JP6633258B1 - 金属溶湯ポンプ、及び金属溶湯ポンプにおけるポンプ能力調整方法 - Google Patents

Abstract

ポンプ室部と駆動部とを備え、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金属溶湯を駆動することにより吐出と吸引を行う金属溶湯ポンプにおいて、前記ポンプ室部を、外筒と、前記外筒に着脱可能に収納される内筒と、を有し、前記外筒は外筒底壁と外筒側壁とを有する有底円筒体として構成されており、前記内筒は内筒底壁と内筒側壁とを有する有底円筒体として構成されており、前記外筒底壁の内面と前記内筒底壁の外面との間に、シール状態に且つ着脱可能に、介在させられたリング状のスペーサをさらに備え、前記スペーサによって、前記外筒底壁の内面と前記内筒底壁の外面との間の空間をポンプ室に区画形成し、前記スペーサを高さの異なる別のスペーサに交換して、前記外筒底壁と前記内筒底壁との間の間隔を変えてポンプ室の容積を変えることにより、ポンプ能力を調整する。

Description

本発明は、金属溶湯ポンプ、及び金属溶湯ポンプにおけるポンプ能力調整方法に関する。

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〕又は前記非鉄金属以外のその他の導電性金属を溶解する溶解炉から、又は前記導電性金属の溶湯を保持する保持炉から、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、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、カーボン羽根が金属の溶湯と直接接触することから各種の難点があった。即ち、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。

本発明者は、このような点に鑑みて、先に、非鉄金属溶湯ポンプ（特許第５４９６６４７号）（特許文献１）（以下、先発明と称する。）を提案した。

この先発明は、本発明者以外の当業者には、従前の課題を解決する完成された１つの発明として認識されている。つまり、本発明者以外の他の当業者は、先発明に特に大きな難点や問題点がある旨は感じておらず且つ指摘はしてはいなかった。よって、本発明者以外の他の当業者が先発明を改良しようという動機を持つことはあり得なかった。

しかるに、本発明者は、先発明を発明した技術者であると共に先発明の特許権者であるがゆえに、先発明の装置の有用性をさらに高めるべく、つまり、装置としての性能向上を図って、市場における価値をさらに高め、市場における需要をより増大させるべく、日夜継続して実験、試験等を繰り返し行っていた。このような実験等は、前述のように、本発明者が先発明の発明者であり特許権者であるため、本発明者によってのみなされたもので、本発明者以外の他の当業者は先発明の装置に特段の不備がある旨は認識していなかったことと相俟って、本発明者以外の当業者によって行われることはあり得なかった。

而して、本発明者は、先発明の装置の有用性をさらに向上させるため、先ずポンプ能力（吐出圧及び吐出量）を向上させることに着目した。さらに進んで、ポンプ能力の向上だけでなく、ポンプ能力の調整（増大、低下）にも着目した。その結果、本発明者は、先発明の装置におけるポンプ能力を増大、低下させるため、回転磁石体１４における永久磁石３２Ａ、３２Ｂを、磁力の強い又は弱い永久磁石に置き換えることを試みた。このことには本発明者以外の当業者も至り得ることが予想される。
しかしながら、実際にやってみて、先発明の装置において永久磁石３２Ａ、３２Ｂを磁力の異なる他の磁石に置き換えるのは、実際上非常に困難であることが分かった。つまり、先発明の装置において永久磁石３２Ａ、３２Ｂを他の永久磁石に置換する作業は、先発明の装置の構造上非常に煩雑で手間と時間が掛かってコストも嵩むだけでなく、そのように永久磁石３２Ａ、３２Ｂの他に強度の異なる他の永久磁石を複数準備することはコストが著しく嵩み、さらには保管場所の問題が出てくる。特に、使用中の永久磁石３２Ａ、３２Ｂよりもさらに強力な永久磁石は、より高価で、より取り扱いも難しく、より交換作業も難しくなる。
このように、先発明の装置においては、永久磁石の交換等は、その磁力の大小に拘わらず、現場においては実際上不可能と言わざるを得ないほど困難であるのが分かった。これは本発明者が実際に試みて分かったことであり、本発明者以外の他の当業者には理解しにくいことである。しかしながら、このことは本発明者以外の当業者も理解する可能性がないとは言えない。さらに、構造上、先発明の装置において、他の手段でポンプ能力（吐出圧及び吐出量）を調整可能とすることは不可能であろうことも当業者には直感される。しかるに、一旦設置した後の先発明の装置においては、永久磁石３２Ａ、３２Ｂを置換する以外に、ポンプ能力（吐出圧及び吐出量）を調整する手段はないことも直感される。
以上のことは、本発明者以外の当業者にとっても同様に理解されると思料されるかも知れない。

特許第５４９６６４７号公報

このように、本発明者は、一旦設置した後の先発明の装置においてポンプ能力の向上或いは調整を行うには、永久磁石３２Ａ、３２Ｂを他のものに置換しなければならないが、それが現実的でないことを知得し、前記向上或いは調整は実際上無理であると直感した。
つまり、本発明者は、先発明の装置の改良は実際上無理であると直感した。これは、本発明者以外の他の当業者も、仮に改良しようと思っても、同様に直感するであろうことは予想される。本発明者はこのように直感したことから、先発明の装置の改良に一旦行き詰まった。

