JP7376080B2 - 溶解保持炉、溶解保持炉の封鎖壁 - Google Patents

Description

本発明は、主にアルミニウム合金に代表される非鉄金属の処理材（切削屑、飲料缶、破砕材や長尺材等）を溶解して保持する溶解保持炉、および溶解保持炉の一部を封鎖する封鎖壁に関する。

従来の溶解保持炉として、溶湯を貯留する（保持する）貯留室と、渦流によって処理材を溶解する渦室（溶解室）とを備えるものが知られている（特許文献１，２）。渦室は、環状の外周壁と、外周壁の中心部に設置された環状の内周壁とを備える。そして内周壁の内部には非接触型スターラが設置され、非接触型スターラが渦室の内部の溶湯に渦流を発生させるようになっている。

特開２０１１－１２９５０号公報 特開２０１１－１２９５１号公報

渦室（溶解室）は、その内部に筒状の空間部が形成され、当該空間部に溶湯が収容される。この溶解室は、収容される溶湯の渦流によって、処理材を積極的に溶解させる役割と溶湯を循環させる役割、つまり二つの役割を果たすものである。
ところで溶解室に、二つの役割のうち溶湯を循環させる役割を主として果たさせようとした場合、溶解室で渦流を発生させて処理材を積極的に溶解させなくても良い。また溶解室（渦室）以外の第２の溶解室が溶湯の循環経路に配置された溶解保持炉の場合には、第２の溶解室でも処理材を積極的に溶解させることができるので、溶解室（渦室）内での溶湯の渦流が必要ではない場合も想定される。
そして溶解室が果たす役割を選択できる構成であれば、溶解保持炉の用途が拡張し、例えば非接触型スターラの運転の仕方を適切なものとすることができるし、溶湯の貯留室（保持室）の温度制御を適切なものとすることができる。

本発明は上記実情を考慮して創作されたもので、その目的は、溶解保持炉の溶解室が果たす役割を選択できる構成にすることである。

本発明の溶解保持炉は、溶湯を保持する保持室と、処理材を溶解させる第１の溶解室と、第１の溶解室から保持室に溶湯を送り出すと共に第１の溶解室と保持室に通じる往路と、保持室から第１の溶解室に溶湯を引き入れると共に保持室と第１の溶解室とに通じる復路と、第１の溶解室の内部に溶湯とは隔離して設置されると共に溶湯を撹拌して第１の溶解室と保持室と往路と復路で溶湯を循環させる非接触型スターラとを備えることを前提とする。そのうえで第１の溶解室は、環状の外周壁と、外周壁の内部に配置される環状の内周壁であってその内部に非接触型スターラが配置される内周壁と、往路と復路から溶湯が出入りする状態を保持しながら内周壁と外周壁の間をその周方向の一部において封鎖すると共に着脱可能に設置された封鎖壁とを備えるものとする。

溶解保持炉は、第１の溶解室とは別の溶解室を備えるか否かを問わない。そして別の溶解室を備える場合の一例は以下の通りである。
本発明の溶解保持炉は、保持室・第１の溶解炉・往路・復路の他に、往路と復路のうち一方と保持室との間において処理材を溶解させる第２の溶解室を備える。そして第２の溶解室は、往路と復路のうち前記一方と保持室に通じると共に、平面視した面積を第１の溶解室よりも広くしてあるものとする。そして、非接触型スターラは、溶湯を撹拌して第１の溶解室と保持室と第２の溶解室と往路と復路で溶湯を循環させる。

本発明は上記した溶解保持炉だけでなく、着脱可能な封鎖壁をも対象とする。
すなわち、本発明の封鎖壁が用いられる溶解保持炉は、溶湯を保持する保持室、外周壁と内周壁との間に溶湯を収容して処理材を溶解する第１の溶解室、第１の溶解室から保持室に溶湯を送り出すと共に第１の溶解室と保持室に通じる往路、保持室から第１の溶解室に溶湯を引き入れると共に保持室と第１の溶解室とに通じる復路、内周壁の内部に設置されると共に溶湯を撹拌して第１の溶解炉と保持室と往路と復路で溶湯を循環させる非接触型スターラを備える。そのうえで本発明の封鎖壁は、外周壁と内周壁との間に着脱可能に設置され、且つ外周壁と内周壁の間をその周方向の一部において封鎖しながら溶湯が往路と復路から出入りする状態を保持するものである。

本発明の溶解保持炉、封鎖壁によれば、封鎖壁が第１の溶解室から取り外された場合には、第１の溶解室で溶湯を撹拌して渦流を発生させることによって、処理材の溶解と溶湯の循環という二つの役割を第１の溶解室に果たさせることができ、封鎖壁が第１の溶解室に取り付けられた場合には、第１の溶解室で渦流を発生できないので、溶湯の循環という役割を主として第１の溶解室に果たさせることができる。

