JP5766572B2 - 金属溶解炉用渦室体及びそれを用いた金属溶解炉 - Google Patents

Description

本発明は金属溶解炉用渦室体及びそれを用いた金属溶解炉に関し、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）の金属の溶解炉に用いる渦室体及びそれを用いた金属溶解炉に関する。

従来、渦室体の外周に電磁コイルを配置したり、渦室体の下方に永久磁石式移動磁界発生装置を配置したりして、渦室体内部に渦を発生させる方式があった。渦室体と炉本体は、一体に構成され、あるいは、フランジ継ぎ手方式で接続したりしたものもあった。

これらのいずれにあっても、渦室体と炉本体とは、炉本体の炉壁に穿けた溶湯の入り口および出口用の穴を介して接続していた。渦室体の内部では溶湯が高速回転をしており、また未溶解物が高速回転することから、渦室体の内壁の磨耗が激しく、管理不十分の場合は溶湯漏れ事故を起こすことが度々あった。

これは渦を発生させる原理が、溶湯外周駆動方式のためであり、結果として渦室壁厚を厚くすることが出来なかったからである。この溶湯漏れ事故は炉本体の溶湯を漏出することに直結しており、その場合は大量の溶湯が炉外に出ることから、大変危険であり重大事故に直結していた。

そこで渦室は耐用年数がくれば交換することは当然と考えられており、万が一運転中溶湯漏れ事故を起こしても安全に作業停止できる急速溶解炉用渦室の出現が待たれていた。

本発明は上述の問題点を解消するためになされたもので、その目的は、事故防止可能で、容易にメンテナンスを実現でき、且つ構成の簡単な金属溶解炉用渦室体及びそれを用いた金属溶解炉を提供することにある。

本発明の、溶湯を収容する収納空間を有する炉本体の前記収納空間と連通可能な渦室を有する金属溶解炉用渦室体は、
前記収納空間と前記渦室との間の連通状態、遮断状態を切り換える落とし堰部を備え、 前記落とし堰部は互いに別体の盲落とし堰と開口型落とし堰とを備え、
少なくとも前記盲落とし堰は、前記渦室体に対し上下動可能に構成され、上動位置と下動位置とを切り換え状態に採って前記連通状態、前記遮断状態を切り換えるものとして構成され、
前記開口型落とし堰は、前記連通状態において、前記渦室と前記収納空間とを連通させるための切欠を有する、
ものとして構成される。

本発明の金属溶解炉は、
溶湯を収容する収納空間を有する炉本体と、
前記炉本体の収納空間と連通可能な渦室を有する渦室体と、
前記収納空間と前記渦室との間の連通状態、遮断状態を切り換える落とし堰部と、
を備え、
前記落とし堰部は互いに別体の盲落とし堰と開口型落とし堰とを備え、
少なくとも前記盲落とし堰は、前記渦室体に対し上下動可能に構成され、上動位置と下動位置とを切り換え状態に採って前記連通状態、前記遮断状態を切り換えるものとして構成され、
前記開口型落とし堰は、前記連通状態において、前記渦室と前記収納空間とを連通させるための切欠を有する、
ものとして構成される。

本発明の実施形態の非鉄金属溶解炉の一部を破断した平面説明図。 図１の非鉄金属溶解炉の一部を破断した正面説明図。 図１の非鉄金属溶解炉の一部を破断した右側面図。 図１の非鉄金属溶解炉の落とし堰部の動作を説明する一部を破断した側面説明図。 図１の非鉄金属溶解炉の落とし堰部の盲落とし堰の正面図。 図１の非鉄金属溶解炉の落とし堰部の開口型落とし堰の正面図。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は取付具の一部を破断した、側面図、正面図、背面図。 （ａ）（ｂ）は移動磁界発生装置の縦断説明図、磁石の配置説明図。

