JPS589128B2 - 金属スクラツプを取り入れかつ溶解する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は全般的に溶解した溶解媒体中での固形スクラッ
プ金属の溶解に関し、かつ特にスクラップ金属のさらに
効果的な溶解ならびに媒体およびスクラップに付随した
任意の浮かす物質の取り入れのための方法および装置に
関する。

金属スクラップ、特にアルミニウムのような軽量の金属
スクラップの再生利用について多大な興味が寄せられて
いる。

固形スクラップ材料を収集して再溶解することは新しい
金属を生産するよりも効果的である。

その理由は、このような新しい金属の生産が原鉱石を採
掘しかつ処理して金属を抽出することを含んでいるから
である。

金属スクラップの再溶解に関する特に有用な方法は、過
熱された溶解した金属が加熱ペイからスクラップ装入ペ
イに該装入ペイ中に配置されたポンプによって循環せし
められるような連続再溶解方法である。

スクラツプ金属はポンプの回転子の上方の位置から装入
ペイに送られる。

ポンプの回転子はスクラツプを媒体の中に沈めて取り入
れる役目をする装入ペイ中に溶解媒体の渦流動を発生さ
せる。

このような取り入れ方法を用いないと、重量に対する表
面の比率が大きい金属スクラップが溶解媒体の上面に浮
遊する傾向を生ずる。

ポンプによる取り入れを用いる連続溶解方法は米国特許
第 ３９９７３３６号および第４１２８４１５号明細書に開
示されている。

また、溶解した金属を（該金属を含む）炉からホッパ構
造体に送るためにポンプを用いた米国特許第３２７２６
１９号に記載の方法が知られている。

ホッパ中では、金属はホッパの側壁に沿って接線方向に
流れ、それにより金属がホッパを通して下方に小滝状に
流れてホッパの底部の導出口から流出するときに該金属
が渦流動を形成するようになっている。

ホッパおよびポンプは、溶解した金属の高さが変動する
ときにポンプおよびホッパを適宜媒体に浸漬された状態
に維持するために可逆転モータ、支持フレームおよびリ
ンク仕掛により上下せしめられる。

このような溶解した金属の高さの変動はスクラップ金属
がホッパに送られかつ金属が炉から取り出されるときに
起る。

それに加えて、この米国特許明細書はホッパが持ち上げ
られた位置にあるときに渦流動の強さが増大せしめられ
それにより媒体中の固形物がホッパの底部の導出口を通
して流れるようにさらに迅速に浸漬せしめられる。

本発明は上記米国特許に開示された溶解方法の改良に関
するものである。

本発明は溶解媒体の供給源を設け、溶解媒体を供給源か
ら下側部分に導出開口部を有する貯蔵装置の上側部分に
送入し、媒体を貯蔵装置の中に該貯蔵装置内で媒体の自
由な渦流動を発生させる態様で送入し、媒体が貯蔵装置
からその下側部分の開口部を通して流れるときに該貯蔵
装置中の媒体を所定レベルに維持する態様で該貯蔵装置
に向う媒体の流れを維持し、金属スクラップを該貯蔵装
置および媒体の中に導入し、かつ金属スクラップの媒体
中への取り入れを促進する態様で渦流動の対称性をかく
乱することを含む溶解した溶解媒体を用いた融解装置に
おいて金属スクラップを取り入れかつ溶解する方法を提
供するものである。

本発明においては、貯蔵装置の頂部から渦流動の中に入
る浮遊固形物質が迅速に媒体の中に取り入れられ、該固
形金属を媒体の中で迅速に溶解させるように、自由な渦
流動の対称性を崩壊させるようになっている。