然るに本発明者は、あきらめることなく、ポンプ能力の調整を可能とした金属溶湯ポンプの開発のための実験等をあきらめることなく継続して行った。つまり、本発明者は、先発明の装置の枠に囚われること無く、ポンプ能力（吐出圧及び吐出量）の調整が可能な装置を得るべく、継続して実験等を行った。その結果、本発明者は、先発明の装置の構造とは直接関連のない構造としつつも、ポンプ能力（吐出圧及び吐出量）を調整することができる装置を開発するに至った。

このように、本発明は、先発明の装置とは直接的な関係なしに行った、本発明者による継続的な実験等によって得られたもので、その目的は、ポンプ装置本来の機能であるポンプ能力を容易且つ確実に調整できる金属溶湯ポンプ装置及び方法を、構造が簡単でメンテナンスが容易なものとしたまま、提供することにある。

本発明の金属溶湯ポンプは、
ポンプ室部と駆動部とを備え、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金属溶湯を駆動することにより、前記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、金属溶湯ポンプであって、
前記ポンプ室部は、外筒と、前記外筒に着脱可能に収納される内筒と、を有し、前記外筒は外筒底壁と外筒側壁とを有する有底円筒体として構成されており、前記内筒は内筒底壁と内筒側壁とを有する有底円筒体として構成されており、
前記外筒底壁の内面と前記内筒底壁の外面との間に、シール状態に且つ着脱可能に、介在させられたリング状のスペーサをさらに備え、前記スペーサによって、前記外筒底壁の内面と前記内筒底壁の外面との間の空間をポンプ室に区画形成し、前記ポンプ室を、前記外筒底壁に穿けたポンプ室入口と、前記外筒側壁に穿けたポンプ室出口と、によって外部に連通させており、
前記駆動部は、前記内筒の内部に、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、
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電極が前記内筒底壁と上下に対向しており、
前記複数の永久磁石の強度は、第１の永久磁石からの磁力線が、前記内筒底壁を下方に貫通して前記ポンプ室に至り、前記ポンプ室から前記内筒底壁を上方に貫通して前記第１の永久磁石に隣り合う第２の永久磁石に戻る、強度に設定されている、
ものとして構成される。

本発明の金属溶湯ポンプにおけるポンプ能力調整方法は、
ポンプ室部と駆動部とを備え、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金属溶湯を駆動することにより、前記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、金属溶湯ポンプにおけるポンプ能力調整方法であって、
前記ポンプ室部は、外筒と、前記外筒に着脱可能に収納される内筒と、を有し、前記外筒は外筒底壁と外筒側壁とを有する有底円筒体として構成されており、前記内筒は内筒底壁と内筒側壁とを有する有底円筒体として構成されており、
前記外筒底壁の内面と前記内筒底壁の外面との間に、シール状態に且つ着脱可能に、介在させられたリング状のスペーサをさらに備え、前記スペーサによって、前記外筒底壁の内面と前記内筒底壁の外面との間の空間をポンプ室に区画形成し、前記ポンプ室を、前記外筒底壁に穿けたポンプ室入口と、前記外筒側壁に穿けたポンプ室出口と、によって外部に連通させており、
前記駆動部は、前記内筒の内部に、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、
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電極が前記内筒底壁と上下に対向しており、
前記複数の永久磁石の強度は、第１の永久磁石からの磁力線が、前記内筒底壁を下方に貫通して前記ポンプ室に至り、前記ポンプ室から前記内筒底壁を上方に貫通して前記第１の永久磁石に隣り合う第２の永久磁石に戻る、強度に設定されている、
前記金属溶湯ポンプにおいて、
前記スペーサを高さの異なる別のスペーサに交換して、前記外筒底壁と前記内筒底壁との間の間隔を変えてポンプ室の容積を変えることにより、ポンプ能力を調整する、
ものとして構成される。

本発明の実施形態の、金属溶湯ポンプを有する溶解炉の縦断説明図。 図１の溶解炉において、金属溶湯ポンプの内筒を外筒に対して着脱する一過程を示す、動作説明図。 図１のIII−III線に沿って切断した端面説明図。 図１の溶解炉の一具体例を示す、金属溶湯ポンプを有する溶解炉の縦断説明図。 図４の回転磁石体をＶ−Ｖ線に沿って見た説明図。 図１の溶解炉の他の一具体例を示す、金属溶湯ポンプを有する溶解炉の縦断説明図。 図６の回転磁石体をＶII−ＶII線に沿って見た説明図。 図１の溶解炉における磁場発生装置本体を上動させた状態の一動作例を示す縦断説明図。 図８の溶解炉において高さの低い内筒を用い、その内筒を持ち上げてポンプ室の容積を増やした状態の一動作例を示す縦断説明図。 図１に示したポンプ装置に溶湯排出管を接続した溶解炉の例を示す縦断説明図。 図１に示したポンプ装置に切粉溶解炉を接続した溶解炉の例を示す縦断説明図。

