JPH0132294B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶融金属中への固体物質の導入に関す
る。

本発明は、殊に、軽金属スクラツプ、例えばア
ルミニウム（含：アルミニウム合金）スクラツプ
を対応する溶融金属、例えば溶融アルミニウム、
中へ導入することによる軽金属スクラツプの溶融
に関しているが、これに限定されるものではな
い。

アルミニウム製の飲料缶および缶蓋の製造にお
いて多量のライドゲージのアルミニウムスクラツ
プが発生し、また回収再生のための使用済飲料缶
の集収からも次第に増加する量のスクラツプが生
じている。これらのスクラツプ源からのアルミニ
ウムの効率的かつ経済的回収は、従つて次第に大
きな興味が向けられている。

またアルミニウムの機械加工の際にも多量のス
クラツプ切屑が生じる。この形態のスクラツプ
は、前記の形態のアルミニウムスクラツプよりも
高い嵩密度を有するのが普通である。

スクラツプの回収のためのほとんどの形式の溶
融炉において、固体スクラツプは、熱を上方から
溶融金属へ供給する反射炉中に封入された室内に
保持された溶融金属体へ仕込まれる。ほとんどの
場合に、熱入力は溶融炉中での液体またはガス燃
料の燃焼により行われる。従つて、大きな表面積
を有するいずれかの形態のスクラツプがそのよう
な溶融炉中へ仕込まれるときには、それはその炉
室内の高温度および酸化条件に直接に曝されるの
で、比較的に大きな溶融物の損失が酸化によりも
たらせられる。

あらゆる形式のスクラツプ溶融炉において、溶
融物の損失は固体スクラツプを可及的に速かに溶
融金属中に浸漬することにより低減しうることが
周知である。しかし、ライトゲージのスクラツプ
は、ゆるい形態でもあるいはプレス圧梱の形態で
も、空気捕捉および／または溶融金属による濡れ
不良のために、溶融金属上に浮遊し易い。

溶融金属中への軽金属片の導入は、溶融金属中
に激しい循環流を継続的に生じさせることによつ
て助長されることが公知である。強い局所下向流
を伴なうそのような激しい循環は、例えば無芯誘
導炉において達成しうる。しかし無芯誘導炉はそ
のエネルギー使用が比較的非効率的である。

本発明の一目的は、溶融金属に対する熱の供給
方式と関係なく、溶融金属中にライトゲージのス
クラツプ金属片（含：切屑、旋盤切削屑等）の迅
速な導入を達成する手段を提供することである。
従つて本発明の方式においては、熱は従来の方式
（例えば反射炉内等の方式）で供給しうる。ある
いは、熱は比較的効率的なチヤンネル型誘導ヒー
ターによつて供給することもできる。

既に、米国特許第4286985号明細書において、
溶融炉から溶融金属の連続流を引き出し、それを
渦巻き流を発生させる容器へ供給し、その中に固
体スクラツプを供給して導入を容易にすることは
公知である。しかしそのような方式は、深い渦巻
きを生じさせるのに溶融金属を容器中へ非常に高
速で流入させなればならず、その結果、導入固体
スクラツプの量との関係から見て大きな寸法およ
び高い価格の溶融金属用ポンプが必要とされる。
溶融金属用のポンプは、溶融金属と接触する運動
部材を有するので、維持保全費が嵩む。

本発明の方式では、炉中において実質的に静止
している（局部的循環流を除く）。あるいはトラ
フまたは同等の構造物中を比較的緩い線速度で流
動している、溶融金属体中へ軽金属スクラツプを
導入する。固体金属の導入は、境界壁の領域内に
おいて溶融金属の表面で隆起する一つの波を継続
的に持続するように、溶融金属の強い上向流を移
動式磁場装置によつて継続的に生じさせ；移動式
磁場装置に対面して溶融金属を閉じ込めてその溶
融金属中に対応する強い下向流を継続的に生じさ
せ；そして、その溶融金属の表面へ（好ましくは
隆起波の頂と溶融金属の対向境界との間へ）固体
金属粒子を供給する；ことにより達成される。い
わゆるリニヤー誘導モーターのような移動式磁場
装置の領域中の溶融金属体の反対側の境界は、好
ましくはバツフルであり、このものはそれが配置
された室またはトラフの底までは達していない。
このようにすると固体材料が溶融金属中へ下向き
に引き込まれ、バツフルの下を横方向へ抜け出る
ことができる。