これは渦流動の中に媒体を貯蔵装置の中で転動させるよ
うな二つの相互に作用する流れのパターンを形成するこ
とにより達成される。

この「転動」は迅速なスクラップ金属の媒体中への取り
入れを可能にする機構である。

転動作用については、以下さらに詳しく説明することに
する。

スクラップを含んでいる媒体は貯蔵容器の下側開口部か
ら浮かすペイに流れ、その後加熱ペイに流れる。

貯蔵装置から出た媒体中の浮かすおよびその他の浮遊す
る異物の粒子は浮かすペイの中で上方に指向されて本発
明の溶解装置から除去される。

本発明の渦流動を崩壊させたパターンは自由な渦流動の
乱されていないパターンよりも浮遊している金属スクラ
ップを取り入れかつ浮かす物質すらも取り入れるのには
るかに効果的である。

自由な渦流動の流れのパターンは通常円形でありかつ対
称的であり、かつ渦流動の中心部が狭いので、浮遊する
固形物が許容しうる溶解速度を得るために必要である溶
解した媒体中へ取り入れられないで円形のパターンとと
もに流れかつ円形のパターンとともにとどまる傾向を生
ずる。

本発明の付加的な利点は、固形物質を取り入れる工程で
固形スクラップおよび／または異物によって閉塞されか
つ／または損傷されるようなポンプ回転子またはプロペ
ラが混合装置に設けられていないことである。

さらに、装入領域と切り離して別に設けたポンプについ
ては、このようなポンプは固形物質を取り入れる工程と
関係なく液状の金属のみを循環させるために最適である
ように設計することができる。

本発明はその目的および利点とともに添付図面に関する
以下の詳細な説明から最も良く理解されよう。

添付図面の第１図を参照すると、本発明を包含した連続
した循環溶解装置１０の略図が示されている。

溶解装置１０においては、溶解した溶解媒体（図示せず
）が加熱ベイ１２からポンプ装置およびベイ１４により
貯蔵装置１６に循環せしめられる。

スクラップ金属の固形体（図示せず）が貯蔵装置１６の
上方のある位置から貯蔵容器１６の中に導入されて該貯
蔵容器の中に沈められかつ溶解せしめられる。

その後、融解したスクラップを含む溶解物質が好ましく
は溶融ベイ１８を介して加熱ベイ１２に戻るように循環
せしめられる。

溶融ベイ１８は前述したように溶解媒体から浮きかす材
料を除去する機会を与えるようになっている溶解した金
属製品は貯蔵容器１６へのスクラップ金属の供給速度に
釣合う速度で以下詳細に説明する方法で循環溶解装置か
ら除去される。

加熱ベイ１２の中では、スクラップ装入物を溶解させる
ために必要な潜熱を供給するために、溶解媒体は貯蔵装
置１６に入れられたスクラップ金属の溶解温度よりも十
分に高い温度まで加熱される。

これは一般的には、過熱、すなわち、溶解媒体を凝固さ
せないで溶解プロセス中に可成りの熱を除去することが
できるように貯蔵装置１６に装入されたスクラップ金属
の溶解温度よりも可成り高い温度までの加熱と呼ばれて
いる。

溶解媒体が溶解したアルミニウムであるとき、加熱ベイ
１２を去るアルミニウムの好適な温度は約７６０℃（１
４００°Ｆ）ないし８１６℃（１５００°Ｆ）である。

貯蔵装置１６から導出されるアルミニウムの代表的な温
度は装入材料（スクラップ）が溶解装置１０に送入され
る速度ならびに溶解した媒体が溶解装置１０の中で循環
せしめられる速度の如何によるが７０４℃（１３００°
Ｆ）程度である。