上述したところからも分かるように、本発明の実施形態の特徴の１つは、図１を参照して説明すれば、金属溶湯ポンプ１００におけるポンプ能力（吐出圧及び吐出量）を調整可能として、使い勝手を良くしたところにある。且つ、本発明の実施形態の装置では、２つの態様でポンプ能力を調整可能とした。つまり、本発明の実施形態の装置は、ポンプ能力を調整する機能として２つの機能、つまり、後述のように、１次調整機能と２次調整機能を備えるものとして構成される。

先ず、前記１次調整機能を実現するために、本発明の実施形態の装置では、ポンプ室Ｐの容積を、現場に設置する前後にかかわらず、容易に変えることができるようにした。

つまり、先ず、本発明の実施形態の装置によれば、ポンプ装置の設置前後にかかわらず、金属溶湯ポンプ１００のポンプ室Ｐの容積を、用途に応じて或いは溶湯Ｍの特性等に応じて、可変とすることにより、ポンプ能力（吐出圧及び吐出量）を調整することができる（１次調整機能）。これにより金属溶湯ポンプ１００を極めて有用性の高いものとできた。具体的には、追って詳しく説明するように、図１において、スペーサ１１の高さを変えることにより、ポンプ室Ｐの容積を変えることができるようにした。

さらに、ポンプ室Ｐの容積を可変とするための構成を採用した結果、その構成に基づいて、後述のように、従来装置には決して得られない、種々の本発明に特有の効果が得られるようになった。金属溶湯ポンプにおいて、このように、ポンプ室Ｐの容積を変えることができるようにするという技術的思想は、先発明を含むいかなる先行技術にも開示も示唆もない。加えて、前述のように、先発明には特段の不都合があるわけではない。つまり、本発明者以外の他の当業者も本発明者も、先発明に特段の課題があるとは認識していない。このようなことから、本発明の実施形態の装置は、先発明及び他の先行技術の装置とは直接的に関係のない、構成も作用効果も全く異なる別の装置と言える。つまり、当業者といえども先発明その他の先行技術に基づいて本発明をなし得たとは言えない。

また、前記２次調整機能を実現するために、本発明の実施形態の装置においては、追って詳しく説明するように、磁場発生装置５を上下動可能とした。

これにより、磁場発生装置５からの磁力線ＭＬがポンプ室Ｐ内の溶湯Ｍ中へ貫通する態様を変えて、ポンプ能力を調整可能とできる（２次調整機能）。また、この上下動によって、磁場発生装置５の高さを、ポンプ室Ｐの容積等との関係で、磁場発生装置５の磁力が最も効率良くポンプ室Ｐ内の溶湯Ｍに加えられる、高さとすることもできる。

このように、本発明の実施形態の装置によれば、１次調整機能と２次調整機能を２段階に併用も可能であり、より確実に、ポンプ能力の調整を行うことができる。

以下に本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る、導電性金属を溶解するための溶解炉１の全体を示す縦断説明図である。前記導電性金属は、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〕又は前記非鉄金属以外のその他の導電性の金属である。

本発明の実施形態における溶解炉１は、攪拌バス（前炉）１Ｂ中に設置された金属溶湯ポンプ１００から溶湯Ｍを吐出し、その溶湯Ｍをメインバス１Ａに流入させて、メインバス１Ａ中の導電性金属の溶湯Ｍを攪拌可能にしたものである。

即ち、上述のように、溶解炉１は、メインバス１Ａと攪拌バス１Ｂとを備えている。メインバス１Ａと攪拌バス１Ｂとは隔壁１Ｃで区画され、且つ、隔壁１Ｃに穿けられた連通開口１Ｃ１により互いに連通している。

攪拌バス１Ｂには金属溶湯ポンプ１００が収納設置されている。この攪拌バス１Ｂは既存のバスを改造して製造することもできる。金属溶湯ポンプ１００は脚体３ａによって、攪拌バス１Ｂの底面に、前記底面よりも浮かした状態に、設置されている。使用状態にあっては、この金属溶湯ポンプ１００は、図１から分かるように、攪拌バス１Ｂ中の溶湯Ｍに、部分的に浸漬した状態とされる。この状態で、金属溶湯ポンプ１００は、溶湯入口１０１から攪拌バス１Ｂ中の溶湯Ｍを吸い込み、溶湯出口１０２から吐出する。吐出された溶湯Ｍは、隔壁１Ｃの連通開口１Ｃ１からメインバス１Ａへ流入し、前述のようにメインバス１Ａ中の溶湯Ｍを攪拌する。なお、この脚体３ａとして、高さの異なる複数のものを用意してもよい。高さの異なるものへ変更可能することによって、溶湯入口１０１からの吸い込み量等を調整できる。これによっても、金属溶湯ポンプ１００を最適に動作するものに調整可能である。

上述のように、既存のバスを改造してメインバス１Ａ及び攪拌バス１Ｂを作り、その攪拌バス１Ｂに金属溶湯ポンプ１００を設置して、本発明の溶解炉１を構成することもできる。これにより、既存のバスの僅かな改変により本発明の実施形態の装置を構成することもできる。

