JP7011862B1 - 溶湯混合システム - Google Patents

Abstract

【課題】酸化物が混ざっていない（または酸化物の混入量が少ない）均質な溶湯を製造するための溶湯混合システムの提供。【解決手段】第１溶湯を製造する第１溶解装置１０と、第２溶湯を製造する第２溶解装置１と、第１溶解装置１０と第２溶解装置１を連結する連結管Ｗ２０とを有し、第２溶湯が、連結管Ｗ２０を通って第１溶解装置１０へ搬送され、第１溶解装置１０の第１溶湯材料と混合する構成とされ、第２溶解装置１は、第１溶解装置１０に搬送される第２溶湯を貯留する出湯室６を備え、第１溶解装置１０は、第２溶解装置１から搬送された第２溶湯を貯留する受湯室１１を備え、受湯室１１に貯留された第２溶湯の一部が受湯室１１の外に排出され、受湯室の液面の高さが低下すると、サイホンの原理によって、出湯室６の第２溶湯が連結管Ｗ２０を通じて受湯室１１へ移動する溶湯混合システム。【選択図】図１

Description

本発明は、第１の溶湯材料を第１溶解装置で溶解させて第１溶湯を製造するとともに、第２の溶湯材料を第２溶解装置で溶解させて第２溶湯を製造し、その後、第１溶湯と第２溶湯とを混合する溶湯混合システムに関するものである。

従来から、溶湯の材料として鉄がよく用いられている。しかし、近年は自動車の燃費向上を目的として車体の軽量化が進められており、比較的比重の小さいアルミニウム材やアルミニウム合金材などの非鉄金属を車体に用いる割合が増えつつある。そのため、非鉄金属の資源価値が上昇しつつあり、その貴重な非鉄金属資源を有効活用しようとする意識が高まっている。そのような意識の下、一度使用した非鉄金属と新たな非鉄金属（新材）とを混合して、新たな非鉄金属（新材）の使用量を削減する方法が求められている。

前述の一度使用した非鉄金属としては、例えば、リターン材、ブリケット材、切粉等のスクラップ材を挙げることができる。スクラップ材のうち、前記リターン材は非鉄金属の成形時もしくは成形直後の加工時に発生する不要部分を粉砕機で粉砕したものを例示することができ、性状が新材に近く、新材とともに溶解して溶湯としやすい。前記ブリケット材は非鉄金属の加工時に発生する切削屑や切粉等を圧縮して固形にしたものを例示することができる。

以上のように、一度使用した非鉄金属には様々な種類のものが存在するが、その種類によって再利用しやすい材料と再利用しにくい材料がある。具体的には、リターン材の再利用は前述のとおり比較的容易であるが、ブリケット材や切粉は再利用しにくい傾向がある。その理由は次のとおりである。

一般的に、ブリケット材は前述のとおり、非鉄金属の加工時に発生する切削屑や切粉等を圧縮して固形にしたものであり、油分や水分を含むため、そのまま溶解すると質の高い溶湯とはならない。そのため、再利用する際は、まずブリケット材を乾燥等させてブリケット材に含まれる油分や水分等を蒸発等で取り除く前処理を行うのが望ましいが、新材と同様には溶湯に溶解し難い。また、ブリケット材は、比重が小さく表面積が大きいため湯面に浮きやすく溶解に際し一部が酸化されやすい。

切粉も同様に比重が小さく表面積が大きいため湯面に浮きやすく溶解に際し一部が酸化されやすい。例えば、アルミニウム材やアルミニウム合金材は酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）等の酸化物になりやすい。特に切粉は表面積が大きいため、単位重量当たりの酸化物量が多くなりやすい。そのため、酸化物の影響を受けて、酸化物を含む切粉全体の融点が上昇して溶けにくくなる。例えば、酸化アルミニウムの融点は２０７２℃であり、非常に溶けにくい性質となる。

以上のように、ブリケット材や切粉には前述のような性質があるため、資源として再利用しづらい傾向がある。

ここで、本発明に関連する先行技術文献を提示する。具体的には、本発明に関連する先行技術として、例えば下記特許文献１記載の発明がある。この特許文献１記載の発明は、補給用溶湯保持炉内の溶湯を鋳造用溶湯保持炉内へ配湯するために、サイホン機能を有する連結管を用いるという発明である。

しかし、前記特許文献１記載の発明は、サイホン機能を有する連結管を用いて、保持炉内の溶湯を隣接する別の保持炉に移動させることを開示しているにすぎず、本発明のように二以上の溶湯を混合するシステムではない。

特許第５２３７７５２号

以上のように、酸化しやすい性質を持つブリケット材や切粉を再利用するために、例えば、最初に切削油等の油分や水分が混入したアルミ切粉を洗浄液により油分を溶解したり水分を除外したりする。またはロータリーキルンでアルミニウムが酸化しないように仮焼して油分・水分を揮発させて除外する。その後、切粉を溶解炉に投入してアルミニウム溶湯を得たりする。または、切粉から油分や水分を除外しないままブリケット材にして、切削油を回収した上で、ブリケット材を乾燥させる場合もある。その後、乾燥させたブリケット材を溶解炉に投入してアルミニウム溶湯を得たりする。そして、前記アルミニウム溶湯を、別途新しいアルミニウム材やアルミニウム合金材等の溶湯と混合したり、別途新しいアルミニウム材やアルミニウム合金材等及びこれらのリターン材との溶湯と混合したりする方法が比較的よく用いられている。この別工程で溶解させたブリケット材や切粉の溶湯は、桶やラドルを用いて人力で溶解炉から保持炉へ移動させることが多い。

しかし、溶湯を移動させる際や溶湯を保持炉に注ぎ入れる際に、溶解した溶湯が空気と接触して酸化する。その結果、移動させた溶湯の内部に酸化物が混入した状態となり、溶湯の品質が低下してしまうという問題がある。