図１−図７を参照しながら本発明の実施形態の非鉄金属溶解炉について説明する。

本発明の実施形態の非鉄金属急速溶解炉は、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）の非鉄金属、あるいは、任意の金属、を投入し、バーナ等で加熱し、溶解するものである。

この実施形態は、特に図１から分かるように、炉本体１と渦室体２とを別体に構成し、これらを炉本体１の側壁１Ａに穿けた開口１Ｂを介して互いに連通するように、取付具５で機械的に結合したものである。

炉本体１は例えば数トンから数十トンの容量を持ち、非鉄金属等のインゴット等をバーナで加熱溶融し、非鉄金属等の溶湯Ｍを作るものである。この炉本体１は溶湯Ｍを収納するための収納空間１Ｃを有している。

渦室体２は例えば数百キログラムの溶湯Ｍを収納可能な容量を持ち、一般にアルミニウムの切粉等のように軽くて溶湯Ｍ中の表面に浮いてしまい、容易には溶融しない原料としての非鉄金属を溶融させるためのものである。この渦室体２においては、炉本体内でバーナ等で加熱昇温しながら溶湯Ｍを渦として高速回転させ、この渦の中に原料としての非鉄金属の切粉等を引き込んで、溶解させるものである。この渦室体２は溶湯Ｍを収納するための渦室２Ｃを有している。

この渦室体２は、一端を解放端、他端を閉塞端としたチャネル型のものとして構成され、前記解放端は前記収納空間１Ｃと連通させられるものとして構成されている。

炉本体１と渦室体２とは互いに連通しており、それぞれで溶解させた非鉄金属の溶湯Ｍは、互いの液面レベルが一致するように行き来することになる。

前記取付具５は、いかなるものであってもよく、前記渦室体２を前記炉本体１に安定的に取り付け得るものであればよい。本実施形態においては、特に図７（ａ）（ｂ）（ｃ）から分かるように、渦室体２と同様に、一端を解放端、他端を閉塞端としたチャネル型のものとして構成されている。より詳しくは、取付具４は、いわゆるチャネル状の取付具本体４Ａと、チャネルを閉塞する閉塞板４Ｂと、解放側において前記取付具本体４Ａを外側に折り返したフランジ４Ｃとを備え、これらによって渦室体支持空間４Ｄが形成されている。さらに、前記取付具本体４Ａには特に図１から分かるように開口４Ｅが形成されている。

さらに、前記解放端側は炉本体１への取り付けに使用されるフランジ４Ｃとなっている。即ち、この取付具４はいわゆるチャネル形状が必然的に有する渦室体支持空間４Ｄを備える。取付具４の渦室体支持空間４Ｄに渦室体２を収納し、この状態で、炉本体１に前記フランジ４Ａをボルト５，５，・・で留めることにより、渦室体２が炉本体１に固定される。この状態では、前述のように、特に図１から分かるように、渦室体２の渦室２Ｃが開口１Ｂを介して炉本体１の前記収納空間１Ｃと連通している。

さらに、渦室体２は、特に図１から分かるように、例えば非常時に溶湯Ｍを抜き出すためのドレインタップ２Ｄを有している。このドレインタップ２Ｄと連通する前記開口４Ｅが、取付具４に穿けられている。

さらに、渦室体２には落とし堰部６が形成されている。この落とし堰部６は、２枚の堰板としての、盲落とし堰７と開口型落とし堰８を備え、これらが渦室体２の側壁２Ａの内側に形成した縦溝２Ｂに、個別に上下動可能に差し込まれている。つまり、盲落とし堰７は炉本体１側に、開口型落とし堰８は炉本体１と反対側に、それぞれ配置されている。

これらの堰７，８は上下動可能であるだけでなく、渦室体２から完全に抜き出せるように組み込まれている。このように、これらの堰７，８を渦室体２から取り外せるようにしたので、炉本体１と渦室体２のメンテナンスが極めて容易に行うことができる。つまり、炉本体１と渦室体２においては、運転に伴って酸化物等のいわゆるかすが溜まるのが避けられないが、堰７，８を両方とも取り外せるようにすることで、掃除がし易いという利点がある。