金属溶湯ポンプ１００は、ポンプ室Ｐ等を有するポンプ室部と、ポンプ室Ｐ内の溶湯Ｍを回転駆動する磁場発生装置５等を備える駆動部と、を有する。

後述するところから分かるように、前記ポンプ室部は容器３を備え、この容器３は、外筒８、内筒９、断熱体１５、スペーサ１１、脚体３ａ、ノズル体８Ａ、蓋体４等を有し、前記駆動部は、アーム２１、昇降機構２３、磁場発生装置５等を有する。

前記ポンプ室部における金属溶湯ポンプ１００は、上方を開放し且つ底壁８ａ、９ａを有する二重円筒状の容器３を有する。この容器３の内部には、前記駆動部の磁場発生装置５が、外部上方から吊り下げ状態に且つ上下動可能に、収納されている。
つまり、磁場発生装置５は、後述のように、容器３の内部での高さを上下に調節可能とされている。これにより、磁場発生装置５からの磁場をポンプ室Ｐの溶湯に加える態様を変えることができる。これにより、先ず、磁場発生装置５からの磁場がポンプ室Ｐ内の溶湯Ｍへ加わる形態を直接的に変えることができ、且つ、ポンプ室Ｐの容積に応じた位置に磁場発生装置５の高さを調整可能である。つまり、容器３内での磁場発生装置５の高さを、ポンプ動作を行うのに最も適切な高さに調節可能である。つまり、磁場発生装置５は、ポンプ動作のチューニング兼能力調整機能（２次調整機能）を備えていると言える。

図１中、符号４は容器３に被せられる蓋体である。後述のように、この蓋体４で上から押さえつけるだけで、内筒９を外筒８に固定可能である。

前記ポンプ室部における二重円筒体状の容器３は、耐火材製の外筒８と、それに着脱可能に収納された同じく耐火材製の内筒９と、を有する。外筒８は上方を開放し且つ底壁（外筒底壁）８ａを有するものとして構成されている。さらに、外筒８の外周面の低部にノズル体８Ａが付設されている。外筒８の内部とノズル体８Ａの内部とは連通している。外筒８とノズル体８Ａとは一体に構成することもできる。内筒９は上方を開放し且つ底壁（内筒底壁）９ａを有するものとして構成されている。内筒９は、後述するスペーサ１１の高さに応じて、複数の周壁の高さのものが準備され、且つ、摩耗破損時の交換のために高さの異なるものが複数準備されている。外筒８の周壁と内筒９の周壁の間には、断熱用の隙間１０が設けられている。この隙間１０には、断熱体１５として、砂状あるいは粉末状等の断熱体を収納されている。前記砂状あるいは粉末状等の断熱体としては汎用の各種の物を採用できるが、例えば、けい砂、石英石、苦石灰、長石、ソーダ灰等も採用可能である。なお、隙間１０に断熱体を介在させず、隙間１０を空間としてもよい。すなわち、空気を断熱材としてもよい。

内筒９は、リング板状のパッキンとしても機能する耐火性のスペーサ１１により底面を浮かした状態で、外筒８内に着脱可能に収納される。図２は、後述のように、内筒９の外筒８への着脱状態の一例を示している。内筒９の底壁９ａと、外筒８の底壁８ａと、リング状のスペーサ１１とによりポンプ室Ｐが密閉状態に区画形成される。スペーサ１１は、外筒底壁８ａの内面と内筒底壁９ａの外面との間に、シール状態に且つ着脱可能に介在させられている。
スペーサ１１は高さの異なる複数のものが準備されており、ポンプ室Ｐの容積をいくらにするかに応じて、その中の所期の高さのものが選択的に使用される。スペーサ１１の高さに応じた高さの内筒９が用いられる。このように、高さの異なるスペーサ１１を選択的に用いることにより、ポンプ室Ｐの容積を変えることができる。この高さの調整は、金属溶湯ポンプ１００の設置時に、或いは、一旦設置した後で、行うことができる。

而して、一般に、ポンプ能力には、吐出圧と吐出量がある。本発明の実施形態の装置において、同一の磁場発生装置５を用いる場合においては、ポンプ室Ｐの容積を大きくした場合には、吐出圧は低くなり吐出量を増やすことができる。また、ポンプ室Ｐの容積を小さくした場合には、吐出量は少なくなり吐出圧を大きくすることができる。従って、スペーサ１１として高さの異なるものを複数準備しておき、要求されるポンプ能力或いは用いる溶湯Ｍの物性（溶湯自体の物性及びそれに含まれる鉄金属等の不純物の物性）等に応じた高さのスペーサ１１を、実験等によって決定して用いることにより、吐出圧及び吐出量を所望のものに調整することができる。上述のように、高さの異なるスペーサへの交換は、金属溶湯ポンプ１００の攪拌バス１Ｂへの設置時に行うことができるが、設置後の任意の時期においても行うことができる。これにより、金属溶湯ポンプ１００の設置の前後に拘わらず、ポンプ能力（吐出圧及び吐出量）を調整することができる。