また本発明の溶解保持炉は、平面視した面積を第１の溶解室よりも広くした第２の溶解室を備えるものであれば、封鎖壁が第１の溶解室から取り外された場合には、第１の溶解室と第２の溶解室とで、各々の面積に応じた処理材を溶解させられるし、封鎖壁が第１の溶解室に取り付けられた場合には、第２の溶解室で処理材を溶解させられる。

本発明の第一実施形態の溶解保持炉を示す水平方向の断面図である。 図１のII－II線断面図である。 図１のIII－III線断面図である。 図１のIV－IV線断面図である。

本発明の第一実施形態の溶解保持炉は、例えばアルミニウム合金の溶湯が収容される構造物として、図１～４に示すように、処理材を溶解させる第１の溶解室１と、処理材を溶解させる第２の溶解室２と、溶湯を保持する保持室３と、第１の溶解室１から保持室３に向かう途中の第２の溶解室２へ溶湯を送り出す往路４と、第２の溶解室２から保持室３へ溶湯を送り出す中継路５と、保持室３から第１の溶解室１に溶湯を引き入れる復路６とを備える。ちなみにこれら構造物は、耐火物（耐火キャスタブル等）であり、その底面は床７によって形成される。なお図２～４では溶湯は符号Ｌで示されている。

また第一実施形態の溶解保持炉は、図１においては平面視して矩形状の区画に設置される。便宜上、この矩形の区画を設置区画と称する。矩形状の設置区画は、設置区画よりも小さな矩形状の４つの区画（以下、「小区画」と称する。）により構成されている。この４つの小区画は、設置区画の矩形状の４つの角部に対応する位置に隣り合わせに配置されている。そして４つの小区画のうち隣り合う２つの小区画には保持室３が形成される。この保持室３用の２つの小区画は全体として矩形状であり、その矩形状の面積は残りの２つの小区画の合計面積よりも大きく形成されている。また隣り合う残りの２つの小区画のうち一方の小区画には第１の溶解室１が形成され、他方の小区画には第２の溶解室２が形成される。なお第１の溶解室１用の小区画は、第２の溶解室２用の小区画よりも小さく形成されている。

保持室３は、床７の一部分の他に、床７の当該一部分の外周に沿って直立する側壁８と、側壁８で囲まれた空間の上方を覆う天井９とから構成される。また図示しないが、保持室３には溶湯に熱を供給するための熱源を設置してある。ちなみに本実施形態では天井９にバーナを設置してあるものとする。

側壁８は、平面視して矩形状であって、その一側面の上部を開閉可能としたものである。より詳しくは、側壁８は、平面視して矩形の側壁本体８ａであってその一側面の上部に開口部８ｂが形成された側壁本体８ａと、開口部８ｂを開閉可能な扉８ｃとから構成される。図１では側壁本体８ａは、その上部において平面視してコ字状に形成されている。

第１の溶解室１は、床７の一部分の他に、床７の当該一部分の外周に沿って直立する外周壁１１と、外周壁１１の内部に着脱可能に設置される断熱ケース１２とを備える。
外周壁１１は環状であり、その内面は平面視して円形となっている。また外周壁１１のうち保持室３側は、保持室３の側壁８と一体に形成される。
断熱ケース１２は、環状の内周壁１３と、内周壁１３の下端の開口端を塞ぐ底１４とを備える。内周壁１３が外周壁１１の中心部に配置されることから、内周壁１３と外周壁１１とは同心状となる。また本実施形態では内周壁１３の環状とは円形状である。

また第１の溶解室１は、床７・外周壁１１・断熱ケース１２の他に、往路４と復路６から溶湯が出入りする状態を保持しながら内周壁１３と外周壁１１の間をその周方向の一部において封鎖する（仕切る）封鎖壁１６とを備える。なお内周壁１３と外周壁１１との間の空間部は、封鎖壁１６の設置の有無に関係なく溶湯が常時収容される部分と、封鎖壁１６を設置する部分とに分かれる。そして溶湯が常時収容される部分を含む形で溶湯の循環路が形成される。また循環路に対して内側に封鎖壁１６を設置する部分が配置される。

封鎖壁１６は、平面視して円弧の帯状の耐火物である。封鎖壁１６の帯状の幅は、外周壁１１と内周壁１３との間隔よりも僅かに短い幅としてある。封鎖壁１６の帯状の周方向の長さは、往路４と復路６との間隔に一致する長さとしてある。
封鎖壁１６と断熱ケース１２は、床７の上に単に置くことにより、着脱可能に設置される。ちなみに設置する（取り付ける）場合及び撤去する（取り外す）場合には封鎖壁１６を吊り下げて運搬する。