また、一度使用した非鉄金属（ブリケット材や切粉等）の溶湯と新たな非鉄金属（新材）の溶湯とを混合する際、または一度使用した非鉄金属（ブリケット材や切粉等）の溶湯と新しい非鉄金属（新材）及びリターン材の溶湯とを混合する際には、前記各非鉄金属や前記リターン材を予め定めた重量で溶解炉に投入する必要がある。例えば、必要な溶湯として、一度使用した非鉄金属（ブリケット材や切粉等）の溶湯重量が１時間当たり１５０ｋｇ、新たな非鉄金属（新材）の溶湯重量が１時間当たり１５０ｋｇ、合計１時間当たり３００ｋｇ必要とする場合を考える。そのためには、バーナーやヒーター等の溶解設備を配置した溶解炉に、一度使用した非鉄金属（ブリケット材や切粉等）を１時間当たり１５０ｋｇの固体原料で投入するとともに、新たな非鉄金属（新材）を１時間当たり１５０ｋｇの固体原料で投入することになる。バーナーやヒーター等の溶解設備からの火炎が均一に前記各非鉄金属に直接当たったとしても、一度使用した非鉄金属（ブリケット材や切粉等）の溶解速度と新たな非鉄金属（新材）の溶解速度とでは異なる。しかも、タワー型溶解炉の場合では、バーナーやヒーター等の溶解設備からの火炎に直接当たっている非鉄金属と当たっていない非鉄金属とでも溶解速度が異なる。これは、切粉は、火炎が直接当たると、瞬時に燃えて酸化物になってしまい溶解し難い傾向があり、また、ブリケット材は、火炎が直接当たるところで酸化物となり、溶解し難い傾向にあるからである。なお、リターン材は、先述したとおり、性状が新材に近く、新材とともに溶解して溶湯としやすく、新たな非鉄金属（新材）の溶解速度とほぼ同じと考えてよい。このように、固体原料での投入は、溶解速度に差が生じ、不均一でムラのある溶湯になるばかりか、予め定めた重量比率（上記の場合、一度使用した非鉄金属（ブリケット材や切粉等）の溶湯重量：新たな非鉄金属（新材）の溶湯重量＝１５０ｋｇ：１５０ｋｇ＝１：１）に必ずしもならないという不具合が生じやすかった。

しかも、一度使用した非鉄金属（ブリケット材や切粉等）の溶湯と新たな非鉄金属（新材）の溶湯を混合する際、または一度使用した非鉄金属（ブリケット材や切粉等）の溶湯と新しい非鉄金属（新材）及びリターン材の溶湯とを混合する際には、各溶湯を投入する時間に差が生じやすい。そのため、一度使用した非鉄金属（ブリケット材や切粉等）の溶湯量と新たな非鉄金属（新材）の溶湯量を所望の混合比率（重量比率）にすること、または一度使用した非鉄金属（ブリケット材や切粉等）の溶湯量と新しい非鉄金属（新材）及びリターン材の溶湯量を所望の混合比率（重量比率）にすることは、先述のとおり、一度使用した非鉄金属（ブリケット材や切粉等）の溶解速度、新しい非鉄金属（新材）及びリターン材の溶解速度がそれぞれ異なるため、現実的に困難であるという問題もある。例えば、一度使用した非鉄金属（ブリケット材や切粉等）の溶湯量と新たな非鉄金属（新材）の溶湯量とを予め定めた混合比率（重量比率）で混合する場合、従来、まずは溶解速度が大きい新たな非鉄金属（新材）の溶湯を所定の混合比率（重量比率）通りに投入し、その後、溶解速度が小さく非鉄金属（新材）よりも遅く溶解する一度使用した非鉄金属（ブリケット材や切粉等）の溶湯を所定の混合比率（重量比率）通りに投入することがあった。このような時間差の投入による混合は、溶解速度の大きい新たな非鉄金属（新材）やリターン材は早く溶解するため、主に質がよい溶湯が先に保持炉に移動する傾向にある。その後、溶解速度の小さい一度使用した非鉄金属（ブリケット材や切粉等）の溶解による溶湯が混合され、質が劣る溶湯が保持炉に移動することになる。このことは、先に保持炉に移動した溶湯が、その後の鋳造工程に進めば製品の品質（強度等）はよいものとなる。一方で、その後保持炉に移動した、一度使用した非鉄金属（ブリケット材や切粉等）の溶解による溶湯が混合した溶湯は、鋳造工程に進めば製品の品質（強度等）は劣る虞がある。このように、溶湯の品質特性に影響を与えるだけでなく、引いてはその後の鋳造工程における製品の品質（強度等）に悪影響を与えるおそれがあった。

以上の説明では、最近需要が増している非鉄金属であるアルミニウム材、アルミニウム合金材を中心に述べてきたが、従来から溶湯によく用いられている鉄等についても同様の問題がある。

したがって、本発明の主たる課題は、第１の溶湯材料を溶解させた第１溶湯と、第２の溶湯材料を溶解させた第２溶湯とを混合させる過程において、酸化物の発生を抑制することができ、酸化物が混ざっていない（または酸化物の混入量が少ない）均質な溶湯を製造するための溶湯混合システムを提供することにある。また、本発明の従たる課題は、予め定めた重量比率で第１溶湯と第２溶湯とを混合することができるための溶湯混合システムを提供することにある。

上記の課題は、以下の本発明によって解決することができる。すなわち、第１溶湯材料を溶解して第１溶湯を製造する第１溶解装置と、第２溶湯材料を溶解して第２溶湯を製造する第２溶解装置と、前記第１溶解装置と前記第２溶解装置を連結する連結管と、を有し、前記第２溶解装置で製造した前記第２溶湯が、前記連結管の内部空間を通って前記第１溶解装置へ搬送され、前記第１溶解装置の内部の前記第１溶湯材料および前記第１溶湯の少なくとも一方と混合する構成とされ、前記第２溶解装置は、前記第１溶解装置に搬送される前記第２溶湯を貯留する出湯室を備え、前記第１溶解装置は、前記第２溶解装置から搬送された前記第２溶湯を貯留する受湯室を備え、前記受湯室に貯留された前記第２溶湯の一部が前記受湯室の外に排出され、前記受湯室の液面の高さが低下すると、サイホンの原理によって、前記出湯室の前記第２溶湯が前記連結管を通じて前記受湯室へ移動する構成の溶湯混合システムである。