別の変形態様においては、溶融金属流は、両側
壁に隣接して縦位置に配置されたリニヤーモータ
ーによつて二つの隆起した波を継続的に生じさせ
るようにしたトラフ構造内を通過させ、それらの
波と波との間にスクラツプを投入するようにでき
る。この変形態様においては、隆起するそれぞれ
の波が、他方の波の境界として作用すると考える
ことができる。

反対の境界（トラフまたは室の反対側壁、また
は対向バツフルあるいは二つのうちの一つの隆起
波）に隣接した金属の下向流は、スクラツプ片を
満足な速さ（量）で導入し浸漬するには約60cm／
秒以下であつてはならない。

隆起波の表面は反対の境界に対して比較的小さ
い角度で形成して、仕込固体スクラツプを受け入
れるポケツト部を作り出すようにすべきである。
非常に好適には、隆起波の高さは、リニヤーモー
ター等が上方向移動を維持している溶融金属体の
横方向境界同志の間の距離に等しいか、またはそ
れよりも大きくさえある。

溶融金属体の対面する境界同志の間のスペース
は、消費エネルギーに対して達成される浸漬の速
度（量）によつて判断される浸漬効率に非常に大
きな影響を与える。

広範囲のスクラツプ材を受け入れるように設計
された装置においては、リニヤーモーター（移動
式磁場装置の一例）と反対側の境界壁との間のス
ペースの大きさは、大きな粒状のスクラツプ（例
えば押圧した飲料缶）の層によつて溶融金属が架
橋されるのを防ぐのに充分な大きさであるべきで
ある。実用上の要求に従えば、リニヤーモーター
と反対側の境界との間のスペースは、隆起波の形
成および金属の強い下向流を生じさせないようで
あつてはならない。横面壁を有する室で浸漬を行
なう場合には、それらの横面壁同志の間の距離
は、リニヤー誘導モーターの実効巾と等しいか、
それよりも小さいのが好ましい。

移動式磁場装置は分配巻線を有するリニヤーモ
ーター、あるいは突出ポール型の装置であつても
よい。モーターの長さは、最適磁場の領域がいつ
も溶融金属と対面している（すなわち、いわゆる
エツジ効果が溶融金属境界の外側になる）ような
長さであるべきである。同様にモーターの巾は溶
融金属に最適効果を及ぼすような巾であるべきで
ある。移動式磁場装置は空冷式または水冷式であ
つてよく、それらの巻線は選択的に切換えられる
ように（すなわち、リニヤーモーターの部分部分
が種々のレベルの金属に適合するように電気入力
されうるように）設計できる。さらには、移動式
磁場装置またはその装置のある部分はそれと溶融
金属との間の耐火壁中に埋設されていてもよい。

実験によつて、溶融金属と関連してのリニヤー
モーターの配置は、最適性能に大きな影響を及ぼ
すことが判つた。最適性能を達成するには、リニ
ヤーモーターの位置および大きさは、溶融金属の
全体の深さが、リニヤーモーターの有効長さの範
囲内になるようにすべきである（すなわち、磁束
密度が均一となるリニヤーモーターの部分内とす
べきである）。リニヤーモーターは、溶融金属の
深さの上下に少なくとも1.5ポールピツチそれぞ
れ伸びているのが好ましい。

初期の実験において、対面境界間のスペースが
約18cmの装置では、400Kg／m³付近の密度のAlス
クラツプ片を15〜26Kg／分の量で添加し、そして
リニヤーモーターへの最大動力入力10〜12kVA
で溶融アルミニウム中での添加スクラツプの浸漬
および溶融を確実に行えることを発見した。