図１から分かるように、ポンプ室Ｐは溶湯入口１０１と溶湯出口１０２とを有している。即ち、外筒８の底壁８ａに穿けた溶湯入口１０１と、外筒８の側壁（外筒側壁）８ｃに穿けた流出案内孔８ｂ及びノズル体８Ａに設けた溶湯出口１０２と、によって、このポンプ室Ｐの内部は外部（攪拌バス１Ｂ内部）と連通している。この連通状態は、平面図としての図３にも示される。図３は、図１において、外筒８及びノズル体８ＡをIII−III線に沿って切断した端面図である。なお、ノズル体８Ａを設けずに、流出案内孔８ｂを前記溶湯出口とすることもできる。

より詳しくは、図１からわかるように、外筒８は、フランジ部８ｄを有し且つ底壁８ａを有する、下端を塞いだ円筒体として構成される。図１及び図３からわかるように、外筒８の底壁８ａの内面中心部分を座ぐって、中央部分に円盤状の肉薄部分（ポンプ室区画部８ａ２）と、外周部分にリング状の肉厚部分（内筒支持部８ａ１）と、を形成している。このポンプ室区画部８ａ２に溶湯入口１０１が穿けられている。また、内筒支持部８ａ１に横向きに流出案内孔８ｂが穿けられている。この流出案内孔８ｂはノズル体８Ａの溶湯出口１０２に連通している。よって、溶湯Ｍは、溶湯入口１０１からポンプ室Ｐに吸い込まれ、流出案内孔８ｂを通って溶湯出口１０２から吐出されることになる。

また、先にも述べたが、図２から分かるように、内筒９は外筒８及び断熱体１５に対して着脱可能とされている。つまり、図２は、内筒９を外筒８及び断熱体１５から引き抜いた状態（あるいは、内筒９を外筒８及び断熱体１５に挿入する前の状態）を示している。なお、内筒９は各種の手段で搬送され上下動される。例えば、内筒９をクレーンで持ち上げて把持搬送するために、内筒９の側壁（内筒側壁）９ｂの上端近傍にクレーンの鈎を通す吊下孔９ｃを穿けている。なお、実際には、内筒９に、前記引き抜き、挿入を容易にするため、下部が上部よりも小径となるように、テーパを付けることもできる。

また、本発明の実施形態の装置によれば、上述のように、内筒９を外筒８から取り外し可能な構成としたことから、以下のような本発明の実施形態の装置に特有で、先行技術には決して得られない、優れた作用効果を奏することができる。即ち、図２のように、内筒９を引き上げた状態においては、ポンプ室Ｐの内部が外部に露呈する。この状態とすることによりいわゆるポンプ室内の清掃を極めて容易に行うことができる。これは、金属溶湯のポンプ装置においては現場においては極めて有用な利点である。つまり、ポンプ動作に伴って溶湯入口１０１、ポンプ室Ｐ、流出案内孔８ｂ、溶湯出口１０２等の内面に溶湯Ｍ中に含まれる各種不純物（酸化物等）の溶湯滓が付着するのが避けられない。特に、溶湯Ｍ中に鉄金属等の不純物が含まれている場合は滓の付着は顕著である。溶湯のポンプにおいては、これらの溶湯滓を定期的に清掃除去する必要がある。しかるに、上記のように、本発明の実施形態によれば、内筒９の除去により、ポンプ室Ｐの上壁部分取り払って、ポンプ室Ｐの内部を外部に露呈させることができるので、前記各箇所に付着した溶湯滓を除去する清掃を、極めて簡単確実に短時間で行うことができ、金属溶湯ポンプ１００のメンテナンス時間を短くして、金属溶湯ポンプ１００としての有用性を一段と高めることができる。

次に、内筒９の内部に挿入収納される、前記駆動部における磁場発生装置本体２５を有する磁場発生装置５について説明する。

図１から分かるように、溶解炉１、特に内筒９の内部には、駆動部における磁場発生装置５の磁場発生装置本体２５が宙づり状態に且つ高さを任意に調整可能に収納されている。より詳しくは、この磁場発生装置５は、脚部が床Ｆに固定されたほぼＬ型のアーム２１と、その先端部分に装着された昇降機構２３と、その昇降機構２３によって上下動させられる磁場発生装置本体２５と、を備える。昇降機構２３は電動機２３ａを有する。
さらに、磁場発生装置本体２５においては、電動機２５ａが、シャフト機構（軸受）２６及びシャフト２６ａを介して、回転磁石体２７を回転させる。なお、アーム２１は、例えば、床Ｆを走行可能な移動体（図示せず）の台座に固定して、磁場発生装置５を走行移動可能なものとすることもできる。

回転磁石体２７は各種の構成を採ることができる。その一例が図４及び図５に示される。図４から分かるように、シャフト２６ａには、円盤２７ａが取り付けられている。
円盤２７ａには、吊下状態に複数の永久磁石（磁石片）２７ｂが取り付けられている。平面的な位置関係は図５に示される。図５は、図４におけるＶ−Ｖ線矢視図を示す。つまり、図５は、図４において、円盤２７ａ及び磁石片２７ｂを下から上に向かって見た図である。この図５からわかるように、円盤２７ａの下面に、４つの永久磁石２７ｂが円周に沿って所定の間隔で、例えば９０度の間隔で、吊下状態に配置固定されている。