添付図面の第２図はポンプおよび貯蔵装置の斜視図であ
り、ポンプ１４の回転子、すなわち、プロペラ２２およ
びハウジング構造体２４の内側の流路を示している。

ハウジング構造体２４の内側の通路は溶解した媒体を以
下記載する態様で閉じこめかつ指向させることができる
。

ハウジング２４は第２図に示したように耐火材料で構成
された一体構造とすることができる。

または、ポンプおよび貯蔵装置部分を好適な導管または
チャンネル構造体を介して流体により連通するようにと
もに連結された別個の構造体とすることができる。

いずれの場合にも、ポンプ１４は前記米国特許第４１２
８４１５号明細書に公開されている型式のものとするこ
とができる。

このようなポンプが使用される場合は、渦流動を発生し
ない型式の羽根が用いられる。

前述したように、ポンプ１４は溶解した媒体を効果的な
態様で循環させる能力のみを必要とする。

第２図に示したポンプは（加熱ベイ１２から）底部の導
入口２６を通じて溶解した媒体を受け入れかつ回転子２
２および駆動シャフト３０を包囲するポンプの容器領域
の中に（また貯蔵装置１６の中に以下説明する態様で）
溶解した媒体のヘッド（図示せず）を発生する。

第１図では、導入口２６が加熱ベイ１２とポンプ１４と
をともに流体を連通させるように接続する導管として示
されている。

適当なモータ３２（第２図）により駆動されるポンプの
回転子は該ポンプの容器領域２８の中の溶解した媒体を
第１チャンネル、すなわち、第１通路３６および第２チ
ャンネル、すなわち、第２通路３８を介して貯蔵装置１
６に送入する。

第１チャンネル３６は貯蔵装置１６の側部に対して接線
方向に交差して符号３７で示したみぞ状開口部を形成し
、一方第２チャンネル３８は貯蔵装置１６の側部に実質
的に半径方向にかつ第１チャンネル３６および開口部３
７から円周方向に隔置された位置で交差している。

それに加えて、第２図において、第２チャンネル３８は
ボンプ１４と貯蔵装置１６との中間の位置においてかつ
ポンブ１４により第１チャンネル３６の中に維持される
溶解した媒体のレベル、すなわち、ヘッドよりも低い高
さで第１チャンネル３６と交差している。

さらに第２図から理解されるように、第１チャンネルの
横断面はポンプ１４から下流側にありしかも貯蔵装置１
６の接線方向の導入口に近い部分３９において減少せし
められている。

この横断面の減少は以下説明する目的のために第２チャ
ンネル３８を通しての溶解した媒体の適正な流れを保証
している。

さらに、第２図を参照すると、貯蔵装置１６はその壁体
の下側部分に配置された導出口４０を備えている。

貯蔵装置１６の壁体は導出口４０に向って下方にわん曲
した内面を有している。

導出口４０は第１図に略図で示した導管４２により浮か
すベイ１８に接続されている。

浮かすベイ１８は溶解装置１０の流体回路を完成するた
めに第１図に示すように導管４３により加熱ベイ１２に
接続されている。

第１図および第２図に示した溶解装置の操作は下記のと
おりである。

貯蔵容器に供給された固形の金属スクラップを溶解しう
る溶解した媒体が加熱ベイ１２の構造体の中に供給され
る。

このような媒体は溶解した塩類または溶解した金属であ
る。

この媒体は加熱ペイ中で好適な加熱装置（図示せず）に
より加熱される。

ポンプ１４は加熱ベイ１２から加熱された媒体を吸引し
て該媒体をチャンネル３６および３８の二つの通路を介
して貯蔵装置１６の側に送り出すためにモータ３２によ
り作動せしめられる。

これは第２図に特定の矢印で示されている。

チャンネル３６およびみぞ状開口部３７を介して貯蔵装
置１６の中への媒体の流れは該貯蔵容器の壁体に沿って
接線方向になっており、それにより媒体の自由な渦流動
（図示せず）が貯蔵装置１６の中で発生し、媒体は貯蔵
装置１６の壁体により案内されて重力の作用で導出口４
０を経て貯蔵装置１６から流出する。