盲落とし堰７と開口型落とし堰８は、それぞれ、図５、図６に示される。

盲落とし堰７は図５に示すように１枚の板状をしており、頂部に取っ手７Ａが取り付けてある。開口型落とし堰８は図６に示すように１枚の板の下部左右に切欠としての入口開口８Ｂと出口開口８Ｃを備えている。つまり、開口型落とし堰８の板状の堰本体８ａの下端側に所定の距離を置いて出口開口８Ｃと入口開口８Ｂが形成されている。８Ａは取っ手である。

これらの盲落とし堰７、開口型落とし堰８は、特に図３からわかるように、相互に無関係に独立的に、上下にスライドし、下動位置と上動位置をそれぞれ安定的にとり得るように構成されている。例えば、図３の状態においては渦室体２と炉本体１とは遮断状態にあり、図４の状態においては渦室体２と炉本体１とは入口開口８Ｂと出口開口８Ｃを介して連通状態を採る。

２枚の盲落とし堰７、開口型落とし堰８の上下駆動方式はチェーン式、スクリュー式、手動式、電動式等いろいろ考えられるが、これらの堰７，８は極めて軽量であるため、いずれの方式をとっても駆動機構は単純なものとなる。ここでは具体的方式の説明は割愛する。また、盲落とし堰７、開口型落とし堰８の材質については非鉄金属等に耐食性を持ち且つ熱伝導性の高い耐火材であれば何でも良い。出来るだけ安価あることが望ましく市販されている耐火材で十分である。

特に図２から分かるように、渦室体２の外部下方には永久磁石式の移動磁界発生装置１０が設けられている。この移動磁界発生装置１０は電磁石式のものでもよい。例えば、この移動磁界発生装置１０は、図８（ａ）（ｂ）に示すものを用いることができる。この図８（ａ）（ｂ）において、非磁性のケーシング５１の中に回転磁石体５２を設ける形態とすることができる。この回転磁石体５２おいては、ケース５４の中にモータ５３を設け、モータ５３の軸５３ａをベアリング５４ａで軸受し、このモータ５３で円盤状のマグネットベース５５を回転可能としている。このマグネットベース５５上に複数の永久磁石５６、５６，・・・を９０度間隔で固定している。これらの永久磁石５６、５６，・・・は、上下面側が磁極とされており、且つ、図８Ｂからわかるように隣り合う永久磁石５６、５６，・・・は互いの極性が異なるように磁化されている。これらの永久磁石５６、５６，・・・は非磁性のカバー５７で被覆されている。

以上の構成により、永久磁石５６、５６，・・・からの磁束（磁力線）ＭＦは、図３に示すように、渦室６内の溶湯Ｍを貫き、あるいは、溶湯Ｍを貫いた磁束ＭＦが永久磁石５６、５６，・・・に入る。この状態で永久磁石５６、５６，・・・が回転することにより、磁束ＭＦも溶湯Ｍ内を移動し、これにより電磁力により溶湯Ｍも回転する。

この移動磁界発生装置１０の回転駆動により、渦室体２内の溶湯Ｍは渦電流によりいわゆる渦を巻いて例えば２００−３００ｒｐｍの高速回転を始める。高速回転する溶湯Ｍは遠心力により渦室体２内で外周方向に押し付けられた状態となる。その力は渦室体２の下部が強い。その結果開口型落とし堰８の出口開口８Ｃより溶湯は排出されて炉本体１内に入り、また、炉本体１内の溶湯Ｍは入口開口８Ｂから渦室体２に戻る。渦室体２のこの渦の中に非鉄金属の切粉等を投入すると、切粉等は渦の中に引き込まれて、急速溶解が可能となる。