本発明に係る溶湯混合システムによれば、第１の溶湯材料を溶解させた第１溶湯と、第２の溶湯材料を溶解させた第２溶湯とを混合させる過程において、酸化物の発生を抑制することができ、酸化物が混ざっていない（または酸化物の混入量が少ない）均質な溶湯を製造することができる。また、溶湯同士の混合であるため、予め定めた重量比率で第１溶湯と第２溶湯とを混合することができる。

本発明の第１実施形態に係る溶湯混合システムの平面図である。 本発明の第２実施形態に係る溶湯混合システムの平面図である。 本発明の第３実施形態に係る溶湯混合システムの平面図である。 本発明の第４実施形態に係る溶湯混合システム（第２溶解装置１に循環室３がない態様）の平面図である。 本発明の第５実施形態に係る溶湯混合システム（第１溶解装置１０に循環室１４を設けた態様）の平面図である。 図１のＢ－Ｂ’断面図である。（６Ａ）は第１のＢ－Ｂ’断面図であり、（６Ｂ）は第２のＢ－Ｂ’断面図である。 本発明の第６実施形態に係る溶湯混合システム（第４実施形態の第２溶解装置１の第２溶解装置４を１室にした態様）の平面図である。 図１のＡ－Ａ’断面図である。（８Ａ）は第１のＡ－Ａ’断面図であり、（８Ｂ）は第２のＡ－Ａ’断面図である。

以下、本発明に係る溶湯混合システムの好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明及び図面は、本発明の実施形態の一例を示したものにすぎず、本発明の内容をこの実施形態に限定して解釈すべきでない。

（第１実施形態）
本発明に係る溶湯混合システムの第１実施形態を図１に示す。この溶湯混合システムは、第１溶解材料を溶解して第１溶湯を製造する第１溶解装置１０と、第２溶解材料を溶解して第２溶湯を製造する第２溶解装置１と、第１溶解装置１０と第２溶解装置１の間を連結する連結管Ｗ２０を有し、連結管Ｗ２０を介して、第２溶解装置１で製造した第２溶湯を第１溶解装置１０へ搬送し、前記第１溶解装置１０の内部で第１溶湯と第２溶湯を混合する構成になっている。

（第１溶解装置１０）
第１溶解装置１０は、第１溶解材料を投入する第１投入室１１と、第１投入室１１から第１溶解材料を受け入れ、その第１溶解材料を溶解して第１溶湯を製造する第１溶解室１２と、第１溶解室１２から第１溶湯を受け入れ、鋳造機やダイカストマシン等の外部装置に供給するまで、第１溶湯を一時的に貯留する第１貯留室１３と、を有する。

第１投入室１１と第１溶解室１２は第１１搬送路Ｗ１１によって接続されている。この第１１搬送路Ｗ１１として、例えば内部が空洞になった管を挙げることができる。以下においては、第１１搬送路Ｗ１１として管を設けた例を挙げて説明し、第１１搬送路Ｗ１１としての管を管Ｗ１１と表示する。

また、詳細は後述するが、第１実施形態では第１溶解材料のほかに第２溶湯も第１投入室１１に投入されることから、第１投入室１１は受湯室でもある。そのため、第１投入室１１の内部では、第２溶湯の液内に第１溶解材料が混在した状態になっている。そして、この第１投入室１１内の第２溶湯と第１溶解材料は、管Ｗ１１の内部空間を通って第１溶解室１２に流入する。

第１溶解室１２に流入した第１溶解材料は、第１溶解室１２の内部に設置された浸漬バーナー７によって加熱され、溶解して第１溶湯になる。この浸漬バーナー７は、第１溶解室１２の側壁から内部へ向かって延在した構造となっており、第１溶解室１２内に貯留された溶湯の液面下に配置されている。いわゆる横浸漬型バーナーである。この浸漬バーナー７の内部は、例えば二重管構造になっている。具体的には、浸漬バーナー７の基端部からバーナー内に流入した熱風は、浸漬バーナー７の外壁に沿って浸漬バーナー７の先端部へ移動する。この熱風の移動過程で浸漬バーナー７の外壁面が加熱され、浸漬バーナー７の外壁面と接する溶湯や第１溶解材料が熱される。このようにして浸漬バーナー７の先端部に到達した熱風はその進行方向を反転し、浸漬バーナー７の中心部に配置された排気管の内部空間を浸漬バーナー７の基端部へ向かって移動した後、浸漬バーナー７の外に排気される。このような構造の浸漬バーナー７を用いるので、エネルギー効率の高い加熱が可能となる。また、上記は横浸漬型バーナーを例に説明したが、浸漬バーナー７は、第１溶解室１２の天井壁から内部へ向かって延在した構造とし、第１溶解室１２内に貯留された溶湯の液面下に配置されてもよい。いわゆる縦浸漬型バーナーであってもよい。なお、浸漬バーナーの代わりに、浸漬ヒーターを採用しても構わない。

以上のようにして、第１溶解室１２の内部で第１溶湯材料から第１溶湯が製造される。前述のように、第１投入室１１から第１溶解室１２に第２溶湯も流入するため、第１溶解室１２の内部では、第１溶湯と第２溶湯が混合して、混合溶湯が製造される。

また、第１溶解室１２と第１貯留室１３は第１２搬送路Ｗ１２によって接続されている。この第１２搬送路Ｗ１２として、例えば内部が空洞になった管を挙げることができる。以下においては、第１２搬送路Ｗ１２として管を設けた例を挙げて説明し、第１２搬送路Ｗ１２としての管を管Ｗ１２と表示する。