図４からわかるように、各永久磁石（磁石片）２７ｂは、上下両面が磁極となるように、つまり、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、複数の磁石片２７ｂは、図５から分かるように、例えば下面磁極を見た場合、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。

よって、後述もするが、図４からわかるように、ある磁石片２７ｂのＮ極から下方に向かって出た磁力線ＭＬは、内筒９の底壁９ａを貫通してポンプ室Ｐに達し、溶湯Ｍを貫通し、その後Ｕターンして上方に向かい、底壁９ａを貫通して、他の磁石片２７ｂのＳ極に達する。

このような状態において、回転磁石体２７を回転させると、磁力線ＭＬが導電性の溶湯Ｍ中を移動し、溶湯Ｍ内には渦電流が発生し、例えば図３に示すように、溶湯Ｍが矢印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２７の回転速度に応じたものとなる。この回転に伴い、ポンプ室Ｐ内においては、周辺部分が高圧になり、中心部分が低圧となる。これにより、攪拌バス１Ｂ中の溶湯Ｍが溶湯入口１０１からポンプ室Ｐ内に吸い込まれ、やがて溶湯出口１０２から外部に吐出される。図１に示されるこの金属溶湯ポンプ１００のポンプ能力としての吐出圧、吐出量は、前述のように、ポンプ室Ｐの容積に応じたものとなる。

溶湯Ｍの溶湯出口１０２からの単位時間当たりの排出量を調整するには、電動機２５ａによる回転磁石体２７の回転速度を変化させればよい。このような制御を行うには、例えば、電動機２５ａ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、単位時間当たりの排出量を任意に制御可能である。つまり、本発明の実施形態の装置は電動機２５ａによる第３次ポンプ能力調整機能（３次調整機能）を有するとも言える。

また、同じ磁場発生装置５を使いつつもポンプ能力を高めるには、ポンプ室Ｐの上壁（内筒底壁９ａ）を薄くすれば良い。底壁９ａを薄くした場合にはこの底壁９ａの損傷が早まってしまう。しかし、底壁９ａが損傷しても内筒９を交換すれば良い。本発明の実施形態の装置によれば、このような使い方も可能である。

図６及び図７は、回転磁石体２７の異なる例を示す。つまり、特に図７から分かるように、永久磁石２７ｂは、一対のみ用いている。この際の、磁力線ＭＬの走る態様は、図６に示される。

なお、本発明の実施形態の装置においては、前述のように、磁場発生装置５を容器３（内筒９、外筒８）に対し、上下動可能に構成している。例えば、昇降機構２３によって磁場発生装置本体２５を図１の位置よりも上動させた状態を、図８に示している。例えば図４は、磁力線ＭＬがポンプ室Ｐの溶湯Ｍを貫通する１つの態様を示している。而して、磁場発生装置本体２５を上動（又は下動）させることによりこの態様は変わる。このようにして、磁力線ＭＬがポンプ室Ｐの溶湯Ｍを貫通する態様を変えることにより、ポンプ能力を調整（増大、減少）することができる（２次調整機能）。磁場発生装置５の上下動の量を小さくすれば、ポンプ能力を微調整することもできる。つまり、金属溶湯ポンプ１００のポンプ能力を、最大値と最小値の間で任意の値に設定することができ、所期のポンプ能力のものとして運転することができる。また、当然、磁場発生装置本体２５を最大のポンプ能力を引き出すための高さとすることができる。つまり、ポンプ能力のチューニングを行うこともできる（２次調整機能）。つまり、金属溶湯ポンプ１００は、第２次ポンプ能力調整機能（２次調整機能）を有すると言える。これにより、前記１次調整機能との連携により、より大幅にポンプ能力の調整を行うことができる。

図９は、第１次ポンプ能力調整機能（１次調整機能）の一例を示す。即ち、図９は、図８において、スペーサ１１を他の高さの異なる別のスペーサ１１Ａに置換して、ポンプ室Ｐの容積を変えた（増やした）状態を示している。なお、内筒９も、置換したスペーサ１１Ａに応じた高さの内筒９Ａに置換している。これにより、前述のように、ポンプ能力（吐出圧及び吐出量）を所期のものに調整することができる。つまり、図９では、内筒９Ａを図８よりも持ち上げて、ポンプ室Ｐの容積を増やした状態を示している。これにより、ポンプとしての吐出圧を抑えつつ、吐出量をより増大させることができる。逆に、図９よりも低いスペーサを用いて、ポンプ室Ｐを小さくすれば、吐出圧を上げて、吐出量を抑えることができるのは当然である。

上述したところから分かるように、金属溶湯ポンプ１００は第１次ポンプ能力調整機能と第２次ポンプ能力調整機能の２つのポンプ能力調整機能を備える。

よって、金属溶湯ポンプ１００においては、先ずポンプ室Ｐの容積を設定することにより１次的にポンプ能力（吐出圧及び吐出量）を調整設定でき、この１次的に決まったポンプ能力を、この後、磁場発生装置本体２５の高さを調整することにより２次的に調整することができる。さらに、先にも簡単に述べたように、電動機２５ａによる第３次ポンプ能力調整機能（３次調整機能）を有するとも言える。