使用したリニヤーモーターは、縦方向の長さ
68.6cm、巾27.9cm（有効なステイター寸法）であ
り、コンダクター収納のための30個のスロツト
（１スロツト当り20のコンダクター）を有してい
た。そのモーターのポールピツチは約12.7cmであ
り、モーターを45アンペア、125ボルト、60Hzで
運転した。

最適の結果を得るには、耐火物の厚さは、モー
ターの過熱を防ぐことと調和した可及的に小さい
厚さに保持する。若干の例では、モーターを液体
冷媒で冷却するのが好ましい。

我々の実験では、リニヤーモーターが作用を及
ぼす金属は、リニヤーモーターのポールから2.5
cmの距離のところに、耐火物によつて閉じ込めら
れた。リニヤーモーターの効率は耐火物の厚さが
増すにつれて低減するが、モーターは過度な温度
条件を受けないように保護されるべきである。

耐火物の厚さが大きくてもモーターの効率を維
持するための一方法は、電源の周波数を15〜５Hz
またはそれ以下にまで低減することである。

スクラツプ導入効率も、スクラツプ材それ自体
の特性（殊に嵩密度および粒子寸法）によつて変
動する。従つてスクラツプが、塗料除去および折
りたたみ処理した飲料缶（すなわち低い嵩高度お
よび大きな粒子寸法）からなる場合には、溶融金
属の吸い込みは、スクラツプがスクラツプ切断チ
ツプ（比較的高い嵩密度および小さい粒子寸法）
または塗料除去・切断処理缶スクラツプ（折りた
たみ缶よりも比較的小さい粒子寸法）からなる場
合よりも、低効率である。

一実施例において、溶融炉からの溶融金属をト
ラフ構造体内に約27Kg／分の割合で循環させ、チ
ツプ状のスクラツプを約20Kg／分の最大量で溶融
金属へ供給した。トラフに入るときの金属の温度
は750〜825℃の範囲であつた。供給スクラツプの
溶融が行なわれ、溶融トラフ中で生成したドロス
は供給した金属の合計重量のわずか約１％であつ
た。

上記の実施例において、リニヤーモーターに対
向して配置された耐火物バツフルの底縁は、トラ
フの底から５cmの距離で離してあつた。好ましく
はその間隔は５〜25cmの範囲内に維持される。

一例における金属スクラツプ供給点におけるト
ラフ内の金属の線速度は60cm／秒のオーダーであ
つた。

好ましくは、リニヤーモーターは、トラフの拡
張部分の側面に装置され、あるいは溶融炉におい
てスクラツプ投入位置をなす側溝（サイドウエ
ル）の側面に装着される。そのようなスクラツプ
投入部分での金属流の縦方向にある金属の全体が
リニヤーモーターの有効巾の中にあるようにす
る。

本発明を以上において、トラフ構造体内の金属
流に関して説明したが、リニヤーモーターは、溶
融炉の側溝（サイドウエル）中に位置されそして
その側溝の壁と隣接バツフルとの間に閉じ込めら
れた溶融金属体に対して作用するように、配置し
てもよい。そのような場合には、縦方向の金属流
（すなわちリニヤーモーターの長さに対して横方
向の金属流）を生じさせることは必ずしも必要と
されない。

移動式磁場装置は矩形である必要はなく、周辺
が多少曲線化されていてもよい。リニヤー磁場装
置を垂直ではなく多少傾けて配置することも可能
であり、上向流金属の運動に対して水平方向の運
動成分を与えるように配置できる。実際に、若干
の場合には、リニヤーモーターを溶融金属の上に
水平に配置してバツフル壁に接近した一つの隆起
波を作り出すことができる。

前述のように、移動式磁場装置（例えばリニヤ
ーモーター）は、そのポール（極）を溶融金属に
可及的に近くして配置される。従つて、リニヤー
モーターをトラフの耐火壁または炉側溝内に保護
ケースに入れて配置し、そのケース内でモーター
を強く冷却してコイルの絶縁を保護するのが望ま
しい。