ちなみに、炉本体１は渦室体２とは別の例えば移動磁界発生装置を有し、これによって例えば２０−３０ｒｐｍで溶湯Ｍを回転させている。また、炉本体１から製品としての溶湯Ｍを外部に導出可能に構成されている。

次に、以上に説明した金属溶解炉の運転動作を説明する。

渦室体２による溶湯Ｍの溶解の運転開始前には、炉本体１内の溶湯Ｍと渦室体２内の溶湯Ｍの液面レベルは一致している。移動磁界発生装置１０により渦室体２内の溶湯Ｍを、図１に示すように、右回りに回転しておく。

この状態において、渦室体２に原料の非鉄金属の切粉等を投入する。切粉等は、高速回転する渦室体２内の溶湯Ｍの渦の中に引き込まれ、効率よく溶解しながらさらに回転する。渦室体２内で回転する溶湯Ｍは、出口開口８Ｃから炉本体１内へ流入する。

これにより、炉本体１の溶湯Ｍの液面レベルが渦室体２内の溶湯Ｍの液面レベルよりも高くなる。これらの液面レベルが同じになるように、炉本体１内の溶湯Ｍは、入口開口８Ｂを介して、渦室体２に流れ込む。つまり、炉本体１と渦室体２の溶湯Ｍレベル間には常にレベル差つまりヘッドが生じ、溶湯Ｍは循環する。

このように、本発明の実施形態では、移動磁界発生装置１０で渦室体２内の溶湯Ｍを回転駆動するようにしたので、投入原料としての切粉等を渦の中に引き込んで効率よく溶解することができる。

さて本発明の実施形態の特長は緊急時対策にもある。即ち、一般に、渦室体２内では、溶湯Ｍが高速回転しており、更に原料である未溶解物も同様に高速回転している。このため、未溶解の原料が渦室体２の内壁に衝突するのが避けられない。その結果として渦室体２の内壁は著しく磨耗し、壁がうすくなるのが避けられない。、これに加えて、渦室体２の内壁は常に熱による膨張、収縮等のストレスが繰り返し加えられる。このストレスにより、薄くなった渦室体２の内壁に亀裂が入り、渦室体２内の溶湯Ｍが漏出してしまう虞がある。この場合、炉本体１の溶湯Ｍも漏出することにつながり、この場合は大事故に至る。

しかるに、本発明の実施形態の装置によればこのような事故を防ぎ得る。つまり、渦室体２が損傷した場合には、瞬時に、盲落とし堰７を下ろし、渦室体２と炉本体１との間を遮断し、炉本体１内の多量の溶湯Ｍの流出口２２を阻止可能である。

なお、盲落とし堰７による遮断後に、渦室体２内に残った溶湯Ｍはドレインタップ２Ｄ及び取付具４の開口４Ｅにより迅速に外部に抜き出すことができる。これにより、渦室体２内に溶湯Ｍが残りそれが冷却されて渦室体２内で固化するのを防止することができる。渦室体２内で溶湯Ｍが固化してしまうと、渦室体２及び炉本体１の再利用が不可となり大きな損失となるが、これを防ぐことができる。

なお、渦室体２の形状は、本実施形態では、上から見て矩形（箱型）としたが、円形、半円形、楕円形等としても良いことは言うまでもない。

また、本発明は上述の非鉄金属だけでなくその他の金属の溶解炉にも適用できるのは言うまでもない。

Ｍ 溶湯
１ 炉本体
１Ｃ 収納空間
２ 渦室体
２Ｃ 渦室
６ 落とし堰部
７ 盲落とし堰
８ 開口型落とし堰
８Ｂ，８Ｃ 切欠

Claims (16)