第１溶解室１２の内部で製造された混合溶湯は、前記管Ｗ１２の内部を通って、第１貯留室１３に流入する。以上のようにして、第１貯留室１３の内部に混合溶湯が貯留される。この混合溶湯は、例えば、後段の鋳造機やダイカストマシン等へバッチ式または連続式で供給される。

なお、図６（６Ａ）に示す第１のＢ－Ｂ’断面図のように、第１溶解装置１０の第１投入室１１、第１溶解室１２および第１貯留室１３にはそれぞれ第１投入室蓋１１Ｌ、第１溶解室蓋１２Ｌ、第１貯留室蓋１３Ｌが被せられている。各室１１、１２、１３の内部空間は空気のない密閉空間となっていることが好ましい。このように各室１１、１２、１３の内部を空気のない密閉空間にすることで、溶湯が空気中の酸素と接触する機会を少なくして、溶湯の一部が酸化することを防いでいる。特に、図６（６Ｂ）に示す第２のＢ－Ｂ’断面図のように、第１投入室１１の上部開口部１１ａ、第１溶解室１２の上部開口部１２ａ、第１貯留室１３の上部開口部１３ａが、上方に向けて開口面積が漸次広く設定されて傾斜した内周面を有し、第１投入室蓋１１Ｌ、第１溶解室蓋１２Ｌ、第１貯留室蓋１３Ｌが、それぞれの上部開口部１１ａ、１２ａ、１３ａに上方から嵌め込み可能に上部開口部１１ａ、１２ａ、１３ａの各内周面に対応して傾斜した外周面を有していることが望ましい。以上のような構成にすれば、上部開口部１１ａ、１２ａ、１３ａの各内周面のところまで溶湯面を上げても、上部開口部１１ａ、１２ａ、１３ａの各内周面を垂直にして、かつ第１投入室蓋１１Ｌ、第１溶解室蓋１２Ｌ、第１貯留室蓋１３Ｌの各外周面も垂直にした場合に比べ、第１投入室蓋１１Ｌ、第１溶解室蓋１２Ｌ、第１貯留室蓋１３Ｌを嵌め込んだときに隙間が生じづらくなるため、各室１１、１２、１３内の溶湯の酸化を防ぎやすい。また、上部開口部１１ａ、１２ａ、１３ａに上方からそれぞれの第１投入室蓋１１Ｌ、第１溶解室蓋１２Ｌ、第１貯留室蓋１３Ｌを嵌め込むだけで容易に上部開口部１１ａ、１２ａ、１３ａを閉塞することができる。なお、第１投入室１１も第１溶湯材料を投入する以外は第１投入室蓋１１Ｌが被せられている。第１貯留室１３も、後段の鋳造機やダイカストマシン等へバッチ式または連続式で溶湯を供給したり、メンテナンスや点検をしたりする以外は第１貯留蓋１３Ｌが被せられている。ただし、後述する連結管Ｗ２０が第１貯留室１３に配置される場合は、連結管Ｗ２０が溶湯温度により伸縮したり、外部からの振動で損壊したりするのを防止するため、第１貯留室蓋１３Ｌとの間に隙間等を設ける方が好ましい。

また、図６（６Ａ）（６Ｂ）に示すように、第１溶解装置１０は複数層から構成することが好ましい。第１溶解装置１０の各室１１、１２、１３内の溶湯が外部に漏れだすことを防いだり、溶湯の熱が外部に伝わることを防いだり（断熱）する等の目的がある。図６（６Ａ）（６Ｂ）では、第１溶解装置１０を３層構造にしているが、２層にしたり、４層以上にしたりしてもよい。最も内側に位置する層（内層）１０Ａは、主として溶湯の浸透防止を目的として設けたものであり、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）や二酸化珪素（ＳｉＯ₂）等の材料から構成される。最も外側に位置する層（外層）１０Ｃは、主として断熱を目的として設けたものであり、例えば耐火性の布帛を張り付けて構成された断熱材層から構成される。内層１０Ａと外装１０Ｃの間に位置する層（中間層）１０Ｂは、主としてクラック（亀裂）が生じた際、溶湯が外壁まで到達させないことを目的として設けたものであり、例えば内層１０Ａよりも断熱性が高い耐火物材料から構成される。なお、外層１０Ｃの外周、底面及び上面の一部は外壁、例えば鉄製の外壁（鉄皮）で覆われている。

第１投入室１１、第１溶解室１２および第１貯留室１３は、それぞれ管Ｗ１１および管Ｗ１２で連結されており、各室１１、１２、１３の気圧もほぼ同じであるため、各室１１、１２、１３の液面レベルはほぼ同一になっている。

その状態から、第１貯留室１３内の混合溶湯の一部が第１溶解装置１０の外に排出されると、第１貯留室１３内の混合溶湯の液面レベルが低下する。すると、その第１貯留室１３内の液面レベルの低下を補うために、第２溶解装置１から第２溶湯が第１投入室１１（受湯室）内へ自動搬送される。第１投入室１１（受湯室）内に搬送された第２溶湯は、第１溶解室１２の内部で第１溶湯材料から製造された第１溶湯と混合されて混合溶湯となり、その混合溶湯が第１貯留室１３へと補充される。その結果、各室１１、１２、１３の液面レベルが、以前の状態に回復する。

（第２溶解装置１）
第２溶解装置１は、第２溶解材料を投入する第２投入室２と、第２投入室２から第２溶解材料を受け入れ、その第２溶解材料を溶解して第２溶湯を製造する第２溶解室４と、第２溶解室４から第２溶湯を受け入れ、第２溶湯中に残留している固形物等の不純物を浮遊又は沈殿させることで除去し、清浄な第２溶湯にする除去室５と、不純物が除去された第２溶湯を受け入れ、第１溶解装置１０に供給するまで、第２溶湯を一時的に貯留する第２貯留室６と、を有する。