これは第２図に底部の導出口４０の中の矢印で示されて
いる。

ポンプ１４の容量は貯蔵装置に送入された溶解した媒体
の量が媒体を貯蔵装置１６の下側の導出口を通して連続
して流すために十分な大きさにしてある。

ポンプの出力および導出口４０からの出力は溶解した媒
体の流量においてあるヘッドで平衡した出力、すなわち
、定常状態の出力を与えるようになっている。

ヘッドは単にポンプ１４により送り出される媒体の量を
変更することにより変更される。

貯蔵装置１６の中の媒体中に取り入れられるべき固形の
金属スクラップは第２図に矢印４５で概略示されている
ように貯蔵装置１６の上側部分に供給される。

ポンプ１４から主チャンネル３６に入る溶解した媒体の
一部分は分岐してチャンネル３８を通して流れ、みぞ状
開口部３７から隔置された位置でしかも媒体を貯蔵装置
１６の中の媒体の渦流動の眼（すなわち、中心部）の中
に直接に実質的に半径方向に送入する態様でしかも主チ
ャンネル３６を通じて貯蔵装置１６の中に入る媒体の流
れによって発生せしめられた円形の流れのパターンの連
続性および対称性を崩壊させるために十分な速度で貯蔵
装置１６の側部から流入する。

この媒体の流れの分裂、す々わち、崩壊は渦流動の上部
の媒体がチャンネル３８からの半径方向に向いた流れの
衝撃を受ける媒体の部分の上に転動するような流れのパ
ターンを含んでいる。

この転動作用は固形の金属スクラップが貯蔵装置１６の
上側部分から下降するにつれて該金属スクラップを媒体
の中に迅速に取り入れる働きをする。

本発明においては、取り入れられたスクラップは迅速に
溶解せしめられかつ下側開口部４０を経て貯蔵装置から
送り出される。

スクラップおよぴ／または溶解媒体に付随している任意
の浮かす物質も同様に渦流動の中に迅速に取り入れられ
て下側開口部４０を通して送り出される。

このような能力を持たせてあるので、浮かすは貯蔵装置
の中でその壁体上に固形の沈着物の形態で蓄積したりま
たは際限もなく浮遊することがなくなる。

前述したように、本発明の転動作用がないとすれば、固
形材料は溶解した媒体の渦流動の円形の通路中にいつま
でも停滞しがちであり、媒体中に徐々に沈降して媒体と
ともに貯蔵装置の底部の導出開口部を通して送り出され
る。

この転動作用はスクラップ粒子が貯蔵装置を通って下側
開口部４０を介して流出するための明確な通路を保証す
る。

溶解媒体および浮かすは貯蔵装置１６の下側開口部４０
から浮かすベイ１８に向けられる。

（第１図）浮かすは本発明の一部を構成していない一般
に知られている技術により浮かすベイ１８の中に収集さ
れかつ該浮かすベイから除去される。

溶解装置１０から溶解物質を除去するための便利な方法
が第３図に示されている。

勿論、本発明は金属スクラップの再生利用に関するもの
であり、従って、本発明の溶解装置の中の溶解金属はス
クラップが該装置に送入される割合に釣合う割合で該装
置から取り出される。

この溶解金属の取出しは定期的または連続的に実施する
ことができる。

例えば、加熱ベイ１２の壁部の上縁に隣接してせき（図
示せず）を設けることにより溶解装置から溶解金属を連
続して取り出すことができる。

Ｓｗｅｅｎｅｙ氏その他に対して許可された前記米国特
許においては、溶解物質を炉から定期的に取り出すため
に、炉の側壁に導出開口部が設けられている。

本発明においては、装入貯蔵装置中の金属のレベルの変
化を最小にして装置を枢軸位置のまわりに数度の角度、
例えば３度だけ定期的に回転させることにより該装置か
ら溶解物質を取り出すことができる。

この状態は第３図に最も明瞭に示されている。

比較底深さの浅い加熱ベイ１２の中味の約半分は該加熱
ペイを僅かに上向きに回転しかつ加熱ベイ１２と組み合
わされたポンプ１４および浮かすベイ１８を枢軸位置Ｘ
のまわりに僅かに回転させることによって取り出される
。