また封鎖壁１６と断熱ケース１２は、前述したように耐火物（耐火キャスタブル等）であり、充分に重く、断熱ケース１２（内周壁１３）と外周壁１１との間に収容される溶湯によって動くことは無い。また第１の溶解室１は、封鎖壁１６を取り外した状態では、外周壁１１と内周壁１３との間に円筒状の空間部が形成され、この円筒状の空間部に収容された溶湯に向かって、その上側から処理材が投入される。

第２の溶解室２は、床７の一部分の他に、床７の当該一部分の外周に沿って直立する壁１７を備える。壁１７のうち保持室３側は、保持室３の側壁８と一体に形成される。また壁１７のうち第１の溶解室１側は、外周壁１１と一体に形成され、壁１７の他の部分（第１の溶解室１側以外の部分）よりも薄く形成されている。
また本実施形態では壁１７（第２の溶解室２）の内周面は平面視して矩形状になっている。そして矩形状の四辺のうち対向する二辺は、外周壁１１の内径と同じ程度の長さとし、四辺のうち残りの二辺は、当該内径よりも長くしてある。したがって平面視した面積に関して第２の溶解室２は第１の溶解室１よりも広くなっている。よって第２の溶解室２には第１の溶解室１に投入する処理材よりも大きな処理材を投入するのに適している。例えば第１の溶解室１には切削粉を投入し、第２の溶解室２にはスクラップ材を投入する。第２の溶解室２は、直方体状の空間部が形成され、その空間部に収容された溶湯に向かって、その上側から処理材が投入される。

中継路５は、第２の溶解室２と保持室３とを繋ぐ通路によって形成される。
また往路４と復路６は、第１の溶解室１と保持室３とを直通する通路と、第１の溶解室１と第２の溶解室２とを直通する通路とによって形成される。本実施形態では、第１の溶解室１、第２の溶解室２、保持室３、第１の溶解室１の順に溶湯が流れるものとする。したがって第１の溶解室１と第２の溶解室２とを直通する通路は往路４になり、第１の溶解室１と保持室３とを直通する通路は復路６になる。なお中継路５・往路４・復路６は、床７の上において各種の壁（側壁８・外周壁１１・壁１７）を貫通する形で形成される。

また本発明の第一実施形態の溶解保持炉は、上記した構造物の他に、保持室３内を加熱する熱源としてのバーナ（図示略）と、第１の溶解室１内の溶湯を撹拌して溶湯を第１の溶解室１・第２の溶解室２・保持室３で循環させる撹拌装置２１とを備える。

撹拌装置２１は、内周壁１３（断熱ケース１２）の内部に配置されることから溶湯とは隔離した状態となる非接触型スターラ２２と、非接触型スターラ２２を回転させる回転機構２３と、回転機構２３を支持する図示しないフレームとを備える。

回転機構２３は、非接触型スターラ２２から上方に延びる回転軸２５と、モータ２６と、モータ２６の回転を回転軸２５の上部に伝達する伝達機構２７としてのギアボックスとを備える。平面視した場合に回転軸２５は内周壁１３の中心位置において回転する。

非接触型スターラ２２は、内周壁１３の外周にまで作用する磁力の発生源であり、例えば永久磁石を用いる。ちなみに図示しないが、非接触型スターラ２２の一例は、プレートと、プレート上に円周方向に並べられた複数の永久磁石とを備える構成である。
永久磁石は、Ｎ極とＳ極とが半径方向の内周側と外周側を向く形で設置される。円周方向に隣り合う永久磁石の外周側の磁極は、Ｎ極とＳ極とが交互に表れる形となっている。また非接触型スターラ２２（永久磁石）によって内周壁１３の外側には磁界が発生する。非接触型スターラ２２が回転軸２５を中心にして回転すると、内周壁１３の外周において磁界が移動し（移動磁界が発生し）、その移動磁界によって内周壁１３の外周の溶湯に回転力が与えられる。

本発明の第一実施形態の溶解保持炉は、封鎖壁１６が第１の溶解室１から取り外された場合には、第１の溶解室１には溶湯が内周壁１３の外周全周に亘って収容され、撹拌装置２１を運転して非接触型スターラ２２を回転させることによって、内周壁１３の外周全周に位置する溶湯に非接触型スターラ２２の移動磁界が作用し、第１の溶解室１で溶湯を撹拌して渦流を発生させることができる。そして渦流によって、処理材の溶解と溶湯の循環という二つの役割を第１の溶解室１に果たさせることができる。
また封鎖壁１６が第１の溶解室１の所定位置に取り付けられた場合には、第１の溶解室１には溶湯が往路４と復路６に通じる形で内周壁１３の外周の一部分にのみ収容される。そして撹拌装置２１を運転して非接触型スターラ２２を回転させることによって、内周壁１３の外周の一部にのみ位置する溶湯に非接触型スターラ２２の移動磁界が作用し、復路６から往路４へ向かって溶湯が送り出され、封鎖壁１６によって第１の溶解室１で渦流を発生できないので、溶湯の循環という役割を主として第１の溶解室１に果たさせることができる。