なお、第４’搬送路Ｗ４’によって、第２投入室２と循環室３を接続している。この第４’搬送路Ｗ４’として、例えば内部が空洞になった管を挙げることができる。第４’搬送路Ｗ４’としての管を管Ｗ４’と表示する。また、第５搬送路Ｗ５によって、循環室３と第２溶解室４を接続している。この第５搬送路Ｗ５として、例えば内部が空洞になった管を挙げることができる。第５搬送路Ｗ５としての管を管Ｗ５と表示する。また、第１搬送路Ｗ１によって、第２投入室２と第２溶解室４を接続している。この第１搬送路Ｗ１として、例えば内部が空洞になった管を挙げることができる。さらに、第１搬送路Ｗ１としての管を管Ｗ１と表示する。例えば、循環室３に設けられた金属溶湯循環用インペラーの回転（時計回りの回転）によって、第２溶解室４内の第２溶湯と第２溶解材料が、管Ｗ１、第２投入室２、管Ｗ４’、循環室３、管Ｗ５を経て第２溶解室４に循環することができる。特に、第２投入室２に新規に第２溶解材料が投入された際は、溶湯の温度が下がるため、循環室３に設けられた金属溶湯循環用インペラーの回転（反時計回りの回転）によって、第２溶湯と第２溶解材料を、管Ｗ１、第２溶解室４、管Ｗ５、循環室３、管Ｗ４’を経て第２投入室２に循環することで、新規に投入された第２溶解材料の溶解を第２溶解室４で促進させて溶湯とするとともに、溶湯の温度の下降を抑止することが望ましい。

第２溶解室４に流入した第２溶湯と第２溶解材料は、第２溶解室４に設置された浸漬バーナー７によって加熱され、第２溶解材料が溶解して第２溶湯になる。この浸漬バーナー７は、第２溶解室４の側壁から内部へ向かって延在した構造となっており、第２溶解室４内に貯留された溶湯の液面下に配置されている。いわゆる横浸漬型バーナーである。この浸漬バーナー７の内部は、例えば先述の通りである。また、上記浸漬バーナー７は横浸漬型バーナーであったが、浸漬バーナー７を第２溶解室４の天井壁から内部へ向かって延在した構造とし、第２溶解室４内に貯留された溶湯の液面下に配置してもよい。いわゆる縦浸漬型バーナーであってもよい。なお、浸漬バーナーの代わりに浸漬ヒーターを採用しても構わない。

先述したように、第２溶解室４の内部で第２溶湯材料から第２溶湯が製造される。管Ｗ４’を通って第２投入室２から循環室３に、さらに管Ｗ５を通って循環室３から第２溶解室４に第２溶湯と第２溶解材料が流入するため、第２溶解室４の内部では第２溶湯と第２溶解材料が混合した状態になっている。第１実施形態では、第２溶解室４は２室で構成されており、第６搬送路Ｗ６によって第２溶解室４同士が接続されている。この第６搬送路Ｗ６として、例えば内部が空洞になった管を挙げることができる。第６搬送路Ｗ６としての管を管Ｗ６と表示する。これは、第２投入室側の第２溶解室４で第２溶解材料を十分に溶解させて溶湯にした上で、除去室５側の第２溶解室４に流入させることを目的としたものである。なお、第１実施形態のように第２溶解室４を２室で構成することに限られず、第２溶解室４を３室以上の室で構成してもよいし、後述する第６実施形態のように第２溶解室４を１室で構成してもよい。

第２溶解室４と除去室５は第２搬送路Ｗ２によって接続されている。この第２搬送路Ｗ２として、例えば内部が空洞になった管を挙げることができる。第２搬送路Ｗ２としての管を管Ｗ２と表示する。

第２溶解室４の第２溶湯は、前記管Ｗ２の内部を通って、除去室５に流入する。

除去室５では、除去室５に流入した第２溶湯を鎮静させ、溶湯中に残留している固形物等の不純物を浮遊又は沈殿させることで除去し、清浄な第２溶湯にする。

また、除去室５と第２貯留室６が第３搬送路Ｗ３によって接続されている。この第３搬送路Ｗ３として、例えば内部が空洞になった管を挙げることができる。第３搬送路Ｗ３としての管を管Ｗ３と表示する。

除去室５で清浄にした第２溶湯は、管Ｗ３の内部を通って、第２貯留室６に流入する。除去室５には、第２溶湯の温度が低下しないように浸漬バーナー７を設置することが好ましい。この浸漬バーナー７は、図示したように除去室５の側壁から内側に向かって延在した構造となっており、除去室５内に貯留された溶湯の液面下に配置されている。いわゆる横浸漬型バーナーである。この浸漬バーナー７の内部は、例えば上述の通りである。また、上記の浸漬バーナー７は横浸漬型バーナーであったが、この浸漬バーナー７を除去室５の天井壁から内部へ向かって延在した構造とし、除去室５内に貯留された第２溶湯の液面下に配置されてもよい。いわゆる縦浸漬型バーナーであってもよい。なお、浸漬バーナーの代わりに、浸漬ヒーターを採用しても構わない。

図８の８Ａに、図１の第２溶解装置１のＡ－Ａ’の断面図を示す。第２溶解装置１の第２投入室２、循環室３（図示せず）、第２溶解室４、除去室５および第２貯留室６（図示せず）にはそれぞれ第２投入室蓋２Ｌ、循環室蓋３Ｌ（図示せず）、第２溶解室蓋４Ｌ、除去室蓋５Ｌ、第２貯留室蓋６Ｌ（図示せず）が被せられている。各室２、３、４、５、６の内部空間は空気のない密閉空間となっていることが好ましい。このように、各室２、３、４、５，６の内部を空気のない密閉空間にすることで、溶湯が空気中の酸素と接触する機会を少なくして、溶湯の一部が酸化することを防いでいる。