第１図に示した装置においては、溶融金属流は
耐火物ライニング付きトラフ１内を流れる。リニ
ヤーモーター２はバツフル３に対向して垂直に配
列されて、溶融金属の表面上に隆起波４を継続的
に生じさせるようになつている。スクラツプは波
頭とバツフル３との間の溶融金属表面へ供給さ
れ、バツフル３に隣接する下向流金属中へ下向き
に引き込まれる。

リニヤーモーターのスラスト方向を反転しうる
ことは、本発明の装置系の別の一利点である。従
つて、それを周期的に撹拌作用を与えるために用
いたり、またスクラツプ仕込域における表面下の
閉塞物を除去するのに用いることもできる。これ
はスイツチの切換で実施できるので極めて便宜で
ある。

本発明の金属浸漬装置は溶融炉に内臓して構築
するのが非常に好適である。第２および３図の構
成は、主炉床室１１を有し、その中で溶融金属の
装入物がバーナー１２またはジエツト流型誘導ヒ
ーター１４によつて加熱される。

その炉床室１１は浸漬室１５と連通している。
リニヤー誘導モーター１６は炉の断熱部１７中に
内臓されている。浸漬室１５はバツフル壁２０の
下の通路１９によつて側溝（サイドウエル）１８
と連通している。

第３図に示したように、主炉床室からの溶融金
属は、浸漬室１５へ流入する。固体スクラツプ
は、浸漬室の頂部の溶融金属表面へ供給され、そ
の固体スクラツプ装入物で増量された溶融金属は
通路１９を経て側溝１８へ流入する。そこでドロ
スは慣用法で金属から掻除できる。溶融金属は主
炉床室へ通路２１へ再循環される。その通路２１
は側溝中の溶融金属の液面よりも下位にあり、ド
ロスが側溝中に蓄積し、適宜な間隔で除去されう
るようにする。

第４および５図に示した炉装置は、金属を連続
的に流動させる溶融金属であり、これは、主溶融
室３０を有している。室３０の中にはチヤンネル
型誘導ヒーター３１が装着されて、固体スクラツ
プ溶融のための熱エネルギーを供給するようにな
つている。

主溶融室３０は、バツフル３３によつて浸漬室
３２から分離されており、室３０および室３２は
通路３４によつて連通している。その通路３４
は、リニヤー誘導モーター３５の影響下に流出お
よび還流の両方向に金属を通過させるのに充分な
垂直方向の寸法を有する。誘導モーター３５は断
熱層３６によつて室３２中の溶融金属から分離さ
れている。

主溶融室３０の反対端部では、溶融金属流が慣
用のオーバーフロー装置で取り出される。若干の
場合には、傾斜トラフ３７によつて取り出され
る。その取出装置まで、溶融金属はリニヤー誘導
モーター３８で移動させられる。かかる配置の結
果として、浸漬帯域においては矢印で示したよう
に高温金属が循環し、この循環流が、浸漬室３２
中の金属に供給された固体スクラツプを、室３０
へ戻る溶融金属と共に下向きに引き込むようにな
る。

溶融金属の連続流が上向きに傾斜したトラフ３
７を越えて取り出される。ドロスのほとんどまた
は全ては室３０内の金属の表面上に残され、ドロ
スは室３０から適宜な間隔で掻き出される。