次に、上記のように構成された金属溶湯ポンプ１００の攪拌バス１Ｂへの設置及び組立の一例について説明する。

先ず、新規設置の場合について説明する。

図１から分かるように、攪拌バス１Ｂ中に脚体３ａを介して外筒８を設置する。次に、外筒８に所望の高さのスペーサ１１を介して内筒９を挿入する。この内筒９は、有底の円筒体として、断面係数が大きく強度の高いものとした。この後に、外筒８と内筒９の間のスペーサ１１でポンプ室Ｐとシールされた隙間１０に、所望の断熱体１５を挿入する。なお、内筒９は、追って、蓋体４によって上から下に確実に外筒８に押しつけられた状態に固定される。

この後、磁場発生装置５の磁場発生装置本体２５を内筒９内に所望の高さとなるように収納する。高さの調整は昇降機構２３によって行う。このように設置された金属溶湯ポンプ１００のポンプ能力（吐出圧及び吐出量）は、スペーサ１１の高さに応じたポンプ室Ｐの容積（１次調整機能）と、磁場発生装置本体２５の内筒９内での高さ（２次調整機能）によって決められる。

一旦設置した後において、１次調整機能によりポンプ能力を調整するには、スペーサ１１を異なる高さの別のスペーサと置換してポンプ室Ｐの容積を増減すればよく、且つ、２次調整機能によりポンプ能力を調整するには、磁場発生装置本体２５の内筒９内での高さを調整すればよい。つまり、先にも述べたように、本発明の実施形態の装置によれば、２段階にポンプ能力を調整することができる。

なお、前に述べたところから分かるように、ポンプ室Ｐの容積を変えるには、図１における磁場発生装置本体２５を内筒９から外す。この状態で、内筒９を外筒８から取り外し（図２）、スペーサ１１を別の所望の高さのスペーサ１１Ａに置換する（図９）。その後、内筒９Ａを断熱体１５を介して外筒８に挿入する。この後、内筒９Ａ内に磁場発生装置本体２５を収納し、必要に応じて磁場発生装置本体２５の高さを調節する。

前述のように、図２において、内筒９を取り外した状態においては、ポンプ室Ｐの上壁が取り除かれて、内部が露呈した状態となる。これにより、前述のように、ポンプ室Ｐ内部の各所（溶湯入口１０１、ポンプ室Ｐ、流出案内孔８ｂ、溶湯出口１０２等）に付着した溶湯滓、特に、溶湯Ｍ中に存在する不純物の滓等の除去を簡単に行うことができる。

本実施形態に係る金属溶湯ポンプ１００は上記以外にも種々の使い方ができる。

例えば、図１０は、金属溶湯ポンプ１００により溶湯Ｍをバス３２から排出するようにした溶解炉の構成例を示す。つまり、ノズル体８Ａ（溶湯出口１０２）に溶湯排出管（接続管）３１を接続している。

また、図１１は、バス３２内の溶湯Ｍを切粉溶解炉３０に戻すようにした溶解炉の構成例を示す。つまり、ノズル体８Ａ（溶湯出口１０２）を溶湯排出管３１で切粉溶解炉３０と接続している。この例においては、切粉又はインゴット等を切粉溶解炉３０に投入することにより急速溶解が行われる。なお、この例においては、金属溶湯ポンプ１００と切粉溶解炉３０とを溶湯排出管３１で接続するのに代えて、両者を一体構成とすることもできる。

図１０及び図１１において、金属溶湯ポンプ１００は、バス３２内の任意の位置に、且つ、吐出方向も任意となるように設置可能である。これは、既存のバス３２に金属溶湯ポンプ１００を設置するに当たり、極めて高い融通性を有すると言える。これにより、金属溶湯ポンプ１００の有用性を極めて高くすることができる。

また、図１１において、切粉溶解炉３０を有するバス３２内に金属溶湯ポンプ１００を設置するに際しても、金属溶湯ポンプ１００はバス３２内の任意の位置に任意の方向に吐出可能に設置でき、金属溶湯ポンプ１００の使用勝手は極めて良い。金属溶湯ポンプ１００の設置に当たっても、炉の大幅な改造等は必要が無い。また、図１１において、接続管３１を切り離せば、このバス３２においては、金属溶湯ポンプ１００を溶湯循環装置として機能させることもできる。

１ 溶解炉
１Ａ メインバス
１Ｂ 攪拌バス
１Ｃ 隔壁
１Ｃ１ 連通開口
３ 容器
３ａ 脚体
４ 蓋体
５ 磁場発生装置
８ 外筒
８ａ 底壁
８Ａ ノズル体
８ａ１ 内筒支持部
８ａ２ ポンプ室区画部
８ｂ 流出案内孔
８ｃ 側壁
８ｄ フランジ部
９ 内筒
９ａ 底壁
９Ａ 内筒
９ｂ 側壁
９ｃ 吊下孔
１０ 隙間
１１ スペーサ
１１Ａ スペーサ
１４ 回転磁石体
１５ 断熱体
２１ アーム
２３ 昇降機構
２３ａ 電動機
２５ 磁場発生装置本体
２５ａ 電動機
２６ シャフト機構
２６ａ シャフト
２７ 回転磁石体
２７ａ 円盤
２７ｂ 永久磁石
３０ 切粉溶解炉
３１ 溶湯排出管
３２ バス
３２Ａ 永久磁石
３２Ｂ 永久磁石
１００ 金属溶湯ポンプ
１０１ 溶湯入口
１０２ 溶湯出口
Ｆ 床
Ｍ 溶湯
ＭＬ 磁力線
Ｐ ポンプ室