特に、図８の８Ｂに示すように、第２投入室２の上部開口部２ａ、循環室３の上部開口部３ａ（図示せず）、第２溶解室４の上部開口部４ａ、除去室５の上部開口部５ａ、第２貯留室６の上部開口部６ａ（図示せず）を上方に向けて開口面積が漸次広くなるように設定した傾斜した内周面にすることが好ましい。また、第２投入室蓋２Ｌ、循環室蓋３Ｌ（図示せず）、第２溶解室蓋４Ｌ、除去室蓋５Ｌ、第２貯留室蓋６Ｌ（図示せず）を、それぞれの上部開口部２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａに上方から嵌め込みできるように、上部開口部２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａの各内周面に対応した傾斜した外周面にすることが好ましい。以上のような構成にすれば、上部開口部２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａの各内周面のところまで溶湯面を上げても、上部開口部２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａの各内周面を垂直にして、かつ第２投入室蓋２Ｌ、循環室蓋３Ｌ、第２溶解室蓋４Ｌ、除去室蓋５Ｌ、第２貯留室蓋６Ｌの各外周面も垂直にした場合に比べ、第２投入室蓋２Ｌ、循環室蓋３Ｌ、第２溶解室蓋４Ｌ、除去室蓋５Ｌ、第２貯留室蓋６Ｌを嵌め込んだときに隙間が生じづらくなるため、各室２、３、４、５、６内の溶湯の酸化を防ぎやすい。また、上部開口部２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａに上方からそれぞれの第２投入室蓋２Ｌ、循環室蓋３Ｌ、第２溶解室蓋４Ｌ、除去室蓋５Ｌ、第２貯留室蓋６Ｌを嵌め込むだけで容易に上部開口部２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａを閉塞することができる。なお、第２投入室２も第２溶解材料を投入する以外は蓋が被せられている。第２貯留室６もメンテナンスや点検以外は第２貯留室蓋６Ｌが被せられている。ただし、後述する連結管Ｗ２０が第２貯留室６に配置される場合は、連結管Ｗ２０が溶湯温度により伸縮したり、外部からの振動で損壊したりするのを防止するため、第２貯留室蓋６Ｌとの間に隙間等を設ける方が好ましい。

また、図８の（８Ａ）（８Ｂ）に示すように、第２溶解装置１は複数層から構成することが好ましい。第２溶解装置１の各室２、３、４、５、６内の溶湯が外部に漏れだすことを防いだり、溶湯の熱が外部に伝わることを防いだり（断熱）する等の目的がある。図８の（８Ａ）（８Ｂ）では、第２溶解装置１を３層構造にしているが、２層にしたり、４層以上にしたりしてもよい。最も内側に位置する層（内層）１Ａは、主として溶湯の浸透防止を目的として設けたものであり、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）や二酸化珪素（ＳｉＯ₂）等の材料から構成される。最も外側に位置する層（外層）１Ｃは、主として断熱を目的として設けたものであり、例えば耐火性の布帛を張り付けて構成された断熱材層から構成される。内層１Ａと外装１Ｃの間に位置する層（中間層）１Ｂは、主としてクラック（亀裂）が生じた際、溶湯が外壁まで到達させないことを目的として設けたものであり、例えば１Ａよりも断熱性が高い耐火物材料から構成される。なお、１Ｃの外周、底面及び上面の一部は外壁、例えば鉄製の外壁（鉄皮）で覆われている。

（連結管Ｗ２０）
連結管Ｗ２０は、第１溶解装置１０と第２溶解装置１の間を連結する管である。より具体的には、この連結管Ｗ２０によって、第１溶解装置１０の第１投入室１１（受湯室）と第２溶解装置１の第２貯留室６（出湯室）の間を連結している。

連結管Ｗ２０の素材は特に限定されないが、耐熱性や耐久性の観点から、例えば、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）質セラミックス、炭化珪素（ＳｉＣ）及び窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）の成分を含む耐火物や炭化珪素（ＳｉＣ）耐火物等を用いることが好ましい。また、連結管Ｗ２０は一層の管であっても良いが、二層以上の管であってもよい。例えば、連結管Ｗ２０を三層の管にする場合、最も中心側に位置する第１層（内層）をファインセラミックスからなる円筒状の層とし、最も外側に位置する第３層（外層）を酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）及び二酸化珪素（ＳｉＯ₂）を主成分とした毛布状の断熱材などからなる円筒状の層とし、内層と外層の間の第２層（中間層）を酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）及び二酸化珪素（ＳｉＯ₂）でできたセラミックスファイバーを熱板とした電気ヒーターなどの加熱手段を埋め込んでもよい。このような三層構造の連結管Ｗ２０においては、内層よりも中心側に形成された空洞部分（内部空間）を溶湯が通過することになるが、外気温が低いときに、内部空間を流れる溶湯の温度が低下して固化し、連結管Ｗ２０の内壁に溶湯の固化物が付着することを防止できる。

連結管Ｗ２０はサイホン機能を有している。詳しくは、連結管Ｗ２０の内部が液体（例えば第２溶湯）で満たされた状態で、第１溶解装置１０の第１投入室１１内に貯留された第２溶湯の液面が低下すると、サイホンの原理によって、第２溶解装置１の第２貯留室６に貯留された第２溶湯が連結管Ｗ２０の内部空間を通って第１投入室１１へ自動搬送される構成となっている。