1. 溶湯を収容する収納空間を有する炉本体の前記収納空間と連通可能な渦室を有する金属溶解炉用渦室体であって、
   前記収納空間と前記渦室との間の連通状態、遮断状態を切り換える落とし堰部を備え、 前記落とし堰部は互いに別体の盲落とし堰と開口型落とし堰とを備え、
   少なくとも前記盲落とし堰は、前記渦室体に対し上下動可能に構成され、上動位置と下動位置とを切り換え状態に採って前記連通状態、前記遮断状態を切り換えるものとして構成され、
   前記開口型落とし堰は、前記連通状態において、前記渦室と前記収納空間とを連通させるための切欠を有する、
   ことを特徴とする金属溶解炉用渦室体。
2. 前記盲落とし堰及び前記開口型落とし堰は共に前記渦室体から取り外し可能とされていることを特徴とする請求項１記載の金属溶解炉用渦室体。
3. 前記渦室体は一端を解放端、他端を閉塞端としたチャネル型のものとして構成され、前記解放端は前記収納空間と連通させられるものとして構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の金属溶解炉用渦室体。
4. 前記盲落とし堰は前記渦室体に上下動可能に設けられて、前記連通状態と前記遮断状態とを切り換えることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の金属溶解炉用渦室体。
5. 前記開口型落とし堰における前記切欠は、板状の堰本体に幅方向に所定の距離を置いて形成された出口開口と入口開口であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の金属溶解炉用渦室体。
6. 前記盲落とし堰は炉本体側に、前記開口型落とし堰は炉本体と反対側に、それぞれ配置されていることを特徴とする請求項１乃至５記載の金属溶解炉用渦室体。
7. 前記渦室体には溶湯を抜くためのドレインタップが形成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の金属溶解炉用渦室体。
8. 前記渦室体の外側下方に、前記渦室体内の溶湯を回転駆動するための磁場を発生させる永久磁石による移動磁界発生装置が配置されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の金属溶解炉用渦室体。
9. 溶湯を収容する収納空間を有する炉本体と、
   前記炉本体の収納空間と連通可能な渦室を有する渦室体と、
   前記収納空間と前記渦室との間の連通状態、遮断状態を切り換える落とし堰部と、
   を備え、
   前記落とし堰部は互いに別体の盲落とし堰と開口型落とし堰とを備え、
   少なくとも前記盲落とし堰は、前記渦室体に対し上下動可能に構成され、上動位置と下動位置とを切り換え状態に採って前記連通状態、前記遮断状態を切り換えるものとして構成され、
   前記開口型落とし堰は、前記連通状態において、前記渦室と前記収納空間とを連通させるための切欠を有する、
   ことを特徴とする金属溶解炉。
10. 前記盲落とし堰及び前記開口型落とし堰は共に前記渦室体から取り外し可能とされていることを特徴とする請求項９記載の金属溶解炉。
11. 前記渦室体は一端を解放端、他端を閉塞端としたチャネル型のものとして構成され、前記解放端を前記炉本体の側壁に穿けた連通口に接続して、前記収納空間と前記渦室とを連通させた、ことを特徴とする請求項９又は１０記載の金属溶解炉。
12. 前記落とし堰部は前記渦室体に設けられていることを特徴とする請求項９乃至１１の何れかに記載の金属溶解炉。
13. 前記開口型落とし堰における前記切欠は、板状の堰本体に幅方向に所定の距離を置いて形成された出口開口と入口開口であることを特徴とする請求項９乃至１２の何れかに記載の金属溶解炉。
14. 前記盲落とし堰は炉本体側に、前記開口型落とし堰は炉本体と反対側に、それぞれ配置されていることを特徴とする請求項９乃至１３の何れかに記載の金属溶解炉。
15. 前記渦室体には溶湯を抜くためのドレインタップが形成されていることを特徴とする請求項９乃至１４の何れかに記載の金属溶解炉。
16. 前記渦室体の外側下方に、前記渦室体内の溶湯を回転駆動するための磁場を発生させる永久磁石による移動磁界発生装置が配置されていることを特徴とする請求項９乃至１５の何れかに記載の金属溶解炉。

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