また第一実施形態の溶解保持炉は、平面視した面積を第１の溶解室１よりも広くした第２の溶解室２を備えるので、封鎖壁１６が第１の溶解室１から取り外された場合には、第１の溶解室１と第２の溶解室２とで、各々の面積に応じた処理材を溶解させられるし、封鎖壁１６が第１の溶解室１に取り付けられた場合には、第２の溶解室２で処理材を溶解させられる。

また第一実施形態の溶解保持炉は、撹拌装置２１を運転して非接触型スターラ２２を回転させると、封鎖壁１６が第１の溶解室１に取り付けられた場合には、封鎖壁１６が第１の溶解室１から取り外された場合と比べて、往路４に送り出される溶湯の流速が変化する（速くなる）。したがって非接触型スターラ２２の回転速度を適切に制御することにより、第２の溶解室２で処理材を溶解させ易いようにできる。また封鎖壁１６が第１の溶解室１に取り付けられた場合には、封鎖壁１６が第１の溶解室１に取り付けられた場合と比べると、溶湯の撹拌力が向上して、保持室３内の溶湯の成分が均一化するし、保持室３内の溶湯の温度差が小さくなり、その結果、保持室３の溶湯の温度制御が行い易くなる。つまり保持室３による溶湯の保持機能が強化されることから、熱源としてのバーナの燃焼を適切なものとすることができる。なお第一の溶解保持炉の運転を長期間停止させる場合には、封鎖壁１６を取り外せば、第１の溶解室１を容易に清掃できる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、内周壁１３は上記実施形態では断熱ケース１２の一部を構成し、床７に対して内周壁１３を含む断熱ケース１２が着脱可能なものであったが、本発明ではこれに限らず、床７に対して固定されたもの（着脱不能なもの）であっても良い。
また非接触型スターラ２２は、上記実施形態では永久磁石を用いたものであったが、本発明ではこれに限らず、電磁石を用いた非接触型スターラを配置しても良い。

１ 第１の溶解室
２ 第２の溶解室
３ 保持室
４ 往路
５ 中継路
６ 復路
７ 床
８ 側壁
８ａ 側壁本体
８ｂ 開口部
８ｃ 扉
９ 天井
１１ 外周壁
１２ 断熱ケース
１３ 内周壁
１４ 底
１６ 封鎖壁
１７ 壁
２１ 撹拌装置
２２ 非接触型スターラ
２３ 回転機構
２５ 回転軸
２６ モータ
２７ 伝達機構

Claims (3)

1. 溶湯を保持する保持室と、処理材を溶解させる第１の溶解室と、第１の溶解室から保持室に溶湯を送り出すと共に第１の溶解室と保持室に通じる往路と、保持室から第１の溶解室に溶湯を引き入れると共に保持室と第１の溶解室とに通じる復路と、第１の溶解室の内部に溶湯とは隔離して設置されると共に溶湯を撹拌して第１の溶解室と保持室と往路と復路で溶湯を循環させる非接触型スターラとを備え、
   第１の溶解室は、環状の外周壁と、外周壁の内部に配置される環状の内周壁であってその内部に非接触型スターラが配置される内周壁と、往路と復路から溶湯が出入りする状態を保持しながら内周壁と外周壁の間をその周方向の一部において封鎖すると共に着脱可能に設置された封鎖壁とを備えることを特徴とする溶解保持炉。
2. 往路と復路のうち一方と保持室との間において処理材を溶解させる第２の溶解室を備え、
   第２の溶解室は、往路と復路のうち前記一方と保持室に通じると共に、平面視した面積を第１の溶解室よりも広くしてあり、
   非接触型スターラは、溶湯を撹拌して第１の溶解室と保持室と第２の溶解室と往路と復路で溶湯を循環させることを特徴とする請求項１に記載の溶解保持炉。
3. 溶湯を保持する保持室、外周壁と内周壁との間に溶湯を収容して処理材を溶解する第１の溶解室、第１の溶解室から保持室に溶湯を送り出すと共に第１の溶解室と保持室に通じる往路、保持室から第１の溶解室に溶湯を引き入れると共に保持室と第１の溶解室とに通じる復路、内周壁の内部に設置されると共に溶湯を撹拌して第１の溶解炉と保持室と往路と復路で溶湯を循環させる非接触型スターラを備える溶解保持炉に用いられるものであって、
   外周壁と内周壁との間に着脱可能に設置され、且つ外周壁と内周壁の間をその周方向の一部において封鎖しながら溶湯が往路と復路から出入りする状態を保持することを特徴とする溶解保持炉の封鎖壁。

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