を備えてなることを特徴とする金属材料の溶解炉への投入装置。
4. 溶解炉の投入口へ向かって金属材料を搬送しつつ投入する金属材料の溶解炉への投入方法において、
   複数のローラを備えたローラコンベアからなるシュートコンベアであって、前記溶解炉の投入口側がそれとは反対側よりも下側に位置するように傾斜させて配置されると共に、複数の前記ローラが従動ローラであるシュートコンベアによって搬送方向が下向きに変化する部分である屈曲点部以降の前記ローラの回転数を上昇させることによって前記金属材料の投入スピードを上昇させることで前記金属材料が溶湯中に沈み込むように付勢して投入することを特徴とする金属材料の溶解炉への投入方法。

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