チヤンネルタイプの誘導ヒーター１４および３
０は、米国特許第3595979号明細書に記載される
タイプのものであつてよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理を示す装置断面図。第
２図は本発明による金属浸漬装置を備えた溶融炉
の平面図。第３図は第２図の線３−３における縦
断面拡大図。第４図は、別の形態の溶解炉装置の
平面図。第５図は第４図の線５−５における断面
図。 移動式磁場装置……２，１６，３５、主金属溶
融室……１１，３０、金属粒子浸漬室……１５，
３２、バツフル……２０，３３、熱エネルギー供
給手段……１２，１４，３１。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶融状態の金属体のための境界壁の領域内に
   おいてその溶融金属表面で隆起する一つの波を継
   続的に持続するに足る強さの溶融金属上向流を、
   移動式磁場装置を用いて継続的に生じさせ；上記
   境界壁に対向する別の境界によつて溶融金属を閉
   じ込めてその溶融金属中に対応する強い下向流を
   継続的に生じさせ；そして溶融金属の表面へ固体
   スクラツプ金属粒子を供給する；ことからなる、
   溶融金属体中への固体粒状スクラツプ金属の導入
   方法。 ２ 固体金属粒子を、隆起している波の頂と溶融
   金属の反対側境界との間の位置に供給する特許請
   求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 溶融金属をバツフルによつて該境界壁に対向
   して閉じ込め、そのバツフルの底縁を溶融金属の
   底よりも高く位置させる特許請求の範囲第１項に
   記載の方法。 ４ バツフルの底縁を５〜25cmの距離だけ溶融金
   属の底よりも高く位置させる特許請求の範囲第３
   項に記載の方法。 ５ 溶融金属の流れは、移動式磁場装置とバツフ
   ルとの間のスペースにバツフルの下のスペースを
   通つて流入し、そして同じ経路で退出する特許請
   求の範囲第３または４項に記載の方法。 ６ 溶融金属の流れは移動式磁場装置とバツフル
   との間のスペース中へ水平に流入し、そのバツフ
   ルに隣接して下向きに流れ、そして該スペースか
   らバツフルの底縁の下を外向きに流れる流れとし
   て退出する特許請求の範囲第３項または４項に記
   載の方法。 ７ 主金属溶融室、その主溶融室中の溶融金属に
   熱エネルギーを供給する手段、その主溶融室と連
   通してその主溶融室から溶融金属が送られるよう
   になつている固体金属粒子浸漬室、その浸漬室の
   一つの境界壁に隣接配置された移動式磁場装置、
   該一つの境界壁に対向して配置されそして、底縁
   の下に溶融金属のための通路を有するバツフルか
   らなり；その移動式磁場装置が該一つの境界壁に
   隣接した溶融金属中に強い上向流および隆起する
   波ならびに該バツフルに隣接した強い下向流を継
   続して生じさせるようになつている、固体スクラ
   ツプ金属粒子溶融用装置。 ８ 主溶融室はその一端部において浸漬室と連通
   している特許請求の範囲第７項に記載の装置。 ９ バツフルは該浸漬室とドロス補集室との間に
   配置されている特許請求の範囲第７項に記載の装
   置。 １０ 該ドロス補集室の一部は主溶融室をなし、
   そして該主溶融室中の溶融金属に対して熱の供給
   のために該主溶融室内に配置された溝型誘導ヒー
   ターを有する特許請求の範囲第９項に記載の装
   置。 １１ 該主溶融室からの金属の連続取出しのため
   の上向トラフ式オーバーフロー路をさらに含む特
   許請求の範囲第１０項に記載の装置。 １２ 該トラフに沿つて上向きに溶融金属を駆動
   するために該トラフの下に配置された移動磁場装
   置をさらに含む特許請求の範囲第１１項に記載の
   装置。 １３ 主溶融室；主溶融室中の溶融金属に対して
   熱を供給するために主溶融室内に配設置されたチ
   ヤンネル型誘導ヒーター；該主溶融室の一つの境
   界に隣接して配置された固体金属粒子浸漬室；該
   主溶融室と該固体金属粒子浸漬室とを相互に分離
   するためのバツフル壁であつて、該両室間の金属
   の流れを可能とするためにその底縁が該両室の底
   から上にある距離で位置されているバツフル壁；
   該バツフル壁に対面する境界壁の背後に設置され
   て、該境界壁に隣接して強い金属上向流および隆
   起している波を継続的に生じさせるようになつて
   いる移動式磁場装置；を含み、該境界壁および該
   バツフル壁は、該金属上向流および隆起波が該ハ
   ツフル壁に隣接した強い金属下向流を継続的に生
   じさせて、該浸漬室中の溶融金属の表面へ供給さ
   れた金属粒子を溶融金属中へ浸漬させるような、
   距離で配置されており、そして該主溶融室は溶融
   金属の流れをそこから取出すための手段を含んで
   いる、ことを特徴とする特許請求の範囲第７項記
   載の装置。