Claims (15)

1. ポンプ室部と駆動部とを備え、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金属溶湯を駆動することにより、前記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、金属溶湯ポンプであって、
   前記ポンプ室部は、外筒と、前記外筒に着脱可能に収納される内筒と、を有し、前記外筒は外筒底壁と外筒側壁とを有する有底円筒体として構成されており、前記内筒は内筒底壁と内筒側壁とを有する有底円筒体として構成されており、
   前記外筒底壁の内面と前記内筒底壁の外面との間に、シール状態に且つ着脱可能に、介在させられたリング状のスペーサをさらに備え、前記スペーサによって、前記外筒底壁の内面と前記内筒底壁の外面との間の空間をポンプ室に区画形成し、前記ポンプ室を、前記外筒底壁に穿けたポンプ室入口と、前記外筒側壁に穿けたポンプ室出口と、によって外部に連通させており、
   前記駆動部は、前記内筒の内部に、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、
   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内筒底壁と上下に対向しており、
   前記複数の永久磁石の強度は、第１の永久磁石からの磁力線が、前記内筒底壁を下方に貫通して前記ポンプ室に至り、前記ポンプ室から前記内筒底壁を上方に貫通して前記第１の永久磁石に隣り合う第２の永久磁石に戻る、強度に設定されている、
   ことを特徴とする金属溶湯ポンプ。
2. 前記駆動部は、前記回転磁石体を前記内筒の内部で上下動可能とする昇降機構をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の金属溶湯ポンプ。
3. 前記ポンプ室入口は前記外筒底壁の中心近傍に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属溶湯ポンプ。
4. 前記外筒側壁と前記内筒側壁との間に断熱用の隙間が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の金属溶湯ポンプ。
5. 前記隙間は空間とされていることを特徴とする請求項４に記載の金属溶湯ポンプ。
6. 前記隙間には断熱体が収納されていることを特徴とする請求項４に記載の金属溶湯ポンプ。
7. 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６のいずれか１つに記載の金属溶湯ポンプ。
8. 前記電動機は、前記回転磁石体の回転数を可変なものとして構成されていることを特徴とする請求項７に記載の金属溶湯ポンプ。
9. 前記回転磁石体は、前記内筒の内部に、上方から吊下られた状態に収納されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載の金属溶湯ポンプ。
10. 前記昇降機構は、下端が床に固定されたアームの先端に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の金属溶湯ポンプ。
11. 前記昇降機構は、下端が床を走行可能な移動体に固定されたアームの先端に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の金属溶湯ポンプ。
12. 前記内筒の内筒側壁には、前記内筒を把持搬送するための吊下孔が穿けられていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１つに記載の金属溶湯ポンプ。
13. 前記ポンプ室出口には溶湯排出管が接続されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の金属溶湯ポンプ。
14. 前記ポンプ室出口には切粉溶解炉が接続されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の金属溶湯ポンプ。
15. ポンプ室部と駆動部とを備え、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金属溶湯を駆動することにより、前記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、金属溶湯ポンプにおけるポンプ能力調整方法であって、
    前記ポンプ室部は、外筒と、前記外筒に着脱可能に収納される内筒と、を有し、前記外筒は外筒底壁と外筒側壁とを有する有底円筒体として構成されており、前記内筒は内筒底壁と内筒側壁とを有する有底円筒体として構成されており、
    前記外筒底壁の内面と前記内筒底壁の外面との間に、シール状態に且つ着脱可能に、介在させられたリング状のスペーサをさらに備え、前記スペーサによって、前記外筒底壁の内面と前記内筒底壁の外面との間の空間をポンプ室に区画形成し、前記ポンプ室を、前記外筒底壁に穿けたポンプ室入口と、前記外筒側壁に穿けたポンプ室出口と、によって外部に連通させており、
    前記駆動部は、前記内筒の内部に、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、
    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内筒底壁と上下に対向しており、
    前記複数の永久磁石の強度は、第１の永久磁石からの磁力線が、前記内筒底壁を下方に貫通して前記ポンプ室に至り、前記ポンプ室から前記内筒底壁を上方に貫通して前記第１の永久磁石に隣り合う第２の永久磁石に戻る、強度に設定されている、
    前記金属溶湯ポンプにおいて、前記スペーサを高さの異なる別のスペーサに交換して、前記外筒底壁と前記内筒底壁との間の間隔を変えてポンプ室の容積を変えることにより、ポンプ能力を調整する、
    ことを特徴とする金属溶湯ポンプにおけるポンプ能力調整方法。