連結管Ｗ２０の配置は特に限定されないが、第２溶湯装置１の第２貯留室６に貯留された第２溶湯の液面よりも下に連結管Ｗ２０の一端部を配置し、第１溶解装置１０の第１投入室１１内に貯留された第２溶湯の液面よりも下に連結管Ｗ２０の他端部を配置することが好ましい。特に、連結管Ｗ２０の両端は、各室の溶湯面付近及び各室の底面付近を除く溶湯の中央付近に配置することが望ましい。溶湯面付近には空気中の酸素と反応してできた酸化物の膜ができ易く、また、各室の底面付近には一度使用した非鉄金属（ブリケット材や切粉等）、新しい非鉄金属（新材）、リターン材に混入していた重金属が堆積していることから、酸化物の膜や重金属が溶湯と一緒に連結管Ｗ２０の内部に混入することを避けるためである。連結管Ｗ２０の両端をそれぞれ溶湯内に位置することにより、前述のサイホンの原理が生じるからである。同様に、サイホンの原理を実現するために、連結管Ｗ２０の内部空間も溶湯で満たすことが好ましい。

なお、連結管Ｗ２０の両端部がそれぞれ溶湯の液面よりも下に位置している状態を維持するため、各室の溶湯の液面レベルを検知するレベルセンサを各室にそれぞれ設けることが好ましい。そして、連結管Ｗ２０の両端部の少なくとも一方が溶湯の液面よりも上になる状態が近づいていることをレベルセンサが検知したときに、第１溶湯材料や第２溶湯材料を追加投入して、各部屋の溶湯の液面レベルを上昇させる構成にすることが好ましい。なお、第２貯留室６（出湯室）の溶湯の液面レベルが第１投入室１１（受湯室）の溶湯の液面レベルより下であると溶湯が逆流してしまう。そのような不具合の発生を防止するため、逆流のおそれがあることをレベルセンサにより感知した場合、サイホンの原理を解除する。なお、サイホンの原理は、２つの異なる室に貯留された溶湯の液面の高さが異なるときに、液面の高い室に貯留された溶湯が、液面の低い室へ移動するものであり、各部屋の液面の高さがほぼ同じになった段階で、溶湯の移動が停止するものである。

（第１溶解材料、第２溶解材料）
第１溶解材料は新しい非鉄金属およびリターン材の少なくとも一方を含むものであることが好ましい。第２溶解材料はブリケット材および切粉の少なくとも一方を含むものであることが好ましい。

特に、第２投入室２をいわゆる渦室とし、渦室の下方に磁気攪拌装置または当出願人の特願２０１９－２０７４７８で記載した気体噴出装置を設けることが好ましい。渦室内の溶湯に渦流を発生させ、溶湯に比して比重の軽いブリケット材や切粉を外気との接触時間が短くなるよう溶湯内に引き込んで酸化物が形成され難いようにするためである。

（第２実施形態）
図２に第２実施形態を示す。この第２実施形態では、連結管Ｗ２０が第１溶解装置１０の第１貯留室１３（受湯室）と第２溶解装置１の第２貯留室６（出湯室）の間を連結している。第２貯留室６の第２溶湯は連結管Ｗ２０を介して第１貯留室１３（受湯室）に流入する。これにより、第２溶湯の滞留時間を短くし、溶湯が酸化することを防止することができる。その他は第１実施形態と同じであるため説明を省略する。

（第３実施形態）
図３に第３実施形態を示す。この第３実施形態では、連結管Ｗ２０が第１溶解装置１０の第１投入室１１（受湯室）及び第１貯留室１３（受湯室）と、第２溶解装置１の第２貯留室６（出湯室）の間を連結している。第２貯留室６の第２溶湯は連結管Ｗ２０を介して第１投入室１１（受湯室）および／または第１貯留室１３（受湯室）に流入する。第１投入室１１（受湯室）に流入した第２溶湯は、第１実施形態と同様に、第１溶解室１２で再度昇温でき、第１貯留室１３（受湯室）に流入した第２溶湯は、第２実施形態と同様に、第２溶湯の滞留時間を短くし、溶湯が酸化することを防止することができる。その他は第１実施形態と同じであるため説明を省略する。

（第４実施形態）
図４に第４実施形態を示す。この第４実施形態では、第２投入室２と第２溶解室４を第４搬送路Ｗ４によって接続している。この第４搬送路Ｗ４として、例えば内部が空洞になった管を挙げることができる。以下においては、第４搬送路Ｗ４として管を設けた例を挙げて説明し、第４搬送路Ｗ４としての管を管Ｗ４と表示する。第２投入室２の内部では、第２溶湯と第２溶解材料が混在した状態になっている。そして、この第２投入室２内の第２溶湯と第２溶解材料は、管Ｗ４の内部空間を通って第２溶解室４に流入する。第２溶解室４と第２投入室２は管Ｗ１によっても接続されている。これにより、第２溶解室４、管Ｗ４、第２投入室２、管Ｗ１を経て第２溶解室４まで反時計回りに溶湯が循環することができるし、またその逆の時計回りにも循環することができる。循環は、固体原料を移動させることで、溶解しやすくし液状の溶湯にするとともに、溶湯の温度や粘度などの物理的性質の分布状態も均一にする。また、第２溶解装置１の第２投入室２、第２溶解室４、除去室５および第２貯留室６にはそれぞれ第２投入室蓋２Ｌ、第２溶解室蓋４Ｌ、除去室蓋５Ｌ、第２貯留室６Ｌが被せられている。各室２、４、５、６の内部空間は空気のない密閉空間となっていることが好ましい。その他は第１実施形態と同じであるため説明を省略する。