この回転は第３図に加熱ペイおよびポンプの領域を点鎖
線で示した輪郭により示されている。

第３図に平行線を引いた輪郭で示したように、加熱ベイ
１２から取り出される溶解物質の横断面領域が２．４４
ｍ（８フィート）の長さでありかつ浅い右端部が０．１
５３ｍ（１／２フィート）の深さでありかつ深い左端部
が０．３０５ｍ（１フィート）の深さでありまた加熱ベ
イ１２が５．４９ｍ（１８フィート）の長さであるなら
ば、加熱ペイから取り出される金属の容積は６．９３ｍ
３（５．４９×０．２３×５．４９＝６．９３ｍ３）（
１０８ｆｔ３）（１８×３／４×８＝１０８ｆｔ３）で
ある。

金属はポンプ容器２８の壁体の開口部５０を通して本発
明のペイおよび装置から取り出すことができる。

第１図および第３図に示した特定の矢印が溶解装置から
開口部５０を通して放出される媒体を示している。

この態様での金属の変位は枢軸線に対する装置のサイズ
および位置の如何に左右される。

第１図では、支持プラットフォーム５２上に配置された
本発明の平面図が示されている。

もしもこの装置が第３図に示した態様で回転されるとす
れば、サポートは枢軸線Ｘ−Ｘのまわりに回転せしめら
れる。

この枢軸線は第１図に示したプラットフォームの右側端
縁に沿っている。

以上、本発明を好ましい実施例について記載したが、特
許請求の範囲は本発明の範囲内に該当するすべての実施
例を包含するように意図されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のポンプおよび貯蔵装置を用いた連続溶
解装置の図解平面図、第２図は溶解装置の一部分の斜視
図、かつ第３図は本発明の溶解装置から融解物質を取り
出す方法を示した図である。 １０・・・循環連続溶解装置、１２・・・加熱ベイ、１
４・・・ポンプおよびペイ、１６・・・貯蔵装置、１８
・・・溶融ペイ、２２・・・ポンプの回転子、２４・・
・ハウジング構造体、２６・・・導入口、３２・・・モ
ータ、３６・・・第１チャンネル、３７・・・開口部、
３８・・・第２チャンネル、４０・・・導入口、４２．
４３・・・導管、５０・・・金属取出用開口部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶解した溶解媒体を用いて融解装置の中で金属スク
   ラップを取り入れ且つ溶解する方法において、 溶解媒体の供給源を設ける段階と、 溶解媒体を供給源から、下側部分に導出開口部を有する
   貯蔵装置の上側部分に送入する段階と、溶解媒体が貯蔵
   装置からその下側部分の開口部分を通して流れるときに
   、貯蔵装置中の媒体を所定レベルに維持する態様で貯蔵
   装置に向う媒体の流れを維持する段階と、 金属スクラップを貯蔵装置及び媒体の中に導入する段階
   とを有し、且つ 上記貯蔵装置に送入される溶解媒体は二つの通路中へ分
   割され、該通路のうちの一つの通路は貯蔵装置の側部と
   接線方向に交差し、他方の通路は貯蔵装置の側部と実質
   的に半径方向に交差していることを特徴とする上記方法
   。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の金属スクラップを取
   り入れかつ溶解する方法において、供給源に媒体ととも
   に戻すために貯蔵装置中に導入された金属を溶解し、該
   貯蔵装置中に導入されかつ溶解された金属スクラップは
   溶解装置の中で蓄積し、さらに、該溶解装置を枢軸位置
   のまわりに定期的に回転させてそれにより該貯蔵装置中
   の金属のレベルの変化を最小にして該溶解装置中に蓄積
   した溶解媒体の少くとも一部を定期的に放出することを
   含む、上記金属スクラップを取り入れかつ溶解する方法
   。