（第５実施形態）
図５に第５実施形態を示す。この第５実施形態では、第１投入室１１と第１溶解室１２との間は、第１４搬送路Ｗ１４によって接続されている。この第１４搬送路Ｗ１４として、例えば内部が空洞になった管を挙げることができる。第１４搬送路Ｗ１４としての管を管Ｗ１４と表示する。また、第１投入室１１と循環室１４との間は、第１３搬送路Ｗ１３によって接続されている。この第１３搬送路Ｗ１３として、例えば内部が空洞になった管を挙げることができる。第１３搬送路Ｗ１３としての管を管Ｗ１３と表示する。循環室１４と第１溶解室１２との間は、第１１搬送路Ｗ１１によって接続されている。この第１１搬送路Ｗ１１として、例えば内部が空洞になった管を挙げることができる。第１１搬送路Ｗ１１としての管を管Ｗ１１と表示する。循環室１４の中に金属溶湯循環用インペラーを備えても構わない。これにより、第１投入室１１、第１溶解室１２、循環室１４の間を溶湯が効率よく循環することになり、第１溶解材料の溶解を促進させるとともに、より酸化物が混ざっていない（または酸化物の混入が少ない）均質な溶湯にすることができる。この循環について詳述すると、例えば循環室１４に設けられた金属溶湯循環用インペラーの回転（正転または逆転）によって、第１溶解室１２内の混合溶湯（第１溶湯と第２溶湯が混合したもの）が、管Ｗ１４、第１投入室１１、管Ｗ１３、循環室１４、管Ｗ１１を経て第１溶解室１２まで運ばれたり、その逆経路で第１溶解室１２まで運ばれたりする。なお、第２溶解装置１の態様は特に限定されない。例えば、第１～第４、第６実施形態のいずれかの第２溶解装置１と同じ装置１としてもよい。

（第６実施形態）
図７に第６実施形態を示す。この第６実施形態では、第４実施形態の第２溶解室４を１室にしたものである。１室にすることにより、メンテナンス時の清掃がしやすくなる。

（その他）
上記では、浸漬バーナー７を例に説明をしたが、浸漬バーナー以外のバーナーを用いても良い。また、バーナーではなくヒーターを用いても良い。

（各実施形態の効果）
第２溶解装置１から第１溶解装置１０に溶湯を搬送する際に、第２溶解装置１内の第２溶湯を取り鍋で取り、その取り鍋をフォークリフトで運び、第１溶解装置１０へ注ぎ入れる方法も考えられるが、溶湯の搬送過程で、第２溶湯が空気に触れて多くの酸化物が発生し、最終製品の品質が低下するおそれがある。また、搬送過程で溶湯が飛び散るおそれや、フォークリフトから排出される排ガスが工場内に充満するおそれがあり、作業者の作業環境が良いとも言えない。

各実施形態のように、連結管Ｗ２０を介して第２溶湯を搬送することで、搬送中に酸化物が発生する量を著しく少なくすることができ、結果として最終製品の品質を向上させることができる。また、作業者の作業環境の悪化を防ぐことができる。さらに、搬送に人手が必要なくなるため、人件費の削減にも貢献できる。

また、溶湯同士を混合させるため、予め定めた重量比率で第１溶湯と第２溶湯とを混合することができる。

１…第２溶解装置、２…第２投入室、２ａ…第２投入室の上部開口部、２Ｌ…第２投入室蓋、３…循環室、３ａ…循環室の上部開口部、３Ｌ…循環室蓋、４…第２溶解室、４ａ…第２溶解室の上部開口部、４Ｌ…第２溶解室蓋、５…除去室、５ａ…除去室の上部開口部、５Ｌ…除去室蓋、６…第２貯留室、６ａ…第２貯留室の上部開口部、６Ｌ…第２貯留室蓋、７…バーナー（浸漬バーナー）（ヒーター）、１０…第１溶解装置、１１…第１投入室、１１ａ…第１投入室の上部開口部、１１Ｌ…第１投入室蓋、１２…第１溶解室、１２ａ…第１溶解室の上部開口部、１２Ｌ…第１溶解室蓋、１３…第１貯留室、１３ａ…第１貯留室の上部開口部、１３Ｌ…第１貯留室蓋、１４…循環室、Ｗ１…第１搬送路、Ｗ２…第２搬送路、Ｗ３…第３搬送路、Ｗ４…第４搬送路、Ｗ４’…第４’搬送路、Ｗ５…第５搬送路、Ｗ６…第６搬送路、Ｗ１１…第１１搬送路、Ｗ１２…第１２搬送路、Ｗ１３…第１３搬送路、Ｗ１４…第１４搬送路、Ｗ２０…連結管

Claims (3)

1. 第１溶湯材料を溶解して第１溶湯を製造する第１溶解装置と、
   第２溶湯材料を溶解して第２溶湯を製造する第２溶解装置と、
   前記第１溶解装置と前記第２溶解装置を連結する連結管と、を有し、
   前記第２溶解装置で製造した前記第２溶湯が、前記連結管の内部空間を通って前記第１溶解装置へ搬送され、前記第１溶解装置の内部の前記第１溶湯材料および前記第１溶湯の少なくとも一方と混合する構成とされ、
   前記第２溶解装置は、前記第１溶解装置に搬送される前記第２溶湯を貯留する出湯室を備え、
   前記第１溶解装置は、前記第２溶解装置から搬送された前記第２溶湯を貯留する受湯室を備え、
   前記受湯室に貯留された前記第２溶湯の一部が前記受湯室の外に排出され、前記受湯室の液面の高さが低下すると、サイホンの原理によって、前記出湯室の前記第２溶湯が前記連結管を通じて前記受湯室へ移動する構成であり、
   前記第１溶解装置は、
   前記第１溶湯材料を投入する投入室と、
   前記投入室から前記第１溶湯材料が供給され、供給された前記第１溶湯材料を溶解して前記第１溶湯を製造する溶解室と、を有し、
   前記投入室は前記受湯室として用いられ、前記投入室の内部で前記第１溶湯材料と前記第２溶湯を混合する構成であることを特徴とする溶湯混合システム。
2. 前記第１溶解装置は、
   前記溶解室から前記第１溶湯が供給され、前記第１溶湯を貯留する貯留室と、を有し、
   前記貯留室は前記受湯室として用いられ、前記貯留室の内部で前記第１溶湯と前記第２溶湯を混合する構成である請求項１記載の溶湯混合システム。
3. 前記第１溶湯材料は、新しい非鉄金属およびリターン材の少なくとも一方を含み、
   前記第２溶湯材料は、ブリケット材および切粉の少なくとも一方を含む請求項１または２に記載の溶湯混合システム。

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